JP4193059B2

JP4193059B2 - 燃料電池用構成部品

Info

Publication number: JP4193059B2
Application number: JP2004142983A
Authority: JP
Inventors: 達也岡部
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2004-05-13
Filing date: 2004-05-13
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2024-05-13
Also published as: JP2005327514A

Description

本発明は、燃料電池の構成要素をなす燃料電池用構成部品に係り、更に詳しくは、ＭＥＡに対してガスケットを一体成形してなる燃料電池用構成部品に関するものである。

燃料電池スタック内の各セルのガス流路用ガスケットとしては、ゴム等の弾性体よりなるガスケットをセパレータ上に一体成形する構造が最も一般的である。また、ＭＥＡの一部をなす多孔質材よりなるＧＤＬ上にガスケットのリップを形成するとともにＧＤＬのリップ形成部に液状ゴムを含浸させることによりＧＤＬ単独でのシール性を確保することでセパレータへのシール成形を無くし、セル構造の簡素化を図る技術も開発されている（特許文献１参照）。

しかしながら、上記従来技術の場合、ＭＥＡのイオン交換膜両側のＧＤＬへそれぞれ含浸／リップ形成を行なう必要があることから、ガスケットの成形が２回必要である、あるいは、成形を１回で済まそうとするとＭＥＡにスルーホールを開けなければならない等の不都合がある。また、含浸状態によるリークが懸念されるとともに、ＭＥＡ圧縮時に、ＧＤＬの含浸部反力による過大な締め付け力を必要とする不都合もある。

特開２００４−９５５６５号公報

本発明は以上の点に鑑みて、ＭＥＡに対してガスケットを一体成形してなる燃料電池用構成部品において、ガスケットの成形を１回で済ませることができ、ＭＥＡにスルーホールを形成する必要がなく、ＭＥＡ圧縮時の締め付け力も小さくて良い燃料電池用構成部品を提供することを目的とする。

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、ＭＥＡに対してガスケットを一体成形してなる燃料電池用構成部品において、一対のセパレータ間に配置されてセル組立時に圧縮されるＭＥＡと、前記ＭＥＡの外周縁部にガスケット成形材料であるゴムの一部を含浸させることにより形成されたゴム含浸部と、前記ゴム含浸部の外周側に一体成形された前記ゴムよりなる平ガスケット部と、前記平ガスケット部の平面上に一体成形されたリップと、前記平ガスケット部の平面上であって前記リップの内外周にそれぞれ形成された前記リップ圧縮時の逃げのための凹部とを有し、前記ゴム含浸部および平ガスケット部の厚さをセル組立時における前記ＭＥＡの厚さと同じに設定したことを特徴とするものである。

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、ＭＥＡの外周縁部にゴム含浸部が形成されるとともにその外周側に平ガスケット部が形成され、平ガスケット部上にリップおよび凹部が形成される構造であることから、ＭＥＡの平面両側ではなく、ＭＥＡの外周部にガスケットが纏めて一体成形されることになる。また、ゴム含浸部および平ガスケット部の厚さがセル組立時におけるＭＥＡの厚さと同じに設定される構造であることから、セル組立時、ＭＥＡとガスケットのリップは圧縮されるが、ゴム含浸部および平ガスケット部は圧縮されないことになる。

本発明は、以下の効果を奏する。

すなわち、上記したように本発明では、ＭＥＡの外周部にガスケットが纏めて一体成形されることから、ガスケットの成形を１回で済ませることができ、ＭＥＡにスルーホールを形成する必要がない。また、セル組立時、ＭＥＡとガスケットのリップは圧縮されるが、ゴム含浸部および平ガスケット部は圧縮されないことから、これらが全部圧縮される場合と比較して、ＭＥＡ圧縮時の締め付け力を小さくすることができる。したがって、これらのことから所期の目的どおり、ＭＥＡに対してガスケットを一体成形してなる燃料電池用構成部品において、ガスケットの成形を１回で済ませることができ、ＭＥＡにスルーホールを形成する必要がなく、ＭＥＡ圧縮時の締め付け力も小さくて良い燃料電池用構成部品を提供することができる。

また、セルの組立時にＭＥＡおよびリップを圧縮してゆくとこのＭＥＡおよびリップによる反力が発生するが、ＭＥＡの厚さが圧縮予定値に達するとゴム含浸部および平ガスケット部が圧縮され始めることから、このゴム含浸部および平ガスケット部による反力がＭＥＡおよびリップによる反力に加わることになり、反力の大きさが一気に増大する。したがって、この現象をセル組立時の定寸法管理に利用することが可能となり、すなわち反力が一気に増大する時点をもって圧縮を停止することにより、セル組立時の寸法管理を容易に行なうことができる。

尚、本件出願には、以下の実施形態が含まれる。

（１）ＭＥＡ周部全周部にＭＥＡ圧縮時と同厚さの含浸部を形成するとともに、その外側に平ガスケットを形成、更に平ガスケット上にリップおよびリップ両側にリップ圧縮時の逃げのためのエグリを持つ構成とする。更にまた、ＭＥＡ含浸部および平ガスケットの厚さをセル組立時のＭＥＡと同厚さとする。
（２）ＭＥＡ周部全周２ｍｍ程度にＭＥＡ圧縮時と同厚さの含浸部分を形成、その外側に平ガスケットを形成する。更に平ガスケット上にリップおよびリップ両側にリップ圧縮時の逃げのためのエグリを持つ構成のガスケットを形成する。更に、ＭＥＡ含浸部および平ガスケット部厚さをセル組立時のＭＥＡ厚さと同寸法にすることにより、セル組立時の定寸法管理を容易に行なえることを特徴とする。
（３）上記（１）または（２）の構成によれば、セル組立時にリップ部分のみ圧縮するため、低締め付け力で組み付けが可能であるとともに、含浸部およびゴム平ガスケット部の厚さがセル組立時のＭＥＡ圧縮厚さと同厚さのため、定寸法管理が容易に行なえる。すなわち、セル組立時にＭＥＡを圧縮する際、ゴム含浸部およびゴム平ガスケット部を圧縮することなくリップ部分のみ圧縮するために、低締め付け力で圧縮が可能となる。更に、含浸部および平ガスケット部の厚さが圧縮時ＭＥＡの厚さと同厚さであるため、セル組立時のセル厚さを定寸法で管理する場合に、リップ部反力と平ガスケット反力の差により、組立時の寸法管理が容易に行なえる。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の実施例に係る燃料電池用構成部品（ＭＥＡ一体ガスケットとも称する）１の要部断面図を示しており、同図（Ａ）はセル組立前の状態、同図（Ｂ）はセル組立時（すなわちセル組立後）の状態をそれぞれ示している。

図示するように、当該実施例に係る燃料電池用構成部品１は、ＭＥＡ（膜電極複合体）２に対してガスケット３を一体成形してなる燃料電池用構成部品１であって、一対のセパレータ４，４間に配置されてセル組立時に圧縮されるＭＥＡ２を有しており、このＭＥＡ２の外周縁部に、ガスケット成形材料であるゴムの一部を含浸させることによりゴム含浸部５が形成されている。また、このゴム含浸部５の外周側に、前記ゴムよりなる平ガスケット部６が一体成形されており、この平ガスケット部６の平面上に、セパレータ４に密接してシール機能を奏するためのリップ７と、リップ７圧縮時にこのリップ７を逃がすための凹部８とが形成されている。

ＭＥＡ２は、例えば、イオン交換膜の上下両面にそれぞれ電極層を介してＧＤＬ（ガス拡散層）を配置したものであって、ＧＤＬがカーボン繊維等の多孔質材によって成形されていることから、その内部へゴムを含浸させることが可能とされており、かつセル組立時にその厚さをｄ_１（図１（Ａ））からｄ_２（図１（Ｂ））へと減じるように圧縮されることが可能とされている。セル組立前におけるＭＥＡ２の厚さｄ_１は例えば１ｍｍ程度であり、セル組立時におけるＭＥＡ２の厚さｄ_２は例えば０．６〜０．７ｍｍ程度である。

このように圧縮されて厚さが変化するＭＥＡ２に対して、ゴム含浸部５および平ガスケット部６はその厚さｄ_３を成形の当初から、セル組立時におけるＭＥＡ２の厚さｄ_２と同じに設定されており（ｄ_３＝ｄ_２）、このように寸法設定された平ガスケット部６の上下両面にそれぞれリップ７が一体成形されており、リップ７の内外周にそれぞれ凹部８が形成されている。リップ７の高さｈは例えば０．３ｍｍ程度とされている。また、ゴム含浸部５の幅ｗ_１は例えば１〜３ｍｍ程度とされており、平ガスケット部６（すなわちガスケット３）の幅ｗ_２は例えば３ｍｍ程度とされている。

上記構成の燃料電池用構成部品１を製造するに際しては、図２に示すような成形型１０の内部にＭＥＡ２をインサートし、この状態でガスケット成形材料であるゴムを注入してガスケット３を成形する。一部のゴムはＭＥＡ２の外周部に含浸してゴム含浸部５を形成する。尚、図示するように成形型１０のパーティング部１１には、ＭＥＡ２をインサートするための空間１２やガスケット３を成形するための空間１３のほかに、含浸を止めるための突起状を呈するＭＥＡ圧縮部１４を設けるのが好ましい。

上記構成の燃料電池用構成部品１においては、上記したようにＭＥＡ２の外周縁部にゴム含浸部５が形成されるとともに更にその外周側に平ガスケット部６が形成され、平ガスケット部６の平面上にリップ７および凹部８が形成される構造であることから、図１（Ａ）に示したように、ＭＥＡ２の平面両側ではなく、ＭＥＡ２の外周部にガスケット３が纏めて一体成形される。したがって、図示したような成形型１０を用いてガスケット３の成形を１回で済ませることができ、ＭＥＡ２にスルーホール等の材料連通部を形成する必要もない。

また、ゴム含浸部５および平ガスケット部６の厚さｄ_３がセル組立時におけるＭＥＡ２の厚さｄ_２と同じに設定される構造であることから、図１（Ｂ）に示したように、セル組立時、ＭＥＡ２とガスケット３のリップ７は圧縮されるが、ゴム含浸部５および平ガスケット部６は圧縮されないことになる。したがって、これら全てが同時に圧縮される場合と比較して、ＭＥＡ２圧縮時の締め付け力を小さくすることができる。

したがって、これらのことから所期の目的どおり、ＭＥＡ２に対してガスケット３を一体成形してなる燃料電池用構成部品１において、ガスケット３の成形を１回で済ませることができ、ＭＥＡ２にスルーホー等を形成する必要がなく、ＭＥＡ２圧縮時の締め付け力も小さくて良い燃料電池用構成部品１を提供することができる。

また、先に詳述したように、圧縮時の反力が一気に増大する現象を利用してセル組立時の寸法管理を容易に行なうこともできる。

本発明の実施例に係る燃料電池用構成部品の要部断面図であって、同図（Ａ）はセル組立前の状態を示す要部断面図、同図（Ｂ）はセル組立時の状態を示す要部断面図同燃料電池用構成部品の製造方法を示す説明図

符号の説明

１燃料電池用構成部品
２ＭＥＡ
３ガスケット
４セパレータ
５ゴム含浸部
６平ガスケット部
７リップ
８凹部
１０成形型
１１パーティング部
１２，１３空間
１４ＭＥＡ圧縮部

Claims

ＭＥＡ（２）に対してガスケット（３）を一体成形してなる燃料電池用構成部品（１）において、
一対のセパレータ（４）間に配置されてセル組立時に圧縮されるＭＥＡ（２）と、前記ＭＥＡ（２）の外周縁部にガスケット成形材料であるゴムの一部を含浸させることにより形成されたゴム含浸部（５）と、前記ゴム含浸部（５）の外周側に一体成形された前記ゴムよりなる平ガスケット部（６）と、前記平ガスケット部（６）の平面上に一体成形されたリップ（７）と、前記平ガスケット部（６）の平面上であって前記リップ（７）の内外周にそれぞれ形成された前記リップ（７）圧縮時の逃げのための凹部（８）とを有し、
前記ゴム含浸部（５）および平ガスケット部（６）の厚さ（ｄ_３）をセル組立時における前記ＭＥＡ（２）の厚さ（ｄ_２）と同じに設定したことを特徴とする燃料電池用構成部品。