(57)【要約】      （修正有）【課題】弾性部材で形成された燃料電池用フレームガスケットのガスケット自体の剛性を増大させて、インサートなしでガスケット自体でも一定の形状を維持することができる成形方法の提供。【解決手段】燃料電池スタックの密封性維持のために、スタック構成部品の外周部に沿って配置され、弾性のある第１ベース素材と強化繊維１１とが混合された材質で平坦に形成された基底部１０と、基底部１０から突出し、弾性のある第２ベース素材で形成された第１突起部２０と、を含んでなる燃料電池用フレームガスケット、およびその成形方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックの密封のために、分離板、膜電極接合体、またはエンドプレートの外郭部に沿って配置され、所定の幅および高さをもって前記分離板、膜電極接合体、またはエンドプレートの外郭部に沿って延設され、弾性のある第１ベース素材および該第１ベース素材に混合される強化繊維からなる基底部と、
前記基底部の一面の端部から突出して延設され、弾性のある材質からなる第１突起部と、
を含んでなることを特徴とする燃料電池用フレームガスケット。
【請求項２】
前記第１突起部は、前記基底部の一面の端部に前記基底部に沿って延設され、前記基底部と前記第１突起部とは、前記分離板、前記膜電極接合体、または前記エンドプレートの外郭部に沿って延設され、閉ループを形成することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用フレームガスケット。
【請求項３】
前記第１突起部は、弾性のある第２ベース素材を含む材料で形成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用フレームガスケット。
【請求項４】
前記第１ベース素材は、前記第２ベース素材と同じ素材であり、前記基底部と前記第１突起部とは一体に成形されたことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池用フレームガスケット。
【請求項５】
前記第１突起部は、弾性のある第２ベース素材および該第２ベース素材に混合される強化繊維を含む材料で形成され、前記第１突起部内の強化繊維の含量は、前記基底部内の強化繊維の含量より少ないことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用フレームガスケット。
【請求項６】
前記基底部には、前記第１ベース素材の含量を１００ｐｈｒとするとき、前記強化繊維が１０〜３０ｐｈｒとなる割合で混合されたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用フレームガスケット。
【請求項７】
前記第１ベース素材は、ＥＰＤＭ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ  Ｄｉｅｎｅ  Ｍｏｎｏｍｅｒ）ゴム、フッ素ゴム、またはシリコーン系ゴムのうちの少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用フレームガスケット。
【請求項８】
前記第１突起部は、弾性のある第２ベース素材を含む材料で形成され、前記第２ベース素材は、前記第１ベース素材より硬度が低い素材であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用フレームガスケット。
【請求項９】
前記強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維およびアラミド繊維のうちの少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用フレームガスケット。
【請求項１０】
前記第１突起部の幅は、前記強化繊維の繊維長より狭いことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用フレームガスケット。
【請求項１１】
前記第１突起部は、弾性のある第２ベース素材を含む材料で形成され、前記第１突起部の一面の端部に前記第２ベース素材で形成された第２突起部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用フレームガスケット。
【請求項１２】
前記第２突起部の幅は、前記強化繊維の繊維長より狭く、前記第１突起部の幅は、前記強化繊維の繊維長より広いことを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池用フレームガスケット。
【請求項１３】
前記第１突起部は、前記基底部の一面の端部に複数個が隔設され、前記複数の第１突起部は前記基底部の一面でそれぞれ閉ループを形成することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用フレームガスケット。
【請求項１４】
前記複数の第１突起部は、傾きが変化するように前記基底部の一面に延設されることを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池用フレームガスケット。
【請求項１５】
前記複数の第１突起部は、前記基底部の一面の端部に、互いに並んでジグザグ状に延設されるか、或いは互いに交差するように延設されることを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池用フレームガスケット。
【請求項１６】
前記第１突起部は前記基底部の両面それぞれの端部に複数個が隔設され、前記複数の第１突起部は前記基底部の両面それぞれで閉ループを形成することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用フレームガスケット。
【請求項１７】
前記基底部は、燃料電池のアノード分離板とカソード分離板とが対向して形成する冷却面の外郭部に沿って前記アノード分離板と前記カソード分離板との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用フレームガスケット。
【請求項１８】
前記基底部は、前記膜電極接合体の外郭部に沿って前記膜電極接合体の両面それぞれに配置されることにより、両面が前記分離板と前記膜電極接合体とにそれぞれ接触することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用フレームガスケット。
【請求項１９】
前記基底部は、前記燃料電池スタックのエンドセルヒーターの外郭部に沿って配置され、一面が前記エンドセルヒーターに接触し、他面が燃料電池のエンドプレートに接触することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用フレームガスケット。
【請求項２０】
請求項１に記載の燃料電池用フレームガスケットを成形する方法であって、弾性のある第１ベース素材と強化繊維とが混合された素材で基底部を成形する段階と、
前記基底部の上端に弾性のある第２ベース素材を含む材料で第１突起部を成形する段階と、
を含んでなることを特徴とする燃料電池用フレームガスケットの成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用フレームガスケットおよびその成形方法に係り、より詳しくは、インサート（Ｉｎｓｅｒｔ）を使用して補強しなくても、弾性体自体が十分な剛性を有する材質で形成されると共に、密封性と耐久性とが向上した、自立型（Ｓｅｌｆ−Ｓｔａｎｄｉｎｇ）の燃料電池用フレームガスケットおよびその成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用燃料電池としては、高分子電解質膜燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ、ＰＥＭＦＣ）が広く適用されている。自動車用に使用される燃料電池スタックにおいて、反応気体である水素と空気、および冷却水に対する密封性を維持するためには、通常、セルごとにガスケットを使用しなければならない。
【０００３】
燃料電池自動車用スタックに使用されるガスケットは、適正な範囲の硬度、優れた弾性又は非常に低い永久圧縮歪み、優れた機械的物性、優れた耐酸性及び耐加水分解性、水素、空気、冷却水に対する低拡散性、触媒毒となる可能性のある不純物の含量が低いこと、優れた耐熱性、高い電気絶縁性、優れた生産性、低コストなどの多様な要求を同時に満足させなければならない。
【０００４】
一般に、前述したような要求を全体的に満足させ且つ燃料電池スタック用ガスケットとして多用される高分子弾性体は、フッ素系弾性体、シリコーン系弾性体、および炭化水素系弾性体を挙げることができる。
【０００５】
フッ素系弾性体は、ＦＫＭ、ＦＦＫＭに分類され、現在、自動車／建設／石油化学産業などの様々な用途に広く使用されている。特に、フッ素系弾性体は、弾性、耐酸性、耐熱性などに優れ、燃料電池自動車の過酷な運転条件下で長時間使用可能なことが予測され、スタック用ガスケットとして大きな関心を集めてきた。しかし、通常、射出成形性及び耐寒性に劣り、価格が高いという欠点がある。
【０００６】
シリコーン系弾性体は、ポリジメチルシロキサンなどの一般シリコーン弾性体と、フッ素化シリコーンなどの改質シリコーンと、に大きく分類される。シリコーン系弾性体は、精密射出成形のために固相よりも液相のシリコーンゴムがより多く使用されるため、優れた射出成形性を実現することができるが、燃料電池の運転条件下でシリコーンに含まれる不純物が溶け出して白金触媒を被毒する可能性があるという欠点がある。
【０００７】
また、炭化水素系弾性体は、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、イソブチレン−イソプレンゴム（ＩＩＲ）などの弾性体が多用されてきた。炭化水素系弾性体は、一般的に耐寒性に優れるうえ、価格が低いという利点があるものの、１００℃以上の高温での物性低下が著しくて長期使用が困難であるという欠点がある。
【０００８】
また、従来技術では、剛性が不十分な燃料電池用ガスケットを支持するために、インサート（Ｉｎｓｅｒｔ）としての金属分離板、気体拡散層、膜電極接合体、または樹脂フレームなどと一体化したり、高分子フィルム部材をガスケットの一面に積層・接合したりする。このような従来技術は、数百個のセルが積層されてなるスタックにおいて、各セルに適用するためのガスケット−インサート一体化工程や、付加的なフィルム部材の使用およびフィルム−ガスケット接合工程の必要性、一体化工程での不良（分離板の変形および表面汚染など）、および一体化後の品質検査費用などが、原価上昇の原因となり、スタックの生産性を低下させるという問題がある。
【０００９】
前述の背景技術として説明された事項は、本発明の背景に対する理解増進のためのものに過ぎず、当該技術分野における通常の知識を有する者に公知の従来の技術に該当することを認めるものと受け入れられてはならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】韓国公開特許２００９−０００６９７３号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１５／０３４９３５５号明細書
【特許文献３】特開２０１３−１７５３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上述したような問題を解決するためのものであって、その目的は、弾性部材で形成されたガスケット自体の剛性を増大させて、インサートなしでガスケット自体でも一定の形状を維持することができるようにすることで、ガスケット射出成形の際に金型内に別のインサートを挿入するという無駄な工程を削除することができるうえに、燃料電池の密封性、耐久性、生産性、および商品性などを向上させることができる、燃料電池用フレームガスケット、およびその成形方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池用フレームガスケットは、燃料電池スタックの密封のために、分離板、膜電極接合体、またはエンドプレートの外郭部を沿って配置され、所定の幅および高さをもって前記分離板、膜電極接合体、またはエンドプレートの外郭部に沿って延設され、弾性のある第１ベース素材および該第１ベース素材に混合される強化繊維からなる基底部と、前記基底部の一面の端部から突出して延設され、弾性のある材質からなる第１突起部と、を含んでなることを特徴とする。
【００１３】
前記第１突起部は、前記基底部の一面の端部に基底部に沿って延設され、前記基底部と前記第１突起部は、前記分離板、前記膜電極接合体、または前記エンドプレートの外郭部に沿って延設され、閉ループを形成してもよい。
前記第１突起部は、弾性のある第２ベース素材を含む材料で形成されてもよい。
前記第１ベース素材は前記第２ベース素材と同じ素材であり、前記基底部と前記第１突起部とは一体に成形されてもよい。
【００１４】
前記第１突起部は、弾性のある第２ベース素材および該第２ベース素材に混合される強化繊維を含む材料で形成され、前記第１突起部内の強化繊維の含量は、前記基底部内の強化繊維の含量より少なくてもよい。
前記基底部には、前記第１ベース素材の含量を１００ｐｈｒ（Ｐａｒｔｓ  ｐｅｒ  Ｈｕｎｄｒｅｄ  Ｒｕｂｂｅｒ）とするとき、前記強化繊維が１０〜３０ｐｈｒとなる割合で混合されてもよい。
【００１５】
前記第１ベース素材は、ＥＰＤＭ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ  Ｄｉｅｎｅ  Ｍｏｎｏｍｅｒ）ゴム、フッ素ゴムまたはシリコーン系ゴムのうちの少なくとも１種を含むことができる。
前記第１突起部は弾性のある第２ベース素材を含む材料で形成され、前記第２ベース素材は前記第１ベース素材より硬度が低い素材であってもよい。
前記強化繊維は炭素繊維、ガラス繊維およびアラミド繊維のうちの少なくとも１種を含んでもよい。
【００１６】
前記第１突起部の幅は前記強化繊維の繊維長より狭くてもよい。
前記第１突起部は弾性のある第２ベース素材を含む材料で形成され、前記第１突起部の一面の端部に前記第２ベース素材で形成された第２突起部をさらに含んでもよい。
前記第２突起部の幅は前記強化繊維の繊維長より狭く、前記第１突起部の幅は前記強化繊維の繊維長より広くてもよい。
【００１７】
前記第１突起部は、前記基底部の一面の端部に複数個が隔設され、前記複数の第１突起部は前記基底部の上面でそれぞれ閉ループを形成してもよい。
前記複数の第１突起部は、傾きが変化するように前記基底部の一面に延設されてもよい。
前記複数の第１突起部は、前記基底部の一面の端部に、互いに並んでジグザグ状に延設されるか、或いは互いに交差するように延設されてもよい。
【００１８】
前記第１突起部は前記基底部の両面それぞれの端部に複数個が隔設され、前記複数の第１突起部は前記基底部の両面それぞれで閉ループを形成してもよい。
前記基底部は、燃料電池のアノード分離板とカソード分離板とが対向して形成する冷却面の外郭部に沿って前記アノード分離板と前記カソード分離板との間に配置されてもよい。
【００１９】
前記基底部は、前記膜電極接合体の外郭部に沿って前記膜電極接合体の両面それぞれに配置されることにより、両面が前記分離板と前記膜電極接合体にそれぞれ接触してもよい。
前記基底部は、前記燃料電池スタックのエンドセルヒーターの外郭部に沿って配置され、一面が前記エンドセルヒーターに接触し、他面が燃料電池のエンドプレートに接触してもよい。
【００２０】
本発明の燃料電池用フレームガスケットを成形する方法は、弾性のある第１ベース素材と強化繊維とが混合された素材で基底部を成形する段階と、前記基底部の上端に弾性のある第２ベース素材を含む材料で第１突起部を成形する段階とを含んでなる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る燃料電池用フレームガスケットの特徴を説明すると、次のとおりである。第一に、本発明は、金型内インサート（分離板／気体拡散層／膜電極接合体／樹脂フレームなど）なしに弾性体の成形が可能であり、強化繊維による補強によって弾性体の平坦な基底部の機械的強度および剛性を補強してガスケット自体の形状維持能力を向上させることができる。
第二に、本発明は、インサート部材、ガスケット、およびインサートとの一体化工程、一体化成形品の後処理工程、およびインサート洗浄工程などの無駄な工程の取り除くことができ、加工費のコスト削減効果がある。
【００２２】
第三に、インサートとの一体化工程が不要であるので、ガスケット成形の際に分離板の変形や表面汚染を根本的に防止することができ、成形不良率の低下および素材使用量の低減により、材料費面のコスト削減効果がある。
【００２３】
第四に、従来技術では、剛性の不十分なガスケットとインサートとを一体化する工程において、ガスケットの形状を維持し、所望の位置に配置するために、インサートの表面に接着剤を塗布しなければならなかったが、本発明は、このような高価な接着剤を必要とせず、接着剤塗布工程も必要としないので、材料費面と工程面におけるコスト削減効果がある。
【００２４】
第五に、平坦で剛性の高い弾性体の基底部を介してガスケット構造安定性を向上させ、前記基底部に設けられた突起部を介して燃料電池内の他の部品との公差を吸収することができるうえ、燃料電池の密封性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池用フレームガスケットの断面を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る燃料電池用フレームガスケットの断面を示す概略図である。
【図３】本発明の実施形態に係る燃料電池用フレームガスケットの断面を示す概略図である。
【図４】本発明の実施形態に係る燃料電池用フレームガスケットの断面を示す概略図である。
【図５】本発明の実施形態に係る燃料電池用フレームガスケットの破断面を示すＳＥＭ画像である。
【図６】本発明の実施形態に係る燃料電池用フレームガスケットの平面を示す概略図である。
【図７】本発明の実施形態に係る燃料電池用フレームガスケットの平面を示す概略図である。
【図８】本発明の実施形態に係る燃料電池用フレームガスケットの平面を示す概略図である。
【図９】本発明の実施形態に係る燃料電池用フレームガスケットの強化繊維含量別の剛性増大効果を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施形態に係る燃料電池用フレームガスケットの補強繊維別の体積抵抗変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明する。ここで、本発明は、様々な異なる形態で実現でき、これらの実施形態に限定されない。また、図面で示された各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜のために任意に示したので、本発明は、必ずしも図示に限定されない。
【００２７】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池用フレームガスケットの断面を示す概略図である。  図１に示すように、本発明に係る燃料電池用フレームガスケットは、燃料電池を密封にするために分離板、膜電極接合体、またはエンドプレートの外郭部に沿って配置され、弾性のある第１ベース素材および強化繊維を混合した材質で平坦に形成された基底部１０と、弾性のある素材で形成され前記基底部１０から突設された第１突起部２０と、を含んでなる
【００２８】
本発明は、燃料電池部品の密封を保つフレームガスケットに関する発明であるから、ガスケットを構成する基底部１０および突起部は、基本的には弾性のある素材からなる。ガスケットに活用される弾性素材は、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、シリコーンゴム（ＶＭＱ）、イソプレンゴム（ＩＲ）などの様々な素材が挙げられるが、本発明では、好適な実施形態として、図５に示すＥＰＤＭゴムに炭素繊維を混合したものを提示している。これはＥＰＤＭゴムの価格が他の弾性素材に比べて安く、耐寒性に優れるだけでなく、耐化学性にも優れという特徴を有するためである。
【００２９】
一方、本発明に係る基底部１０を構成する弾性素材としては、第１ベース素材を、突起部を構成する弾性素材としては、第２ベース素材を、それぞれ挙げているが、製作の便宜のために、基底部１０と突起部とは同じ弾性素材で形成することもできる。同じ材質で形成する場合には、一度に成形することが可能であり、二度に分けて成形しても材料的な結合性を高くすることができる。
【００３０】
ちなみに、第１ベース素材と第２ベース素材とが同じであり且つ一度に成形したとしても、強化繊維が基底部１０を構成する第１ベース素材にのみ混合されるか、或いは他の部分より多く配合される構造を持っているので、本発明において目的とする自立型燃料電池用フレームガスケットを形成することが十分に可能である。
【００３１】
一方、第１ベース素材と第２ベース素材との種類をそれぞれ異ならせて適用する場合には、第１突起部２０または後述の第２突起部３０を構成する第２ベース素材として、第１ベース素材よりも硬度の低い素材を使用することが好ましい。なぜなら、基底部１０は、ガスケットの構造安定性を向上させるために補強される強化繊維のために硬度が高くなって圧着がうまくいかないのに対し、第１突起部２０及び第２突起部３０は、図１〜図４に示すように平坦な面を有しないので、スタック構成部品と接触して密封性を維持するために第１突起部２０および第２突起部３０を硬度の低い素材で形成することによって、セル締結の際に圧着に必要な力（締結荷重）を最小限に抑えることができるからである。
【００３２】
したがって、本発明では、第２ベース素材の硬度を第１ベース素材の硬度より低くして、燃料電池用フレームガスケットの密封性が十分に維持されるようにしているのである。
それだけでなく、他のスタック構成部品、例えば気体拡散層や膜電極接合体などと一体に締結する際に発生する公差を、硬度の低い第１突起部２０または第２突起部３０が吸収することができるようにすることにより、燃料電池を構成する各セルの電気化学的性能の均一性が向上する。
【００３３】
従来法では、第１ベース素材の硬度を第２ベース素材の硬度より高くしても、基本的には弾性を有するので、、第１ベース素材だけでは、がある程度のガスケットの反り現象が発生してしまうため、ガスケット成形の際に金型内へのインサート挿入が必要となった。一方、本発明では、ガスケット基底部１０を、第１ベース素材のみで形成するのではなく、強化繊維を混合して形成することで基底部１０の剛性を強化し、これによって上述した問題を解決しようとする。
【００３４】
前記第１ベース素材に混合できる強化繊維として多くの種類の強化繊維を例示できるが、本発明では、ガスケット基底部１０の自体的剛性を強化するのに適した強化繊維として炭素繊維、ガラス繊維、およびアラミド繊維を提示する。但し、前述した好適な一実施形態の第１ベース素材は、炭化水素系のＥＰＤＭゴム素材で形成されるので、前記強化繊維の中でも、炭素を主成分とする炭素繊維を利用すると、基底部１０のＥＰＤＭ素材と炭素繊維とは同じ炭素系の素材であるから、混合する際に炭素繊維の表面処理工程を行なわなくても容易に混合することができるので、コストおよび製造工程の面では最も望ましい。
【００３５】
図１に示すように、本発明に係る燃料電池用フレームガスケットの場合、前記強化繊維のいずれを用る場合でも、前記第１突起部２０の幅は、強化繊維Ａ１１の繊維長よりも狭くする。その理由は、本発明に係る燃料電池用フレームガスケットは、基本的には金型内で第１ベース素材と強化繊維とが混合された材料を射出または圧縮成形により成形して製作されるが、強化繊維Ａ１１の長さが第１突起部２０の幅よりも狭くなると、金型による成形の際に強化繊維の一定部分がベース素材の流れに合わせて配向され、設計者の意図とは関係なく第１ベース素材と強化繊維Ａ１１とが混合された材質が、第１突起部２０に過度に流入するおそれがあるから、このような点を防止するために、第１突起部２０の幅を強化繊維Ａ１１の繊維長よりも狭くしているのである。
【００３６】
強化繊維Ａ１１の長さは繊維の種類ごとに様々に異なるが、本発明の代表的な例として、前述したガラス繊維は４ｍｍの長さを有し、アラミド繊維は５ｍｍの長さを有し、炭素繊維は３または６ｍｍの長さを有するので、第１突起の幅は、用いる強化繊維を変えることによって変更可能である。
図２は、本発明の実施形態に係る燃料電池用フレームガスケットの断面を示す概略図である。  図２に示す例は、基本的に図１と同様の構成であるものの、図１とは異なり、前記第１突起部２０を基底部１０の両面に対向配置しており、これにより燃料電池の密封性を図１の密封性より向上させることができる。
【００３７】
図３は、本発明の実施形態に係る燃料電池用フレームガスケットの断面を示す概略図である。
図３に示す例は、基本的に図１と同様の構成に加え、図１とは異なり前記第１突起部２０上にさらに前記第２ベース素材からなる第２突起部３０を有している。すなわち、図３に示す例は、突起部を第１突起部２０と第２突起部３０にして２段階で構成している。ここで、第２突起部３０の幅は前記強化繊維Ｂ２１の繊維長よりも狭く、前記第１突起部２０の幅は前記強化繊維Ｂ２１の繊維長よりも広く構成することができる。
【００３８】
したがって、図３の場合には、第１突起部２０まで強化繊維Ｂ２１が浸透するので、ガスケットの剛性を向上させることができる。一方、基底部１０と同じ剛性を有する第１突出部を有しており、同等以上の密封性能を維持するためには第２突起部３０をさらに備えなければならない。
【００３９】
図４は、本発明の実施形態に係る燃料電池用フレームガスケットの断面を示す概略図である。  また、図４に示すような形状に形成することも可能であるが、これは基底部１０と第１突起部２０との間に凹部４０を形成することにより、強化繊維Ａ１１の第１突起部２０への浸透をより効果的に防止することができる。図４には、凹部４０の幅が第１突起部２０の幅よりも狭く且つ強化繊維Ａ１１の長さよりも広いことが示されている。これにより、強化繊維Ａ１１が第１突起部２０に過剰浸透するのを防止することができる。
【００４０】
燃料電池用フレームガスケットに使用される強化繊維の種類および各セル構成部品との接触方法に応じて、図１の構造でガスケットを成形するか、図２乃至図４の構造でガスケットを成形するかは設計者が適宜選択しなければならない。
図１乃至図４の構造のいずれを選択しても、第１突起部２０は基底部１０の上に複数個設けることが可能である。
【００４１】
図６〜８は、本発明の実施形態に係る燃料電池用フレームガスケットの平面を示す概略図である。具体的には、図６に示すように、複数の第１突起部２０は、前記所定の基準間隔で離隔して前記基底部１０の一面に配置されて閉ループを形成することができる。もちろん、全体的な密封のために、第１突起部２０は、基底部１０全体に沿って閉ループ状に延設されることが好ましい。
【００４２】
ところが、場合によっては、第１突起部２０は、基底部１０の中でも、マニホールドにのみ位置する基底部１０の部分に沿って延設され、マニホールドのみを囲む閉ループの形状も実現可能である。本発明によれば、このような複数の突起部によって燃料電池の密封性能をさらに向上させることができる。
【００４３】
また、図７に示すように、本発明による場合は、それだけでなく前記複数の第１突起部２０は、一列に配置されず一定の角度をもってジグザグ状に延設されてもよい。
さらに、図８に示すように、互いに交差するように配置されて閉ループを形成してもよい。例えば、第１突起部２０がジグザグ状に傾きを持ち、その傾きが変化するように閉ループを構成することができる。
【００４４】
このように第１突起部２０を互いに交差するように構成する理由は、このように構成した場合には、第１突起部２０が一列に配置された構成に比べてガスケット成形の際に第１ベース素材と強化繊維Ａ１１とが混合された材質の流動方向に対する抵抗が大きくなるので、第１ベース素材と強化繊維Ａ１１とが混合された材質の第１突起部２０への浸透確率が減少するからである。
【００４５】
図９は、本発明の実施形態に係る燃料電池用フレームガスケットの強化繊維含量別の剛性増大効果を示すグラフである。
図９のグラフから確認することができるように、基底部１０と第１突起部２０とを一度に成形しても、基底部１０における強化繊維Ａ１１の含有量をより高くなるようにすることができる。このような構造に製作された燃料電池用ガスケットは、従来技術ガスケットに比べて、剛性が著しく強化される。
【００４６】
図９は、ガスケット基底部１０の第１ベース素材はＥＰＤＭゴムで構成し、強化繊維は炭素繊維を付加した場合の引張強度による延伸率を示すグラフであるが、炭素繊維が混合されていない場合に比べて、炭素繊維を１０〜３０ｐｈｒ混合することにより、燃料電池フレームガスケットの剛性が強化されることを確認することができる。
一方、炭素繊維の含量が４０ｐｈｒ以上ではむしろＥＰＤＭゴムとの混合性が悪くなって成形作業性が低下する。したがって、炭素繊維のＥＰＤＭゴムとの混合性、剛性補強、製品原価および後述の絶縁抵抗の面で、炭素繊維の含量を１０〜３０ｐｈｒにすることが好ましい。
【００４７】
図１０は、本発明の実施形態に係る燃料電池用フレームガスケットの補強繊維別の体積抵抗変化を示すグラフである。（図１０のグラフにおける従来技術と記載された部分は、本出願人が従来製作した燃料電池用ガスケットの体積抵抗を意味し、これは公知の技術ではない。）。
【００４８】
他の装置に使用されるガスケットとは異なり、燃料電池に使用するガスケットは、電気が発生して流れる膜電極接合体および分離板などと直接接触するので、電気絶縁性が非常に重要な要素である。よって、ガスケット製作の際に電気絶縁性と関連のある体積抵抗値の大きさが重要である。
図１０のグラフに示すように、従来技術に比べ、ＥＰＤＭにアラミド繊維またはガラス繊維を混合した場合には体積抵抗が大幅には減少しないため、前記強化繊維を混合してもガスケットの電気絶縁性に大きな問題がないことを確認することができた。
【００４９】
これに対し、炭素繊維を混合した場合は、本出願人が従来使用していた燃料電池用ガスケットとは異なり、体積抵抗が減少することを確認することができた。ここで、補強含量３０ｐｈｒまでは、体積抵抗の値が１×１０９［Ω・ｃｍ］以上であるので、電気絶縁の面では何の問題もない。むしろ前述したようにＥＰＤＭとの混合性（相溶性）が良い炭素繊維を使用すると、製作工程の面で有利であるので、体積抵抗がある程度減少するとしても、ＥＰＤＭに炭素繊維を混合することが好ましいと判断される。
【００５０】
また、本発明に係る燃料電池用フレームガスケットの基底部は、分離板、膜電極接合体、またはエンドプレートの縁部に沿って配置される。より具体的には、前記基底部は、アノード分離板とカソード分離板とが対向して形成する冷却面の縁部に沿って配置されてもよく、或いは、膜電極接合体の両面の縁部に沿って配置され、一面が分離板に接触し且つ他面が膜電極接合体に接触してもよく、或いは、スタックを構成するエンドセルヒーターの縁部に沿って配置され、一面がエンドセルヒーターに接触し且つ他面がエンドプレートに接触してもよい。
【００５１】
また、本発明に係る燃料電池用フレームガスケットを成形する方法として、本発明の構造による燃料電池用フレームガスケット金型を用いて一度に基底部１０と、第１突起部２０または第２突起部３０と、を射出または圧縮成形することもできる。ところが、この場合、本発明で提示している第１突起部２０の幅の調節または第１突起部２０の配置を利用しても、一部の強化繊維（強化繊維Ａ１１または強化繊維Ｂ２１）が第１突起部２０または第２突起部３０に浸透する可能性がなくはない。このように強化繊維が浸透した場合には、燃料電池の密封性が低下するおそれがある。
【００５２】
したがって、本発明では、このような問題点を解決するために、二重に射出または圧縮成形する方法を提示している。具体的には、弾性のある第１ベース素材と強化繊維とが混合された材質で基底部１０を一次的に成形する段階を先ず行い、弾性のある第２ベース素材で基底部１０に第１突起部２０を二次的に成形する段階を行うことにより、この問題を解決できる。
【００５３】
このように成形された燃料電池用フレームガスケットは、基底部１０と第１突起部２０が互いに異なる成形過程によって成形されるので、前述したように、突起部をジグザグ状のように複雑な構造で配置する必要がなくなり、突起部と基底部１０との素材および硬度を簡単に異ならせることができるので、本発明で達成しようとする目的をより容易に達成することができる。
【００５４】
本発明は、特定の実施形態に関連して図示および説明したが、以下の特許請求の範囲によって提供される本発明の技術的思想を逸脱しない範疇内において、本発明に多様な改良および変更を加え得るのは、当業界における通常の知識を有する者にとって自明であろう。
【符号の説明】
【００５５】
１０      基底部
１１      強化繊維Ａ
２０      第１突起部
２１      強化繊維Ｂ
３０      第２突起部
４０      凹部
【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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【図９】
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【図１０】
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