JP4153702B2 - シール用樹脂−金属接合体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気・電子部品等のクッション材、パッキン材、スペーサー等に使用されるシール用樹脂−金属接合体に関し、更に詳しくは、燃料電池のセパレータに好適に使用できるシール用樹脂−金属接合体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気自動車の動力源等として固体高分子型の燃料電池が注目されている。固体高分子型の燃料電池（ＰＥＦＣ）は、常温でも発電することが可能であり、様々な用途に実用化されつつある。
【０００３】
一般に燃料電池システムは、固体高分子電解質膜を挟んで一方側にカソード極を区画し、他方側にアノード極を区画して構成されており、カソード極に供給される空気中の酸素と、アノード極に供給される水素との化学反応によって発生した電力で外部負荷を駆動するシステムである。
【０００４】
このような燃料電池システムには、図１０（ａ）に示すような燃料電池スタック１００が設けられている。燃料電池スタック１００は、１つの膜を挟んで発電する1つの単セルを、電極面が鉛直になるように水平方向に何段か繰り返し積層し、ボルト等で締め付けて一体化したものである。
単セルは、図１０（ｂ）に示すように高分子電解質膜Ｍ、電極触媒層Ｃ，Ｃ、ガス拡散層Ｄ，Ｄ、空気側セパレータＳＡ，水素側セパレータＳＨ等により構成される。
【０００５】
これらの構成部材のうちセパレータＳＡ，ＳＨは、単セルを複数枚重ねて所要の電圧を得る各セル間の繋ぎ（積層化機能）を持たせるために用いられる。
また、セパレータＳＡ，ＳＨに要求される別の機能としては、以下の機能もある。
（１）燃料電池スタック１００内で水素や空気をセルに供給する供給通路を確保する。
（２）燃料電池スタック１００を冷却するための冷却液の供給通路を確保する。
（３）電流（電子）を集めて取り出す。
そのため、セパレータＳＡ，ＳＨの材料としては、導電性や耐食性が要求されることから合成黒鉛や黒鉛と樹脂とを混合したカーボン系の材料が多く用いられている。
しかし、セパレータＳＡ，ＳＨの材料としてカーボン系の材料を用いるとどうしても生産性が低く、コスト低減の面から最近は金属材料が検討されている。
【０００６】
また、これらのセパレータＳＡ，ＳＨを積層したときのシール材としては、
図１０（ｂ）に示すようなセパレータＳＡ，ＳＨとは別に成形されたゴムシール材（フッ素系、ＥＰＤＭ等）ＲＳを空気側セパレータＳＡと水素側セパレータＳＨとの間に挟み込んで、クッション材、パッキン材、スペーサー、ガスリーク防止用のシール材等として使用している。
しかしながら、このシール方法では、単セルを積層して燃料電池スタック１００を組み立てるのに組み付けの工数が多くなる結果、燃料電池スタック１００がコスト高となったり、ゴムシール材ＲＳの組み付け忘れにより燃料電池スタック１００の安全面で問題が発生することがあった。
【０００７】
そこで、これらの問題点を解決するための改良された技術として、例えば特開平１１−１２９３９６号公報に開示された技術がある。この技術は、シール用樹脂層（パッキン材）と金属材料とを一体化したシリコーン樹脂−金属複合体に関するものである。
この金属セパレータは、金属薄板の少なくとも片面に厚みが０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍで硬度（ＪＩＳＫ６３０１ スプリング式硬さ試験 Ａ形）が４０〜７０の範囲のシリコーン樹脂層を射出成形法により形成したものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この金属セパレータは、シリコーン樹脂層を射出成形する時に以下のような問題があった。
（１）射出成形時の操作条件によってはバリや気泡は発生しないが、操作条件の適用範囲が狭く、一度操作条件を外れてしまうと、シリコーン樹脂層の原料に液状シリコーンを使用しているためどうしてもシリコーン樹脂層を成形する金型の内部から外部へ液漏れを起こし易く、漏れ出した液状シリコーンがバリとなって周囲に広がってしまう。
（２）このバリの発生を防止するためには金型の締め付け圧力を高くして金型と金属薄板との隙間をなくす必要があるが、金型の締め付け圧力を高くすると金属薄板が変形する。
【０００９】
本発明は、前記問題を解決するためになされたものであって、金属薄板の表面に弾性プライマー層を介してシール用樹脂層を成形するときに、金型の締め付け圧力を高くしても金属薄板が変形することなく、しかもバリの発生を防止できるシール用樹脂−金属接合体を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するためになされた請求項１に記載のシール用樹脂−金属接合体は、金属薄板の少なくとも片面に、金型内で弾性プライマー層を介してシール用樹脂層を射出成形したシール用樹脂−金属接合体において、前記シール用樹脂層を積層するときに、前記金型と当接し、前記シール用樹脂層の外縁部に隣接する前記弾性プライマー層の厚みを、前記シール用樹脂層を積層する部分の弾性プライマー層の厚みよりも段差を設けて厚く形成して前記金型を締め付ける圧力を受けるように構成したことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項１に記載の発明によると、金属薄板の少なくとも片面に、金型内で弾性プライマー層を介してシール用樹脂層を射出成形したシール用樹脂−金属接合体において、前記シール用樹脂層を積層するときに、前記金型と当接し、前記シール用樹脂層の外縁部に隣接する前記弾性プライマー層の厚みを、前記シール用樹脂層を積層する部分の弾性プライマー層の厚みよりも段差を設けて厚く形成して前記金型を締め付ける圧力を受けるように構成したことにより、前記金型と前記弾性プライマー層とが当接する部位の面圧（金型を締め付けたときの相互に押し合う力）を高くすることができるのでシール性が向上し、液状シール用樹脂の液漏れがなくなる結果、バリの発生を防止できる。
【００１２】
請求項２に記載のシール用樹脂−金属接合体は、前記弾性プライマー層の塗布面積を、前記シール用樹脂層が形成される領域の外縁よりも外側に長さで０．３〜１．０ｍｍ大きめに塗布するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のシール用樹脂−金属接合体である。
【００１３】
請求項２に記載の発明によると、前記弾性プライマー層の塗布面積を、前記シール用樹脂層が形成される領域の外縁よりも外側に長さで０．３〜１．０ｍｍ大きめに塗布するように構成したことにより、シール用樹脂層を射出成形する金属薄板の表面を平坦化することができる。その結果、金型と当接する当接面の密着性を向上させることができる。
【００１４】
請求項３に記載のシール用樹脂−金属接合体は、前記シール用樹脂層が形成される領域の外縁よりも外側に塗布されている前記弾性プライマー層が、厚み５μｍ〜５０μｍ、硬度（ＪＩＳＫ６３０１ スプリング式硬さ試験 Ａ形）が４０〜７０の範囲であることを特徴とする請求項２に記載のシール用樹脂−金属接合体である。
【００１５】
請求項３に記載の発明によると、前記シール用樹脂層が形成される領域の外縁よりも外側に塗布されている前記弾性プライマー層を、厚みが５μｍ〜５０μｍ、硬度（ＪＩＳＫ６３０１ スプリング式硬さ試験 Ａ形）が４０〜７０の範囲としたことにより、
（１）シール用樹脂層の射出成形時に、前記弾性プライマー層と当接する金型を締め付ける圧力を高くしても、所定の硬度を有する前記弾性プライマー層で金型の締め付け圧力が吸収できるようになるので、金属薄板を変形させることがなくなる。
（２）また、シール性が向上するのでシール用樹脂層の原料となる液状シール用樹脂の液漏れがなくなる結果、バリの発生を防止することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図１から図９を参照しながら具体的に説明する。尚、シール用樹脂−金属接合体として燃料電池スタックを構成するセパレータに適用したときの例について説明する。
【００１７】
最初に、本発明に係る第一実施形態のセパレータについて図１及び図２を参照して説明する。
尚、図１（ａ）は、本発明に係る第一実施形態のセパレータの主要部を示す断面概略図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ部拡大図、図２は、図１（ａ）のセパレータのシール用樹脂層を金型で射出成形するときの金型内の断面図である。
【００１８】
第一実施形態のセパレータは、図１に示すように、
鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、メッキ処理鋼板や防食用の表面処理をした金属薄板等を使用した金属セパレータ１に、図示しない反応ガス通路部及び連通孔等を形成し、前記金属セパレータ１の上部片面にスプレー塗布により弾性プライマー層２を形成し、前記弾性プライマー層２の上にさらに射出成形によりシール用樹脂層３を積層したシール用樹脂−金属接合体である。尚、弾性プライマー層２は、印刷により形成してもよい。
【００１９】
弾性プライマー層２は、形成するときに、前記弾性プライマー層２の塗布面積を、前記シール用樹脂層３が形成される領域の外縁よりも外側に長さで０．３〜１．０ｍｍ大きめに塗布する。
このとき長さが０．３ｍｍ未満では、塗布面積を大きくする長さの寸法精度を制御するのが難しく、１．０ｍｍを超えると、金属セパレータ1の面積が大型化する虞れがある。
【００２０】
このように、前記弾性プライマー層２の塗布面積を、前記シール用樹脂層３が形成される領域の外縁よりも外側に長さで０．３〜１．０ｍｍ大きめに塗布するようにしたことにより、シール用樹脂層３を成形する金属セパレータ１の表面を平坦化することができる。その結果、金型４と当接する当接面の密着性を向上させることができる。
尚、金型４は、一方の金型４ａと他方の金型４ｂとから形成され、本実施形態では、一方の金型４ａと弾性プライマー層２とが当接する。
【００２１】
また、成形されて前記シール用樹脂層３が形成される領域の外縁よりも外側に塗布されている前記弾性プライマー層２を、厚み５μｍ〜５０μｍ、硬度（ＪＩＳＫ６３０１ スプリング式硬さ試験 Ａ形）を４０〜７０の範囲としている。
【００２２】
この理由として、弾性プライマー層２の厚みは、５μｍ未満では、金属セパレータ１の表面の凸凹が解消されず、５０μｍを超えると、一方の金型４ａと弾性プライマー層２との密着性及びリブ部３ｂの高さの精度が保持できない。
また、硬度が４０未満では柔らか過ぎて取り扱い難く、硬度が７０を超えると硬くなりすぎて弾力性に欠けるという問題がある。
【００２３】
このように、成形されて前記シール用樹脂層３が形成される領域の外縁よりも外側に塗布されている前記弾性プライマー層２を、厚み５μｍ〜５０μｍ、硬度（ＪＩＳＫ６３０１ スプリング式硬さ試験 Ａ形）を４０〜７０の範囲にしたことにより、
（１）シール用樹脂層３の射出成形時に、前記弾性プライマー層２と当接する金型４の締め付ける圧力を高くしても、所定の硬度を有する前記弾性プライマー層２で金型４の締め付け圧力を吸収できるようになるので、金属セパレータ１を変形させることがなくなる。
（２）また、シール性が向上するのでシール用樹脂層３の原料となる液体シール用樹脂の液漏れがなくなる結果、バリの発生を防止することができる。
【００２４】
また、本実施形態では、弾性プライマー層２の厚みは、図１（ｂ）に示すように、一方の金型４ａと当接する弾性プライマー層２の厚みｔ2を、一方の金型４ａと当接しない弾性プライマー層２の厚みｔ1よりも厚く形成している。すなわち、弾性プライマー層２の厚みが上部よりも下部の方が厚い段差を有する断面形状（ダム構造）の弾性プライマー層２を使用している。
【００２５】
このように一方の金型４ａと弾性プライマー層２とが当接する部位の厚みｔ2を厚く形成することにより、シール用樹脂層３の射出成形時に、一方の金型４ａと弾性プライマー層２とが当接する部位が若干つぶれながら面圧を高くすることが可能となり、両者が密着するのでシール性が向上し、シール用樹脂層３の原料となる液状シール用樹脂の液漏れがなくなる結果、バリの発生を防止できる。
【００２６】
尚、本実施形態で用いられる弾性プライマーとしては、例えばスプレー式の金属プライマーが適用できる。
スプレー式の金属プライマーを使用すれば、大きな設備が不要でしかも手軽に金属の下地処理が行える。
【００２７】
また、本実施形態で用いられる弾性プライマーとしては、例えば信越シリコーン株式会社製のシリコン系プライマーＮｏ．１０１Ａ，Ｂ（２液混合タイプ）又は水系アクリルウレタン樹脂系塗料が利用できる。
弾性プライマーとして、信越シリコーン株式会社製のシリコン系プライマーＮｏ．１０１Ａ，Ｂ（２液混合タイプ）又は水系アクリルウレタン樹脂系塗料を用いることにより、広い温度範囲で安定したゴム状の弾力性を保つことができる。
その結果、温度変化があっても弾性プライマー層２と一方の金型４ａとの間のシール性が安定して保持できる。
【００２８】
上述したような弾性プライマー層２を金属セパレータ１の片面に形成した後、図２に示す金型４を使用して、シール用樹脂層３のベース部３ａの高さ０．１５ｍｍ〜０．３ｍｍ、シール用樹脂層３のリブ部３ｂの高さ０．５ｍｍ〜２．０ｍｍのものを液状シール用樹脂、例えば液状シリコーンの射出成形により成形する。
【００２９】
成形方法としては、加圧された液状シリコーンを、その周囲を図示しない冷却管により冷却されたコールドノズル５から一方の金型４ａに形成されたシール用樹脂層３の成形型（雌型）に注入し、短時間（例えば３秒）で成形する。金型４の温度は、注入する液状シリコーンの温度よりも高く設定されているので、液状シリコーンは、型内に注入されると直ちに反応して硬化する。
【００３０】
このときシール用樹脂層３のベース部３ａの高さが０．１５ｍｍ未満では、厚さが安定せず、０．３ｍｍを超えると燃料電池スタックが大型化する虞れがある。
また、シール用樹脂層３のリブ部３ｂの高さが、０．５ｍｍ未満では金属セパレータ同士の間でシールができず、２．０ｍｍを超えると燃料電池スタックが大型化する虞れがある。
【００３１】
尚、本実施形態の液状シール用樹脂である液状シリコーンとしては、種々の液状ゴムが使用できる。
液状ゴムとしては、一液型ＲＴＶゴム及び二液型ＲＴＶゴムどちらも使用できる。尚、上記ＲＴＶとは、室温で硬化する（Ｒｏｏｍ ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＶｕｌｃａｎｉｚｉｎｇ）という意味である。
【００３２】
液状シリコーンとして液状ゴムを用い、かつ、成形工程を機械的に一元化した成形方法にすることにより、成形品完成までのプロセスを自動化できるため、生産性の向上、労務力の低減ができる。
【００３３】
このような構成と作用を有する第一実施形態のセパレータによれば、
（１）金型４と当接する弾性プライマー層２の厚みを５μｍ〜５０μｍと厚くし、前記弾性プライマー層２の塗布面積を、成形されて前記シール用樹脂層３が形成される領域の外縁よりも０．３〜１．０ｍｍ大きめに塗布することで金属セパレータ１の表面を平坦化することができ、かつ、金型４を締め付ける圧力を高くしても金属セパレータ１が変形することなくバリの発生を防止することができる。
（２）金属セパレータ１の表面をシリコーンゴムで覆うことで耐食性・電気絶縁性に優れたシール用樹脂−金属接合体を提供することができる。
（３）また、金属セパレータ１とシール用樹脂層３とを一体化することにより、複雑な形状のシール用樹脂層３が成形可能となるだけでなく、組み立て工数の削減等が可能となる。
【００３４】
次に、本発明に係る第二実施形態のセパレータについて図３及び図４を参照して説明する。尚、図３は、本発明に係る第二実施形態のセパレータの主要部を示す断面概略図、図４は、図３のセパレータのシール用樹脂層を金型で射出成形するときの金型内の断面図である。
尚、第一実施形態のセパレータを説明したときと同じ部材に付いては、同じ符号を付して説明する。
【００３５】
第二実施形態のセパレータは、図３に示すように、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、メッキ処理鋼板や防食用の表面処理をした金属薄板等を使用した金属セパレータ１に、図示しない反応ガス通路部及び連通孔等を形成し、金属セパレータ１の上端部を覆うようにして両面に弾性プライマー層２′をスプレー塗布により形成し、前記弾性プライマー層２′の上にさらに射出成形によりシール用樹脂層３′を積層したシール用樹脂−金属接合体である。
尚、プライマー層２′は、印刷により形成してもよい。
【００３６】
弾性プライマー層２′は、形成するときに、前記弾性プライマー層２′の塗布面積を、前記シール用樹脂層３′が形成される領域の外縁よりも外側に長さで０．３〜１．０ｍｍ大きめに塗布する。
このとき長さが０．３ｍｍ未満では、塗布面積を大きくする長さの寸法精度を制御するのが難しく、１．０ｍｍを超えると、金属セパレータ1の面積が大型化する虞れがある。
【００３７】
このように、前記弾性プライマー層２′の塗布面積を、成形されて前記シール用樹脂層３′が形成される領域の外縁よりも外側に長さで０．３〜１．０ｍｍ大きめに塗布するようにしたことにより、シール用樹脂層３′を成形する金属セパレータ１の表面を平坦化することができる。その結果、金型４′と当接する当接面の密着性を向上させることができる。
尚、金型４′は、一方の金型４′ａと他方の金型４′ｂとから形成され、本実施形態では、両方の金型４′ａ，４′ｂと弾性プライマー層２′とが当接する。
【００３８】
また、成形されて前記シール用樹脂層３′が形成される領域の外縁よりも外側に塗布されている前記弾性プライマー層２′を、厚み５μｍ〜５０μｍ、硬度（ＪＩＳＫ６３０１ スプリング式硬さ試験 Ａ形）を４０〜７０の範囲としている。
【００３９】
この理由として、弾性プライマー層２′の厚みは、５μｍ未満では、金属セパレータ１の表面の凸凹が解消されず、５０μｍを超えると、金型４′と弾性プライマー層２′との密着性及びリブ部３′ｂの高さの精度が保持できない。
また、硬度が４０未満では柔らか過ぎて取り扱い難く、硬度が７０を超えると硬くなりすぎて弾力性に欠けるという問題がある。
【００４０】
このように、前記シール用樹脂層３′が形成される領域の外縁よりも外側に塗布されている前記弾性プライマー層２′を、厚み５μｍ〜５０μｍ、硬度（ＪＩＳＫ６３０１ スプリング式硬さ試験 Ａ形）を４０〜７０の範囲にしたことにより、
（１）シール用樹脂層３′の成形時に、前記弾性プライマー層２′と当接する金型４′を締め付ける圧力を高くしても、所定の硬度を有する前記弾性プライマー層２′で金型４′の締め付け圧力を吸収できるようになるので、金属セパレータ１を変形させることがなくなる。
（２）また、シール性が向上するのでシール用樹脂層３′の原料となる液体シール用樹脂の液漏れがなくなる結果、バリの発生を防止することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、弾性プライマー層２′の厚みは、図１（ｂ）と同様に、シール用樹脂層３′を成形するときに、金型４′と当接する弾性プライマー層２′の厚みを、金型４′と当接しない弾性プライマー層２′の厚みよりも厚く形成している。すなわち、厚みが上部よりも下部の方が厚い段差を有する断面形状（ダム構造）の弾性プライマー層２′を使用している。
【００４２】
このように金型４′と弾性プライマー層２′とが当接する部位の厚みを厚くして成形することにより、金型４′と弾性プライマー層２′とが当接する部位の面圧を高くできるのでシール性が向上しシール用樹脂層３′の原料となる液体シール用樹脂の液漏れがなくなる結果、バリの発生を防止できる。
【００４３】
上述したような弾性プライマー層２′を形成した後、図４に示す金型４′を使用して、シール用樹脂層３′のベース部３′ａの高さ０．１５ｍｍ〜０．３ｍｍ、シール用樹脂層３′のリブ部３′ｂの高さ０．５ｍｍ〜２．０ｍｍのものを液体シール用樹脂、例えば液状シリコーンの射出成形により成形する。
【００４４】
成形方法としては、加圧された液状シリコーンを、その周囲を図示しない冷却管により冷却されたコールドノズル５′から一方の金型４′ａに形成されたシール用樹脂層３′の成形型（雌型）に注入し、短時間（例えば３秒）で成形する。
金型４′の温度は、注入する液状シリコーンの温度よりも高く設定されているので、液状シリコーンは、型内に注入されると直ちに反応して硬化する。
【００４５】
このときシール用樹脂層３′のベース部３′ａの高さが０．１５ｍｍ未満では、厚さが安定せず、０．３ｍｍを超えると燃料電池スタックが大型化する虞れがある。
また、シール用樹脂層３′のリブ部３′ｂの高さが、０．５ｍｍ未満ではセパレータ同士の間でシールができず、２．０ｍｍを超えると燃料電池スタックが大型化する虞れがある。
【００４６】
尚、図４中の符号６は、金属セパレータ１の上部両面にシール用樹脂層３′を成形するときに、金属セパレータ１が金型４′内で倒れかけた状態のまま成形すると、金属セパレータ１の両面に成形したシール用樹脂層３′の厚みが不均一となるので、これを防止するために設けられた倒れ防止用ピンである。
【００４７】
このような構成と作用を有する第二実施形態のセパレータによれば、金型４′と当接する弾性プライマー層２′の厚みを５μｍ〜５０μｍと厚くし、前記弾性プライマー層２′の塗布面積を、シール用樹脂層３′が形成される領域の外縁よりも外側に長さで０．３〜１．０ｍｍ大きめに塗布することで金属セパレータ１の表面を平坦化することができ、かつ、金型を締め付ける圧力を高くしても金属セパレータ１が変形することなくバリの発生を防止することができる。
【００４８】
【実施例】
以下、実施例によってこの発明をさらに詳細に説明する。
金属セパレータの金属表面に、実際に弾性プライマー層を形成したときと形成しないときとの表面粗さの違いについて図５及び図６を参照して説明する。
尚、図５は、表面処理していない金属セパレータの表面粗さを示す図、図６は、弾性プライマー塗布後の金属セパレータの表面粗さを示す図である。
表面処理していない金属セパレータの表面粗さは、図５からも判るように、最大±３．８μｍのバラツキがあるが、表面を弾性プライマーで処理することで図６に示すように最大でも±１．５μｍと好適に表面を平坦化することができる。
【００４９】
次に、弾性プライマーの塗布面積の大きさとバリの発生との関係及び弾性プライマーの塗布厚みとバリの発生との関係をそれぞれ図７及び図８を参照して説明する。
弾性プライマー層の塗布面積を、シール用樹脂層が形成される領域の外縁よりも外側に長さで０．３〜１．０ｍｍ大きめに塗布するようにすれば、図７からも判るように、バリの発生がなくなる。
また、シール用樹脂層が形成される領域の外縁よりも外側のプライマーの塗布厚みが５μｍ〜５０μｍであれば、図８からも判るように、同様にバリの発生がなくなる。
【００５０】
次に、金型を締め付ける力、すなわち型締め力とバリの発生との関係について図９を参照して説明する。
尚、この時の弾性プライマ−の塗布厚みは１０μｍ、射出圧力は１７０ｂａｒ（１７ＭＰａ）である。
図９からも判るように、金属セパレータに弾性プライマーを塗布しない場合は、型締め力を８０ＴＯＮとしてもバリの発生は避けられないが、金属セパレータに弾性プライマーを塗布し、型締め力を５０ＴＯＮ以上にすればバリの発生を防止できることが判る。
【００５１】
このように本発明によれば、金属セパレータ１の表面に弾性プライマー層２，２′を形成し、前記弾性プライマー層２，２′の厚みを５μｍ〜５０μｍと厚くし、前記弾性プライマー層２，２′の塗布面積を、前記弾性プライマー層２，２′に積層されるシリコーン樹脂層３，３′の外縁よりも外側に長さで０．３〜１．０ｍｍ大きめに塗布することにより、金属セパレータ１の表面を平坦化でき、しかも金型４，４′を締め付ける圧力を高くしても金属セパレータ１が変形することなしにバリの発生を防止することができる。
【００５２】
最後に、本発明は上述した第一実施形態のセパレータ及び第二実施形態のセパレータに限定されるものではなく、発明の技術的範囲を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施可能である。
例えば、シール用樹脂−金属接合体は、燃料電池スタックを構成するセパレータとしてだけでなく、燃料電池スタックと同様に、1枚の金属セパレータに気体の流路と液体の流路を形成し多数積層して使用する加圧濾過機や水を電気分解して水素と酸素を製造する水電解槽などのセパレータとしても適用できる。
また、本実施形態では、図中の金属セパレータ１は平板を示しているが、表面に溝を有する金属セパレ−タにも適用できる。
【００５３】
【発明の効果】
以上の構成と作用からなる本発明によれば、以下の効果を奏する。
１．請求項１に記載の発明によれば、金属薄板の少なくとも片面に、金型内で弾性プライマー層を介してシール用樹脂層を射出成形したシール用樹脂−金属接合体において、前記シール用樹脂層を積層するときに、前記金型と当接し、前記シール用樹脂層の外縁部に隣接する前記弾性プライマー層の厚みを、前記シール用樹脂層を積層する部分の弾性プライマー層の厚みよりも段差を設けて厚く形成して前記金型を締め付ける圧力を受けるように構成したことにより、前記金型と前記弾性プライマー層とが当接する部位の面圧（金型を締め付けたときの相互に押し合う力）を高くすることができるのでシール性が向上し、液状シール用樹脂の液漏れがなくなる結果、バリの発生を防止できる。
２．請求項２に記載の発明によれば、前記弾性プライマー層の塗布面積を、前記シール用樹脂層が形成される領域の外縁よりも外側に長さで０．３〜１．０ｍｍ大きめに塗布するように構成したことにより、シール用樹脂層を射出成形する金属薄板の表面を平坦化することができる。その結果、金型と当接する当接面の密着性を向上させることができる。
３．請求項３に記載の発明によれば、前記シール用樹脂層が形成される領域の外縁よりも外側に塗布されている前記弾性プライマー層を、厚みが５μｍ〜５０μｍ、硬度（ＪＩＳＫ６３０１ スプリング式硬さ試験 Ａ形）が４０〜７０の範囲としたことにより、
（１）シール用樹脂層の射出成形時に前記弾性プライマー層と当接する金型を締め付ける圧力を高くしても、所定の硬度を有する前記弾性プライマー層で金型の締め付け圧力が吸収できるようになるので、金属薄板を変形させることがなくなる。
（２）また、シール性が向上するのでシール用樹脂層の原料となる液状シール用樹脂の液漏れがなくなる結果、バリの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明に係る第一実施形態のセパレータの主要部を示す断面概略図である。（ｂ）図１（ａ）のＡ部拡大図である。
【図２】図１（ａ）のセパレータのシール用樹脂層を金型で射出成形するときの金型内の断面図である。
【図３】本発明に係る第二実施形態のセパレータの主要部を示す断面概略図である。
【図４】図３のセパレータのシール用樹脂層を金型で射出成形するときの金型内の断面図である。
【図５】表面処理していない金属セパレータの表面粗さを示す図である。
【図６】弾性プライマー塗布後の金属セパレータの表面粗さを示す図である。
【図７】弾性プライマーの塗布面積の大きさとバリの発生との関係を示す図である。
【図８】弾性プライマーの塗布厚みとバリの発生との関係を示す図である。
【図９】型締め力とバリの発生との関係を示す図である。
【図１０】（ａ）従来の燃料電池スタックの外観を示す斜視図である。
（ｂ）図１０（ａ）の単セルの構成を拡大した図である。
【符号の説明】
１ 金属セパレータ（金属薄板）
２，２′ 弾性プライマー層
３，３′ シール用樹脂層
３ａ，３′ａ ベース部
３ｂ，３′ｂ リブ部
４，４′ 金型
４ａ，４′ａ 一方の金型
４ｂ，４′ｂ 他方の金型
５，５′ コールドノズル
６ 倒れ防止用ピン
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気・電子部品等のクッション材、パッキン材、スペーサー等に使用されるシール用樹脂−金属接合体に関し、更に詳しくは、燃料電池のセパレータに好適に使用できるシール用樹脂−金属接合体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気自動車の動力源等として固体高分子型の燃料電池が注目されている。固体高分子型の燃料電池（ＰＥＦＣ）は、常温でも発電することが可能であり、様々な用途に実用化されつつある。
【０００３】
一般に燃料電池システムは、固体高分子電解質膜を挟んで一方側にカソード極を区画し、他方側にアノード極を区画して構成されており、カソード極に供給される空気中の酸素と、アノード極に供給される水素との化学反応によって発生した電力で外部負荷を駆動するシステムである。
【０００４】
このような燃料電池システムには、図１０（ａ）に示すような燃料電池スタック１００が設けられている。燃料電池スタック１００は、１つの膜を挟んで発電する1つの単セルを、電極面が鉛直になるように水平方向に何段か繰り返し積層し、ボルト等で締め付けて一体化したものである。
単セルは、図１０（ｂ）に示すように高分子電解質膜Ｍ、電極触媒層Ｃ，Ｃ、ガス拡散層Ｄ，Ｄ、空気側セパレータＳＡ，水素側セパレータＳＨ等により構成される。
【０００５】
これらの構成部材のうちセパレータＳＡ，ＳＨは、単セルを複数枚重ねて所要の電圧を得る各セル間の繋ぎ（積層化機能）を持たせるために用いられる。
また、セパレータＳＡ，ＳＨに要求される別の機能としては、以下の機能もある。
（１）燃料電池スタック１００内で水素や空気をセルに供給する供給通路を確保する。
（２）燃料電池スタック１００を冷却するための冷却液の供給通路を確保する。
（３）電流（電子）を集めて取り出す。
そのため、セパレータＳＡ，ＳＨの材料としては、導電性や耐食性が要求されることから合成黒鉛や黒鉛と樹脂とを混合したカーボン系の材料が多く用いられている。
しかし、セパレータＳＡ，ＳＨの材料としてカーボン系の材料を用いるとどうしても生産性が低く、コスト低減の面から最近は金属材料が検討されている。
【０００６】
また、これらのセパレータＳＡ，ＳＨを積層したときのシール材としては、
図１０（ｂ）に示すようなセパレータＳＡ，ＳＨとは別に成形されたゴムシール材（フッ素系、ＥＰＤＭ等）ＲＳを空気側セパレータＳＡと水素側セパレータＳＨとの間に挟み込んで、クッション材、パッキン材、スペーサー、ガスリーク防止用のシール材等として使用している。
しかしながら、このシール方法では、単セルを積層して燃料電池スタック１００を組み立てるのに組み付けの工数が多くなる結果、燃料電池スタック１００がコスト高となったり、ゴムシール材ＲＳの組み付け忘れにより燃料電池スタック１００の安全面で問題が発生することがあった。
【０００７】
そこで、これらの問題点を解決するための改良された技術として、例えば特開平１１−１２９３９６号公報に開示された技術がある。この技術は、シール用樹脂層（パッキン材）と金属材料とを一体化したシリコーン樹脂−金属複合体に関するものである。
この金属セパレータは、金属薄板の少なくとも片面に厚みが０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍで硬度（ＪＩＳＫ６３０１ スプリング式硬さ試験 Ａ形）が４０〜７０の範囲のシリコーン樹脂層を射出成形法により形成したものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この金属セパレータは、シリコーン樹脂層を射出成形する時に以下のような問題があった。
（１）射出成形時の操作条件によってはバリや気泡は発生しないが、操作条件の適用範囲が狭く、一度操作条件を外れてしまうと、シリコーン樹脂層の原料に液状シリコーンを使用しているためどうしてもシリコーン樹脂層を成形する金型の内部から外部へ液漏れを起こし易く、漏れ出した液状シリコーンがバリとなって周囲に広がってしまう。
（２）このバリの発生を防止するためには金型の締め付け圧力を高くして金型と金属薄板との隙間をなくす必要があるが、金型の締め付け圧力を高くすると金属薄板が変形する。
【０００９】
本発明は、前記問題を解決するためになされたものであって、金属薄板の表面に弾性プライマー層を介してシール用樹脂層を成形するときに、金型の締め付け圧力を高くしても金属薄板が変形することなく、しかもバリの発生を防止できるシール用樹脂−金属接合体を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するためになされた請求項１に記載のシール用樹脂−金属接合体は、金属薄板の少なくとも片面に、金型内で弾性プライマー層を介してシール用樹脂層を射出成形したシール用樹脂−金属接合体において、前記シール用樹脂層を積層するときに、前記金型と当接し、前記シール用樹脂層の外縁部に隣接する前記弾性プライマー層の厚みを、前記シール用樹脂層を積層する部分の弾性プライマー層の厚みよりも段差を設けて厚く形成して前記金型を締め付ける圧力を受けるように構成したことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項１に記載の発明によると、金属薄板の少なくとも片面に、金型内で弾性プライマー層を介してシール用樹脂層を射出成形したシール用樹脂−金属接合体において、前記シール用樹脂層を積層するときに、前記金型と当接し、前記シール用樹脂層の外縁部に隣接する前記弾性プライマー層の厚みを、前記シール用樹脂層を積層する部分の弾性プライマー層の厚みよりも段差を設けて厚く形成して前記金型を締め付ける圧力を受けるように構成したことにより、前記金型と前記弾性プライマー層とが当接する部位の面圧（金型を締め付けたときの相互に押し合う力）を高くすることができるのでシール性が向上し、液状シール用樹脂の液漏れがなくなる結果、バリの発生を防止できる。
【００１２】
請求項２に記載のシール用樹脂−金属接合体は、前記弾性プライマー層の塗布面積を、前記シール用樹脂層が形成される領域の外縁よりも外側に長さで０．３〜１．０ｍｍ大きめに塗布するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のシール用樹脂−金属接合体である。
【００１３】
請求項２に記載の発明によると、前記弾性プライマー層の塗布面積を、前記シール用樹脂層が形成される領域の外縁よりも外側に長さで０．３〜１．０ｍｍ大きめに塗布するように構成したことにより、シール用樹脂層を射出成形する金属薄板の表面を平坦化することができる。その結果、金型と当接する当接面の密着性を向上させることができる。
【００１４】
請求項３に記載のシール用樹脂−金属接合体は、前記シール用樹脂層が形成される領域の外縁よりも外側に塗布されている前記弾性プライマー層が、厚み５μｍ〜５０μｍ、硬度（ＪＩＳＫ６３０１ スプリング式硬さ試験 Ａ形）が４０〜７０の範囲であることを特徴とする請求項２に記載のシール用樹脂−金属接合体である。
【００１５】
請求項３に記載の発明によると、前記シール用樹脂層が形成される領域の外縁よりも外側に塗布されている前記弾性プライマー層を、厚みが５μｍ〜５０μｍ、硬度（ＪＩＳＫ６３０１ スプリング式硬さ試験 Ａ形）が４０〜７０の範囲としたことにより、
（１）シール用樹脂層の射出成形時に、前記弾性プライマー層と当接する金型を締め付ける圧力を高くしても、所定の硬度を有する前記弾性プライマー層で金型の締め付け圧力が吸収できるようになるので、金属薄板を変形させることがなくなる。
（２）また、シール性が向上するのでシール用樹脂層の原料となる液状シール用樹脂の液漏れがなくなる結果、バリの発生を防止することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図１から図９を参照しながら具体的に説明する。尚、シール用樹脂−金属接合体として燃料電池スタックを構成するセパレータに適用したときの例について説明する。
【００１７】
最初に、本発明に係る第一実施形態のセパレータについて図１及び図２を参照して説明する。
尚、図１（ａ）は、本発明に係る第一実施形態のセパレータの主要部を示す断面概略図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ部拡大図、図２は、図１（ａ）のセパレータのシール用樹脂層を金型で射出成形するときの金型内の断面図である。
【００１８】
第一実施形態のセパレータは、図１に示すように、
鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、メッキ処理鋼板や防食用の表面処理をした金属薄板等を使用した金属セパレータ１に、図示しない反応ガス通路部及び連通孔等を形成し、前記金属セパレータ１の上部片面にスプレー塗布により弾性プライマー層２を形成し、前記弾性プライマー層２の上にさらに射出成形によりシール用樹脂層３を積層したシール用樹脂−金属接合体である。尚、弾性プライマー層２は、印刷により形成してもよい。
【００１９】
弾性プライマー層２は、形成するときに、前記弾性プライマー層２の塗布面積を、前記シール用樹脂層３が形成される領域の外縁よりも外側に長さで０．３〜１．０ｍｍ大きめに塗布する。
このとき長さが０．３ｍｍ未満では、塗布面積を大きくする長さの寸法精度を制御するのが難しく、１．０ｍｍを超えると、金属セパレータ1の面積が大型化する虞れがある。
【００２０】
このように、前記弾性プライマー層２の塗布面積を、前記シール用樹脂層３が形成される領域の外縁よりも外側に長さで０．３〜１．０ｍｍ大きめに塗布するようにしたことにより、シール用樹脂層３を成形する金属セパレータ１の表面を平坦化することができる。その結果、金型４と当接する当接面の密着性を向上させることができる。
尚、金型４は、一方の金型４ａと他方の金型４ｂとから形成され、本実施形態では、一方の金型４ａと弾性プライマー層２とが当接する。
【００２１】
また、成形されて前記シール用樹脂層３が形成される領域の外縁よりも外側に塗布されている前記弾性プライマー層２を、厚み５μｍ〜５０μｍ、硬度（ＪＩＳＫ６３０１ スプリング式硬さ試験 Ａ形）を４０〜７０の範囲としている。
【００２２】
この理由として、弾性プライマー層２の厚みは、５μｍ未満では、金属セパレータ１の表面の凸凹が解消されず、５０μｍを超えると、一方の金型４ａと弾性プライマー層２との密着性及びリブ部３ｂの高さの精度が保持できない。
また、硬度が４０未満では柔らか過ぎて取り扱い難く、硬度が７０を超えると硬くなりすぎて弾力性に欠けるという問題がある。
【００２３】
このように、成形されて前記シール用樹脂層３が形成される領域の外縁よりも外側に塗布されている前記弾性プライマー層２を、厚み５μｍ〜５０μｍ、硬度（ＪＩＳＫ６３０１ スプリング式硬さ試験 Ａ形）を４０〜７０の範囲にしたことにより、
（１）シール用樹脂層３の射出成形時に、前記弾性プライマー層２と当接する金型４の締め付ける圧力を高くしても、所定の硬度を有する前記弾性プライマー層２で金型４の締め付け圧力を吸収できるようになるので、金属セパレータ１を変形させることがなくなる。
（２）また、シール性が向上するのでシール用樹脂層３の原料となる液体シール用樹脂の液漏れがなくなる結果、バリの発生を防止することができる。
【００２４】
また、本実施形態では、弾性プライマー層２の厚みは、図１（ｂ）に示すように、一方の金型４ａと当接する弾性プライマー層２の厚みｔ2を、一方の金型４ａと当接しない弾性プライマー層２の厚みｔ1よりも厚く形成している。すなわち、弾性プライマー層２の厚みが上部よりも下部の方が厚い段差を有する断面形状（ダム構造）の弾性プライマー層２を使用している。
【００２５】
このように一方の金型４ａと弾性プライマー層２とが当接する部位の厚みｔ2を厚く形成することにより、シール用樹脂層３の射出成形時に、一方の金型４ａと弾性プライマー層２とが当接する部位が若干つぶれながら面圧を高くすることが可能となり、両者が密着するのでシール性が向上し、シール用樹脂層３の原料となる液状シール用樹脂の液漏れがなくなる結果、バリの発生を防止できる。
【００２６】
尚、本実施形態で用いられる弾性プライマーとしては、例えばスプレー式の金属プライマーが適用できる。
スプレー式の金属プライマーを使用すれば、大きな設備が不要でしかも手軽に金属の下地処理が行える。
【００２７】
また、本実施形態で用いられる弾性プライマーとしては、例えば信越シリコーン株式会社製のシリコン系プライマーＮｏ．１０１Ａ，Ｂ（２液混合タイプ）又は水系アクリルウレタン樹脂系塗料が利用できる。
弾性プライマーとして、信越シリコーン株式会社製のシリコン系プライマーＮｏ．１０１Ａ，Ｂ（２液混合タイプ）又は水系アクリルウレタン樹脂系塗料を用いることにより、広い温度範囲で安定したゴム状の弾力性を保つことができる。
その結果、温度変化があっても弾性プライマー層２と一方の金型４ａとの間のシール性が安定して保持できる。
【００２８】
上述したような弾性プライマー層２を金属セパレータ１の片面に形成した後、図２に示す金型４を使用して、シール用樹脂層３のベース部３ａの高さ０．１５ｍｍ〜０．３ｍｍ、シール用樹脂層３のリブ部３ｂの高さ０．５ｍｍ〜２．０ｍｍのものを液状シール用樹脂、例えば液状シリコーンの射出成形により成形する。
【００２９】
成形方法としては、加圧された液状シリコーンを、その周囲を図示しない冷却管により冷却されたコールドノズル５から一方の金型４ａに形成されたシール用樹脂層３の成形型（雌型）に注入し、短時間（例えば３秒）で成形する。金型４の温度は、注入する液状シリコーンの温度よりも高く設定されているので、液状シリコーンは、型内に注入されると直ちに反応して硬化する。
【００３０】
このときシール用樹脂層３のベース部３ａの高さが０．１５ｍｍ未満では、厚さが安定せず、０．３ｍｍを超えると燃料電池スタックが大型化する虞れがある。
また、シール用樹脂層３のリブ部３ｂの高さが、０．５ｍｍ未満では金属セパレータ同士の間でシールができず、２．０ｍｍを超えると燃料電池スタックが大型化する虞れがある。
【００３１】
尚、本実施形態の液状シール用樹脂である液状シリコーンとしては、種々の液状ゴムが使用できる。
液状ゴムとしては、一液型ＲＴＶゴム及び二液型ＲＴＶゴムどちらも使用できる。尚、上記ＲＴＶとは、室温で硬化する（Ｒｏｏｍ ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＶｕｌｃａｎｉｚｉｎｇ）という意味である。
【００３２】
液状シリコーンとして液状ゴムを用い、かつ、成形工程を機械的に一元化した成形方法にすることにより、成形品完成までのプロセスを自動化できるため、生産性の向上、労務力の低減ができる。
【００３３】
このような構成と作用を有する第一実施形態のセパレータによれば、
（１）金型４と当接する弾性プライマー層２の厚みを５μｍ〜５０μｍと厚くし、前記弾性プライマー層２の塗布面積を、成形されて前記シール用樹脂層３が形成される領域の外縁よりも０．３〜１．０ｍｍ大きめに塗布することで金属セパレータ１の表面を平坦化することができ、かつ、金型４を締め付ける圧力を高くしても金属セパレータ１が変形することなくバリの発生を防止することができる。
（２）金属セパレータ１の表面をシリコーンゴムで覆うことで耐食性・電気絶縁性に優れたシール用樹脂−金属接合体を提供することができる。
（３）また、金属セパレータ１とシール用樹脂層３とを一体化することにより、複雑な形状のシール用樹脂層３が成形可能となるだけでなく、組み立て工数の削減等が可能となる。
【００３４】
次に、本発明に係る第二実施形態のセパレータについて図３及び図４を参照して説明する。尚、図３は、本発明に係る第二実施形態のセパレータの主要部を示す断面概略図、図４は、図３のセパレータのシール用樹脂層を金型で射出成形するときの金型内の断面図である。
尚、第一実施形態のセパレータを説明したときと同じ部材に付いては、同じ符号を付して説明する。
【００３５】
第二実施形態のセパレータは、図３に示すように、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、メッキ処理鋼板や防食用の表面処理をした金属薄板等を使用した金属セパレータ１に、図示しない反応ガス通路部及び連通孔等を形成し、金属セパレータ１の上端部を覆うようにして両面に弾性プライマー層２′をスプレー塗布により形成し、前記弾性プライマー層２′の上にさらに射出成形によりシール用樹脂層３′を積層したシール用樹脂−金属接合体である。
尚、プライマー層２′は、印刷により形成してもよい。
【００３６】
弾性プライマー層２′は、形成するときに、前記弾性プライマー層２′の塗布面積を、前記シール用樹脂層３′が形成される領域の外縁よりも外側に長さで０．３〜１．０ｍｍ大きめに塗布する。
このとき長さが０．３ｍｍ未満では、塗布面積を大きくする長さの寸法精度を制御するのが難しく、１．０ｍｍを超えると、金属セパレータ1の面積が大型化する虞れがある。
【００３７】
このように、前記弾性プライマー層２′の塗布面積を、成形されて前記シール用樹脂層３′が形成される領域の外縁よりも外側に長さで０．３〜１．０ｍｍ大きめに塗布するようにしたことにより、シール用樹脂層３′を成形する金属セパレータ１の表面を平坦化することができる。その結果、金型４′と当接する当接面の密着性を向上させることができる。
尚、金型４′は、一方の金型４′ａと他方の金型４′ｂとから形成され、本実施形態では、両方の金型４′ａ，４′ｂと弾性プライマー層２′とが当接する。
【００３８】
また、成形されて前記シール用樹脂層３′が形成される領域の外縁よりも外側に塗布されている前記弾性プライマー層２′を、厚み５μｍ〜５０μｍ、硬度（ＪＩＳＫ６３０１ スプリング式硬さ試験 Ａ形）を４０〜７０の範囲としている。
【００３９】
この理由として、弾性プライマー層２′の厚みは、５μｍ未満では、金属セパレータ１の表面の凸凹が解消されず、５０μｍを超えると、金型４′と弾性プライマー層２′との密着性及びリブ部３′ｂの高さの精度が保持できない。
また、硬度が４０未満では柔らか過ぎて取り扱い難く、硬度が７０を超えると硬くなりすぎて弾力性に欠けるという問題がある。
【００４０】
このように、前記シール用樹脂層３′が形成される領域の外縁よりも外側に塗布されている前記弾性プライマー層２′を、厚み５μｍ〜５０μｍ、硬度（ＪＩＳＫ６３０１ スプリング式硬さ試験 Ａ形）を４０〜７０の範囲にしたことにより、
（１）シール用樹脂層３′の成形時に、前記弾性プライマー層２′と当接する金型４′を締め付ける圧力を高くしても、所定の硬度を有する前記弾性プライマー層２′で金型４′の締め付け圧力を吸収できるようになるので、金属セパレータ１を変形させることがなくなる。
（２）また、シール性が向上するのでシール用樹脂層３′の原料となる液体シール用樹脂の液漏れがなくなる結果、バリの発生を防止することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、弾性プライマー層２′の厚みは、図１（ｂ）と同様に、シール用樹脂層３′を成形するときに、金型４′と当接する弾性プライマー層２′の厚みを、金型４′と当接しない弾性プライマー層２′の厚みよりも厚く形成している。すなわち、厚みが上部よりも下部の方が厚い段差を有する断面形状（ダム構造）の弾性プライマー層２′を使用している。
【００４２】
このように金型４′と弾性プライマー層２′とが当接する部位の厚みを厚くして成形することにより、金型４′と弾性プライマー層２′とが当接する部位の面圧を高くできるのでシール性が向上しシール用樹脂層３′の原料となる液体シール用樹脂の液漏れがなくなる結果、バリの発生を防止できる。
【００４３】
上述したような弾性プライマー層２′を形成した後、図４に示す金型４′を使用して、シール用樹脂層３′のベース部３′ａの高さ０．１５ｍｍ〜０．３ｍｍ、シール用樹脂層３′のリブ部３′ｂの高さ０．５ｍｍ〜２．０ｍｍのものを液体シール用樹脂、例えば液状シリコーンの射出成形により成形する。
【００４４】
成形方法としては、加圧された液状シリコーンを、その周囲を図示しない冷却管により冷却されたコールドノズル５′から一方の金型４′ａに形成されたシール用樹脂層３′の成形型（雌型）に注入し、短時間（例えば３秒）で成形する。
金型４′の温度は、注入する液状シリコーンの温度よりも高く設定されているので、液状シリコーンは、型内に注入されると直ちに反応して硬化する。
【００４５】
このときシール用樹脂層３′のベース部３′ａの高さが０．１５ｍｍ未満では、厚さが安定せず、０．３ｍｍを超えると燃料電池スタックが大型化する虞れがある。
また、シール用樹脂層３′のリブ部３′ｂの高さが、０．５ｍｍ未満ではセパレータ同士の間でシールができず、２．０ｍｍを超えると燃料電池スタックが大型化する虞れがある。
【００４６】
尚、図４中の符号６は、金属セパレータ１の上部両面にシール用樹脂層３′を成形するときに、金属セパレータ１が金型４′内で倒れかけた状態のまま成形すると、金属セパレータ１の両面に成形したシール用樹脂層３′の厚みが不均一となるので、これを防止するために設けられた倒れ防止用ピンである。
【００４７】
このような構成と作用を有する第二実施形態のセパレータによれば、金型４′と当接する弾性プライマー層２′の厚みを５μｍ〜５０μｍと厚くし、前記弾性プライマー層２′の塗布面積を、シール用樹脂層３′が形成される領域の外縁よりも外側に長さで０．３〜１．０ｍｍ大きめに塗布することで金属セパレータ１の表面を平坦化することができ、かつ、金型を締め付ける圧力を高くしても金属セパレータ１が変形することなくバリの発生を防止することができる。
【００４８】
【実施例】
以下、実施例によってこの発明をさらに詳細に説明する。
金属セパレータの金属表面に、実際に弾性プライマー層を形成したときと形成しないときとの表面粗さの違いについて図５及び図６を参照して説明する。
尚、図５は、表面処理していない金属セパレータの表面粗さを示す図、図６は、弾性プライマー塗布後の金属セパレータの表面粗さを示す図である。
表面処理していない金属セパレータの表面粗さは、図５からも判るように、最大±３．８μｍのバラツキがあるが、表面を弾性プライマーで処理することで図６に示すように最大でも±１．５μｍと好適に表面を平坦化することができる。
【００４９】
次に、弾性プライマーの塗布面積の大きさとバリの発生との関係及び弾性プライマーの塗布厚みとバリの発生との関係をそれぞれ図７及び図８を参照して説明する。
弾性プライマー層の塗布面積を、シール用樹脂層が形成される領域の外縁よりも外側に長さで０．３〜１．０ｍｍ大きめに塗布するようにすれば、図７からも判るように、バリの発生がなくなる。
また、シール用樹脂層が形成される領域の外縁よりも外側のプライマーの塗布厚みが５μｍ〜５０μｍであれば、図８からも判るように、同様にバリの発生がなくなる。
【００５０】
次に、金型を締め付ける力、すなわち型締め力とバリの発生との関係について図９を参照して説明する。
尚、この時の弾性プライマ−の塗布厚みは１０μｍ、射出圧力は１７０ｂａｒ（１７ＭＰａ）である。
図９からも判るように、金属セパレータに弾性プライマーを塗布しない場合は、型締め力を８０ＴＯＮとしてもバリの発生は避けられないが、金属セパレータに弾性プライマーを塗布し、型締め力を５０ＴＯＮ以上にすればバリの発生を防止できることが判る。
【００５１】
このように本発明によれば、金属セパレータ１の表面に弾性プライマー層２，２′を形成し、前記弾性プライマー層２，２′の厚みを５μｍ〜５０μｍと厚くし、前記弾性プライマー層２，２′の塗布面積を、前記弾性プライマー層２，２′に積層されるシリコーン樹脂層３，３′の外縁よりも外側に長さで０．３〜１．０ｍｍ大きめに塗布することにより、金属セパレータ１の表面を平坦化でき、しかも金型４，４′を締め付ける圧力を高くしても金属セパレータ１が変形することなしにバリの発生を防止することができる。
【００５２】
最後に、本発明は上述した第一実施形態のセパレータ及び第二実施形態のセパレータに限定されるものではなく、発明の技術的範囲を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施可能である。
例えば、シール用樹脂−金属接合体は、燃料電池スタックを構成するセパレータとしてだけでなく、燃料電池スタックと同様に、1枚の金属セパレータに気体の流路と液体の流路を形成し多数積層して使用する加圧濾過機や水を電気分解して水素と酸素を製造する水電解槽などのセパレータとしても適用できる。
また、本実施形態では、図中の金属セパレータ１は平板を示しているが、表面に溝を有する金属セパレ−タにも適用できる。
【００５３】
【発明の効果】
以上の構成と作用からなる本発明によれば、以下の効果を奏する。
１．請求項１に記載の発明によれば、金属薄板の少なくとも片面に、金型内で弾性プライマー層を介してシール用樹脂層を射出成形したシール用樹脂−金属接合体において、前記シール用樹脂層を積層するときに、前記金型と当接し、前記シール用樹脂層の外縁部に隣接する前記弾性プライマー層の厚みを、前記シール用樹脂層を積層する部分の弾性プライマー層の厚みよりも段差を設けて厚く形成して前記金型を締め付ける圧力を受けるように構成したことにより、前記金型と前記弾性プライマー層とが当接する部位の面圧（金型を締め付けたときの相互に押し合う力）を高くすることができるのでシール性が向上し、液状シール用樹脂の液漏れがなくなる結果、バリの発生を防止できる。
２．請求項２に記載の発明によれば、前記弾性プライマー層の塗布面積を、前記シール用樹脂層が形成される領域の外縁よりも外側に長さで０．３〜１．０ｍｍ大きめに塗布するように構成したことにより、シール用樹脂層を射出成形する金属薄板の表面を平坦化することができる。その結果、金型と当接する当接面の密着性を向上させることができる。
３．請求項３に記載の発明によれば、前記シール用樹脂層が形成される領域の外縁よりも外側に塗布されている前記弾性プライマー層を、厚みが５μｍ〜５０μｍ、硬度（ＪＩＳＫ６３０１ スプリング式硬さ試験 Ａ形）が４０〜７０の範囲としたことにより、
（１）シール用樹脂層の射出成形時に前記弾性プライマー層と当接する金型を締め付ける圧力を高くしても、所定の硬度を有する前記弾性プライマー層で金型の締め付け圧力が吸収できるようになるので、金属薄板を変形させることがなくなる。
（２）また、シール性が向上するのでシール用樹脂層の原料となる液状シール用樹脂の液漏れがなくなる結果、バリの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明に係る第一実施形態のセパレータの主要部を示す断面概略図である。（ｂ）図１（ａ）のＡ部拡大図である。
【図２】図１（ａ）のセパレータのシール用樹脂層を金型で射出成形するときの金型内の断面図である。
【図３】本発明に係る第二実施形態のセパレータの主要部を示す断面概略図である。
【図４】図３のセパレータのシール用樹脂層を金型で射出成形するときの金型内の断面図である。
【図５】表面処理していない金属セパレータの表面粗さを示す図である。
【図６】弾性プライマー塗布後の金属セパレータの表面粗さを示す図である。
【図７】弾性プライマーの塗布面積の大きさとバリの発生との関係を示す図である。
【図８】弾性プライマーの塗布厚みとバリの発生との関係を示す図である。
【図９】型締め力とバリの発生との関係を示す図である。
【図１０】（ａ）従来の燃料電池スタックの外観を示す斜視図である。
（ｂ）図１０（ａ）の単セルの構成を拡大した図である。
【符号の説明】
１ 金属セパレータ（金属薄板）
２，２′ 弾性プライマー層
３，３′ シール用樹脂層
３ａ，３′ａ ベース部
３ｂ，３′ｂ リブ部
４，４′ 金型
４ａ，４′ａ 一方の金型
４ｂ，４′ｂ 他方の金型
５，５′ コールドノズル
６ 倒れ防止用ピン
Claims (3)
- 金属薄板の少なくとも片面に、金型内で弾性プライマー層を介してシール用樹脂層を射出成形したシール用樹脂−金属接合体において、前記シール用樹脂層を積層するときに、前記金型と当接し、前記シール用樹脂層の外縁部に隣接する前記弾性プライマー層の厚みを、前記シール用樹脂層を積層する部分の弾性プライマー層の厚みよりも段差を設けて厚く形成して前記金型を締め付ける圧力を受けるように構成したことを特徴とするシール用樹脂−金属接合体。
- 前記弾性プライマー層の塗布面積を、前記シール用樹脂層が形成される領域の外縁よりも外側に長さで０．３〜１．０ｍｍ大きめに塗布するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のシール用樹脂−金属接合体。
- 前記シール用樹脂層が形成される領域の外縁よりも外側に塗布されている前記弾性プライマー層が、厚み５μｍ〜５０μｍ、硬度（ＪＩＳＫ６３０１ スプリング式硬さ試験 Ａ形）が４０〜７０の範囲であることを特徴とする請求項２に記載のシール用樹脂−金属接合体。
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