JP6339999B2

JP6339999B2 - 電子デバイス用ガスケット

Info

Publication number: JP6339999B2
Application number: JP2015517078A
Authority: JP
Inventors: 元由井; 佐々木　憲司; 憲司佐々木
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2014-05-13
Publication date: 2018-06-06
Anticipated expiration: 2034-05-13
Also published as: JPWO2014185390A1; WO2014185390A1

Description

本発明は、基板間に電解質等の封入物質を介在させて封止した構造の電子デバイスの封止技術に係り、例えば色素増感型太陽電池の対向電極間の電解質や有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイの対向基板間の封入ガスの封止手段として適用可能なガスケットに関するものである。

色素増感型太陽電池は、シリコン（Si）のｐｎ接合型の太陽電池に比較して製造コストが安いという利点がある。この種の色素増感型太陽電池は、２枚の電極基板間に液状又はゲル状の電解質が封入された構造を有するため、この電解液を封止するガスケットの封止性能や電解質に対する耐性の向上が、色素増感型太陽電池の信頼性や耐久性において重要である。

詳しくは、色素増感型太陽電池は、図３にその基本構造の一例を示すように、互いに対向配置された一対の透明基板１０１，１０２を有し、このうち一方の透明基板１０１における他方の透明基板１０２との対向面に透明な導電膜からなる透明電極１０３が形成されており、この透明電極１０３に、光増感色素１０４ｂを吸着させた酸化チタン（TiO_２）粒子１０４ａからなる多孔質半導体層１０４が設けられ、他方の透明基板１０２における一方の透明基板１０１との対向面に透明な導電膜及び触媒層からなる対向電極１０５が形成されており、前記多孔質半導体層１０４と対向電極１０５との間に画成された密閉隙間には、例えばヨウ素及びヨウ化物を含有する液状又はゲル状の電解質１０６が封入されている。

この種の色素増感型太陽電池は、次のような動作によって発電するものである。まず透明基板１０１に太陽光などの光が当たることによって、光増感色素１０４ｂが光を吸収することにより励起状態となって電子ｅ⁻を放出し、放出された電子ｅ⁻は酸化チタン粒子１０４ａを経て透明電極１０３へ移動し、さらに外部負荷Ｒを経由して、対向電極１０５に達する。一方、電子ｅ⁻を放出することにより酸化した光増感色素１０４ｂは、電解質１０６中のヨウ化物イオンＩ⁻から電子ｅ⁻を受け取ることによって元の状態に戻り、これによってヨウ化物イオンＩ⁻が酸化された三ヨウ化物イオンＩ_３ ⁻は、対向電極１０５まで拡散してここで対向電極１０５から電子ｅ⁻を受け取ることによって還元され、ヨウ化物イオンＩ⁻となる。還元されたヨウ化物イオンＩ⁻は、光増感色素１０４ｂによって再び酸化されることになる。そしてこのような酸化還元の繰り返しによって外部負荷Ｒを電流が流れるのである。

透明基板１０１，１０２の外周部間に介在して電解質１０６を封止するシール材としては、従来、ＵＶ硬化型接着剤などの接着剤を用いるのが主流となっている（下記の特許文献１参照）。

しかしながらＵＶ硬化型接着剤によるシール材は、長期にわたって電解質１０６と接触することにより、膨潤したり劣化したりして、封止性が低下するおそれがあり、その結果、電解質１０６が漏れたり、また、外部から透過した水蒸気によって電解質１０６が劣化したりすると、光電変換効率が低下するばかりか、色素増感型太陽電池の信頼性と耐久性が著しく低下するといった問題がある。しかも基板１０１，１０２がＵＶ硬化型接着剤からなるシール材によって互いに接着されてしまうので、分解不可能であり、メンテナンス性に乏しいという問題も指摘される。

また、接着剤によるシール材の代わりに、電解質１０６によって膨潤したり劣化したりすることのないゴム系材料からなるガスケット１０７を用いることも考えられるが、この場合、ガスケット１０７に適度な圧縮を与えるためには、透明基板１０１，１０２を貫通したボルト１０８と、これに螺合したナット１０８ａによって締結する必要がある（下記の特許文献２参照）。

ところが、透明基板１０１，１０２間の隙間は微小なものであり、すなわちガスケット１０７はゴムの厚みがμｍオーダーの非常に薄いものであることから、僅かな圧縮でも反力が増大し、しかも透明基板１０１，１０２はガラス基板からなるため、ボルト１０８とナット１０８ａによる締結力は小さくしないと、ガスケット１０７の圧縮反力によって透明基板１０１，１０２が破損してしまうおそれがある。

ところが、透明基板１０１，１０２の破損を防止するためにボルト・ナット１０８，１０８ａによる締結力を小さくすると、ガスケット１０７は、図４に示す各ボルト・ナット１０８，１０８ａの近傍１０７ａでは、密封に必要な面圧を確保できるが、各ボルト・ナット１０８，１０８ａの間の部分１０７ｂでは透明基板１０１，１０２の僅かな撓みなどの影響で締結力が低下し、極端な場合はガスケット１０７と透明基板１０１，１０２の間に隙間ができてしまい、密封に必要な面圧が確保できなくなるおそれがあった。

また、自動車エンジンのシリンダヘッドに用いられる金属ガスケットでは、ボルトによる締結部の間の部分の密封面圧を確保するための対策として、ボルトによる締結部の間の部分を厚くしたり（下記の特許文献３参照）、あるいはボルトによる締結部の間の部分のビード幅を広くかつビード高さを高くしたりすること（下記の特許文献４参照）が知られている。

しかしながら、上述のような色素増感型太陽電池などの電子デバイスに用いられるガスケットは、厚みがμｍオーダーの非常に薄いものであることから、省スペース化のためにフラットな面（平面）のみで面圧を確保する必要があるため、特許文献３，４に記載の金属ガスケットのようなビードを設けることは困難である。

特開２００７−０８７６８４号公報特開２００６−２０２６８１号公報特開平０８−０２８７０７号公報国際公開ＷＯ２０１１／０２４８１２

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、色素増感型太陽電池などの電子デバイスに用いられる薄肉のガスケットにおいて、小さな締結力で必要な面圧を確保することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る電子デバイス用ガスケットは、互いに対向配置されると共に複数の締結部材により互いに結合された一対の基板の間に封入物質が封入された構造の電子デバイスにおいて、前記一対の基板の間に介装されて前記封入物質の周囲を封止するガスケットであって、厚さが一定で、前記締結部材の近傍で相対的に幅が広く、前記締結部材から離れるほど相対的に幅が狭くなるように、周方向に接触幅が徐々に異なる形状に形成されたことを特徴とする。

上記構成において、互いに対向する一対の基板の間に介在するガスケットは、締結部材から離れるほど前記基板との接触幅が小さくなるので、締結部材による締結位置の間ではガスケットの圧縮反力が小さくなる。このため、締結部材による締結位置の間でのガスケットの圧縮反力による前記基板の撓みが抑制され、その結果、シール面がフラットな面（平面）のみで面圧を確保しつつも、締結部材による締結位置の間でのガスケットの圧縮量の減少が抑制され、締結部材から離れた位置での面圧の低下が抑制されるので、ガスケットの面圧のばらつきが小さくなる。

本発明に係る電子デバイス用ガスケットによれば、締結部材による締結位置の間でのガスケットの圧縮反力による基板の破損や変形が防止され、小さな締結力でも、密封に必要な面圧を確保することができる。

本発明に係る電子デバイス用ガスケットの好ましい実施の形態を概略的に示す基板とガスケットの分離斜視図である。本発明に係る電子デバイス用ガスケットの好ましい実施の形態を概略的に示す使用状態の平面図である。電子デバイスとして、色素増感型太陽電池の基本構造の一例を概略的に示す説明図である。従来の電子デバイス用ガスケットの一例を概略的に示す平面図である。

以下、本発明に係る電子デバイス用ガスケットの好ましい実施の形態について、図１及び図２を参照しながら説明する。

図１及び図２に示す電子デバイスは、例えば色素増感型太陽電池であって、参照符号１，２は平面投影形状が略長方形をなす基板であり、厚さ方向に互いに対向配置されている。このうち一方の基板１は、ガラスからなる透明基板と、その内側面に形成された透明な導電膜からなる透明電極と、さらにこの透明電極に設けられ、光増感色素を吸着させた酸化チタン粒子からなる多孔質半導体層からなる積層構造となっており、他方の基板２は、内側面に透明な導電膜及び触媒層からなる対向電極が形成された積層構造となっているものである。この基板１，２は、各角部近傍がそれぞれ螺子部材（例えばボルト・ナット）３によって互いに締結されている。なお、螺子部材３は請求項１に記載された締結部材に相当する。

基板１，２の間には、ヨウ素及びヨウ化物を含有する液状又はゲル状の電解質などの物質Ｍが封入され、その周囲は本発明によるガスケット４によって封止される。このガスケット４は、螺子部材３による締結位置の内側に配置され、平面形状が角丸め長方形状をなすものである。

詳しくは、このガスケット４は、水蒸気に対するバリア性を有すると共に電解質に対して不活性の材料、好ましくは例えば厚さが60μｍ程度の金属箔（例えばアルミ箔）又はＬＣＰ（液晶ポリマー：例えば株式会社プライマテック製ＳＴＡＢＩＡＸなど）の薄板からなる枠状基材４１と、この枠状基材４１における基板１，２との対向面に、耐電解質性の高いＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）又はＶＭＱ（ビニルメチルシリコーンゴム）等のゴム材や、フッ素系の合成樹脂材（ＰＴＦＥ，サランなど）によって一体的に形成されたガスケット本体４２と、からなる。

ガスケット本体４２は、基板１，２の内側面に密接されるものであり、スクリーン印刷法などによって枠状基材４１の両面に液状ゴムを薄膜状に塗布して架橋硬化させることによって、例えば5〜50μｍ程度の一定の厚さで形成されている。また、このガスケット本体４２は基板１，２との密接面が平面状であり、螺子部材３による締結位置の内側近傍を通るコーナー部４２ａで相対的に幅が広く、コーナー部４２ａ，４２ａ間の辺部４２ｂで相対的に幅が狭くなるように、幅が連続的に変化している。言い換えれば螺子部材３による締結位置の近傍で幅が広く、締結位置から離れるほど幅が狭く、すなわち辺部４２ｂの長さ方向中間位置で最も狭くなっている。具体例としては、コーナー部４２ａにおける最大幅寸法が例えば８．５ｍｍ、辺部４２ｂにおける最小幅寸法が例えば２ｍｍとなるように、幅が連続的に変化している。

このためガスケット本体４２は、外周縁４２ｃが角部を丸めた長方形をなす一方、内周縁４２ｄが、角部を丸めた長方形の各辺を円弧状に湾曲させた形状をなすように形成されている。また、ガスケット４の枠状基材４１の内周縁も、ガスケット本体４２の内周縁４２ｄと同一の形状に形成されている。

以上の構成を備えるガスケット４は、枠状基材４１の両面のガスケット本体４２が基板１，２に密接することによって、基板１，２の間に封入された液状又はゲル状の電解質などの封入物質Ｍが外部へ漏れるのを防止するものである。

そして、このガスケット４は、螺子部材３による締結位置の近傍（コーナー部４２ａ）で基板１，２に対する接触幅が最も広く、辺部４２ｂの長さ方向中間位置で最も狭くなっているため、螺子部材３の締結力によって締結基板１，２の間で挟圧されることによるガスケット４（ガスケット本体４２）の圧縮反力も、辺部４２ｂの長さ方向中間位置で最も小さくなる。このため、螺子部材３による締結位置の間での圧縮反力による基板１，２の撓みが小さくなり、その結果、螺子部材３の締結位置の間での圧縮量の減少が抑制され基板１，２に対する面圧の低下が抑制される。

したがって、螺子部材３による締結位置の間でガスケット４（ガスケット本体４２）の圧縮反力が抑制されることによって、基板１，２の破損が防止されると共に、小さな締結力でも、封入物質Ｍの密封に必要な面圧を確保することができ、ひいては螺子部材３の本数を低減することも可能となる。

また、ガスケット本体４２の各部の幅を、螺子部材３による締結位置の間での基板１，２の撓み量を勘案して求めることにより、基板１，２に対する面圧を全周でほぼ均一にすることができる。

なお、上述の実施の形態は、電子デバイスが色素増感型太陽電池である場合について説明したが、本発明のガスケット４は、電子デバイスが例えば有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイの対向基板間の封入ガスの封止手段としても適用することができる。

また、上述の実施の形態では、内周縁を湾曲形状としたが、外周縁を湾曲形状とすること、あるいは内周縁と外周縁の双方を湾曲形状とすることでも、周方向に接触幅が徐々に異なる形状を実現することができる。

１，２基板
３螺子部材（締結部材）
４ガスケット
４１枠状基材
４２ガスケット本体
４２ａコーナー部
４２ｂ辺部

Claims

互いに対向配置されると共に複数の締結部材により互いに結合された一対の基板の間に封入物質が封入された構造の電子デバイスにおいて、前記一対の基板の間に介装されて前記封入物質の周囲を封止するガスケットであって、厚さが一定で、前記締結部材の近傍で相対的に幅が広く、前記締結部材から離れるほど相対的に幅が狭くなるように、周方向に接触幅が徐々に異なる形状に形成されたことを特徴とする電子デバイス用ガスケット。