(57)【要約】  本発明は、燃料電池セパレータの強度を向上し得る燃料電池セパレータ成形用組成物を提供する。  本発明に係る燃料電池セパレータ成形用組成物は、黒鉛粒子と樹脂成分とを含有し、前記黒鉛粒子が、平均圧縮強度１５ＭＰａ以上の粒子群を含む。
2012043319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒鉛粒子と樹脂成分とを含有し、前記黒鉛粒子に平均圧縮強度１５ＭＰａ以上の粒子群が、含まれている燃料電池セパレータ成形用組成物。
【請求項２】
前記黒鉛粒子全体に対するこの黒鉛粒子中の圧縮強度１５ＭＰａ以上の粒子の数の割合が、１５％以上である請求項１に記載の燃料電池セパレータ成形用組成物。
【請求項３】
前記黒鉛粒子全体の平均圧縮強度が、１５ＭＰａ以上である請求項１又は２に記載の燃料電池セパレータ成形用組成物。
【請求項４】
前記黒鉛粒子と前記樹脂成分との合計量に対する前記黒鉛粒子の割合が、７０〜８５質量％の範囲である請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料電池セパレータ成形用組成物。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料電池セパレータ成形用組成物から形成される燃料電池セパレータ。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料電池セパレータ成形用組成物を準備するステップと、この燃料電池セパレータ成形用組成物を圧縮成形するステップとを含む燃料電池セパレータの製造方法。
【請求項７】
前記燃料電池セパレータ成形用組成物を圧縮成形することで得られる成形体の表面上にガスケットを形成するステップ、及び
前記ガスケットが重ねられている前記成形体にブラスト処理を施すステップを更に含む請求項６に記載の燃料電池セパレータの製造方法。
【請求項８】
前記ブラスト処理が施された後の前記成形体の表面に親水化のための表面処理を施すステップを更に含む請求項７に記載の燃料電池セパレータの製造方法。
【請求項９】
前記表面処理が、プラズマ処理、前記成形体の表面にオゾンガスを接触させる処理のうち、少なくとも一方である請求項８に記載の燃料電池セパレータの製造方法。
【請求項１０】
請求項５に記載の燃料電池セパレータを備える燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セパレータ成形用組成物、燃料電池セパレータ、燃料電池セパレータの製造方法、及び燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に燃料電池は複数の単位セルを数十〜数百個直列に重ねて構成されるセルスタックから成り、これにより所定の電圧を得ている。【０００３】
単位セルの最も基本的な構造は、「セパレータ／燃料電極（アノード）／電解質／酸化剤電極（カソード）／セパレータ」という構成を有している。この単位セルにおいては、電解質を介して対向する一対の電極のうち燃料電極に燃料が、酸化剤電極に酸化剤が供給され、電気化学反応により燃料が酸化されることで、反応の化学エネルギーが直接電気化学エネルギーに変換される。【０００４】
このような燃料電池は、電解質の種類によりいくつかのタイプに分類されるが、近年、高出力が得られる燃料電池として、電解質に固体高分子電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池が注目されている。【０００５】
固体高分子型燃料電池では、例えば左右両側面に複数個の凸部（リブ）が形成されている２枚の燃料電池セパレータの間に、電解質（固体高分子電解質膜）とガス拡散電極（燃料電極と酸化剤電極）とから構成される膜−電極複合体（ＭＥＡ）が介在することで、単電池（単位セル）が構成されている（図１参照）。この単位セルを数十個〜数百個並設して電池本体（セルスタック）が形成されている。この燃料電池セパレータにおける隣り合う凸部同士の間には、燃料である水素ガスと、酸化剤である酸素ガスの流路であるガス供給排出用溝が形成される。【０００６】
このようなセルスタックは、例えば家庭用定置型の場合には５０〜１００個の単位セルで構成され、自動車積載用の場合には４００〜５００個の単位セルで構成され、
キャンピングカー用搭載の発電機には、２０〜１００枚、ノートパソコン搭載用の場合には１０〜２０個の単位セルで構成される。【０００７】
この固体高分子型燃料電池では、燃料電極に流体である水素ガスを、酸化剤電極に流体である酸素ガスを供給することにより、外部回路へ電流が取り出される。この際、各電極においては下記式に示すような反応が生じる。
燃料電極反応  ：  Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-…（１）
酸化剤電極反応  ：  ２Ｈ+＋２ｅ-＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ…（２）
全体反応  ：  Ｈ2＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ
即ち、燃料電極上で水素（Ｈ２）はプロトン（Ｈ+）となり、このプロトンが固体高分子電解質膜中を酸化剤電極上まで移動し、酸化剤電極上で酸素（Ｏ2）と反応して水（Ｈ2Ｏ）を生ずる。従って、固体高分子型燃料電池の運転には、反応ガスの供給と排出、水の排出、電流の取り出しが必要となる。【０００８】
また、固体高分子型燃料電池の一種であるメタノール直接型燃料電池（ＤＭＦＣ）では、燃料として水素の代わりにメタノール水溶液が供給される。この場合、各電極においては下記式に示すような反応が生じる。空気極では酸素還元反応（水素を燃料とする場合と同じ反応）が起こる。
燃料極反応  ：  ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ-…（１’）
空気極反応  ：  ３／２Ｏ2＋６Ｈ+＋６ｅ-→３Ｈ2Ｏ…（２’）
全体反応  ：  ＣＨ3ＯＨ＋３／２Ｏ2→ＣＯ2＋２Ｈ2Ｏ
このような燃料電池を構成する部品のうち、燃料電池セパレータは、薄肉の板状体の片面又は両面にガス供給排出用溝が形成されているという、特異な形状を有している。燃料電池セパレータは、燃料電池内を流れる燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却水が混合しないように分離する働きを有すると共に、燃料電池で発電した電気エネルギーを外部へ伝達したり、燃料電池で生じた熱を外部へ放熱するという重要な役割を担っている。【０００９】
燃料電池セパレータは、金属製のプレートや、黒鉛粒子と樹脂成分とを含有する成形用組成物などから形成される。このうち、黒鉛粒子と樹脂成分とを含有する成形用組成物から形成される燃料電池セパレータは軽量化が容易であること、特に、耐久性が高いこと、溝形成にあたって溝の形状の自由度が高いことなどから、近年、開発が進んでいる（特許文献１，２参照）。【００１０】
また、従来、燃料電池の小型化及び軽量化の要請に伴い、ロール成形法や押出成形法によって燃料電池をシート状に成形し、これを圧縮成形や熱圧モールド成形などによって更に成形するなどして、薄型且つ軽量の燃料電池セパレータを得ることも提案されている。【００１１】
しかし、金属製のプレートからなる燃料電池セパレータと較べると、成形用組成物から形成される燃料電池セパレータの機械的強度が低いことが問題となる。特に前記のような燃料電池セパレータが薄型化される場合には、実用的に充分な機械的強度を有する燃料電池セパレータを得ることが難しくなり、例えば車載用の燃料電池に適用される場合には燃料電池セパレータにクラックが発生してしまうおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００１−２１６９７６号公報
【特許文献２】特開２００２−１１４５７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、燃料電池セパレータの強度を向上し得る燃料電池セパレータ成形用組成物、機械的強度の高い燃料電池セパレータ、この燃料電池セパレータの製造方法、並びに機械的強度の高い燃料電池セパレータを備える燃料電池を提供することを、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る燃料電池セパレータ成形用組成物は、黒鉛粒子と樹脂成分とを含有し、前記黒鉛粒子が平均圧縮強度１５ＭＰａ以上の粒子群を含む。【００１５】
本発明に係る燃料電池セパレータ成形用組成物においては、前記黒鉛粒子全体に対するこの黒鉛粒子中の圧縮強度１５ＭＰａ以上の粒子の数の割合が、１５％以上であることが好ましい。【００１６】
本発明に係る燃料電池セパレータ成形用組成物においては、前記黒鉛粒子全体の平均圧縮強度が、１５ＭＰａ以上であることが好ましい。【００１７】
本発明に係る燃料電池セパレータ成形用組成物においては、前記黒鉛粒子と樹脂成分との合計量に対する前記黒鉛粒子の割合が、７０〜８５質量％の範囲であることが好ましい。【００１８】
本発明に係る燃料電池セパレータは、前記燃料電池セパレータ成形用組成物から形成される。【００１９】
本発明に係る燃料電池セパレータの製造方法は、前記燃料電池セパレータ成形用組成物を準備するステップと、この燃料電池セパレータ成形用組成物を圧縮成形するステップとを含む。【００２０】
本発明に係る燃料電池セパレータの製造方法は、前記燃料電池セパレータ成形用組成物を圧縮成形することで得られる成形体の表面上にガスケットを形成するステップ、及び前記ガスケットが重ねられている前記成形体にブラスト処理を施すステップを更に含んでもよい。【００２１】
本発明に係る燃料電池セパレータの製造方法は、前記ブラスト処理が施された後の前記成形体の表面に親水化のための表面処理を施すステップを更に含んでもよい。【００２２】
本発明に係る燃料電池セパレータの製造方法において、前記表面処理が、プラズマ処理、前記成形体の表面にオゾンガスを接触させる処理のうち、少なくとも一方であることが好ましい。【００２３】
本発明に係る燃料電池は、前記燃料電池セパレータを備える。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、樹脂成分と黒鉛粒子とを含有する燃料電池セパレータ成形用組成物が成形されることで、機械的強度の高い燃料電池セパレータが得られる。また、この燃料電池セパレータを備える燃料電池が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１（ａ）は、本発明の実施の形態における燃料電池の単位セルを示す概略の斜視図であり、図１（ｂ）は、前記単位セルにおける燃料電池セパレータを示す概略の斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態における、ガスケットが使用される場合の燃料電池の単位セルを示す分解斜視図である。
【図３】リモート方式の大気圧プラズマ処理装置の一例を示す概略図である。
【図４】本発明の実施の形態における燃料電池を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、発明の実施の形態を説明する。
【００２７】
燃料電池セパレータ（以下、セパレータという）を製造するために用いられるセパレータ成形用組成物（以下、成形用組成物という）は、樹脂成分及び黒鉛粒子を含有する。
【００２８】
成形用組成物は、第一アミン及び第二アミンを含有しないことが好ましい。すなわち、この成形用組成物が、置換基−ＮＨ及び−ＮＨ２を有する化合物を含有しないことが好ましい。更に成形用組成物は第三アミンを含有しないことが好ましい。このように成形用組成物がアミンを含有しないと、成形用組成物から形成されるセパレータが燃料電池中の白金触媒を被毒することがなく、燃料電池が長時間使用される場合の起電力の低下が抑制される。
【００２９】
成形用組成物に含有される樹脂成分は、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂のいずれでもよい。
【００３０】
熱可塑性樹脂としては、たとえばポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリプロピレン樹脂等が挙げられる。
【００３１】
熱硬化性樹脂が使用される場合、この熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂と熱硬化性フェノール樹脂のうち少なくとも一方を含有することが好ましい。エポキシ樹脂及び熱硬化性フェノール樹脂は良好な溶融粘度を有すると共に不純物が少なく、特にイオン性不純物が少ない点で優れている。
【００３２】
熱硬化性樹脂全量に対するエポキシ樹脂及び熱硬化性フェノール樹脂の含有量は、５０〜１００質量％の範囲にあることが、好ましい。熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂のみ、熱硬化性フェノール樹脂のみ、或いはエポキシ樹脂と熱硬化性フェノール樹脂のみを含むのであれば、特に好ましい。
【００３３】
エポキシ樹脂は、固形状であることが好ましく、特にこのエポキシ樹脂の融点が、７０〜９０℃の範囲であることが好ましい。これにより、材料の変化が少なくなり、成形時の成形用組成物の取り扱い性が向上する。この融点が７０℃未満であると、成形用組成物中で凝集が生じやすくなって、取り扱い性が低下するおそれがある。また、エポキシ樹脂として溶融粘度が低粘度の樹脂が選択されれば、成形用組成物の良好な成形性が維持されつつ、成形用組成物及びセパレータ中に黒鉛粒子が高充填され得る。尚、前記作用が発揮される範囲内で、エポキシ樹脂の一部が液状であってもよい。
【００３４】
エポキシ樹脂としては、オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂等が、用いられることが好ましい。このオルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂は、良好な溶融粘度を有すると共に不純物が少なく、特にイオン性不純物が少ない点で優れている。
【００３５】
また、特にエポキシ樹脂が、オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂のみからなるエポキシ樹脂成分を含み、或いはオルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂と、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂から選択される少なくとも一種からなるエポキシ樹脂成分を含むことが好ましい。オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂が必須の成分であると、成形用組成物の成形性が向上すると共に、セパレータの耐熱性が向上する。また、製造コストが低減され得る。エポキシ樹脂成分中のオルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂の割合は、前記成形性の向上、セパレータの耐熱性の向上、製造コストの低減の観点から、５０〜１００質量％の範囲であることが好ましく、特に５０〜７０質量％の範囲であることが好ましい。
【００３６】
オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂と共に、ビスフェノール型エポキシ樹脂やビフェニル型エポキシ樹脂やビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂が併用されることも好ましい。この場合、成形用組成物の溶融粘度が更に低減し、更に薄型のセパレータが作製される場合にはその靱性が向上し得る。
【００３７】
特にビスフェノールＦ型エポキシ樹脂が使用されると、成形用組成物の粘度が低減し、成形用組成物の成形性が特に高くなる。この場合の、エポキシ樹脂成分中におけるビスフェノールＦ型エポキシ樹脂の含有量は、３０〜５０質量％の範囲であることが好ましい。
【００３８】
また、ビフェニル型エポキシ樹脂が使用されると、このビフェニル型樹脂は溶融粘度が低いため、成形用組成物の流動性が著しく向上し、成形用組成物の薄型成形性が特に向上する。この場合のエポキシ樹脂成分中におけるビフェニル型エポキシ樹脂の含有量は３０〜５０質量％の範囲であることが好ましい。
【００３９】
また、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂が使用されると、セパレータの強度及び靱性が向上し、更にセパレータの吸湿性が低減し得る。このため、セパレータの機械的特性、導電性、並びに長期使用時の特性の安定性が向上する。この場合のエポキシ樹脂成分中におけるビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂の割合は、３０〜５０質量％の範囲であることが好ましい。
【００４０】
成形用組成物中の熱硬化性樹脂全量に対するエポキシ樹脂成分の含有量は５０〜１００質量％の範囲にあることが好ましい。
【００４１】
前記エポキシ樹脂成分は、熱硬化性樹脂中のエポキシ樹脂の少なくとも一部として、成形用組成物中に含有される。すなわち、このエポキシ樹脂成分以外の他の熱硬化性樹脂として、例えば前記エポキシ樹脂成分以外のエポキシ樹脂、熱硬化性フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂等から選択される一種又は複数種の樹脂が用いられてもよい。但し、エステル結合を含む樹脂は耐酸性環境下で加水分解するおそれがあるため、使用されないことが望ましい。また、熱硬化性樹脂として、セパレータの耐熱性や耐酸性の向上に寄与する点で、ポリイミド樹脂も適している。ポリイミド樹脂としては、特にビスマレイミド樹脂などが用いられることも好ましく、例えば、４，４−ジアミノジフェニルビスマレイミドが用いられることが好ましい。４，４−ジアミノジフェニルビスマレイミドが用いられると、セパレータの耐熱性が更に向上する。
【００４２】
熱硬化性フェノール樹脂が用いられる場合には、特に開環重合により重合反応が進行するフェノール樹脂が用いられることが好ましい。このようなフェノール樹脂としては、例えばベンゾオキサジン樹脂等が挙げられる。この場合は、成形用組成物の成形工程で脱水によるガスが発生しないので成形品中にボイドが発生せず、このためセパレータのガス透過性の低下が抑制される。また、レゾール型フェノール樹脂が用いられることも好ましく、例えば１３Ｃ−ＮＭＲ分析で、オルト−オルト２５〜３５％、オルト−パラ６０〜７０％、パラ−パラ５〜１０％の構造を有するレゾール型フェノール樹脂が用いられることが好ましい。レゾール樹脂は通常液状であるが、レゾール型フェノール樹脂の軟化点は容易に調整され得るため、融点が７０〜９０℃のレゾール型フェノール樹脂が容易に得られる。融点が７０〜９０℃のレゾール型フェノール樹脂が使用されることで、成形用組成物の変質が抑制され、成形時の成形用組成物の取り扱い性が向上する。この融点が７０℃未満であると、成形用組成物中で凝集が生じやすくなって、成形用組成物の取り扱い性が低下するおそれがある。
【００４３】
またエポキシ樹脂及び熱硬化性フェノール樹脂以外の他の樹脂が併用されてもよい。例えばポリイミド樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂等から選択される一種又は複数種の樹脂が用いられてもよい。但し、エステル結合を含む樹脂は耐酸性環境下で加水分解する恐れがあるため、使用されないことが望ましい。
【００４４】
また、熱硬化性樹脂として、セパレータの耐熱性や耐酸性の向上に寄与する点で、ポリイミド樹脂も適している。このようなポリイミド樹脂としては、特にビスマレイミド樹脂なども好ましく、その具体例として例えば、４，４−ジアミノジフェニルビスマレイミドが挙げられる。このような樹脂が併用されることで、セパレータの耐熱性が更に向上され得る。
【００４５】
エポキシ樹脂が使用される場合、樹脂成分は硬化剤を含有することが好ましく、この硬化剤はフェノール系化合物を含有することが好ましい。このフェノール系化合物としては、ノボラック型フェノール樹脂、クレゾールノボラック型フェノール樹脂、多官能フェノール樹脂、アラルキル変性フェノール樹脂等が挙げられる。
【００４６】
硬化剤全量に対するフェノール系化合物の含有量は、エポキシ樹脂の使用量に依存して決定される。また、硬化剤がフェノール系化合物のみであれば特に好ましい。
【００４７】
また、成形用組成物の固形分（揮発性成分を除く成分）中の熱硬化性樹脂と硬化剤の含有量は、その合計量が１４〜２４．１質量％の範囲であることが好ましい。
【００４８】
フェノール系化合物以外の硬化剤が使用される場合、硬化剤として非アミン系の化合物が用いられることが好ましい。この場合、セパレータの電気伝導度が高い状態に維持されると共に、燃料電池の触媒の被毒が抑制される。硬化剤として酸無水物系の化合物が用いられないことも好ましい。酸無水物系の化合物が使用される場合は硬化物が硫酸酸性環境下等の酸性環境下で加水分解して、セパレータの電気伝導度の低下が引き起こされたり、セパレータからの不純物の溶出が増大してしまうおそれがある。
【００４９】
熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂が用いられる場合は、熱硬化性樹脂におけるエポキシ樹脂と硬化剤におけるフェノール系化合物とは、前記フェノール系化合物に対する前記エポキシ樹脂の当量比が０．８〜１．２の範囲となるように配合されることが好ましい。
【００５０】
また、黒鉛粒子は、セパレータの電気比抵抗を低減してセパレータの導電性を向上する。黒鉛粒子としては、高い導電性を有するのであれば、特に制限なく用いられる。例えば、メソカーボンマイクロビーズなどのような炭素質の黒鉛化により得られる黒鉛粒子、石炭系コークスや石油系コークスが黒鉛化されることにより得られる黒鉛粒子、黒鉛電極や特殊炭素材料の加工粉、天然黒鉛、キッシュ黒鉛、膨張黒鉛等の適宜の黒鉛粒子が用いられ得る。このような黒鉛粒子は、一種のみが用いられても、複数種が併用されてもよい。
【００５１】
黒鉛粒子は、人造黒鉛粉、天然黒鉛粉のいずれでもよい。天然黒鉛粉は導電性が高いという利点を有し、また人造黒鉛粉は天然黒鉛粉に比べて導電性は多少劣るものの、異方性が少ないという利点がある。
【００５２】
黒鉛粒子は、天然黒鉛粉、人造黒鉛粉のいずれの場合であっても、精製されていることが好ましい。この場合は、黒鉛粒子中の灰分やイオン性不純物が低いため、セパレータからの不純物の溶出が抑制される。黒鉛粒子における灰分は０．０５質量％以下であることが好ましく、灰分が０．０５質量％を超えると、セパレータが用いられることで作製される燃料電池の特性が低下するおそれがある。
【００５３】
黒鉛粒子の平均粒径は１５〜１００μｍの範囲であることが好ましい。この平均粒径が１０μｍ以上であることで成形用組成物の成形性が向上し、平均粒径が１００μｍ以下となることでセパレータの表面平滑性が向上する。成形性の向上のためには、特に前記平均粒径が３０μｍ以上であることが好ましく、またセパレータの表面平滑性が特に向上して後述するようにセパレータの表面の算術平均高さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１）が０．４〜１．６μｍの範囲、特に１．０μｍ未満となるためには前記平均粒径が７０μｍ以下であることが好ましい。
【００５４】
特に薄型のセパレータが作製される場合には、黒鉛粒子は１００メッシュ篩（目開き１５０μｍ）を通過する粒径を有することが好ましい。この黒鉛粒子中に１００メッシュ篩を通過しない粒子が含まれていると、成形用組成物中に粒径の大きい黒鉛粒子が混入してしまい、特に成形用組成物が薄型のシート状に成形される際の成形性が低下してしまう。
【００５５】
黒鉛粒子のアスペクト比は１０以下であることが好ましく、この場合、セパレータに異方性が生じることが抑制される共に反りなどの変形も抑制される。
【００５６】
尚、セパレータの異方性の低減に関しては、セパレータにおける成形時の成形用組成物の流動方向と、この流動方向と直交する方向との間での接触抵抗の比が、２以下となることが好ましい。
【００５７】
黒鉛粒子全体は、特に２種以上の粒度分布を有すること、すなわち黒鉛粒子全体が平均粒径の異なる２種以上の粒子群の混合物であることも好ましい。この明細書において、粒子群とは、黒鉛粒子全体のうちの少なくとも一部を構成する複数の粒子の集合を意味する。黒鉛粒子全体が、特に平均粒径１〜５０μｍの範囲の粒子群と、平均粒径３０〜１００μｍの粒子群との混合物であることが好ましい。このような粒度分布を有する黒鉛粒子が用いられると、粒径の大きい粒子は表面積が小さいため、樹脂成分の含有量が少量であっても成形用組成物の混練が可能になることが期待される。更に粒径の小さい粒子によって粒子同士の接触性が向上すると共に、セパレータの強度向上も期待され、これにより、セパレータの密度の向上、導電性の向上、ガス不透過性の向上、強度の向上等といった、性能の向上が図られる。平均粒径１〜５０μｍの粒子群と平均粒径３０〜１００μｍの粒子群との混合比は、適宜調整されるが、特に前者対後者の混合質量比が４０：６０〜９０：１０、特に６５：３５〜８５：１５であることが好ましい。
【００５８】
尚、黒鉛粒子の平均粒径は、レーザー回折・散乱式粒度分析計（日機装株式会社製のマイクロトラックＭＴ３０００ＩＩシリーズなど）でレーザー回折散乱法により測定される体積平均粒径である。
【００５９】
成形用組成物中における黒鉛粒子には、平均圧縮強度１５ＭＰａ以上の粒子群が含まれている。平均圧縮強度とは、粒子群を構成する粒子の圧縮強度の平均値である。平均圧縮強度の導出にあたっては、粒子群から任意に選ばれる少なくとも１０個の粒子について圧縮強度を測定し、この値の平均値を平均圧縮強度としてもよい。粒子の圧縮強度の測定にあたっては、まず粒子が二つの圧子の間で圧縮されると共に粒子の変形量（圧子の変位量）の変化が測定される。粒子が破壊されることで粒子の変形量の増加割合が急激に変化した時点での圧縮力が、粒子の破壊圧縮力となる。この圧縮力（Ｐ）並びに粒子の粒子径（ｄ）に基づいて、粒子の圧縮強度（Ｓｔ）が、Ｓｔ＝２．８Ｐ／πｄ２の式から導出される。粒子の破壊圧縮力は、例えば株式会社島津製作所製の微小圧縮試験器（ＭＣＴ−２１１シリーズ、ＭＣＴ−５００シリーズ等）などで測定される。
【００６０】
黒鉛粒子全体中に平均圧縮強度１５ＭＰａ以上の粒子群が含まれていると、セパレータの機械的強度が大きく向上する。この平均圧縮強度の上限は特に制限されず、平均圧縮強度が高いほどセパレータの機械的強度が向上する。但し、発明者らが確認し得た圧縮強度の最大値は５１ＭＰａであり、これに基づく限りでは、平均圧縮強度の理論上の最大値は５１ＭＰａ、実用上の最大値は４０ＭＰａ、入手容易性を考慮した最大値は３７ＭＰａである。特に黒鉛粒子全体の平均圧縮強度が１５ＭＰａ以上であれば、セパレータの機械的強度が著しく向上する。
【００６１】
成形用組成物中における黒鉛粒子全体中には、平均圧縮強度の異なる複数の粒子群が含まれていてもよい。尚、複数の粒子群の平均圧縮強度が全て１５ＭＰａ以上であれば、黒鉛粒子全体の平均圧縮強度も１５ＭＰａ以上となる。黒鉛粒子全体中には平均圧縮強度が１５ＭＰａ以上の粒子群と、平均圧縮強度が１５ＭＰａ未満の粒子群とが含まれていてもよい。この場合、黒鉛粒子全体では平均圧縮強度が１５ＭＰａ以上となることが好ましいが、黒鉛粒子全体の平均圧縮強度が１５ＭＰａ未満であってもよい。但し、セパレータの機械的強度向上のためには、黒鉛粒子全体の平均圧縮強度が１５ＭＰａ未満であっても、黒鉛粒子全体に対するこの黒鉛粒子中の圧縮強度１５ＭＰａ以上の粒子の数の割合が１５質量％以上であることが好ましく、２０質量％以上であれば更に好ましく、５０質量％以上であれば特に好ましい。
【００６２】
成形用組成物中の黒鉛粒子の割合は、黒鉛粒子と樹脂成分との合計量に対して７０〜８５質量％の範囲であることが好ましい。このように黒鉛粒子の割合が７０質量％以上であると、セパレータに充分に優れた導電性が付与されと共に、セパレータの機械的強度が充分に向上する。またこの割合が８５質量％以下であると、成形用組成物に充分に優れた成形性が付与されると共にセパレータに充分に優れたガス透過性が付与される。この黒鉛粒子の割合は更に７０〜８０質量％の範囲であることが好ましい。
【００６３】
成形用組成物は、必要に応じて硬化触媒、ワックス（離型剤）、カップリング剤等の添加剤を含有してもよい。
【００６４】
硬化触媒（硬化促進剤）としては、特に制限されないが、成形用組成物が第一アミン及び第二アミンを含有しないためには、非アミン系の化合物が用いられることが好ましい。例えば、アミン系のジアミノジフェニルメタンなどは残存物が燃料電池の触媒を被毒する恐れがあり、好ましくない。
【００６５】
硬化促進剤がイミダゾールを含むことも好ましい。イミダゾールが用いられる場合、保存性の観点からはイミダゾールは液状でないことが好ましい。またシアンを含むイミダゾールは劇物であるため、シアンを含まないイミダゾールが用いられることが好ましい。また、成形材料の示差走査熱量測定により測定される発熱ピーク温度が１５０℃以上１８０℃以下となり得るようなイミダゾールが用いられることが好ましい。イミダゾールの好ましい具体例としては、２−メチルイミダゾール（例えば四国化成工業株式会社製の品番２ＭＺ−Ｈ）、２−ウンデシルイミダゾール（例えば四国化成工業株式会社製の品番Ｃ１１Ｚ）、２−ヘプタデシルイミダゾール（例えば四国化成工業株式会社製の品番Ｃ１７Ｚ）、２−フェニル−４−メチルイミダゾール（例えば四国化成工業株式会社製の品番２Ｐ４ＭＺ）、１，２−ジメチルイミダゾール（例えば四国化成工業株式会社製の品番１．２ＤＭＺ）、２−エチル−４−メチルイミダゾール（例えば四国化成工業株式会社製の品番２Ｅ４ＭＺ）、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール（例えば四国化成工業株式会社製の品番１Ｂ２ＭＺ）、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾール（例えば四国化成工業株式会社製の品番１Ｂ２ＰＺ）、２−フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加物（例えば四国化成工業株式会社製の品番２ＰＺ−ＯＫ）、エポキシ−イミダゾールアダクト（例えば四国化成工業株式会社製の品番Ｐ−０５０５）、２，３−ジヒドロ−１Ｈ−ピロロ［１，２−ａ］ベンズイミダゾール（例えば四国化成工業株式会社製の品番ＴＢＺ）等が挙げられる。
【００６６】
イミダゾールとして特に測定開始温度３０℃、昇温速度１０℃／分、保持温度１２０℃、保持温度での保持時間３０分の条件で加熱された場合の重量減少が５％以下であり、且つ２位に炭化水素基を有する置換イミダゾールが用いられることが、成形材料の保存安定性が向上する点でも好ましい。更に、特に薄型のセパレータが作製される場合には、ワニス状に調製された成形材料からシート状のセパレータが形成される際の溶剤の揮発性、セパレータの平滑性などが良好となる。この置換イミダゾールとして、特に２位の炭化水素基の炭素数が６〜１７の置換イミダゾールが使用されることが好ましく、その具体例としては、２−ウンデシルイミダゾール、２−ヘプタデシルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾール等が挙げられる。このうち、２−ウンデシルイミダゾール及び２−ヘプタデシルイミダゾールが好適である。これらの化合物は一種単独で用いられ、或いは二種以上が併用される。このような置換イミダゾールの含有量は適宜調整され、それにより成形硬化時間が調整され得る。この置換イミダゾールの含有量は好ましくは成形材料中のエポキシ樹脂と硬化剤との合計量に対して、０．５〜３質量％の範囲であることが好ましい。
【００６７】
また、硬化触媒として、好ましくはリン系化合物が用いられる。リン系化合物と前記置換イミダゾールとが併用されてもよい。リン系化合物の一例として、トリフェニルホスフィンが挙げられる。このようなリン系化合物が用いられると、セパレータからの塩素イオンの溶出が抑制される。
【００６８】
成形用組成物は、硬化促進剤として、次の［化１］で示される化合物を含有することも好ましい。この場合、セパレータの耐湿性が向上する。しかも、この［化１］で示される化合物は、セパレータのガラス転移温度の低下や、熱時剛性の低下や、連続成形性の悪化などを引き起こすことがない。むしろこの［化１］で示される化合物が使用されることにより、セパレータのガラス転移温度が上昇し、熱時剛性が向上し、更に成形用組成物の成形時の離型性が向上して連続成形性が向上し得る。
【００６９】
【化１】
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【００７０】
更に、この構造式［化１］で示される化合物からは、イオン性不純物の溶出が生じにくい。このため、構造式［化１］で示される化合物が使用されることで、セパレータからのイオン性不純物の溶出が抑制され、不純物の溶出による燃料電池の起動電圧低下等の特性低下が抑制される。構造式［化１］で示される化合物からイオン性不純物の溶出が生じにくいのは、この化合物の酸解離定数（ｐＫａ）が小さいためであると推察される。
【００７１】
構造式［化１］で示される化合物の、硬化促進剤全量に対する割合は、２０〜１００質量％の範囲であることが好ましい。この割合が２０質量％未満であると、セパレータのガラス転移温度（Ｔｇ）の上昇が充分ではないおそれがある。
【００７２】
このような硬化触媒の含有量は適宜調整されるが、好ましくは成形用組成物中のエポキシ樹脂に対して０．５〜３質量部の範囲とする。
【００７３】
カップリング剤としては、特に制限されないが、成形用組成物が第一アミン及び第二アミンを含有しないためには、アミノシランは用いられないことが好ましい。アミノシランが用いられると、燃料電池の触媒が被毒される恐れがあり好ましくない。カップリング剤としてメルカプトシランが用いられないことも好ましい。このメルカプトシランが用いられる場合も、同様に燃料電池の触媒が被毒される恐れがある。
【００７４】
カップリング剤の例としては、シリコン系のシラン化合物、チタネート系、アルミニウム系のカップリング剤が挙げられる。例えばシリコン系のカップリング剤としては、エポキシシランが適している。
【００７５】
エポキシシランカップリング剤が使用される場合の使用量は、成形用組成物の固形分中の含有量が０．５〜１．５質量％となる範囲であることが好ましい。この範囲において、カップリング剤がセパレータの表面にブリードすることを充分に抑制することができる。
【００７６】
カップリング剤は黒鉛粒子の表面に予め噴霧等により付着されていてもよい。その場合の添加量は、黒鉛粒子の比表面積と、カップリング剤の単位質量当たりの被覆可能面積（カップリング剤によって被覆され得る面積）とを考慮して適宜設定される。カップリング剤の添加量は、特にカップリング剤の被覆可能面積の総量が黒鉛粒子の表面積の総量の０．５〜２倍の範囲となるように調整されることが好ましい。この範囲において、セパレータの表面におけるカップリング剤のブリードが充分に抑制され、これにより金型表面の汚染が抑制される。
【００７７】
ワックス（内部離型剤）としては、特に制限されないが、１２０〜１９０℃で成形用組成物中の熱硬化性樹脂及び硬化剤と相溶せずに相分離する内部離型剤が用いられることが好ましい。このような内部離型剤として、ポリエチレンワックス、カルナバワックス、及び長鎖脂肪酸系のワックスから選ばれる少なくとも一種が挙げられる。このような内部離型剤が成形用組成物の成形過程で熱硬化性樹脂及び硬化剤と相分離することで、セパレータの離型性が向上する。
【００７８】
内部離型剤の含有量はセパレータの形状の複雑さ、溝深さ、抜き勾配など金型面との離形性の容易さなどに応じて適宜設定されるが、成形用組成物中の固形分全量に対して０．１〜２．５質量％の範囲であることが好ましい。この含有量が０．１質量％以上であることで金型成形時にセパレータが十分な離型性を発揮し、またこの含有量が２．５質量％以下であることでセパレータの親水性が充分に高く維持される。このワックスの含有量は０．１〜１質量％の範囲であれば更に好ましく、０．１〜０．５質量％の範囲であれば特に好ましい。
【００７９】
また、特に薄型のセパレータが作製される場合には、成形用組成物は溶剤を含有する液状（ワニス状及びスラリー状を含む）の組成物であってもよい。溶媒としては、たとえばメチルエチルケトン、メトキシプロパノール、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等の極性溶媒が好ましい。溶媒は一種のみが用いられても二種以上が併用されてもよい。溶媒の使用量は、シート状のセパレータが作製される際の成形用組成物の成形性を考慮して適宜設定されるが、好ましくは成形用組成物の粘度が１０００〜５０００ｃｐｓの範囲となるように調整される。尚、溶媒は必要に応じて使用されてばよく、成形用組成物中の熱硬化性樹脂が液状樹脂であるなどの理由で成形用組成物が液状に調製されるならば、溶媒が使用されなくてもよい。
【００８０】
セパレータ中のイオン性不純物の含有量は、成形用組成物全量に対して質量比率でナトリウム含量５ｐｐｍ以下、塩素含量５ｐｐｍ以下とであることが好ましい。そのためには成形用組成物のイオン性不純物の含有量が、成形用組成物全量に対して質量比率でナトリウム含量５ｐｐｍ以下、塩素含量５ｐｐｍ以下であることが好ましい。この場合、セパレータからのイオン性不純物の溶出が抑制され、このため不純物の溶出による燃料電池の起動電圧低下等の特性低下が抑制される。
【００８１】
セパレータ及び成形用組成物のイオン性不純物の含有量が上記のように低減するためには、成形用組成物を構成する熱硬化性樹脂、硬化剤、黒鉛、その他添加剤等の各成分のそれぞれのイオン性不純物の含有量が、各成分に対して質量比率でナトリウム含量５ｐｐｍ以下、塩素含量５ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００８２】
イオン性不純物の含有量は、対象物（成形用組成物、熱硬化性樹脂など）から溶出したイオン性不純物を含む抽出水中の、イオン性不純物の量に基づいて導出される。抽出水は、イオン交換水中に対象物が対象物１０ｇに対してイオン交換水１００ｍｌの割合となるように投入された状態で、このイオン交換水及び対象物が９０℃で５０時間加熱されることで、得られる。抽出水中のイオン性不純物は、イオンクロマトグラフィで評価される。この抽出水中のイオン性不純物量が対象物に対する質量比に換算されることで、対象物中のイオン性不純物の量が導出される。
【００８３】
成形用組成物は、この組成物から形成されるセパレータから得られる抽出水のＴＯＣ（ｔｏｔａｌ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｃａｒｂｏｎ）が１００ｐｐｍ以下となるように調製されることが好ましい。
【００８４】
ＴＯＣは、イオン交換水中にセパレータが、セパレータの質量１０ｇに対してイオン交換水１００ｍｌの割合で投入され、このイオン交換水及びセパレータが９０℃で５０時間加熱されることで得られる溶液（抽出水）から測定される数値である。このようなＴＯＣは、例えばＪＩＳ  Ｋ０１０２に準拠して、島津製作所株式会社製の全有機炭素分析装置「ＴＯＣ−５０」などで測定され得る。測定にあたっては、サンプルの燃焼により発生したＣＯ２濃度が非分散型赤外線ガス分析法で測定され、これによりサンプル中の炭素濃度が定量される。この炭素濃度が測定されることによって、間接的にセパレータが含有する有機物質濃度が測定される。サンプル中の無機炭素（ＩＣ）、全炭素（ＴＣ）が測定されると、全炭素と無機炭素の差（ＴＣ−ＩＣ）から全有機炭素（ＴＯＣ）が導出される。
【００８５】
上記のＴＯＣが１００ｐｐｍ以下であると、燃料電池の特性低下が更に抑制される。
【００８６】
ＴＯＣの値は、成形用組成物を構成する各成分として高純度の成分が選択されたり、樹脂の当量比が調整されたり、成形時に後硬化処理が施されたりすることによって、低減され得る。
【００８７】
前記のような原料成分が配合されることで成形用組成物が調製され、この成形用組成物が成形されることでセパレータが得られる。
【００８８】
このようにセパレータが製造されるにあたり、原料成分、成形用組成物、及びセパレータのうち少なくともいずれかから、金属成分が除去されることが好ましい。特に、少なくとも成形用組成物から金属成分を除去することが好ましい。これにより、燃料電池セパレータの金属成分の含有量が低減する。
【００８９】
原料成分からの金属成分の除去方法の一例として、原料成分中の前記金属成分を磁石を用いて吸引除去する方法が挙げられる。原料成分のうち、特に黒鉛粒子から金属成分を除去する方法としては、黒鉛粒子を、ｐＨ２以下の強酸性溶液を用いて洗浄する方法も挙げられる。強酸性溶液としては、例えば濃度６９質量％の濃硝酸と濃度３６質量％の濃塩酸とを体積比で１：３の割合で混合して得られる王水、濃度１５質量％以上の塩酸水、濃度１５質量％以上の硫酸水、及び濃度１５質量％以上の硝酸水から選ばれる少なくとも一種を使用することができる。この場合、黒鉛粒子から前記金属成分を容易に除去できる。前記塩酸水、硫酸水及び硝酸水の濃度は、操作性の観点から３０質量％以下であることが好ましい。
【００９０】
成形用組成物からの金属成分の除去方法としては、原料成分からの金属成分の除去方法と同様に、成形用組成物中の前記金属成分を磁石を用いて吸引除去する方法などが挙げられる。
【００９１】
この成形用組成物を成形して、成形体（セパレータ）を得ることができる。成形法としては、射出成形や圧縮成形など、適宜の手法が採用され得る。例えば図１に示すセパレータ２０には両面に複数個の凸部（リブ）２１が形成されることで、隣り合う凸部２１同士の間に、燃料である水素ガスと、酸化剤である酸素ガスの流路であるガス供給排出用溝２が形成される。
【００９２】
尚、セパレータは、片面のみにガス供給排出用溝を有するアノード側セパレータと、前記アノード側セパレータとは反対側の片面のみにガス供給排出用溝を有するカソード側セパレータとで構成されてもよい。このアノード側セパレータとカソード側セパレータとが重ねられることで、図１に示すような両面にガス供給排出用溝２を有するセパレータ２０が構成される。アノード側セパレータとカソード側セパレータとの間には冷却水が流通する流路が形成されてもよい。この場合、アノード側セパレータとカソード側セパレータとの間にはガスケットが介在することが好ましい。
【００９３】
成形用組成物は、粒状、シート状等の適宜の形状に形成される。成形用組成物が粒状である場合には、上記のような原料成分が例えば攪拌混合機などで攪拌混合され、或いは更に整粒機などで整粒されることで、成形用組成物が得られる。
【００９４】
また、ワニス状に調製された成形用組成物から薄型のセパレータが形成される場合には、例えばまず成形用組成物がシート状に成形されることで、シート状の成形用組成物（燃料電池セパレータ成形用シート（成形用シート））が得られる。成形用組成物は、例えばキャスティング（展進）成形によりシート状に成形される。この際には、複数種の膜厚調節手段が適用され得る。このような複数種の膜厚調節手段が用いられるキャスティング法は、例えばすでに実用化されているマルチコータを用が用いられることで実現される。キャスティングのための膜厚調節手段としては、スリットダイとともに、ドクターナイフおよびワイヤーバーの少なくともいずれか、すなわちいずれか一方もしくは両方を用いることが好ましい。この成形用シートの厚みは、０．０５ｍｍ以上であることが好ましく、０．１ｍｍ以上であれば更に好ましい。また、この厚みは０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．３ｍｍ以下であれば更に好ましい。このように成形用シートの厚みが０．５ｍｍ以下であると、セパレータ１の薄型化や軽量化、並びにそれによる低コスト化が達成され、特に厚みが０．３ｍｍ以下であれば溶媒を使用する場合の成形用シート内部の溶媒の残存が効果的に抑制される。またこの厚みが０．０５ｍｍ未満の場合にはセパレータの製造にあたっての有利さが充分に発揮されなくなり、特に成形性を考慮するとこの厚みは０．１ｍｍ以上であることが好ましい。
【００９５】
この成形用シートが、キャスティングにともなう乾燥によって半硬化（Ｂステージ）状態とされ、更に圧縮・熱硬化成形されるなどして、両面に複数個の凸部（リブ）が形成されると共にこの凸部（リブ）間にガス供給排出用溝が形成され、これによりセパレータが得られる。このとき、セパレータが波板状に形成され、その一面側の凸部の裏側に他面側のガス供給排出用溝が形成されると、薄型でありながら両面に複数個の凸部（リブ）を有すると共にこの凸部（リブ）間にガス供給排出用溝を有するセパレータが得られる。
【００９６】
この成形用シートの圧縮・熱硬化成形時には、まず成形用シートが必要に応じて所定の平面寸法にカット（切断）もしくは打ち抜かれ、更に金型内において圧縮成形機で熱硬化される。この圧縮・熱硬化成形の条件は、成形用組成物の組成、導電性基材の種類、成形厚みなどにもよるが、加熱温度が１２０〜１９０℃の範囲、圧縮圧力が１〜４０ＭＰａの範囲に設定されることが好ましい。
【００９７】
セパレータの作製にあたっては、一枚の成形用シートが成形されることでセパレータが作製されてもよく、成形用シートが複数枚重ねられて成形されることでセパレータが作製されてもよい。
【００９８】
このように成形用シートが成形されることで、薄型のセパレータ、特に厚み０．２〜１．０ｍｍの範囲のセパレータが製造される。このようにセパレータの製造時に成形用シートが使用されることで、薄型のセパレータが製造される場合でも成形用組成物が薄く且つ均一に配置されやすくなり、成形性や厚み精度が高くなる。
【００９９】
尚、セパレータの作製時には、成形用シートと適宜の導電性基材とが積層されてもよい。導電性基材が用いられると、セパレータの機械的強度が向上する。導電性基材が用いられる場合には、例えば導電性基材の両側にそれぞれ成形用シート（複数枚の成形用シートの積層物を含む）が積層した状態で圧縮・熱硬化成形され、或いは成形用シート（複数枚の成形用シートの積層物を含む）の両側にそれぞれ導電性基材が積層した状態で圧縮・熱硬化成形される。
【０１００】
前記導電性基材としては、たとえば、カーボンペーパー、カーボンプリプレグ、カーボンフェルト等が例示される。また、これらの導電性基材は、導電性を損なわない範囲で、ガラス、樹脂等の基材成分を含有してもよい。導電性基材の厚みは、０．０３〜０．５ｍｍの範囲が好ましく、０．０５〜０．２ｍｍの範囲がより好ましい。
【０１０１】
成形用組成物が圧縮成形されることで得られる成形体（セパレータ）には、ブラスト処理が施されるなどして、表層のスキン層が除去されると共にこのセパレータの表面粗さが調整されることが好ましい。
【０１０２】
このセパレータの表面の算術平均高さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１）は、０．４〜１．６μｍの範囲であることが好ましい。この場合、セパレータとガスケットとの接合部でのガスリークが抑制される。このためウエットブラスト処理時にセパレータにおけるガスケットと接合する部位をマスクする必要がなくなり、セパレータの生産効率が向上する。尚、前記算術平均高さＲａが０．４μｍ未満となることは困難であり、またこの値が１．６μｍより大きいと前記ガスリークが充分に抑制されなくなるおそれがある。このセパレータの表面の算術平均高さＲａは特に１．２μｍ以下であることが好ましい。更にこのセパレータの表面の算術平均高さＲａが１．０μｍ未満であると、前記ガスリークが特に抑制され、セパレータの薄型化に伴ってセルスタック作製時の締結力が低くなっても、前記ガスリークが充分に抑制される。セパレータの表面の算術平均高さＲａが０．６μｍ以上であることも好ましい。
【０１０３】
セパレータの表面の接触抵抗は１５ｍΩｃｍ２以下であることが好ましい。この場合、燃料電池で発電した電気エネルギーを外部へ伝達するというセパレータの機能が高いレベルで維持される。
【０１０４】
前記ブラスト処理時には、成形体（セパレータ）にウエットブラスト処理が施されると共に、この処理においてアルミナ粒子等の砥粒を含むスラリーから磁石で金属成分が除去されることが好ましい。ブラスト処理に用いられる砥粒には不純物として金属成分が混入していることがあり、またブラスト処理時に砥粒を含むスラリーに金属成分が混入することがある。このような金属成分を含むスラリー用いてブラスト処理が施されると、セパレータの表面に砥粒から金属成分が打ち込まれてしまう。しかし、前記のようにスラリーから磁石により金属成分が除去されながら、この砥粒によりウエットブラスト処理が施されると、ブラスト処理時にセパレータに金属成分が付着しにくくなる。すなわち、ウエットブラスト処理によってスキン層の除去や表面粗さの調整などがされつつ、このウエットブラスト処理時に、スラリー中の砥粒に含まれる金属異物などの金属成分がセパレータへ打ち込まれにくくなる。また、このウエットブラスト処理において、スラリーが循環させながら繰り返し使用されると共に、このスラリーの循環時にスラリーから金属成分が磁石などで吸引除去されると、スラリー中の砥粒から磁石により金属成分が除去されながら、この砥粒によってウエットブラスト処理が施される。
【０１０５】
更に、黒鉛粒子からの金属成分の除去方法と同様に、成形体（セパレータ）から金属成分が磁石によって吸引除去されてもよい。この場合、例えば成形体（セパレータ）が一対の磁石の間に配置されることで、成形体（セパレータ）から金属成分が吸引除去される。尚、磁石を用いた吸引除去以外の適宜の方法で成形体（セパレータ）から金属成分が除去されてもよい。但し、強酸性溶液によって洗浄する方法ではセパレータを構成する樹脂が溶解してしまうおそれがあり、また超音波洗浄ではセパレータから黒鉛粒子が脱離してしまうおそれがあるため、好ましくない。
【０１０６】
エポキシ樹脂を含む熱硬化性樹脂を用いると共にフェノール系化合物を含む硬化剤を用いる場合は、水酸基が成形体の表面に分布することになる。特に成形用組成物中でのフェノール系化合物に対するエポキシ樹脂の当量比が０．８〜１．２であると、後述するとおり成形体に対する表面処理により成形体の親水性が大きく向上すると共にこの親水性が長期間持続するようになる。この当量比が１．２より大きいと前記のような効果が得られないものであり、これは成形体に分布する水酸基が不足してしまうためであると考えられる。またこの当量比が０．８未満の場合も、理由は不分明ではあるが、前記のような効果が得られなくなってしまう。表面処理による効果を著しく発揮させるためには、特に前記当量比が０．８〜１．０の範囲であることが好ましく、この場合、水酸基の当量が過剰となって多くの水酸基を成形体の表面に分布させることができるようになる。前記当量比が０．８〜０．９の範囲であれば更に好ましい。
【０１０７】
熱硬化性フェノール樹脂を含む熱硬化性樹脂を用いる場合も、成形体中に熱硬化性フェノール樹脂に起因する水酸基が成形体の表面に分布することになる。これにより、後述するとおり成形体に対する表面処理による親水性向上の効果が向上する。
【０１０８】
この成形体の表面に対し、この成形体の表面に親水化のための表面処理が施されることが好ましい。この表面処理としては、プラズマ処理と、オゾンガスによる処理とが挙げられる。
【０１０９】
ウエットブラスト処理後の成形体には、親水化のための表面処理に先立って乾燥処理が施されることも好ましい。この乾燥処理では、成形体がエアブローなどにより風乾されることが好ましい。この場合、必要に応じて常温若しくは温風によるエアブローが採用され、或いは常温でのエアブローの後に温風によるエアブローを追加的に施されてもよい。また、乾燥処理にあたっては、成形体をシリカゲル等の乾燥剤を入れたデシケータ中に静置する方法、成形体を室温以上（例えば５０℃）の温度の乾燥機中に静置する方法、真空乾燥機を使用して成形体から水分を除去する方法等が採用されてもよい。この乾燥処理により、成形体が、その吸湿率が０．１％以下になるまで乾燥されることが好ましい。
【０１１０】
プラズマ処理としては、大気圧プラズマ処理が施されることが好ましく、特にリモート方式でのプラズマ処理が施されることが好ましい。このリモート方式での大気圧プラズマ処理では、例えば図３に示されるような、吹き出し口９を有する放電空間１０と、この放電空間１０に電界を発生させるための放電用電極６，６とを備えるプラズマ処理装置が用いられる。このプラズマ処理装置では、放電空間１０にプラズマ生成用ガス７が供給されると共にこの放電空間１０内の圧力が大気圧近傍に維持され、更に放電用電極６，６間に電圧が印加されることで放電空間１０に放電を発生すると、放電空間１０内でプラズマが生成する。このプラズマを含むガス流８が吹き出し口９から吹き出されて成形体１に吹き付けられることによって、成形体１にプラズマ処理が施される。このようなプラズマ処理装置としては、例えば積水化学工業株式会社製のＡＰＴシリーズが挙げられるが、パナソニック電工株式会社、ヤマトマテリアル株式会社などから提供されている適宜のプラズマ処理装置が用いられてもよい。
【０１１１】
このようなリモート方式のプラズマ処理が採用されると、成形体の表面に向けてプラズマが吹き付けられ、このため成形体のガス供給排出用溝の内面まで充分に処理がなされる。またプラズマ処理時に成形体が放電に曝されず、このため成形体がプラズマ処理時に損傷しにくくなる。
【０１１２】
大気圧プラズマ処理は、成形体の表面に所望の親水性が付与されるように適宜設定された条件でおこなわれる。この大気圧プラズマ処理におけるプラズマ生成用ガスは、窒素ガスであることが好ましく、特にこの窒素ガス中の酸素含有量が２０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。この場合、大気圧プラズマ処理によってセパレータに特に高い親水性が付与される。
【０１１３】
また、大気圧プラズマ処理は、成形体の表面に結露が生じないように成形体の温度及び雰囲気温度が調整された条件下で行われることが好ましい。この場合、成形体の表面に付着した水滴によりプラズマが消費されてしまうことが抑制され、処理効率が向上する。成形体の温度は、前記のとおりこの成形体の表面に結露が生じない温度（露点温度）以上であることが好ましく、安定した大気圧プラズマ処理のためには７０℃以下であることが好ましい。大気圧プラズマ処理の安定化のためには、成形体の温度及び雰囲気温度が一定に保たれることも重要である。雰囲気温度の調節にあたっては、通常、プラズマ処理装置のプラズマユニット部分の温度が調節され、プラズマ処理装置の構成によってはプラズマ処理時に成形体を支える台の温度が調節される。
【０１１４】
尚、大気圧プラズマ処理にあたり、リモート方式以外の方式のプラズマ処理、例えばダイレクト方式のプラズマ処理が採用されてもよい。
【０１１５】
プラズマ処理後の成形体は、そのまま大気中に放置されてもよいが、成形体をイオン交換水などの水に浸漬させるなどしてこの成形体の表面と水と接触させる水接触処理が施されることが好ましい。
【０１１６】
このようにして大気圧プラズマ処理を含む表面処理が成形体に施されると、成形体の表面の親水性が向上すると共に、この高い親水性が長期に亘って維持されるようになる。この親水化のメカニズムの詳細は不明であるが、成形体の表面に水酸基が分布することでこの表面に水分が吸着して官能基が生成しやすくなり、更に大気圧プラズマ処理により、成形体の表面から汚染物質が除去されて活性の高い状態となると共にこの活性化された表面に水酸基等の親水性の官能基が導入されて、成形体の表面に親水性の官能基が多く形成し、これが親水性向上に寄与していると考えられる。
【０１１７】
特に成形体にプラズマ処理に先だって上記のような乾燥処理が施されると、成形体への大気圧プラズマ処理が水分子によって阻害されにくくなり、大気圧プラズマ処理の効率が向上する。
【０１１８】
尚、大気圧プラズマ処理にあたっては、成形体でアークが発生しないことが好ましい。そのためには、たとえば、プラズマ処理装置の電極部にアース装置が設置されていることなどが望ましい
またプラズマ処理後の成形体に上記のような水接触処理が施されると、成形体の表面の親水性が更に向上する。その詳細なメカニズムは明らかではないが、大気圧プラズマ処理によって活性化された成形体の表面に水分子が吸着することに起因して成形体の表面の親水性が向上すると考えられる。
【０１１９】
一方、オゾンガスによる処理は、成形体の表面にオゾンガスを接触させることでおこなわれる。
【０１２０】
成形体の表面にオゾンガスを接触させる表面処理は、例えば成形体が配置されている容器内にオゾンガスを含むガスが供給されることでおこなわれる。オゾンガスを含むガスとしては、オゾンガスと酸素ガスや空気等とを含む混合ガスが挙げられる。この表面処理におけるオゾンガス濃度は、特に限定されず、例えば３．５〜８．０容量％の範囲の比較的低濃度であっても、８．０〜１４．０容量％の範囲の比較的高濃度であってもよい。
【０１２１】
この表面処理時の処理温度は、−５０℃以上が好ましく、０℃以上であればより好ましく、室温以上であれば更に好ましい。また、成形体の耐熱性の限界を考慮し、処理温度は２００℃以下が好ましく、１００℃以下であればより好ましく、５０℃以下であれば更に好ましく、３０℃以下が最も好ましい。すなわち、処理温度は−５０℃〜２００℃の範囲であることが好ましく、０℃〜１００℃の範囲であれば更に好ましく、０℃〜５０℃の範囲であれば更に好ましく、室温以上３０℃以下の範囲が最も好ましい。
【０１２２】
この表面処理の処理時間は、１秒以上が好ましく、数秒以上であればより好ましく、１０秒以上であれば更に好ましく、０．１時間以上であれば更に好ましく、０．２時間以上が最も好ましい。またこの処理時間は、１０日以下であることが好ましく、１０時間以下であればより好ましく、５時間以下であれば更に好ましく、１時間以下であれば特に好ましい。実用的な処理時間は、長くても１〜４時間の範囲が好ましく、更に長時間処理を施す場合でも１日以下が好ましい。例えば０．１〜５時間の範囲が好ましく、０．２〜１時間の範囲が更に好ましい。
【０１２３】
この表面処理時の雰囲気圧力は常圧付近であることが好ましい。また雰囲気圧力は常圧よりも低い圧力又は高い圧力でもよいが、この場合でも雰囲気圧力は数ｈＰａ〜０．２ＭＰａの範囲であることが好ましい。
【０１２４】
これらの処理条件は、成形体に十分な量のオゾンガスを効率良く導入することができると共に、表面処理によって成形体の劣化、燃焼等が引き起こされないように、適宜設定される。
【０１２５】
表面処理にあたっては、成形体にオゾンガスを適宜の手法で接触させる。例えば処理容器内に成形体を入れ、この処理容器内にオゾンガスを含むガスを供給することで、成形体にオゾンガスを接触させることができる。
【０１２６】
表面処理が施された成形体は、そのまま大気中に放置してもよく、また水洗して乾燥してもよい。
【０１２７】
このようなオゾンガスによる処理を含む表面処理によっても、成形体の表面の親水性を向上することができる。これは、表面処理により成形体の表面でオゾンが反応することで成形体の表面に親水性の官能基が導入されるためと考えられる。
【０１２８】
成形体の表面に水酸基が分布していると、成形体の表面の親水性が著しく向上すると共にこの親水性が長期に亘って高く維持されるようになる。
【０１２９】
また、成形体中にフェノール系化合物や熱硬化性フェノール樹脂などに起因する芳香族環が存在することで、前記表面処理により生成した官能基が成形体の内部に潜り込みにくくなり、このことが、成形体の表面の親水性の向上と、親水性の長期に亘る維持とに寄与していると考えられる。
【０１３０】
オゾンガスを用いる表面処理に先立って、成形体の前記表面処理が施される面に、予めプラズマ処理が施されてもよい。このプラズマ処理が施されると、成形体の表面から汚染物質が除去されて成形体の表面が活性の高い状態となる。更にこのプラズマ処理によって成形体の表面に水酸基等の官能基を導入することができる。このため表面処理により成形体の表面にオゾンガスが更に反応しやすくなって、セパレータの表面の親水性が更に長期に亘って維持されるようになる。この場合のプラズマ処理は、成形体の表面に所望の官能基を導入できるように適宜設定された条件でおこなうことができるが、例えば、ヤマトマテリアル株式会社製の型番「ＰＤＣ２１０」を用い、プラズマ生成用ガスとして酸素を用い、印加電力１５０〜５００Ｗ、処理時間３０秒〜１０分の条件でおこなうことができる。
【０１３１】
親水性向上のための表面処理が施されることでセパレータの表面に高い親水性が付与されると共にこの親水性が長期間維持されると、ガス供給排出用溝が水滴により閉塞されにくくなり、このため燃料電池の高い発電効率が長期間維持される。
【０１３２】
このようにして成形体に親水性向上のための表面処理を施すにあたり、この成形体の表面処理が施される面の算術平均高さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１）を予め０．４〜１．６μｍの範囲としておくことが好ましい。この場合、表面処理の均一性が更に高くなると共に成形体の表面にオゾンガスが更に反応しやすくなり、成形体の表面の親水性を更に向上することができる。成形体の算術平均高さＲａの調整は、上記のように成形体中の黒鉛粒子の粒径を調整したり、上記のとおり成形体の表面にブラスト処理等を施したりすることでおこなうことができる。
【０１３３】
また、成形体に表面処理を施すにあたり、予め成形体における表面処理が施される面に形成されているガス供給排出用溝の幅（Ａ）と深さ（Ｂ）との比（Ａ／Ｂ）が１以上に形成されることが好ましい。この場合、表面処理時におけるオゾンガスがガス供給排出用溝の内部に行き渡りやすくなり、表面処理の均一性が更に高くなる。比（Ａ／Ｂ）の上限は特に制限されないが、ガス供給排出用溝を高密度に形成するためには、実用上、１０以下であることが好ましい。
【０１３４】
親水性向上のための表面処理により、セパレータの表面の水との静的接触角が０°〜５０°の範囲となることが好ましく、特に０°〜１０°の範囲となることが好ましく、０°〜５°の範囲となれば更に好ましい。この水との静的接触角は、表面処理条件を適宜設定することにより調整することができる。これにより、セパレータの表面に充分に高い親水性を付与することができる。
【０１３５】
また、親水性向上のための表面処理によって、セパレータの表面の接触抵抗が１５ｍΩｃｍ2以下となることが好ましい。この接触抵抗も、表面処理条件を適宜設定することにより調整することができる。これにより、燃料電池で発電した電気エネルギーを外部へ伝達するというセパレータの機能を高いレベルで維持することができる。
【０１３６】
尚、親水性向上のための表面処理は、上記のプラズマ処理及びオゾンガスによる処理には限られない。例えば、親水性向上のための表面処理として、成形体の表面にＳＯ3を含有するガスを接触させる処理、成形体の表面にフッ素を含有するガスを接触させる処理、成形体の表面にケイ素化合物又はアルミニウム化合物を含む改質剤化合物を含む気体を燃焼させながら吹き付ける処理、減圧プラズマ処理、など、適宜の処理が採用されてもよい。
【０１３７】
以上のようにして得られるセパレータにおける、金属成分の付着の程度は、このセパレータを９０℃の温水で１時間洗浄した後、９０℃の温度で１時間加熱乾燥する処理を施した後に、このセパレータの表面を観察することで確認される。セパレータに金属成分が付着していると、前記処理によりセパレータの表面に金属酸化物（錆）が生成する。前記処理後のセパレータの表面が目視で観察されても前記金属酸化物（錆）の存在が確認されないことが好ましい。特に、前記処理後のセパレータの表面に、直径１００μｍより大きい金属酸化物が存在しないことが好ましく、直径５０μｍより大きい金属酸化物が存在しなければ更に好ましい。また、直径３０μｍより大きい金属酸化物が存在しなければ特に好ましい。
【０１３８】
また、このセパレータの表面に表出しているＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉの総量が０．０１μｇ／ｃｍ２以下となっていることが好ましい。更に、このセパレータ２０の表面に表出しているＣｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ及びＺｎの総量が０．０１μｇ／ｃｍ２以下となっていることが好ましい。
【０１３９】
このようにセパレータの製造時に原料成分、成形用組成物、或いはセパレータから金属成分が除去されると、セパレータにおける金属成分の含有量が少なくなる。また、そのため、セパレータが水洗されるなどしてから燃料電池に組み込まれても、セパレータの表面に金属酸化物（錆）が現れにくくなる。このため、燃料電池内でのセパレータからの金属イオンの脱離が抑制され、このような金属イオンの脱離による電解質のプロトン伝導性の低下や電解質の分解が抑制され、燃料電池の性能が長期に亘って維持される。
【０１４０】
図１は、以上のようにして製造されるセパレータ２０を備える固体高分子型燃料電池の単位セルの構造の概略を示す。２枚のセパレータ２０，２０の間に、固体高分子電解質膜などの電解質４とガス拡散電極（燃料電極３１と酸化剤電極３２）などからなる膜−電極複合体（ＭＥＡ）５が介在することで、単電池（単位セル）が構成されている。この単位セルを数十個〜数百個並設されることで電池本体（セルスタック）が構成される。
【０１４１】
図２は、ガスケット１２が使用されることで構成される太陽電池の単位セルの構造の一例を示す。この単位セルは、セパレータ２０，２０、ガスケット１２，１２、膜−電極複合体５が重ねられることで構成されている。セパレータ２０の、ガス供給排出用の溝２が形成されている領域を取り囲む外周部分には、六個のマニホールド１３（二つの燃料用マニホールド１３１、二つの酸化剤用マニホールド１３２、及び二つの冷却用マニホールド１３３）が形成されている。すなわち、セパレータ２０には、凸部２１及びガス供給排出用溝２が形成されている領域を取り囲む外周部分に、燃料用貫通孔（燃料用マニホールド）１３１，１３１と酸化剤用貫通孔（酸化剤用マニホールド）１３２，１３２とが形成されている。燃料用貫通孔１３１，１３１は二つ形成されており、各燃料用貫通孔１３１，１３１はセパレータ２０の燃料電極３１と重なる面におけるガス供給排出用溝２の両端にそれぞれ連通する。酸化剤用貫通孔１３２，１３２も二つ形成されており、各酸化剤用貫通孔１３２，１３２はセパレータ２０の酸化剤電極３２と重なる面におけるガス供給排出用溝２の両端にそれぞれ連通する。また、この外周部分には、冷却用貫通孔（冷却用マニホールド）１３３も形成されている。セパレータ２０がアノード側セパレータとカソード側セパレータとで構成される場合、アノード側セパレータとカソード側セパレータの間にある冷却水が流通する流路に、冷却用マニホールド１３３が連通する。
【０１４２】
尚、本実施形態では、図２に示されるように、セパレータ２０にはストレートタイプのガス供給排出用溝２が形成されている。一般に、セパレータ２０におけるガス供給排出用溝２としては、屈曲を有するサーペンタインタイプの溝と屈曲を有さないストレートタイプの溝とがある。勿論、図２に示されるセパレータ２０において、このセパレータ２０にサーペンタインタイプのガス供給排出用溝２が形成されてもよい。
【０１４３】
セパレータ２０の厚みは例えば０．５〜３．０ｍｍの範囲に形成される。セパレータ２０のガス供給排出用の溝２の幅は例えば１．０〜１．５ｍｍ、深さは例えば０．５〜１．５ｍｍの範囲に形成される。マニホールド１３の開口面積は例えば０．５〜５．０ｃｍ２の範囲に形成される。
【０１４４】
セパレータ２０の外周部分には、シーリングのためのガスケット１２が積層される。このガスケット１２はその略中央部に膜−電極複合体５における燃料電極３１や酸化剤電極３２を収容するための開口１５を有し、この開口１５においてセパレータ２０のガス供給排出用溝２が露出する。この開口１５の外周側には、前記セパレータの燃料用貫通孔１３１、酸化剤用貫通孔１３２及び冷却用貫通孔１３３と合致する位置に、燃料用貫通孔１４１、酸化剤用貫通孔１４２及び冷却用貫通孔１４３がそれぞれ形成されている。
【０１４５】
また、膜−電極複合体５における電解質４の外周部分にも、前記セパレータの燃料用貫通孔１３１、酸化剤用貫通孔１３２及び冷却用貫通孔１３３と合致する位置に、燃料用貫通孔１６１、酸化剤用貫通孔１６２及び冷却用貫通孔１６３がそれぞれ形成されている。
【０１４６】
この単位セル構造では、セパレータ２０、ガスケット１２、及び電解質４の各燃料用貫通孔１３１．１４１，１６１が連通することで、燃料電極への燃料の供給及び排出のための燃料用流路が構成される。また、各酸化剤用貫通孔１３２，１４２，１６２が連通することで、酸化剤電極への酸化剤の供給及び排出のための酸化剤用流路が構成される。また、各冷却用貫通孔１３３，１４３，１６３が連通することで、冷却水等が流通する冷却用流路が構成される。
【０１４７】
このような燃料電池の単位セル構造において、燃料電極３１と酸化剤電極３２、並びに電解質４は、燃料電池のタイプに応じた公知の材料で形成される。固体高分子型燃料電池の場合、燃料電極３１及び酸化剤電極３２は例えばカーボンクロス、カーボンペーパー、カーボンフェルト等の基材が触媒を担持することで構成される。燃料電極３１における触媒としては例えば白金触媒、白金・ルテニウム触媒、コバルト触媒等が挙げられ、酸化剤電極３２における触媒としては白金触媒、銀触媒等が挙げられる。また、固体高分子型燃料電池の場合、電解質４は例えばプロトン伝導性の高分子膜から形成され、特にメタノール直接型燃料電池の場合は例えばプロトン伝導性が高く、電子導電性やメタノール透過性を殆ど示さないフッ素系樹脂等から形成される。
【０１４８】
ガスケット１２は、例えば天然ゴム、シリコーンゴム、ＳＩＳ共重合体、ＳＢＳ共重合体、ＳＥＢＳ、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＨＮＢＲ）、クロロプレンゴム、アクリルゴム、フッ素系ゴム等などから選択されるゴム材料から形成される。このゴム材料には粘着付与剤が配合されてもよい。
【０１４９】
セパレータ２０にガスケット１２を積層するにあたっては、例えば予めシート状又は板状に形成されたガスケット１２がセパレータ２０に接着や融着されるなどして接合される。セパレータ２０の表面上でガスケット１２を形成するための材料が成形されることによって、セパレータ２０にガスケット１２が積層されてもよい。例えば未加硫のゴム材料がスクリーン印刷等によりセパレータ２０の表面上の所定位置に塗布され、このゴム材料の塗膜を加硫されることで、セパレータ２０の表面上の所定位置に所望の形状のガスケット１２が形成される。前記加硫にあたっては、加熱、電子線などの放射線の照射、或いはその他適宜の加硫方法が採用される。この場合、薄型のセパレータ２０に対してもガスケット１２が容易に積層される。また、セパレータ２０が金型内にセットされ、このセパレータ２０の表面上の所定位置に未加硫のゴム材料が射出されると共にこのゴム材料が加熱されるなどして加硫されることで、セパレータ２０の表面上の所定位置に所望の形状のガスケット１２が形成されてもよい。このように金型成形によりガスケット１２が形成されるにあたっては、トランスファー成形のほか、コンプレッション成形、インジェクション成形等の成形法が採用され得る。
【０１５０】
金型成形によりガスケットを形成する場合には、通常２回熱処理することとなる。ガスケットが積層されたセパレータを金型から取り出してからガスケットを更に加熱することで、硬化反応を更に進行させることが好ましい。これにより、ガスケットから得られる抽出水のＴＯＣの測定値が低減する。
【０１５１】
本実施形態では、セパレータの強度が向上されているため、セパレータにガスケットが積層される際にセパレータに破損が生じにくくなる。このため、ガスケットを備えるセパレータが歩留まりよく、効率良く、製造され得る。殊に、金型成形によりガスケットが形成される場合であっても、セパレータの強度が高いため、セパレータが損傷しにくくなる。
【０１５２】
セパレータにガスケットが積層される場合には、成形用組成物が成形されることで成形体が得られてから、この成形体にガスケットが重ねられ、続いて成形体に対して上記のようなウェットブラスト処理などのブラスト処理が施され、或いは更にこれに続いて親水性向上のための表面処理が施されてもよい。
【０１５３】
セパレータには親水性向上が求められるため、従来、種々の親水性処理が検討されてきた。一方、燃料電池の生産性向上のため、セパレータ上に予めガスケットを形成することも検討されてきた。これらは各々単独に検討されてきたので、未だ多くの複合課題を抱えているのが実情である。例えば、セパレータ上にガスケットが形成される際にガスケットを構成する材料中の疎水性成分がセパレータに付着し、この疎水性成分がセパレータの表面の親水性を低下させたり、セパレータに対して施される親水性向上のための表面処理の効果を阻害したりすることがある、という問題がある。
【０１５４】
しかし、上記のように成形体にガスケットが重ねられてから、ブラスト処理が施されると、ガスケットが成形体に重ねられる際に成形体に疎水性成分が付着しても、この疎水性成分がブラスト処理によって成形体から除去される。このため、セパレータの表面の良好な親水性が維持される。また成形体に対して親水性向上のための表面処理が施される場合にはこの表面処理の作用が阻害されにくくなる。これにより、ガスケットを備え、しかも表面の親水性が高いセパレータが得られる。これにより、取り扱い性に優れ、且つ生産性の高いセパレータを提供することが可能となる。
【０１５５】
セパレータにガスケットが積層されてから、このセパレータにウエットブラスト処理が施される場合には、ウエットブラスト処理の条件は、ガスケットの表面に損傷が生じないように設定されることが好ましい。そのためには、ウエットブラスト処理の条件は、セパレータ表面の算術平均高さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１）が、０．4〜１．6μｍとなる条件であることが好ましく、０．4〜１．2μｍとなる条件であれより好ましく、０．4〜０．8μｍとなる条件であれば更に好ましい。
【０１５６】
また、ウエットブラスト処理の条件は、セパレータの接触抵抗の数値が小さくなるように調整されることが好ましい。ただし、セパレータのシール部やガスケット表面粗さが大きくなりすぎるとガスリークが発生しやすくなるため好ましくない。
【０１５７】
図４は、セパレータ２０と膜−電極複合体５とを備える複数の単位セルから構成される、燃料電池４０（セルスタック）の一例を示す。この燃料電池４０は、燃料用流路に連通する燃料の供給口１７１及び排出口１７２と、酸化剤用流路に連通する酸化剤の供給口１８１及び排出口１８２と、冷却用流路に連通する冷却水の供給口１９１及び排出口１９２とを有する。
【実施例】
【０１５８】
以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明はこの実施例には限定されない。【０１５９】
［黒鉛粒子の圧縮強度］
次に示す黒鉛粒子（粒子群）を用意した。
・黒鉛粒子Ａ：平均粒子径５５μｍ、真密度２．２４ｇ／ｃｍ３、人造黒鉛。
・黒鉛粒子Ｂ：平均粒子径４５μｍ、真密度２．０５ｇ／ｃｍ３、人造黒鉛。
・黒鉛粒子Ｃ：平均粒子径３７μｍ、真密度２．１８ｇ／ｃｍ３、人造黒鉛。
・黒鉛粒子Ｄ：平均粒子径４３μｍ、真密度２．２７ｇ／ｃｍ３、天然黒鉛。【０１６０】
上記黒鉛粒子の密度は、株式会社島津製作所製の乾式自動密度計（アキュピックII  １３４０）を用い、定容積膨張法により測定した値である。測定にあたって、ヘリウムガスを用い、導入圧（ゲージ圧）を１３４．４５ｋＰａｇ、パージ回数を１０回、ラン回数を１０回、平衡判定圧力（ゲージ圧）を０．３４５ｋＰａｇとした。【０１６１】
各黒鉛粒子中から、任意にそれぞれ１０個の粒子を選び、これらの粒子の圧縮強度を測定した。粒子の圧縮強度の測定にあたっては、株式会社島津製作所製の微小圧縮試験器（ＭＣＴ−Ｗ５００）を用い、圧縮力の増加速度４．８４２ｍＮ／秒の条件で粒子の破壊圧縮力を測定し、この測定結果に基づいて粒子の圧縮強度を算出した。この測定あたって、上面が平面状の平板を下側の圧子として用いると共に、下面が直径２０μｍの平面状である上側の圧子を用いた。下記表１に、粒子の圧縮強度の測定結果、及びその平均値である平均圧縮強度を示す。【０１６２】
【表１】
2012043319.tif 000004
【０１６３】
［実施例１〜１５及び比較例１］
各実施例及び比較例につき、表１に示す原料成分を攪拌混合機（ダルトン製「５ＸＤＭＶ−ｒｒ型」）に表１に示す組成となるように入れて攪拌混合し、得られた混合物を整粒機で粒径５００μｍ以下に粉砕した。【０１６４】
得られた粉砕物を、金型温度１８５℃、成形圧力３５．３ＭＰａ、成形時間２分の条件で圧縮成形した。次に金型を閉じたまま除圧し、３０秒間保持した後に金型を開き、成形体を取り出した。【０１６５】
得られた成形体の形状は、２００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚み１．５ｍｍであった。成形体の一面には長さ２５０ｍｍ、幅１ｍｍ、深さ０．５ｍｍのガス供給排出用溝を５７本、他面には長さ２５０ｍｍ、幅０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍのガス供給排出用溝を５８本形成した。【０１６６】
この成形体の表面に、マコー株式会社製のウエットブラスト処理装置（形式ＰＦＥ−３００Ｔ／Ｎ）を用い、砥粒としてアルミナ粒子を含むスラリー用いてブラスト処理を施した後、イオン交換水で洗浄し、更に温風乾燥した。この成形体の表面の算術平均高さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１）を測定した結果を表１に示す。【０１６７】
［曲げ強度評価］
各実施例及び比較例において、セパレータを作製する場合と同じ方法で８０ｍｍ×１０ｍｍ×４ｍｍの寸法の曲げ強度測定用の成形品を作製し、ＪＩＳ  Ｋ６９１１に準拠して曲げ強度を測定した。支点間距離は６４ｍｍ、クロスヘッドスピードは２ｍｍ／分とした。【０１６８】
［体積抵抗率］
各実施例及び比較例において、セパレータの体積抵抗率をＪＩＳ  Ｋ７１９４に従って評価した。【０１６９】
［成形性］
各実施例及び比較例で得られたセパレータの厚みをマイクロメータで、一つのセパレータにつき異なる１２箇所の位置で測定した。各実施例につき５０個のサンプルについて測定をおこない、厚みのばらつきが±１５μｍを超えるサンプルを不良と判定し、不良と判定されたサンプル数により成形性を評価した。【０１７０】
［燃料電池の起電圧変動評価］
アセチレンブラック粉末に、平均粒径が約３ｎｍの白金粒子を担持した触媒粉末（田中貴金属製、Ｐｔ／Ｃ標準品）を用意した。なお、この触媒粉末中の白金粒子の含有量は２５質量％であった。この触媒粉末をイソプロパノ−ルに分散させた後、この分散溶液と、パーフルオロカーボンスルホン酸の粉末をエタノールに分散させた分散溶液とを混合し、触媒ペーストを調製した。【０１７１】
また、平面視寸法１４３ｍ×１４３ｍ、厚み３６０μｍのカ−ボン不織布（東レ株式会社製、ＴＧＰ−Ｈ−１２０）を、フッ素樹脂を含む水性ディスパージョン（ダイキン工業製、ネオフロンＮＤ１）に含浸した後、これを乾燥し、４００℃で３０分間加熱して、拡散層となる撥水性のカーボンペーパーを作製した。【０１７２】
続いて、このカーボンペーパーの片面上に、上述の触媒ペーストをスクリ−ン印刷法により塗布して触媒層を形成し、触媒層とカーボンペーパーとが積層された電極を一対作製した。触媒層の一部は、カーボンペーパーの中に埋まり込んでいた。なお、触媒層表面に表出した白金粒子及びパーフルオロカーボンスルホン酸の量は、それぞれ０．６ｍｇ／ｃｍ２及び１．２ｍｇ／ｃｍ２であった。【０１７３】
高分子電解質膜としてパーフルオロカーボンスルホン酸膜（ジャパンゴアテックス社製、外寸１５ｃｍ×１５ｃｍ、厚み３０μｍ）を別途用意し、この高分子電解質膜の両面上に上述した一対の電極を重ねた。一対の電極はカーボンペーパー（拡散層）が外面側に配置されるようにした。これらをホットプレスで接合し、膜−電極複合体を得た。【０１７４】
各実施例及び比較例で得られたセパレータ（前記金属成分量評価において金属酸化物の付着が認められたセパレータがある場合にはこの金属酸化物が付着しているセパレータ）上の外周部分にエチレン−プロピレン−ジエンゴムをスクリーン印刷により塗布した後、加熱加硫することでガスケットを形成した。上記膜−電極複合体の両側に前記セパレータを重ねることで、財団法人日本自動車研究所標準単位セル（電極面積２５ｃｍ２）からなる燃料電池を作製した。【０１７５】
この燃料電池に、外部回路を接続した状態で、燃料ガスとして空気を２．０ＮＬ／ｍｉｎの流量で、酸化剤ガスとして水素を０．５ＮＬ／ｍｉｎの流量でそれぞれ供給することで、燃料電池を１０００時間連続的に動作させた。この燃料電池の作動時の起電圧（Ｖ）の経時的な変動の様子を調査した。その結果を、変動後の起電圧の、初期値に対する百分率（（Ｅ１／Ｅ０）×１００（％））の値で表示した。前記Ｅ１は変動後の起電圧、Ｅ０は初期の起電圧である。【０１７６】
【表２】
2012043319.tif 000005
【０１７７】
表中の各成分の詳細は次の通りである。
・熱硬化性樹脂Ａ：クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（日本化薬株式会社製、品番ＥＯＣＮ−１０２０−７５、エポキシ当量１９９、融点７５℃）。
・熱硬化性樹脂Ｂ：レゾール型フェノール樹脂（群栄化学工業株式会社製、「サンプルＡ」、融点７５℃、１３Ｃ−ＮＭＲ分析によるオルト−オルト２５〜３５％、オルト−パラ６０〜７０％、パラ−パラ５〜１０％）。
・硬化剤Ａ：ノボラック型フェノール樹脂（群栄化学工業株式会社製、品番ＰＳＭ６２００、ＯＨ当量１０５）。
・硬化剤Ｂ：多官能フェノール樹脂（明和化成株式会社製、品番ＭＥＨ−７５００、ＯＨ当量１００）。
・硬化促進剤：トリフェニルホスフィン（北興化学工業株式会社製、品番ＴＰＰ）。
・カップリング剤：エポキシシラン（日本ユニカー株式会社製、品番Ａ１８７）。
・ワックスＡ：天然カルナバワックス（大日化学工業株式会社製、品番Ｈ１−１００、融点８３℃）。
・ワックスＢ：モンタン酸ビスアマイド（大日化学工業株式会社製、品番Ｊ−９００、融点１２３℃）。【０１７８】
［実施例１６］
本実施例では、カソード側セパレータ（アノード側セパレータとみなしてもよい）を作製した。【０１７９】
このカソード側セパレータを作製するにあたり、まず実施例１の場合と同じ条件で粉砕物を圧縮成形することにより成形体を得た。【０１８０】
続いて、成形体の、燃料電池内で膜−電極複合体と対向することになる面（電極面）と、燃料電池内で冷却水が流通する流路が形成される側の面（水路面）に、それぞれウエットブラスト処理を施した。この場合、マコー株式会社製のウエットブラスト処理装置（形式ＰＦＥ−３００Ｔ／Ｎ）を用い、砥粒としてアルミナ粒子を含むスラリー用いた。処理後の成形体をイオン交換水で洗浄し、更に温風乾燥した。【０１８１】
このウエットブラスト処理後の成形体の表面の、電極面及び水路面の算術平均高さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１）を測定した結果を、表３に示す。【０１８２】
続いて、成形体の電極面上及び水路面上の各々の外周部分にエチレン−プロピレン−ジエンゴムをスクリーン印刷により塗布した後、加熱加硫することでガスケットを形成した。【０１８３】
続いて、この成形体に、前処理としてプラズマ処理を施してから、オゾンガスによる処理を施した。プラズマ処理にあたっては、プラズマ生成用ガスとして酸素を用い、印加電力３００Ｗ、処理時間３分の条件で、成形体の表面にプラズマ処理を施した。オゾンガスによる処理にあたっては、岩谷産業株式会社製のオゾンガス発生装置（半導体用）と、住友精密工業株式会社製のオゾン発生装置とを組み合わせて使用することでオゾンガス濃度を調整しながら、処理温度２５℃、オゾン濃度８ｖｏｌ％、処理時間０．２５時間の条件で成形体にオゾンガスを接触させた。【０１８４】
これにより、ガスケットを備えるカソード側セパレータを得た。【０１８５】
［実施例１７］
実施例１６において、成形体にウエットブラスト処理を施す前に、成形体の電極面上及び水路面上の各々の外周部分にエチレン−プロピレン−ジエンゴムをスクリーン印刷により塗布した後、加熱加硫することでガスケットを形成した。続いて、この成形体の電極面及び水路面に、マコー株式会社製のウエットブラスト処理装置（形式ＰＦＥ−３００Ｔ／Ｎ）を用い、砥粒としてアルミナ粒子を含むスラリー用いてウエットブラスト処理を施した後、イオン交換水で洗浄し、更に温風乾燥した。【０１８６】
このウエットブラスト処理後の成形体の表面の、電極面及び水路面の算術平均高さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１）を測定した結果を、表３に示す。【０１８７】
続いて、この成形体に、前処理としてプラズマ処理を施してから、オゾンガスによる処理を施した。プラズマ処理にあたっては、プラズマ生成用ガスとして酸素を用い、印加電力３００Ｗ、処理時間３分の条件で、成形体の表面にプラズマ処理を施した。オゾンガスによる処理にあたっては、岩谷産業株式会社製のオゾンガス発生装置（半導体用）と、住友精密工業株式会社製のオゾン発生装置とを組み合わせて使用することでオゾンガス濃度を調整しながら、処理温度２５℃、オゾン濃度８ｖｏｌ％、処理時間０．２５時間の条件で成形体にオゾンガスを接触させた。【０１８８】
これにより、ガスケットを備えるカソード側セパレータを得た。【０１８９】
［実施例１８］
実施例１６において、成形体にウエットブラスト処理を施す前に、成形体の電極面上及び水路面上の各々の外周部分にエチレン−プロピレン−ジエンゴムをスクリーン印刷により塗布した後、加熱加硫することでガスケットを形成した。続いて、この成形体の電極面及び水路面に、マコー株式会社製のウエットブラスト処理装置（形式ＰＦＥ−３００Ｔ／Ｎ）を用い、砥粒としてアルミナ粒子を含むスラリー用いてウエットブラスト処理を施した後、イオン交換水で洗浄し、更に温風乾燥した。【０１９０】
このウエットブラスト処理後の成形体の表面の、電極面及び水路面の算術平均高さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１）を測定した結果を、表３に示す。【０１９１】
続いて、この成形体にリモート方式の大気圧プラズマ処理を施した。プラズマ処理装置としては積水化学工業株式会社製のＡＰ−Ｔシリーズを使用した。処理条件は、処理幅：３００ｍｍ、プラズマユニット数：１個、サンプル−電極間距離：３ｍｍ、プラズマ生成用ガス種：窒素、ガス中の酸素含有量：１０００ｐｐｍ、ガス流量：１５０Ｌ／分、成形体の搬送速度：０．２５ｍ／分、処理時温度：２５℃とした。【０１９２】
これにより、ガスケットを備えるカソード側セパレータを得た。【０１９３】
［実施例１９］
本実施例では、カソード側セパレータ（アノード側セパレータとみなしてもよい）を作製した。【０１９４】
このカソード側セパレータを作製するにあたり、まず実施例１の場合と同じ条件で粉砕物を圧縮成形することにより成形体を得た。【０１９５】
続いて、成形体の電極面と水路面にウエットブラスト処理を施した。この場合、マコー株式会社製のウエットブラスト処理装置（形式ＰＦＥ−３００Ｔ／Ｎ）を用い、砥粒としてアルミナ粒子を含むスラリー用いた。処理後の成形体をイオン交換水で洗浄し、更に温風乾燥した。【０１９６】
このウエットブラスト処理後の成形体の表面の、電極面及び水路面の算術平均高さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１）を測定した結果を、表３に示す。【０１９７】
続いてこの成形体を金型中に配置し、この状態で金型内に硬化性フッ素ゴムを射出すると共に金型を１７０℃で５分間加熱することで、成形体の電極面上及び水路面上の各々の外周部分にガスケットを形成した。続いて金型から成形体を取り出してから、この成形体上のガスケットを常圧下で１７０℃で１時間熱処理することで硬化反応を更に進行させた。【０１９８】
続いて、この成形体に、前処理としてプラズマ処理を施してから、オゾンガスによる処理を施した。プラズマ処理にあたっては、プラズマ生成用ガスとして酸素を用い、印加電力３００Ｗ、処理時間３分の条件で、成形体の表面にプラズマ処理を施した。オゾンガスによる処理にあたっては、岩谷産業株式会社製のオゾンガス発生装置（半導体用）と、住友精密工業株式会社製のオゾン発生装置とを組み合わせて使用することでオゾンガス濃度を調整しながら、処理温度２５℃、オゾン濃度８ｖｏｌ％、処理時間０．２５時間の条件で成形体にオゾンガスを接触させた。【０１９９】
これにより、ガスケットを備えるカソード側セパレータを得た。【０２００】
［実施例２０］
実施例１９において、成形体にウエットブラスト処理を施す前に、成形体を金型中に配置し、この状態で金型内に硬化性フッ素ゴムを射出すると共に金型を１７０℃で５分間加熱することで、成形体の電極面上及び水路面上の各々の外周部分にガスケットを形成した。続いて金型から成形体を取り出してから、この成形体上のガスケットを常圧下で１７０℃で１時間熱処理することで硬化反応を更に進行させた。【０２０１】
続いて、この成形体の電極面及び水路面に、マコー株式会社製のウエットブラスト処理装置（型式ＰＦＥ−３００Ｔ／Ｎ）を用い、砥粒としてアルミナ粒子を含むスラリーを用いてウエットブラスト処理を施した後、イオン交換水で洗浄し、更に温風乾燥した。【０２０２】
このウエットブラスト処理後の成形体の表面の、電極面及び水路面の算術平均高さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１）を測定した結果を、表３に示す。【０２０３】
続いて、この成形体に、前処理としてプラズマ処理を施してから、オゾンガスによる処理を施した。プラズマ処理にあたっては、プラズマ生成用ガスとして酸素を用い、印加電力３００Ｗ、処理時間３分の条件で、成形体の表面にプラズマ処理を施した。オゾンガスによる処理にあたっては、岩谷産業株式会社製のオゾンガス発生装置（半導体用）と、住友精密工業株式会社製のオゾン発生装置とを組み合わせて使用することでオゾンガス濃度を調整しながら、処理温度２５℃、オゾン濃度８ｖｏｌ％、処理時間０．２５時間の条件で成形体にオゾンガスを接触させた。【０２０４】
これにより、ガスケットを備えるカソード側セパレータを得た。【０２０５】
［実施例２１］
実施例１９において、成形体にウエットブラスト処理を施す前に、成形体を金型中に配置し、この状態で金型内に硬化性フッ素ゴムを射出すると共に金型を１７０℃で５分間加熱することで、成形体の電極面上及び水路面上の各々の外周部分にガスケットを形成した。続いて金型から成形体を取り出してから、この成形体上のガスケットを常圧下で１７０℃で１時間熱処理することで硬化反応を更に進行させた。【０２０６】
続いて、この成形体の電極面及び水路面に、マコー株式会社製のウエットブラスト処理装置（形式ＰＦＥ−３００Ｔ／Ｎ）を用い、砥粒としてアルミナ粒子を含むスラリー用いてウエットブラスト処理を施した後、イオン交換水で洗浄し、更に温風乾燥した。【０２０７】
続いて、この成形体にリモート方式の大気圧プラズマ処理を施した。プラズマ処理装置としては積水化学工業株式会社製のＡＰ−Ｔシリーズを使用した。処理条件は、処理幅：３００ｍｍ、プラズマユニット数：１個、サンプル−電極間距離：３ｍｍ、プラズマ生成用ガス種：窒素、ガス中の酸素含有量：１０００ｐｐｍ、ガス流量：１５０Ｌ／分、成形体の搬送速度：０．２５ｍ／分、処理時温度：２５℃とした。【０２０８】
これにより、ガスケットを備えるカソード側セパレータを得た。【０２０９】
［静的接触角評価］
実施例１６〜２１で得られたセパレータを水平に配置し、その表面にスポイトでイオン交換水を垂らし、協和界面科学株式会社製の測定器（品番「ＣＡ−Ｗ１５０」）を用いて、水との静的接触角を測定した。【０２１０】
また、このセパレータを９０℃の温水中に投入して一定時間放置した後、乾燥した。放置時間は５００時間、１０００時間、１５００時間及び２０００時間とした。この処理後のセパレータについて、前記と同様に水との静的接触角を測定した。【０２１１】
その結果を表３に示す。【０２１２】
【表３】
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【符号の説明】
【０２１３】
２０  燃料電池セパレータ
４０  燃料電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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