(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池におけるセパレータ（２）とイオン交換膜（３）との間に介装されるガスケット（１）において、
その断面形状を、セパレータ（２）との接触幅（Ａ）よりもイオン交換膜（３）との接触幅（Ｂ）の方を大きく設定した形状で、かつ、圧縮時にセパレータ（２）との接触幅（Ａ）が圧縮量の増加に伴って徐々に大きくなる形状とし、
当該ガスケット（１）のセパレータ側接触面（１ａ）およびイオン交換膜側接触面（１ｂ）は何れも断面円弧状の凸面であ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、密封装置の一種であるガスケットに係り、更に詳しくは、燃料電池にその構成要素の一つとして組み込まれる燃料電池用ガスケットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ガスケットは、弾性体を圧縮する際に発生する反発力を一箇所ないし数箇所に集中させ、比較的小さなガスケット反力で、必要な大きさの面圧を得ることができるような断面形状に形成されている。
【０００３】
また、燃料電池のイオン交換膜側に使用されるガスケットにおいて、イオン交換膜をガスケットによって保持させる場合には、この保持に必要とされる大きさのガスケット反力を発生させる必要がある。
【０００４】
しかしながら、従来技術に係るこの種用途に用いられるガスケット５１は、その断面形状が、図５に示すように断面山形ないし断面三角形状に形成されているために、このような形状でガスケット反力をイオン交換膜５２を保持し得る水準まで増大させると、これに伴って上昇する面圧を使用可能範囲内に抑えることが困難である。したがって、この従来技術では、ガスケット５１のイオン交換膜５２またはセパレータ５３に対する面圧が過大となるために、イオン交換膜５２にダメージを与えたり、イオン交換膜５２またはカーボン製セパレータ５３を破損させたりすることがある。
【０００５】
また、その他のガスケット形状として、図６に示すように平板状のものが存在するが、この平板状のガスケット５１においては、ガスケット５１の圧縮量に対して反力および面圧が急激に上昇する。したがって、適正な反力および面圧範囲で使用するためには、ガスケット５１の圧縮量を厳しく管理する必要がある。
【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、イオン交換膜を保持し得る反力を有する一方で、イオン交換膜またはセパレータに対する面圧の過上昇を抑えることができ、もってイオン交換膜またはセパレータが破損するのを防止することが可能な燃料電池用ガスケット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ガスケットは、燃料電池におけるセパレータとイオン交換膜との間に介装されるガスケットにおいて、その断面形状を、セパレータとの接触幅よりもイオン交換膜との接触幅の方を大きく設定した形状で、かつ、圧縮時にセパレータとの接触幅が圧縮量の増加に伴って徐々に大きくなる形状とし、当該ガスケットのセパレータ側接触面およびイオン交換膜側接触面は何れも断面円弧状の凸面であ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ガスケットにおいては、当該ガスケットとイオン交換膜との接触面積が比較的大きく形成されているために、イオン交換膜を保持するのに必要とされる大きさのガスケット反力を発生させても、当該ガスケットのイオン交換膜に対する面圧の大きさを小さく抑えることが可能となる。また、圧縮量の増加に伴って当該ガスケットとセパレータとの接触面積が徐々に増加するために、圧縮量に対するガスケット反力および面圧の上昇勾配を低く抑えることが可能となる。
【０００９】
【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。
【００１０】
図１は、本発明の実施例に係る燃料電池用ガスケット１の自由状態における断面を示しており、図２に示すように、このガスケット１、セパレータ２およびイオン交換膜３によりスタック４を組み立てて、通しボルト（図示せず）を用いて図上上下方向に締め付けることにより、ガスケット１は圧縮されて、図１に鎖線で示すように弾性変形する。スタック４は、上下一対のセパレータ２の間にイオン交換膜３を配置するとともに、各セパレータ２とイオン交換膜３の間にそれぞれガスケット１を対称的に配置したものである。セパレータ２は通常、カーボンの焼成品によって形成されており、イオン交換膜３は厚さ約０．０５ｍｍ程度に形成されている。
【００１１】
ガスケット１は、その断面形状において、セパレータ２に接触する平面状のセパレータ側接触面１ａと、イオン交換膜３に接触する平面状のイオン交換膜側接触面１ｂと、セパレータ側接触面１ａからイオン交換膜側接触面１ｂへかけてその間隔が徐々に拡大するように傾斜した内外の側面１ｃとを有して、断面略台形状に形成されており、更に詳しくは、セパレータ側接触面１ａを短辺とするとともにイオン交換膜側接触面１ｂを長辺とする台形状に形成されている。台形の四隅はそれぞれ断面円弧状に丸みが付けられている。
【００１２】
また、このガスケット１は、シリコーンゴム、ＥＰＤＭまたはフッ素ゴム等のゴム状弾性材を成形材料として成形されている。
【００１３】
このガスケット１は、上記構成によりその断面形状が、セパレータ２との接触幅Ａよりもイオン交換膜３との接触幅Ｂの方が大きく設定された形状に形成されており、かつ、圧縮時にセパレータ２との接触幅Ａが圧縮量の増加に伴って、ＡからＡ'（＝１．２〜２×Ａ）へと徐々に大きくなる形状に形成されている。セパレータ２との接触幅Ａは通常、１〜５ｍｍ程度、好ましくは、１．５〜３ｍｍ程度に設定される。
【００１４】
このガスケット１を用いて、図２に示したようにスタック４を組み立てて、通しボルトを締め付けることにより、ガスケット１は圧縮されて、図１に鎖線で示したように弾性変形する。このとき、ガスケット１の反力が０．５〜５Ｎ／ｍｍにて発生するが、セパレータ２との接触幅がＡからＡ'へと大きくなるために、発生する面圧の大きさを０．２５〜２．５ＭＰａ程度に抑制することが可能である。
【００１５】
したがって、上記構成のガスケット１によれば、イオン交換膜３を保持するのに必要とされる大きさのガスケット反力を発生させても、当該ガスケット１のイオン交換膜３に対する面圧の大きさを小さく抑えることができ、また、圧縮量の増加に伴って当該ガスケット１とセパレータ２との接触面積が徐々に増加するために、圧縮量に対するガスケット反力および面圧の上昇勾配を低く抑えることができる。したがって、面圧の過上昇によりセパレータ２またはイオン交換膜３が破損するのを防止することができる。
【００１６】
尚、ガスケット１の断面形状について、上記実施例では、セパレータ側接触面１ａおよびイオン交換膜側接触面１ｂを何れも平面状（直線状）としたが、図３に示すように、これらの面１ａ，１ｂは断面円弧状の凸面であり、同様の作用効果を奏することが可能である。
【００１７】
また、上記実施例では、図２に示したように、上下一対のガスケット１を何れも実施例形状としたが、図４に示すように、一の実施例形状のガスケット１を他の形状のガスケット５と組み合わせて使用するようにしても良い。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は、以下の効果を奏する。
【００１９】
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おいては、当該ガスケットとイオン交換膜との接触面積が比較的大きく形成されているために、イオン交換膜を保持するのに必要とされる大きさのガスケット反力を発生させても、当該ガスケットのイオン交換膜に対する面圧の大きさを小さく抑えることができ、また、圧縮量の増加に伴って当該ガスケットとセパレータとの接触面積が徐々に増加するために、圧縮量に対するガスケット反力および面圧の上昇勾配を低く抑えることができる。したがって、面圧の過上昇によりセパレータまたはイオン交換膜が破損するのを防止することができる。また、セパレータによるガスケット圧縮量のバラツキを吸収することができることから、スタックの組付精度を緩和することができる。
【００２０】
また、本発明の燃料電池用ガスケットによってイオン交換膜を保持することが可能であるために、イオン交換膜を固定するための部材を省略することができるとともに、高価なイオン交換膜の面積を縮小することができることから、材料費を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る燃料電池用ガスケットの断面図
【図２】同燃料電池用ガスケットの組付状態（締付前）を示す断面図
【図３】燃料電池用ガスケットの断面形状の他の例を示す断面図
【図４】燃料電池用ガスケットの組付状態（締付前）の他の例を示す断面図
【図５】従来例に係る燃料電池用ガスケットの組付状態（締付後）を示す断面図
【図６】他の従来例に係る燃料電池用ガスケットの組付状態（締付後）を示す断面図
【符号の説明】
１  燃料電池用ガスケット
１ａ  セパレータ側接触面
１ｂ  イオン交換膜側接触面
１ｃ  側面
２  セパレータ
３  イオン交換膜
４  スタック
５  ガスケット
【図１】
0004773615.tif 000002
【図２】
0004773615.tif 000003
【図３】
0004773615.tif 000004
【図４】
0004773615.tif 000005
【図５】
0004773615.tif 000006
【図６】
0004773615.tif 000007