(57)【要約】【課題】ガスケット薄肉化の要求に応えることができ、しかもスタック組立時にガスケットを大きな力で圧縮し、締め付けたりしなくても、十分なシール性を確保することができる燃料電池用構成部品を提供する。【解決手段】セパレータ２と、セパレータ２に一体成形または接着等の手段により一体化された平面状ガスケット３と、スタック組立時に平面状ガスケット３に押し付けられて密封空間を形成するビード７を設けた相手プレート５とを有しており、ビード７が平面状ガスケット３を局部的に押し潰すことにより高ピーク面圧のシール部を形成する。【選択図】　図２
2004063295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータ（２）と、前記セパレータ（２）に一体成形または接着等の手段により一体化された平面状のガスケット（３）と、スタック組立時に前記平面状のガスケット（３）に押し付けられて密封空間を形成するビード（７）を設けた相手プレート（５）とを有することを特徴とする燃料電池用構成部品。
【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の構成部品に関するものであり、更に詳しくは、セパレータ、ガスケットおよび相手プレートの組み合わせ品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池スタックはセパレータや電解質膜等の構成部品を何層にも積層して使用するため、サイズを小さくすることが課題となっている。現在、セパレータの厚さを薄くする等してスタックサイズを小さくしているが、セパレータと相手プレートとの間に挟み込まれるガスケットについても薄肉化への要求がある。
【０００３】
図５に示すように、ガスケット５１は通常、これをセパレータ５２と予め一体化してスタック組立工数を削減しているが、その断面形状は、面圧を大きくしてシール性を向上させるベく、図示したように山形または丸形とされている（例えば特開平１１−３０９７４６号公報参照）。
【０００４】
しかしながら、小さなスペース内で、このようにガスケット５１の断面形状を山形や丸形にするのは困難である。
【０００５】
また、図６に示すように、ガスケット５１を薄肉にすべくこれを平面状に成形し、これをスタック組立時に圧縮する方法も考えられるが、この場合には、図７に示すように必要な締め代に対してのガスケット５１の反力が大きいために、ガスケット５１を圧縮するのに大きな力が必要となる不都合がある。また、シール性を向上させるべく大きな圧縮率で締め付けると、セパレータ５２が破損したり、耐久性が低下したりする不都合がある。
【０００６】
【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、ガスケット薄肉化の要求に応えることができ、しかもスタック組立時にガスケットを大きな力で圧縮し、締め付けたりしなくても十分なシール性を確保することができる燃料電池用構成部品を提供することを目的とする。
【０００７】
【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構成部品は、セパレータと、前記セパレータに一体成形または接着等の手段により一体化された平面状のガスケットと、スタック組立時に前記平面状のガスケットに押し付けられて密封空間を形成するビードを設けた相手プレートとを有することを特徴とするものである。
【０００８】
上記構成を備えた本発明の燃料電池用構成部品においては、ガスケットが平面状に形成されているために、ガスケットを薄肉化することが可能となり、またこれに加えて、相手プレートに予め設けたビードがスタック組立時に平面状ガスケットに押し付けられてシール線を形成するために、平面状ガスケットを大きな力で圧縮し、締め付けたりしなくても、十分なシール面圧を確保することが可能となる。
【０００９】
尚、本件出願には、以下の技術的事項が含まれる。
【００１０】
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燃料電池用構成部品は以下の内容を備えている。
【００１１】
▲１▼　燃料電池セパレータ（金属性、樹脂またはカーボン）上に平面ガスケットを一体成形し、相手側のプレートにビード（突起）を設け、そのビード（突起）でガスケットを潰しシールする製品。
【００１２】
▲２▼　燃料電池セパレータに溝を設けて、その内部にガスケットを成形し、相手のプレートにビード（突起）を設け、そのビード（突起）でガスケットを潰しシールする製品。
【００１３】
▲３▼　粘着剤付き樹脂フィルム一体平面ガスケットをセパレータに貼り合わせて、相手のプレートにビード（突起）を設け、そのビード（突起）でガスケットを潰しシールする製品。
【００１４】
▲４▼　本発明では、ガスケット厚さを薄くした場合でも面圧を大きくすることができ、シール安全性を向上することが可能なガスケット構造を提案する。具体的には、セパレータに平面状ガスケットを一体化する一方、相手プレートに連続的なビード（突起）を設け、組立時にこのビード（突起）を平面状ガスケットに押し付けることによりシールを行なう。
【００１５】
実施形態は、以下のとおりである。
【００１６】
上記▲１▼項について
セパレータ上に平面ガスケットを成形する方法は、インジェクション成形、スクリーン印刷またはディスペンサー等がある。セパレータの厚みは通常５〜０．１ｍｍ程度である。ガスケットの種類は、シリコーン、ＥＰＤＭ、フッ素、ブチルゴムまたはアクリルゴム等がある。主に成形性の観点から、液状タイプのシリコーンゴム、フッ素ゴムまたは液状ＥＰＤＭが使用される。相手側のセパレータには切削加工または成形時にビード（突起）を設ける。ビード（突起）とガスケットが向かい合わせになるように設置し圧縮することによってシール可能となる。
【００１７】
上記▲２▼項について
セパレータ上のガスケットを成形する部分に溝を設ける。溝は切削加工または成形時に加工しても良い。その後、溝内にガスケットを成形する。以降の方法は▲１▼と同様である。
【００１８】
上記▲３▼項について
片面に粘着剤が塗布され、その粘着剤が離型フィルムで覆われている樹脂フィルム上にガスケットを成形する。ガスケットの成形方法は▲１▼と同様である。樹脂フィルムとガスケットの固定は、接着剤を使用しても良いし、金型には粘着せず樹脂のみに選択的に接着される選択性接着ゴムを使用しても良い。ゴムの種類は▲１▼と同様である。成形した樹脂フィルム一体形ガスケットの粘着剤を覆っている離型フィルムを剥がして、セパレータに貼り付ける。相手側のセパレータにはビード（突起）を設けて、それによってシールを行なう。
【００１９】
上記構成によれば、平面ガスケットを使用した場合であっても高ピーク面圧が得られ、耐久性も向上したガスケットを提供することができる。ガスケットの相手側のプレートにビード（突起）を設けて、それによってシールを行なうため、ガスケットの断面形状は平面で良い。そのため、ガスケットを薄肉化することができる。また、ビード（突起）によって局部的にガスケットを潰すために高圧縮力を必要とせず、ガスケット内の歪みも小さくて済むため、薄肉のガスケットであっても耐久性が向上する。図７に示すように平面ガスケットであっても、圧縮時にガスケット反力が小さく、よってスタックの組付性も向上する。
【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構成部品１の斜視図を示しており、その組立前（ビード押し付け前）の状態におけるＡ−Ａ線断面図が図２（Ａ）に示されるとともに、組立後（ビード押し付け後）の状態におけるＡ−Ａ線断面図が図２（Ｂ）に示されている。
【００２２】
当該実施例に係る燃料電池用構成部品１は、セパレータ２、ガスケット３、および前記セパレータ２との間に前記ガスケット３を挟み込む相手プレートである相手方セパレータ５の組み合わせによって構成されている。
【００２３】
セパレータ２は、金属、樹脂またはカーボン等の所定の材料によって平板状に形成されており、その平面内に、流路を形成するための孔部（図示せず）等が設けられている。セパレータ２の厚さは実寸で０．１〜５ｍｍ程度とされている。
【００２４】
ガスケット３は、シリコーンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素ゴム、ブチルゴムまたはアクリルゴム等の所定のゴム状弾性体によって平面状に形成されており、エンドレス状など所定の平面レイアウトをもってセパレータ２の一面２ａに一体成形による一体化手段によって一体化されている。セパレータ２上にガスケット３を一体成形する方法としては、インジェクション成形、スクリーン印刷またはディスペンサー等が用いられ、方法によっては、ガスケット材料として、液状タイプのシリコーンゴム、フッ素ゴムまたは液状ＥＰＤＭ等が用いられる。このガスケット３は、全体が平面状に形成される結果として、平面状のシール面４を有している。
【００２５】
相手方セパレータ５は、上記セパレータ２と同様、金属、樹脂またはカーボン等の所定の材料によって平板状に形成されており、その平面内に、流路を形成するための孔部６等が設けられている。また、このセパレータ５の一面５ａには、上記ガスケット３の平面レイアウトに沿ってビード（ひも状突起）７が設けられており、このビード７はゴム状弾性材製のガスケット３を傷付けることのないよう、丸みをもった断面円弧状に形成されている。ビード７は切削加工により形成され、またはセパレータ５の成形時に形成されるものである。
【００２６】
上記構成の燃料電池用構成部品１を組み立てると、図２（Ｂ）に示すようになり、ビード７が平面状のガスケット３を局部的に押し潰すために、該部に高ピーク面圧のシール部が形成される。
【００２７】
第二実施例・・・
図３は、本発明の第二実施例に係る燃料電池用構成部品１を示しており、その組立前（ビード押し付け前）の状態における要部断面図が図３（Ａ）に示されるとともに、組立後（ビード押し付け後）の状態における要部断面図が図３（Ｂ）に示されている。
【００２８】
当該実施例に係る燃料電池用構成部品１は、セパレータ２、ガスケット３、および前記セパレータ２との間に前記ガスケット３を挟み込む相手プレートである相手方セパレータ５の組み合わせによって構成されている。
【００２９】
セパレータ２は、金属、樹脂またはカーボン等の所定の材料によって平板状に形成されており、その平面内に、流路を形成するための孔部（図示せず）等が設けられている。セパレータ２の厚さは実寸で０．１〜５ｍｍ程度とされている。また、このセパレータ２の一面２ａには、ガスケット３の平面レイアウトに沿って溝状の凹部８が設けられている。凹部８は切削加工により形成され、またはセパレータ２の成形時に形成されるものである。
【００３０】
ガスケット３は、シリコーンゴム、ＥＰＤＭゴム、フッ素ゴム、ブチルゴムまたはアクリルゴム等の所定のゴム状弾性体によって平面状に形成されており、エンドレス状など所定の平面レイアウトをもって、セパレータ２の一面２ａに設けた凹部８内に一体成形による一体化手段によって一体化されている。セパレータ２上であって凹部８内にガスケット３を一体成形する方法としては、インジェクション成形、スクリーン印刷またはディスペンサー等が用いられ、方法によっては、ガスケット材料として、液状タイプのシリコーンゴム、フッ素ゴムまたは液状ＥＰＤＭ等が用いられる。このガスケット３は、全体が平面状に形成される結果として、平面状のシール面４を有している。
【００３１】
相手方セパレータ５は、上記セパレータ２と同様、金属、樹脂またはカーボン等の所定の材料によって平板状に形成されており、その平面内に、流路を形成するための孔部（図示せず）等が設けられている。また、このセパレータ５の一面５ａには、上記凹部８およびガスケット３の平面レイアウトに沿ってビード（ひも状突起）７が設けられており、このビード７はゴム状弾性材製のガスケット３を傷付けることのないよう、丸みをもった断面円弧状に形成されている。ビード７は切削加工により形成され、またはセパレータ５の成形時に形成されるものである。
【００３２】
上記構成の燃料電池用構成部品１を組み立てると、図３（Ｂ）に示すようになり、ビード７が平面ガスケット３を局部的に押し潰すために、該部に高ピーク面圧のシール部が形成される。
【００３３】
第三実施例・・・
図４は、本発明の第三実施例に係る燃料電池用構成部品１を示しており、その組立前（ビード押し付け前）の状態における要部断面図が図４（Ａ）に示されるとともに、組立後（ビード押し付け後）の状態における要部断面図が図４（Ｂ）に示されている。
【００３４】
当該実施例に係る燃料電池用構成部品１は、セパレータ２、ガスケット３、および前記セパレータ２との間に前記ガスケット３を挟み込む相手プレートである相手方セパレータ５の組み合わせによって構成されている。
【００３５】
セパレータ２は、金属、樹脂またはカーボン等の所定の材料によって平板状に形成されており、その平面内に、流路を形成するための孔部（図示せず）等が設けられている。セパレータ２の厚さは実寸で０．１〜５ｍｍ程度とされている。
【００３６】
ガスケット３は、シリコーンゴム、ＥＰＤＭゴム、フッ素ゴム、ブチルゴムまたはアクリルゴム等の所定のゴム状弾性体によって平面状に形成されており、エンドレス状など所定の平面レイアウトをもって樹脂フィルム９の一面９ａに一体成形による一体化手段によって一体化されており、この樹脂フィルム９がその他面９ｂをもってセパレータ２の一面２ａに貼着されることにより、ガスケット３が樹脂フィルム９を介してセパレータ２に一体化されている。樹脂フィルム９上にガスケット３を一体成形する方法としては、インジェクション成形、スクリーン印刷またはディスペンサー等が用いられ、方法によっては、ガスケット材料として、液状タイプのシリコーンゴム、フッ素ゴムまたは液状ＥＰＤＭ等が用いられる。また、ガスケット３を樹脂フィルム９に一体化する手段としては、接着剤を用いる方法や選択性接着ゴムを用いる方法等であっても良い。樹脂フィルム９の他面９ｂには予め粘着剤（図示せず）が塗布されており、この粘着剤の粘着ないし接着作用によって樹脂フィルム９がセパレータ２に粘着されている。尚、貼り付け作業前、粘着剤は離型フィルム（図示せず）で覆っておき、作業時に離型フィルムを引き剥がして樹脂フィルム９をセパレータ２に貼り付ける。ガスケット３は、全体が平面状に形成される結果として、平面状のシール面４を有している。
【００３７】
相手方セパレータ５は、上記セパレータ２と同様、金属、樹脂またはカーボン等の所定の材料によって平板状に形成されており、その平面内に、流路を形成するための孔部（図示せず）等が設けられている。また、このセパレータ５の一面５ａには、上記樹脂フィルム９およびガスケット３の平面レイアウトに沿ってビード（ひも状突起）７が設けられており、このビード７はゴム状弾性材製のガスケット３を傷付けることのないように、丸みをもった断面円弧状に形成されている。ビード７は切削加工により形成され、またはセパレータ５の成形時に形成されるものである。
【００３８】
上記構成の燃料電池用構成部品１を組み立てると、図４（Ｂ）に示すようになり、ビード７が平面状のガスケット３を局部的に押し潰すために、該部に高ピーク面圧のシール部が形成される。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は、以下の効果を奏する。
【００４０】
すなわち、上記構成を備えた本発明の燃料電池用構成部品によると先ず、ガスケットが平面状に形成されるために、ガスケットを薄肉化することができ、このガスケットの薄肉化により燃料電池スタックを小型化することができる。またこれに加えて、相手方セパレータ等の相手プレートに設けたビードがスタック組立時に平面状ガスケットに押し付けられてシール線を形成するために、平面状ガスケットを大きな力で圧縮し、締め付けたりしなくても、十分なシール面圧を確保することができる。したがって所期の目的どおり、薄肉でかつシール性の良い燃料電池用構成部品を提供することができる。
【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構成部品の斜視図
【図２】（Ａ）は同構成部品の組立前の状態を示す要部断面図、（Ｂ）は同構成部品の組立後の状態を示す要部断面図
【図３】（Ａ）は本発明の第二実施例に係る燃料電池用構成部品の組立前の状態を示す要部断面図、（Ｂ）は同構成部品の組立後の状態を示す要部断面図
【図４】（Ａ）は本発明の第三実施例に係る燃料電池用構成部品の組立前の状態を示す要部断面図、（Ｂ）は同構成部品の組立後の状態を示す要部断面図
【図５】従来例に係る燃料電池用構成部品の要部断面図
【図６】他の従来例に係る燃料電池用構成部品の要部断面図
【図７】しめ代と反力の関係を示すグラフ図
【符号の説明】
１　燃料電池用構成部品
２　セパレータ
２ａ，５ａ，９ａ　一面
３　ガスケット
４　シール面
５　相手方セパレータ（相手プレート）
６　孔部
７　ビード
８　凹部
９　樹脂フィルム
９ｂ　他面
【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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