WO2017154651A1 - ガスケットの装着構造 - Google Patents

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蔵野　慶宏
瞬 村▲崎▼
健一 大場
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Nok株式会社
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    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/02—Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/06—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • F16J15/10—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with non-metallic packing
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a gasket according to a sealing technique, and more particularly to a mounting structure for mounting a gasket in a mounting groove.
  • the gasket of the present invention is used, for example, as a fuel cell gasket or as a gasket for general use.
  • a gasket mounting groove 52 is provided in the plate 51 as shown in FIG.
  • a gasket mounting structure in which the gasket 53 is incorporated in a non-adhesive manner.
  • the gasket 53 when the gasket 53 is made of a single rubber-like elastic body, the gasket 53 receives the seal internal pressure P and is pressed against the wall surface 52a of the mounting groove 52 as shown in FIG. It is generally assumed that stable sealing performance is ensured by exhibiting the above.
  • the present invention has a structure in which a gasket is mounted in a gasket mounting groove provided on a plate in a non-adhesive manner, and the gasket that has received internal pressure protrudes from the mounting groove and between a plate such as a separator and a mating assembly member. It is an object of the present invention to provide a gasket mounting structure that can suppress biting into a gap and thereby improve the sealing performance of the gasket.
  • the gasket mounting structure of the present invention has a gasket mounting groove provided in a plate mounted in a non-adhesive manner, and a seal lip provided in the gasket is attached to the bottom surface of the mounting groove and the mating assembly.
  • the mounting groove is provided with a convex portion having a height lower than the groove depth of the mounting groove, A tightened portion that is tightened in the gasket thickness direction is provided between the convex portion and the mating member.
  • a convex portion is provided in the mounting groove, and the gasket is provided with a tightened portion that is tightened in the gasket thickness direction between the convex portion and the mating member.
  • the portion is clamped and clamped in the gasket thickness direction between the convex portion and the mating member. Therefore, the gasket is structured so that it does not easily move in the groove width direction of the mounting groove even when it receives internal pressure, so that the gasket receiving the internal pressure protrudes from the mounting groove and bites into the gap between the separator plate and the mating member. It is possible to suppress the loading.
  • the gasket is provided with a concave portion to be fitted with the convex portion, and the tightened portion is set at a portion where the convex portion and the concave portion are fitted.
  • the tightened portion is set by being displaced in the gasket width direction with respect to the seal lip.
  • the gasket receiving the internal pressure is prevented from protruding from the mounting groove and being caught in the gap between the plates such as the separator. Therefore, the sealing performance by the gasket can be improved.
  • (C) is a cross-sectional view of the main part in a state where the seal internal pressure is applied to the gasket
  • (A) is principal part sectional drawing of the state which assembled the gasket in the mounting groove
  • (B) is the state which compressed the gasket between the separator and the other assembly member
  • the seal internal pressure acted on the gasket (C) is a cross-sectional view of the main part in a state where a malfunction occurs due to the internal pressure of the seal acting on the gasket.
  • the present invention includes the following embodiments.
  • a gasket tightening convex portion is provided in the gasket mounting groove, and the height of the convex portion is lower than the groove depth, and a clearance is set so as not to cause compression cracking in the gasket tightened portion during tightening.
  • the tightening portion is provided in addition to the seal lip, it is possible to prevent the rubber from protruding due to the opening of the separator without adversely affecting the sealing performance (including durability).
  • the tightening portion (convex portion) on the separator as a guide, it is possible to prevent the gasket itself from falling or twisting in the groove.
  • a gasket mounting groove 12 having a rectangular cross section is provided on a plane of a metal or carbon fuel cell separator 11 which is a kind of plate, and a seal such as fuel gas is provided in the gasket mounting groove 12.
  • a seal such as fuel gas is provided in the gasket mounting groove 12.
  • the gasket 21 is assembled without bonding.
  • the object to be sealed acts on the gasket 21 as the seal internal pressure P.
  • the gasket 21 is formed of a predetermined rubber-like elastic body (silicon, EPDM, PIB, fluorine rubber, etc.) and is made of a single rubber-like elastic body.
  • the gasket 21 has a gasket body 22 having a rectangular section having a predetermined width w 2 and a thickness t 2, and a seal lip having a mountain-shaped section that is in close contact with the mating member 31 on the upper surface of the gasket body 22.
  • a main lip 23 is integrally provided, and a seal lip (sub lip) 24 having an arc-shaped cross section closely contacting the bottom surface portion 12a of the mounting groove 12 is integrally formed on the lower surface of the gasket body 22 corresponding to the seal lip 23.
  • the total thickness t 1 of the gasket 21 including these seal lips 23 and 24 is set to be larger than the groove depth d of the mounting groove 12, so that the gasket 21 is connected to the separator 11 and the mating assembly as shown in FIG.
  • the seal lips 23, 24 are tightened in the gasket thickness direction between the bottom surface portion 12a of the mounting groove 12 and the mating assembly member 31 to exert a sealing action.
  • the convex portion 13 having a height h lower than the groove depth d of the mounting groove 12 is provided inside the mounting groove 12 and on the bottom surface portion 12a.
  • the gasket 21 is provided with a tightened portion 25 that is tightened in the gasket thickness direction between the convex portion 13 and the mating member 31.
  • a concave portion 26 fitted to the convex portion 13 is provided on the lower surface of the gasket main body 22, and the thickness of the gasket main body 22 is increased on the upper surface of the gasket main body 22 corresponding to the concave portion 26.
  • a pedestal-shaped spacer portion 27 for amplifying from t 2 to t 3 is integrally provided.
  • the tightened portion 25 set by the combination of the concave portion 26 and the spacer portion 27 is provided so as to be displaced in the gasket width direction with respect to the seal lips 23 and 24, and is thus arranged so that the deformation does not affect each other.
  • a partial convex portion 13 is provided inside the mounting groove 12, and a tightened portion 25 that is tightened in the gasket thickness direction between the convex portion 13 and the mating member 31 on the gasket 21. Therefore, the gasket 21 is clamped and clamped in the gasket thickness direction between the convex portion 13 and the mating member 31 at the tightened portion 25 other than the seal lips 23 and 24. Therefore, as shown in FIG. 1C, even if the seal internal pressure P acts strongly on the gasket 21, the gasket 21 is difficult to move in the mounting groove 12 in the groove width direction. Can be prevented from protruding from the mounting groove 12 and being caught in the gap c between the separator 11 and the counterpart assembly member 31.
  • the gasket 21 can be prevented from falling or twisting in the mounting groove 12.
  • the convex portion 13 is also provided over the entire circumference of the separator 11, but a certain circumferential length is set. If so, the convex portion 13 may be provided on a part of the circumference.
  • the seal lips 23 and 24 are not necessarily provided on the upper and lower sides of the gasket body 22, and may be provided on only one of the upper and lower sides.
  • the spacer portion 27 may be omitted if the gasket body 22 has a certain thickness.
  • the tightened portion 25 is configured only by the thickness of the bottom surface portion of the recess 26 in the gasket body 22.

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Abstract

プレートに設けたガスケット装着溝にガスケットを非接着で装着する構造において、内圧を受けたガスケットが装着溝からはみ出してプレートおよび相手組付部材間の隙間に噛み込まれるのを抑制し、もってシール性を向上させる。この目的を達成するため、プレートに設けたガスケット装着溝にガスケットを非接着で装着し、ガスケットに設けたシールリップを装着溝の底面部および相手組付部材間でガスケット厚み方向に締め付けることによりシール作用を発揮するガスケットの装着構造において、装着溝内に、装着溝の溝深さよりも低い高さの凸部を設けるとともに、ガスケットに、凸部および相手組付部材間でガスケット厚み方向に締め付けられる被締め付け部を設けたことを特徴とする。

Description

ガスケットの装着構造
　本発明は、シール技術に係るガスケットに関し、更に詳しくは、ガスケットを装着溝に装着する装着構造に関する。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、またはその他一般用途のガスケットとして用いられる。
　燃料電池用ガスケットに代表される小断面のガスケットを燃料電池用セパレータ等のプレートに組み込んでシールする場合、図２（Ａ）に示すようにプレート５１にガスケット装着溝５２を設け、この装着溝５２にガスケット５３を非接着で組み込む構造のガスケット装着構造が知られている。
　この装着構造において、ガスケット５３がゴム状弾性体の単体よりなる場合、ガスケット５３は図２（Ｂ）に示すように、シール内圧Ｐを受けて装着溝５２の壁面５２ａに押し付けられ、セルフシール効果を発揮することで、安定したシール性を担保するのが一般的とされている。
特開２００２－１４１０８２号公報
　しかしながら図２（Ｃ）に示すように、内圧Ｐを受けたガスケット５３が装着溝５２からはみ出してセパレータ５１および相手組付部材５４間の隙間ｃに噛み込まれ、損傷し、シール性が低下することが懸念される。
　このため、セパレータにガスケット５３を一体成形する構造や、セパレータにガスケット５３を接着固定する構造が提案されているが、一体成形工程や接着工程などが必要となるため、低コスト化を実現するのが困難である。
　本発明は以上の点に鑑みて、プレートに設けたガスケット装着溝にガスケットを非接着で装着する構造において、内圧を受けたガスケットが装着溝からはみ出してセパレータ等のプレートおよび相手組付部材間の隙間に噛み込まれるのを抑制し、もってガスケットによるシール性を向上させることができるガスケットの装着構造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の装着構造は、プレートに設けたガスケット装着溝にガスケットを非接着で装着し、前記ガスケットに設けたシールリップを前記装着溝の底面部および相手組付部材間でガスケット厚み方向に締め付けることによりシール作用を発揮するガスケットの装着構造において、前記装着溝内に、前記装着溝の溝深さよりも低い高さの凸部を設けるとともに、前記ガスケットに、前記凸部および前記相手組付部材間でガスケット厚み方向に締め付けられる被締め付け部を設けたことを特徴とする。
　上記構成を備える本発明では、装着溝内に凸部が設けられるとともに、ガスケットに凸部および相手組付部材間でガスケット厚み方向に締め付けられる被締め付け部が設けられているため、ガスケットは被締め付け部において凸部および相手組付部材間でガスケット厚み方向に締め付けられ挟持されている。したがってガスケットは内圧を受けても装着溝の溝幅方向に移動しにくい構造とされており、よって内圧を受けたガスケットが装着溝からはみ出してセパレータ等のプレートおよび相手組付部材間の隙間に噛み込まれるのを抑制することが可能とされる。ガスケットには、凸部と嵌め合わされる凹部を設け、これら凸部および凹部を嵌め合わせた部位に被締め付け部を設定するのが好ましい。被締め付け部はシールリップに対しガスケット幅方向に変位して設定されるものである。
　本発明においては、プレートに設けたガスケット装着溝にガスケットを非接着で装着する構造において、内圧を受けたガスケットが装着溝からはみ出してセパレータ等のプレート間の隙間に噛み込まれるのを抑制することができ、もってガスケットによるシール性を向上させることができる。
本発明の実施例に係る図で、（Ａ）はガスケットを装着溝に組み込んだ状態の要部断面図、（Ｂ）はガスケットをセパレータおよび相手組付部材間で圧縮した状態の要部断面図、（Ｃ）はガスケットに対しシール内圧が作用した状態の要部断面図 従来例に係る図で、（Ａ）はガスケットを装着溝に組み込んだ状態の要部断面図、（Ｂ）はガスケットをセパレータおよび相手組付部材間で圧縮しガスケットに対しシール内圧が作用した状態の要部断面図、（Ｃ）はガスケットに対しシール内圧が作用し不具合が発生した状態の要部断面図
　本発明には、以下の実施形態が含まれる。
（１）シール性を担保するリップ部とは別に、機械的にセパレータにて締め付けられる部位を有し、通常はシールリップにてシール性を担保し、瞬間的な口開きに対しては、セパレータに設けた締め付け部（凸部）がゴム自体の変形を抑制し、溝からの脱落を防止する断面構成を有するゴム単体のガスケットおよびセパレータの溝形状。
（２）シール機能を担保するリップ部とそこに干渉しない部分に締め付け部を有する形状。
（３）ガスケット装着溝内にガスケット締め付け用の凸部を有し、この凸部高さは溝深さよりも低く、締め付け時にガスケット被締め付け部に圧縮割れが起こらない程度のクリアランスを設定する。
（４）シールリップ以外に締め付け部を有することから、シール性（耐久性を含む）に悪影響を与えず、セパレータの口開きによるゴムのはみ出しを防止することができる。
（５）組付け時に、セパレータ上の締付け部（凸部）をガイドとすることで、ガスケット自体の溝内での倒れや捩れも防止することができる。
　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に示すように、プレートの一種である金属またはカーボン製の燃料電池用セパレータ１１の平面上に断面矩形状のガスケット装着溝１２が設けられ、このガスケット装着溝１２に、燃料ガス等のシール対象をシールするため、ガスケット２１が非接着で組み付けられている。シール対象はシール内圧Ｐとしてガスケット２１に作用する。
　ガスケット２１は、所定のゴム状弾性体（シリコン、ＥＰＤＭ、ＰＩＢ、フッ素ゴムなど）によって成形され、ゴム状弾性体の単体よりなるものとされている。
　また、ガスケット２１は、所定の幅ｗ２および厚みｔ２を備える断面矩形状のガスケット本体２２を有し、このガスケット本体２２の上面に、相手組付部材３１に密接する断面山形のシールリップ（主リップ）２３が一体に設けられ、このシールリップ２３に対応してガスケット本体２２の下面に、装着溝１２の底面部１２ａに密接する断面円弧形のシールリップ（副リップ）２４が一体に設けられている。これらシールリップ２３，２４を含むガスケット２１全体の厚みｔ１は、装着溝１２の溝深さｄよりも大きく設定され、よって図１（Ｂ）に示すように、ガスケット２１がセパレータ１１および相手組付部材３１間でガスケット厚み方向に圧縮されると、シールリップ２３，２４は装着溝１２の底面部１２ａおよび相手組付部材３１間でガスケット厚み方向に締め付けられ、シール作用を発揮する。
　ガスケット２１にシール内圧Ｐが作用したときに、ガスケット２１が装着溝１２内で溝幅方向に移動してセパレータ１１および相手組付部材３１間の隙間にはみ出すことがないように、以下の構成が設けられている。
　すなわち、装着溝１２の内部であって底面部１２ａ上に、装着溝１２の溝深さｄよりも低い高さｈの凸部１３が設けられている。また、ガスケット２１に、凸部１３および相手組付部材３１間でガスケット厚み方向に締め付けられる被締め付け部２５が設けられている。この被締め付け部２５を設定するため、ガスケット本体２２の下面に、凸部１３と嵌め合わされる凹部２６が設けられ、この凹部２６に対応してガスケット本体２２の上面に、ガスケット本体２２の厚みをｔ２からｔ３へ増幅するための台座状のスペーサー部２７が一体に設けられている。凹部２６およびスペーサー部２７の組み合わせにより設定された被締め付け部２５は、シールリップ２３，２４に対しガスケット幅方向に変位して設けられ、よって互いに変形が影響しないように配置されている。
　上記構成のガスケット装着構造においては、装着溝１２の内部に部分的な凸部１３が設けられるとともに、ガスケット２１に凸部１３および相手組付部材３１間でガスケット厚み方向に締め付けられる被締め付け部２５が設けられているため、ガスケット２１はシールリップ２３，２４以外の被締め付け部２５においても凸部１３および相手組付部材３１間でガスケット厚み方向に締め付けられ、挟持されている。したがって図１（Ｃ）に示すようにガスケット２１にシール内圧Ｐが強く作用しても、ガスケット２１は装着溝１２内を溝幅方向へ移動しにくくされており、よって内圧Ｐを受けたガスケット２１が装着溝１２からはみ出してセパレータ１１および相手組付部材３１間の隙間ｃに噛み込まれるのを抑制することができる。
　また、組付け時、図１（Ａ）の状態で、凸部１３に対し凹部２６が嵌め込まれるため、ガスケット２１が装着溝１２内で倒れたり捩れたりするのを防止することができる。
　尚、ガスケット装着溝１２が一般にセパレータ１１の全周に亙って設けられるのに伴って、凸部１３もセパレータ１１の全周に亙って設けられるが、或る程度の周長が設定されれば、凸部１３は周上一部に設けられるものであっても良い。
　シールリップ２３，２４については、必ずしもガスケット本体２２の上下それぞれに設ける必要はなく、上下いずれか一方のみに設けるものであっても良い。
　スペーサー部２７については、ガスケット本体２２に或る程度の厚みが設定されれば、このスペーサー部２７は省略しても良い。この場合、被締め付け部２５は、ガスケット本体２２における凹部２６の底面部の厚みのみによって構成される。
　１１　セパレータ（プレート）
　１２　ガスケット装着溝
　１２ａ　底面部
　１３　凸部
　２１　ガスケット
　２２　ガスケット本体
　２３，２４　シールリップ
　２５　被締め付け部
　２６　凹部
　２７　スペーサー部
　３１　相手組付部材
　ｃ　隙間

Claims (2)

  1. 　プレートに設けたガスケット装着溝にガスケットを非接着で装着し、
    前記ガスケットに設けたシールリップを前記装着溝の底面部および相手組付部材間でガスケット厚み方向に締め付けることによりシール作用を発揮するガスケットの装着構造において、
    前記装着溝内に、前記装着溝の溝深さよりも低い高さの凸部を設けるとともに、
    前記ガスケットに、前記凸部および前記相手組付部材間でガスケット厚み方向に締め付けられる被締め付け部を設けたことを特徴とするガスケットの装着構造。
  2. 　請求項１記載のガスケットの装着構造において、
    前記ガスケットに、前記凸部と嵌め合わされる凹部を設け、
    前記凸部および凹部を嵌め合わせた部位に前記被締め付け部を設けたことを特徴とするガスケットの装着構造。
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