(57)【要約】【課題】低電気抵抗（高導電性）と高耐食性を、長期間、安定して維持することができる（耐久性を有する）、基材が金属製である、燃料電池のセパレータと、その製造方法の提供。【解決手段】（１）金属からなる基材１１と該基材の表面に形成された表面処理層１２とを有する燃料電池のセパレータ１０であって、表面処理層１２が、金属からなる基材側部分１２ａと、原子レベルで形成された炭素、または炭素と金属、半金属元素との複合化物からなる、基材と反対側部分１２ｂと、を有する燃料電池のセパレータ。（２）表面処理層１２が、原子レベルで形成された炭素または炭素と金属、半金属元素との複合化物からなる、基材と反対側部分１２ｂの上に、さらに炭素粒子複合膜１６を有する燃料電池のセパレータ。（３）原子レベルで形成された炭素、または炭素と金属、半金属元素との複合化物からなる層を乾式コーティングで形成する燃料電池のセパレータの製造方法。【選択図】　　　　図１
2004014208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属からなる基材と該基材の表面に形成された表面処理層とを有する燃料電池のセパレータであって、
前記表面処理層が、
金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）、または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）、からなる基材側部分と、
原子レベルで形成された炭素（Ｃ）からなる、または炭素に金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）を原子レベルで複合化した（Ｃ＋ＭｅまたはＭｅＣ）からなる、基材と反対側部分と、
を有する燃料電池のセパレータ。
【請求項２】
前記表面処理層が、前記（Ｃ）または（Ｃ＋ＭｅまたはＭｅＣ）からなる、基材と反対側部分の上に、さらに炭素粒子複合膜を有する請求項１記載の燃料電池のセパレータ。
【請求項３】
前記表面処理層の金属が、基材の金属と異なる請求項１記載の燃料電池のセパレータ。
【請求項４】
金属からなる基材と該基材の表面に形成された表面処理層とを有する燃料電池のセパレータであって、
前記表面処理層が、金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）、または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）、または炭素（Ｃ）、の少なくとも２つを含み、基材側とその反対側とで成分濃度傾斜を有する、燃料電池のセパレータ。
【請求項５】
前記表面処理層が、
前記基材の上に形成された、耐食性を有する金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）、または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）からなる、（ＭｅまたはＭｅＣ）層と、
該（ＭｅまたはＭｅＣ）層の上に形成された、炭素（Ｃ）と、金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）とを含有し、前記基材から離れるにつれて炭素（Ｃ）の配合割合が多くなる、（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層と、
前記（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層の上に形成された、原子レベルで形成された炭素層と、からなり、
前記基材側部分が前記（ＭｅまたはＭｅＣ）層から構成され、前記基材と反対側部分が前記炭素層から構成されている、
請求項１または請求項２記載の燃料電池のセパレータ。
【請求項６】
前記表面処理層が、
前記基材の上に形成された、炭素（Ｃ）と、金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）とを含有し、前記基材から離れるにつれて炭素（Ｃ）の配合割合が多くなる、（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層と、
前記（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層の上に形成された、原子レベルで形成された炭素層と、からなり、
前記基材側部分が前記（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層のうち前記基材に近い部分から構成され、前記基材と反対側部分が前記炭素層から構成されている、請求項１または請求項２記載の燃料電池のセパレータ。
【請求項７】
前記表面処理層が、
前記基材の上に形成された、耐食性を有し炭素との結合性を有する金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）、または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）からなる、（ＭｅまたはＭｅＣ）層と、
前記（ＭｅまたはＭｅＣ）層の上に形成された、原子レベルで形成された炭素層と、
からなり、
前記基材側部分が前記（ＭｅまたはＭｅＣ）層から構成され、前記基材と反対側部分が前記炭素層から構成されている、
請求項１または請求項２記載の燃料電池のセパレータ。
【請求項８】
前記表面処理層が、
前記基材の上に形成された、炭素（Ｃ）と、金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）とを含有し、前記基材から離れるにつれて炭素（Ｃ）の配合割合が多くなる、（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層、からなり、
前記基材側部分が前記（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層のうち前記基材に近い部分から構成され、前記基材と反対側部分が前記（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層のうち前記基材から遠い部分から構成されている、
請求項１または請求項２記載の燃料電池のセパレータ。
【請求項９】
前記表面処理層が、
前記基材の上に形成された、耐食性を有する種類（Ｂ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ｂ））、または該種類（Ｂ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ｂ）Ｃ）からなる、（Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）層と、
該（Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）層の上に形成された、種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ａ））または該種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ａ）Ｃ）と、前記種類（Ｂ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ｂ））または該種類（Ｂ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ｂ）Ｃ）とを含有し、前記基材から離れるにつれて種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ａ））または該種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ａ）Ｃ）の配合割合が多くなる、（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ−Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）傾斜層と、
該（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ−Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）傾斜層の上に形成された、炭素（Ｃ）と、前記種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ａ））または該種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ａ）Ｃ）とを含有し、前記基材から離れるにつれて炭素（Ｃ）の配合割合が多くなる、（炭素−Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）傾斜層と、
前記（炭素−Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）傾斜層の上に形成された、原子レベルで形成された炭素層と、からなり、
前記基材側部分が前記（Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）層から構成され、前記基材と反対側部分が前記炭素層から構成されている、
請求項１または請求項２記載の燃料電池のセパレータ。
【請求項１０】
前記表面処理層が、
前記基材の上に形成された、種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ａ））または該種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ａ）Ｃ）と、種類（Ｂ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ｂ））または該種類（Ｂ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ｂ）Ｃ）とを含有し、前記基材から離れるにつれて種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ａ））または該種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ａ）Ｃ）の配合割合が多くなる、（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ−Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）傾斜層と、
該（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ−Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）傾斜層の上に形成された、炭素（Ｃ）と、前記種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ａ））または該種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ａ）Ｃ）とを含有し、前記基材から離れるにつれて炭素（Ｃ）の配合割合が多くなる、（炭素−Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）傾斜層と、
前記（炭素−Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）傾斜層の上に形成された、原子レベルで形成された炭素層と、からなり、
前記基材側部分が前記（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ−Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）傾斜層のうち前記基材に近い（Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）部分から構成され、前記基材と反対側部分が前記炭素層から構成されている、
請求項１または請求項２記載の燃料電池のセパレータ。
【請求項１１】
前記表面処理層が、
前記基材の上に形成された、耐食性を有する種類（Ｂ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ｂ））、または該種類（Ｂ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ｂ）Ｃ）からなる、（Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）層と、
前記（Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）層の上に形成された、炭素との結合性を有する種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ａ））、または該種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ａ）Ｃ）からなる、（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）層と、
前記（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）層の上に形成された、原子レベルで形成された炭素層と、
からなり、
前記基材側部分が前記（Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）層から構成され、前記基材と反対側部分が前記炭素層から構成されている、
請求項１または請求項２記載の燃料電池のセパレータ。
【請求項１２】
前記表面処理層が、
前記基材の上に形成された、種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ａ））または該種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ａ）Ｃ）と、種類（Ｂ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ｂ））または該種類（Ｂ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ｂ）Ｃ）とを含有し、前記基材から離れるにつれて種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ａ））または該種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ａ）Ｃ）の配合割合が多くなる、（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ−Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）傾斜層と、
該（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ−Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）傾斜層の上に形成された、炭素（Ｃ）と、前記種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ａ））または該種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ａ）Ｃ）とを含有し、前記基材から離れるにつれて炭素（Ｃ）の配合割合が多くなる、（炭素−Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）傾斜層と、
からなり、
前記基材側部分が前記（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ−Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）傾斜層のうち前記基材に近い（Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）部分から構成され、前記基材と反対側部分が前記（炭素−Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）傾斜層のうち前記基材から遠い炭素部分から構成されている、
請求項１または請求項２記載の燃料電池のセパレータ。
【請求項１３】
前記表面処理層が、
前記基材の上に形成された、耐食性を有する金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）、または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）からなる、（ＭｅまたはＭｅＣ）層と、
該（ＭｅまたはＭｅＣ）層の上に形成された、炭素（Ｃ）に前記金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）を原子レベルで複合化した（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）と、前記金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）とを含有し、前記基材から離れるにつれて（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）の配合割合が多くなる、（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層と、
前記（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層の上に形成された、炭素（Ｃ）に前記金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）を原子レベルで複合化した（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）層と、からなり、
前記基材側部分が前記（ＭｅまたはＭｅＣ）層から構成され、前記基材と反対側部分が前記（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）層から構成されている、
請求項１または請求項２記載の燃料電池のセパレータ。
【請求項１４】
前記表面処理層が、
前記基材の上に形成された、炭素（Ｃ）に金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）を原子レベルで複合化した（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）と、前記金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）とを含有し、前記基材から離れるにつれて（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）の配合割合が多くなる、（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層と、
前記（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層の上に形成された、炭素（Ｃ）に前記金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）を原子レベルで複合化した（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）層と、からなり、
前記基材側部分が前記（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層の前記基材に近い（ＭｅまたはＭｅＣ）部分から構成され、前記基材と反対側部分が前記（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）層から構成されている、
請求項１または請求項２記載の燃料電池のセパレータ。
【請求項１５】
前記表面処理層が、
前記基材の上に形成された、耐食性を有し炭素との結合性を有する金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）、または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）からなる、（ＭｅまたはＭｅＣ）層と、
前記（ＭｅまたはＭｅＣ）層の上に形成された、炭素（Ｃ）に前記金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）を原子レベルで複合化した（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）層と、
からなり、
前記基材側部分が前記（ＭｅまたはＭｅＣ）層から構成され、前記基材と反対側部分が前記（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）層から構成されている、
請求項１または請求項２記載の燃料電池のセパレータ。
【請求項１６】
前記表面処理層が、
前記基材の上に形成された、炭素（Ｃ）に金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）を原子レベルで複合化した（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）と、前記金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）とを含有し、前記基材から離れるにつれて（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）の配合割合が多くなる、（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層、
からなり、
前記基材側部分が前記（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層の前記基材に近い（ＭｅまたはＭｅＣ）部分から構成され、前記基材と反対側部分が前記基材から遠い（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）部分から構成されている、
請求項１または請求項２記載の燃料電池のセパレータ。
【請求項１７】
金属からなる基材と該基材の表面に形成された表面処理層とを有し、
該表面処理層が、
金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）からなる基材側部分と、
原子レベルで形成された炭素（Ｃ）からなる、または炭素に金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）を原子レベルで複合化した（Ｃ＋ＭｅまたはＭｅＣ）からなる、基材と反対側部分と、
を有する燃料電池のセパレータの製造方法であって、　　　　　　　　　　　　前記表面処理層のうち少なくとも前記基材と反対側部分を、乾式コーティングにより形成する燃料電池のセパレータの製造方法。
【請求項１８】
前記乾式コーティングにより形成した前記基材と反対側部分の上に、さらに炭素粒子複合膜を形成する請求項１７記載の燃料電池のセパレータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池のセパレータとその製造方法に関し、とくに固体高分子電解質型燃料電池の金属セパレータの表面処理層とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子電解質型燃料電池は、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　Ａｓｓｅｍｂｌｙ）とセパレータとからなるセルを１層以上重ねてモジュールとし、モジュールを積層して構成される。
ＭＥＡは、イオン交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極（アノード）および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード）とからなる。ＭＥＡとセパレータとの間には、通常、拡散層が設けられる。この拡散層は、触媒層への反応ガスの拡散をよくするためのものである。セパレータは、アノードに燃料ガス（水素）を供給する燃料ガス流路およびカソードに酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための酸化ガス流路が形成されるとともに、隣接するセル間の電子の通路を構成している。
セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル（電極板）、インシュレータ、エンドプレートを配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート）とボルトにて固定して、スタックが形成される。
固体高分子電解質型燃料電池では、アノード側で、水素を水素イオン（プロトン）と電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソード側に移動し、カソード側で、酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、または、セル積層体の一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通してセル積層体の他端のセルのカソードにくる）から水を生成する反応が行われる。
アノード側：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
カソード側：２Ｈ＋＋２ｅ−＋（１／２）Ｏ２→Ｈ２Ｏ
セパレータは、導電性をもつ必要があるため、金属または炭素または導電性樹脂から構成される。カーボンセパレータ、導電性樹脂セパレータは、酸性水に触れても化学的に安定しているので、導電性を維持できるが、流路を形成したときに流路底面に強度上必要な厚さを有していなければならないので厚さが厚くなり、スタック長が長くなるという問題がある。メタルセパレータは強度が大のため流路のための凹凸を形成しても厚さは薄くてよくスタック長が短くなるが、酸性水による腐食とそれによる導電性低下、出力低下が問題になる。すなわち、メタルセパレータを用いるには、メタルセパレータが導電性と耐食性を長期間維持できることが必要である。
特開２０００−６７８８１は、導電性と耐食性に優れた炭素の膜を、メタルセパレータの基材表面に、直接、イオンビーム蒸着法により形成して、基材表面に非晶質炭素膜を有する燃料電池のセパレータを開示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のメタルセパレータは、炭素膜が直接金属板に形成されるため、炭素膜とメタルセパレータ基材（ＳＵＳ）との密着性が不十分であり、炭素膜とメタルセパレータ基材との剥離部位に酸性の水分が侵入し、メタルセパレータ基材から金属イオンが溶出しメタルセパレータ基材を腐食させ、結果、メタルセパレータの耐久性が不十分となるという問題があった。
本発明の目的は、低電気抵抗（高導電性）と高耐食性を、長期間、安定して維持することができる（耐久性を有する）、基材が金属製である、燃料電池のセパレータと、その製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）　金属からなる基材と該基材の表面に形成された表面処理層とを有する燃料電池のセパレータであって、
前記表面処理層が、
金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）、または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）、からなる基材側部分と、
原子レベルで形成された炭素（Ｃ）からなる、または炭素に金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）を原子レベルで複合化した（Ｃ＋ＭｅまたはＭｅＣ）からなる、基材と反対側部分と、
を有する燃料電池のセパレータ。
表面処理層は単一傾斜層であってもよい。
（２）　前記表面処理層が、前記（Ｃ）または（Ｃ＋ＭｅまたはＭｅＣ）からなる、基材と反対側部分の上に、さらに炭素粒子複合膜を有する（１）記載の燃料電池のセパレータ。
（３）　金属からなる基材と該基材の表面に形成された表面処理層とを有し、
該表面処理層が、
金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）からなる基材側部分と、
原子レベルで形成された炭素（Ｃ）からなる、または炭素に金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）を原子レベルで複合化した（Ｃ＋ＭｅまたはＭｅＣ）からなる、基材と反対側部分と、
を有する燃料電池のセパレータの製造方法であって、　　　　　　　　　　　　前記表面処理層のうち少なくとも前記基材と反対側部分を、乾式コーティングにより形成する燃料電池のセパレータの製造方法。
（４）　前記乾式コーティングにより形成した前記基材と反対側部分の上に、さらに炭素粒子複合膜を形成する（３）記載の燃料電池のセパレータの製造方法。
【０００５】
上記（１）の燃料電池用セパレータでは、表面処理層が、炭素層（基材と反対側部分）とセパレータ金属基材との間に、金属層（基材側部分）を有するので、炭素層とセパレータ金属基材との密着性、耐腐食性が向上して、耐久性が向上し、また、炭素層が原子レベルで形成されているため、欠陥が抑制され、低電気抵抗、高耐食性が得られる。
上記（２）の燃料電池用セパレータでは、上記（１）の表面処理層の上に、さらに炭素粒子複合膜を有するので、上記（１）の表面処理層の作用がそのまま得られる。また、基材の上に貴金属層を形成しその上に炭素塗膜を形成して表面処理層を形成した場合と同等の低電気抵抗、高耐食性、耐久性を、貴金属を用いることなく、したがって、低コストで達成できる。
上記（３）、（４）の燃料電池用セパレータの製造方法では、少なくとも炭素層を乾式コーティングによって形成するので、原子レベルの炭素層を容易に形成できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の燃料電池のセパレータとその製造方法の望ましい実施例を、図１〜図１９を参照して説明する。
図中、図１〜図１２は本発明の実施例１（原子レベルで形成された炭素層をもつ表面処理層をもつセパレータ）を示し、
図１３は本発明の実施例２（原子レベルで形成された炭素層の上にさらに炭素粒子複合膜をもつ表面処理層をもつセパレータ）を示している。
また、図１〜図１２は、実施例１、２に適用可能な、表面処理層のバリエーションＩ〜ＸＩＩを示す。
本発明の実施例１、２にわたって共通するまたは類似する部分には、本発明の実施例１、２にわたって同じ符合を付してある。
【０００７】
まず、本発明の実施例１、２にわたって共通するまたは類似する部分を、図１を参照して、説明する。
本発明が適用されるセパレータが組み付けられる燃料電池は、燃料電池自動車等に搭載される。ただし、自動車以外に搭載されてもよい。
本発明が適用されるセパレータが組み付けられる燃料電池は固体高分子電解質型燃料電池であり、ＭＥＡとセパレータとの積層からなるスタック構成は、従来技術で説明した一般の固体高分子電解質型燃料電池の構成に準じる。
【０００８】
本発明の燃料電池のセパレータ１０は、メタルセパレータであり、図１に示すように、金属からなるセパレータ基材１１と該基材１１の表面に形成された表面処理層１２とを有する。
表面処理層１２は、
金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）、または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）、からなる基材側部分（基材１１に近い部分）１２ａと、
原子レベルで形成された炭素（Ｃ）からなる、または炭素に金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）を原子レベルで複合化した（Ｃ＋ＭｅまたはＭｅＣ）からなる、基材と反対側部分（基材１１から遠い部分）１２ｂと、
を有する。
表面処理層１２は、金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）、または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）、または炭素（Ｃ）、の少なくとも２つを含み、基材側１２ａとその反対側１２ｂとで成分濃度傾斜を有するものであってもよい。その場合、表面炭素層は、（Ｃ＋ＭｅまたはＭｅＣ）であってもよい。
表面処理層１２の金属（Ｍｅ）は、基材１１の金属と異なる金属であってもよい（ただし、同じ金属であってもよい）。
金属（Ｍｅ）は、基材１１と同等以上の耐食性と、炭素との化学的反応性（炭素との結合可能性）を有するものであることが望ましい。
【０００９】
セパレータ基材１１の金属は、ステンレス（ＳＵＳ）、鋼（スチール）、アルミミウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、チタン（Ｔｉ）、チタン合金などを含む。
表面処理層１２の、基材と反対側部分１２ｂを構成する、原子レベルで形成された炭素（Ｃ）層、または炭素に金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）を原子レベルで複合化した（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）層は、
イ．蒸着、スパッタ、イオンプレーティングなど（炭素源としては、固体ターゲットだけでなく、炭化水素などのガスを用いたプロセスも含む）を含むＰＶＤ（ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、
ロ．ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、
を含む乾式コーティングによって形成された炭素層からなる。炭素は低電気抵抗、高耐食性であり、原子レベルで形成された炭素層または（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）層は、欠陥が抑制されている。
【００１０】
基材側部分１２ａを構成する金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）は、
４Ａ族の、チタン（Ｔｉ）、Ｚｒ（ジルコニウム）、ハフニウム（Ｈｆ）、
５Ａ族の、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、
６Ａ族の、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、
４Ｂ族の、ケイ素（Ｓｉ）、
３Ｂ族の、ホウ素（Ｂ）、
などを含む。
これらの金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）は、炭化物形成能（炭素との親和力）が高く、炭素と結合可能な金属あるいは半金属であり、かつ耐酸性が良好で耐食性を有する。
また、金属あるいは半金属であるため、セパレータ基材１１の金属と金属あるいは金属的結合することができ、基材１１との密着性がアップし、基材１１から剥離しにくいだけでなく、原子レベルのミクロ欠陥も抑制されている。
基材側部分１２ａを構成する金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）層は、ＰＶＤ、ＣＶＤを含む乾式コーティングによって形成されることが望ましい。Ｍｅ層は蒸着法以外の方法、たとえば、電気メッキなどの湿式コーティングによって形成されてもよい。
【００１１】
図１〜図１２は、表面処理層１２がとり得る構成の種々のバリエーションＩ〜ＸＩＩ（後述の実施例１、２の何れにも適用可能）を示している。表面処理層１２は、図１〜図１２の何れの構成をとってもよい。各バリエーションを以下に説明する。
【００１２】
バリエーションＩ（請求項５に対応）
バリエーションＩでは、図１に示すように、表面処理層１２が、
基材１１の上に形成された、耐食性を有する金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）、または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）からなる、（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３と、
（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３の上に形成された、炭素（Ｃ）と、金属あるいは半金属元素（Ｍｅ、層１３の金属あるいは半金属元素の種類と同じ種類でもよいし、異なる種類でもよい）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）とを含有し、基材１１から離れるにつれて炭素（Ｃ）の配合割合が多くなる、（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４と、
（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４の上に形成された、原子レベルで形成された炭素層１５と、からなる。
そして、基材側部分１２ａが（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３から構成され、基材と反対側部分１２ｂが炭素層１５から構成されている。
【００１３】
バリエーションＩの作用はつぎの通りである。
（ａ）　炭素層１５により、低電気抵抗、高耐食性が得られ、信頼性を向上できる。
（ｂ）　（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４により、
イ）炭素−金属結合の導入により（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４が緻密化され、低電気抵抗、高耐食性が得られる。
ロ）炭素−金属の傾斜配合により（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４内の応力緩和が得られ、（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４と炭素層１５、（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３との密着性が増し、結果、炭素層１５と基材１１との密着性も増す。
（ｃ）　（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３を設けたことにより、
イ）（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３と（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４との金属結合、および、（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３と基材１１との金属結合による、各層の密着性が増し、構造上の信頼性が増大する。
ロ）（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３の金属に基材１１より電気化学的に安定な材料を用いることにより、高耐食性が得られる。
【００１４】
バリエーションＩＩ（請求項６に対応）
バリエーションＩＩでは、図２に示すように、表面処理層１２が、
基材１１の上に形成された、炭素（Ｃ）と、金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）とを含有し、基材１１から離れるにつれて炭素（Ｃ）の配合割合が多くなる、（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４と、
（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４の上に形成された、原子レベルで形成された炭素層１５と、からなる。
そして、基材側部分１２ａが（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４のうち基材１１に近い部分から構成され、基材と反対側部分１２ｂが炭素層１５から構成されている。
【００１５】
バリエーションＩＩの作用はつぎの通りである。
（ａ）　炭素層１５により、低電気抵抗、高耐食性が得られ、信頼性を向上できる。
（ｂ）（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４により、
イ）炭素−金属結合の導入により（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４が緻密化され、低電気抵抗、高耐食性が得られる。
ロ）炭素−金属の傾斜配合により（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４内の応力緩和が得られ、（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層と炭素層１５、基材１１との密着性が増し、結果、炭素層１５と基材１１との密着性も増す。
【００１６】
バリエーションＩＩＩ（請求項７に対応）
バリエーションＩＩＩでは、図３に示すように、表面処理層１２が、
基材１１の上に形成された、耐食性を有し炭素との結合性を有する金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）、または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）からなる、（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３と、
（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３の上に形成された、原子レベルで形成された炭素層１５と、
からなる。
そして、基材側部分１２ａが（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３から構成され、基材と反対側部分１２ｂが炭素層１５から構成されている。
【００１７】
バリエーションＩＩＩの作用はつぎの通りである。
（ａ）　炭素層１５により、低電気抵抗、高耐食性が得られ、信頼性を向上できる。
（ｂ）（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３を設けたことにより、
イ）（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３と基材１１との金属結合と、（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３と炭素層１５との炭素−金属結合により、各層の密着性が増し、構造上の信頼性が増大する。
ロ）（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３の金属に基材１１より電気化学的に安定な材料を用いることにより、高耐食性が得られる。
【００１８】
バリエーションＩＶ（請求項８に対応）
バリエーションＩＶでは、図４に示すように、表面処理層１２が、
基材１１の上に形成された、炭素（Ｃ）と、金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）とを含有し、基材１１から離れるにつれて炭素（Ｃ）の配合割合が多くなる、（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４、からなる。
そして、基材側部分１２ａが（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４のうち基材１１に近い部分から構成され、基材と反対側部分が（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４のうち基材１１から遠い部分から構成されている。
【００１９】
バリエーションＩＶの作用はつぎの通りである。
（ａ）（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４を設けたことにより、
イ）炭素−金属結合の導入により（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４が緻密化され、低電気抵抗、高耐食性が得られる。また、基材と反対側部分１２ｂが（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４のうち基材１１から遠い部分である炭素層またはそれに近い組成の層からなるので、表面が炭素層１５から構成されている場合に準じた作用（低電気抵抗、高耐食性）が得られる。
ロ）炭素−金属の傾斜配合により（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４内の応力緩和が得られる。また、（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４内の層間の密着性はよいし、（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４の基材側部分１２ａの金属層と基材１１との密着性もよいので、（炭素−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４の外表面の炭素層と、基材１１との密着性はよい。したがって、高耐食性、耐久性が得られる。
【００２０】
バリエーションＶ（請求項９に対応）
バリエーションＶ〜ＶＩＩＩはバリエーション１〜ＩＶの下地層の構造バリエーションで、金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）が、Ｍｅ（Ａ）＝タングステン、Ｍｅ（Ｂ）＝クロムなどのように、２種類以上（３種類以上でもよい）の組み合わせからなる。層は複数種類の金属あるいは半金属元素を含む傾斜層、１種類の金属あるいは半金属元素を含む単一層を含む。
詳しくは、バリエーションＶでは、図５に示すように、表面処理層１２が、
基材１１の上に形成された、耐食性を有する種類（Ｂ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ｂ））、または該種類（Ｂ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ｂ）Ｃ）からなる、（Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）層１３と、
（Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）層１３の上に形成された、種類（Ｂ）とは異なる種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ａ））または該種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ａ）Ｃ）と、種類（Ｂ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ｂ））または該種類（Ｂ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ｂ）Ｃ）とを含有し、基材１１から離れるにつれて種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ａ））または該種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ａ）Ｃ）の配合割合が多くなる、（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ−Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）傾斜層１４−１と、
該（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ−Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）傾斜層１４−１の上に形成された、炭素（Ｃ）と、種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ａ））または該種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ａ）Ｃ）とを含有し、基材１１から離れるにつれて炭素（Ｃ）の配合割合が多くなる、（炭素−Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）傾斜層１４−２と、
（炭素−Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）傾斜層１４−２の上に形成された、原子レベルで形成された炭素層１５と、からなる。
上記で、種類が（Ａ）、（Ｂ）の２種類の場合は、傾斜層は１４−１、１４−２の２層となり、種類が（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）・・・（Ｎ）のＮ種類の場合は、傾斜層は１４−１、１４−２、・・・１４−ＮのＮ層となる。
そして、基材側部分１２ａが（Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）層１３から構成され、基材と反対側部分１２ｂが炭素層１５から構成されている。
【００２１】
バリエーションＶの作用はつぎの通りである。
（ａ）　炭素層１５により、低電気抵抗、高耐食性が得られ、信頼性を向上できる。
（ｂ）　（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ−Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）傾斜層１４−１、（炭素−Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）傾斜層１４−２により、
イ）金属−金属結合、および炭素−金属結合の導入により（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ−Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）傾斜層１４−１、（炭素−Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）傾斜層１４−２が緻密化され、低電気抵抗、高耐食性が得られる。
ロ）金属−金属結合、および炭素−金属結合の導入により（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ−Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）傾斜層１４−１、（炭素−Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）傾斜層１４−２内の応力緩和が得られ、（炭素−Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）傾斜層１４−２と炭素層１５、（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ−Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）傾斜層１４−１と（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３との密着性が増し、結果、炭素層１５と基材１１との密着性も増す。
ハ）傾斜層１４−１、１４−２を２層以上設けたので、傾斜層が１層の場合に比べて表面処理層１２内の応力がより一層緩和される。
（ｃ）　（Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）層１３を設けたことにより、
イ）（Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）層１３と（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ−Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）傾斜層１４−１との金属結合、および、（Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）層１３と基材１１との金属結合による、各層の密着性が増し、構造上の信頼性が増大する。
ロ）（Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）層１３の金属に基材１１より電気化学的に安定な材料を用いることにより、高耐食性が得られる。
【００２２】
バリエーションＶＩ（請求項１０に対応）
バリエーションＶＩでは、図６に示すように、表面処理層１２が、
基材１１の上に形成された、種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ａ））または該種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ａ）Ｃ）と、種類（Ｂ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ｂ））または該種類（Ｂ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ｂ）Ｃ）とを含有し、基材１１から離れるにつれて種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ａ））または該種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ａ）Ｃ）の配合割合が多くなる、（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ−Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）傾斜層１４−１と、
（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ−Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）傾斜層１４−１の上に形成された、炭素（Ｃ）と、種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ａ））または該種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ａ）Ｃ）とを含有し、基材１１から離れるにつれて炭素（Ｃ）の配合割合が多くなる、（炭素−Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）傾斜層１４−２と、
（炭素−Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）傾斜層１４−２の上に形成された、原子レベルで形成された炭素層１５と、
からなる。
そして、基材側部分１２ａが前記（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ−Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）傾斜層１４−１のうち基材１１に近い（Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）部分から構成され、基材と反対側部分１２ｂが炭素層１５から構成されている。
【００２３】
バリエーションＶＩの作用はつぎの通りである。
（ａ）　炭素層１５により、低電気抵抗、高耐食性が得られ、信頼性を向上できる。
（ｂ）　（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ−Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）傾斜層１４−１、（炭素−Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）傾斜層１４−２により、
イ）金属−金属結合、および炭素−金属結合の導入により（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ−Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）傾斜層１４−１、（炭素−Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）傾斜層１４−２が緻密化され、低電気抵抗、高耐食性が得られる。
ロ）金属−金属結合、および炭素−金属結合の導入により（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ−Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）傾斜層１４−１、（炭素−Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）傾斜層１４−２内の応力緩和が得られ、（炭素−Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）傾斜層１４−２と炭素層１５、（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ−Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）傾斜層１４−１と（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３との密着性が増し、結果、炭素層１５と基材１１との密着性も増す。
ハ）傾斜層１４−１、１４−２を２層以上設けたので、傾斜層が１層の場合に比べて表面処理層１２内の応力がより一層緩和される。
【００２４】
バリエーションＶＩＩ（請求項１１に対応）
バリエーションＶＩＩでは、図７に示すように、表面処理層１２が、
基材１１の上に形成された、耐食性を有する種類（Ｂ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ｂ））、または該種類（Ｂ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ｂ）Ｃ）からなる、（Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）層１３−１と、
（Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）層１３−１の上に形成された、炭素との結合性を有する種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ａ））、または該種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ａ）Ｃ）からなる、（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）層１３−２と、
（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）層１３−２の上に形成された、原子レベルで形成された炭素層１５と、
からなる。
そして、基材側部分１２ａが（Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）層１３−１から構成され、基材と反対側部分１２ｂが炭素層１５から構成されている。
【００２５】
バリエーションＶＩＩの作用はつぎの通りである。
（ａ）　炭素層１５により、低電気抵抗、高耐食性が得られ、信頼性を向上できる。
（ｂ）（Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）層１３−１と（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）層１３−２を設けたことにより、
イ）（Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）層１３−１と基材１１との金属結合と、（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）層１３−２と炭素層１５との炭素−金属結合により、各層の密着性が増し、構造上の信頼性が増大する。
ロ）（Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）層１３−１の金属に基材１１より電気化学的に安定な材料を用いることにより、高耐食性が得られる。
ハ）単一層１３−１、１３−２を２層以上設けたので、単一層が１層の場合に比べて表面処理層１２内の応力がより一層緩和される。
【００２６】
バリエーションＶＩＩＩ（請求項１２に対応）
バリエーションＶＩＩＩでは、図８に示すように、表面処理層１２が、
基材１１の上に形成された、種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ａ））または該種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ａ）Ｃ）と、種類（Ｂ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ｂ））または該種類（Ｂ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ｂ）Ｃ）とを含有し、基材１１から離れるにつれて種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ａ））または該種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ａ）Ｃ）の配合割合が多くなる、（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ−Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）傾斜層１４−１と、
（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ−Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）傾斜層１４−１の上に形成された、炭素（Ｃ）と、種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素（Ｍｅ（Ａ））または該種類（Ａ）の金属あるいは半金属元素の炭化物（Ｍｅ（Ａ）Ｃ）とを含有し、基材１１から離れるにつれて炭素（Ｃ）の配合割合が多くなる、（炭素−Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）傾斜層１４−２と、
からなる。
そして、基材側部分１２ａが（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ−Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）傾斜層１４−１のうち基材１１に近い（Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）部分から構成され、基材と反対側部分１２ｂが（炭素−Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）傾斜層１４−２のうち基材１１から遠い炭素部分から構成されている。
【００２７】
バリエーションＶＩＩＩの作用はつぎの通りである。
（ａ）（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ−Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）傾斜層１４−１と（炭素−Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）傾斜層１４−２を設けたことにより、
イ）炭素−金属結合の導入により（炭素−Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）傾斜層１４−２が緻密化され、低電気抵抗、高耐食性が得られる。また、基材と反対側部分１２ｂが（炭素−Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）傾斜層１４−２のうち基材１１から遠い部分である炭素層またはそれに近い組成の層からなるので、表面が炭素層１５から構成されている場合に準じた作用（低電気抵抗、高耐食性）が得られる。
ロ）炭素−金属の傾斜配合、および金属−金属の傾斜配合により傾斜層１４−１、１４−２内の応力緩和が得られる。また、傾斜層１４−１、１４−２内の層間の密着性はよいし、（Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ−Ｍｅ（Ｂ）またはＭｅ（Ｂ）Ｃ）傾斜層１４−１の基材側部分１２ａの金属層と基材１１との密着性もよいので、（炭素−Ｍｅ（Ａ）またはＭｅ（Ａ）Ｃ）傾斜層１４−２の外表面の炭素層と、基材１１との密着性はよい。したがって、高耐食性、耐久性が得られる。
ハ）傾斜層１４−１、１４−２を２層以上設けたので、傾斜層が１層の場合に比べて表面処理層１２内の応力がより一層緩和される。
【００２８】
バリエーションＩＸ（請求項１３に対応）
バリエーションＩＸ〜ＸＩは、最表面の炭素層にＭｅまたはＭｅＣを原子レベルで複合化したケースである。
バリエーションＩＸでは、図９に示すように、表面処理層１２が、
基材１１の上に形成された、耐食性を有する金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）、または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）からなる、（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３と、
（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３の上に形成された、炭素（Ｃ）に金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）を原子レベルで複合化した複合化物である（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）と、金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）とを含有し、基材１１から離れるにつれて（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）の配合割合が多くなる、（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４と、
（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４の上に形成された、炭素（Ｃ）に金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）を原子レベルで複合化した（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）層１５と、からなる。
そして、基材側部分１２ａが（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３から構成されており、基材と反対側部分１２ｂが（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）層１５から構成されている。
【００２９】
バリエーションＩＸの作用はつぎの通りである。
（ａ）（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）層１５により、層１５が緻密化され、低電気抵抗、高耐食性が得られ、信頼性を向上できる。
（ｂ）（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４により、
イ）（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）−（ＭｅまたはＭｅＣ）結合の導入により（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４が緻密化され、低電気抵抗、高耐食性が得られる。
ロ）（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）−（ＭｅまたはＭｅＣ）の傾斜配合により（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４内の応力緩和が得られ、（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４と（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）層１５、（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３との密着性が増し、結果、（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）層１５と基材１１との密着性も増す。
（ｃ）（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３を設けたことにより、
イ）（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３と（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４との金属結合、および、（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３と基材１１との金属結合による、各層の密着性が増し、構造上の信頼性が増大する。
ロ）（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３の金属に基材１１より電気化学的に安定な材料を用いることにより、高耐食性が得られる。
【００３０】
バリエーションＸ（請求項１４に対応）
バリエーションＸでは、図１０に示すように、表面処理層１２が、
基材１１の上に形成された、炭素（Ｃ）に金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）を原子レベルで複合化した（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）と、金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）とを含有し、基材１１から離れるにつれて（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）の配合割合が多くなる、（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４と、
（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４の上に形成された、炭素（Ｃ）に金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）を原子レベルで複合化した（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）層１５と、からなる。
そして、基材側部分１２ａが（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４の基材１１に近い（ＭｅまたはＭｅＣ）部分から構成され、基材と反対側部分１２ｂが（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）層１５から構成されている。
【００３１】
バリエーションＸの作用はつぎの通りである。
（ａ）（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）層１５により、緻密な層１５が得られ、低電気抵抗、高耐食性が得られ、信頼性を向上できる。
（ｂ）（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４により、
イ）（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）−（ＭｅまたはＭｅＣ）結合の導入により（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４が緻密化され、低電気抵抗、高耐食性が得られる。
ロ）（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）−（ＭｅまたはＭｅＣ）の傾斜配合により（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４内の応力緩和が得られ、（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４と（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）層１５、（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３との密着性が増し、結果、（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）層１５と基材１１との密着性も増す。
【００３２】
バリエーションＸＩ（請求項１５に対応）
バリエーションＸＩでは、図１１に示すように、表面処理層１２が、
基材１１の上に形成された、耐食性を有し炭素との結合性を有する金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）、または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）からなる、（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３と、
（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３の上に形成された、炭素（Ｃ）に金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）を原子レベルで複合化した（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）層１５と、
からなる。
そして、基材側部分１２ａが（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３から構成されており、基材と反対側部分１２ｂが（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）層１５から構成されている。
【００３３】
バリエーションＸＩの作用はつぎの通りである。
（ａ）（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）層１５により、緻密な層１５が得られ、低電気抵抗、高耐食性が得られ、信頼性を向上できる。
（ｂ）（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３を設けたことにより、
イ）（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３と基材１１との金属結合と、（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３と（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）層１５との炭素−金属結合により、各層の密着性が増し、構造上の信頼性が増大する。
ロ）（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３の金属に基材１１より電気化学的に安定な材料を用いることにより、高耐食性が得られる。
【００３４】
バリエーションＸＩＩ（請求項１６に対応）
バリエーションＸＩＩでは、図１２に示すように、表面処理層１２が、
基材１１の上に形成された、炭素（Ｃ）に金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）を原子レベルで複合化した（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）と、金属あるいは半金属元素（Ｍｅ）または該金属あるいは半金属元素の炭化物（ＭｅＣ）とを含有し、基材１１から離れるにつれて（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）の配合割合が多くなる、（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４からなり。
そして、基材側部分１２ａが（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４の基材１１に近い（ＭｅまたはＭｅＣ）部分から構成され、基材と反対側部分１２ｂが基材１１から遠い（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）部分から構成されている。
【００３５】
バリエーションＸＩＩの作用はつぎの通りである。
（ａ）（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４を設けたことにより、
イ）（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）−（ＭｅまたはＭｅＣ）結合の導入により（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４が緻密化され、低電気抵抗、高耐食性が得られる。
ロ）（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）−（ＭｅまたはＭｅＣ）の傾斜配合により（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４内の応力緩和が得られ、（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ−ＭｅまたはＭｅＣ）傾斜層１４と（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）層１５、（ＭｅまたはＭｅＣ）層１３との密着性が増し、結果、（炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ）層１５と基材１１との密着性も増す。
【００３６】
つぎに、本発明の各実施例の特有な部分を説明する。
本発明の実施例１の燃料電池のセパレータ１０は、図１〜図１２に示すように、セパレータ基材１１とその表面に形成された表面処理層１２とを有し、表面処理層１２は、その外表面部が、乾式コーティングにより、原子レベルで形成された炭素層（炭素層１５、または炭素−金属傾斜層１４の基材と反対側部分１２ｂである炭素層、または炭素に金属あるいは半金属元素またはその炭化物を原子レベルで複合化した層１５）からなる。そして、この炭素層は、たとえばスパッタ層であってもよい。原子レベル炭素層の厚さは、たとえば、０．０１〜１０μｍである。ただし、この厚さに限るものではない。
【００３７】
本発明の実施例１の燃料電池のセパレータ１０の製造方法は、表面処理層１２のうち少なくとも基材と反対側部分１２ｂの原子レベル炭素層を乾式コーティングにより形成する方法からなる。
乾式コーティングはＰＶＤ、ＣＶＤのいずれか、またはそれらの組み合わせによってもよく、ＰＶＤは、蒸着、スパッタ、イオンプレーティングの何れでもよい。表面処理層１２が金属層１３、炭素−金属傾斜層１４を含む場合は、金属層１３、炭素−金属傾斜層１４も乾式コーティングによって形成してもよい。
本発明の実施例１の燃料電池のセパレータ１０およびその製造方法の作用は、実施例１、２に共通する部分の説明で述べた通りである。
【００３８】
本発明の実施例２の燃料電池のセパレータ１０は、図１３に示すように、セパレータ基材１１とその表面に形成された表面処理層１２とを有し、表面処理層１２は、本発明の実施例１の表面処理層１２の基材と反対側部分１２ｂを構成する原子レベルで形成された炭素層１５（たとえば、スパッタで形成された炭素層）の上に、さらに炭素粒子複合膜１６を有する表面処理層からなる。そして、実施例２の表面処理層１２のうち、炭素粒子複合膜１６以外の層部分は、実施例１の表面処理層１２と同じ構成、作用を有する。
炭素粒子複合膜１６は湿式コーティング法（たとえば、塗装法、ドクターブレード法、スピンコート法、ディップ法など）によって形成されたものであり、乾式コーティングによって形成された原子レベルで形成された炭素層１５と異なる。湿式コーティング法によって形成された炭素粒子複合膜１６は、たとえば、黒鉛粒子をバインダで固めた緻密な複合材料である。
【００３９】
本発明の実施例２の燃料電池のセパレータ１０の製造方法は、乾式コーティングにより炭素層１５を形成する工程と、乾式コーティングにより形成した炭素層１５の上に、さらに、湿式コーティング法によって炭素粒子複合膜１６を形成する工程とを、有する。
【００４０】
本発明の実施例２の燃料電池のセパレータ１０とその製造方法の作用については、実施例１の表面処理層１２の上に、さらに炭素粒子複合膜１６を有するので、実施例１の表面処理層１２の作用がそのまま得られる。また、基材の上にスパッタにて貴金属層（たとえば、Ａｕ層、またはＡｇ層等）を形成しその上に炭素塗膜を湿式コーティングにて形成して表面処理層を作成した比較例（図１３の層１２を貴金属層で置き換えたもの、該比較例は本発明に含まず）と同等の低電気抵抗、高耐食性、耐久性を、貴金属（Ａｕ、またはＡｇ等）を用いることなく、したがって、低コストで達成できる。
【００４１】
つぎに、本発明の燃料電池セパレータと比較例の、耐食性、接触抵抗の試験を行って、結果を比較し、本発明の燃料電池セパレータが十分な耐食性と低接触抵抗を有することを確認した。
【００４２】
〔耐食性試験−１〕
耐食性試験は、図１４に示す、カップル電流試験方法によった。試料と対極（燃料電池でセパレータが接触する焼成カーボン：黒鉛）とを酸性水溶液（燃料電池においてセパレータがさらされる環境を模擬した酸性の水溶液）に浸漬し、温度を燃料電池運転温度の８０℃として、セパレータ金属Ｍｅがイオンとなって溶出するときの電流密度を、試料と対極の外部回路に設置した電流計によって測定した。腐食時間を１００時間とした。プラス電流はＭｅが＋イオンとなって溶出するときの電流であるから、腐食を起こすことを意味し、０またはマイナス電流を示す場合は、腐食、耐食性上問題ないことを意味する。
【００４３】
１．　評価テストピース
▲１▼　未処理／ＳＵＳ３１６Ｌ−−−基材がＳＵＳ３１６Ｌ、表面処理層なし
▲２▼　Ｃ／ＣｒＣ／Ｃｒ（３層）／ＳＵＳ３１６Ｌ−−−基材がＳＵＳ３１６Ｌ、表面処理層がＣ／ＣｒＣ／Ｃｒの３層（本発明品で、図１のタイプ、Ｃ、ＣｒＣ、Ｃｒのそれぞれの層の厚さは、５０ｎｍ、５０ｎｍ、７５ｎｍ）
▲３▼　Ｃ（単層）／ＳＵＳ３１６Ｌ−−−（基材がＳＵＳ３１６Ｌ、表面処理層がＣのスパッタ単層で、従来技術で述べた特開２０００−６７８８１に相当）
▲４▼　ＣｒＣ（単層）／ＳＵＳ３１６Ｌ−−−（本発明品で、図４のタイプ）
▲５▼　Ｃｒ（単層）／ＳＵＳ３１６Ｌ−−−（Ｃ層がないので、本発明品に含まず）
２．　評価条件
腐食条件：ｐＨ２硫酸、８０℃
腐食時間：１００Ｈ
対極材質：焼成カーボン（黒鉛）
【００４４】
３．　試験結果
試験結果を図１５に示す。この試験結果より、つぎのことがわかる。
イ）　Ｃ／ＣｒＣ／Ｃｒ（３層）／ＳＵＳ３１６Ｌ（▲２▼の例）と、ＣｒＣ（単層）／ＳＵＳ３１６Ｌ（▲４▼の例）のみが、耐食性（カップル電流試験で電流密度がマイナス）を満足している。
ロ）　従来技術である特開２０００−６７８８１のように▲３▼のＣ（単層）／ＳＵＳ３１６Ｌでは、基材との結合性、密着性が不十分なため、耐食性を満足できない。基材上にＣ単層だけ（▲３▼の例）では耐蝕性が不十分であり、本発明に含まない。基材上に金属単層だけ（▲５▼の例）では耐蝕性が不十分であり、本発明に含まない。
ハ）　炭素層の下地層としては、炭素−金属傾斜層と金属層（▲２▼の例）、炭素−金属傾斜層（▲４▼の例）が有効である。
【００４５】
〔耐食性試験−２〕
図１４に示す、カップル電流試験方法により、本発明の実施例１品のテストピースと、比較例としての基材上にＡｕ層を形成し該Ａｕ層の上にさらに炭素塗膜（Ｃ塗膜）を形成したテストピースとの、耐食性試験を行った。
【００４６】
１．テストピース
▲１▼　未処理／ＳＵＳ３１６Ｌ−−−（基材がＳＵＳ３１６Ｌ、表面処理層なし）
▲２▼　１０ｎｍＡｕスパッタ（単層）／ＳＵＳ３１６Ｌ−−−（基材がＳＵＳ３１６Ｌ、表面処理層が１０ｎｍＡｕスパッタ単層、比較例）
▲３▼　４０μｍＣ塗膜／１０ｎｍＡｕスパッタ／ＳＵＳ３１６Ｌ−−−（基材がＳＵＳ３１６Ｌ、表面処理層が１０ｎｍＡｕスパッタとその上にＣ粒子複合膜の２層、比較例）
▲４▼　Ｃ／ＣｒＣ／Ｃｒ（３層）／ＳＵＳ３１６Ｌ−−−基材がＳＵＳ３１６Ｌ、表面処理層がＣ／ＣｒＣ／Ｃｒの３層（本発明品で、図１のタイプ、Ｃ、ＣｒＣ、Ｃｒのそれぞれの層の厚さは、５０ｎｍ、５０ｎｍ、７５ｎｍ）
２．　評価条件
腐食条件：ｐＨ２硫酸、８０℃
腐食時間：１００Ｈ
対極材質：焼成カーボン（黒鉛）
【００４７】
３．　試験結果
試験結果を図１６に示す。この試験結果より、つぎのことがわかる。
イ）　１０ｎｍＡｕスパッタ（単層）／ＳＵＳ３１６Ｌ（▲２▼の例）と４０μｍＣ塗膜／１０ｎｍＡｕスパッタ／ＳＵＳ３１６Ｌ（▲３▼の例）との比較から、Ｃ粒子複合膜には金属溶出抑制効果（耐食効果）がある。
ロ）　Ｃ／ＣｒＣ／Ｃｒ（３層）／ＳＵＳ３１６Ｌ（▲４▼の例）と４０μｍＣ粒子複合膜／１０ｎｍＡｕスパッタ／ＳＵＳ３１６Ｌ（▲３▼の例）との比較から、本発明の実施例１品は、４０μｍＣ粒子複合膜／１０ｎｍＡｕスパッタ／ＳＵＳ３１６Ｌ（▲３▼の例）と同等かそれより優れた金属溶出抑制効果（耐食効果）がある。ハ）　本発明の実施例１品の上にさらにＣ粒子複合膜を形成した実施例２品には、イ）からわかるようにＣ粒子複合膜には金属溶出抑制効果（耐食効果）があるので、実施例１品と同等かそれ以上の金属溶出抑制効果（耐食効果）がある。
【００４８】
〔接触抵抗試験−１〕
図１４に示す耐蝕性試験を行い、その前後の電気抵抗を図１７に示す接触抵抗試験により測定した。抵抗測定では、面圧を燃料電池の面圧に近い２０ｋｇｆ／ｃｍ２、電流を１Ａとし、両極間の電圧Ｖを測定して接触抵抗を次式により求めた。
抵抗Ｒ＝Ｖ／Ｉ、　（Ｉ＝１Ａ）
【００４９】
１．　評価テストピース（耐蝕性試験−１のテストピースと同じ）
▲１▼　未処理／ＳＵＳ３１６Ｌ−−−基材がＳＵＳ３１６Ｌ、表面処理層なし
▲２▼　Ｃ／ＣｒＣ／Ｃｒ（３層）／ＳＵＳ３１６Ｌ−−−基材がＳＵＳ３１６Ｌ、表面処理層がＣ／ＣｒＣ／Ｃｒの３層（本発明品で、図１のタイプ、Ｃ、ＣｒＣ、Ｃｒのそれぞれの層の厚さは、５０ｎｍ、５０ｎｍ、７５ｎｍ）
▲３▼　Ｃ（単層）／ＳＵＳ３１６Ｌ−−−（基材がＳＵＳ３１６Ｌ、表面処理層がＣのスパッタ単層で、従来技術で述べた特開２０００−６７８８１に相当）
▲４▼　ＣｒＣ（単層）／ＳＵＳ３１６Ｌ−−−（本発明品で、図４のタイプ）
▲５▼　Ｃｒ（単層）／ＳＵＳ３１６Ｌ−−−（Ｃ層がないので、本発明品に含まず）
２．　評価条件（耐蝕性試験−１の評価条件と同じ）
腐食条件：ｐＨ２硫酸、８０℃
腐食時間：１００Ｈ
対極材質：焼成カーボン（黒鉛）
【００５０】
３．　試験結果
腐食前と腐食後の電気抵抗を求めた。試験結果を図１８に示す。この試験結果より、つぎのことがわかる。
イ）　Ｃ／ＣｒＣ／Ｃｒ（３層）／ＳＵＳ３１６Ｌ（▲２▼の例、本発明品）、ＣｒＣ（単層）／ＳＵＳ３１６Ｌ−−−（▲４▼の例、本発明品）、Ｃ（単層）／ＳＵＳ３１６Ｌ（▲３▼の例）のみが目標（所定抵抗値以下の条件）を満たした。
ロ）　Ｃｒ（単層）／ＳＵＳ３１６Ｌ（▲５▼の例）は目標を満足せず、本発明には含まない。
【００５１】
〔接触抵抗試験−２〕
本発明の実施例１品のテストピースと、比較例としての基材上にＡｕ層を形成し該Ａｕ層の上にさらに炭素粒子複合膜（Ｃ粒子複合膜）を形成したテストピースとの、接触抵抗試験を行い、比較した。
腐食付与は図１４に従い、その前後の電気抵抗の測定は図１７に示す測定に従った。電気抵抗測定では、面圧を燃料電池の面圧に近い２０ｋｇｆ／ｃｍ２、電流を１Ａとし、両極間の電圧Ｖを測定して接触抵抗を次式により求めた。
抵抗Ｒ＝Ｖ／Ｉ、　（Ｉ＝１Ａ）
【００５２】
１．　評価テストピース（耐蝕性試験−２のテストピースと同じ）
▲１▼　未処理／ＳＵＳ３１６Ｌ−−−（基材がＳＵＳ３１６Ｌ、表面処理層なし）
▲２▼　１０ｎｍＡｕスパッタ（単層）／ＳＵＳ３１６Ｌ−−−（基材がＳＵＳ３１６Ｌ、表面処理層が１０ｎｍＡｕスパッタ単層、比較例）
▲３▼　４０μｍＣ粒子複合膜／１０ｎｍＡｕスパッタ／ＳＵＳ３１６Ｌ−−−（基材がＳＵＳ３１６Ｌ、表面処理層が１０ｎｍＡｕスパッタとその上にＣ粒子複合膜の２層、比較例）
▲４▼　Ｃ／ＣｒＣ／Ｃｒ（３層）／ＳＵＳ３１６Ｌ−−−基材がＳＵＳ３１６Ｌ、表面処理層がＣ／ＣｒＣ／Ｃｒの３層（本発明品で、図１のタイプ、Ｃ、ＣｒＣ、Ｃｒのそれぞれの層の厚さは、５０ｎｍ、５０ｎｍ、７５ｎｍ）
２．　評価条件（耐蝕性試験−２の評価条件と同じ）
腐食条件：ｐＨ２硫酸、８０℃
腐食時間：１００Ｈ
対極材質：焼成カーボン（黒鉛）
【００５３】
３．　試験結果
試験結果を図１９に示す。この試験結果より、つぎのことがわかる。
イ．　１０ｎｍＡｕスパッタ（単層）／ＳＵＳ３１６Ｌ（▲２▼の例）、４０μｍＣ塗膜／１０ｎｍＡｕスパッタ／ＳＵＳ３１６Ｌ（▲３▼の例）、Ｃ／ＣｒＣ／Ｃｒ（３層）／ＳＵＳ３１６Ｌ（▲４▼の例で、本発明品）が、目標（所定抵抗値以下）を満たした。
ロ．　Ｃ／ＣｒＣ／Ｃｒ（３層）／ＳＵＳ３１６Ｌ（▲４▼の例で、本発明品）は、４０μｍＣ粒子複合膜／１０ｎｍＡｕスパッタ／ＳＵＳ３１６Ｌ（▲３▼の例、比較品）より優れた電気抵抗性能を有する。
【００５４】
上記から、本発明品は、未処理品（ＳＵＳ基材のみ）、特開２０００−６７８８１相当品（ＳＵＳ基材の上に直接Ｃスパッタ層を形成したもの）、比較品（ＳＵＳ基材の上にＡｕ層、その上にＣ粒子複合膜を形成したもの）の何れと比較しても、それ以上の耐食性と低電気抵抗を備えている。したがって、燃料電池セパレータとして使用が好ましいものである。
【００５５】
【発明の効果】
請求項１の燃料電池用セパレータによれば、表面処理層が、炭素層（基材と反対側部分）とセパレータ金属基材との間に、金属層（基材側部分）を有するので、炭素層とセパレータ金属基材との密着性、耐腐食性が向上して、耐久性が向上し、また、炭素層が原子レベルで形成されているため、欠陥が抑制され、低電気抵抗、高耐食性が得られる。
請求項２の燃料電池用セパレータによれば、請求項１の表面処理層の上に、さらに炭素粒子複合膜を有するので、請求項１の表面処理層による効果がそのまま得られる。また、基材の上に貴金属層を形成しその上に炭素塗膜を形成して表面処理層を形成した場合と同等の低電気抵抗、高耐食性、耐久性を、貴金属を用いることなく、したがって、低コストで達成できる。
請求項３〜１４の燃料電池用セパレータは、表面処理層のとりうるバリエーションを示しており、何れのバリエーションをとっても請求項１の効果を得る。
請求項１５、１６の燃料電池用セパレータの製造方法によれば、少なくとも炭素層を乾式コーティングによって形成するので、原子レベルの緻密な炭素層を容易に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１、２の燃料電池のセパレータの一部分のバリエーションＩの拡大断面図である。
【図２】本発明の実施例１、２の燃料電池のセパレータの一部分のバリエーションＩＩの拡大断面図である。
【図３】本発明の実施例１、２の燃料電池のセパレータの一部分のバリエーションＩＩＩの拡大断面図である。
【図４】本発明の実施例１、２の燃料電池のセパレータの一部分のバリエーションＩＶの拡大断面図である。
【図５】本発明の実施例１、２の燃料電池のセパレータの一部分のバリエーションＶの拡大断面図である。
【図６】本発明の実施例１、２の燃料電池のセパレータの一部分のバリエーションＶＩの拡大断面図である。
【図７】本発明の実施例１、２の燃料電池のセパレータの一部分のバリエーションＶＩＩの拡大断面図である。
【図８】本発明の実施例１、２の燃料電池のセパレータの一部分のバリエーションＶＩＩＩの拡大断面図である。
【図９】本発明の実施例１、２の燃料電池のセパレータの一部分のバリエーションＩＸの拡大断面図である。
【図１０】本発明の実施例１、２の燃料電池のセパレータの一部分のバリエーションＸの拡大断面図である。
【図１１】本発明の実施例１、２の燃料電池のセパレータの一部分のバリエーションＸ１の拡大断面図である。
【図１２】本発明の実施例１、２の燃料電池のセパレータの一部分のバリエーションＸ１Ｉの拡大断面図である。
【図１３】本発明の実施例２の燃料電池のセパレータの一部分の拡大断面図である。
【図１４】本発明品および比較品の耐食性試験−１、２であるカップル電流試験方法の試験装置図である。
【図１５】本発明品および比較品の耐食性試験−１の結果を示したグラフである。
【図１６】本発明品および比較品の耐食性試験−２の結果を示したグラフである。
【図１７】本発明品および比較品の電気抵抗試験−１、２の試験装置図である。
【図１８】本発明品および比較品の電気抵抗試験−１の結果を示したグラフである。
【図１９】本発明品および比較品の電気抵抗試験−２の結果を示したグラフである。
【符号の説明】
１０　セパレータ
１１　基材
１２　表面処理層
１２ａ　基材側部分
１２ｂ　基材と反対側部分
１３　ＭｅまたはＭｅＣ層
１４　炭素−ＭｅまたはＭｅＣ傾斜層、または炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ−ＭｅまたはＭｅＣ傾斜層
１５　炭素層、または炭素＋ＭｅまたはＭｅＣ層
１６　炭素粒子複合膜
【図１】
2004014208.tif 000003
【図２】
2004014208.tif 000004
【図３】
2004014208.tif 000005
【図４】
2004014208.tif 000006
【図５】
2004014208.tif 000007
【図６】
2004014208.tif 000008
【図７】
2004014208.tif 000009
【図８】
2004014208.tif 000010
【図９】
2004014208.tif 000011
【図１０】
2004014208.tif 000012
【図１１】
2004014208.tif 000013
【図１２】
2004014208.tif 000014
【図１３】
2004014208.tif 000015
【図１４】
2004014208.tif 000016
【図１５】
2004014208.tif 000017
【図１６】
2004014208.tif 000018
【図１７】
2004014208.tif 000019
【図１８】
2004014208.tif 000020
【図１９】
2004014208.tif 000021