KR101904521B1 - 플레이트 일체형 개스킷 - Google Patents

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토시히로 시마조에
시게루 와타나베
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엔오케이 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 서로 적층되는 복수의 플레이트(1, 2)에 설치되는 시일 부재(3)의 장착에 필요한 폭을 작게 하고, 또한 생산성의 향상을 도모하는 것이 가능한 플레이트 일체형 개스킷을 제공한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 일방의 플레이트(1)와 타방의 플레이트(2)가 서로 적층되는 동시에, 일방의 플레이트(1)의 외주면(1a)이 타방의 플레이트(2)에 형성된 단차면(21a)에 끼움결합 또는 느슨하게 결합되며, 고무상(rubber-like) 탄성을 가지는 탄성재료로 이루어지는 시일부재(3)가, 일방의 플레이트(1) 및 타방의 플레이트(2)의 쌍방에 걸쳐 일체로 성형되는 동시에, 일방의 플레이트(1)와 타방의 플레이트(2)의 사이에 형성된 시일 고정 홈(4)에 충전된 피고정부(31)를 가진다.

Description

플레이트 일체형 개스킷{PLATE-INTEGRATED GASKET}
본 발명은, 예를 들면 연료전지와 같이, 복수의 플레이트를 적층시켜 그 사이의 유로를 시일하는 구조체에 이용되며, 고무상(rubber-like) 탄성을 가지는 탄성재료로 이루어지는 시일 부재가, 플레이트에 일체화된 플레이트 일체형 개스킷에 관한 것이다.
도 23은, 종래의 기술에 의한 플레이트 일체형 개스킷으로서, 고무상 탄성을 가지는 탄성재료로 이루어지는 시일 부재가, 연료전지의 세퍼레이터에 일체화된 연료전지용 개스킷의 일예를 나타내는 것이다.
이러한 연료전지용 개스킷에 있어서, 참조 부호 101, 102는 각각 카본 등의 도전성 재료로 이루어지는 판형상의 세퍼레이터이다. 이 중 도 23에 있어서의 상측의 제1 세퍼레이터(101)의 상면에는, 예를 들면 연료 가스(수소 가스) 및 산화제 가스(공기) 중 일방을 공급하기 위한 유로(流路)용 홈(101a)이 형성되는 동시에, 이 유로용 홈(101a)을 유통하는 가스를 시일하기 위한 시일 부재(103)가 일체로 접합되어 있다. 또한, 도 23에 있어서의 하측에 적층되는 제2 세퍼레이터(102)의 하면에는, 예를 들면 연료 가스(수소 가스) 및 산화제 가스(공기) 중 타방을 공급하기 위한 유로용 홈(102a)이 형성되는 동시에, 이 유로용 홈(102a)을 유통하는 가스를 시일하기 위한 시일 부재(104)가 일체로 접합되고, 제1 세퍼레이터(101)의 하면과 중합(重合)되는 제2 세퍼레이터(102)의 상면에는, 예를 들면 냉각수 등의 유체를 유통시키기 위한 유로용 홈(102b)이 형성되는 동시에, 이 유로용 홈(102b)을 유통하는 유체를 시일하기 위한 시일 부재(105)가 일체로 접합되어 있다(예를 들면 다음의 특허문헌 1 참조).
즉, 이러한 종류의 연료전지용 개스킷은, 조립성(assembling property)의 향상을 도모하기 위해서, 세퍼레이터(101, 102)에, 시일 부재(103∼105)를 일체화한 것이지만, 세퍼레이터(101) 측의 시일 부재(103)와 제2 세퍼레이터(102) 측의 시일 부재(104, 105)를 각각 성형해야 하므로, 그만큼, 생산성이 낮았다.
또한, 도 24 및 도 25는, 종래의 기술에 의한 플레이트 일체형 개스킷으로서, 세퍼레이터에 고무상 탄성을 가지는 탄성재료로 이루어지는 시일 부재를 일체화한 연료전지용 개스킷의 다른 예를 나타내는 것이다.
즉, 도 24 혹은 도 25에 나타내는 종래 예의 경우는, 제1 세퍼레이터(101)보다도 제2 세퍼레이터(102)의 외주(外周) 치수를 크게 함으로써, 제1 세퍼레이터(101) 측의 시일 부재(103)와 제2 세퍼레이터(102) 측의 시일 부재(104, 105)를 서로 벗어난 위치에 설치하는 동시에, 제2 세퍼레이터(102)에 설치한 연통구멍(communication hole, 102c)을 통해서 시일 부재(104, 105)가 서로 연속한 구조로 되어 있기 때문에, 예를 들면 도 26에 나타내는 바와 같이, 제1 세퍼레이터(101)와 제2 세퍼레이터(102)를 적층한 상태로 상부몰드(upper mold , 201) 및 하부몰드(lower mold, 202)로 이루어지는 금형(200)에 세트함으로써, 1회의 성형 공정으로 세퍼레이터(101, 102)에 시일 부재(103∼105)를 성형할 수 있으며, 따라서 도 23의 것에 비교하여 생산성이 향상한다. 한편, 본 예에서는 냉각수를 유통시키기 위한 유로용 홈(101b)이 제1 세퍼레이터(101) 측에 형성되어 있다.
그러나, 도 25에 나타내는 예와 같이 제1 세퍼레이터(101)와 제2 세퍼레이터(102) 사이에 적층방향의 단차가 있음으로써, 세퍼레이터(101) 측의 시일 부재(103)와 제2 세퍼레이터(102) 측의 시일 부재(105)의 높이(h1, h2)가 다른 것인 경우에는, 조립 상태에서의 시일 부재(103, 105)의 압축률(compressibility ratios) 등에 의한 특성을 맞추는 것이 곤란하게 된다.
게다가, 도 24 및 도 25의 종래 예에서는, 제1 세퍼레이터(101)보다도 제2 세퍼레이터(102)의 외주 치수를 크게 하고 있는 것에 더하여, 시일 부재(103, 105)를 내외주 방향에 대하여 구속하기 위한 시일 고정 홈(seal fixing groove, 101c, 102d)이, 제1 세퍼레이터(101)와 제2 세퍼레이터(102)에 별개로 설치된 구조로 되어 있기 때문에, 시일 부재(103, 105)를 설치하고 있는 영역의 폭(w)이 도 23의 예에 비교하여 커져 버리며, 그 결과, 연료전지 전체의 사이즈 증대를 가져온다.
나아가서는, 도 26에 나타내는 바와 같이, 성형에 이용되는 금형(200)은, 제1 세퍼레이터(101) 측의 시일 부재(103)를 성형하기 위한 캐비티(203)와, 제2 세퍼레이터(102) 측의 시일 부재(104, 105)를 성형하기 위한 캐비티(204)에, 성형용 고무 재료를 별개로 충전하기 위한 복수의 주입구(203a, 204a)가 필요하기 때문에, 금형(200)의 구조도 복잡해진다고 하는 문제도 지적된다.
일본 특개 2005-222708호 공보
본 발명은, 이상과 같은 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 기술적 과제는, 서로 적층되는 복수의 플레이트에 설치되는 시일 부재의 장착에 필요한 폭을 작게 하고, 또한 생산성의 향상을 도모하는 것이 가능한 플레이트 일체형 개스킷을 제공하는 것에 있다.
상술한 기술적 과제를 유효하게 해결하기 위한 수단으로서, 청구항 1의 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷은, 일방의 플레이트와 타방의 플레이트가 서로 적층되는 동시에, 일방의 플레이트의 외주면이 타방의 플레이트에 형성된 단차(段差)면에 끼움결합(fitted) 또는 느슨하게 결합(loosely fitted)되며, 고무상 탄성을 가지는 탄성재료로 이루어지는 되는 시일 부재가, 상기 일방의 플레이트 및 타방의 플레이트 쌍방에 걸쳐 일체로 성형되는 동시에, 상기 일방의 플레이트와 타방의 플레이트 사이에 형성된 시일 고정 홈에 충전된 피(被)고정부를 가지는 것이다.
또, 청구항 2의 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷은, 청구항 1에 기재된 구성에 있어서, 시일 고정 홈이 일방의 플레이트의 외주면과 타방의 플레이트의 단차면과의 사이에 형성된 것이다.
또한, 청구항 3의 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷은, 청구항 1 또는 2에 기재된 구성에 있어서, 시일 부재에, 시일 고정 홈으로부터 피고정부가 빠져나가는 것을 규제하는 스톱퍼가 형성된 것이다.
또, 청구항 4의 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷은, 청구항 3에 기재된 구성에 있어서, 스톱퍼가 피고정부로부터 연장되어 있는 동시에, 시일 고정 홈 내에 형성된 확장부에 걸림고정된 것이다.
또한, 청구항 5의 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷은, 청구항 1∼4 중 어느 한 항에 기재된 구성에 있어서, 일방의 플레이트와 타방의 플레이트의 서로의 적층면 중의 일방에, 타방과 밀착접촉(密接)되는 버 정지 돌기가 설치된 것이다.
또, 청구항 6의 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷은, 청구항 1∼4 중 어느 한 항에 기재된 구성에 있어서, 일방의 플레이트와 타방의 플레이트의 서로의 적층면 중의 일방에 돌기가 설치되며, 타방에 상기 돌기와 느슨하게 결합되는 홈이 설치되어, 서로 느슨하게 결합한 이들 돌기와 홈에 의해 버 정지 래버린스 틈새(burr stop labyrinth clearance gap)가 형성된 것이다.
본 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷에 의하면, 시일 부재가, 일방의 플레이트 및 타방의 플레이트 쌍방에 걸쳐 일체로 성형되는 동시에, 상기 일방의 플레이트와 타방의 플레이트 사이에 형성된 시일 고정 홈에 충전된 피고정부를 가지기 때문에, 시일 고정 홈이 쌍방의 플레이트에 별개로 설치되는 동시에 이 시일 고정 홈에 각각 시일 부재가 설치되는 경우에 비교하여, 플레이트에 있어서의 시일 부재의 장착에 필요한 폭을 작게 할 수 있고, 상기 일방의 플레이트와 타방의 플레이트 사이에 형성된 시일 고정 홈에 충전된 피고정부를 가지기 때문에, 시일 대상 유체의 압력에 의한 시일 부재의 어긋남을 방지할 수 있으며, 게다가, 일방의 플레이트 및 타방의 플레이트에 설치되는 시일 부재가 서로 연속한 것이기 때문에, 일회의 성형 공정으로 제작할 수 있어, 생산성의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 쌍방의 플레이트 사이에 유체압력(fluid pressure)이 작용해도, 이 유체압력에 의해 시일 부재의 피고정부가 시일 고정 홈으로부터 빠져나가는 것을, 시일 부재에 형성한 스톱퍼(stopper)에 의해 확실하게 방지하여, 시일 기능의 신뢰성을 확보할 수 있다.
또, 버 정지 돌기 혹은 버 정지 래버린스 틈새를 설치함으로써, 시일 부재의 성형시에, 성형 압력에 의해 성형 재료가 일방의 플레이트와 타방의 플레이트 사이 틈새로 유출하는 것을 방지하여, 품질이 높은 제품으로 할 수 있다.
도 1은, 본 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷의 제1의 형태로서의 연료전지용 양면 립형 개스킷(double-sided lip type gasket)을 나타내는 부분 단면도이다.
도 2는, 제1의 형태에 있어서의 세퍼레이터의 분리 상태 및 조합 상태를 나타내는 부분 단면도이다.
도 3은, 제1의 형태에 의한 연료전지용 양면 립형 개스킷을 제작하기 위한 금형 및 그것에 세트된 세퍼레이터를 나타내는 부분 단면도이다.
도 4는, 본 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷의 제2 형태로서의 연료전지용 양면 립형 개스킷을 나타내는 부분 단면도이다.
도 5는, 제2의 형태에 있어서의 세퍼레이터의 분리 상태 및 조합 상태를 나타내는 부분 단면도이다.
도 6은, 본 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷의 제3 형태로서의 연료전지용 양면 립형 개스킷을 나타내는 부분 단면도이다.
도 7은, 본 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷의 제1∼제3의 형태를, 연료전지용 편면(片面) 립형 개스킷에 각각 적용한 복수의 예를 나타내는 부분 단면도이다.
도 8은, 본 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷에 있어서, 개스킷이 세퍼레이터로부터 이탈할 가능성을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는, 본 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷의 제4의 형태로서의 연료전지용 편면 립형 개스킷을 나타내는 부분 단면도이다.
도 10은, 본 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷의 제4의 형태로서의 연료전지용 편면 립형 개스킷을 나타내는 조립 상태의 부분 단면도이다.
도 11은, 본 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷의 제4의 형태로서의 연료전지용 편면 립형 개스킷의 다른 예를 제시하는 부분 단면도이다.
도 12는, 본 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷의 제5의 형태로서의 연료전지용 편면 립형 개스킷을 나타내는 부분 단면도이다.
도 13은, 본 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷의 제5의 형태로서의 연료전지용 양면 립형 개스킷을 나타내는 부분 단면도이다.
도 14는, 도 7(B)에 나타내는 연료전지용 편면 립형 개스킷을 제작하기 위한 금형 및 그것에 세트된 세퍼레이터를 나타내는 부분 단면도이다.
도 15는, 도 14에 나타내는 성형의 과정에서 생긴 버가 유로측으로 도달한 상태를 나타내는 부분 단면도이다.
도 16은, 본 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷의 제6의 형태로서의 연료전지용 편면 립형 개스킷을 나타내는 부분 단면도이다.
도 17은, 제6의 형태에 있어서의 세퍼레이터의 분리 상태를 나타내는 부분 단면도이다.
도 18은, 제6의 형태에 의한 연료전지용 개스킷을 제작하기 위한 금형 및 그것에 세트된 세퍼레이터를 나타내는 부분 단면도이다.
도 19는, 제6의 형태에 의한 연료전지용 개스킷을 제작하기 위한 금형 및 그것에 세트된 세퍼레이터의 비교 예를 나타내는 부분 단면도이다.
도 20은, 본 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷의 제7의 형태로서의 연료전지용 편면 립형 개스킷을 나타내는 부분 단면도이다.
도 21은, 제7의 형태에 있어서의 세퍼레이터의 분리 상태를 나타내는 부분 단면도이다.
도 22는, 제7의 형태에 의한 연료전지용 개스킷을 제작하기 위한 금형 및 그것에 세트된 세퍼레이터를 나타내는 부분 단면도이다.
도 23은, 종래 기술에 관한 플레이트 일체형 개스킷의 일예로서 연료전지용 개스킷을 나타내는 부분 단면도이다.
도 24는, 종래 기술에 관한 플레이트 일체형 개스킷의 다른 예로서 연료전지용 개스킷을 나타내는 부분 단면도이다.
도 25는, 종래 기술에 관한 플레이트 일체형 개스킷의 다른 예로서 연료전지용 개스킷을 나타내는 부분 단면도이다.
도 26은, 도 25의 연료전지용 개스킷을 제작하기 위한 금형 및 그것에 세트된 세퍼레이터를 나타내는 부분 단면도이다.
이하, 본 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷을 연료전지용 개스킷에 적용한 바람직한 실시의 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
먼저 도 1은, 제1의 형태로서 연료전지용 양면 립형 개스킷을 나타내는 것이다. 이 시일 구조체에 있어서, 참조 부호 1, 2는 각각 카본(carbon) 등의 도전성 재료로 이루어지는 판형상의 세퍼레이터(plate-like separator)이며, 청구항 1에 기재된 플레이트에 상당하는 것이다. 세퍼레이터(1, 2)는 서로 적층되는 동시에, 도면에 있어서의 상측의 제1 세퍼레이터(1)의 외주면(1a)이, 하측의 제2 세퍼레이터(2)의 외주부(21)를 따라 내주측을 향해 형성된 단차면(21a)에 끼움결합되어 있다.
제1 세퍼레이터(1)의 상면에는 제1의 유로용 홈(flow path groove, 11)이 형성되고, 그 반대측의 면, 즉 제2 세퍼레이터(2)의 상면과 중합(重合)되는 하면(下面)에는 제2의 유로용 홈(12)이 형성되어 있다. 한편, 제2 세퍼레이터(2)의 하면에는 제3의 유로용 홈(22)이 형성되어 있다.
도 2(A)에 나타내는 바와 같이, 제1 세퍼레이터(1)의 외주부 상면에는 상측 및 외주측을 향한 단차형상 홈(13)이 형성되어 있고, 제2 세퍼레이터(2)의 외주부(21)의 상면에 있어서의 단차면(21a) 측에는 상측 및 내주측을 향한 단차형상 홈(23)이 형성되어 있으며, 도 2(B)에 나타내는 바와 같이, 제1 세퍼레이터(1)와 제2 세퍼레이터(2)를 서로 적층하는 동시에 제1 세퍼레이터(1)의 외주면(1a)을 제2 세퍼레이터(2)의 단차면(21a)에 끼움결합한 상태에서는, 제1 세퍼레이터(1)의 단차형상 홈(13)과 제2 세퍼레이터(2)의 단차형상 홈(23)이 상기 외주면(1a)과 단차면(21a)의 끼움결합부를 통해서 연속된 시일 고정 홈(4)을 이루고 있다.
또한, 제2 세퍼레이터(2)의 외주부(21)의 하면에는 시일 고정 홈(24)이 형성되어 있으며, 단차형상 홈(23)(시일 고정 홈(4))과의 사이가, 상기 외주부(21)에 천공된 연통구멍(communication hole, 25)을 통해서 서로 연통되어 있다.
참조 부호 3은, 제1 세퍼레이터(1) 및 제2 세퍼레이터(2)의 쌍방의 상면에 걸쳐서 일체로 성형된 시일 부재이며, 고무상 탄성을 가지는 탄성재료(고무 재료 또는 고무상 탄성을 가지는 합성 수지 재료)로 이루어진다.
상세하게는, 시일 부재(3)는, 제1 세퍼레이터(1)의 단차형상 홈(13)과 제2 세퍼레이터(2)의 단차형상 홈(23)으로 이루어지는 시일 고정 홈(4)에 충전됨으로써, 제1 세퍼레이터(1) 및 제2 세퍼레이터(2)에 걸쳐 시일 고정 홈(4)의 내면에 일체로 접합되며, 내외주 방향에 대하여 구속된 판형상의 피고정 베이스부(fixed base portion, 31)와, 제1 세퍼레이터(1)의 단차형상 홈(13) 상에 위치하여 상기 피고정 베이스부(31)로부터 돌출된 단면이 산형상(山形)인 제1 시일 립(32)과, 제2 세퍼레이터(2)의 단차형상 홈(23) 상에 위치하여 상기 피고정 베이스부(31)로부터 돌출된 단면이 산형상인 제2 시일 립(33)과, 제2 세퍼레이터(2)의 시일 고정 홈(24)에 충전됨으로써 이 시일 고정 홈(24)의 내면에 일체로 접합되며, 내외주 방향에 대하여 구속된 제2 피고정 베이스부(34)와, 이 제2 피고정 베이스부(34)로부터 돌출된 단면이 산형상인 제3 시일 립(35)을 가진다. 제2 피고정 베이스부(34)는, 제2 세퍼레이터(2)의 연통구멍(25)에 충전된 고무상 탄성을 가지는 탄성재료로 이루어지는 브릿징부(bridging portion, 36)를 통하여, 피고정 베이스부(31)와 서로 연속되어 있다. 한편, 도 1에 있어서의 피고정 베이스부(31)는, 청구항 1에 기재된 피고정부에 상당하는 것이다.
제1 시일 립(32) 및 제2 시일 립(33)은, 제1의 유로용 홈(11)을 흐르는 유체를 시일하는 것이며, 피고정 베이스부(31)는, 제1 세퍼레이터(1)의 외주면(1a)과 제2 세퍼레이터(2)의 단차면(21a)의 끼움결합부를 가로막도록 시일 고정 홈(4)에 충전됨으로써, 제2의 유로용 홈(12)을 흐르는 유체를 시일하는 것이며, 제3 시일 립(35)은, 제3의 유로용 홈(22)을 흐르는 유체를 시일하는 것이다. 또한 피고정 베이스부(31)의 탄성재료의 일부는, 상기 끼움결합부의 일부에도 개입(介入)되어 있다.
이상과 같이 구성된 제1의 형태의 플레이트 일체형 개스킷(연료전지용 양면 립형 개스킷)에 의하면, 시일 부재(3)는, 그 피고정 베이스부(31)가, 제1 세퍼레이터(1)의 단차형상 홈(13)과 제2 세퍼레이터(2)의 단차형상 홈(23)으로 이루어지는 시일 고정 홈(4)에 충전되는 동시에, 제1 세퍼레이터(1)와 제2 세퍼레이터(2)의 쌍방에 걸쳐 일체로 성형된 것이기 때문에, 먼저 설명한 도 24에 나타내는 종래 기술과 같이, 시일 고정 홈(101c, 102d)을, 제1 세퍼레이터(101)와 제2 세퍼레이터(102)에 별개로 설치하는 동시에 이 시일 고정 홈(101c, 102d)에 각각 시일 부재(103, 105)를 설치한 경우에 비교하여, 시일 부재(3)의 장착에 필요한 폭(w)을 작게 할 수 있다.
또, 시일 부재(3)는, 도 1에 있어서의 상측의 피고정 베이스부(31) 및 제1, 제2 시일 립(32, 33)과 하측의 제2 피고정 베이스부(34) 및 제3 시일 립(35)이, 제2 세퍼레이터(2)의 외주부(21)에 천공된 연통구멍(25)에 충전된 브릿징부(36)를 통해서 서로 연속하고 있기 때문에, 일회의 성형 공정으로 제작할 수 있다.
상세하게는 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 세퍼레이터(1)와 제2 세퍼레이터(2)를 서로 적층·끼움결합된 상태로 상부몰드(201) 및 하부몰드(202)로 이루어지는 금형(200)에 세트해서 몰드클램핑하고, 예를 들면 상부몰드(201)의 내면과 제1 세퍼레이터(1) 및 제2 세퍼레이터(2) 사이에 구획형성되는 캐비티(210A) 즉 피고정 베이스부(31) 및 제1, 제2 시일 립(32, 33)을 성형하는 캐비티(210A)에, 상부몰드(201)에 천공된 주입구(220)를 통해서 미가류(未加硫)의 성형용 고무 재료를 충전하면, 이 성형용 고무 재료는 제2 세퍼레이터(2)의 연통구멍(25)을 통해서, 반대측의 제2 피고정 베이스부(34) 및 제3 시일 립(35)을 성형하는 캐비티(210B)에도 충전되어, 부형(賦型)된다. 따라서, 단일의 주입구(220)로부터의 재료공급으로, 상측의 피고정 베이스부(31) 및 제1, 제2 시일 립(32, 33)과 하측의 제2 피고정 베이스부(34) 및 제3 시일 립(35)이 동시에 성형되어, 생산성의 향상을 도모할 수 있다.
게다가, 제1 세퍼레이터(1)와 제2 세퍼레이터(2)는, 시일 부재(3)를 통해서 일체화되므로, 제1 세퍼레이터(1), 제2 세퍼레이터(2) 및 시일 부재(3)를 서로 하나의 조립체로서 취급할 수 있어, 내장성(embedding property)을 한층 향상할 수 있다.
다음으로 도 4는, 본 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷의 제2 형태로서의 연료전지용 양면 립형 개스킷을 나타내는 것이다.
본 실시의 형태에 있어서, 상술한 도 1의 형태와 다른 점에 대해서 설명하면, 시일 고정 홈(4)은, 제1 세퍼레이터(1)의 외주면(1a)과 이것에 대향하는 제2 세퍼레이터(2)의 단차면(21a)과의 사이에 형성되어 있다. 또, 시일 부재(3)는, 상기 시일 고정 홈(4)에 충전됨으로써, 이 시일 고정 홈(4)의 내면에 일체로 접합되며, 내외주 방향에 대하여 구속된 피고정 볼록부(37)와, 이 피고정 볼록부(37)로부터 연장되어 있으며 제1 세퍼레이터(1)의 외주부의 상면(1b) 및 제2 세퍼레이터(2)의 외주부(21)의 상면(21b)에 걸쳐 일체로 접합된 판형상의 시트형상 베이스부(38)를 가지고, 제1 시일 립(32)이 제1 세퍼레이터(1) 상에 위치하여 상기 시트형상 베이스부(38)로부터 돌출되며, 제2 시일 립(33)이 제2 세퍼레이터(2) 상에 위치하여 상기 베이스부(38)로부터 돌출되어 있다. 한편, 피고정 볼록부(37)는, 청구항 1에 기재된 피고정부에 상당하는 것이다.
즉, 도 5(A)에 나타내는 바와 같이, 제1 세퍼레이터(1)의 외주부의 상면(1b) 및 제2 세퍼레이터(2)의 외주부(21)의 상면(21b)은 평탄하게 형성되고, 도 5(B)에 나타내는 바와 같이, 제1 세퍼레이터(1)와 제2 세퍼레이터(2)를 서로 적층하는 동시에 제1 세퍼레이터(1)의 외주면(1a)을 제2 세퍼레이터(2)의 단차면(21a)의 내주(內周)에 느슨하게 결합함으로써, 상기 상면(1b, 21b)이 서로 대략 동일평면을 이루는 동시에, 제1 세퍼레이터(1)의 외주면(1a)과 제2 세퍼레이터(2)의 단차면(21a)과의 사이에 시일 고정 홈(4)이 형성된다.
이상과 같이 구성된 제2의 형태도, 먼저 설명한 제1의 형태와 같은 효과를 실현하는 것이다. 즉 시일 부재(3)는, 제1 세퍼레이터(1)와 제2 세퍼레이터(2)의 쌍방에 걸쳐 일체로 성형된 것이기 때문에, 먼저 설명한 도 24에 나타내는 종래 기술에 비교하여, 시일 부재의 장착에 필요한 폭을 작게 할 수 있고, 게다가 상측의 시트형상 베이스부(38) 및 제1, 제2 시일 립(32, 33)과 하측의 제2 피고정 베이스부(34) 및 제3 시일 립(35)이 동시에 성형가능하기 때문에, 생산성의 향상을 도모할 수 있으며, 제1 세퍼레이터(1), 제2 세퍼레이터(2) 및 시일 부재(3)를 서로 하나의 조립체로서 취급할 수 있다.
또, 시일 고정 홈(4)이 제1 세퍼레이터(1)의 외주면(1a)과 이것에 대향하는 제2 세퍼레이터(2)의 단차면(21a)과의 사이에 형성된 것이기 때문에, 형상을 간소화할 수 있다.
다음으로 도 6은, 본 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷의 제3 형태로서의 연료전지용 양면 립형 개스킷을 나타내는 것이다.
본 실시의 형태는, 상술한 제1의 형태와 제2의 형태의 쌍방의 특징을 구비하고 있으며, 즉 제1 세퍼레이터(1)의 외주부 상면에는 상측 및 외주측을 향한 단차형상 홈(13)이 형성되어 있고, 제2 세퍼레이터(2)의 외주부(21)의 상면에 있어서의 단차면(21a) 측에는 상측 및 내주측을 향한 단차형상 홈(23)이 형성되어 있으며, 제1 세퍼레이터(1)와 제2 세퍼레이터(2)를 서로 적층하는 동시에 제1 세퍼레이터(1)의 외주면(1a)을 제2 세퍼레이터(2)의 단차면(21a)에 끼움결합한 상태에서는, 제1 세퍼레이터(1)의 단차형상 홈(13)과 제2 세퍼레이터(2)의 단차형상 홈(23)이 시일 고정 홈(4A)을 이루는 동시에, 제1 세퍼레이터(1)의 외주면(1a)과 제2 세퍼레이터(2)의 단차면(21a)이 상기 시일 고정 홈(4A)의 중간부로부터 연장되는 시일 고정 홈(4B)을 이루고 있다.
이 때문에, 시일 부재(3)는, 시일 고정 홈(4A)의 내면에 일체로 접합된 판형상의 피고정 베이스부(31)와, 이 피고정 베이스부(31)로부터 연장되어 시일 고정 홈(4B)의 내면에 일체로 접합된 피고정 볼록부(37)를 가지는 것으로 되어 있다. 기타의 구성은, 도 1의 형태와 동일하다.
따라서 제3의 형태도, 먼저 설명한 제1의 형태와 유사한 효과를 실현할 수 있다.
도 7의 (A)∼ (C)는, 본 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷을, 연료전지용 편면 립형 개스킷에 각각 적용한 예를 나타내는 것으로, 제3 시일 립(35)이 존재하지 않는 점만이, 상술한 제1∼제3의 형태와 다른 것이다.
여기서, 상술한 각 실시 형태의 구성에서는, 시일 부재(3)에 있어서의 피고정 베이스부(31)나, 피고정 볼록부(37) 및 시트형상 베이스부(38)는, 제1 세퍼레이터(1)의 외주면(1a)과 제2 세퍼레이터(2)의 단차면(21a)의 끼움결합부를 가로막도록 시일 고정 홈(4)에 충전됨으로써, 제2의 유로용 홈(12)을 흐르는 유체를 시일하는 것이며, 제1 세퍼레이터(1)와 제2 세퍼레이터(2)의 적층면 간의 틈새(G)로부터의 유체에 대한 수압(受壓) 면적도 작기 때문에, 충분한 시일성을 가진다. 그러나, 도 8(A)에 나타내는 바와 같이 제1 및 제2 시일 립(32, 33)이 상대재(예를 들면 막-전극 복합체(membrane-electrode compound material))(5)에 적절히 압축 상태로 밀착접촉되어 있어도, 그 사이에 있어서 제1 및 제2 시일 립(32, 33)의 압축 반력(compressive reaction force)을 받지 않는 피고정 볼록부(37)(혹은 도 1에 있어서의 피고정 베이스부(31)의 중간부)는, 상기 틈새(G)를 통해서 작용하는 제2의 유로용 홈(12)의 유체압력이 높아졌을 경우, 도 8(B)에 나타내는 바와 같이 부상(浮上)할 것이 염려된다. 그리고 이러한 경우는 시일 부재(3)의 구속 상태가 손상되기 때문에, 도 8(C)에 나타내는 바와 같이, 더욱이 제1의 유로용 홈(11)의 유체압력에 의해, 시일 부재(3)가 외측으로 밀려, 극단적인 경우에는 도 8(D)에 나타내는 바와 같이 탈락해버릴 우려가 있다.
따라서, 이러한 시일 부재(3)의 탈락을 방지하기 위해서, 도 9에 나타내는 제4의 형태는, 도 7(B)에 나타내는 연료전지용 편면 립형 개스킷에 대해서, 시트형상 베이스부(38)에, 제1 및 제2 시일 립(32, 33)의 사이에 위치하여 피고정 볼록부(37)와 등지는 스톱퍼(39)를 돌출하여 설치한 것이다.
즉 제4의 형태에 의하면, 도 10의 조립 상태에 나타내는 바와 같이, 제1 및 제2 시일 립(32, 33)이 적절히 압축 상태로 밀착접촉되는 상대재(5)에 스톱퍼(39)가 근접 대향하고 있으며, 틈새(G)를 통해서 작용하는 제2의 유로용 홈(12)의 유체압력에 의해 시일 고정 홈(4)으로부터 피고정 볼록부(37)가 부상하려고 하는 것을, 스톱퍼(39)가 상기 상대재(5)와 접촉함으로써 규제하기 때문에, 이것에 의해, 시일 부재(3)의 탈락을 방지할 수 있다.
도 11(A)(B)는, 제4의 형태의 다른 예로서, 각각 도 7(A)(C)에 나타내는 연료전지용 편면 립형 개스킷에 대해서, 시일 고정 홈(4)의 내면에 일체로 접합된 판형상의 피고정 베이스부(31)에, 제1 및 제2 시일 립(32, 33)의 사이에 위치하여 스톱퍼(39)가 돌출설치된 것이다. 도 11(A)에 나타내는 예는, 스톱퍼(39)가 제1 세퍼레이터(1)의 외주면(1a)과 제2 세퍼레이터(2)의 단차면(21a)의 끼움결합부와 등지는 위치에 있고, 도 11(B)에 나타내는 예는, 피고정 볼록부(37)(시일 고정 홈(4B))와 등지는 위치에 있으며, 모두 도 9와 동일한 효과가 실현된다.
또한, 스톱퍼(39)는, 시일 고정 홈(4)으로부터 피고정 볼록부(37)가 부상하고 있지 않은 초기 상태에서도, 상대재(5)와 접촉되는 구성으로 해도 좋다. 또 이러한 스톱퍼(39)는, 도 1, 도 4, 도 6과 같은 연료전지용 양면 립형 개스킷에 적용할 수도 있다.
또 도 12는, 본 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷의 제5의 형태로서의 연료전지용 편면 립형 개스킷을 나타내는 것이다.
이러한 형태는, 도 7(B)에 나타내는 연료전지용 편면 립형 개스킷에 대해서, 스톱퍼(39)가 피고정 볼록부(37)로부터 연장되어 있는 동시에, 서로 대향하는 제1 세퍼레이터(1)의 외주면(1a)과 제2 세퍼레이터(2)의 단차면(21a)에 의한 시일 고정 홈(4) 내에 형성된 확장부(4a)에 걸림고정된 것으로, 환원하면, 시일 고정 홈(4)과 이것에 충전된 피고정 볼록부(37)가 언더컷(undercut)을 이루고 있는 것이다. 즉 시일 고정 홈(4)의 확장부(4a)는, 도 12(A)에 나타내는 예에서는 제1 세퍼레이터(1)의 외주면(1a)을 경사면으로 함으로써 형성되어 있고, 도 12(B)에 나타내는 예에서는 제1 세퍼레이터(1)의 외주면(1a)을 단차면으로 함으로써 형성되어 있으며, 도 12(C)에 나타내는 예에서는 제1 세퍼레이터(1)의 외주면(1a)을 만곡면으로 함으로써 형성되어 있고, 따라서 시일 부재(3)의 성형시에 이 시일 고정 홈(4)에 성형용 고무 재료가 충전됨으로써 피고정 볼록부(37)와 함께 형성된 스톱퍼(39)는, 확장부(4a)와 대응하는 단면형상으로 형성되어 있다.
이 때문에 제5의 형태에 의하면, 제2의 유로용 홈(12)의 유체압력에 의한 시일 고정 홈(4)으로부터의 피고정 볼록부(37)의 부상을, 스톱퍼(39)와 시일 고정 홈(4)의 확장부(4a)에 의한 언더컷 구조에 의해 규제하기 때문에, 이것에 의해, 시일 부재(3)의 탈락을 방지할 수 있다. 게다가 상술한 바와 같이, 제1 세퍼레이터(1)의 외주면(1a)을 강제 추출 형상(forcible extraction shape)으로 하지 않고, 경사면, 단차면 혹은 만곡면으로 하는 것만으로 언더컷 구조로 할 수 있으며, 따라서 제1 세퍼레이터(1)의 성형 비용이 상승하는 일도 없다.
도 13은, 제5의 형태의 다른 예로서, 도 4에 나타내는 연료전지용 양면 립형 개스킷에 대해서, 상술한 도 12(A)∼(C)에 나타내는 스톱퍼(39)와 시일 고정 홈(4)의 확장부(4a)에 의한 언더컷 구조를 적용한 것이며, 모두 도 12와 같은 효과가 실현된다.
또한, 도 12 및 도 13에 나타내는 예에서는, 모두 시일 고정 홈(4)의 확장부(4a)를 제1 세퍼레이터(1)의 외주면(1a)에 의해 형성하고 있지만, 제2 세퍼레이터(2)의 단차면(21a)을 경사면, 단차면 혹은 만곡면 등의 형상으로 함으로써, 외주측을 언더컷 구조로 하고, 즉 스톱퍼(39) 및 확장부(4a)가 피고정 볼록부(37) 및 시일 고정 홈(4)의 외주측에 형성된 구성으로 할 수도 있다.
여기서, 도 14는, 도 7(B)에 나타내는 형태의 연료전지용 편면 립형 개스킷을 제작하기 위한 금형(200)을 나타내는 것이다. 즉 도 7(B)에 나타내는 연료전지용 편면 립형 개스킷은, 제1 세퍼레이터(1)와 제2 세퍼레이터(2)를 적층한 상태에서, 상부몰드(201) 및 하부몰드(202)로 이루어지는 금형(200)에 세트하고, 몰드클램핑한 상부몰드(201) 및 하부몰드(202)의 내면과 제1 세퍼레이터(1) 및 제2 세퍼레이터(2)와의 사이에 구획형성되는 캐비티(210)에 주입구(220)를 통해서 미가류의 성형용 고무 재료를 충전하고, 가열·가압함으로써 제1 세퍼레이터(1) 및 제2 세퍼레이터(2)에 시일 부재(3)를 일체로 성형하여 제작된다.
그러나, 캐비티(210)에 충전된 액상의 성형용 고무 재료의 일부는, 그 충전 압력에 의해 제1 세퍼레이터(1)와 제2 세퍼레이터(2)의 적층 틈새(G)로 유출되기 때문에, 충전 압력이나 성형용 고무 재료의 점도에 따라서는, 도 15에 나타내는 바와 같이, 이러한 성형용 고무 재료의 유출에 의해 형성되는 버(3a)가, 제1 세퍼레이터(1)와 제2 세퍼레이터(2)의 사이의 제2의 유로용 홈(12) 내에 도달하는 것과 같은 사태도 우려된다. 그리고 이러한 경우에는, 버(3a)에 의해 제2의 유로용 홈(12) 내의 유체의 원활한 유통이 방해받을 우려가 있다. 따라서 도 16에 나타내는 제6의 형태로서의 연료전지용 편면 립형 개스킷은, 버 정지 돌기(26)에 의해 버(3a)를 적절한 길이로 형성한 것이다.
상세하게는 도 17에 나타내는 바와 같이, 제1 세퍼레이터(1)의 하면과 적층되는 제2 세퍼레이터(2)의 상면에, 제1 세퍼레이터(1)에 있어서의 제2의 유로용 홈(12)의 형성 영역으로부터 외주측의 하면과 밀착접촉되는 버 정지 돌기(26)를 설치하고, 시일 부재(3)의 성형시에는, 상기 제1 세퍼레이터(1)와 제2 세퍼레이터(2)를 적층한 상태에서, 도 18에 나타내는 바와 같이 상부몰드(201) 및 하부몰드(202)로 이루어지는 금형(200)에 세트해서 몰드클램핑하고, 상부몰드(201) 및 하부몰드(202)의 내면과 제1 세퍼레이터(1) 및 제2 세퍼레이터(2)와의 사이에 구획형성되는 캐비티(210)에 주입구(220)를 통해서 미가류의 성형용 고무 재료를 충전하고, 가열·가압한다.
이때, 캐비티(210)에 충전된 액상의 성형용 고무 재료의 일부는, 그 충전 압력에 의해 제1 세퍼레이터(1)와 제2 세퍼레이터(2)의 적층 틈새(G)에 유출되려고 하지만, 그 유출은, 제1 세퍼레이터(1)의 하면과 밀착접촉된 버 정지 돌기(26)에 의해, 제1 세퍼레이터(1)에 있어서의 제2의 유로용 홈(12)의 형성 영역으로부터 외주측의 위치에서 막을 수 있다. 이 때문에, 성형용 고무 재료의 유출에 의해 형성되는 버(3a)는, 버 정지 돌기(26)에 의해 적절한 길이로 설정된다. 따라서 이 구성에 의하면, 버(3a)에 의해 제2의 유로용 홈(12) 내의 유체의 유통이 방해되는 경우는 없으며, 게다가 제1 세퍼레이터(1)와 제2 세퍼레이터(2)의 적층면 사이에, 적절한 길이(폭)의 버(3a)에 의한 접착층이 형성되므로, 제1 세퍼레이터(1)와 제2 세퍼레이터(2)가 양호하게 일체화되고, 나아가, 버(3a)가 먼저 설명한 도 12 및 도 13에 있어서의 스톱퍼(39)와 같은 기능을 나타내므로, 유체압력에 의한 시일 고정 홈(4)으로부터의 피고정 볼록부(37)의 부상을 유효하게 방지할 수 있다.
또, 도 19에 나타내는 비교 예와 같이, 제2 세퍼레이터(2)의 버 정지 돌기(26)가 제1 세퍼레이터(1)의 선단 근방에 밀착접촉되는 것인 경우, 이 버 정지 돌기(26)는, 제1 세퍼레이터(1) 측의 캐비티(200a)의 단부(end portion)를 클램핑하는 상부몰드(201)의 맞댐면(abutting surface, 201a)으로부터 벗어난 위치 관계가 되고, 맞댐면(201a)으로부터 제1 세퍼레이터(1)에 가해지는 몰드클램핑력(mold clamping force , F1)과, 이것에 따라 제1 세퍼레이터(1)의 선단부가 버 정지 돌기(26)에 가압되는 것에 의한 반력(reaction force, F2)에 의해, 제1 세퍼레이터(1)에 굽힘 하중(bending load)이 가해져, 크랙(CR)을 발생시킬 우려가 있다. 이 때문에, 도 18과 같이, 버 정지 돌기(26)는 맞댐면(201a)과 대응하는 위치에 형성하는 것이 바람직하다.
또, 이와 같이 하면, 캐비티(210)에 충전되는 성형용 고무 재료의 압력과, 적층 틈새(G)로 돌아 들어간 성형용 고무 재료의 압력이, 제1 세퍼레이터(1)의 양측에서 균형이므로, 성형용 고무 재료의 압력에 의한 굽힘 하중도 생기지 않는다.
또한, 이 버 정지 돌기(26)는, 먼저 설명한 각 실시 형태에도 동일하게 적용할 수 있다.
도 20에 나타내는 제7의 형태로서의 연료전지용 편면 립형 개스킷도, 제6의 형태와 동일한 목적으로, 버(3a)를 적절한 길이로 형성한 것이다.
상세하게는, 제1 세퍼레이터(1)의 하면과 적층되는 제2 세퍼레이터(2)의 상면에, 이 제2 세퍼레이터(2)에 있어서의 제3의 유로용 홈(22)의 형성 영역으로부터 외주측에 위치하여 돌기(27)를 설치하는 동시에, 제1 세퍼레이터(1)에 있어서의 제2의 유로용 홈(12)의 형성 영역으로부터 외주측의 하면에, 상기 돌기(27)와 느슨하게 결합되는 홈(14)을 설치함으로써, 서로 느슨하게 결합된 이들 돌기(27)와 홈(14)의 사이에, 지그재그인 굴곡 형상의 버 정지 래버린스(labyrinth) 틈새(L)를 형성하고 있다.
즉, 시일 부재(3)의 성형시에, 제1 세퍼레이터(1)와 제2 세퍼레이터(2)를 적층한 상태로, 도 22에 나타내는 바와 같이 상부몰드(201) 및 하부몰드(202)로 이루어지는 금형(200)에 세트해서 몰드클램핑하고, 상부몰드(201) 및 하부몰드(202)의 내면과 제1 세퍼레이터(1) 및 제2 세퍼레이터(2)와의 사이에 구획형성되는 캐비티(210)에 주입구(220)를 통해서 미가류의 성형용 고무 재료를 충전하고, 가열·가압하면, 캐비티(210)에 충전된 액상의 성형용 고무 재료의 일부는, 그 충전 압력에 의해 제1 세퍼레이터(1)와 제2 세퍼레이터(2)의 적층 틈새(G)에 유출되려고 하지만, 그 유출 압력은, 서로 느슨하게 결합된 돌기(27)와 홈(14)의 사이에 지그재그로 굴곡된 버 정지 래버린스(labyrinth) 틈새(L)의 유동 저항에 의해 감쇠하며, 제1 세퍼레이터(1)에 있어서의 제2의 유로용 홈(12)의 형성 영역으로부터 외주측의 위치에서 막을 수 있다. 이 때문에, 성형용 고무 재료의 유출에 의해 형성되는 버(3a)는, 버 정지 래버린스(labyrinth) 틈새(L)에 의해 적절한 길이로 설정된다.
따라서 이러한 구성에 의하면, 먼저 설명한 제6의 형태와 마찬가지로, 버(3a)의 유출이 적절하게 규정되므로, 제2의 유로용 홈(12) 내에 버(3a)가 형성되는 것과 같은 경우는 없으며, 게다가 제1 세퍼레이터(1)와 제2 세퍼레이터(2)의 적층면 사이에 버(3a)에 의한 접착층이 형성되므로, 제1 세퍼레이터(1)와 제2 세퍼레이터(2)가 양호하게 일체화되며, 나아가, 버(3a)가 먼저 설명한 도 12 및 도 13에 있어서의 스톱퍼(39)와 동일한 기능을 나타내므로, 유체압력에 의한 시일 고정 홈(4)으로부터의 피고정 볼록부(37)의 부상을 유효하게 방지할 수 있다.
또, 제1 세퍼레이터(1)와 제2 세퍼레이터(2)를 적층할 때에, 돌기(27)와 홈 (14)을 서로 느슨하게 결합함으로써 서로의 위치 결정이 되므로, 고정밀도로 적층 할 수 있다.
그리고, 돌기(27)와 홈(14)은 서로 느슨하게 결합되는 것이기 때문에, 먼저 설명한 제6의 형태의 버 정지 돌기(26)와 같이 금형(200)의 맞댐면(201a)의 바로 아래 위치에 형성할 필요는 없고, 이 때문에 설계의 자유도가 높아진다. 또, 제1 세퍼레이터(1)와 제2 세퍼레이터(2)의 내부의 성형용 고무 재료의 유출 길이(버(3a)의 길이)는 비파괴 검사가 곤란하기 때문에, 돌기(27)와 홈(14)에 의한 버(3a)의 길이가 버 정지 래버린스 틈새(L)에 의해 확실하게 규정됨으로써, 검사 공수(labor hour)를 삭감할 수 있고, 이것에 의해 비용절감을 도모할 수 있다.
또, 이 돌기(27)와 홈(14)에 의한 래버린스 틈새(L)는, 먼저 설명한 각 실시 형태에도 동일하게 적용할 수 있다.
또한, 도시된 예와는 반대로, 돌기는 제1 세퍼레이터(1) 측에, 홈은 제2 세퍼레이터(2) 측에 형성해도 좋다.
1 제1 세퍼레이터(플레이트)
1a 외주면
14 홈
2 제2 세퍼레이터(플레이트)
21a 단차면
23 단차형상 홈
24 시일 고정 홈
25 연통구멍
26 버 정지 돌기(burr stop projection)
27 돌기
3 시일 부재
31 피고정 베이스부(fixed base portion)(피고정부)
32 제1 시일 립
33 제2 시일 립
34 제2 피고정 베이스부
35 제3 시일 립
36 브릿지부(bridging portion)
37 피고정 볼록부(피고정부)
38 시트형상 베이스부
39 스톱퍼
4, 4A, 4B 시일 고정 홈
5 상대재
200 금형
200a 캐비티(cavity)

Claims (6)

  1. 일방의 플레이트와 타방의 플레이트가 서로 적층되는 동시에, 일방의 플레이트의 외주면이 타방의 플레이트에 형성된 단차면에 끼움결합 또는 느슨하게 결합되고, 고무상 탄성을 가지는 탄성재료로 이루어지는 시일 부재가, 상기 일방의 플레이트 및 타방의 플레이트의 쌍방에 걸쳐 일체로 성형되는 동시에, 상기 일방의 플레이트와 타방의 플레이트의 사이에 형성된 시일 고정 홈에 충전된 피고정부를 가지며,
    시일 고정 홈이 상기 일방의 플레이트의 외주면과 상기 타방의 플레이트의 단차면과의 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 플레이트 일체형 개스킷.
  2. 제1항에 있어서,
    시일 부재에, 시일 고정 홈으로부터 피고정부가 빠져나가는 것을 규제하는 스톱퍼가 형성된 것을 특징으로 하는 플레이트 일체형 개스킷.
  3. 제2항에 있어서,
    스톱퍼가 피고정부로부터 연장되어 있는 동시에, 시일 고정 홈 내에 형성된 확장부에 걸림고정된 것을 특징으로 하는 플레이트 일체형 개스킷.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    일방의 플레이트와 타방의 플레이트의 서로의 적층면 중의 일방에, 타방과 밀착접촉되는 버(burr) 정지 돌기가 설치된 것을 특징으로 하는 플레이트 일체형 개스킷.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    일방의 플레이트와 타방의 플레이트의 서로의 적층면 중의 일방에 돌기가 설치되며, 타방에 상기 돌기와 느슨하게 결합되는 홈이 설치되어, 서로 느슨하게 결합된 이들 돌기와 홈에 의해 버(burr) 정지 래버린스 틈새가 형성된 것을 특징으로 하는 플레이트 일체형 개스킷.
  6. 삭제
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101459954B1 (ko) * 2013-10-07 2014-11-07 현대자동차주식회사 적층 안정성을 위한 가스켓을 갖는 연료전지 스택
JP6403541B2 (ja) * 2014-10-31 2018-10-10 パナソニック株式会社 セパレータ−シール部材接合体及びその製造方法
JP6166240B2 (ja) * 2014-11-13 2017-07-19 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用のセパレーターと燃料電池およびセパレーターの製造方法
JP6479544B2 (ja) * 2015-04-10 2019-03-06 Nok株式会社 ガスケットの製造方法
DE212015000116U1 (de) 2015-04-14 2016-12-19 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Rahmenkörper, Zellenrahmen für eine Redox-Flussbatterie und Redox-Flussbatterie
KR101846633B1 (ko) 2015-12-11 2018-04-09 현대자동차주식회사 연료전지 스택
US11417896B2 (en) 2016-08-16 2022-08-16 Nok Corporation Production method for separator integrated gasket for fuel cells
CN108123150B (zh) * 2016-11-29 2021-04-20 中国科学院大连化学物理研究所 燃料电池用增强型密封垫片
CN108461775B (zh) * 2016-12-10 2020-12-04 中国科学院大连化学物理研究所 一种高温质子交换膜燃料电池用金属复合密封垫及应用
KR20180069426A (ko) 2016-12-15 2018-06-25 현대자동차주식회사 연료전지의 분리판
EP3421304A1 (en) * 2017-06-29 2019-01-02 Valeo Autosystemy SP. Z.O.O. A gasket for a wiper system, a gasket-bracket assembly for a wiper system comprising such a gasket, a wiper system for an automotive vehicle comprising such a gasket and a method for assembling such a gasket in a wiper system
DE202017004987U1 (de) * 2017-09-26 2019-01-03 Volkmann Gmbh Modulverbindung, modularer Behälter und Dichtungselement dafür
JP7073599B2 (ja) * 2018-05-28 2022-05-24 信越ポリマー株式会社 基板収納容器
US10879429B2 (en) * 2018-05-29 2020-12-29 Nichia Corporation Light emitting device
FR3097080B1 (fr) * 2019-06-04 2022-12-23 Air Liquide Plaque de pile à combustible, cellule et pile à combustible.
JP6826243B1 (ja) * 2019-07-30 2021-02-03 旭化成株式会社 アルカリ水電解槽
JP6966111B2 (ja) * 2020-04-27 2021-11-10 Necプラットフォームズ株式会社 部品のシーリング構造及びシーリング方法
CN111564645A (zh) * 2020-05-28 2020-08-21 上海空间电源研究所 一种金属极板燃料电池的密封件及金属极板燃料电池
CN116169316B (zh) * 2023-04-24 2023-06-30 上海韵量新能源科技有限公司 一种燃料电池密封结构、燃料电池、燃料电池堆

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2783926B2 (ja) * 1991-12-12 1998-08-06 日本碍子株式会社 固体電解質型燃料電池の単電池及びこれを用いた発電装置
JP2002050369A (ja) 2000-08-04 2002-02-15 Nok Corp 燃料電池用セパレータ
JP2002124276A (ja) * 2000-10-18 2002-04-26 Honda Motor Co Ltd 燃料電池のシールの装着方法および燃料電池
US20090261502A1 (en) 2005-09-12 2009-10-22 Uchiyama Manufacturing Corp. Integral molding method of gasket of fuel cell-use component member and molding device thereof

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6596427B1 (en) * 2000-11-06 2003-07-22 Ballard Power Systems Inc. Encapsulating seals for electrochemical cell stacks and methods of sealing electrochemical cell stacks
US6730426B2 (en) * 2001-01-12 2004-05-04 Mosaic Energy, Llc Integral sealing method for fuel cell separator plates
JP4530122B2 (ja) * 2001-03-09 2010-08-25 Nok株式会社 ガスケット
JP2005222708A (ja) * 2004-02-03 2005-08-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池
JP4761255B2 (ja) * 2005-12-02 2011-08-31 トヨタ自動車株式会社 燃料電池と当該燃料電池用セパレータの接着構造
JP5087863B2 (ja) 2006-06-09 2012-12-05 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
JP5093554B2 (ja) * 2006-06-12 2012-12-12 Nok株式会社 燃料電池用ガスケット

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2783926B2 (ja) * 1991-12-12 1998-08-06 日本碍子株式会社 固体電解質型燃料電池の単電池及びこれを用いた発電装置
JP2002050369A (ja) 2000-08-04 2002-02-15 Nok Corp 燃料電池用セパレータ
JP2002124276A (ja) * 2000-10-18 2002-04-26 Honda Motor Co Ltd 燃料電池のシールの装着方法および燃料電池
US20090261502A1 (en) 2005-09-12 2009-10-22 Uchiyama Manufacturing Corp. Integral molding method of gasket of fuel cell-use component member and molding device thereof

Also Published As

Publication number Publication date
CN103765058B (zh) 2016-04-06
WO2013031466A1 (ja) 2013-03-07
KR20140056265A (ko) 2014-05-09
EP2752601A4 (en) 2015-03-11
JP2013064486A (ja) 2013-04-11
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JP5780401B2 (ja) 2015-09-16

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