(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基体と該金属基体を被覆する樹脂層とを備えた燃料電池用セパレータの製造方法において、
電着性を有する樹脂中に導電材料を分散させた電着液を用いて、金属基体上に電着にて樹脂層を形成する工程と、該樹脂層に熱硬化処理を施す工程と、を有し、該熱硬化処理は酸素濃度１％以下、圧力５×１０3Ｐａ以下の不活性ガス雰囲気中で行う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】
金属基体上に電着にて樹脂層を形成する工程を複数回行って多層構造の樹脂層を形成す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の製造方法。
【請求項３】
多層構造の樹脂層を構成する各樹脂層の形成毎に、樹脂層に前記熱硬化処理を施すことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項４】
熱硬化処理を施した前記樹脂層の内部に、電解重合にて導電性を高めるドーパントを含んだ導電性高分子からなる樹脂を形成して複合の樹脂層とする工程を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項５】
前記導電材料は、カーボン粒子、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、耐食性金属の少なくとも１種であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の燃料電池用のセパレータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用のセパレータ、特に固体高分子電解質膜の両側に電極を配した単位セルを複数個接続した燃料電池の各単位セルに使用するセパレータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、簡単には、外部より燃料（還元剤）と酸素または空気（酸化剤）を連続的に供給し、電気化学的に反応させて電気エネルギーを取り出す装置で、その作動温度、使用燃料の種類、用途などで分類される。また、最近では、主に使用される電解質の種類によって、大きく、固体酸化物型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、リン酸型燃料電池、固体高分子電解質型燃料電池、アルカリ水溶液型燃料電池の５種類に分類させるのがー般的である。
これらの燃料電池は、メタン等から生成された水素ガスを燃料とするものであるが、最近では、燃料としてメタノール水溶液をダイレクトに用いるダイレクトメタノール型燃料電池（以下、ＤＭＦＣとも言う）も知られている。
このような燃料電池のなかで、固体高分子膜を２種類の触媒で挟み込み、更に、これらの部材をガス拡散層（ＧＤＬ:Gas Diffusion Layer）とセパレータで挟んだ構成の固体高分子型燃料電池（以下、ＰＥＦＣとも言う）が注目されている。
【０００３】
このＰＥＦＣにおいては、固体高分子電解質膜の両側に、空気極（酸素極）、燃料極（水素極）を配置した単位セルを、所望の起電力を得るために、複数個積層したスタック構造、あるいは、平面状に複数個を直列に接続した構造となっている。例えば、上記のスタック構造の場合、単位セル間に配設されるセパレータは、そのー方の面に、隣接するー方の単位セルに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給用溝部が形成され、他方の面に、隣接する他方の単位セルに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給用溝部が形成されている。
このようなセパレータとしては、コスト、強度の点から、金属製のセパレータが好ましいが、耐食性に問題があった。このため、導電性の電着塗膜を用いて電着によって金属基材上に樹脂層を形成して耐食性を付与したセパレータが開発されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−２４９２４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電着で樹脂層を金属基材上に形成した従来のセパレータでは、形成した樹脂層を熱硬化する必要がある。しかし、ステンレスやアルミニウム等の金属基材を使用した場合、樹脂層の熱硬化処理中に金属基材の表面が酸化されて酸化被膜が形成され、この酸化被膜が絶縁層となって接触抵抗の増大を来たすという問題があった。
また、電着により樹脂層を形成する際に発生した水素ガスが樹脂層中に取り込まれていると、熱硬化した後の樹脂層中に気泡が存在することとなり、これにより樹脂層の緻密性が低下して電気抵抗が増大するという問題もあった。
また、金属基材に対する樹脂層の密着性の更なる向上も要望されている。
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、強度、耐食性に優れ、接触抵抗が小さい燃料電池用のセパレータを製造するための製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような目的を達成するために、本発明は、金属基体と該金属基体を被覆する樹脂層とを備えた燃料電池用セパレータの製造方法において、電着性を有する樹脂中に導電材料を分散させた電着液を用いて、金属基体上に電着にて樹脂層を形成する工程と、該樹脂層に熱硬化処理を施す工程と、を有し、該熱硬化処理は酸素濃度１％以下、圧力５×１０3Ｐａ以下の不活性ガス雰囲気中で行うような構成とした。
本発明の他の態様として、金属基体上に電着にて樹脂層を形成する工程を複数回行って多層構造の樹脂層を形成するような構成とした。
本発明の他の態様として、多層構造の樹脂層を構成する各樹脂層の形成毎に、樹脂層に前記熱硬化処理を施すような構成とした。
本発明の他の態様として、熱硬化処理を施した前記樹脂層の内部に、電解重合にて導電性を高めるドーパントを含んだ導電性高分子からなる樹脂を形成して複合の樹脂層とする工程を有するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記導電材料は、カーボン粒子、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、耐食性金属の少なくとも１種であるような構成とした。
【発明の効果】
【０００６】
本発明では、電着により形成した導電性の樹脂層に対する熱硬化処理を、酸素濃度１％以下の不活性ガス雰囲気中で行うので、ステンレスやアルミニウム等のような酸化被膜を生じやすい金属基材を使用した場合であっても、熱硬化処理中に金属基材表面の酸化が防止され、接触抵抗が小さいセパレータの製造が可能となり、また、金属基材と樹脂層との密着性が向上し、耐久性に優れたセパレータの製造が可能となる。さらに、熱硬化処理を圧力５×１０3Ｐａ以下の雰囲気中で行う場合には、電着により樹脂層を形成する際に発生した水素ガスが樹脂層中に取り込まれていても、この水素ガスが熱硬化処理中に樹脂層から脱気され、樹脂層の緻密性が向上して、接触抵抗の更なる低減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の製造方法の一実施形態を説明するための工程図である。本発明の製造方法では、まず、金属板材２の両面にフォトリソグラフィーにより所望のパターンでレジスト７，７を形成し（図１（Ａ））、このレジスト７，７をマスクとして両面から金属板材２をエッチングして溝部４，４を形成する（図１（Ｂ））。使用する金属板材２の材質は、電気導電性が良く、所望の強度が得られ、加工性の良いものが好ましく、例えば、ステンレス、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金、鉄、鉄ニッケル合金等が挙げられる。
【０００８】
次に、レジスト７，７を剥離して、溝部４，４を有する金属基体３を得る（図１（Ｃ））。この金属基体３が有する溝部４は、セパレータが燃料電池に組み込まれたときに、一方が、隣接する単位セルに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給用溝部となり、他方が、隣接する別の単位セルに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給用溝部となるものである。また、溝部４の一方が燃料ガス供給用溝部、酸化剤ガス供給用溝部のいずれかとなり、他方が冷却水用溝となるものであってもよい。さらに、金属基体３の一方の面のみに溝部４を備えるものであってもよい。このような溝部４の形状は、特に制限はなく、蛇行した連続形状、櫛形状等であってよく、また、深さ、幅、断面形状も特に制限はない。また、金属基体３の表裏で、溝部４の形状が異なるようにしてもよい。
次に、この金属基体３の両面に、電着性を有する各種アニオン性、またはカチオン性の合成高分子樹脂中に導電材料を分散させた電着液を用いて電着により樹脂層５を形成し、その後、この樹脂層５に熱硬化処理を施すことにより、セパレータ１が得られる（図１（Ｄ））。
【０００９】
電着液に使用するアニオン性合成高分子樹脂としては、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、マレイン化油樹脂、ポリブタジエン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等を挙げることができ、これらを単独で、あるいは任意の組み合わせによる混合物として使用することができる。また、上記のアニオン性合成高分子樹脂とメラミン樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂等の架橋性樹脂とを併用してもよい。一方、カチオン性合成高分子樹脂としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等を挙げることができ、これらを単独で、あるいは任意の組み合わせによる混合物として使用することができる。また、上記のカチオン性合成高分子樹脂とポリエステル樹脂、ウレタン樹脂等の架橋性樹脂とを併用してもよい。
また、上記の電着性を有する合成高分子樹脂に粘着性を付与するために、ロジン系、テルペン系、石油樹脂等の粘着性付与樹脂を必要に応じて添加してもよい。
【００１０】
このような電着性の合成高分子樹脂は、アルカリ性または酸性物質により中和して水に可溶化された状態、あるいは水分散状態で電着に供される。すなわち、アニオン性合成高分子樹脂は、トリメチルアミン、ジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン等のアミン類、アンモニア、苛性カリ等の無機アルカリで中和する。また、カチオン性合成高分子樹脂は、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、乳酸等の酸で中和する。そして、中和された水可溶の高分子樹脂は、水分散型または溶解型として水に希釈された状態で使用される。
また、電着液に使用する導電材料としては、例えば、カーボン粒子、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン等のカーボン素材、耐食性金属等が挙げられるが、耐酸性かつ導電性が所望のものが得られれば、これらの導電材料に限定されない。特に、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン等の微細繊維状炭素材料は、樹脂層５に導電性を付与するために好適である。このような導電材料の含有量は、樹脂層５に要求される導電性に応じて適宜設定することができ、例えば、樹脂層５に３０〜９０重量％の範囲で含有されるように設定することができる。
【００１１】
尚、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン等の微細繊維状炭素材料は、ナノテクノロジーの素材として、複合材料、電子デバイス等の種々の分野に適用が期待されているものであり、これらをフィラーとして複合材料に用いた場合には、これらが有する物性を複合材料に付与することができる。例えば、カーボンナノチューブは、導電性、耐酸性、加工性、機械的強度等の面で優れており、フィラーとして複合材料に用いられた場合には、このようなカーボンナノチューブの優れた物性を複合材料に付与することができる。
【００１２】
樹脂層５に施す熱硬化処理は、酸素濃度１％以下、好ましくは１０〜２００ｐｐｍの範囲の不活性ガス雰囲気中で行われる。雰囲気中の酸素濃度が１％を超えると、ステンレスやアルミニウム等の金属基材２を使用した場合、樹脂層５の熱硬化処理中に金属基体３の表面が酸化されて酸化被膜が形成され、この酸化被膜が絶縁層となって接触抵抗の増大を来たし好ましくない。不活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオン等を使用することができる。また、熱硬化処理の温度は、樹脂層５を構成する材料に応じて適宜設定することができ、例えば、樹脂層５の材料の５％重量減少温度をＴ（℃）としたときに、１３０〜（Ｔ−３０）℃の範囲内で適宜設定することができる。尚、上記の材料の５％重量減少温度Ｔ（℃）とは、材料の熱重量分析において、室温（２５℃）での重量に対する重量減少が５％に達した温度を意味する。ここで、熱重量分析は試料を窒素雰囲気中に置き、５℃／分の速度で昇温して測定する。
【００１３】
このような熱硬化処理を施すことにより、ピンホールや厚みムラの薄い部位に膜が流動して均一なものとなり、より高い強度と優れた耐食性を具備する樹脂層５形成が可能となる。このように形成された樹脂層５の厚みは、０．１〜１００μｍ、好ましくは３〜３０μｍの範囲とすることができる。樹脂層５の厚みが０．１μｍ未満であると、ピンホール等の発生により、良好な耐食性が確保できないことがあり、１００μｍを超えると、乾燥固化後のヒビ割れ等の発生や、生産性の低下、コスト高といった問題が発生し好ましくない。
【００１４】
本発明では、樹脂層５を所望の厚みとするために、上記の工程を複数回繰り返して多層構造の樹脂層５を形成してもよい。この場合、電着により樹脂層５を成膜する工程を複数回繰り返し、その後、熱硬化処理を施してもよく、また、電着により樹脂層５を成膜する工程毎に熱硬化処理を施してもよい。多層構造の樹脂層５の形成における工程の繰り返し回数は、要求される樹脂層５の厚み、樹脂材料、導電材料の含有量等を考慮して適宜設定することができ、例えば、２〜５回とすることができる。このように、複数回の成膜工程により多層構造の樹脂層５を形成することにより、各樹脂層の成膜段階でピンホールや厚みの薄い部位が生じても、このような部位は他の樹脂層により埋められ、多層構造の樹脂層５全体として優れた耐食性を具備し、接続抵抗の低いものとなる。
また、本発明では熱硬化処理時の圧力を５×１０3Ｐａ以下、好ましくは５〜１００Ｐａの低圧状態とすることができる。これにより、電着によって樹脂層５を形成する際に発生した水素ガスが樹脂層５中に取り込まれていても、この水素ガスが熱硬化処理中に樹脂層５から脱気され、樹脂層５の緻密性が向上して、接触抵抗の更なる低減が可能となる。
【００１５】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の製造方法の他の実施形態を説明するための工程図である。この実施形態では、上述の実施形態と同様にして、熱硬化処理を施された樹脂層５の形成工程までが行われる（図２（Ａ））。
次に、熱硬化処理を施した樹脂層５の内部に、電解重合にて導電性を高めるドーパントを含んだ導電性高分子からなる樹脂を形成して複合の樹脂層６とする（図２（Ｂ））。これにより、セパレータ１′が得られる。
【００１６】
電解重合は、基本的には、芳香族化合物をモノマーとして含む電解液に電極を浸漬し通電して行い、電気化学的に酸化または還元して重合する公知の方法である。この電解重合では、電解液中のおいて膨潤した樹脂層５にモノマーが浸透し、樹脂層５の表面から樹脂が形成されて複合の樹脂層６が形成される。電解重合して形成する樹脂へのドーパントの含有は、電解重合の際にドーパントを含ませる電気的ドーピング、あるいは、電解重合後にドーパントの液体、またはドーパント分子を含む溶液に浸漬して導電性高分子に含ませる液相ドーピングにより行うことができる。ドーパントとしては、アルカリ金属、アルキルアンモニウムイオン等のドナー型のドーパント、ハロゲン類、ルイス酸、プロトン酸、遷移金属ハライド、有機酸等のアクセプタ型のドーパントを挙げることができる。樹脂層６中のドーパント量は、樹脂層６に要求される導電性に応じて適宜設定することができる。
【００１７】
（第３の実施形態）
図３は、本発明の製造方法の他の実施形態を説明するための工程図である。図３において、金属板材１２の両面にフォトリソグラフィーにより所望のパターンでレジスト１７，１７を形成する（図３（Ａ））。このレジスト１７，１７は複数の開口部を有し、各開口部は金属板材１２を介して対向するように位置している。次いで、レジスト１７，１７をマスクとして両面から金属板材１２をエッチングして複数の貫通孔１４を穿設する（図３（Ｂ））。その後、レジスト１７，１７を剥離して金属基体１３を得る（図３（Ｃ））。この貫通孔１４は、セパレータが燃料電池に組み込まれたときに、燃料ガス、あるいは、酸化剤ガスを単位セルに供給するための流路となるものである。このような貫通孔１４の大きさ、個数、配設密度には特に制限はない。
貫通孔１４の形成は、上述のエッチングによる方法の他に、サンドブラスト法、レーザー加工法、ドリル加工法等により行うことも可能である。
【００１８】
次に、貫通孔１４の内壁面を含む金属基体１３に、樹脂層１５を形成する（図３（Ｄ））。この樹脂層１５の形成は、上述の樹脂層５の形成と同様に行うことができる。これにより、セパレータ１１が得られる。
また、形成した樹脂層１５に、上述のように電解重合によって、導電性を高めるドーパントを含んだ導電性高分子からなる樹脂を形成して複合の樹脂層とすることもできる。
上述の製造方法の実施形態は例示であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００１９】
ここで、本発明により製造したセパレータを用いた高分子電解質型燃料電池の一例を、図４〜図７を参照して説明する。図４は高分子電解質型燃料電池の構造を説明するための部分構成図であり、図５は高分子電解質型燃料電池を構成する膜電極複合体を説明するための図であり、図６および図７は、それぞれ高分子電解質型燃料電池のセパレータと膜電極複合体を離間させた状態を異なった方向から示す斜視図である。
図４〜図７において、高分子電解質型燃料電池２１は、膜電極複合体（ＭＥＡ:Membrane-Electrode Assembly）３１とセパレータ４１とからなる単位セルが複数個積層されたスタック構造を有している。
【００２０】
ＭＥＡ３１は、図５に示されるように、高分子電解質膜３２の一方の面に配設された触媒層３３とガス拡散層（ＧＤＬ:Gas Diffusion Layer）３４とからなる燃料極（水素極）３５と、高分子電解質膜３２の他方の面に配設された触媒層３６とガス拡散層（ＧＤＬ:Gas Diffusion Layer）３７とからなる空気極（酸素極）３８を備えている。
セパレータ４１は、一方の面に燃料ガス供給用溝部４３ａを備え、他方の面に酸化剤ガス供給用溝部４４ａを備えたセパレータ４１Ａと、一方の面に燃料ガス供給用溝部４３ａを備え、他方の面に冷却水用溝部４４ｂを備えたセパレータ４１Ｂと、一方の面に冷却水用溝部４３ｂを備え、他方の面に酸化剤ガス供給用溝部４４ａを備えたセパレータ４１Ｃとからなっている。このようなセパレータ４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃは、本発明のセパレータであり、その両面に、図１（Ｄ）に示されるような樹脂層５が形成されているが、図示例では、省略している。
【００２１】
各セパレータ４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃと上記の高分子電解質膜３２の所定位置には、２個の燃料ガス供給孔４５ａ，４５ｂ、２個の酸化剤ガス供給孔４６ａ，４６ｂ、２個の冷却水供給孔４７ａ，４７ｂが貫通孔として形成されている。そして、セパレータ４１Ａの酸化剤ガス供給用溝部４４ａが形成されている面に、ＭＥＡ３１の空気極（酸素極）３８が当接し、セパレータ４１Ｂの燃料ガス供給用溝部４３ａが形成されている面に、ＭＥＡ３１の燃料極（水素極）３５が当接するように、また、セパレータ４１Ｂの冷却水用溝部４４ｂが形成された面とセパレータ４１Ｃの冷却水用溝部４３ｂが形成された面とが当接するように、各セパレータ４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃと単位セルであるＭＥＡ３１が積層され、この繰り返しで高分子電解質型燃料電池２１が構成されている。このように積層された状態で、上記の２個の燃料ガス供給孔４５ａ，４５ｂはそれぞれ積層方向に貫通する燃料ガスの供給路を形成し、２個の酸化剤ガス供給孔４６ａ，４６ｂはそれぞれ積層方法に貫通する酸化剤ガスの供給路を形成し、２個の冷却水供給孔４７ａ，４７ｂはそれぞれ積層方向に貫通する冷却水の供給路を形成している。
【００２２】
また、本発明により製造したセパレータを用いた高分子電解質型燃料電池の他の例を、図８〜図１０を参照して説明する。図８は高分子電解質型燃料電池の構造を説明するための平面図であり、図９は図８に示される高分子電解質型燃料電池のＡ−Ａ線での縦断面図であり、図１０は高分子電解質型燃料電池を構成する膜電極複合体を説明するための図である。
図８および図９に示されるように、高分子電解質型燃料電池５１は、膜電極複合体（ＭＥＡ:Membrane-Electrode Assembly）６１とセパレータ７１Ａ，７１Ｂとからなる単位セル５２を平面状に複数個配列し、これらを電気的に直列に接続し、単位セルの個数分（図８では４個分）の電圧を取り出す高分子電解質型燃料電池である。また、各単位セル５２の周りには、これと略同じ厚さの絶縁部５５を設け、全体を平面状にしている。すなわち、平板状の絶縁部５５のくり抜き部に単位セル５２を嵌め込んだ状態とすることにより、単位セル５２と絶縁部５５とを平面状に設けているものである。
【００２３】
この高分子電解質型燃料電池５１は、絶縁部５５のうち、隣接する単位セル間に位置する絶縁部５５に、貫通してその表裏の接続を行うための表裏接続部５７ｃを設けている。そして、この表裏接続部５７ｃを、接続配線５７ａを介して、隣接する一方の単位セルのセパレータ７１Ａ（例えば、燃料極側セパレータ）に接続し、また、接続配線５７ｂを介して、隣接する他方の単位セルのセパレータ７１Ｂ（例えば、空気極側セパレータ）に接続している。これにより、隣接する単位セル間が電気的に直列に接続されている。そして、直列に接続された一方の端部に位置する単位セル５２のセパレータ７１Ａと、他方の端部に位置する単位セル５２のセパレータ７１Ｂには、配線７５，７６が接続されている。
尚、図示例では単位セルの個数を４個としているが、単位セルの個数には制限はない。
【００２４】
絶縁部５５は、接続部５７（接続配線５７ａ，５７ｂおよび表裏接続部５７ｃ）で接続される以外は、隣接する単位セル間を互いに絶縁するものである。このような絶縁部５５の材質は、処理性、耐久性の面で優れたものであれば特に限定はされず、例えば、ガラスエポキシ、ポリイミド樹脂等が使用される。また、絶縁部５５は、絶縁性材料のみからなるものでも、導電性材料を一部含むものでもよい。
接続部５７の表裏接続部５７ｃとしては、スルホール接続部、あるいは、充填ビア接続部、バンプ接続部のいずれかを、隣接する単位セル間に位置する絶縁部５５中に設けたものとすることができる。これらの表裏接続部５７ｃは、従来の配線基板技術の応用として形成できる。
【００２５】
また、ＭＥＡ６１は、図１０に示されるように、高分子電解質膜６２の一方の面に配設された触媒層６３とガス拡散層（ＧＤＬ:Gas Diffusion Layer）６４とからなる燃料極（水素極）６５と、高分子電解質膜６２の他方の面に配設された触媒層６６とガス拡散層（ＧＤＬ:Gas Diffusion Layer）６７とからなる空気極（酸素極）６８を備えている。
セパレータ７１Ａ，７１Ｂは、図３（Ｄ）に示されるような本発明のセパレータであり、複数の貫通孔を備えた金属基体に樹脂層を有するものである。
【実施例】
【００２６】
次に、具体的な実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
［試料１の作製］
金属板材として、厚み０．８ｍｍのＳＵＳ３０４（８０ｍｍ×８０ｍｍ）を準備し、表面の脱脂処理を行った。
次に、このＳＵＳ３０４の両面に、感光材料（カゼインと重クロム酸アンモニウムとの混合物）をディップコート法により塗布して厚み７μｍの塗膜を形成し、溝部形成用のフォトマスクを介して露光（５ｋＷ水銀灯により６０秒間照射）、現像（４０℃温水をスプレー）してレジストを形成した。
次いで、上記のレジストを介してステンレス板の両面から７０℃に加熱した塩化第二鉄溶液をスプレーして、所定の深さまでハーフエッチングを行った。その後、８０℃の苛性ソーダ水溶液でレジストを剥離し、洗浄処理を施した。これにより、幅が１ｍｍ、深さが０．３ｍｍのほぼ半円形状の断面を有し、振れ幅５０ｍｍ、ピッチ２ｍｍで蛇行した長さ１３００ｍｍの溝部を備えた金属基体を得た。
【００２７】
次に、金属基体に対して、４０℃の塩酸水溶液（水９部に３５％塩酸１部を添加）を用いて前処理を施し水洗した。
次いで、エポキシ電着液に、導電材料としてカーボンブラック（Ｃａｂｏｔ（株）製  Ｖｕｌｃａｎ  ＸＣ−７２）を樹脂固形分に対して７５重量％添加し分散させて、電着液とした。
この電着液を２０℃に保って撹拌し、この中に上記の金属基体を浸漬し、極間４０ｍｍ、電圧５０Ｖで３０秒間電着を行い、引き上げた金属基体を純水洗浄した。この操作を更に１回繰り返し、その後、ドライヤーで熱風乾燥（１５０℃、３分間）した。次いで、酸素濃度２０ｐｐｍ、圧力１気圧の窒素雰囲気中で１８０℃、１時間の熱硬化処理を施した。これにより、金属基体を被覆するように厚み１５μｍの２層構造の樹脂層が形成され、セパレータ（試料１）が得られた。
【００２８】
尚、使用したエポキシ電着液は下記のようにして調製した。
まず、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル（エポキシ当量９１０）１０００重量部を撹拌下に７０℃に保ちながら、エチレングリコールモノエチルエーテル４６３重量部に溶解させ、さらに、ジエチルアミン８０．３重量部を加えて１００℃で２時間反応させてアミンエポキシ付加物（Ａ）を調製した。
また、コロネートＬ（日本ポリウレタン（株）製  ジイソシアネート：ＮＣＯ１３％の不揮発分７５重量％）８７５重量部にジブチル錫ラウレート０．０５重量部を加え５０℃に加熱し、これに２−エチルヘキサノール３９０重量部を添加し、その後、１２０℃で９０分間反応させた。得られた反応生成物をエチレングリコールモノエチルエーテル１３０重量部で希釈した成分（Ｂ）を得た。
次に、上記のアミンエポキシ付加物（Ａ）１０００重量部と成分（Ｂ）４００重量部からなる混合物を、氷酢酸３０重量部で中和した後、脱イオン水５７０重量部を用いて希釈し、不揮発分５０重量％の樹脂Ａを調製した。この樹脂Ａ２００．２重量部（樹脂成分８６．３容量）、脱イオン水５８３．３重量部、およびジブチル錫ラウレート２．４重量部を配合してエポキシ電着液を調製した。
【００２９】
［試料２の作製］
熱硬化処理時の酸素濃度を３％とした他は、試料１と同様にして、セパレータ（試料２）を作製した。
【００３０】
［試料３の作製］
試料１と同様にして、溝部を備えた金属基体を作製した。
また、試料１と同様にして電着液を調製した。
この電着液を２０℃に保って撹拌し、この中に上記の金属基体を浸漬し、極間４０ｍｍで３０秒間電着を行い、引き上げた金属基体を純水洗浄した後、ドライヤーで熱風乾燥（１５０℃、３分間）し、さらに、酸素濃度２０ｐｐｍ、圧力１×１０3Ｐａの窒素雰囲気中で１８０℃、１時間の熱硬化処理を施した。この操作を更に１回繰り返した。これにより、金属基体を被覆するように厚み１５μｍの２層構造の樹脂層が形成され、セパレータ（試料３）が得られた。
尚、電着工程では、試料１よりも高電圧条件にて電着とすることにより、故意に水素ガス発生量を多くして、成膜された樹脂層中に水素ガスが含有されるようにした。
【００３１】
［試料４の作製］
熱硬化処理時の圧力を１気圧とした他は、試料３と同様にして、セパレータ（試料４）を作製した。
［試料５の作製］
熱硬化処理時の圧力を１気圧、酸素濃度を３％とした他は、試料３と同様にして、セパレータ（試料５）を作製した。
【００３２】
［評  価］
作製した上記のセパレータ（試料１〜５）における表裏導通の電気抵抗を下記の方法で測定し、結果を下記の表１に示した。
（電気抵抗の測定方法）
５ｃｍ×５ｃｍの寸法のセパレータをガス拡散層（東レ（株）製  ＴＧＰ−Ｈ−
０６０  １９０μｍ厚）で両側から挟み込み、さらに、これらを銅に金めっきを
施した厚さ５ｍｍの電極で挟み込んで圧着（圧力：２０ｋｇｆ／ｃｍ2）し、電極
間の抵抗を測定する。
また、上記のセパレータ（試料１〜５）について、下記の条件で出力特性試験を行い、結果を下記の表１に示した。
（出力特性試験の条件）
温度＝８０℃、電流密度＝０〜１０００ｍＡ／ｃｍ2、ＵH2＝７０％、ＵAir＝４０％
【００３３】
さらに、上記のセパレータ（試料１〜５）について、下記の条件で樹脂層の密着強度の測定を行い、結果を下記の表１に示した。尚、試料１、３については、密着強度の測定によって、樹脂層の層間剥離が生じた。また、試料２、４、５については、密着強度の測定によって、金属基体と樹脂層との界面での剥離が生じた。
（密着強度測定の条件）
Ｑｕａｄ社製密着強度測定システムRomulusを用いて測定する。          
【００３４】
【表１】
0005262173.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、固体高分子電解質膜の両側に電極を配した単位セルを複数個接続した燃料電池の製造に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のセパレータの製造方法の一実施形態を説明するための工程図である。
【図２】本発明のセパレータの製造方法の他の実施形態を説明するための工程図である。
【図３】本発明のセパレータの製造方法の他の実施形態を説明するための工程図である。
【図４】本発明のセパレータを使用した高分子電解質型燃料電池の一例を説明するための部分構成図である。
【図５】図４に示される高分子電解質型燃料電池を構成する膜電極複合体を説明するための図である。
【図６】図４に示される高分子電解質型燃料電池のセパレータと膜電極複合体を離間させた状態を示す斜視図である。
【図７】図４に示される高分子電解質型燃料電池のセパレータと膜電極複合体を離間させた状態を図６とは異なった方向から示す斜視図である。
【図８】本発明のセパレータを使用した高分子電解質型燃料電池の他の例を説明するための平面図である。
【図９】図８に示される高分子電解質型燃料電池のＡ−Ａ線での縦断面図である。
【図１０】図８に示される高分子電解質型燃料電池を構成する膜電極複合体を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…セパレータ
３…金属基体
４…溝部
５，６…樹脂層
１１…セパレータ
１３…金属基体
１４…貫通孔
１５…樹脂層
２１，５１…高分子電解質型燃料電池
３１，６１…膜電極複合体（ＭＥＡ）
４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，７１Ａ，７１Ｂ…セパレータ
【図１】
0005262173.tif 000003
【図２】
0005262173.tif 000004
【図３】
0005262173.tif 000005
【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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