(57)【要約】金属基板（３０）と、金属基板（３０）の表面上の樹脂導電層（３２）とを有するセパレータ（２０）が提供される。樹脂導電層（３２）は、樹脂（３３）と、樹脂（３３）内に分散された導電性物質（３４、３４Ａ、３４Ｂ）とを含む。セパレータ（２０）は、導電性物質（３４、３４Ａ、３４Ｂ）の樹脂（３３）に対する割合が金属基板（３０）から、セパレータ（２０）の表面へ向けて連続的に増加するように構成される。
2014010491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基板と、該金属基板の表面上の樹脂導電層とを有し、該樹脂導電層は、樹脂と、該樹脂内に分散された導電性物質とを含む燃料電池用セパレータにおいて、
前記導電性物質の前記樹脂に対する割合が前記金属基板から、前記燃料電池用セパレータの表面に向けて連続的に増加することを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
前記樹脂導電層は主樹脂導電層を構成し、
前記燃料電池用セパレータは前記主樹脂導電層と前記金属基板との間に副樹脂導電層を備え、該副樹脂導電層は、副層樹脂と、該副層樹脂内に分散された副層導電性物質とを含み、前記副樹脂導電層は前記金属基板から金属イオンが溶出することを防止することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
金属基板の表面は、燃料電池のガス拡散層または他のセパレータに接触する接触部位と、前記ガス拡散層または前記他のセパレータに対して接触不能であるとともに水路を画定する非接触部位とを有し、
前記主樹脂導電層および前記副樹脂導電層は、前記接触部位および前記非接触部位に形成され、
前記非接触部位において、前記主樹脂導電層が親水性を有する請求項２に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
金属基板の表面に対して、調合された樹脂および第１導電性物質を付着させて未硬化の樹脂導電層を形成する第１工程と、
前記未硬化の樹脂導電層の表面に対して、第２導電性物質を付着させる第２工程と、
前記未硬化の樹脂導電層を硬化させる第３工程であって、硬化時に、表面を覆われた金属基板を加圧することにより、前記樹脂を前記第２導電性物質の間に入り込ませて硬化させる前記第３工程とを含む燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項５】
前記第２工程は、前記第２導電性物質を溶媒に混合し、その混合物を前記第１工程で形成された未硬化の樹脂導電層上に付着させる工程を含み、前記樹脂は、前記溶媒に対し難溶性を有することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項６】
金属基板の表面に対して、調合された第１層樹脂および第１層導電性物質を付着させて、未硬化の第１樹脂導電層を形成する第１工程と、
前記未硬化の第１樹脂導電層の表面に対して、調合された第２層樹脂および第２層導電性物質を付着させて、未硬化の第２樹脂導電層を形成する第２工程であって、前記第２層導電性物質の前記第２層樹脂に対する割合は、前記第１層導電性物質の前記第１層樹脂に対する割合よりも多い前記第２工程と、
前記未硬化の第１樹脂導電層および第２樹脂導電層を硬化させる第３工程とを含む燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項７】
金属基板の表面に対して、調合された副層樹脂および副層導電性物質を付着させて、未硬化の副樹脂導電層を形成する第１工程と、
前記未硬化の副樹脂導電層を硬化させる工程と、
前記副樹脂導電層の表面に対して、調合された主層樹脂および第１導電性物質を付着させて、未硬化の主樹脂導電層を形成する第２工程と、
前記未硬化の主樹脂導電層の表面に対して、第２導電性物質を付着させる第３工程と、
前記未硬化の主樹脂導電層を硬化させる第４工程であって、表面を覆われた金属基板を加圧することにより、前記主層樹脂を前記第２導電性物質の間に入り込ませた後、前記主層樹脂を硬化させる前記第４工程とを含む燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項８】
前記第３工程は、前記第２導電性物質を溶媒に混合し、その混合物を前記第１工程で形成された未硬化の副樹脂導電層上に付着させる工程を含み、前記主層樹脂は、前記溶媒に対し難溶性を有することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項９】
金属基板の表面に対して、調合された副層樹脂および副層導電性物質を付着させて、未硬化の副樹脂導電層を形成する第１工程と、
前記未硬化の副樹脂導電層を硬化させる工程と、
前記副樹脂導電層の表面に対して、主層樹脂を付着させて、未硬化の樹脂層を形成する第２工程と、
前記未硬化の樹脂層の表面に対して、導電性物質を付着させる第３工程と、
表面を覆われた金属基板を加圧することにより、前記未硬化の樹脂層の主層樹脂を前記導電性物質の間に入り込ませて硬化させ、主樹脂導電層を形成する第４工程とを含む燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１０】
前記第３工程は、前記導電性物質を溶媒に混合し、その混合物を前記第１工程で形成された未硬化の副樹脂導電層上に付着させる工程を含み、前記主層樹脂は、前記溶媒に対し難溶性を有することを特徴とする請求項９に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１１】
前記金属基板の表面は、燃料電池のガス拡散層または他のセパレータに接触する接触部位と、前記ガス拡散層または前記他のセパレータに対して接触不能であって、水路を画定する非接触部位とを有し、
前記第１工程では、前記金属基板の接触部位及び非接触部位に対して前記副層樹脂および前記副層導電性物質を付着させ、
前記未硬化の副樹脂導電層を硬化させる工程では、前記第１工程において、前記接触部位及び非接触部位に形成された前記未硬化の副樹脂導電層を硬化させ、
前記第２工程では、前記接触部位及び非接触部位の副樹脂導電層の表面に対して、調合された主層樹脂および第１導電性物質を付着させて、未硬化の主樹脂導電層を形成し、
前記第３工程では、前記第２工程で形成された未硬化の主樹脂導電層のうち前記接触部位を覆う部分に対して第２導電性物質を付着させ、
前記第４工程では、前記表面を覆われた金属基板を加圧することにより、前記接触部位を覆う部分における前記主層樹脂を前記第２導電性物質の間に入り込ませた後、前記主層樹脂を硬化させ、
前記第４工程の後に、前記主樹脂導電層のうち前記非接触部位を覆う部分に対して親水化処理を行う第５工程をさらに含む請求項７に記載の燃料電池用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、燃料電池用セパレータ及び燃料電池用セパレータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型の燃料電池は、イオン交換膜からなる電解質膜、及び電解質膜を挟む一対の電極を有する膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｅｍｂｌｙ）と、ＭＥＡを挟む一対のセパレータとを備えている。一対のセパレータの各々と、ＭＥＡとの間にはガス流路が形成されている。一方のガス流路には燃料ガス（例えば水素ガス）が供給され、他方のガス流路には酸化ガス（例えば、空気）が供給されるようになっている。前記セパレータとしては、従来、金属製セパレータが提案されている。金属製セパレータには、高い導電性を有すること、燃料ガスに対して高いガス気密性を有すること、および燃料ガス及び酸化ガスの酸化還元反応に対して高い耐食性を有することが求められている。このような金属製セパレータの材料としては、例えば、ステンレス材（ＳＵＳ）、チタンがある。【０００３】
このような金属製セパレータとしては特許文献１、特許文献２が公知である。特許文献１のセパレータでは、図２１（ａ）に示すように、金属基板１００の表面に、樹脂１０２と金属炭化物からなる導電性充填剤１０４とを混合した樹脂導電層１０６が設けられている。前記樹脂導電層１０６において、導電性充填剤１０４の体積当たりの含有量は、金属基板１００（基材界面）からセパレータの表面へ向けて連続的に減少するように構成されている（以下、第１の従来セパレータという）。【０００４】
また、特許文献１では、図２１（ｂ）に示すように、前記樹脂導電層１０６の表面に対して、炭素系材料からなる導電性充填剤１１０を含有するとともに、前記樹脂導電層１０６の表面より体積抵抗率の低い低電気抵抗層１０８が設けられた金属セパレータも提案されている（以下、第２の従来セパレータという）。図２１（ｂ）に示される構成によると、ＧＤＬ（ガス拡散層）との接触抵抗を大きく低下できるという利点が得られる。【０００５】
特許文献２では、図２３に示すように金属基板１００の表面に形成された第１の樹脂層１２０と、第１の樹脂層１２０の表面に配置された第２の樹脂層１３０とを備えた金属セパレータが提案されている（以下、第３の従来セパレータという）。第１の樹脂層１２０および第２の樹脂層１３０には導電性充填剤１１８が含まれている。第２の樹脂層１３０の体積抵抗率は第１の樹脂層１２０の体積抵抗率よりも小さく設定されている。【０００６】
図２２は、前記従来例の導電層または樹脂層の膜厚方向における位置と導電性充填剤（導電性粒子）の割合との関係を示している。実線は、図２１（ａ）に示される例、点線は図２１（ｂ）に示される例、一点鎖線は図２３に示される例を示している。【０００７】
また、特許文献３では、燃料電池用セパレータの製造方法が提案されている（第１の従来方法という）。第１の従来方法では、図２４（ａ）に示すように導電性物質２０２を含む第１樹脂シート２００と、導電性物質２０２を含む第２樹脂シート２１０とを、図２４（ｂ）に示すように金属基板１００上に重ねて貼り合わせるとともに熱プレス加工により金属基板１００と一体に連結する。第２樹脂シート２１０の導電性物質２０２の含有量は、第１樹脂シート２００の導電性物質２０２の含有量よりも多い。連結の後、図２４（ｃ）に示すように樹脂の融点以上で熱処理して、セパレータの表面処理を行なう。【０００８】
また、燃料電池用セパレータを製造するために、一般的に行われている方法では、図２５に示すように、導電性物質１４０と樹脂とが混合された混合液を金属基板１００に塗布して硬化させ樹脂層１５２を形成した後、その層の表面に同様にして、導電性物質１４０と樹脂とが混合された混合液を塗布、及び硬化させて、順次、樹脂層１５４、１５６、１５８を形成することが行われている（第２の従来方法という）。【０００９】
特許文献４には、燃料電池用セパレータの製造方法として、導電性セラミックと樹脂（バインダー樹脂）との混合液を金属基板に塗布し、塗布後にオーブンで乾燥して焼き付けることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−１４２７２号公報
【特許文献２】特開２００６−２６９０９０号公報
【特許文献３】特開２００５−２４３３５４号公報
【特許文献４】特開２００７−２７３４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
第１の従来セパレータは、ＭＥＡの表面に設けられるＧＤＬ（ガス拡散層）とセパレータ表面との間における導電性パスが少ないため接触抵抗が高くなる。【００１２】
また、燃料電池を構成するために、セパレータ同士を接続する場合、或いは、多孔体を介してセパレータをＧＤＬに接続する場合、それらの接触抵抗が高くなるという問題がある。これは、例えば、セパレータ同士を電気的に接続する場合を考えると、両セパレータの互いに接触する表面がそれぞれ１００％の導電性パスを備える場合、相互に接続すると１００％の導電性パスが得られることになる。一方、セパレータの互いに接触する表面がそれぞれ８０％の導電性パスを備える場合、相互に接続すると８０（％）×８０（％）＝６４％の導電性パスしか得られないことになる。このような導電性パスの減少により、接触抵抗が高くなる。【００１３】
第２の従来セパレータは、表面に低電気抵抗層を備えるため、第１の従来セパレータよりも、ＧＤＬに対する接触抵抗を低減できる。しかし、１層目の樹脂導電層の表面の導電性パスが少ないため、樹脂導電層と低電気抵抗層との間の界面抵抗が高いという問題がある。【００１４】
第３の従来セパレータは、第１の樹脂層と第２の樹脂層との間の界面抵抗が高く、また、第１の樹脂層の体積抵抗率が高いため、接触抵抗が高くなる。また、燃料電池を構成するために、セパレータ同士を接続する場合、或いは、多孔体を介してセパレータをＧＤＬに接続する場合、それらの接触抵抗が高くなるという問題がある。【００１５】
一方、第１の従来方法の製造方法では、導電性の樹脂シートを製作した上で、金属基板に貼り付けるため高コストになる。また、表面に複雑な溝形状を有するセパレータでは、樹脂シートを貼り付けることが困難であり、この製造方法は採用できない。【００１６】
第２の従来方法では、多数回の塗布を行うことによって各樹脂層を製作するため、高コストになるとともに樹脂層の総厚みが大きくなり、さらに、多層となるため、層厚のバラツキが大きくなるという問題がある。【００１７】
本発明の第１の目的は、ＧＤＬに対する接触抵抗、及び他のセパレータに対する接触抵抗を大幅に低減し、その結果、燃料電池の内部抵抗を低減し、セル電圧低下を抑制することができ、燃料電池の小型化、及び高出力化を図ることができる燃料電池用セパレータを提供することにある。【００１８】
また、本発明の第２の目的は、上記燃料電池用セパレータを製造できるとともに、金属基板が平板に限定されることなく複雑な溝形状でも導電性粒子のつきまわりが良く、また、層厚のバラツキを小さくすることができ、さらに薄く樹脂導電層を形成することができ、安価で製造できる燃料電池用セパレータの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記問題点を解決するために、本発明の第１の態様によると、金属基板と、該金属基板の表面（片面または両面）上の樹脂導電層とを有し、該樹脂導電層は、樹脂と、該樹脂内に分散された導電性物質とを含む燃料電池用セパレータが提供される。該燃料電池用セパレータにおいて、前記導電性物質の前記樹脂に対する割合が前記金属基板から、前記燃料電池用セパレータの表面に向けて連続的に増加する。【００２０】
第２の態様によると、前記樹脂導電層は主樹脂導電層を構成し、前記燃料電池用セパレータは、前記主樹脂導電層と前記金属基板との間に副樹脂導電層を備え、該副樹脂導電層は、副層樹脂と、該副層樹脂内に分散された副層導電性物質とを含み、前記副樹脂導電層は前記金属基板から金属イオンが溶出することを防止する。【００２１】
第３の態様によると、金属基板の表面は、燃料電池のガス拡散層または他のセパレータに接触する接触部位と、前記ガス拡散層または前記他のセパレータに対して接触不能であるとともに水路を画定する非接触部位とを有し、前記主樹脂導電層および前記副樹脂導電層は、前記接触部位および前記非接触部位に形成され、前記非接触部位において前記主樹脂導電層が親水性を有する。【００２２】
第４の態様によると、金属基板の表面に対して、調合された樹脂および第１導電性物質を付着させて、未硬化の樹脂導電層を形成する第１工程と、前記未硬化の樹脂導電層の表面に対して、第２導電性物質を付着させる第２工程と、前記未硬化の樹脂導電層を硬化させる第３工程であって、硬化時に、前記表面を覆われた金属基板を加圧することにより、前記樹脂を前記第２導電性物質の間に入り込ませて硬化させる前記第３工程とを含む燃料電池用セパレータの製造方法が提供される。【００２３】
第３工程において、未硬化の樹脂導電層の接触部位および非接触部位の一部または全体に対して第２導電性物質を付着させてもよい。この場合、第４工程および第５工程の間に、非接触部位に付着した第２導電性物質を取り除く。【００２４】
第５の態様によると、前記第２工程は、前記第２導電性物質を溶媒に混合し、その混合物を前記第１工程で形成された未硬化の樹脂導電層上に付着させる工程を含み、前記樹脂は、前記第２工程で用いられる溶媒に対し難溶性を有する。【００２５】
第６の態様によると、金属基板の表面に対して、調合された第１層樹脂および第１層導電性物質を付着させて、未硬化の第１樹脂導電層を形成する第１工程と、前記未硬化の第１樹脂導電層の表面に対して、調合された第２層樹脂および第２層導電性物質を付着させて、未硬化の第２樹脂導電層を形成する第２工程であって、前記第２導電性物質の前記第２層樹脂に対する割合は、前記第１層導電性物質の前記第１層樹脂に対する割合よりも多い前記第２工程と、前記未硬化の第１樹脂導電層および第２樹脂導電層を硬化させる第３工程とを含む燃料電池用セパレータの製造方法が提供される。【００２６】
第７の態様によると、金属基板の表面に対して、調合された副層樹脂および副層導電性物質を付着させて、未硬化の副樹脂導電層を形成する第１工程と、前記未硬化の副樹脂導電層を硬化させる工程と、前記副樹脂導電層の表面に対して、調合された主層樹脂および第１導電性物質を付着させて、未硬化の主樹脂導電層を形成する第２工程と、前記未硬化の主樹脂導電層の表面に対して、第２導電性物質を付着させる第３工程と、前記未硬化の主樹脂導電層を硬化させる第４工程であって、表面を覆われた金属基板を加圧することにより、前記主層樹脂を前記第２導電性物質の間に入り込ませた後、前記主層樹脂を硬化させる前記第４工程とを含む燃料電池用セパレータの製造方法が提供される。【００２７】
第８の態様によると、前記第２導電性物質を溶媒に混合し、その混合物を前記第１工程で形成された未硬化の副樹脂導電層上に付着させる工程を含み、前記主層樹脂は、前記溶媒に対し難溶性を有する。【００２８】
第９の態様によると、金属基板の表面に対して、調合された副層樹脂および副層導電性物質を付着させて、未硬化の副樹脂導電層を形成する第１工程と、前記未硬化の副樹脂導電層を硬化させる工程と、前記副樹脂導電層の表面に対して、主層樹脂を付着させて、未硬化の樹脂層を形成する第２工程と、前記未硬化の樹脂層の表面に対して導電性物質を付着させる第３工程と、表面を覆われた金属基板を加圧することにより、前記未硬化の樹脂層の主層樹脂を前記導電性物質の間に入り込ませて硬化させ、主樹脂導電層を形成する第４工程を含む燃料電池用セパレータの製造方法を要旨としている。【００２９】
第１０の態様によると、前記第３工程は、前記導電性物質を溶媒に混合し、その混合物を前記第１工程で形成された未硬化の副樹脂導電層上に付着させる工程を含み、前記主層樹脂は、前記溶媒に対し難溶性を有する。【００３０】
第１１の態様によると、前記金属基板の片面は、燃料電池のガス拡散層または他のセパレータに接触する接触部位と、前記ガス拡散層または前記他のセパレータに対して接触不能であって、水路を画定する非接触部位とを有し、前記第１工程では、前記金属基板の接触部位及び非接触部位に対して前記副層樹脂および前記副層導電性物質を付着させ、前記未硬化の副樹脂導電層を硬化させる工程では、前記第１工程において、前記接触部位及び非接触部位に形成された前記未硬化の副樹脂導電層を硬化させ、前記第２工程では、前記接触部位及び非接触部位の副樹脂導電層の表面に対して、調合された主層樹脂および第１導電性物質を付着させて、未硬化の主樹脂導電層を形成し、前記第３工程では、前記第２工程で形成された未硬化の主樹脂導電のうち前記接触部位を覆う部分に対して第２導電性物質を付着させ、前記第４工程では、前記表面を覆われた金属基板を加圧することにより、前記接触部位を覆う部分における前記主層樹脂を前記第２導電性物質の間に入り込ませた後、前記主層樹脂を硬化させ、前記製造方法は、前記第４工程の後に、前記主樹脂導電層のうち前記非接触部位を覆う部分に対して親水化処理を行う第５工程をさらに含む。
【発明の効果】
【００３１】
第１の態様によれば、ＧＤＬに対する接触抵抗及びセパレータに対する接触抵抗を低減でき、その結果、燃料電池の内部抵抗を小さくし、セル電圧低下を抑制することができ、燃料電池の小型化、及び高出力化を図ることができる。【００３２】
第２の態様によると、副樹脂導電層が金属基板の表面を覆うため、金属基板から金属イオンが流出することを防止でき、接触抵抗を確保しつつ、金属基板からの金属溶出を大幅に低減できる。また、耐食性が悪い材質の金属基板を用いることもでき、低コスト化ができる。【００３３】
仮に主樹脂導電層を直接金属基板の表面に設けた場合、加圧により樹脂が、樹脂導電層の表面の全体を覆う導電性物質の間の隙間に入り込んで硬化される。【００３４】
ここで、主樹脂導電層と金属基板との間に、副樹脂導電層が仮にない場合、主樹脂導電層の表面の全体を覆っている導電性物質の間に金属基板の近傍の樹脂が移動され、金属基板の表面に欠陥が生じる場合がある。この欠陥ができることにより、金属基板から金属イオンが溶出して耐食性が悪くなる虞がある。第２の態様によれば、このようなことを防止できる。【００３５】
第３の態様によれば、非接触部位において、主樹脂導電層が親水性を有するため、この部位に滞留する水滴を効率よく外部に排出することができる。また、ガス拡散層または他のセパレータと接触する接触部位以外の非接触部位は、樹脂層によって覆われているため金属基板の耐食性を向上させることができる。【００３６】
第４の態様によれば、金属基板が平板に限定されることなく金属基板の表面が複雑な溝形状でも導電性粒子のつきまわりが良く、また、層厚のバラツキを小さくすることができ、樹脂導電層を薄くでき、安価で製造できる。【００３７】
第５の態様によると樹脂導電層の樹脂は、第２導電性物質を分散させる溶媒に対して難溶性を有しているため、樹脂導電層の樹脂が、第２導電性物質の上面へ移動することが防止される。そのため、接触抵抗の増大を抑制でき、燃料電池の出力性能を向上することができる。【００３８】
第６の態様によれば、導電性物質の樹脂に対する割合が金属基板側から、表面に向かうほど連続的に増加する燃料電池用セパレータを容易に製造することができる。【００３９】
第７の態様によれば、主樹脂導電層を形成する主層樹脂が、加圧時に、第２導電性物質の間に入り込むように移動することがあっても、金属基板の表面は予め硬化した副樹脂導電層で覆われているため、金属基板の表面が露出する欠陥が抑制できる。これにより、金属基板から金属イオンが溶出することが防止される。さらに、副樹脂導電層の表面が主樹脂導電層で覆われるため、セパレータの耐食性を向上させることができる。【００４０】
第８の態様によれば、主層樹脂は、第２導電性物質を分散させる溶媒に対して難溶性を有しているため、主層樹脂が第２導電性物質の上面へ移動することを抑制でき、接触抵抗の増大を抑制できる。この結果、燃料電池の出力性能を向上することができる。【００４１】
第９の態様によれば、主樹脂導電層を形成する主層樹脂が、加圧時に、導電性物質の間に入り込むように移動することがあっても、金属基板の表面は予め硬化した副樹脂導電層で覆われているため、金属基板の表面が露出する欠陥が抑制できる。これにより、金属基板から金属イオンが溶出することが防止される。さらに、副樹脂導電層の表面が主樹脂導電層で覆われるため、セパレータの耐食性を向上することができる。【００４２】
第１０の態様によれば、主層樹脂は、導電性物質を分散させる溶媒に対して難溶性を有しているため、導電性物質の上面へ主層樹脂が移動することを抑制できる。このため、接触抵抗の増大を抑制でき、燃料電池の出力性能を向上することができる。【００４３】
第１１の態様によれば、非接触部位を覆う主樹脂導電層の部分が親水性を有するため、溝に滞留する水滴を効率良く外部に排出できるセパレータが得られる。また、溝の排水性を高めて、燃料電池のガス拡散層のガス拡散性が向上するセパレータが得られる。また、非接触部位が樹脂で被覆されるため、金属基板の耐食性が向上するセパレータが得られる。さらに、金属基板の凸部を被覆する主樹脂導電層の表面には、導電性物質があるため、ガス拡散層（ＧＤＬ）に対する接触抵抗を低減できるセパレータが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】第１実施形態の燃料電池用セパレータの断面図。
【図２】樹脂導電層の導電性物質（導電性粒子）の割合を示す説明図。
【図３】燃料電池の単セルの断面図、
【図４】他の燃料電池の単セルの断面図。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は第１実施形態の燃料電池用セパレータの製造方法の説明図。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は第２実施形態の燃料電池用セパレータの製造方法の説明図。
【図７】第３実施形態の燃料電池用セパレータの断面図。
【図８】主樹脂導電層、及び副樹脂導電層の導電性物質（導電性粒子）の割合を示す説明図。
【図９】（ａ）〜（ｆ）は第３実施形態の燃料電池用セパレータの製造方法の説明図。
【図１０】（ａ）〜（ｆ）は第４実施形態の燃料電池用セパレータの製造方法の説明図。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は第５実施形態の燃料電池用セパレータの製造方法の説明図。
【図１２】（ａ）、（ｂ）は第５実施形態の燃料電池用セパレータの製造方法の説明図。
【図１３】（ａ）、（ｂ）は第５実施形態の燃料電池用セパレータの製造方法の説明図。
【図１４】実施例１および比較例３のＧＤＬに対する接触抵抗を示す特性図。
【図１５】実施例１および比較例３のセパレータに対する接触抵抗を示す特性図。
【図１６】（ａ）は比較例１の概略断面図、（ｂ）は比較例２の概略断面図、（ｃ）は比較例３の概略断面図である。
【図１７】比較例１〜３及び実施例１、２の接触抵抗の測定結果のグラフ。
【図１８】比較例３および実施例１のＧＤＬに対する接触抵抗及びセパレータに対する接触抵抗の測定結果のグラフ。
【図１９】定電位腐食試験の説明図。
【図２０】接触抵抗の測定方法の説明図。
【図２１】（ａ）、（ｂ）は、従来例の金属製セパレータの断面図。
【図２２】従来の導電層または樹脂層の導電性充填剤の割合を示す説明図。
【図２３】従来例の金属製セパレータの断面図。
【図２４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、従来の金属製セパレータの製造方法の説明図。
【図２５】他の従来例の製造方法で製造された金属製セパレータの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明の燃料電池用セパレータ及び燃料電池用セパレータの製造方法について図１〜図１０を参照して説明する。
【００４６】
まず、燃料電池用セパレータ（以下、単にセパレータという）が使用されている燃料電池の構成を、図３を参照して説明する。
【００４７】
（燃料電池の第１構成例）
燃料電池１０は、複数の単セル１２が積層されたスタック構造を有する。図３に示すように、単セル１２は、アノード組立体１３と、カソード組立体１４と、アノード組立体１３及びカソード組立体１４の間に挟まれる固体高分子電解質膜（以下、単に「電解質膜」という）１５とを有する。
【００４８】
電解質膜１５と、電解質膜１５を挟むアノード組立体１３のアノード１６Ａ及びカソード組立体１４のカソード１６Ｂとは、膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）１８を構成する。アノード１６Ａは燃料極として作用し、カソード１６Bは酸素極として作用する。
【００４９】
アノード組立体１３は、前記アノード１６Ａと、前記アノード１６Ａおよびセパレータ２０Ａの間で形成されて燃料ガス（水素ガス）が流れるアノードガス流路１７とを有する。図３に示すように、セパレータ２０Ａには、アノード１６Ａに電気的に接触するための複数の凸部２２を備える。各凸部２２は、頂面２２ｂを備え、頂面２２ｂにおいてアノード１６Aに接触する。隣接する凸部２２の間において、溝２２ａが形成されており、前記溝２２ａとアノード１６Ａとの間に燃料ガスが通過可能なアノードガス流路１７が画定される。また、カソード組立体１４は、前記カソード１６Ｂと、カソード１６Ｂおよびセパレータ２０Ｂの間で形成されて酸化剤ガス（空気）が流れるカソードガス流路１９とを有する。セパレータ２０Ｂは、カソード１６Ｂに電気的に接触するための複数の凸部２４を備える。各凸部２４は、頂面２４ｂを備え、頂面２４ｂにおいて、カソード１６Ｂに接触する。隣接する凸部２４の間において、溝２４ａが形成されており、前記溝２４ａとカソード１６Bとの間に酸化剤ガス（空気）が通過可能なカソードガス流路１９が画定される。
【００５０】
また、図３に示すように、セパレータ２０Ａの溝２２ａの裏側は、凸部２２と逆方向に突出するとともに頂面を有する凸部２３を構成している。セパレータ２０Ｂの溝２４ａの裏側は凸部２４と逆方向に突出するとともに頂面を有する凸部２５を構成している。セパレータ２０Ａおよび２０Ｂは、凸部２３の頂面および凸部２５の頂面において、相互に電気的に接触している。また、凸部２３の間、凸部２５の間には、それぞれ溝が形成されている。
【００５１】
前記電解質膜１５は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を有する固体高分子材料で作製されている。
【００５２】
アノード１６Ａ及びカソード１６Ｂの各々は、それぞれ電極触媒層１１ａとガス拡散層（ＧＤＬ）１１ｂとによって構成されている。前記電極触媒層１１ａは、電解質膜１５に接触する。電極触媒層１１ａは、例えば、白金微粒子を担持した導電性カーボンブラックにより形成されている。ガス拡散層１１ｂは、前記電極触媒層１１ａ上に積層されている。ガス拡散層１１ｂは、例えば、カーボンペーパー、炭素繊維からなるカーボンクロス又はカーボンフェルトからなる。図３において、セパレータ２０Ａの凸部２２およびセパレータ２０Ｂの凸部２４の間に形成された空間は、水等の冷却媒体が流れる冷却流路４０を構成している。すなわち、凸部２３の間の溝と、凸部２５の間の溝とにより前記冷却流路４０が画定されている。
【００５３】
（燃料電池の第２構成例）
次に、燃料電池の第２構成例を、図４を参照して説明する。第１構成例と同一構成または相当する構成については同一符号を付し、第１構成例とは異なる構成について説明する。図４に示すように、第２構成例では、セパレータ２０Ａ，２０Ｂは平板状に形成されている。両セパレータ２０Ａ，２０Ｂの間には、冷却水板２６が挟み込まれている。冷却水板２６は、上下に交互に突出する複数の突部２７を有し、突部２７において、セパレータ２０Ａ，２０Ｂにそれぞれ接触している。セパレータ２０Ａと冷却水板２６との間、及びセパレータ２０Ｂと冷却水板２６との間に形成された空間は、水等の冷却媒体が流れる冷却流路４０を構成している。また、セパレータ２０Ａとアノード１６Ａのガス拡散層１１ｂとの間、及びセパレータ２０Ｂとカソード１６Ｂのガス拡散層１１ｂとの間には、金属材料或いは導電性材料製の多孔体２９が配置されている。多孔体２９は、セパレータ２０Ａとアノード１６Ａのガス拡散層１１ｂとを電気的に接続しセパレータ２０Ｂとカソード１６Ｂのガス拡散層１１ｂとをそれぞれ電気的に接触している。
【００５４】
（第１実施形態）
次に、上記のように燃料電池に使用される前記セパレータ２０Ａ及びセパレータ２０Ｂについて図１、及び図２を参照して説明する。
【００５５】
第１実施形態では、セパレータ２０Ａ，２０Ｂは、同一の構成を有するため、以下ではセパレータ２０として説明する。セパレータ２０で使用する金属基板３０は、導電性を有する金属材料からなり、例えば、ステンレス、鋼、銅、チタン、アルミニウム、ニッケルからなる。金属基板３０の厚みは、０．０３ｍｍ〜１ｍｍが好ましい。説明の便宜上、図１では、セパレータ２０は、平板状に図示されているが、前記燃料電池の第１構成例の場合に適用されるセパレータ２０は、図３に示されるような凸部２２〜２５を有するように形成される。また、図１に示される金属基板３０および樹脂導電層３２の厚さの比率は、説明の便宜上、実際の比率とは異なる。
【００５６】
図１に示すように、金属基板３０の少なくとも一方の表面（スタック構造で端部となる金属基板３０は片面でよい）には、調合された樹脂３３および導電性物質３４からなる樹脂導電層３２が形成されている。樹脂導電層３２に使用されている樹脂３３は、熱硬化性樹脂、反応硬化型樹脂、熱可塑性樹脂のいずれかの絶縁性の樹脂からなる。
【００５７】
熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、アミノ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ジアリルフタレート、シリコーン樹脂、アルキド樹脂を挙げることができる。
【００５８】
反応硬化型樹脂としては、ウレタン樹脂、ポリアクリレート、紫外線硬化樹脂に代表される光硬化型樹脂、シリコーンゴム、イソブチレン等の反応硬化型エラストマーを挙げることができる。
【００５９】
熱可塑性樹脂としては、例えば、汎用プラスチック、汎用エンジニアリングプラスチック、スーパーエンジニアリングプラスチック、フッ素樹脂、超高分子量ポリエチレン、熱可塑性エラストマー、ポリメチルペンテン、生分解プラスチック、ポリアクリロニトリル、繊維素系プラスチックを挙げることができる。
【００６０】
前記汎用プラスチックとしては、例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン、塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニルデン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンビニルアルコール、メタクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレートを挙げることができる。また、汎用エンジニアリングプラスチックとしては、例えば、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレートを挙げることができる。また、スーパーエンジニアリングプラスチックとしては、例えば、ポリフェニレンサルファイド、ポリアクリレート、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、液晶ポリマー、ポリイミド、ポリフタルアミドを挙げることができる。
【００６１】
導電性物質３４としては導電性セラミックス、炭素系材料、或いは金属材料からなる。導電性セラミックスとしては、例えば、アルミナ−チタン−カーバイド系セラミックス、導電性ジルコニア系セラミックス、炭化珪素系セラミックス等を挙げることができる。
【００６２】
導電性物質３４は、粉末状の炭素系材料であってよく、例えば、黒鉛（人造黒鉛、天然黒鉛）、カーボンブラック、膨張黒鉛を挙げることができる。また、導電性物質３４は、繊維状の炭素系材料であってよく、例えば、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー及び炭素繊維を挙げることができる。カーボンナノチューブ及びカーボンナノファイバーは、０．００１〜０．５μｍ、好ましくは０．００３〜０．２μｍの直径を有し、１〜１００μｍ、好ましくは１〜３０μｍの長さを有することが導電性の点から好ましい。
【００６３】
導電性物質３４は、粉末状あるいは繊維状の金属炭化物であってよく、例えば、炭化タングステン、炭化ケイ素、炭化タンタル、炭化チタン、炭化ニオブ、炭化モリブデン、炭化バナジウム、炭化クロムおよび炭化ハフニウムを挙げることができる。また、導電性物質３４は、粉末状あるいは繊維状の金属酸化物であってよく、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ルテニウム、酸化インジウム、酸化スズを挙げることができる。また、導電性物質３４は、粉末状あるいは繊維状の金属窒化物であってよく、例えば、窒化タンタル、窒化チタン、窒化モリブデン、窒化クロム、窒化アルミニウム、窒化ジルコニウム、窒化ガリウム、窒化ニオブ、窒化バナジウム及び窒化ホウ素を挙げることができる。
【００６４】
導電性物質３４は、粉末状金属であってよく、例えば、銅、アルミニウム、亜鉛、チタン、ニッケル、スズ、銀、タンタルおよびニオブの粉末を挙げることができる。また、導電性物質３４は、繊維状の金属であってよく、例えば、鉄繊維、銅繊維およびステンレス繊維を挙げることができる。
【００６５】
第１実施形態で特徴的なことは、図２に示すように前記導電性物質３４の樹脂に対する割合が金属基板３０（金属基板界面）から、表面に向けて連続的に増加していることである。第１実施形態では樹脂導電層３２の表面における樹脂３３に対する導電性物質３４の割合が１００％、また金属基板の界面における樹脂３３に対する導電性物質３４の割合が５％程度である。樹脂導電層３２の表面における導電性物質３４の割合は、必ずしも１００％である必要はないが、１００％に近い数字であれば好ましい。また、金属基板界面における導電性物質３４の割合は、第１実施形態では５％としているが、５％に限定されるものではなく、最低でも数％以上が好ましい。また、図２では、金属基板界面から表面までの導電性物質３４の割合を示す線が直線であるが、直線に限定されるものではなく、下に湾曲した曲線状、或いは上に湾曲した曲線状であってもよい。要は導電性物質３４の割合が金属基板界面から表面まで連続的に、すなわち単調的に増加するようになっていればよい。
【００６６】
第１実施形態では、セパレータの表面の近傍に多くのカーボン系の導電性物質３４が配置されている。
【００６７】
樹脂導電層３２の厚さは、１〜３５０μｍ、好ましくは、２〜１００μｍである。また、粉末状の導電性物質を用いる場合、その重量平均粒径（レーザー回折散乱法）の上限は２０μｍ以下が好ましく、さらに好ましいのは１５μｍ以下、最も好ましいのは１０μｍ以下である。また、粉末状の導電性物質の重量平均粒径の下限は、０．０１μｍ以上、好ましいのは、０．０５μｍ以上、最も好ましいのは０．１μｍ以上である。繊維状の導電性物質を用いる場合、上述のカーボンナノチューブ及びカーボンナノファイバーが用いられるか、径の上限が５０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下であり、径の下限がナノレベルである繊維が用いられる。好ましくは、このような繊維の径の下限は、１μｍ以上、さらに好ましくは５μｍ以上である。繊維長は、１〜１００００μｍ、好ましくは、５〜１０００μｍである。
【００６８】
図１に示すように、第１実施形態の樹脂導電層３２に含まれる前記導電性物質３４には、上述した各種の導電性物質を単独で用いてもよく、また、組み合わせて用いてもよい。また、樹脂導電層３２の表面の近傍には、限定されないが、カーボン系の導電性物質を単独で用いるか、他の導電性物質３４と組み合わせて用いることが好ましい。組み合わせて用いる場合、その混合割合は、所望に応じて設定することができる。
【００６９】
（第１実施形態のセパレータ２０の製造方法）
次に、上記のように構成されたセパレータ２０の製造方法を、図５（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。
【００７０】
まず、樹脂３３及び第１導電性物質３４Ａを分散または溶解しうる溶媒中に、前記樹脂３３及び第１導電性物質３４Ａを混合して、第１導電性物質３４Ａ及び樹脂３３の混合物、すなわち、調合液（塗料）の調整を行う。ここで、第１導電性物質３４Ａとしては、前述した導電性セラミックス、炭素系材料、或いは金属材料を単独で、或いは２種以上を組み合わせて用いることができる。組み合わせて用いる場合には、その混合割合は、所望に応じて設定することができる。
【００７１】
溶媒に対する第１導電性物質３４Ａの割合は、後に行われる層の形成が損なわれない適宜の割合でよいが、樹脂導電層３２の表面に付着される第２導電性物質３４Ｂの割合よりも、小さくする。また、第１導電性物質３４Ａの密度は、溶媒の密度よりも極端に高くないことが好ましい。極端に第１導電性物質３４Ａの密度が高い場合には、後に行われる樹脂導電層３２の形成のために、好ましくない。金属基板３０に混合物を付着させた後において、混合物内で導電性物質３４Ａが沈降する。第１導電性物質３４Ａの密度が極端に高い場合、その沈降が速くなり、導電性物質３４Ａの樹脂３３に対する割合が金属基板界面から、表面に向けて連続的に増加するように構成されない。また、溶媒の量、種類を調整することによって、導電性物質３４Ａの沈降を遅らせるように、溶液粘度を調整してもよい。
【００７２】
上記のように調整された調合液（塗料）を図５（ａ）に示す金属基板３０の表面（片面または両面）に付着する。図５（ｂ）では、金属基板３０の片面にのみ付着した状態を示している。樹脂および第１導電性物質を金属基板３０に付着させる方法は、限定されないが、スプレー塗装、ディップ、電着がある。
【００７３】
図５（ｂ）〜図５（ｄ）では、前記調合液の塗付後の樹脂導電層３２内に存在する導電性物質３４を符号３４Ａで表示している。
【００７４】
次に、第２導電性物質３４Ｂを分散しうる溶媒中に、第２導電性物質３４Ｂを適宜の割合で調合する。ここでの溶媒は、前記樹脂導電層３２内の樹脂３３を溶解しない溶媒が好ましい。また、第２導電性物質３４Ｂとしては、上述した導電性物質を用いることができ、カーボン系の導電性物質を単独、または他の導電性物質と組み合わせて用いることが好ましい。
【００７５】
次に、上記のように第２導電性物質３４Ｂを分散溶媒に分散して樹脂を伴わずに調整された調合液（塗料）を、図５（ｃ）に示す未硬化の樹脂導電層３２の表面に付着させる。その付着により、樹脂導電層３２の表面の全体またはほぼ全体を第２導電性物質３４Ｂで覆う。第２導電性物質を樹脂導電層３２に付着させる方法には、例えば、スプレー塗装、ディップ、電着があるが、これらに限定されるものではない。
【００７６】
樹脂を伴わずに第２導電性物質３４Ｂを分散する分散溶媒は、前記第１導電性物質３４Ａとともに混合した樹脂を溶かしにくい溶媒であることが好ましい。即ち、樹脂は、第２導電性物質３４Ｂを分散する分散溶媒に対して難溶性を有することが好ましい。
【００７７】
ここで、樹脂を伴わずに第２導電性物質３４Ｂを分散する分散溶媒の例を以下に挙げるが、これらに限定されるものではない。
【００７８】
樹脂導電層３２の樹脂として、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などの極性樹脂を用いる場合には、このような極性樹脂を溶かしにくい溶媒が用いられる。このような溶媒としては、例えば、ベンゼン、エチルベンゼン、クメン、ノルマルヘキサン、シクロヘキサン、酢酸エチル、酢酸プロピル、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジエチルエーテル、四塩化炭素、クロロホルムがある。
【００７９】
このようにして、樹脂導電層３２の表面を第２導電性物質３４Ｂで覆う。これにより、樹脂導電層３２内における第１導電性物質３４Ａの樹脂に対する割合よりも、樹脂導電層３２の表面における樹脂に対する第２導電性物質３４Ｂの割合が多くなる。
【００８０】
樹脂導電層３２の樹脂として熱硬化性樹脂を用いる場合には、この後、第２導電性物質３４Ｂで表面が覆われた金属基板３０を加熱しながら加圧して、第２導電性物質３４Ｂを未硬化の樹脂導電層３２内に押し込むとともに、樹脂を硬化させる。このときの加熱温度は、熱硬化性樹脂を硬化させるための温度である。加熱しながら加圧する方法としては、ホットプレスによる方法、加熱手段で加熱しながらベルトプレスで加圧する方法、或いは加熱手段で加熱しながらロールプレスで加圧する方法がある。
【００８１】
また、樹脂導電層３２の樹脂が、反応硬化型樹脂、或いは熱可塑性樹脂の場合には、硬化前に加圧して、第２導電性物質３４Ｂを未硬化の樹脂導電層３２内に押し込む。加圧する方法は、コールドプレス、ベルトプレス、或いはロールプレスによる方法がある。
【００８２】
例えば、樹脂が硬化性樹脂の場合には、未硬化の樹脂導電層３２がホットプレスで加熱しながら押圧されると、粉末、或いは繊維状の第２導電性物質３４Ｂ（例えばカーボン系の導電性物質）の間の隙間に樹脂３３が入り込んだ後硬化する。
【００８３】
また、樹脂が、反応硬化型樹脂、或いは熱可塑性樹脂の場合には、通常の方法により硬化させる。樹脂を硬化させる最中、または硬化させる前に加圧して、第２導電性物質３４Ｂが未硬化の樹脂導電層３２内に押し込まれ、粉末状、或いは繊維状の第２導電性物質３４Ｂ（例えばカーボン系の導電性物質）の間の隙間に樹脂３３が入り込んだ後で硬化する。
【００８４】
このようにして、樹脂導電層３２の表面を第２導電性物質３４Ｂで覆うことにより、セパレータ２０の表面の近傍における第２導電性物質３４Ｂの樹脂に対する割合は、樹脂導電層３２内に分散して存在する第１導電性物質３４Ａの樹脂に対する割合よりも多くなる。
【００８５】
また、樹脂が熱硬化性樹脂の場合には、ホットプレス等により押圧されること、或いは、樹脂が熱可塑性樹脂、または反応硬化型樹脂の場合には、コールドプレス等により押圧されることにより、樹脂導電層３２内の第１導電性物質３４Ａも、より金属基板の界面へ向けて移動した状態で、樹脂が硬化することにより拘束される。
【００８６】
このことにより、金属基板の界面からセパレータの表面に向けて導電性物質３４（３４Ａ，３４Ｂ）の割合が連続的に増加するように構成される。
【００８７】
このようにして、樹脂導電層３２には、厚さ方向において第１導電性物質３４Ａが存在する割合が少ない部位と、第２導電性物質３４Ｂの間に樹脂が入り込んで形成された部位とが最終的に構成される。この後、例えば、高圧洗浄または超音波洗浄により、樹脂により拘束されなかった第２導電性物質３４Ｂを洗浄する。この洗浄工程は、付着された第２導電性物質３４Ｂが全て樹脂により拘束されている場合には、省略してもよい。
【００８８】
樹脂導電層３２の形成は、金属基板３０の片面に設ける場合について説明したが、両面に設ける場合も同様に形成すればよい。
【００８９】
（第１実施形態の作用）
上記のように構成されたセパレータ２０を、図３で示す第１構成例及び図４で示す第２構成例の燃料電池１０に使用する場合、ＧＤＬ（ガス拡散層）１１ｂとの接触面の導電性パスが十分に確保できる。また、樹脂導電層３２内の導電性物質の割合を、金属基板の界面からセパレータ２０の表面に向けて連続的に増加するように構成しているため、第１導電性物質３４Ａが存在する部位と、第２導電性物質３４Ｂが主に存在する部位との界面抵抗の上昇がなく、かつ、固有抵抗も低減できる。このため、他の部材（ＧＤＬ、セパレータ）との接触抵抗は大幅に低減する。また、セパレータ２０の表面の導電性パスが十分に確保できるため、燃料電池１０において、同様の樹脂導電層を備えた他のセパレータに接続した場合の抵抗も低減する。
【００９０】
第１実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００９１】
（１）  第１実施形態のセパレータは、導電性物質３４（３４Ａ，３４Ｂ）の樹脂に対する割合が金属基板３０から、セパレータの表面に向けて連続的に増加する。この結果、ＧＤＬまたは他のセパレータに接続した場合の接触抵抗を低減できるため、燃料電池の内部抵抗を小さくし、セル電圧を上昇させることができ、燃料電池の小型化、及び高出力化を図ることができる。
【００９２】
（２）  第１実施形態のセパレータの製造方法は、金属基板３０の表面（片面または両面）に対して、調合された樹脂および第１導電性物質３４Ａを付着させて、未硬化の樹脂導電層３２を形成する第１工程と、樹脂を伴わずに第２導電性物質３４Ｂを、前記第１工程で形成された未硬化の樹脂導電層３２上に付着させる第２工程と、前記未硬化の樹脂導電層を硬化させる第３工程であって、硬化時に、表面を覆われた金属基板を加圧することにより、樹脂を伴わずに付着された第２導電性物質３４Ｂの間の隙間に樹脂３３を入り込ませて硬化させる前記第３工程とを含む。
【００９３】
この結果、第１実施形態の製造方法によれば、金属基板が平板に限定されることなく金属基板の表面が複雑な溝を有する場合にも、導電性粒子のつきまわりが良く、また、層厚のバラツキを小さくすることができ、樹脂導電層を薄くでき、安価で製造できる。すなわち、第１実施形態の製造方法では、燃料電池１０の第１構成例で使用されるような、凸部２２〜２５を有する複雑な形状のセパレータであっても、樹脂導電層３２の形成が簡単にできる。また、２回の調合液（塗料）の塗布ですむため、層のバラツキが小さく、層の薄膜化が可能となる。また、特許文献３に示されるような第１の従来方法とは異なり、導電性の樹脂シートを製作した上で、金属基板に貼り付ける必要がないため、コストを抑えることができる。
【００９４】
（３）  第１実施形態のセパレータの製造方法は、樹脂を伴わずに第２導電性物質３４Ｂを分散する分散溶媒は、第１導電性物質３４Ａとともに混合した樹脂を溶かしにくい溶媒である。この結果、第１実施形態によれば、第２導電性物質３４Bを分散させる溶媒は、樹脂導電層３２の樹脂を溶かしにくいため、樹脂が第２導電性物質の上面を越えるように移動することが防止され、接触抵抗の増大を抑制できる。この結果、燃料電池の出力性能を向上することができる。
【００９５】
仮に、前記調合液の溶媒が、樹脂導電層３２の樹脂を容易に溶かすものである場合、樹脂導電層３２の溶けた樹脂が第２導電性物質３４Ｂの上面を越えるように移動するおそれがある。この場合、この樹脂が絶縁性を有しているため、分散溶媒の揮発後に残存する樹脂により、接触抵抗が高まる虞がある。
【００９６】
第１実施形態での製造方法では、このようなことが回避できるため、樹脂導電層３２の表面における導電性物質の樹脂に対する割合を高めることができる。
【００９７】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態のセパレータを、図６を参照して説明する。
【００９８】
説明の便宜上、第１実施形態と同一構成又は相当する構成については、第１実施形態のセパレータの構成に付した符号をそのまま付すものとする。
【００９９】
図６（ｄ）に示すように、第２実施形態のセパレータ２０の金属基板３０は、第１実施形態と同様に形成されている。説明の便宜上、図６では、セパレータ２０は、平板状に図示しているが、前記燃料電池の第１構成例の場合に適用されるセパレータ２０は、凸部２２〜２５を有するように形成される。また、図６に示される金属基板３０と樹脂導電層３２Ａ，３２Ｂとの厚さの比率は、説明の便宜上、実際の比率とは異なる。
【０１００】
図６（ｄ）に示すように、金属基板３０の少なくとも一方の表面（スタック構造で端部となる金属基板３０は片面でよい）には、調合された第１層樹脂３５Ａおよび第１層導電性物質３６Ａからなる第１樹脂導電層３２Ａが形成されている。図６（ｄ）では、説明の便宜上、金属基板３０の片面に樹脂導電層３２Ａ，３２Ｂが形成されたものが図示されている。
【０１０１】
前記第１樹脂導電層３２Ａに使用されている第１層樹脂３５Ａは、第１実施形態で説明した熱硬化性樹脂、反応硬化型樹脂、熱可塑性樹脂のいずれかの絶縁性の樹脂からなる。また、第１層導電性物質３６Ａは、第１実施形態で説明した導電性セラミックス、炭素系材料、或いは金属材料からなる。
【０１０２】
第１樹脂導電層３２Ａの表面には、調合された第２層樹脂３５Ｂおよび第２層導電性物質３６Ｂからなる第２樹脂導電層３２Ｂが形成されている。第２樹脂導電層３２Ｂに使用されている第２層樹脂３５Ｂは、第１実施形態で説明した熱硬化性樹脂、反応硬化型樹脂、熱可塑性樹脂のいずれかの絶縁性の樹脂からなる。第２樹脂導電層３２Ｂの第２層樹脂の種類は、第１樹脂導電層３２Ａの第１層樹脂と同様にすることが好ましい。例えば、第１樹脂導電層３２Ａの第１層樹脂が熱硬化性樹脂の場合は、第２樹脂導電層３２Ｂの第２層樹脂も同じ熱硬化性樹脂にし、第１樹脂導電層３２Ａの第１層樹脂が熱可塑性樹脂の場合は、第２樹脂導電層３２Ｂの第２層樹脂も同じ熱可塑性樹脂にすることが好ましい。
【０１０３】
また、第２層導電性物質３６Ｂは、第１実施形態で説明した導電性セラミックス、炭素系材料、或いは金属材料からなる。
【０１０４】
第２実施形態において、第１樹脂導電層３２Ａにおける第１層導電性物質３６Ａの第１層樹脂３５Ａに対する割合は、第２樹脂導電層３２Ｂにおける第２層導電性物質３６Ｂの第２層樹脂３５Ｂの割合よりも大きい。すなわち、第１樹脂導電層３２Ａよりも第２樹脂導電層３２Ｂにおいて、樹脂に対する導電性物質の割合を大きくすることにより、金属基板３０（金属基板の界面）から、セパレータ表面に向けて導電性物質が連続的に増加するように構成される。
【０１０５】
例えば、樹脂導電層３２の表面（第２樹脂導電層３２Ｂの表面）では、第２層導電性物質３６Ｂの割合が８０〜９０％、また金属基板の界面の近傍（第１樹脂導電層３２Ａ）は、第１層導電性物質３６Ａの割合が５％程度となっている。この割合は、表面では必ずしも８０〜９０％である必要はないが、第１樹脂導電層３２Ａにおける第１層導電性物質３６Ａの割合よりも大きい。
【０１０６】
また、金属基板の界面の近傍（第１樹脂導電層３２Ａ）の第１層導電性物質３６Ａの比率は、第２実施形態では５％としているが、５％に限定されるものではなく、最低でも数％以上が好ましい。また、第１樹脂導電層３２Ａと第２樹脂導電層３２Ｂとの界面の近傍では、導電性物質の樹脂に対する割合が連続的になるように構成されている。すなわち、未硬化の第２樹脂導電層３２Ｂ内を沈降する第２層導電性物質３６Ｂの分布が、未硬化の第１樹脂導電層３２Ａの表面（前記第２樹脂導電層３２Ｂとの界面）における第１層導電性物質３６Ａの分布と同じ、又は同程度となるように、試験等により、第１樹脂導電層３２A及び第２樹脂導電層３２Bを形成するための溶液粘度の調整が行われている。
【０１０７】
また、第１樹脂導電層３２Ａの第１層樹脂３５Ａと、第２樹脂導電層３２Ｂの第２層樹脂３５Ｂとは異なっていてもよいが、同じ種類であることが好ましい。すなわち、第１樹脂導電層３２A及び第２樹脂導電層３２Bの各々が熱硬化性樹脂であること、或いは熱可塑性樹脂であることが好ましい。
【０１０８】
第１、第２樹脂導電層３２Ａ，３２Ｂの厚さは、１〜３５０μｍ、好ましくは、６〜２００μｍである。第２実施形態の第１、第２樹脂導電層３２Ａ，３２Ｂにそれぞれ含まれる第１、第２層導電性物質３６Ａ，３６Ｂは、第１実施形態で説明した各種の導電性物質を単独で用いてもよく、あるいは複数組み合わせて用いてもよい。
【０１０９】
（第２実施形態のセパレータ２０の製造方法）
次に第２実施形態のセパレータ２０の製造方法を、図６を参照して説明する。
【０１１０】
まず、第１層樹脂３５Ａおよび第１層導電性物質３６Ａを分散または溶解しうる溶媒中に、前記第１層樹脂３５Ａおよび第１層導電性物質３６Ａを混合して、第１層導電性物質３６Ａおよび第１層樹脂３５Ａの混合物、すなわち、調合液（塗料）の調整を行う。ここで、第１層導電性物質３６Ａは、前述した導電性セラミックス、炭素系材料、或いは金属材料を単独で、或いは２種以上を組み合わせて使用する。組み合わせて用いる場合には、その混合割合は所望に応じて設定される。
【０１１１】
溶媒に対する第１層導電性物質３６Ａの割合は、後に行われる層の形成が損なわれない適宜の割合でよいが、第２層導電性物質３６Ｂの割合よりも、小さくする。また、第１層導電性物質３６Ａの密度は、溶媒の密度よりも極端に高くないことが好ましい。極端に第１層導電性物質３６Ａの密度が高い場合、後に行われる第１樹脂導電層３２Ａの形成のために、好ましくない金属基板３０に混合物を付着させた後において、混合物内で第１層導電性物質３６Ａが沈降する。第１層導電性物質３６Ａの密度が極端に高い場合、その沈降が速くなり、第１層導電性物質３６Ａの第１層樹脂３５Ａに対する割合が金属基板の界面から、表面に向けて連続的に増加するように構成されない。また、溶媒の量、種類を調整することによって、第１層導電性物質３６Ａの沈降を遅らせるように、溶液粘度を調整してもよい。
【０１１２】
上記のように調整された調合液（塗料）を図６（ａ）に示す金属基板３０の表面（片面または両面）に付着させて、未硬化の第１樹脂導電層３２Ａを形成する。図６（ｂ）では、金属基板３０の片面にのみ付着させた状態を示している。樹脂および導電性物質を金属基板３０へ付着させる方法は、限定するものではなく、例えば、スプレー塗装、ディップ、電着がある。
【０１１３】
次に、第２層樹脂３５Ｂおよび第２層導電性物質３６Ｂを分散または溶解しうる溶媒中に、前記第２層樹脂３５Ｂおよび第２層導電性物質３６Ｂを混合して、第２層導電性物質３６Ｂおよび第２層樹脂３５Ｂの混合物、すなわち、調合液（塗料）の調整を行う。この調整は、観硬化の第１樹脂導電層３２Ａを形成する以前に前もって行うようにしてもよい。
【０１１４】
ここで、第２層導電性物質３６Ｂは、前述した導電性セラミックス、炭素系材料、或いは金属材料を単独で、或いは２種以上を組み合わせて使用する。組み合わせて使用する場合、その混合割合は所望に応じて設定される。溶媒及び第２層樹脂３５Ｂに対する第２層導電性物質３６Ｂの割合は、第１樹脂導電層３２Ａに含まれる第１層導電性物質３６Ａの割合よりも大きくする。また、第２層導電性物質３６Ｂの密度は、溶媒の密度よりも極端に高くないことが好ましい。
【０１１５】
このように第２層導電性物質３６Ｂの第２層樹脂３５Ｂに対する割合を、第１層導電性物質３６Ａの第１層樹脂３５Ａに対する割合よりも大きくすることにより、導電性物質の樹脂に対する割合が金属基板界面から表面に向けて連続的に増加するように構成している。
【０１１６】
上記のように調整された第２層樹脂３５Ｂおよび第２層導電性物質３６Ｂの調合液（塗料）を図６（ｂ）に示す未硬化の樹脂導電層３２Ａの表面に付着させる。第２層樹脂３５Ｂおよび第２層導電性物質３６Ｂを第１樹脂導電層３２Ａの表面へ付着させる方法は、限定されるものではなく、例えば、スプレー塗装、ディップ、電着がある。
【０１１７】
上記のような付着方法により、図６（ｃ）に示すように第２層樹脂３５Ｂおよび第２層導電性物質３６Ｂを未硬化の第１樹脂導電層３２Ａの表面へ付着させた後、樹脂が熱硬化性樹脂の場合には、ホットプレスにより加熱及び加圧することによって、或いは加熱手段（ヒータ）により加熱しながらベルトプレスにより加圧することによって、樹脂を硬化させて、第２樹脂導電層３２Ｂを形成する。或いは、加熱手段（ヒータ）にて加熱しながら、ロールプレスにより加圧することにより、硬化させて第２樹脂導電層３２Ｂを形成する。また、第２層樹脂３５Ｂが熱可塑性樹脂、或いは、反応硬化型樹脂の場合は、加熱をしないでコールドプレス、ベルトプレス、或いは、ロールプレスにより加圧することによって、樹脂３５Ｂを硬化させて図６（ｄ）に示すように硬化した第２樹脂導電層３２Ｂを形成する。
【０１１８】
未硬化の第１樹脂導電層３２Ａでは、硬化する迄の間に、第１層導電性物質３６Ａが沈降することにより、第１樹脂導電層３２Ａの第１層樹脂３５Ａに対する割合が表面に向けて連続的に増加する。
【０１１９】
また、未硬化の第２樹脂導電層３２Ｂでは、硬化する迄の間に、第２層導電性物質３６Ｂが沈降することにより、第２樹脂導電層３２Ｂの第２層樹脂３５Ｂに対する割合が表面に向けて連続的に増加する。このようにして、第１樹脂導電層３２Ａの表面を、第１樹脂導電層３２Ａよりも導電性物質の樹脂に対する割合が多い樹脂導電層３２Ｂで覆うように配置される。
【０１２０】
また、このようにして、セパレータ２０において、導電性物質の樹脂に対する割合が金属基板界面から表面に向けて連続的に増加するように構成される。
【０１２１】
第２実施形態では、下記の特徴がある。
【０１２２】
（１）  第２実施形態の燃料電池用セパレータは、第２樹脂導電層３２Ｂにおける第２層導電性物質３６Ｂの第２層樹脂３５Ｂに対する割合が、金属基板３０の界面の近傍の第１樹脂導電層３２Ａにおける第１層導電性物質３６Ａの第１層樹脂３５Ａに対する割合よりも大きく、金属基板の界面から、セパレータの表面に向けて連続的に増加する。この結果、ＧＤＬまたは他のセパレータに対する接触抵抗を低減でき、その結果、燃料電池の内部抵抗を小さくし、セル電圧を上昇させることができ、燃料電池の小型化、及び高出力化を図ることができる。
【０１２３】
（２）  第２実施形態の燃料電池用セパレータの製造方法は、第１工程において、金属基板３０の表面（片面または両面）に対して、調合された第１層樹脂３５Ａおよび第１層導電性物質３６Ａを付着させて、未硬化の第１樹脂導電層を形成する。次に、第２工程において、調合された第２層樹脂３５Ｂおよび第２層導電性物質３６Ｂを第１工程で形成された未硬化の第１樹脂導電層３２Ａ上に付着させて、未硬化の第２樹脂導電層を形成する。このとき、第２層導電性物質３６Ｂの第２層樹脂３５Ｂに対する割合は、第１層導電性物質３６Ａの第１層樹脂３５Ａに対する割合よりも大きい。そして、燃料電池用セパレータの製造方法は、第３工程において、第１、第２工程で形成された未硬化の第１、第２樹脂導電層を硬化させる。この結果、導電性物質の樹脂に対する割合が金属基板から、セパレータの表面に向けて連続的に増加する燃料電池用セパレータを容易に製造することができる。
【０１２４】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態のセパレータ２０及び該セパレータの製造方法を図７〜９を参照して説明する。第３実施形態のセパレータ２０については、第１実施形態のセパレータ２０と異なる構成について説明し、第１実施形態と同一または相当する構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【０１２５】
第３実施形態のセパレータ２０は、金属基板３０および樹脂導電層３２の間に、副樹脂導電層４２が設けられている…で第１実施形態と異なっている。樹脂導電層３２を第３実施形態では、主樹脂導電層３２という。副樹脂導電層４２は、副層樹脂４５と、副層樹脂４５中に分散された副層導電性物質４４とを有する。副樹脂導電層４２の副層樹脂４５は、主樹脂導電層３２の樹脂３３（第３実施形態では、主層樹脂３３という）と同一の樹脂でもよく、異なる樹脂であってもよい。副樹脂導電層４２で使用する副層樹脂４５は、第１実施形態で述べた樹脂の中から選択される。また、副樹脂導電層４２に分布する副層導電性物質４４は、第１実施形態で述べた各種の導電性物質から単種類を選んで用いてもよく、または複数種類を選んで組み合わせて用いてもよい。
【０１２６】
副樹脂導電層４２は、副層導電性物質４４の大きさに相当する厚さを有してよい。すなわち、粉末状の副層導電性物質４４を用いる場合には、副樹脂導電層４２は、副層導電性物質４４の重量平均粒径に相当する厚さを有してよい。繊維状の副層導電性物質４４を用いる場合には、副樹脂導電層４２は副層導電性物質４４の繊維径にほぼ相当する厚みを有してよい。あるいは、副層導電性物質４４が凝集体を形成する場合には、該副樹脂導電層４２は、凝集体の大きさにほぼ相当する厚みを有する。
【０１２７】
そのため、第３実施形態では、副樹脂導電層４２において、樹脂（副層樹脂４５）に対する導電性物質（副層導電性物質４４）の割合は、図８に示すように、一定の割合となる。
【０１２８】
また、図８に示すように、主樹脂導電層３２では、導電性物質の樹脂（主層樹脂３３）に対する割合が副樹脂導電層４２の界面から、表面に向けて連続的に増加するように構成される。第３実施形態では主樹脂導電層３２の表面における導電性物質の割合が１００％であり、また金属基板の界面における導電性物質の割合が５％程度である。主樹脂導電層３２の表面における導電性物質の割合は、必ずしも１００％である必要はないが、１００％に近い数字であれば好ましい。また、金属基板界面における導電性物質の割合は、第３実施形態では５％としているが、５％に限定されるものではなく、最低でも数％以上が好ましい。また、図８では、金属基板の界面の近傍からセパレータの表面までの導電性物質の割合を示す線が直線であるが、直線に限定されるものではなく、下に湾曲した曲線状、或いは上に湾曲した曲線状であってもよい。要は導電性物質の割合が金属基板の界面の近傍からセパレータの表面まで連続的に、単調的に増加するようになっていればよい。
【０１２９】
（第３実施形態のセパレータ２０の製造方法）
次に、第３実施形態のセパレータ２０の製造方法を図９（ａ）〜（ｆ）を参照して説明する。
【０１３０】
まず、副層樹脂４５および副層導電性物質４４を分散または溶解しうる溶媒中に、前記副層樹脂４５および副層導電性物質４４を混合して、副層導電性物質４４および副層樹脂４５の混合物、すなわち、第１調合液（塗料）の調整を行う。ここで、導電性物質４４としては、前述した導電性セラミックス、炭素系材料、或いは金属材料を単独で用いるか、２種以上を組み合わせて用いる。組み合わせて使用する場合は、その混合割合は所望に応じて設定できる。溶媒に対する導電性物質４４の割合は、後に行われる層の形成が損なわれない適宜の割合でよい。
【０１３１】
上記のように調整された調合液（塗料）を図９（ａ）に示す金属基板３０の表面（片面または両面）に付着させる。
【０１３２】
図９（ｂ）では、金属基板３０の片面にのみ付着させた状態を示している。樹脂および導電性物質を金属基板３０へ付着させる方法は、限定されるものではなく、例えば、スプレー塗装、ディップ、電着がある。このとき付着される層は、前述したように、副層導電性物質４４の大きさに相当する厚さを有する。すなわち、粉末状の副層導電性物質４４を用いる場合には、副層導電性物質４４の重量平均粒径に相当する厚さを有する層が形成される。また、繊維状の副層導電性物質４４を用いる場合、副層導電性物質４４の繊維径に相当する厚さを有する層が形成される。あるいは、導電性物質４４が凝集体を形成する場合には、該凝集体の大きさに相当する厚さを有する層が形成される。図９（ｂ）は、第１工程の説明図である。
【０１３３】
この後、図９（ｃ）に示すように、副層樹脂４５として熱硬化性樹脂を用いる場合には、ホットプレスにより加熱及び加圧すること、或いは加熱手段（ヒータ）により加熱しながらベルトプレスにより加圧することにより、副層樹脂４５を硬化させて副樹脂導電層４２を形成する。或いは、加熱手段（ヒータ）にて加熱しながら、ロールプレスにより加圧することにより、副層樹脂４５を硬化させて副樹脂導電層４２を形成する。あるいは加熱手段（ヒータ）にて加熱することにより、副層樹脂４５を硬化させて副樹脂導電層４２を形成する。また、副層樹脂４５として熱可塑性樹脂、或いは、反応硬化型樹脂を用いる場合には、加熱をしないでコールドプレス、ベルトプレス、或いは、ロールプレスによって加熱することにより、副層樹脂４５を硬化させて副樹脂導電層４２を形成する。
【０１３４】
次に、主層樹脂３３および第１導電性物質３４Ａを分散または溶解しうる溶媒中に、前記主層樹脂３３および第１導電性物質３４を混合して、第１導電性物質３４Ａおよび主層樹脂３３の混合物、すなわち、第２調合液（塗料）の調整を行う。ここで、導電性物質３４としては、前述した導電性セラミックス、炭素系材料、或いは金属材料を単独で用いるか、２種以上を組み合わせて用いる。組み合わせて使用する場合、その混合割合は所望に応じて設定できる。また、第１導電性物質３４Ａおよび主層樹脂３３の割合は、後に行われる層の形成が損なわれない適宜の割合でよく、例えば、０〜５０重量％の導電性物質を用いる。また、第１導電性物質３４Ａの上限値は、５０重量％に限定するものではなく、第２導電性物質３４Ｂの主樹脂導電層３２内に押し込まれる度合いに応じて設定すればよい。
【０１３５】
また、第１導電性物質３４Ａの密度は、溶媒の密度よりも極端に高くないことが好ましい。極端に第１導電性物質３４Ａの密度が高い場合、後に行われる主樹脂導電層３２の形成のために好ましくない。混合物の付着後に、混合物中において導電性物質３４Ａが沈降する。第１導電性物質３４Ａの密度が極端に大きい場合、その沈降が速くなり、第１導電性物質３４Ａの割合が金属基板界面から、セパレータの表面に向けて連続的に増加するように構成されない。また、溶媒の量、種類を調整することによって、第１導電性物質３４Ａの沈降を遅らせるように、溶液粘度を調整してもよい。
【０１３６】
主層樹脂３３の種類は、副樹脂導電層４２の副層樹脂４５と同様にすることが好ましい。例えば、主層樹脂３３として熱硬化性樹脂を用いる場合には、副樹脂導電層４２の副層樹脂４５も同じ熱硬化性樹脂を用い、主層樹脂３３として熱可塑性樹脂を用いる場合には、副樹脂導電層４２の副層樹脂４５にも同じ熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。
【０１３７】
上記のように調整された第２調合液（塗料）を図９（ｄ）に示すように、副樹脂導電層４２の表面に付着させる。図９（ｄ）では、説明の便宜上、金属基板３０の片面側に副樹脂導電層４２を形成した場合を想定して説明している。付着方法は、第１実施形態と同様の付着方法によって付着されるが、限定されるものではない。図９（ｄ）は第２工程の説明図である。
【０１３８】
次に、第２導電性物質３４Ｂを分散しうる溶媒中に、第２導電性物質３４Ｂを適宜の割合で調合する。ここでの溶媒は、前記主樹脂導電層３２内の主層樹脂３３を溶解しない溶媒が好ましい。また、ここでの第２導電性物質３４Ｂは、第１実施形態で説明した導電性物質であれば良いが、カーボン系の導電性物質を単独で用いるか、他の導電性物質と組み合わせて用いることが好ましい。
【０１３９】
次に、上記のように第２導電性物質３４Ｂを溶媒に分散して樹脂を用いずに調整された調合液（塗料）を図９（ｅ）に示す未硬化の前記主樹脂導電層３２の表面に付着させて、主樹脂導電層３２の表面の全体またはほぼ全体を第２導電性物質３４Ｂで覆う。第１実施形態と同様の付着方法により付着されるが、限定されるものではない。樹脂を用いずに第２導電性物質３４Ｂを分散する分散溶媒は、前記主層樹脂を溶かしにくい溶媒であることが好ましい。即ち、主層樹脂は、第２導電性物質３４Ｂを分散する分散溶媒に対して難溶性を有することが好ましい。図９（ｅ）は第３工程の説明図である。
【０１４０】
この後、図９（ｆ）に示すように第２導電性物質３４Ｂで表面が覆われた金属基板３０に対して、主層樹脂３３として熱硬化性樹脂を用いる場合には、ホットプレスにより加熱及び加圧することによって、或いは加熱手段（ヒータ）により加熱しながらベルトプレスにより加圧することによって、主樹脂導電層３２を硬化させる。或いは、加熱手段（ヒータ）にて加熱しながら、ロールプレスにより加圧することにより、主樹脂導電層３２を硬化させる。このときの加熱温度は主層樹脂３３を硬化させるための温度である。また、主層樹脂３３に熱可塑性樹脂、或いは、反応硬化型樹脂を用いる場合には、加熱をしないでコールドプレス、ベルトプレス、或いは、ロールプレスにより加圧して、主樹脂導電層３２を硬化させる。図９（ｆ）は第４工程の説明図である。
【０１４１】
ここで、未硬化の主樹脂導電層３２は、例えば、前記ホットプレス、或いはコールドプレスにより加圧されると、粉末状、或いは繊維状の導電性物質３４Ｂ（例えばカーボン系の導電性物質）の間の隙間に主層樹脂３３が入り込み、硬化される。
【０１４２】
このようにして、主樹脂導電層３２の表面を第２導電性物質３４Ｂが覆う。この第２導電性物質３４Ｂの間に主層樹脂３３が入り込んでも、表面の近傍の第２導電性物質３４Ｂの樹脂に対する割合は、主樹脂導電層３２内に分散して存在する第１導電性物質３４Ａの樹脂に対する割合よりも多くなる。
【０１４３】
また、主樹脂導電層３２内にある第１導電性物質３４Ａも、加圧により主層樹脂３３が硬化することにより、より金属基板の界面に向けて移動した状態で、拘束される。
【０１４４】
このことにより、副樹脂導電層４２の界面からセパレータの表面に向けて導電性物質３４（３４Ａ，３４Ｂ）の割合が連続的に増加するように構成される。
【０１４５】
このようにして、主樹脂導電層３２には、厚さ方向において第１導電性物質３４Ａが存在する割合が少ない部位と、第２導電性物質３４Ｂ内に主層樹脂が入り込んで形成された部位とが最終的に構成される。この後、例えば、高圧洗浄または超音波洗浄により、主層樹脂３３に拘束されなかった第２導電性物質３４Ｂを洗浄する。この洗浄工程は、付着された第２導電性物質３４Ｂが全て樹脂により拘束されている場合、省略してもよい。
【０１４６】
（第３実施形態の作用）
上記のように構成されたセパレータ２０は、第１実施形態と同様の作用の他に下記の作用がある。
【０１４７】
第１実施形態では、樹脂が硬化する前に、プレス手段（前述したホットプレス、コールドプレス等）により加圧を行うと、主樹脂導電層３２において、未硬化の樹脂は、第２導電性物質３４Ｂの間の間隙に入り込んで、硬化する。このとき、金属基板３０の表面に接している樹脂がセパレータの表面に向けて移動して欠陥が生ずることがある。このようなセパレータを燃料電池に使用していると、欠陥部位に金属基板３０の金属イオンが溶出して耐食性が悪くなるおそれがある。これに対して、第３実施形態では、主樹脂導電層３２の樹脂３３がプレス手段により加圧されるとき、副樹脂導電層４２の副層樹脂は既に硬化しているため、金属基板３０に接している樹脂は移動しない。この結果、副樹脂導電層４２により金属基板３０の表面の近傍の欠陥の発生を防ぐことができ、セパレータの耐食性を向上させることが可能となる。
【０１４８】
第３実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
【０１４９】
（１）  第３実施形態のセパレータは、主樹脂導電層３２と金属基板３０との間には、金属基板３０の金属イオン溶出を防止するとともに、樹脂４５内に導電性物質４４が分散された副樹脂導電層４２が硬化した状態で形成されている。
【０１５０】
第３実施形態のセパレータ２０において、副樹脂導電層４２が硬化した状態で金属基板３０の表面を覆う。このため、金属基板３０の表面が露出するような欠陥を防止でき、金属基板３０から金属イオンが流出することを防止できる。従って、第３実施形態のセパレータは、接触抵抗を確保しつつ、金属基板から金属溶出を大幅に低減できる。このため、燃料電池の寿命を向上することができる。また、耐食性が悪い材質の金属基板を用いることもでき、低コスト化ができる。
【０１５１】
（２）  第３実施形態のセパレータの製造方法は、金属基板３０の片面または両面に対して、調合された副層樹脂４５および副層導電性物質４４を付着させて未硬化の副樹脂導電層４２を形成する第１工程と、前記第１工程で形成された副樹脂導電層４２を硬化させる段階とを含む。さらに、前記製造方法は、副樹脂導電層４２の表面に対して、調合された主層樹脂３３および第１導電性物質３４Ａを付着させて、未硬化の主樹脂導電層３２を形成する第２工程と、前記第２工程で形成された主樹脂導電層３２に、樹脂を伴わずに第２導電性物質３４Ｂを付着させる第３工程とを含む。
【０１５２】
さらに、前記製造方法は、表面が覆われた金属基板を加圧することにより、未硬化の主層樹脂３３を、樹脂を伴わずに付着された第２導電性物質３４Ｂの間の隙間に入り込ませて、硬化させる第４工程を含む。
【０１５３】
この結果、第３実施形態の製造方法によれば、主樹脂導電層３２を形成する主層樹脂３３が、加圧される際、例えば第２導電性物質３４Ｂ（導電性物質）の間へ向けて移動しても、金属基板３０の表面は予め硬化された副樹脂導電層４２で覆われているため、金属基板３０表面が露出する欠陥を防止できる。そのため、セパレータにおいて、金属基板３０から金属イオンが溶出することが抑制される。さらに、副樹脂導電層４２の表面が主樹脂導電層３２により覆われるため、セパレータの耐食性を向上させることができる。
【０１５４】
（３）  第３実施形態のセパレータの製造方法は、樹脂を伴わずに第２導電性物質３４Ｂを分散する分散溶媒は、第２調合液の溶媒と比較して、主樹脂導電層３２に含まれる主層樹脂３３を溶かしにくい溶媒である。この結果、第３実施形態によれば、第２導電性物質３４Ｂを分散させた調合液を付着させた際に、主樹脂導電層３２の樹脂３３が、第２導電性物質３４Ｂの上面を越えるように移動することが防止され、セパレータの接触抵抗の増大を抑制できる。この結果、燃料電池の出力性能を向上することができる。
【０１５５】
仮に、第２導電性物質３４Ｂを分散させる溶媒が、主樹脂導電層３２の主層樹脂３３を容易に溶かすものである場合（例えば、第２調合液の溶媒と同じ溶媒とした場合）、主樹脂導電層３２の溶けた主層樹脂３３が第２導電性物質３４Ｂの上面を越えるように移動する場合がある。この主層樹脂３３は絶縁性を有しているため、この分散溶媒を揮発させた後に第２導電性物質３４Ｂの上面に残存した樹脂３３により、接触抵抗が高まる虞がある。
【０１５６】
第３実施形態での製造方法では、このようなことが回避できるため、主樹脂導電層３２の導電性物質の割合、特に表面における導電性物質の割合を高めることができる。
【０１５７】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態を、セパレータ２０及びセパレータの製造方法を図１０を参照して説明する。第４実施形態では、第３実施形態のセパレータ２０と異なる構成について説明し、第３実施形態と同一または相当する構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【０１５８】
図１０（ｆ）に示すように第４実施形態のセパレータ２０は、第３実施形態のセパレータ２０の構成中、主樹脂導電層３２内の第１導電性物質３４Ａが省略されているところが異なっており、他の構成は第３実施形態と同一構成を備えている。図９（ｆ）に示す第３実施形態のセパレータ２０では、説明の便宜上、第１導電性物質３４Ａを説明するために、図１０（ｆ）に示す第４実施形態のセパレータ２０における主樹脂導電層３２よりも厚く図示されている。
【０１５９】
第４実施形態で、特徴的なことは、主樹脂導電層３２では、第２導電性物質３４Ｂが副樹脂導電層４２の界面から、セパレータの表面に向けて連続的に増加するように配置されていることである。また、第３実施形態と同様に、副樹脂導電層４２の厚さは、粉末状の副層導電性物質４４を用いる場合には、副層導電性物質４４の重量平均粒径に相当し、繊維状の副層導電性物質４４を用いる場合には、副層導電性物質４４の繊維径に相当する。あるいは、副層導電性物質４４が凝集体を形成する場合には、副樹脂導電層４２は、該凝集体の大きさにほぼ相当する厚さを有する。そのため、副樹脂導電層４２において、樹脂に対する導電性物質の割合は、一定となる。
【０１６０】
主樹脂導電層３２では、第２導電性物質３４Ｂの主層樹脂３３に対する割合が、副樹脂導電層４２の界面から、セパレータ２０の表面に向けて連続的に増加している。第４実施形態では主樹脂導電層３２の表面において導電性物質３４Ｂの割合が１００％、また金属基板の界面の近傍において、副層導電性物質４４の割合が５％程度となっている。この割合は、表面において必ずしも１００％である必要はないが、１００％に近い数字であれば好ましい。また、金属基板の界面の近傍において副層導電性物質４４の割合は、第４実施形態では５％としているが、５％に限定されるものではなく、最低でも数％以上が好ましい。また、第４実施形態では、金属基板の界面から表面までの割合は、直線的或いは、下に湾曲した曲線状、或いは上に湾曲した曲線状に変化する。要は導電性物質の割合が金属基板界面から表面まで連続的に、単調的に増加するようになっていればよい。
【０１６１】
（第４実施形態のセパレータ２０の製造方法）
次に、第４実施形態のセパレータ２０の製造方法を図１０（ａ）〜（ｆ）を参照して説明する。図１０（ａ）〜（ｃ）までの工程又は段階は、第３実施形態の図９（ａ）〜（ｃ）で説明した製造方法と同じであるため説明を省略する。すなわち、金属基板３０に副樹脂導電層４２を形成するまでは、第３実施形態と同じである。
【０１６２】
第３実施形態の製造方法では、副樹脂導電層４２の表面に対して、主層樹脂３３および第１導電性物質３４Ａが付着されて未硬化の主樹脂導電層３２が形成される。第４実施形態では、図１０（ｄ）に示すように、主層樹脂３３が副樹脂導電層４２の表面に付着されて樹脂層３２Ｃが形成される。
【０１６３】
すなわち、主層樹脂３３を分散または溶解しうる溶媒中に、前記主層樹脂３３を加えて、調合液（塗料）の調整を行う。第４実施形態において、この調合液は、第２調合液に相当する。主層樹脂３３および溶媒の割合は、後に行われる層の形成が損なわれない適宜の割合でよい。
【０１６４】
上記のように調整された調合液（塗料）を図１０（ｄ）に示すように、副樹脂導電層４２の表面に付着させる。図１０（ｄ）では、説明の便宜上、金属基板３０の片面に副樹脂導電層４２を形成した場合を想定して説明している。付着方法は、第１実施形態と同様であり、限定するものではない。付着されて形成された層は、未硬化の樹脂層３２Ｃとなる。
【０１６５】
次に、樹脂を伴わずに、導電性物質３４Ｂを樹脂層３２Ｃに付着させる工程は、第３実施形態の第２導電性物質３４Ｂを主樹脂導電層３２に付着させる工程（図９（ｅ）参照）と同様であるため説明を省略する。
【０１６６】
すなわち、樹脂層３２Ｃの表面の全体またはほぼ全体を導電性物質３４Ｂで覆う（第３工程）。また、ここでの付着方法は、第１実施形態と同様であり、限定するものではない。樹脂を伴わない導電性物質３４Ｂを分散する分散溶媒は、主層樹脂３３を溶かしにくい溶媒であることが好ましい。即ち、主層樹脂３３は、導電性物質３４Ｂを分散する分散溶媒に対して難溶性を有することが好ましい。
【０１６７】
この後、第４工程として、導電性物質３４Ｂで表面が覆われた金属基板３０に対して、第３実施形態の第４工程と同様に、主層樹脂３３として熱硬化性樹脂を用いる場合には、ホットプレス等により加熱及び加圧することにより、樹脂層３２Ｃを硬化させる。このとき、樹脂層３２Ｃに導電性物質３４Ｂが押し込まれ、硬化した主樹脂導電層３２が形成される。また、樹脂３３が熱可塑性樹脂、或いは、反応硬化型樹脂の場合には、加熱をしないでコールドプレス等により加圧して、通常の方法により樹脂導電層３２を硬化させる。
【０１６８】
表面が覆われた金属基板３０を、前記ホットプレス等、或いはコールドプレス等により加圧すると、粉末、或いは繊維状の導電性物質３４Ｂ（例えばカーボン系の導電性物質３４Ｂ）の間の隙間に主層樹脂３３が入り込み、硬化する。
【０１６９】
このようにして、硬化した主樹脂導電層３２を形成してその表面を導電性物質３４Ｂが覆う導電性物質３４Ｂは、樹脂層３２Ｃ内に分散して主樹脂導電層３２を形成する。
【０１７０】
このことにより、副樹脂導電層４２の界面からセパレータの表面に向けて導電性物質３４Ｂの割合が沈降及び加圧により連続的に増加した構造となる。
【０１７１】
このようにして、主樹脂導電層３２には、導電性物質３４Ｂの間に主層樹脂が入り込んで形成された部位が最終的に構成される。この後、例えば、高圧洗浄または超音波洗浄により、主層樹脂によって拘束されなかった導電性物質３４Ｂを洗浄する。この洗浄工程は、付着された導電性物質３４Ｂが全て樹脂により拘束されている場合、省略してもよい。
【０１７２】
（第４実施形態の作用）
第４実施形態においても、副樹脂導電層４２が、形成されて、予め硬化される。そのため、主樹脂導電層３２の主層樹脂３３が硬化していない状態で、プレス手段により加圧されても、副樹脂導電層４２の副層樹脂が移動することがない。この結果、副樹脂導電層４２により被膜の欠陥が発生することが防止され、耐食性を向上させることが可能となる。
【０１７３】
第４実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
【０１７４】
（１）  第４実施形態のセパレータは、主樹脂導電層３２と金属基板３０との間には、副樹脂導電層４２を備える。副樹脂導電層４２は、金属基板３０から金属イオンが溶出することを防止するとともに、副層樹脂４５内に分散された副層導電性物質４４を備えている。この結果、第４実施形態によるセパレータ２０は、第３実施形態の（１）と同様の効果を奏する。
【０１７５】
（２）  第４実施形態のセパレータの製造方法は、金属基板３０の表面（片面または両面）に対して、調合された副層樹脂４５および副層導電性物質４４を付着させて、未硬化の副樹脂導電層４２を形成する第１工程と、第１工程で形成された副樹脂導電層４２を硬化させる段階とを含む。さらに、前記製造方法は、副樹脂導電層４２の表面に対して、主層樹脂３３を付着させて未硬化の樹脂層３２Ｃを形成する第２工程と、第２工程で形成された樹脂層３２Ｃ上に、樹脂を伴わずに導電性物質３４Ｂ（第２導電性物質）を、付着させる第３工程とを含む。さらに、前記製造方法は、表面が覆われた金属基板３０を加圧することにより、樹脂を伴わずに付着された導電性物質３４Ｂ（第２導電性物質）を樹脂層３２Ｃ内に押し込むとともに、主層樹脂３３を硬化させて、主樹脂導電層３２を形成する第４工程を含む。この結果、第４実施形態の製造方法によれば、第３実施形態の（２）と同様の効果を奏する。
【０１７６】
（３）  第４実施形態のセパレータの製造方法は、樹脂を伴わずに導電性物質３４Ｂを分散する分散溶媒は、主層樹脂を含む第２調合液の溶媒に比べて、主層樹脂３３を溶かしにくい溶媒である。この結果、第４実施形態によれば、第３実施形態の（３）と同様の効果を奏する。
【０１７７】
（第５実施形態）
次に、第５実施形態を図１１〜図１３を参照して説明する。
【０１７８】
第５実施形態のセパレータ２０は、第３実施形態と同様に図３で説明したセパレータ２０Ａ、２０Ｂとして用いられるものである。
【０１７９】
第５実施形態のセパレータ２０については、図７で説明した第３実施形態とは異なる構成について説明し、第３実施形態と同一または相当する構成については同じ符号を付してその説明を省略する。以下では、セパレータ２０Ａ，２０Ｂは同一の構成を有するため、説明の便宜上、セパレータ２０Ａの構成について説明し、セパレータ２０Ｂについては説明を省略する。
【０１８０】
図７に示すように第３実施形態のセパレータは、金属基板３０の表面（片面または両面）の全体に積層された副樹脂導電層４２と、主樹脂導電層３２とを備えている。第３実施形態のセパレータにおいて、主樹脂導電層３２は主層樹脂３３と、第１導電性物質３４Ａおよび第２導電性物質３４Ｂとを含み、副樹脂導電層４２は副層樹脂４５および副層導電性物質４４を含んでいる。
【０１８１】
第５実施形態のセパレータ２０Ａも、図１３（ｂ）に示すように金属基板３０の表面（片面または両面）の全体に積層された副樹脂導電層４２、主樹脂導電層を備える。すなわち、金属基板３０の凸部２２の頂面２２ｂ及び溝２２ａを形成する面に副樹脂導電層４２、主樹脂導電層３２を有する。しかし、第５実施形態のセパレータ２０Ａにおいて、図１３（ｂ）では、説明の便宜上、金属基板３０の片面のみに副樹脂導電層４２、主樹脂導電層３２を設けている。
【０１８２】
また、第５実施形態のセパレータ２０Ａでは、副樹脂導電層４２及び主樹脂導電層３２内にそれぞれ副層導電性物質４４、第１導電性物質３４Ａが分散している。
【０１８３】
前記凸部２２の頂面２２ｂは、ガス拡散層１１ｂに接触する接触部位である。溝２２ａを形成する面は非接触部位である。
【０１８４】
そして、第３実施形態と異なるのは、第５実施形態のセパレータ２０Ａでは、凸部２２の頂面領域の主樹脂導電層３２内及び主樹脂導電層３２の表面に、第２導電性物質３４Ｂが分散して固定されているが、溝２２ａを形成する面には第２導電性物質３４Ｂが存在しないことである。
【０１８５】
また、主層樹脂３３において、溝２２ａを形成する面を被覆する領域部分が、親水性を有することが第３実施形態と異なっていることである。このために、主層樹脂３３自体が親水性樹脂により構成されていてもよい。この場合には、主層樹脂３３は耐水性も有することが好ましい。
【０１８６】
或いは主層樹脂３３に親水性をもたせるために、前記領域部分の表面に親水化処理を施してもよい。親水化処理としては、プラズマ処理、コロナ放電処理、紫外線照射処理等がある。樹脂３３が親水性を有することにより、溝２２ａに滞留する水滴を効率良く外部に排出できる。
【０１８７】
（第５実施形態のセパレータ２０の製造方法）
次に、第５実施形態のセパレータ２０の製造方法の一例を図１１〜図１２を参照して説明する。
【０１８８】
ここで、図１１（ａ）〜図１１（ｃ）に示される工程は、第３実施形態の図９（ａ）〜図９（ｃ）に示される工程にそれぞれ相当するため、説明を省略する。図１１（ｂ）は、第１工程を示す図である。
【０１８９】
図９（ａ）〜図９（ｃ）の工程を経ると、図９（ｃ）に示すように、金属基板３０の凸部２２の頂面及び溝２２ａを形成する面には、副層導電性物質４４が分散した副樹脂導電層４２が形成される。
【０１９０】
図１２（ａ）は、第３実施形態の図９（ｄ）で示す第２工程と同様の第２工程を示しており、第３実施形態と同じ説明となるため、説明を省略する。
【０１９１】
この第２工程により、主層樹脂３３に第１導電性物質３４Ａが分散された主樹脂導電層３２が前記副樹脂導電層４２に積層される。図１２（ａ）、（ｂ）及び図１３（ａ）、（ｂ）では、説明の便宜上、主樹脂導電層３２は、副樹脂導電層４２よりも薄く図示されているが、第３実施形態の主樹脂導電層３２と同様に副樹脂導電層４２よりも厚く形成される。
【０１９２】
第２工程の後、第３工程として、図１２（ｂ）に示すように、第３実施形態と同様の第２導電性物質３４Ｂ（例えば、カーボンブラック）をロールコータ等の塗布手段５０により、凸部２２の頂面における未硬化の主層樹脂３３上に塗布する。または、同第２導電性物質３４Bを、スプレー等の塗布手段により、未硬化の主層樹脂３３上に塗布する。
【０１９３】
図１３（ａ）は、第４工程の説明図である。図１３（ａ）に示すように表面が覆われた金属基板３０に対して、樹脂３３として熱硬化性樹脂を用いる場合には、ホットプレスにより加熱及び加圧することによって、或いは加熱手段（ヒータ）により加熱しながらベルトプレスにより加圧することによって、主樹脂導電層３２を硬化させる。或いは、加熱手段（ヒータ）にて加熱しながら、ロールプレスにより加圧することにより、主樹脂導電層３２を硬化させる。このときの加熱温度は樹脂を硬化させるための温度である。また、樹脂３３が熱可塑性樹脂、或いは、反応硬化型樹脂の場合には、加熱をしないでコールドプレス、ベルトプレス、或いは、ロールプレスにより加圧して、主樹脂導電層３２を硬化させる。このとき、接触部位において主樹脂導電層３２には、第２導電性物質３４Bが押し込まれ、第２導電性物質３４Bの間の隙間には主層樹脂３３が入り込んで硬化する。
【０１９４】
次に、図１３（ｂ）は、第５工程の説明図である。図１３（ｂ）に示すように、溝２２ａを形成する面を被覆している主樹脂導電層３２の部分に対して親水化処理を施して、その表面を親水化する。親水化処理がプラズマ処理、コロナ放電処理、或いは紫外線照射処理等のように照射系処理で行われる場合、頂面２２ｂを被覆する樹脂３３は導電性物質３４Ｂで覆われているため、親水化されない。従って、溝２２ａを形成する面を被覆する主樹脂導電層３２を選択的に親水化することができる。
【０１９５】
第４工程および第５工程の間に、例えば、高圧洗浄または超音波洗浄により、樹脂に拘束されなかった第２導電性物質３４Ｂを洗浄してもよい。この洗浄工程は、付着された第２導電性物質３４Ｂが全て樹脂により拘束されている場合、省略してもよい。ただし、スプレー等の塗布手段により、第２導電性物質３４Bを凸部２２の頂面以外にも塗布した場合には、例えば、上述のような洗浄方法により、樹脂に拘束されなかった第２導電性物質３４Ｂを取り除く必要がある。
【０１９６】
上記の説明は、セパレータ２０Ａの製造方法で説明したが、セパレータ２０Ｂについても同様に製造できる。
【０１９７】
（第５実施形態の作用）
第５実施形態では、溝２２ａを形成する面の領域を被覆する主樹脂導電層３２の部分が親水性を有する。そのため、このセパレータを使用した燃料電池では、溝２２ａに滞留する水滴を効率良く外部に排出できる。この結果、溝の排水性を高めて、燃料電池のガス拡散層１１ｂのガス拡散性が向上する。
【０１９８】
また、ガス拡散層１１ｂと接触する領域以外の領域、すなわち、溝２２ａ，溝２４ａは樹脂層で被覆されているため、金属基板３０の耐食性が向上する。また、金属基板３０の凸部２２，２４を被覆する主樹脂導電層３２の表面には、第２導電性物質３４Ｂがあるため、ガス拡散層１１ｂとの接触抵抗を低減できる。
【０１９９】
また、金属基板３０の両面にそれぞれ副樹脂導電層４２、主樹脂導電層３２を設けた２つのセパレータを電気的に接触させる場合には、図３に示す凸部２３、２５の間の接触抵抗を低減できる。
【０２００】
第５実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
【０２０１】
（１）  第５実施形態の燃料電池用セパレータは、金属基板３０の片面には、燃料電池のガス拡散層１１ｂまたは他のセパレータに対して接触する凸部２２，２４の頂面２２ｂ，２４ｂ（接触部位）を有する。また、セパレータは、ガス拡散層１１ｂまたは前記他のセパレータに対して接触不能で水路を画定する溝２２ａ、２４ａを形成する面（非接触部位）を有する。セパレータは、副樹脂導電層４２および主樹脂導電層３２を有する。主樹脂導電層３２は、主層樹脂３３と、主層樹脂３３内に分散された第１導電性物質３４Ａとを備えている。凸部２２、２４の頂面２２ｂ、２４ｂ（接触部位）の主樹脂導電層３２の表面には、第２導電性物質３４Bが設けられている。また、溝２２ａ、２４ａを形成する面（非接触部位）を被覆する主樹脂導電層３２の主層樹脂３３の部分が親水性を有する。
【０２０２】
この結果、第５実施形態によれば、溝を形成する面の領域を被覆する樹脂導電層３２の主層樹脂３３の部分が親水性を有するため、このセパレータを使用した燃料電池では、溝に滞留する水滴を効率良く外部に排出できる。この結果、溝の排水性を高めて、燃料電池のガス拡散層１１ｂのガス拡散性が向上し、電池性能が向上する。
【０２０３】
また、溝２２ａ，２４ａは樹脂層で被覆されているため、金属基板の耐食性が向上する。また、金属基板の凸部を被覆する主樹脂導電層３２の表面には、第２導電性物質３４Ｂがあるため、ガス拡散層１１ｂとの接触抵抗を低減できる。
【０２０４】
また、金属基板の両面にそれぞれ上記した副樹脂導電層、主樹脂導電層を設けた２つのセパレータを電気的に接触させる場合には、凸部同士の接触抵抗を低減できる。
【０２０５】
この結果、低い接触抵抗を維持しつつ、金属イオンの溶出を大幅に低減でき、燃料電池の寿命が向上する。
【０２０６】
（２）  第５実施形態のセパレータは、金属基板３０の片面に、燃料電池のガス拡散層１１ｂまたは他のセパレータに対して接触する凸部２２，２４の頂面２２ｂ（接触部位）と、ガス拡散層１１ｂまたは他のセパレータに対して接触不能で水路を画定する溝２２ａ、２４ａを形成する面（非接触部位）とを有する。
【０２０７】
第１工程では、凸部２２，２４の頂面２２ｂ（接触部位）及び溝２２ａ、２４ａを形成する面（非接触部位）に対して副層樹脂４５および副層導電性物質４４を付着させて、未硬化の副樹脂導電層を形成する。次に、第１工程で接触部位及び非接触部位で形成された前記副樹脂導電層４２を硬化させる。
【０２０８】
第２工程では、凸部２２，２４の頂面２２ｂ（接触部位）及び溝２２ａ、２４ａを形成する面（非接触部位）の副樹脂導電層４２の表面に対して、調合された主層樹脂３３および第１導電性物質３４Ａを付着させて、未硬化の主樹脂導電層３２を形成する。また、第３工程では、凸部２２，２４の頂面２２ｂ（接触部位）を覆う主樹脂導電層３２の部分に対して樹脂を伴わずに第２導電性物質３４Ｂを付着させる。頂面以外の主樹脂導電層３２の部分に対して、第２導電性物質３４Bを付着してもよい。ただし、この場合、第４工程後に第２導電性物質３４Bを取り除く必要がある。次の第４工程では、表面が覆われた金属基板３０を加圧することにより、主樹脂導電層３２に、樹脂を伴わずに付着された第２導電性物質３４Ｂを押し込むとともに、主樹脂導電層３２を硬化させる。第４工程後に、第５工程として、溝２２ａ、２４ａを形成する面（非接触部位）を覆う主樹脂導電層３２の部分に対して親水化処理を行う。
【０２０９】
この結果、非接触部位が親水性の樹脂で被覆されるため、このセパレータを使用した燃料電池では、溝に滞留する水滴を効率良く外部に排出できる。この結果、燃料電池のガス拡散層１１ｂのガス拡散性が向上する。また、非接触部位が親水性の樹脂で被覆されるため、金属基板の耐食性が向上する。さらに、金属基板の凸部を被覆する主樹脂導電層３２の表面には、第２導電性物質３４Bがあるため、ガス拡散層１１ｂとの接触抵抗を低減できる。
【実施例】
【０２１０】
（実施例１）
第１実施形態に関する実施例１について説明する。【０２１１】
樹脂導電層の形成のために、溶媒として７０重量％のＭＥＫ（メチルエチルケトン）と、３０重量％の下記固形分を混合して調合液を調整した。前記固形分は、５０重量％のフェノール樹脂（群栄化学製、レヂトップＰＧＡ４５２８）と、導電性物質としての５０重量％のＴｉＮ（窒化チタン（日本新金属製：重量平均粒径が１．２〜１．８μｍ）とを含む。【０２１２】
この調合液を、ＳＵＳ４４７Ｊ１からなる平板状の金属基板の両面に対してスプレー塗装により塗布し、層厚４μｍの層を形成した。【０２１３】
次に、１０重量％の膨張黒鉛（日本黒鉛工業製。ＣＭＸ−４０）と、９０重量％のノルマルヘキサンとを混合して、樹脂を伴わない導電性物質の調合液を調整した。この調合液を、前記層の表面に対してスプレーにより塗布し、層厚８μｍの層を形成した。【０２１４】
ここでの溶媒であるノルマルヘキサンは、膨張黒鉛を分散する分散溶媒であり、ＭＥＫ（メチルエチルケトン）に比較して、フェノール樹脂を溶かしにくい溶媒である。【０２１５】
そして、膨張黒鉛の層を塗布して形成して、３０分間放置して、ノルマルヘキサンを蒸発させた。その後、前記最初の層の硬化前に、温度１５０℃及び面厚荷重２ＭＰａの条件でホットプレスにより３分間加熱および加圧を行い、前記最初の層の樹脂を、樹脂を伴わずに塗布された導電性物質の間に入り込ませた上で、全体を硬化させて樹脂導電層を形成した。【０２１６】
次に、高圧洗浄機でセパレータの表面を洗浄することにより、樹脂に拘束されなかった膨張黒鉛を除去して、膨張黒鉛の層厚を７μｍとし、樹脂導電層の合計層厚は１１μｍとした。【０２１７】
（実施例２）
第３実施形態に関する実施例２について説明する。【０２１８】
副樹脂導電層の形成のために、溶媒として７０重量％のＭＥＫ（メチルエチルケトン）と、３０重量％の下記固形分を混合して調合液を調整した。前記固形分は、９０重量％のフェノール樹脂（群栄化学製、レヂトップＰＧＡ４５２８）と、導電性物質としての１０重量％のＴｉＮ（窒化チタン（日本新金属製：重量平均粒径が１．２〜１．８μｍ）とを含む。【０２１９】
ここでの調合液は、第１調合液に相当し、前記フェノール樹脂は副層樹脂に相当し、前記導電性物質は副層導電性物質に相当する。【０２２０】
この調合液を、ＳＵＳ４４７Ｊ１からなる平板状の金属基板の両面に対してスプレーにより塗布し、層厚３μｍの副樹脂導電層を形成した。【０２２１】
次に、温度１５０℃で１０分間加熱してベークし、副樹脂導電層を硬化させた。【０２２２】
主樹脂導電層の形成のために、溶媒として７０重量％のＭＥＫ（メチルエチルケトン）と、３０重量％の下記固形分とを混合して調合液を調整した。前記固形分は、５０重量％のフェノール樹脂（群栄化学製、レヂトップＰＧＡ４５２８）と、導電性物質としての５０重量％のＴｉＮ（窒化チタン（日本新金属製：重量平均粒径が１．２〜１．８μｍ））とを含む。ここでの調合液は、第２調合液に相当し、前記フェノール樹脂は主層樹脂に相当し、前記導電性物質は第１導電性物質に相当する。【０２２３】
この調合液を、前記副樹脂導電層の表面に対してスプレーにより塗布し、層厚２μｍの樹脂および導電性物質を含む層を形成した。【０２２４】
次に、１０重量％の膨張黒鉛（日本黒鉛工業製。ＣＭＸ−４０）と、９０重量％のノルマルヘキサンとを混合して、樹脂を伴わない導電性物質の調合液を調整した。この調合液を、前記樹脂導電層表面に対してスプレーにより塗布し、層厚１０μｍの膨張黒鉛の層を形成した。【０２２５】
ここでの溶媒であるノルマルヘキサンは、第２導電性物質としての膨張黒鉛を分散する分散溶媒であり、第２調合液の溶媒（ＭＥＫ（メチルエチルケトン）に比較して、主層樹脂であるフェノール樹脂を溶かしにくい溶媒である。【０２２６】
そして、膨張黒鉛の層を塗布して形成した後、３０分間放置して、ノルマルヘキサンを蒸発させた。その後、前記樹脂および導電性物質を含む層の硬化前に温度１５０℃及び面厚荷重２ＭＰａの条件でホットプレスにより３分間加熱および加圧を行い、前記樹脂および導電性物質を含む層の樹脂を、樹脂を伴わずに塗布された導電性物質の間に入り込ませた上で、全体を硬化させて、樹脂導電層を形成した。【０２２７】
次に、高圧洗浄機でセパレータの表面を洗浄することにより、樹脂に拘束されなかった膨張黒鉛を除去して、膨張黒鉛の層厚を６μｍとし、樹脂導電層の合計層厚は１１μｍとした。【０２２８】
（比較例１）
樹脂導電層の形成のために、溶媒として４０重量％のＭＥＫ（メチルエチルケトン）と、６０重量％の市販カーボン塗料（日本黒鉛工業製、エブリオーム１０１Ｐ）とを混合して調合液を調整した。市販カーボン塗料（日本黒鉛工業製、エブリオーム１０１Ｐ）は、黒鉛及びフェノール樹脂からなる塗料である。この調合液を、図１６（ａ）に示すようにＳＵＳ４４７Ｊ１からなる平板状の金属基板３０の片面に対してスプレーにより塗布して塗膜を形成した。この後、溶媒を乾燥蒸発させ、温度１５０℃で３０分間加熱してベークし、層厚５μｍの導電層６２を形成した。図１６（ａ）において、導電層６２の中にカーボンからなる導電性物質６４が分散して配置されている。【０２２９】
（比較例２）
樹脂導電性物質として、９０重量％の市販のカーボン塗料（日本黒鉛工業製、エブリオーム１０１Ｐ）と、１０重量％のＴｉＮ（窒化チタン（日本新金属製：重量平均粒径が１．２〜１．８μｍ））とを混合した。この混合物を６０重量％とし、溶媒として４０重量％のＭＥＫ（メチルエチルケトン）に混合して、塗料の調合液を調整した。【０２３０】
この調合液を、図１６（ｂ）に示すようにＳＵＳ４４７Ｊ１からなる平板状の金属基板３０の片面に対してスプレーにより塗布して塗膜を形成した。この後、溶媒を乾燥蒸発させ、温度１５０℃で３０分間加熱してベークし、層厚５μｍの樹脂導電層７２を形成した。図１６（ｂ）において、樹脂導電層７２の中にカーボンからなる導電性物質７４と、ＴｉＮからなる導電性物質７６とが分散して配置されている。【０２３１】
（比較例３）
樹脂導電層の形成のために、９０重量％の市販のカーボン塗料（日本黒鉛工業製、エブリオーム１０１Ｐ）と、１０重量％のＴｉＮ（窒化チタン（日本新金属製：重量平均粒径が１．２〜１．８μｍ））とを混合した。前記混合物を６０重量％とし、溶媒として４０重量％のＭＥＫ（メチルエチルケトン）に混合して、調合液を調整した。【０２３２】
この調合液を、ＳＵＳ４４７Ｊ１からなる平板状の金属基板の両面に対してスプレー塗装により塗布し、層厚５μｍの層を形成した。【０２３３】
次に、１０重量％の膨張黒鉛（日本黒鉛工業製。ＣＭＸ−４０）と、９０重量％のＭＥＫ（メチルエチルケトン）とを混合して樹脂を伴わない導電性物質の調合液を調整した。この調合液を、前記層の表面に対してスプレーにより塗布し、層厚３μｍの層を形成した。【０２３４】
ここでの溶媒であるＭＥＫ（メチルエチルケトン）は、膨張黒鉛を分散する分散溶媒であり、前記市販カーボン塗料に含まれるフェノール樹脂を溶かしやすい溶媒である。【０２３５】
そして、膨張黒鉛の層を塗布形成した後、３０分間放置して、ＭＥＫ（メチルエチルケトン）を蒸発させた。その後、前記最初の層の硬化前に、温度１５０℃及び面厚荷重２ＭＰａの条件でホットプレスにより３分間加熱および加圧を行い、前記フェノール樹脂を、樹脂を伴わずに塗布された層に入り込ませた上で、全体を硬化させて、層厚７μｍの樹脂導電層８２を形成した。このとき、フェノール樹脂は、膨張黒鉛の表面上を越えて染み出した。【０２３６】
図１６（ｃ）は、比較例３において、樹脂導電層８２の中にカーボンからなる導電性物質８４と、ＴｉＮからなる導電性物質８６とが分散して配置された状態を示したものである。また、導電性物質８６が積層された表面を越えてフェノール樹脂層８８が形成されていることが図示されている。【０２３７】
（接触抵抗の試験）
実施例１、２及び比較例１〜３のセパレータについて下記の方法による測定を行なった。【０２３８】
図２０に示すように、試験片３０４（セパレータ）の両面をカーボンクロス３０６で挟み、接触抵抗測定用治具３０１，３０２により所定の荷重（１ＭＰａ）を加えながら、４端子法にて所定の電流（１Ａ）を印加した時の電圧を測定して、接触抵抗を求めた。接触抵抗試験における試験片３０４の評価面積は１０ｃｍ２である。ここで、前記カーボンクロス３０６は、図３、図４で説明したアノード１６Ａ及びカソード１６Ｂに設けられたガス拡散層１１ｂと同材料である。【０２３９】
以下で説明するガス拡散層１１ｂに対する接触抵抗の測定値は、図２０に示すように、一対のカーボンクロス３０６で、１つの試験片３０４を挟み込んだ状態で、接触抵抗試験により測定したものである。【０２４０】
一方、セパレータに対する接触抵抗の測定値は、同じ製造方法で製作した一対の試験片３０４を積層し、この積層した一対の試験片３０４に対して、前記一対のカーボンクロス３０６を挟み込んだ状態で、測定したものである。【０２４１】
このときの測定結果を、図１７に示す。【０２４２】
ＧＤＬに対する接触抵抗は、比較例１では２０ｍΩ・ｃｍ２、比較例２では５．５ｍΩ・ｃｍ２、比較例３では７．８ｍΩ・ｃｍ２であった。それに対して、実施例１におけるＧＤＬに対する接触抵抗は、１．４ｍΩ・ｃｍ２、実施例２におけるＧＤＬに対する接触抵抗は、３．０ｍΩ・ｃｍ２であった。【０２４３】
また、セパレータに対する接触抵抗では、比較例１では９０ｍΩ・ｃｍ２、比較例２では２１．４ｍΩ・ｃｍ２、比較例３では４４ｍΩ・ｃｍ２であった。それに対して、実施例１におけるセパレータに対する接触抵抗は、３．６ｍΩ・ｃｍ２、実施例２におけるセパレータに対する接触抵抗は、４．０ｍΩ・ｃｍ２であった。【０２４４】
上記の測定結果は、図１７に示されている。【０２４５】
また、図１８は、膨張黒鉛の分散溶媒に、ノルマルヘキサンを使用した実施例１、及びＭＥＫ（メチルエチルケトン）を使用した比較例３におけるＧＤＬに対する接触抵抗及びセパレータに対する接触抵抗の測定結果を示すグラフである。【０２４６】
上記のように、実施例１、２は、比較例１〜３に比して、ガス拡散層（ＧＤＬ）に対する接触抵抗及びセパレータに対する接触抵抗のいずれにおいても、小さな抵抗値を示した。【０２４７】
また、比較例３および実施例１でそれぞれ製作した試験片のＧＤＬに対する接触抵抗の測定においては、接触抵抗測定用治具３０１，３０２により荷重（面圧）を、０．１〜１．０ＭＰａまでの間、０．１毎に変更して、接触抵抗を測定した。その測定結果を図１４に示す。【０２４８】
また、比較例３および実施例１でそれぞれ製作した試験片に対して、接触抵抗測定用治具３０１，３０２による荷重を、０．２〜１．０ＭＰａまでの間、０．１毎に変更して、セパレータに対する接触抵抗を測定した。ここで、セパレータに対する接触抵抗の測定は、各セパレータに設けられた塗膜（樹脂導電層）同士の接触抵抗を測定することとなる。その測定結果を図１５に示す。【０２４９】
図１４、図１５に示すように、実施例１によると、各面圧下において、ＧＤＬに対する接触抵抗、およびセパレータに対する接触抵抗が、比較例３よりも小さいことが確認できた。【０２５０】
（定電位腐食試験）
実施例１、２について、日本工業規格の金属材料の電気化学的高温腐食試験法（ＪＩＳ  Ｚ２２９４）に準じた定電位腐食試験を行った。【０２５１】
図１９に示すように、硫酸水溶液（３００ｍｌ、ｐｈ３）、温度８０℃に調整された溶液中に、実施例１、２の試験片を浸漬させ、この状態で、０．９ＶｖｓＳＨＥの電位を一定に保持させた。試験時間は１００時間とした。【０２５２】
（金属イオン溶出確認試験）
前記硫酸水溶液中の金属イオン量を（株）共立理化学研究所製のデジタルパックテストマルチ装置（測定方法：吸光光度法（ＬＥＤ：４７０，５２５，６１５ｎｍ））を用いて測定した。【０２５３】
その結果、Ｆｅの溶出量は、実施例１の試験片については、１．５ｍｇ／ｌであり、実施例２の試験片については、検出限界（０．０５ｍｇ／ｌ）以下であった。【０２５４】
また、Ｃｒの溶出量は、実施例１及び実施例２の試験片のいずれについても、の検出限界（０．０５ｍｇ／ｌ）以下であった。【０２５５】
このように、実施例１及び２の試験片において金属イオンの溶出は極めて低いことが確認できた。
【符号の説明】
【０２５６】
２０…セパレータ、３０…金属基板、３２…樹脂導電層（主樹脂導電層）、３２Ａ，３２Ｂ…樹脂導電層、３３…樹脂（主層樹脂）、３４，３４Ａ，３４Ｂ…導電性物質、３５Ａ，３５Ｂ…樹脂、３６Ａ，３６Ｂ…導電性物質、４２…副樹脂導電層、４４…副層導電性物質、４５…副層樹脂。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年12月10日(2013.12.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基板の表面に対して、調合された樹脂および第１導電性物質を付着させて未硬化の樹脂導電層を形成する第１工程と、
前記未硬化の樹脂導電層の表面に対して、第２導電性物質を付着させる第２工程と、
前記未硬化の樹脂導電層を硬化させる第３工程であって、硬化時に、表面を覆われた金属基板を加圧することにより、前記樹脂を前記第２導電性物質の間に入り込ませて硬化させる前記第３工程とを含む燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項２】
前記第２工程は、前記第２導電性物質を溶媒に混合し、その混合物を前記第１工程で形成された未硬化の樹脂導電層上に付着させる工程を含み、前記樹脂は、前記溶媒に対し難溶性を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項３】
金属基板の表面に対して、調合された第１層樹脂および第１層導電性物質を付着させて、未硬化の第１樹脂導電層を形成する第１工程と、
前記未硬化の第１樹脂導電層の表面に対して、調合された第２層樹脂および第２層導電性物質を付着させて、未硬化の第２樹脂導電層を形成する第２工程であって、前記第２層導電性物質の前記第２層樹脂に対する割合は、前記第１層導電性物質の前記第１層樹脂に対する割合よりも多い前記第２工程と、
前記未硬化の第１樹脂導電層および第２樹脂導電層を硬化させる第３工程とを含む燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項４】
金属基板の表面に対して、調合された副層樹脂および副層導電性物質を付着させて、未硬化の副樹脂導電層を形成する第１工程と、
前記未硬化の副樹脂導電層を硬化させる工程と、
前記副樹脂導電層の表面に対して、調合された主層樹脂および第１導電性物質を付着させて、未硬化の主樹脂導電層を形成する第２工程と、
前記未硬化の主樹脂導電層の表面に対して、第２導電性物質を付着させる第３工程と、
前記未硬化の主樹脂導電層を硬化させる第４工程であって、表面を覆われた金属基板を加圧することにより、前記主層樹脂を前記第２導電性物質の間に入り込ませた後、前記主層樹脂を硬化させる前記第４工程とを含む燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項５】
前記第３工程は、前記第２導電性物質を溶媒に混合し、その混合物を前記第１工程で形成された未硬化の副樹脂導電層上に付着させる工程を含み、前記主層樹脂は、前記溶媒に対し難溶性を有することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項６】
金属基板の表面に対して、調合された副層樹脂および副層導電性物質を付着させて、未硬化の副樹脂導電層を形成する第１工程と、
前記未硬化の副樹脂導電層を硬化させる工程と、
前記副樹脂導電層の表面に対して、主層樹脂を付着させて、未硬化の樹脂層を形成する第２工程と、
前記未硬化の樹脂層の表面に対して、導電性物質を付着させる第３工程と、
表面を覆われた金属基板を加圧することにより、前記未硬化の樹脂層の主層樹脂を前記導電性物質の間に入り込ませて硬化させ、主樹脂導電層を形成する第４工程とを含む燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項７】
前記第３工程は、前記導電性物質を溶媒に混合し、その混合物を前記第１工程で形成された未硬化の副樹脂導電層上に付着させる工程を含み、前記主層樹脂は、前記溶媒に対し難溶性を有することを特徴とする請求項６に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項８】
前記金属基板の表面は、燃料電池のガス拡散層または他のセパレータに接触する接触部位と、前記ガス拡散層または前記他のセパレータに対して接触不能であって、水路を画定する非接触部位とを有し、
前記第１工程では、前記金属基板の接触部位及び非接触部位に対して前記副層樹脂および前記副層導電性物質を付着させ、
前記未硬化の副樹脂導電層を硬化させる工程では、前記第１工程において、前記接触部位及び非接触部位に形成された前記未硬化の副樹脂導電層を硬化させ、
前記第２工程では、前記接触部位及び非接触部位の副樹脂導電層の表面に対して、調合された主層樹脂および第１導電性物質を付着させて、未硬化の主樹脂導電層を形成し、
前記第３工程では、前記第２工程で形成された未硬化の主樹脂導電層のうち前記接触部位を覆う部分に対して第２導電性物質を付着させ、
前記第４工程では、前記表面を覆われた金属基板を加圧することにより、前記接触部位を覆う部分における前記主層樹脂を前記第２導電性物質の間に入り込ませた後、前記主層樹脂を硬化させ、
前記第４工程の後に、前記主樹脂導電層のうち前記非接触部位を覆う部分に対して親水化処理を行う第５工程をさらに含む請求項４に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項９】
（削除）
【請求項１０】
（削除）
【請求項１１】
（削除）
【国際調査報告】
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