(57)【要約】【課題】燃料電池用ガスケットに用いられる各種材質の長所長所を旨く引き出して、ガス透過性の問題やコストの問題を改良することができる燃料電池用ガスケットを提供する。【解決手段】セパレータ２、ガス拡散層または高分子電解質膜電極複合体等の燃料電池用構成部品と一体化される燃料電池用ガスケット１において、少なくとも２種以上のゴムまたは樹脂材料を組み合わせてなることにした。組み合わせの例は、シリコーンゴムとフッ素ゴム、ＥＰＤＭとフッ素ゴム、シリコーンゴムとブチルゴム、ＥＰＤＭとブチルゴム、シリコーンゴムと樹脂材料、ＥＰＤＭと樹脂材料等である。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータ、ガス拡散層または高分子電解質膜電極複合体等の燃料電池用構成部品と一体化される燃料電池用ガスケットにおいて、
少なくとも２種以上のゴムまたは樹脂材料を組み合わせてなることを特徴とする燃料電池用ガスケット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池の構成要素をなす燃料電池用ガスケットに関するものである。また、本発明のガスケットは、水素自動車の分野において用いられ、また水素を供給するためのインフラ産業の分野において用いることが可能である。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池において使用されるガスケットのシール対象は、燃料として使用される水素や酸素またはエア、スタックの運転温度を制御するための冷媒等が考えられる。
【０００３】
燃料電池は通常、セルを積層したスタック構造になっており、セル毎に使用されるガスケットは、スタックの組立工数を削減するために、セパレータまたは他の構成部品と一体化されていることが望ましい。
【０００４】
一方、燃料電池用のセパレータとして現在一般的に使用されているカーボン製のプレートは、導電性や耐腐食性に優れている反面、非常に割れ易いという問題を抱えている。
【０００５】
セパレータにヒビや割れ等の不具合を発生させずにガスケットを一体化する方法として、液状ゴムの射出成形があり、シリコーン系またはフッ素系の液状ゴム材料が使用されている。
【０００６】
しかしながら、シリコーンゴムは、一般的にガス透過性が高いことから、燃料である水素の透過量が他のゴム材質と比較して大きい傾向にある。水素の透過は系全体の作動効率の低下に繋がるだけでなく、漏れた水素がスタック外部の或る空間に滞留すると、引火の危険が生じる。
【０００７】
一方、フッ素系の液状ゴムは、水素の透過量や耐薬品性等の化学的安定性についてシリコーンゴムと比較して優位性を持つ反面、材料が非常に高価であることから、ガスケットの製作コストが大幅に増大するという好ましくない結果を招いている。
【０００８】
以上のように、燃料電池用ガスケットに用いられるゴム材質にはそれぞれ一長一短があり、この長所短所を旨く使い分けることが期待されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の点に鑑みて、燃料電池用ガスケットに用いられる各種材質の長所長所を旨く引き出して、上記したところのガス透過性の問題やコストの問題を改良することができる燃料電池用ガスケットを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の燃料電池用ガスケットは、セパレータ、ガス拡散層または高分子電解質膜電極複合体等の燃料電池用構成部品と一体化される燃料電池用ガスケットにおいて、少なくとも２種以上のゴムまたは樹脂材料を組み合わせてなることを特徴とするものである。組み合わせの例としては、シリコーンゴムとフッ素ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）とフッ素ゴム、シリコーンゴムとブチルゴム、ＥＰＤＭとブチルゴム、シリコーンゴムと樹脂材料、ＥＰＤＭと樹脂材料等がある。
【００１１】
例えば、本発明のガスケットをシリコーンゴムとフッ素ゴムの２層構造とすると、双方の欠点となり得る問題点をカバーし合う相乗効果を得ることが期待できる。
【００１２】
すなわち、フッ素ゴム層にてガス透過性を抑制することができ、また、基材にシリコーンゴムを使用することによりフッ素ゴムの使用量を必要最小限とすることが可能となり、よってコストへの影響度を低い水準で抑えることができる。また、表面をフッ素ゴム層とした場合、フッ素ゴムの特徴である化学的な安定性によって耐薬品性等の向上が望める。
【００１３】
また、比較的安価であるＥＰＤＭをシリコーンゴムの代わりに使用して更なるコストの低減を図ることも可能である。
【００１４】
更に、別体にて形成したガスケットを接着剤等の使用によってセパレータに一体化する場合や、カーボンプレートよりも大きな剛性を有する金属セパレータに一体成形品を使用する場合には、ブチルゴムや樹脂材料等の使用も可能となる。
【００１５】
また、液状ゴムについては射出成形のみならず、スクリーン印刷法やディスペンサ法を使用してもガスケットを形成することが可能であるが、これらの場合においても多層構造による効果を同様に得ることが可能である。
【００１６】
更にまた、ガスケットは、セパレータ一体型のみならず、ガス拡散層や高分子電解質膜電極複合体との一体タイプ等のガスケットとしても問題の解決が可能である。
【００１７】
尚、本件出願には、以下の技術的事項が含まれる。
【００１８】
すなわち、上記目的を達成するため、本件出願が提案する一のガスケットないし燃料電池用構成部品ないし燃料電池スタックは、以下の内容を備えている。
【００１９】
▲１▼　燃料電池用のカーボン製、樹脂製、金属製のセパレータに一体化させるガスケットにおいて、少なくとも２種以上のゴムまたは樹脂材料を組み合わせてなる製品。
▲２▼　上記セパレータに、少なくとも２種以上のゴムまたは樹脂材料を組み合わせて形成されたガスケットを使用した燃料電池スタック。
▲３▼　少なくとも２種以上のゴムまたは樹脂材料を組み合わせて形成されたガスケットと一体成形または貼付け等によって一体化した燃料電池用ガス拡散層。
▲４▼　少なくとも２種以上のゴムまたは樹脂材料を組み合わせて形成されたガスケットと一体成形または貼付け等によって一体化した燃料電池用高分子電解質膜電極接合体。
▲５▼　シリコーンゴムとフッ素ゴムの組み合わせのように、少なくとも２種以上のゴムまたは樹脂材料を層状に組み合わせてガスケットを形成する。
▲６▼　セパレータ、ガス拡散層または高分子電解質膜電極複合体等の燃料電池用構成部品と一体化される燃料電池用ガスケットにおいて、前記燃料電池用構成部品に接合される第一層と、前記第一層に重ねられて前記第一層を被覆する第二層とを有し、前記第一層の材質は前記第二層の材質よりも材料コストが低いものであり、前記第二層の材質はガス不透過性を備えたものであることを特徴とする燃料電池用ガスケット。
【００２０】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。
【００２１】
第一実施例・・・
図１は、本発明の第一実施例に係る燃料電池用ガスケット１の断面（切断端面）を示している。
【００２２】
当該実施例に係るガスケット１は、セパレータ２と一体化されており、以下のように構成されている。
【００２３】
すなわち先ず、上記したようにガスケット１の取付の相手方であるセパレータ２が設けられており、このセパレータ２の一面２ａに接着剤３によってガスケット１が接合されている。
【００２４】
ガスケット１は、全体としてその頂部にリップ部４を有する断面山形状に形成されており、基材（第一層）としてのシリコーンゴム層５と、表面層（第二層）としてのフッ素ゴム層６との組み合わせによって形成されている。
【００２５】
基材であるシリコーンゴム層５は、ガスケット１の全体断面よりも一回り小さな断面山形状に形成されており、その表面部すなわち両斜面部５ａおよび頂面部５ｂを覆うように一定ないし略一定の厚さをもって表面層であるフッ素ゴム層６が重ねられて一体化されている。接着剤３は少なくともシリコーンゴム層５の底面部５ｃに塗布されており、ガスケット１全体を強固にセパレータ２に接合している。
【００２６】
第二実施例・・・
図２は、本発明の第二実施例に係る燃料電池用ガスケット１の断面（切断端面）を示している。
【００２７】
当該実施例に係るガスケット１は、ガス拡散層７と一体化されており、以下のように構成されている。
【００２８】
すなわち先ず、図示するように燃料電池セル８を構成すべく、高分子電解質膜電極複合体９の上下両側にガス拡散層７が配置されるとともに更にその両側にセパレータ２が配置されており、これらのうちのガス拡散層７に対してそれぞれガスケット１が一体化されている。上下のガスケット１は互いに対称構造をなしており、それぞれ以下のように構成されている。
【００２９】
すなわち、このガスケット１は、全体としてその頂部にリップ部４を有する断面山形状に形成されており、基材（第一層）としてのシリコーンゴム層５と、表面層（第二層）としてのフッ素ゴム層６との組み合わせによって形成されている。
【００３０】
基材であるシリコーンゴム層５は、ガスケット１の全体断面よりも一回り小さな断面山形状に形成されており、その表面部すなわち両斜面部５ａおよび頂面部５ｂを覆うように一定ないし略一定の厚さをもって表面層であるフッ素ゴム層６が重ねられて一体化されている。
【００３１】
また、このガスケット１は、セパレータ２に設けたガスケット装着溝１０に収容され、この装着溝１０の底面部１０ａにリップ部４を密接させることによりシール作用をなすように構成されている。
【００３２】
第三実施例・・・
図３は、本発明の第三実施例に係る燃料電池用ガスケット１の断面（切断端面）を示している。
【００３３】
当該実施例に係るガスケット１は、高分子電解質膜電極複合体９と一体化されており、以下のように構成されている。
【００３４】
すなわち先ず、図示するように燃料電池セル８を構成すべく、高分子電解質膜電極複合体９の上下両側にガス拡散層７が配置されるとともに更にその両側にセパレータ２が配置されており、これらのうちの高分子電解質膜電極複合体９に対してそれぞれガスケット１が一体化されている。上下のガスケット１は互いに対称構造をなしており、それぞれ以下のように構成されている。
【００３５】
すなわち、このガスケット１は、全体としてその頂部にリップ部４を有する断面山形状に形成されており、基材（第一層）としてのシリコーンゴム層５と、表面層（第二層）としてのフッ素ゴム層６との組み合わせによって形成されている。
【００３６】
基材であるシリコーンゴム層５は、ガスケット１の全体断面よりも一回り小さな断面山形状に形成されており、その表面部すなわち両斜面部５ａおよび頂面部５ｂを覆うように一定ないし略一定の厚さをもって表面層であるフッ素ゴム層６が重ねられて一体化されている。
【００３７】
また、このガスケット１は、セパレータ２に設けたガスケット装着溝１０に収容され、この装着溝１０の底面部１０ａにリップ部４を密接させることによりシール作用をなすように構成されている。
【００３８】
上記第一ないし第三の各実施例によるガスケット１においては、上記したように表面層であるフッ素ゴム層６によってガス（水素）透過性を抑制することができ、同時に、基材であるシリコーンゴム層５を有することにより比較的高価なフッ素ゴムの使用量が必要最小限に抑えられているために、ガスケット１の製作コストをできる限り低減させることができる。フッ素ゴム層６はシリコーンゴム層５の表面部を覆うように膜状に形成され、よって薄く形成されているために、フッ素ゴムの使用量が必要最小限に抑えられている。また、上記構成のガスケット１によれば、その表面に配置されるフッ素ゴムの特徴である化学的安定性によってガスケット１の耐薬品性を向上させることができる。
【００３９】
尚、上記各実施例に共通して、シリコーンゴム層５は、シリコーンゴムよりも一層安価なＥＰＤＭよりなるＥＰＤＭ層等に代えることが可能であり、これにより更なるコストの低減を図ることが可能である。
【００４０】
また、フッ素ゴム層６は、フッ素ゴムと同じくガス不透過性を有するブチルゴムよりなるブチルゴム層等に代えることが可能であり、取付の相手方が金属製セパレータ等の金属部品であるときにその接合性を高めることが可能である。フッ素ゴム層６は更に、ガス不透過性を有する樹脂材料よりなる樹脂層に代えることも可能である。
【００４１】
また、ガスケット１の材質が液状ゴムである場合には、ガスケット１はこれを一般的に射出成形法によって成形することになるが、射出成形法の他に、スクリーン印刷法やディスペンサ法等を用いることも可能である。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は、以下の効果を奏する。
【００４３】
すなわち、上記構成を備えた本発明の燃料電池用ガスケットによれば、セパレータ、ガス拡散層または高分子電解質膜電極複合体等の燃料電池用構成部品と一体化される燃料電池用ガスケットにおいて、このガスケットが少なくとも２種以上のゴムまたは樹脂材料の組み合わせによって構成されているために、各種材質の長所長所を旨く引き出して、ガス透過性の問題やコストの問題を改良することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例に係る燃料電池用ガスケットの要部断面図
【図２】本発明の第二実施例に係る燃料電池用ガスケットの要部断面図
【図３】本発明の第三実施例に係る燃料電池用ガスケットの要部断面図
【符号の説明】
１　燃料電池用ガスケット
２　セパレータ
３　接着剤
４　リップ部
５　シリコーンゴム層
５ａ　斜面部
５ｂ　頂面部
５ｃ，１０ａ　底面部
６　フッ素ゴム層
７　ガス拡散層
８　燃料電池セル
９　高分子電解質膜電極複合体
１０　ガスケット装着溝
【図１】
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【図２】
2004055428.tif 000004
【図３】
2004055428.tif 000005