JP5743413B2

JP5743413B2 - 燃料電池用ガスケットの装着構造

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Publication number: JP5743413B2
Application number: JP2010059200A
Authority: JP
Inventors: 哲也浦川; 蔵野　慶宏; 慶宏蔵野; 秀寿佐宗
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2010-03-16
Filing date: 2010-03-16
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2030-03-16
Also published as: JP2011192584A

Description

本発明は、燃料電池用ガスケットに係り、更に詳しくはその装着構造に関するものである。

従来から図６に示すように、燃料電池のセル内もしくはスタック内に組み込まれて燃料ガス等の流体をシールする燃料電池用ガスケット５１として、ゴム状弾性体によって成形され、接着剤５２を用いてセパレータ等のガスケット装着部材５３に装着されるものが知られている（特許文献１参照）。

しかしながら、このような用途に用いる接着剤５２としては、使用可能な種類が限定されており、例えばダイレクトメタノール型燃料電池では、メタノールに対して長期耐性のある接着剤を選定しなければならず、また、種類が限定される接着剤を用いる分、製造コスト的にも不利な状況となっている。

また、接着剤５２を用いてガスケット５１を装着部材５３に装着するには、接着剤の塗布工程が必要になることから、装着作業性が良くない問題があり、更に接着剤による接着には、ガスケット５１を装着部材５３に対し位置決めする機能がないことから、装着の位置精度を高く保つには別途の工夫が必要とされる。

特開２００４−５５２７６号公報

本発明は以上の点に鑑みて、ガスケットを装着部材に装着する際に接着剤を使用せず、よって接着剤の使用による不都合を未然に解消することができ、しかも装着作業性の向上および装着位置精度の向上を双方ともに実現することができる燃料電池用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、本発明の請求項１によるガスケットの装着構造は、燃料電池用ガスケットをガスケット装着部材へ装着するための構造であって、凹凸の嵌合による嵌合構造を有し、前記嵌合構造をもって非接着で前記ガスケットを前記装着部材へ装着し、前記ガスケットは、ゴム状弾性体製のガスケット本体を樹脂フィルムに一体成形したものであって、前記ガスケット本体は、平板状の基部と、前記基部の上面に一体成形されたシールリップ部とを一体に有し、前記基部の幅方向一端部に前記樹脂フィルムが連結され、前記樹脂フィルムに凹部を設け、対応する凸部を前記装着部材に設け、前記凹部と前記凸部を嵌合することにより非接着で前記ガスケットを前記装着部材へ装着し、前記装着部材は、セパレータであり、前記凹凸の嵌合による嵌合構造は、前記シールリップ部によるシールラインから平面上外れた位置に設けられていることを特徴とする。

燃料電池用ガスケットをガスケット装着部材へ装着する際に、あらかじめ一方に凹部を設けるとともに他方に凸部を設けておき、この凹部および凸部を所定の嵌合代をもって嵌合すると、接着剤を使用しなくてもガスケットを装着部材に装着することが可能となる。凹凸嵌合の態様としては、以下のものが考えられる。

（１）ガスケットがラバーオンリータイプの場合
ガスケットがラバーオンリータイプである場合、すなわちゴム状弾性体による単体成形品である場合には、ガスケットに凸部を設け、対応する凹部を装着部材に設け、この凸部と凹部を嵌合することにより非接着でガスケットを装着部材へ装着する。また凹凸の配置を反対として、ガスケットに凹部を設け、対応する凸部を装着部材に設け、この凹部と凸部を嵌合することにより非接着でガスケットを装着部材へ装着する。一般に燃料電池用ガスケットはその周長が長いので、凹凸はガスケットの周上に複数設けられる。

尚、この場合、ガスケットを、平板状の基部と、基部の上面に一体成形されたシールリップ部と、基部から側面方向へ張り出すように一体成形された平板状の張り出し部とを有するものとし、このうちの張り出し部に凸部または凹部を設けるようにすると、凹凸の嵌合による嵌合構造がガスケットによるシールラインから外れた位置に設けられる。比較例としてシールラインの直下位置に嵌合構造が設けられると、ガスケットは圧縮変形してシール作用を奏することから、嵌合構造がガスケットの正常な圧縮変形を阻害する懸念があるが、上記構成によればこの懸念を解消することができる。

（２）ガスケットがフィルム一体ガスケットの場合
ガスケットがフィルム一体ガスケットである場合、すなわちゴム状弾性体製のガスケット本体を樹脂フィルムに一体成形したものである場合には、樹脂フィルムに凹部を設け、対応する凸部を装着部材に設け、この凹部と凸部を嵌合することにより非接着でガスケットを装着部材へ装着する。一般に燃料電池用ガスケットはその周長が長いので、凹凸はガスケットの周上に複数設けられる。

尚、この場合、樹脂フィルムを、その幅方向の一端部にガスケット本体を一体成形するとともに、一端部を除く当該フィルムの平面上に凹部を設けるようにすると、凹凸の嵌合による嵌合構造がガスケット本体によるシールラインから外れた位置に設けられる。比較例としてシールラインの直下位置に嵌合構造が設けられると、ガスケット本体は圧縮変形してシール作用を奏することから、嵌合構造がガスケット本体の正常な圧縮変形を阻害する懸念があるが、上記構成によればこの懸念を解消することができる。

上記嵌合構造の構成要素の一方である凸部は、ガスケットまたは装着部材に設けられた突起体を含み、他方の凹部は、ガスケット、装着部材または樹脂フィルムに設けられた貫通穴もしくは有底の窪みを含む。

また、ガスケット装着部材としては、セパレータ、スタックエンドプレート、集電板、絶縁板、ＭＥＡ、ＧＤＬ、樹脂補強体、樹脂フィルム、その他セル内もしくはスタック内に組み込まれる保護部材もしくは補強部材、流体導入のフランジ部材、またはこれらの複合部材などが含まれる。

本発明は、以下の効果を奏する。

すなわち、本発明の装着構造においては上記したように、凹凸の嵌合による嵌合構造をもって非接着でガスケットを装着部材へ装着するようにしたために、接着剤の使用による不都合を未然に解消することができ、すなわち接着剤の選定作業および入手作業を省略し、高価な接着剤が不要となることからコスト的にも有利な製品を提供することができる。また、接着剤の塗布工程が省略され、凹凸の嵌合はワンタッチであることから、装着作業性を向上させることができる。また、凹凸の嵌合によりガスケットを装着部材に対し正確に位置決めすることができる。また、嵌合構造をシールラインから外れた位置に設ける場合には、嵌合構造がガスケットないしガスケット本体の正常な圧縮変形を阻害するのを防止することができる。

本発明の第一実施例に係る装着構造を備える燃料電池用構成部品の平面図図１におけるＣ−Ｃ線拡大断面図であって、（Ａ）は嵌合前の状態を示す断面図、（Ｂ）は嵌合後の状態を示す断面図本発明の第二実施例に係る装着構造を示す断面図であって、（Ａ）は嵌合前の状態を示す断面図、（Ｂ）は嵌合後の状態を示す断面図本発明の第三実施例に係る装着構造を備える燃料電池用構成部品の平面図図４におけるＤ−Ｄ線拡大断面図であって、（Ａ）は嵌合前の状態を示す断面図、（Ｂ）は嵌合後の状態を示す断面図従来例に係る装着構造を示す断面図

本発明には、以下の実施形態が含まれる。

（１）燃料電池用のガスケットとして、取り扱い性向上の目的で、金属セパレータや樹脂セパレータの他に、ＧＤＬ（ガス拡散層）や、ＭＥＡ（膜電極接合体）あるいはこれらを補強するための樹脂フィルムまたは樹脂枠体にゴムを一体的に成形したガスケットなどが多数提案されている。しかしながら、これらのガスケットは、一体化する部材の面方向において片側面だけの一体化では接着剤による一体化が必要である。また両面に一体化する場合は、貫通穴を介して非接着で一体化あるいは接着により固定化することになる。ダイレクトメタノール型燃料電池では、メタノールに対して長期耐性のある接着剤選定が難しく、またＰＥＭ型燃料電池においても高温タイプでは接着剤の選定が難しくなる場合がある。一方、ゴム弾性体などの単体では、安価に生産できるもののセパレータやＭＥＡの間に組み付ける際にはその取り扱い性の悪さから工数を有し、結果、燃料電池本体の組み立てコストが高くなるという問題点があった。

（２）
（２−１）ガスケット単体を嵌合構造によりシール対象部材へ装着する燃料電池用ガスケット。
（２−２）ガスケットがこれを補強するための部材に一体化されており、この一体化部材をシール対象部材へ装着する燃料電池用ガスケット。
（２−３）ガスケットがシール対象部材への取り付け部において、嵌合装着するための突起形状を有し、一方、装着部材にガスケットの突起を嵌合装着するための貫通穴あるいは断面が凹形状を有していることを特徴とする上記（２−１）または（２−２）記載の燃料電池用ガスケット。
（２−４）ガスケットがシール対象部材への取り付け部において、嵌合装着するための貫通穴あるいは断面凹形状を有し、一方、装着部材にガスケットの貫通穴あるいは断面凹形状を嵌合装着するための突起形状を有していることを特徴とする上記（２−１）または（２−２）記載の燃料電池用ガスケット。
（２−５）ガスケットがフッ素系ゴム、シリコーン、ＥＰＤＭなどの燃料電池に好適な材料より形成される上記（２−１）（２−２）（２−３）または（２−４）記載の燃料電池用ガスケット。
（２−６）シール装着部材が、金属製あるいは導電性樹脂セパレータ、スタックエンドプレート、集電板、絶縁板、ＭＥＡ、ＧＤＬ、樹脂補強体、樹脂フィルム、その他セル内、スタック内に組み込まれる保護、補強部材、流体導入のフランジ部材、あるいはこれらの複合部材である上記（２−１）（２−２）（２−３）（２−４）または（２−５）記載の燃料電池用ガスケット。

（３）ガスケット単体に、シール装着部材へ装着するための突起あるいは窪み、穴などを設け、シール装着部材には、同様にガスケットを嵌合装着するための窪み、穴あるいは突起を施された形状となっており、非接着でガスケットを燃料電池部材に固定化することができる。また、上記のごとく嵌合穴を有する樹脂フィルム上に自己接着性を有するガスケットを一体的に成形し、この一体化したガスケットをフィルムに設けた嵌合穴により、装着部材に固定化することもできる。ガスケットやシール装着部材の嵌合部は、貫通穴の場合、シールしたい部分の外側に配置することにより、当該部分のシール性を無関係にすることができる。

（４）上記構成によれば、ガスケット単体や樹脂フィルムに接着剤を用いることなしにゴム弾性体などを一体化したガスケットは比較的安価に製造することができ、なおかつ、非接着で一体化部材への装着を簡便にする。とくに装着溝がない場合や、小型の並列セルに用いるガスケットには有効である。

（５）本発明は、燃料電池用ガスケット構造に関し、ラバーオンリーガスケットあるいはフィルム一体ガスケットのプレートへの装着性向上、位置精度向上を実現するものである。燃料電池のセパレータへガスケットを形成する方法として、セパレータへガスケットを一体成形する方法が現在主流となっているが、一方でカーボンセパレータのように脆弱なプレートの場合は、成形時のプレートのダメージを考慮して別体で作製したガスケットをセパレータに装着することも行なわれている。ラバーオンリーガスケットの場合、その取り扱い性が良くないことからフィルム一体タイプとしてガスケットに剛性を持たせるなど、取り扱い性向上を狙った構造としているが、但し、燃料電池用ガスケットのように平面の面積がある程度以上大きくなると取り扱い性の問題、位置決めが困難となるなどの欠点がある。本発明はラバーオンリーガスケットあるいはフィルム一体ガスケットのセパレータへの装着性向上、位置精度向上を狙ったものとなり、具体的には、図２のようにラバーオンリー対応のガスケットの場合、平端部の下側に凸部を所要数設けるとともに、セパレータの相対する位置に凹部あるいは貫通孔を設けて凹凸嵌合する、図３のように上記とは逆にガスケット側に貫通孔、セパレータ側に凸部を設けて凹凸嵌合する、図５のようにフィルム一体タイプの場合、フィルムに貫通孔を設け、セパレータ側に凸部を設けて嵌合する、の構造となる。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

第一実施例・・・
図１は、本発明の第一実施例に係る装着構造を備える燃料電池用構成部品の平面図であり、そのＣ−Ｃ線拡大断面が図２に示されている。

当該実施例に係る装着構造は、燃料電池用のガスケット１１をガスケット装着部材２１へ装着するための装着構造であって、凹凸の嵌合による嵌合構造３１を有し、この嵌合構造３１をもって非接着でガスケット１１が装着部材２１に装着されている。図１に示すようにガスケット１１は平面矩形状のエンドレス体であって、周長がかなり長いので、この周長に沿って嵌合構造３１も複数（図では１４箇所）が所定の間隔をあけて設けられている。

ガスケット１１は、ラバーオンリータイプのガスケットであって、すなわちフッ素系ゴム、シリコーン系ゴムまたはＥＰＤＭなどのゴム状弾性体よりなる単体成形品として成形されており、図２に示すようにこのガスケット１１に凸部１５が設けられるとともに、対応する凹部２２が装着部材２１に設けられ、この凸部１５と凹部２２が所定の嵌合代をもって嵌合することにより非接着でガスケット１１が装着部材２１に装着されている。

また、ガスケット１１は、平板状の基部１２と、この基部１２の上面に一体成形された断面三角形状のシールリップ部１３と、基部１２からその側面方向の一方へ張り出すように一体成形された平板状の張り出し部１４とを一体に有し、このうちの張り出し部１４の下面に凸部１５が下方へ向けて設けられている。したがって凹凸の嵌合による嵌合構造３１は、ガスケット１１によるシールラインＳＬ（図１）から平面上外れた位置に設けられている。シールラインＳＬは、スタック組み立て時にシールリップ部１３が接触の相手方部材に接触することにより、その接触幅をもってライン状に設定される。尚、張り出し部１４は、嵌合構造３１の配置に合わせてガスケット１１の周長に沿って複数（図では１４箇所）が設けられているが、ガスケット１１の全周を巡って一体成形される一枚ものであっても良い。また張り出し部１４は、ガスケット１１の外側（外周側）に張り出しているが、内側（内周側）に張り出すものであっても良い。

ガスケット装着部材２１としては、セパレータ、スタックエンドプレート、集電板、絶縁板、ＭＥＡ、ＧＤＬ、樹脂補強体、樹脂フィルム、その他セル内もしくはスタック内に組み込まれる保護部材もしくは補強部材、流体導入のフランジ部材、またはこれらの複合部材などである。

上記構成のガスケット装着構造においては、接着剤を用いることなく、凸部１５および凹部２２を嵌合する嵌合構造３１のみによってガスケット１１が装着部材２１に装着される。したがって凹凸の嵌合による嵌合構造３１のみをもって非接着でガスケット１１が装着部材２１に装着されるために、接着剤の使用による不都合を解消することができ、すなわち接着剤の選定作業および入手作業を省略し、高価な接着剤が不要となることからコスト的にも有利な製品を提供することができる。また、接着剤の塗布工程が省略され、凹凸の嵌合はワンタッチであることから、装着作業性を向上させることができる。また、凹凸の嵌合によりガスケット１１を装着部材２１に対し正確に位置決めすることができる。また、嵌合構造３１がガスケット１１のシールラインＳＬから外れた位置に設けられているために、嵌合構造３１がガスケット１１の正常な圧縮変形を阻害することもない。

第二実施例・・・
上記第一実施例では、ガスケット１１に凸部１５が設けられるとともに装着部材２１に凹部２２が設けられているが、凹凸の配置は反対であっても良く、すなわち図３に示すように、ガスケット１１に凹部１６が設けられるとともに装着部材２１に凸部２３が設けられる構造であっても良い。また、凸部と凹部が周上交互に設けられるものであっても良い。

第三実施例・・・
図４は、本発明の第三実施例に係る装着構造を備える燃料電池用構成部品の平面図であり、そのＤ−Ｄ線拡大断面が図５に示されている。

当該実施例に係る装着構造は、燃料電池用のガスケット４１をガスケット装着部材２１へ装着するための装着構造であって、凹凸の嵌合による嵌合構造３１を有し、この嵌合構造３１をもって非接着でガスケット４１が装着部材２１に装着されている。図４に示すようにガスケット４１は平面矩形状のエンドレス体であって、周長が長いので、この周長に沿って嵌合構造３１も複数（図では４箇所）が所定の間隔をあけて設けられている。

ガスケット４１は、フィルム一体タイプのガスケットであって、すなわちフッ素系ゴム、シリコーン系ゴムまたはＥＰＤＭなどのゴム状弾性体よりなるガスケット本体４２を補強用の樹脂フィルム４５に一体成形したものであり、図５に示すように樹脂フィルム４５に凹部４６が設けられるとともに、対応する凸部２３が装着部材２１に設けられ、この凹部４６と凸部２３が所定の嵌合代をもって嵌合することにより非接着でガスケット４１が装着部材２１に装着されている。

樹脂フィルム４５は、ガスケット本体４２の外側に全周に亙って一枚ものが配置されており、その幅方向の一端部（内周端部）４５ａにガスケット本体４２を一体成形するとともに、前記一端部４５ａを除く当該フィルム４５の平面上に凹部４６が設けられている。したがって凹凸の嵌合による嵌合構造３１は、ガスケット本体によるシールラインＳＬ（図４）から平面上外れた位置に設けられている。シールラインＳＬは、スタック組み立て時にガスケット本体４２のシールリップ部４４が接触の相手方部材に接触することにより、その接触幅をもってライン状に設定される。ガスケット本体４２は、平板状の基部４３と、この基部４３の上面に一体成形された断面三角形状のシールリップ部４４とを一体に有し、基部４３の幅方向の一端部（外周端部）に樹脂フィルム４５が連結されている。

装着部材２１としては、セパレータ、スタックエンドプレート、集電板、絶縁板、ＭＥＡ、ＧＤＬ、樹脂補強体、樹脂フィルム、その他セル内もしくはスタック内に組み込まれる保護部材もしくは補強部材、流体導入のフランジ部材、またはこれらの複合部材などであるが、図では、マニホールド部２５および反応部２６などを備えるセパレータが描かれており、ガスケット４１はマニホールド部２５の開口周縁部をシールする。

上記構成のガスケット装着構造においては、接着剤を用いることなく、凹部４６および凸部２３を嵌合する嵌合構造３１のみによってガスケット４１が装着部材２１に装着される。したがって凹凸の嵌合による嵌合構造３１のみをもって非接着でガスケット４１が装着部材２１に装着されるために、接着剤の使用による不都合を解消することができ、すなわち接着剤の選定作業および入手作業を省略し、高価な接着剤が不要となることからコスト的にも有利な製品を提供することができる。また、接着剤の塗布工程が省略され、凹凸の嵌合はワンタッチであることから、装着作業性を向上させることができる。また、凹凸の嵌合によりガスケット４１を装着部材２１に対し正確に位置決めすることができる。また、嵌合構造３１がガスケット本体４２のシールラインＳＬから外れた位置に設けられているために、嵌合構造３１がガスケット本体４２の正常な圧縮変形を阻害することもない。また、ガスケット４１はゴム状弾性体よりなるガスケット本体４２を補強用の樹脂フィルム４５に一体成形したものであるため、柔軟に過ぎず、よって取り扱い作業性が良いものである。

尚、上記各実施例に共通して、凹部１６，２２，４６に嵌合した凸部１５，２３はその先端が凹部１６，２２，４６の反対側へ突出する構造とされているが、突出しない構造であっても良く、この場合には凸部１５，２３の高さが小さめに形成される。また、凸部１５，２３の先端が凹部１６，２２，４６の反対側へ突出する場合には先端を大形化する、あるいは先端側面に小突起を設ける等して抜け止め構造を付加することも考えられる。また、上記各実施例では凹部１６，２２，４６が貫通穴として形成されているが、これに代えて有底の窪み（凹み）等であっても良い。

１１，４１ガスケット
１２，４３基部
１３，４４シールリップ部
１４張り出し部
１５，２３凸部
１６，２２，４６凹部
２１ガスケット装着部材
２５マニホールド部
２６反応部
３１嵌合構造
４２ガスケット本体
４５樹脂フィルム
４５ａ一端部

Claims

燃料電池用ガスケットをガスケット装着部材へ装着するための構造であって、
凹凸の嵌合による嵌合構造を有し、前記嵌合構造をもって非接着で前記ガスケットを前記装着部材へ装着し、
前記ガスケットは、ゴム状弾性体製のガスケット本体を樹脂フィルムに一体成形したものであって、前記ガスケット本体は、平板状の基部と、前記基部の上面に一体成形されたシールリップ部とを一体に有し、前記基部の幅方向一端部に前記樹脂フィルムが連結され、
前記樹脂フィルムに凹部を設け、対応する凸部を前記装着部材に設け、前記凹部と前記凸部を嵌合することにより非接着で前記ガスケットを前記装着部材へ装着し、
前記装着部材は、セパレータであり、
前記凹凸の嵌合による嵌合構造は、前記シールリップ部によるシールラインから平面上外れた位置に設けられていることを特徴とする燃料電池用ガスケットの装着構造。