JP4148173B2

JP4148173B2 - 燃料電池用ガスケット

Info

Publication number: JP4148173B2
Application number: JP2004102058A
Authority: JP
Inventors: 雄一黒木; 慶宏蔵野; 哲也浦川
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP2005285712A

Description

本発明は、燃料電池に用いられる燃料電池用ガスケットに関するものである。

ＭＥＡ（触媒電極層を担持した高分子電解質膜）を溝付きの燃料電池セパレータで挟持し、これを複数段重ねた構成からなる燃料電池スタックにおいては、ＭＥＡとセパレータ間（燃料ガスと空気の循環部）、並びに冷却水循環部のセパレータとセパレータ間をシールする必要があり、このシール位置には一般にゴム弾性体からなるガスケットが装着される。

このガスケットは、燃料電池スタックの組立性を考慮し、ＭＥＡ又はセパレータに一体に固定して用いられるが、その一体化の方法としては、ＭＥＡ又はセパレータ等の基材上への直接成形する方法や、予め成形したガスケットを接着剤により後貼りする方法が広く採用されている。

このうち、成形したガスケットをセパレータ上に後貼りする方法（特許文献１参照）は、セパレータにガスケットを直接成形する時の過剰な成形圧をセパレータに与えずに済むので、例えば樹脂バインダーで成形した脆弱なカーボン系セパレータや肉厚の薄い金属製セパレータ等において好適に用いられている。

しかしながら、近年では、燃料電池スタックの小型化に対する高い要望から、セパレータ肉厚の更なる薄肉化やＭＥＡとセパレータとの間隔の縮小化が進んでいる。このため、ガスケット後貼りの一体化方法を用いる場合においても、ガスケットの基部やリップ部の薄肉化が要求されてきており、ガスケットをセパレータに貼り付ける際の操作性が煩雑化する問題が生じてきた。

即ち、一般に帯状であるガスケットの薄肉化に伴い、例えばガスケットのねじれ、からまり、破断等が生じ、ガスケット自体の形状の保持が困難になり、所定の固定位置への装着性に支障が生じる問題が顕著になる。

なお、ガスケットのリップ部の薄肉化については、脆弱な樹脂バインダータイプのカーボン系セパレータや薄肉の金属製セパレータにおいて、ガスケットのシール面圧によるシール不良を招くセパレータの破損や変形の抑制を目的としたリップ部の低反力化の手段としても行われる。

ガスケット後貼りの先行例としては、特許文献２記載のものもあるが、この場合には、樹脂シート状に成形したガスケットを後貼りするものであり、形状安定性（操作性）としては優れているが、樹脂シートの肉厚分だけ薄肉化が損なわれることと、ガスケットの成形に耐える樹脂シートは材質的に高価である問題を有する。

また、燃料電池用ガスケットにおいては、より低反力でかつシール性に優れたものがセパレータ構成部品の都合上要求されており、その例としては、特許文献２や特許文献３に記載された図３に示すようにガスケットのリップ部に複数の微小な突起部を設け、複数の低面圧部にて多段でシールする方法がある。ただし、このようなリップ形状は、寸法精度等の成形加工が煩雑となる問題を有している。
特開２００２−３３１０９号公報特開２００３−５６７０４号公報特開２０００−１３３２８８号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、形状安定性に優れ、装着時の操作性が安定する燃料電池用ガスケットを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の燃料電池用ガスケットにあっては、表面にリップ部を設けると共に裏面に溝部を設け、前記溝部に接着剤を塗布し、燃料電池セパレータの固定位置に前記リップ部をつぶした押圧状態で接着剤を硬化させ、前記燃料電池セパレータ上に接着されると共に、前記リップ部にシール面圧ピークを複数箇所形成することを特徴とする。

本発明によると、燃料電池用ガスケットは形状安定性に優れ、ねじれやからまり、破断もなく、装着時の操作性が向上する。

また、リップ部にシール面圧ピークを複数箇所形成するので、低シール面圧で多段にシールできる。

さらに、接着剤を溝部内に塗布するので、接着剤を均一に必要量を確保でき、ムラなく連続的に強固な接着が得られ、接着不良によるシール不良が生じず、シール性も良好となる。

図１、図２を参照して、実施の形態について説明する。図１は実施の形態に係る燃料電池用ガスケットの接着前の単体断面図である。図２は実施の形態に係る燃料電池用ガスケットの燃料電池セパレータへの装着工程を示す工程図である。

燃料電池用ガスケット１は、従来同様、燃料電池スタックにおける、ＭＥＡと燃料電池セパレータ間（燃料ガスと空気の循環部）、並びに冷却水循環部のセパレータとセパレータ間をシールする。

図１を用いて実施の形態に係るガスケット１の接着前の単体について説明する。

図１のガスケット１は、予め成形され、接着剤５により後貼りする方法で用いられるものである。このガスケット１は、帯状の基部４を有し、基部４の表面中央に断面略矩形のリップ部２が形成され、裏面中央、即ちリップ部２の真裏に溝部３が形成されている。言い換えると、ガスケット１は、裏に溝部３が形成されたリップ部２を有し、リップ部２の外側に基部４を設けた形状である。

なお、本実施の形態ではガスケット１に基部４が設けられているが、基部４は無くてもよく、作製するガスケット形状による。

ガスケット１のリップ部２を含む肉厚は、あまり厚すぎると所望の面圧分布が得難くなるので、０．２〜２ｍｍ程度、好ましくは０．３〜１ｍｍ程度で使用される。しかし、肉厚が１ｍｍ前後以上のガスケット１では操作性にあまり大きな支障を生じないので、本発明の効果がより発揮される肉厚は０．３〜０．６ｍｍ程度である。

また、リップ部２の幅寸法は、狭すぎるとガスケット１の成形が困難となり、必要以上に大きくてもスペースの無駄になるので、約１〜３ｍｍ程度に設定される。

なお、基部４の寸法については、特に制限が無く、ガスケット１を燃料電池セパレータ７の装着溝８内に装着する場合にはリップ部２の両側に約１ｍｍ以内で設けるが、燃料電池セパレータ７間の絶縁を要する領域を覆うような形状としても特に問題はない。

溝部３は、装着後のガスケット１のシール面圧分布が連続的に変化するように断面略半円形である。溝部３の大きさは、略矩形のリップ部幅より狭い範囲で、リップ部高さの１０〜５０％、好ましくは２０〜３０％の最大深さである。また、溝部３は、後述するがシール面ピークを２箇所設けるために、概ねリップ部２の幅方向の中心に最深部を合わせて設けられる。なお、溝部３は複数箇所設けることによりシール面圧ピークを増やすこともできるが、あまり細かくシール面圧の分布を変化させてもシール性へ影響しないので、溝部３は本実施の形態と同様に１箇所であることが好ましい。

このガスケット１の材質は、シリコーン、フッ素ゴム、ＥＰＤＭ、ニトリルゴム等、通常ガスケットに使用される材質であれば良いが、その硬度は（ＪＩＳＡ）６０以下であることが好ましい。

図２を用いて実施の形態に係るガスケット１の装着工程を説明する。

（１）まず、ガスケット１の背面の断面半円形の溝部３内に接着剤５を塗布する（図２（ａ））。接着剤５は、ある程度深さのある溝部３に塗布されることから、必要量をはみ出さずに溝部３内に保持できる。即ち、溝部３が必要量の接着剤５を保持する接着剤溜りになっている。

（２）セパレータ７上に背面の溝部３に接着剤５が塗布されたガスケット１を配置し、ガスケット１表面側から固定用型６で押圧し、加熱することで接着剤５を硬化させ、セパレータ７にガスケット１を装着する（図２（ｂ））。

セパレータ７には、ガスケット１の装着される装着溝８が形成されており、この中（固定位置）にガスケット１が背面を燃料電池セパレータ７に接触させて配置される。なお、セパレータ７は装着溝８を持たない平面形状でもよい。

そして、固定用型６でガスケット１表面側から押圧し、リップ部２をつぶした押圧状態でさらに加熱し、接着剤５を硬化させる。ガスケット１の押圧状態は、リップ部２が固定用型６に接触してつぶれて平坦に押し付けられると共に溝部３もセパレータ７に押し付けられて広浅な接着剤硬化部９となる。

（３）固定用型６を外し、セパレータ７に装着されたガスケット１を得る（図２（ｃ））。

装着状態のガスケット１には、前工程の押圧状態での接着によって、リップ部２が潰れて変形し、リップ部２に２つのシール面圧ピーク箇所としての突起部１０が形成される。また、溝部３も広浅の接着剤硬化部９となり、必要量の接着剤５で十分強固な接着を行っている。

以上により、セパレータ７にガスケット１が装着される。また、装着と同時にガスケット形状を変化させて、ガスケット１を低反力でかつシール性に優れたものとすることができる。

以上の実施の形態によれば、ガスケット１は形状安定性に優れ、ねじれやからまり、破断もなく、従来の同一シール面圧を得られるガスケット形状に比べて、セパレータ７への装着時の操作性が向上する。

また、リップ部２にシール面圧ピーク箇所である突起部１０を２箇所形成するので、低シール面圧で多段にシールでき、低反力でかつシール性に優れることができる。加えて、このリップ部２に２つの突起部１０を形成した形状を、ガスケット１のセパレータ７への装着時（接着時）に固定用型６の押し付けだけで行なうので、製作が容易であり、寸法精度等が煩雑となる成形加工が必要ない。

さらに、接着剤５を溝部３内に塗布するので、接着剤５を均一に必要量を確保でき、ムラなく連続的に強固な接着が得られ、従来の平坦部分に薄く広げて接着剤を塗布した場合の接着ムラから生じる部分的な接着不十分状態となる不具合（接着不良によるシール不良）が生じず、シール性も良好となる。

本発明は、燃料電池用としてだけでなく、ＨＤＤカバー等のガスケットしても用いられる。

実施の形態に係る燃料電池用ガスケットの接着前の単体断面図である。実施の形態に係る燃料電池用ガスケットの燃料電池セパレータへの装着工程を示す工程図である。従来技術の燃料電池用ガスケットの断面図である。

符号の説明

１燃料電池用ガスケット
２リップ部
３溝部
４基部
５接着剤
６固定用型
７燃料電池セパレータ
８装着溝
９接着剤硬化部
１０突起部（シール面圧ピーク箇所）

Claims

表面にリップ部を設けると共に裏面に溝部を設け、前記溝部に接着剤を塗布し、燃料電池セパレータの固定位置に前記リップ部をつぶした押圧状態で接着剤を硬化させ、前記燃料電池セパレータ上に接着されると共に、前記リップ部にシール面圧ピークを複数箇所形成することを特徴とする燃料電池用ガスケット。