(57)【要約】【課題】所定の導電性が確保されると共に、耐食性や強度等の要求に応じて適切な被膜が形成された金属製セパレータを提供すること。【解決手段】セパレータ金属原板の表面に導電性樹脂組成物の硬化物からなる被膜を形成した金属製セパレータであって、前記被膜の体積抵抗率をρｖ［Ω・ｃｍ］、厚さをｔ［ｃｍ］としたとき、これらが下記式（１）の関係を満たすように決定されているもの。ｋ×（１−０．８）／ρｖ  ≦  ｔ  ≦  ｋ×（１＋０．８）／ρｖ    ……（１）（但し、上記式中、ｋ＝０．００１［Ω・ｃｍ２］である。）【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータ金属原板の表面に導電性樹脂組成物の硬化物からなる被膜を形成した金属製セパレータであって、
前記被膜の体積抵抗率をρｖ［Ω・ｃｍ］、厚さをｔ［ｃｍ］としたとき、これらが下記式（１）の関係を満たすように決定されていることを特徴とする金属製セパレータ。
ｋ×（１−０．８）／ρｖ  ≦  ｔ  ≦  ｋ×（１＋０．８）／ρｖ    ……（１）
（但し、上記式中、ｋ＝０．００１［Ω・ｃｍ２］である。）
【請求項２】
セパレータ金属原板の表面に導電性樹脂組成物を塗布、硬化させて被膜を形成する金属製セパレータの製造方法であって、
前記導電性樹脂組成物の硬化物の体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］を予め測定し、前記測定された体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］を用いて下記式（１）より被膜の厚さｔ［ｃｍ］を算出する工程と、
ｋ×（１−０．８）／ρｖ  ≦  ｔ  ≦  ｋ×（１＋０．８）／ρｖ    ……（１）
（但し、上記式中、ｋ＝０．００１［Ω・ｃｍ２］である。）
前記導電性樹脂組成物を塗布、硬化後の厚さが前記算出された被膜の厚さｔ［ｃｍ］となるように塗布した後、硬化させる工程と
を有することを特徴とする金属製セパレータの製造方法。
【請求項３】
セパレータ金属原板の表面に導電性樹脂組成物からなる所望の厚さの被膜を形成する金属製セパレータの製造方法であって、
前記被膜の厚さｔ［ｃｍ］を決定した後、前記決定された被膜の厚さｔ［ｃｍ］を用いて下記式（２）より前記被膜の体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］を算出する工程と、
ｋ×（１−０．８）／ｔ  ≦  ρｖ  ≦  ｋ×（１＋０．８）／ｔ    ……（２）
（但し、上記式中、ｋ＝０．００１［Ω・ｃｍ２］である。）
硬化物の体積抵抗率が前記算出された体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］となるように組成を調整した前記導電性樹脂組成物を得る工程と、
前記セパレータ金属原板の表面に前記導電性樹脂組成物を硬化後の厚さが前記決定された被膜の厚さｔ［ｃｍ］となるように塗布し、硬化させる工程と
を有することを特徴とする金属製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、セパレータ金属原板の表面に導電性樹脂組成物の硬化物からなる被膜を形成した金属製セパレータおよびその製造方法に係り、特に家庭用燃料電池、モバイル用燃料電池、自動車用燃料電池等に用いられ、導電性、耐食性、強度等の要求に応じてセパレータ金属原板の表面に導電性樹脂組成物の硬化物からなる被膜が適切に形成された金属製セパレータおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで各種燃料電池に使用される導電性セパレータとして、金（Ａｕ）等の耐食性金属被膜もしくは導電性の耐食性無機被膜でセパレータ金属原板の表面を不動態化した耐食被膜被覆型の金属製セパレータ、熱硬化性樹脂もしくはエンジニアリングプラスチックと呼ばれる耐熱性の熱可塑性樹脂と導電性粒子とからなる複合混合物を加熱プレスもしくは移送成形、射出成形により成形した樹脂製セパレータ、ブロック状に成形した導電性樹脂複合体から切削加工した樹脂製セパレータ等が検討されている。
【０００３】
樹脂製セパレータの具体的な製造方法としては、例えばフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂と黒鉛等の炭素質材料粉末とを均一に混合、混練して導電性の複合混合物（複合成形材料）を調製後、金属金型を用いて適度な温度および圧力で熱圧成形時に十分な熱硬化を行う方法、あるいは、複合混合物を熱圧成形して成形体を得た後、これを適度な温度にて十分な熱硬化を行う方法が挙げられる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
しかしながら、このような炭素質材料粉末を分散させた樹脂製セパレータについては貫通抵抗率に到達限界がある。一方で、上述したようなセパレータ金属原板の表面を不動態化した金属製セパレータが検討されているが、このような金属製セパレータについては、例えば表面を不動態化する耐食性金属被膜として高価な金を用いることから耐食性金属被膜が薄く形成され、表面の微細な損傷等による突発性の腐食不良を抑制することが難しく、実用化が困難となっている。
【特許文献１】特開２０００−０４０５１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような表面の微細な損傷等による突発性の腐食不良を抑制するため、セパレータ金属原板の表面を金で被覆して金属製セパレータとする代わりに、熱硬化性樹脂や炭素質材料粉末を主体とする導電性樹脂組成物の硬化物からなる被膜で被覆して金属製セパレータとすることが検討されている。
【０００６】
しかしながら、金属製セパレータに求められる要求特性、例えば導電性、耐食性、強度等は燃料電池の種類等により異なるため、それらに応じてセパレータ金属原板の表面に形成する導電性樹脂組成物の硬化物からなる被膜についても厚さや体積抵抗率等を最適なものとしなければならない。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、導電性、耐食性、強度等の要求に応じてセパレータ金属原板の表面に導電性樹脂組成物の硬化物からなる被膜が適切に形成された金属製セパレータおよびその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、以下のような構成とすることで上記課題を解決できることを見いだし、本発明を完成させたものである。
【０００９】
すなわち、本発明の金属製セパレータは、セパレータ金属原板の表面に導電性樹脂組成物の硬化物からなる被膜を形成した金属製セパレータであって、前記被膜の体積抵抗率をρｖ［Ω・ｃｍ］、厚さをｔ［ｃｍ］としたとき、これらが下記式（１）の関係を満たすように決定されていることを特徴とする。
ｋ×（１−０．８）／ρｖ  ≦  ｔ  ≦  ｋ×（１＋０．８）／ρｖ    ……（１）
（但し、上記式中、ｋ＝０．００１［Ω・ｃｍ２］である。）
【００１０】
本発明の金属製セパレータの製造方法は、セパレータ金属原板の表面に導電性樹脂組成物を塗布、硬化させて被膜を形成する金属製セパレータの製造方法であって、前記導電性樹脂組成物の硬化物の体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］を予め測定し、前記測定された体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］を用いて下記式（１）より被膜の厚さｔ［ｃｍ］を算出する工程と、
ｋ×（１−０．８）／ρｖ  ≦  ｔ  ≦  ｋ×（１＋０．８）／ρｖ    ……（１）
（但し、上記式中、ｋ＝０．００１［Ω・ｃｍ２］である。）
前記導電性樹脂組成物を塗布、硬化後の厚さが前記算出された被膜の厚さｔ［ｃｍ］となるように塗布した後、硬化させる工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の他の金属製セパレータの製造方法は、セパレータ金属原板の表面に導電性樹脂組成物からなる所望の厚さの被膜を形成する金属製セパレータの製造方法であって、前記被膜の厚さｔ［ｃｍ］を決定した後、前記決定された被膜の厚さｔ［ｃｍ］を用いて下記式（２）より前記被膜の体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］を算出する工程と、
ｋ×（１−０．８）／ｔ  ≦  ρｖ  ≦  ｋ×（１＋０．８）／ｔ    ……（２）
（但し、上記式中、ｋ＝０．００１［Ω・ｃｍ２］である。）
硬化物の体積抵抗率が前記算出された体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］となるように組成を調整した前記導電性樹脂組成物を得る工程と、前記セパレータ金属原板の表面に前記導電性樹脂組成物を硬化後の厚さが前記決定された被膜の厚さｔ［ｃｍ］となるように塗布し、硬化させる工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の金属製セパレータでは、セパレータ金属原板の表面に形成される導電性樹脂組成物の硬化物からなる被膜の体積抵抗率をρｖ［Ω・ｃｍ］、厚さをｔ［ｃｍ］としたとき、これらが上記式（１）に示すような所定の関係を満たすように決定することで、金属製セパレータに必要とされる導電性を確保できると共に、耐食性や強度等の要求に応じて適切な被膜が形成された金属製セパレータとすることができる。
【００１３】
また、本発明の金属製セパレータの製造方法によれば、上述したような導電性が確保され、耐食性や強度等の要求に応じて適切な被膜が形成された金属製セパレータを容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の金属製セパレータは、セパレータ金属原板の表面に導電性樹脂組成物の硬化物からなる被膜が形成されてなるものである。そして、本発明の金属製セパレータは、この導電性樹脂組成物の硬化物からなる被膜の体積抵抗率をρｖ［Ω・ｃｍ］、厚さをｔ［ｃｍ］としたとき、これらが下記式（１）の関係を満たすように決定されているものである。
【００１５】
ｋ×（１−０．８）／ρｖ  ≦  ｔ  ≦  ｋ×（１＋０．８）／ρｖ    ……（１）
（但し、上記式中、ｋ＝０．００１Ω・ｃｍ２である。）
【００１６】
なお、セパレータ金属原板は通常２つの主面を有するものであり、それぞれの主面に導電性樹脂組成物の硬化物からなる被膜が形成される。上記被膜の厚さｔ［ｃｍ］はこれら２つの主面に形成された被膜の厚さを合計したものではなく、各主面における被膜の厚さを表すものである。
【００１７】
本発明では、導電性樹脂組成物の硬化物からなる被膜の体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］と厚さｔ［ｃｍ］とが上記式（１）を満たすような関係とすることで、金属製セパレータに必要とされる導電性を確保することができる。また、耐食性や強度等の要求される特性に応じた適切な被膜が形成された金属製セパレータとすることができる。
【００１８】
すなわち、被膜の厚さｔ［ｃｍ］がｋ×（１＋０．８）／ρｖ［ｃｍ］を超えると、金属製セパレータの耐食性を向上させることができるが、金属製セパレータの導電性が低下してしまうため実用的なものとならないおそれがある。また、被膜の厚さｔ［ｃｍ］がｋ×（１−０．８）／ρｖ［ｃｍ］未満であると、被膜の厚さｔ［ｃｍ］が薄すぎることとなり、金属製セパレータの最低限の耐食性を確保することが困難となるおそれがある。
【００１９】
本発明の金属製セパレータでは被膜の体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］と厚さｔ［ｃｍ］とが上記式（１）を満たせば必ずしもその体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］、厚さｔ［ｃｍ］は制限されるものではないが、例えば被膜の体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］が過度に高くなると金属製セパレータの導電性を確保することが困難となるおそれがあり、また被膜の厚さｔ［ｃｍ］も過度に薄くしなければならず金属製セパレータの最低限の耐食性を確保することが困難となるおそれがあるため、１０［Ω・ｃｍ］以下とすることが好ましい。
【００２０】
また、被膜の厚さｔ［ｃｍ］は上述したように薄すぎると金属製セパレータの最低限の耐食性を確保することが困難となり、また厚すぎると金属製セパレータの導電性を確保することが困難となり、金属製セパレータ全体の厚さも厚くなるおそれがあるため、１μｍ以上、１０００μｍ以下とすることが好ましい。
【００２１】
本発明の金属製セパレータでは、特に金属製セパレータに要求される耐食性や強度等のうち特に優先させたい要求に応じて被膜の体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］と厚さｔ［ｃｍ］とが上記式（１）を満たす範囲内で決定されていることが好ましい。
【００２２】
すなわち、金属製セパレータに対して特に耐食性が要求される場合には、腐食を防止するための被膜の厚さをできるだけ厚くするように体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］をできる限り低くし、そして被膜の厚さｔ［ｃｍ］がこの体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］を用いて上記式（１）より算出される範囲内となるようにする。このように被膜の体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］を下げて被膜の厚さを厚くする方法としては、例えば被膜を形成するために用いられる導電性樹脂組成物のうち導電性を向上させるための炭素質材料粉末として、導電性に優れる黒鉛粉末を主として用いることが挙げられる。
【００２３】
また、金属製セパレータに対して特に強度が要求される場合には、セパレータ金属原板を厚くし、その代わりに被膜を体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］が若干高くなってもよいから薄くても耐食性に優れるものとし、そして被膜の厚さｔ［ｃｍ］がこの体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］を用いて上記式（１）により算出される範囲内となるようにする。このように被膜の体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］が高くなってもよいから被膜の厚さを薄くする方法としては、例えば被膜を形成するために用いられる導電性樹脂組成物のうち導電性向上させるための炭素質材料粉末として、ケッチェンブラック、カーボンブラック等のカーボン粉末を主として用いることが挙げられる。
【００２４】
次に、本発明の金属製セパレータの製造方法について説明する。本発明の金属製セパレータの製造方法は、セパレータ金属原板の表面に導電性樹脂組成物を塗布、硬化させて被膜を形成するものである。本発明ではこのような製造方法において、まず被膜を形成するために用いる導電性樹脂組成物について、予め、その硬化物の体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］を測定し、この測定された体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］を用いて下記式（１）より形成しようとする被膜の厚さｔ［ｃｍ］を算出する。
【００２５】
ｋ×（１−０．８）／ρｖ  ≦  ｔ  ≦  ｋ×（１＋０．８）／ρｖ    ……（１）
（但し、上記式中、ｋ＝０．００１［Ω・ｃｍ２］である。）
【００２６】
その後、導電性樹脂組成物をセパレータ金属原板の表面に塗布する。この導電性樹脂組成物を塗布する工程では、塗布、硬化後の厚さが上述したようにして算出された厚さｔ［ｃｍ］となるように塗布する。このようにして塗布した導電性樹脂組成物は、一旦、加熱硬化させた後、後熱処理を行って金属製セパレータとしてもよいし、加熱硬化を十分に行うことにより後熱処理を省略して金属製セパレータとしてもよい。
【００２７】
このような製造方法によれば、各種の導電性樹脂組成物（硬化物）の体積抵抗率等の特性に応じて適切な厚さｔ［ｃｍ］の被膜を形成することが可能となり、必要な導電性が確保され、また耐食性、強度等の要求される特性に応じた適切な被膜が形成された金属製セパレータとすることができる。
【００２８】
次に、本発明の金属製セパレータの他の製造方法について説明する。この金属製セパレータの製造方法では、まず製造しようとする金属製セパレータ全体の厚さを考慮した上で、耐食性、強度等の必要とされる特性に応じて導電性樹脂組成物の硬化物からなる被膜の厚さｔ［ｃｍ］を決定する。
【００２９】
例えば、金属製セパレータに対する耐食性の要求が高い場合には耐食性を確保するために被膜の厚さｔ［ｃｍ］を厚くすることが好ましく、例えば１００μｍ以上とすることが好ましい。なお、被膜の厚さｔ［ｃｍ］は１０μｍ程度あれば十分な耐食性を得ることができる。また、１０００μｍを超えて設けると金属製セパレータ全体の厚さが過度に厚くなってしまうおそれがあるため、１０００μｍ以下とすることが好ましい。
【００３０】
また、例えば、金属製セパレータに対する強度の要求が高い場合には、セパレータ金属原板の厚さを厚くすることが好ましく、また金属製セパレータ全体の厚さを抑制する観点から、被膜の厚さｔ［ｃｍ］は上述したような耐食性を優先させる場合に比べ薄くすることが好ましく、例えば１０μｍ以下とすることが好ましい。なお、導電性樹脂組成物の被膜の厚さｔが過度に薄くなると金属製セパレータの耐食性を確保することが困難となるため、被膜の厚さｔは１μｍ以上とすることが好ましい。
【００３１】
その後、この決定された導電性樹脂組成物の硬化物からなる被膜の厚さｔ［ｃｍ］を用いて、下記式（２）より被膜の体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］を算出する。
【００３２】
ｋ×（１−０．８）／ｔ  ≦  ρｖ  ≦  ｋ×（１＋０．８）／ｔ    ……（２）
（但し、上記式中、ｋ＝０．００１［Ω・ｃｍ２］である。）
【００３３】
上述したように金属製セパレータに対する耐食性の要求が高い場合には、耐食性を確保するために導電性樹脂組成物の硬化物からなる被膜の厚さｔ［ｃｍ］を厚くすることが好ましく、上記式（２）から算出されるように、被膜の体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］は比較的低くしなければならないことになる。
【００３４】
また、金属製セパレータに対する強度の要求が高い場合には、強度を向上させるためにセパレータ金属原板の厚さを厚くすることが好ましく、その分、導電性樹脂組成物の被膜の厚さｔ［ｃｍ］は薄くすることが好ましく、上記式（２）から算出されるように被膜の体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］は比較的高くてもよいことになる。
【００３５】
次に、導電性樹脂組成物を調製する。この導電性樹脂組成物の調製では、その硬化物の体積抵抗率が上述したようにして算出された体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］となるように組成を調整する。
【００３６】
例えば、耐食性を確保するために導電性樹脂組成物の硬化物からなる被膜の厚さｔ［ｃｍ］を厚くする場合、導電性樹脂組成物の硬化物の体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］を低くしなければならないことから、導電性樹脂組成物を構成する成分のうち導電性を確保するために用いられる炭素質材料粉末として導電性に優れる黒鉛粉末を主として用いる。
【００３７】
一方、強度を向上させるためにセパレータ金属原板の厚さを厚くし、その分、導電性樹脂組成物の硬化物からなる被膜の厚さｔ［ｃｍ］を薄くする場合、導電性樹脂組成物の硬化物の体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］は比較的高くてもよいことになる。この場合には、導電性樹脂組成物を構成する成分のうち導電性を確保するために用いられる炭素質材料粉末として耐食性に優れるケッチェンブラック、カーボンブラック等のカーボン粉末を主として用いる。このようなカーボン粉末を用いた場合、導電性樹脂組成物の硬化物の体積抵抗率は高くなるが、被膜の厚さｔ［ｃｍ］が薄いため、導電性は確保することができる。
【００３８】
このようにして硬化後の体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］が所定の値となるように調整された導電性樹脂組成物はセパレータ金属原板に塗布される。この際、塗布、硬化後の被膜の厚さが最初に決定した被膜の厚さｔ［ｃｍ］となるように、導電性樹脂組成物を塗布する。このようにして塗布した導電性樹脂組成物は、一旦、加熱硬化させた後、後熱処理を行って金属製セパレータとしてもよいし、加熱硬化を十分に行うことにより後熱処理を省略して金属製セパレータとしてもよい。
【００３９】
このような製造方法によれば、金属製セパレータに必要とされる耐食性や強度等の要求に応じて適切な厚さｔ［ｃｍ］、体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］の被膜を形成することができ、所定の導電性が確保され、また耐食性、強度等の要求される特性に応じた金属製セパレータを容易に製造することができる。
【００４０】
このような本発明の金属製セパレータあるいはその製造に用いられるセパレータ金属原板としては、例えばガス流路等を形成したステンレス板が挙げられる。このセパレータ金属原板は、例えば表面が研磨剤で粗面化されていれば好ましく、またエポキシシラン系のカップリング剤やアミン系カップリング剤を塗布乾燥する前処理が行われていれば好ましい。セパレータ金属原板の厚さは、上述したように金属製セパレータの耐食性や強度等の要求に応じて適宜選択することができる。
【００４１】
また、導電性樹脂組成物としては、炭素質材料粉末および熱硬化性樹脂成分を必須成分として含み、必要に応じて有機溶剤、反応性希釈剤等の他の成分を含むものである。
【００４２】
導電性樹脂組成物における炭素質材料粉末、熱硬化性樹脂成分および反応性希釈剤成分の含有量は、その硬化物の体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］をどのような値にするかによっても異なるが、例えば炭素質材料粉末１００重量部に対して、熱硬化性樹脂成分および反応性希釈剤成分の合計量を３．６重量部以上、５７０重量部以下とすることが好ましい。
【００４３】
炭素質材料粉末としては、例えば黒鉛、カーボン、活性炭、カーボンファイバー、コークス、有機前駆体を不活性雰囲気中で熱処理して合成した炭素、ナノカーボン球状体、ナノカーボンチューブ、ナノカーボンファイバー等の粉末が挙げられ、これらは１種のみで用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００４４】
黒鉛としては、人造や天然の黒鉛、さらには、膨張性黒鉛が挙げられる。黒鉛はｓｐ３混成軌道を持つ炭素が規則正しく平面に配列し積層した結晶である。天然黒鉛は自然界で過去に炭素化合物が３０００℃以上の高熱と圧力とで黒鉛化したものであり、燐片状黒鉛と土壌黒鉛とがある。
【００４５】
一方、人造黒鉛は、これと同じく、熱分解炭素を３０００℃以上に熱処理することにより得られるものである。得られた黒鉛は単結晶のものと多結晶のものとに分けることができる。また、この人造黒鉛には、石油系コークスと石炭系コークス由来の２種類がある。
【００４６】
黒鉛は、その規則的炭素構造により電気伝導性に優れている。そのため、本発明では特に低い体積抵抗率が要求される場合については、炭素質材料粉末の主成分としてこれらの黒鉛粉末を用いることが好ましい。また、黒鉛粉末は平均粒径が２５μｍ以下であるものが好ましい。黒鉛粉末の平均粒径が２５μｍを超えると、セパレータ金属原板を被覆した際に被膜表面が粗くなるため好ましくない。
【００４７】
カーボンとしては、例えば、油脂等を原料とする天然物由来のカーボン、あるいは、石油系、石炭系由来のカーボンが挙げられる。具体的には、ケッチェンブラック、カーボンブラック等が挙げられる。本発明では必ずしも低い体積抵抗率が要求されない場合には、炭素質材料粉末の主成分として展開性、耐食性に優れるこれらのカーボン粉末を用いることが好ましい。また、これらのカーボン粉末は通常粒子径が小さいが、平均粒径が５μｍ以下であればより好ましい。
【００４８】
本発明では炭素質材料粉末を、黒鉛粉末とカーボン粉末とからなる混合粉末とすれば更に好ましい。このような混合粉末とすることで、黒鉛粉末の隙間を埋めるように粒子径の小さいカーボン粉末が充填され、導電性樹脂組成物の導電性を向上させることができる。この場合、黒鉛粉末の平均粒径を２５μｍ以下とし、カーボン粉末の平均粒径を５μｍとすれば、黒鉛粉末の隙間をカーボン粉末で充填しやすくなるため好ましい。
【００４９】
また、黒鉛粉末とカーボン粉末との混合粉末１００重量％中、カーボン粉末が４重量％以上、８０重量％以下であることが好ましい。カーボン粉末が４重量％未満であると、黒鉛粉末の隙間をカーボン粉末で十分に充填することができず、カーボン粉末を添加した効果が十分に発揮されず、また８０重量％を超えると微細なカーボン粉末が多くなり接触抵抗が増加し、また導電性に優れる黒鉛粉末の含有量が少なくなるため導電性樹脂組成物の導電性が低くなるおそれがある。
【００５０】
混合粉末１００重量％中における黒鉛粉末およびカーボン粉末の含有量は、上述した範囲内で、導電性樹脂組成物の硬化物の体積抵抗率、耐食性等を考慮して決定することが好ましい。例えば、金属製セパレータの耐食性を確保するために導電性樹脂組成物の硬化物の被膜の厚さｔ［ｃｍ］を厚くする場合、被膜の体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］を低くしなければならないことから、導電性に優れる黒鉛粉末の含有量を多くすることが好ましい。
【００５１】
また、金属製セパレータの強度を向上させるためにセパレータ金属原板の厚さを厚くし、その分、導電性樹脂組成物の被膜の厚さｔ［ｃｍ］を薄くする場合、炭素質材料粉末として耐食性に優れるケッチェンブラック、カーボンブラック等のカーボン粉末の含有量を多くすることが好ましい。この場合、導電性樹脂組成物の硬化物の体積抵抗率は高くなるが、被膜の厚さｔ［ｃｍ］が薄いことから導電性は確保することができる。
【００５２】
なお、本発明では炭素質材料粉末として必ずしも黒鉛粉末およびカーボン粉末の両者を併用する必要はなく、炭素質材料粉末として黒鉛粉末単独、もしくは、カーボン粉末単独として実施してもよい。
【００５３】
熱硬化性樹脂成分を構成する熱硬化性樹脂としては、例えばフェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、シアナミド樹脂、キシレン樹脂、トルエン樹脂、エポキシ樹脂、アリル系不飽和ポリエステル樹脂、マレイン酸系アリル系不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、グアナミン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、マレイミド樹脂等が挙げられる。これらの熱硬化性樹脂は１種のみを用いてもよいし、複数種を併用してもよい。これらの熱硬化性樹脂の中でも特にエポキシ樹脂およびフェノール樹脂から選ばれる少なくとも１種を熱硬化性樹脂成分を構成する主成分とすれば好ましい。
【００５４】
エポキシ樹脂としては、例えばビスフェノールＡタイプのエポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、ノボラックエポキシ樹脂等が好適なものとして挙げられ、この他にも例えばビスフェノールＦタイプのエポキシ樹脂、ポリアルコールタイプのエポキシ樹脂、ポリグリコールタイプのエポキシ樹脂、ポリオレフインタイプのエポキシ樹脂、エポキシ大豆油タイプのエポキシ樹脂等が挙げられ、これらは１種のみを用いてもよいし、複数種を併用してもよい。なお、これらのエポキシ樹脂の詳細については、最も良く知られた日刊工業新聞社刊の橋本邦之編の「エポキシ樹脂」を参照されたい。また、フェノール樹脂としては、例えばノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂が挙げられる。
【００５５】
上述したような熱硬化性樹脂成分を構成する各熱硬化性樹脂には液状であるものとそうでないものとがあるが、有機溶媒を用いなくても済むように液状のものを用いることが好ましい。
【００５６】
例えばフェノール樹脂にはノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂があるが、一般にレゾール型フェノール樹脂が液状であるため、液状のフェノール樹脂を用いる場合には、このようなレゾール型フェノール樹脂を用いることが好ましい。レゾール型フェノール樹脂としては、例えばジメチレンエーテル型のレゾールフェノール樹脂、メチロール型のレゾールフェノール樹脂が挙げられる。また、特開平６−３４０７６３号公報に記載されるレゾルシノール変性のレゾール型フェノール樹脂のように、多くの変性タイプのレゾール型フェノール樹脂が挙げられる。
【００５７】
また、一般に固形状であるノボラック型フェノール樹脂、また、レゾール型フェノール樹脂のうち固形状であるものについても、その一部に上述した液状のレゾール型フェノール樹脂の骨格たるオルソメチロールフェノール、２，４−ジメチロールフェノール、２，４，６−トリメチロールフェノール、または、その類似物であるグリセリン等を溶融させることで融点降下現象により液状化できる。このため、液状のフェノール樹脂を用いる場合には、このような融点降下現象により液状化したものを用いてもよい。
【００５８】
また、導電性樹脂組成物に炭素質材料粉末を高充填化する観点から、上述したような熱硬化性樹脂成分と共に、反応性希釈剤を併用することが好ましい。反応性希釈材は、官能基を持たず不活性な溶剤とは異なり、反応性の官能基を通常１個、特別には２個から６個を有する低粘度かつ液状の化合物である。官能基としては、ＯＨ基、ＣＨＯ基、ＣＯＯＨ基、ＣＨ２ＯＨ基、ＣＨＣＨ２Ｏ基、ＳＨ基、ＮＨ２基、ＣＨ２ＯＣＨ２基等の活性基が挙げられる。
【００５９】
このような官能基を有する反応性希釈剤としては、自然由来の材料では各種油脂を使用することができる。例えば、カプロン酸、カプリル酸、カプリン酸、オレイン酸、エルシン酸、セトレイック酸、リノール酸、リノレン酸、アマニ油、桐油、芥子油、大豆油、綿実油、胡麻油、糠油、菜種油、落花生油、ヒマシ油、オリーブ油、パーム油、椰子油、バター油、牛脚油、鯨油、鰯油、ニシン油、鮫油等が挙げられる。これらのなかでもＣＯＯＨ基を持つ油脂が反応性が高く好ましい。
【００６０】
また、合成タイプの反応希釈剤としては、油脂由来のグリセリン、石油由来のエポキシ基を持つ各種低分子化合物が挙げられる。例えば、エポキシ基を有する反応性希釈剤として、ｐ−ｓｅｃ−ブチルフェニルグリシジルエーテル、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニルグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル等がある。また、他の活性基を持つ反応性希釈剤としては、２−ヒドロキシエチルアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート等が挙げられる。
【００６１】
反応性希釈剤成分を添加する場合には、熱硬化性樹脂成分および反応性希釈剤成分の合計量１００重量％中、反応性希釈剤成分を５重量％以上とすることが好ましい。反応性希釈剤成分が５重量％未満であると、反応性希釈剤成分を添加した効果が十分に発揮されないおそれがある。また、反応性希釈剤成分は４０重量％以下とすることが好ましい。反応性希釈剤成分が４０重量％を超えると、導電性樹脂組成物の硬化物の強度等が低下するおそれがあるため好ましくない。
【００６２】
上述したように導電性樹脂組成物には炭素質材料粉末および熱硬化性樹脂成分の他に、必要に応じて反応性希釈剤成分を含有させることができるが、これらの成分以外にも本発明の趣旨に反しない限度においてかつ必要に応じて他の成分を含有させることができる。
【００６３】
他の成分としては、例えばアルミキレートやシラノール化合物等の硬化促進剤等が挙げられる。また、導電性樹脂組成物には、セパレータ金属原板の表面に塗布、被覆した際にセパレータ金属原板との接着性を高めるために、接着助剤としての窒素化合物、硫黄化合物および金属化合物を含有させてもよい。
【実施例】
【００６４】
以下、実施例、比較例を参照して、本発明の金属製セパレータについて説明する。まず、実施例および比較例の金属製セパレータを製造するために用いられる導電性樹脂組成物としての塗料Ａ〜ＣおよびペーストＤ〜Ｆについて説明する。
【００６５】
（塗料Ａ）
加熱装置、撹拌装置、減圧装置付の３Ｌの万能混合機に、液状のビスフェノールＡタイプのエポキシ樹脂６３０ｇを加え、油循環式の加熱装置で６０℃まで昇温した。この温度で撹拌しながら黒鉛粉末（平均拉径５μｍ）３５ｇを加え、さらにケッチェンブラック粉末３１５ｇを徐々に加えた。この混合物を減圧装置により脱気し、その後、外気を導入し真空を破った。この脱気、外気の導入を数回繰り返し、黒鉛粉末ならびにケッチェンブラック粉末の周囲にある境膜を破壊した。
【００６６】
次に、この混合物を常温に冷却し、芳香族アミン２０ｇを接着助剤ならびに硬化触媒として加えて塗料前駆体とした。さらに、この塗料前駆体を万能混合機から取り出し、常温の３本ロールに投入し、ロール間隙をすぼめて３０分間混練して塗料Ａとした。この塗料Ａの硬化物の体積抵抗率は０．９６Ω・ｃｍであった。
【００６７】
（塗料Ｂ）
塗料Ａの作製に用いたものと同様の万能混合機に、液状のビスフェノールＡタイプのエポキシ樹脂４３５ｇを加え、油循環式の加熱装置で６０℃まで昇温した。この温度で撹拌しながら黒鉛粉末（平均粒径５μｍ）１３５ｇを加え、さらにケッチェンブラック粉末３１５ｇを徐々に加えた。この混合物を減圧装置により脱気し、その後、外気を導入し真空を破った。この脱気、外気の導入を数回繰り返し、黒鉛粉末ならびにケッチェンブラック粉末の周囲にある境膜を破壊した。
【００６８】
次に、この混合物を常温に冷却し、芳香族アミン１５ｇを接着助剤ならびに硬化触媒として加えて塗料前駆体とした。さらに、この塗料前駆体を万能混合機から取り出し、常温の３本ロールに投入し、ロール間隙をすぼめて３０分間混練して塗料Ｂとした。この塗料Ｂの硬化物の体積抵抗率は０．５２Ω・ｃｍであった。
【００６９】
（塗料Ｃ）
塗料Ａの作製に用いたものと同様の万能混合機に、液状のビスフェノールＡタイプのエポキシ樹脂３０５ｇを加え、さらに反応性希釈剤としてのｐ−ｓｅｃ−ブチルフェニルグリシジルエーテル３５ｇを加え、６０℃まで昇温した。この温度で撹拌しながら黒鉛粉末（平均粒径５μｍ）３２５ｇを徐々に加え、さらにケッチェンブラック粉末３２５ｇを徐々に加えた。この混合物を減圧装置により脱気し、その後、外気を導入し真空を破った。この脱気、外気の導入を数回繰り返し、黒鉛粉末ならびにケッチェンブラック粉末の周囲にある境膜を破壊した。
【００７０】
次に、この混合物を常温に冷却し、芳香族アミン１０ｇを接着助剤ならびに硬化触媒として加えて塗料前駆体とした。さらに、この塗料前駆体を万能混合機から取り出し、常温の３本ロールに投入し、ロール間隙をすぼめて３０分間混練して塗料Ｃとした。この塗料Ｃの硬化物の体積抵抗率は０．２１３Ω・ｃｍであった。
【００７１】
（ペーストＤ）
塗料Ａの作製に用いたものと同様の万能混合機に、液状のレゾール型フェノール樹脂２５０ｇを加え、油循環式の加熱装置で６０℃まで昇温した。この温度で撹拌しながら黒鉛粉末（平均粒径２５μｍ）４５０ｇを徐々に加え、さらに黒鉛粉末（平均粒径５μｍ）２６２ｇを徐々に加え、さらにケッチェンブラック粉末３８ｇを徐々に加えた。この混合物を減圧装置により脱気し、その後、外気を導入し真空を破った。この脱気、外気の導入を数回繰り返し、黒鉛粉末ならびにケッチェンブラック粉末の周囲にある境膜を破壊した。
【００７２】
この混合物（ペースト前駆体）をおおむね６０℃の３本ロールに投入し、ロール間隙をすぼめて１０分間混練してペーストＤとした。このペーストＤの硬化物の体積抵抗率は０．０５４Ω・ｃｍであった。
【００７３】
（ペーストＥ）
塗料Ａの作製に用いたものと同様の万能混合機に、液状の脂環式エポキシ樹脂１３０ｇ、反応性希釈剤としてのｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニルグリシジルエーテル１５ｇを加え、油循環式の加熱装置で６０℃まで昇温した。この温度で撹拌しながら黒鉛粉末（平均粒径２５μｍ）６８０ｇを加え、さらに黒鉛粉末（平均粒径５μｍ）１７０ｇを徐々に加えた。この混合物を減圧装置により脱気し、その後、外気を導入し真空を破った。この脱気、外気の導入を数回繰り返し、黒鉛粉末の周囲にある境膜を破壊した。
【００７４】
次に、この混合物を常温に冷却し、芳香族アミン５ｇを接着助剤ならびに硬化触媒として加えてペースト前駆体とした。このペースト前駆体をおおむね６０℃の３本ロールに投入し、ロール間隙をすぼめて１０分間混練してペーストＥとした。このペーストＥの硬化物の体積抵抗率は０．０２２６Ω・ｃｍであった。
【００７５】
（ペーストＦ）
塗料Ａの作製に用いたものと同様の万能混合機に、液状の脂環式エポキシ樹脂３００ｇ、フェノールノボラック樹脂５０ｇを加え、油循環式の加熱装置で６０℃まで昇温した。この温度で撹拌しながら黒鉛粉末（平均粒径５μｍ）５８５ｇを徐々に加え、さらにケッチェンブラック粉末６５ｇを徐々に加えた。この混合物を減圧装置により脱気し、その後、外気を導入し真空を破った。この脱気、外気の導入を数回繰り返し、黒鉛粉末ならびにケッチェンブラック粉末の周囲にある境膜を破壊した。
【００７６】
この混合物（ペースト前駆体）をおおむね６０℃の３本ロールに投入し、ロール間隙をすぼめて１０分間混練してペーストＦとした。このペーストＦの硬化物の体積抵抗率は０．１０６Ω・ｃｍであった。
【００７７】
表１に、塗料Ａ〜ＣおよびペーストＤ〜Ｆの組成をまとめて示す。なお、各成分の添加量の単位は（ｇ）である。また、表２に塗料Ａ〜ＣおよびペーストＤ〜Ｆの硬化物の体積抵抗率およびこの体積抵抗率から式（１）を用いて算出される被膜の厚さの下限値および上限値を示す。
【００７８】
【表１】
2006331738.tif 000002
【００７９】
【表２】
2006331738.tif 000003
【００８０】
次に、燃料電池用金属セパレータとしての腐食テスト用鋼基板の製造について説明する。なお、本実施例では鋼板を用いて耐腐食性、導電性に関する試験を行ったが、実際にはステンレス鋼や、耐食合金金属を用いて、より信頼性の高い燃料電池用金属セパレータを製造することもできる。
【００８１】
（実施例１）
厚さ１．２ｍｍの鋼板ＳＳ４００を４ｃｍ×８ｃｍに切りだし、酸洗浄、アルカリ洗浄、純水洗浄の後、アセトン溶剤で洗浄した。この洗浄された鋼板にエポキシカップリング剤をスプレーし、乾燥窒素雰囲気で乾燥させた後、塗料Ａを両主面に塗布して、１８０℃で２時間硬化させて腐食テスト用鋼基板を作製した。なお、塗料Ａの塗布、硬化後の被膜厚さ（各主面における被膜厚さ）が５μｍとなるようにした。
【００８２】
（実施例２）
塗料Ｂを用い、塗料Ｂの塗布、硬化後の被膜厚さが１０μｍとなるようにした以外は、実施例１と同様にして腐食テスト用鋼基板を作製した。
【００８３】
（実施例３）
塗料Ｃを用い、塗料Ｃの塗布、硬化後の被膜厚さが２５μｍとなるようにした以外は、実施例１と同様にして腐食テスト用鋼基板を作製した。
【００８４】
（実施例４）
厚さ０．８ｍｍの鋼板ＳＳ４００を４ｃｍ×８ｃｍに切りだし、酸洗浄、アルカリ洗浄、純水洗浄の後、アセトン溶剤で洗浄した。この洗浄された鋼板にエポキシカップリング剤をスプレーし、乾燥窒素雰囲気で乾燥させた後、塗料Ａを両主面に塗布して、１８０℃で２時間硬化させて腐食テスト用鋼基板を作製した。なお、塗料Ａの塗布、硬化後の被膜厚さが１５μｍとなるようにした。
【００８５】
（実施例５）
ペーストＤを用い、ペーストＤの塗布、硬化後の被膜厚さが９３μｍとなるようにした以外は、実施例４と同様にして腐食テスト用鋼基板を作製した。
【００８６】
（実施例６）
ペーストＥを用い、ペーストＥの塗布、硬化後の被膜厚さが２２１μｍとなるようにした以外は、実施例４と同様にして腐食テスト用鋼基板を作製した。
【００８７】
（実施例７）
ペーストＦを用い、ペーストＦの塗布、硬化後の被膜厚さが５０μｍとなるようにした以外は、実施例４と同様にして腐食テスト用鋼基板を作製した。
【００８８】
（実施例８）
厚さ１．２ｍｍの鋼板ＳＳ４００を４ｃｍ×８ｃｍに切りだし、２ｍｍ幅１ｍｍ深さの櫛型溝と４ケ所に４ｍｍ孔を形成し、酸洗浄、アルカリ洗浄、純水洗浄の後、アセトン溶剤で洗浄した。この洗浄された鋼板にエポキシカップリング剤をスプレーし、乾燥窒素雰囲気で乾燥させた後、塗料Ｂを両主面に塗布して、１８０℃で２時間硬化させて腐食テスト用鋼基板を作製した。なお、塗料Ｂの塗布、硬化後の被膜厚さが１１μｍとなるようにした。
【００８９】
（実施例９）
厚さ０．８ｍｍの鋼板ＳＳ４００を５ｃｍ×８ｃｍに切りだし、２ｍｍ幅１ｍｍ深さの櫛型溝と４ケ所に４ｍｍ孔を形成し、酸洗浄、アルカリ洗浄、純水洗浄の後、アセトン溶剤で洗浄した。この洗浄された鋼板にエポキシカップリング剤をスプレーし、乾燥窒素雰囲気で乾燥させた後、ペーストＤを両主面に塗布して、１８０℃で２時間硬化させて腐食テスト用鋼基板を作製した。なお、ペーストＤの塗布、硬化後の被膜厚さが１００μｍとなるようにした。
【００９０】
（実施例１０）
厚さ１．２ｍｍの鋼板ＳＳ４００を５ｃｍ×８ｃｍに切りだし、２ｍｍ幅１ｍｍ深さの櫛型溝と４ケ所に４ｍｍ孔を形成し、サンドによる表面の粗面化を行い、酸洗浄、アルカリ洗浄、純水洗浄の後、アセトン溶剤で洗浄した。この洗浄された鋼板にエポキシカップリング剤をスプレーし、乾燥窒素雰囲気で乾燥させた後、塗料Ｂを両主面に塗布して、１８０℃で２時間硬化させて腐食テスト用鋼基板を作製した。なお、塗料Ｂの塗布、硬化後の被膜厚さが１１μｍとなるようにした。
【００９１】
（比較例１）
塗料Ａを用い、塗料Ａの塗布、硬化後の被膜厚さが式（１）で算出される範囲外となる０．５μｍとなるようにした以外は、実施例１と同様にして腐食テスト用鋼基板を作製した。
【００９２】
（比較例２）
塗料Ａを用い、塗料Ａの塗布、硬化後の被膜厚さが式（１）で算出される範囲外となる２０μｍとなるようにした以外は、実施例１と同様にして腐食テスト用鋼基板を作製した。
【００９３】
（比較例３）
塗料Ｃを用い、塗料Ｃの塗布、硬化後の被膜厚さが式（１）で算出される範囲外となる１．０μｍとなるようにした以外は、実施例３と同様にして腐食テスト用鋼基板を作製した。
【００９４】
（比較例４）
塗料Ｃを用い、塗料Ｃの塗布、硬化後の被膜厚さが式（１）で算出される範囲外となる９０μｍとなるようにした以外は、実施例３と同様にして腐食テスト用鋼基板を作製した。
【００９５】
表３に、実施例１〜１０および比較例１〜４の腐食テスト用鋼基板について、被膜の形成に用いた塗料あるいはペーストの種類とそれにより形成された被膜の厚さ、また、使用した鋼板の厚さと鋼板への加工あるいは処理をまとめて示す。なお、実施例１〜１０の腐食テスト用鋼基板は、被膜の体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］と厚さｔ［ｃｍ］とが上記式（１）の関係を満たすものであり、比較例１〜４の腐食テスト用鋼基板は、被膜の体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］と厚さｔ［ｃｍ］とが上記式（１）の関係を満たさないものである。
【００９６】
【表３】
2006331738.tif 000004
【００９７】
次に、実施例および比較例の腐食テスト用鋼基板を用いて腐食試験を行った。腐食試験として、プレッシャークッカー試験（ＰＣＴ、条件１２１℃／１ａｔｍ／１０００Ｈｒｓ、２０００Ｈｒｓ）を行い、被膜の表面におけるふくれ等の異常の有無（外観検査）、被膜と鋼板との剥離等の異常の有無（内部検査）、および、鋼板の表面部における異常の有無（金属検査）を顕微鏡を用いて観察した。また、実施例および比較例の腐食テスト用鋼基板の抵抗を測定した。
【００９８】
表４に、実施例および比較例の腐食テスト用鋼基板についての腐食試験の結果および抵抗の測定結果をまとめて示す。
【００９９】
【表４】
2006331738.tif 000005
【０１００】
表４から明らかなように、被膜の体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］と厚さｔ［ｃｍ］とが上記式（１）の関係を満たすようにした実施例１〜１０の腐食テスト用鋼基板はいずれも腐食が抑制されており抵抗も十分低くできることが認められた。これに対して、被膜の体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］と厚さｔ［ｃｍ］とが上記式（１）の関係を満たさないものとした比較例１〜４の腐食テスト用鋼基板は、腐食を抑制できるものの抵抗が高くなるか、あるいは、抵抗は十分であるものの腐食の抑制が不十分となることが認められた。