JP5013137B2 - 燃料電池用ガスケットの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、密封装置の一種であるガスケットに係り、更に詳しくは、燃料電池用ガスケットの製造方法に関するものである。

例えば、燃料電池セルに用いられる燃料電池ガスケットとして従来から、ガスケット単体タイプ、セパレータ一体型タイプまたは反応電極部（ＭＥＡ）一体型タイプのガスケットが知られており、各々、セルの所定箇所に装着されて、燃料ガス、酸化剤ガスまたは冷媒等の密封流体をシールしている。

しかしながら、これらの従来技術には、以下のような不都合がある。

すなわち先ず、上記ガスケットを燃料電池セルに使用する場合、反応面の外周を余さずシールする必要があるところ、シールする盤面が大きいために、単体のガスケットでは、その取扱い性（ハンドリング性）が余り良くない。また、セルを積層して燃料電池スタックに組み立てる場合についても、その取扱い性、延いては組立作業性が余り良くない。これは、ガスケットの大きさに対して断面形状が小さくまたは薄肉であるために、ガスケットが取扱い時に変形し易いからである。

また、ガスケットを一体型とする場合、一体成形による焼付け方式と、後接着方式とが考えられる。一体成形による焼付け方式は、図８に示すように、ガスケット（ガスケット本体）１０１をセパレータや反応電極部等の相手取付部材１０２上で直接一体成形するものであり、後接着方式は、図９に示すように、予め単独で製品形状に成形したガスケット（ガスケット本体）１０１を接着剤１０３を用いて相手取付部材１０２に取り付けるものである。これらの場合、上記した組立作業性は改善されるが、一体成形する際の圧力や温度等によってセパレータや反応電極部等を傷める可能性があり、また後接着の場合には、接着作業時の取扱い性が余り良くなく、かつ接着剤を安定して塗布するのが難しい。

また、セパレータの材質がカーボン等の低強度材料である場合、ガスケットを一体成形する際の型締め力や成形圧力等によってセパレータが割れることがないように、低圧による成形技術が必要となる。また、セパレータを強く型押えすることができないために、成形バリが多量に発生する。

また、セルを複数積層して１つのスタックを形成する構成であるために、省スペース化を考慮して、セルを構成する部品を薄板化する必要があり、その一環として、セパレータも薄板化する必要がある。この場合、薄肉化を一体成形によって対処するには、セパレータの強度の面から限界がある。

特開平９−２８２８６０号公報

本発明は以上の点に鑑みて、燃料電池用ガスケットとして取扱い性が良好であり、また相手取付部材である燃料電池用セパレータが低強度の材料であっても燃料電池用セパレータとガスケットとを容易に一体化することができ、取付作業性が良好な燃料電池用ガスケットの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１による燃料電池用ガスケットの製造方法は、ガスケット成形型の型締め力により割れが発生するカーボン等の低強度材料よりなる燃料電池用セパレータに対して一体化される燃料電池用ガスケットを製造する方法であって、シート状のフィルムの一方の面に粘着剤を塗布する工程と、前記フィルムを成形型に装着し、前記フィルムの他方の面に接着性ゴムよりなるガスケット本体を射出一体成形する工程と、前記フィルムをシール形状に切断する工程と、前記粘着剤の粘着機能により前記フィルムを前記燃料電池用セパレータに取り付ける工程とを順次実施することを特徴とするものである。

上記構成を備えた本発明の請求項１による燃料電池用ガスケットの製造方法においては、一面に貼着機能を備えたシート状のフィルムとゴム状弾性材製のガスケット本体との一体品が形成されるために、前者のシート状のフィルムが後者のガスケット本体に対する補強作用をなし、よってガスケット全体として取扱い時の変形を比較的小さく抑えることが可能となる。この機能を確保するため、シート状のフィルムには、樹脂フィルム、金属フィルム、織布または不織布等のシート状部材であって、通常の取扱いで伸びの少ないものを用いるのが適している。また上記構成のガスケットにおいては、ガスケット本体がシート状のフィルムに一体化されるとともにこのシート状のフィルムを介して相手取付部材である燃料電池用セパレータに後接着されるために、ガスケット本体の成形に際して燃料電池用セパレータを成形型に装着する必要がない。したがって燃料電池用セパレータが低強度の材料であっても割れ等が発生する虞がないために、この燃料電池用セパレータとガスケットとを容易に一体化することが可能となる。また燃料電池用セパレータの代わりに成形型に装着されるシート状のフィルムには、これが例えば樹脂フィルム等である場合、割れ等が発生する懸念がないために、型締め力を大きく設定することができ、よって成形バリが多量に発生するのを抑えることが可能となる。またシート状のフィルムの一面に備えられた貼着機能によってガスケットを燃料電池用セパレータに取り付ける構成であるために、ガスケットを位置決めして押さえ付けるだけの簡単な作業によってガスケットを燃料電池用セパレータに取り付けることが可能となる。相手取付部材は、燃料電池用セパレータであり、これによりセパレータ一体型のガスケットが製造される。

また、上記構成を備えた本発明の請求項１による燃料電池用ガスケットの製造方法においては、ガスケット本体が接着性ゴムよりなり、かつその接着性を用いてシート状のフィルムの他面に一体成形されるために、やはりシート状のフィルムがガスケット本体に対する補強作用をなし、よってガスケット全体として取扱い時の変形を比較的小さく抑えることが可能となる。またガスケット本体がシート状のフィルムに一体化されるとともにこのシート状のフィルムを介して燃料電池用セパレータに後接着されるために、ガスケット本体の成形に際して燃料電池用セパレータを成形型に装着する必要がない。したがって燃料電池用セパレータが低強度の材料であっても割れ等が発生する虞がないために、この燃料電池用セパレータとガスケットとを容易に一体化することが可能となる。また燃料電池用セパレータの代わりに成形型に装着されるシート状のフィルムには、これが例えば樹脂フィルム等である場合、割れ等が発生する懸念がないために、型締め力を大きく設定することができ、よって成形バリが多量に発生するのを抑えることが可能となる。接着性ゴムよりなるガスケット本体はその接着性により接着剤を用いなくてもシート状のフィルムに接着される。

本発明は、以下の効果を奏する。

上記構成を備えた本発明の請求項１による燃料電池用ガスケットの製造方法においては、一面に貼着機能を備えたシート状のフィルムとゴム状弾性材製のガスケット本体との一体品が形成されるために、シート状のフィルムがガスケット本体に対する補強作用をなし、よってガスケット全体として取扱い時の変形を比較的小さく抑えることが可能となる。したがってガスケットの取扱い性ないし組立作業性を向上させることができる。またガスケット本体がシート状のフィルムに一体化されるとともにシート状のフィルムを介して燃料電池用セパレータに接着されるために、ガスケット本体の成形に際して燃料電池用セパレータを成形型に装着する必要がない。したがって燃料電池用セパレータが低強度の材料であっても割れ等が発生する虞がないために、この燃料電池用セパレータとガスケットとを容易に一体化することができる。また燃料電池用セパレータの代わりに成形型に装着されるシート状のフィルムには、これが例えば樹脂フィルム等である場合、割れ等が発生する懸念がないために、型締め力を大きく設定することができ、よって成形バリが多量に発生するのを抑えることができる。またシート状のフィルムの一面に備えられた貼着機能によってガスケットを相手取付部材に取り付ける構成であるために、ガスケットを位置決めして押さえ付けるだけの簡単な作業によってガスケットを燃料電池用セパレータに取り付けることができる。

また、上記構成を備えた本発明の請求項１による燃料電池用ガスケットの製造方法においては、ガスケット本体が接着性ゴムよりなり、かつその接着性を用いてシート状のフィルムの他面に一体成形されるために、やはりシート状のフィルムがガスケット本体に対する補強作用をなし、よってガスケット全体として取扱い時の変形を比較的小さく抑えることが可能となる。したがってガスケットの取扱い性ないし組立作業性を向上させることができる。またガスケット本体がシート状のフィルムに一体化されるとともにシート状のフィルムを介して燃料電池用セパレータに接着されるために、ガスケット本体の成形に際して燃料電池用セパレータを成形型に装着する必要がない。したがって燃料電池用セパレータが低強度の材料であっても割れ等が発生する虞がないために、この燃料電池用セパレータとガスケットとを容易に一体化することができる。また燃料電池用セパレータの代わりに成形型に装着されるシート状のフィルムには、これが例えば樹脂フィルム等である場合、割れ等が発生する懸念がないために、型締め力を大きく設定することができ、よって成形バリが多量に発生するのを抑えることができる。

セパレータまたはＭＥＡに対するガスケット接着性の確認試験結果を示す表図 本発明の第一実施例に係るガスケットの要部断面図 本発明の第二実施例に係るガスケットの要部断面図 本発明の第三実施例に係るガスケットの要部断面図 本発明の第四実施例に係るガスケットの平面図 図５におけるＦ−Ｆ線拡大断面図 本発明の第五実施例に係るガスケットの要部断面図 従来例に係るガスケットの要部断面図 他の従来例に係るガスケットの要部断面図

本発明には、以下の実施形態が含まれる。

（１） 燃料電池に使用するＭＥＡとセパレータ間にて燃料ガス、酸化剤ガスをシールするガスケットまたはセパレータ間にて冷媒をシールするガスケットであって、ガスケットは片面に接着剤（粘着剤）を塗布した樹脂フィルムに直接、接着性ゴムを一体成形し、セパレータと一体化するガスケット。または、燃料電池に使用するＭＥＡとセパレータ間等にて燃料ガスもしくは酸化剤ガス等の密封流体をシールするガスケットまたはセパレータ間等にて冷媒等の密封流体をシールするガスケットであって、ガスケットは片面に接着剤（粘着剤）を塗布した樹脂フィルム等のシート状ガスケット取付部材に直接、接着性ゴムを一体成形し、セパレータ等の相手取付部材と一体化するガスケット。

（２） 燃料電池に使用するＭＥＡとセパレータ間にて燃料ガス、酸化剤ガスをシールするガスケットまたはセパレータ間にて冷媒をシールするガスケットであって、片面に接着剤（粘着剤）を塗布した樹脂フィルムの他方の面に接着剤を用いてゴムを一体成形するか、もしくは直接、接着性ゴムを一体成形したガスケット。または、燃料電池に使用するＭＥＡとセパレータ間等にて燃料ガスもしくは酸化剤ガス等の密封流体をシールするガスケットまたはセパレータ間等にて冷媒等の密封流体をシールするガスケットであって、片面に接着剤（粘着剤）を塗布した樹脂フィルム等のシート状ガスケット取付部材の他方の面に接着剤を用いてゴムを一体成形するか、もしくは直接、接着性ゴムを一体成形したガスケット。

（３） 上記（１）または（２）項のガスケットをフィルムの接着剤（粘着剤）を用いてセパレータと一体化したセパレータ一体型ガスケット。または、上記（１）または（２）項のガスケットをフィルム等のシート状ガスケット取付部材の接着剤（粘着剤）を用いてセパレータと一体化したガスケット。

（４） 上記（１）または（２）項のガスケットをフィルムの接着剤（粘着剤）を用いてＭＥＡと一体化したＭＥＡ一体型ガスケット。または、上記（１）または（２）項のガスケットをフィルム等のシート状ガスケット取付部材の接着剤（粘着剤）を用いてＭＥＡと一体化したガスケット。

（５） 上記（１）ないし（４）項に係る発明の実施形態としては、従来技術における問題を解決するため、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートまたはポリイミド等の樹脂フィルムの片面にシリコーン系等の接着剤（粘着剤）を塗布し、この接着剤（粘着剤）塗布面の裏側に接着剤を塗布してゴムを一体成形するか、直接、接着性ゴムを一体成形した後、セパレータまたはＭＥＡに樹脂フィルムを貼り付けてセパレータ一体型またはＭＥＡ一体型のガスケットとする。ガスケット材料には、接着剤を介して一体成形する場合、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ニトリルゴム、ブチルゴムまたはＥＰＤＭ等が用いられる。また、樹脂フィルムに直接、接着可能な接着性ゴムについてはその材料を問わないが、例えばシリコーンゴム材料とした場合、信越化学製品Ｘ−３４−１２７７Ａ／Ｂ（商品名）等が好適に使用される。樹脂フィルムには、前述のゴムが成形可能な温度である約１００〜２００℃にて耐え得るものを選定し、フィルムの厚さは１０〜５００μｍ、好ましくは５０〜１５０μｍのものを使用する。樹脂フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド系、エステル系、アミド系またはイミド系等の汎用フィルムが使用可能であって、例えばポリエチレンテレフタレートの場合、三菱樹脂製ダイアラミー１００μ（商品名）等が好適に用いられる。ガスケットの成形に当たっては、シート状またはシール形状に切断したフィルムを型締めし、射出成形する。フィルムがシート状の場合は成形後シール形状に切断し、シール形状の場合はシールリップ部周辺に金型の押え代を設ける必要がある。接着剤（粘着剤）はシリコーン系とし、塗布厚さは１００μｍ以下、好ましくは１０〜５０μｍとする。樹脂フィルムとセパレータはこの接着剤（粘着剤）により熱圧着にて一体化する。この接着剤（粘着剤）としては例えば、東芝シリコーン製品ＴＳＲ１５１２（商品名）等が好適に使用できる。

（６） そして、上記（１）ないし（５）項によれば、以下の作用効果を奏することが可能となる。

すなわち先ず、樹脂フィルム等のシート状ガスケット取付部材を介しての一体成形および後接着としたことから、従来、一体成形の難しかった低強度のセパレータ（脆性材料、薄板化）等の相手取付部材とガスケットとの一体化が容易に可能となる。また、ガスケットをセパレータではなく樹脂フィルム等のシート状ガスケット取付部材に一体成形するものであって、樹脂フィルム等のシート状ガスケット取付部材にはセパレータのように破損する可能性がないため、型締め力を高くすることができ、よって成形時に多量のバリが発生するのを抑えることができる。更にまた、樹脂フィルム等のシート状ガスケット取付部材が補強材の役目をすることから、取扱い性が良く、樹脂フィルム等のシート状ガスケット取付部材に接着剤（粘着剤）が付いていることから、接着剤（粘着剤）の塗布工程をなくすことができ、よって品質の安定化を図ることができる。本願発明者らが行なったセパレータまたはＭＥＡに対する接着性（粘着性）の確認試験は、図１に示すような結果であった。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

第一ないし第三実施例・・・
図２は、本発明の第一実施例に係るガスケット１の要部断面（切断端面）を示している。このガスケット１は燃料電池用のガスケットとして用いられるものであって、以下のように構成されている。

すなわち先ず、シート状ガスケット取付部材としての樹脂フィルム２が設けられており、この樹脂フィルム２の一面（図上上面）２ａに接着剤（図示せず）を介してゴム状弾性材製のガスケット本体としてのゴム３が一体成形されている。また、樹脂フィルム２の他面（図上下面）２ｂに接着剤（粘着剤とも称する）４が塗布されており、ゴム３を一体成形した樹脂フィルム２がこの接着剤４によって相手取付部材としてのセパレータ５の一面に取り付けられている。ゴム３はシールリップ部３ａを有して断面三角形状ないし山形状に形成されているが、図３に示すようなフラットシール構造（第二実施例）や、図４に示すようなビード状のシールリップ（ビードとも称する）３ｂ付きのフラットシール構造（第三実施例）であっても良い。

上記構成のガスケット１を製作するに際しては、ゴム３を射出成形する成形型に、予め一面２ａに接着剤を塗布した樹脂フィルム２を装着した状態で射出成形を行ない、ゴム３をその成形と同時に樹脂フィルム２の一面２ａに接着する（インサート成形）。次いで、この樹脂フィルム２およびゴム３よりなる一体成形品を成形型から取り出して、樹脂フィルム２の他面２ｂに接着剤４を塗布し、この接着剤４によって一体成形品をセパレータ５の一面に接着する。セパレータ５はこれに代えて、反応電極部（ＭＥＡ）における電解質膜や触媒付電極等であっても良い。

上記構成のガスケット１によれば、以下の作用効果を奏することが可能である。

すなわち先ず、上記構成によって樹脂フィルム２およびゴム３よりなるガスケットの一体成形品が製作され、この一体成形品においては、樹脂フィルム２がゴム３に対する補強材の役目を果たす。したがってゴム単体の製品と比較してガスケット１の保形性が高められ、ガスケット１が全体として変形しにくくなるために、ガスケット１の取扱い性ないし組立作業性を向上させることができる。

また、ゴム３が樹脂フィルム２に一体成形されるとともにこの樹脂フィルム２を介してセパレータ５に後接着されるために、ゴム３の成形に際してセパレータ５はこれを成形型に装着する必要がない。したがってセパレータ５が低強度の材料や薄板であっても割れ等が発生する虞がないために、このセパレータ５とガスケット１とを容易に一体化することができる。

また、セパレータ５の代わりに成形型に装着される樹脂フィルム２は割れ等が発生する懸念がないものであるために、成形時の型締め力を大きく設定することが可能である。したがって成形時にゴムバリが多量に発生するのを防止することができる。

また、樹脂フィルム２の他面２ｂに備えられた接着剤４による貼着機能によって当該ガスケット１が相手取付部材であるセパレータ５に取り付けられる構成であるために、当該ガスケット１を位置決めして押さえ付けるだけの簡単な作業によってガスケット１をセパレータ５に取り付けることができる。

尚、上記実施例において、樹脂フィルム２の一面２ａに接着剤を介してゴム３を一体成形したのに代えて、接着剤を塗布せずに直接、接着性ゴムを一体成形しても良いことは上記したとおりである。また予め単独で製品形状に成形したゴムを接着剤によって樹脂フィルム２の一面２ａに接着するようにしても良い。

第四および第五実施例・・・
図５は、本発明の第四実施例に係るガスケット６１の平面を示しており、そのＦ−Ｆ線拡大断面（切断端面）が図６に示されている。このガスケット６１はＨＤＤにおけるトップカバー用ガスケットとして用いられるものであって、以下のように構成されている。

すなわち先ず、シート状ガスケット取付部材としての樹脂フィルム６２が設けられており、この樹脂フィルム６２の一面（図６における上面）に接着剤６３を介してゴム状弾性材製のガスケット本体６４が一体成形されている。また樹脂フィルム６２の他面（図６における下面）に接着剤（粘着剤とも称する）６５が塗布されており、ガスケット本体６４を一体成形した樹脂フィルム６２がこの接着剤６５によって相手取付部材としてのトップカバー６６の一面に取り付けられている。ガスケット本体６４は断面略三角形状に形成されており、その頂部をシールリップ部６７としている。

上記構成のガスケット６１を製作するに際しては、ガスケット本体６４を射出成形する成形型に、予め一面に接着剤６３を塗布した樹脂フィルム６２を装着した状態で射出成形を行ない、ガスケット本体６４をその成形と同時に樹脂フィルム６２の一面に接着する（インサート成形）。次いで、この樹脂フィルム６２およびガスケット本体６４よりなる一体成形品を成形型から取り出して、樹脂フィルム６２の他面に接着剤６５を塗布し、この接着剤６５によって一体成形品をトップカバー６６の一面に接着する。

上記構成のガスケット６１によれば、以下の作用効果を奏することが可能である。

すなわち先ず、上記構成によって樹脂フィルム６２およびガスケット本体６４よりなるガスケット６１の一体成形品が製作され、この一体成形品においては、樹脂フィルム６２がガスケット本体６４に対する補強材の役目を果たす。したがって、ゴム単体の製品と比較してガスケット６１の保形性が高められ、ガスケット６１が全体として変形しにくくなるために、ガスケット６１の取扱い性を向上させることができる。

また、ガスケット本体６４が樹脂フィルム６２に一体成形されるとともにこの樹脂フィルム６２を介してトップカバー６６に後接着されるために、ガスケット本体６４の成形に際してトップカバー６６はこれを成形型に装着する必要がない。したがってトップカバー６６が低強度の材料や薄板であっても割れ等が発生する虞がないために、このトップカバー６６とガスケット６１とを容易に一体化することができる。

また、トップカバー６６の代わりに成形型に装着される樹脂フィルム６２は割れ等が発生する懸念がないものであるために、成形時の型締め力を大きく設定することが可能である。したがって成形時にゴムバリが多量に発生するのを防止することができる。

また、樹脂フィルム６２の他面に備えられた接着剤６５による貼着機能によって当該ガスケット６１を相手取付部材であるトップカバー６６に取り付ける構成であるために、当該ガスケット６１を位置決めして押さえ付けるだけの簡単な作業によってガスケット６１をトップカバー６６に取り付けることができる。

尚、上記実施例において、樹脂フィルム６２の一面に接着剤６３を介してガスケット本体６４を一体成形したのに代えて、接着剤６３を塗布せずに直接、接着性ゴムを一体成形しても良いことは上記したとおりであり、図７はその一例を示している（第五実施例）。また予め単独で製品形状に成形したガスケット本体６４を接着剤６５によって樹脂フィルム６２の一面に接着するようにしても良い。

１，６１ ガスケット
２，６２ 樹脂フィルム（シート状ガスケット取付部材）
３ ゴム（ガスケット本体）
３ａ，６７ シールリップ部
４，６３，６５ 接着剤
５ セパレータ（相手取付部材）
６４ ガスケット本体
６６ トップカバー（相手取付部材）

Claims (1)

1. ガスケット成形型の型締め力により割れが発生するカーボン等の低強度材料よりなる燃料電池用セパレータに対して一体化される燃料電池用ガスケットを製造する方法であって、
   シート状のフィルムの一方の面に粘着剤を塗布する工程と、
   前記フィルムを成形型に装着し、前記フィルムの他方の面に接着性ゴムよりなるガスケット本体を射出一体成形する工程と、
   前記フィルムをシール形状に切断する工程と、
   前記粘着剤の粘着機能により前記フィルムを前記燃料電池用セパレータに取り付ける工程と
   を順次実施することを特徴とする燃料電池用ガスケットの製造方法。

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