JP5029831B2 - ガスケット - Google Patents

Description

本発明は、密封装置の一種であるガスケットに関するものである。本発明のガスケットは例えば、燃料電池用ガスケットとして用いられ、あるいはその他の固定ガスケットの分野で用いられる。

固体高分子型燃料電池におけるスタック内部に配置されるガスケットについては、シール性の他に低反力性が要求される。低反力性については、スタック組み付けによるカーボンセパレータの割れや金属セパレータの変形などの防止のために特に重要である。しかしながらその一方で、シール面圧を確保し、耐久性を持たせることも重要であり、これらの相反する特性を両立させるためには、ガスケットの形状設計が大きな影響を与えている。

したがって、フラットな所謂シート状のガスケットでは、締め付け時の反力が高くなるばかりか、圧縮応力も分散するうえ、シール面圧の確保が困難となり、事実上スタックのシールとして使えず、リップ（ビード）を備えたものが一般的に使われている。

また、セパレータ一体型やＭＥＡ一体型のガスケットは、片側をセパレータやＭＥＡなどに固定しているので、もう片側をリップ形状にしている。一方、ラバーオンリーシールの場合は、両方をリップ形状（ビード形状）としてシール機能を持たせている。

また、燃料電池用のシールについては、反応面のシール性を高めるため、下記特許文献に二重のシール構造が提案されている。

特開２００２−２５５８７号公報 特開２００６−４８９３６号公報

但し、これらの発明は、単にシールを二重に配置しただけであって、具体的なシール形状については何ら説明がなされていない。

実際には、上記特許文献記載の発明の如く、二重シールの場合は異材をシールする場合が多く、シールの断面方向から見れば、シール相手材のシールする位置が異なるために、ガスケットのバランスが崩れ、シールを圧縮した際にどちらか一方が倒れ易いという問題がある。

燃料電池のような低反力、耐久性、および省スペースが要求されるシールに二重シールを配置するには、ガスケットを適切な形状にすることが非常に重要であり、この点に触れた発明は未だなされていない。

本発明は以上の点に鑑みて、ガスケットの一方の面に２つのシールリップがガスケット幅方向に並んで設けられているガスケットにおいて、当該ガスケットを装着すべく当該ガスケットを厚み方向に圧縮したときにシールリップが倒れにくい構造のガスケットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のガスケットは、互いに対向する複数の部材間に圧縮された状態で装着されてシール作用を奏するガスケットであって、当該ガスケットの一方の面には２つのシールリップがガスケット幅方向に並んで設けられているガスケットにおいて、ガスケット圧縮時における前記シールリップの倒れを防止すべく当該ガスケットの反対側の面に３つの突起がガスケット幅方向に並んで設けられ、前記シールリップおよび突起のガスケット幅方向の配置について、前記３つの突起のうち両側の突起はそれぞれ前記２つのシールリップよりもガスケット幅方向の外側に配置され、前記３つの突起のうち中央の突起は前記２つのシールリップの間に配置されていることを特徴とするものである。

上記構成を有する本発明のガスケットにおいては、ガスケットの一方の面に２つのシールリップがガスケット幅方向に並んで設けられるとともに反対側の面に３つの突起がガスケット幅方向に並んで設けられているので、反対側の面において互いに隣り合う突起の間にはそれぞれ、突起に対して相対的に凹んだ形状の溝状凹部が設けられている。また、シールリップおよび突起のガスケット幅方向の配置について、３つの突起のうち両側の突起は２つのシールリップよりもガスケット幅方向の外側に配置されるとともに３つの突起のうち中央の突起は２つのシールリップの間に配置されているので、シールリップおよび突起はガスケット幅方向に互い違いに配置され、シールリップの直下位置にはそれぞれ上記溝状凹部が配置されている。溝状凹部は、ガスケットが圧縮されたときに弾性変形の逃げスペースとして利用可能なものである。したがってこのような形状のガスケットを厚み方向に圧縮すると、突起がガスケット内に発生する圧縮応力を緩和するように作用することから、シールリップは倒れることなくそのままの姿勢で沈み込むように弾性変形することになる。

したがって、本発明によれば、ガスケットの一方の面に２つのシールリップがガスケット幅方向に並んで設けられているガスケットにおいて、当該ガスケットを装着すべく当該ガスケットを厚み方向に圧縮したときにシールリップが倒れにくく、かつそのままの姿勢で沈み込むように弾性変形することから、シール性および低反力性の双方に優れたガスケットを提供することができる。

尚、本発明には、以下の実施形態が含まれる。
（１）燃料電池の片方側が二重シールとした構成について、その反対側の形状を３つのリップ形状とした燃料電池用のガスケット。
（２）燃料電池の少なくとも一方側が二重シール構成をもったシール材のみから構成されるシールにおいて、この二重シール、２つのリップ（ビード）を持った形状が、圧縮時に倒れないように、もう片側のシール相手材に面する部分を、突起３箇所とした構成の二重シール形状。
（３）シールの片側を二重シール（つまり２つのリップ）としたときに、もう一方側（反対側）の形状の３つの突起のうち断面方向両端側の２つの突起が圧縮時のガスケット内部の圧縮応力を緩和し、シールスペース（シール溝）内にて形状が安定化して、倒れ防止となる。また、突起３箇所のうち残りの１箇所は、前記二重シール（つまり２つのリップ）の中点付近に設定される。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の実施例に係るガスケット１の要部断面を示している。当該実施例に係るガスケット１は、互いに対向する複数の部材２１，３１の間に圧縮された状態で装着されてシール作用を奏する燃料電池用ガスケットであって、当該ガスケット１の一方の面（図では上面）には２つのシールリップ（シール用突起とも称する）３，４がガスケット幅方向（図では左右方向）に並んで設けられている。シールリップ３，４はそれぞれ断面山形ないし断面三角形の形状とされている。また、互いに対向する複数の部材２１，３１のうち一方の部材（装着部材、例えばセパレータ）２１には、当該ガスケット１を装着するための装着溝２２が設けられており、当該ガスケット１はこの装着溝２２に装着されて、他方の部材（密接相手部材、例えばＭＥＡおよびＧＤＬ）３１の対向面３２に密接する。他方の部材３１の対向面３２には、例えばＭＥＡの平面上一部にＧＤＬが貼り合わされる等の結果として段差部３３が設けられ、この段差部３３を境として対向面３２は装着溝２２の底面２２ａから遠い面３２ａと近い面３２ｂとに分けられており、一方のシールリップ３が遠い面３２ａに密接し、他方のシールリップ４が近い面３２ｂに密接する。したがって２つのシールリップ３，４にはその高さ寸法および圧縮代の大きさについて互いに格差が設定されており、このように２つのシールリップ３，４に高さ寸法および圧縮代の格差が設定されていることが装着・圧縮時に何れかのシールリップが倒れ込む一因となっている。そこで当該ガスケット１には、以下のような倒れ防止策が設けられている。

すなわち、当該ガスケット１の装着・圧縮時におけるシールリップ３，４の倒れを防止すべく、当該ガスケット１の反対側の面（図では下面）すなわち装着溝２２の底面２２ａと対向する面に３つの突起（着座用突起または着座用リップとも称する）８，９，１０がガスケット幅方向に並んで設けられており、互いに隣り合う突起８，９，１０の間にそれぞれ溝状凹部１１，１２が設けられている。突起８，９，１０および溝状凹部１１，１２は何れもガスケット１の全長に亙って設けられている。装着当初、装着溝２２の底面２２ａには各突起８，９，１０が接触するので、溝状凹部１１，１２の底面と装着溝２２の底面２２ａとの間には初期的な空間スペースが設定されており、このスペースはガスケット１が圧縮されるのに伴って徐々に縮小することになる。３つの突起８，９，１０は同一平面上に配置されて装着時、同時に装着溝２２の底面２２ａに接触するが、３つのうちの１つまたは２つは、ガスケット１が若干圧縮されたとき（例えば図３（Ｂ）の状態になったとき）に装着溝２２の底面２２ａに接触するものであっても良い。突起８，９，１０はそれぞれ断面円弧形ないし断面半円形の形状とされているが、その断面形状は特に限定されず、例えば三角形や四角形などであっても良い。

２つのシールリップ３，４および３つの突起８，９，１０のガスケット幅方向における配置については、３つの突起８，９，１０のうち両側の突起８，１０は２つのシールリップ３，４よりもガスケット幅方向の外側に配置されており、すなわち図上左側の突起８は図上左側のシールリップ３よりも更に図上左側に配置され、図上右側の突起１０は図上右側のシールリップ４よりも更に図上右側に配置されている。また３つの突起８，９，１０のうち中央の突起９は２つのシールリップ３，４の間に配置されている。

当該ガスケット１は、シリコーンゴム等のゴム状弾性体によって単体で成形され、非接着にて装着溝２２に装着されるものである。ガスケット１全体の断面形状としては、断面略長方形状を呈するプレート状のガスケット本体２の上面にシールリップ３，４が２つ幅方向に並んで一体成形されている。両シールリップ３，４の間は谷部５とされ、シールリップ３，４の両側にはそれぞれ平坦状の裾野部６，７が設けられている。したがって両シールリップ３，４はガスケット本体２の幅方向における中央寄りの位置に設けられている。一方、ガスケット本体２の下面に突起８，９，１０が３つ幅方向に並んで一体成形されている。３つの突起８，９，１０うち２つの突起８，１０はガスケット本体２の幅方向端部に配置されており、残る１つの突起９はガスケット本体２の幅方向略中央に配置されている。ガスケット１の側面１３，１４についてはそれぞれ、装着溝２２の側面２２ｂ，２２ｃとの間に若干の初期的な間隙が設定されており、この間隙はガスケット１が圧縮されるのに伴って徐々に縮小、消滅することになる。

尚、上記他方の部材３１の対向面３２に設けられている段差部３３について、上記説明では、段差部３３は図２（Ａ）に示すように、ＭＥＡおよびＧＤＬなど２枚のプレート状部材３１Ａ，３１Ｂを貼り合わせた結果（一方のプレート状部材３１Ａの平面上一部に他方のプレート状部材３１Ｂを貼り合わせた結果）として設けられているとしたが、段差部３３は図２（Ｂ）に示すように、互いに厚みを異にする２枚のプレート状部材３１Ａ，３１Ｂを同一平面上で突き合わせた、あるいは同一平面上に並べた結果として設けられるものであっても良く、更に単一のプレート状部材の一面に設けられるものであっても良い。

図１および図３（Ａ）は、上記構成のガスケット１を装着溝２２に装着して未だ圧縮していない状態を示しており、この図３（Ａ）の状態から上下の部材２１，３１の間隔を徐々に狭めてガスケット１をその厚み方向（図では上下方向）に圧縮すると図３（Ｂ）の状態となり、更に圧縮すると図３（Ｃ）の状態となる。しかして当該ガスケット１では、上記したようにガスケット１が圧縮されたときに溝状凹部１１，１２が弾性変形の逃げスペースとして機能するとともに突起８，９，１０がガスケット１内に発生する圧縮応力を緩和するよう作用することから、シールリップ３，４は何れも倒れることなくそのままの姿勢で沈み込むように弾性変形する。したがって本発明所期の目的どおり、ガスケット１の一方の面に２つのシールリップ３，４がガスケット幅方向に並んで設けられているガスケットにおいて、ガスケット１を装着すべくガスケット１を厚み方向に圧縮したときにシールリップ３，４が倒れにくく、かつそのままの姿勢で沈み込むように弾性変形することから、シール性および低反力性の双方に優れたガスケットを提供することができる。

つぎに、本願発明者らは、上記作用効果を確認するため、比較試験を実施したので、以下にその内容および結果について説明する。

比較試験は、シリコーンゴムＨｓ４０材を用いて、以下に示す形状の比較例サンプルおよび本発明に係る実施例サンプルを製作し、ＦＥＭ解析を実施した。

比較例サンプルは、図４（Ａ）に示す断面形状を有しており、ガスケット１の一方の面に２つのシールリップ３，４がガスケット幅方向に並んで設けられるとともにガスケット１の反対側の面に２つの突起８，９がガスケット幅方向に並んで設けられている。このような形状であると、図４（Ａ）から（Ｂ）へ、（Ｂ）から（Ｃ）へと圧縮されてゆくうちに比較的初期の段階で、符号Ｄにて示すようにシールリップ３，４が横倒しに倒れてしまう。尚、この比較例品は、圧縮率３０％でピーク面圧は０．９ＭＰａであった。

これに対して、実施例サンプルは、上記図１および図３に示した断面形状を有しており、ガスケット１の一方の面に２つのシールリップ３，４がガスケット幅方向に並んで設けられるとともにガスケット１の反対側の面に３つの突起８，９，１０がガスケット幅方向に並んで設けられている。構成・形状の詳細は既述したとおりである。このような形状であると、ガスケット１の反対側の面に３つの突起８，９，１０が設けられていることにより、シールリップ３，４は最後まで倒れることなく安定して圧縮されることを確認することができた。尚、この実施例品は、圧縮率３０％でピーク面圧は１．３ＭＰａ、３つの突起８，９，１０のうち中央の突起９はピーク面圧１．２ＭＰａであった。

本発明の実施例に係るガスケットの要部断面図 他方の部材に設ける段差部構造の説明図 同ガスケットが圧縮されてゆく過程を示す説明図 比較例に係るガスケットが圧縮されてゆく過程を示す説明図

符号の説明

１ ガスケット
２ ガスケット本体
３，４ シールリップ
５ 谷部
６，７ 裾野部
８，９，１０ 突起
１１，１２ 溝状凹部
１３，１４ 側面
２１ 装着部材
２２ 装着溝
２２ａ 底面
２２ｂ，２２ｃ 側面
３１ 密接相手部材
３２，３２ａ，３２ｂ 対向面
３３ 段差部

Claims (1)

1. 互いに対向する複数の部材間に圧縮された状態で装着されてシール作用を奏するガスケットであって、当該ガスケットの一方の面には２つのシールリップがガスケット幅方向に並んで設けられているガスケットにおいて、
   ガスケット圧縮時における前記シールリップの倒れを防止すべく当該ガスケットの反対側の面に３つの突起がガスケット幅方向に並んで設けられ、
   前記シールリップおよび突起のガスケット幅方向の配置について、前記３つの突起のうち両側の突起はそれぞれ前記２つのシールリップよりもガスケット幅方向の外側に配置され、前記３つの突起のうち中央の突起は前記２つのシールリップの間に配置されていることを特徴とするガスケット。

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