(57)【要約】【課題】フィルム、シート又は板状の基材１１にガスケット１２を一体に成形した基材一体型シール１において、ガスケット１２の幅を可及的に小さくすることによって省スペース化を図る。【解決手段】フィルム、シート又は板状の基材１１と、この基材１１に一体に設けられたゴム状弾性材料からなるガスケット１２と、前記基材１１に開設された貫通孔１１ａ内に充填されたゴム状弾性材料からなる充填層１３を有し、この充填層１３は、一部が前記ガスケット１２と連続すると共に他部が前記基材１１と略同等の厚さで前記ガスケット１２から張り出している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルム、シート又は板状の基材と、この基材に一体に設けられたゴム状弾性材料からなるガスケットと、前記基材に開設された貫通孔内に充填されたゴム状弾性材料からなる充填層を有し、この充填層は、一部が前記ガスケットと連続すると共に他部が前記基材と略同等の厚さで前記ガスケットから張り出したことを特徴とする基材一体型シール。
【請求項２】
ガスケットが基材の厚さ方向両側に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の基材一体型シール。
【請求項３】
フィルム、シート又は板状の基材にゴム状弾性材料からなるガスケットを一体成形して請求項１又は２に記載の基材一体型シールを得るための金型であって、複数の分割型からなり、この分割型間に前記基材を位置決めセットして型締めした状態で、前記基材と前記分割型の内面との間に画成されるキャビティに成形用液状ゴムを注入する注入ゲートが、前記キャビティと離間した位置で前記複数の分割型間に開口し、前記基材が、この基材に開設された貫通孔が前記キャビティ及び注入ゲートの双方に連通するように位置決めされることを特徴とする基材一体型シール製造用金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば燃料電池スタックの各燃料電池セルに形成される流路をシールするための燃料電池用シールなど、フィルム、シート又は板状の基材にガスケットを一体に成形した基材一体型シールに関するものであり、さらにはその製造に用いる金型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、主として、電解質膜の両面に一対の電極層を設けたＭＥＡ（Membrane  Electrode  Assembly：膜−電極複合体）を含む発電体を、セパレータで挟持して燃料電池セルとし、この燃料電池セルを積層したスタック構造とすることによって、数十Ｗ程度の小型電源用から１００ｋＷ級の自動車用電源用に至るまで、幅広い用途で用いられる。ＭＥＡの電解質膜にはフッ素系の固体高分子膜などが主に用いられ、プロトン伝動性が要求される。一方、セパレータは電解質膜へ燃料ガス（水素ガス）や酸化剤ガス（酸素を含む空気）を供給するための流路が形成されると共に、電気化学反応によってアノード側で発生する電子を伝導するといった重要な役割がある。
【０００３】
また、この種の燃料電池においては、燃料ガスや酸化ガス、その反応によって生成した水や余剰ガス、スタックを冷却するための冷却水などが外部へ漏れたり、互いに混合したりしないように、これをシールする必要がある。
【０００４】
図６は、燃料電池用シールとして適用した従来の基材一体型シールを燃料電池の一部と共に示すもので、この基材一体型シール１００は、ＭＥＡ又はこのＭＥＡの外周を取り囲むように配置される合成樹脂フィルムなどからなるフィルム、シート又は板状の基材１０１の厚さ方向両面に、ゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）からなるガスケット１０２，１０２を一体に成形したものである。各ガスケット１０２は、基材１０１の表面に接合された扁平なベース１０２ａと、このベース１０２ａから山形に隆起形成されたシールリップ１０２ｂとからなる。そしてこの基材一体型シール１００は、燃料電池セルにおけるセパレータ２００，２００の外周部間に介在され、ガスケット１０２，１０２におけるシールリップ１０２ｂ，１０２ｂが前記セパレータ２００，２００に形成されたシール溝２０１，２０１の底面に圧縮状態で密接されることによって、燃料ガス、酸化ガスあるいは冷却水などに対するシール機能を奏するものである。
【０００５】
ガスケット１０２，１０２のベース１０２ａ，１０２ａは、その幅方向へ張り出した張り出し部１０２ｃ，１０２ｃを有する。この張り出し部１０２ｃ，１０２ｃは、基材１０１に開設された貫通孔１０１ａを埋める充填層１０３を介して互いに連続しており、言い換えればガスケット１０２，１０２は、充填層１０３を介して互いに連続している。なお、張り出し部１０２ｃ，１０２ｃはベース１０２ａの全長にわたって形成される場合もある。
【０００６】
図７及び図８は、ガスケット１０２，１０２を基材１０１に一体成形することによって基材一体型シール１００を製造するための金型３００を示すもので、すなわち基材一体型シール１００は、基材１０１を、上型３０１と下型３０２からなる金型３００内にセットして型締めし、基材１０１と上型３０１及び下型３０２の内面とで画成されたキャビティ３０３，３０３内に、上型３０１に開設された注入ゲート３０４から成形用液状ゴムを充填して架橋硬化させることによって得られたものである。
【０００７】
ここで、注入ゲート３０４から注入される成形用液状ゴムを基材１０１の両側のキャビティ３０３，３０３へ賦形するための貫通孔１０１ａは、架橋硬化などによる「ひけ」を考慮して、シールリップ１０２ｂ，１０２ｂからずれた位置に開設する必要があり、このため、成形空間であるキャビティ３０３，３０３は、ガスケット１０２のベース１０２ａの張り出し部１０２ｃとなる拡張部３０３ａ，３０３ａを有し、注入ゲート３０４及び基材１０１の貫通孔１０１ａは、この拡張部３０３ａ，３０３ａと対応する位置に設けられている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−９６５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の基材一体型シール１００は、ガスケット１０２，１０２のベース１０２ａ，１０２ａに、その幅方向へ張り出した張り出し部１０２ｃ，１０２ｃを有することから、ガスケット１０２，１０２を収めるためにセパレータ２００，２００に形成されるシール溝２０１，２０１の幅を、張り出し部１０２ｃ，１０２ｃの分だけ広くせざるを得ず、このため、シール溝２０１，２０１に囲まれた発電領域が相対的に小さくなってしまう問題があった。
【００１０】
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、フィルム、シート又は板状の基材にガスケットを一体に成形した基材一体型シールにおいて、ガスケットの幅を可及的に小さくすることによって省スペース化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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の発明に係る基材一体型シールは、フィルム、シート又は板状の基材と、この基材に一体に設けられたゴム状弾性材料からなるガスケットと、前記基材に開設された貫通孔内に充填されたゴム状弾性材料からなる充填層を有し、この充填層は、一部が前記ガスケットと連続すると共に他部が前記基材と略面一をなして前記ガスケットから張り出したものである。なお、ここでゴム状弾性材料とは、ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料をいう。
【００１２】
請求項１の構成によれば、基材に一体に設けられたゴム状弾性材料からなるガスケットは、基材に開設された貫通孔に充填されたゴム状弾性材料からなる充填層と連続した構造となっている。そして、前記充填層はガスケットから張り出しているものではあるが、基材に開設された貫通孔内に、基材と略面一をなして、すなわち基材と略同等の厚さで形成されているので、ガスケットの幅方向のサイズが実質的に小さいものとなり、このため機器への装着状態においてガスケットを収容するためのシール溝は、充填層を収容可能な幅とする必要はなく、したがってシール溝の幅を小さくすることができる。
【００１３】
請求項２の発明に係る基材一体型シールは、請求項１に記載の構成において、ガスケットが基材の厚さ方向両側に設けられたものである。
【００１４】
請求項２の構成によれば、基材の厚さ方向両側のゴム状弾性材料からなるガスケットは、基材に開設された貫通孔に充填されたゴム状弾性材料からなる充填層を介して互いに連続した構造となっている。
【００１５】
請求項３の発明に係る基材一体型シール製造用金型は、フィルム、シート又は板状の基材にゴム状弾性材料からなるガスケットを一体成形して請求項１又は２に記載の基材一体型シールを得るための金型であって、複数の分割型からなり、この分割型間に前記基材を位置決めセットして型締めした状態で、前記基材と前記分割型の内面との間に画成されるキャビティに成形用液状ゴムを注入する注入ゲートが、前記キャビティと離間した位置で前記複数の分割型間に開口し、前記基材が、この基材に開設された貫通孔が前記キャビティ及び注入ゲートの双方に連通するように位置決めされるものである。
【００１６】
請求項３の構成によれば、フィルム、シート又は板状の基材を複数の分割型間に位置決めセットして型締めすると、前記基材に開設された貫通孔は、型締めによって前記基材と前記分割型の内面との間に画成されたキャビティと、このキャビティから離間した位置で前記複数の分割型間に開口した注入ゲートの双方に連通しているため、前記注入ゲートから成形用液状ゴムを注入すると、この成形用液状ゴムは、前記貫通孔を介して前記キャビティ内へ充填され、賦形される。そして前記キャビティ内で成形用液状ゴムが架橋硬化した部分が、前記基材と一体に成形されたゴム状弾性材料からなるガスケットとなり、前記貫通孔内で成形用液状ゴムが架橋硬化した部分が、一部が前記ガスケットと連続すると共に他部が前記基材と略面一をなして前記ガスケットから張り出した充填層となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る基材一体型シールによれば、ガスケットの幅を実質的に小さくすることができ、このため、省スペース化を実現することができる。
【００１８】
本発明に係る基材一体型シール製造用金型によれば、ガスケットの幅を実質的に小さくして省スペース化を図った基材一体型シールを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る基材一体型シールの実施の形態としての燃料電池用シールを示す要部断面斜視図である。
【図２】本発明に係る基材一体型シールの実施の形態としての燃料電池用シールを、燃料電池の一部と共に図１のＡ部で切断して示す要部断面図である。
【図３】本発明に係る基材一体型シールの実施の形態としての燃料電池用シールを、燃料電池の一部と共に図１のＢ部で切断して示す要部断面図である。
【図４】本発明に係る基材一体型シールの実施の形態としての燃料電池用シールを製造するための金型を、製造された燃料電池用シールと共に示す要部断面斜視図である。
【図５】本発明に係る基材一体型シールの実施の形態としての燃料電池用シールを製造するための金型を、位置決めセットされた基材と共に示す要部断面図である。
【図６】従来の燃料電池用シールを燃料電池の一部と共に示す部分断面図である。
【図７】従来の燃料電池用シールを製造するための金型を、製造された燃料電池用シールと共に示す要部断面斜視図である。
【図８】従来の燃料電池用シールを製造するための金型を、位置決めセットされた基材と共に示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る基材一体型シールと、その製造用金型の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
まず図１〜図３は、本発明に係る基材一体型シールを燃料電池用シールとして適用した好ましい実施の形態を示すものである。
【００２２】
この基材一体型シール１は、図１に示すように、ＭＥＡ又はこのＭＥＡの外周を取り囲むように配置される合成樹脂フィルム（合成樹脂プレート）などからなる基材１１の厚さ方向両面に、ゴム状弾性材料からなるガスケット１２，１２を一体に成形したものである。各ガスケット１２は、基材１１の表面に接合された扁平なベース１２ａと、このベース１２ａから山形に隆起形成されたシールリップ１２ｂとからなる。そしてこの基材一体型シール１は、図２及び図３に示すように、燃料電池セルにおけるセパレータ２，２の外周部間に介在され、ガスケット１２，１２におけるシールリップ１２ｂ，１２ｂが前記セパレータ２，２に形成されたシール溝２１，２１の底面に圧縮状態で密接されることによって、燃料ガス、酸化ガスあるいは冷却水などに対するシール機能を奏するものである。
【００２３】
基材１１には、ガスケット１２のシールリップ１２ｂから幅方向へずれた位置に複数の貫通孔１１ａがガスケット１２の延長方向に沿って適当な間隔で開設されており、この貫通孔１１ａ内は、ゴム状弾性材料からなる充填層１３が充填されており、この充填層１３は、一部がガスケット１２，１２におけるベース１２ａ，１２ａと連続すると共に他部が基材１１と略面一をなして、すなわち基材１１と略同等の厚さでガスケット１２，１２から張り出している。
【００２４】
したがって、基材１１の両側のガスケット１２，１２は、そのベース１２ａ，１２ａから適当な間隔でかつ基材１１と略面一をなして、すなわち基材１１と略同等の厚さで張り出し形成された充填層１３を介して互いに連続している。
【００２５】
図４及び図５は、ガスケット１２，１２を基材１１に一体成形することによって図１に示す基材一体型シール１を製造するための、本発明に係る金型の好ましい実施の形態を示すもので、この実施の形態による金型３は、上型３１と下型３２からなり、この上型３１と下型３２の内面には、その間に位置決めセットされる基材１１の両面との間に、図１に示すガスケット１２，１２を成形するためのキャビティ３３，３３となる溝状凹部３１ａ，３２ａが形成されている。なお、上型３１及び下型３２は、請求項３に記載の分割型に相当するものである。
【００２６】
上型３１には、キャビティ３３，３３へ成形用液状ゴムを注入するための複数の注入ゲート３４が開設されており、この注入ゲート３４は、前記溝状凹部３１ａ，３２ａ（キャビティ３３，３３）から離間した位置で上型３１と下型３２の間に開口している。
【００２７】
一方、基材１１には、あらかじめ複数の貫通孔１１ａが、キャビティ３３，３３の延長方向に沿って適当な間隔で開設されている。そしてこの貫通孔１１ａは、基材１１を上型３１と下型３２の間に位置決めセットした状態において一部がキャビティ３３，３３の間に位置すると共に他部がキャビティ３３，３３間から幅方向へはみ出すように、その開設位置が設定されている。
【００２８】
また、上型３１に開設された注入ゲート３４は、基材１１を上型３１と下型３２の間に位置決めセットしたときに基材１１の各貫通孔１１ａへ向けて開口するように、その開設位置が設定されている。
【００２９】
したがって、上記構成の金型３を用いて図１に示す基材一体型シール１を製造するには、まず基材１１を、上型３１と下型３２間に位置決めセットして型締めする。このとき、上型３１に開設されている注入ゲート３４は、基材１１に開設された貫通孔１１ａへ向けて開口しており、また、貫通孔１１ａの一部は、型締めによって基材１１と上型３１及び下型３２の溝状凹部３１ａ，３２ａとの間に画成されたキャビティ３３，３３の間に位置しているので、この貫通孔１１ａは、キャビティ３３，３３及び注入ゲート３４の双方に連通している。
【００３０】
したがって上述の型締め状態において、上型３１の注入ゲート３４から注入される成形用液状ゴムは、基材１１の貫通孔１１ａを介して基材１１の両側のキャビティ３３，３３内へ充填され、賦形される。そしてキャビティ３３，３３内で成形用液状ゴムが架橋硬化した部分が、ゴム状弾性材料からなるガスケット１２，１２として成形されると共に前記基材１１と一体化され、貫通孔１１ａ内で成形用液状ゴムが架橋硬化した部分が、一部がガスケット１２，１２と連続すると共に他部が基材１１と略面一をなしてガスケット１２，１２から張り出した充填層１３として成形され、図１に示す基材一体型シール１が得られる。
【００３１】
このとき、注入ゲート３４はキャビティ３３，３３からずれた位置にあって貫通孔１１ａに向けて開口しているため、キャビティ３３，３３内で成形されるガスケット１２，１２の本体部分への「ひけ」などによる悪影響が抑制される。
【００３２】
このようにして製造された図１の基材一体型シール１は、基材１１の両側のガスケット１２，１２を互いに連続している充填層１３はガスケット１２，１２から張り出しているものではあるが、基材１１に開設された貫通孔１１ａ内に基材１１と略面一をなして、すなわち基材１１と略同等の厚さで形成されているので、ガスケット１２，１２（ベース１２ａ，１２ａ）の幅方向のサイズは実質的に小さいものとなる。このため図２に示すように、セパレータ２，２のシール溝２１，２１は、ガスケット１２，１２から充填層１３までの全体を収容可能とする幅に形成する必要はなく、すなわちシール溝２１，２１の幅を小さくすることができる。
【００３３】
したがって燃料電池セルにおけるシール溝２１，２１の占有面積が減少し、このためシール溝２１，２１の内周側に形成される発電領域（不図示）が相対的に小さくなってしまうことがなく、省スペース化を実現することができる。
【００３４】
なお、上述の形態では、基材１１が燃料電池セルにおけるＭＥＡ又はこのＭＥＡの外周を取り囲むように配置される合成樹脂フィルム（合成樹脂プレート）であるものとして説明したが、本発明は、基材１１がセパレータあるいは他のフィルム、シート又は板状の部材である場合にも適用することができる。
【００３５】
また、上述の形態では、ガスケット１２を基材１１の厚さ方向両面に設けるものとして説明したが、本発明は、ガスケット１２を基材１１の片面に設ける場合にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  基材一体型シール
１１  基材
１１ａ  貫通孔
１２  ガスケット
１３  充填層
２  セパレータ
２１  シール溝
３  金型
３１  上型
３２  下型
３３  キャビティ
３４  注入ゲート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014092191.tif 000007
【図６】
2014092191.tif 000008
【図７】
2014092191.tif 000009
【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年12月7日(2012.12.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
2014092191.tif 000012
【図３】
2014092191.tif 000013
【図４】
2014092191.tif 000014
【図５】
2014092191.tif 000015
【図６】
2014092191.tif 000016
【図７】
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【図８】
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