JP2019190604A - Ｇｄｌ一体ガスケット及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスケット本体３１の成形材料をＧＤＬ２１の端部２２の側面２２ａから含浸させる構造であってもＧＤＬ２１とガスケット本体３１の接合力を十分に確保することができ、もってＧＤＬ２１とガスケット本体３１が分解するのを抑制する。【解決手段】多孔質体よりなる平板状のＧＤＬ２１と、ＧＤＬ２１の端部２２の側面２２ａに一部の成形材料が含浸した状態で連結されたゴム状弾性体よりなるガスケット本体３１とを備えるＧＤＬ一体ガスケット１１であって、ＧＤＬ２１は、ＧＤＬ２１の端部２２の側面２２ａに凹凸形状２５を備える。ガスケット本体３１は、ＧＤＬ２１の端部２２の側面２２ａと凹凸形状２５における凹部２６の内面にそれぞれ一部の成形材料が含浸している。【選択図】図１

Description

本発明は、シール技術に係るＧＤＬ一体ガスケットとその製造方法に関する。本発明のＧＤＬ一体ガスケットは例えば、燃料電池スタックに組み込まれる燃料電池用構成部品として用いられる。

従来から図５（Ａ）に示すように、多孔質体よりなる平板状のＧＤＬ（Gas Diffusion Layer（ガス拡散層））２１を備え、このＧＤＬ２１の端部２２であって周縁部にゴム状弾性体よりなるガスケット本体３１を一体成形した構造のＧＤＬ一体ガスケット１１が知られている。

ガスケット本体３１は、その一部の成形材料がＧＤＬ２１の多孔質構造に含浸することによりＧＤＬ２１に対し一体化されている。成形材料はＧＤＬ端部２２の多孔質構造に含浸しており、図ではこの含浸領域を範囲符号Ｅで示している。

ガスケット本体３１は、その厚みｔ_１がＧＤＬ２１の厚みｔ_２よりも大きく設定され、ＧＤＬ２１に対し平面上並べられる部分３２と、平面上重ねられる部分３３とを備えているので、ガスケット本体３１の成形材料はＧＤＬ端部２２の側面（厚み面）２２ａと上面２２ｂからそれぞれ端部２２内に含浸している。

また、上記構成のＧＤＬ一体ガスケット１１を製造するに際しては、いわゆるインサート成形を実施し、すなわちＧＤＬ２１をガスケット成形金型５１（図５（Ｂ））にインサートし、型締めし、このときＧＤＬ２１の平面上一部（上記含浸領域Ｅの内側に位置する隣接領域Ｅ’）を金型５１で締め付ける。次いで、キャビティ空間５５にガスケット本体３１の成形材料（図示せず）を充填し、このときの充填圧力で一部の成形材料をＧＤＬ端部２２の側面２２ａと上面２２ｂから端部２２内に含浸させる。

特開２０１１−９６４１９公報

しかしながら上記従来技術では、ガスケット本体３１の成形材料として高粘度材料を用いる場合、キャビティ空間５５に成形材料を充填するときにＧＤＬ２１に対し大きな充填圧力Ｐが作用し、その一方で、ＧＤＬ端部２２は金型５１で直接締め付けられずキャビティ空間５５内に位置してフリーな状態とされているため、図５（Ｂ）に示すようにＧＤＬ端部２２に変形や破損などの不具合ＮＧが発生することがある。

また、ガスケット成形材料として液状ゴムなどの低粘度材料を用いる場合は、上記不具合が減少するものの、使用可能なガスケット本体３１の成形材料の種類が限定されることになる。

上記問題に対しては図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、ガスケット成形時にＧＤＬ端部２２を金型５１で締め付ける構造とすることが考えられ、この対策によればＧＤＬ端部２２が金型５１で拘束されるため、大きな充填圧力Ｐが作用してもＧＤＬ端部２２に変形や破損などの不具合が発生するのを抑制することができる。

しかしながら、このようにＧＤＬ端部２２を金型５１で締め付ける場合には、成形材料がＧＤＬ端部２２の側面２２ａのみから含浸し上面２２ｂからは含浸しなくなるため、含浸量が少なく、その結果としてＧＤＬ２１とガスケット本体３１の接合力が低下する。したがってガスケット１１を金型５１から取り出すときやガスケット１１をスタックへ組み付けるときなど、ガスケット１１を平面方向（水平方向）へ引っ張る力が作用したときに、ＧＤＬ２１とガスケット本体３１が分解（分離）してしまうことが懸念される。

本発明は、ガスケット本体の成形材料をＧＤＬの端部の側面から含浸させる構造であってもＧＤＬとガスケット本体の接合力を十分に確保することができ、もってＧＤＬとガスケット本体が分解するのを抑制することができるＧＤＬ一体ガスケットとその製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明のＧＤＬ一体ガスケットは、多孔質体よりなる平板状のＧＤＬと、前記ＧＤＬの端部の側面に一部の成形材料が含浸した状態で連結されたゴム状弾性体よりなるガスケット本体とを備えるＧＤＬ一体ガスケットであって、前記ＧＤＬは、前記ＧＤＬの端部の側面に凹凸形状を備え、前記ガスケット本体は、前記ＧＤＬの端部の側面と前記凹凸形状における凹部の内面にそれぞれ前記一部の成形材料が含浸していることを特徴とする。

また、実施の態様として、上記記載のＧＤＬ一体ガスケットにおいて、前記凹凸形状における凹部は、その凹部開口部の幅よりも凹部の最大幅のほうが大きい形状とされていることを特徴とする。

また、本発明のＧＤＬ一体ガスケットの製造方法は、上記記載のＧＤＬ一体ガスケットを製造する方法であって、ＧＤＬの端部の側面に凹凸形状を設ける工程と、前記ＧＤＬをガスケット成形金型にインサートし、型締めし、このとき前記凹凸形状を設けた前記ＧＤＬの端部を前記ガスケット成形金型で締め付ける工程と、前記ガスケット成形金型のキャビティ空間に前記ガスケット本体を成形する成形材料を充填し、このとき一部の前記成形材料を前記ＧＤＬの端部の側面と前記凹凸形状における凹部の内面にそれぞれ含浸させる工程とを備えることを特徴とする。

本発明では、ＧＤＬがその端部の側面に凹凸形状を備えているため、ガスケット本体の成形時、成形材料がＧＤＬ端部の側面から含浸するとともに、凹凸形状における凹部に進入し、凹部の内面からも含浸する。したがって、成形材料がＧＤＬ端部の側面と凹部の内面からそれぞれ含浸し、凹凸形状無しの場合と比較して含浸面積が増大するため、含浸量が増大し、ＧＤＬとガスケット本体の接合力が増大する。したがって、ガスケット本体の成形材料をＧＤＬの端部の側面から含浸させる構造であってもＧＤＬとガスケット本体の接合力を十分に確保することができ、もってＧＤＬとガスケット本体が分解するのを抑制することが可能とされる。

本発明の実施の形態に係るＧＤＬ一体ガスケットを示す図で、（Ａ）はその要部平面図、（Ｂ）はその要部断面図であって（Ａ）におけるＢ−Ｂ線拡大断面図、（Ｃ）はその要部断面図であって（Ａ）におけるＣ−Ｃ線拡大断面図、 同ガスケットに備えられるＧＤＬの単品状態を示す要部平面図 （Ａ）および（Ｂ）とも同ガスケットの製造工程（型締め時）を示す説明図 （Ａ）および（Ｂ）とも同ガスケットの製造工程（成形材料充填時）を示す説明図 従来例に係るガスケットを示す図で、（Ａ）はその要部断面図、（Ｂ）はその製造工程を示す説明図 比較例に係るガスケットを示す図で、（Ａ）はその要部断面図、（Ｂ）はその製造工程を示す説明図

図１（Ａ）（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、実施の形態に係るＧＤＬ一体ガスケット１１は、多孔質体よりなる平板状のＧＤＬ２１を備え、このＧＤＬ２１の端部２２であって周縁部にゴム状弾性体よりなるガスケット本体３１が一体成形されている。

ゴム状弾性体よりなるガスケット本体３１は、その成形時に一部の成形材料がＧＤＬ２１の多孔質構造に含浸することによりＧＤＬ２１に対し一体化されている。成形材料はＧＤＬ端部２２の多孔質構造に含浸しており、図ではこの含浸領域を範囲符号Ｅで示している。成形材料は含浸後に硬化し、接合力を発揮する。ＧＤＬ一体ガスケット１１はＭＥＡやセパレータ等とともに燃料電池スタックに組み込まれ、燃料ガスなどの密封対象が外部に漏れることがないようにシール性を発揮する。

ガスケット本体３１は、スタック組立て時に圧縮による反力でシール性を確保することができるようにその厚みｔ_１をＧＤＬ２１の厚みｔ_２よりも大きく設定されているが、ＧＤＬ２１に対し平面上並べられる部分３２のみを備えて、平面上重ねられる部分を備えていない。したがってガスケット本体３１を成形する成形材料はＧＤＬ端部２２の側面（厚み面）２２ａのみから端部２２内に含浸するものとされ、ＧＤＬ端部２２の上面２２ｂや下面２２ｃからは含浸しないものとされている。

また、当該実施の形態では図１（Ａ）に示すように、ＧＤＬ２１の端部２２の側面２２ａに凹凸形状２５が設けられている。

凹凸形状２５は、ＧＤＬ２１の端部２２の側面２２ａに沿って多数の凹部２６が間隔をあけて形成されることにより設けられており、ＧＤＬ端部２２の側面２２ａ、上面２２ｂおよび下面２２ｃに対し開口する多数の凹部２６と、互いに隣り合う凹部２６間に形成された多数の凸部２９との組み合わせにより構成されている。

凹部２６は、その平面形状が、凹部開口側に設けられたストレート形状の幅狭部２７と、凹部奥側に設けられた円形状の幅広部２８との組み合わせにより構成され、幅狭部２７の幅ｗ_１よりも幅広部２８の幅ｗ_２のほうが大きく設定されているので、凹部２６はその凹部開口部の幅ｗ_１よりも凹部２６の最大幅ｗ_２のほうが大きい形状とされている。

また、このようにＧＤＬ端部２２に凹凸形状２５が設けられているので、ガスケット本体３１はその成形時に、一部の成形材料が凹部２６内に進入し、凹部２６の内面から端部２２内に含浸するものとされている。したがってガスケット本体３１はその成形時、一部の成形材料がＧＤＬ端部２２の側面２２ａと凹部２６の内面からそれぞれ端部２２内に含浸するものとされている。

つぎに、上記構成のＧＤＬ一体ガスケット１１の製造方法について説明する。

すなわち先ず、図２に示すように、ＧＤＬ２１を単品で組立て部品として製造するときに、ＧＤＬ端部２２の側面２２ａに凹凸形状２５を形成する。

次いで、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、ＧＤＬ２１をガスケット成形金型５１の内部にインサートし、型締めし、このとき凹凸形状２５を設けたＧＤＬ端部２２を金型５１で厚み方向に締め付ける。金型５１は、上型５２および下型５３の組み合わせよりなる分割型を備え、この分割型のパーティング部に、ＧＤＬ２１を収容する空間５４と、ガスケット本体３１を射出成形するキャビティ空間５５とが設けられ、両空間５４，５５の間に位置してＧＤＬ端部２２を締め付けるための突起部５６が上型５４の下面に設けられている。

次いで、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、金型５１のキャビティ空間５５にガスケット本体３１を成形するための成形材料３１Ａを充填し、このときの充填圧力で一部の成形材料をＧＤＬ端部２２の側面２２ａに含浸させるとともに、凹凸形状２５における凹部２６内に進入させ、凹部２６の内面から含浸させる。

次いで、成形材料の硬化を待って型開きし、ガスケット１１を離型する。

上記構成のＧＤＬ一体ガスケット１１およびその製造方法では、ＧＤＬ２１がその端部２２の側面２２ａに凹凸形状２５を備えているため、ガスケット本体３１の成形時、成形材料がＧＤＬ端部２２の側面２２ａから含浸するほか、凹凸形状２５における凹部２６内に進入し、凹部２６の内面からも含浸する。したがって、成形材料がＧＤＬ２１の端部２２の側面２２ａと凹部２６の内面からそれぞれ含浸し、凹凸形状無しの場合（図６）と比較して含浸する面積が増大するため、含浸量が増大し、ＧＤＬ２１とガスケット本体３１の接合力が増大する。したがって、ガスケット本体３１の成形材料をＧＤＬ２１の端部２２の側面２２ａのみから含浸させる構造であってもＧＤＬ２１とガスケット本体３１の接合力を十分に確保することができ、もってＧＤＬ２１とガスケット本体３１が分解するのを抑制することができる。

また、凹凸形状２５における凹部２６が凹部開口部の幅ｗ_１よりも凹部２６の最大幅ｗ_２のほうが大きい形状とされているため、凹部２６内面の面積が大きく設定され、これに伴って凹部２６内面における含浸面積も大きく設定されている。したがってこの構成によれば、ＧＤＬ２１とガスケット本体３１の接合力を一層増大させることができる。但し本発明において、凹部２６の形状、延いては凹凸形状２５の形状はとくに限定されるものではない。

１１ ＧＤＬ一体ガスケット
２１ ＧＤＬ
２２ ＧＤＬ端部
２２ａ 側面
２２ｂ 上面
２２ｃ 下面
２５ 凹凸形状
２６ 凹部
２７ 幅狭部
２８ 幅広部
２９ 凸部
３１ ガスケット本体
３１Ａ 成形材料
３２ 平面上並べられる部分
Ｅ 含浸領域

Claims (3)

1. 多孔質体よりなる平板状のＧＤＬと、前記ＧＤＬの端部の側面に一部の成形材料が含浸した状態で連結されたゴム状弾性体よりなるガスケット本体とを備えるＧＤＬ一体ガスケットであって、
   前記ＧＤＬは、前記ＧＤＬの端部の側面に凹凸形状を備え、
   前記ガスケット本体は、前記ＧＤＬの端部の側面と前記凹凸形状における凹部の内面にそれぞれ前記一部の成形材料が含浸していることを特徴とするＧＤＬ一体ガスケット。
2. 請求項１記載のＧＤＬ一体ガスケットにおいて、
   前記凹凸形状における凹部は、その凹部開口部の幅よりも凹部の最大幅のほうが大きい形状とされていることを特徴とするＧＤＬ一体ガスケット。
3. 請求項１または２記載のＧＤＬ一体ガスケットを製造する方法であって、
   ＧＤＬの端部の側面に凹凸形状を設ける工程と、
   前記ＧＤＬをガスケット成形金型にインサートし、型締めし、このとき前記凹凸形状を設けた前記ＧＤＬの端部を前記ガスケット成形金型で締め付ける工程と、
   前記ガスケット成形金型のキャビティ空間に前記ガスケット本体を成形する成形材料を充填し、このとき一部の前記成形材料を前記ＧＤＬの端部の側面と前記凹凸形状における凹部の内面にそれぞれ含浸させる工程とを備えることを特徴とするＧＤＬ一体ガスケットの製造方法。

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