CN105280933A - 燃料电池用橡胶衬垫 - Google Patents

Abstract

燃料电池用橡胶衬垫夹装于在燃料电池中层叠的第一部件和第二部件之间，具备：底座部，配置在该第一部件的表面；及唇部，由第一峰部和第二峰部构成，且该唇部与该第二部件弹性接触，所述第一峰部从该底座部向该第二部件方向突出且具有第一曲率半径的曲面，所述第二峰部从该第一峰部向该第二部件方向突出且具有比该第一曲率半径小的第二曲率半径的曲面。该底座部在与该第一峰部的下端部连续的连结部具有相对于该面方向倾斜的平面状的倾斜面，在将从该第二峰部的曲率中心向该第一部件引出的垂线设为该第二峰部的中心轴的情况下，该第一峰部的曲率中心不在该中心轴上。

Description

燃料电池用橡胶衬垫

技术领域

本发明涉及对燃料电池的构成部件间进行密封的燃料电池用橡胶衬垫。

背景技术

在燃料电池中，将利用隔板夹持包含膜电极接合体(MembraneElectrodeAssembly：MEA)的电极部件而成的单电池成为发电单位。燃料电池将单电池层叠多个而构成。在电极部件的周围、相邻的隔板之间，为了确保对于气体或制冷剂的密封性和绝缘性，而配置有框状的橡胶衬垫。例如，在日本特开2005-50728号公报、日本特开2012-195128号公报、日本专利第4530122号公报中公开有具备底座部和唇部的橡胶衬垫。

在图13中，作为以往的橡胶衬垫的一例，示出日本特开2005-50728号公报记载的橡胶衬垫的高度方向的剖视图。如图13所示，橡胶衬垫9配置在隔板94的表面。橡胶衬垫9具有底座部90和唇部93。唇部93呈现出由第一峰部91和第二峰部92构成的双峰状。第二峰部92的曲率半径R2比第一峰部91的曲率半径R1小。在将从第二峰部92的曲率中心C2向隔板94引出的垂线设为第二峰部92的中心轴A的情况下，第一峰部91的曲率中心C1也处于中心轴A上。即，第一峰部91的曲率中心C1和第二峰部92的曲率中心C2处于相同的中心轴A上。底座部90具有从第一峰部91的下端部沿水平方向连续的水平面900。

【发明要解决的课题】

在组装完燃料电池的状态下，橡胶衬垫由相邻的隔板而沿高度方向被压缩。这种情况下，橡胶衬垫被要求能够使用的压缩率的范围大的情况。即，在来自隔板的按压力大而橡胶衬垫的压缩率大的高压缩时，要求与隔板进行弹性接触的唇部难以破损。相反，在来自隔板的按压力小而橡胶衬垫的压缩率小的低压缩时，要求唇部不会弯曲倒下地沿高度方向被压缩，利用橡胶衬垫的反力能够确保密封性。

然而，在前述图13所示的形状的以往的橡胶衬垫中，在第一峰部与底座部的连结部的内部容易集中应变，在高压缩时，唇部容易破损。另一方面，在低压缩时，唇部未沿高度方向(前述图13的中心轴A方向)被压缩而弯折地倒下，难以确保密封性。因此，能够使用橡胶衬垫的压缩率的范围受到限制。

发明内容

本发明鉴于这样的实际状况而作出，课题在于提供一种即使在低压缩时，密封性也良好，且能够使用的压缩率的范围大的燃料电池用橡胶衬垫。

【用于解决课题的方案】

(1)本发明的燃料电池用橡胶衬垫夹装于在燃料电池中层叠的两个部件之间，其特征在于，将层叠两个该部件的方向作为层叠方向，将与该层叠方向正交的方向作为面方向，将两个该部件中的一个部件作为第一部件，将另一个部件作为第二部件，所述燃料电池用橡胶衬垫具备：底座部，配置在该第一部件的表面；及唇部，由第一峰部和第二峰部构成，且该唇部与该第二部件弹性接触，所述第一峰部从该底座部向该第二部件方向突出且具有第一曲率半径的曲面，所述第二峰部从该第一峰部向该第二部件方向突出且具有比该第一曲率半径小的第二曲率半径的曲面，该底座部在与该第一峰部的下端部连续的连结部具有相对于该面方向倾斜的平面状的倾斜面，在将从该第二峰部的曲率中心向该第一部件引出的垂线设为该第二峰部的中心轴的情况下，该第一峰部的曲率中心不在该中心轴上。

本发明的燃料电池用橡胶衬垫的底座部通过平面状的倾斜面而与第一峰部的下端部连结。换言之，本发明的底座部不具有从第一峰部的下端部沿水平方向连续的水平面。在这一点上，本发明的底座部与前述图13所示的橡胶衬垫的底座部不同。通过将与第一峰部的下端部连续的连结部形成为平面状的倾斜面，能够使第一峰部与底座部的连结部为厚壁。由此，唇部难以倒下，即使在低压缩时也容易确保密封性。而且，由于将第一峰部与底座部的连结部加强，因此能够抑制高压缩时的唇部的破损。

在本发明的燃料电池用橡胶衬垫中，在将从第二峰部的曲率中心向第一部件引出的垂线设为第二峰部的中心轴的情况下，第一峰部的曲率中心不在第二峰部的中心轴上。在这一点上，本发明的唇部与前述图13所示的橡胶衬垫的唇部不同。通过使第一峰部的曲率中心从第二峰部的中心轴错开，能够使第一峰部与第二峰部的连结部为厚壁。由此，唇部难以倒下，即使在低压缩时也容易确保密封性。

这样，根据本发明的燃料电池用橡胶衬垫，能够确保低压缩时的密封性，而将可使用的压缩率的范围向低压缩率侧扩展。例如，根据本发明的燃料电池用橡胶衬垫，如后述的实施例所示，即使在压缩率为10％的低压缩时也能够确保密封性。而且，可使用的压缩率的范围(橡胶衬垫不破损的最高压缩率-能够确保密封性的最低压缩率)能够形成为50％以上。

(2)优选的是，在上述(1)的结构中，所述底座部的所述倾斜面与所述第一部件的表面所成的角度可以为15°以上且35°以下。

底座部的倾斜面与第一部件的表面所成的角度只要使底座部的倾斜面延长至与第一部件的表面抵接而进行测定即可。或者，只要将第一部件的表面沿面方向延长而假定为假想表面，使底座部的倾斜面延长至与该假想表面抵接而进行测定即可。

当倾斜面相对于第一部件的表面的角度过小时，无法使第一峰部与底座部的连结部充分厚壁化。由此，在低压缩时，唇部容易倒下，难以确保密封性。另一方面，当倾斜面的角度过大时，第一峰部与底座部的连结部变得过于厚壁。由此，在高压缩时，应变集中于底座部的下方部分，可能会导致橡胶衬垫的破损。根据本结构，能够使第一峰部与底座部的连结部适度地厚壁化，能够同时实现低压缩时的密封性确保和高压缩时的橡胶衬垫的破损的抑制。

(3)优选的是，在上述(1)或(2)的结构之，所述第一峰部的所述第一曲率半径相对于所述层叠方向的长度的比率为0.64以上且0.91以下。

当第一峰部的第一曲率半径相对于橡胶衬垫的层叠方向的长度(橡胶衬垫的高度)的比率过小时，无法使第一峰部与底座部的连结部充分地厚壁化。由此，在低压缩时，唇部容易倒下，难以确保密封性。另一方面，若该比率过大，则在高压缩时，应变集中于第一峰部的内部，可能会导致橡胶衬垫的破损。根据本结构，通过使第一曲率半径相对于橡胶衬垫的高度的比率的值最适化，能够同时实现低压缩时的密封性确保和高压缩时的橡胶衬垫的破损的抑制。

(4)优选的是，在上述(1)至(3)中的任一结构中，两个所述部件是隔板。

根据本结构，能够将燃料电池中的由隔板夹持的电极部件的周围、相邻的隔板之间在从低压缩率到高压缩率的大范围内进行密封。

附图说明

图1是具备本发明的实施方式的燃料电池用橡胶衬垫的燃料电池的立体图。

图2是图1的II-II剖视图。

图3是图2的圆III内的放大图。

图4是实施例1的橡胶衬垫的剖视图。

图5是实施例2的橡胶衬垫的剖视图。

图6是实施例3的橡胶衬垫的剖视图。

图7是实施例4的橡胶衬垫的剖视图。

图8是比较例1的橡胶衬垫的剖视图。

图9是比较例2的橡胶衬垫的剖视图。

图10是比较例3的橡胶衬垫的剖视图。

图11是比较例4的橡胶衬垫的剖视图。

图12是橡胶衬垫的评价所使用的试验装置的剖视图。

图13是以往的橡胶衬垫的高度方向的剖视图。

【标号说明】

1：燃料电池，2：单电池组件，3：电极部件，4U：第一隔板，4D：第二隔板，4d：另一单电池组件的第二隔板，5U：第一橡胶衬垫，5D：第二橡胶衬垫，6：橡胶衬垫，8：试验装置，10a：空气供给部件，10b：空气排出部件，11a：氢供给部件，11b：氢排出部件，12a：冷却水供给部件，12b：冷却水排出部件，13，14：端板，30：MEA，31：阳极多孔质层，32：阴极多孔质层，40U，40D：凹凸部，50U：底座部，51U：唇部，52U：第一峰部，53U：第二峰部，60：底座部，61：唇部，62：第一峰部，63：第二峰部，80：夹具，81：样品，82：氮气供给装置，83：空间，500U：倾斜面，600：倾斜面，810：隔板，811：橡胶衬垫，820：压力计，A：第二峰部的中心轴，C1：第一峰部的曲率中心，C2：第二峰部的曲率中心，R1：第一曲率半径，R2：第二曲率半径。

具体实施方式

以下，说明本发明的燃料电池用橡胶衬垫的实施方式。在实施方式中，本发明的燃料电池用橡胶衬垫作为第一橡胶衬垫而具体化。

<燃料电池的结构>

首先，说明具备本实施方式的燃料电池用橡胶衬垫(以下，适当简称为“橡胶衬垫”)的燃料电池的结构。需要说明的是，在以下所示的实施方式中，上下方向对应于本发明的“层叠方向”，水平方向(前后左右方向)对应于本发明的“面方向”。

图1示出具备本实施方式的橡胶衬垫的燃料电池的立体图。如图1所示，燃料电池1通过将多个单电池组件2层叠而构成。燃料电池1是固体高分子型燃料电池。在多个单电池组件2的上下方向两端配置有一对端板13、14。一对端板13、14分别为金属材料制且呈矩形板状。

在燃料电池1的左缘，从后方朝向前方，连接有供给空气(氧化剂气体)的空气供给部件10a、供给冷却水的冷却水供给部件12a、供给氢(燃料气体)的氢供给部件11a。在燃料电池1的右缘，从前方朝向后方，连接有排出空气的空气排出部件10b、排出冷却水的冷却水排出部件12b、排出氢的氢排出部件11b。在多个单电池组件2上分别形成有多个连通孔。通过将各连通孔沿层叠方向相连，而在燃料电池1中沿单电池组件2的层叠方向形成空气、氢、冷却水的流路。

<单电池组件的结构>

接下来，说明单电池组件2的结构。图2示出图1的II-II剖视图。如图2所示，单电池组件2具备电极部件3、第一隔板4U、第二隔板4D、第一橡胶衬垫5U、第二橡胶衬垫5D。

[电极部件3]

电极部件3具备MEA30、阳极多孔质层31、阴极多孔质层32。MEA30具备电解质膜、阳极催化剂层、阴极催化剂层。电解质膜是全氟磺酸膜，呈矩形薄板状。阳极催化剂层及阴极催化剂层分别包含载持有铂的碳粒子。阳极催化剂层及阴极催化剂层分别呈矩形薄板状。阳极催化剂层在电解质膜的下表面上层叠。阴极催化剂层在电解质膜的上表面上层叠。

阳极多孔质层31是气体扩散层。阳极多孔质层31为烧结发泡金属制，呈矩形薄板状。阳极多孔质层31在MEA30的下表面上层叠。阴极多孔质层32是气体扩散层。阴极多孔质层32为烧结发泡金属制，呈矩形薄板状。阴极多孔质层32在MEA30的上表面上层叠。

[第一隔板4U]

第一隔板4U为不锈钢制，呈矩形薄板状。第一隔板4U在电极部件3的上表面上层叠。第一隔板4U在从上方观察下与电极部件3重叠的区域具有凹凸部40U。第一隔板4U包含在本发明的“第一部件”的概念中。

[第二隔板4D]

第二隔板4D为不锈钢制，呈矩形薄板状。第二隔板4D在电极部件3的下表面上层叠。第二隔板4D在从上方观察下与电极部件3重叠的区域具有凹凸部40D。

如前述图1所示，燃料电池1将多个单电池组件2层叠而构成。第一橡胶衬垫5U以压缩的状态配置在第一隔板4U与在第一隔板4U的上方层叠的另一单电池组件的第二隔板4d(图2中，在第一橡胶衬垫5U的上方由细线表示)之间。隔着第一橡胶衬垫5U而层叠在第一隔板4U的上方的第二隔板4d包含在本发明的“第二部件”的概念中。

[第一橡胶衬垫5U]

第一橡胶衬垫5U是以三元乙丙橡胶(EPDM)为橡胶成分的固体橡胶的交联物制。第一橡胶衬垫5U呈矩形框状。第一橡胶衬垫5U粘结于第一隔板4U的上表面的周缘部。图3示出图2的圆III内的放大图。为了便于说明，在图3中，省略第一橡胶衬垫5U的阴影线地表示。而且，省略第二隔板4d地表示。

如图3放大所示，第一橡胶衬垫5U具有底座部50U和唇部51U。底座部50U配置在第一隔板4U的上表面。唇部51U突出设置在底座部50U的上表面。唇部51U具有第一峰部52U和第二峰部53U。第一峰部52U从底座部50U连续向上方突出。第一峰部52U具有第一曲率半径R1的曲面。第二峰部53U从第一峰部52U连续地向上方突出。第二峰部53U的第二曲率半径R2比第一峰部52U的第一曲率半径R1小。唇部51U呈现出由第一峰部52U及第二峰部53U构成的双峰状。唇部51U在组装了燃料电池1的状态下，由另一单电池组件的第二隔板4d(参照图2)按压而被压缩。唇部51U通过与第二隔板4d弹性接触而形成环状的密封线。

底座部50U在与第一峰部52U的下端部连续的连结部具有倾斜面500U(在图3中，由粗线表示)。倾斜面500U呈相对于水平方向倾斜的平面状。倾斜面500U以朝向前方及后方而第一橡胶衬垫5U的上下方向长度(高度)减小的方式倾斜。倾斜面500U与第一隔板4U所成的角度α为15°。倾斜面500U与第一隔板4U所成的角度α在图3中如点线所示，将倾斜面500U延长至与第一隔板4U的上表面抵接来测定。

在从第二峰部53U的曲率中心C2向第一隔板4U引出的垂线设为第二峰部53U的中心轴A的情况下，第一峰部52U的曲率中心C1不在中心轴A上。而且，第一峰部52U的第一曲率半径R1相对于第一橡胶衬垫5U的上下方向长度(高度)H的比率(R1/H)为0.64。

[第二橡胶衬垫5D]

返回图2，第二橡胶衬垫5D呈矩形框状。第二橡胶衬垫5D是以EPDM为橡胶成分的固体橡胶的交联物制。第二橡胶衬垫5D夹装在第一隔板4U与第二隔板4D之间。在第二橡胶衬垫5D的框内收容有电极部件3。第二橡胶衬垫5D粘结于第二隔板4D的上表面的周缘部、第一隔板4U的下表面的周缘部、及电极部件3的外周侧面。这样，第二橡胶衬垫5D从外部将电极部件3密封。

<单电池组件的制造方法>

接下来，说明单电池组件2的制造方法。单电池组件2的制造方法具有第一橡胶衬垫预备成形工序、临时组装体制作工序、一体化工序。

[第一橡胶衬垫预备成形工序]

在本工序中，在第一隔板4U的表面配置第一橡胶衬垫5U的预备成形体。首先，将以EPDM为橡胶成分的固体橡胶的未交联物(橡胶材料)在加热成80℃的状态下进行注塑成形，成形出第一橡胶衬垫5U的预备成形体。预备成形体的形状与第一橡胶衬垫5U的形状相同。接着，在模具内配置预备成形体和第一隔板4U而进行闭模。在与预备成形体接触的第一隔板4U的表面涂敷底涂剂。然后，进行开模，得到在表面临时粘结有第一橡胶衬垫5U的预备成形体的第一隔板4U。

[临时组装体制作工序]

在本工序中，制作由第二橡胶衬垫5D的预备成形体、电极部件3、第二隔板4D构成的临时组装体。首先，将以EPDM为橡胶成分的固体橡胶的未交联物(橡胶材料)在加热成80℃的状态下进行注塑成形，成形出第二橡胶衬垫5D的预备成形体。预备成形体的形状与第二橡胶衬垫5D的形状相同。接着，在模具内配置预备成形体、电极部件3、第二隔板4D而进行闭模。在与预备成形体接触的第二隔板4D的表面涂敷底涂剂。然后，进行开模，得到临时粘结有第二橡胶衬垫5D的预备成形体、电极部件3、第二隔板4D的临时组装体。

[一体化工序]

在本工序中，在模具内配置附带有第一橡胶衬垫5U的预备成形体的第一隔板4U、临时组装体并进行加热，由此使预备成形体交联。首先，在模具内配置临时组装体、附带有第一橡胶衬垫5U的预备成形体的第一隔板4U。在与第二橡胶衬垫5D的预备成形体接触的第一隔板4U的表面涂敷底涂剂。接着，进行闭模，将模具在150℃下加热10分钟。由此，第一橡胶衬垫5U的预备成形体进行交联，成为第一橡胶衬垫5U，并粘结于第一隔板4U。第二橡胶衬垫5D的预备成形体进行交联，成为第二橡胶衬垫5D，并粘结于第一隔板4U、电极部件3及第二隔板4D。这样，将第一橡胶衬垫5U、第一隔板4U、第二橡胶衬垫5D、电极部件3及第二隔板4D进行一体化，从而制造出单电池组件2。

<作用效果>

接下来，说明本实施方式的橡胶衬垫(第一橡胶衬垫5U)的作用效果。第一橡胶衬垫5U的底座部50U在与第一峰部52U的下端部连续的连结部具有倾斜面500U。通过利用倾斜面500U将第一峰部52U与底座部50U连结，从而能够将第一峰部52U与底座部50U的连结部形成为厚壁。由此，唇部51U难以倒下，即使在低压缩时也容易确保密封性。而且，由于第一峰部52U与底座部50U的连结部被加强，因此能够抑制高压缩时的唇部51U的破损。

根据第一橡胶衬垫5U，在将从第二峰部53U的曲率中心C2向第一隔板4U引出的垂线设为第二峰部53U的中心轴A的情况下，第一峰部52U的曲率中心C1不在中心轴A上。通过将第一峰部52U的曲率中心C1从第二峰部53U的中心轴A错开，能够将第一峰部52U与第二峰部53U的连结部形成为厚壁。由此，唇部51U难以倒下，即使在低压缩时也容易确保密封性。

根据第一橡胶衬垫5U，倾斜面500U与第一隔板4U所成的角度α为15°。由此，能够使第一峰部52U与底座部50U的连结部适度地厚壁化，能够同时实现低压缩时的密封性确保和高压缩时的第一橡胶衬垫5U的破损的抑制。

而且，第一峰部52U的第一曲率半径R1相对于第一橡胶衬垫5U的上下方向长度(高度)H的比率(R1/H)为0.64。由于R1/H的值为0.64以上且0.91以下，因此能够同时实现低压缩时的密封性确保和高压缩时的第一橡胶衬垫5U的破损的抑制。

这样，根据第一橡胶衬垫5U，能够确保低压缩时的密封性，从而将可使用的压缩率的范围向低压缩率侧扩展。即，根据第一橡胶衬垫5U，能够将在燃料电池1中层叠的两个隔板(4U、4d)之间在从低压缩率到高压缩率的大范围内进行密封。

在上述实施方式中，将第一橡胶衬垫5U及第二橡胶衬垫5D设为包含EPDM作为橡胶成分的固体橡胶的交联物制。固体橡胶是在常温下能够混练的固体。由此，对固体橡胶的未交联物(橡胶材料)进行注塑成形，能够容易地成形出第一橡胶衬垫5U及第二橡胶衬垫5D的预备成形体。而且，固体橡胶的交联物的拉伸强度、伸长大于液状橡胶的交联物的拉伸强度、伸长。因此，第一橡胶衬垫5U及第二橡胶衬垫5D容易追随水分等引起的电解质膜的伸缩，耐久性优异。

<其他>

以上，说明了本发明的燃料电池用橡胶衬垫的实施方式。然而，实施方式没有特别限定为上述方式。也可以通过本领域技术人员进行的各种变形的方式、改良的方式来实施。

在上述实施方式中，上下方向对应于本发明的“层叠方向”，水平方向(前后左右方向)对应于本发明的“面方向”。然而，这些方向的对应没有特别限定。在上述实施方式中，将层叠的两个部件设为隔板。然而，部件没有限定为隔板，也可以是例如端板等。两个部件的种类可以相同，也可以不同。

构成燃料电池的各部件的材质、形状等没有限定为上述实施方式。例如，构成电极部件的阳极多孔质层、阴极多孔质层的结构没有特别限定。如上述实施方式那样，可以设为仅气体扩散层的单层结构，也可以是气体扩散层及气体流路层的双层结构。隔板的形状也可以是不具有凹凸部的平板状。

在上述实施方式中，第一橡胶衬垫、第二橡胶衬垫都设为以EPDM为橡胶成分的固体橡胶的交联物制。然而，第一橡胶衬垫、第二橡胶衬垫的橡胶的种类没有特别限定。第一橡胶衬垫、第二橡胶衬垫的材质可以不同。固体橡胶除了可以包含橡胶成分之外，还可以包含交联剂、交联助剂、粘结成分等。作为适当的橡胶成分，除了EPDM之外，可列举二元乙丙橡胶(EPM)、丁腈橡胶(NBR)、氢化丁腈橡胶(H-NBR)、丁苯橡胶(SBR)、丁二烯橡胶(BR)等。作为优选的粘结成分，可列举间苯二酚系化合物及三聚氰胺系化合物、硅烷偶联剂等。

作为本发明的燃料电池用橡胶衬垫的形状，包括后述的实施例所示的形状，可以采用各种形状。关于橡胶衬垫的尺寸，例如，底座部的倾斜面与第一部件的表面所成的角度优选为15°以上且35°以下。而且，第一峰部的第一曲率半径R1相对于层叠方向的长度H的比率(R1/H)优选为0.64以上且0.91以下。

在上述实施方式中，利用注塑成形制造了第一橡胶衬垫。然而，本发明的燃料电池用橡胶衬垫除了注塑成形之外，也可以使用冲压成形等其他的成形方法来制造。在上述实施方式中，在注塑成形后的第一橡胶衬垫的预备成形体上层叠隔板。然而，在进行注塑成形的情况下，也可以在预先将隔板(部件)配置于模具的状态下注入橡胶材料。而且，在配置橡胶衬垫的部件中，未必非要进行底涂剂的涂敷，也可以使部件与橡胶衬垫直接接触。

在上述实施方式中，首先，将第一橡胶衬垫的预备成形体临时粘结于第一隔板，使其与临时组装体合体，对预备成形体进行了交联。然而，本发明的燃料电池用橡胶衬垫也可以不预先成形预备成形体而对橡胶材料进行交联来制造。这种情况下，只要使用粘结剂等将橡胶衬垫粘结于部件即可。

【实施例】

接着，列举实施例，更详细地说明本发明。

<样品的制造>

为了评价橡胶衬垫的性能，将截面形状不同的各种橡胶衬垫成形于隔板的表面，制造出附带有橡胶衬垫的隔板的样品。首先，将(A)橡胶成分100质量部、(E)软化剂40质量部及(F)加强剂40质量部使用密闭式混炼机在120℃下混练了5分钟。在将混练物冷却之后，追加(B)交联剂2质量部、(C)交联助剂1质量部及(D)粘结成分3质量部，使用开放式辊在50℃下混练10分钟，得到了橡胶材料。将得到的橡胶材料呈框状地配置在不锈钢制的隔板的表面，在模具内以130℃保持20分钟，由此使橡胶材料交联。这样，制造了八种截面形状不同的附带有橡胶衬垫的隔板的样品。

制造了的样品的橡胶衬垫的高度方向(相当于本发明的层叠方向)的截面形状如图4～图11所示。图4是实施例1的橡胶衬垫的剖视图。实施例1的橡胶衬垫的截面形状与上述实施方式的第一橡胶衬垫5U的截面形状相同。图5是实施例2的橡胶衬垫的剖视图。图6是实施例3的橡胶衬垫的剖视图。图7是实施例4的橡胶衬垫的剖视图。图8是比较例1的橡胶衬垫的剖视图。图9是比较例2的橡胶衬垫的剖视图。图10是比较例3的橡胶衬垫的剖视图。图11是比较例4的橡胶衬垫的剖视图。在图4～图11中，为了便于说明，省略橡胶衬垫的阴影线地表示。图4～图11对应于前述图3。

如图4～图11所示，橡胶衬垫6具有底座部60、唇部61。唇部61具有第一峰部62和第二峰部63。实施例1～4、比较例3的橡胶衬垫6的底座部60在与第一峰部62的下端部连续的连结部具有倾斜面600(参照图4～图7、图10)。图4～图11中，关于各部位的尺寸(H、W1～W4、R1、R2、α)，在后述的表1中示出。而且，关于在底座部具有倾斜面的橡胶衬垫(实施例1～4、比较例3)，利用粗线表示倾斜面。实施例1～4的橡胶衬垫包含在本发明的燃料电池用橡胶衬垫中。

关于橡胶衬垫的制造所使用的原料(A)～(F)，使用了以下的材料。

(A)橡胶成分：EPDM(JSR(株)制“JSREP27”)。

(B)交联剂：过氧酯(日油(株)制“パーブチル(注册商标)I”(过氧化异丙基碳酸叔丁酯))。

(C)交联助剂：马来酰亚胺化合物(大内新兴化学工业(株)制“バルノック(注册商标)PM”)。

(D)粘结成分：硅烷偶联剂(信越化学工业(株)制“KBM403”(3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷))。

(E)软化剂：石蜡系加工油(出光兴产(株)制“Diana(注册商标)加工油PW380”)。

(F)加强剂：炭黑(キャボットジャパン(株)制“ショウブラック(注册商标)IP200”)。

<评价方法>

将制造出的样品的橡胶衬垫以规定的压缩率压缩，评价了橡胶衬垫的密封性及耐久性。首先，说明试验装置及试验方法。图12示出试验装置的剖视图。如图12所示，试验装置8具备夹具80和样品81。夹具80为不锈钢制，呈矩形板状。夹具80配置在样品81的橡胶衬垫811侧。在夹具80上连接有氮气供给装置82。在将夹具80与氮气供给装置82连接的配管上配置压力计820。首先，图12中，如空心箭头所示，从试验装置8的上下两侧施加载荷，将橡胶衬垫811压缩成为规定的压缩率。这样，在夹具80与隔板810之间形成由橡胶衬垫811密封了的空间83。在本试验中，通过下式(1)算出压缩率。

压缩率(％)＝(1-H’/H)×100···(1)

[H：压缩前的橡胶衬垫的高度，H’：压缩后的橡胶衬垫的高度(＝夹具与隔板之间的距离)]

(1)低压缩时的密封性

在橡胶衬垫811的压缩率为10％或15％的状态下，将试验装置8配置在温度100℃的气氛下。并且，从氮气供给装置82供给氮气，使空间83内的压力为1MPa。从此开始经过了0.5小时之后，测定空间83内的压力，若压力未减少，则评价为密封性良好(后述的表1中，由○记号表示)，若压力减少，则评价为密封性不良(后述的表1中，由×记号表示)。

(2)高压缩时的耐久性

在橡胶衬垫811的压缩率设为55％、60％或65％的状态下，将试验装置8配置在温度100℃的气氛下。从此开始经过了0.5小时之后除去载荷，将橡胶衬垫811的压缩释放。并且，目视观察了橡胶衬垫811的高度方向的截面，若未发生破裂，则评价为耐久性良好(在后述的表1中，由○记号表示)，若发生破裂，则评价为耐久性不良(在后述的表1中，由×记号表示)。

<评价结果>

图4～图11所示的橡胶衬垫的尺寸及橡胶衬垫的评价结果汇总表示在表1中。

【表1】

如表1及图4～图7所示，在实施例1～4的橡胶衬垫中，底座部具有倾斜面，且第一峰部的曲率中心C1不在第二峰部的中心轴A上。因此，根据实施例1～4的橡胶衬垫，即使在压缩率为15％或10％的低压缩时，也能够确保密封性。而且，可使用的压缩率的范围也能够设为50％以上。可使用的压缩率的范围通过下式(2)算出。

可使用的压缩率的范围(％)＝(压缩率为55％、60％、65％中的橡胶衬垫的破裂不产生的最高压缩率)-(压缩率为10％、15％中的能够确保密封性的最低压缩率)···(2)

需要说明的是，在实施例3的橡胶衬垫中，在压缩率为65％的情况下发生破裂。在实施例3的橡胶衬垫中，与其他的实施例的橡胶衬垫相比，倾斜面的角度大。因此，第一峰部与底座部的连结部变得过于厚壁，在高压缩时可考虑应变集中于底座部的下方部分。

而且，在实施例4的橡胶衬垫中，倾斜面的角度与实施例1的橡胶衬垫的倾斜面的角度相同，但是在压缩率65％的情况下发生破裂。在实施例4的橡胶衬垫中，与实施例1的橡胶衬垫相比，第一峰部的第一曲率半径R1大。即，R1/H的值大。因此，在高压缩时，可考虑应变集中于第一峰部的内部。

另一方面，比较例1的橡胶衬垫的底座部如表1及图8所示，不具有倾斜面。底座部通过水平面而与第一峰部的下端部连结。而且，第一峰部的曲率中心C1与第二峰部的曲率中心C2处于相同的中心轴A上。因此，无法确保低压缩时的密封性。在比较例2的橡胶衬垫中，如表1及图9所示，与比较例1的橡胶衬垫相比，增大第一峰部的第一曲率半径R1。由此，低压缩时的密封性提高，但是在高压缩时发生了橡胶衬垫的破裂。这考虑是因为应变集中在第一峰部的内部的缘故。因此，在比较例2的橡胶衬垫中，可使用的压缩率的范围成为45％。

在比较例3的橡胶衬垫中，如表1及图10所示，虽然底座部具有倾斜面，但是第一峰部的曲率中心C1与第二峰部的曲率中心C2处于相同的中心轴A上。因此，R1/H的值小，在压缩率为10％的情况下无法确保密封性。在比较例4的橡胶衬垫中，如表1及图11所示，虽然存在第一峰部的曲率中心C1的错动，但是底座部不具有倾斜面。底座部利用水平面而与第一峰部的下端部连结。因此，无法使第一峰部与底座部的连结部充分地厚壁化，在压缩率为10％的情况下无法确保密封性。

Claims (12)

1.一种燃料电池用橡胶衬垫，夹装于在燃料电池中层叠的两个部件之间，其特征在于，

将层叠两个该部件的方向作为层叠方向，将与该层叠方向正交的方向作为面方向，将两个该部件中的一个部件作为第一部件，将另一个部件作为第二部件，

所述燃料电池用橡胶衬垫具备：

底座部，配置在该第一部件的表面；及

唇部，由第一峰部和第二峰部构成，且该唇部与该第二部件弹性接触，所述第一峰部从该底座部向该第二部件方向突出且具有第一曲率半径的曲面，所述第二峰部从该第一峰部向该第二部件方向突出且具有比该第一曲率半径小的第二曲率半径的曲面

该底座部在与该第一峰部的下端部连续的连结部具有相对于该面方向倾斜的平面状的倾斜面，

在将从该第二峰部的曲率中心向该第一部件引出的垂线设为该第二峰部的中心轴的情况下，该第一峰部的曲率中心不在该中心轴上。

2.根据权利要求1所述的燃料电池用橡胶衬垫，其中，

所述底座部的所述倾斜面与所述第一部件的表面所成的角度为15°以上且35°以下。

3.根据权利要求1所述的燃料电池用橡胶衬垫，其中，

所述第一峰部的所述第一曲率半径相对于所述层叠方向的长度的比率为0.64以上且0.91以下。

4.根据权利要求1所述的燃料电池用橡胶衬垫，其中，

两个所述部件是隔板。

5.根据权利要求2所述的燃料电池用橡胶衬垫，其中，

所述第一峰部的所述第一曲率半径相对于所述层叠方向的长度的比率为0.64以上且0.91以下。

6.根据权利要求2所述的燃料电池用橡胶衬垫，其中，

两个所述部件是隔板。

7.根据权利要求3所述的燃料电池用橡胶衬垫，其中，

两个所述部件是隔板。

8.根据权利要求5所述的燃料电池用橡胶衬垫，其中，

两个所述部件是隔板。

9.根据权利要求1所述的燃料电池用橡胶衬垫，其中，

在所述层叠方向上距所述第一部件的表面为1/2的高度处的宽度为0.86mm以上且1.03mm以下。

10.根据权利要求2所述的燃料电池用橡胶衬垫，其中，

在所述层叠方向上距所述第一部件的表面为1/2的高度处的宽度为0.86mm以上且1.03mm以下。

11.根据权利要求3所述的燃料电池用橡胶衬垫，其中，

在所述层叠方向上距所述第一部件的表面为1/2的高度处的宽度为0.86mm以上且1.03mm以下。

12.根据权利要求5所述的燃料电池用橡胶衬垫，其中，

在所述层叠方向上距所述第一部件的表面为1/2的高度处的宽度为0.86mm以上且1.03mm以下。