(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質カーボン、グラファイト、導電性フェノール樹脂またはマグネシウム合金等よりなる平面プレートの表面または前記表面に施された溝部に、液状ゴム硬化物よりなるガスケットリップを一体成形し、
ガスケットリップラインに沿う突起を前記平面プレートに設け、前記突起を覆うように前記ガスケットリップを形成したことを特徴とする燃料電池用ガスケット。
【請求項２】
多孔質カーボン、グラファイト、導電性フェノール樹脂またはマグネシウム合金等よりなる平面プレートの表面または前記表面に施された溝部に、液状ゴム硬化物よりなるガスケットリップを一体成形し、
ガスケットリップラインに沿う突起を前記平面プレートに設け、前記突起を中心に接着剤を塗布し、その領域を覆うように前記ガスケットリップを形成したことを特徴とする燃料電池用ガスケット。
【請求項３】
多孔質カーボン、グラファイト、導電性フェノール樹脂またはマグネシウム合金等よりなる平面プレートの表面または前記表面に施された溝部に、液状ゴム硬化物よりなるガスケットリップを一体成形し、
電解質膜部を挟み込むように配置される一対の前記ガスケットリップの断面形状が互いに異なるように形成され、一方の前記ガスケットリップに、前記電解質膜部に接触する所定の幅を備えた平面部が形成されていることを特徴とする燃料電池用ガスケット。
【請求項４】
請求項１ないし３に記載した燃料電池用ガスケットの成形方法において、
射出前に上下金型の間に隙間を設けて真空引きし、その後、型締めしてガスケットリップを射出成形し、
平面プレートの両面または前記両面に施された溝部の底面に開口する貫通穴を設け、前記貫通穴を介して前記両面または両溝部に同時にガスケットリップを一体成形することを特徴とする燃料電池用ガスケットの成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池用ガスケットとその成形方法とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば図２１に示すように、燃料電池の集電極（セパレータ）２、その間に挾まれるイオン交換膜３および、このイオン交換膜３に固定される膜固定反応電極４等はそれぞれ平面プレート状の多孔質カーボン材によって成形されており、これらの構成要素が組み合わされて燃料電池セル１が構成されている。平面プレートの材質としては、カーボンの他にグラファイト等も用いられ、その他、導電性フェノールまたはマグネシウム合金等であっても良い。
【０００３】
このような燃料電池セル１およびその各構成要素間のシールに関しては、従来から、単品のガスケットを用いるもの（特開平９−２３１９８７号公報、特開平７−２２６２２０号公報または特開平７−１５３４８０号公報参照）や、図示したようにゴム板５に発泡スポンジ層６を重ねてガスケットとして利用するもの（特開平７−３１２２２３号公報参照）等が知られているが、これらの従来技術は何れもシール部の薄肉化、組立て性の向上、位置ずれの防止、低面圧化、面圧の均一化等の課題の解決を図ったものではなく、すなわち、これらの従来の別体型ガスケットには、シール部の薄肉化、組立て性の向上、位置ずれの防止、低面圧化、面圧の均一化等の点について、これらを十分満足させることができない不都合があり、また、組付け工程での不具合や組込み忘れによる機能不全、機能不安定等が発生する虞がある。
【０００４】
また、公知の成形方法によりガスケットを成形する場合には、材料流路の末端部にウェルド不良が発生し易く、よってその部分のリップを金型形状通りに成形するのが困難であり、これがシール性を阻害する最大要因となっている。
【０００５】
そこで、このような不具合の発生を防止すべく、一般に真空成形が行なわれており、従来の真空成形方法には、材料流路の途中に真空引き経路を設けて真空引きを行なう方法と、金型全体を真空チャンバで包囲して真空引きを行なう方法とがある。
【０００６】
しかしながら、前者の方法においては、ガスケットの成形材料である低粘度材料が真空引き経路に流入することがあるために、ガスケットの安定成形が阻害される不都合がある。また、後者の方法には、金型部分の構造が複雑で高価にならざるを得ない不都合があり、更に真空引き容積が過大になってサイクルタイムに良くない影響が及ぼされる不都合もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の点に鑑み、上記したように燃料電池に用いられるガスケットにおいて、シール部の薄肉化、組立て性の向上、位置ずれの防止、低面圧化、面圧の均一化等についての課題を解決することができるガスケットとその成形方法を提供することを目的とし、併せてガスケットを安定成形することができ、金型装置の構成が比較的簡単で、サイクルタイムも比較的短いガスケットの成形方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１による燃料電池用ガスケットは、多孔質カーボン、グラファイト、導電性フェノール樹脂またはマグネシウム合金等よりなる平面プレートの表面または前記表面に施された溝部に、液状ゴム硬化物よりなるガスケットリップを一体成形し、ガスケットリップラインに沿う突起を前記平面プレートに設け、前記突起を覆うように前記ガスケットリップを形成したことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の請求項２による燃料電池用ガスケットは、多孔質カーボン、グラファイト、導電性フェノール樹脂またはマグネシウム合金等よりなる平面プレートの表面または前記表面に施された溝部に、液状ゴム硬化物よりなるガスケットリップを一体成形し、ガスケットリップラインに沿う突起を前記平面プレートに設け、前記突起を中心に接着剤を塗布し、その領域を覆うように前記ガスケットリップを形成したことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項３による燃料電池用ガスケットは、多孔質カーボン、グラファイト、導電性フェノール樹脂またはマグネシウム合金等よりなる平面プレートの表面または前記表面に施された溝部に、液状ゴム硬化物よりなるガスケットリップを一体成形し、電解質膜部を挟み込むように配置される一対の前記ガスケットリップの断面形状が互いに異なるように形成され、一方の前記ガスケットリップに、前記電解質膜部に接触する所定の幅を備えた平面部が形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項４による燃料電池用ガスケットの成形方法は、請求項１ないし３に記載した燃料電池用ガスケットの成形方法において、射出前に上下金型の間に隙間を設けて真空引きし、その後、型締めしてガスケットリップを射出成形し、平面プレートの両面または前記両面に施された溝部の底面に開口する貫通穴を設け、前記貫通穴を介して前記両面または両溝部に同時にガスケットリップを一体成形することを特徴とするものである。
【００１２】
上記構成を備えた本発明の燃料電池用ガスケットは、上記従来技術における不都合を解消するために、集電極、イオン交換膜または膜固定反応膜等よりなる平面プレートの表面に低粘度材料である液状ゴム硬化物よりなるガスケットリップを一体成形することにし、これによりシール部の薄肉化、組立て性の向上、位置ずれの防止、低面圧化および面圧の均一化を図ったものである。また、平面プレートの表面に施された溝部に低粘度材料である液状ゴム硬化物よりなるガスケットリップを一体成形した場合には、ガスケットリップが溝部の底面のみならず側面に対しても一体化されるために、その固定性を一層向上させることが可能となる。ガスケットリップの成形材料には上記したように液状ゴム硬化物を用いることにし、この液状ゴム硬化物の硬さ（ＪＩＳ  Ａ）は６０以下とするのが好適である。
【００１３】
また、本発明の燃料電池用ガスケットのように、一対のガスケットリップが互いに異形状とされてその一方に平面部が設けられると、この平面部が一対のガスケットリップによる一対のシール部のうちの受け側となって、この受け側の範囲が平面部の幅によって比較的広く設定されるために、他方のガスケットリップの密接位置についての中央値からの位置ずれ許容範囲を拡大することが可能となる。
【００１４】
また、上記したように液状ゴム硬化物を材料としてガスケットリップを成形する場合には、成形装置として液状射出成形装置を用いることになり、この液状射出成形装置を用いてガスケットリップを射出成形するに際しては、射出直前に上下金型間に２ｍｍ以下の隙間が開くように金型を保持し、このとき上下金型間をＯリング等のシール材を用いてシールする（Ｓ１０１、図３参照、以下同じ）。次いでノズルタッチを行ない、材料流入口を塞いで金型内に外気と遮断された密閉空間を形成する（Ｓ１０２）。次いで金型パーティング面の一箇所または複数箇所に設けた真空引き穴を介して真空引きを行ない、このときノズルから材料が吸引されてキャビティ内に流入することがないよう、ノズルにシャットオフノズルを設けて材料の流入を防止する（Ｓ１０３）。次いで所望の真空度に到達したと判断される段階で完全に型締めを行ない（Ｓ１０４）、真空度が維持されたキャビティ内に材料を注入して（Ｓ１０５）、ガスケットリップを成形する。
【００１５】
上記燃料電池用ガスケットの成形方法は、平面プレートの片面または両面に低粘度材料である液状ゴム硬化物よりなるガスケットリップを一体成形するものであるが、薄いプレートの両面にガスケットリップを設ける必要が生じた場合に片側ずつガスケットリップを成形しようとすると、反対側が宙に浮いた状態となって成形圧で割れたり、撓みによってバリが発生したりすることがある。また、下型に凸部を設けて背面の溝部を支持する方法も考えられるが、溝形状が表裏で異なる場合には別型を製作する必要があり、コストアップを避けられない上に、型構造が非常に複雑となり、高さが金型加工公差やプレート溝深さ公差で変動することを考えると、安定成形を維持するのが困難なこともある。そこで、本発明の成形方法では、平面プレートの両面に開口する貫通穴を設けて、この貫通穴を介して平面プレートの両面に同時にガスケットリップを一体成形することにし、また、平面プレートの両面に施された溝部の底面に開口する貫通穴を設けて、この貫通穴を介して両溝部に同時にガスケットリップを一体成形することにした。
【００１６】
また、本発明の請求項１による燃料電池用ガスケットは、以下のようなものである。
【００１７】
すなわち、上記した燃料電池用ガスケットは、平面プレート上にガスケットリップを直接成形すると云ったものであり、また横ずれ防止の処置として、リップ幅に対して大きい裾幅を設けたり接着処理や平面プレートに溝部を形成してそれを覆うようにガスケットを形成すると云ったものであるが、このように大き目の裾幅を設けた場合には、材料やスペースの無駄に繋がることが避けられない。また、接着剤による保持については、接着剤が発電効率に及ぼす影響が現在不明で、長期的な使用に伴う悪影響の懸念も考慮すると、接着処理を行なわずに性能を満足させるガスケットが切望される。また、平面プレートに横ずれ防止用の溝部を形成してそれを覆うようにガスケットリップを形成した場合には、これによってプレートの強度が低下する上に、溝部の深さに応じて組付け時の接触圧力が低下することから、それを見越した大き目のガスケットリップを形成する必要があり、組み込んだ際にはガスケットに更に大きい歪みを与えることになり、耐久性が低下する虞がある。そこで、本発明の請求項１による燃料電池用ガスケットにおいては、平面プレートのリップラインに沿って突起を設けてこの突起をガスケットリップで覆うとすることにより、位置ずれを防止し、低歪み量でシール面圧を確保し、耐久性を確保することを実現した。また、請求項２によるガスケットのように必要に応じて接着剤を塗布し、それを覆うようにガスケットリップを形成することも可能である。突起としては、組付け時におけるこの突起と相手材との隙間が０．２ｍｍ以上確保される三角形または台形断面のものが好適であり、このような突起を厚さ１．０ｍｍ以下のガスケットリップで覆うのが好適である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
【００１９】
第一実施形態・・・
図１は、当該実施形態に係るガスケットの成形方法の実施に使用する液状射出成形装置１１を示しており、主剤用タンク１２、着色剤用タンク１３および硬化剤用タンク１４からそれぞれ材料供給用プランジャ１５を介して射出装置１６に供給した成形材料を、この射出装置１６から金型１７内に射出してガスケット（ガスケットリップまたはガスケット本体とも称する）を成形する。射出装置１６は、油圧モータ１８および射出シリンダ１９の作動により駆動するスクリュ２０と、このスクリュ２０を内挿した射出筒２１とを備えており、この射出筒２１先端のノズル２２内に、成形材料の流入を防止するシャットオフバルブ２３が開閉作動自在に配置されている。また金型１７には、真空ポンプよりなる真空引き装置２４が接続されている。
【００２０】
図２は、上記金型１７の詳細を示しており、上プラテン２５、断熱盤２６、上熱盤２７、上型２８、中型２９、下型３０、下熱盤３１、断熱盤３２および下プラテン３３がこの順序に積層されている。上型２８および中型２９のパーティング面３４は、中型２９上面の装着溝２９ａに装着したＯリング３５によりシールされており、中型２９および下型３０のパーティング面３６は、下型３０上面の装着溝３０ａに装着したＯリング３７によりシールされており、これらのＯリング３５，３７により密閉される密閉空間３８が真空引き装置２４により真空引きされる。また、下型３０の上面にはキャビティ空間３９が設けられており、このキャビティ空間３９に予め定置した平面プレート状多孔質カーボン材（プレートまたは平面プレートとも称する）４０の上面（片面）に形成された溝部（加工溝とも称する）４０ａないし凹部内に、射出装置１６からスプル４１、ランナ４２およびゲート４３を介して成形材料が充填されてガスケット（ガスケットリップとも称する）が成形され、このガスケットが成形と同時にカーボン材４０と一体化される。カーボン材４０は具体的には、上記したように燃料電池の集電極（セパレータ）２、その間に挾まれるイオン交換膜３またはこのイオン交換膜３に固定される膜固定反応電極４等であり、これらの材料としてはカーボンの他にグラファイト等が用いられることもある。尚、溝部４０ａはガスケットの接着力強化や位置ずれ防止を狙ったものであり、カーボン材４０とガスケットとの接着性が確保できる場合や使用時の内圧による位置ずれの心配がない場合には必ずしも必要ではない。
【００２１】
図３は、射出成形の制御フローを示しており、型締め工程において先ず、予め設定した所定の位置で一旦、型締め停止を行なう（Ｓ１０１）。型締めの一時停止中は、型締め位置の保持手段を用いて金型間距離を一定に保持し、この金型間距離は、Ｏリング３５，３７が上下金型２８，２９，３０と接触し、かつパーティング面３４，３６の間隔が２ｍｍ以下となって次の真空引き工程において外気が密閉空間３８内に流入しないようにこれを設定する。次いで、このように型締めの一時停止が完了した時点でノズル２２を前進させて、上型２８にタッチさせる（Ｓ１０２）。ノズルタッチ力は、キャビティ空間３９内の真空引き中に漏れが生じない程度に設定する必要があるが、一般的には２ｋＮ以上あれば良く、これによりキャビティ空間３９が真空引き装置２４と連結された流路以外は外気と完全に遮断される。
【００２２】
ノズルタッチ圧力が上昇してリミットスイッチが作動した後、またはノズル２２の前進開始から所定時間が経過した段階で、真空引き装置２４を作動し、真空引きを開始する（Ｓ１０３）。尚、真空引き時にノズル２２から材料が吸引されてキャビティ３９内に流入することがないよう、上記したようにノズル２２内にシャットオフバルブを設けておいて、これを閉弁作動させる。
【００２３】
真空引きの開始から予め設定した経過時間（例えば１５秒以下）または予め設定した真空度（例えば１０Ｔｏｒｒ以下）に到達した時点で、今度は高圧により型締めを行なう（Ｓ１０４）。このときの高圧の型締め圧力は、カーボン材４０の圧縮破壊強度以下であり、かつ充填圧力が加わった場合にもカーボン材４０が破壊せず、バリ漏れを生じない圧力に設定することが望ましい。例えば、燃料電池用セパレータとして適した形状および厚み（２ｍｍ）に切削加工した樹脂含浸タイプのカーボン材（東洋炭素製品ＩＫＣ−３３）４０の表面に溝４０ａ加工（幅３．０ｍｍ、深さ０．３ｍｍ）を施したものに対しては、１０ｋｇｆ／ｍｍ２以下に抑えることが望ましい。
【００２４】
また、成形材料は、未硬化時の粘度が１５０Ｐａ・ｓ（２５℃）、硬化後の硬さ（ＪＩＳ Ａ）２０の液状ゴム硬化物、例えば信越化学製液状シリコーンゴムＫＥ１９５０−２０（Ａ・Ｂ）が相応しく、射出筒２１内で硬化が進行しない温度すなわち実施例では２５℃以下に温調し、所望の硬化物が得られる硬化温度１２０℃〜１８０℃、実施例では１５０℃に温調された金型に射出することによって硬化物を得る。このときの射出圧力は、実施例では２００ｋｇｆ／ｃｍ２、硬化時間は１５０秒間である。
【００２５】
そして、以上のようにして成形されるガスケットは、これが、集電極２、イオン交換膜３または膜固定反応膜４等の平面プレート状多孔質カーボン材４０の表面に形成された溝部４０ａに低粘度材料よりなるガスケットを一体成形したものであるために、従来からの懸案であったシール部の薄肉化、組立て性の向上、位置ずれの防止、低面圧化および面圧の均一化を実現することができ、また部品点数の削減、組込み後の使用中における加圧条件下での位置ずれの防止、製品寸法精度の安定化、組付け不具合の削減、組込み忘れによる機能不全不安定の防止、成形不良の低減、ガスケットの安定成形、シール性の向上、金型構造の簡素化、成形工程の削減、接着処理工程の削減、コストの低減、サイクルタイムの短縮およびバリ漏れの低減等を実現することができる。
【００２６】
第二実施形態・・・
図４に示す他の実施形態においては、キャビティ空間３９に予め定置する平面プレート状多孔質カーボン材４０の上面および下面に互いに対応して溝部４０ａ，４０ｂが形成されており、更に図５（Ａ）に拡大して示すように、この溝部４０ａ，４０ｂ同士が各溝部４０ａ，４０ｂの底面に開口する貫通穴（連通穴とも称する）４０ｃを介して互いに連通せしめられている。貫通穴４０は例えば、直径１ｍｍのものを１０〜２０ｍｍ間隔で複数形成する。
【００２７】
したがって、このカーボン材４０に対してガスケットの成形材料が供給されると、同図（Ｂ）に示すように、貫通穴４０ｃを介して両溝部４０ａ，４０ｂに同時にガスケット７，８が一体成形されることになり、これにより従来からの懸案であったシール部の薄肉化、組立て性の向上、位置ずれの防止、低面圧化および面圧の均一化を実現することができ、また部品点数の削減、組込み後の使用中における加圧条件下での位置ずれの防止、製品寸法精度の安定化、組付け不具合の削減、組込み忘れによる機能不全不安定の防止、成形不良の低減、ガスケットの安定成形、シール性の向上、金型構造の簡素化、成形工程の削減、薄板両面へのガスケットの直接成形、接着処理工程の削減、コストの低減、サイクルタイムの短縮、プレート割れの防止およびバリ漏れの低減等を実現することができる。
【００２８】
ガスケット７，８はそれぞれ、溝部４０ａ，４０ｂ内に充填される充填部分７ａ，８ａと、溝部４０ａ，４０ｂから突出して相手材に密接するシール部分７ｂ，８ｂとを一体に有しており、これが貫通穴４０ｃ内のゴム硬化物９を介して一体に成形されている。この実施形態に係る成形方法の他の構成および作用効果は上記第一実施形態と同じである。また、溝部４０ａ，４０ｂが省略されて良いことも同じであり、この場合には、貫通穴４０ｃがカーボン材４０の上下両面に直接開口する。
【００２９】
第三実施形態・・・
つぎに、図６は本発明の第三実施形態に係る燃料電池用ガスケットの断面を示しており、このガスケットは以下のように構成されている。
【００３０】
すなわち先ず、一対の電極（外側電極とも称する）５２，５３の間に電解質膜５５が配置されるとともに各電極５２，５３と電解質膜５５との間にそれぞれ電極（内側電極とも称する）５９，６０が配置されており、上記電極５２、電極５９、電解質膜５５、電極６０および電極５３をこの順番に並べた五層の積層体よりなる燃料電池セル５１が形成されている。
【００３１】
一対の電極５２，５３はそれぞれ、上記した集電極（セパレータ）に相当するものであって、カーボンプレートによって形成されており、その厚さｔ１を実寸で１〜２ｍｍほどに形成されている。
【００３２】
電解質膜５５は、上記したイオン交換膜に相当するものであって、その平面方向端部に電解質膜保護膜５６を組み合わされており、この電解質膜５５と電解質膜保護膜５６の組み合わせによって電解質膜部５４が形成されている。電解質膜保護膜５６は、電解質膜５５の平面方向端部を挟み込む一対の構成部品５７，５８を有しており、この一対の構成部品５７，５８はそれぞれ、互いに積層される積層部５７ａ，５８ａと、電解質膜５５の平面方向端部を挟み込む挟込み部５７ｂ，５８ｂとを一体に有している。一対の構成部品５７，５８の積層部５７ａ，５８ａにおける電解質膜保護膜５６の厚さｔ２は実寸で０．１〜０．２ｍｍほどに形成されている。
【００３３】
また、電極５９，６０はそれぞれ、上記した膜固定反応電極に相当するものであって、ガス流路を形成するようにカーボンによって形成されている。この一対の電極５９，６０と電解質膜５５とよりなる三層の積層体の厚さｔ３は実寸で０．５〜１．５ｍｍほどに形成されている。
【００３４】
一対の電極５２，５３の互いに対向する面に、低粘度材料よりなるガスケット（ガスケットリップまたはシール材とも称する）６１，６２が互いに対応して一体成形されており、この一対のガスケット６１，６２の間に、電解質膜部５４の電解質膜保護膜５６がその一対の構成部品５７，５８の積層部５７ａ，５８ａにおいて非接着で挟み込まれることにより、シール部が形成されている。
【００３５】
図７に拡大して示すように、一対のガスケット６１，６２のうち、一方のガスケット６１は、その先端部に平面部（平坦部とも称する）６１ａを形成されており、この平面部６１ａは所定の幅ｗ１を備えている。また他方のガスケット６２は、その先端部６２ａを断面円弧状に形成されて全体に凸形状ないし断面三角形状のものとして形成されており、その先端部６２ａの幅ｗ２を一方のガスケット６１の平面部６１ａの幅ｗ１よりも小さく形成されている。
【００３６】
両ガスケット６１，６２はそれぞれ、低硬度のシリコーンゴムによって成形されている。
【００３７】
上記構成を備えたガスケットは、平面プレート状多孔質材である一対の電極５２，５３の表面に液状ゴム硬化物であるシリコーンゴムよりなるガスケット６１，６２を一体成形したものであって、プレートに対してゴムを成形と同時に一体化したものであるために、従来からの懸案であったシール部の薄肉化、組立て性の向上、位置ずれの防止、低面圧化および面圧の均一化を実現することができ、また部品点数の削減、組込み後の使用中における加圧条件下での位置ずれの防止、製品寸法精度の安定化、組付け不具合の削減、組込み忘れによる機能不全不安定の防止、成形不良の低減、ガスケットの安定成形、シール性の向上、金型構造の簡素化、成形工程の削減、接着処理工程の削減、コストの低減、サイクルタイムの短縮およびバリ漏れの低減等を実現することができる。
【００３８】
また、一対のガスケット６１，６２の断面形状が互いに異形状とされて一方のガスケット６１に平面部６１ａが設けられているために、この平面部６１ａが一対のガスケット６１，６２による一対のシール部のうちの受け側となって、この受け側の範囲が平面部６１ａの幅ｗ１によって比較的広く設定されている。したがって、他方のガスケット６２の相手材（電解質膜部５４）に対する密接位置についての中央値からの位置ずれ許容範囲を拡大することができ、これにより位置ずれが多少大きくても必要なシール性を十分に確保することができる。
【００３９】
第四実施形態・・・
また、図８に示すように、上記構成に加えて、両ガスケット６１，６２の一部をそれぞれ電極５２，５３の表面に設けた溝部５２ａ，５３ａに埋め込むようにしても良く、このようにした場合には、一対の電極５２，５３間の距離を短く形成することができ、これにより積層体ないし燃料電池を厚さ方向にコンパクト化することができる。
【００４０】
第五実施形態・・・
上記第三および第四実施形態に係る燃料電池用ガスケットが一対のガスケット６１，６２の間に電解質膜部５４を挟み込む構造であるのに対して、一対のガスケット６１，６２の間に電解質膜５５そのもの、すなわちイオン交換膜５５そのものを挟み込む構造としても良く、この例が第五実施形態として図９および図１０に示されている。
【００４１】
すなわち、この図９および図１０の燃料電池用ガスケットは、以下のように構成されている。
【００４２】
すなわち先ず、一対の電極（外側電極とも称する）５２，５３の間に、上記第三および第四実施形態における電解質膜５５に相当するイオン交換膜５５が配置されるとともに、各電極５２，５３とイオン交換膜５５との間にそれぞれ電極（内側電極とも称する）５９，６０が配置されており、これらの電極５２、電極５９、イオン交換膜５５、電極６０および電極５３をこの順番に並べた五層の積層体よりなる燃料電池セル５１が形成されている。
【００４３】
一対の電極５２，５３はそれぞれ、上記した集電極（セパレータ）に相当するものであって、カーボンプレートによって形成されており、その厚さを実寸で１〜２ｍｍほどに形成されている。
【００４４】
また、電極５９，６０はそれぞれ、上記した膜固定反応電極に相当するものであって、ガス流路を形成するようにカーボンによって形成されている。この一対の電極５９，６０とイオン交換膜５５とよりなる三層の積層体の厚さは実寸で０．５〜１．５ｍｍほどに形成されている。
【００４５】
一対の電極５２，５３の互いに対向する面に、低粘度材料よりなるガスケット（ガスケットリップまたはシール材とも称する）６１，６２が互いに対応して一体成形されており、この一対のガスケット６１，６２の間にイオン交換膜５５が非接着で挟み込まれることにより、シール部が形成されている。
【００４６】
図１０に拡大して示すように、一対のガスケット６１，６２のうち、図上上側の一方のガスケット６２は、その先端部に平面部（平坦部とも称する）６２ｂを形成されており、この平面部６２ｂは所定の幅ｗ３を備えている。また図上下側の他方のガスケット６１は、その先端部６１ｂを断面円弧状に形成されて全体に断面凸形状ないし断面三角形状のものとして形成されており、その先端部６１ｂの幅ｗ４を一方のガスケット６２の平面部６２ｂの幅ｗ３よりも小さく形成されている。
【００４７】
両ガスケット６１，６２はそれぞれ、低硬度のシリコーンゴムによって成形されている。
【００４８】
上記構成を備えたガスケットは、平面プレート状多孔質材である一対の電極５２，５３の表面に液状ゴム硬化物であるシリコーンゴムよりなるガスケット６１，６２を一体成形したものであって、プレートに対してゴムを成形と同時に一体化したものであるために、従来からの懸案であったシール部の薄肉化、組立て性の向上、位置ずれの防止、低面圧化および面圧の均一化を実現することができ、また部品点数の削減、組込み後の使用中における加圧条件下での位置ずれの防止、製品寸法精度の安定化、組付け不具合の削減、組込み忘れによる機能不全不安定の防止、成形不良の低減、ガスケットの安定成形、シール性の向上、金型構造の簡素化、成形工程の削減、接着処理工程の削減、コストの低減、サイクルタイムの短縮およびバリ漏れの低減等を実現することができる。
【００４９】
また、一対のガスケット６１，６２のうちの一方に平面部６２ｂが設けられているために、この平面部６２ｂが一対のガスケット６１，６２による一対のシール部のうちの受け側となって、この受け側の範囲が平面部６２ｂの幅ｗ３によって比較的広く設定されている。したがって、他方のガスケット６２の相手材（イオン交換膜５５）に対する密接位置についての中央値からの位置ずれ許容範囲を拡大することができ、これにより位置ずれが多少大きくても必要なシール性を十分に確保することができる。但し、シール性向上の観点からすれば、ガスケット６２の相手材（イオン交換膜５５）に対する接触面圧はできるだけ大きいことが好ましいため、平面部６２ｂの幅ｗ３は上記位置ずれの解消に必要な範囲にとどめるのが好適である。
【００５０】
尚、この第五実施形態に係るガスケットについては、その構成を以下のように付加または変更することが可能である。
【００５１】
（１）図９および図１０における上下一対のガスケット６１，６２がそれぞれ、電極５２，５３の表面に形成された溝部５２ａ，５３ａに設けられているのに対して、溝部５２ａ，５３ａをなくし、ガスケット６１，６２を電極５２，５３の表面に直接設ける。
【００５２】
（２）図９および図１０における上側の、平面部６２ｂを備えたガスケット６２のシール部の断面形状が台形ないし略台形であるのに対して、その断面形状を、図１１に示すように四角形ないし長方形とし、このガスケット６２を平板状に成形されたものとする。この場合は、平面部６２ｂがガスケット６２の全幅に亙って設けられることになる。
【００５３】
（３）図９および図１０における下側のガスケット６１のシール部の断面形状が凸形状、三角形状ないし略三角形状であるのに対して、その断面形状を、図１２に示すように、上側のガスケット６２と同様の台形ないし略台形とする。したがってこの場合は、上下双方のガスケット６１，６２の断面形状がそれぞれ台形ないし略台形とされ、双方のガスケット６１，６２にそれぞれ平面部６１ａ，６２ｂが設けられることになる。断面形状は上記したように四角形ないし長方形であっても良い。
【００５４】
また、この（２）および（３）による変更内容は、一対のガスケット６１，６２の間に電解質膜部５４を挟み込んだ上記第三および第四実施形態に対しても、そのまま適用することが可能である。
【００５５】
第六実施形態・・・
すなわち先ず、多孔質カーボン、グラファイト、導電性フェノール樹脂またはマグネシウム合金等よりなる集電極、イオン交換膜または膜固定反応電極としての平面プレート７１の表面にガスケットライン（ガスケットリップラインとも称する）に沿って突起７２が一体成形されており、この突起７２を覆うようにして硬さ（ＪＩＳ  Ａ）６０以下の液状ゴム硬化物よりなるガスケット７３が接着剤を使用せずに、または接着剤を使用して一体成形されている。
【００５６】
突起７２は、断面略三角形ないし略台形に形成されており、上記ガスケットラインの全長に亙って設けられている。ガスケット７３は、突起７２を覆うとともに組付け時に相手材７４に接触してシール作用をなす断面略三角形ないし略円弧形の山部７３ａを有しており、この山部７３ａの両側にそれぞれ、山部７３ａよりも高さの低い平面状の裾部７３ｂが一体成形されている。また、各部の寸法が以下の基準をもとに設定されている。
【００５７】
突起７２の幅（底辺部における最大幅）ｗ１１：２ｍｍ以下
ガスケット７３の全幅ｗ１２：２〜５ｍｍ
ガスケット７３の山部７３ａの幅ｗ１３：１〜５ｍｍ
ガスケット７３の裾部７３ｂの厚さｔ１４：１ｍｍ以下
裾部７３ｂ上面から山部７３ａ頂点までの高さｈ１５：０．２〜２ｍｍ以下
山部７３ａの厚さｔ１６（山部幅方向中央における最小幅）：１ｍｍ以下
ガスケットが組付け時に接触する相手材７４に形成された凹部７５の幅ｗ１７：ガスケット全幅ｗ１２以上の大きさ
凹部７５の深さｄ１８：１ｍｍ以下
【００５８】
そして、これらの各部の寸法が、組付け時における突起７２と相手材７４との上下方向の間隔が０．２〜１．０ｍｍとなり、かつこの間隔による隙間を厚さ１．０ｍｍ以下のガスケット７３が満たして圧縮されシール作用をなすように計算した上で、それぞれ具体的な数値として設定されている。
【００５９】
上記構成を備えたガスケットにおいては、多孔質カーボン、グラファイト、導電性フェノール樹脂またはマグネシウム合金等よりなる集電極、イオン交換膜または膜固定反応電極としての平面プレート７１の表面に、硬さ（ＪＩＳ  Ａ）６０以下の液状ゴム硬化物よりなるガスケット７３が接着剤を使用せずに、または接着剤を使用して一体成形されているために、従来からの懸案であったシール部の薄肉化、組立て性の向上、位置ずれの防止、低面圧化および面圧の均一化を実現することができ、また部品点数の削減、組込み後の使用中における加圧条件下での位置ずれの防止、製品寸法精度の安定化、組付け不具合の削減、組込み忘れによる機能不全不安定の防止、成形不良の低減、ガスケットの安定成形、シール性の向上、金型構造の簡素化、成形工程の削減、接着処理工程の削減、コストの低減、サイクルタイムの短縮およびバリ漏れの低減等を実現することができる。
【００６０】
また、多孔質カーボン、グラファイト、導電性フェノール樹脂またはマグネシウム合金等よりなる集電極、イオン交換膜または膜固定反応電極としての平面プレート７１の表面にガスケットラインに沿って突起７２が一体成形され、この突起７２を覆うようにして硬さ（ＪＩＳ  Ａ）６０以下の液状ゴム硬化物よりなるガスケット７３が接着剤を使用せずにまた接着剤を使用して一体成形されているために、突起７２がガスケット７３を支持することによりガスケット７３の位置ずれを一層有効に防止することができる。また、ガスケット７３の圧縮量が制限されることにより低歪み量でシール面圧を十分に確保することができ、突起７２を設けて横ずれ防止用の溝部を廃止したことによりガスケットの耐久性を向上させることができる。また、接着剤を使用せずに突起７２による支持のみでガスケット７３を保持するようにした場合には、接着剤の使用による発電効率への悪影響を考慮することなく、安心して当該ガスケットを使用することができる。
【００６１】
尚、この第六実施形態に係るガスケットについては、その構成を以下のように付加または変更することが可能である。
【００６２】
すなわち、上記実施形態に係るガスケットにおいて、組付け時にガスケット７３が接触する相手材７４に凹部７５を形成したのは、この相手材７４と平面プレート７１の面７１ａ，７４ａ同士が接触して互いに位置決めされたときに、突起７２と相手材７４との間に０．２ｍｍ以上の間隔を設定してガスケット７３の圧縮量を制限するためである。したがって、この圧縮量を制限する手段として相手部材７４に凹部７５を設ける代わりに、図１４に示すように、相手材７４に突部状ないし段差状のスペーサ部７６を設けて、このスペーサ部７６の面７６ａを平面プレート７１の面７１ａに接触させるようにしても良い。また図１５に示すように、凹部７５を平面プレート７１側に設けても良く、図１６に示すように、突部状ないし段差状のスペーサ部７６を平面プレート７１側に設けても良い。
【００６３】
第七実施形態・・・
つぎに、図１７は本発明の第七実施形態に係る燃料電池用ガスケットの断面を示しており、このガスケットは以下のように構成されている。
【００６４】
すなわち先ず、多孔質カーボン、グラファイト、導電性フェノール樹脂またはマグネシウム合金等よりなる集電極、イオン交換膜または膜固定反応電極としての平面プレート７１の表面にガスケットライン（ガスケットリップラインとも称する）に沿って突起７２が一体成形されており、この突起７２を覆うようにして硬さ（ＪＩＳ  Ａ）６０以下の液状ゴム硬化物よりなるガスケット７３が接着剤を使用せずに、または接着剤を使用して一体成形されている。
【００６５】
突起７２は、断面略三角形ないし略台形に形成されており、上記ガスケットラインの全長に亙って設けられている。ガスケット７３は、突起７２を覆うとともに組付け時に相手材７４に接触してシール作用をなすように断面略三角形ないし略円弧形に成形されており、上記第六実施形態における裾部７３ｂは設けられていない。また、各部の寸法が以下の基準をもとに設定されている。
【００６６】
突起７２の幅（底辺部における最大幅）ｗ１１：２ｍｍ以下
ガスケット７３の全幅ｗ１２：２〜５ｍｍ
ガスケット７３の全高ｈ１９：２ｍｍ以下
ガスケット７３の厚さｔ１６（山部幅方向中央における最小幅）：１ｍｍ以下
ガスケットが組付け時に接触する相手材７４に形成された凹部７５の幅ｗ１７：ガスケット全幅ｗ１２以上の大きさ
凹部７５の深さｄ１８：１ｍｍ以下
【００６７】
そして、これらの各部の寸法が、組付け時における突起７２と相手材７４との上下方向の間隔が０．２〜１．０ｍｍとなり、かつこの間隔による隙間を厚さ１．０ｍｍ以下のガスケット７３が満たして圧縮されシール作用をなすように計算した上で、それぞれ具体的な数値として設定されている。
【００６８】
上記構成を備えたガスケットにおいては、多孔質カーボン、グラファイト、導電性フェノール樹脂またはマグネシウム合金等よりなる集電極、イオン交換膜または膜固定反応電極としての平面プレート７１の表面に、硬さ（ＪＩＳ  Ａ）６０以下の液状ゴム硬化物よりなるガスケット７３が接着剤を使用せずに、または接着剤を使用して一体成形されているために、従来からの懸案であったシール部の薄肉化、組立て性の向上、位置ずれの防止、低面圧化および面圧の均一化を実現することができ、また部品点数の削減、組込み後の使用中における加圧条件下での位置ずれの防止、製品寸法精度の安定化、組付け不具合の削減、組込み忘れによる機能不全不安定の防止、成形不良の低減、ガスケットの安定成形、シール性の向上、金型構造の簡素化、成形工程の削減、接着処理工程の削減、コストの低減、サイクルタイムの短縮およびバリ漏れの低減等を実現することができる。
【００６９】
また、多孔質カーボン、グラファイト、導電性フェノール樹脂またはマグネシウム合金等よりなる集電極、イオン交換膜または膜固定反応電極としての平面プレート７１の表面にガスケットラインに沿って突起７２が一体成形され、この突起７２を覆うようにして、硬さ（ＪＩＳ  Ａ）６０以下の液状ゴム硬化物よりなるガスケット７３が接着剤を使用せずにまた接着剤を使用して一体成形されているために、突起７２がガスケット７３を支持することによりガスケット７３の位置ずれを一層有効に防止することができる。また、ガスケット７３の圧縮量が制限されることにより低歪み量でシール面圧を十分に確保することができ、突起７２を設けて横ずれ防止用の溝部を廃止したことによりガスケットの耐久性を向上させることができる。また、接着剤を使用せずに突起７２による支持のみでガスケット７３を保持するようにした場合には、接着剤の使用による発電効率への悪影響を考慮することなく、安心して当該ガスケットを使用することができる。また、ガスケット７３に裾部が設けられておらずガスケット７３が断面略三角形ないし略円弧形の山状部分のみによって形成されているために、成形材料の歩留まりを向上させることができ、取付スペースを縮小することができる。
【００７０】
尚、この第七実施形態に係るガスケットについては、その構成を以下のように付加または変更することが可能である。
【００７１】
すなわち、上記実施形態に係るガスケットにおいて、組付け時にガスケット７３が接触する相手材７４に凹部７５を形成したのは、この相手材７４と平面プレート７１の面７１ａ，７４ａ同士が接触して互いに位置決めされたときに、突起７２と相手材７４との間に０．２ｍｍ以上の間隔を設定してガスケット７３の圧縮量を制限するためである。したがって、この圧縮量を制限する手段として相手部材７４に凹部７５を設ける代わりに、図１８に示すように、相手材７４に突部状ないし段差状のスペーサ部７６を設けて、このスペーサ部７６の面７６ａを平面プレート７１の面７１ａに接触させるようにしても良い。また図１９に示すように、凹部７５を平面プレート７１側に設けても良く、図２０に示すように、突部状ないし段差状のスペーサ部７６を平面プレート７１側に設けても良い。
【００７２】
【発明の効果】
本発明は、以下の効果を奏する。
【００７３】
すなわち先ず、上記構成を備えた本発明のガスケットにおいては、平面プレートまたは電極の表面またはこの表面に施された溝部に液状ゴム硬化物よりなるガスケットリップを一体成形するようにしたために、従来からの懸案であったシール部の薄肉化、組立て性の向上、位置ずれの防止、低面圧化および面圧の均一化を実現することができ、また部品点数の削減、組込み後の使用中における加圧条件下での位置ずれの防止、製品寸法精度の安定化、組付け不具合の削減、組込み忘れによる機能不全不安定の防止、成形不良の低減、シール性の向上、成形工程の削減、接着処理工程の削減、コストの低減およびバリ漏れの低減等を実現することができる。
【００７４】
またこれに加えて、上記構成を備えた本発明のガスケットにおいては、一対のガスケットリップの断面形状が互いに異形状とされて一方のガスケットリップに平面部が設けられているために、他方のガスケットリップの相手材に対する密接位置についての中央値からの位置ずれ許容範囲を拡大することができ、これにより位置ずれが多少大きくても必要なシール性を十分に確保することができる。
【００７５】
また、上記構成を備えた本発明のガスケットにおいては、多孔質カーボン、グラファイト、導電性フェノール樹脂またはマグネシウム合金等よりなる平面プレートの表面にガスケットリップラインに沿って突起が設けられ、この突起を覆うようにしてガスケットリップが一体成形されているために、突起がガスケットリップを支持することによりガスケットリップの位置ずれを一層有効に防止することができる。また、ガスケットリップの圧縮量が制限されることにより低歪み量でシール面圧を十分に確保することができ、突起を設けて横ずれ防止用の溝部を廃止したことによりガスケットの耐久性を向上させることができる。
【００７６】
また、上記構成を備えた本発明のガスケットの成形方法においては、ガスケットを安定成形することができ、金型装置の構成が比較的簡単で、サイクルタイムも比較的短い成形方法を提供することができる。
【００７７】
更にまた、上記構成を備えた本発明のガスケットの成形方法においては、従来からの懸案であったシール部の薄肉化、組立て性の向上、位置ずれの防止、低面圧化および面圧の均一化を実現することができ、また部品点数の削減、組込み後の使用中における加圧条件下での位置ずれの防止、製品寸法精度の安定化、組付け不具合の削減、組込み忘れによる機能不全不安定の防止、成形不良の低減、ガスケットの安定成形、シール性の向上、金型構造の簡素化、成形工程の削減、薄板両面へのガスケットの直接成形、接着処理工程の削減、コストの低減、サイクルタイムの短縮、プレート割れの防止およびバリ漏れの低減等を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態に係るガスケットの成形方法の実施に使用する液状射出成形装置の説明図
【図２】同装置における金型の詳細説明図
【図３】同装置の制御フローチャート図
【図４】本発明の第二実施形態に係るガスケットの成形方法の実施に使用する液状射出成形装置における金型の詳細説明図
【図５】（Ａ）はガスケット成形前の状態を示す多孔質材の要部断面図、（Ｂ）はガスケット成形後の状態を示す多孔質材の要部断面図
【図６】本発明の第三実施形態に係るガスケットの断面図
【図７】図６の要部拡大図
【図８】本発明の第四実施形態に係るガスケットの要部断面図
【図９】本発明の第五実施形態に係るガスケットの断面図
【図１０】図９の要部拡大図
【図１１】同ガスケットの構造変更例を示す要部断面図
【図１２】同ガスケットの構造変更例を示す要部断面図
【図１３】本発明の第六実施形態に係るガスケットの要部断面図
【図１４】同ガスケットの構造変更例を示す要部断面図
【図１５】同ガスケットの構造変更例を示す要部断面図
【図１６】同ガスケットの構造変更例を示す要部断面図
【図１７】本発明の第六実施形態に係るガスケットの要部断面図
【図１８】同ガスケットの構造変更例を示す要部断面図
【図１９】同ガスケットの構造変更例を示す要部断面図
【図２０】同ガスケットの構造変更例を示す要部断面図
【図２１】燃料電池の構成例を示す説明図
【符号の説明】
１，５１  燃料電池セル
２  集電極
３  イオン交換膜
４  膜固定反応電極
５  ゴム板
６  発泡スポンジ層
７，８，６１，６２，７３  ガスケット（ガスケットリップ）
７ａ，８ａ  充填部分
７ｂ，８ｂ  シール部分
９  貫通穴内ゴム硬化物
１１  液状射出成形装置
１２  主剤用タンク
１３  着色剤用タンク
１４  硬化剤用タンク
１５  材料供給用プランジャ
１６  射出装置
１７  金型
１８  油圧モータ
１９  射出シリンダ
２０  スクリュ
２１  射出筒
２２  ノズル
２３  シャットオフバルブ
２４  真空引き装置
２５  上プラテン
２６，３２  断熱盤
２７  上熱盤
２８  上型
２９  中型
２９ａ，３０ａ  装着溝
３０  下型
３１  下熱盤
３３  下プラテン
３４，３６  パーティング面
３５，３７  Ｏリング
３８  密閉空間
３９  キャビティ空間
４０  平面プレート状多孔質カーボン材
４０ａ，４０ｂ，５２ａ，５３ａ  溝部
４０ｃ  貫通穴
４１  スプル
４２  ランナ
４３  ゲート
５２，５３，５９，６０  電極
５２ａ，５３ａ  溝部
５４  電解質膜部
５５  電解質膜（イオン交換膜）
５６  電解質膜保護膜
５７，５８  電解質膜保護膜構成部品
５７ａ，５８ａ  積層部
５７ｂ，５８ｂ  挟込み部
６１ａ，６１ｃ，６２ｂ  平面部
６１ｂ，６２ａ  先端部
７１  平面プレート
７２  突起
７３ａ  山部
７３ｂ  裾部
７４  相手材
７５  凹部
７６  スペーサ部
【図１】
0004471046.tif 000002
【図２】
0004471046.tif 000003
【図３】
0004471046.tif 000004
【図４】
0004471046.tif 000005
【図５】
0004471046.tif 000006
【図６】
0004471046.tif 000007
【図７】
0004471046.tif 000008
【図８】
0004471046.tif 000009
【図９】
0004471046.tif 000010
【図１０】
0004471046.tif 000011
【図１１】
0004471046.tif 000012
【図１２】
0004471046.tif 000013
【図１３】
0004471046.tif 000014
【図１４】
0004471046.tif 000015
【図１５】
0004471046.tif 000016
【図１６】
0004471046.tif 000017
【図１７】
0004471046.tif 000018
【図１８】
0004471046.tif 000019
【図１９】
0004471046.tif 000020
【図２０】
0004471046.tif 000021
【図２１】
0004471046.tif 000022