JP6573772B2

JP6573772B2 - 密封装置

Info

Publication number: JP6573772B2
Application number: JP2015071776A
Authority: JP
Inventors: 隆之堀本
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2019-09-11
Anticipated expiration: 2035-03-31
Also published as: JP2016191425A

Description

本発明は、シール技術に係る密封装置に関する。本発明の密封装置は例えば、燃料電池用ガスケットとして用いられる。

従来から図５（Ａ）に示すように、互いに対向する２部材１１，２１のうちの一方の部材１１の対向面１２に設けた装着溝１３にガスケット３１を装着し、このガスケット３１を他方の部材２１の対向面２２に密接させることにより２部材１１，２１間をシールする密封装置１が知られている。装着溝１３は断面長方形状に形成されている。

ところで昨今、燃料電池の分野では、燃料電池スタックの反応面の平面積を大きく確保するため、ガスケット３１を装着する装着溝１３の溝幅寸法ｗ_１が縮小化される傾向にある。一方、燃料電池の作動に係る発電時からその後の放置時へかけての温度変化に伴ってシール組み付け部のクリアランスｃの変化が大きい場合には、図５（Ｂ）に示すようにガスケット３１の断面形状を縦長形状とする必要がある。したがって溝幅寸法ｗ_１の小さな装着溝１３に縦長形状のガスケット３１を装着することから、ガスケット３１はその幅寸法ｗ_２が随分と小さなものとなる。

しかしながらこのような縦長形状のガスケット３１には、ゴム硬度が低い場合にガスケット３１が装着溝１３内で倒れやすいと云う不都合があり、反対にゴム硬度が高い場合にはガスケット３１の反発力が大きくなり過ぎることがある。

また、ガスケット３１が装着溝１３内で倒れるのを抑制するため、図６に示すようにガスケット３１の側面に倒れ防止用の突起４１を設け、この突起４１を装着溝１３の溝側面部１３ｃに接触する技術が開発されている（特許文献１参照）。

特開２００２−３４０１９０号公報（図４）

しかしながらこの図６の技術によると、ガスケット３１の側面に突起４１を一体に設けるため、ガスケット３１を成形するゴム金型のキャビティ内面に突起４１を成形するための凹部形状を設けなければならない。したがってゴム金型のキャビティ形状が複雑になる不都合がある。

本発明は以上の点に鑑みて、ガスケットの断面形状を縦長形状としなくてもシール組み付け部のクリアランスの変化に対応することができ、また、ガスケットの側面に倒れ防止用の突起を設けなくてもガスケットが装着溝内で倒れることがない密封装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために以下の手段を採用した。
本発明の密封装置は、互いに対向する２部材のうちの一方の部材に設けた装着溝に装着されるガスケットが他方の部材に密接することにより前記２部材間をシールする密封装置であって、前記装着溝の内面における溝側面部にテーパー形状を備える絞り部を設けるとともに前記絞り部よりも溝底部側に幅狭空間部を設け、前記ガスケットの幅寸法を前記絞り部の最小溝幅寸法よりも大きく設定し、前記ガスケットは、前記２部材間のクリアランスが大きく前記ガスケットが低圧縮の状態に置かれるときと、前記２部材間のクリアランスが小さく前記ガスケットが高圧縮の状態に置かれるときとで前記ガスケットの装着状態を異にするよう設定され、前記２部材間のクリアランスが大きく前記ガスケットが低圧縮の状態に置かれるとき、前記ガスケットは前記２部材の組み付け荷重によって前記絞り部のテーパー形状に押し付けられることによりシール面圧を発生し、このとき前記ガスケットは前記幅狭空間部に圧入されず、前記２部材間のクリアランスが小さく前記ガスケットが高圧縮の状態に置かれるとき、前記ガスケットはその一部が前記幅狭空間部に圧入されることを特徴とする（請求項１）。

本発明によれば、２部材間のクリアランスが比較的大きくてガスケットが低圧縮の状態に置かれるときに、ガスケットが２部材の組み付け荷重によって絞り部のテーパー形状に押し付けられる。したがってこのようにガスケットが絞り部のテーパー形状に押し付けられることにより、シール面圧が発生するので、シール性が成立する。

一方、２部材間のクリアランスが比較的小さくてガスケットが高圧縮の状態に置かれるときには、ガスケットがその一部において幅狭空間部に圧入される。したがってこのようにガスケットの一部が幅狭空間部に圧入されることにより、反発力が低減されるので、反発力が大きくなり過ぎることがない。

また、ガスケットの一部が幅狭空間部に圧入されることにより、ガスケットが装着溝内で倒れるのが防止される。

幅狭空間部の形状としては、絞り部側から溝底部側へかけて溝幅寸法を一定に設定するが、これに限らず、絞り部から溝底部へかけて溝幅寸法を漸次狭く設定しても良い（請求項２，３）。

本発明においては、２部材間のクリアランスが比較的大きくてガスケットが低圧縮の状態に置かれるときと、２部材間のクリアランスが比較的小さくてガスケットが高圧縮の状態に置かれるときとで、ガスケットの装着状態が異なることになるので、ガスケットの断面形状を縦長形状としなくてもシール組み付け部のクリアランスの変化に対応することができる。また、ガスケットの一部が幅狭空間部に圧入されるため、ガスケットの側面に倒れ防止用の突起を設けなくてもガスケットが装着溝内で倒れるのを防止することができる。

本発明の第１実施例に係る密封装置を示す図で、（Ａ）はガスケット低圧縮時の状態を示す断面図、（Ｂ）はガスケット高圧縮時の状態を示す断面図本発明の第２実施例に係る密封装置を示す図で、（Ａ）はガスケット低圧縮時の状態を示す断面図、（Ｂ）はガスケット高圧縮時の状態を示す断面図本発明の第３実施例に係る密封装置を示す図で、（Ａ）はガスケット低圧縮時の状態を示す断面図、（Ｂ）はガスケット高圧縮時の状態を示す断面図本発明の第４実施例に係る密封装置を示す図で、（Ａ）はガスケット低圧縮時の状態を示す断面図、（Ｂ）はガスケット高圧縮時の状態を示す断面図（Ａ）および（Ｂ）とも従来例に係る密封装置の断面図他の従来例に係る密封装置の断面図

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

第１実施例・・・・
図１は、本発明の実施例に係る密封装置１を示している。当該実施例に係る密封装置１は、互いに対向する２部材１１，２１のうちの一方の部材１１の対向面１２に設けた装着溝１３にガスケット３１を装着し、このガスケット３１が他方の部材２１の対向面２２に密接することにより２部材１１，２１間をシールするものであって、装着溝１３およびガスケット３１が以下のように構成されている。一方の部材１１は例えば、燃料電池スタックを構成するセパレータであり、他方の部材２１は例えば、セパレータと組み合わされるＭＥＡ（膜電極複合体）やＧＤＬ（ガス拡散層）などである。

装着溝１３は、溝開口部１３ａを有し、この溝開口部１３ａに連続してその溝底部１３ｂ側に、テーパー形状１５を備える絞り部１４が設けられている。テーパー形状１５は装着溝１３の両溝側面部１３ｃに対称的に設けられている。テーパー形状１５におけるテーパーの向きは、溝開口部１３ａ側から溝底部１３ｂ側へかけて溝幅寸法が徐々に狭くなる向きとされている。

また、上記絞り部１４のテーパー形状１５に連続してその溝底部１３ｂ側に、溝開口部１３ａよりも溝幅寸法が小さな幅狭空間部１６が設けられている。幅狭空間部１６は、テーパー形状１５側から溝底部１３ｂ側へかけて溝幅寸法ｗ_３が一定に設定され、ストレート形状とされている。

一方、ガスケット３１は、ゴム状弾性体によって断面略円形状に成形されている。ガスケットの幅寸法ｗ_４は、溝開口部の溝幅寸法ｗ_５すなわち絞り部１４の最大溝幅寸法より小さく、かつ絞り部１４の最小溝幅寸法すなわち幅狭空間部１６の溝幅寸法ｗ_３より大きく設定されている。

図１（Ａ）は、２部材１１，２１間のクリアランスｃが比較的大きく、よってガスケット３１が低圧縮の状態に置かれたときを示している。この低圧縮の状態で、ガスケット３１は２部材１１，２１の組み付け荷重によって絞り部１４のテーパー形状１５に押し付けられる。したがってこのようにガスケット３１が絞り部のテーパー形状１５に押し付けられことにより、シール面圧が発生するので、ガスケット３１および一方の部材１１間がシールされ、良好なシール性が確保される。

図１（Ｂ）は、２部材１１，２１間のクリアランスが比較的小さく（図面では、ほぼ零である）、よってガスケット３１が高圧縮の状態に置かれたときを示している。この高圧縮の状態では、２部材１１，２１の組み付け荷重が大きくなることにより、ガスケット３１の溝底部１３ｂ側の一部が幅狭空間部１６に圧入される。したがってこのようにガスケット３１の一部が幅狭空間部１６に圧入されることにより、ガスケット反発力が低減されるので、反発力が大きくなり過ぎることがなく、よって良好なシール性が持続する。

ガスケット３１は、断面略円形状とされ、低圧縮の状態（図１（Ａ））において幅方向両側で絞り部１４のテーパー形状１５に着座するよう押し付けられ、高圧縮の状態（図１（Ｂ））の状態において一部が幅狭空間部１６に圧入されるため、装着溝１３内で倒れることがない。

また、上記したように高圧縮の状態で、ガスケット３１の一部が幅狭空間部１６に圧入されるため、装着溝１３に対するガスケット３１の充填率についても、充填率過多となることがない。

装着溝１３およびガスケット３１は、以下のような構成であっても良い。

第２実施例・・・・
図２に示す例では、ガスケット３１の幅寸法ｗ_４が、溝開口部の溝幅寸法ｗ_５すなわち絞り部１４の最大溝幅寸法より大きく設定され、そのうえで、絞り部１４の最小溝幅寸法すなわち幅狭空間部１６の溝幅寸法ｗ_３より大きく設定されている。また、ガスケット３１の断面形状が断面真円形状とされている。

第３実施例・・・・
図３に示す例では、ガスケット３１の幅寸法ｗ_４が、溝開口部の溝幅寸法ｗ_５すなわち絞り部１４の最大溝幅寸法と同等に設定され、そのうえで、絞り部１４の最小溝幅寸法すなわち幅狭空間部１６の溝幅寸法ｗ_３より大きく設定されている。また、ガスケット３１の断面形状が、一方の部材１１側の断面長方形状の台座状部位３２に他方の部材２１側の断面台形状のリップ状部位３３を組み合わせた断面多角形状（六角形状）とされている。

第４実施例・・・・
図４に示す例では、ガスケット３１の幅寸法ｗ_４が、溝開口部の溝幅寸法ｗ_５すなわち絞り部１４の最大溝幅寸法と同等に設定され、そのうえで、絞り部１４の最小溝幅寸法ｗ_３より大きく設定されている。また、ガスケット３１の断面形状が、一方の部材１１側の断面長方形状の台座状部位３２に他方の部材２１側の断面台形状のリップ状部位３３を組み合わせた断面多角形状（六角形状）とされている。また、溝底部１３ｂの溝幅寸法ｗ_６が絞り部１４の最小溝幅寸法ｗ_３よりより小さく設定され、これにより幅狭空間部１６が絞り部１４側から溝底部１３ｂ側へかけて溝幅寸法が漸次小さくなる先細状に設定されている。

上記各実施例においても、第１実施例と同等の作用効果を発揮することができる。

１密封装置
１１一方の部材
１２，２２対向面
１３装着溝
１３ａ溝開口部
１３ｂ溝底部
１３ｃ溝側面部
１４絞り部
１５テーパー形状
１６幅狭空間部
２１他方の部材
３１ガスケット
３２台座状部位
３３リップ状部位

Claims

互いに対向する２部材のうちの一方の部材に設けた装着溝に装着されるガスケットが他方の部材に密接することにより前記２部材間をシールする密封装置であって、
前記装着溝の内面における溝側面部にテーパー形状を備える絞り部を設けるとともに前記絞り部よりも溝底部側に幅狭空間部を設け、
前記ガスケットの幅寸法を前記絞り部の最小溝幅寸法よりも大きく設定し、
前記ガスケットは、前記２部材間のクリアランスが大きく前記ガスケットが低圧縮の状態に置かれるときと、前記２部材間のクリアランスが小さく前記ガスケットが高圧縮の状態に置かれるときとで前記ガスケットの装着状態を異にするよう設定され、
前記２部材間のクリアランスが大きく前記ガスケットが低圧縮の状態に置かれるとき、前記ガスケットは前記２部材の組み付け荷重によって前記絞り部のテーパー形状に押し付けられることによりシール面圧を発生し、このとき前記ガスケットは前記幅狭空間部に圧入されず、
前記２部材間のクリアランスが小さく前記ガスケットが高圧縮の状態に置かれるとき、前記ガスケットはその一部が前記幅狭空間部に圧入されることを特徴とする密封装置。
請求項１記載の密封装置において、
前記幅狭空間部は、前記絞り部側から溝底部側へかけて溝幅寸法が一定に設定されていることを特徴とする密封装置。
請求項１記載の密封装置において、
前記幅狭空間部は、前記絞り部側から溝底部側へかけて溝幅寸法が漸次小さく設定されていることを特徴とする密封装置。