(57)【要約】【課題】防食性に優れ耐久性がより向上した燃料電池用セパレータを提供する。【解決手段】燃料電池用セパレータの製造方法は、ステンレス鋼からなる一対のセパレータ基材のそれぞれのガス流路を除く周縁部表面をアルカリ溶液中で陰極電解処理を行い、前記一対のセパレータ基材の周縁部表面に鉄系水和酸化物皮膜を形成する工程（Ｓ２００）と、前記鉄系水和酸化物皮膜の表面を水で濡らす水処理を行う工程（Ｓ２０２）と、前記一対のセパレータ基材の少なくとも一方の水処理された鉄系水和酸化物皮膜上に水性樹脂を含んだエレクトロコーティング材を電着塗装する工程（Ｓ２０４）と、電着塗装により得られた水性樹脂を焼き付ける焼き付け工程（Ｓ２０６）とを有する。【選択図】図１
2011029196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス鋼からなる一対のセパレータ基材のそれぞれのガス流路を除く周縁部表面をアルカリ溶液中で陰極電解処理を行い、前記一対のセパレータ基材の周縁部表面に鉄系水和酸化物皮膜を形成する工程と、
鉄系水和酸化物皮膜の表面を水で濡らし表面に一時的に水処理層を形成する水処理を行う工程と、
前記一対のセパレータ基材の少なくとも一方の一時的に水処理層が形成された鉄系水和酸化物皮膜上に水性樹脂を含んだエレクトロコーティング材を電着塗装する工程と、を有する燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、
前記水処理を行う工程では、１秒から５分間の間、鉄系水和酸化物皮膜の表面を水で濡らし、表面に一時的に水処理層を形成することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、
前記アルカリ溶液は電解処理溶液であって、
前記電解処理溶液は、５〜５０質量％の水酸化ナトリウム溶液、または、５〜５０質量％の水酸化ナトリウム溶液に緩衝剤として０．２〜２０質量％のリン酸三ナトリウム１２水塩、０．２〜２０質量％の炭酸ナトリウムを加えた水溶液で、液温が２０℃〜９５℃、電流密度０．５Ａ／ｄｍ2以上、処理時間１０秒以上である燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、
前記水が、イオン交換水である燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、
前記水性樹脂がポリアミド系樹脂を含んでいる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の製造方法、特に、セパレータ基材と樹脂被覆層との密着性を向上させ耐久性に優れた燃料電池用セパレータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、図１０に示すように、固体高分子膜からなる電解質膜５２を燃料極５０と空気極５４との２枚の電極で挟んだ接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を、さらに２枚のセパレータ４０に挟持してなるセルを最小単位とし、通常、このセルを複数積み重ねて燃料電池スタック（ＦＣスタック）とし、高圧電圧を得るようにしている。
【０００３】
固体高分子型燃料電池の発電の仕組みは、一般に、燃料極（アノード側電極）５０に燃料ガス、例えば水素含有ガスが、一方、空気極（カソード側電極）５４には酸化剤ガス、例えば主に酸素（Ｏ2）を含有するガスあるいは空気が供給される。水素含有ガスは、セパレータ４０の表面に加工された細かい溝を通って燃料極５０に供給され、電極の触媒の作用により電子と水素イオン（Ｈ+）に分解される。電子は外部回路を通って、燃料極５０から空気極５４に移動し、電流を作り出す。一方、水素イオン（Ｈ+）は電解質膜５２を通過して空気極５４に達し、酸素および外部回路を通ってきた電子と結合し、反応水（Ｈ2Ｏ）になる。
【０００４】
さらに、上述したＭＥＡを挟持する２枚のセパレータは、水素ガスと酸素ガスとを隔てる役割をする仕切り板であるとともに、積み重ねられたセルを電気的に直列に接続する機能も有する。また、２枚のセパレータの表面には細かい凹凸の溝が形成され、この溝は水素含有ガスと酸素含有ガスまたは空気を流通させるガス流通路となっている。
【０００５】
従来のセルの構造の一例が、図１１および図１２に示されている。なお、図１２のＡ−Ａ’線に沿った断面を図１１に示す。
【０００６】
図１１、図１２に示すように、２枚のセパレータ１１０，１２０の両端には、それぞれ、燃料ガスと酸化剤ガスと冷却水が供給される供給連通孔１２ａ，１２ｂ，１２ｃおよび燃料ガスと酸化剤ガスと冷却水が排出される排出連通孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃが設けられ、さらに、セパレータ１１０，１２０には、供給連通孔１２ａ，１２ｂから供給された燃料ガスや酸化剤ガスをそれぞれ流通させるガス流路１５２，１５４が設けられている。また、セパレータ１１０，１２０の対向面にはそれぞれ凹部１０６，１１６が設けられ、接合体であるＭＥＡ３０の両面周縁部には、それぞれ燃料ガスと酸化剤ガスとを隔てるためのシール材６０ａ，６０ｂが設けられおり、このシール材６０ａ，６０ｂは、それぞれ接着材７０ａ，７０ｂによって、２枚のセパレータ１１０，１２０に接着されて、セルが形成されている。
【０００７】
ところで、セパレータとして、ステンレス鋼（いわゆる、ＳＵＳ）を用いる場合、図６に示すように、ＳＵＳ製セパレータ基材２０の表面に酸化クロム膜からなる不動態皮膜２２が形成されている。一方、上述した接着剤およびシール材は、近年環境に優しい素材を用いる傾向にあり、例えば、従来の溶剤に可溶な親油性の樹脂から親水性の高い水性樹脂を用いる傾向になってきている。しかしながら、上記不動態皮膜２２は、水性樹脂との親和性が低い。したがって、上記水性樹脂を接着剤として、または接着剤を用いずシール材として直接ＳＵＳ製セパレータ基材２０上に接着させた場合、密着力が弱く、一対のセパレータ間に上記接合体を挟持した燃料電池用セルをスタック状に積層しマニホールドにて圧力をかけてスタック締結した際にずれ応力が発生し、樹脂の剥がれが生じたり、また、その他使用中に生じる熱膨張などにより樹脂が剥がれたり、場合によっては樹脂の脱着が発生したりするおそれがあった。
【０００８】
また、図１３に示すように、表面に酸化クロム膜からなる不動態皮膜２２が形成されているＳＵＳ製セパレータ基材２０に水性樹脂を電着塗装によって形成した場合、図６に示すように不動態皮膜２２と得られた水性樹脂層２６との親和性が少なく、その結果、電着塗料の浴中にＳＵＳ製セパレータ基材２０を浸漬する際に空気を巻き込み、図７に示すようにＳＵＳ製セパレータ基材２０の表面に気泡２３が残留したまま、電着塗装が行われ、形成された水性樹脂層２６中に、径５０μｍから１００μｍのピンホール２７が多数個発生してしまう。
【０００９】
そこで、ＳＵＳ製セパレータ基材の表面に形成された不動態皮膜と水性樹脂層との間に、両者と親和性の高い鉄系水和酸化物皮膜を設け、この鉄系水和酸化物皮膜を介して不動態皮膜と水性樹脂層とを密着性させ、ＳＵＳ製セパレータ基材と水性樹脂層との密着性の高い燃料電池用セパレータを形成することが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【００１０】
また、電着塗装前に被塗物表面に消泡剤を付着させて、電着塗料の浴中に被塗物を浸漬する際の空気巻き込みを低減させ、浴中における被塗物表面の気泡付着を抑制し、これにより、局所的な電着塗料の未付着を防止して、電着塗膜のピンホール等の膜欠陥の発生を抑制する電着塗装方法が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【００１１】
また、特許文献３には、基材であるウェハー表面にめっき処理を施す際に、水または界面活性剤を入れた水でウェハーを濡らした後、めっき液に浸しめっき処理を行うウェハーめっき方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−２４２５７６号公報
【特許文献２】特開２００７−８４８７７号公報
【特許文献３】特開２００４−５９９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
近年、益々燃料電池の需要が増すなか、燃料電池の耐久性向上が望まれている。
【００１４】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、セパレータ基材上に予め樹脂層と密着性の高い鉄系水和酸化物皮膜を形成し、さらに、鉄系水和酸化物皮膜と樹脂層との濡れ性を向上させるために、樹脂層形成前に、鉄系水和酸化物皮膜の表面を水処理してから鉄系水和酸化物皮膜上に樹脂層を形成させ、耐久性に優れた燃料電池用セパレータを製造する製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の燃料電池用セパレータの製造方法は、以下の特徴を有する。
【００１６】
（１）ステンレス鋼からなる一対のセパレータ基材のそれぞれのガス流路を除く周縁部表面をアルカリ溶液中で陰極電解処理を行い、前記一対のセパレータ基材の周縁部表面に鉄系水和酸化物皮膜を形成する工程と、鉄系水和酸化物皮膜の表面を水で濡らし表面に一時的に水処理層を形成する水処理を行う工程と、前記一対のセパレータ基材の少なくとも一方の一時的に水処理層が形成された鉄系水和酸化物皮膜上に水性樹脂を含んだエレクトロコーティング材を電着塗装する工程と、を有する燃料電池用セパレータの製造方法である。
【００１７】
（２）上記（１）に記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、前記水処理を行う工程では、１秒から５分間の間、鉄系水和酸化物皮膜の表面を水で濡らし、表面に一時的に水処理層を形成することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法である。
【００１８】
アルカリ溶液中で陰極電解処理により形成された鉄系水和酸化物皮膜は、ステンレス鋼からなるセパレータ基材の表面に存在する不動態皮膜上に形成されるため、上記電解処理されたセパレータ基材は、処理前のセパレータ基材の防食性を維持することが可能である。さらに、上記鉄系水和酸化物皮膜とセパレータ基材上の不動態皮膜とはその組成が近似するため金属結合により密着性が高い。また、鉄系水和酸化物皮膜の表面を水で濡らす水処理工程を設けることにより、鉄系水和酸化物皮膜の表面と水性樹脂を含んだエレクトロコーティング材との濡れ性が高くなり、その結果、水性樹脂を含んだエレクトロコーティング材の浴中にセパレータ基材を浸漬しても、セパレータ基材に形成された鉄系水和酸化物皮膜の表面に気泡が付着しにくく、これにより、鉄系水和酸化物皮膜の表面に万遍なく水性樹脂を含んだエレクトロコーティング材を電着塗装することによって水性樹脂が析出し、気泡跡によるピンホールの発生を抑制又は防止することができる。さらに、上記鉄系水和酸化物皮膜は、その上に形成される樹脂層を形成する水性樹脂の親水性官能基と例えば水素結合によって結合することができるため、上記鉄系水和酸化物皮膜と樹脂層との密着性も高い。したがって、燃料電池用セルをスタック締結した際に、ずり応力が発生したとしても、樹脂の剥がれを防止することができ、また、その他使用中に生じる熱膨張などがあったとしても樹脂とセパレータ基材との密着性が高いため、樹脂が剥がれたり、脱着したりするおそれもない。これにより、樹脂層によるセパレータ同士のシール効果がより向上し、得られる燃料電池の耐久性がより向上する。
【００１９】
（３）上記（１）または（２）に記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、前記アルカリ溶液は電解処理溶液であって、前記電解処理溶液は、５〜５０質量％の水酸化ナトリウム溶液、または、５〜５０質量％の水酸化ナトリウム溶液に緩衝剤として０．２〜２０質量％のリン酸三ナトリウム１２水塩、０．２〜２０質量％の炭酸ナトリウムを加えた水溶液で、液温が２０℃〜９５℃、電流密度０．５Ａ／ｄｍ2以上、処理時間１０秒以上である燃料電池用セパレータの製造方法である。
【００２０】
上記条件にて陰極電解処理を行うことにより、均一な鉄系水和酸化物皮膜を形成することができる。
【００２１】
（４）上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、前記水が、イオン交換水である燃料電池用セパレータの製造方法である。
【００２２】
セパレータ基材を介してエレクトロコーティング材の浴中に不純物が持ち込まれ、さらに不純物が浴中に蓄積されることを防止できるので、経時で安定した電着塗装を行うことができる。
【００２３】
（５）上記（１）から（４）のいずれか１つに記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、前記水性樹脂がポリアミド系樹脂を含んでいる燃料電池用セパレータの製造方法である。
【００２４】
ポリアミド系樹脂は、親和性官能基であるアミド基を有することから、セパレータ基材上に形成された鉄系水和酸化物皮膜の親和性が高く、その結果、セパレータ基材上の鉄系水和酸化物皮膜との密着性も高い。特に、上記鉄系水和酸化物皮膜は、鉄の水酸化物と酸化物との混合組成であることから、ポリアミド系樹脂におけるアミド基との水素結合可能な水酸基などがその表面に多く点在する。したがって、ポリアミド系電着樹脂がセパレータ基材上の鉄系水和酸化物皮膜に馴染み易く、均一な厚みで樹脂層を形成することができ、さらに従来より薄い厚みの樹脂層であっても十分にセパレータのシール効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、電着塗装することにより得られた水性樹脂層に気泡跡が形成されることを抑制又は防止することができ、また樹脂層を介してセパレータ同士の密着性が高いので、防食性に優れ、耐久性の高い燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の燃料電池用セパレータの製造方法の工程の一例を示す工程図である。
【図２】本発明の燃料電池用セパレータの陰極電解処理領域を説明するための図である。
【図３】本発明の燃料電池用セパレータの製造方法のシャワー水洗による水処理工程を説明する図である。
【図４】本発明の燃料電池用セパレータの製造方法の浸漬水槽を用いた水処理工程を説明する図である。
【図５】本発明の燃料電池用セパレータにおける鉄系水和酸化物皮膜と水性樹脂層との密着力について説明する模式図である。
【図６】従来の燃料電池用セパレータにおけるＳＵＳ表面と水性樹脂層との密着力について説明する模式図である。
【図７】水性樹脂層にピンホールが発生するメカニズムを説明する模式図である。
【図８】水処理層を形成することによる気泡未残留のメカニズムを説明する模式図である。
【図９】水性樹脂層におけるピンホール検出方法の一例を説明する概略図である。
【図１０】燃料電池のセルの構成および発電時のメカニズムを説明する図である。
【図１１】従来の燃料電池用のセルの一態様の構成を説明する断面図である。
【図１２】従来の燃料電池用のセルにおけるセパレータに接着されるシール材の位置を説明する図である。
【図１３】ＳＵＳ製セパレータ基材に直接電着塗装により水性樹脂層を形成した場合の樹脂層表面のピンホール発生を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００２８】
［燃料電池用セパレータの製造方法］
本発明の好適な実施の形態の燃料電池用セパレータについて、以下に説明する。
【００２９】
図１に示すように、本実施の形態における燃料電池用セパレータの製造方法は、ステンレス鋼からなる一対のセパレータ基材のそれぞれのガス流路を除く周縁部表面をアルカリ溶液中で陰極電解処理を行い、前記一対のセパレータ基材の周縁部表面に鉄系水和酸化物皮膜を形成する工程（Ｓ２００）と、前記鉄系水和酸化物皮膜の表面を水で濡らす水処理を行う工程（Ｓ２０２）と、前記一対のセパレータ基材の少なくとも一方の水処理された鉄系水和酸化物皮膜上に水性樹脂を含んだエレクトロコーティング材を電着塗装する工程（Ｓ２０４）と、必要に応じて水性樹脂の焼き付け工程（Ｓ２０６）とを有する。
【００３０】
以下に、本実施の形態の燃料電池用セパレータの製造方法の各工程について、図２から図８を用いて、さらに詳細に説明する。
【００３１】
まず、鉄系水和酸化物皮膜を形成する工程（図１のＳ２００）について説明する。図２に示すＳＵＳ製セパレータ基材２０としては、例えばＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０５、ＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３１６やＳＵＳＭＸ７などのオーステナイト系ステンレス、ＳＵＳ４３０などのフェライト系ステンレス、ＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４１６やＳＵＳ４２０などのマルテンサイト系ステンレスと、ＳＵＳ６３１などの析出硬化系ステンレスなどのステンレス鋼が挙げられる。
【００３２】
本実施の形態において、図２に示すように、ＳＵＳ製セパレータ基材２０の両端には、それぞれ、燃料ガスと酸化剤ガスと冷却水が供給される供給連通孔１２ａ，１２ｂ，１２ｃおよび燃料ガスと酸化剤ガスと冷却水が排出される排出連通孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃが設けられ、さらに、ＳＵＳ製セパレータ基材２０には、供給連通孔１２ａ，１２ｂから供給された燃料ガスや酸化剤ガスをそれぞれ流通させる凹凸溝のガス流路１５２，１５４が設けられている。
【００３３】
本実施の形態では、マスキングを施したガス流路１５２，１５４を除くＳＵＳ製セパレータ２０の周縁部２８、すなわち、燃料ガスと酸化剤ガスと冷却水が供給される供給連通孔１２ａ，１２ｂ，１２ｃおよび燃料ガスと酸化剤ガスと冷却水が排出される排出連通孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃの周辺端部並びにセパレータ結合のためのシール領域に、陰極電解処理による鉄系水和酸化物皮膜を形成する。この鉄系水和酸化物皮膜は、鉄の水酸化物と鉄の酸化物の混合物からなり、鉄系水和酸化物皮膜を形成する工程（図１のＳ２００、以下「超親水処理」という）は、後述するように、鉄とクロムとに水酸基（ＯＨ基）を結合させる処理である。得られた電解処理済セパレータ１００には、図２に示すように、ガス流路１５２，１５４を除く周縁部に鉄系水和酸化物皮膜２４が形成される。
【００３４】
上記マスキングは、電解液の浸透を阻止する略矩形のシール皮膜をＳＵＳ製セパレータ基材２０のガス流路上に脱離可能に接合してもよい。または、絶縁性の樹脂をＳＵＳ製セパレータ基材２０のガス流路上に塗布して固化させるなど、従来のマスキング方法を用いることができる。
【００３５】
本実施の形態の陰極電解処理は、アルカリ溶液からなる電解処理溶液中において、図２に示すＳＵＳ製セパレータ基材２０の電極接続部１５をカソードに接続し、このＳＵＳ製セパレータ基材２０からなるワークを陰極とし、鉄または上述したステンレス鋼を陽極として、所定の厚みの鉄系水和酸化物皮膜を形成する。なお、ステンレス鋼を陽極として用いる場合、ニッケル含有量が３質量％未満のフェライト系ステンレス鋼が好ましい。
【００３６】
上記陰極電解処理の条件は、前記アルカリ溶液は電解処理溶液であって、前記電解処理溶液は、５〜５０質量％の水酸化ナトリウム溶液、または、５〜５０質量％の水酸化ナトリウム溶液に緩衝剤として０．２〜２０質量％のリン酸三ナトリウム１２水塩、０．２〜２０質量％の炭酸ナトリウムを加えた緩衝水溶液で、液温が２０℃〜９５℃、電流密度０．５Ａ／ｄｍ2以上、処理時間１０秒以上である。
【００３７】
上記条件の範囲が好ましい理由は、以下の通りである。すなわち、５質量％未満の水酸化ナトリウム、０．２質量％未満のリン酸三ナトリウム１２水塩、０．２質量％未満の炭酸ナトリウムではＳＵＳ製セパレータ基材２０の表面に均一な有効な鉄系水和酸化物皮膜が得られにくく、後の水性樹脂との密着性が低くなるおそれがある。また、５０質量％を超える水酸化ナトリウム、２０質量％を超えるリン酸三ナトリウム１２水塩、２０質量％を超える炭酸ナトリウムでは、電解溶液の劣化が著しく、また、経済的にも不利である。また、液温が２０℃未満の場合には、鉄系水和酸化物皮膜の形成が不十分となり、一方９５℃を超える場合には、鉄系水和酸化物皮膜の形成時間が短縮し、消費電力が軽減されるものの、電解溶液濃度の管理が難しく、場合によって不均一な皮膜が形成されるおそれがある。また、電流密度０．５Ａ／ｄｍ2未満、処理時間１０秒未満の場合には、鉄系水和酸化物皮膜の形成が不十分となり、のちの水性樹脂との密着性が劣化するおそれがある。
【００３８】
本実施の形態の陰極電解処理において、セパレータ基材のガス流路領域をマスキングする理由は次の通りである。仮に、上述のマスキングを施すことなく陰極電解処理を行うと、セパレータ基材のガス流路領域にも、鉄系水和酸化物皮膜が形成されることとなる。一方、上述したように、一対のセパレータ間に接合体を挟持して燃料電池用セルを形成し、さらにこの燃料電池用セルを積層して燃料電池を形成する。この燃料電池を使用する際に、ガス流路に燃料ガスまたは酸化剤ガスを流通させると、ガス流路流域に形成された鉄系水和酸化物皮膜から水酸化鉄または酸化鉄が、固体高分子膜からなる電解質膜を燃料極と空気極との２枚の電極で挟んだ接合体に徐々に溶出してゆき、燃料電池の劣化を招くおそれがある。そこで、本実施の形態では、セパレータ基材のガス流路領域をマスキングして上記陰極電解処理時に鉄系水和酸化物皮膜が形成されないようにしている。
【００３９】
また、本実施の形態では、アルカリ溶液においてＳＵＳ製セパレータ基材２０からなるワークを陰極として陰極電解処理を行っている。したがって、図５に示すように、上記鉄系水和酸化物皮膜２４は、ＳＵＳ製セパレータ基材２０表面の酸化クロム皮膜からなる不動態皮膜２２上に形成される。この鉄系水和酸化物皮膜２４の厚みは、最大１０ｎｍである。また、図５に示すように、上述したアルカリ溶液中で陰極電解処理により形成された鉄系水和酸化物皮膜２４は、ＳＵＳ製セパレータ基材２０の表面に存在する不動態皮膜２２上に形成され、鉄とクロムとに水酸基（ＯＨ基）が結合されるため、電解処理済セパレータ基材１００（図２参照）は、処理前のＳＵＳ製セパレータ基材２０の防食性を維持しつつ、さらに、上記鉄系水和酸化物皮膜２４とセパレータ基材上の不動態皮膜２２とはその組成が近似するため金属結合により密着性が高い。
【００４０】
仮に、ＳＵＳ製セパレータ基材２０を陽極としてアルカリ溶液にて電解処理した場合には、ＳＵＳ製セパレータ基材２０に形成されている不動態皮膜が溶出し、さらにＳＵＳ中の鉄が溶出して酸化鉄皮膜が形成されることとなる。かかる場合、不動態皮膜が消失しているため、防食性が劣化するおそれが高い。また、ＳＵＳ製セパレータ基材を陽極として酸性溶液にて電解処理した場合、やはり、不動態皮膜が溶出し、さらにＳＵＳ中のクロムが溶出して酸化クロム皮膜が形成されることとなる。かかる場合、酸化クロム皮膜は不動態皮膜であることから防食性はあるものの、水性樹脂に対する濡れ性が悪いままとなる。したがって、本実施の形態では、ＳＵＳ製セパレータ基材２０を陰極としてアルカリ溶液にて電解処理することが好適である。
【００４１】
次に、電解処理済みセパレータ１００（図２）にガス流路部分および電解処理済セパレータ基材１００の接合体挟持面と反対面である背面領域に、マスキング材２９を施した電解処理済セパレータ基材を吊しながら、電解処理済セパレータ基材の鉄系水和酸化物皮膜の表面を水で濡らし、鉄系水和酸化物皮膜の表面張力を調整する（図１のＳ２０２）。エレクトロコーティング材は、親水性の性質も有する樹脂を含有する。一方、鉄系水和酸化物皮膜は、超親水性皮膜である。したがって、図５に示すように、一時的に鉄系水和酸化物皮膜２４の表面に形成された水処理層２５（いわゆる、水膜）を介することにより、エレクトロコーティング材との濡れ性が向上し、図８に示すように、マスキングされた電解処理済セパレータ基材を電着浴中に浸漬した際に、電解処理済セパレータ基材の鉄系水和酸化物皮膜２４の表面に気泡が残留することが抑制又は防止され、その結果、後述する電着塗装を好適に行うことができる。
【００４２】
ここで、表面を水で濡らす水処理工程は、シャワー水洗工程であっても、水槽浸漬工程であってもよいが、清浄水であることと使用水量の削減を考慮すると、シャワー水洗工程が好ましい。また、使用する水は、イオン交換水が好ましく、例えば電気伝導率が１０μＳ／ｃｍ以下のイオン交換水が好ましい。
【００４３】
上述したシャワー水洗工程に用いる装置構成の一例を、図３に示す。図３に示すように、マスキング材２９が施されたワーク１０２の接合体挟持面及びその反対面の両面に対し、それぞれ水噴射器３０から水を噴射して、ワーク１０２の表面上に水を流す（例えば図３の黒矢印方向）。シャワー水洗時間は、１秒から５分間であり、より好ましくは６０秒である。１秒未満では、ワーク１０２の鉄系水和酸化物皮膜２４の表面全体の表面張力を水によって改質することができず、その結果、エレクトロコーティング材を満たした浴中にワーク１０２を浸漬する際に空気を巻き込み、図７に示す場合と同様に、ワーク１０２の鉄系水和酸化物皮膜２４の表面に気泡が残留したまま、電着塗装が行われ、形成された水性樹脂層中に、ピンホールが発生してしまう。一方、５分を超えた場合は、水流による表面張力の改質の改善がこれ以上望めず、使用する水量が多くなるため経済性の点で劣る。また、水を噴射させる所定時間の半分以上を吊されたワーク１０２の上方から水を吹き付け、その後徐々に下方に水を吹きかけてもよい。かかる場合は、噴射する水量が多くなくても、ワーク１０２の表面のほぼ全面に水が流れ伝い、表面の濡れ性を改質することができる。
【００４４】
また、図４に上述した水槽浸漬工程に用いる装置構成の一例を示す。図４に示すように、水槽３２内にワーク１０２を浸漬して、ワーク１０２の鉄系水和酸化物皮膜の表面全体の水で濡らし、その表面張力を調整する。浸漬時間は、シャワー水洗の場合と同様に、１秒から５分間であり、より好ましくは６０秒である。また、浸漬した際に、ワーク１０２をゆっくり上下させる（図４の矢印の方向）ことによって、鉄系水和酸化物皮膜２４の表面に生じた気泡を表面より離脱させてもよい。
【００４５】
次に、水処理工程を経たのち、上記鉄系水和酸化物皮膜２４上には、水性樹脂層２６が形成される（図１のＳ２０４）。この場合は、電解処理済セパレータ基材１００（図２）のガス流路部分および電解処理済セパレータ基材１００の接合体挟持面と反対面である背面領域に、マスクキング材２９を上述同様のマスキング処理を施した状態で樹脂層が形成される。
【００４６】
マスキングを施した電解処理済セパレータ基材１００（図２）を陰極とし、上記水性樹脂層２６形成用のエレクトロコーティング材中に浸漬し、対極との間に直流電流を印加することによって、カチオン電着により鉄系水和酸化物皮膜２４上に水性樹脂層２６を形成する。ここで、電解処理済みセパレータ基材１００（図２）は、そのガス流路１５２，１５４の裏面に相当する領域の複数箇所、または、電解処理済セパレータ基材１００のマスキングされた領域を除く全面の複数箇所を電極接合部として、カソードに接続され、電解処理済セパレータ基材１００からなるワークを陰極として、エレクトロコーティング材が、マスキング以外の領域に電着塗装される。
【００４７】
上記水性樹脂層２６を形成するエレクトロコーティング材は、親水性官能基、例えばアミド基を有するポリアミド系樹脂を用いることができる。ポリアミド系樹脂としては、例えば、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アミン硬化エポキシ樹脂などが挙げられる。
【００４８】
上記ポリアミド系樹脂は、親和性官能基であるアミド基を有することから、セパレータ基材上に形成された鉄系水和酸化物皮膜２４の親和性が高く、その結果、鉄系水和酸化物皮膜２４との密着性も高い。この鉄系水和酸化物皮膜２４は、上述したように、鉄の水酸化物と酸化物との混合組成であることから、ポリアミド系樹脂におけるアミド基との水素結合可能な水酸基などがその表面に多く点在する。したがって、図５に示すように、特にポリアミド系電着樹脂は、セパレータ基材上の鉄系水和酸化物皮膜２４に馴染み易く、均一な厚みで水性樹脂層２６を形成することができ、さらに従来より薄い厚みの樹脂層であっても十分にセパレータのシール効果を得ることができる。
【００４９】
また、図１に示す電着塗装工程（Ｓ２０４）の後に、電着塗装されたセパレータ基材を塗料回収槽に移送して、未塗着のコーティング材を回収した後、例えば４段階からなる浸漬水洗槽により水洗し、次いで水切りエアーナイフで電着塗装されたセパレータ基材表面の水切りを行った後、必要に応じて、予備乾燥を行い、マスキング材を除去した後、所定の温度（例えば、２１０℃）で例えば３０分間焼き付けを行う（図１のＳ２０６）。これにより、後述する実施の形態の燃料電池用セパレータが得られる。
【００５０】
［燃料電池用セパレータ］
本実施の形態の燃料電池用セパレータは、ステンレス鋼からなる一対のセパレータ基材のそれぞれのガス流路を除く周縁部表面をアルカリ溶液中で陰極電解処理を行い、前記一対のセパレータ基材の周縁部表面に鉄系水和酸化物皮膜が形成され、前記一つのセパレータ基材の少なくとも一方の鉄系水和酸化物皮膜上に水性樹脂を含んだエレクトロコーティング材から得られる樹脂層が形成され、前記樹脂層の１０ｃｍ×１０ｃｍ平方の単位面積当たり径５０μｍから１００μｍのピンホールの数が４個以下である。
【００５１】
前記樹脂層の１０ｃｍ×１０ｃｍ平方の単位面積当たり径５０μｍから１００μｍのピンホールの数が４個以下とすることで、樹脂層によるセパレータ同士のシール効果がより改善され、得られる燃料電池の耐久性がより向上する。
【実施例】
【００５２】
以下に、本発明の燃料電池用セパレータの製造方法により得られた燃料電池用セパレータについて、実施例を用いて説明する。なお、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に制約されるものはない。
【００５３】
［実施例１］
オーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４からなるセパレータ基材のガス流路領域に、四隅に着脱可能な吸盤を有する略矩形のゴム製のシール部材を接合する。このマスキングされたセパレータ基材を陰極とし、フェライトステンレス鋼ＳＵＳ４３０からなる板片を陽極として、水酸化ナトリウム２０質量％、リン酸三ナトリウム１２水塩５質量％、炭酸ナトリウム５質量％の電解水溶液とし、８０℃の電解水溶液中で陰極電解電流密度６Ａ／ｄｍ2で１２０秒処理した後、水洗し、上記シール部材を脱離させたのち、処理済みセパレータ基材を乾燥させた。得られた電解処理済みセパレータ基材を「セパレータ基材Ａ」という。
【００５４】
上記陰極電解処理が施されたセパレータ基材Ａのガス流路領域に、四隅に着脱可能な吸盤を有する略矩形のゴム製のシール部材（図３のマスキング材２９）を接合するとともに、セパレータＡの接合体挟持面と反対面である背面全面に、同様にゴム製のシール部材を接続した。
【００５５】
次に、図３に示すシャワー水洗装置を用い、マスキング処理されたセパレータ基材Ａの接合体挟持面とその反対面の両方から、水噴射器３０により１分間で１Ｌ／ｍ2の量で６０秒間、電気伝導率１０μＳ／ｃｍのイオン交換水を噴射し、水処理を行った。
【００５６】
そののち、水性化したポリアミドイミド樹脂を含んだカチオン型エレクトロコーティング材（「Ｉｎｓｕｌｅｅｄ  ４２００」：日本ペイント株式会社製）を含有する濃度２０質量％の電着浴に、上記マスキング済みのセパレータ基材Ａを陰極として浸漬し、塗極比＋/−：−１/２、極間距離：１５ｃｍ、液温３０℃に調整した。５秒で所定の電圧となるよう印加電圧を上げ、所定の電圧に達した後、１１５〜１４５秒間印加電圧を保持し、カチオン電着塗装を行い、未塗着のコーティング材を回収した後、４段階からなる浸漬水洗槽により水洗し、次いで水切りエアーナイフで電着塗装されたセパレータ基材表面の水切りを行った後、予備乾燥を行い、マスキング材を除去した後、２６０℃で３０分間焼き付けを行い、樹脂層形成セパレータ基材Ｂを得た。
【００５７】
［実施例２］
実施例１で得られたセパレータ基材Ａを、図４に示す水槽による水処理に代えた以外は、実施例１に準じて行い、樹脂層形成セパレータ基材Ｃを得た。なお、水槽に貯留された電気伝導率１０μＳ／ｃｍのイオン交換水の容量は、２００ｍ3であり、浸漬時間は、６０秒であった。
【００５８】
［比較例１］
実施例１における上記電解処理を施していない未処理のオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４からなるセパレータ基材を「セパレータ基材Ｄ」という。このセパレータ基材Ｄのガス流路領域に、四隅に着脱可能な吸盤を有する略矩形のゴム製のシール部材を接合するとともに、セパレータＤの接合体挟持面と反対面である背面全面に、同様にゴム製のシール部材（図３のマスキング材２９）を接続した。そののち、実施例１と同様の電解浴で同条件の電着塗装条件にて電着塗装を行い、その後同様に水洗、水切り、予備乾燥を経て焼き付けを行い、樹脂層を形成し、樹脂形成セパレータ基材Ｅを得た。
【００５９】
［比較例２］
実施例１で得られたセパレータ基材Ａを、水処理を行わない以外は、実施例１に準じて行い、樹脂層形成セパレータ基材Ｆを得た。
【００６０】
［比較例３］
実施例１で得られたセパレータ基材Ａの両面に対し、図３に示すシャワー水洗装置の水噴射器３０より、水の代わりに消泡剤であるエタノール（関東化学社製、特級）を噴射した以外は、実施例１に準じて行い、樹脂層形成セパレータ基材Ｇを得た。
【００６１】
＜樹脂層形成セパレータ基材のピンホール検出＞
図９に示すピンホール検出方法を用いて、樹脂層形成セパレータ基材の樹脂層の１０ｃｍ×１０ｃｍ平方の単位面積当たり径５０μｍから１００μｍのピンホールの数を検出した。すなわち、図９に示すテスター３４（ＨＩＯＫＩ社製）を用い、切り替えスイッチで直流電流測定に設定した後、マイナス測定端子を樹脂層形成セパレータ基材のＳＵＳ製セパレータ基材２０側に接触させ、一方、プラス測定端子の先端には硫酸含有ｐＨ２．０の酸性溶液＋Ｃｌ-（５００ｐｐｍ）を湿らせた脱脂綿３６を巻き付けておき、プラス測定端子とマイナス測定端子との間に電圧（２５Ｖから１２５Ｖ）を印加し、その後、硫酸含有脱脂綿付きプラス測定端子を水性樹脂層２６の表面に擦りながら当ててゆく。ここで、水性樹脂層２６にピンホール２７がある場合、ピンホール２７の部分は、図９では鉄系水和酸化物皮膜２４が露出し、電解処理を施していない場合にはＳＵＳ表面が露出しているため、脱脂綿３６より染み出した硫酸溶液がピンホール２７に浸透し、腐食電流が流れ出す。これにより、単位面積当たりのピンホール２７の数をカウントした。また、ピンホールの径は、走査電子顕微鏡を用いて測定した。
【００６２】
上述した実施例１，２及び比較例１，２，３により得られた樹脂層形成セパレータ基材Ｂ，Ｃ，Ｅ，Ｆ，Ｇについて、上述したピンホール検出評価方法を用いて評価した。結果を表１に示す。
【００６３】
【表１】
2011029196.tif 000003
【００６４】
本発明の燃料電池用セパレータの製造方法は、燃料電池を用いる用途であれば、いかなる用途にも有効であるが、特に車両用の燃料電池に供することができる。
【符号の説明】
【００６５】
２０  ＳＵＳ製セパレータ基材、２２  不動態皮膜、２４  鉄系水和酸化物皮膜、２５  水処理層、２６  水性樹脂層、２７  ピンホール、２８  周縁部。
【図１】
2011029196.tif 000004
【図２】
2011029196.tif 000005
【図３】
2011029196.tif 000006
【図４】
2011029196.tif 000007
【図５】
2011029196.tif 000008
【図６】
2011029196.tif 000009
【図７】
2011029196.tif 000010
【図８】
2011029196.tif 000011
【図９】
2011029196.tif 000012
【図１０】
2011029196.tif 000013
【図１１】
2011029196.tif 000014
【図１２】
2011029196.tif 000015
【図１３】
2011029196.tif 000016