(57)【要約】【課題】薄板化しても強度やガス不透過性、導電性が低下することがなく、しかも、表面にガス流路用溝部等の凹凸部を容易に製造することができる固体高分子型などの燃料電池用に好適な燃料電池用セパレータ及びその製造方法を提供する。【解決手段】平板と、該平板の表面にサンドブラスト処理によって形成された凹凸部とから構成され、該凹凸部によって表面に少なくともガス流路用溝部を有する燃料電池用セパレータであって、上記平板がガラス状炭素と黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材との複合体からなり、該黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材の含有割合が複合体全量中１０〜７０％であることを特徴とする燃料電池用セパレータ。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板と、該平板の表面にサンドブラスト処理によって形成された凹凸部とから構成され、該凹凸部によって表面に少なくともガス流路用溝部を有する燃料電池用セパレータであって、上記平板がガラス状炭素と黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材との複合体からなり、該黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材の含有割合が複合体全量中１０〜７０％であることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
黒鉛粉末が、平均粒径５０μｍ以下の高配向性熱分解黒鉛、キッシュ黒鉛、天然黒鉛、人造黒鉛、フラーレンより選ばれた少なくとも１種である請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
繊維状炭素材が、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維、ＰＡＮ系炭素繊維、黒鉛繊維より選ばれた少なくとも１種である請求項１又は２記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
平板が、ガラス状炭素と黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材との複合材料からなると共に、多孔質体である請求項１〜３の何れか一つに記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項５】
平板が２層以上から構成され、少なくとも１層の平板が、ガラス状炭素と黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材との複合体からなると共に、多孔質体である請求項１〜４の何れか一つに記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項６】
平板と、該平板の表面にサンドブラスト処理によって形成された凹凸部とから構成され、該凹凸部によって表面に少なくともガス流路用溝部を有する燃料電池用セパレータの製造方法であって、上記平板は、熱硬化性樹脂の液状組成物中に黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材を分散させた混合物を用いて焼成処理用平板に成形した後、該焼成処理用平板を不活性雰囲気中、非酸化性雰囲気中及び真空中の少なくとも１種で焼成することにより、熱硬化性樹脂を炭素化してなるガラス状炭素と黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材との複合体から構成され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７】
熱硬化性樹脂は、不活性雰囲気中、非酸化性雰囲気中及び真空中の少なくとも１種で焼成することにより、ガス不浸透性を有するガラス状の難黒鉛化性炭素となる請求項６記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項８】
前記焼成処理用平板が１層又は２層以上から構成され、少なくとも１層の平板構成材料が、熱硬化性樹脂の液状組成物中に黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材を分散させた混合物に、更に消失性微粒子ポリマーを分散させた混合物である請求項６又は７記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項９】
焼成処理温度が７００℃以上で行われる請求項６〜８の何れか一つに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１０】
消失性微粒子ポリマーが、平均粒径１００μｍ以下のアクリル系、スチレン系の微粒子ポリマーである請求項６〜９の何れか一つに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１１】
消失性微粒子ポリマーが７００℃以下で消失して、該平板が多孔質体に形成される請求項６〜１０の何れか一つに記載の燃料電池用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、薄板化しても強度やガス不透過性、導電性が低下することがなく、しかも、表面にガス流路用溝部等の凹凸部を容易に製造することができる固体高分子型などの燃料電池用に好適な燃料電池用セパレータ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、固体高分子型燃料電池は、イオン交換膜からなる固体高分子の電解質膜と、その両側に設けた２つの電極とそれぞれの電極に水素などの燃料ガスあるいは酸素などの酸化剤ガスを供給するガス供給溝を設けたセパレータなどからなる単セルを積層したスタック、及びその外側に設けた２つの集電体から構成されている。
この燃料電池では、電解質部分に高性能の高分子電解質膜を使用している関係で作動温度が８０〜１００℃と低いにも拘わらず高い出力の発電が可能である。
【０００３】
この固体高分子型燃料電池のセパレータには、燃料ガスと酸化ガスとを完全に分離した状態で電極に供給するために高度のガス不透過性が要求され、また、発電効率を高くするために電池の内部抵抗を小さくする必要があり、そのために導電性が高いことが必要である。更に、電池反応に伴う発熱を効率よく放散させ、電池内温度分布を均一化するために高い熱導電性や長期耐久性の確保のために優れた耐蝕性を備える必要がある。これらのことから、固体高分子型燃料電池のセパレータの材料としては、主として炭素材料が使用されている。
【０００４】
一方、燃料電池用セパレータの形状は、一般的に平板の両面又は片面に複数の平行する溝を形成してなるもので、燃料電池セル内のガス拡散電極で発電した電気を外部へ伝達すると共に、発電の過程で前記溝中に生成した水を排水し、この溝を燃料電池セルへ流入する反応ガスの流通路として確保するという役割を担っている。
【０００５】
近年の燃料電池の軽量化や薄型化に伴い、上記のような燃料電池用セパータについても薄板化することが求められるようになったが、従来の易切削加工性を有する一般炭素素材のみかからなる燃料電池セパレータでは、単に薄板化すると強度が低下し、ガス浸透性が高くなってしまうという問題があった。
【０００６】
そのため、薄型化しても強度及びガス不浸透性を維持させるために、熱膨張黒鉛粉末又は鱗片状の天然黒鉛粉末に、主として粒径が５μｍ以上で２００μｍ以下で所定の樹脂よりなるバインダを被覆した球状または塊状の炭素粉末を混合し、該混合物を成形することで燃料電池用セパレータを製造する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、平均粒子径５０μｍ以下の黒鉛粉末とフェノール樹脂とを混合し粉砕、節分けして調製した粒度０．１〜５ｍｍの整粒を１００〜２００℃の温度に加熱された金型に射出成形し、成形体を加熱硬化させる燃料電池用セパレータの製造方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
更に、母材表面に凹溝を加工する方法であって、上記母材における非加工部分の表面に有機溶剤やアルカリ溶液により溶解する高分子材料をマスクして、加工部分をサンドブラスト処理して凹溝を形成する凹溝を加工する方法が知られると共に、上記母材としてセラミック基板、プリント基板、ウエハー、燃料電池用セパレータなどに適用できることが知られている（例えば、特許文献３、４参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−４０９３８号公報（特許請求の範囲、実施例等）
【特許文献２】
特開２０００−３３１６９０号公報（特許請求の範囲、実施例等）
【特許文献３】
特開平１１−２２６８７４号公報（特許請求の範囲、実施例等）
【特許文献４】
特開２００１−３８６２４号公報（特許請求の範囲、実施例等）
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１及び２に記載される方法で得られたセパレータは、炭素材のみからなる燃料電池セパレータに比べて導電性や放熱効果が劣るうえ長期耐久性の確保が困難となる課題がある。
また、上記特許文献３及び４に記載される方法で得られたセパレータ等は、その構成材料がフェノール樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた硬度のあるカーボン板及びアモルファスカーボン板であるため、サンドブラスト加工処理の作業効率、歩どまりが悪くなるなどの点で劣るという課題があるものである。
【０００９】
他方、セパレータの製造方法として一般的に使用されているモールド成形法によって成形する場合、予めガス供給溝をセパレータに賦形するニアネットシェイ部成形が難しい欠点があり、燃料ガスあるいは酸化剤ガスを供給するための通路となるガス供給溝は、後処理的に機械加工して形成することが必要であり、生産性が低く、コスト高となる課題がある。
更に、セパレータを射出成形法では、寸法精度に優れるうえ燃料ガスあるいは酸化剤ガスを供給するための通路となるガス供給溝を一体成形可能であるなど、成形段階で生産性に優れているが、成形時に成形原料に流動性を保持させるためにバインダーとなる熱硬化性樹脂の配合量を多くする必要が生じ配合の自由度が限定されるうえ、導電性向上のために配合する炭素粉体等のフィラーが板方向と溝方向とで異方向に配向してしまうため、得られた生形態を焼成炭素化すると、焼成収縮率に差異が生じることで、反りの発生や寸法がバラツクなどの難点があるなどの課題がある。
また、スクリーン印刷法で平板の表面に凸部を構成して凹凸部（ガス流路用溝部）を有する燃料電池用セパレータも製造することも可能であるが、炭素化後のセパレータ表面にスクリーンメッシュ等の凹凸ができてしまうことがあり、平滑性が必要とされる場合には、表面を更に削るなどの処理が必要となり、作業性などが劣るなどの課題がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の課題等に鑑み、これを解消しようとするものであり、薄板化しても強度やガス不透過性、導電性が低下することがなく、しかも、表面にガス流路用溝部等の凹凸部を簡単、容易に製造することができる固体高分子型などの燃料電池用に好適な燃料電池用セパレータ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記従来の課題等について、鋭意検討した結果、平板と、該平板の表面にサンドブラスト処理によって形成された凹凸部とから構成され、該凹凸部によって表面に少なくともガス流路用溝部を有する燃料電池用セパレータにおいて、上記平板を特定の構成からなる複合体で構成することなどにより、上記目的の燃料電池用セパレータ及びその製造方法が得られることを見い出し、本発明を完成するに至ったのである。
すなわち、本発明は、次の（１）〜（１１）に存する。
（１）　平板と、該平板の表面にサンドブラスト処理によって形成された凹凸部とから構成され、該凹凸部によって表面に少なくともガス流路用溝部を有する燃料電池用セパレータであって、上記平板がガラス状炭素と黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材との複合体からなり、該黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材の含有割合が複合体全量中１０〜７０％であることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
（２）　黒鉛粉末が、平均粒径５０μｍ以下の高配向性熱分解黒鉛、キッシュ黒鉛、天然黒鉛、人造黒鉛、フラーレンより選ばれた少なくとも１種である上記（１）記載の燃料電池用セパレータ。
（３）　繊維状炭素材が、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維、ＰＡＮ系炭素繊維、黒鉛繊維より選ばれた少なくとも１種である上記（１）又は（２）記載の燃料電池用セパレータ。
（４）　平板が、ガラス状炭素と黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材との複合体からなると共に、多孔質体である上記（１）〜（３）の何れか一つに記載の燃料電池用セパレータ。
（５）　平板が２層以上から構成され、少なくとも１層の平板が、ガラス状炭素と黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材との複合体からなると共に、多孔質体である上記（１）〜（４）の何れか一つに記載の燃料電池用セパレータ。
（６）　平板と、該平板の表面にサンドブラスト処理によって形成された凹凸部とから構成され、該凹凸部によって表面に少なくともガス流路用溝部を有する燃料電池用セパレータの製造方法であって、上記平板は、熱硬化性樹脂の液状組成物中に黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材を分散させた混合物を用いて焼成処理用平板に成形した後、該焼成処理用平板を不活性雰囲気中、非酸化性雰囲気中及び真空中の少なくとも１種で焼成することにより、熱硬化性樹脂を炭素化してなるガラス状炭素と黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材との複合体から構成されることを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
（７）　熱硬化性樹脂は、不活性雰囲気中、非酸化性雰囲気中及び真空中の少なくとも１種で焼成することにより、ガス不浸透性を有するガラス状の難黒鉛化性炭素となる上記（６）記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
（８）　前記焼成処理用平板が１層又は２層以上から構成され、少なくとも１層の平板構成材料が、熱硬化性樹脂の液状組成物中に黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材を分散させた混合物に、更に消失性微粒子ポリマーを分散させた混合物である上記（６）又は（７）記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
（９）　焼成処理温度が７００℃以上で行われる上記（６）〜（８）の何れか一つに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
（１０）　消失性微粒子ポリマーが、平均粒径１００μｍ以下のアクリル系、スチレン系の微粒子ポリマーである上記（６）〜（９）の何れか一つに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
（１１）　消失性微粒子ポリマーが７００℃以下で消失して、該平板が多孔質体に形成される上記（６）〜（１０）の何れか一つに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
本発明の燃料電池用セパレータは、平板と、該平板の表面にサンドブラスト処理によって形成された凹凸部とから構成され、該凹凸部によって表面に少なくともガス流路用溝部を有する燃料電池用セパレータであって、上記平板がガラス状炭素と黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材との複合体からなり、該黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材の含有割合が複合体全量中１０〜７０％であることを特徴とするものである。
また、本発明の燃料電池用セパレータの製造方法は、平板と、該平板の表面にサンドブラスト処理によって形成された凹凸部とから構成され、該凹凸部によって表面に少なくともガス流路用溝部を有する燃料電池用セパレータの製造方法であって、上記平板は、熱硬化性樹脂の液状組成物中に黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材を分散させた混合物を用いて焼成処理用平板に成形した後、該焼成処理用平板を不活性雰囲気中、非酸化性雰囲気中及び真空中の少なくとも１種で焼成することにより、熱硬化性樹脂を炭素化してなるガラス状炭素と黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材との複合体から構成されることを特徴とするものである。
以下で、「本発明」というときは、上記の燃料電池用セパレータとその製造方法の両方を含むことをいう。
【００１３】
本発明において、燃料電池用セパレータとなるサンドブラスト処理前の平板は、ガラス状炭素と黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材との複合体から構成されるものであり、該黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材の含有割合は複合体全量中１０〜７０％となるものである。
この複合材料の成形は、まず、熱硬化性樹脂の液状組成物中に黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材を分散させた混合物を用いて焼成処理用平板を作製する。
本発明に用いる熱硬化性樹脂の液状組成物としては、例えば、熱硬化性樹脂の初期重合体類、熱硬化性樹脂を溶剤に溶解させた液状体が挙げられ、これらの１種の液状体又は２種以上の複合液状体を用いることができる。
用いることができる熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、コプナ樹脂などが挙げられ、加熱により分子間架橋を生じ三次元化して硬化し、特別の炭素前駆体化処理を行うことなく高い炭素残さ収率を示すものが好適に用いられ、好ましくは、フラン樹脂、フェノール樹脂が望ましい。
【００１４】
本発明に用いる黒鉛粉末、繊維状炭素材は、電気伝導性の向上と切削加工性の付与を目的として使用するものである。
用いることができる黒鉛粉末としては、例えば、高配向性熱分解黒鉛（ＨＯＰＧ）、キッシュ黒鉛、天然黒鉛、人造黒鉛、フラーレンより選ばれた少なくとも１種が挙げられる。
これらの黒鉛粉末は、必要とする電気伝導性値により、適宜選択され、各単独でも２種以上の混合物でも使用することができるが、特に伝導性向上効果が高いことから、結晶の良く発達した鱗状黒鉛粉末を使用することが好ましい。
また、これらの黒鉛粉末は、目的とする電極特性や焼成後の後加工性及びガス不浸透性等を考慮し、成形性及び黒鉛の一方向への配向制御の容易なことから平均粒径が、好ましくは、５０μｍ以下、更に好ましくは、３０μｍ以下のものが望ましい。
【００１５】
また、用いることができる繊維状炭素材としては、例えば、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維、ＰＡＮ系炭素繊維、黒鉛繊維より選ばれた少なくとも１種が挙げられる。
本発明で用いる上記気相成長炭素繊維とは、水素をキャリアガスとしてベンゼン、メタン等の単価水素系ガスを１０００℃付近で熱分解し、数百Åの超微粒金属の触媒効果を利用して炭素繊維を成長させて得られるものであり、ＰＡＮ系炭素繊維などのような有機繊維を炭化処理することにより得られるものとは異なるものである。この気相成長炭素繊維は、結晶学的に完全なウィスカーではないが、炭素層面が繊維軸に優先配列した年輪構造を有しており、更に２５００℃以上の温度で熱処理によって、高度に発達した黒鉛構造と形成されたものは、特にグラフィトウイスカーと類似構造を有している。そのため、引っ張り強度、弾性率が大きく、良好な熱伝導性、電気伝導性及び自己潤滑性を有している。
これらの繊維状炭素材は、必要とする電気伝導性値により、適宜選択され、各単独でも２種以上の混合物でも使用することができるが、特に機械的強度、伝導性向上効果が高いことから、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブを使用することが好ましい。
これらの黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材の使用量は、後述する焼成処理においてもその重量変化は殆どないため、最終的に焼成処理後の複合体全量中に１０〜７０％含有するように、熱硬化性樹脂の液状組成物中に１０〜７０重量％配合される。
【００１６】
本発明において、焼成処理用平板は、上述の熱硬化性樹脂の液状組成物中に黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材を分散させた混合物をコーター等の製膜装置を用いて薄板形状体となるように作製される。
用いるコーター等の製膜装置は、高速かつ簡易に製造することができるものであり、製膜に際しては、黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材を一方向に配向制御させつつ板状体を作製することが好ましい。
【００１７】
上記で得られた焼成処理用平板を、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性雰囲気中、非酸化性雰囲気中及び真空中の少なくとも１種、すなわち、これらの各単独雰囲気中、または、各雰囲気中を二工程、三工程で焼成することにより、熱硬化性樹脂を炭素化してガラス状炭素と黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材との複合体からなる平板が作製されることとなる。
上記焼成処理は、上記各雰囲気中で昇温速度を制御しつつ焼成する。焼成温度は、上記炭素化を好適に発揮せしめるために、好ましくは、７００℃以上に加熱昇温、更に好ましくは、９００℃以上で加熱昇温して行うことが望ましく、炭素化時の昇温速度が大きいと、賦形体の形状が変形したり微細なクラックが生じることなどがある。従って、５００℃までは、毎時５０℃以下、それ以降は毎時１００℃以下で行うことが好ましい。
本発明では、上記焼成処理により、焼成処理用平板中の熱硬化性樹脂は、炭素化され、ガス不浸透性を有するガラス状の難黒鉛化性炭素として残存するものとなる。
【００１８】
本発明において、得られた平板は、ガラス状炭素と黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材との複合体、すなわち、ガラス状炭素中に黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材が一方向に配向した全炭素質の複合体から構成されるものとなる。
この黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材の含有量は、複合体（平板）全量に対して、１０〜７０重量％とすることが必要であり、好ましくは、２０〜５０重量％とすることが望ましい。
この含有量が１０重量％未満であると、導電性の低下、機械加工性の低下となり、また、７０重量％超過では、強度が低下し、ガス透過量が増加となり、好ましくない。
また、平板の厚さは、燃料電池種、用途、構造、強度などにより、適宜好適な厚さが設定されるものであり、通常、２ｍｍ以下である。
【００１９】
また、本発明では、上記得られる平板を２層以上の多層構造から構成してよい。２層以上の場合、少なくとも１層の平板を、例えば、２層の場合そのうち何れか一方の平板を、または、３層の場合、中間層以外の両外側の２層の平板を、並びに、１層（単層）の場合、その全体（平板）を、それぞれ、ガラス状炭素と黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材との複合体から構成すると共に、多孔質体に構成（以下、「多孔質複合体」という）して、当該複合体の特性を損なわずに、更にサンドブラスト加工性（切削加工性）、並びに、燃料ガス及び酸化剤ガスのガス拡散性及び反応性を更に向上させたものとしてもよいものである。
【００２０】
上記多孔質複合体の成形は、上述の熱硬化性樹脂の液状組成物中に黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材を分散させた混合物に、更に消失性微粒子ポリマーを分散させた混合物を上述の製膜装置などを用いて焼成処理用平板を作製することにより１層の焼成処理用平板を作製し、この焼成処理用平板を上述の焼成処理を行うことにより作製することができ、また、２層以上の場合は、上記消失性微粒子ポリマーを含有した焼成処理用平板と消失性微粒子ポリマーを含有しない焼成処理用平板とを接合することなどにより２層以上となる焼成処理用平板を作製し、この多層（２層以上）の焼成処理用平板を上述の焼成処理を行うことにより作製することができる。
用いることができる消失性微粒子ポリマーとしては、例えば、平均粒径１００μｍ以下、好ましくは、平均粒径５〜８０μｍのアクリル系、スチレン系の微粒子ポリマーが挙げられる。また、この消失性微粒子ポリマーは、７００℃以下の温度で消失するもの、すなわち、焼成、炭素化過程が完全に消失し、空孔となるものが好ましく、上記焼成処理で、複合材料からなる平板中に多孔質体が形成されることとなる。
【００２１】
得られる多孔質複合体は、複合体中に連続気泡又は単独気泡が形成されるものであり、用いる消失性微粒子ポリマーの平均粒径及び使用量により、その大きさ、容積が規定される。
得られる多孔質複合体中の気孔率は、強度、切削加工性の点から２０〜８０％とすることが好ましく、この気孔率の範囲となるように、上述の熱硬化性樹脂の液状組成物中に消失性微粒子ポリマーを適宜量配合することとなる。
【００２２】
本発明の燃料電池用セパレータは、上記平板（多孔質複合体からなる平板を含む）を高速かつ簡便に作製できるサンドブラスト処理によって凹凸部を形成し、該凹凸部によって表面に少なくともガス流路用溝部を形成することにより作製される。
本発明におけるサンドブラスト処理としては、例えば、平板表面の非処理部分をマスク材で被覆し、加工処理部分をサンドブラスト加工して凹溝などの凹凸部を形成することにより、行うことができる。
マスク材としては、サンドブラスト処理後に容易に溶剤等で溶解又は剥離できるものであれば、特に限定されず、ポリウレタン樹脂又はそのテープ材、アクリル系樹脂やエポキシ系樹脂又はこれらのテープ材などが挙げられる。
また、サンドブラスト処理において使用するビーズ、並びに、ノズルの吹き出し口のショット圧は、平板に好適な凹凸部が形成できれば、特に限定されず、例えば、粒径５〜１００μｍの不定形の炭化ケイ素、酸化マンガンのビーズが挙げられ、ショット圧１〜８ｋｇ／ｃｍ２にて行うことができる。
【００２３】
本発明の燃料電池用セパレータの具体的実施形態を図１〜図５に示す。
図１は、燃料電池用セパレータＡにおける平板１０の片面にサンドブラスト処理により複数の平行する凹溝１１を形成してなるものである。このセパレータＡは、燃料電池セル内のガス拡散電極で発電した電気を外部へ伝達すると共に、発電の過程で前記凹溝１１中に生成した水を排水し、この凹溝１１を燃料電池セルへ流入する反応ガスの流通路として確保するという役割を担っている（以下、凹溝等の作用効果は同様でありその説明を省略する）。
図２は、燃料電池用セパレータＢにおける平板１０の両面に複数の平行する凹溝１１を形成してなるものである。
図３は、燃料電池用セパレータＣを平板１０と多孔質複合体からなる平板１２との２層により構成したものであり、平板１２はサンドブラスト加工性（切削加工性）、並びに、燃料ガス及び酸化剤ガスのガス拡散性を更に向上させた層であり、該平板１２に複数の平行する凹溝１１を形成してなるものである。
図４は、燃料電池用セパレータＤを中間層に多孔質複合体からなる平板１２とし、その両側を平板１０の３層により構成したものであり、平板１２，１２はサンドブラスト加工性（切削加工性）、並びに、燃料ガス及び酸化剤ガスのガス拡散性を更に向上させた層であり、該平板１２，１２に複数の平行する凹溝１１を形成してなるものである。
図５は、サンドブラスト処理により形成される凹凸部の各形状の形態であり、図１等の凹溝の他、（ａ）〜（ｅ）の各形状を形成することができ、また、その深さ、幅の大きさなどは、燃料電池種、用途、構造などにより、適宜好適な深さ、大きさなどに設定される。
上記形態において、図１及び図２の平板１０を多孔質複合体からなる平板（図３の平板１２と同じ）に構成して、サンドブラスト加工性（切削加工性）、並びに、ガス拡散性を更に向上させたものとしてもよいものである。
【００２４】
このように構成される本発明では、単体でガス不透過性には優れるが、電気伝導度が若干劣るガラス状炭素中に、ガス不透過性に若干劣るが電気伝導性の優れた黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材を均一かつ一方向に配向制御したガラス状炭素／黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材複合体とすることで、電気伝導度、ガス透過性に優れた全炭素質の燃料電池用セパレータ及びその製造方法を得ることができることとなる。
また、本発明では、単体では炭素化や後加工処理が困難であり耐衝撃性の若干劣るガラス状炭素中に、加工処理の容易な黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材を複合させたガラス状炭素／黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材複合体であるため、炭素化工程を簡易にすることができる上、炭素化処理後のサンドブラスト処理も容易となるため、全炭素質からなる燃料電池用セパレータを効率よく安価に製造することができる。
更に、全体又はその一部が多孔質複合体からなる燃料電池用セパレータでは、サンドブラスト加工性（切削加工性）、並びに、燃料ガス及び酸化剤ガスのガス拡散性、反応性を更に向上させることができる。
【００２５】
次に、本発明を実施例及び比較例により、更に詳述するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００２６】
〔実施例１〕
フラン樹脂〔日立化成工業（株）製　ヒタフランＶＦ−３０３〕　　８５部
天然鱗状黒鉛（日本黒鉛工業（株）製　平均粒径５μｍ）　　　　　１０部
気相成長炭素繊維（平均径０．１μｍ、長さ５μｍ）　　　　　　　　５部
を充分に分散、混合して、平板作成用液状材料を得た。
これをドクターブレードタイプ塗工機に液状材料を投入し、グリーンシートを作製した。このグリーンシートを切断機で切断後、乾燥機で加熱硬化処理をして焼成処理用平板を得た。
得られた平板は、厚さ１．０ｍｍ、２４．５ｃｍ角の寸法を有していた。
この得られた成形体を、窒素ガス雰囲気中、５００℃までは、毎時５０℃、それ以降は毎時１００℃で昇温させ、１５００℃で５時間焼成処理を行うことで、平板部の厚み０．８ｍｍ、２００ｍｍ角の寸法を有する炭素質平板を得た。
得られた平板をサンドブラスト（ビーズ：ＧＣ＃６００、ショット圧：４ｋｇ／ｃｍ２）により、凹凸部（溝部の幅１ｍｍ、深さ０．３ｍｍ）を作製することで燃料電池用セパレータを得た。
【００２７】
〔実施例２〕
（グリーンシート１の作製）
フラン樹脂日立化成工業（株）製　ヒタフランＶＦ−３０３）　　８５部
天然鱗状黒鉛（日本黒鉛工業（株）製　平均粒径５μｍ）　　　　１０部
気相成長炭素繊維（平均径０．１μｍ、長さ５μｍ）　　　　　　　５部
を充分に分散、混合して、液状材料Ａを得た。
これをドクターブレードタイプ塗工機に液状材料Ａを投入し、厚さ０．４ｍｍのグリーンシート１を作製した。
（グリーンシート２の作製）
上記液状材料９０部に、更に消失性徴粒子ポリマー（ＰＭＭＡ、１０μｍ）１０部を添加し、充分に分散、混合して液状材料Ｂを得た。
これをドクターブレードタイプ塗工機に液状材料Ｂを投入し、厚さ０．３ｍｍのグリーンシート２を作製した。
次に、上記グリーンシート１の表面にグリーンシート１の材料を塗布しその上にグリーンシート２を載せ、加熱乾燥することでグリーンシート１及びグリーンシート２を接合した。さらに、グリーンシート１のもう一方の面も同様にしてグリーンシート２を接合した。
得られた平板は、厚さ１．０ｍｍ、２４．５ｃｍ角の寸法を有していた。
この得られた成形体を、窒素ガス雰囲気中、５００℃までは、毎時５０℃、それ以降は毎時１００℃で昇温させ、１５００℃で５時間焼成処理を行うことで、平板部厚み０．８ｍｍ、２００ｍｍ角の寸法を有する炭素質平板を得た。
得られた平板の両側を上記実施例１と同様にして、凹凸部（溝部の幅１ｍｍ、深さ０．３ｍｍ）を作製することで燃料電池用セパレータを得た。
【００２８】
〔実施例３〕
上記実施例１において、フラン樹脂を７０部とし、天然鱗状黒鉛を３０部として、上記第１実施例と同様にして燃料電池用セパレータを得た。
【００２９】
〔比較例１〕
等方性炭素材（東洋炭素社製、ＩＧ−１１）を使用し、比較例用試料板とした。
【００３０】
上記実施例１〜３及び比較例１で得られたサンドブラスト処理前の燃料電池用セパレータを下記方法により、固有抵抗、曲げ強度、ガス透過率を評価した。
これらの結果を下記表１に示す。
【００３１】
（固有抵抗の評価方法）
ホイートストーンブリッジ法（４端子法）で測定した。
（曲げ強度の評価方法）
３点曲げ試験により測定した。
〔ガス透過率の評価方法〕
下記式によりガス透過率を測定評価した。数値が小さいほど、ガス不透過性に優れる。
ガス透過率（ｃｍ２／ｓｅｃ）＝ＱＬ／ΔＰＡ
Ｑ：透過量（Ｐａ・ｃｍ３／ｓｅｃ）
Ｌ：厚さ（ｃｍ）
ΔＰ：圧力差（Ｐａ）
Ａ：透過面積（ｃｍ２）
【００３２】
【表１】
2004139885.tif 000002
【００３３】
上記表１の結果から明らかなように、本発明範囲となる実施例１〜３は、本発明の範囲外となる比較例１に較べて、薄板化しても強度やガス不透過性、導電性に優れた燃料電池用セパレータとなることが判明した。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、ガラス状炭素と黒鉛粉末及び／又は炭素繊維の複合体からなるため、ガラス状炭素並のガス不浸透性と一般炭素材料並みの電気伝導性、機械加工性を有し、更に樹脂／炭素複合体よりも耐久性、耐腐食性に優れた燃料電池用セパレータ及びその製造方法が提供される。
また、本発明の燃料電池用セパレータは、ガラス状炭素中に、加工処理の容易な黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材を複合させたガラス状炭素／黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材複合体であるため、炭素化工程を簡易にすることができる上、炭素化処理後のサンドブラスト処理も容易となるため、全炭素質からなる燃料電池用セパレータを効率よく安価に製造することができる。
更に、本発明の燃料電池用セパレータの全体又はその一部をガラス状炭素／黒鉛粉末及び／又は繊維状炭素材複合体とすると共に、多孔質複合体とすることにサンドブラスト加工性（切削加工性）、並びに、燃料ガス及び酸化剤ガスのガス拡散性、反応性を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池用セパレータの実施形態の一例を示す部分断面図である。
【図２】本発明の燃料電池用セパレータの実施形態の他例を示す部分断面図である。
【図３】本発明の燃料電池用セパレータの実施形態の他例を示す部分断面図である。
【図４】本発明の実施形態の他例を示す部分断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は、平板表面にサンドブラスト処理によって形成される凹凸部の各形状を示す部分断面図である。
【符号の説明】
Ａ　燃料電池用セパレータ
１０　平板
１１　凹溝
【図１】
2004139885.tif 000003
【図２】
2004139885.tif 000004
【図３】
2004139885.tif 000005
【図４】
2004139885.tif 000006
【図５】
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