(57)【要約】【課題】電気伝導度が低く、耐食性に優れ、製造コストを低減することができる燃料電池用セパレータの製造方法を得ること。【解決手段】セルが複数接続されてなる燃料電池で、隣接するセル同士を分離する燃料電池用セパレータを製造する燃料電池用セパレータの製造方法において、加工液中で、所定の形状を有する金属のセパレータ用部材とＳｉ電極との間にパルス状の放電を繰り返し発生させて、セパレータ用部材の表面にＳｉ含有被膜を形成することを特徴とする。【選択図】        図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルが複数接続されてなる燃料電池で、隣接する前記セル同士を分離する燃料電池用セパレータであって、
金属のセパレータ用部材の表面にＳｉ含有被膜が形成されることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
前記セパレータ用部材は、所定の形状の溝が形成され、燃料電池用セパレータの最終形状を有する金属材料からな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】
前記セパレータ用部材は、平板状の金属板であり、この金属板に前記Ｓｉ含有被膜を形成したものを、所定の形状に塑性変形させたものであ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４】
前記セパレータ用部材の主成分は、不純物の少ない純金属または固溶体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項５】
前記セパレータ用部材の主成分は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅのいずれかからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の燃料電池用セパレータを備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
セルが複数接続されてなる燃料電池で、隣接する前記セル同士を分離する燃料電池用セパレータを製造する燃料電池用セパレータの製造方法において、
加工液中で、所定の形状を有する金属のセパレータ用部材とＳｉ電極との間にパルス状の放電を繰り返し発生させて、前記セパレータ用部材の表面にＳｉ含有被膜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８】
前記セパレータ用部材は、燃料電池用セパレータの最終形状を有する金属材料からな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】
セルが複数接続されてなる燃料電池で、隣接する前記セル同士を分離する燃料電池用セパレータを製造する燃料電池用セパレータの製造方法において、
加工液中で、平板状の金属板のセパレータ用部材とＳｉ電極との間にパルス状の放電を繰り返し発生させて、前記セパレータ用部材の表面にＳｉ含有被膜を形成する被膜形成工程と、
前記Ｓｉ含有被膜を形成したセパレータ用部材を、所定の形状の溝を有するように塑性変形させて、燃料電池用セパレータを形成する塑性変形工程と、
を含む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１０】
セルが複数接続されてなる燃料電池で、隣接する前記セル同士を分離する燃料電池用セパレータを製造する燃料電池用セパレータの製造方法において、
加工液中で、金属板供給手段から供給される所定の幅と厚さを有する金属板からなるセパレータ用部材とＳｉ電極との間にパルス状の放電を繰り返し発生させて、前記金属板の表面にＳｉ含有被膜を形成する被膜形成工程と、
前記Ｓｉ含有被膜を形成した金属板を所定の長さに切断する金属板切断工程と、
切断された前記Ｓｉ含有被膜を形成した金属板を、所定の形状の溝を有するように塑性変形させる塑性変形工程と、
を含む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１１】
セルが複数接続されてなる燃料電池で、隣接する前記セル同士を分離する燃料電池用セパレータを製造する燃料電池用セパレータの製造方法において、
加工液中で、金属板供給手段から供給される所定の幅と厚さを有する金属板からなるセパレータ用部材とＳｉ電極との間にパルス状の放電を繰り返し発生させて、前記金属板の表面にＳｉ含有被膜を形成する被膜形成工程と、
前記Ｓｉ含有被膜を形成した金属板を、所定の形状の溝を有するように塑性変形させる塑性変形工程と、
所定の形状に塑性変形された前記Ｓｉ含有被膜を形成した金属板を、所定の長さに切断する金属板切断工程と、
を含む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１２】
前記セパレータ用部材の主成分は、不純物の少ない純金属または固溶体であることを特徴とする請求項７〜１１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。
【請求項１３】
前記セパレータ用部材の主成分は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅのいずれかからなることを特徴とする請求項７〜１１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。
【請求項１４】
セルが複数接続されてなる燃料電池で、隣接する前記セル同士を分離する燃料電池用セパレータを製造する燃料電池用セパレータ製造システムにおいて、
所定の幅と厚さを有する金属板を供給する金属板供給装置と、
加工液中で、前記金属板供給装置から供給される金属板からなるセパレータ用部材とＳｉ電極との間にパルス状の放電を繰り返し発生させて、前記金属板の表面にＳｉ含有被膜を形成する放電表面処理装置と、
前記Ｓｉ含有被膜を形成した金属板を所定の長さに切断する金属板切断装置と、
前記Ｓｉ含有被膜を形成した金属板を、所定の形状の溝を有するように塑性変形させる金型装置と、
を備えることを特徴とする燃料電池用セパレータの製造システム。
【請求項１５】
前記放電表面処理装置の前記Ｓｉ電極は、複数の電極に分割して構成されることを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池用セパレータの製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池の主要構成部品であるセパレータと燃料電池および燃料電池用セパレータの製造システム並びに燃料電池用セパレータの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池（Fuel Cell）には、燐酸型、アルカリ型、溶融炭酸塩型、固体電解質型、固体高分子型などの種類がある。このうち燐酸型は既に定置用発電装置として商業レベルになっているが、大量には生産されていない。これに対して、８０年代末から集中的な研究開発が進み、自動車用に実用化されつつあるのが、ＰＥＭ（Proton Exchange Membrane）燃料電池（日本語では固体高分子型燃料電池という）である。燃料電池にはコンプレッサ以外に可動部品がないという特徴があり、余分な動力の損失がないため、本来、内燃機関に比べて損失が少なく効率が高い。実際に、固体高分子型燃料電池は、発電効率が４０〜５０％ある。電力をモータに供給した場合、モータの効率は８５〜９５％であるので、燃料電池車は、油井から車輪までの効率が内燃機関の場合の２．５倍から３倍になるといわれている。
【０００３】
固体高分子型燃料電池は、セルが複数積層されて構成される。図１２は、固体高分子型燃料電池を構成するセルの構造を模式的に示す図であり、図１３は、固体高分子型燃料電池の構成を模式的に示す図である。図１２に示されるように、セル１００は、厚さ０．１ｍｍ以下の透明なプラスチックフィルムで構成され陽子を通過させるイオン交換膜１０１と、このイオン交換膜１０１の両側の面に設けられるカーボン電極１０２，１０３と、イオン交換膜１０１とカーボン電極１０２，１０３に設けられる白金などの図示しない触媒と、カーボン電極１０２，１０３のイオン交換膜１０１とは反対側の面に設けられるセパレータ１０４と、を備える。ここで、イオン交換膜１０１を挟んで一方のカーボン電極１０１には、水素が供給され、他方のカーボン電極１０３には酸素（または空気）が供給される。以下では、水素が供給される側のカーボン電極１０２を水素極といい、酸素（または空気）が供給される側のカーボン電極１０３を酸素極ということにする。また、セパレータ１０４は、それぞれのセル１００を隔離するもの（隔壁板）であり、水素と酸素（または空気）がイオン交換膜１０１の全面に渡って一様に接触して流れるように溝が形成されている。
【０００４】
このような構造の固体高分子型燃料電池のセル１００における動作の概要について説明する。まず、イオン交換膜１０１を挟んだ水素極１０２側に水素が供給され、酸素極１０３側に酸素（または空気）が供給される。水素は、セパレータ１０４の表面に加工された細かい溝を通って、水素極１０２に供給されるが、水素極１０２に到達すると、触媒の作用によって、水素から電子（ｅ-）が飛び出して、水素極１０２の周辺にはＨ+（陽子）が残る状態になる。このとき、電子は水素極１０２と酸素極１０３とを結ぶ負荷１０５（外部回路）へと流れ、電流を作り出す。一方、Ｈ+（陽子）はイオン交換膜１０１を通って酸素極１０３側へと移動する。酸素極１０３では、供給される酸素と、イオン交換膜１０１を通過してきたＨ+と、負荷１０５（外部回路）から戻ってきた電子と、が結合して水ができる。そして、このようなセル１００を図１３に示されるように多数直列に配置することで、高い電圧を発生することができる。
【０００５】
ところで、セル１００を構成するセパレータ１０４の溝の加工は、従来、ＮＣ（Numerical Control）工作機械による加工が主であり、時間とコストがかかっていた。このセパレータ１０４は、発生した電力を隣のセル１００に伝えられるように電気伝導度がよく接触抵抗が低いことが必要であり、また、腐食しやすい雰囲気に耐えられるように高い耐食性も必要とされる。現在の燃料電池のコストのうち、セパレータ１０４が半分近くを占めると言われている。そのため、燃料電池の普及に当たっては、セパレータ１０４の材料の選択とコスト低下が極めて重要になる。
【０００６】
従来のセパレータ材料としては、以下に例示するように、種々のものが提案されている。
（１）グラファイト：耐食性の高いグラファイト材料を切削加工により形状成形
（２）金属系：ステンレスやチタンなどの金属、または金属の表面に金メッキを施したもの（たとえば、非特許文献１参照）
（３）コンポジット系：カーボン＋樹脂を圧縮成形または射出成形により成形
【０００７】
ところで、従来、被加工物にたとえば硬質性や高耐熱性、高耐食性を有する膜を形成する方法として、放電表面処理方法が知られている。この放電表面処理方法は、被加工物と、この被加工物に形成する膜の組成を有する電極とを、加工液中で所定の距離だけ話して、パルス放電を発生させ、その放電エネルギで電極の構成材料を被加工物の表面に付着、溶融させて、被加工物上に被膜を形成するものである。この放電表面処理を利用して、金属の耐食性を高める技術として、Ｓｉを利用した放電表面処理が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００８】
【非特許文献１】池谷知彦、高比良聡、「固体高分子形燃料電池セパレータ用ステンレス鋼板の技術開発」、Focus NEDO, Vol.3, No.13, PP11-12
【特許文献１】特公平５−１３７６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上のように燃料電池のセパレータには、電気伝導度が高いこと、接触抵抗が低いこと、そして耐食性があること、が要求される。燃料電池のセパレータとして従来広く使用されているグラファイト材料は、耐食性は高いが、電気伝導度の点では、電気抵抗が大きいために発熱が大きく、エネルギ効率が悪いという問題点があった。また、近年開発されつつあるステンレスは、電気抵抗が大きく、耐食性が足りないとも言われている。さらに、従来の燃料電池用セパレータは、その製造にコストがかかっているという問題点もあった。
【００１０】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、電気伝導度と接触抵抗が低く、そして耐食性に優れ、製造コストを低減することができる燃料電池用セパレータ、燃料電池および燃料電池用セパレータの製造システム並びに燃料電池用セパレータの製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、この発明にかかる燃料電池用セパレータは、セルが複数接続されてなる燃料電池で、隣接する前記セル同士を分離する燃料電池用セパレータであって、金属のセパレータ用部材の表面にＳｉ含有被膜が形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、電気伝導度が低くかつ耐食性のある燃料電池用セパレータを製造することができるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる燃料電池用セパレータ、燃料電池および燃料電池用セパレータの製造システム並びに燃料電池用セパレータの製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態１．
図１−１は、この発明にかかる燃料電池用セパレータの構成を模式的に示す概略図であり、図１−２は、図１−１の燃料電池用セパレータの一部断面を模式的に示す図である。これらの図に示されるように、燃料電池用のセパレータ１０は、金属からなるセパレータ用部材１１と、このセパレータ用部材１１の表面に形成された厚さ数μｍ〜１０μｍ程度のＳｉ含有被膜１２と、から構成される。セパレータ用部材１１は、ステンレス鋼やＡｌなどの金属を用いることができるが、抵抗率の低いＣｕを用いるのが望ましい。また、このセパレータ用部材１１として、不純物の少ない純金属または固溶体であることが望ましい。さらに、Ｓｉ含有被膜１２は、不純物のドーピングによって、電気伝導性が付与されているものとする。なお、図１−２は、図１−１の領域Ａの部分を拡大して示した模式図である。
【００１５】
図２は、この発明で用いられる放電表面処理装置の概要を模式的に示す図である。放電表面処理装置２０は、被膜を形成したい被加工物２１と、被加工物２１の表面に被膜を形成させるための放電表面処理用電極２２と、被加工物２１と放電表面処理用電極２２に電気的に接続され両者間にアーク放電を起こさせるために両者に電圧を供給する放電表面処理用電源２３と、を備える。放電表面処理を液中で行う場合には、被加工物２１と放電表面処理用電極２２の被加工物２１と対向する部分が油などの加工液２４で満たされる。この加工液２４は、図示しない加工槽中に満たされる。また、放電表面処理を気中で行う場合には、被加工物２１と放電表面処理用電極２２とは、処理雰囲気中に置かれる。なお、以下では、放電表面処理用電極２２と被加工物２１との対向する面の間の距離のことを極間距離という。
【００１６】
この実施の形態１では、被加工物２１は、溝が形成された燃料電池用のセパレータ用部材１１である。このセパレータ用部材１１として、Ｃｕやステンレス鋼、Ａｌなどの成形された金属が用いられる。また、放電表面処理用電極２２として、Ｓｉ電極が用いられる。このＳｉ電極２２は、不純物をドープして、電気伝導度を持たせたものが使用される。また、このＳｉ電極２２は、被加工物２１であるセパレータ用部材１１の形状に合わせて成形されている。たとえば、図２に示されるように、セパレータ用部材１１には溝４１が彫ってあるが、Ｓｉ電極２２には、この溝４１の部分と対向する部分が凸部４２となるように成形される。
【００１７】
つぎに、放電表面処理方法について説明する。放電表面処理は、たとえば、被膜を形成したい被加工物２１であるセパレータ用部材１１を陽極とし、被膜の供給元となるセパレータ用部材１１の形状に合わせて成形されたＳｉ電極２２を陰極とし、これらの電極を加工液２４中で両者が接触しないように図示しない制御機構によって極間距離を制御しながら、両者間に放電を発生させる。被加工物２１とＳｉ電極２２との間に放電が発生すると、この放電による爆風や静電気力によって溶融したＳｉ電極２２の一部がＳｉ電極２２から引き離され、被加工物２１表面に向かって移動する。このとき、Ｓｉ電極２２から引き離された電極構成材料はアーク柱３１を移動中にすべて溶融され、被加工物２１表面で再凝固しＳｉ含有被膜１２となる。また、被加工物２１表面もアーク柱３１の熱によって溶融状態となるので、Ｓｉ含有被膜１２と被加工物２１との結合力は強くなる。このようにして、被加工物２１上にＳｉ含有被膜１２が形成される。
【００１８】
ここで、Ｃｕのセパレータ用部材１１に対してＳｉ電極２２で放電させた場合には、Ｃｕ−Ｓｉ二元素系のアモルファス合金が形成される。また、ＳＵＳ３０４のようなオーステナイト系ステンレスのセパレータ用部材１１の場合でも、アモルファス合金が形成される。一方、ＳＵＳ４４０のようなマルテンサイト系ステンレスのセパレータ用部材１１の場合には、表面に形成されるＳｉ含有被膜１２は、アモルファスにはならなかった。しかし、これらのセパレータ用部材１１の表面に形成されるＳｉ含有被膜１２によって、耐食性の試験で、耐食性が向上していることが確認できた。
【００１９】
つぎに、金属のセパレータ用部材１１にＳｉ含有被膜１２を形成した燃料電池用セパレータの特性を評価した結果を示す。ここでは、電気抵抗値と耐食性について評価した。
【００２０】
（１）電気抵抗値の評価
燃料電池用セパレータでは、表面の電気抵抗値が低いのが望ましい。そこで、Ｓｉ含有被膜を形成した後の表面の電気抵抗を四探針法で測定した。セパレータ用部材としてのＣｕとＳＵＳ３０４を用いた場合の表面抵抗値と、これらのセパレータ用部材にＳｉ含有被膜を形成した場合の表面抵抗値と、をそれぞれ測定した。また、比較のために、燃料電池用セパレータの素材としてよく使用されているグラファイトの抵抗値も測定した。
【００２１】
図３は、燃料電池用セパレータの電気抵抗値の測定結果を示す図である。四探針法は電気抵抗が低い場合には測定精度が悪くなるが、電気抵抗は、グラファイト、ＳＵＳ３０４、Ｃｕの順に低くなる。また、Ｓｉ含有被膜を形成した表面の電気抵抗は、母材となるセパレータ用部材の電気抵抗に比してほとんど上がっていない。そのため、従来、使用されていた金属系のセパレータにＳｉ含有被膜を形成しても、電気抵抗が上がらないので、Ｓｉ含有被膜を形成した燃料電池用セパレータは、電気抵抗の点では問題がないことがわかる。
【００２２】
（２）耐食性の評価
Ｃｕのセパレータ用部材にＳｉ含有被膜を形成したセパレータと、Ｓｉ含有被膜を形成していないＣｕのセパレータを試験片として、これらの試験片の上に王水（濃硝酸：濃塩酸＝１：３）を滴下して５分間放置した後の凹み量の比較を行って、耐食性について調査した。Ｓｉ含有被膜が無いＣｕからなるセパレータの場合には、約２００μｍの凹みができたが、Ｓｉ含有被膜があるセパレータの場合にはほとんど凹みはできなかった。そのため、Ｓｉ含有被膜を形成した燃料電池用セパレータは、耐食性の点でも問題ないことがわかる。
【００２３】
この実施の形態１によれば、Ｃｕやステンレス鋼、Ａｌなどの金属のセパレータ用部材の表面にＳｉ含有被膜を形成することによって、耐食性を有し、電気抵抗の低い燃料電池用セパレータを得ることができるという効果を有する。
【００２４】
実施の形態２．
実施の形態１では、燃料電池用セパレータの形状に成形された金属（セパレータ用部材）に、Ｓｉ含有被膜を放電表面処理によって形成する場合を示したが、この実施の形態２では、平板状の金属板にＳｉ含有被膜を放電用面処理によって形成し、この金属板を加工することによって燃料電池用セパレータを製造する場合について説明する。
【００２５】
この発明にかかる燃料電池用セパレータの製造方法の実施の形態２の手順の一例について、図４〜図６を参照しながら説明する。図４は、放電表面処理装置によって、平板状の金属板に被膜を形成している様子を模式的に示す図である。この図４に示される放電表面処理装置２０は、実施の形態１の図２において、被加工物２１であるセパレータ用部材１１が平板状の金属板１６となり、凸部４２を有するＳｉ電極２２も平板状となっている点が異なるだけで、その他の点は実施の形態１で説明したものと同一であるので、その説明を省略する。また、このＳｉ電極２２は、金属板１６の幅と同じかそれ以上の幅を有するように成形されている。まず、この図４に示されるように、放電表面処理装置２０を用いて、平板状の金属板１６（被加工物２１）の一方の表面にＳｉ含有被膜１７を形成する。
【００２６】
ここで、金属板１６は、セパレータを構成するために必要な寸法を有する平板形状を有しており、何の加工もなされていないものである。また、金属板１６として、実施の形態１で説明したように、Ｃｕやステンレス鋼、Ａｌなどの金属を用いることができるが、電気伝導度の点でＣｕを用いることが望ましい。また、この金属板１６として、不純物の少ない純金属または固溶体であることが望ましい。
【００２７】
このような放電表面処理装置２０で、加工液２４中で平板状のＳｉ電極２２を平板状の金属板１６に接触させないように図示しない制御機構によって極間距離を制御しながら、両者間に放電を発生させる。Ｓｉ電極２２と金属板１６との間に放電が発生すると、この放電による爆風や静電気力によって溶融したＳｉ電極２２の一部がＳｉ電極２２から引き離され、金属板１６の表面に向かって移動する。このとき、Ｓｉ電極２２から引き離された電極構成材料はアーク柱３１を移動中にすべて溶融され、金属板１６表面で再凝固しＳｉ含有被膜１７となる。また、金属板１６の表面もアーク柱３１の熱によって溶融状態となり、Ｓｉ含有被膜１７と金属板１６の結合力は強くなる。これによって、金属板１６の全面にＳｉ含有被膜１７が形成される。
【００２８】
図５−１は、平板状の金属板を放電表面処理したセパレータ用素材の斜視図であり、図５−２は、図５−１のセパレータ素材の断面の一部を模式的に示す図である。なお、図５−２は、図５−１の領域Ｂの断面を示している。これらの図に示されるように、金属板１６の表面には数μｍ〜１０μｍ程度のＳｉ含有被膜１７が形成されている。なお、実施の形態１と同様に、金属板１６にＳｉ含有被膜１７を形成したセパレータ素材１５の耐食性は、被加工物である金属板１６に比して耐食性を著しく向上させることができる。
【００２９】
その後、Ｓｉ含有被膜１７を形成した金属板１６（セパレータ素材１５）を塑性加工する工程に移る。図６は、セパレータ素材を塑性加工する様子を模式的に示す図である。セパレータ素材１５（金属板）の塑性加工には、金属板に溝を形成することができるように加工されたプレス用金型５１，５２を用いる。この図６では、下側の金型（下型）５２には、セパレータに形成される溝に合わせて凹部５４が形成されており、上側の金型（上型）５１には、下側の金型５２の凹部５４に合致するように凸部５３が形成されている。
【００３０】
これらの上下の金型５１，５２の間にＳｉ含有被膜１７を形成した金属板１６（セパレータ素材１５）を配置し、上下の金型５１，５２で挟み、プレスすることで、セパレータ素材１５が金型５１，５２の形状に塑性変形され、燃料電池用セパレータ１８が形成される。
【００３１】
この実施の形態２によれば、金属板１６の表面にＳｉ含有被膜１７を形成したので、セパレータ素材１５は実施の形態１に示したように耐食性に優れ、電気抵抗も低いという性能の優れた燃料電池用セパレータ１８を製造することができるという効果を有する。また、上述したパルス状の放電によりＳｉ含有被膜１７を形成した金属板１６は、放電エネルギにより小さな領域（１０μｍ程度の深さ）が溶融して被膜が形成されているため、密着力が強く、その後の塑性変形によってもＳｉ含有被膜１７が剥離することがないという効果を有する。そのため、先に金属板１６にＳｉ含有被膜１７の成膜を行い、その後プレスによる塑性変形によって所望の形状に成形することが可能となる。
【００３２】
さらに、平板状の金属板１６にＳｉ含有被膜１７を形成したセパレータ素材１５を金型５１，５２でプレスしてセパレータ１８を製造するようにしたので、性能のよい燃料電池用セパレータ１８を低コストにて製造することができるという効果も有する。
【００３３】
実施の形態３．
実施の形態２では、平板状の金属板を用いて燃料電池用セパレータを製造する方法について説明した。この実施の形態３では、実施の形態２の方法を用いて燃料電池用セパレータを量産する燃料電池用セパレータ製造システムとその方法について説明する。
【００３４】
図７は、この発明にかかる燃料電池用セパレータ製造システムの構成の一例を模式的に示す図である。この燃料電池用セパレータ製造システムは、セパレータ用部材としての金属板６２を供給する金属板ロール６１と、金属板６２にＳｉ含有被膜を形成する放電表面処理装置２０と、Ｓｉ含有被膜１２が形成された金属板６２を所定の長さに切断する金属板切断用刃７１と、切断されたセパレータ素材６４を所定の形状に塑性変形する金型装置５０と、を備える。なお、放電表面処理装置２０と金型装置５０の構成は、実施の形態２で説明したものと同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００３５】
以下に、この燃料電池用セパレータ製造システムにおける燃料電池用セパレータの製造処理手順について説明する。まず、Ｃｕやステンレス鋼、Ａｌなどの金属からなる燃料電池用セパレータの素材である金属板ロール６１が、引き伸ばされながら平らにされて、放電表面処理装置２０へと供給される。放電表面処理装置２０は、実施の形態２と同様の構成を有する。ただし、この実施の形態３では、被加工物が金属板ロール６１から供給される平板状の金属板６２となっている。ここで、金属板ロール６１は、不純物の少ない純金属または固溶体であることが望ましい。
【００３６】
この放電表面処理装置２０では、加工液２４中でＳｉ電極２２を金属板６２に接触させないように図示しない制御機構によって極間距離を制御しながら、両者間に放電を発生させて、実施の形態２で説明したように、金属板６２上にＳｉ含有被膜６３を形成する。この放電表面処理装置２０でＳｉ含有被膜６３が形成された金属板６２の構造は、実施の形態２の図５−１〜図５−２で示されるものと同様である。
【００３７】
ついで、Ｓｉ含有被膜６３が形成された金属板６２を所定の長さとなるように金属板切断用刃７１で切断する。これにより、平板状のセパレータ素材６４が得られる。そして、このセパレータ素材６４をプレスの金型装置５０に搬送する。セパレータ素材６４に溝を形成することができるように成形された金型装置５０の金型５１，５２の間にセパレータ素材６４を配置し、上下の金型５１，５２で挟み、プレスすることで、セパレータ素材６４が金型５１，５２の形状に塑性変形される。以上によって、燃料電池用セパレータ６５が形成される。
【００３８】
図８は、燃料電池用セパレータ製造システムの他の構成例を示す図である。この図８では、図７の金属板切断用刃７１（切断を行う工程）と、金型装置５０（金属板をプレスする工程）とを入れ替えている。この場合には、金属板ロール６１に繋がるＳｉ含有被膜６３を形成した金属板６２に、金型装置５０でプレスして溝の形状を作成し、その後に金属板切断用刃７１で燃料電池用セパレータ６５に切断している。
【００３９】
図９〜図１０は、燃料電池用セパレータ製造システムの他の構成例を示す図であり、図１１は、Ｓｉ電極の形状の一例を模式的に示す図である。上述した図７と図８では、放電表面処理装置２０において、Ｓｉ電極２２と金属板６２への給電を１箇所にしていた。しかし、図９に示されるように、放電表面処理用電源２３を複数にしてＳｉ電極２２への給電箇所を複数にすると、Ｓｉは電気抵抗が比較的高いために、Ｓｉ電極２２と金属板６２との間に放電が複数発生し、Ｓｉ含有被膜６３の形成処理時間を短縮することが可能となる。
【００４０】
給電箇所を複数にするには、図１０に示されるようにＳｉ電極２２を複数分割することによって、一層はっきりと放電の発生頻度を増やすことが可能となる。ただし、この場合には、分割されたＳｉ電極２２の間に間隙が生じ、この部分に対応する金属板６２上の位置にはＳｉ含有被膜６３が形成されない場合が生じることも考えられる。そのため、図１１に示されるように、金属板６２の搬送方向と平行な方向にＳｉ電極２２の間の空間が生じないようにＳｉ電極２２を配列する必要がある。
【００４１】
この実施の形態３によれば、平板状の金属板６２を用いて、耐食性を有し、電気抵抗の低い燃料電池用セパレータを大量に製造することができるという効果を有する。また、性能のよい燃料電池用セパレータ６５を低コストにて製造することができるという効果も有する。
【００４２】
なお、上述した実施の形態１〜３では、金属Ｓｉを用いて油中で放電を行う場合を説明した。この場合、Ｓｉと油が分解して発生した水素とが反応し、シラン（ＳｉＨ4など）が発生することも考えられる。シランは、通常酸性の雰囲気で生成させるものであり、酸性でない環境になると分解する性質があるため、Ｓｉの放電では発生しないと考えられる。実際に、今までの試験中の分析では検出されていない。しかし、万全を期す意味では、放電表面処理中に発生したガスを収集し、アルカリ溶液中に通して、シランを完全に分解することが有効である。
【００４３】
また、実施の形態１〜３では、燃料電池用セパレータとその製造方法について説明したが、実施の形態１〜３のように形成した燃料電池用セパレータを用いて図１２に示されるセルを構成し、さらに図１３に示される固体高分子型燃料電池を構成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上のように、この発明にかかる燃料電池用セパレータは、固体高分子型燃料電池に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１−１】この発明による燃料電池用セパレータの構成を模式的に示す概略図である。
【図１−２】図１−１の燃料電池用セパレータの一部断面を模式的に示す図である。
【図２】この発明で用いられる放電表面処理装置の概要を模式的に示す図である。
【図３】燃料電池用セパレータの電気抵抗値の測定結果を示す図である。
【図４】放電表面処理装置によってセパレータ用部材表面に被膜を形成している様子を模式的に示す図である。
【図５−１】放電表面処理された平板状の金属板の斜視図である。
【図５−２】放電表面処理された金属板の断面を模式的に示す図である。
【図６】セパレータ素材を塑性加工する様子を模式的に示す図である。
【図７】この発明による燃料電池用セパレータ製造システムの構成の一例を模式的に示す図である。
【図８】燃料電池用セパレータ製造システムの他の構成例を示す図である。
【図９】燃料電池用セパレータ製造システムの他の構成例を示す図である。
【図１０】燃料電池用セパレータ製造システムの他の構成例を示す図である。
【図１１】Ｓｉ電極の形状の一例を模式的に示す図である。
【図１２】固体高分子型燃料電池を構成するセルの構造を模式的に示す図である。
【図１３】固体高分子型燃料電池の構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０，１８，６５  燃料電池用セパレータ（セパレータ）
１１  セパレータ用部材
１２，１７，６３  Ｓｉ含有被膜
１５  セパレータ素材
１６，６２  金属板
２０  放電表面処理装置
２１  被加工物
２２  Ｓｉ電極（放電表面処理用電極）
２３  放電表面処理用電源
２４  加工液
４１  溝
４２  凸部
５０  金型装置
５１，５２  金型
５３  凸部
５４  凹部
６１  金属板ロール
６４  セパレータ素材
７１  金属板切断用刃
【図１−１】
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【図１−２】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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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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