(57)【要約】【解決手段】粒状の導電物３６を含有するステンレス鋼材２５の圧延時の圧延材２６に形成される変質層３５を研磨にて除去することを特徴とする。【効果】研磨によって、ステンレス鋼材における変質層の除去に加え、導電物の頭出しを１工程で行うことができ、従来、変質層の除去と導電物の頭出しとを別の工程で行っていたのに比べて工程数を減らすことができる。従って、例えば、導電物含有ステンレス鋼材を用いた燃料電池用セパレータの生産性を高めるとともに製造コストを低減することができる。また、研磨により物理的に圧延影響部を除去することから、化学的な方法を実施したときのような廃液処理等のコストが不要なため、より一層のコスト低減を図ることができる。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒状の導電物を含有するステンレス鋼材に圧延時に形成される圧延影響部を研磨にて除去することを特徴とするステンレス鋼材の圧延影響部除去方法。
【請求項２】
前記研磨は、セラミックス砥粒を研磨剤としてブラシにより行うことを特徴とする請求項１記載のステンレス鋼材の圧延影響部除去方法。
【請求項３】
前記研磨は、セラミックス含有樹脂ブラシにより行うことを特徴とする請求項１記載のステンレス鋼材の圧延影響部除去方法。
【請求項４】
前記研磨は、ベルト研磨であることを特徴とする請求項１記載のステンレス鋼材の圧延影響部除去方法。
【請求項５】
前記ベルト研磨で使用するベルトに付着させた砥粒の粒度を１５０メッシュとし、前記ベルトを前記ステンレス鋼材に押し付けるゴム製コンタクトロールの硬度をＨｓ７５（ＪＩＳ  Ｋ  ６３０１  Ａ）としたことを特徴とする請求項４記載のステンレス鋼材の圧延影響部除去方法。
【請求項６】
前記圧延影響部の除去後の表面粗さをＲａ０．４〜１．８にし、前記ステンレス鋼材の片面の表面積をその投影面積で除した比表面積を１．０８〜１．４６にしたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項記載のステンレス鋼材の圧延影響部除去方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池用ステンレス鋼製セパレータの生産性を高め、製造コストを低減するステンレス鋼材の圧延影響部除去方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子電解質型燃料電池は、各燃料電池セルを複数積層することで所望の出力を得る構造であるため、各燃料電池セルを仕切るセパレータとしては、樹脂材料に比較して積層時の加圧力に対する強度や積層後の小型化が有利な金属材料が有力視されている。
【０００３】
このような金属製セパレータを採用する燃料電池として、ステンレス鋼製のセパレータを備えたものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１８０８８３号公報（第１４頁、図３）
【特許文献２】
特開２０００−１６４２２８（第３頁、図９）
【０００５】
特許文献１の図３には、固体高分子電解質膜５１（符号については、同公報に記載されているものを使用した。以下同様。）の両側にそれぞれ電極膜７Ａ，７Ｂを配置し、これらの電極膜７Ａ，７Ｂを、例えばステンレス鋼製のセパレータ４，４で挟み、セパレータ４，４の縁部をシール体３１，３２でシールした燃料電池の単電池３が記載されている。
【０００６】
特許文献２の図９には、固体高分子膜２（符号については、同公報に記載されているものを使用した。以下同様。）の両側にアノード電極３及びカソード電極４を配置し、これらのアノード電極３及びカソード電極４を、例えばステンレス鋼を基材としたセパレータ５，６で挟んだ燃料電池の単電池１が記載されている。
【０００７】
上記の特許文献１、特許文献２の技術では、セパレータの材料となるステンレス鋼を所定の板厚とするために、例えばステンレス鋼に冷間圧延を実施した場合、ステンレス鋼の表層部には圧延によって、酸化物や、ステンレス鋼板に含まれていた金属間化合物が砕かれて粒径の小さくなったもの等からなる変質層が形成される。この変質層は導電性が良くないため、セパレータの電気的な接触抵抗を小さくするために除去する必要がある。
そこで、このようなステンレス鋼の変質層を除去する工程を設けたセパレータの製造方法が考えられた。この技術を以下に説明する。
【０００８】
図１４は従来の金属製セパレータの製造要領を説明する説明図であり、順に説明する。
１．変質層除去
セパレータの材料となる金属材料１００を所定形状にプレス成形する前に圧延する。金属材料１００を圧延すると、金属材料１００の表層に変質層１０１が形成される。
【０００９】
２．変質層除去エッチング
エッチング処理により上記した変質層１０１を除去する。
３．第１不働態化処理
金属材料１００の表面の腐食を防止するために第１不働態化処理を実施し、第１不働態皮膜１０２を形成する。
【００１０】
４．頭出しエッチング
金属材料１００内に含有する粒状の導電物１０３…（…は複数個を示す。以下同様。）の頭出しを行うために、エッチング処理を実施する。
【００１１】
５．第２不働態化処理
導電物１０３の頭出しの後、金属材料１００の表面が腐食しないように第２不働態化処理を実施し、第２不働態皮膜１０５を形成する。
これで、セパレータの製造が完了する。
以上に説明したセパレータの製造方法を次図で詳細に説明する。
【００１２】
図１５は従来の金属製セパレータの製造工程を説明するフロー図である。なお、ＳＴ×××はステップ番号を示す。
ＳＴ１０１…圧延の後にプレス成形した金属材料を脱脂する。処理液は界面活性剤水溶液、処理温度は３０℃、処理時間は１分である。
ＳＴ１０２…金属材料を水洗する。処理時間は１分である。
【００１３】
ＳＴ１０３…圧延時に形成された変質層をエッチング処理にて除去する。処理液は王水と界面活性剤との溶液、処理温度は９８℃、処理時間は６０分である。
ＳＴ１０４…金属材料を水洗する。処理時間は１分である。
【００１４】
ＳＴ１０５…金属材料の表面の腐食を防止するために第１不働態化処理を実施する。処理液は５０％硝酸、処理温度は５０℃、処理時間は３０分である。
ＳＴ１０６…金属材料を水洗する。処理時間は１分である。
【００１５】
ＳＴ１０７…金属材料中の導電物の頭出しのためにエッチング処理を実施する。処理液は２０％硝酸と８％フッ化水素酸との溶液、処理温度は３０℃、処理時間は１０分である。
ＳＴ１０８…金属材料を水洗する。処理時間は１分である。
【００１６】
ＳＴ１０９…金属材料の表面の腐食を防止するために第２不働態化処理を実施する。処理液は５０％硝酸、処理温度は５０℃、処理時間は３０分である。
ＳＴ１１０…金属材料を水洗する。処理時間は１分である。
ＳＴ１１１…金属材料を乾燥させる。処理時間は１分である。
これで、セパレータの製造が完了する。処理時間の合計は１３７分である。
【００１７】
上記セパレータの製造方法では、エッチング処理により化学的に変質層を除去し、更にエッチング処理により導電物の頭出しを行うことで、セパレータの接触抵抗を小さくしている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記図１５において、ＳＴ１０１の脱脂からＳＴ１１１の乾燥までの所要時間は合計で１３７分であり、処理工程数が多いために各処理液の種類や処理液を貯める処理槽の数が多くなるとともに各処理液の温度管理にも多くの工数が掛かるため、金属製セパレータの生産性向上及びコスト削減を図るために、上記処理工程数の削減が求められている。
また、上記のエッチング処理、不働態化処理を終了した後の廃液処理にも多大なコストを要するため、化学処理を行わない他の手段の提案が求められている。
【００１９】
本発明の目的は、ステンレス鋼材の圧延影響部除去方法を改良することで、燃料電池用ステンレス鋼製セパレータの生産性を高めるとともに製造コストを低減することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、粒状の導電物を含有するステンレス鋼材に圧延時に形成される圧延影響部を研磨にて除去することを特徴とする。
【００２１】
研磨によって、導電物含有ステンレス鋼材における圧延影響部の除去に加え、導電物の頭出しを１工程で行うことができ、従来、圧延影響部の除去と導電物の頭出しとを別の工程で行っていたのに比べて工程数を減らすことができる。従って、例えば、導電物含有ステンレス鋼材を用いた燃料電池用セパレータの生産性を高めるとともに製造コストを低減することができる。
【００２２】
また、研磨により物理的に圧延影響部を除去することから、化学的な方法を実施したときのような廃液処理等のコストが不要なため、より一層のコスト低減を図ることができる。
【００２３】
請求項２は、研磨を、セラミックス砥粒を研磨剤としてブラシにより行うことを特徴とする。
硬度が大きなセラミックス砥粒を研磨に用いることで、研磨性能を高めることができ、しかもブラシを使用することから、研磨作業のコストを低減することができる。ブラシとしてナイロンブラシを用いれば、耐摩耗性を向上させることができ、長時間使用することができる。
【００２４】
請求項３は、研磨を、セラミックス含有樹脂ブラシにより行うことを特徴とする。
セラミックス含有樹脂ブラシによってブラシの耐摩耗性をより一層高めることができる。
【００２５】
請求項４は、研磨を、ベルト研磨としたことを特徴とする。
ベルトであるから、研磨面積を大きくすることができ、研磨の効率を高めることができる。また、ベルトの周長の大きくすることでベルトに付着させた砥粒の摩耗を小さくでき、ベルトの交換時期を延ばすことができる。
【００２６】
請求項５は、ベルト研磨で使用するベルトに付着させた砥粒の粒度を１５０メッシュとし、ベルトをステンレス鋼材に押し付けるゴム製コンタクトロールの硬度をＨｓ７５（ＪＩＳ  Ｋ  ６３０１  Ａ）としたことを特徴とする。
【００２７】
硬度がＨｓ７５のコンタクトロールと、１５０メッシュのベルトとを組み合わせると、ステンレス鋼材の表面粗さをより小さくするとともに表面粗さのばらつきを小さくすることができるため、圧延後のステンレス鋼材の山部を平坦にすることができ、ステンレス鋼材をセパレータとして燃料電池に組込んだ場合に、このセパレータと電極又は他のセパレータとの接触面積を増すことができ、電気的な接触抵抗をより小さくすることができる。
【００２８】
請求項６は、圧延影響部の除去後の表面粗さをＲａ０．４〜１．８にし、ステンレス鋼材の片面の表面積をその投影面積で除した比表面積を１．０８〜１．４６にしたことを特徴とする。
【００２９】
圧延影響部の除去後の表面粗さをＲａ０．４〜１．８、比表面積を１．０８〜１．４６にしたことで、ステンレス鋼材の電気的な接触抵抗をより小さくすることができる。
【００３０】
即ち、圧延影響部の除去後の表面粗さがＲａ０．４を下回ると、表面粗さが小さいために、電極や他のセパレータと実際に接触する接触面積を大きくすることができず、接触抵抗は大きくなる。
圧延影響部の除去後の表面粗さがＲａ１．８を上回ると、表面粗さが大きすぎて、表面の研磨傷が深くなり、電極や他のセパレータとの接触面積が小さくなり、接触抵抗は大きくなる。
【００３１】
また、圧延影響部の除去後の比表面積が１．０８を下回ると、表面積が小さいために、電極や他のセパレータとの接触面積が小さく、接触抵抗は大きくなる。圧延影響部の除去後の比表面積が１．４６を上回ると、表面積が大きいが、電極や他のセパレータと接触しない部分が形成されて接触面積が小さくなり、接触抵抗は大きくなる。
【００３２】
従って、圧延影響部の除去後の表面粗さをＲａ０．４〜１．８、比表面積を１．０８〜１．４６にすれば、ステンレス鋼材の電気的な接触抵抗をより小さくすることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るステンレス鋼材の圧延影響部除去方法（第１の実施の形態）を示す説明図であり、（ａ）は工程図、（ｂ），（ｃ）は各工程のステンレス鋼材断面図である。
まず、（ａ）にて工程を順に説明する。ＳＴ××はステップ番号を示す。
ＳＴ０１…素材としてステンレス鋼材１１（例えばＳＵＳ３１６）を準備する。
ＳＴ０２…ステンレス鋼材１１を圧延する。
【００３４】
ＳＴ０３…ステンレス鋼材１１の圧延後の圧延材１２をプレス型１３，１４でプレス成形し、圧延材１２に複数の溝を形成する。
溝は、最終工程でできたセパレータを燃料電池に組込んだときに、燃料電池に燃料ガスや酸化剤ガスを供給したり、生成した水を排出するためのものである。
【００３５】
ＳＴ０４…回転する２個のロールブラシ１６，１７間に溝成形後のプレス材１８を通し、ロールブラシ１６，１７による研磨によって、圧延工程で圧延材１２の表層部にできた変質層を除去するとともに、プレス材１８の表面を所定の表面粗さに加工する、即ち、表面粗さ調整を行う。
以上で、変質層が無く、所定表面粗さとしたステンレス鋼材製のセパレータ２０ができる。
【００３６】
ロールブラシ１６，１７の仕様及び研磨条件は以下の通りである。
・ロールブラシ仕様
毛の材質：ナイロン（ＳｉＣ砥粒含有）
ＳｉＣ砥粒の粒度：８０メッシュ
毛の線径：１．５ｍｍ
【００３７】
・研磨条件
ロールブラシ回転数：２０００ｒｐｍ
研磨時間：１０ｍｉｎ（水を供給しながら研磨した。）
【００３８】
（ｂ）は圧延材１２の断面図であり、圧延材１２の母材２２の表層部に変質層２３ができたことを示す。
（ｃ）はセパレータ２０の断面図であり、圧延影響部としての変質層２３（（ｂ）参照）が無くなるとともに、表面が、所定の表面粗さとして、例えば、Ｒａ０．８に研磨されたことを示す。
【００３９】
このような研磨によって、セパレータ２０の表面積が増して、セパレータ２０を燃料電池に組み込んだときに、セパレータ２０と、このセパレータ２０に接するカーボン電極や他のセパレータとの電気的な接触抵抗を小さくすることができる。
上記の表面粗さＲａ０．８では、セパレータ２０の片面の表面積を投影面積で除した値である比表面積は、１．３となる。
【００４０】
図２（ａ），（ｂ）はロールブラシによる研磨後のセパレータ断面図（第１の実施の形態）である。
（ａ）に示した本発明の実施の形態（実施例１）は、図１（ｃ）に示したセパレータ２０の断面図である。
【００４１】
（ｂ）に示した比較例１は、図１（ｂ）に示した圧延材１２を、以下に示すロールブラシ及び研磨条件で研磨したセパレータ１１１を示す。セパレータ１１１は、母材１１２に変質層１１３がまだ残った状態にある。このときの表面粗さ（変質層１１３の表面粗さである。）はＲａ０．８、比表面積は１．２であった。
【００４２】
・ロールブラシ仕様
毛の材質：ナイロン（ＳｉＣ砥粒含有）
ＳｉＣ砥粒の粒度：１２０メッシュ
毛の線径：１．５ｍｍ
【００４３】
・研磨条件
ロールブラシ回転数：４００ｒｐｍ
研磨時間：１０ｍｉｎ（水を供給しながら研磨した。）
【００４４】
図３はステンレス鋼材に作用させた面圧と接触抵抗との関係を示すグラフであり、図１（ａ）に示すような工程でロール研磨条件をそれぞれ異ならせて形成したセパレータをそれぞれ２枚ずつ用意し、これらのセパレータ間に電極となるカーボンペーパーを１枚挟んで、セパレータとカーボンペーパーとの間に所定の面圧を発生させ、２枚のセパレータ間の接触抵抗を測定したものである。なお、縦軸は接触抵抗（単位はｍΩ・ｃｍ２）、横軸は面圧（単位はｋｇｆ／ｃｍ２）を表す。なお、面圧とは、単位面積当たりの押付け力をいう。（以下同じ。）
【００４５】
実線で示す実施例１は図２（ａ）に示したセパレータ２０であり、破線で示す比較例１は図２（ｂ）に示したセパレータ１１１であり、破線で示す比較例２は研磨を実施していない（圧延による変質層が形成されている。）セパレータである。
【００４６】
同一面圧で比較すると、実施例１が最も接触抵抗が小さく、比較例１、比較例２の順で大きくなる。また、どの試料も面圧を次第に大きくすると、接触抵抗は減少する。例えば、実施例１では、面圧が２０ｋｇｆ／ｃｍ２のときに接触抵抗は１５ｍΩ・ｃｍ２となる。
【００４７】
図４（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るステンレス鋼材の圧延影響部除去方法（第２の実施の形態）を示す説明図であり、（ａ）は工程図、（ｂ）〜（ｄ）は各工程のステンレス鋼材断面図である。
まず、（ａ）にて工程を順に説明する。ＳＴ××はステップ番号を示す。
ＳＴ１１…素材として、導電物（Ｃｒ２Ｂ）を含有するステンレス鋼材２５を準備する。
ＳＴ１２…ステンレス鋼材２５を圧延する。
【００４８】
ＳＴ１３…ステンレス鋼材２５の圧延後の圧延材２６をプレス型１３，１４でプレス成形し、圧延材２６に複数の溝を形成する。
【００４９】
ＳＴ１４…ロールブラシ２７，２８間に溝成形後のプレス材３１を通し、ロールブラシ２７，２８による研磨によって、圧延工程で圧延材２６の表層部にできた変質層を除去するとともに、プレス材３１の表面を所定の表面粗さに加工する、即ち、表面粗さ調整を行う。
以上で、変質層が無く、所定表面粗さとしたステンレス鋼材製のセパレータ３２ができる。
【００５０】
ロールブラシ２７，２８の仕様は以下の通りである。
・ロールブラシ仕様
毛の材質：ナイロン
毛の線径：１．５ｍｍ
【００５１】
（ｂ）は圧延材２６の断面図であり、圧延材２６の母材３４に圧延影響部としての変質層３５ができたことを示す。３６…は導電物である。
【００５２】
（ｃ）は（ａ）に示したＳＴ１４においてプレス材３１の変質層３５（（ｂ）参照）のみを除去した中間部材３１Ａの状態を示す。このときの表面粗さＲａは０．４、比表面積は１．１であり、研磨条件は以下の通りである。
【００５３】
・研磨条件
ロールブラシ回転数：４００ｒｐｍ
研磨時間：５ｍｉｎ（アルミナ砥粒３７（（ａ）参照）及び水を供給しながら研磨した。）
アルミナ砥粒３７の粒度：１８０メッシュ
【００５４】
（ｄ）は（ａ）に示したＳＴ１４において表面粗さ調整を終えた状態、即ちセパレータ３２の断面図であり、所定の表面粗さ（例えば、Ｒａ０．８（このときの比表面積は１．３である。））に加工したことを示す。このときの研磨条件は以下の通りである。
【００５５】
・研磨条件
ロールブラシ回転数：２０００ｒｐｍ
研磨時間：１０ｍｉｎ（アルミナ砥粒３７及び水を供給しながら研磨した。）
アルミナ砥粒３７の粒度：１８０メッシュ
【００５６】
図５は本発明に係るステンレス鋼材に作用させた面圧と接触抵抗との関係を示すグラフ（第２の実施の形態）であり、図４（ｄ）に示したステンレス鋼材（セパレータ３２）を実施例２、図４（ｃ）に示したステンレス鋼材（中間部材３１Ａ）を比較例３、図４（ｂ）に示したステンレス鋼材（圧延材２６）を比較例４とし、これらの実施例２、比較例３及び比較例４をそれぞれ２枚ずつ用意し、２枚のステンレス鋼材間に電極となるカーボンペーパーを１枚挟んで、ステンレス鋼材とカーボンペーパーとの間に所定の面圧を発生させ、２枚のステンレス鋼材間の接触抵抗を測定したものである。縦軸は接触抵抗（単位はｍΩ・ｃｍ２）、横軸は面圧（単位はｋｇｆ／ｃｍ２）を表す。
【００５７】
同一面圧で比較すると、実施例２が最も接触抵抗が小さく、比較例３、比較例４の順で大きくなる。また、どの試料も面圧を次第に大きくすると、接触抵抗は減少する。例えば、実施例２では、面圧が２０ｋｇｆ／ｃｍ２のときに接触抵抗は１５ｍΩ・ｃｍ２となる。
【００５８】
図６は本発明に係るステンレス鋼材の表面粗さと接触抵抗との関係を示すグラフ（第２の実施の形態）であり、図５に示した実施例２のデータである。なお、接触抵抗の測定方法は、図４の場合と同様である。このときの面圧は１０ｋｇｆ／ｃｍ２である。なお、縦軸は接触抵抗（単位はｍΩ・ｃｍ２）、横軸は表面粗さＲａ（単位はμｍ）を表す。
【００５９】
表面粗さＲａを次第に大きくしていくと、表面粗さＲａが約０．５までは接触抵抗は次第に減少し、表面粗さＲａが約１．５までは接触抵抗はほぼ横ばいで、表面粗さＲａがそれ以上になると接触抵抗は徐徐に大きくなる。
例えば、従来の化学処理による変質層除去及び導電物頭出しのときとほぼ同等の値である５０ｍΩ・ｃｍ２を接触抵抗の最大値とすると、ロール研磨後の表面粗さＲａとしては、０．４〜１．８が望ましい。
【００６０】
図７は本発明に係るステンレス鋼材の比表面積と接触抵抗との関係を示すグラフ（第２の実施の形態）であり、図５に示した実施例２のデータである。なお、接触抵抗の測定方法は、図４の場合と同様である。このときの面圧は１０ｋｇｆ／ｃｍ２である。縦軸は接触抵抗（単位はｍΩ・ｃｍ２）、横軸は比表面積（単位はｍ２／ｍ２）を表す。比表面積はステンレス鋼材の片面の表面積をステンレス鋼材の投影面積で除したものであるから、表面粗さＲａが大きくなれば、表面積が増すため、比表面積も大きくなる。
【００６１】
比表面積を次第に大きくしていくと、比表面積が約１．１までは接触抵抗は急激に減少し、比表面積が約１．３までは接触抵抗はほぼ横ばいで、比表面積がそれ以上になると接触抵抗は徐徐に大きくなる。
例えば５０ｍΩ・ｃｍ２を接触抵抗の最大値とすると、ロール研磨後の比表面積としては、１．０８〜１．４６が望ましい。
【００６２】
図８（ａ），（ｂ）はステンレス鋼材とカーボンペーパーとの接触状態を示す断面図であり、図５〜図７に示した接触抵抗を測定する際、ステンレス鋼材と電極であるカーボンペーパーとを所定の面圧で接触させた状態を示すものである。（ａ）は図５に示した実施例２のセパレータ３２（図４（ｄ）も参照）にカーボンペーパー３８を接触させた状態を示す。図中の太い実線は、セパレータ３２とカーボンペーパー３８との接触面３９である。
【００６３】
（ｂ）は、図５に示した比較例３の中間部材３１Ａ（図４（ｃ）も参照）にカーボンペーパー３８を接触させた状態を示す。図中の太い実線は、中間部材３１Ａとカーボンペーパー３８との接触面４０である。
【００６４】
上記（ａ），（ｂ）で示すように、実施例２では、セパレータ３２の表面粗さをロールブラシ研磨により調整することで、セパレータ３２とカーボンペーパー３８との接触面３９の面積を大きくすることができ、電気的な接触抵抗をより小さくすることができる。これに対して、比較例３では、変質層を除去しただけで、表面粗さの調整を行っていないため、表面粗さが小さく、中間部材３１Ａとカーボンペーパー３８との接触面４０の面積は不十分である。従って、接触抵抗は実施例２に比べて大きくなる。
【００６５】
図９は本発明に係るステンレス鋼材の圧延影響部除去方法（第３の実施の形態）を示す工程図であり、図４に示した導電物含有ステンレス鋼材と同一のものを素材として使用し、このステンレス鋼材の圧延の後に、ロールブラシ４１，４２間に溝成形後のプレス材３１を通し、ロールブラシ４１，４２による研磨によって、圧延工程で圧延材の表層部にできた変質層を除去するとともに、プレス材３１の表面を所定の表面粗さに加工する、即ち、表面粗さ調整を行う工程を示す。
以上で、変質層が無く、所定表面粗さ、例えば、Ｒａ０．８（比表面積１．３）としたステンレス鋼材製のセパレータができる。
【００６６】
ロールブラシ４１，４２の仕様及び研磨条件は、以下に示すように、プレス材３１の変質層除去時と、この変質層除去に続く表面粗さ調整時とで変更した。
（１）変質層除去時
・ロールブラシ仕様
毛の材質：アルミナ繊維を含有するナイロン（或いはＳｉＣ粒子を含有するナイロン）
毛の線径：１ｍｍ
アルミナ繊維の線径：１５μｍ
【００６７】
・研磨条件
ロールブラシ回転数：１０００ｒｐｍ
研磨時間：５ｍｉｎ（水を供給しながら研磨した。）
【００６８】
（２）表面粗さ調整時
・ロールブラシ仕様
毛の材質：アルミナ繊維を含有するナイロン（或いはＳｉＣ粒子を含有するナイロン）
毛の線径：１ｍｍ
アルミナ繊維の線径：１０μｍ
【００６９】
・研磨条件
ロールブラシ回転数：２０００ｒｐｍ
研磨時間：１０ｍｉｎ（水を供給しながら研磨した。）
【００７０】
図１０は本発明に係るステンレス鋼材の圧延影響部除去方法（第４の実施の形態）を示す工程図である。
まず、工程を順に説明する。なお、ＳＴ××はステップ番号を示す。
ＳＴ２１…素材として導電物（図４に示した導電物３６である。）を含有するステンレス鋼材２５を準備する。
【００７１】
ＳＴ２２…ステンレス鋼材２５を圧延する。
ＳＴ２３…ステンレス鋼材２５の圧延後の圧延材２６をプレス型１３，１４でプレス成形し、圧延材２６に複数の溝を形成する。
【００７２】
ＳＴ２４…２台のベルト研磨装置４５，４６間に溝成形後のプレス材４７を通し、ベルト研磨装置４５，４６による研磨によって、圧延工程で圧延材２６の表層部にできた変質層を除去するとともに、プレス材４７の表面を所定の表面粗さに加工する、即ち、表面粗さ調整を行う。
以上で、変質層が無く、所定表面粗さとしたステンレス鋼材製のセパレータ４８ができる。
【００７３】
ベルト研磨装置４５は、モータで駆動する駆動ロール５１と、プレス材４７側に配置したコンタクトロール５２と、これらの駆動ロール５１及びコンタクトロール５２のそれぞれに掛け渡した研磨ベルト５３とからなる。なお、ベルト研磨装置４６もベルト装置４５と同じ構成としたものである。
コンタクトロール５２は、硬度をＨｓ７５（ＪＩＳ  Ｋ  ６３０１  Ａ）としたゴム製の部材である。
研磨ベルト５３は、粒度が１５０メッシュの砥粒を接着剤により付着させたものである。
【００７４】
ベルト研磨装置４５，４６による研磨条件は以下の通りである。
・研磨条件
コンタクトロール回転数：２５００ｒｐｍ
研磨時間：０．２ｍｉｎ
【００７５】
図１１は研磨ベルトの砥粒粒度とステンレス鋼材の表面粗さとの関係を示すグラフであり、図１０に示した研磨ベルト装置４５，４６を使用して、砥粒粒度が１５０メッシュ以外に２種の砥粒粒度の研磨ベルトでそれぞれステンレス鋼材を研磨したときの表面粗さの違いを比較したものである。縦軸は表面粗さＲｚ（単位はμｍ）、横軸は砥粒粒度が８０メッシュ、１２０メッシュ及び１５０メッシュの３種の研磨ベルトを示す。グラフ中の黒丸は硬度がＨｓ７５のコンタクトロールを使用した場合（本実施の形態）、白丸は硬度がＨｓ１００のコンタクトロールを使用した場合（比較例）を示す。
【００７６】
本実施の形態のＨｓ７５のコンタクトロールでは、研磨ベルトの砥粒粒度が細かくなるにつれて、表面粗さＲｚは次第に小さくなり、しかも、表面粗さのばらつきは小さい。従って、ステンレス鋼材の表面粗さの調整が容易に行え、品質を安定させることができる。
【００７７】
これに対して比較例のＨｓ１００のコンタクトロールでは、８０メッシュに対して１２０メッシュでは、表面粗さは小さくなるが、１５０メッシュの場合には１２０メッシュに比べて表面粗さが大きくなる。これは、コンタクトロールの硬度が大きいために、ステンレス鋼材に研磨ベルトをコンタクトロールで押し付けるときに、コンタクトロールから研磨ベルトに押圧力は一定して伝わらず、表面粗さがばらついたためと考えられる。
以上のことから、本実施の形態として、砥粒粒度が１５０メッシュの研磨ベルトと、硬度がＨｓ７５のコンタクトロールとの組合わせを採用した。
【００７８】
図１２は研磨したステンレス鋼材の接触抵抗を面圧を変化させて測定したときのデータを示すグラフであり、接触抵抗は、ステンレス鋼材をベルト研磨してできるセパレータをそれぞれ２枚ずつ用意し、これらのセパレータ間に電極となるカーボンペーパーを１枚挟んで、セパレータとカーボンペーパーとの間に発生する面圧を変化させ、２枚のセパレータ間の接触抵抗を測定したものである。なお、縦軸は接触抵抗（単位はｍΩ・ｃｍ２）、横軸は面圧（単位はｋｇｆ／ｃｍ２）を表す。
【００７９】
図１１に示した砥粒粒度が１５０メッシュの研磨ベルトを実施例３、１２０メッシュの研磨ベルトを比較例５、８０メッシュの研磨ベルトを比較例６とすると、どの試料でも、セパレータの面圧を大きくするにつれて、接触抵抗は小さくなる。（詳細は図１３で説明する。）また、同一面圧では、１５０メッシュの研磨ベルトの接触抵抗が最も小さく、砥粒粒度が１２０メッシュ、８０メッシュと粗くなるにつれて、接触抵抗は大きくなる。本実施の形態の１５０メッシュの研磨ベルトでは、セパレータの面圧が２０ｋｇｆ／ｃｍ２のときに、接触抵抗が１２ｍΩ・ｃｍ２となる。
【００８０】
図１３（ａ）〜（ｃ）はベルト研磨による効果を説明する作用図である。
（ａ）は図１０に示したプレス材４７の拡大断面図であり、プレス材４７の表面（溝以外の部分である。）に山部６１…及び谷部６２…が形成されていることを示す。
【００８１】
（ｂ）は（ａ）の状態からベルト研磨により山部６１…の頂上付近を平坦にして平坦部６３…を形成し、このプレス材４７をカーボンペーパー３８に所定の面圧で接触させたことを示す。太線は山部６１…とカーボンペーパー３８との接触部６４…を示す。図中のｇ１は山部６１の研磨量である。
【００８２】
（ｃ）は図１２に示した実施例３のセパレータ４８（図１０も参照）にカーボンペーパー３８を所定の面圧で接触させたことを示す。セパレータ４８は山部６１…に平坦部６６…を形成したものであり、カーボンペーパー３８と接触部６７…（太い実線）で接触する。図中のｇ２は山部６１の研磨量であり、ｇ２＞ｇ１である。
【００８３】
上記の（ｂ），（ｃ）において、セパレータ４８の平坦部６６は平坦部６３…に対して更に研磨したものであり、セパレータの接触部６７…の面積は接触部６４…の面積よりも大きくなる。
【００８４】
このように、本発明の実施例３では、研磨ベルトの砥粒粒度を１５０メッシュ、コンタクトロールの硬度をＨｓ７５とすることで、セパレータ４８の表面粗さをより小さく、且つ表面粗さのばらつきを小さくすることができる（即ち、表面粗さを安定させることができる。）。従って、セパレータ４８をより平坦に研磨することができるため、所定の研磨量を確保することでカーボンペーパー３８との接触面積をより大きくすることができて、接触抵抗を小さくすることができる。
【００８５】
以上の図４〜図７で説明したように、本発明は第１に、粒状の導電物３６を含有するステンレス鋼材２５の圧延時の圧延材２６に形成される変質層３５を研磨にて除去することを特徴とする。
【００８６】
研磨によって、導電物含有ステンレス鋼材２５における変質層３５の除去に加え、導電物３６の頭出しを１工程で行うことができ、従来、変質層３５の除去と導電物３６の頭出しとを別の工程で行っていたのに比べて工程数を減らすことができる。従って、例えば、導電物３６を含有するステンレス鋼材２５を用いた燃料電池用セパレータの生産性を高めるとともに製造コストを低減することができる。
【００８７】
また、研磨により物理的に変質層３５を除去することから、化学的な方法を実施したときのような廃液処理等のコストが不要なため、より一層のコスト低減を図ることができる。
【００８８】
本発明は第２に、研磨を、セラミックス砥粒であるアルミナ砥粒３７を研磨剤としてロールブラシ２７，２８により行うことを特徴とする。
硬度が大きなアルミナ砥粒３７を研磨に用いることで、研磨性能を高めることができ、しかもロールブラシ２７，２８を使用することから、研磨作業のコストを低減することができる。ロールブラシ２７，２８はナイロンブラシであるから、耐摩耗性を向上させることができ、長時間使用することができる。
【００８９】
本発明は第３に、図９で説明したように、研磨を、セラミックス含有樹脂ブラシ、即ち、アルミナ繊維或いはＳｉＣ粒子等のセラミックスを含有する樹脂製のロールブラシ４１，４２により行うことを特徴とする。
セラミックス含有樹脂ブラシとしてのロールブラシ４１，４２によってブラシの耐摩耗性をより一層高めることができる。
【００９０】
本発明は第４に、図１０で説明したように、研磨を、研磨ベルト５３によりベルト研磨としたことを特徴とする。
研磨ベルト５３であるから、研磨面積を大きくすることができ、研磨の効率を高めることができる。また、研磨ベルト５３の周長の大きくすることで研磨ベルト５３に付着させた砥粒の摩耗を小さくでき、研磨ベルト５３の交換時期を延ばすことができる。
【００９１】
本発明は第５に、ベルト研磨で使用する研磨ベルト５３に付着させた砥粒の粒度を１５０メッシュとし、研磨ベルト５３をプレス材４７に押し付けるゴム製コンタクトロール５２の硬度をＨｓ７５（ＪＩＳ  Ｋ  ６３０１  Ａ）としたことを特徴とする。
【００９２】
硬度がＨｓ７５のコンタクトロール５２と、１５０メッシュの研磨ベルト５３とを組み合わせると、セパレータ４８の表面粗さをより小さくするとともに表面粗さのばらつきを小さくすることができるため、圧延後の圧延材２６の山部６１（図１３参照）を平坦にすることができ、ステンレス鋼材をセパレータとして燃料電池に組込んだ場合に、このセパレータと電極又は他のセパレータとの接触面積を増すことができ、電気的な接触抵抗をより小さくすることができる。
【００９３】
本発明は第６に、図４〜図７で説明したように、変質層３５の除去後の表面粗さをＲａ０．４〜１．８にし、セパレータ３２の片面の表面積をその投影面積で除した比表面積を１．０８〜１．４６にしたことを特徴とする。
【００９４】
変質層３５の除去後の表面粗さがＲａ０．４を下回ると、表面粗さが小さいために、電極や他のセパレータと実際に接触する接触面積を大きくすることができず、接触抵抗は大きくなる。
変質層３５の除去後の表面粗さがＲａ１．８を上回ると、表面粗さが大きすぎて、表面の研磨傷が深くなり、電極や他のセパレータとの接触面積が小さくなり、接触抵抗は大きくなる。
【００９５】
また、変質層３５の除去後の比表面積が１．０８を下回ると、表面積が小さいために、電極や他のセパレータとの接触面積が小さく、接触抵抗は大きくなる。変質層３５の除去後の比表面積が１．４６を上回ると、表面積が大きいが、電極や他のセパレータと接触しない部分が形成されて接触面積が小さくなり、接触抵抗は大きくなる。
【００９６】
従って、変質層３５の除去後の表面粗さをＲａ０．４〜１．８、比表面積を１．０８〜１．４６にしたことで、セパレータ３２の電気的な接触抵抗をより小さくすることができる。
【００９７】
尚、本発明のセラミックス砥粒としては、アルミナ砥粒に限らず、ＳｉＣ砥粒でもよい。
【００９８】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１のステンレス鋼材の圧延影響部除去方法は、粒状の導電物を含有するステンレス鋼材に圧延時に形成される圧延影響部を研磨にて除去するので、研磨によって導電物含有ステンレス鋼材における圧延影響部の除去に加え、導電物の頭出しを１工程で行うことができ、従来、圧延影響部の除去と導電物の頭出しとを別の工程で行っていたのに比べて工程数を減らすことができる。従って、例えば、導電物含有ステンレス鋼材を用いた燃料電池用セパレータの生産性を高めるとともに製造コストを低減することができる。
【００９９】
また、研磨により物理的に圧延影響部を除去することから、化学的な方法を実施したときのような廃液処理等のコストが不要なため、より一層のコスト低減を図ることができる。
【０１００】
請求項２のステンレス鋼材の圧延影響部除去方法は、研磨を、セラミックス砥粒を研磨剤としてブラシにより行うので、硬度が大きなセラミックス砥粒を研磨に用いることで、研磨性能を高めることができ、しかもブラシを使用することから、研磨作業のコストを低減することができる。ブラシとしてナイロンブラシを用いれば、耐摩耗性を向上させることができ、長時間使用することができる。
【０１０１】
請求項３のステンレス鋼材の圧延影響部除去方法は、研磨を、セラミックス含有樹脂ブラシにより行うので、セラミックス含有樹脂ブラシによってブラシの耐摩耗性をより一層高めることができる。
【０１０２】
請求項４のステンレス鋼材の圧延影響部除去方法は、研磨を、ベルト研磨としたので、研磨面積を大きくすることができ、研磨の効率を高めることができる。また、ベルトの周長の大きくすることでベルトに付着させた砥粒の摩耗を小さくでき、ベルトの交換時期を延ばすことができる。
【０１０３】
請求項５のステンレス鋼材の圧延影響部除去方法は、ベルト研磨で使用するベルトに付着させた砥粒の粒度を１５０メッシュとし、ベルトをステンレス鋼材に押し付けるゴム製コンタクトロールの硬度をＨｓ７５（ＪＩＳ  Ｋ  ６３０１  Ａ）としたので、ステンレス鋼材の表面粗さをより小さくするとともに表面粗さのばらつきを小さくすることができるため、圧延後のステンレス鋼材の山部を平坦にすることができ、ステンレス鋼材をセパレータとして燃料電池に組込んだ場合に、このセパレータと電極又は他のセパレータとの接触面積を増すことができ、電気的な接触抵抗をより小さくすることができる。
【０１０４】
請求項６のステンレス鋼材の圧延影響部除去方法は、圧延影響部の除去後の表面粗さをＲａ０．４〜１．８にし、ステンレス鋼材の片面の表面積をその投影面積で除した比表面積を１．１〜１．５にしたので、ステンレス鋼材の電気的な接触抵抗をより小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るステンレス鋼材の圧延影響部除去方法（第１の実施の形態）を示す説明図
【図２】ロールブラシによる研磨後のセパレータ断面図（第１の実施の形態）
【図３】ステンレス鋼材に作用させた面圧と接触抵抗との関係を示すグラフ
【図４】本発明に係るステンレス鋼材の圧延影響部除去方法（第２の実施の形態）を示す断面図
【図５】本発明に係るステンレス鋼材に作用させた面圧と接触抵抗との関係を示すグラフ（第２の実施の形態）
【図６】本発明に係るステンレス鋼材の表面粗さと接触抵抗との関係を示すグラフ（第２の実施の形態）
【図７】本発明に係るステンレス鋼材の比表面積と接触抵抗との関係を示すグラフ（第２の実施の形態）
【図８】ステンレス鋼材とカーボンペーパーとの接触状態を示す断面図
【図９】本発明に係るステンレス鋼材の圧延影響部除去方法（第３の実施の形態）を示す工程図
【図１０】本発明に係るステンレス鋼材の圧延影響部除去方法（第４の実施の形態）を示す工程図
【図１１】研磨ベルトの砥粒粒度とステンレス鋼材の表面粗さとの関係を示すグラフ
【図１２】研磨したステンレス鋼材の接触抵抗を面圧を変化させて測定したときのデータを示すグラフ
【図１３】ベルト研磨による効果を説明する作用図
【図１４】従来の金属製セパレータの製造要領を説明する説明図
【図１５】従来の金属製セパレータの製造工程を説明するフロー図
【符号の説明】
１１，１２，１８，２５，２６，３１，４７…ステンレス鋼材、１６，１７…ブラシ（ロールブラシ）、２３，３５…圧延影響部（変質層）、３６…導電物、３７…セラミックス砥粒（アルミナ砥粒）、４１，４２…セラミックス含有樹脂ブラシ（ロールブラシ）、５２…コンタクトロール、５３…ベルト（研磨ベルト）。
【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】
2004160472.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004160472.tif 000009
【図８】
2004160472.tif 000010
【図９】
2004160472.tif 000011
【図１０】
2004160472.tif 000012
【図１１】
2004160472.tif 000013
【図１２】
2004160472.tif 000014
【図１３】
2004160472.tif 000015
【図１４】
2004160472.tif 000016
【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年11月25日(2002.11.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１２】
2004160472.tif 000018