(57)【要約】      （修正有）【課題】補強枠体と一体のガスケットにおいて、品質の安定化を図ると共に、低コストで生産可能とする。【解決手段】金型４内に補強枠体１１をセットし、この補強枠体１１は、その周縁１１１を成形用キャビティ４３内に位置させると共に、金型４の一方の分割面４２ａに支承した状態とし、型締め後、成形用キャビティ４３内に、補強枠体１１の周縁１１１における成形用キャビティ４３内を向いた面１１ｂと対向する位置に開設された注入口４１１から未加硫ゴム材料を充填して加硫することによって、補強枠体１１の周縁１１１にガスケット本体を一体成形する。このガスケット本体は、一方の面が補強枠体１１の一方の面１１ａと略同一面をなしてこの補強枠体１１と一体接合された扁平なベースと、補強枠体１１の周縁１１１の外側に位置して形成されたシールリップとからなる。【選択図】図５
2008010297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜状又は板状の補強枠体（１１）と、その周縁（１１１）に沿って配置されたゴム状弾性材料からなるガスケット本体（１２）とを備え、このガスケット本体（１２）は、一方の面（１２１ａ）が前記補強枠体（１１）の一方の面（１１ａ）と略同一面をなすようにこの補強枠体（１１）と一体接合された扁平なベース（１２１）と、その厚さ方向両側に、前記補強枠体（１１）の周縁（１１１）の外側に位置して形成されたシールリップ（１２２）とからなることを特徴とする補強枠体と一体のガスケット。
【請求項２】
請求項１に記載された補強枠体と一体のガスケット（１）の製造において、金型（４）内に補強枠体（１１）をセットし、この補強枠体（１１）は、その周縁（１１１）を、前記金型（４）の分割面（４１ａ，４２ａ）間に画成される成形用キャビティ（４３）に位置させると共に、一方の分割面（４２ａ）に支承した状態とし、型締め後、前記成形用キャビティ（４３）内に、前記補強枠体（１１）の周縁（１１１）における前記成形用キャビティ（４３）内を向いた面（１１ｂ）と対向する位置に開設された注入口（４１１）から未加硫ゴム材料を充填して加硫することによって、前記補強枠体（１１）の周縁（１１１）にガスケット本体（１２）を一体成形することを特徴とするガスケットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば燃料電池セルに用いられるものであって、補強枠体に一体的に設けられたガスケット、及びこれを製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、高分子電解質膜の両面に一対の触媒電極層を設けた膜電極複合体（ＭＥＡ）の厚さ方向両側を、セパレータで挟持した燃料電池セルを多数積層したスタック構造を有する。そして、酸化ガス（空気）が各セパレータの一方の面に形成された酸化ガス流路から一方の触媒電極層に供給され、燃料ガス（水素）が各セパレータの他方の面に形成された燃料ガス流路から他方の触媒電極層に供給され、水の電気分解の逆反応である電気化学反応、すなわち水素と酸素から水を生成する反応によって、電力を発生するものである。
【０００３】
この種の燃料電池は、各燃料電池セルに、燃料ガスや酸化ガス、カソード面から排出される水や余剰空気をシールするためのガスケットが装着される。この種のガスケットは、ゴム状弾性材料単体からなるものは、断面積が小さいものになるほど、ハンドリング性が悪化するため、補強枠体に一体化されたものが用いられる。図６は、従来の技術による補強枠体と一体のガスケットの一例を示す部分断面図である。この図６に示されるように、この種のガスケット１００は、その機能上、ゴム状弾性材料からなるガスケット本体１０１が、補強枠体１０２の両面に設けられる。
（例えば下記の特許文献参照）
【特許文献１】特開２００１−３３２２７６号公報
【０００４】
しかしながら、補強枠体１０２が合成樹脂フィルムやきわめて薄い金属箔のように、曲げ剛性が低いものである場合、その両面にガスケット本体１０１を一度に成形すると、ゴム材料の射出圧やゴム材料の流れによって、図６に破線で示されるように補強枠体１０２が撓んでしまい、ガスケット本体１０１，１０１間の位置が変化して安定した密封性が得られなくなり、あるいは補強枠体１０２が破損するおそれもある。このため、補強枠体１０２の曲げ剛性が低い場合は、ガスケット本体１０１を片面ずつ２回に分けて成形する必要があり、低コストで生産することが困難であった。
【０００５】
また、補強枠体１０２の曲げ剛性が高いものであれば、その両面にガスケット本体１０１を一度に成形することができるが、補強枠体１０２の曲げ剛性を高めるためにその肉厚を厚くすることは、燃料電池の大型化を来すことになるので問題があり、この補強枠体１０２は燃料電池内部の強酸雰囲気で用いられるものであるため、材料選定の制約が多く、したがって材質的に曲げ剛性を高めることも困難であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、その技術的課題とするところは、補強枠体と一体のガスケットにおいて品質の安定化を図ると共に、低コストで生産可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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の発明に係る補強枠体と一体のガスケットは、膜状又は板状の補強枠体と、その周縁に沿って配置されたゴム状弾性材料からなるガスケット本体とを備え、このガスケット本体は、一方の面が前記補強枠体の一方の面と略同一面をなすようにこの補強枠体と一体接合された扁平なベースと、その厚さ方向両側に、前記補強枠体の周縁の外側に位置して形成されたシールリップとからなるものである。
【０００８】
また、請求項２の発明に係るガスケットの製造方法は、請求項１に記載された補強枠体と一体のガスケットを製造するための方法であって、金型内に補強枠体をセットし、この補強枠体は、その周縁を、前記金型の分割面間に画成される成形用キャビティに位置させると共に、一方の分割面に支承した状態とし、型締め後、前記成形用キャビティ内に、前記補強枠体の周縁における前記成形用キャビティ内を向いた面と対向する位置に開設された注入口から未加硫ゴム材料を充填して加硫することによって、前記補強枠体の周縁にガスケット本体を一体成形するものである。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明に係る補強枠体と一体のガスケットによれば、ガスケット本体におけるシールリップが、補強枠体の周縁の外側に位置して形成されているため、シールリップによる密封性が補強枠体の影響を受けず、安定した密封性を奏することができる。補強枠体が密封対象流体に曝されることがなく、したがって補強枠体の材質選定の自由度を広げることができる。
【００１０】
請求項２の発明に係るガスケットの製造方法によれば、注入口から成形用キャビティ内に充填される未加硫ゴム材料の射出圧が補強枠体の周縁に作用するが、補強枠体の周縁は金型の一方の分割面に支承されているので、補強枠体が比較的低剛性のものであっても撓んだり破損することがない。このため、請求項１の発明に係る補強枠体と一体のガスケットを容易に成形して低コストで提供することができ、かつ品質の安定化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る補強枠体と一体のガスケット及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る補強枠体と一体のガスケットを、燃料電池スタックシールに適用した好ましい実施の形態を示す平面図、図２は、図１におけるII−II断面図、図３は、図２の要部を拡大して示す断面図である。
【００１２】
図１及び図２に示される燃料電池スタックシールとしてのガスケット１は、後述する燃料電池セルの発電領域と対応する窓部１ａと、燃料電池の各マニホールドと対応する複数の通路孔１ｂが開設されており、補強枠体１１と、この補強枠体１１に、前記窓部１ａの周縁と、通路孔１ｂの周縁にそれぞれ一体化されたガスケット本体１２とを備える。
【００１３】
補強枠体１１は、電気絶縁性に優れたポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、あるいはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の合成樹脂フィルムからなるものであって、図１に示されるように、外周縁がセパレータ３の外周縁と同形同大に形成されている。
【００１４】
ガスケット本体１２は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ＶＭＱ（シリコンゴム）、あるいはフッ素ゴム（ＦＫＭ）等のゴム状弾性材料からなるものであって、図１及び図２に示されるように、ガスケット１の窓部１ａ及び通路孔１ｂにおける補強枠体１１の周縁に一体的に接合されている。
【００１５】
詳しくは、このガスケット本体１２は、図３に示されるように、一方の面１２１ａが補強枠体１１の一方の面１１ａと略同一面をなすようにこの補強枠体１１と一体的に成形（接着）された扁平なベース１２１と、その厚さ方向両側に、補強枠体１１の周縁１１１の外側に位置して形成されたシールリップ１２２とからなるものである。シールリップ１２２は、窓部１ａ及び通路孔１ｂをそれぞれ取り囲むように設けられている。
【００１６】
図４は、上述の構成を備えるガスケット１と燃料電池セルとの関係を示す部分断面図である。この図４に示されるように、各燃料電池セルは、高分子電解質膜２１の両側に触媒層及びガス拡散層からなる一対の電極層２２を設けたＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜・電極複合体）２と、前記電極層２２に燃料ガス又は酸化ガスを供給すると共に集電体としての機能を有するセパレータ３とを備え、ガスケット１は、ＭＥＡ２の電極層２２の外周側に位置し、各セパレータ３の外周部間に介在される。
【００１７】
セパレータ３は、導電性を有すると共にガス不透過性のカーボン等からなり、その両面には、電極層２２との対向面に位置して多数の溝状のガス流路（不図示）が形成され、外周部には、前記ガス流路へ燃料ガス又は酸化ガスを供給又は排出し、あるいは冷却水を供給又は排出するための、複数の通路孔３ａが開設されている。
【００１８】
以上の構成を備える燃料電池は、各燃料電池セルにおいて、ＭＥＡ２の一側の電極層２２とセパレータ３の間に形成されたガス流路には、互いに重合した通路孔３ａ，１ｂからなるマニホールドを介して燃料ガス（水素）が供給され、他側の電極層２２とセパレータ３の間に形成されたガス流路には、互いに重合した他の通路孔３ａ，１ｂからなるマニホールドを介して酸化ガス（酸素）が供給される。そして、燃料ガスが供給される側（アノード）においては、水素分子を水素イオンと電子に分解する反応が行われ、酸化ガスが供給される側（カソード）においては、酸素と水素イオンと電子により水を生成する反応が行われ、これによって起電力を発生する。
【００１９】
ガスケット１のガスケット本体１２において、窓部１ａを二重に取り囲むように設けられたシールリップ１２２１，１２２２のうち、外周側のシールリップ１２２１は、両側のセパレータ３，３に適当なつぶし代をもって密接して、ＭＥＡ２による発電領域を流通する燃料ガス又は酸化ガスに対する優れた密封性を奏し、内周側のシールリップ１２２２は、ＭＥＡ２（高分子電解質膜２１）の外周部を一方のセパレータ３との間に挟持する機能を有する。また、マニホールド（通路孔３ａ，１ｂ）を取り囲むように設けられたシールリップ１２２３は、セパレータ３に適当なつぶし代をもって密接し、前記マニホールド内を流通する燃料ガス、酸化ガスあるいは冷却水に対する優れた密封性を奏する。
【００２０】
そして上述のガスケット１によれば、ガスケット本体１２のシールリップ１２２が、補強枠体１１の周縁１１１の外側に位置して形成されているため、ラバーオンリーのガスケットと同様、両面のシールリップ１２２が補強枠体１１の影響を受けることなく均一に圧縮され、安定した密封性を奏することができる。しかも補強枠体１１が密封対象である燃料ガス、酸化ガスあるいは冷却水に曝されないので、補強枠体１１の材質選定の自由度を広くすることができる。
【００２１】
図５は、本発明に係るガスケットの製造方法の好ましい実施の形態として、上述のガスケット１を製造する方法を示す要部断面図である。
【００２２】
この図５において、参照符号４は上型４１と下型４２からなる金型である。互いに接離される上型４１と下型４２の分割面４１ａ，４２ａ間には、上述のガスケット１におけるガスケット本体１２と対応する形状の成形用キャビティ４３が形成されている。すなわち、この成形用キャビティ４３は、ガスケット本体１２のベース１２１と対応する形状の扁平なベース成形部４３１と、ガスケット本体１２のシールリップ１２２と対応する形状のシールリップ成形部４３２とからなる。
【００２３】
上型４１には、この成形用キャビティ４３へ未加硫ゴム材料を充填するための注入ゲート（注入口）４１１が、成形用キャビティ４３のベース成形部４３１へ向けて開設されている。また、上型４１における下型４２との対向面のうち、成形用キャビティ４３の外周側には、型締めによって補強枠体１１を下型４２とで挟持する押さえ突部４１２が形成されている。
【００２４】
そして、補強枠体１１へのガスケット本体１２の一体成形に際しては、まず合成樹脂フィルムの打ち抜き等によって所要の平面形状に形成された補強枠体１１を、金型４内にセットし、型締めする。詳しくは、この補強枠体１１は、図１に示される窓部１ａ及び通路孔１ｂと対応する周縁１１１を、成形用キャビティ４３におけるベース成形部４３１に位置させると共に、下型４２の分割面４２ａ上に支承し、上型４１の押さえ突部４１２によって前記分割面４２ａとの間に挟持した状態とする。
【００２５】
次に、上型４１と下型４２の型締めによって密閉された成形用キャビティ４３内に、上型４１に開設された注入ゲート４１１から未加硫ゴム材料を充填して加硫する。注入ゲート４１１は、補強枠体１１の周縁１１１が存在するベース成形部４３１に臨んで開口し、すなわち、ベース成形部４３１内で下型４２の分割面４２ａ上に支承された補強枠体１１の周縁１１１の被支承面（一方の面１１ａ）と反対側の他方の面１１ｂと対向する位置に開口しているので、この注入ゲート４１１から成形用キャビティ４３（ベース成形部４３１）内へ流れ込む未加硫ゴム材料の射出圧及び流圧は、補強枠体１１の周縁１１１を、下型４２の分割面４２ａへ押し付けるように作用する。
【００２６】
このため、補強枠体１１の一方の面１１ａが、下型４２の分割面４２ａに密接された状態で、成形用キャビティ４３内に充填されたゴム材料が加硫硬化し、先の図３に示されるような、補強枠体１１にガスケット本体１２が一体化されたガスケット１が得られ、ガスケット本体１２は、そのベース１２１における一方の面１２１ａが、補強枠体１１の一方の面１１ａと略同一面をなす状態で補強枠体１１の周縁１１１に一体的に接着されたものとなる。
【００２７】
また、図１のように、１枚の補強枠体１１に、窓部１ａや通路孔１ｂの配置に応じて複数のガスケット本体１２を一体化することもでき、低コストで製造することができる。
【実施例】
【００２８】
肉厚が約１２５μｍのＰＩフィルムからなる補強枠体１１に、液状シリコンゴムでガスケット本体１２を一体成形する試験を実施した。その結果、注入ゲート４１１の間隔が約１００ｍｍにおいて、補強枠体１１の周縁１１１におけるベース１２１と反対側の面（一方の面１１ａ）に、厚さが数μｍの薄バリが発生したが、補強枠体１１が折れ曲がったりするようなことはなく、安定して一体成形できることが確認された。
【００２９】
また、補強枠体１１がＰＥＮフィルムや、ＰＥＴフィルムからなるものについても成形を実施したが、同様の結果が得られた。したがって補強枠体１１の材質に関係なく良好な成形が可能であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る補強枠体と一体のガスケットの好ましい実施の形態を示す平面図である。
【図２】図１におけるII−II断面図である。
【図３】図２の要部を拡大して示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態によるガスケットと燃料電池セルとの関係を示す部分断面図である。
【図５】本発明に係るガスケットの製造方法を示す好ましい実施の形態を示す要部断面図である。
【図６】従来の技術による補強枠体と一体のガスケットの一例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  ガスケット
１ａ  窓部
１ｂ  通路孔
１１  補強枠体
１１ａ  一方の面
１１１  周縁
１２  ガスケット本体
１２１  ベース
１２１ａ  一方の面
１２２  シールリップ
４  金型
４１  上型
４１ａ，４２ａ  分割面
４１１  注入ゲート（注入口）
４１２  押さえ突部
４２  下型
４３  成形用キャビティ
４３１  ベース成形部
４３２  シールリップ成形部
【図１】
2008010297.tif 000003
【図２】
2008010297.tif 000004
【図３】
2008010297.tif 000005
【図４】
2008010297.tif 000006
【図５】
2008010297.tif 000007
【図６】
2008010297.tif 000008