(57)【要約】【課題】チタン基材表面にＡｕの付着量を低減しつつ、Ａｕを含む層を強固かつ均一に形成可能で、燃料電池用セパレータに要求される密着性及び耐食性を確保できる燃料電池用セパレータ材料を提供する。【解決手段】  Ｔｉ基材の表面にＡｕとＣｒとを含む表面層が形成され、表面層とＴｉ基材との間に、Ｔｉ，Ｏ及びＣｒを含み，Ａｕ２０質量％未満の中間層が存在し、Ａｕの付着量が４０００〜４００００ｎｇ／ｃｍ２であり、表面層の（最小厚み／最大厚み）で表される比が０．７５以上の燃料電池用セパレータ材料である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｔｉ基材の表面にＡｕとＣｒとを含む表面層が形成され、
前記表面層と前記Ｔｉ基材との間に、Ｔｉ，Ｏ及びＣｒを含み，Ａｕ２０質量％未満の中間層が存在し、
Ａｕの付着量が４０００〜４００００ｎｇ／ｃｍ２であり、前記表面層の（最小厚み／最大厚み）で表される比が０．７５以上である燃料電池用セパレータ材料。
【請求項２】
（Ａｕの付着量）／（Ｃｒの付着量）で表される比が１０以上である請求項１に記載の燃料電池用セパレータ材料。
【請求項３】
前記中間層において、Ｔｉ，Ｏがそれぞれ１０質量％以上で、かつＣｒが２０質量％以上含まれる領域が１ｎｍ以上存在する請求項１又は２に記載の燃料電池用セパレータ材料。
【請求項４】
前記Ｔｉ基材と前記表面層との間に、Ｔｉが５０質量％未満で、かつＯが２０質量％以上含まれる酸化層が３０ｎｍ未満の厚みで形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ材料。
【請求項５】
前記Ｔｉ基材は、Ｔｉと異なる基材表面に厚み１０ｎｍ以上のＴｉ被膜を形成してなる請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ材料。
【請求項６】
固体高分子形燃料電池に用いられる請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ材料。
【請求項７】
ダイレクトメタノール型固体高分子形燃料電池に用いられる請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ材料。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ材料を用いた燃料電池用セパレータであって、前記Ｔｉ基材に予めプレス加工による反応ガス流路及び／又は反応液体流路を形成した後、前記表面層を形成して成る燃料電池用セパレータ。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ材料を用いた燃料電池用セパレータであって、前記Ｔｉ基材に前記表面層を形成した後、プレス加工による反応ガス流路及び／又は反応液体流路を形成して成る燃料電池用セパレータ。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ材料、又は請求項８若しくは９記載の燃料電池用セパレータを用いた燃料電池スタック。
【請求項１１】
請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ材料の製造方法であって、
前記Ｔｉ基材の表面に、前記Ｃｒを乾式成膜した後、Ａｕを乾式成膜する燃料電池用セパレータ材料の製造方法。
【請求項１２】
前記乾式成膜がスパッタリングである請求項１１記載の燃料電池用セパレータ材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面にＡｕ又はＡｕ合金（Ａｕを含む層）が形成された燃料電池用セパレータ材料、それを用いた燃料電池用セパレータ、及び燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型の燃料電池用セパレータとして、従来はカーボン板にガス流通路を形成したものが使用されていたが、材料コストや加工コストが大きいという問題がある。一方、カーボン板の代わりに金属板を用いる場合、高温で酸化性の雰囲気に曝されるために腐食や溶出が問題となる。このようなことから、Ｔｉ板表面にＡｕ，Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ及びＰｔ等から選ばれる貴金属とＡｕとの合金をスパッタ成膜して導電部分を形成する技術が知られている（特許文献１）。さらに、特許文献１には、Ｔｉ表面に上記貴金属の酸化物を成膜することが記載されている。
一方、Ｔｉ基材の酸化被膜の上に、Ｔｉ，Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ等からなる中間層を介してＡｕ膜を形成する燃料電池用セパレータが知られている（特許文献２）。この中間層は、基材酸化膜との密着性、すなわちＯ（酸素原子）との結合性が良いとともに、金属または半金属のためにＡｕ膜との密着性、結合性が良いとされている。
【０００３】
又、固体高分子型燃料電池において、アノードに供給する燃料ガスとして、取扱いが容易なメタノールを使用するダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ（ｄｉｒｅｃｔ  ｍｅｔｈａｎｏｌ  ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ））も開発されている。ＤＭＦＣは、メタノールから直接エネルギー（電気）を取り出すことができるため、改質器などが不要で燃料電池の小型化に対応でき、携帯機器の電源としても有望視されている。
ＤＭＦＣの構造としては、以下の２つが提案されている。まず第１の構造は、単セル（固体高分子型電解質膜を燃料極と酸素極で挟み込んだ膜電極接合体（以下、ＭＥＡという）を積層した積層型（アクティブ型）構造である。第２の構造は、単セルを平面方向に複数個配置した平面型（パッシブ型）構造である。これらの構造は、いずれも単セルを複数個直列に繋いだもの（以下、スタックという）であるが、このうち、パッシブ型構造は、燃料ガス（燃料液体）や空気などをセル内に供給するための能動的な燃料移送手段を必要としないため、更なる燃料電池の小型化が有望視されている（特許文献３）。
【０００４】
ところで、燃料電池用セパレータは、電気伝導性を有し、各単セルを電気的に接続し、各単セルで発生したエネルギー（電気）を集電すると共に、各単セルへ供給する燃料ガス（燃料液体）や空気（酸素）の流路が形成されている。このセパレータは、インターコネクタ、バイポーラプレート、集電体とも称される。
そして、ＤＭＦＣ用集電体に要求される条件は、水素ガスを用いる固体高分子型燃料電池用セパレータと比較すると多い。すなわち、通常の固体高分子型燃料電池用セパレータに要求される硫酸水溶液への耐食性に加え、燃料であるメタノール水溶液への耐食性、及び蟻酸水溶液への耐食性が必要である。蟻酸は、アノード触媒上でメタノールから水素イオンが生成する際に発生する副生成物である。
このようにＤＭＦＣ作動環境下では、従来の固体高分子型燃料電池用セパレータに用いる材料をそのまま適用できるとは限らない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２９７７７７号公報
【特許文献２】特開２００４−１８５９９８号公報
【特許文献３】特開２００５−２４３４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した特許文献１記載の技術の場合、密着性の良いＡｕ合金膜を得るためには、チタン基材表面の酸化皮膜を取り除く処理が必要であり、酸化被膜の除去が不充分な場合は貴金属膜の密着性が低下するという問題がある。
又、特許文献２には、基材表面の酸化皮膜の表面に導電性薄膜を形成することが規定されているが、例えば、チタン基材表面に酸化皮膜を残したまま、Ａｕを成膜しようとすると、均一に成膜されない。特に、湿式の金めっきではめっきの電着形状が粒状であり、チタン基材表面に酸化皮膜が残っていると、チタン基材表面の一部に非めっき部分となる部分が生じてしまう。特に，コスト削減のためにＡｕの厚みを薄くすると，非めっき部が必然的に生じる。また、特許文献２には、密着性を向上させるために、中間層を設けることも規定されているが、単に中間層を設けるだけでは十分な密着性、及び燃料電池のセパレータとして必要な耐食性や耐久性が得られない。そして、コスト低減を図るためにＡｕの厚みを薄くすると、Ａｕの成膜条件によってはＡｕ膜が均一に成膜されず，Ａｕ膜厚のばらつきが顕在化してセパレータ材の特性に影響を及ぼす場合がある。
【０００７】
本発明者らが検討したところ、コスト低減を図るため、Ｔｉ基材等の上に表面層を厚み２０ｎｍ以下で形成した場合、表面層が均一に成膜されずに厚みの厚い部分と薄い部分が生じ、厚みの薄い部分が選択的に腐食して耐食性が低下することが判明した。すなわち、表面層のうち厚みの薄い部分は厚い部分に比べて耐食性が劣るため、時間が経過するにつれて選択的に侵食されやすくなる。そして、このような膜厚のバラツキによる選択的な腐食は、表面層の微小な範囲での厚みの違いに起因して生じる。
【０００８】
すなわち、本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、チタン基材表面にＡｕを含む高耐食性の導電性膜を高い密着性で成膜することができ、燃料電池作動環境下でも高い耐久性を有する燃料電池用セパレータ材料、それを用いた燃料電池用セパレータ、及び燃料電池スタックの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは，コスト低減を図るためにチタン基材上にＡｕを含む膜を薄く形成した場合に顕在化する膜厚のバラツキを所定範囲に抑えることで，耐食性が向上することを見出した。
すなわち、本発明の燃料電池用セパレータ材料は、Ｔｉ基材の表面にＡｕとＣｒとを含む表面層が形成され、前記表面層と前記Ｔｉ基材との間に、Ｔｉ，Ｏ及びＣｒを含み，Ａｕ２０質量％未満の中間層が存在し、Ａｕの付着量が４０００〜４００００ｎｇ／ｃｍ２であって、前記表面層の（最小厚み／最大厚み）で表される比が０．７５以上である。
【００１０】
（Ａｕの付着量）／（Ｃｒの付着量）で表される比が１０以上であることが好ましい。
前記中間層において、Ｔｉ，Ｏがそれぞれ１０質量％以上で、かつＣｒが２０質量％以上含まれる領域が１ｎｍ以上存在することが好ましい。
前記Ｔｉ基材と前記表面層との間に、Ｔｉが５０質量％未満で、かつＯが２０質量％以上含まれる酸化層が１００ｎｍ未満の厚みで形成されていることが好ましい。
前記Ｔｉ基材は、Ｔｉと異なる基材表面に厚み１０ｎｍ以上のＴｉ被膜を形成してなっていてもよい。
【００１１】
固体高分子形燃料電池に用いられることが好ましい。
ダイレクトメタノール型固体高分子形燃料電池に用いられることが好ましい。
【００１２】
本発明の燃料電池用セパレータは、前記燃料電池用セパレータ材料を用いた燃料電池用セパレータであって、前記Ｔｉ基材に予めプレス加工による反応ガス流路及び／又は反応液体流路を形成した後、前記表面層を形成して成る。
【００１３】
本発明の燃料電池用セパレータは、前記燃料電池用セパレータ材料を用いた燃料電池用セパレータであって、前記Ｔｉ基材に前記表面層を形成した後、プレス加工による反応ガス流路及び／又は反応液体流路を形成して成る。
【００１４】
本発明の燃料電池スタックは、前記燃料電池用セパレータ材料、又は前記燃料電池用セパレータを用いたものである。
【００１５】
本発明の燃料電池用セパレータ材料の製造方法は、前記燃料電池用セパレータ材料の製造方法であって、前記Ｔｉ基材の表面に、前記Ｃｒを乾式成膜した後、Ａｕを乾式成膜する。
前記乾式成膜がスパッタリングであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、Ａｕの付着量を低減しつつ、Ａｕを含む層をＴｉ上に強固かつ均一に形成させることができ、燃料電池用セパレータに要求される密着性、耐食性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池用セパレータ材料の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施例１に係る燃料電池用セパレータ材料の断面の実際のＳＴＥＭ像を示す図である。
【図３】本発明の実施例３に係る燃料電池用セパレータ材料の断面の実際のＸＰＳ像を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る燃料電池スタック（単セル）の断面図である。
【図５】本発明の実施形態にかかるセパレータの構造を示す平面図である。
【図６】本発明の実施形態にかかるガスケットの構造を示す平面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る平面型燃料電池スタックの断面図である。
【図８】平面型燃料電池用セパレータの構造を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係る燃料電池用セパレータ材料について説明する。なお、本発明において％とは、特に断らない限り、質量％(質量％)を示すものとする。
又、本発明において「燃料電池用セパレータ」とは、電気伝導性を有し、各単セルを電気的に接続し、各単セルで発生したエネルギー（電気）を集電すると共に、各単セルへ供給する燃料ガス（燃料液体）や空気（酸素）の流路が形成されたものをいう。セパレータは、インターコネクタ、バイポーラプレート、集電体とも称される。
従って、詳しくは後述するが、燃料電池用セパレータとして、板状の基材表面に凹凸状の流路を設けたセパレータの他、上記したパッシブ型ＤＭＦＣ用セパレータのように板状の基材表面にガスやメタノールの流路孔が開口したセパレータを含む。
【００１９】
図１に示すように、燃料電池用セパレータ材料は、Ｔｉ基材２の表面に中間層２ａが形成され、中間層２ａの表面に表面層６が形成されてなる。
【００２０】
＜Ｔｉ基材＞
燃料電池用セパレータ材料は耐食性と導電性が要求され、基材には耐食性が求められる。このため基材には耐食性が良好なチタン材を用いる。
Ｔｉ基材は無垢のチタン材であってもよいが、Ｔｉと異なる基材表面に厚み１０ｎｍ以上のＴｉ被膜を形成したものであってもよい。Ｔｉと異なる基材としてはステンレス鋼やアルミニウム,銅等が挙げられ、これらの表面にＴｉを被覆することにより、チタンと比べて耐食性の低いステンレス鋼やアルミニウム,銅等の耐食性を向上させることができる。但し、耐食性向上効果はＴｉを１０ｎｍ以上被覆しないと得られない。
Ｔｉ基材２の材質はチタンであれば特に制限されない。又、Ｔｉ基材２の形状も特に制限されず、Ｃｒ及び金をスパッタできる形状であればよいが、セパレータ形状にプレス成形することを考えると、Ｔｉ基材の形状は板材であることが好ましく、Ｔｉ基材全体の厚みが１０μｍ以上の板材であることが好ましい。
中間層２ａに含まれるＯ（酸素）は、Ｔｉ基材２を空気中に放置することにより自然に形成されるが、酸化雰囲気で積極的にＯを形成してもよい。
【００２１】
なお、Ｔｉの濃度は、後述するＸＰＳによる濃度検出で行い、指定元素の合計を１００質量％として、各元素の濃度(質量％)を分析して行う。又、燃料電池用セパレータ材料の最表面から１ｎｍの深さとは、ＸＰＳ分析によるチャートの横軸（厚み方向）の距離（SiO2換算での距離）である。
【００２２】
＜表面層＞
Ｔｉ基材２上に、ＣｒとＡｕとを含む表面層６が形成される。この表面層は、Ｔｉ基材にＡｕの特性（耐食性、導電性等）や耐水素脆性を付与するためのものである。
Ｃｒは、ａ）酸素と結合しやすい、ｂ）Ａｕと合金を構成する、ｃ）水素を吸収し難い、という性質を有しており、表面層に上記した機能を付与するとともに、中間層を形成して表面層とＴｉ基材との密着性を向上させる。
又、Ｃｒが電位-pH図からAuより易酸化性であり、また水素を吸収しにくい特性を利用し、Ｃｒを以下の中間層の構成元素として用いる。
【００２３】
表面層は、後述するＸＰＳ分析により確認することができ、ＸＰＳ分析により最表面から下層に向かってＡｕとＣｒを含む部分であって、以下の中間層より上層に位置する部分（Ａｕ２０質量％以上の領域）を表面層とする。表面層の厚みは３〜１００ｎｍであることが好ましい。表面層の厚みが３ｎｍ未満であると、Ｔｉ基材上に燃料電池用セパレータに要求される耐食性を確保できなくなる場合がある。表面層の厚みがより好ましくは５ｎｍ以上、さらには好ましくは１０ｎｍ以上である。
表面層の厚みが１００ｎｍを超えると省金化が図られずコストアップとなる場合がある。
【００２４】
表面層の（最小厚み／最大厚み）で表される比が０．７５以上であることが必要である。本発明者らが検討したところ、コスト低減を図るため、Ｔｉ基材等の上に表面層を厚み２０ｎｍ以下で形成した場合、表面層が均一に成膜されずに厚みの厚い部分と薄い部分が生じ、厚みの薄い部分が選択的に腐食して耐食性が低下することが判明した。すなわち、表面層のうち厚みの薄い部分は厚い部分に比べて耐食性が劣るため、時間が経過するにつれて選択的に侵食されやすくなる。そして、このような膜厚のバラツキによる選択的な腐食は、表面層の微小な範囲での厚みの違いに起因して生じる。
表面層の（最小厚み／最大厚み）の比が０．７５％未満の場合，厚みが薄い部分と厚い部分との膜厚のバラツキが大きくなり、厚みが薄い部分でＣｒが露出し易くなる。Ｃｒが露出すると，塩素含有腐食液での耐食性試験でＣｒが溶出して接触抵抗が高くなる。
【００２５】
上記した表面層の（最小厚み／最大厚み）の比は、微小領域の測定が可能なＳＴＥＭ（走査透過電子顕微鏡）で測定することができる。
図２は、実施例１に係る燃料電池用セパレータ材料の断面の実際のＳＴＥＭ像を示す。図２の黒い画像領域が表面層６であり、後述する方法で解析すると表面層の（最小厚み／最大厚み）の比が０．９５となり、均一な層を形成していることがわかる。
【００２６】
なお、表面層６の表面にさらにＡｕ単独層が形成されていてもよい。Ａｕ単独層は、ＸＰＳ分析によりＡｕの濃度がほぼ100％wtの部分である。
【００２７】
＜中間層＞
表面層（又はＡｕ単独層）６とＴｉ基材２との間に、Ｔｉ、Ｏ及びＣｒを含み、Ａｕ２０質量％未満の中間層２ａが存在する。
通常、Ｔｉ基材は表面に酸化層を有しており、酸化され難いＡｕ（含有）層をＴｉ表面に直接形成させるのは難しい。一方、上記金属はＡｕに比べて酸化され易く、Ｔｉ基材の表面でＴｉ酸化物中のＯ原子と酸化物を形成し、Ｔｉ基材表面に強固に結合するものと考えられる。
又、上記金属は水素を吸収しにくい。これらの点で、Ａｕを含んだ導電性膜（上記表面層又はＡｕ単独層）の厚みが数１０ｎｍ以下の場合には、従来、中間層として単にＴｉ，Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ等を用いた場合に比べ、Ｔｉ、Ｏ及びＣｒから中間層を形成することにより、耐久性が良好なセパレータ材を提供できる。
なお中間層にはＡｕは含まれないほうが好ましく、Ａｕが20 質量％以上含まれると密着性が低下する。中間層中のＡｕ濃度を２０質量％未満とするためには、Ｔｉ基材上に、Ｃｒ単体のターゲット、又は低Ａｕ濃度のＣｒ−Ａｕ合金ターゲットを用いてスパッタすることが好ましい。
【００２８】
中間層において、Ｔｉ、Ｏがそれぞれ１０質量％以上でかつＣｒが２０質量％以上含まれる１ｎｍ以上の層として存在することが好ましい。この場合、燃料電池用セパレータ材料の断面をＸＰＳで分析したとき、Ti、Oがそれぞれ10質量％以上でかつＣｒが20 質量％以上含まれると共に、Auが20 質量％以上含まれる領域が厚み方向に１ｎｍ以上存在する。
【００２９】
ここで、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）分析による深さ（Ｄｅｐｔｈ）プロファイルを測定し、Ａｕ，Ｔｉ，Ｏ，Ｃｒの濃度分析を行ってスパッタ層の層構造を決定することができる。なお、ＸＰＳによる濃度検出は、指定元素の合計を１００質量％として、各元素の濃度(質量％)を分析する。又、ＸＰＳ分析で厚み方向に１ｎｍの距離とは、ＸＰＳ分析によるチャートの横軸の距離（ＳｉＯ２換算での距離）である。
【００３０】
Ti、Oの下限をそれぞれ10質量％とし、Ｃｒの下限を20質量％とした理由は、Ｃｒが20 質量％未満である部分はTi基材の表面に近く、Tiが10 質量％未満である部分は表面層に近くなるためであり、又、Oが10 質量％未満である部分はＣｒとTiがＯ原子と充分な酸化物を形成しておらず、中間層として機能しないと考えられるからである。又、Ti、Oはそれぞれ10質量％から急激に減少するので、測定上から10質量％を下限とする。Auを20 質量％未満とした理由は密着性を向上させるためである。中間層が１ｎｍ未満の場合には，表面層の密着性が劣化する場合がある。
【００３１】
本発明の燃料電池用セパレータ材料においては、Ａｕの付着量が４０００〜４００００ｎｇ／ｃｍ２である必要がある。
Ａｕの付着量が４０００ｎｇ／ｃｍ２未満であると、燃料電池用セパレータに要求される導電性、耐食性を確保できなくなり、接触抵抗が高くなる。一方、Ａｕの付着量が４００００ｎｇ／ｃｍ２を超えると省金化が図れない。
【００３２】
本発明の燃料電池用セパレータ材料において、（Ａｕの付着量）／（Ｃｒの付着量）で表される比が１０以上であることが好ましい。この比が１０未満であると，表面層においてＣｒが露出し易くなり，塩素含有腐食液での耐食性試験でＣｒが溶出して接触抵抗が高くなる場合がある。
【００３３】
本発明において、Ｔｉ基材と表面層６との間に、Ｔｉが５０質量％未満でＯが２０質量％以上含まれる酸化層が１００ｎｍ未満の厚みで形成されていることが好ましい。
酸化層が存在すると、燃料電池の連続発電試験を行った場合にチタン基材が脆化することを防止する。
Ｔｉが５０質量％未満の領域は，Ｔｉ濃度が全体の１／２以下であるので，チタン基材と異なる部分とみなしている。そして、Ｔｉ基材の表面には酸化膜が存在するため，Ｔｉが５０質量％未満の厚み部分から表面層までを酸化層と定義する。又、Ｏを２０質量％以上含まれる領域を酸化層とした理由は、酸化層のＯ（酸素）濃度が２０質量％未満であると、燃料電池の連続発電試験を行った場合にＴｉ基材が脆化し、燃料電池用セパレータ材料としての耐久性が劣化するためである。
但し、酸化層の厚みが１００ｎｍ以上になると、表面層の密着性や導電性が低下する場合がある。一方、酸化層が薄いと，燃料電池の連続発電試験を行った場合にチタン基材が脆化して燃料電池用セパレータ材料としての耐久性が劣化する恐れもある。従って、酸化層の厚みが好ましくは５ｎｍ以上，より好ましくは１０ｎｍ以上である。
【００３４】
表面層中のＡｕの割合が下層側から上層側に向かって増加する傾斜組成になっていることが好ましい。ここで、Ａｕの割合(質量％)は、上記したＸＰＳ分析で求めることができる。表面層又はＡｕ単独層の厚みは、ＸＰＳ分析での走査距離の実寸である。
表面層を傾斜組成とすると、表面層の下層側ではＡｕより易酸化性のＣｒの割合が多くなり、Ｔｉ基材表面との結合が強固になる一方、表面層の上層側ではＡｕの特性が強くなるので、耐食性と耐久性が向上する。
【００３５】
＜燃料電池用セパレータ材料の製造＞
燃料電池用セパレータ材料の中間層の形成方法としては、Ti基材の表面Ti酸化膜を除去せずに、この基材にＣｒをターゲットとしてスパッタ成膜することにより、表面Ti酸化膜中のＯにＣｒが結合し、中間層を形成することができる。又、Ti基材２の表面Ti酸化膜を除去後、Ｃｒの酸化物をターゲットとしてスパッタ成膜することや、Ti基材２の表面Ti酸化膜を除去後、Ｃｒをターゲットとし酸化雰囲気でスパッタ成膜することによっても中間層を形成することができる。
なお、スパッタの際、Ti基材の表面Ti酸化膜を適度に除去し、基材表面のクリーニングを目的として逆スパッタ（イオンエッチング）を行ってもよい。逆スパッタは、例えばＲＦ１００Ｗ程度の出力で、アルゴン圧力０．２Ｐａ程度としてアルゴンガスを基材に照射して行うことができる。
中間層のAuは、以下の表面層を形成するためのAuスパッタにより、Au原子が中間層に入り込むことによって中間層内に含まれるようになる。又、ＣｒとAuを含む合金ターゲットを用いてTi基材表面にスパッタ成膜してもよい。
【００３６】
表面層の形成方法としては、例えば上記したスパッタによりＴｉ基材上にＣｒを成膜した後、Ｃｒ膜の上にＡｕをスパッタ成膜することができる。この場合、スパッタ粒子は高エネルギーを持つため、Ｃｒ膜のみがTi基材表面に成膜されていても、そこにAuをスパッタすることにより、Ｃｒ膜にAuが入り込み、表面層となる。又、この場合、表面層中のＡｕの割合が下層側から上層側に向かって増加する傾斜組成となる。
Ti基材表面に最初にＣｒとAuのうちAu濃度が低い合金ターゲットを用いてスパッタ成膜し、その後、ＣｒとAuのうちAu濃度が高い合金ターゲットを用いてスパッタ成膜してもよい。
【００３７】
又、表面層の（最小厚み／最大厚み）で表される比を０．７５以上にする方法として、スパッタ条件の調整が挙げられる。通常、スパッタによる膜形成は、他の成膜方法に比べて生産性が劣るため、できる限り生産性の高い条件で行うことが一般的である。しかし、生産性を高めるため、ターゲットから飛散させる微粒子を多くし過ぎ、かつ粒子の飛行工程が長過ぎると、微粒子同士が衝突する確率が高くなり、衝突した際に粒子が凝集して粗大粒子となる。このような粗大粒子と、凝集しない微粒子とがＴｉ基材上に成膜されると、微小な測定範囲の表面層の（最小厚み／最大厚み）の比が小さくなり，厚みにバラツキのある表面層になる。
従って、ターゲットから飛散する微粒子を少なくし、粒子の飛行工程を短くするようにスパッタ条件を調整する。具体的には、スパッタ時の、１）Ｔｉ基材とターゲットの間の電極間距離を短くする（一般的なスパッタリング装置の電極間距離は５０〜２００ｍｍであるが、この範囲で調整する）、２）不活性ガス（通常、Ａｒ）の純度を高くする（例えば、９９．９９９８％程度）、３）不活性ガス（通常、Ａｒ）のガス圧力を低くする（一般的なスパッタリング装置で、例えばガス圧力を0.2〜5.0Paの範囲で調整する）、ことが挙げられる。
【００３８】
本発明の実施形態に係る燃料電池用セパレータ材料によれば、Ａｕを含む層をＴｉ上に強固かつ均一に形成させることができ、この層が導電性、耐食性及び耐久性を有することから、燃料電池用セパレータ材料として好適である。又、本発明の実施形態によれば、Ａｕを含む層をスパッタ成膜すればこの層が均一な層となるので、湿式の金めっきに比べて表面が平滑となり、Ａｕを無駄に使用しなくて済むという利点がある。
【００３９】
＜燃料電池用セパレータ＞
次に、本発明の燃料電池用セパレータ材料を用いた燃料電池用セパレータの一例について説明する。燃料電池用セパレータは、上記した燃料電池用セパレータ材料を所定形状に加工してなり、燃料ガス（水素）又は燃料液体（メタノール）、空気（酸素）、冷却水等を流すための反応ガス流路又は反応液体流路（溝や開口）が形成されている。
【００４０】
＜積層型（アクティブ型）燃料電池用セパレータ＞
図４は、積層型（アクティブ型）燃料電池の単セルの断面図を示す。なお、図４では後述するセパレータ１０の外側にそれぞれ集電板１４０Ａ，１４０Ｂが配置されているが、通常、この単セルを積層してスタックを構成した場合、スタックの両端にのみ一対の集電板が配置される。
そして、セパレータ１０は電気伝導性を有し、後述するＭＥＡに接して集電作用を有し、各単セルを電気的に接続する機能を有する。又、後述するように、セパレータ１０には燃料ガスや空気（酸素）の流路となる溝が形成されている。
【００４１】
図４において、固体高分子電解質膜２０の両側にそれぞれアノード電極４０とカソード電極６０とが積層されて膜電極接合体（ＭＥＡ；Membrane Electrode Assembly）８０が構成されている。又、アノード電極４０とカソード電極６０の表面には、それぞれアノード側ガス拡散膜９０Ａ、カソード側ガス拡散膜９０Ｂがそれぞれ積層されている。本発明において膜電極接合体という場合、ガス拡散膜９０Ａ、９０Ｂを含んだ積層体としてもよい。又、例えばアノード電極４０やカソード電極６０の表面にガス拡散層が形成されている等の場合は、固体高分子電解質膜２０、アノード電極４０、カソード電極６０の積層体を膜電極接合体と称してもよい。
【００４２】
ＭＥＡ８０の両側には、ガス拡散膜９０Ａ、９０Ｂにそれぞれ対向するようにセパレータ１０が配置され、セパレータ１０がＭＥＡ８０を挟持している。ＭＥＡ８０側のセパレータ１０表面には流路１０Ｌが形成され、後述するガスケット１２、流路１０Ｌ、及びガス拡散膜９０Ａ（又は９０Ｂ）で囲まれた内部空間２０内をガスが出入可能になっている。
そして、アノード電極４０側の内部空間２０には燃料ガス（水素等）が流れ、カソード電極６０側の内部空間２０に酸化性ガス（酸素、空気等）が流れることにより、電気化学反応が生じるようになっている。
【００４３】
アノード電極４０とガス拡散膜９０Ａの周縁の外側は、これらの積層厚みとほぼ同じ厚みの枠状のシール部材３１で囲まれている。又、シール部材３１とセパレータ１０の周縁との間には、セパレータに接して略枠状のガスケット１２が介装され、ガスケット１２が流路１０Ｌを囲むようになっている。さらに、セパレータ１０の外面（ＭＥＡ８０側と反対側の面）にはセパレータ１０に接して集電板１４０Ａ（又は１４０Ｂ）が積層され、集電板１４０Ａ（又は１４０Ｂ）とセパレータ１０の周縁との間に略枠状のシール部材３２が介装されている。
シール部材３１及びガスケット１２は、燃料ガス又は酸化ガスがセル外に漏れるのを防止するシールを形成する。又、単セルを複数積層してスタックにした場合、セパレータ１０の外面と集電板１４０Ａ（又は１４０Ｂ）との間の空間２１には空間２０と異なるガス（空間２０に酸化性ガスが流れる場合、空間２１には水素が流れる）が流れる。従って、シール部材３２もセル外にガスが漏れるのを防止する部材として使われる。
【００４４】
そして、ＭＥＡ８０（及びガス拡散膜９０Ａ、９０Ｂ）、セパレータ１０、ガスケット１２、集電板１４０Ａ、１４０Ｂを含んで燃料電池セルが構成され、複数の燃料電池セルを積層して燃料電池スタックが構成される。
【００４５】
次に、セパレータ１０の構造について、平面図５を参照して説明する。セパレータ１０は、本発明の燃料電池用セパレータ材料からプレス加工によって矩形状に成形され、セパレータ１０の上端縁（上辺）には、燃料ガス導入孔１０ｘが左側に開口している。又、セパレータ１０の下端縁（下辺）には、燃料ガス排出孔１０ｙが右側に開口している。
【００４６】
さらに、セパレータ１０の上辺から下辺へ向かう方向（図５の上下方向）に平行に延びる複数の直線状流路溝１０Ｌがプレス加工等によって形成されている。直線状流路溝１０Ｌは、ガス流に平行流を生じさせる。
また、この実施形態では、直線状流路溝１０Ｌの始端及び終端はセパレータ１０の外縁まで到達せず、セパレータ１０の外周縁には直線状流路溝１０Ｌが形成されない平坦部が存在する。また、この実施形態では、隣接する直線状流路溝１０Ｌはそれぞれ等間隔で位置しているが、不等間隔であってもよい。
又、セパレータ１０の対向する側端縁（側辺）には、それぞれ位置決め孔１０ｆが開口している。
【００４７】
なお、流路溝は直線だけでなく曲線であってもよく、又、各流路溝は必ずしも互いに平行でなくてもよい。又、曲線としては、例えば湾曲線の他、Ｓ字状であってもよい。
流路溝の形成を容易にする点からは、互いに平行な直線が好ましい。
セパレータ１０の厚みは、プレス成形性の面で１０μｍ以上であることが好ましいが、コストの点から２００μｍ以下とすることが好ましい。
【００４８】
次に、ガスケット１２の構造について、平面図６を参照して説明する。
ガスケット１２は例えばテフロン（登録商標）からなるシート状であり、外縁がセパレータ１０とほぼ同じ大きさの矩形枠体であって、その内縁が燃料ガス導入孔１０ｘ、排出孔１０ｙ、及び直線状流路溝１０Ｌを囲む略矩形状に形成され、ガスケット１２の内部空間において燃料ガス導入孔１０ｘ、排出孔１０ｙ、及び直線状流路溝１０Ｌが連通するようになっている。
なお、ガスケット１２の対向する側端縁（側辺）には、それぞれ位置決め孔１２ｆが開口し、セパレータ１０の位置決め孔１０ｆと重なるようにガスケット１２を積層することにより、セパレータ１０とガスケット１２の相対位置を規定する。
【００４９】
ガスケット１２の材料としては、耐食性、燃料電池の稼働温度である８０〜９０℃での耐熱性を有するテフロン（登録商標）、耐食性と導電性を有する貴金属を成膜した金属板（チタン、ステンレス、アルミニウム等のシート）、又はカーボン材料を用いることができる。ガスケット１２の厚みはセパレータ１０の凹凸形状によって異なるが、セパレータの溝高さ（枠部と凹或いは凸との高低差）と同等以上の厚みとする必要がある。例えば、セパレータの溝高さが０．５ｍｍの場合、ガスケットの厚みは０．５ｍｍとする。
【００５０】
次に、ガスケット１２の形状をより詳細に説明する。ガスケット１２の上側内縁１２ｃは直線状流路溝の上端１０Ｌ１よりやや上側に位置し、直線状流路溝１０Ｌに沿って流れるガスが折り返して１８０度向きを変えるための空間が形成されている。又、上側内縁１２ｃの左端部は外側に延び、セパレータ１０の燃料ガス導入孔１０ｘがガスケット１２内に表出するようになっている。
同様に、ガスケット１２の下側内縁１２ｄは直線状流路溝の下端１０Ｌ２よりやや下側に位置し、直線状流路溝１０Ｌに沿って流れるガスが折り返して１８０度向きを変えるための空間が形成されている。又、下側内縁１２ｄの右端部は外側に延び、セパレータ１０の燃料ガス排出孔１０ｙがガスケット１２内に表出するようになっている。
【００５１】
さらに、上側内縁１２ｃのうち燃料ガス導入孔１０ｘに向かって延びる部分に隣接する位置には内側に向かって片状の仕切り部材１２ｅ１が延びている。又、上側内縁１２ｃのうち仕切り部材１２ｅ１から所定距離だけ右側の位置には、内側に向かって別の片状の仕切り部材１２ｅ２が延びている。そして、仕切り部材１２ｅ１、１２ｅ２の先端は直線状流路溝の上端（始端又は終端に相当）１０Ｌ１に接している。
同様に、下側内縁１２ｄのうち仕切り部材１２ｅ１に対向する位置から所定距離だけ右側の位置には、内側に向かって片状の仕切り部材１２ｅ３が延びている。又、下側内縁１２ｄのうち仕切り部材１２ｅ２に対向する位置から所定距離だけ右側であって、燃料ガス排出孔１０ｙに向かって延びる部分に隣接する位置には、内側に向かって片状の仕切り部材１２ｅ４が延びている。そして、仕切り部材１２ｅ３、１２ｅ４の先端は直線状流路溝の下端（始端又は終端に相当）１０Ｌ２に接している。
【００５２】
又、ガスケット１２の対向する内縁１２ｃ、１２ｄからそれぞれ延びる仕切り部材１２ｅ１〜１２ｅ４は、図６の左側から、仕切り部材１２ｅ１（上側内縁１２ｃ）、１２ｅ３（下側内縁１２ｄ）、１２ｅ２（上側内縁１２ｃ）、１２ｅ４（下側内縁１２ｄ）の順に配置されている。
このように、ガスケット１２の対向する内縁からそれぞれ延びる仕切り部材は互いに千鳥状に配置されているので、直線状流路溝１０Ｌに沿って流れるガス流路が仕切り部材近傍で折り返されて蛇行流路を構成するようになる。
【００５３】
具体的には、燃料ガス導入孔１０ｘからセパレータ１０内に導入されたガスは、直線状流路溝１０Ｌに沿って図６の下方向に流れるが、仕切り部材１２ｅ３が１つの流路溝１０Ｌの下端に接しているため、この流路溝１０Ｌに沿う流れが抑制される。又、流路溝１０Ｌを横断する流れは、もともと抑制されている。従って、仕切り部材１２ｅ３が接している流路溝１０Ｌは、ガスが横方向（図６の右方向）へショートカットする流れと、縦方向への流れをいずれも防止する堤防として機能し、このため、ガス流は仕切り部材１２ｅ３近傍で折り返して１８０度向きを変え、直線状流路溝１０Ｌに沿って上方向に流れる。次に、仕切り部材１２ｅ１、ｅ２が同様に横方向のショートカット流を防止するため、ガス流は仕切り部材１２ｅ２近傍で折り返して直線状流路溝１０Ｌに沿って下方向に流れる。以下同様にして、ガス流は仕切り部材１２ｅ４近傍で折り返し、直線状流路溝１０Ｌに沿った後、ガスケット１２の右側内縁（側縁）がショートカット流を防止するため、この部分で折り返した後、直線状流路溝１０Ｌに沿って燃料ガス排出孔１０ｙへ排出される。
【００５４】
なお、１個の仕切り部材が接している流路溝の個数は、セパレータの大きさや流路溝の大きさ（幅）にも依存するので特に限定されないが、あまり個数が多くなるとガスの流れに寄与する溝が減ることになるので、好ましくは１〜3本とする。
【００５５】
以上のように、加工が容易なガスケットの形状によってセパレータ内のガス流路が蛇行流路になるよう構成しているため、セパレータに複雑な流路を形成する必要がなく、セパレータ自体の流路形状を簡単にし、生産性を損なわずにガスの流れを改善して燃料電池の発電特性を向上できる。つまり、セパレータの流路による平行流を、ガスケットの形状によって蛇行流（サーペンタイン）に変えることができる。
【００５６】
但し、セパレータの流路溝として、サーペンタイン（蛇行）状に繋がるものを用いても勿論よく、流路溝の形状は限定されない。
図４に示す積層型（アクティブ型）燃料電池は、上記した水素を燃料として用いる燃料電池のほか、メタノールを燃料として用いるＤＭＦＣにも適用することができる。
【００５７】
＜平面型（パッシブ型）燃料電池用セパレータ＞
図７は、平面型（パッシブ型）燃料電池の単セルの断面図を示す。なお、図４では後述するセパレータ１０の外側にそれぞれ集電板１４０Ａ，１４０Ｂが配置されているが、通常、この単セルを積層してスタックを構成した場合、スタックの両端にのみ一対の集電板が配置される。
なお，図７において、ＭＥＡ８０の構成は図５の燃料電池と同一であるので同一符号を付して説明を省略する（図８では、ガス拡散膜９０Ａ、９０Ｂの記載を省略しているが、ガス拡散膜９０Ａ、９０Ｂを有していてもよい）。
【００５８】
図７において、セパレータ１００は電気伝導性を有し、ＭＥＡに接して集電作用を有し、各単セルを電気的に接続する機能を有する。又、後述するように、セパレータ１００には燃料液体や空気（酸素）の流路となる孔が形成されている。
セパレータ１００は、断面がクランク形状になるよう、長尺平板状の基材の中央付近に段部１００ｓを形成してなり、段部１００ｓを介して上方に位置する上側片１００ｂと、段部１００ｓを介して下方に位置する下側片１００ａとを有する。段部１００ｓはセパレータ１００の長手方向に垂直な方向に延びている。
そして、複数のセパレータ１００を長手方向に並べ、隣接するセパレータ１００の下側片１００ａと上側片１００ｂとの間に空間を形成させ、この空間にＭＥＡ８０を介装する。２つのセパレータ１００でＭＥＡ８０が挟まれた構造体が単セル３００となる。このようにして、複数のＭＥＡ８０がセパレータ１００を介して直列に接続されたスタックが構成される。
【００５９】
図８は、セパレータ１００の上面図を示す。下側片１００ａと上側片１００ｂには、それぞれ複数個の孔１００ｈが開口し、酸素（空気）の反応ガス流路やメタノールの反応液体流路となっている。
このスタックにおいて、図７の上方から空気（酸素）を流すと、セパレータ１００の孔１００ｈを通ってＭＥＡ８０のカソード電極６０側に酸素が接触し、反応を生じるようになる。一方、図７の下方からメタノールを流すと、セパレータ１００の孔１００ｈを通ってＭＥＡ８０のアノード電極４０側にメタノールが接触し、反応を生じるようになる。なお、メタノールは、図８の下方のタンク（メタノールカートリッジ）２００から供給される。
図７に示す平面型（パッシブ型）燃料電池は、上記したメタノールを燃料として用いるＤＭＦＣのほか、水素を燃料として用いる燃料電池にも適用することができる。又、平面型（パッシブ型）燃料電池用セパレータの開口部の形状や個数は限定されず、開口部として上記した孔の他、スリットとしてもよく、セパレータ全体が網状であってもよい。
【００６０】
本発明の燃料電池用セパレータにおいて、プレス加工による反応ガス流路及び／又は反応液体流路が予め前記Ｔｉ基材に形成されていると好ましい。このようにすると、後工程で反応ガス流路（反応液体流路）を形成する必要がなく、中間層や表面層等を形成する前のＴｉ基材をプレス加工することで、容易に反応ガス流路（反応液体流路）を形成できるので、生産性が向上する。
又、本発明の燃料電池用セパレータにおいて、Ｔｉ基材表面に表面層又はＡｕ単独層を形成した燃料電池用セパレータ材料に対し、後からプレス加工によって反応ガス流路及び／又は反応液体流路を形成してもよい。本発明の燃料電池用セパレータ材料は表面層やＡｕ単独層がＴｉ基材表面に強固に密着しているので、被膜形成後にプレス加工しても被膜が剥がれずに反応ガス流路（反応液体流路）を形成でき、生産性が向上する。
【００６１】
なお、反応ガス流路（反応液体流路）形成のためのプレス加工をするためには、燃料電池用セパレータ材料として、Ｔｉ基材の厚みを１０μｍ以上とすることが好ましい。Ｔｉ基材の厚みの上限は限定されないが、コストの点から２００μｍ以下とすることが望ましい。
【００６２】
＜燃料電池用スタック＞
本発明の燃料電池用スタックは、本発明の燃料電池用セパレータ材料、又は本発明の燃料電池用セパレータを用いてなる。
燃料電池用スタックは、１対の電極で電解質を挟み込んだセルを複数個直列に接続したものであり、各セルの間に燃料電池用セパレータが介装されて燃料ガスや空気を遮断する。燃料ガス(H2)が接触する電極が燃料極(アノード)であり、空気(O2) が接触する電極が空気極(カソード)である。
燃料電池用スタックの構成例は、既に図４及び図７で説明した通りであるが、これに限定されない。
【実施例】
【００６３】
＜試料の作製＞
Ｔｉ基材として、厚み１００μｍの工業用純チタン材（ＪＩＳ１種）を用い、ＦＩＢ（集束イオンビーム加工）による前処理をした。ＦＥ−ＴＥＭ（電解放射型透過電子顕微鏡）によるエネルギー分散型蛍光Ｘ線分析（ＥＤＸ）により観察したところ、Ｔｉ基材の表面には予め約１０ｎｍのチタン酸化物層が形成されていたのを確認した。
又、一部の実施例では、厚み１００μｍ工業用純ステンレス鋼材（ＳＵＳ３１６Ｌ）若しくは厚み１００μｍ純銅（Ｃ１１００）に対し、表１に示す所定厚みのＴｉを被覆したものを用いた（Ｔｉ被覆材）。Ｔｉの被覆は、電子ビーム蒸着装置（アルバック製、ＭＢ０５−１００６）を用いた真空蒸着により行った。
次に、Ｔｉ基材のチタン酸化物層の表面に、スパッタ法を用いて所定の目標厚みとなるように、Ｃｒを成膜した。ターゲットには純Ｃｒを用いた。次に、スパッタ法を用いて所定の目標厚みとなるようにＡｕを成膜した。ターゲットには純Ａｕを用いた。
目標厚みは以下のように定めた。まず、予めチタン基材にスパッタで対象物（Ｃｒ、Ａｕ）を成膜し、蛍光Ｘ線膜厚計（Ｓｅｉｋｏ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製  ＳＥＡ５１００、コリメータ０．１ｍｍΦ）で実際の厚みを測定し、このスパッタ条件におけるスパッタレート（ｎｍ/ｍｉｎ）を把握した。そして、スパッタレートに基づき、厚み１ｎｍとなるスパッタ時間を計算し、この条件でスパッタを行った。
Ｃｒ及びＡｕのスパッタは、株式会社アルバック製のスパッタ装置（型式MNS-6000-RF/DC（特））を用い、出力ＤＣ５０Ｗ、アルゴン圧力０．２Ｐａの条件で行った。スパッタは、基板回転数9rpm、電極間距離150mm、出力DC30W、Arガス純度99.9998％以上、基板加熱なしを共通条件として行った。そしてスパッタ時のＡｒガス圧力を、表１に示すように変化させ、表面層の厚みのバラツキを調整した。
【００６４】
＜表面層の膜厚（（最小厚み／最大厚み）で表される比）の測定＞
得られた試料の表面層の膜厚は、ＳＴＥＭ（日立製作所製の型番ＨＤ−２０００）を用い、加速電圧２００ｋＶとした。そして、１視野につき横（後述するＬに沿う方向）に５０ｎｍの領域を測定し、かつ１試料につき１０視野を測定した。図２のＳＴＥＭ像に示すように、Ｔｉ基材（白い部分）２と表面層（黒い部分）６の境界部分を平均して通る線Ｌを引き、その線から立てた垂線Ｔが表面層６と外部（灰色の部分）との境界と交わる点Ｐまでの距離を膜厚として測定した。なお、１視野において、垂線Ｔを横５ｎｍ間隔で合計８個立てた。そして、１視野において得られた最小厚みと最大厚みから上記比を算出し、各１０視野でそれぞれ求めた比を平均化した値を採用した。
【００６５】
＜層構造の測定＞
得られた試料について、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）分析による深さ（Ｄｅｐｔｈ）プロファイルを測定し、Ａｕ,Ｔｉ，Ｏ，Ｃｒの濃度分析を行ってスパッタ層の層構造を決定した。ＸＰＳ装置としては、アルバック・ファイ株式会社製５６００ＭＣを用い、到達真空度：６．５×１０−８Ｐａ、励起源：単色化ＡｌＫ、出力：３００Ｗ、検出面積：８００μｍΦ、入射角：４５度、取り出し角：４５度、中和銃なしとし、以下のスパッタ条件で、測定した。
イオン種：Ａｒ＋
加速電圧：３ｋＶ
掃引領域：３ｍｍ×３ｍｍ
レート：２ｎｍ／ｍｉｎ．（ＳｉＯ２換算）
なお、ＸＰＳによる濃度検出は、指定元素の合計を１００質量％として、各元素の濃度(質量％)を分析した。又、ＸＰＳ分析で厚み方向に１ｎｍの距離とは、ＸＰＳ分析によるチャートの横軸の距離（ＳｉＯ２換算での距離）である。
【００６６】
図３は、実施例３の試料の断面の実際のＸＰＳ像を示す。
Ti基材２の表面に、CrとAuを含む表面層６が形成されている。さらにTi基材２と表面層６との間に、Ti、O、Crがそれぞれ含まれると共に、Auが20 質量％未満である中間層２ａが１ｎｍ以上存在することがわかる。
さらに、表面層６よりTi基材２側に、Ｔｉが５０質量％未満で、Ｏが２０質量％以上含まれる酸化層が１００ｎｍ未満の厚みで形成されていることがわかる。
なお、本発明においては、中間層を定義するためTi、O等の濃度を規定している。従って、中間層の境界は便宜上Ti、O濃度によって決められるため、中間層とその上下の層（例えばTi基材２）との間に、中間層ともTi基材とも異なる層が介在する場合もある。
【００６７】
＜各試料の作製＞
初期の表面Ti酸化層の厚みを表１のように変えたチタン基材（純Ｔｉ、Ｔi被覆材）に対し、スパッタ時のＣｒ膜及びＡｕ膜の目標厚み，スパッタ時の圧力を表１のように変更して実施例１〜９の試料を作製した。
比較例１０として、スパッタ圧力を１Ｐａに高くしたこと以外は実施例１と同様にして試料を作製した。
比較例１１として、スパッタ圧力を２．５Ｐａに高くしたこと以外は実施例４と同様にして試料を作製した。
比較例１２として、Ａｕの目標厚みを２ｎｍに薄くしたこと以外は実施例１と同様にして試料を作製した。
【００６８】
＜評価＞
各試料について以下の評価を行った。
Ａ．被膜の密着性
各試料の最表面（表面層）に１ｍｍ間隔で碁盤の目を罫書いた後、粘着性テープをはり付け、さらに各試験片を１８０°曲げて元の状態に戻し、曲げ部のテープを急速にかつ強く引き剥がす剥離試験を行った。
剥離が全くない場合を○とし、一部でも剥離があると目視で認められた場合を×とした。
【００６９】
Ｂ．接触抵抗
接触抵抗の測定は、試料全面に荷重を加える方法で行った。まず、４０×５０ｍｍの板状の試料の表裏にそれぞれカーボンペーパーを積層し、さらに表裏のカーボンペーパーの外側にそれぞれＣｕ／Ｎｉ／Ａｕ板を積層した。Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ板は厚み１０ｍｍの銅板に１．０μｍ厚のＮｉ下地めっきをし、Ｎｉ層の上に０．５μｍのＡｕめっきした材料であり、Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ板のＡｕめっき面がカーボンペーパーに接するように配置した。
さらに、Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ板の外側にそれぞれテフロン（登録商標）板を配置し、各テフロン（登録商標）板の外側からロードセルで圧縮方向に１０ｋｇ／ｃｍ２の荷重を加えた。この状態で、２枚のＣｕ／Ｎｉ／Ａｕ板の間に電流密度１００ｍＡ／ｃｍ２の定電流を流した時、Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ板間の電気抵抗を４端子法で測定した。
【００７０】
又、接触抵抗は、以下の２つの条件により試料を試験した前後でそれぞれ測定した。
条件１：硫酸水溶液への試料の浸漬試験（浴温９０℃、硫酸濃度０．５ｇ／Ｌ、浸漬時間２４０時間、液量１０００ｃｃ）
条件２：硫酸（０．５ｇ／Ｌ）+塩化ナトリウム（Ｃｌ：１０ｐｐｍ）水溶液への試料の浸漬試験（浴温９０℃、浸漬時間２４０時間、液量１０００ｃｃ）
【００７１】
Ｃ．金属溶出量
金属溶出量は上記条件１〜２で試験後の試験液中の全ての金属濃度（ｍｇ／Ｌ）をＩＣＰ（誘導結合プラズマ）発光分光分析することで評価した。
又、燃料電池用セパレータに求められる代表的な特性は、低接触抵抗（１０ｍΩ・ｃｍ２以下）、使用環境での耐食性（耐食試験後も低接触抵抗で、有害なイオンの溶出がない）の２つである。
得られた結果を表１、表２に示す。なお、中間層、酸化層の存在は、試料断面の実際のＸＰＳ像から各成分の割合を求めて確認した。
【００７２】
Ｄ．付着量
付着量は，酸分解／ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）発光分光分析することで評価した。その方法は１枚あたり５０ｍｍ×５０ｍｍのサンプルをフッ硝酸溶液に全量溶解して，ＡｕとＣｒの付着量を分析した。なお１条件当たりのサンプル数は５個とし，表１に記載の数値はそれら計測した付着量の平均値である。
【００７３】
【表１】
2011210383.tif 000003
【００７４】
【表２】
2011210383.tif 000004
【００７５】
表１、表２から明らかなように、Ｔｉ基材の表面に表面層と中間層が存在し、Ａｕの付着量が４０００〜４００００ｎｇ／ｃｍ２であって、表面層の（最小厚み／最大厚み）で表される比が０．７５以上である各実施例の場合、耐食試験前後で試料の接触抵抗が変化せず、被膜の密着性及び耐食性が優れたものとなった。
【００７６】
ＣｒとＡｕの目標厚みが同一である実施例に比べてスパッタ圧力が高い比較例１１、１２の場合、表面層の（最小厚み／最大厚み）で表される比が０．７５未満となり、表面層の膜厚バラツキが大きくなった。そのため、条件２の耐食性試験（塩素含有腐食液）後の接触抵抗が増加し，条件２でのＣｒの溶出量も多く、被膜の耐食性が劣った。
Ａｕの目標厚みを２ｎｍに薄くした比較例１２の場合、Ａｕの付着量が４０００ｎｇ／ｃｍ２未満となり、条件２の耐食性試験（塩素含有腐食液）後の接触抵抗が増加し，条件２でのＣｒの溶出量も多く、被膜の耐食性が劣った。これは、表面層のＡｕが少なくなってＣｒが露出したためと考えられる。
【符号の説明】
【００７７】
２                    Ｔｉ基材
２ａ                  中間層
６                    表面層
１０、１００                  セパレータ
１０Ｌ、１０ＬＢ              （ガス）流路
１０Ｌ１、１０ＬＢ１          流路溝の始端
１０Ｌ２、１０ＬＢ２          流路溝の終端
１２、１２Ｂ                  ガスケット
１２ｃ、１２ｄ                ガスケットの内縁
１２ｅ１〜１２ｅ４            仕切り部材
１２ｅｂ１〜１２ｅｂ４        ガスケット流路
２０                          固体高分子電解質膜
４０                          アノード電極
６０                          カソード電極
８０                          膜電極接合体（ＭＥＡ）
１００ｈ                      （セパレータの）孔
【図１】
2011210383.tif 000005
【図３】
2011210383.tif 000006
【図４】
2011210383.tif 000007
【図５】
2011210383.tif 000008
【図６】
2011210383.tif 000009
【図７】
2011210383.tif 000010
【図８】
2011210383.tif 000011
【図２】
2011210383.tif 000012