燃料電池用ガスケット
【課題】電解質膜およびセパレータ間をシールする燃料電池用ガスケットを提供する。
【解決手段】凸リップ２は、マニホールド穴２１ｂおよびガス通路２１ｃの周りをシールするマニホールド通路シール部２Ａを有し、平リップ４は、マニホールド通路シール部２Ａに対応して対応シール部４Ｃを有する。対応シール部４Ｃの内側に凸リップよりなる第２シール５を設け、このシール５はマニホールド穴２２ｇの周りに全周に亙って設ける。マニホールド通路シール部２Ａの内側に平リップよりなる第２シール６を設け、このシール６はマニホールド穴２１ｂの周りにガス通路２１ｃを除いて設ける。
【解決手段】凸リップ２は、マニホールド穴２１ｂおよびガス通路２１ｃの周りをシールするマニホールド通路シール部２Ａを有し、平リップ４は、マニホールド通路シール部２Ａに対応して対応シール部４Ｃを有する。対応シール部４Ｃの内側に凸リップよりなる第２シール５を設け、このシール５はマニホールド穴２２ｇの周りに全周に亙って設ける。マニホールド通路シール部２Ａの内側に平リップよりなる第２シール６を設け、このシール６はマニホールド穴２１ｂの周りにガス通路２１ｃを除いて設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のセルシールとして用いられる燃料電池用ガスケットに係り、更に詳しくは、電解質膜とその厚さ方向両側に配置されるセパレータとの間をシールする燃料電池用ガスケットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から図７および図８に示す燃料電池用ガスケット１が知られており、このガスケット１は、電解質膜１１とその厚さ方向両側に配置されるセパレータ２１，２２との間をシールするものであって、一方（例えばカソード側）のセパレータ２１に保持されて電解質膜１１の一方の面１１ａに密接する凸リップ２と、他方（例えばアノード側）のセパレータ２２に保持されて電解質膜１１の他方の面１１ｂに密接する凸リップ３とよりなる凸リップ２，３同士の組み合わせにより構成されている。凸リップ２，３はそれぞれ断面山形状のシールリップ部２ａ，３ａを基部２ｂ，３ｂに一体成形したものであって、この形状のシールリップ部２ａ，３ａには、相手材（電解質膜１１）に対する接触幅が狭いことからシール面圧を大きく設定することができ、よって高いシール性を発揮することができる特徴がある。
【０００３】
尚、図７は、互いに重ねられる一対のセパレータ２１，２２を分解した状態を示しており、一対のセパレータ２１，２２は、図上イ部とイ部、ロ部とロ部、ハ部とハ部、ニ部とニ部をそれぞれ対面させるようにして重ねられる。すなわち一対のセパレータ２１，２２を上下方向に重ねるものとして、図７（Ａ）は上側に配置されるセパレータ２１の底面図（下面図）を示すとともに、図７（Ｃ）は下側に配置されるセパレータ２２の平面図（上面図）を示している。また図７（Ｂ）は、両面にそれぞれ電極およびガス拡散層１２，１３を重ねた電解質膜１１をその厚さ方向に見た正面図を示している。
【０００４】
図７（Ａ）の上側のセパレータ２１の平面中央には、発電時にガスが流れる発電部２１ａが設けられ、この発電部２１ａの周りを取り囲むようにして凸リップ２が配置されている。セパレータ２１にはガス供給用のマニホールド穴２１ｂが設けられているので、このマニホールド穴２１ｂから発電部２１ａへガスを供給するようマニホールド穴２１ｂと発電部２１ａとの間に、凸リップ２が設けられていないガス通路２１ｃが設けられ、これに合わせて凸リップ２にその一部として、マニホールド穴２１ｂおよびガス通路２１ｃの周りをシールするマニホールド通路シール部２Ａが設けられている。また、セパレータ２１にはガス排出用のマニホールド穴２１ｄが対応して設けられているので、このマニホールド穴２１ｄへ発電部２１ａからガスを排出するようマニホールド穴２１ｄと発電部２１ａとの間に、凸リップ２が設けられていないガス通路２１ｅが設けられ、これに合わせて凸リップ２にその一部として、マニホールド穴２１ｄおよびガス通路２１ｅの周りをシールするマニホールド通路シール部２Ｂが設けられている。セパレータ２１には他にもマニホールド穴２１ｆ，２１ｇ，２１ｈ，２１ｉが設けられているが、これらのマニホールド穴２１ｆ，２１ｇ，２１ｈ，２１ｉは発電部２１ａへガスを給排しないので、これらの周りには凸リップ２が全周に亙って設けられている。
【０００５】
また、図７（Ｃ）の下側のセパレータ２２の平面中央には、発電時にガスが流れる発電部２２ａが設けられ、この発電部２２ａの周りを取り囲むようにして凸リップ３が配置されている。セパレータ２２にはガス供給用のマニホールド穴２２ｂが設けられているので、このマニホールド穴２２ｂから発電部２２ａへガスを供給するようマニホールド穴２２ｂと発電部２２ａとの間に、凸リップ３が設けられていないガス通路２２ｃが設けられ、これに合わせて凸リップ３にその一部として、マニホールド穴２２ｂおよびガス通路２２ｃの周りをシールするマニホールド通路シール部３Ａが設けられている。また、セパレータ２２にはガス排出用のマニホールド穴２２ｄが対応して設けられているので、このマニホールド穴２２ｄへ発電部２２ａからガスを排出するようマニホールド穴２２ｄと発電部２２ａとの間に、凸リップ３が設けられていないガス通路２２ｅが設けられ、これに合わせて凸リップ３にその一部として、マニホールド穴２２ｄおよびガス通路２２ｅの周りをシールするマニホールド通路シール部３Ｂが設けられている。セパレータ２２には他にもマニホールド穴２２ｆ，２２ｇ，２２ｈ，２２ｉが設けられているが、これらのマニホールド穴２２ｆ，２２ｇ，２２ｈ，２２ｉは発電部２２ａへガスを給排しないので、これらの周りには凸リップ３が全周に亙って設けられている。
【０００６】
図８（Ａ）に断面を示す凸リップ２，３同士の組み合わせよりなるガスケット１はスタッキング時、締め付け荷重が作用すると同図（Ｂ）に示すように圧縮されて弾性変形し、上記したように断面山形状のシールリップ部２ａ，３ａのシール面圧が大きいことから高いシール性を発揮することが可能とされているが、凸リップ２，３同士の幅方向の位置合せをきわめて高精度に行なう必要があり、図９（Ａ）に示すように凸リップ２，３同士が幅方向にオフセットして配置されると、同図（Ｂ）に示すように間に挟まれる電解質膜１１に偏荷重が作用し、これを原因として電解質膜１１が大きく変形して破損したり、凸リップ２，３のシール面圧が不足して漏れが発生したりする。したがって、凸リップ２，３同士の組み合わせよりなるガスケット１には、シール性に優れるものの、スタッキング性（組立作業性）が良くない不都合がある。
【０００７】
上記スタッキング性についての不都合を解消するには、凸リップ２，３同士の組み合わせであったものを、図１０に示すように一方（例えばアノード側）を平リップ４に代えることが考えられ、この凸リップ２と平リップ４の組み合わせによれば、平面状の当接面４ａを有する平リップ４が広い受け幅を有することから凸リップ２が多少オフセットして配置されても電解質膜１１は変形せず、シール性を保つことが可能とされる（特許文献１または２参照）。
【０００８】
しかしながら、この凸リップ２と平リップ４の組み合わせを図７に示した燃料電池セルに適用すると、以下のような不都合がある。
【０００９】
すなわち、凸リップ２と平リップ４の組み合わせは、両リップ２，４が平面上互いに対応する位置に配置されてスタッキング時に厚さ方向に圧縮されることにより良好なシール性を発揮するものであるところ、図７（Ｃ）に示したように他方のセパレータ２２にはマニホールド穴２２ｂおよび発電部２２ａ間にガス通路２２ｃが設けられているので、このガス通路２２ｃには平リップ４が設けられておらず、よって図１１（Ａ）に示すように一方のセパレータ２１側の凸リップ２は電解質膜１１の裏面側（図では下面側）に受けを有しないことなる。また同様に、図７（Ａ）に示したように一方のセパレータ２１にはマニホールド穴２１ｂおよび発電部２１ａ間にガス通路２１ｃが設けられているので、このガス通路２１ｃには凸リップ２が設けられておらず、よって図１１（Ｂ）に示すように他方のセパレータ２２側の平リップ４は電解質膜１１の裏面側（図では上面側）に受けを有しないことなる。したがって図１１（Ａ）（Ｂ）の状態で凸リップ２および平リップ４は殆ど圧縮されず、シール面圧が不足し、よって漏れが発生することが懸念される。
【００１０】
また、この懸念を解消すべく両リップ２，４のシール面圧を増大するため、図１２（Ａ）（Ｂ）に示すように電解質膜１１に重ねられるガス拡散層１２，１３の周辺部に舌片状の張り出し部１２ａ，１３ａを設け（張り出し部１２ａ，１３ａはその平面形状を図７（Ａ）（Ｃ）に点線で示している）、この張り出し部１２ａ，１３ａをガス通路２１ｃ，２２ｃに配置して、リップ２，４の電解質膜１１裏面側の受けとして作用させることが考えられる。
【００１１】
しかしながらこの場合、凸リップ２については上記したようにもともとシール面圧が高いことから、張り出し部１３ａを受けとして作用させることによりシール性を確保することができるが（図１３（Ａ）参照）、平リップ４についてはシール面圧が高くないことから、張り出し部１２ａを受けとして作用させてもシール性を確保することができない場合がある（図１３（Ｂ）参照）。以上の説明はガスの供給側にて説明を行なったが、ガスの排出側についても同様である。
【００１２】
【特許文献１】特開２００１−１８５１７４号公報
【特許文献２】特開２００４−３０３７２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は以上の点に鑑みて、凸リップと平リップの組み合わせよりなる燃料電池用ガスケットにおいて、平リップの受けとして、対応する位置に必ず凸リップを配置し、リップが片方のみ配置される部位についてはこれを必ず平リップではなくシール面圧の大きな凸リップとし、もってシール性を向上させ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。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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、電解質膜とその厚さ方向両側に配置されるセパレータとの間をシールする燃料電池用ガスケットであって、一方のセパレータに保持されて電解質膜の一方の面に密接する凸リップと、他方のセパレータに保持されて電解質膜の他方の面に密接する平リップとの組み合わせよりなる燃料電池用ガスケットにおいて、前記凸リップは、一方のセパレータに設けたマニホールド穴および前記マニホールド穴から発電部へガスを給排するガス通路の周りをシールするマニホールド通路シール部を有し、前記平リップは、前記凸リップのマニホールド通路シール部に対応して設けられた対応シール部を有し、前記平リップの対応シール部の内側に凸リップよりなる第２シールを設け、この凸リップよりなる第２シールは、他方のセパレータに設けたマニホールド穴の周りに全周に亙って設けられ、前記凸リップのマニホールド通路シール部の内側に平リップよりなる第２シールを設け、この平リップよりなる第２シールは、一方のセパレータに設けた前記マニホールド穴の周りに前記ガス通路を除いて設けられていることを特徴とする。
【００１５】
一方のセパレータ側の凸リップにマニホールド通路シール部を設け、他方のセパレータ側の平リップに対応して対応シール部を設ける。したがってこのマニホールド通路シール部と対応シール部の組み合わせ部位はすべて凸リップと平リップの組み合わせとなり、よって十分なシール性を発揮する。
【００１６】
また、平リップの対応シール部の内側に凸リップよりなる第２シールを設け、この凸リップよりなる第２シールは、他方のセパレータに設けたマニホールド穴の周りに全周に亙って設けられるものとする。一方、凸リップのマニホールド通路シール部の内側に平リップよりなる第２シールを設け、この平リップよりなる第２シールは、一方のセパレータに設けたマニホールド穴の周りにガス通路を除いて設けられるものとする。凸リップよりなる第２シールはマニホールド穴の周りに全周に亙って設けられ、一方、平リップよりなる第２シールはマニホールド穴の周りにガス通路を除いて設けられるので、両第２シールの組み合わせ部位は凸リップと平リップの組み合わせとなり、よって十分なシール性を発揮する。また、片方のリップのみが設けられる部位すなわちガス通路は、前者の凸リップよりなる第２シールのみが設けられ、凸リップのみが配置されるため、十分なシール性を発揮する。
【発明の効果】
【００１７】
したがって、本発明によれば所期の目的どおり、凸リップと平リップの組み合わせよりなる燃料電池用ガスケットにおいて、平リップの受けとして、対応する位置に必ず凸リップが配置され、リップが片方のみ配置される部位についてはこれが必ず平リップではなくシール面圧の大きな凸リップとされることから、ガスケットによるシール性を向上させることができる。凸リップ同士の組み合わせではないため、スタッキング性も良好である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
尚、本発明には、以下の実施形態が含まれる。
【００１９】
（１）セルシールのリップライン形状を変更し、アノード側（もしくはカソード側）のマニホールド部のシールリップラインを二重にし、平リップと凸リップの組み合わせとする。凸リップを設けたセパレータのガス導入排出路（ガス通路）が形成されるマニホールドには、該路の口を除く３方面の第１シールの内側に、平リップからなる第２シールを設け、これに相対するセパレータのマニホールドの第１シールの内側全周には凸リップの第２シールを設ける。この改良により、アノード側（もしくはカソード側）に新たに設けられた凸リップと反対側の平リップとの組み合わせにより、マニホールド周りのシールが成立するため、スタッキングの際のシールリップの高い位置決め精度が不要で、マニホールド部もきっちりとシールすることができるようになる。
【００２０】
（２）また本発明は、電解質膜およびセパレータ間をシールする燃料電池用ガスケットであって、一方のセパレータ側の凸リップと他方のセパレータ側の平リップの組み合わせよりなるガスケットにおいて、平リップの受けとして対応する位置に必ず凸リップを配置し、リップが片方のみ配置される部位についてはこれを必ずシール面圧の大きな凸リップとし、もってシール性を向上させることを課題とし、この課題達成のため、凸リップは、マニホールド穴およびガス通路の周りをシールするマニホールド通路シール部を有し、平リップは、マニホールド通路シール部に対応して対応シール部を有する。対応シール部の内側に凸リップよりなる第２シールを設け、このシールはマニホールド穴の周りに全周に亙って設ける。マニホールド通路シール部の内側に平リップよりなる第２シールを設け、このシールはマニホールド穴の周りにガス通路を除いて設ける。凸リップよりなる第２シールと平リップよりなる第２シールの対応関係において、前者の凸リップよりなる第２シールのみが配置される部位には、この部位の凸リップを圧縮するため、電解質裏面側に受けを設けるのが好ましい。
【実施例】
【００２１】
つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。
【００２２】
図１ないし図５に示すように、当該実施例に係るガスケット１は、電解質膜１１とその厚さ方向両側に配置されるセパレータ２１，２２との間をシールする燃料電池用のガスケットであって、一方のカソード側のセパレータ２１に保持（一体成形）されて電解質膜１１の一方の面１１ａに密接する凸リップ（凸リップよりなる第１シール）２と、他方のアノード側のセパレータ２２に保持（一体成形）されて電解質膜１１の他方の面１１ｂに密接する平リップ（平リップよりなる第１シール）４との組み合わせにより構成されている。
【００２３】
図１（Ａ）に示すように、ガスの供給側において、凸リップ２は、セパレータ２１に設けたマニホールド穴２１ｂおよびこのマニホールド穴２１ｂから発電部（発電ガス流路）２１ａへガスを供給するガス通路２１ｃの周りをシールするマニホールド通路シール部２Ａを有しており、一方、図１（Ｃ）に示すように、平リップ４は、凸リップ２のマニホールド通路シール部２Ａに対応して設けられた対応シール部４Ｃを有している。平リップ４の対応シール部４Ｃの内側には、凸リップよりなる第２シール５が設けられており、この凸リップよりなる第２シール５は、セパレータ２２に設けたマニホールド穴２２ｇの周りに全周に亙って設けられている。また凸リップ２のマニホールド通路シール部２Ａの内側には、平リップよりなる第２シール６が設けられており、この平リップよりなる第２シール６は、セパレータ２１に設けたマニホールド穴２１ｂの周りにガス通路２１ｃを除いて設けられている。
【００２４】
また、図１（Ａ）に示すように、ガスの排出側において、凸リップ２は、セパレータ２１に設けたマニホールド穴２１ｄおよびこのマニホールド穴２１ｄへ発電部２１ａからガスを排出するガス通路２１ｅの周りをシールするマニホールド通路シール部２Ｂを有しており、一方、図１（Ｃ）に示すように、平リップ４は、凸リップ２のマニホールド通路シール部２Ｂに対応して設けられた対応シール部４Ｄを有している。平リップ４の対応シール部４Ｄの内側には、凸リップよりなる第２シール５が設けられており、この凸リップよりなる第２シール５は、セパレータ２２に設けたマニホールド穴２２ｉの周りに全周に亙って設けられている。また凸リップ２のマニホールド通路シール部２Ｂの内側には、平リップよりなる第２シール６が設けられており、この平リップよりなる第２シール６は、セパレータ２１に設けたマニホールド穴２１ｄの周りにガス通路２１ｅを除いて設けられている。
【００２５】
図１は、互いに重ねられる一対のセパレータ２１，２２を分解した状態を示しており、一対のセパレータ２１，２２は、図上イ部とイ部、ロ部とロ部、ハ部とハ部、ニ部とニ部をそれぞれ対面させるようにして重ねられる。すなわち一対のセパレータ２１，２２を上下方向に重ねるものとして、図１（Ａ）は上側に配置されるカソード側のセパレータ２１の底面図（下面図）を示すとともに、図１（Ｃ）は下側に配置されるアノード側のセパレータ２２の平面図（上面図）を示している。セパレータ２１，２２にはそれぞれ複数のマニホールド穴が設けられており、両セパレータ２１，２２が重ねられると、符号２１ｉと２２ｄ、２１ｂと２２ｇ、２１ｈと２２ｈ、２１ｆと２２ｆ、２１ｄと２２ｉ、２１ｇと２２ｂの組み合わせにて各マニホールド穴が重ねられ、それぞれセパレータ２１，２２の厚さ方向に連通するマニホールド流路となる。また図１（Ｂ）は、両面にそれぞれ電極およびガス拡散層１２，１３を重ねた電解質膜１１をその厚さ方向に見た正面図を示している。
【００２６】
図１（Ａ）のカソード側のセパレータ２１の平面中央には、発電時にガスが流れる発電部２１ａが設けられており、この発電部２１ａの周りを取り囲むようにして凸リップ２が配置されている。セパレータ２１にはガス供給用のマニホールド穴２１ｂが設けられているので、このマニホールド穴２１ｂから発電部２１ａへガスを供給するようマニホールド穴２１ｂと発電部２１ａとの間に、凸リップ２が設けられていないガス通路２１ｃが設けられており、これに合わせて凸リップ２にその一部として、マニホールド穴２１ｂおよびガス通路２１ｃの周りをシールするマニホールド通路シール部２Ａが設けられている。また、セパレータ２１にはガス排出用のマニホールド穴２１ｄが対応して設けられているので、このマニホールド穴２１ｄへ発電部２１ａからガスを排出するようマニホールド穴２１ｄと発電部２１ａとの間に、凸リップ２が設けられていないガス通路２１ｅが設けられており、これに合わせて凸リップ２にその一部として、マニホールド穴２１ｄおよびガス通路２１ｅの周りをシールするマニホールド通路シール部２Ｂが設けられている。セパレータ２１には他にもマニホールド穴２１ｆ，２１ｇ，２１ｈ，２１ｉが設けられているが、これらのマニホールド穴２１ｆ，２１ｇ，２１ｈ，２１ｉは発電部２１ａへガスを供給・排出しないので、これらの周りには凸リップ２が全周に亙って設けられている。
【００２７】
また、図１（Ｃ）のアノード側のセパレータ２２の平面中央には、発電時にガスが流れる発電部（発電ガス流路）２２ａが設けられており、この発電部２２ａの周りを取り囲むようにして平リップ４が配置されている。セパレータ２２にはガス供給用のマニホールド穴２２ｂが設けられているので、このマニホールド穴２２ｂから発電部２２ａへガスを供給するようマニホールド穴２２ｂと発電部２２ａとの間に、平リップ４が設けられていないガス通路２２ｃが設けられており、これに合わせて平リップ４にその一部として、マニホールド穴２２ｂおよびガス通路２２ｃの周りをシールするマニホールド通路シール部４Ａが設けられている。また、セパレータ２２にはガス排出用のマニホールド穴２２ｄが対応して設けられているので、このマニホールド穴２２ｄへ発電部２２ａからガスを排出するようマニホールド穴２２ｄと発電部２２ａとの間に、平リップ４が設けられていないガス通路２２ｅが設けられており、これに合わせて平リップ４にその一部として、マニホールド穴２２ｄおよびガス通路２２ｅの周りをシールするマニホールド通路シール部４Ｂが設けられている。セパレータ２２には他にもマニホールド穴２２ｆ，２２ｇ，２２ｈ，２２ｉが設けられているが、これらのマニホールド穴２２ｆ，２２ｇ，２２ｈ，２２ｉは発電部２２ａへガスを供給・排出しないので、これらの周りには平リップ４が全周に亙って設けられている。但し、符号２２ｇおよび２２ｉで示すマニホールド穴の周りには凸リップよりなる第２シール５が全周に亙って設けられて、この第２シール５によってマニホールド穴２２ｇ，２２ｉの周りがシールされるので、平リップ４はこれらのマニホールド穴２２ｇ，２２ｉの周りの一部のみ（セパレータ２２の外周縁側のみ）に設けられている。
【００２８】
上記したように図１（Ａ）において、凸リップ２にはその一部として、マニホールド穴２１ｂおよびガス通路２１ｃの周りをシールするマニホールド通路シール部２Ａが設けられており、図１（Ｃ）において、平リップ４にはその一部として、凸リップ２のマニホールド通路シール部２Ａに対応する対応シール部４Ｃが設けられている。ここに対応するとは、スタッキング時に重ねられるよう配置されることを云う。また、平リップ４の対応シール部４Ｃの内側に凸リップよりなる第２シール５が設けられており、この凸リップよりなる第２シール５はマニホールド穴２２ｇの周りに全周に亙って設けられている。また、凸リップ２のマニホールド通路シール部２Ａの内側に平リップよりなる第２シール６が設けられており、この平リップよりなる第２シール６はマニホールド穴２１ｂの周りにガス通路２１ｃを除いて設けられている。ガス通路２１ｃを除いて凸リップよりなる第２シール５と平リップよりなる第２シール６は対応して設けられている
【００２９】
また、上記したように図１（Ａ）において、凸リップ２にはその一部として、マニホールド穴２１ｄおよびガス通路２１ｅの周りをシールするマニホールド通路シール部２Ｂが設けられており、図１（Ｃ）において、平リップ４にはその一部として、凸リップ２のマニホールド通路シール部２Ｂに対応する対応シール部４Ｄが設けられている。また、平リップ４の対応シール部４Ｄの内側に凸リップよりなる第２シール５が設けられており、この凸リップよりなる第２シール５はマニホールド穴２２ｉの周りに全周に亙って設けられている。また、凸リップ２のマニホールド通路シール部２Ｂの内側に平リップよりなる第２シール６が設けられており、この平リップよりなる第２シール６はマニホールド穴２１ｄの周りにガス通路２１ｅを除いて設けられている。ガス通路２１ｅを除いて凸リップよりなる第２シール５と平リップよりなる第２シール６は対応して設けられている。
【００３０】
図２は、図１（Ａ）におけるＡ−Ａ線拡大断面を示しており、カソード側の凸リップ２におけるマニホールド通路シール部２Ａの内側（図では左側）に平リップよりなる第２シール６が一体に設けられている。凸リップ２は断面山形状（三角形状）のシールリップ部２ａを基部２ｂの一面に一体成形したものであり、平リップよりなる第２シール６は平面状のシール面（当接面）６ａを有している。
【００３１】
図３は、図１（Ｃ）におけるＢ−Ｂ線拡大断面を示しており、アノード側の平リップ４における対応シール部４Ｃの内側（図では左側）に凸リップよりなる第２シール５が一体に設けられている。平リップ４は平面状のシール面（当接面）４ａを有しており、凸リップよりなる第２シール５は断面山形状（三角形状）のシールリップ部５ａを基部５ｂの一面に一体成形したものである。
【００３２】
図４は、両面にそれぞれ電極およびガス拡散層（ＧＤＬ）１２，１３を重ねた電解質膜１１の平面を示している。電解質膜１１の上面側に配置されるガス拡散層１２の周縁部には、カソード側のガス通路２１ｃ，２１ｅに配置される舌片状の突き出し部１２ａが２箇所に設けられている。また、電解質膜１１の下面側に配置されるガス拡散層１３の周縁部には、アノード側のガス通路２２ｃ，２２ｅに配置される舌片状の突き出し部１３ａが２箇所に設けられている。
【００３３】
図５は、一対のセパレータ２１，２２をスタッキングした状態を模式的な図として示している。
【００３４】
このうち、図５（Ａ）は、図１（Ａ）のカソード側のセパレータ２１をＣ−Ｃ線の断面で見るとともに図１（Ｃ）のアノード側のセパレータ２２をＤ−Ｄ線の断面で見たものであって、カソード側のセパレータ２１のマニホールド穴２１ｇの周りには、黒三角で示す凸リップ２が全周に亙って配置されている。またアノード側のセパレータ２２のマニホールド穴２２ｂおよびガス通路２２ｃの周りには、黒四角で示す平リップ４のマニホールド通路シール部４Ａが配置され、ガス通路２２ｃにはガス拡散層１３の張り出し部１３ａが配置されている。カソード側の右側の凸リップ２は、電解質膜１１を挟んでアノード側の平リップ４が受けとして作用するので、十分なシール性が発揮される。カソード側の左側の凸リップ２は、電解質膜１１を挟んでアノード側のガス拡散層１３の突き出し部１３ａが受けとして作用するので、十分なシール性が発揮される。アノード側の平リップ４のマニホールド通路シール部４Ａは、電解質膜１１を挟んでカソード側の凸リップ２が相対の受けとして作用するので、十分なシール性が発揮される。ガス拡散層１３の張り出し部１３ａはポーラス状のカーボン等よりなるので、ガスが浸透・透過してゆくことになる。尚、この図５（Ａ）に示す構造は、これに対応する従来技術に係る図１３（Ａ）との比較から明らかなように従来と同じ構造である。
【００３５】
これに対して、図５（Ｂ）に示す構造は、これに対応する従来技術に係る図１３（Ｂ）に示す構造とは異なっており、これが本発明・本実施例の特徴である。
【００３６】
すなわち、図５（Ｂ）は、図１（Ａ）のカソード側のセパレータ２１をＥ−Ｅ線の断面で見るとともに図１（Ｃ）のアノード側のセパレータ２２をＦ−Ｆ線の断面で見たものであって、カソード側のセパレータ２１のマニホールド穴２１ｂおよびガス通路２１ｃの周りには、黒三角で示す凸リップ２のマニホールド通路シール部２Ａが配置され、その内側に黒四角で示す平リップよりなる第２シール６が配置されている。ガス通路２１ｃにはガス拡散層１２の張り出し部１２ａが配置されている。アノード側のセパレータ２２のマニホールド穴２２ｇの周りには、黒四角で示す平リップ４の対応シール部４Ｃが配置され、その内側（左側）に黒三角で示す凸リップよりなる第二シール５が配置されている。カソード側の凸リップ２のマニホールド通路シール部２Ａは、電解質膜１１を挟んでアノード側の平リップ４の対応シール部４Ｃが受けとして作用するので、十分なシール性が発揮される。カソード側の平リップよりなる第２シール６は、電解質膜１１を挟んでアノード側の凸リップよりなる第２シール５が相対の受けとして作用するので、十分なシール性が発揮される。ガス拡散層１２の張り出し部１２ａはポーラス状のカーボン等よりなるので、ガスが浸透・透過してゆくことになる。アノード側の平リップ４の対応シール部４Ｃは、電解質膜１１を挟んでカソード側の凸リップ２のマニホールド通路シール部２Ａが相対の受けとして作用するので、十分なシール性が発揮される。アノード側の右側の凸リップよりなる第２シール５は、電解質膜１１を挟んでカソード側の平リップよりなる第２シール６が受けとして作用するので、十分なシール性が発揮される。アノード側の左側の凸リップよりなる第２シール５は、電解質膜１１を挟んでカソード側のガス拡散層１２の突き出し部１２ａが受けとして作用するので、十分なシール性が発揮される。図示および説明は省略するが、ガスの排出側も同様である。
【００３７】
したがって以上のことから、本発明所期の目的どおり、凸リップと平リップの組み合わせよりなる燃料電池用ガスケットにおいて、平リップの受けとして、対応する位置には必ず凸リップが配置され、リップが片方のみ配置される部位についてはこれが必ず平リップではなくシール面圧の大きな凸リップとされることから、ガスケットによるシール性を向上させることができる。凸リップ同士の組み合わせでないことから、スタッキング性も良好である。本願発明者らが試しに従来技術に係る図７の形状（凸リップ２，３同士の組み合わせ）のガスケット１を硬度４０のシリコーンゴムで成形してスタッキングしたところ、きわめて精密な位置決め精度が必要とされるうえ、締め込む際にセパレータ２１，２２に横方向の力が加わるだけでリップ２，３先端がずれてしまい、電解質膜１１が変形してしまった。図１０の形状（凸リップ２と平リップ４の組み合わせ）のガスケット１では、スタッキングおよび締め付けの際の問題はないが、平リップ４のみが電解質膜１１に当接するマニホールド部分はシール性がなかった。これらに対し、形状を改良した図１の形状のガスケット１を同様に、硬度４０のシリコーンゴムで成形してスタッキングしたところ、スタッキング時に多少の位置ずれがあってもシールに問題がないうえ、マニホールド部分も良好にシールすることができた。
【００３８】
尚、上記実施例では、カソード側のセパレータ２１に凸リップ２および平リップよりなる第２シール６を設けるとともに、アノード側のセパレータ２２に平リップ４および凸リップよりなる第２シール５を設けたが、その配置はカソード・アノード側にて反対であっても良い。
【００３９】
また、セパレータ２１，２２としては、金属セパレータ、樹脂−カーボンセパレータ、カーボンセパレータ等のいずれの場合にも適用することができる。
【００４０】
また、上記実施例では、リップが片方のみ配置される部位についてその電解質膜１１裏面側の受けとしてガス拡散層１２，１３の張り出し部１２ａ，１３ａを用いたが、これに代えてスペーサー（ガス供給部材）の類を用いても良い。例えば図６（Ａ）では、スペーサー３１はセパレータ２１，２２と別体のブロック状のものとして設定されている。スペーサー３１はガス通路２１ｃ，２１ｅ，２２ｃ，２２ｅに設置されるものであってガスを通過させる必要があるので、溝状のガス連通部３２を所要数有している。また図６（Ｂ）の他の例では、スペーサー３１はセパレータ２１，２２に一体成形されたブロック状のものとして設定されている。スペーサー３１はやはり溝状のガス連通部３２を有しているが、一体成形の場合には、溝状のガス連通部３２が電解質膜１１側に開口するので、電解質膜１１に対する当接面を平坦とするため、スペーサー３１にプレート３３を組み合わせると良い。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例に係る燃料電池用ガスケットを備えた燃料電池セルを分解した状態を示す図であって、（Ａ）は一方のセパレータの底面図、（Ｂ）は電解質膜を含む中間層（発電体）の正面図、（Ｃ）は他方のセパレータの平面図
【図２】図１におけるＡ−Ａ線拡大断面図
【図３】図１におけるＢ−Ｂ線拡大断面図
【図４】電解質膜を含む中間層（発電体）の平面図
【図５】同実施例に係る燃料電池用ガスケットを備えた燃料電池セルをスタッキングした状態を示す説明図であって、（Ａ）は図１におけるＣ−Ｃ線およびＤ−Ｄ線に対応する図、（Ｂ）は図１におけるＥ−Ｅ線およびＦ−Ｆ線に対応する図
【図６】（Ａ）および（Ｂ）ともスペーサーの一例を示す斜視図
【図７】従来例に係る燃料電池用ガスケットを備えた燃料電池セルを分解した状態を示す図であって、（Ａ）は一方のセパレータの底面図、（Ｂ）は電解質膜を含む中間層（発電体）の正面図、（Ｃ）は他方のセパレータの平面図
【図８】（Ａ）は従来例に係る燃料電池用ガスケットをスタッキングした状態の断面図、（Ｂ）は締め込み完了時の断面図
【図９】（Ａ）および（Ｂ）とも同従来例に係る燃料電池用ガスケットの不具合発生状態を示す断面図
【図１０】他の従来例に係る燃料電池用ガスケットをスタッキングした状態の断面図
【図１１】（Ａ）および（Ｂ）とも同従来例に係る燃料電池用ガスケットの不具合発生状態を示す断面図
【図１２】（Ａ）および（Ｂ）とも同従来例に係る燃料電池用ガスケットの不具合発生状態を示す断面図
【図１３】（Ａ）および（Ｂ）とも同実施例に係る燃料電池用ガスケットを備えた燃料電池セルをスタッキングした状態を示す説明図
【符号の説明】
【００４２】
１ 燃料電池用ガスケット
２，３ 凸リップ
２ａ，３ａ シールリップ部
２ｂ，３ｂ 基部
２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂ，４Ａ，４Ｂ マニホールド通路シール部
４ 平リップ部
４ａ 当接面
４Ｃ，４Ｄ 受けシール部
５ 凸リップよりなる第２シール部
６ 平リップよりなる第２シール部
１１ 電解質膜
１１ａ，１１ｂ 面
１２，１３ ガス拡散層
１２ａ，１３ａ 張り出し部
２１，２２ セパレータ
２１ａ，２２ａ 発電部
２１ｂ，２１ｄ，２１ｆ，２１ｇ，２１ｈ，２１ｉ，２２ｂ，２２ｄ，２２ｆ，２２ｇ，２２ｈ，２２ｉ マニホールド穴
２１ｃ，２１ｅ，２２ｃ，２２ｅ ガス通路
３１ スペーサー
３２ ガス連通部
３３ プレート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のセルシールとして用いられる燃料電池用ガスケットに係り、更に詳しくは、電解質膜とその厚さ方向両側に配置されるセパレータとの間をシールする燃料電池用ガスケットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から図７および図８に示す燃料電池用ガスケット１が知られており、このガスケット１は、電解質膜１１とその厚さ方向両側に配置されるセパレータ２１，２２との間をシールするものであって、一方（例えばカソード側）のセパレータ２１に保持されて電解質膜１１の一方の面１１ａに密接する凸リップ２と、他方（例えばアノード側）のセパレータ２２に保持されて電解質膜１１の他方の面１１ｂに密接する凸リップ３とよりなる凸リップ２，３同士の組み合わせにより構成されている。凸リップ２，３はそれぞれ断面山形状のシールリップ部２ａ，３ａを基部２ｂ，３ｂに一体成形したものであって、この形状のシールリップ部２ａ，３ａには、相手材（電解質膜１１）に対する接触幅が狭いことからシール面圧を大きく設定することができ、よって高いシール性を発揮することができる特徴がある。
【０００３】
尚、図７は、互いに重ねられる一対のセパレータ２１，２２を分解した状態を示しており、一対のセパレータ２１，２２は、図上イ部とイ部、ロ部とロ部、ハ部とハ部、ニ部とニ部をそれぞれ対面させるようにして重ねられる。すなわち一対のセパレータ２１，２２を上下方向に重ねるものとして、図７（Ａ）は上側に配置されるセパレータ２１の底面図（下面図）を示すとともに、図７（Ｃ）は下側に配置されるセパレータ２２の平面図（上面図）を示している。また図７（Ｂ）は、両面にそれぞれ電極およびガス拡散層１２，１３を重ねた電解質膜１１をその厚さ方向に見た正面図を示している。
【０００４】
図７（Ａ）の上側のセパレータ２１の平面中央には、発電時にガスが流れる発電部２１ａが設けられ、この発電部２１ａの周りを取り囲むようにして凸リップ２が配置されている。セパレータ２１にはガス供給用のマニホールド穴２１ｂが設けられているので、このマニホールド穴２１ｂから発電部２１ａへガスを供給するようマニホールド穴２１ｂと発電部２１ａとの間に、凸リップ２が設けられていないガス通路２１ｃが設けられ、これに合わせて凸リップ２にその一部として、マニホールド穴２１ｂおよびガス通路２１ｃの周りをシールするマニホールド通路シール部２Ａが設けられている。また、セパレータ２１にはガス排出用のマニホールド穴２１ｄが対応して設けられているので、このマニホールド穴２１ｄへ発電部２１ａからガスを排出するようマニホールド穴２１ｄと発電部２１ａとの間に、凸リップ２が設けられていないガス通路２１ｅが設けられ、これに合わせて凸リップ２にその一部として、マニホールド穴２１ｄおよびガス通路２１ｅの周りをシールするマニホールド通路シール部２Ｂが設けられている。セパレータ２１には他にもマニホールド穴２１ｆ，２１ｇ，２１ｈ，２１ｉが設けられているが、これらのマニホールド穴２１ｆ，２１ｇ，２１ｈ，２１ｉは発電部２１ａへガスを給排しないので、これらの周りには凸リップ２が全周に亙って設けられている。
【０００５】
また、図７（Ｃ）の下側のセパレータ２２の平面中央には、発電時にガスが流れる発電部２２ａが設けられ、この発電部２２ａの周りを取り囲むようにして凸リップ３が配置されている。セパレータ２２にはガス供給用のマニホールド穴２２ｂが設けられているので、このマニホールド穴２２ｂから発電部２２ａへガスを供給するようマニホールド穴２２ｂと発電部２２ａとの間に、凸リップ３が設けられていないガス通路２２ｃが設けられ、これに合わせて凸リップ３にその一部として、マニホールド穴２２ｂおよびガス通路２２ｃの周りをシールするマニホールド通路シール部３Ａが設けられている。また、セパレータ２２にはガス排出用のマニホールド穴２２ｄが対応して設けられているので、このマニホールド穴２２ｄへ発電部２２ａからガスを排出するようマニホールド穴２２ｄと発電部２２ａとの間に、凸リップ３が設けられていないガス通路２２ｅが設けられ、これに合わせて凸リップ３にその一部として、マニホールド穴２２ｄおよびガス通路２２ｅの周りをシールするマニホールド通路シール部３Ｂが設けられている。セパレータ２２には他にもマニホールド穴２２ｆ，２２ｇ，２２ｈ，２２ｉが設けられているが、これらのマニホールド穴２２ｆ，２２ｇ，２２ｈ，２２ｉは発電部２２ａへガスを給排しないので、これらの周りには凸リップ３が全周に亙って設けられている。
【０００６】
図８（Ａ）に断面を示す凸リップ２，３同士の組み合わせよりなるガスケット１はスタッキング時、締め付け荷重が作用すると同図（Ｂ）に示すように圧縮されて弾性変形し、上記したように断面山形状のシールリップ部２ａ，３ａのシール面圧が大きいことから高いシール性を発揮することが可能とされているが、凸リップ２，３同士の幅方向の位置合せをきわめて高精度に行なう必要があり、図９（Ａ）に示すように凸リップ２，３同士が幅方向にオフセットして配置されると、同図（Ｂ）に示すように間に挟まれる電解質膜１１に偏荷重が作用し、これを原因として電解質膜１１が大きく変形して破損したり、凸リップ２，３のシール面圧が不足して漏れが発生したりする。したがって、凸リップ２，３同士の組み合わせよりなるガスケット１には、シール性に優れるものの、スタッキング性（組立作業性）が良くない不都合がある。
【０００７】
上記スタッキング性についての不都合を解消するには、凸リップ２，３同士の組み合わせであったものを、図１０に示すように一方（例えばアノード側）を平リップ４に代えることが考えられ、この凸リップ２と平リップ４の組み合わせによれば、平面状の当接面４ａを有する平リップ４が広い受け幅を有することから凸リップ２が多少オフセットして配置されても電解質膜１１は変形せず、シール性を保つことが可能とされる（特許文献１または２参照）。
【０００８】
しかしながら、この凸リップ２と平リップ４の組み合わせを図７に示した燃料電池セルに適用すると、以下のような不都合がある。
【０００９】
すなわち、凸リップ２と平リップ４の組み合わせは、両リップ２，４が平面上互いに対応する位置に配置されてスタッキング時に厚さ方向に圧縮されることにより良好なシール性を発揮するものであるところ、図７（Ｃ）に示したように他方のセパレータ２２にはマニホールド穴２２ｂおよび発電部２２ａ間にガス通路２２ｃが設けられているので、このガス通路２２ｃには平リップ４が設けられておらず、よって図１１（Ａ）に示すように一方のセパレータ２１側の凸リップ２は電解質膜１１の裏面側（図では下面側）に受けを有しないことなる。また同様に、図７（Ａ）に示したように一方のセパレータ２１にはマニホールド穴２１ｂおよび発電部２１ａ間にガス通路２１ｃが設けられているので、このガス通路２１ｃには凸リップ２が設けられておらず、よって図１１（Ｂ）に示すように他方のセパレータ２２側の平リップ４は電解質膜１１の裏面側（図では上面側）に受けを有しないことなる。したがって図１１（Ａ）（Ｂ）の状態で凸リップ２および平リップ４は殆ど圧縮されず、シール面圧が不足し、よって漏れが発生することが懸念される。
【００１０】
また、この懸念を解消すべく両リップ２，４のシール面圧を増大するため、図１２（Ａ）（Ｂ）に示すように電解質膜１１に重ねられるガス拡散層１２，１３の周辺部に舌片状の張り出し部１２ａ，１３ａを設け（張り出し部１２ａ，１３ａはその平面形状を図７（Ａ）（Ｃ）に点線で示している）、この張り出し部１２ａ，１３ａをガス通路２１ｃ，２２ｃに配置して、リップ２，４の電解質膜１１裏面側の受けとして作用させることが考えられる。
【００１１】
しかしながらこの場合、凸リップ２については上記したようにもともとシール面圧が高いことから、張り出し部１３ａを受けとして作用させることによりシール性を確保することができるが（図１３（Ａ）参照）、平リップ４についてはシール面圧が高くないことから、張り出し部１２ａを受けとして作用させてもシール性を確保することができない場合がある（図１３（Ｂ）参照）。以上の説明はガスの供給側にて説明を行なったが、ガスの排出側についても同様である。
【００１２】
【特許文献１】特開２００１−１８５１７４号公報
【特許文献２】特開２００４−３０３７２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は以上の点に鑑みて、凸リップと平リップの組み合わせよりなる燃料電池用ガスケットにおいて、平リップの受けとして、対応する位置に必ず凸リップを配置し、リップが片方のみ配置される部位についてはこれを必ず平リップではなくシール面圧の大きな凸リップとし、もってシール性を向上させ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。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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、電解質膜とその厚さ方向両側に配置されるセパレータとの間をシールする燃料電池用ガスケットであって、一方のセパレータに保持されて電解質膜の一方の面に密接する凸リップと、他方のセパレータに保持されて電解質膜の他方の面に密接する平リップとの組み合わせよりなる燃料電池用ガスケットにおいて、前記凸リップは、一方のセパレータに設けたマニホールド穴および前記マニホールド穴から発電部へガスを給排するガス通路の周りをシールするマニホールド通路シール部を有し、前記平リップは、前記凸リップのマニホールド通路シール部に対応して設けられた対応シール部を有し、前記平リップの対応シール部の内側に凸リップよりなる第２シールを設け、この凸リップよりなる第２シールは、他方のセパレータに設けたマニホールド穴の周りに全周に亙って設けられ、前記凸リップのマニホールド通路シール部の内側に平リップよりなる第２シールを設け、この平リップよりなる第２シールは、一方のセパレータに設けた前記マニホールド穴の周りに前記ガス通路を除いて設けられていることを特徴とする。
【００１５】
一方のセパレータ側の凸リップにマニホールド通路シール部を設け、他方のセパレータ側の平リップに対応して対応シール部を設ける。したがってこのマニホールド通路シール部と対応シール部の組み合わせ部位はすべて凸リップと平リップの組み合わせとなり、よって十分なシール性を発揮する。
【００１６】
また、平リップの対応シール部の内側に凸リップよりなる第２シールを設け、この凸リップよりなる第２シールは、他方のセパレータに設けたマニホールド穴の周りに全周に亙って設けられるものとする。一方、凸リップのマニホールド通路シール部の内側に平リップよりなる第２シールを設け、この平リップよりなる第２シールは、一方のセパレータに設けたマニホールド穴の周りにガス通路を除いて設けられるものとする。凸リップよりなる第２シールはマニホールド穴の周りに全周に亙って設けられ、一方、平リップよりなる第２シールはマニホールド穴の周りにガス通路を除いて設けられるので、両第２シールの組み合わせ部位は凸リップと平リップの組み合わせとなり、よって十分なシール性を発揮する。また、片方のリップのみが設けられる部位すなわちガス通路は、前者の凸リップよりなる第２シールのみが設けられ、凸リップのみが配置されるため、十分なシール性を発揮する。
【発明の効果】
【００１７】
したがって、本発明によれば所期の目的どおり、凸リップと平リップの組み合わせよりなる燃料電池用ガスケットにおいて、平リップの受けとして、対応する位置に必ず凸リップが配置され、リップが片方のみ配置される部位についてはこれが必ず平リップではなくシール面圧の大きな凸リップとされることから、ガスケットによるシール性を向上させることができる。凸リップ同士の組み合わせではないため、スタッキング性も良好である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
尚、本発明には、以下の実施形態が含まれる。
【００１９】
（１）セルシールのリップライン形状を変更し、アノード側（もしくはカソード側）のマニホールド部のシールリップラインを二重にし、平リップと凸リップの組み合わせとする。凸リップを設けたセパレータのガス導入排出路（ガス通路）が形成されるマニホールドには、該路の口を除く３方面の第１シールの内側に、平リップからなる第２シールを設け、これに相対するセパレータのマニホールドの第１シールの内側全周には凸リップの第２シールを設ける。この改良により、アノード側（もしくはカソード側）に新たに設けられた凸リップと反対側の平リップとの組み合わせにより、マニホールド周りのシールが成立するため、スタッキングの際のシールリップの高い位置決め精度が不要で、マニホールド部もきっちりとシールすることができるようになる。
【００２０】
（２）また本発明は、電解質膜およびセパレータ間をシールする燃料電池用ガスケットであって、一方のセパレータ側の凸リップと他方のセパレータ側の平リップの組み合わせよりなるガスケットにおいて、平リップの受けとして対応する位置に必ず凸リップを配置し、リップが片方のみ配置される部位についてはこれを必ずシール面圧の大きな凸リップとし、もってシール性を向上させることを課題とし、この課題達成のため、凸リップは、マニホールド穴およびガス通路の周りをシールするマニホールド通路シール部を有し、平リップは、マニホールド通路シール部に対応して対応シール部を有する。対応シール部の内側に凸リップよりなる第２シールを設け、このシールはマニホールド穴の周りに全周に亙って設ける。マニホールド通路シール部の内側に平リップよりなる第２シールを設け、このシールはマニホールド穴の周りにガス通路を除いて設ける。凸リップよりなる第２シールと平リップよりなる第２シールの対応関係において、前者の凸リップよりなる第２シールのみが配置される部位には、この部位の凸リップを圧縮するため、電解質裏面側に受けを設けるのが好ましい。
【実施例】
【００２１】
つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。
【００２２】
図１ないし図５に示すように、当該実施例に係るガスケット１は、電解質膜１１とその厚さ方向両側に配置されるセパレータ２１，２２との間をシールする燃料電池用のガスケットであって、一方のカソード側のセパレータ２１に保持（一体成形）されて電解質膜１１の一方の面１１ａに密接する凸リップ（凸リップよりなる第１シール）２と、他方のアノード側のセパレータ２２に保持（一体成形）されて電解質膜１１の他方の面１１ｂに密接する平リップ（平リップよりなる第１シール）４との組み合わせにより構成されている。
【００２３】
図１（Ａ）に示すように、ガスの供給側において、凸リップ２は、セパレータ２１に設けたマニホールド穴２１ｂおよびこのマニホールド穴２１ｂから発電部（発電ガス流路）２１ａへガスを供給するガス通路２１ｃの周りをシールするマニホールド通路シール部２Ａを有しており、一方、図１（Ｃ）に示すように、平リップ４は、凸リップ２のマニホールド通路シール部２Ａに対応して設けられた対応シール部４Ｃを有している。平リップ４の対応シール部４Ｃの内側には、凸リップよりなる第２シール５が設けられており、この凸リップよりなる第２シール５は、セパレータ２２に設けたマニホールド穴２２ｇの周りに全周に亙って設けられている。また凸リップ２のマニホールド通路シール部２Ａの内側には、平リップよりなる第２シール６が設けられており、この平リップよりなる第２シール６は、セパレータ２１に設けたマニホールド穴２１ｂの周りにガス通路２１ｃを除いて設けられている。
【００２４】
また、図１（Ａ）に示すように、ガスの排出側において、凸リップ２は、セパレータ２１に設けたマニホールド穴２１ｄおよびこのマニホールド穴２１ｄへ発電部２１ａからガスを排出するガス通路２１ｅの周りをシールするマニホールド通路シール部２Ｂを有しており、一方、図１（Ｃ）に示すように、平リップ４は、凸リップ２のマニホールド通路シール部２Ｂに対応して設けられた対応シール部４Ｄを有している。平リップ４の対応シール部４Ｄの内側には、凸リップよりなる第２シール５が設けられており、この凸リップよりなる第２シール５は、セパレータ２２に設けたマニホールド穴２２ｉの周りに全周に亙って設けられている。また凸リップ２のマニホールド通路シール部２Ｂの内側には、平リップよりなる第２シール６が設けられており、この平リップよりなる第２シール６は、セパレータ２１に設けたマニホールド穴２１ｄの周りにガス通路２１ｅを除いて設けられている。
【００２５】
図１は、互いに重ねられる一対のセパレータ２１，２２を分解した状態を示しており、一対のセパレータ２１，２２は、図上イ部とイ部、ロ部とロ部、ハ部とハ部、ニ部とニ部をそれぞれ対面させるようにして重ねられる。すなわち一対のセパレータ２１，２２を上下方向に重ねるものとして、図１（Ａ）は上側に配置されるカソード側のセパレータ２１の底面図（下面図）を示すとともに、図１（Ｃ）は下側に配置されるアノード側のセパレータ２２の平面図（上面図）を示している。セパレータ２１，２２にはそれぞれ複数のマニホールド穴が設けられており、両セパレータ２１，２２が重ねられると、符号２１ｉと２２ｄ、２１ｂと２２ｇ、２１ｈと２２ｈ、２１ｆと２２ｆ、２１ｄと２２ｉ、２１ｇと２２ｂの組み合わせにて各マニホールド穴が重ねられ、それぞれセパレータ２１，２２の厚さ方向に連通するマニホールド流路となる。また図１（Ｂ）は、両面にそれぞれ電極およびガス拡散層１２，１３を重ねた電解質膜１１をその厚さ方向に見た正面図を示している。
【００２６】
図１（Ａ）のカソード側のセパレータ２１の平面中央には、発電時にガスが流れる発電部２１ａが設けられており、この発電部２１ａの周りを取り囲むようにして凸リップ２が配置されている。セパレータ２１にはガス供給用のマニホールド穴２１ｂが設けられているので、このマニホールド穴２１ｂから発電部２１ａへガスを供給するようマニホールド穴２１ｂと発電部２１ａとの間に、凸リップ２が設けられていないガス通路２１ｃが設けられており、これに合わせて凸リップ２にその一部として、マニホールド穴２１ｂおよびガス通路２１ｃの周りをシールするマニホールド通路シール部２Ａが設けられている。また、セパレータ２１にはガス排出用のマニホールド穴２１ｄが対応して設けられているので、このマニホールド穴２１ｄへ発電部２１ａからガスを排出するようマニホールド穴２１ｄと発電部２１ａとの間に、凸リップ２が設けられていないガス通路２１ｅが設けられており、これに合わせて凸リップ２にその一部として、マニホールド穴２１ｄおよびガス通路２１ｅの周りをシールするマニホールド通路シール部２Ｂが設けられている。セパレータ２１には他にもマニホールド穴２１ｆ，２１ｇ，２１ｈ，２１ｉが設けられているが、これらのマニホールド穴２１ｆ，２１ｇ，２１ｈ，２１ｉは発電部２１ａへガスを供給・排出しないので、これらの周りには凸リップ２が全周に亙って設けられている。
【００２７】
また、図１（Ｃ）のアノード側のセパレータ２２の平面中央には、発電時にガスが流れる発電部（発電ガス流路）２２ａが設けられており、この発電部２２ａの周りを取り囲むようにして平リップ４が配置されている。セパレータ２２にはガス供給用のマニホールド穴２２ｂが設けられているので、このマニホールド穴２２ｂから発電部２２ａへガスを供給するようマニホールド穴２２ｂと発電部２２ａとの間に、平リップ４が設けられていないガス通路２２ｃが設けられており、これに合わせて平リップ４にその一部として、マニホールド穴２２ｂおよびガス通路２２ｃの周りをシールするマニホールド通路シール部４Ａが設けられている。また、セパレータ２２にはガス排出用のマニホールド穴２２ｄが対応して設けられているので、このマニホールド穴２２ｄへ発電部２２ａからガスを排出するようマニホールド穴２２ｄと発電部２２ａとの間に、平リップ４が設けられていないガス通路２２ｅが設けられており、これに合わせて平リップ４にその一部として、マニホールド穴２２ｄおよびガス通路２２ｅの周りをシールするマニホールド通路シール部４Ｂが設けられている。セパレータ２２には他にもマニホールド穴２２ｆ，２２ｇ，２２ｈ，２２ｉが設けられているが、これらのマニホールド穴２２ｆ，２２ｇ，２２ｈ，２２ｉは発電部２２ａへガスを供給・排出しないので、これらの周りには平リップ４が全周に亙って設けられている。但し、符号２２ｇおよび２２ｉで示すマニホールド穴の周りには凸リップよりなる第２シール５が全周に亙って設けられて、この第２シール５によってマニホールド穴２２ｇ，２２ｉの周りがシールされるので、平リップ４はこれらのマニホールド穴２２ｇ，２２ｉの周りの一部のみ（セパレータ２２の外周縁側のみ）に設けられている。
【００２８】
上記したように図１（Ａ）において、凸リップ２にはその一部として、マニホールド穴２１ｂおよびガス通路２１ｃの周りをシールするマニホールド通路シール部２Ａが設けられており、図１（Ｃ）において、平リップ４にはその一部として、凸リップ２のマニホールド通路シール部２Ａに対応する対応シール部４Ｃが設けられている。ここに対応するとは、スタッキング時に重ねられるよう配置されることを云う。また、平リップ４の対応シール部４Ｃの内側に凸リップよりなる第２シール５が設けられており、この凸リップよりなる第２シール５はマニホールド穴２２ｇの周りに全周に亙って設けられている。また、凸リップ２のマニホールド通路シール部２Ａの内側に平リップよりなる第２シール６が設けられており、この平リップよりなる第２シール６はマニホールド穴２１ｂの周りにガス通路２１ｃを除いて設けられている。ガス通路２１ｃを除いて凸リップよりなる第２シール５と平リップよりなる第２シール６は対応して設けられている
【００２９】
また、上記したように図１（Ａ）において、凸リップ２にはその一部として、マニホールド穴２１ｄおよびガス通路２１ｅの周りをシールするマニホールド通路シール部２Ｂが設けられており、図１（Ｃ）において、平リップ４にはその一部として、凸リップ２のマニホールド通路シール部２Ｂに対応する対応シール部４Ｄが設けられている。また、平リップ４の対応シール部４Ｄの内側に凸リップよりなる第２シール５が設けられており、この凸リップよりなる第２シール５はマニホールド穴２２ｉの周りに全周に亙って設けられている。また、凸リップ２のマニホールド通路シール部２Ｂの内側に平リップよりなる第２シール６が設けられており、この平リップよりなる第２シール６はマニホールド穴２１ｄの周りにガス通路２１ｅを除いて設けられている。ガス通路２１ｅを除いて凸リップよりなる第２シール５と平リップよりなる第２シール６は対応して設けられている。
【００３０】
図２は、図１（Ａ）におけるＡ−Ａ線拡大断面を示しており、カソード側の凸リップ２におけるマニホールド通路シール部２Ａの内側（図では左側）に平リップよりなる第２シール６が一体に設けられている。凸リップ２は断面山形状（三角形状）のシールリップ部２ａを基部２ｂの一面に一体成形したものであり、平リップよりなる第２シール６は平面状のシール面（当接面）６ａを有している。
【００３１】
図３は、図１（Ｃ）におけるＢ−Ｂ線拡大断面を示しており、アノード側の平リップ４における対応シール部４Ｃの内側（図では左側）に凸リップよりなる第２シール５が一体に設けられている。平リップ４は平面状のシール面（当接面）４ａを有しており、凸リップよりなる第２シール５は断面山形状（三角形状）のシールリップ部５ａを基部５ｂの一面に一体成形したものである。
【００３２】
図４は、両面にそれぞれ電極およびガス拡散層（ＧＤＬ）１２，１３を重ねた電解質膜１１の平面を示している。電解質膜１１の上面側に配置されるガス拡散層１２の周縁部には、カソード側のガス通路２１ｃ，２１ｅに配置される舌片状の突き出し部１２ａが２箇所に設けられている。また、電解質膜１１の下面側に配置されるガス拡散層１３の周縁部には、アノード側のガス通路２２ｃ，２２ｅに配置される舌片状の突き出し部１３ａが２箇所に設けられている。
【００３３】
図５は、一対のセパレータ２１，２２をスタッキングした状態を模式的な図として示している。
【００３４】
このうち、図５（Ａ）は、図１（Ａ）のカソード側のセパレータ２１をＣ−Ｃ線の断面で見るとともに図１（Ｃ）のアノード側のセパレータ２２をＤ−Ｄ線の断面で見たものであって、カソード側のセパレータ２１のマニホールド穴２１ｇの周りには、黒三角で示す凸リップ２が全周に亙って配置されている。またアノード側のセパレータ２２のマニホールド穴２２ｂおよびガス通路２２ｃの周りには、黒四角で示す平リップ４のマニホールド通路シール部４Ａが配置され、ガス通路２２ｃにはガス拡散層１３の張り出し部１３ａが配置されている。カソード側の右側の凸リップ２は、電解質膜１１を挟んでアノード側の平リップ４が受けとして作用するので、十分なシール性が発揮される。カソード側の左側の凸リップ２は、電解質膜１１を挟んでアノード側のガス拡散層１３の突き出し部１３ａが受けとして作用するので、十分なシール性が発揮される。アノード側の平リップ４のマニホールド通路シール部４Ａは、電解質膜１１を挟んでカソード側の凸リップ２が相対の受けとして作用するので、十分なシール性が発揮される。ガス拡散層１３の張り出し部１３ａはポーラス状のカーボン等よりなるので、ガスが浸透・透過してゆくことになる。尚、この図５（Ａ）に示す構造は、これに対応する従来技術に係る図１３（Ａ）との比較から明らかなように従来と同じ構造である。
【００３５】
これに対して、図５（Ｂ）に示す構造は、これに対応する従来技術に係る図１３（Ｂ）に示す構造とは異なっており、これが本発明・本実施例の特徴である。
【００３６】
すなわち、図５（Ｂ）は、図１（Ａ）のカソード側のセパレータ２１をＥ−Ｅ線の断面で見るとともに図１（Ｃ）のアノード側のセパレータ２２をＦ−Ｆ線の断面で見たものであって、カソード側のセパレータ２１のマニホールド穴２１ｂおよびガス通路２１ｃの周りには、黒三角で示す凸リップ２のマニホールド通路シール部２Ａが配置され、その内側に黒四角で示す平リップよりなる第２シール６が配置されている。ガス通路２１ｃにはガス拡散層１２の張り出し部１２ａが配置されている。アノード側のセパレータ２２のマニホールド穴２２ｇの周りには、黒四角で示す平リップ４の対応シール部４Ｃが配置され、その内側（左側）に黒三角で示す凸リップよりなる第二シール５が配置されている。カソード側の凸リップ２のマニホールド通路シール部２Ａは、電解質膜１１を挟んでアノード側の平リップ４の対応シール部４Ｃが受けとして作用するので、十分なシール性が発揮される。カソード側の平リップよりなる第２シール６は、電解質膜１１を挟んでアノード側の凸リップよりなる第２シール５が相対の受けとして作用するので、十分なシール性が発揮される。ガス拡散層１２の張り出し部１２ａはポーラス状のカーボン等よりなるので、ガスが浸透・透過してゆくことになる。アノード側の平リップ４の対応シール部４Ｃは、電解質膜１１を挟んでカソード側の凸リップ２のマニホールド通路シール部２Ａが相対の受けとして作用するので、十分なシール性が発揮される。アノード側の右側の凸リップよりなる第２シール５は、電解質膜１１を挟んでカソード側の平リップよりなる第２シール６が受けとして作用するので、十分なシール性が発揮される。アノード側の左側の凸リップよりなる第２シール５は、電解質膜１１を挟んでカソード側のガス拡散層１２の突き出し部１２ａが受けとして作用するので、十分なシール性が発揮される。図示および説明は省略するが、ガスの排出側も同様である。
【００３７】
したがって以上のことから、本発明所期の目的どおり、凸リップと平リップの組み合わせよりなる燃料電池用ガスケットにおいて、平リップの受けとして、対応する位置には必ず凸リップが配置され、リップが片方のみ配置される部位についてはこれが必ず平リップではなくシール面圧の大きな凸リップとされることから、ガスケットによるシール性を向上させることができる。凸リップ同士の組み合わせでないことから、スタッキング性も良好である。本願発明者らが試しに従来技術に係る図７の形状（凸リップ２，３同士の組み合わせ）のガスケット１を硬度４０のシリコーンゴムで成形してスタッキングしたところ、きわめて精密な位置決め精度が必要とされるうえ、締め込む際にセパレータ２１，２２に横方向の力が加わるだけでリップ２，３先端がずれてしまい、電解質膜１１が変形してしまった。図１０の形状（凸リップ２と平リップ４の組み合わせ）のガスケット１では、スタッキングおよび締め付けの際の問題はないが、平リップ４のみが電解質膜１１に当接するマニホールド部分はシール性がなかった。これらに対し、形状を改良した図１の形状のガスケット１を同様に、硬度４０のシリコーンゴムで成形してスタッキングしたところ、スタッキング時に多少の位置ずれがあってもシールに問題がないうえ、マニホールド部分も良好にシールすることができた。
【００３８】
尚、上記実施例では、カソード側のセパレータ２１に凸リップ２および平リップよりなる第２シール６を設けるとともに、アノード側のセパレータ２２に平リップ４および凸リップよりなる第２シール５を設けたが、その配置はカソード・アノード側にて反対であっても良い。
【００３９】
また、セパレータ２１，２２としては、金属セパレータ、樹脂−カーボンセパレータ、カーボンセパレータ等のいずれの場合にも適用することができる。
【００４０】
また、上記実施例では、リップが片方のみ配置される部位についてその電解質膜１１裏面側の受けとしてガス拡散層１２，１３の張り出し部１２ａ，１３ａを用いたが、これに代えてスペーサー（ガス供給部材）の類を用いても良い。例えば図６（Ａ）では、スペーサー３１はセパレータ２１，２２と別体のブロック状のものとして設定されている。スペーサー３１はガス通路２１ｃ，２１ｅ，２２ｃ，２２ｅに設置されるものであってガスを通過させる必要があるので、溝状のガス連通部３２を所要数有している。また図６（Ｂ）の他の例では、スペーサー３１はセパレータ２１，２２に一体成形されたブロック状のものとして設定されている。スペーサー３１はやはり溝状のガス連通部３２を有しているが、一体成形の場合には、溝状のガス連通部３２が電解質膜１１側に開口するので、電解質膜１１に対する当接面を平坦とするため、スペーサー３１にプレート３３を組み合わせると良い。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例に係る燃料電池用ガスケットを備えた燃料電池セルを分解した状態を示す図であって、（Ａ）は一方のセパレータの底面図、（Ｂ）は電解質膜を含む中間層（発電体）の正面図、（Ｃ）は他方のセパレータの平面図
【図２】図１におけるＡ−Ａ線拡大断面図
【図３】図１におけるＢ−Ｂ線拡大断面図
【図４】電解質膜を含む中間層（発電体）の平面図
【図５】同実施例に係る燃料電池用ガスケットを備えた燃料電池セルをスタッキングした状態を示す説明図であって、（Ａ）は図１におけるＣ−Ｃ線およびＤ−Ｄ線に対応する図、（Ｂ）は図１におけるＥ−Ｅ線およびＦ−Ｆ線に対応する図
【図６】（Ａ）および（Ｂ）ともスペーサーの一例を示す斜視図
【図７】従来例に係る燃料電池用ガスケットを備えた燃料電池セルを分解した状態を示す図であって、（Ａ）は一方のセパレータの底面図、（Ｂ）は電解質膜を含む中間層（発電体）の正面図、（Ｃ）は他方のセパレータの平面図
【図８】（Ａ）は従来例に係る燃料電池用ガスケットをスタッキングした状態の断面図、（Ｂ）は締め込み完了時の断面図
【図９】（Ａ）および（Ｂ）とも同従来例に係る燃料電池用ガスケットの不具合発生状態を示す断面図
【図１０】他の従来例に係る燃料電池用ガスケットをスタッキングした状態の断面図
【図１１】（Ａ）および（Ｂ）とも同従来例に係る燃料電池用ガスケットの不具合発生状態を示す断面図
【図１２】（Ａ）および（Ｂ）とも同従来例に係る燃料電池用ガスケットの不具合発生状態を示す断面図
【図１３】（Ａ）および（Ｂ）とも同実施例に係る燃料電池用ガスケットを備えた燃料電池セルをスタッキングした状態を示す説明図
【符号の説明】
【００４２】
１ 燃料電池用ガスケット
２，３ 凸リップ
２ａ，３ａ シールリップ部
２ｂ，３ｂ 基部
２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂ，４Ａ，４Ｂ マニホールド通路シール部
４ 平リップ部
４ａ 当接面
４Ｃ，４Ｄ 受けシール部
５ 凸リップよりなる第２シール部
６ 平リップよりなる第２シール部
１１ 電解質膜
１１ａ，１１ｂ 面
１２，１３ ガス拡散層
１２ａ，１３ａ 張り出し部
２１，２２ セパレータ
２１ａ，２２ａ 発電部
２１ｂ，２１ｄ，２１ｆ，２１ｇ，２１ｈ，２１ｉ，２２ｂ，２２ｄ，２２ｆ，２２ｇ，２２ｈ，２２ｉ マニホールド穴
２１ｃ，２１ｅ，２２ｃ，２２ｅ ガス通路
３１ スペーサー
３２ ガス連通部
３３ プレート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜（１１）とその厚さ方向両側に配置されるセパレータ（２１）（２２）との間をシールする燃料電池用ガスケット（１）であって、一方のセパレータ（２１）に保持されて電解質膜（１１）の一方の面（１１ａ）に密接する凸リップ（２）と、他方のセパレータ（２２）に保持されて電解質膜（１１）の他方の面（１１ｂ）に密接する平リップ（４）との組み合わせよりなる燃料電池用ガスケット（１）において、
前記凸リップ（２）は、一方のセパレータ（２１）に設けたマニホールド穴（２１ｂ）（２１ｄ）および前記マニホールド穴（２１ｂ）（２１ｄ）から発電部（２１ａ）へガスを給排するガス通路（２１ｃ）（２１ｅ）の周りをシールするマニホールド通路シール部（２Ａ）（２Ｂ）を有し、
前記平リップ（４）は、前記凸リップ（２）のマニホールド通路シール部（２Ａ）（２Ｂ）に対応して設けられた対応シール部（４Ｃ）（４Ｄ）を有し、
前記平リップ（４）の対応シール部（４Ｃ）（４Ｄ）の内側に凸リップよりなる第２シール（５）を設け、この凸リップよりなる第２シール（５）は、他方のセパレータ（２２）に設けたマニホールド穴（２２ｇ）（２２ｉ）の周りに全周に亙って設けられ、
前記凸リップ（２）のマニホールド通路シール部（２Ａ）（２Ｂ）の内側に平リップよりなる第２シール（６）を設け、この平リップよりなる第２シール（６）は、一方のセパレータ（２１）に設けた前記マニホールド穴（２１ｂ）（２１ｄ）の周りに前記ガス通路（２１ｃ）（２１ｅ）を除いて設けら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１】
電解質膜（１１）とその厚さ方向両側に配置されるセパレータ（２１）（２２）との間をシールする燃料電池用ガスケット（１）であって、一方のセパレータ（２１）に保持されて電解質膜（１１）の一方の面（１１ａ）に密接する凸リップ（２）と、他方のセパレータ（２２）に保持されて電解質膜（１１）の他方の面（１１ｂ）に密接する平リップ（４）との組み合わせよりなる燃料電池用ガスケット（１）において、
前記凸リップ（２）は、一方のセパレータ（２１）に設けたマニホールド穴（２１ｂ）（２１ｄ）および前記マニホールド穴（２１ｂ）（２１ｄ）から発電部（２１ａ）へガスを給排するガス通路（２１ｃ）（２１ｅ）の周りをシールするマニホールド通路シール部（２Ａ）（２Ｂ）を有し、
前記平リップ（４）は、前記凸リップ（２）のマニホールド通路シール部（２Ａ）（２Ｂ）に対応して設けられた対応シール部（４Ｃ）（４Ｄ）を有し、
前記平リップ（４）の対応シール部（４Ｃ）（４Ｄ）の内側に凸リップよりなる第２シール（５）を設け、この凸リップよりなる第２シール（５）は、他方のセパレータ（２２）に設けたマニホールド穴（２２ｇ）（２２ｉ）の周りに全周に亙って設けられ、
前記凸リップ（２）のマニホールド通路シール部（２Ａ）（２Ｂ）の内側に平リップよりなる第２シール（６）を設け、この平リップよりなる第２シール（６）は、一方のセパレータ（２１）に設けた前記マニホールド穴（２１ｂ）（２１ｄ）の周りに前記ガス通路（２１ｃ）（２１ｅ）を除いて設けられていることを特徴とする燃料電池用ガスケット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−９７８９９（Ｐ２００８−９７８９９Ａ）
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２７６０３４（Ｐ２００６−２７６０３４）
【出願日】平成１８年１０月１０日（２００６．１０．１０）
【出願人】（０００００４３８５）ＮＯＫ株式会社 (1,527)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月１０日（２００６．１０．１０）
【出願人】（０００００４３８５）ＮＯＫ株式会社 (1,527)
【Ｆターム（参考）】
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