(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、耐食性に優れた燃料電池用セパレータの製造方法を提供することにある。【解決手段】  本発明は、セパレータ基材の表面全体にコート層が設けられた燃料電池用セパレータを製造する方法において、前記コート層の形成の際に、少なくともコート層の膜厚が全体のうち相対的に薄くなる部分に対して、他の部分とは異なる形成方法でコート層を形成する燃料電池用セパレータの製造方法を提供する。また、本発明は、セパレータ基材の表面全体に複数のコート層が設けられた燃料電池用セパレータを製造する方法において、セパレータ基材上に、第１コート層を形成後、該第１コート層が形成された前記基材を所定の形状に成型し、成型後、少なくとも第１コート層上の膜厚が全体のうち相対的に薄くなる部分、及び第１コート層上でセパレータの薄膜電極集合体に接する部分に、第２コート層を形成する燃料電池用セパレータの製造方法を提供する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータ基材の表面全体にコート層が設けられた燃料電池用セパレータを製造する方法において、
前記コート層の形成の際に、少なくともコート層の膜厚が全体のうち相対的に薄くなる部分に対して、他の部分とは異なる形成方法でコート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２】
前記コート層の塗布量を、成型によるコート層の伸びに対応して増減する、請求項１記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項３】
前記コート層の塗布量は、成型前に、成型後のコート層の伸びに対応して設定される、請求項１又は２記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項４】
前記コート層の塗布量は、成型後の部分溶融に応じて変更する、請求項１又は２記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項５】
前記コート層の塗布量は、第１コート層形成後、成型し、該成型により第１コート層が伸びる部分に第２コート層を形成する、請求項１又は２記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項６】
コート層が伸びる部分のコート層厚を、少なくとも予め定めたコート層厚以上となるようにする、請求項１〜５の何れかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項７】
セパレータ基材の表面全体に複数のコート層が設けられた燃料電池用セパレータを製造する方法において、
セパレータ基材上に、第１コート層を形成後、該第１コート層が形成された前記基材を所定の形状に成型し、成型後、少なくとも第１コート層上の膜厚が全体のうち相対的に薄くなる部分、及び第１コート層上でセパレータの薄膜電極集合体に接する部分に、第２コート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８】
前記コート層が、カーボンコート層を含む、請求項１〜７の何れかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項９】
前記第１コート層が、前記セパレータ基材への付着力が強いカーボンコート材料からなる、請求項５又は７記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１０】
前記第２コート層が、弾性率が高い材料を含むカーボンコート材料からなる、請求項５又は７記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１１】
前記第１コート層が、セパレータ基材への付着力が強いカーボンコート材料からなり、前記第２コート層が、弾性率が高いカーボンコート材料からなる、請求項５又は７記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法を使用する燃料電池用セパレータの製造システムであって、
コート層の膜厚を測定する膜厚測定手段と、
該膜厚測定手段により得られた膜厚のデータを受けてコート層の塗布条件として、コート層の膜厚が全体のうち相対的に薄い部分に対してコート層を塗布するように設定、制御する制御手段と、
該制御手段から指令を受けて前記塗布条件に従ってコート層を塗布する塗装手段と、
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１３】
請求項１〜１１の何れかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法を使用して得られることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項１４】
請求項１３記載の燃料電池用セパレータを含むことを特徴とする燃料電池。
【請求項１５】
請求項１４記載の燃料電池を少なくとも備えることを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐食性に優れた燃料電池用セパレータの製造方法に関し、詳細には、セパレータ基材の表面全体にコート層が設けられた燃料電池用セパレータについて、優れた耐食性を付与させることのできる燃料電池用セパレータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池用セパレータ（ガスセパレータ）は、複数の単セルが積層された燃料電池スタックを構成する部材であって、充分なガス不透過性を備えることによって、隣り合う単セルのそれぞれに供給される燃料ガスおよび酸化ガスが混じり合うのを防いでいる。
【０００３】
従来、このような燃料電池用セパレータは、炭素材料あるいは金属材料を用いて製造されてきた。一般に、金属材料は強度に優れているため、炭素材料を用いる場合に比べてより薄いセパレータを製造することが可能であり、セパレータを薄くすることによって、燃料電池全体を小型化することが可能となる。また、金属製のセパレータは、金属板をプレスするという簡便な方法によって製造することができるため、製造工程を簡素化・短期化して生産性を向上させ、製造コストの上昇を抑えることができる。ところが、動作中の燃料電池の内部環境は、非常に強い酸性状態にあり、金属製セパレータの表面に金属被覆処理等の手段を施しても、セパレータ表面が腐食し、燃料電池の性能が維持できないおそれがあった。
【０００４】
このため、金属製セパレータにおいて、充分な耐食性を実現することを目的とした、種々の燃料電池用セパレータが提案されている。例えば、特開２００２−６３９１４号公報では、燃料電池内に組み込まれたときにその表面でガス流路を形成する燃料電池用ガスセパレータであって、金属製のセパレータ基材と、前記ガスセパレータを燃料電池内に組み込んだときに、隣接する部材と接触する接触面に対応する前記セパレータ基材表面のうち、前記隣接する部材との間の接触抵抗に関わる表面上に少なくとも形成され、貴金属によって構成される貴金属コート層と、炭素材料によって前記貴金属コート層上に形成されるカーボンコート層とを備える燃料電池用ガスセパレータが提案されている（特許文献１）。
【０００５】
しかしながら、該公報に記載のセパレータでも、未だその耐食性が不充分であるのが実情である。その原因としては、かかるセパレータの製造法にあると考えられる。該公報には、セパレータの基材となる金属部材の表面上に、カーボンコート層を形成し、次いでプレス成型（所定の形状に成形）をする順でセパレータを成形する方法、及び、プレス成型をし、次いでカーボンコート層を形成する順でセパレータを成形する方法が記載されている（特許文献１の請求項２２等参照）。
【０００６】
これらの製造法では、次の問題点がある。即ち、前者の方法では、プレス成型時にセパレータ基材としての金属部材が引き伸ばされ、それに伴いカーボンコート層も引き伸ばされるため、特に曲率の大きい部分ではカーボンコート層が薄くなったり、亀裂を生じて十分な耐食性が維持できない場合がある。この場合、逆に、プレス成型形状を緩やかにして曲率を緩やかにすることも考えられるが、セパレータと薄膜電極集合体（ＭＥＡ）との接触面積が少なくなり、接触抵抗が大きくなって発電効率が下がることになる。
また、この方法によりコート層を全体に厚く塗布した場合には、伸びないコート層部分はコーティング材料の無駄となる。
【０００７】
一方、後者の方法では、コート層のコーティングが基材である金属部材の凹部に届きにくく、十分に塗布できない。また、この方法では、粒子効率が悪く、コート層を均一に塗布、形成することができない。
【特許文献１】特開２００２−６３９１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、前述した従来技術の問題点である。
従って、本発明の目的は、耐食性に優れた燃料電池用セパレータの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、鋭意研究した結果、セパレータ基材の表面全体にコート層が設けられた燃料電池用セパレータを製造する方法において、前記コート層の形成に際しセパレータ基材上の所定の部分に対してコート層の形成方法を変更する方法が、前記目的を達成し得ることの知見を得た。
【００１０】
本発明は、前記知見に基づきなされたもので、下記１．を提供するものである。
１．セパレータ基材の表面全体にコート層が設けられた燃料電池用セパレータを製造する方法において、
前記コート層の形成の際に、少なくともコート層の膜厚が全体のうち相対的に薄くなる部分に対して、他の部分とは異なる形成方法でコート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。
【００１１】
本発明は、かかる構成からなるため、耐食性に優れた燃料電池用セパレータを製造することができる。
【００１２】
また、本発明は、下記２．〜６．をそれぞれ提供するものである。これらの発明によれば、コート層が薄くなる部分にコート層が多めに塗布されるので、耐食性が向上する。また、コート層が伸びる部分に塗布して耐食性を付与できるため、コート層が伸びない部分にまで塗布する必要がなくなり、コーティング材料の節約ができコスト面でも有利となる。  
【００１３】
２．前記コート層の塗布量を、成型によるコート層の伸びに対応して増減する、１記載の燃料電池用セパレータの製造方法。  
【００１４】
３．前記コート層の塗布量は、成型前に、成型後のコート層の伸びに対応して設定される、１又は２記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
特に、この発明によれば、成型によりコート層が伸びるのを見越して予めコート層を塗布するため、耐食性が向上する。  
【００１５】
４．前記コート層の塗布量は、成型後の部分溶融に応じて変更する、１又は２記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
特に、この発明によれば、コート層の膜厚の厚い部分を溶融し移動させることにより、薄くなったコート層を厚くするため、耐食性が向上する。  
【００１６】
５．前記コート層の塗布量は、第１コート層形成後、成型し、該成型により第１コート層が伸びる部分に第２コート層を形成する、１又は２記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
特に、この発明によれば、成型後に生じる第１コート層の薄くなった部分及び亀裂を覆うように第２コート層が形成され、十分な耐食性が維持される。  
【００１７】
６．コート層が伸びる部分のコート層厚を、少なくとも予め定めたコート層厚以上となるようにする、１〜５の何れかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【００１８】
また、本発明は、７．セパレータ基材の表面全体に複数のコート層が設けられた燃料電池用セパレータを製造する方法において、
セパレータ基材上に、第１コート層を形成後、該第１コート層が形成された前記基材を所定の形状に成型し、成型後、少なくとも第１コート層上の膜厚が全体のうち相対的に薄くなる部分、及び第１コート層上でセパレータの薄膜電極集合体に接する部分に、第２コート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を提供するものである。
【００１９】
上記発明によれば、成型後に生じる第１コート層の薄くなった部分及び亀裂を覆うように第２コート層が形成され、十分な耐食性が維持される。それとともに、薄膜電極集合体（ＭＥＡ）に接する部分にコート層が形成されることで導電率が向上する。
【００２０】
また、本発明は、下記８．〜１１．をそれぞれ提供するものである。これらの発明によれば、高い導電率、及び耐酸性を示す燃料電池用セパレータを得ることができる。  
【００２１】
８．前記コート層が、カーボンコート層を含む、１〜７の何れかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。  
【００２２】
９．前記第１コート層が、前記セパレータ基材への付着力が強いカーボンコート材料からなる、５又は７記載の燃料電池用セパレータの製造方法。  
【００２３】
１０．前記第２コート層が、弾性率が高い材料を含むカーボンコート材料からなる、５又は７記載の燃料電池用セパレータの製造方法。  
【００２４】
１１．前記第１コート層が、セパレータ基材への付着力が強いカーボンコート材料からなり、前記第２コート層が、弾性率が高いカーボンコート材料からなる、５又は７記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【００２５】
また、本発明は、１２．前記１〜１１の何れかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法を使用する燃料電池用セパレータの製造システムであって、
コート層の膜厚を測定する膜厚測定手段と、
該膜厚測定手段により得られた膜厚のデータを受けてコート層の塗布条件として、コート層の膜厚が全体のうち相対的に薄い部分に対してコート層を塗布するように設定、制御する制御手段と、
該制御手段から指令を受けて前記塗布条件に従ってコート層を塗布する塗装手段と、
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を提供するものである。
【００２６】
上記発明によれば、耐食性に優れた燃料電池用セパレータを容易に得ることができる。
【００２７】
また、本発明は、１３．前記１〜１１の何れかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法を使用して得られることを特徴とする燃料電池用セパレータを提供するものである。この発明によれば、燃料電池用セパレータに高い耐食性を付与することができる。
【００２８】
また、本発明は、１４．前記１３記載の燃料電池用セパレータを含むことを特徴とする燃料電池を提供するものである。この発明によれば、燃料電池に耐久性を付与でき、長期に亘り運転した場合でも発電効率等の性能を維持させることができる。
【００２９】
また、本発明は、１５．前記１４記載の燃料電池を少なくとも備えるとこを特徴とする車両を提供するものである。この発明によれば、優れた性能を有する燃料電池自動車等の車両を提供できる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、耐食性に優れた燃料電池用セパレータの製造方法及び製造システムが提供される。また、本発明によれば、高い耐食性が付与された燃料電池用セパレータが提供される。また、本発明によれば、耐久性が付与され、長期に亘り運転した場合でも発電効率等の性能を維持させることのできる燃料電池が提供される。また、本発明によれば、優れた性能を有する燃料電池自動車等の車両が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に、本発明の実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、斯かる実施例により何等制限されるものではない。
【実施例１】
【００３２】
実施例１に係る燃料電池用セパレータの製造方法における各工程のフローチャートを図１０に示す。図１０に示すように、本実施例１では、複数の工程（ステップＳ１）〜（ステップＳ９）を経ることで、燃料電池用セパレータを形成する。そして、本実施例１により得られる燃料電池用セパレータを図１に示す。図１に示すように、燃料電池セパレータ１０は、燃料電池内に組み込まれたときにガス流路を形成するための所定の凹凸形状を有するものであり、該形状に対応した凹凸形状を有する金属薄板１１と、該金属薄板１１上に設けられた第１カーボンコート層１２と、該カーボンコート層１２の膜厚が全体のうち相対的に薄くなる部分の上に設けられた第２カーボンコート層１３とから構成され、カーボンコート層（１２及び１３を合わせた層）全体の膜厚が略均一なものである。
【００３３】
本実施例１に係る各工程では、次のことが行われる。
工程（Ｓ１）：セパレータ基材としての金属薄板１１の表面上に第１カーボンコート層１２を塗布するための条件を設定する。
工程（Ｓ２）：燃料電池用セパレータとして用いるための所定の穴を形成し、穴あけ済みの金属薄板１１を作製する。
工程（Ｓ３）：所定の穴が形成された金属薄板１１の表面上に第１カーボンコート層１２を塗工し、成形する。
工程（Ｓ４）：第１カーボンコート層１２を乾燥し、金属薄板１１上に定着させる。
工程（Ｓ５）：プレスにより燃料電池用セパレータとしての所定の形状に成型し、その後所定の箇所を切削して１枚毎にカットする。
【００３４】
工程（Ｓ６）：第１カーボンコート層１２の膜厚を測定する。
工程（Ｓ７）：第１カーボンコート層１２上に第２カーボンコート層１３を塗工するための条件を設定する。
工程（Ｓ８）：第１カーボンコート層１２上の所定部分に、第２カーボンコート層１３を塗工し、成形する。
工程（Ｓ９）：第２カーボンコート層１３を乾燥し、第１カーボンコート層１２上の所定部分に定着させる。これにより、燃料電池用セパレータ１０が完成する。
【００３５】
また、工程（Ｓ９）で第２カーボンコート層１３を乾燥・定着させた際には、第２カーボンコート層１３の膜厚を測定する。本実施例１においては、第２カーボンコート層１３の膜厚を測定した結果を制御装置１０２にフィードバックし、該膜厚に応じて第２カーボンコート層１３の塗布条件を設定するように制御する。
【００３６】
図１０における、第２カーボンコート層１３を形成するための各工程（Ｓ７〜Ｓ９）を示すフローチャートの右部には、これらの工程で採用する製造システムの例を示す。本実施例１では、図１０に示すように、燃料電池用セパレータの製造システム１００が採用される。この製造システム１００は、第２カーボンコート層の膜厚を測定する膜厚測定手段１０１と、該膜厚測定手段１０１により得られた膜厚のデータを受けて（フィードバックして）第２カーボンコート層の塗布条件を設定し制御する制御装置１０２と、該制御装置１０２から指令を受けて前記設定条件の通りに第２カーボンコート層を塗布する塗装ロボット１０３と、を少なくとも含む構成とされている。塗装ロボット１０３は、塗布操作を行う部分に吹付けガン１０４を備えており、該吹付けガン１０４によって、金属製薄板１０５に設けられた第１カーボンコート層の上に第２カーボンコート層を吹付け、塗布する。
【００３７】
本実施例１に係る第２カーボンコート層１３を形成するための工程の前までの工程（Ｓ１〜Ｓ６）は通常の方法により行うことができるが、本実施例１では以下に示す通りに行った。
【００３８】
ステップＳ１では、予め、セパレータ基材としての金属薄板１１の表面上に第１カーボンコート層１２を塗布するための条件を設定しておいた。その上で、次のステップＳ２以降の工程を行った。
【００３９】
先ず、図４（Ａ）に示すように、ロール状の金属薄板４０を用意する。このロール状の金属薄板４０は、燃料電池用セパレータの基板部（セパレータ基材）を成すものであり、ここでは、ステンレスからなるロール状薄板を用意した。本実施例１のセパレータの製造工程は一つの金属材料（金属薄板）から複数のセパレータを製造するものであり、このロール状薄板は、製造するセパレータの一辺に対応する幅を有し、所望の枚数のセパレータを製造可能な充分な長さを有するものとする。
【００４０】
このロール状の金属薄板４０に、図４（Ｂ）に示すような所定の形状の穴４１をあける穴あけ工程を行なう（Ｓ２）。この工程で設ける穴４１は、セパレータ１０を含む部材を積層して燃料電池を形成したときに燃料電池内で流体の流路を形成するものであり、得ようとするセパレータ１０における燃料ガス孔及び酸化ガス孔（図示せず）に相当する。もとより、この穴あけ工程では、燃料ガスおよび酸化ガスの流路を形成する穴４１の他に、燃料電池スタックの積層方向に貫通して形成される冷却水の流路を形成するための穴を同時に形成することとしても良く、このステップＳ２は、セパレータ１０に設ける穴構造を形成する工程として行なわれる。
【００４１】
図４（Ａ）に、ステップＳ２の穴あけ工程の様子を示す。本実施例１では、この穴あけ工程の他、後述する他の工程においても、ロール状の金属薄板４０に所定の処理を施すときには、ロール状の金属薄板４０を端部から順次ローラを用いて送り出し、所定の装置に供して穴あけなどの処理を施し、処理の終わった部分から順次巻き取り用のローラに巻き取るという動作を行なう。ステップＳ２では、ローラ（図４では中間ローラ４６と記載）を用いてロール状の金属薄板４０を、上下に金型４３，４４を備える穴あけプレス装置４５へと導き、穴あけの処理を行なって、所定の穴のあいた金属薄板４２と成し、この金属薄板４２を巻き取りローラ４７に巻き取る。
【００４２】
このようにしてできあがった金属薄板４２は、後述するステップにおいて金属薄板を分割して複数のセパレータとしたときには、それぞれのセパレータの所望の位置に所望の穴が配置するように、複数の穴が形成されている。図４（Ｂ）は、このような穴が形成されたロール状（ここでは帯状）の金属薄板４２の様子を表わす説明図である。図４（Ｂ）では、最終的に個々のセパレータに分割される位置を点線で表わし、燃料ガス孔および酸化ガス孔と同様の穴が形成された様子を模式的に表わしているが、所望のセパレータ形状に応じて、所定の位置に所定の大きさの穴をあけることとすればよい。
【００４３】
次に、穴あけ処理により所定の穴が形成された金属薄板４２上に、第１カーボンコート層を形成する処理を行なう（Ｓ３）。この第１カーボンコート層形成工程では、前記の穴あけ工程（Ｓ２）で所定の穴が設けられた金属薄板４２の上に、第１カーボンコート層を塗布、形成する。この際の塗布条件は、ステップＳ１にて予め設定しておいた第１カーボンコート層の塗布条件に従う。第１カーボンコート層を塗布、形成する手段としては、例えば、フローコータ、ダイコータを用いる手段や、ディッピング、又は吹付け塗装等が挙げられるが、特に制限されるものではない。また、第１カーボンコート層の塗布・形成後は、該コート層を通常の乾燥手段によって乾燥し、金属薄板４２上に定着させる（Ｓ４）。以下に、ステップＳ３及びＳ４の一例を示す。
【００４４】
図５に、第１カーボンコート層を形成する工程としてのロールコートの様子を示す。この処理では、所定の穴が形成された金属薄板４２を、塗工装置５０に、中間ローラ５６等を用いて端部から順に導く。塗工装置５０で黒鉛塗料を塗布された金属薄板４２は、乾燥装置５５を経由し、第１カーボンコート層を形成した金属薄板５４として巻き取りローラ５７に巻き取られる。ここで、塗工装置５０は、ドクターブレード５１と塗工ローラ５３とを備えており、炭素材料およびバインダと所定の溶媒（例えば、キシロール、トリオール、イソプロピルアルコールなどの溶媒あるいは水など）とを混合してペースト状にした黒鉛塗料５２を、ドクターブレード５１を用いて金属薄板４２上に供給し、塗工ローラ５３の間を通過させることで、金属薄板４２上に均一な厚みで黒鉛塗料を塗布する。黒鉛塗料５２を塗布された金属薄板４２が乾燥装置５５を経由すると、黒鉛塗料５２中の上記溶媒が除去され、第１カーボンコート層を形成した金属薄板５４となる。第１カーボンコート層は、既述したように浸漬やスプレーによっても形成することができるが、図５に示すような塗工装置５０を用いることで、ロール状の金属薄板上に均一な厚みの第１カーボンコート層を容易に形成することができる。
【００４５】
尚、図５では、金属薄板４２の一方の面上に第１カーボンコート層を形成する工程を示したが、その両面に第１カーボンコート層を備えるセパレータを製造する場合には、図５の工程を２度繰り返すことで金属薄板４２の両面に黒鉛塗料５２を塗布し、両面に第１カーボンコート層を備える金属薄板５４を形成する。
【００４６】
また、ここでは第１カーボンコート層を塗布、形成するための材料として、黒鉛材料５２を使用した例を示したが、かかる材料としては、ステンレスからなる金属薄板４２との付着性を高める点で、金属薄板４２への付着力が強いカーボンコート材料が好ましい。そのような材料としては、好ましくは樹脂比率の高いカーボン材料、例えば、樹脂成分を多く含むカーボン材料等が挙げられる。
【００４７】
次に、プレス・カット工程において、第１カーボンコート層が形成された金属薄板をプレス成型した後、１枚毎に分離する（Ｓ５）。図６に、金属薄板５４の成型と分離を行なう工程であるプレス・カット工程の様子を示す。この処理では、第１カーボンコート層を形成した金属薄板５４を、プレス・カット装置６２に、ローラ（図６では中間ローラ６１と記載）を用いて端部から順に導く。プレス・カット装置６２は、金型６３，６４を備えている。これらの金型６３，６４を用いて金属薄板５４をプレスすることで、金属薄板５４に対して燃料電池内に組み込まれたときにガス流路となる所定の凹凸形状を形成する。それと共に、金属薄板５４を所定の位置で切断して、金属薄板５４から所定の凹凸形状を有する金属薄板６５を分離する。このとき、得られる金属薄板６５の断面は、図１に示すセパレータ１０から第２カーボンコート層１３を除いた状態（第１カーボンコート層１２のみが設けられた状態）を示す。
【００４８】
第１カーボンコート層１２の形成後にプレス加工した、所定の凹凸形状を有する金属薄板６５は、その傾斜部ａ及びプレスの曲部ｂで伸びるのに伴い、第１カーボンコート層１２も薄くなる（図１参照）。更に、これらの部分では、第１カーボンコート層１２が薄くなるばかりでなく、亀裂等の欠陥も発生し易い。
【００４９】
所定の凹凸形状を有する金属薄板６５を分離した後は、金属薄板６５上の第１カーボンコート層１２の膜厚を測定する（Ｓ６）。
【００５０】
第１カーボンコート層１２の膜厚測定の結果から、カーボンコート層全体の膜厚が略均一になるように、第２カーボンコート層１３の塗布条件を設定する（Ｓ７）。
【００５１】
設定した第２カーボンコート層１３の塗布条件は、制御装置１０２に送信される。そして、該条件に従って、第１カーボンコート層１２の薄い部分及び亀裂等の発生し易い部分を主体に、制御装置１０２に接続された塗装ロボット１０３が保持する吹付けガン１０４で、第２カーボンコート層１３を形成するためのカーボンインクを塗布し、形成する（Ｓ８）。吹付けガン１０４としては、エアスプレーガンやエアレススプレーガン等が用いられる。第２カーボンコート層は、ダレ、留まり等が発生し難いように、数回に分けて繰り返し吹付け塗布するのが望ましい。
【００５２】
また、第２カーボンコート層１３の塗布条件は、吹付けガン１０４の軌跡、吹付けガン１０４の移動速度、カーボンインクの吹付け量、吹付けエア圧力等を第１カーボンコート層の膜厚に応じて適宜変更することで、所望するように設定することができる。
【００５３】
ここで、第２カーボンコート層１３を塗布、形成するための材料としては、第１カーボンコート層１２との付着性を保持すると共に、燃料電池に組み込まれた際にＭＥＡとの接触抵抗を小さくする点で、弾性率が高いカーボンコート材料が好ましい。そのような材料としては、好ましくはゴム弾性率の高いカーボン材料、例えば、ゴム成分を多く含むカーボン材料等が挙げられる。これにより、第２カーボンコート層１３の柔軟性を高めて、第１カーボンコート層１２との密着性を良くすることができる。
【００５４】
第２カーボンコート層１３を形成した後は、通常の乾燥手段によって第２カーボンコート層１３を乾燥し、第１カーボンコート層１２上に定着させる（Ｓ９）。すると、カーボンコート層全体の膜厚が略均一な燃料電池用セパレータ１０を完成する。
【００５５】
本実施例１の製造方法では、既述の通り、第１カーボンコート層１２が形成された金属薄板のプレス工程後に、第２カーボンコート層１３を吹付け塗布する。このため、第１カーボンコート層１２の薄くなった部分に対して第２カーボンコート層１３を選択的に塗布でき、全体の膜厚が通常５〜１００μｍ、厚塗りの場合は２０〜１００μｍの、略均一なカーボンコート層を有する燃料電池用セパレータ１０を形成することができる。
【００５６】
また、本実施例１の製造方法では、溶剤型又は水溶性でフロー性の良い液状の材料を用いて第２カーボンコート層１３を塗布、形成するため、第１カーボンコート層１２の亀裂等の欠陥を覆い隠すことができ、欠陥を抑止したカーボンコート層を形成できる。このため、本実施例１で得られた燃料電池用セパレータ１０を使用すれば、フッ酸等による腐食を確実に防止することができる。
【実施例２】
【００５７】
実施例２に係る製造方法を用いて燃料電池用セパレータを作製する際の成型前（ａ）と成型後（ｂ）の状態（概略断面図）をそれぞれ図２（ａ）及び（ｂ）に示す。
【００５８】
図２（ａ）に示すように、本実施例２の製造方法では、成型前のセパレータ基材としての金属薄板２１上にカーボンコート層２２を塗布するに際し、成型後の該カーボンコート層２２の伸びに応じて塗布量を増減し、得られるカーボンコート層２２の膜厚均一化を図る。即ち、成型後にカーボンコート層２２が伸びる部位に対応する、成型前のカーボンコート層２２における部位ｃを厚く塗布する。
【００５９】
そして、成型することにより、図２（ｂ）に示すように、燃料電池内に組み込まれたときにガス流路を形成するための所定の凹凸形状を有し、該形状に対応した凹凸形状を有する金属薄板２１と、該金属薄板２１上に設けられたカーボンコート層２２とから構成され、該カーボンコート層２２の膜厚が略均一な燃料電池用セパレータ２０を作製する。尚、成型法としては、実施例１と同様のプレス成型等が挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。
【００６０】
具体的な膜厚均一化の手段としては、次の（１）、（２）に示す手段等が挙げられる。
（１）金属薄板２１及びカーボンコート層２２のプレス成型前後での厚さ変動をシュミレーションすることにより、プレス成型後のカーボンコート層２２の膜厚が均一になるように、プレス成型前のカーボンコート層２２の厚さを部位毎に増減して形成する。
（２）予め、均一なカーボンコート層２２を塗布してプレス成型後の膜厚分布を測定し、各部位の増減した比率の逆数を掛けてプレス成型前のカーボンコート層２２を形成することによってプレス成型後の膜厚の均一化を図る。
【００６１】
本実施例２におけるプレス成型前のカーボンコート層２２の形成方法の一例としては、図８に示すカーボンコート層形成装置を用いる方法が挙げられる。図８に示すように、カーボンコート層形成装置８０によって、金属薄板ロールから取り出された金属薄板８１はカーボンコート層２２を塗布するための所定の工程を経た後、カーボンコート層２２が形成された金属薄板８４は中間ローラ８２を介して巻き取りローラ８３に巻き取られる。
【００６２】
カーボンコート層２２を塗布するための所定の工程は、ドクターブレード８５と凸版印刷ローラ８６を備えた塗工装置が用いられ、ドクターブレード８５によって溶媒を含むカーボン塗料８７を金属薄板８１上に供給し、凸版印刷ローラ８６の間を通過させることで、金属薄板８１上に所望の部位の塗布量を増減させるようにカーボン塗料８７を塗布する。カーボン塗料８７を塗布された金属薄板８１が乾燥装置８８を経由すると、カーボン塗料８７中の溶媒が除去され、金属薄板２１上に所望の部位の膜厚が増減されたカーボンコート層２２が形成される。
【００６３】
かかる形成装置８０により、形状の異なる複数の凸版印刷ローラ８６を用いて第１、第２、第３ステージのように多ステージで重ね塗りすることによって、プレス成型前（カット前）の部位によって膜厚の異なるカーボンコート層２２を形成することができる。従って、形成装置８０において、成型後のカーボンコート層２２の伸びに応じて塗布量を増減するように凸版印刷ローラ８６の形状やステージ数を設定すれば、所望の部位の膜厚を増減させたカーボンコート層２２を容易に形成することができる。
【実施例３】
【００６４】
実施例３に係る製造方法を用いて燃料電池用セパレータを作製する際の第１工程（ａ）と第２工程（ｂ）の様子（概略断面図）をそれぞれ図３（ａ）及び（ｂ）に示す。
【００６５】
本実施例３の製造方法の第１工程では、図３（ａ）に示すように、膜厚不均一や亀裂欠陥部のあるカーボンコート層３２を備えた所定の凹凸形状を有する金属薄板３１における該カーボンコート層３２の欠陥部位ｄの周辺に対して、エタノール等の溶剤３３を噴霧装置３４によって噴霧し、カーボンコート層３２の一部を軟化・溶融（部分溶融）させる。所定の凹凸形状を付与するための成型をする前におけるカーボンコート層３２の塗布量は、成型後の上記部分溶融の程度に応じて設定する。
【００６６】
次に、第２工程では、図３（ｂ）に示すように、第１工程でカーボンコート層３２に溶剤３３を噴霧した部分（欠陥部位ｄの周辺）に対して、ホットエアブロー３５を用いて処理することにより、カーボンコート層３２の膜厚を均一化することができる。また、これにより、カーボンコート層３２の亀裂欠陥もなくすことができる。カーボンコート層３２の膜厚の均一化には、ホットエアブロー３５を用いる代わりに、ヒーター３６や機械的な成形板３７を用いることもできる。  
【００６７】
〔他の実施形態〕
以上詳述したように、本発明を前述の実施例に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、種々の変更した実施形態とすることも可能である。
【００６８】
実施例１では、ロール状金属薄板を原料として用いこれをカットして加工しているが、平板状の金属薄板を用いて１枚毎に加工することもできる。
【００６９】
実施例１では穴あけ工程で所定の穴が設けられた金属薄板上に直接第１カーボンコート層を形成したが、穴あけ工程と第１カーボンコート層形成工程の中間で、防錆能力を高めるために、貴金属鍍金またはスパッタリング工程を行ってもよい。これにより、セパレータ基材とカーボンコート層との中間に、貴金属コート層を設けることもできる。貴金属コート層を設けるには、例えば、特開２００２−６３９１４号公報に記載の方法等を採用することができる。
【００７０】
また、実施例１では、塗装ロボット１０３を用いて第２カーボンコート層の塗布を行ったが、人による手作業で行ってもよい。
【００７１】
本発明においては、セパレータ基材の両面に対してカーボンコート層を塗布形成する場合にも適用できる。この場合、例えば、図９に示すように、セパレータ基材としての金属薄板９１の両面上に、一対の第１カーボンコート層９２，９２、更にそれらの表面上に一対の第２カーボンコート層９３，９３が設けられた燃料電池用セパレータ９０等を形成することができる。
〔使用例〕
本発明係る燃料電池用セパレータの製造方法によって得られる燃料電池用セパレータの使用例を図７に示す。図７に示すように、本実施例１に係る燃料電池用セパレータ７０は、燃料電池（燃料電池セル７１）内に組み込まれたときにその表面でガス流路７２を形成するように設置され、セパレータ７０におけるセパレータ基材表面に設けられた炭素材料からなるカーボンコート層がＭＥＡ７３と隣接するようにして使用される。ＭＥＡ７３は、電解質膜７４と、その両側面のアノード電極７５及びカソード電極７６と、更にそれらの両側面の拡散層７７，７７とから構成されている。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、耐食性に優れた燃料電池用セパレータの製造方法及び製造システム、高い耐食性が付与された燃料電池用セパレータ、耐久性が付与され、長期に亘り運転した場合でも発電効率等の性能を維持させることのできる燃料電池、並びに優れた性能を有する燃料電池自動車等の車両として、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】図１は、実施例１に係る燃料電池用セパレータの製造方法の一工程を説明するための概略断面図である。
【図２】図２は、実施例２に係る燃料電池用セパレータの製造方法における成型前（ａ）と成型後（ｂ）の状態を示す概略断面図である。
【図３】図３は、実施例３に係る燃料電池用セパレータの製造方法の第１工程（ａ）と第２工程（ｂ）の様子を示す概略断面図である。
【図４】図４（Ａ）は、実施例１における穴あけ工程（Ｓ２）の様子を示す概略説明図であり、図４（Ｂ）は、穴が形成された金属薄板の様子を示す概略説明図である。
【図５】図５は、実施例１における第１カーボンコート層形成工程（Ｓ３）としてのロールコートの様子を示す概略説明図である。
【図６】図６は、実施例１におけるプレス・カット工程（Ｓ５）で金属薄板の成型と分離を行なう様子を示す概略説明図である。
【図７】図７は、本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法により得られるセパレータの使用例である。
【図８】図８は、実施例２におけるプレス成型前のカーボンコート層の形成方法の一例を示す概略説明図である。
【図９】図９は、セパレータ基材の両面にカーボンコート層を形成した燃料電池用セパレータの一例を示す説明図である。
【図１０】図１０は、実施例１に係る燃料電池用セパレータの製造方法による各工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７４】
１０，２０，３０…燃料電池用セパレータ、１１，２１，３１…金属薄板、１２…第１カーボンコート層、１３…第２カーボンコート層、２２，３２…カーボンコート層、３３…溶剤、３４…噴霧装置、３５…ホットエアブロー、３６…ヒーター、３７…成形板、４０…ロール状金属薄板、４１…穴、４２…穴のあいた金属薄板、４３，４４…金型、４５…穴あけプレス装置、５０…塗工装置、５１…ドクターブレード、５２…黒鉛塗料、５３…塗工ローラ、５４…第１カーボンコート層形成金属薄板、５５…乾燥装置、５６…中間ローラ、５７…巻き取りローラ、６１…中間ローラ、６２…プレス・カット装置、６３，６４…金型、６５…凹凸形状を有する金属薄板、７０…燃料電池用セパレータ、７１…燃料電池セル、７２…ガス流路、７３…ＭＥＡ、７４…電解質膜、７５…アノード電極、７６…カソード電極、７７…拡散層、８０…カーボンコート層形成装置、８１…金属薄板、８２…中間ローラ、８３…巻き取りローラ、８４…カーボンコート層形成金属薄板、８５…ドクターブレード、８６…凸版印刷ローラ、８７…カーボン塗料、８８…乾燥装置、９０…燃料電池用セパレータ、９１…金属薄板、９２…第１カーボンコート層、９３…第２カーボンコート層、１００…燃料電池用セパレータ製造システム、１０１…膜厚測定手段、１０２…制御装置、１０３…塗装ロボット、１０４…吹付けガン、１０５…金属製薄板
【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】
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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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