(57)【要約】【課題】本発明は、溝からの水の排出が、効果的に促進されることで、燃料電池の発電効率を安定化させることができる燃料電池セパレータを、提供することを課題とする。【解決手段】燃料電池セパレータ２０は、熱硬化性樹脂成分の硬化物と黒鉛粒子とを含有する。この燃料電池セパレータ２０には、ガス流通用の溝２が形成されている。前記溝２の内側面の、ＩＳＯ  ２５１７８−２：２０１２で規定される算術平均高さＳａが、０．５〜１．６μｍに形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂成分の硬化物と黒鉛粒子とを含有し、ガス流通用の溝が形成されている燃料電池セパレータであって、
前記溝の内側面の、ＩＳＯ  ２５１７８−２：２０１２で規定される算術平均高さＳａが、０．５〜１．６μｍであることを特徴とする燃料電池セパレータ。
【請求項２】
前記溝の内側面に、親水化処理が施されている請求項１に記載の燃料電池セパレータ。
【請求項３】
黒鉛粒子と熱硬化性樹脂成分とを含有する成形材料を成形することで、ガス流通用の溝が形成されている成形体を作製するステップ、及び
研磨材を含有する混合液を前記溝の内側面に噴射するウエットブラスト処理を施すことで、前記溝の内側面の、ＩＳＯ  ２５１７８−２：２０１２で規定される算術平均高さＳａを、０．５〜１．６μｍに調整するステップを含む燃料電池セパレータの製造方法。
【請求項４】
前記ウエットブラスト処理の際、前記混合液を、前記成形体における前記溝が形成されている面に向けて、この面の法線に対して１０°〜３０°傾斜した方向に噴射することによって、前記混合液を前記溝の内側面に噴射する請求項３に記載の燃料電池セパレータの製造方法。
【請求項５】
前記溝の内側面に親水化処理を施すステップを更に含む請求項３又は４に記載の燃料電池セパレータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に適用される燃料電池セパレータ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池は、複数の単セルを数十〜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、燃料電池が、起電力を発生させることができる。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。近年、固体高分子電解質膜を供える固体高分子型燃料電池が、高出力の燃料電池として注目されている。
【０００３】
固体高分子型燃料電池の単セルは、例えば燃料電池用のセパレータ、ガスケット、膜−電極複合体が重ねられることで、構成されている（図２参照）。セパレータには、ガス流通用の溝が形成されている領域を取り囲む外周部分に、マニホールドが形成されている。また、必要に応じ、セパレータの外周部分に、シーリングのためのガスケットが積層される。
【０００４】
このような燃料電池を構成する部品のうち、セパレータは、ガス流通用の溝とマニホールドとが形成されている特異な形状を有している。セパレータは、燃料電池内を流れる燃料、酸化剤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したりするという、重要な役割を担っている。
【０００５】
セパレータは、例えば黒鉛粒子と樹脂成分とを含有する成形材料から形成される。この場合、例えば成形材料が金型内で成形されることで、セパレータが得られる。
【０００６】
このようなセパレータには、スキン層の除去や表面粗さ調整のためのブラスト処理、親水性を向上させるための親水化処理等が施されることがある。特に、燃料電池による発電時には、反応により生じる水が、電池特性に大きな影響を与えることが、知られている。この水を速やかに排出できることが、セパレータに求められる最も重要な特性の一つであり、そのためにはセパレータの親水化が求められている。
【０００７】
例えば、特許文献１には、エポキシ樹脂、フェノール系化合物、及び黒鉛粒子を含有する成形用組成物を成形し、これにより得られたセパレータの表面に、ウエットブラスト処理、及びリモート方式での大気圧プラズマ処理を順次施し、続いて、セパレータの表面上にガスケットを積層し、更にセパレータの表面に再度リモート方式での大気圧プラズマ処理を施すことで、ガスケット付きセパレータを得ることが、開示されている。
【０００８】
しかし、燃料電池の小型化の要請に伴い、セパレータの小型化並びにセパレータに形成される溝の微細化も進展している。それに従って、溝から水が排出されにくくなってしまう。このため、溝が微細化しても、この溝から水が速やかに排出されることが求められるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−１５０８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、溝からの水の排出が効果的に促進されることで、燃料電池の発電効率を安定化させることができる燃料電池セパレータ、並びにこのよう燃料電池セパレータを製造するための方法を、提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様に係る燃料電池セパレータは、熱硬化性樹脂成分の硬化物と黒鉛粒子とを含有し、ガス流通用の溝が形成されている燃料電池セパレータであって、前記溝の内側面の、ＩＳＯ  ２５１７８−２：２０１２で規定される算術平均高さＳａが、０．５〜１．６μｍであることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第２の態様に係る燃料電池セパレータは、第１の態様において、前記溝の内側面に、親水化処理が施されている。
【００１３】
本発明の第３の態様に係る燃料電池セパレータの製造方法は、黒鉛粒子と熱硬化性樹脂成分とを含有する成形材料を成形することで、ガス流通用の溝が形成されている成形体を作製するステップ、及び
研磨材を含有する混合液を前記溝の内側面に噴射するウエットブラスト処理を施すことで、前記溝の内側面の、ＩＳＯ  ２５１７８−２：２０１２で規定される算術平均高さＳａを、０．５〜１．６μｍに調整するステップを含む。
【００１４】
本発明の第４の態様に係る燃料電池セパレータの製造方法では、第３の態様において、前記ウエットブラスト処理の際、前記混合液を、前記成形体における前記溝が形成されている面に向けて、この面の法線に対して１０°〜３０°傾斜した方向に噴射することによって、前記混合液を前記溝の内側面に噴射する。
【００１５】
本発明の第５の態様に係る燃料電池セパレータの製造方法は、第３又は第４の態様において、前記溝の内側面に親水化処理を施すステップを更に含む。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る燃料電池セパレータによれば、燃料電池セパレータにおけるガス流通用の溝の内側面の親水性が向上し、この溝に水滴が溜まりにくくなって、溝からの水の排出が、効果的に促進される。これにより、燃料電池セパレータを備える燃料電池の安定性が向上する。
【００１７】
また、本発明に係る燃料電池セパレータの製造方法では、燃料電池セパレータにおけるガス流通用の溝の内側面の親水性を容易に向上させることができ、この溝に水滴が溜まりにくくして、溝からの水の排出を効果的に促進することができる。これにより、本発明によって製造される燃料電池セパレータを備える燃料電池の安定性が、向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態における、ウエットブラスト処理を示す概略の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態における燃料電池の単位セルを示す分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態における燃料電池を示す斜視図である。
【図４】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本発明の一実施形態におけるガスケット付きセパレータを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
図２は、本実施形態における燃料電池セパレータ（以下、セパレータという）２０、及びセパレータ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。単位セルは、セパレータ２０、ガスケット１２、並びに膜−電極複合体５が重ねられることで構成されている。膜−電極複合体５は、酸化剤電極３１、燃料電極３２、及び電解質４から構成される。
【００２１】
セパレータ２０には、ガス流通用の溝２が形成されている。セパレータ２０には、更に冷却水を流通させるための溝７が、形成されていてもよい。本実施形態では、一つの単位セルは、セパレータ２０として、カソード側セパレータ２１とアノード側セパレータ２２とを備える。カソード側セパレータ２１とアノード側セパレータ２２の各々は、その厚み方向の第一の面と、この第一の面とは反対側にある第二の面とを有する。
【００２２】
単位セル内においては、カソード側セパレータ２１の第一の面は、酸化剤電極３１と重なり、アノード側セパレータ２２の第一の面は、燃料電極３２と重なる。
【００２３】
アノード側セパレータ２２には、その第一の面に、ガス流通用の溝２として、燃料ガスを流通させるための溝２（２０２）が形成されている。アノード側セパレータ２２は、燃料ガスを流通させるための溝２０２が形成されている領域と、この領域を取り囲む外周部分とを有する。
【００２４】
また、カソード側セパレータ２１には、その第二の面に、図示はされていないが、ガス流通用の溝２として、酸化剤ガスを流通させるための溝が、形成されている。カソード側セパレータ２１は、酸化剤ガスを流通させるための溝が形成されている領域と、この領域を取り囲む外周部分とを有する。また、カソード側セパレータ２１の第二の面には、冷却水を流通させるための溝７が形成されている。
【００２５】
二つの単位セルが重ねられる際には、一方の単位セルにおけるカソード側セパレータ２１の第二の面と、他方の単位セルにおけるアノード側セパレータ２２の第二の面とが、重ねられる。このカソード側セパレータ２１と、アノード側セパレータ２２との間には、溝７から構成される流路が形成される。この流路は、冷却水を流通させるための流路である。
【００２６】
尚、冷却水を流通させるための溝は、アノード側セパレータ２２の第二の面に形成されていてもよい。また、カソード側セパレータ２１の第二の面に冷却水を流通させるための溝が形成され、且つアノード側セパレータ２２の第二の面にも冷却水を流通させるための溝が形成されていてもよい。
【００２７】
各セパレータ２０には、このセパレータ２０を貫通する孔からなるマニホールド１３が形成されている。本実施形態では、各セパレータ２０には、六個のマニホールド１３が、形成されている。これらのマニホールド１３は、各セパレータ２０の第一の面と第二の面の各々の外周部分で開口している。六個のマニホールド１３は、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を含んでいる。カソード側セパレータ２１における二つの酸化剤用貫通孔１３１，１３１は、カソード側セパレータ２１の第一の面における溝に連通する。アノード側セパレータ２２における二つの燃料用貫通孔１３２，１３２は、アノード側セパレータ２２の第一の面における溝２０２に連通する。また、カソード側セパレータ２１における二つの冷却用マニホールド１３３は、カソード側セパレータ２１の第二の面における溝７に連通する。
【００２８】
本実施形態では、図２に示されるように、セパレータ２０におけるガス流通用の溝２は、ストレートタイプである。一般に、セパレータにおける溝としては、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におけるガス流通用の溝２が、サーペンタインタイプであってもよい。
【００２９】
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のガス流通用の溝２の幅は、例えば０．５〜１．５ｍｍ、深さは、例えば０．５〜１．５ｍｍの範囲に、形成される。また、溝２の幅（Ａ）と深さ（Ｂ）との比（Ａ／Ｂ）が１以上であることが好ましい。この場合、後述する親水化処理の効率が高くなる。また、マニホールド１３の開口面積は、例えば０．５〜５．０ｃｍ2の範囲である。
【００３０】
ガスケット１２は、カソード側セパレータ２１の第一の面とアノード側セパレータ２２の第一の面との各々における外周部分上に重ねられる。これにより、燃料ガス及び酸化剤ガスのガスリークが抑制される。
【００３１】
また、二つの単位セルが重ねられる場合の、一方の単位セルにおけるカソード側セパレータ２１の第二の面と、他方の単位セルにおけるアノード側セパレータ２２の第二の面との間にも、ガスケット１２が介在する。このガスケット１２によって、冷却水の漏出が抑制される。
【００３２】
尚、カソード側セパレータ２１の第二の面と、アノード側セパレータ２２の第二の面との間は、オレフィン系樹脂接着剤等の接着剤で接着されてもよい。この場合はカソード側セパレータ２１の第二の面と、アノード側セパレータ２２の第二の面との間にガスケットが介在しなくても、冷却水の漏出が抑制される。
【００３３】
この単位セル構造では、セパレータ２０における、酸化剤用貫通孔１３１によって、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、燃料用貫通孔１３２によって、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、冷却用貫通孔１３３によって、冷却水等が流通する冷却用流路が構成される。
【００３４】
酸化剤電極３１と燃料電極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、酸化剤電極３１及び燃料電極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。酸化剤電極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、燃料電極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。
【００３５】
図３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、セパレータ２０の酸化剤用貫通孔１３１に連通する酸化剤の供給口１７１及び排出口１７２と、セパレータ２０の燃料用貫通孔１３２に連通する燃料の供給口１８１及び排出口１８２と、セパレータ２０の冷却用貫通孔１３３に連通する冷却水の供給口１９１及び排出口１９２とを、有する。
【００３６】
本実施形態では、セパレータは、熱硬化性樹脂成分の硬化物と黒鉛粒子とを含有する。セパレータには、上述の通りガス流通用の溝が形成されている。更に、この溝の内側面の、ＩＳＯ  ２５１７８−２：２０１２で規定される算術平均高さＳａが、０．５〜１．５μｍである。セパレータが熱硬化性樹脂成分の硬化物と黒鉛粒子とを含有する場合において、ガス流通用の溝の内側面が前記のような粗面形状を有していると、ガス流通用の溝の内側面の親水性が非常に高くなる。このため、ガス流通用の溝内に水が付着しても、この水が溝内で広範囲に広がりやすくなり、それによって、ガス流通用の溝に水滴が溜まりにくくなって、溝からの水の排出が、効果的に促進される。
【００３７】
このセパレータは、ガス流通用の溝内に１μＬのイオン交換水が滴下された場合、溝の長手方向に沿ったイオン交換水の広がり長さが、１０ｍｍ以上となることが好ましく、２０ｍｍ以上となれば更に好ましく、３５ｍｍ以上となれば特に好ましい。ガス流通用の溝の内側面の粗さが上記のように調整されることで、セパレータがこのような高い親水性を獲得することができる。これにより、ガス流通用の溝からの水の排出が、更に効果的に促進される。
【００３８】
ガス流通用の溝の内側面に、親水化処理が施されていることも好ましい。この場合、ガス流通用の溝の内側面の粗さが上記のように調整されることと、親水化処理が施されることとが、組み合わされることで、ガス流通用の溝の内面の親水性が、更に高くなる。これにより、ガス流通用の溝からの水の排出が、更に効果的に促進される。
【００３９】
本実施形態では、セパレータの製造方法が、黒鉛粒子と熱硬化性樹脂成分とを含有する成形材料を成形することで、ガス流通用の溝が形成されている成形体を作製するステップ、及び研磨材を含有する混合液をガス流通用の溝の内側面に噴射するウエットブラスト処理を施すことで、ガス流通用の溝の内側面の、ＩＳＯ  ２５１７８−２：２０１２で規定される算術平均高さＳａを、０．５〜１．６μｍに調整するステップを、含む。このため、ガス流通用の溝の内側面にウエットブラスト処理が施されることで、ガス流通用の溝の内側面の粗さが容易に調整されうる。これにより製造されるセパレータでは、ガス流通用の溝の内側面の親水性が、非常に高くなる。成形材料は、例えば固形分割合で、７０〜８０質量％の黒鉛粒子と、２０〜３０質量％の熱硬化性樹脂成分と、０．１〜０．５質量％の脂肪族系内部離型剤とを、含有することができる。
【００４０】
ウエットブラスト処理の際、ノズルが、混合液を、成形体におけるガス流通用の溝が形成されている面に向けて、この面に対して斜め方向に噴射することによって、混合液をガス流通用の溝の内側面に噴射することが好ましい。この場合、混合液をガス流通用の溝の内側面に容易に到達させることができ、このため、加工の難しいガス流通用の溝の内側面の粗さを更に容易に調整することができる。
【００４１】
セパレータの製造方法が、ガス流通用の溝の内側面に親水化処理を施すステップを更に含むことも、好ましい。この場合、親水化処理によっても、ガス流通用の溝の内側面の親水性を向上させることができ、このため、ガス流通用の溝からの水の排出が、更に効果的に促進される。
【００４２】
セパレータ及びその製造方法の、更に具体的な実施形態について、説明する。
【００４３】
本実施形態において、セパレータを製造するために用いられる成形材料は、黒鉛及び熱硬化性樹脂成分を、含有する。
【００４４】
黒鉛粒子は、セパレータの電気比抵抗の低減によるセパレータの導電性向上のために使用される。成形材料中の黒鉛粒子の割合は、成形材料中の固形分全量に対して７０〜９０質量％の範囲であることが好ましい。黒鉛粒子の割合が７０質量％以上であることでセパレータに充分に優れた導電性が付与されるようになり、この割合が９０質量％以下であることで成形材料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、７０質量％以上８０質量％以下の範囲であれば更に好ましい。
【００４５】
黒鉛粒子は、人造黒鉛粉及び天然黒鉛粉の、いずれであってもよい。天然黒鉛粉には導電性が高いという利点があり、人造黒鉛粉に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。例えば黒鉛粒子として、メソカーボンマイクロビーズなどの炭素質を黒鉛化して得られる黒鉛粒子、石炭系コークスや石油系コークスを黒鉛化して得られる黒鉛粒子、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、膨張黒鉛等のから選択される、一種以上が用いられる。
【００４６】
黒鉛粒子は、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の含有量が低くなるため、セパレータからの不純物の溶出が抑制される。
【００４７】
黒鉛粒子の平均粒径は、１０〜１００μｍ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、成形材料の成形性が優れたものとなる。この平均粒径が３０μｍ以上であれば、更に良好な結果が得られる。また、この平均粒径が１００μｍ以下であれば、セパレータの表面平滑性が、更に向上する。この平均粒径が７０μｍ以下であれば、更に良好な結果が得られる。
【００４８】
尚、黒鉛粒子の平均粒径は、レーザ回折・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、レーザ回折散乱法により測定される、体積平均粒径である。
【００４９】
熱硬化性樹脂成分は、例えばエポキシ樹脂、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、ポリエステル樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、ビニルエステル樹脂、及びベンゾオキサジン樹脂から選ばれる、少なくとも一種の熱硬化性樹脂を含有することができる。これらのうち、特にベンゾオキサジン樹脂、エポキシ樹脂、及び熱硬化性フェノール樹脂から選択される、少なくとも一種の熱硬化性樹脂が、用いられることが好ましい。この場合、セパレータの耐熱性及び機械的強度が特に高くなる。
【００５０】
エポキシ樹脂が用いられる場合、エポキシ樹脂は、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、及び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を含有することが好ましい。これらの樹脂は、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。
【００５１】
エポキシ樹脂が使用される場合、熱硬化性樹脂成分は、更にエポキシ樹脂の硬化剤を含有する。硬化剤は、エポキシ樹脂を硬化させる能力を有するのであれば特に限定されないが、フェノール系化合物を必須成分とすることが好ましい。このフェノール系化合物は、例えばフェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂等の各種多価フェノール樹脂から選択される少なくとも一種を含有する。フェノール系化合物が用いられる場合、フェノール系化合物の１当量に対するエポキシ樹脂の当量が、０．８〜１．２の範囲であることが好ましい。
【００５２】
熱硬化性樹脂として熱硬化性フェノール樹脂が用いられる場合は、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が挙げられる。この場合は、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しにくくなり、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分析の結果、オルト−オルト結合割合２５〜３５％、オルト−パラ結合割合６０〜７０％、パラ−パラ結合割合５〜１０％である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は軟化点を容易に調整され、融点が７０〜９０℃のレゾール型フェノール樹脂も容易に得られる。これにより、成形材料の変化が少なくなり、成形時の取り扱い性が向上する。この融点が７０℃未満であると、成形材料中で成分の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。
【００５３】
熱硬化性樹脂成分は、必要に応じて触媒（硬化促進剤）を含有してもよい。触媒としては、トリフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等の三級アミン類、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール類等が挙げられる。成形材料中の触媒の含有量は、成形材料中の熱硬化性樹脂と硬化剤の合計量に対して、０．５〜３質量％の範囲であることが好ましい。
【００５４】
触媒として、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％以下である、２位に炭化水素基を有する置換イミダゾールが、使用されてもよい。この置換イミダゾールとしては、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好ましい。この置換イミダゾールの具体例としては、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。
【００５５】
成形材料は、更に内部離型剤を含有してもよい。内部離型剤としては、適宜のものが用いられるが、特にこの内部離型剤が、１２０〜１９０℃において、成形材料中の熱硬化性樹脂及び硬化剤と相溶せずに相分離する性質を有することが好ましい。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、少なくとも一種が用いられることが好ましい。このような内部離型剤が成形材料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、離型性向上作用が良好に発揮される。
【００５６】
内部離型剤の使用量は、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が考慮されて、適宜設定される。特に成形材料全量に対する内部離型剤の割合が０．１〜２．５質量％の範囲であることが好ましい。この割合が０．１質量％以上であると金型成形時に十分な離型性が発現し、この割合が２．５質量％以下であると内部離型剤によってセパレータの表面の親水性が阻害されることが、十分に抑制される。この内部離型剤の割合は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。
【００５７】
成形材料は、必要に応じてカップリング剤等の添加剤を含有してもよい。カップリング剤としては、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などが挙げられる。特にシリコン系のカップリング剤のうち、エポキシランカップリング剤が適している。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。エポキシランカップリング剤の使用量は、成形材料の固形分全体に対して、０．５〜１．５質量％の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表面にブリードすることが、充分に抑制される。
【００５８】
成形材料は、更に炭素繊維や金属繊維などの短繊維を含有してもよい。また、成形材料は、セパレータに必要な機能が確保される範囲内で、種々の添加剤を含有してもよい。
【００５９】
成形材料は、溶媒を含有してもよい。特に薄型のセパレータが作製される場合には、成形材料が溶媒を含有することで、この成形材料が液状（ワニス状及びスラリー状を含む）に調製されてもよい。溶媒は、例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から選択される一種以上を含有することができる。
【００６０】
セパレータ中のイオン性不純物の含有量は少ないことが好ましく、特にセパレータ中のナトリウム含量が５質量ｐｐｍ以下、塩素含量が５質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。そのためには、成形材料中のイオン性不純物の含有量が低いことが好ましい。尚、イオン性不純物の含有量は、対象物の抽出水中のイオン性不純物の量に基づいて導出される。前記抽出水は、対象物１０ｇに対してイオン交換水１００ｍｌの割合で、イオン交換水中に対象物を投入し、９０℃で５０時間処理することで得られる。抽出水中のイオン性不純物は、イオンクロマトグラフィにて評価される。この抽出水中のイオン性不純物量に基づいて、対象物中のイオン性不純物の量が、対象物に対する質量比に換算して導出される。
【００６１】
成形材料は、セパレータの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。セパレータのＴＯＣが１００ｐｐｍ以下となると、燃料電池の特性低下が更に抑制される。ＴＯＣは、セパレータの質量１０ｇに対してイオン交換水１００ｍｌの割合で、イオン交換水中にセパレータが投入され、９０℃で５０時間処理された後の水溶液を用いて測定される数値である。ＴＯＣは、例えばＪＩＳ  Ｋ０１０２に準拠して、株式会社島津製作所製の全有機炭素分析装置「ＴＯＣ−５０」などで測定される。測定にあたっては、サンプルの燃焼により発生するＣＯ2濃度が非分散型赤外線ガス分析法で測定され、サンプル中の炭素濃度が定量される。この炭素濃度の測定によって、有機物質濃度が間接的に測定され、サンプル中の無機炭素（ＩＣ）、全炭素（ＴＣ）が測定され、全炭素と無機炭素の差（ＴＣ−ＩＣ）から全有機炭素（ＴＯＣ）が計測される。ＴＯＣの値は、成形材料を構成する各成分として高純度の成分が選択されたり、更に樹脂の当量比が調整されたり、成形時に後硬化処理がおこなわれたりすることで、低減される。
【００６２】
成形材料は、例えば上記のような成分が任意の順序で所定の割合で混合されることで、調製される。成分の混合のためには、例えばプラネタリミキサ、リボンブレンダー、レディゲミキサ、ヘンシェルミキサ、ロッキングミキサ、ナウタミキサ等の混合機が、用いられる。
【００６３】
成形材料が成形されることで、成形体が得られ、この成形体に表面処理が施されることで、セパレータが得られる。
【００６４】
成形材料を成形する方法は、例えば射出成形法、トランスファ成形法、圧縮成形法、押出成形法等の適宜の金型成形法から、選択される。特に圧縮成形法が採用されると、セパレータの寸法精度の向上、並びにセパレータの機械的強度の向上が、図られる。
【００６５】
成形体には、ガス流通用の溝が形成される。例えば、成形材料が金型成形される際に、溝に対応する凸部を有する金型が使用されることで、成形体に溝が形成される。尚、成形体が形成された後に、この成形体に切削加工等の機械的加工が施されることで、溝が形成されてもよい。尚、成形体には、更に冷却水を流通させるための溝が形成されてもよい。
【００６６】
圧縮成形法が採用される場合、減圧条件下又は真空条件下に金型が配置された状態で、この金型によって成形材料が成形されることが好ましい。この場合、成形体の密度ばらつきが低減すると共に、成形体の厚み精度が高くなる。特に、金型の周囲の真空度が８０ｋＰａ以上であることが好ましく、９５ｋＰａ以上であれば更に好ましい。この真空度の上限は特に制限されないが、実用上は１００ｋＰａまでである。
【００６７】
圧縮成形時の加熱温度及び圧縮圧力は、成形材料の組成、成形厚みなどにもよるが、例えば加熱温度１２０〜１９０℃の範囲、圧縮圧力１〜４０ＭＰａの範囲で設定されることが好ましい。また、成形時間が１５秒〜６００秒の範囲で設定されることが好ましい。
【００６８】
圧縮成形後、金型が冷却されてから、金型から成形体が取り出される。この成形体に、更に、加熱処理が施されてもよい。この加熱処理における加熱温度は１５０〜１８０℃の範囲であることが好ましく、加熱時間は３０秒〜１時間の範囲であることが好ましい。
【００６９】
このようにして得られた成形体に、ウエットブラスト処理が施される。このウエットブラスト処理にあたり、成形体におけるガス流通用の溝の内側面へ、研磨材を含有する混合液が噴射される。この場合、例えば成形体における、ガス流通用の溝が形成されている面全体にウエットブラスト処理が施されることによって、溝の内側面に混合液が噴射される。このウエットブラスト処理によって、ガス流通用の溝の内側面の、ＩＳＯ  ２５１７８−２：２０１２で規定される算術平均高さＳａ（arithmetical mean height of the scale limited surface; Sa）が、０．５〜１．５μｍに調整される。このようにガス流通用の溝の内側面の表面粗さが調整されると、ガス流通用の溝の内側面の親水性が非常に高くなる。
【００７０】
尚、算術平均高さＳａは、レーザ顕微鏡による三次元表面性状の測定結果から導出される。レーザ顕微鏡としては、例えば株式会社島津製作所製の３Ｄ測定レーザー顕微鏡（型番ＯＬＳ４０００）が、用いられる。
【００７１】
ウエットブラスト処理では、例えばエアブラスト処理の場合と比べて、研磨材の噴射方向の指向性が高くなり、このため、処理の際に研磨材が拡散しにくくなる。そのため、本実施形態では、ウエットブラスト処理が採用されることで、研磨材を含有する混合液が溝の内側面へ、容易に吹き付けられる。これにより、溝の内側面の表面粗さが容易に調整される。
【００７２】
ウエットブラスト処理の際、混合液が、成形体における溝が形成されている面に向けて、この面に対して斜め方向に噴射されることが、好ましい。ガス流通用の溝の内側面へは混合液が吹き付けられにくいが、混合液が斜め方向に噴射されると、混合液がガス流通用の溝の内側面へ容易に吹き付けられる。このため、ガス流通用の溝の内側面の粗さが、更に容易に調整される。
【００７３】
図１に、本実施形態における、ウエットブラスト処理の方法の一例を示す。この例では、ストレートタイプのガス流通用の溝２が形成されている成形体８が、その溝２が形成されている面が上方を向くように配置される。尚、この成形体８の、溝２が形成されている面とは反対側の面には、冷却水を流通させるための溝７も、形成されている。
【００７４】
この状態で、成形体８が、溝２の長手方向と交差する方向へ、コンベアなどの搬送装置９によって搬送される。この成形体８の搬送経路の上方には、混合液を噴射する二つのノズル６（第一のノズル６１及び第二のノズル６２）が、配置される。各ノズル６は、成形体８における溝２の長手方向に沿って長い幅広の形状を有する。各ノズル６からは混合液が、溝２の長手方向に沿って長い幅広の帯状（或いはカーテン状）に噴射される。図中に、混合液の噴射方向を、破線で示す。各ノズル６からの混合液の噴射方向は、成形体８における溝２が形成されている面の法線に対して傾斜している。また、第一のノズル６１による噴射方向の傾斜の向きは、第二のノズル６２による噴射方向の傾斜の向きとは反対である。この噴射方向の傾斜角度θ1，θ2は、適宜設定されるが、例えば成形体８における溝２が形成されている面の法線に対して１０°〜３０°であることが好ましい。尚、傾斜角度θ1，θ2は、成形体８の溝２の長手方向と直交する断面に現れる角度である。傾斜角度θ1，θ2が１０°以上であると、混合液が溝２の内側面に効果的に吹き付けられ、溝２の内側面の粗さ調整が適切になされる。また、傾斜角度θ1，θ2が３０°以下であると、成形体８における溝２の内側以外の領域（例えば隣合う二つの溝２の間に挟まれている領域）にも、ウエットブラスト処理による表面処理が効果的になされる。これにより、この領域におけるスキン層の除去及び表面粗さの調整も効果的になされる。このため、セパレータ２０の高い接触抵抗が維持されうる。
【００７５】
本例では、搬送装置９が成形体８を搬送しながら、第一のノズル６１及び第二のノズル６２の各々が混合液を噴射すると、成形体８における溝２が形成されている面の全面に亘って、ウエットブラスト処理が施され、スキン層が除去される。この際、成形体８に形成されている複数の溝２に、混合液が順次吹き付けられることで、溝２の内側にウエットブラスト処理が施される。更に、各ノズル６からの混合液の噴射方向が傾斜し、その傾斜の向きが、第一のノズル６１と第二のノズル６２とで異なるため、混合液が溝２内において両方の内側面に吹き付けられる。すなわち、第一のノズル６１から噴射される混合液によって、溝２の一方の内側面にウエットブラスト処理が施され、第二のノズル６２から噴射される混合液によって、溝２の他方の内側面にウエットブラスト処理が施される。このため、溝の内側面からスキン層が除去され、更にこの内側面の表面粗さが、容易に調整される。
【００７６】
更に、混合液は、溝２の内側以外の領域（例えば隣合う二つの溝２の間に挟まれている領域）にも吹き付けられるため、この領域におけるスキン層も除去されると共にこの領域の表面粗さの調整もなされる。これにより、セパレータ２０の接触抵抗が低減する。
【００７７】
成形体８及びセパレータ２０における、ガス流通用の溝２の内側面が、この溝２が形成されている面の法線に対して、溝２の開口を向くように傾斜していることが、好ましい。特に、この内側面の傾斜角度θ3が、溝２が形成されている面の法線に対して１〜１０°の範囲であることが好ましく、３〜７°の範囲であれば更に好ましい。尚、傾斜角度θ3は、溝２の長手方向と直交する断面に現れる角度である。例えばこの傾斜角度θ3が、５°に設定される。この場合、ウエットブラスト処理時に溝２の内側面に混合液が吹き付けられやすくなり、このため、溝２の内側面に更に効果的にウエットブラスト処理が、施される。
【００７８】
ウエットブラスト処理のために用いられる研磨材（砥粒）の材質としては、特に制限されないが、アルミナ、炭化ケイ素、ジルコニア、ガラス、ナイロン、ステンレス等が、挙げられる。また、研磨材の平均粒径は、適宜設定されるが、３〜２００μｍの範囲であることが好ましく、３〜６０μｍの範囲であることも好ましく、６〜４５μｍの範囲であることも好ましく、１５〜４０μｍの範囲であれば更に好ましい。尚、研磨材の平均粒径は、累積高さ５０％点の粒子径（ｄ５０）である。
【００７９】
尚、ウエットブラスト処理の方法は、上記に限られない。例えばノズルから広範囲に混合液が噴射される場合は、成形体が溝の長手方向と沿った方向に搬送されながら、ウエットブラスト処理が施されてもよい。ノズルの数は、二個よりも多くてもよい。一つのノズルのみが用いられてもよい。この場合、例えば成形体にウエットブラスト処理が施されてから、ノズルからの混合液の噴射方向の傾斜方向が変更され、続いて再度成形体にウエットブラスト処理が施されてもよい。成形体が搬送されずにノズルが成形体に対して移動させられることで、ウエットブラスト処理が施されてもよい。
【００８０】
本実施形態では、図１に示されるように、搬送経路の下方に、混合液を噴射する第三のノズル６３及び第四のノズル６４も、配置されている。各ノズル６３，６４は、成形体８における、冷却水を流通させるための溝７の長手方向に沿って長い幅広の形状を有する。各ノズル６３，６４からは混合液が、溝２の長手方向に沿って長い幅広の帯状（或いはカーテン状）に噴射される。各ノズル６３，６４からの混合液の噴射方向は、成形体８における溝２が形成されている面の法線に対して傾斜している。また、第三のノズル６３による噴射方向の傾斜の向きは、第四のノズル６４による噴射方向の傾斜の向きとは反対である。これにより、本実施形態では、搬送装置９が成形体８を搬送しながら、各ノズル６１，６２，６３，６４から混合液が噴射されることで、成形体８の、ガス流通用の溝が形成される面と、この面とは反対側の面（以下、水路面という）とに、同時にウエットブラスト処理が施される。このため、水路面からスキン層が除去されると共にその表面粗さが適宜調整される。
【００８１】
尚、成形体の厚み方向の両面の各々にガス流通用の溝が形成されている場合には、成形体の両面に同時にウエットブラスト処理が施されてもよい。この場合、成形体の両面の各々において、ガス流通用の溝の内側面のスキン層が除去されると共にその表面粗さが調整されてもよい。
【００８２】
ガス流通用の溝の内側面に、親水化処理が施されることも、好ましい。親水化処理は、例えばウエットブラスト処理後に施される。また、ウエットブラスト処理の後、成形体に洗浄処理が施されてから、或いはこの洗浄処理に続いて更に乾燥処理が施されてから、親水化処理が施されることも、好ましい。洗浄処理では、例えば成形体が、イオン交換水等により水洗される。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。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。
【００８３】
親水化処理は、ガス流通用の溝の内側面の親水性を向上させるための処理である。これにより、ガス流通用の溝の内側面に、更に高い親水性が付与される。親水化処理は、成形体における溝が形成されている面の全面に亘って施されてもよい。
【００８４】
親水化処理としては、ガス流通用の溝の内側面の親水性を向上させることが可能な処理であれば、特に制限されない。親水化処理は、例えば成形体をプラズマに曝露するプラズマ処理、成形体をオゾンガスに曝露するオゾンガス処理、成形体をＳＯ3に曝露するＳＯ3処理、成形体をフッ素を含有するガスに曝露させるフッ素処理、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成形体に吹き付けるフレイム処理、並びに成形体にオゾン水を接触させるオゾン水処理から、一種以上が選択される。特に、プラズマ処理が採用されることが好ましい。
【００８５】
プラズマ処理は、大気圧プラズマ処理であることが好ましく、特にリモート方式での大気圧プラズマ処理であることが好ましい。リモート方式での大気圧プラズマ処理では、例えば吹き出し口を有する放電空間と、この放電空間に電界を発生させるための放電用電極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、放電空間にプラズマ生成用ガスが供給されると共にこの放電空間内の圧力が大気圧近傍に維持され、更に放電用電極間に電圧が印加されることで放電空間に放電を発生すると、放電空間内でプラズマが生成する。このプラズマを含むガス流が吹き出し口から吹き出されて成形体に吹き付けられることによって、成形体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。
【００８６】
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、このため成形体の溝の内面まで充分に処理がなされる。このため、溝の内側面に親水化処理が、効果的に施され、溝の内側面の親水性が、効果的に向上する。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。
【００８７】
大気圧プラズマ処理は、ガス流通用の溝の内側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溝の内側面に特に高い親水性が付与される。
【００８８】
また、成形材料中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の範囲であると、プラズマ処理によってセパレータの表面の親水性が特に高くなる。
【００８９】
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い。安定した大気圧プラズマ処理のためには、成形体の温度が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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
このようにして大気圧プラズマ処理による親水化向上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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
オゾンガス処理が採用される場合、成形体の表面にオゾンガスを接触させることで、処理がおこなわれる。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。続いて、成形体は、そのまま大気中に放置されてもよく、水洗されてから乾燥されてもよい。
【００９６】
オゾンガスを含むガスは、更に酸素ガス、空気等を含有してもよい。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。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。処理時間は、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。処理時の雰囲気圧力は常圧付近であることが好ましいが、常圧よりも低い圧力又は高い圧力でもよく、例えば数ｈＰａ〜０．２ＭＰａの範囲であることが好ましい。
【００９７】
このようなオゾンガス処理によって親水性が向上する理由は、セパレータの表面でオゾンが反応することでセパレータの表面に親水性の官能基が導入されるためであると、考えられる。成形材料中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の範囲であると、オゾンガス処理によってセパレータの表面の親水性が特に高くなる。尚、オゾンガス処理の前処理として、成形体に、プラズマ生成用ガスとして酸素を用いるプラズマ処理等が施されてもよい。
【００９８】
ＳＯ3処理が採用される場合、例えば成形体の表面にＳＯ3を含有するガス（ＳＯ3含有ガス）を接触させることで、処理がおこなわれる。この場合、例えば成形体が耐酸性の密閉容器に収容され、この密閉容器内にＳＯ3含有ガスが流通された状態が、一定時間保持される。尚、ＳＯ3含有ガスが内部を流通する室内に成形体が連続的に通過させられてもよい。
【００９９】
ＳＯ3含有ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス、酸素、炭酸ガスなどを、更に含有してもよい。ＳＯ3含有ガスが、ガス状のルイス塩基を、更に含有していてもよい。ＳＯ3含有ガス中のＳＯ3濃度は、０．１〜８０体積％の範囲であることが好ましく、０．１〜１０体積％であればより好ましく、０．１〜５体積％であれば更に好ましい。処理時の密閉容器における、ＳＯ3含有ガス中のＳＯ3ガスのみの、１分間あたりの流量は、密閉容器の容量の０．５〜５倍量の範囲であることが好ましく、またこの流量が、０．０１〜１００００ｍｌ／分の範囲であることが好ましい。また、処理温度は、２０℃〜１００℃の範囲が好ましく、３０℃〜８０℃であればより好ましく、４０℃〜７０℃であれば更に好ましい。また、処理時間は、０．１秒〜１２０分の範囲であることが好ましく、１〜６０分の範囲であればより好ましい。ＳＯ3処理に続いて、直ちに水洗、重曹水溶液及び石灰水等のアルカリ溶液による処理等の後処理が施されることも好ましい。特に後処理が、成形体をアルカリ溶液で洗浄する処理と、それに続いて成形体を１０℃以上のイオン交換水で洗浄する処理とを含むことが、好ましい。
【０１００】
ＳＯ3処理が施されると、成形体の表面にＳＯ3が反応することでスルホン酸基が生成し、これが成形体の表面に分布することで、成形体の親水性が向上する。特にＳＯ3処理前の成形体の表面に水酸基が分布していると、ＳＯ3処理によって成形体の表面でのスルホン酸基の生成が著しく促進される。また、成形材料中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の範囲であると、ＳＯ3処理によって成形体の表面の親水性が特に高くなる。また、ＳＯ3処理の前処理として、成形体に、プラズマ生成用ガスとして酸素を用いるプラズマ処理、加熱処理、火炎処理、コロナ処理、紫外線照射処理等が施されてもよい。
【０１０１】
フッ素処理が採用される場合、フッ素処理は、例えば成形体の表面にフッ素を含有するガス（フッ素含有ガス）を接触させることでおこなわれる。この場合、例えば成形体が密閉容器に収容され、この密閉容器内が減圧されてから、密閉容器内に窒素ガス等の不活性ガスが供給され、続いて密閉容器内にフッ素ガスが供給される。処理後の成形体は、そのまま大気中に放置されてもよく、また水洗されてから乾燥されてもよい。
【０１０２】
フッ素含有ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス、酸素、炭酸ガスなど更に含有してもよい。フッ素含有ガス中のフッ素濃度は、０．０１〜１００体積％の範囲であることが好ましい。フッ素処理の処理条件は、セパレータに充分な量のフッ素が効率良く導入され、且つセパレータの劣化、燃焼等が引き起こされないように設定される。例えば処理温度は、−５０℃以上２００℃以下が好ましい。この処理温度は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、この処理温度が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。処理時間は、１秒以上１０日以下が好ましい。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、長時間処理を施す場合でも１日以下が好ましい。また、雰囲気圧力は常圧付近であることが好ましいが、常圧よりも低い圧力又は高い圧力でもよく、例えば数ｈＰａ〜０．２ＭＰａの範囲であることが好ましい。
【０１０３】
フッ素処理によって成形体の表面の親水性が向上するのは、成形体の表面にフッ素が結合し、更にこれが水と反応することで、セパレータの表面に−ＣＯＯＨ基が分布するためであると、考えられる。成形材料中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の範囲であると、フッ素処理によって成形体のの表面の親水性が特に高くなる。尚、フッ素処理の前処理として、プラズマ生成用ガスとして酸素を用いるプラズマ処理等が施されてもよい。
【０１０４】
フレイム処理が採用される場合、フレイム処理は、例えば成形体の表面に、改質剤化合物を含有する燃焼性ガスが、燃焼させられながら吹き付けられることで、おこなわれる。この場合、例えば燃焼性ガスをバーナー等で燃焼させ、更にこの燃焼性ガスをセパレータに向けてカーテン状に吹き付けながら、成形体を移動させることで、処理がおこなわれる。
【０１０５】
改質剤化合物は、ケイ素化合物又はアルミニウム化合物を含有する。ケイ素化合物及びアルミニウム化合物には、特に制限はない。入手のし易さや取り扱いの容易さを考慮すると、ケイ素化合物は、アルキルシラン化合物、アルコキシシラン化合物、シロキサン化合物、シラザン化合物からなる群から選択される少なくとも一種の化合物であることが好ましい。また、アルミニウム化合物は、アルキルアルミニウム化合物及びアルコキシアルミニウム化合物から選択される少なくとも一種の化合物であることが好ましい。これらの改質剤化合物は一種単独で用いられても、複数種が併用されてもよい。改質剤化合物の具体的な一例としては、ケイ素化合物を含む株式会社イトロ製のイトロ処理剤が挙げられる。燃焼性ガス中の改質剤化合物の割合は、特に制限されないが、１×１０-10〜１０モル％の範囲であることが好ましい。また、燃焼性ガスに空気を含有させることで、火炎の温度を制御したり、キャリア効果を発揮させたりしてもよい。燃焼性ガスが、燃焼用燃料として、プロパンガスとＬＰＧ（液化石油ガス）等の炭化水素ガスを含有することも好ましい。燃焼ガスの燃焼温度は、例えば５００〜１５００℃の範囲に設定される。燃焼性ガスの吹きつけ時間は、例えば成形体の面積１００ｃｍ2あたり、０．１〜１００秒の範囲に設定される。
【０１０６】
フレイム処理によって親水性が向上するのは、成形体の表面に微細な酸化ケイ素、酸化アルミニウム等の粒子が付着するためであると、考えられる。特に成形体の表面に水酸基が分布していると、この水酸基によって、粒子が成形体に強固に結合する。このため、成形体から粒子が脱落しにくくなり、このため、成形体の表面の親水性が長期に亘って高く維持される。成形材料中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の範囲であると、フレイム処理によって成形体の表面の親水性が特に高くなる。尚、フレイム処理の前処理として、プラズマ生成用ガスとして酸素を用いるプラズマ処理等が施されてもよい。
【０１０７】
オゾン水処理が採用される場合、オゾン水処理は、成形体にオゾン水が接触させられることで、おこなわれる。これにより、成形体の表面の親水性が向上する。これは、オゾンによって成形体の表面が酸化されることで、カルボキシル基や水酸基等の官能基が生成するためであると、考えられる。オゾン水の濃度は、５０ｐｐｍよりも大きいことが好ましく、８０ｐｐｍ以上であれば更に好ましい。また、このオゾン水の濃度は１１０ｐｐｍ以下であることが好ましい。オゾン水処理にあたっては、成形体をオゾン水中に浸漬するなど、適宜の手法が採用される。処理条件は、適宜設定されるが、オゾン水の温度は常温以下であることが好ましく、特に０〜４℃の範囲が好ましい。また、成形体とオゾン水との接触時間（処理時間）は１０時間以上であることが好ましい。
セパレータは、ガスケットを備えてもよい。以下、ガスケットを備えないセパレータを、単にセパレータ２０といい、ガスケットを備えるセパレータを、ガスケット付きセパレータ３０という。ガスケット付きセパレータ３０は、セパレータ２０とガスケット１２とが積層している構造を有する。ガスケット付きセパレータ３０の例としては、例えばカソード側セパレータ２１とその第一の面に重ねられるガスケット１２とを備えるガスケット付きセパレータ３１（図４（ａ）参照）、並びにアノード側セパレータ２２とその第一の面に重ねられるガスケット１２とその第二の面に重ねられるガスケット１２とを備えるガスケット付きセパレータ３２（図４（ｂ）参照）が、挙げられる。
【０１０８】
ガスケットは、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。
【０１０９】
ガスケット付きセパレータを得るにあたっては、例えば、予めシート状又は板状に形成されたガスケットが、成形体又はセパレータに接着、融着されるなどして、接合される。
【０１１０】
また、成形体又はセパレータの表面上でガスケットを形成するための材料が成形されることで、ガスケットが、形成されてもよい。この場合、例えば成形体又はセパレータの表面上でガスケットを形成するための材料がスクリーン印刷法等により塗布され、続いてこの材料が硬化されることで、成形体又はセパレータ上にガスケットが、形成されてもよい。例えば未加硫のゴム材料がスクリーン印刷等により成形体又はセパレータの表面上の所定位置に塗布され、このゴム材料の塗膜が加硫されることで、成形体又はセパレータの表面上の所定位置に所望の形状のガスケットが形成されてもよい。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、薄型の成形体又はセパレータに対してもガスケットが容易に積層される。
【０１１１】
また、成形体又はセパレータが金型内にセットされ、この成形体又はセパレータ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、成形体又はセパレータの表面上の所定位置に所望の形状のガスケット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が形成されるにあたっては、トランスファ成形のほか、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。
【０１１２】
金型成形によりガスケットが形成される場合には、ガスケットが積層された成形体又はセパレータが金型から取り出されてから、ガスケットが、更に加熱されることが好ましい。この場合、ガスケットの硬化反応が、更に進行し、これにより、ガスケットからの不純物の溶出が、抑制される。
【０１１３】
ガスケット付きセパレータが製造される場合には、例えば、成形体に溝の内側面の表面粗さを調整するためのウエットブラスト処理が施されてからこの成形体に、ガスケットが積層され、続いてこの成形体に、溝の内側面の表面粗さを調整するためのウエットブラスト処理が施される。更に、これに続いて、成形体に上述の親水化処理が施されてもよい。
【０１１４】
また、ガスケット付きセパレータが製造される場合に、成形体にガスケットが積層されてから、この成形体に、溝の内側面の表面粗さを調整するためのウエットブラスト処理が施されてもよい。この場合、ガスケットが成形体に重ねられる際に、ガスケットを形成するための材料に由来する成分が成形体に付着しても、この成分がウエットブラスト処理によって成形体から除去される。このため、ガスケットを形成するための材料に由来する成分によって溝の内側面の親水性が低下することが、抑制される。また，ガスケットを形成するための材料に由来する成分が除去されると同時に、溝の内側面の表面粗さが調整されるため、ガスケット付きセパレータの製造効率が向上する。また、ウエットブラスト処理に続いて、ガスケットが積層されている成形体に、上述の親水化処理が施されてもよい。
【実施例】
【０１１５】
以下、本発明の実施例について説明する。尚、本発明は、これらの実施例には限定されない。
【０１１６】
［実施例１〜６、比較例１，２］
各実施例につき、後掲の表に示す原料成分を、攪拌混合機（ダルトン製「５ＸＤＭＶ−ｒｒ型」）に、後掲の表に示す組成となるように入れて攪拌混合した。これにより得られた混合物を整粒機で粒径５００μｍ以下に粉砕することで、成形材料を得た。
【０１１７】
この成形材料を用いて、次のようにして成形体を形成した。まず、上型と下型とからなる金型を真空チャンバー内に配置した。この金型の下型上に成形材料を配置してから、５秒間経過した時点で、真空チャンバー内の減圧を開始し、１０秒間かけて真空チャンバー内を９７ｋＰａの真空度まで到達させた。続いて、上型を下型に向けて降下させて型締めすることで、成形材料を圧縮成形した。圧縮成形条件は、金型温度１７０℃、成形圧力３５．３ＭＰａ、成形時間３分とした。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、続いて金型から成形体を取り出した。
【０１１８】
得られた成形体の形状は、平面視２００ｍｍ×２５０ｍｍの矩形状であり、厚みは最も厚い箇所で１．５ｍｍ、最も薄い箇所で０．５ｍｍであった。また、圧縮成形によって、成形体の片側の面（第一の面）には、幅０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍ、内側面の傾斜角度θ3が５°の、ストレートタイプの溝を２５本形成した。また、第一の面とは反対側の面（第二の面；水路面）には幅０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍのストレートタイプの溝を２５本形成した。この成形体を、「形状Ａ」の成形体という。
【０１１９】
また、「形状Ａ」の成形体において、第一の面に形成される溝の幅を１．０ｍｍとした成形体の得た。この成形体を、「形状Ｂ」の成形体という。
【０１２０】
また、「形状Ａ」の成形体において、溝の幅を２．０ｍｍとした成形体も得た。この成形体を、「形状Ｃ」の成形体という。
【０１２１】
続いて、各成形体の第一の面に、ウエットブラスト処理を施した。処理にあたっては、成形体を、その第一の面が上方に向く状態で、溝の長手方向と直交する方向に搬送した。この成形体の搬送経路の上方に、成形体における溝の長手方向に沿って長い幅広（幅２５０ｍｍ）のノズルを、二つ配置した。但し、比較例１については、ノズルを一つだけ配置した。ノズルからは、研磨材（アルミナ粉）を含有する混合液を噴射した。ノズルからの混合液の噴射方向の傾斜角度θ1、θ2を、後掲の表に示す。また、混合液中の研磨材の粒径ｄ５０も、後掲の表に示す。
【０１２２】
ウエットブラスト処理後に、成形体における第一の面の溝の内側面の三次元表面性状を３Ｄ測定レーザー顕微鏡で測定し、その結果に基づいて、溝の内側面の、ＩＳＯ  ２５１７８−２：２０１２で規定される算術平均高さＳａを導出した。その結果、Ｓａが０．５μｍ未満の場合を「１」、０．５μｍ以上０．８μｍ未満の場合を「２」、０．８μｍ以上１．２μｍ未満の場合を「３」、１．２μｍ以上１．６μｍ以下の場合を「４」と、評価した。その結果は、後掲の表の、「溝の内側面の算術平均高さ評価」に示す通りである。
【０１２３】
続いて、成形体をイオン交換水で洗浄し、更に温風乾燥し、続いて、成形体にリモート方式の大気圧プラズマ処理を施した。大気圧プラズマ処理にあたり、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、サンプル搬送速度：０．２５ｍ／分、処理時温度：２５℃とした。
【０１２４】
［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、支点間距離６４ｍｍ、クロスヘッドスピード２ｍｍ／分の条件で曲げ強度を測定した。その結果を、後掲の表に示す。
【０１２５】
［曲げ弾性率評価］
上記曲げ強度評価の測定時に、同時にＪＩＳ  Ｋ６９１１に準拠して曲げ弾性率を測定した。その結果を、後掲の表に示す。
【０１２６】
［溝親水性評価］
各セパレータの第一の面における溝内に、１μＬのイオン交換水を滴下した。この場合、溝の長手方向に沿ったイオン交換水の広がり長さを測定した。その結果、広がり長さが１５ｍｍ未満の場合を「１」、広がり長さが１５ｍｍ以上３０ｍｍ未満の場合を「２」、広がり長さが３０ｍｍ以上の場合を「３」と、評価した。
【０１２７】
［接触抵抗評価］
各セパレータの上下にカーボンペーパーを配置し、更にその上下に銅板を配置し、上下方向に面圧１ＭＰａの圧力をかけた。そして、２枚のカーボンペーパー間の電圧を電圧計で測定すると共に２枚の銅板間の電流を電流計で測定し、その結果から接触抵抗を計算した。なお、使用したカーボンペーパーは、東レ社製のＴＧＰ−Ｈ−Ｍシリーズ（０９０Ｍ：厚さ０．２８ｍｍ、１２０Ｍ：厚さ０．３８ｍｍ）である。その結果を表１に示す。
【０１２８】
［限界酸素利用率評価］
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。これによりガスケット付きセパレータを得た。更にこのガスケット付きセパレータと、膜−電極複合体とを使用して、財団法人日本自動車研究所標準単セル（電極面積２５ｃｍ２）からなる燃料電池を作製した。この燃料電池に、外部回路を接続した状態で、燃料利用率６０％、電流密度０．３Ａ／ｃｍ２の条件で酸素利用率３０％から５％ずつ上げならが、作動させた。セル電圧が６００ｍＶを下回ったところで試験を中止した。各酸素利用率で５時間の運転試験を行い、セル電圧の振れがみられず安定的に運転できる最も高い酸素利用率を、限界酸素利用率と評価した。この限界酸素利用率が高い場合、セパレータの溝が水滴の付着によって閉塞されることが抑制されることで、発電の安定性が高くなっているといえる。
【０１２９】
【表１】
2014154475.tif 000003
【０１３０】
尚、本実施例で使用した成分の詳細は次の通りである。尚、表中の配合割合は、全ての成分を固形分に換算した割合である。
・エポキシ樹脂：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「ＥＯＣＮ−１０２０−７５」、エポキシ当量１９９、融点７５℃）。
・硬化剤：ノボラック型フェノール樹脂（群栄化学工業株式会社製「ＰＳＭ６２００」、ＯＨ当量１０５）。
・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「ＴＰＰ」）。
・天然黒鉛（株式会社中越黒鉛工業所製「ＷＲ５０Ａ」、平均粒径５０μｍ、灰分０．０５％、ナトリウムイオン４ｐｐｍ、塩化物イオン２ｐｐｍ）。
・人造黒鉛（ＳＥＣカーボン株式会社製「ＳＧＰ１００」、平均粒径１００μｍ、灰分０．０５％、ナトリウムイオン３ｐｐｍ、塩化物イオン１ｐｐｍ）。
・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「Ａ１８７」）。
・内部離型剤Ａ：天然カルナバワックス（大日化学工業株式会社製「Ｈ１−１００」、融点８３℃）。
・内部離型剤Ｂ：モンタン酸ビスアマイド（大日化学工業株式会社製「Ｊ−９００」、融点１２３℃）。
【符号の説明】
【０１３１】
２０  セパレータ
２    ガス流通用の溝
８    成形体
【図１】
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【図２】
2014154475.tif 000005
【図３】
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【図４】
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