(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の単セル間の隔壁をなすとともに、前記単セル間に燃料電池の燃料ガス、酸化ガス、または冷却液を通流させる連通口を有する燃料電池用金属セパレータであって、
樹脂部を金属板に一体に形成するとともに、前記樹脂部と前記金属板の縁部に跨るシール材を形成し、前記樹脂部に前記連通口を設け、
前記樹脂部に設けられた前記連通口の周りには、前記シール材で構成されるリブ部が射出成形により形成されたことを特徴とする燃料電池用金属セパレータ。
【請求項２】
前記金属板との間に前記シール材を介在させるようにして、前記樹脂部を前記金属板に一体に形成したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
前記樹脂部は、熱可塑性樹脂で構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池用金属セパレータ。
【請求項４】
前記樹脂部は、ポリフェニレンサルファイドまたは液晶ポリマーで構成されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池用金属セパレータ。
【請求項５】
前記樹脂部は、熱硬化性樹脂で構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池用金属セパレータ。
【請求項６】
前記樹脂部は、フェノール樹脂またはエポキシ樹脂で構成されたことを特徴とする請求項１、請求項２および請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池用金属セパレータ。
【請求項７】
燃料電池の単セル間の隔壁をなすとともに、前記単セル間に燃料電池の燃料ガス、酸化ガス、または冷却液を通流させる連通口を有する燃料電池用金属セパレータであって、金属板の少なくとも一部の縁部に重なる、または前記金属板との間にシール材を介在させるようにして、樹脂から構成される樹脂部を前記金属板に一体に形成し、前記樹脂部に前記連通口を設け、前記樹脂部に設けられた前記連通口の周りには、シール材で構成されるリブ部が射出成形により形成された燃料電池用金属セパレータの製造方法であって、
（ａ１）前記金属板を樹脂部成形用金型にセットし、この金型内に樹脂を射出して、前記連通口を有する樹脂部を前記金属板に一体に形成し、金属−樹脂複合板を形成する工程と、
（ａ２）前記金属−樹脂複合板の連通口の周りにプライマ層形成用の樹脂を塗布してプライマ層を形成する工程と、
（ａ３）前記プライマ層が形成された前記金属−樹脂複合板をリブ部成形用金型にセットし、前記プライマ層の上にシール材を射出してリブ部を形成する工程と、
を含むことを特徴とする燃料電池用金属セパレータの製造方法。
【請求項８】
燃料電池の単セル間の隔壁をなすとともに、前記単セル間に燃料電池の燃料ガス、酸化ガス、または冷却液を通流させる連通口を有する燃料電池用金属セパレータであって、金属板の少なくとも一部の縁部に重なる、または前記金属板との間にシール材を介在させるようにして、樹脂から構成される樹脂部を前記金属板に一体に形成し、前記樹脂部に前記連通口を設け、前記樹脂部に設けられた前記連通口の周りには、シール材で構成されるリブ部が射出成形により形成された燃料電池用金属セパレータの製造方法であって、
（ｂ１）前記連通口を有する樹脂部を形成する工程と、
（ｂ２）シール成形用金型内に、前記金属板の縁部が、前記樹脂部に重なるように前記金属板および前記樹脂部をセットし、シール材を射出してリブ部を形成することにより、前記金属板の縁部と前記樹脂部とが重なった部分をシールするとともに接合する工程と、
を含むことを特徴とする燃料電池用金属セパレータの製造方法。
【請求項９】
前記樹脂部は、熱可塑性樹脂で形成することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の燃料電池用金属セパレータの製造方法。
【請求項１０】
前記樹脂部は、ポリフェニレンサルファイドまたは液晶ポリマーで形成することを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の燃料電池用金属セパレータの製造方法。
【請求項１１】
前記樹脂部は、熱硬化性樹脂で形成することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の燃料電池用金属セパレータの製造方法。
【請求項１２】
前記樹脂部は、フェノール樹脂またはエポキシ樹脂で形成することを特徴とする請求項７、請求項８および請求項１１のいずれか１項に記載の燃料電池用金属セパレータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池用金属セパレータおよびその製造方法に係り、特に、耐食性に優れるとともに、形状の複雑化にも比較的容易に対応することができ、しかも小型化や軽量化、あるいは製造工程数の削減化が可能なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、水素を含む燃料ガスを燃料電池の水素極側に供給するとともに、酸素を含む酸化ガスを燃料電池の酸素極側に供給して発電を行うものである。このような燃料電池は、化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換するため、発電効率が高く、かつ有害物質の排出量が極めて少ない点で注目されている。
【０００３】
従来の燃料電池として、例えば、図１２（ｂ）に示すように、空気側セパレータＳＡと、水素側セパレータＳＨと、膜電極接合体ＭＥＡとを含む単セルを備え、図１２（ａ）に示すように、このような単セルが数百枚積層されたものが挙げられる。この空気側セパレータＳＡおよび水素側セパレータＳＨは各々、燃料電池の燃料ガス、酸化ガス、および冷却水等の冷却液を分断するとともに、単セル間に燃料ガス、酸化ガス、または冷却液を通流させる連通口が設けられ、膜電極接合体ＭＥＡを間に介して互いに隣接したセパレータの連通口と連通され、さらに、燃料ガスまたは酸化ガスを膜電極接合体ＭＥＡの内部に導く燃料ガス通路および酸化ガス通路、並びにこれらを冷却する冷却液を膜電極接合体ＭＥＡに導く冷却液通路を具備して構成されている。
【０００４】
なお、前記酸素極の外側には、この酸素極に酸化ガスとしての空気を通流するための空気通路が設けられ、水素極の外側には、この水素極に燃料ガスとしての水素ガスを通流するための水素ガス通路が設けられている。そして、前記空気通路の入口および出口は図示しない空気供給装置に接続され、前記水素ガス通路の入口および出口は図示しない水素供給装置に接続されている。
【０００５】
また、膜電極接合体ＭＥＡには、高分子電解質膜Ｍを挟んで、一対の酸素極（カソード極）と水素極（アノード極）とを含む電極触媒層Ｃが設けられ、前記酸素極、水素極には各々、酸素極側のガス拡散層Ｄ、水素極側のガス拡散層Ｄが備えられている。
【０００６】
そして、ガス拡散層Ｄは、空気側セパレータＳＡおよび水素側セパレータＳＨの表面の前記空気通路、水素ガス通路と接触して設けられ、電子を電極触媒層Ｃと空気側セパレータＳＡ、または水素側セパレータＳＨとの間で伝達させる機能、および各々で水素ガスおよび空気を拡散させる機能を有しており、一般にカーボン繊維で形成されている。
【０００７】
以上説明したように、空気側セパレータＳＡおよび水素側セパレータＳＨは、燃料ガス（水素ガス）、酸化ガス（空気）および冷却液（冷却水）を分断する機能を有するとともに、前記水素ガス通路、空気通路および冷却液通路を備え、さらに電子伝達機能を有している。このことから、燃料電池用セパレータには、良好な電気伝導性、ガスの不透化性が要求される。さらに、近年、このような燃料電池用セパレータには、高い強度や軽量性、あるいは経済性が要求されるようになってきた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃料電池の運転時には、前記カソード極側で水素ガスと酸素ガスとが反応して水が生成されるが、前記高分子電解質膜Ｍ（図１２（ｂ））を備えた低温型の燃料電池では、この水はオフガスと一緒に混合されるので、この燃料電池に備わるセパレータの連通口の内部で水の滞留が生じ易い。このため、この燃料電池用セパレータが金属板で構成されている場合には、このように滞留した水を通じてこの燃料電池を支持している構造体とこの金属板とが短絡（液絡）して電解腐食が発生し易くなる。この電解腐食は、特に前記金属板の縁部で生じ易く、金属板の開口部を利用して連通口を形成すると、その縁部が腐食し易くなる。このような電解腐食を抑制するために、従来、例えば以下のような燃料電池用セパレータが提案されている。
【０００９】
特開昭６０−２４６５６８号公報には、カーボン粉末にバインダとしてフェノール樹脂を添加した混合物を所定形状の金型に充填し、黒鉛化しない温度で加熱し、プレス成形して形成した燃料電池用セパレータが提案されている。
【００１０】
また、特開平８−２２２２４１号公報には、カーボン粉末にバインダとしてフェノール樹脂を添加した混合物をこね合わせて成形し、これに焼成処理と黒鉛化処理とを施して得られた黒鉛素材を所望の形状に機械加工して形成した燃料電池用セパレータが提案されている。
【００１１】
さらに、特開平１０−１２５３３７号公報には、膨張黒鉛シートにフッ素樹脂やナイロン等を塗布または含浸したものを所定形状の金型またはロールを用いて加工して形成した燃料電池用セパレータが提案されている。
【００１２】
このようなカーボン系の材料を用いた従来の燃料電池用セパレータ、およびその製造方法では、材料費が高価であったり、加工や処理の費用が高価であったりするため、このことが燃料電池の実用化の大きな弊害となっている。
一方、ステンレスやチタン系等の優れた耐食性を有する金属材料を用い、これらに金メッキ等を施した金属素材も使用可能ではあるが、これらは軽量性や加工性の面で不利であった。また、これらの金属材料にメッキを施した際に、メッキ層にピンホールが発生すると耐食性が低下するという問題点があった。
【００１３】
そこで、このような金属材料における問題点を解決するべく、特開平１１−１２９３９６号公報には、金属板をシリコーン樹脂で全面的に被覆した金属とシリコーン樹脂との複合体で構成された燃料電池用セパレータが提案されている。
しかし、前記金属とシリコーン樹脂との複合体で構成された燃料電池用セパレータでは、金属板に被覆したシリコーン樹脂の厚みにより燃料電池用セパレータの厚みが増加し、それに応じて燃料電池のスタック構造が大きくなるという問題点があった。
【００１４】
前記問題点を解決するために、本発明は、金属板と樹脂とが厚みの増加を伴うことなく一体に形成されて前記金属板の耐食性が向上され、かつ単セル間の気密性を保持するリブ部を備えて構成された燃料電池用金属セパレータ、およびこれを低コストで具現する製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、燃料電池の単セル間の隔壁をなすとともに、前記単セル間に燃料電池の燃料ガス、酸化ガス、または冷却液を通流させる連通口を有する燃料電池用金属セパレータであって、樹脂部を金属板に一体に形成するとともに、前記樹脂部と前記金属板の縁部に跨るシール材を形成し、前記樹脂部に前記連通口を設け、
前記樹脂部に設けられた前記連通口の周りには、前記シール材で構成されるリブ部が射出成形により形成されたことを特徴とする燃料電池用セパレータを提供する（請求項１）。
このように構成すれば、前記金属板と前記樹脂部とが一体に形成されているので、厚みの増加を伴うことなく、前記燃料ガス、酸化ガス、または冷却液に対する耐食性を向上させた燃料電池用金属セパレータが具現される。特に、本発明にあっては、燃料電池用金属セパレータに含まれる金属板の縁部が前記樹脂部で保護され、しかもこの樹脂部に前記連通口が備えられているので、この樹脂部の連通口の内部に滞留した水を通じて、この燃料電池を支持している構造体と、前記金属板とが短絡（液絡）することにより生じ得る電解腐食を効果的に防止できることは特筆すべきことである。
また、前記樹脂部と前記金属板の縁部に跨るシール材を形成することで、金属板と樹脂部が重なった部分をシールするとともに接合する役割を果たす。
さらに、燃料電池の単セル間の気密性を保持するためのリブ部が、前記金属板および前記樹脂部に射出成形を施して形成されるので、製造工程が簡素化されてコストを抑えた燃料電池用金属セパレータが具現される。
【００１６】
また、本発明は、前記金属板との間に前記シール材を介在させるようにして、前記樹脂部を前記金属板に一体に形成したことを特徴とする燃料電池用金属セパレータを提供する（請求項２）。
このように構成すれば、前記金属板と前記樹脂部との間にシール材を介在させるようにして、前記金属板と前記樹脂部とが一体に形成されているので、厚みの増加を伴うことなく、前記燃料ガス、酸化ガス、または冷却液に対する耐食性を向上させた燃料電池用金属セパレータが具現される。
【００１７】
また、前記樹脂部は熱可塑性樹脂で構成することができる（請求項３）。
このように構成すれば、前記樹脂部の成形性を向上させることができるので、比較的複雑な形状にも容易に対応することができる燃料電池用金属セパレータが具現される。
【００１８】
さらに、前記樹脂部は、ポリフェニレンサルファイドまたは液晶ポリマーで構成することができる（請求項４）。
このように構成すれば、前記樹脂部の成形性をさらに向上させることができるとともに、前記樹脂部の耐熱性、耐薬品性および絶縁性をさらに高めた燃料電池用金属セパレータが具現される。
【００１９】
また、前記樹脂部は、熱硬化性樹脂で構成してもよい（請求項５）。
このように構成すれば、前記樹脂部の耐熱性をより向上させた燃料電池用金属セパレータが具現される。
【００２０】
さらに、前記樹脂部は、フェノール樹脂またはエポキシ樹脂で構成することもできる（請求項６）。
このように構成すれば、前記樹脂部の耐熱性、耐薬品性、接着性およびコストを調和させた燃料電池用金属セパレータが具現される。
【００２１】
そして、前記課題を解決するために、本発明は、燃料電池の単セル間の隔壁をなすとともに、前記単セル間に燃料電池の燃料ガス、酸化ガス、または冷却液を通流させる連通口を有する燃料電池用金属セパレータであって、金属板の少なくとも一部の縁部に重なる、または前記金属板との間にシール材を介在させるようにして、樹脂から構成される樹脂部を前記金属板に一体に形成し、前記樹脂部に前記連通口を設け、前記樹脂部に設けられた前記連通口の周りには、シール材で構成されるリブ部が射出成形により形成された燃料電池用金属セパレータの製造方法であって、（ａ１）前記金属板を樹脂部成形用金型にセットし、この金型内に樹脂を射出して、前記連通口を有する樹脂部を前記金属板に一体に形成し、金属−樹脂複合板を形成する工程と、（ａ２）前記金属−樹脂複合板の連通口の周りにプライマ層形成用の樹脂を塗布してプライマ層を形成する工程と、（ａ３）プライマ層が形成された前記金属−樹脂複合板をリブ部成形用金型にセットし、前記プライマ層の上にシール材を射出してリブ部を形成する工程とを含むことを特徴とする燃料電池用金属セパレータの製造方法を提供する（請求項７）。
なお、前記（ａ２）金属−樹脂複合板の連通口の周りにプライマ層形成用の樹脂を塗布してプライマ層を形成する工程では、前記樹脂部成形用金型に備わるノズルによりプライマ層形成用の樹脂を噴霧して塗布することも可能である。
この方法によれば、射出成形によって、前記金属板と前記樹脂部とを厚みの増加を伴うことなく、比較的容易に一体に形成することができるので、薄い形状で耐食性が向上された燃料電池用金属セパレータを、コストを抑えて製造することができる燃料電池用金属セパレータの製造方法が具現される。
【００２２】
また、本発明は、燃料電池の単セル間の隔壁をなすとともに、前記単セル間に燃料電池の燃料ガス、酸化ガス、または冷却液を通流させる連通口を有する燃料電池用金属セパレータであって、金属板の少なくとも一部の縁部に重なる、または前記金属板との間にシール材を介在させるようにして、樹脂から構成される樹脂部を前記金属板に一体に形成し、前記樹脂部に前記連通口を設け、前記樹脂部に設けられた前記連通口の周りには、シール材で構成されるリブ部が射出成形により形成された燃料電池用金属セパレータの製造方法であって、（ｂ１）前記連通口を有する樹脂部を形成する工程と、（ｂ２）シール成形用金型内に、前記金属板の縁部が、前記樹脂部に重なるように前記金属板および前記樹脂部をセットし、シール材を射出してリブ部を形成することにより、前記金属板の縁部と前記樹脂部とが重なった部分をシールするとともに接合する工程とを含むことを特徴とする燃料電池用金属セパレータの製造方法を提供する（請求項８）。
この方法によれば、前記額縁状の樹脂部を予め別体で作製して、前記金属板と前記樹脂部とを比較的容易に、しかも厚みの増加を伴うことなく一体に形成することができるので、薄い形状で耐食性が向上された燃料電池用金属セパレータを、工程数を削減して製造することができる燃料電池用金属セパレータの製造方法が具現される。
【００２３】
また、本発明は、前記燃料電池用金属セパレータの製造方法において、樹脂部を熱可塑性樹脂で形成することができる（請求項９）。
この方法によれば、前記樹脂部の成形性を向上させることができる燃料電池用金属セパレータの製造方法が具現される。
【００２４】
さらに、本発明は、前記燃料電池用金属セパレータの製造方法において、樹脂部をポリフェニレンサルファイドまたは液晶ポリマーで形成することができる（請求項１０）。
この方法によれば、前記樹脂部の成形性をさらに向上させるとともに、前記樹脂部の耐熱性、耐薬品性および絶縁性をさらに高めることができる燃料電池用金属セパレータの製造方法が具現される。
【００２５】
また、本発明は、前記燃料電池用金属セパレータの製造方法において、樹脂部を熱硬化性樹脂で形成してもよい（請求項１１）。
この方法によれば、前記樹脂部の耐熱性をより高めることができる燃料電池用金属セパレータの製造方法が具現される。
【００２６】
さらに、本発明は、前記燃料電池用金属セパレータの製造方法において、樹脂部をフェノール樹脂またはエポキシ樹脂で構成してもよい（請求項１２）。
この方法によれば、前記樹脂部の耐熱性、耐薬品性、接着性およびコストを調和させた燃料電池用金属セパレータの製造方法が具現される。
【００２７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る燃料電池用金属セパレータの実施の形態について詳細に説明する。本発明は、図１（ａ）、（ｂ）に１例を示すように、金属板２の一部の縁部に樹脂で構成される樹脂部３が一体に形成され、さらに、この樹脂部３には燃料電池の燃料ガス、酸化ガス、または冷却液を通流させる連通口が備えられ、そして金属板２と樹脂部３の上に気密シールとしてのリブ部Ｑ１が設けられた燃料電池用金属セパレータ１として構成される。また、金属板２および樹脂部３と、リブ部Ｑ１との密着性を高めるべく、金属板２および樹脂部３と、リブ部Ｑ１との間にプライマ層Ｒ１を備えることが好ましい。以下、本発明の構成で必要とされる条件について説明する。
【００２８】
［樹脂］
本発明に係る燃料電池用金属セパレータの樹脂部を構成する樹脂は、前記燃料ガス、酸化ガスまたは冷却水をはじめとする各種の冷却液に対して安定であり、所要の耐熱性（例えば、成形後の耐熱温度：８０℃以上）を備えていることを必要とする。さらに、この樹脂は、射出成形によって金属板と一体に形成する際、前記樹脂部を所望の形状に成形できるように、所定の温度で適度な流動性を有するとともに、燃料電池の使用時に、前記金属板の膨張または収縮に追従して剥離しないような柔軟性を備えていることを必要とする。
このような樹脂としては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー、メタクリル樹脂、ナイロン６等の従来公知の熱可塑性樹脂、またはフェノール樹脂、エポキシ樹脂、各種の不飽和ポリエステル樹脂等の従来公知の熱硬化性樹脂が挙げられる。
【００２９】
例えば、前記樹脂部を熱可塑性樹脂であるポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、または液晶ポリマーで構成すれば、前記樹脂部の成形性がより向上されて比較的複雑な形状にも対応した燃料電池用金属セパレータが具現される。また、前記樹脂部を熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂、またはエポキシ樹脂で構成すれば、この樹脂部の耐熱性、耐薬品性および絶縁性が向上され、かつコストを満足させることができる燃料電池用金属セパレータが具現される。
【００３０】
また、本発明に係る燃料電池用金属セパレータの耐久性を一層高めたい場合には、熱硬化性樹脂を用いるのが好ましく、特に、この樹脂部の耐熱性、耐薬品性および接着性を向上させ、かつコストを満足させるには、樹脂で構成される樹脂部をフェノール樹脂またはエポキシ樹脂で構成するのが好ましい。
【００３１】
［金属板］
本発明で用いられる金属板は、特に限定されるものではなく、薄肉化しても所要の強度を確保して耐熱性に優れるとともに、前記燃料ガス、酸化ガスまたは冷却液に対して化学的に安定なものであれば使用することができる。
このような金属板としては、従来公知の各種の鋼板（ＪＩＳ  Ｇ３１４１に規定されているＳＰＣＣ等）、ステンレス鋼板（ＪＩＳ  Ｇ４３０５等に規定されているＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４等）、チタン（例えば、純チタンＪＩＳ２種等）、アルミニウム（ＪＩＳ  Ｈ４０００に規定されている１０００系）、またはアルミニウム合金（例えばＪＩＳ  Ｈ４１００に規定されているＡｌ−Ｍｎ系の５０００系合金）等が挙げられる。前記金属板として鋼板を用いる場合には、従来公知の各種のめっき処理を施して所望の耐食性を付与することが好ましい。
【００３２】
なお、本発明にあっては、前記金属板の少なくとも一部の縁部に重なるように前記樹脂部が一体に形成されているので、前記金属板の腐食が効果的に抑えられる。このため、本発明では、従来の燃料電池用金属セパレータに含まれる金属板よりも耐食性のグレードが低い金属板を用いても、従来のものと同等以上の耐食性を備えた燃料電池用金属セパレータを具現することができる。
【００３３】
［シール材およびリブ部］
本発明で用いるシール材は、前記樹脂部と前記金属板の縁部に跨るように形成される。
また、本発明に係る燃料電池用金属セパレータは、燃料電池の単セル間の隔壁を構成するものであり、この単セル間の気密性を保持するべく、例えば図１（ｂ）に示すように、前記樹脂部を貫通して設けた前記燃料ガス、酸化ガス、または冷却液の各通路Ｐ１の周囲部や、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、これらの各種ガスまたは冷却液を通流させるための連通口４ａ〜４ｈの周囲部等にシール材で構成されるリブ部Ｑ１が配置されている。また、このリブ部は、前記金属板２と前記樹脂部３とが重なった部分をシールするとともに接合する役割を果たすものである。
【００３４】
このリブ部Ｑ１は、燃料電池（図１２（ａ））の内部で、膜電極接合体ＭＥＡ（図１２（ｂ））等での高温の状態や強い酸性の状態の下、および冷却部で冷却水等の各種の冷却液が通流されている状態の下で、水素ガス等の各種気体が漏洩しないような気密性を適切に確保できる耐久性を備えていることが必要である。本発明では、このようなリブ部を構成するシール材は、特に限定されるものではなく、所要のガスの不透過性、耐熱性、耐久性および適度な弾性を備えるとともに、射出成形により形成できるものであれば使用可能である。このようなシール材としては、例えばシリコーン樹脂が挙げられる。このシリコーン樹脂は例えば、液状のシリコーン樹脂である通常の付加型液状シリコーン樹脂で二液タイプのものを使用することができ、その中で、特に粘度が１０３〜１０４ポアズ（２５℃）の樹脂が好適である。また、このシリコーン樹脂に、必要に応じて微粉末状のシリカ、高熱伝導性の無機フィラー等を添加して使用することもできる。
【００３５】
本発明で、このようなシリコーン樹脂を射出成形用金型に射出する際の条件としては、気泡が発生しない条件で適宜決定することができ、例えば、この金型の温度を１００℃〜３００℃の範囲とし、その際のシリコーン樹脂の射出圧力を１５ＭＰａ〜２０ＭＰａ（１５０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ２）の範囲とすることができる。
さらに、本発明にあっては、前記リブ部と、前記金属板および樹脂部との間で適切な密着性を確保するべく、前記金属板、または樹脂部で、前記リブ部が設けられる部位およびその縁部にプライマ層を設けることが好ましい。
【００３６】
［プライマ層］
本発明のプライマ層は、特に限定されるものではなく、前記金属板および樹脂部の両者に対して良好な塗布性（噴霧による塗布を含む。）を有し、かつ前記リブ部を構成するシール材との密着性が良好で、単セル間の気密性を適切に保持できるものであれば使用可能である。このようなプライマ層は、適度な弾性を備えていることが望ましく、例えば、シリコーンレジン系や、シラン系のプライマで構成することができる。
【００３７】
次に、本発明を、第１の実施形態から第５の実施形態に基づいて詳細に説明する。
なお、以下の説明で、構成が同じ部材は、同一番号を付して説明を省略する。
（第１の実施形態）
図１は本発明に係る第１の実施形態の燃料電池用金属セパレータの構成を示す部分的模式図であって、図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
また、図２は本発明に係る第１の実施形態の燃料電池用金属セパレータの製造工程で、金属板と樹脂部とを一体に形成する工程と、この金属板と樹脂部とが一体に形成されたものの所定部にプライマ層とリブ部とを連続的に形成する際の概略を示す図である。
【００３８】
本発明に係る第１の実施形態の燃料電池用金属セパレータ１は、図１（ａ）に示すように、金属板２の上下および左右の縁部が額縁状の樹脂で構成される樹脂部３で形成され、金属板２と樹脂部３とが一体に形成されたものである。そして、この第１の実施形態の燃料電池用金属セパレータ１は、図１２（ａ）で示した燃料電池スタック１００に含まれる単セル間の隔壁をなすもの、例えば、図１２（ｂ）の空気側セパレータＳＡ、水素側セパレータＳＨ等に相当するものである。
【００３９】
そして、この第１の実施形態の燃料電池用金属セパレータ１に含まれる金属板２は、図１（ｂ）に示すように、燃料電池の燃料ガス、酸化ガス、または冷却液の各通路Ｐ１を備えている。また、樹脂部３は、図１（ａ）に示すように、前記燃料ガス、酸化ガス、または冷却液を通流するための各連通口４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈを備えている。このように、本発明にあっては、前記燃料ガス、酸化ガス、または冷却液を通流させるための連通口が樹脂で形成されて、腐食の起点となり易い金属板２の縁部が樹脂で保護されているので、この連通口の内部で水の滞留が生じ、この滞留した水を通じてこの燃料電池を支持している構造体とその燃料電池用金属セパレータに含まれる金属板とが、たとえ短絡（液絡）しても、金属板２の電解腐食が極力防止されるように構成されている。
【００４０】
また、図１（ｂ）に示すように、本発明に係る第１の実施形態の燃料電池用金属セパレータ１は、金属板２と樹脂部３が厚みの増加を伴うことなく、一体に形成されている。すなわち、本発明では、金属板２に形成された通路Ｐ１における底部の外側部Ｘ１と通路Ｐ１における頂部Ｘ２との垂直方向の距離（ここでは、この距離を「金属板２の幅」という。）に対して、樹脂部３の厚みをより薄くして形成されている。このように、本発明に係る燃料電池用金属セパレータ１は、金属板２の幅を越えないように金属板２と樹脂部３とが一体に形成されて構成されるので、厚みの増加を伴うことなく高い耐食性を有するものとなる。
【００４１】
さらに、図１（ｂ）に示すように、金属板２に設けられた通路Ｐ１および樹脂部３に設けられた連通口４ａ〜４ｈの近傍部には各通路Ｐ１の仕切りとして、シール材で構成されるリブ部Ｑ１が設けられて気密性が確保され、燃料ガス、酸化ガス、または冷却液が漏洩することなく各単セルに供給されるようになっている。本発明では、リブ部Ｑ１と、金属板２または樹脂部３との間に、密着性および接着性を高めるためのプライマ層Ｒ１が設けられることが好ましい。そして、本発明にあっては、金属板２と樹脂部３とを一体に形成する工程、ならびにプライマ層Ｒ１およびリブ部Ｑ１を形成する工程が、射出成形により連続的に行われるようになっている。したがって、本発明によれば、耐食性に優れた燃料電池用金属セパレータを、厚みの増加を伴うことなく、しかもコストを抑えて製造することができる。
【００４２】
なお、この第１の実施形態の燃料電池用金属セパレータ１は、以下のようにして製造することができる。図１０の１例の製造工程のフローに示すように、まず、所定の金属板２に通路Ｐ１（図１（ｂ））を形成し（Ｓ１）、この金属板２を樹脂部成形用金型（図示省略）にセットして型締めし、この樹脂部成形用金型に備えられたノズルから樹脂を射出することにより、金属板２と樹脂部３とを一体に形成して金属−樹脂複合体を作製する（Ｓ２）。次に、この金属−樹脂複合体をシール材の射出成形用金型Ｍ１（図２）にセットして所定部にプライマを塗布し、プライマ層Ｒ１を形成する（Ｓ３）。引き続き、このシール材の射出成形用金型Ｍ１の可動金型と固定金型とを型締めしてこのシール材の射出成形用金型Ｍ１に備わるノズルＮ１からシール材を射出し、リブ部Ｑ１（図１（ｂ））を形成する（Ｓ４）。本発明では、このようにしてリブ部Ｑ１の形成と同時に金属板２と樹脂部３とをシールして接合し、本発明に係る燃料電池用金属セパレータ１（図１（ａ））を製造することができる。
【００４３】
なお、本発明に係る第１の実施形態にあっては、図１（ｂ）に示すように、樹脂部３が金属板２の端面から両面に回り込んで形成されている。すなわち、金属板２の端面を覆うように、コ字状に形成され、樹脂部３が金属板２に対してより強固に密着されている。
【００４４】
（第２の実施形態）
図３は本発明に係る第２の実施形態の燃料電池用金属セパレータの構成を示す部分的模式図であって、図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
本発明に係る第２の実施形態の燃料電池用金属セパレータ１０は、図３（ａ）に示すように、金属板２０の上下および左右の縁部が樹脂で構成される額縁状の樹脂部３０で形成され、金属板２０と樹脂部３０とが一体に形成されている。
【００４５】
そして、この第２の実施形態の燃料電池用金属セパレータ１０に含まれる金属板２０は、図３（ｂ）に示すように燃料電池の燃料ガス、酸化ガス、または冷却液の各通路Ｐ２を備えている。また、樹脂部３０は、図１（ａ）に示すように前記燃料ガス、酸化ガス、または冷却液を通流するための各連通口４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ、４０ｈを備えている。
なお、本発明に係る第２の実施形態にあっては、図３（ｂ）に示すように、樹脂部３０の開口部は、金属板２０の外形に合わせて成形され、この開口部の縁の一側面には、金属板２０の一方の面を受けて位置合わせすることができるようにフランジが突出して、その断面形状が略Ｌ字状になっている。
【００４６】
この第２の実施形態における燃料電池用金属セパレータは、以下のようにして製造することができる。図１１の他の１例の製造工程のフローに示すように、まず、所定の金属板２０に通路Ｐ２（図３（ｂ））を形成する（Ｓ１０）一方、所定の樹脂（例えば、シート状の樹脂）に各連通口４０ａ〜４０ｈ（図３（ａ）、（ｂ））を設けるなどの加工を施して樹脂部３０を形成する（Ｓ２０）。次に、金属板２０と樹脂部３０とを、前記第１の実施形態で用いたシール材の射出成形用金型Ｍ１（図２）にセットして所定部にプライマを塗布し、プライマ層Ｒ２（図３（ｂ））を形成する（Ｓ３０）。続いて、前記シール材の射出成形用金型Ｍ１の可動金型と固定金型とを型締めしてシール材を射出することにより、リブ部Ｑ２（図３（ａ）、（ｂ））を形成する（Ｓ４０）。本発明では、このようにしてリブ部Ｑ２の形成と同時に金属板２０と樹脂部３０とをシールして接合し、金属−樹脂複合体を形成することができる。
【００４７】
すなわち、本発明では、図２に示すようなシール材の射出成形用金型Ｍ１と同様の金型に、前記の予め通路Ｐ２（図３（ｂ））が形成された金属板２０（図２の金属板２に対応する。）と、前記の予め各連通口４０ａ〜４０ｈが形成された樹脂部３０（図２の樹脂部３に対応する。）とをセットしてこの金属板２０と樹脂部３０の所定部にプライマを塗布し、プライマ層Ｒ２を形成した後、引き続き、このシール材の射出成形用金型Ｍ１（図２）に備えられたノズルＮ１からシール材を射出してリブ部Ｑ２を形成することによって、リブ部Ｑ２を形成すると同時に、金属板２０と樹脂部３０とをシールするとともに接合して一体に形成して、本発明に係る燃料電池用金属セパレータ１０（図３（ａ））を製造することができる。
【００４８】
（第３の実施形態）
図４は本発明に係る第３の実施形態の燃料電池用金属セパレータの構成を示す部分的模式図であり、図４（ａ）は平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
また、図５はこの第３の実施形態の燃料電池用金属セパレータの製造工程で、樹脂部と、気密シールを構成するプライマ層とリブ部とを連続的に形成する際の概略を示す図である。
図４（ａ）に示すように、本発明に係る第３の実施形態の燃料電池用金属セパレータ１１０は、金属板１２０の上下の縁部が樹脂で形成され、互いに独立した２つの部分で構成される樹脂部１３０で形成され、金属板１２０と樹脂部１３０とが一体に形成されている。
【００４９】
また、この第３の実施形態の燃料電池用金属セパレータ１１０に含まれる金属板１２０は、図４（ｂ）に示すように、燃料電池の燃料ガス、酸化ガス、または冷却液の各通路Ｐ３を備えている。そして、樹脂部１３０は、図４（ａ）に示すように、前記燃料ガス、酸化ガスまたは冷却液を通流するための各連通口１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ、１４０ｅ、１４０ｆを備えている。
【００５０】
そして、この第３の実施形態における燃料電池用金属セパレータは、以下のようにして製造することができる。図１０の１例の工程フローに示すように、まず、所定の金属板１２０に通路Ｐ３を形成し（Ｓ１）、樹脂部成形用金型（図示省略）にセットして型締めし、この樹脂部成形用金型に備えられたノズルから金属板１２０の上下の縁部に樹脂を射出することにより、金属板１２０と樹脂部１３０とを一体に形成して金属−樹脂複合体を作製する（Ｓ２）。次に、この金属−樹脂複合体をシール材の射出成形用金型Ｍ３（図５）にセットして所定部にプライマを塗布し、プライマ層Ｒ３を形成する（Ｓ３）。引き続き、シール材の射出成形用金型Ｍ３の可動金型と固定金型とを型締めしてノズルＮ３からシール材を射出し、リブ部Ｑ３を形成する（Ｓ４）。
なお、本発明に係る第３の実施形態にあっては、図４（ｂ）に示すように、樹脂部１３０が金属面１２０の端面から両面に回り込んで形成されている。すなわち、金属板１２０の端面を覆うように、コ字状に形成され、樹脂部１３０が金属板１２０に対して強固に密着されている。
【００５１】
このように構成された本発明に係る第３の実施形態の燃料電池用金属セパレータ１１０は、金属板１２０の上下の縁部に、互いに独立した２つの部分で構成される樹脂部１３０が設けられているので、金属板２の上下および左右の縁部に額縁状の樹脂部３を設けて構成されている本発明に係る第１の実施形態、または金属板２０の上下および左右の縁部に額縁状の樹脂部３０を設けて構成されている本発明に係る第２の実施形態に比べて、サイズを小さくすることができる。
【００５２】
（第４の実施形態）
図６は本発明に係る第４の実施形態の燃料電池用金属セパレータの構成を示す部分的模式図であって、図６（ａ）は平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
また、図７はこの第３の実施形態の燃料電池用金属セパレータの製造工程で、樹脂部と、気密シールとしてのプライマ層とリブ部とを連続的に形成する際の概略を示す図である。
本発明に係る第４の実施形態の燃料電池用金属セパレータ２１０は、図６（ａ）に示すように、所定の金属板２２０の上下および左右の縁部が、互いに独立した４つの部分で構成される樹脂部２３０で形成されるとともに、金属板２２０の各頂点から燃料電池用金属セパレータ２１０の各頂点に向かう対角線方向に金属板２２０が延びて形成され、さらに金属板２２０と樹脂部２３０とが一体に形成されている。
【００５３】
そして、この第４の実施形態の燃料電池用金属セパレータ２１０に含まれる金属板２２０は、図６（ｂ）に示すように、燃料電池の燃料ガス、酸化ガスまたは冷却液の各通路Ｐ４を備えている。また、樹脂部２３０は、図６（ａ）に示すように、前記燃料ガス、酸化ガスまたは冷却液を通流するための各連通口２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃ、２４０ｄ、２４０ｅ、２４０ｆ、２４０ｇ、２４０ｈを備えている。
【００５４】
そして、この第４の実施形態における燃料電池用金属セパレータは、以下のようにして製造することができる。図１０の１例の製造工程のフローに示すように、まず、所定の金属板２２０に通路Ｐ４（図６（ｂ））を形成し（Ｓ１）、この金属板２２０を樹脂部成形用金型（図示省略）にセットして型締めし、この樹脂部成形用金型に備えられたノズルから樹脂を射出することにより、金属板２２０と樹脂部２３０とを一体に形成して金属−樹脂複合体を作製する（Ｓ２）。次に、この金属−樹脂複合体をシール材射出成形用金型Ｍ４（図７）にセットして所定部にプライマを塗布し、プライマ層Ｒ４を形成する（Ｓ３）。引き続き、このシール材の射出成形用金型Ｍ４の可動金型と固定金型とを型締めしてこのシール材の射出成形用金型Ｍ４に備わるノズルＮ４からシール材を射出し、リブ部Ｑ４（図６（ｂ）参照）を形成する（Ｓ４）。本発明では、このようにしてリブ部Ｑ４の形成と同時に金属板２２０と樹脂部２３０とをシールして接合し、金属−樹脂複合体を形成し、本発明に係る燃料電池用金属セパレータ２１０（図６（ａ））を形成することができる。
【００５５】
このように構成された本発明に係る第４の実施形態の燃料電池用金属セパレータ２１０は、図６（ｂ）に示すように、樹脂部２３０が、金属面２２０の端面から両面に回り込んで形成されているので、金属板２２０の端面を覆うように、コ字状に形成され、樹脂部２３０が金属板１２０に対して強固に密着されており、さらに、金属板２２０から燃料電池用金属セパレータ２１０の対角線方向に金属板２２０が延びるとともに、この金属板２２０の上下および左右の縁部を、樹脂で形成され、互いに独立した４つの部分を含む樹脂部２３０として構成されている。その結果、この第４の実施形態の燃料電池用金属セパレータ２１０は、比較的剛性が高いものとなる。
【００５６】
（第５の実施形態）
図８は本発明に係る第５の実施形態の燃料電池用金属セパレータの構成を示す部分的模式図であって、図８（ａ）は平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。
また、図９はこの第５の実施形態の燃料電池用金属セパレータの製造工程で、樹脂部と、気密シールとしてのプライマ層とリブ部とを連続的に形成する際の概略を示す図である。
本発明に係る第５の実施形態の燃料電池用金属セパレータ３１０は、図８（ａ）に示すように、金属板３２０の上下および左右の縁部が額縁状の樹脂で構成される樹脂部３３０で形成され、金属板３２０と樹脂部３３０とが一体に形成されている。
【００５７】
また、この第５の実施形態の燃料電池用金属セパレータ３１０に含まれる金属板３２０は、図８（ｂ）に示すように燃料電池の燃料ガス、酸化ガスまたは冷却液の各通路Ｐ５を備えている。そして、樹脂部３３０は、図８（ａ）に示すように前記燃料ガス、酸化ガスまたは冷却液を通流するための各連通口３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄ、３４０ｅ、３４０ｆ、３４０ｇ、３４０ｈを備えている。さらに、図８（ｂ）に示すように、金属板３２０と樹脂部３３０との間には、リブ部Ｑ５が介在して一体に形成されている。本発明にあっては、このように金属板と樹脂部との間にシール材で構成されるリブ部を介在させて、金属板と樹脂部とを接合して一体に形成することにより、燃料ガス、酸化ガス、または冷却液の漏洩が極力防止される。
【００５８】
そして、この第５の実施形態の燃料電池用金属セパレータ３１０は、以下のようにして製造することができる。図１１の他の１例の製造工程のフローに示すように、まず、所定の金属板３２０に通路Ｐ５（図８（ｂ））を形成する（Ｓ１０）一方、所定の樹脂（例えば、シート状の樹脂）に各連通口３４０ａ〜３４０ｈ（図８（ａ）、（ｂ））を設けるなどして加工を施し、樹脂部３３０を形成する（Ｓ２０）。次に、金属板３２０と樹脂部３３０とをシール材の射出成形用金型Ｍ５（図９）にセットして所定部にプライマを塗布し、プライマ層Ｒ５（図８（ｂ））を形成する（Ｓ３０）。引き続き、シール材の射出成形用金型Ｍ５の可動金型と固定金型とを型締めしてシール材を射出することにより、リブ部Ｑ５（図８（ｂ））を形成する（Ｓ４０）。本発明では、このようにしてリブ部Ｑ５の形成と同時に金属板３２０と樹脂部３３０とをシールして接合し、本発明に係る燃料電池用金属セパレータ３１０を製造することができる。
【００５９】
なお、本発明に係る第５の実施形態にあっては、図８（ｂ）に示すように、金属板３２０と樹脂部３３０との間にシール材（またはシール材とプライマ層Ｒ５の両方）が介在することにより、前記両者が接合されて一体に形成されている。以上、本発明に好適な実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく限りにおいて適宜に変更することが可能である。例えば、本発明に係る燃料電池用金属セパレータの形状を略円形状とし、その樹脂部が略円形状の金属板の一部の縁部に備えられて構成されてもよい。
【００６０】
【実施例】
次に、本発明に係る実施例１〜実施例５について、図面を参照しながら説明する。以下の実施例１〜実施例５は、５種類の金属板（１０５０のアルミニウム（ＪＩＳ  Ｈ４０００）、Ａｌ−Ｍｇ系の５０００系アルミニウム合金（ＪＩＳ  Ｈ４１００）、ＳＵＳ３１６（ＪＩＳ  Ｇ４３０９）、ＳＰＣＣ（ＪＩＳ  Ｇ３１４１）、またはＪＩＳ２種の純チタン）、および４種類の樹脂部（熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂、エポキシ樹脂、または熱可塑性樹脂であるポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー）を用いることにより、それぞれ２０種類ずつ、各ｎ数を３００として作製した。また、以下の実施例１〜実施例５はいずれも、プライマとして、信越シリコーン製  シリコーン系プライマ（２液混合タイプ）を用い、シール材としてシリコーンゴムを用い、このシリコーンゴムの射出圧力を１７ＭＰａとし、リブ部を形成する際に用いるシール材の射出成形用金型の温度を２００℃に設定して作製した。
なお、前記のＳＰＣＣの表面には、予め導電性を阻害しないような金属でめっき処理を施すことにより、所望の耐食性を付与した。
【００６１】
（実施例１）
本発明に係る実施例１は、図１に示すように、金属板２の上下および左右の周縁部に、この金属板２の一部の縁部と重なるように、樹脂部３を額縁形状に一体成形した燃料電池用金属セパレータ１として構成されたものである。そして、図１（ｂ）に示すように、金属板２には、燃料ガス、酸化ガス、または冷却液の各通路Ｐ１が形成されるとともに、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、樹脂部３には、燃料ガス、酸化ガス、または冷却液を通流するための連通口４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈが備えられて構成されている。さらに、図１（ｂ）に示すように、樹脂部３は、金属板２の端面から両面に回り込んで金属板２の端面を覆うようにコ字状に形成され、樹脂部３が金属板２に対してより強固に密着されている。
【００６２】
この実施例１の燃料電池用金属セパレータ１は、図１０に示すような１例の工程フローに従って作製されたものである。すなわち、まず、金属板２にプレス加工を施して、前記燃料ガス、酸化ガス、または冷却液の通路Ｐ１（図１（ｂ））を形成し（Ｓ１）、続いてこの金属板２を樹脂部成形用金型（図示省略）にセットして型締めし、この樹脂部成形用金型に備えられたノズルから樹脂部形成用の樹脂を射出することにより、金属板２と樹脂部３とを一体に形成して金属−樹脂複合体を形成した（Ｓ２）。次に、この金属−樹脂複合体をシール材の射出成形用金型Ｍ１（図２）にセットして、シール材が塗布される金属板２と樹脂部３の各部位にプライマを塗布し、プライマ層Ｒ１（図１（ｂ））を形成した（Ｓ３）。引き続き、このシール材の射出成形用金型Ｍ１の可動金型と固定金型とを型締めしてシール材の射出成形用金型Ｍ１に備わるノズルＮ１からシール材を射出し、プライマ層Ｒ１の上にリブ部Ｑ１（図１（ｂ））を形成して（Ｓ４）、金属板２と樹脂部３とが一体成形された燃料電池用金属セパレータ１を作製した。
【００６３】
（実施例２）
本発明に係る実施例２は、図３に示すように、金属板２０の上下および左右の周縁部に、この金属板２０の一部の縁部と重なるように、樹脂部３０を額縁形状に一体成形した燃料電池用金属セパレータ１０として構成されたものである。そして、図３（ｂ）に示すように、金属板２０には、燃料ガス、酸化ガス、または冷却液の通路Ｐ２が形成され、また図３（ａ）、（ｂ）に示すように、樹脂部３０には、燃料ガス、酸化ガス、または冷却液を通流するための連通口４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ、４０ｈが形成されて構成されている。さらに、図３（ｂ）に示すように、樹脂部３０の開口部は、金属板２０の外形に合わせて成形され、この開口部の縁の一側面には、金属板２０の一方の面を受けて位置合わせすることができるようにフランジが突出して、その断面形状が略Ｌ字状になっている。
【００６４】
この実施例２の燃料電池用金属セパレータ１０は、図１１に示すような他の１例の工程フローに従って作製されたものである。すなわち、まず、金属板２０にプレス加工を施して、前記燃料ガス、酸化ガス、または冷却液の通路Ｐ２（図３（ｂ））を形成する（Ｓ１０）一方、シート状の樹脂に各連通口４０ａ〜４０ｈ（図３（ａ）、（ｂ））を設けるなどして加工を施し、樹脂部３０を形成した（Ｓ２０）。次に、このように形成された金属板２０と樹脂部３０とを、前記の実施例１を作製する際に用いたシール材の射出成形用金型Ｍ１（図２）にセットして、シール材が塗布される金属板２０と樹脂部３０の各部位にプライマを塗布し、プライマ層Ｒ２（図３（ｂ））を形成した（Ｓ３０）。続いて、前記シール材の射出成形用金型Ｍ１の可動金型と固定金型とを型締めしてシール材の射出成形用金型Ｍ１に備わるノズルＮ１からシール材を射出し、プライマ層Ｒ２の上にリブ部Ｑ２（図３（ｂ））を形成して（Ｓ４０）、金属板２０と樹脂部３０とが一体成形された燃料電池用金属セパレータ１０を作製した。
【００６５】
（実施例３）
本発明に係る実施例３は、図４に示すように、金属板１２０の上下の周縁部に、この金属板１２０の一部の縁部と重なるように、互いに独立した２つの樹脂部１３０を一体成形した燃料電池用金属セパレータ１１０として構成されたものである。そして、図４（ｂ）に示すように、金属板１２０には、燃料ガス、酸化ガス、または冷却液の各通路Ｐ３が形成されている。また、樹脂部１３０には、燃料ガス、酸化ガス、または冷却液を通流するための連通口１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ、１４０ｅ、１４０ｆ、１４０ｇ、１４０ｈが備えられて構成されている。さらに、図４（ｂ）に示すように、樹脂部１３０が、金属面１２０の端面から両面に回り込んで形成されている。すなわち、金属板１２０の端面を覆うように、コ字状に形成され、樹脂部１３０が金属板１２０に対して強固に密着されている。
【００６６】
この実施例３の燃料電池用金属セパレータ１１０は、図１０に示すような１例の工程フローに従って作製されたものである。すなわち、まず、耐食性を付与するべく、金属板１２０にプレス加工を施して、前記燃料ガス、酸化ガス、または冷却液の各通路Ｐ３（図４（ｂ））を形成し（Ｓ１）、続いてこの金属板１２０を樹脂部成形用金型（図示省略）にセットして型締めし、この樹脂部成形用金型に備えられたノズルから樹脂部形成用の樹脂を射出することにより、金属板１２０と樹脂部１３０とを一体に形成して金属−樹脂複合体を作製した（Ｓ２）。次に、この金属−樹脂複合体をシール材の射出成形用金型Ｍ３（図５）にセットして、シール材が塗布される金属板１２０と樹脂部１３０の部位にプライマを塗布してプライマ層Ｒ３を形成した（Ｓ３）。続いて、前記シール材の射出成形用金型Ｍ３の可動金型と固定金型とを型締めしてシール材の射出成形用金型Ｍ３に備わるノズルＮ３からシール材を射出し、プライマ層Ｒ３の上にリブ部Ｑ３（図４（ｂ））を形成して（Ｓ４）、金属板１２０と樹脂部１３０とが一体成形された燃料電池用金属セパレータ１１０を作製した。
【００６７】
（実施例４）
本発明に係る実施例４は、図６示すように、金属板２２０の各頂点から燃料電池用金属セパレータ２１０の各頂点に向かう対角線方向に金属板２２０が延びて形成され、この金属板２２０の上下および左右の周縁部に、金属板２２０の一部の縁部と重なるように、互いに独立した４つの樹脂部２３０を一体成形した燃料電池用金属セパレータ２１０として構成されたものである。そして、図６（ｂ）に示すように、金属板２２０には、燃料ガス、酸化ガス、または冷却液の各通路Ｐ４が形成されている。また、樹脂部２３０には、燃料ガス、酸化ガス、または冷却液を通流するための連通口２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃ、２４０ｄ、２４０ｅ、２４０ｆ、２４０ｇ、２４０ｈが備えられて構成されている。さらに、図６（ｂ）に示すように、樹脂部２３０が、金属面２２０の端面から両面に回り込んで形成されている。すなわち、金属板２２０の端面を覆うように、コ字状に形成され、樹脂部２３０が金属板１２０に対して強固に密着されている。
【００６８】
この実施例４の燃料電池用金属セパレータ２１０は、図１０に示すような工程フローに従って作製されたものである。すなわち、まず、金属板２２０にプレス加工を施して、前記燃料ガス、酸化ガス、または冷却液の各通路Ｐ４（図６（ｂ））を形成し（Ｓ１）、続いてこの金属板２２０を樹脂部成形用金型（図示省略）にセットして型締めし、この樹脂部成形用金型に備えられたノズルから樹脂部形成用の樹脂を射出することにより、金属板２２０と樹脂部２３０とを一体に形成し、金属−樹脂複合体を作製した（Ｓ２）。次に、この金属−樹脂複合体をシール材の射出成形用金型Ｍ４（図７）にセットして、シール材が塗布される金属板２２０と樹脂部２３０の所定部にプライマを塗布してプライマ層Ｒ４を形成した（Ｓ３）。続いて、前記シール材の射出成形用金型Ｍ３の可動金型と固定金型とを型締めしてシール材の射出成形用金型Ｍ３に備わるノズルＮ３からシール材を射出し、このプライマ層Ｒ４の上にリブ部Ｑ４（図６（ｂ））を形成して（Ｓ４）、金属板２２０と樹脂部２３０とが一体成形された燃料電池用金属セパレータ２１０を作製した。
【００６９】
このように構成された本発明に係る実施例４の燃料電池用金属セパレータ２１０は、図６（ｂ）に示すように、樹脂部２３０が、金属面２２０の端面から両面に回り込んで形成されているので、金属板２２０の端面を覆うように、コ字状に形成され、樹脂部２３０が金属板１２０に対して強固に密着されており、さらに、金属板２２０から燃料電池用金属セパレータ２１０の対角線方向に金属板２２０が延びるとともに、この金属板２２０の上下および左右の縁部を、樹脂で形成され、互いに独立した４つの部分を含む樹脂部２３０として構成されている。その結果、この実施例４の燃料電池用金属セパレータ２１０は、前記の実施例１〜実施例３、および次の実施例５に比べて剛性が高いものとなった。
【００７０】
（実施例５）
本発明に係る実施例５は、図８に示すように、金属板３２０の上下および左右の周縁部で、この金属板３２０との間にシール材から構成されるリブ部Ｑ５を介在させて、樹脂部３３０を額縁形状に一体成形した燃料電池用金属セパレータ３１０として構成されたものである。そして、図８（ｂ）に示すように、金属板３２０には、燃料ガス、酸化ガス、または冷却液の各通路Ｐ５が形成されている。また、樹脂部３３０には、燃料ガス、酸化ガス、または冷却液を通流するための連通口３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄ、３４０ｅ、３４０ｆ、３４０ｇ、３４０ｈが備えられて構成されている。
【００７１】
この実施例５の燃料電池用金属セパレータ３１０は、図１１に示すような工程フローに従って作製されたものである。すなわち、まず、図８に示すように、金属板３２０にプレス加工を施して、前記燃料ガス、酸化ガス、または冷却液の各通路Ｐ５（図８（ｂ））を形成する（Ｓ１０）一方、シート状の樹脂に各連通口３４０ａ〜３４０ｈ（図８（ａ）、（ｂ））を設けるなどして加工を施し、樹脂部３３０を形成した（Ｓ２０）。次に、このように形成された金属板３２０と樹脂部３３０とを、シール材の射出成形用金型Ｍ５（図９）にセットして、シール材が塗布される金属板３２０と樹脂部３３０の各部位にプライマを塗布し、プライマ層Ｒ５（図８（ｂ））を形成した（Ｓ３０）。続いて、前記シール材の射出成形用金型Ｍ５の可動金型と固定金型とを型締めしてシール材の射出成形用金型Ｍ５に備わるノズルＮ５からシール材を射出し、プライマ層Ｒ５の上にリブ部Ｑ５（図８（ｂ））を形成して（Ｓ４０）、金属板３２０と樹脂部３３０とが一体成形された燃料電池用金属セパレータ３１０を作製した。
【００７２】
以上、説明した本発明に係る実施例１〜５の燃料電池用金属セパレータはいずれも、前記金属板の上下および左右の少なくとも一方が、この金属板の少なくとも一部の縁部に重なる、またはこの金属板との間にシール材を介在させるようにして、樹脂から構成される樹脂部で一体に形成され、この樹脂部に、燃料ガス、酸化ガス、または冷却液を通流するための連通口を備えて構成されているので、この連通口に水が滞留しても前記金属板の端部がこの水を通じて燃料電池を支持している構造体と短絡することを防止でき、その結果、前記金属板の電解腐食を極力抑えられて耐食性に優れたものであることが確認された。
【００７３】
そして、これら本発明に係る実施例１〜５の燃料電池用金属セパレータを、燃料電池に適用してテストしたところ、これら実施例１〜５の燃料電池用金属セパレータはいずれも、燃料電池の性能を阻害するこなく、従来のカーボン系の材料やステンレスやチタン系の金属材料単独で構成された燃料電池用セパレータと比べて同等以上の耐久性を有していることが確認された。また、これら実施例１〜５の燃料電池用金属セパレータは、コストが従来のものよりも低く抑えられ、さらに、薄い形状を有するので、燃料電池のスタック構造、ひいては燃料電池本体の大きさを従来のものに比べて１０〜２０％程度小さくすることができる効果をもたらした。
なお、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく限りにおいて適宜変更することが可能である。例えば、本発明に係る燃料電池用金属セパレータにあっては、樹脂部の形態が、額縁形状や、２つまたは４つの互いに分離独立した構造のみならず、各種の形状を適宜採用することが可能である。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明した通りに構成される本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る請求項１によれば、前記金属板と前記樹脂部とが厚みの増加を伴うことなく一体に形成されているので、薄い形状で、前記燃料ガス、酸化ガスまたは冷却水等の冷却液に対する耐食性を向上させた燃料電池用金属セパレータを提供することができる。また、前記樹脂部と前記金属板の縁部に跨るシール材を形成することで、金属板と樹脂部が重なった部分をシールするとともに接合した燃料電池用セパレータを提供することができる。さらに、燃料電池の単セル間の気密性を保持するリブ部が、前記金属板および前記樹脂部に射出成形を施して形成されるので、製造工程の数を削減してコストが抑えられた燃料電池用金属セパレータを提供することができる。
【００７５】
本発明に係る請求項２によれば、前記金属板と前記樹脂部とが厚みの増加を伴うことなく一体に形成されているので、薄い形状で、前記燃料ガス、酸化ガスまたは冷却水等の冷却液に対する耐食性を向上させた燃料電池用金属セパレータを提供することができる。
【００７６】
また、本発明に係る請求項３によれば、前記樹脂部の成形性を向上させることができるので、比較的複雑な形状にも容易に対応できる燃料電池用金属セパレータを提供することができる。
さらに、本発明に係る請求項４によれば、前記樹脂部の成形性を向上させるとともに、前記樹脂部の耐熱性、耐薬品性および絶縁性をさらに高めた燃料電池用金属セパレータを提供することができる。
【００７７】
また、本発明に係る請求項５によれば、前記樹脂部の耐熱性がさらに一段と高められた燃料電池用金属セパレータを提供することができる。
そして、本発明に係る請求項６によれば、前記樹脂部の耐熱性とコストとを調和させた燃料電池用金属セパレータを提供することができる。
【００７８】
本発明に係る請求項７によれば、射出成形により、前記金属板と前記樹脂部とを厚みの増加を伴うことなく比較的容易に一体に形成できるので、薄い形状で耐食性が向上された燃料電池用金属セパレータを、コストを抑えて製造できる燃料電池用金属セパレータの製造方法を提供することができる。
【００７９】
本発明に係る請求項８によれば、前記額縁状の樹脂部を予め別体で作製し、前記金属板と前記樹脂部とを厚みの増加を伴うことなく、比較的容易に一体に形成できるので、薄い形状で耐食性が向上された燃料電池用金属セパレータを、工程数を削減して製造できる燃料電池用金属セパレータの製造方法を提供することができる。
【００８０】
本発明に係る請求項９によれば、前記樹脂部の成形性を向上させる燃料電池用金属セパレータの製造方法を提供することができる。
本発明に係る請求項１０によれば、前記樹脂部の耐熱性、耐薬品性および絶縁性を向上させる燃料電池用金属セパレータの製造方法を提供することができる。
【００８１】
そして、本発明に係る請求項１１によれば、前記樹脂部の耐熱性をより高める燃料電池用金属セパレータの製造方法を提供することができる。
本発明に係る請求項１２によれば、前記樹脂部の耐熱性およびコストを調和させた燃料電池用金属セパレータの製造方法を提供することができる。
【００８２】
本発明に係る燃料電池用金属セパレータは、金属板の縁部が前記樹脂部で保護されているので、この樹脂部の連通口の内部に滞留した水を通じて、この燃料電池を支持している構造体と前記金属板とが短絡（液絡）して生じる電解腐食を極力防止することができ、その結果、耐食性が顕著に向上したものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の燃料電池用金属セパレータの構成を示す部分的模式図であって、図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】図１に示す第１の実施形態および図３に示す第２の実施形態の燃料電池用金属セパレータを作製する際に用いられる射出成形用金型の構成を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明に係る第２の実施形態の燃料電池用金属セパレータの構成を示す部分的模式図であって、図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】本発明に係る第３の実施形態の燃料電池用金属セパレータの構成を示す部分的模式図であって、図４（ａ）は平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】図４に示す第３の実施形態の燃料電池用金属セパレータを作製する際に用いられる射出成形用金型の構成を示す模式的な断面図である。
【図６】本発明に係る第４の実施形態の燃料電池用金属セパレータの構成を示す部分的模式図であって、図６（ａ）は平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【図７】図６に示す第４の実施形態の燃料電池用金属セパレータを作製する際に用いられる射出成形用金型の構成を示す模式的な断面図である。
【図８】本発明に係る第５の実施形態の燃料電池用金属セパレータの構成を示す部分的模式図であって、図８（ａ）は平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。
【図９】図８に示す第５の実施形態の燃料電池用金属セパレータを作製する際に用いられる射出成形用金型の構成を示す模式的な断面図である。
【図１０】本発明に係る燃料電池用金属セパレータを製造する際の１例の工程フローである。
【図１１】本発明に係る燃料電池用金属セパレータを製造する際の他の１例の工程フローである。
【図１２】従来の１例の燃料電池の構成を示す模式図であって、図１２（ａ）は燃料電池のスタック構造を示し、図１２（ｂ）はこの燃料電池に含まれる単セルを示す。
【符号の説明】
１  第１の実施形態の燃料電池用金属セパレータ
２、２０、１２０、２２０、３２０  金属板
３、３０、１３０、２３０、３３０  樹脂部
４ａ〜４ｈ、４０ａ〜４０ｈ、１４０ａ〜１４０ｆ、２４０ａ〜２４０ｈ、３４０ａ〜３４０ｈ、  連通口
１０  第２の実施形態の燃料電池用金属セパレータ
１００  燃料電池スタック
１１０  第３の実施形態の燃料電池用金属セパレータ
２１０  第４の実施形態の燃料電池用金属セパレータ
３１０  第５の実施形態の燃料電池用金属セパレータ
Ｄ  ガス拡散層
Ｍ１、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５  シール材の射出成形用金型
Ｎ１、Ｎ３、Ｎ４、Ｎ５  ノズル
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５  燃料ガス（水素ガス）、酸化ガス（空気）または冷却液（冷却水）の通路
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５  リブ部
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５  プライマ層
ＭＥＡ  膜電極接合体
ＳＡ  空気側セパレータ
ＳＨ  水素側セパレータ
Ｘ１  通路Ｐｎ（ｎ＝１、２、３、４、５）における谷の底部の外側部
Ｘ２  通路Ｐｎ（ｎ＝１、２、３、４、５）における頂部
【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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【図１１】
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【図１２】
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