(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスケットの成形過程で金型のエアベント部に形成されたバリによる燃料電池スタックの大型化を防止する燃料電池用シールの製造方法を提供する。【解決手段】フィルム、シート又は板状の基枠１１０の表面に、成形用キャビティにおける成形用ゴム材料の合流部に位置するエアベント部４２を有する金型を用いてゴム状弾性材料からなるガスケットを一体に成形する工程と、この成形工程で前記エアベント部４２に成形用ゴム材料が流れ込むことにより形成されたバリを、基枠１１０の一部と共に裁断して除去する切除工程からなり、この切除工程が、基枠１１０に窓部１１１及び通路孔１１２を開設する抜き加工工程と同時に行われる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池セルにおけるセパレータ（３，３）の外周部間に配置されるフィルム、シート又は板状の基枠（１１０）の表面に、成形用キャビティ（４）における成形用ゴム材料の合流部に位置するエアベント部（４２）を有する金型を用いてゴム状弾性材料からなるガスケット（１２０）を一体に成形する工程と、この成形工程で前記エアベント部（４２）に成形用ゴム材料が流れ込むことにより形成されたバリ（１２３）を、前記基枠（１１０）の一部と共に裁断して除去する切除工程からなることを特徴とする燃料電池用シールの製造方法。
【請求項２】
切除工程が、基枠（１１０）の抜き加工工程と同時に行われることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用シールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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、基本的には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、更にこの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（酸素）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、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】
このため、各燃料電池セルには、燃料ガスや酸化ガス、上述の電気化学反応により生成された水や、余剰空気等の漏れを防止するための燃料電池用シールが設けられる。そしてこの種の燃料電池用シールとしては、例えばセパレータ間の発電体の外周部に取り付けられる合成樹脂フィルムからなる基枠に、両側のセパレータと密接されるガスケットを成形したものが知られている（例えば下記の特許文献参照）。
【特許文献１】ＷＯ００／６４９９５
【０００４】
図７はこの種の燃料電池用シールを組み込んだ燃料電池セルを示す部分断面図、図８は、図７の燃料電池用シールを製造するための、従来の製造方法を示す説明図である。
【０００５】
すなわち図７において、参照符号２は高分子電解質膜（プロトン膜）２１と、その両側に積層状態に設けた電極層又はガス拡散電極層２２からなるＭＥＡであり、このＭＥＡ２の両側にそれぞれセパレータ３が重ねられている。ＭＥＡ２における高分子電解質膜２１の外周部は電極層又はガス拡散電極層２２の外周から張り出しており、その張り出し部分２１ａの両側にはそれぞれ燃料電池用シール１が配置されている。言い換えれば、燃料電池用シール１は、ＭＥＡ２における高分子電解質膜２１と電極層又はガス拡散電極層２２との積層部分である発電領域の外周側に配置され、セパレータ３，３の外周部間で高分子電解質膜２１の張り出し部分２１ａと共に挟持されている。
【０００６】
燃料電池用シール１は、図８に示されるような、ＭＥＡの発電領域と対応する窓部１１ａと、燃料電池の各マニホールドと対応する複数の通路孔１１ｂが開設された合成樹脂フィルムからなる基枠１１の表面に、図７に示されるように、ゴム状弾性材料からなるガスケット１２を一体に成形したものであり、このガスケット１２が、セパレータ３に形成されたシール嵌合溝３１の底面に密接されるようになっている。
【０００７】
そしてこの燃料電池用シール１は、合成樹脂フィルムからなる基枠１１を、不図示の金型内に位置決め固定し、図８に示されるように、この基枠１１と金型の内面との間に画成されたガスケット成形用キャビティ４内に、液状の成形用ゴム材料を充填して架橋硬化させるといった方法で製造することができる。
【０００８】
この場合、成形用キャビティ４は細長い迷路のように延びるものであるため、その複数箇所に開設されたゲート４１から、液状の成形用ゴム材料が充填されるようになっており、各ゲート４１から矢印で示される成形用ゴム材料の流れが合流する位置には、残存エアや揮発ガスの混入による成形不良を防止するためのエアベント部４２が形成されている。したがって、図７に示されるように、このような方法で製造された燃料電池用シール１は、ガスケット１２に、各エアベント部４２と対応するバリ１２ａが形成されることになる。
【０００９】
ところが、エアベント部４２に形成されたバリ１２ａは、セパレータ３に形成されたシール嵌合溝３１内には収まらず、したがって図７のように、バリ１２ａがセパレータ３の溝肩間に介在することになるので、積層厚さが大きくなり、燃料電池スタックが大型化する問題があった。
【００１０】
また、エアベントによるバリ１２ａが形成された部分では、このバリ１２ａがセパレータ３と圧接することによる応力が発生するのに対し、ガスケット１２におけるその他の部分（バリ１２ａが存在しない部分）ではこのような応力が発生しないため、基枠１１やセパレータ３などに、不均一な応力分布に起因する微小な歪が生じる。そして、ガスケット１２は、一般に燃料電池セルに積層される全ての燃料電池用シール１において同一形状であり、バリ１２ａの形成位置も同じであるから、多数の燃料電池セルを積層したスタック状態では、バリ１２ａが積層方向へ多数並んで圧縮されることになるため、その応力による面歪が大きくなって、ガスケット１２のシール面圧にもムラを生じてシール性が悪化したり、極端な場合は、セパレータ３やＭＥＡ２に破損を来すおそれもあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
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、ガスケットの成形過程でエアベント部により形成されたバリによる燃料電池スタックの大型化を防止し、かつ前記バリの圧縮応力に起因するシール面圧のばらつきやセパレータ等の破損を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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、本発明に係る燃料電池用シールの製造方法は、燃料電池セルにおけるセパレータの外周部間に配置されるフィルム、シート又は板状の基枠の表面に、成形用キャビティにおける成形用ゴム材料の合流部に位置するエアベント部を有する金型を用いてゴム状弾性材料からなるガスケットを一体に成形する工程と、この成形工程で前記エアベント部に成形用ゴム材料が流れ込むことにより形成されたバリを、前記基枠の一部と共に裁断して除去する切除工程からなるものである。
【００１３】
また、本発明に係る燃料電池用シールの製造方法において一層好ましくは、上述の切除工程が、基枠の抜き加工工程と同時に行われるものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る燃料電池用シールの製造方法によれば、ガスケットの成形工程においてエアベント部に成形用ゴム材料が流れ込むことにより形成されたバリを、この基枠ごと裁断することによって容易に除去することができる。そしてこのため、セパレータとの積層状態において、バリによって積層厚さが大きくなり、燃料電池スタックが大型化するのを防止することができる。
【００１５】
しかも、バリを基枠の一部ごと裁断して除去する工程を、基枠の抜き加工工程と同時に行うことによって、製造工程の増加や、ひいては製造コストの上昇を防止することができる。
【００１６】
また、本発明により製造された燃料電池用シールは、エアベントによるバリが存在しないので、スタックとして積層されたときに、積層方向に並んだバリが圧縮されることによる応力集中も起こり得ず、したがって、不均一な応力に起因する面歪によってガスケットのシール面圧がばらついてシール性が悪化したり、セパレータが破損するのを有効に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る燃料電池用シールの製造方法の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。まず図１は、燃料電池用シールの基枠と、これにガスケットを成形するための成形用キャビティとの関係を示す平面図、図２は、基枠にガスケットを成形した状態を示す平面図、図３は、基枠にガスケットを成形した状態を示す要部斜視図、図４は、バリを基枠の一部ごと裁断して除去した状態を示す平面図、図５は、バリを基枠の一部ごと裁断して除去した状態を示す要部斜視図である。
【００１８】
図１に示される基枠１１０は、電気絶縁性に優れた例えばＰＩ（ポリイミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の合成樹脂フィルムからなるものであって、後述する抜き加工工程において、図中に一点鎖線で示される発電領域用窓部１１１及びマニホールド用の複数の通路孔１１２が開設されるものである。そして、ガスケットの製造工程においては、まずこの基枠１１０を、不図示の金型内に位置決め固定する。金型の内面には溝が形成されていて、この金型の内面と基枠１１０の表面との間にガスケット成形用キャビティ４が画成されるようになっている。
【００１９】
成形用キャビティ４は、窓部１１１及び複数の通路孔１１２を開設すべき領域を取り囲むように細長く無端状に延びており、したがって、成形用キャビティ４内に液状の成形用ゴム材料を充填するためのゲート４１は、金型に適当な間隔で複数開設されている。また、各ゲート４１から成形用キャビティ４内に流入した成形用ゴム材料が合流する位置には、残存エアや揮発ガスの混入による成形不良を防止するためのエアベント部４２が形成されている。
【００２０】
したがって、基枠１１０を金型内に位置決め固定した後、型締めし、各ゲート４１から成形用キャビティ４内に例えばエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、シリコーンゴム（ＶＭＱ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、パーフルオロゴム（ＦＦＫＭ）などから選択された液状の成形用ゴム材料を充填し、硬化させることによって、基枠１１０の表面に、図２に示されるような線状のガスケット１２０が一体に成形される。また、この成形工程において、図１に示されるエアベント部４２で合流しながら充填された成形用ゴム材料は、硬化によってバリ１２３となる。
【００２１】
ガスケット１２０は、図３に示されるように、基枠１１０の表面に接着された扁平なベース１２１と、その幅方向中央部から隆起した断面山形のシールリップ１２２とからなる。また、バリ１２３は、ベース１２１と連続した突出形状に形成され、その厚さｔは１０〜２０μｍ程度である。
【００２２】
上述の成形工程によって基枠１１０にガスケット１２０が一体的に成形され、金型から取り出された後は、図４に示されるように、基枠１１０に発電領域用の窓部１１１及びマニホールド用の複数の通路孔１１２を開設するための抜き加工工程に移行する。
【００２３】
この抜き加工工程で使用される不図示の抜き型は、前記窓部１１１及び通路孔１１２を打ち抜くための部分と、上述した図２及び図３に示されるバリ１２３を打ち抜くための部分を有し、基枠１１０に窓部１１１及び通路孔１１２を開設すると同時に、各バリ１２３を、基枠１１０の一部と共に裁断し除去することができるようになっている。したがって、基枠１１０には、図４及び図５に示されるように、バリ１２３が基枠１１０の一部と共に打ち抜かれることによる切欠部１１３が形成される。
【００２４】
すなわち、窓部１１１及び通路孔１１２を開設する抜き加工工程では、バリ１２３の切除工程が並行して行われるので、製造工程が増加することはなく、したがって製造コストの上昇を防止することができる。
【００２５】
図６は、上述の方法によって製造された燃料電池用シール１００を組み込んだ燃料電池セルを示す部分断面図である。この図６において、参照符号２は高分子電解質膜２１と、その両側に積層状態に設けた電極層又はガス拡散電極層２２からなるＭＥＡであり、このＭＥＡ２の両側にそれぞれセパレータ３が重ねられている。
【００２６】
ＭＥＡ２における高分子電解質膜２１の外周部は電極層又はガス拡散電極層２２の外周から張り出しており、その張り出し部分２１ａの両側にはそれぞれ本発明の方法によって製造された燃料電池用シール１００が配置されている。すなわち、燃料電池用シール１００は、ＭＥＡ２における高分子電解質膜２１と電極層又はガス拡散電極層２２との積層部分である発電領域の外周側に配置され、前記発電領域は、燃料電池用シール１００の基枠１１０に開設された窓部１１１に嵌め込まれている。
【００２７】
セパレータ３，３には、燃料電池用シール１００におけるガスケット１２０の延長形状と対応して延びるシール嵌合溝３１と、ＭＥＡ２における発電領域と対応する領域に形成された多数の流路溝３２を有する。そして、燃料電池用シール１００は、合成樹脂フィルムからなる基枠１１０がＭＥＡ２における高分子電解質膜２１の張り出し部分２１ａに密接状態で配置されると共に、ガスケット１２０が前記シール嵌合溝３１に収容され、シールリップ１２２が適宜圧縮された状態で前記シール嵌合溝３１の底面に密接されている。
【００２８】
そして、燃料電池用シール１００には、ガスケット１２０の成形過程で形成された図３のようなバリ１２３が存在しないことから、このバリがセパレータ３のシール嵌合溝３１の溝肩と衝合することによる積層厚さの増大、ひいては燃料電池スタックの大型化が防止される。
【００２９】
しかもこのため、積層方向に並んだバリが圧縮されることによる部分的な応力集中も起こり得ないので、ガスケット１２０の圧縮応力はその延長方向全域でほぼ均一になり、したがって、セパレータ３や、合成樹脂フィルムからなる基枠１１０が変形してシール面圧が大きくばらついたり、セパレータ３やＭＥＡ２が破損するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る燃料電池用シールの製造方法において、燃料電池用シールの基枠と、これにガスケットを成形するための成形用キャビティとの関係を示す平面図である。
【図２】本発明に係る燃料電池用シールの製造方法において、基枠にガスケットを成形した状態を示す平面図である。
【図３】本発明に係る燃料電池用シールの製造方法において、基枠にガスケットを成形した状態を示す要部斜視図である。
【図４】本発明に係る燃料電池用シールの製造方法において、バリを基枠の一部ごと裁断して除去した状態を示す平面図である。
【図５】本発明に係る燃料電池用シールの製造方法において、バリを基枠の一部ごと裁断して除去した状態を示す要部斜視図である。
【図６】本発明によって製造された燃料電池用シールを組み込んだ燃料電池セルを示す部分断面図である。
【図７】従来技術により製造された燃料電池用シールを組み込んだ燃料電池セルを示す部分断面図である。
【図８】従来技術による燃料電池用シールの製造方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１００  燃料電池用シール
１１０  基枠
１１１  発電領域用窓部
１１２  通路孔
１１３  切欠部
１２０  ガスケット
１２１  ベース
１２２  シールリップ
１２３  バリ
２  ＭＥＡ
２１  高分子電解質膜
２２  電極層又はガス拡散電極層
３  セパレータ
３１  シール嵌合溝
３２  流路溝
４  成形用キャビティ
４１  ゲート
４２  エアベント部
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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