(57)【要約】  第１工程Ｓ１において、燃料電池用セパレータ（４０）に対して酸洗を施して不動態膜（４８）を除去した後、好適には２００〜２８０℃で加熱を行うことで、新たな不動態膜（４２）を形成する。次に、第２工程Ｓ２において、燃料電池用セパレータ（４０）の波状部（２８）中の水平頂面（２４ａ、２６ａ）に対して機械研磨を施し、不動態膜（４２）の一部を欠落させて欠陥部（４４）を設ける。次に、第３工程Ｓ３において、燃料電池用セパレータ（４０）に対してメッキ処理を施し、この欠陥部（４４）の周辺を起点として、金、ロジウム、白金、又はこれらの２種以上の合金からなる第１メッキ皮膜（４６）を形成する。なお、メッキ浴には、錯イオンが解離することを抑制する錯イオン安定化剤が添加される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の方向に突出して水平頂面（２４ａ）を有する第１凸部（２４）と、前記第１凸部（２４）とは反対方向に指向して突出し且つ前記第１凸部（２４）の水平頂面（２４ａ）が露呈した側と反対側に露呈した水平頂面（２６ａ）を有する第２凸部（２６）とが交互に連続する波状部（２８）を具備する燃料電池用セパレータ（４０）であって、
前記第１凸部（２４）及び前記第２凸部（２６）の少なくともいずれか一方の前記水平頂面（２４ａ、２６ａ）に、金、ロジウム、白金、又はこれらの２種以上の合金のいずれかが粒径２０〜６０μｍの粒状物として島状に析出した分散皮膜からなる第１メッキ皮膜（４６）が存在する一方、該水平頂面（２４ａ、２６ａ）に隣接する前記第２凸部（２６）又は前記第１凸部（２４）の前記水平頂面（２４ａ、２６ａ）の裏面（２４ａ、２４ｂ）に、金、ロジウム、白金、又はこれらの２種以上の合金のいずれかが粒径２０〜６０μｍの粒状物として島状に析出した分散皮膜からなる第２メッキ皮膜が存在し、
前記第１メッキ皮膜（４６）の量が、前記第２メッキ皮膜の量の１０００倍以上であることを特徴とする燃料電池用セパレータ（４０）。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池用セパレータ（４０）において、前記第１メッキ皮膜（４６）の量が、前記第２メッキ皮膜の量の１万倍以上であることを特徴とする燃料電池用セパレータ（４０）。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池用セパレータ（４０）において、前記水平頂面（２４ａ、２６ａ）以外の部位に存在する不動態膜（４２）の厚みが４ｎｍ以上であることを特徴とする燃料電池用セパレータ（４０）。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータ（４０）において、前記水平頂面（２４ａ、２６ａ）に対する前記第１メッキ皮膜（４６）の被覆率が１６〜７０％であることを特徴とする燃料電池用セパレータ（４０）。
【請求項５】
所定の方向に突出して水平頂面（２４ａ）を有する第１凸部（２４）と、前記第１凸部（２４）とは反対方向に指向して突出し且つ前記第１凸部（２４）の水平頂面（２４ａ）が露呈した側と反対側に露呈した水平頂面（２６ａ）を有する第２凸部（２６）とが交互に連続する波状部（２８）を具備し、前記第１凸部（２４）及び前記第２凸部（２６）の少なくともいずれか一方の前記水平頂面（２４ａ、２６ａ）に、金、ロジウム、白金、又はこれらの２種以上の合金のいずれかが粒径２０〜６０μｍの粒状物として島状に析出した分散皮膜からなる第１メッキ皮膜（４６）が存在する一方、該水平頂面（２４ａ、２６ａ）に隣接する前記第２凸部（２６）又は前記第１凸部（２４）の前記水平頂面（２４ａ、２６ａ）の裏面（２４ｂ、２６ｂ）に、金、ロジウム、白金、又はこれらの２種以上の合金のいずれかが粒径２０〜６０μｍの粒状物として島状に析出した分散皮膜からなる第２メッキ皮膜が存在し、且つ前記第１メッキ皮膜（４６）の量が前記第２メッキ皮膜の量の１０００倍以上である燃料電池用セパレータ（４０）の製造方法であって、
前記燃料電池用セパレータ（４０）に設けられた前記波状部（２８）に存在する不動態膜（４８）を除去する工程と、
前記波状部（２８）に新たな不動態膜（４２）を設けた後、前記第１凸部（２４）又は前記第２凸部（２６）の少なくともいずれか一方の前記水平頂面（２４ａ、２６ａ）に対して機械研磨を施し、該水平頂面（２４ａ、２６ａ）に存在する前記不動態膜（４２）に欠陥部（４４）を設ける工程と、
前記燃料電池用セパレータ（４０）に対して、金錯塩、ロジウム錯塩、白金錯塩の群の少なくとも１種を含むメッキ浴にてメッキ処理を施し、前記欠陥部（４４）の周辺部を起点として前記水平頂面（２４ａ、２６ａ）に選択的に前記メッキ皮膜を設ける工程と、
を有することを特徴とする燃料電池用セパレータ（４０）の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の製造方法において、前記メッキ処理を行う際、メッキ液に錯イオン安定化剤を添加することを特徴とする燃料電池用セパレータ（４０）の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の製造方法において、前記錯イオン安定化剤として、リン酸塩、カルボン酸塩、ナトリウム塩の少なくともいずれか１種を添加することを特徴とする燃料電池用セパレータ（４０）の製造方法。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載の製造方法において、前記波状部（２８）に存在する不動態膜（４８）を除去した後、該波状部（２８）を２００〜２８０℃に加熱することで新たな不動態膜（４２）を設けることを特徴とする燃料電池用セパレータ（４０）の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波状部における凸部の水平頂面に選択的にメッキ皮膜が設けられた燃料電池用セパレータ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年における環境保護への関心の高まりから、燃料電池が着目されている。燃料電池からはＨ2Ｏが発生するのみで、大気を汚染することがないからである。【０００３】
図１０に示すように、燃料電池１０は、複数個の単位セル１２が積層されたスタックとして構成される。なお、単位セル１２は、アノード１４とカソード１６との間に電解質１８を介装した電解質・電極接合体２０を一対の燃料電池用セパレータ２２、２２で挟持することによって設けられる。また、燃料電池用セパレータ２２の材質としては、ステンレス鋼やチタン合金等が選定されるのが一般的である。【０００４】
ここで、各燃料電池用セパレータ２２には、水素を含有する燃料ガスをアノード１４に供給するために、又は酸素を含有する酸化剤ガスをカソード１６に供給するために、互いに反対方向に指向して突出した第１凸部２４と第２凸部２６とが交互に連続した波状部２８が設けられる。そして、第１凸部２４及び第２凸部２６には、それぞれ、水平頂面２４ａ、２６ａが設けられる。【０００５】
スタックが構成された際、例えば、第１凸部２４の水平頂面２４ａがアノード１４に接触するとともに、第２凸部２６の水平頂面２６ａがカソード１６に接触する。そして、第１凸部２４とカソード１６との間のクリアランス３０に酸化剤ガスが流通されるとともに、第２凸部２６とアノード１４との間のクリアランス３２に燃料ガスが流通される。すなわち、波状部２８は、電極１４、１６に反応ガスを供給するための供給溝として機能する。【０００６】
ところで、上記から諒解されるように、第１凸部２４及び第２凸部２６の各水平頂面２４ａ、２６ａは他部材に当接する。この当接箇所の接触抵抗が過度に高いと、燃料電池１０の内部抵抗が大きくなる。そこで、水平頂面２４ａ、２６ａの接触抵抗を低減するべく、該水平頂面２４ａ、２６ａに金メッキ皮膜を設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００７】
しかしながら、ステンレス鋼やチタン合金等の表面には、空気中の酸素と反応して自発的に生成した酸化膜、すなわち、不動態膜が存在する。メッキ処理後に残留した不動態膜の厚みが過度に大きいと、金メッキ皮膜を設けても接触抵抗を低減することが困難となる。【０００８】
また、金メッキ皮膜はボライドを起点として析出させるが、この場合、金メッキ皮膜は、粒径が３０００〜８０００ｎｍの比較的巨大な粒状物が島状に点在する分散皮膜である。このような金メッキ皮膜では、水平頂面２４ａ、２６ａの接触抵抗を大きく低減することは容易ではない。【０００９】
このような観点から、特許文献２には、貴金属を付着させた研磨材で研磨することで、ステンレス鋼の不動態膜を除去した直後に該ステンレス鋼に貴金属を付着させることが提案されている。【００１０】
【特許文献１】特開平１０−２２８９１４号公報
【特許文献２】特開２００２−１３４１２８号公報
【発明の開示】
【００１１】
特許文献２記載の技術では、ステンレス鋼の両端面をローラで加圧挟持して研磨すると略同時に貴金属を付着させるようにしている。このため、波状部を設けた後に研磨を行うことは困難である。この場合、研磨時に波状部が両端面から加圧挟持されるので、該波状部が圧潰される懸念があるからである。
【００１２】
これを回避するべく、波状部を設ける前の平坦なステンレス鋼に対して研磨及び貴金属の付着を行うと、貴金属が周知のように高価であるので、セパレータの製造コストが高騰するという不具合を招く。
【００１３】
本発明の一般的な目的は、他部材に当接する水平頂面の接触抵抗が選択的に低減された燃料電池用セパレータを提供することにある。
【００１４】
本発明の主たる目的は、安価で供給することが可能な燃料電池用セパレータを提供することにある。
【００１５】
本発明の別の目的は、ガルバニック腐食が起こり難く耐食性に優れた燃料電池用セパレータを提供することにある。
【００１６】
本発明のまた別の目的は、水平頂面の接触抵抗を選択的に低減し得る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。
【００１７】
本発明のさらにまた別の目的は、低コストで実施可能な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。
【００１８】
本発明の一実施形態によれば、所定の方向に突出して水平頂面を有する第１凸部と、前記第１凸部とは反対方向に指向して突出し且つ前記第１凸部の水平頂面が露呈した側と反対側に露呈した水平頂面を有する第２凸部とが交互に連続する波状部を具備する燃料電池用セパレータであって、
前記第１凸部及び前記第２凸部の少なくともいずれか一方の前記水平頂面に、金、ロジウム、白金、又はこれらの２種以上の合金のいずれかが粒径２０〜６０μｍの粒状物として島状に析出した分散皮膜からなる第１メッキ皮膜が存在する一方、該水平頂面に隣接する前記第２凸部又は前記第１凸部の前記水平頂面の裏面に、金、ロジウム、白金、又はこれらの２種以上の合金のいずれかが粒径２０〜６０μｍの粒状物として島状に析出した分散皮膜からなる第２メッキ皮膜が存在し、
前記第１メッキ皮膜の量が、前記第２メッキ皮膜の量の１０００倍以上である燃料電池用セパレータが提供される。
【００１９】
本発明においては、他部材に当接する水平頂面に選択的にメッキ皮膜が形成されている。すなわち、高価な貴金属からなるメッキ皮膜の形成範囲が狭いので、燃料電池用セパレータを安価に提供することが可能となる。しかも、メッキ皮膜が存在するので、燃料電池を構成した際の接触抵抗を低減することもできる。
【００２０】
その上、メッキ皮膜が選択的に存在するので、燃料電池用セパレータの全面にメッキ皮膜を設ける場合に比してメッキ皮膜自体、ひいては燃料電池用セパレータの総重量が低減するという利点もある。
【００２１】
さらに、メッキ皮膜を、粒径が２０〜６０μｍの粒状物が島状に点在する分散皮膜として設けたので、メッキ皮膜と下地金属との間に仮に腐食電流が生じたとしても、この腐食電流が分散されることになる。従って、不動態膜が破壊され難くなり、ガルバニック腐食が起こり難くなる。
【００２２】
以上の構成において、第１凸部又は第２凸部の水平頂面に形成されたメッキ皮膜の量は、該水平頂面に隣接する第２凸部又は第１凸部の水平頂面の裏面に形成されたメッキ皮膜の量の１万倍以上であることが好適である。
【００２３】
また、水平頂面以外の部位に存在する不動態膜の厚みは、４ｎｍ以上であることが好ましい。これにより水平頂面以外の部位の絶縁性が確保されるので、漏電や短絡が起こる懸念が払拭されるからである。不動態膜の好適な厚みは、４〜５ｎｍである。
【００２４】
燃料電池用セパレータの材質としてステンレス鋼を選定すると、不動態膜の主成分は、深さ方向で変化する。すなわち、ステンレス鋼に近い側（最深部近傍）では主成分はＣｒであり、一方、深さ方向略中腹部〜表層部では、主成分はＦｅである。
【００２５】
さらに、水平頂面に対する第１メッキ皮膜の被覆率が７０％以下であると、ガルバニック腐食が著しく起こり難くなる。一方、被覆率が１６％未満では、水平頂面の接触抵抗を低減する効果に乏しい。結局、被覆率は、１６〜７０％であることが好ましい。
【００２６】
本発明の別の一実施形態によれば、所定の方向に突出して水平頂面を有する第１凸部と、前記第１凸部とは反対方向に指向して突出し且つ前記第１凸部の水平頂面が露呈した側と反対側に露呈した水平頂面を有する第２凸部とが交互に連続する波状部を具備し、前記第１凸部及び前記第２凸部の少なくともいずれか一方の前記水平頂面に、金、ロジウム、白金、又はこれらの２種以上の合金のいずれかが粒径２０〜６０μｍの粒状物として島状に析出した分散皮膜からなる第１メッキ皮膜が存在する一方、該水平頂面に隣接する前記第２凸部又は前記第１凸部の前記水平頂面の裏面に、金、ロジウム、白金、又はこれらの２種以上の合金のいずれかが粒径２０〜６０μｍの粒状物として島状に析出した分散皮膜からなる第２メッキ皮膜が存在し、且つ前記第１メッキ皮膜の量が前記第２メッキ皮膜の量の１０００倍以上である燃料電池用セパレータの製造方法であって、
前記燃料電池用セパレータに設けられた前記波状部に存在する不動態膜を除去する工程と、
前記波状部に新たな不動態膜を設けた後、前記第１凸部又は前記第２凸部の少なくともいずれか一方の前記水平頂面に対して機械研磨を施し、該水平頂面に存在する前記不動態膜に欠陥部を設ける工程と、
前記燃料電池用セパレータに対して、金錯塩、ロジウム錯塩、白金錯塩の群の少なくとも１種を含むメッキ浴にてメッキ処理を施し、前記欠陥部の周辺部を起点として前記水平頂面に選択的に前記メッキ皮膜を設ける工程と、
を有する燃料電池用セパレータの製造方法が提供される。
【００２７】
すなわち、本発明においては、元来存在する不動態膜を酸洗によって一旦除去し、次に、新たに設けた不動態膜中、水平頂面に存在する部位にのみ機械研磨によって多数の欠陥を設け、その後、該欠陥部の周辺部からメッキ皮膜を析出させる。一方、機械研磨が施されない水平頂面以外の箇所には、メッキ皮膜が形成され難い。
【００２８】
このため、本発明では、メッキ皮膜が水平頂面に選択的に形成される。換言すれば、メッキ皮膜形成箇所を必要最小限に止めることができるので、燃料電池用セパレータの製造コストを低廉化することができる。
【００２９】
また、予備成形体に対して酸洗、機械研磨、メッキ処理という簡便な作業を行うのみでよく、マスキングを行ったり、マスキングを除去したりするという煩雑な作業は不要である。しかも、新たな装置を設ける必要もない。
【００３０】
このようにして得られた燃料電池用セパレータは、安価に供給することが可能である。しかも、該燃料電池用セパレータでは、ガルバニック腐食が起こることも著しく抑制される。すなわち、耐食性に優れたものとなる。
【００３１】
さらに、本発明では、波状部を加圧挟持する必要がない。従って、波状部が圧潰されることがなく、寸法精度に優れた燃料電池用セパレータを作製することができる。
【００３２】
メッキ処理を行う際には、メッキ液に錯イオン安定化剤を添加することが好ましい。これにより錯イオンが金属イオンまで解離することが抑制されるので、欠陥等の核が存在しない部位では、金属イオンが金属として、ひいては皮膜として析出することが著しく困難となる。従って、メッキ皮膜形成が一層選択的に進行する。
【００３３】
なお、錯イオン安定化剤の好適な例としては、リン酸塩、カルボン酸塩、ナトリウム塩の少なくともいずれか１種が挙げられる。
【００３４】
リン酸塩の好適な例としては、リン酸二水素ナトリウム（ＮａＨ2ＰＯ4）又は二リン酸ナトリウム（Ｎａ4Ｐ2Ｏ7）が挙げられる。リン酸塩は、例えば、Ｎａ4Ｐ2Ｏ7・１０Ｈ2Ｏ等のような水和物であってもよい。
【００３５】
また、カルボン酸塩の好適な例としては、クエン酸三ナトリウム（Ｃ6Ｈ5Ｏ7Ｎａ3）が挙げられる。Ｃ6Ｈ5Ｏ7Ｎａ3・２Ｈ2Ｏのような水和物であってもよい。
【００３６】
さらに、ナトリウム塩の好適な例としては、亜硫酸ナトリウム（Ｎａ2ＳＯ3）又は四ホウ酸ナトリウム（Ｎａ2Ｂ4Ｏ7）を挙げることができる。
【００３７】
ここで、新たな不動態膜は、例えば、酸洗を行った後、次工程が行われる前に燃料電池用セパレータを空気ないし酸素に暴露することによって形成することも可能であるが、２００〜２８０℃で加熱することが好ましい。このような温度域で加熱を行った場合、厚みが４ｎｍ以上の絶縁性に優れる不動態膜を容易に得ることができるからである。また、第１メッキ皮膜と第２メッキ皮膜の量が大きく相違するようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、本実施の形態に係る燃料電池用セパレータの概略全体斜視図である。
【図２】図２は、図１の燃料電池用セパレータの波状部の要部拡大断面図である。
【図３】図３は、図２の波状部の水平頂面に存在する第１メッキ皮膜の倍率４万倍のＳＥＭ写真である。
【図４】図４は、本実施の形態に係る燃料電池用セパレータ、及び従来技術に係る燃料電池用セパレータの各波状部の水平頂面の接触抵抗と面圧（接触圧力）との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、図１の燃料電池用セパレータとなる予備成形体における波状部の要部拡大断面図である。
【図６】図６は、本実施の形態に係る燃料電池用セパレータの製造方法のフローチャートである。
【図７】図７は、新たな不動態膜が生成した状態を示す波状部の要部拡大断面図である。
【図８】図８は、不動態膜の肉厚がさらに低減するとともに、欠陥部が形成された状態を示す波状部の要部拡大断面図である。
【図９】図９は、水平頂面が金メッキ皮膜で被覆された状態を示す波状部の要部拡大断面図である。
【図１０】図１０は、燃料電池スタックの要部拡大断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明に係る燃料電池用セパレータ及びその製造方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、図１０に示す構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。【００４０】
図１は、本実施の形態に係る燃料電池用セパレータ４０の概略全体斜視図である。ステンレス鋼からなるこの燃料電池用セパレータ４０には、プレス成形加工等によって波状部２８が設けられている。【００４１】
図２に示すように、波状部２８は、燃料電池用セパレータ４０の一端面から突出するように設けられた第１凸部２４と、該第１凸部２４とは反対方向に突出した第２凸部２６とが交互に連続することによって設けられている。これら第１凸部２４及び第２凸部２６には水平頂面２４ａ、２６ａがそれぞれ存在する。【００４２】
ここで、水平頂面２４ａと水平頂面２６ａは、互いに反対方向に露呈した面である。すなわち、第１凸部２４において、隣接する第２凸部２６、２６の水平頂面２６ａ、２６ａと同一方向に露呈した面は底面２４ｂであり、該底面２４ｂの裏面が水平頂面２４ａである。同様に、第２凸部２６において、隣接する第１凸部２４、２４の水平頂面２４ａ、２４ａと同一方向に露呈した面は底面２６ｂであり、その裏面が水平頂面２６ａである。従って、例えば、第１凸部２４の水平頂面２４ａがアノード１４に当接し、第２凸部２６の水平頂面２６ａがカソード１６に当接する（図１０参照）。【００４３】
なお、以下の説明においては、水平頂面２４ａから底面２６ｂに向かう斜面、及び底面２６ｂから水平頂面２４ａに向かう斜面の双方を総称して第１斜面４１ａと表記するとともに、水平頂面２６ａから底面２４ｂに向かう斜面、及び底面２４ｂから水平頂面２６ａに向かう斜面の双方を総称して第２斜面４１ｂと表記する（図２参照）。図２から諒解されるように、第１斜面４１ａと第２斜面４１ｂは、互いに表面・裏面の関係にある。【００４４】
以上のように構成された波状部２８の表面は、全体にわたって不動態膜４２で被覆されている。そして、不動態膜４２中、水平頂面２４ａ、２６ａを被覆した部位の上端面には、欠陥部４４が形成されるとともに、選択的に第１メッキ皮膜４６が設けられている。【００４５】
すなわち、水平頂面２４ａ、２６ａでは、第１メッキ皮膜４６が存在することが目視で確認できるのに対し、残余の底面２４ｂ、２６ｂ、第１斜面４１ａ及び第２斜面４１ｂでは、目視では第１メッキ皮膜４６が存在することを確認することができず、また、蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）分析でも検出下限未満である。【００４６】
電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察を行うと、底面２４ｂ、２６ｂ、第１斜面４１ａ及び第２斜面４１ｂにも、３〜４ｎｇ／ｃｍ2という極めて少量の粒子が析出していることが認められる。以下、便宜上、これらの粒子を分散皮膜とし、第２メッキ皮膜と表記する。但し、第２メッキ皮膜は、上記したように目視で確認することはできない。このため、図面中にも図示していない。【００４７】
一方、本実施の形態において、水平頂面２４ａ、２６ａにおける粒子（第１メッキ皮膜４６）の析出量は３０〜４０μｇ／ｃｍ2であり、底面２４ｂ、２６ｂ、第１斜面４１ａ及び第２斜面４１ｂにおける粒子（第２メッキ皮膜）の析出量に対して１万倍以上である。【００４８】
また、第１メッキ皮膜４６は、目視では一様な膜として観察されるが、倍率を４万倍としたＳＥＭ写真である図３に示されるように、ＳＥＭ観察においては、粒径２０〜４０μｍの粒子が島状に点在する分散皮膜であることが確認される。すなわち、第１メッキ皮膜４６をなす粒子の粒径は、従来技術においてメッキ皮膜をなす粒子が粒径３０００〜８０００ｎｍであるのに対し、著しく小さい。【００４９】
そして、水平頂面２４ａ、２６ａに対する第１メッキ皮膜４６の被覆率は、１６〜７０％に設定されている。このため、水平頂面２４ａ、２６ａでは、接触抵抗が著しく低減されるとともに、ガルバニック腐食が起こり難くなる。【００５０】
従来技術に比してメッキ皮膜をなす粒子の粒径が小さく、且つ被覆率が大きい本実施の形態によれば、金粒子を析出させた場合の接触抵抗を示す図４から諒解されるように、従来技術に比して水平頂面２４ａ、２６ａの接触抵抗が著しく低減される。すなわち、面圧（電極１４、１６に対する接触圧力）の大小に関わらず、接触抵抗が従来技術よりも下回る。【００５１】
なお、第１メッキ皮膜４６の材質としては、金、ロジウム、白金、又はこれらの２種以上の合金のいずれかが選定される。【００５２】
一方、不動態膜４２中、底面２４ｂ、２６ｂ、第１斜面４１ａ及び第２斜面４１ｂを被覆した部位には、欠陥部４４は形成されていない。【００５３】
この不動態膜４２の好適な厚みは、４〜５ｎｍである。また、不動態膜４２の主成分は深さ方向で相違し、底面２４ｂ、２６ｂ、すなわち、ステンレス鋼に近い側ではＣｒであるが、深さ方向略中腹部〜表層部ではＦｅである。【００５４】
次に、この燃料電池用セパレータ４０の製造方法につき説明する。【００５５】
先ず、図１に示す燃料電池用セパレータ４０と同一形状の予備成形体を各種の成形加工によって作製する。【００５６】
この予備成形体はステンレス鋼からなり、図５に示す波状部２８をはじめとして、その表面には、ステンレス鋼が空気中の酸素と反応することによって不動態膜４８が形成されている。この不動態膜４８には、圧延加工が施された際に発生した欠陥部や、波状部２８を設ける際にプレス成形加工等を行ったことに伴って生じた欠陥部が全体にわたって存在する。以下の説明においては、これらの欠陥部の参照符号を５０とする。【００５７】
そして、本実施の形態においては、図６にフローチャートを示すように、第１工程Ｓ１で不動態膜４８に対して酸洗が施され、第２工程Ｓ２で第１凸部２４及び第２凸部２６の水平頂面２４ａ、２６ａに対して機械研磨が施され、第３工程Ｓ３で第１メッキ皮膜４６が形成される。【００５８】
具体的には、先ず、第１工程Ｓ１において、波状部２８が設けられて不動態膜４８が自発的に生成した予備成形体を処理液に浸漬し、不動態膜４８に対して酸洗を施す。これにより不動態膜４８が一旦除去され、これに伴って欠陥部５０も除去される。【００５９】
酸洗の処理液は特に限定されるものではなく、塩化第二鉄や塩酸、硝酸等が好適な例として挙げられる。また、このような酸に加え、ニッケルメッキ皮膜を除去する際に使用される剥離液等を併用してもよい。【００６０】
欠陥部５０が不動態膜４８ごと除去された予備成形体を処理液から引き上げ、２００〜２８０℃で加熱処理を行うと、図７に示すように、厚み４〜５ｎｍ程度の新たな不動態膜４２が生成する。そして、このような温度域で加熱処理を行うことで得られた不動態膜４２においては、主成分が深さ方向で相違する。すなわち、ステンレス鋼である燃料電池用セパレータ４０に近い最深部近傍ではＣｒが主成分となり、深さ方向略中腹部〜表層部ではＦｅが主成分となる。【００６１】
ここで、３２０℃を超える温度で加熱を行うと、ステンレス鋼と不動態膜４２（酸化物）との熱膨張係数が相違するために、不動態膜４２に亀裂等が生じてしまうことがある。【００６２】
次に、第２工程Ｓ２において、第１凸部２４及び第２凸部２６の双方の水平頂面２４ａ、２６ａに対して機械研磨を施す。機械研磨を行うには、例えば、砥石を使用すればよい。【００６３】
この機械研磨により、図８に示すように、不動態膜４２の一部が欠落する。その結果、不動態膜４２に欠陥部４４が導入される。欠陥部４４が存在する箇所においては、不動態膜４２の厚みは１．５〜３ｎｍ程度である。【００６４】
このようにして欠陥部４４が設けられた波状部２８に対し、第３工程Ｓ３において、メッキ処理を施して図９に示す第１メッキ皮膜４６を形成する。【００６５】
以下、第１メッキ皮膜４６として金メッキ皮膜を形成する場合を例示して説明すると、メッキ浴に、金メッキ皮膜の原材料となるＮａ3［Ａｕ（ＳＯ3）2］等の亜硫酸金塩と、該亜硫酸金塩が解離してＡｕ+となることを抑制するための錯イオン安定化剤とを添加する。【００６６】
例えば、Ｎａ3［Ａｕ（ＳＯ3）2］は、［Ａｕ（ＳＯ3）2］3-を経てＡｕ+に解離する。錯イオン安定化剤はこの解離を抑制し、［Ａｕ（ＳＯ3）2］3-として安定化する。このように錯イオン安定化剤が存在する場合、メッキ浴中に存在するＡｕ+が極めて少量であるので、波状部２８において、粒子の析出を促進する核が存在しない箇所では粒子の析出、すなわち、第１メッキ皮膜４６の形成が困難となる。【００６７】
なお、Ｎａ3［Ａｕ（ＳＯ3）2］等の亜硫酸金塩である場合、錯イオン安定化剤の好適な例としては、ＮａＨ2ＰＯ4又はＮａ4Ｐ2Ｏ7・１０Ｈ2Ｏ等のリン酸塩、Ｃ6Ｈ5Ｏ7Ｎａ3・２Ｈ2Ｏ等のカルボン酸塩、Ｎａ2ＳＯ3やＮａ2Ｂ4Ｏ7等のナトリウム塩が挙げられる。勿論、これらの全成分が同時に添加されていてもよい。【００６８】
各成分の濃度は、例えば、Ｎａ3［Ａｕ（ＳＯ3）2］を７ｇ／リットル、ＮａＨ2ＰＯ4を３０ｇ／リットル、Ｎａ4Ｐ2Ｏ7・１０Ｈ2Ｏを３０ｇ／リットル、Ｃ6Ｈ5Ｏ7Ｎａ3・２Ｈ2Ｏを５０ｇ／リットル、Ｎａ2ＳＯ3を３０ｇ／リットル、Ｎａ2Ｂ4Ｏ7を１０ｇ／リットルに設定することができる。また、各成分の濃度が１／７となるまで希釈するようにしても同様の効果が得られる。【００６９】
ここで、亜硫酸金塩としては、例えば、日本エレクトロプレイティング・エンジニヤース社製の市販品である亜硫酸ＳＴ−１を用いることができる。また、亜硫酸金塩に代替してシアン化金を用いるようにしてもよい。【００７０】
このようなメッキ浴でメッキ処理を施すと、錯イオン安定化剤がメッキ浴に添加されているものの、水平頂面２４ａ、２６ａには欠陥部４４が存在するので、この欠陥部４４が核となり、その周囲から金粒子が比較的容易に析出する。換言すれば、水平頂面２４ａ、２６ａの前記欠陥部４４の周辺部を起点とし、粒径２０〜６０μｍの金粒子が島状に点在するように析出する。最終的に、金粒子が水平頂面２４ａ、２６ａの全体にわたって３０〜４０μｇ／ｃｍ2程度で析出して目視では皮膜状態となる。すなわち、図２及び図９に示すように、水平頂面２４ａ、２６ａが第１メッキ皮膜４６で被覆される。【００７１】
水平頂面２４ａ、２６ａに対する第１メッキ皮膜４６の被覆率は、例えば、このメッキ処理の際に電流密度及び処理時間を制御することで調整することができる。具体的には、電流密度を０．２２〜０．４８Ａ／ｃｍ2程度に設定した場合には、処理時間を３０秒程度とすれば、被覆率が１６〜７０％の範囲内となる。【００７２】
一方、水平頂面２４ａ、２６ａの裏面である底面２４ｂ、２６ｂ（図２、図５及び図７参照）、第１斜面４１ａ及び第２斜面４１ｂでは、不動態膜４２の機械研磨が行われていないため、欠陥部４４がほとんど存在しない。しかも、メッキ浴には、錯イオン安定化剤が添加されている。このため、これら底面２４ｂ、２６ｂ、第１斜面４１ａ及び第２斜面４１ｂでは、金粒子の析出速度が極めて遅くなる。金粒子は、最終的には３〜４ｎｇ／ｃｍ2程度の極少量でしか析出せず、従って、第１メッキ皮膜４６のように目視で確認可能な皮膜として成長するには至らない。【００７３】
以上のような理由から、第１メッキ皮膜４６が水平頂面２４ａ、２６ａに選択的に形成され、図１に示す燃料電池用セパレータ４０が得られるに至る。【００７４】
このように、本実施の形態によれば、他部材に当接する水平頂面２４ａ、２６ａに選択的に第１メッキ皮膜４６を設けることができる。すなわち、第１メッキ皮膜４６の形成箇所を必要最小限に止めることができ、従って、燃料電池用セパレータ４０の製造コストが高騰することを回避することができる。結局、燃料電池用セパレータ４０を安価に供給することが可能である。【００７５】
また、上記から諒解されるように、本実施の形態では、酸洗と機械研磨を行った後にメッキ処理を行うという極めて簡便な操作を行うことで必要箇所にのみ第１メッキ皮膜４６を設けることができる。換言すれば、必要以外の箇所に第１メッキ皮膜４６が形成されることを防止するためにマスキングを設けたり、第１メッキ皮膜４６の形成後にマスキングを除去したりする等の煩雑な作業を行う必要がなく、しかも、新たな装置を作製する必要もない。【００７６】
さらに、第１工程Ｓ１で不動態膜４６を一旦除去し、欠陥部５０がほとんど存在しない不動態膜４２を新たに設け、さらに、第２工程Ｓ２で該不動態膜４２に対して多数の欠陥部４４を設けた後に第１メッキ皮膜４６を形成するようにしているので、メッキ処理後の燃料電池用セパレータ４０と電極１４、１６（図１０参照）との間には、水平頂面２４ａ、２６ａに形成された第１メッキ皮膜４６を介して導電が起こる。すなわち、電気抵抗が極めて低くなる環境が得られる。【００７７】
さらにまた、水平頂面２４ａ、２６ａに形成された第１メッキ皮膜４６は、島状に点在した粒子からなる分散皮膜であるので、金、ロジウム、白金、ないしこれらの合金からなる第１メッキ皮膜４６とステンレス鋼である下地との間に腐食電流が万一生じたとしても、該腐食電流が分散される。このため、不動態膜が破壊され難く、結局、ガルバニック腐食が起こり難くなるという利点も得られる。【００７８】
その後、必要に応じ、燃料電池用セパレータ４０を酸化環境に配して不動態膜４２を一層堅牢にするようにしてもよい。【００７９】
なお、上記した実施の形態においては、金からなる第１メッキ皮膜４６を設けるべく、亜硫酸金塩、リン酸塩、カルボン酸塩、さらにはナトリウム塩を添加したメッキ浴を使用するようにしているが、メッキ浴には、少なくとも亜硫酸金塩とリン酸塩が存在すればよい。例えば、メッキ浴にＮａ3［Ａｕ（ＳＯ3）2］及びＮａＨ2ＰＯ4のみを添加するようにしてもよいし、両成分に加えてＮａ2ＳＯ3を添加するようにしてもよい。又は、Ｎａ3［Ａｕ（ＳＯ3）2］、ＮａＨ2ＰＯ4、Ｎａ2ＳＯ3及びＮａ4Ｐ2Ｏ7・１０Ｈ2Ｏを添加してメッキ浴としてもよい。いずれの場合においても、各成分の濃度は上記した範囲内とすることができる。【００８０】
第１メッキ皮膜４６の材質をロジウムや白金、金−ロジウム合金等の各種合金に代えてもよいことはいうまでもない。【００８１】
さらに、この実施の形態では、第１凸部２４及び第２凸部２６の双方の水平頂面２４ａ、２６ａに第１メッキ皮膜４６を設けるようにしているが、水平頂面２４ａ、２６ａのいずれか一方のみに第１メッキ皮膜４６を設けるようにしてもよい。この場合、水平頂面２４ａ、２６ａの第１メッキ皮膜４６を設けようとする一方の水平頂面にのみ機械研磨を施すようにすればよい。【００８２】
さらにまた、第２工程Ｓ２における機械研磨では、不動態膜４２の一部を母材（ステンレス鋼やチタン合金等）の表層とともに欠落させるようにしてもよい。【００８３】
そして、新たな不動態膜４２を設ける際、２００〜２８０℃での加熱に代替して空気中に暴露するようにしてもよいし、１４０℃までの比較的低温で加熱するようにしてもよい。この場合、厚みが２〜３ｍｍであり、且つＦｅを主成分とする不動態膜４２が形成される。このような不動態膜４２が形成された予備成形体に対して上記の研磨、メッキ処理を行うと、第１メッキ皮膜４６は、粒径２０〜４０μｍの粒子が島状に点在する分散皮膜ではあるが、その量は、第２メッキ皮膜の量に対して１０００倍以上となる。このような析出量であっても、水平頂面２４ａ、２６ａの接触抵抗は十分に小さくなる。【００８４】
このことから諒解されるように、例えば、不動態膜４２を設ける際の温度を相違させることで、第１メッキ皮膜４６をなす粒子の析出量を制御することが可能である。
【図１】
2006129806.tif 000002
【図２】
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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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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年11月8日(2007.11.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の方向に突出して水平頂面（２４ａ）を有する第１凸部（２４）と、前記第１凸部（２４）とは反対方向に指向して突出し且つ前記第１凸部（２４）の水平頂面（２４ａ）が露呈した側と反対側に露呈した水平頂面（２６ａ）を有する第２凸部（２６）とが交互に連続する波状部（２８）を具備する燃料電池用セパレータ（４０）であって、
前記第１凸部（２４）及び前記第２凸部（２６）の少なくともいずれか一方の前記水平頂面（２４ａ、２６ａ）に、金、ロジウム、白金、又はこれらの２種以上の合金のいずれかが粒径２０〜６０ｎｍの粒状物として島状に析出した分散皮膜からなる第１メッキ皮膜（４６）が存在する一方、該水平頂面（２４ａ、２６ａ）に隣接する前記第２凸部（２６）又は前記第１凸部（２４）の前記水平頂面（２４ａ、２６ａ）の裏面（２４ｂ、２６ｂ）に、金、ロジウム、白金、又はこれらの２種以上の合金のいずれかが粒径２０〜６０ｎｍの粒状物として島状に析出した分散皮膜からなる第２メッキ皮膜が存在し、
前記第１メッキ皮膜（４６）の量が、前記第２メッキ皮膜の量の１０００倍以上であることを特徴とする燃料電池用セパレータ（４０）。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池用セパレータ（４０）において、前記第１メッキ皮膜（４６）の量が、前記第２メッキ皮膜の量の１万倍以上であることを特徴とする燃料電池用セパレータ（４０）。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池用セパレータ（４０）において、前記水平頂面（２４ａ、２６ａ）以外の部位に存在する不動態膜（４２）の厚みが４ｎｍ以上であることを特徴とする燃料電池用セパレータ（４０）。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータ（４０）において、前記水平頂面（２４ａ、２６ａ）に対する前記第１メッキ皮膜（４６）の被覆率が１６〜７０％であることを特徴とする燃料電池用セパレータ（４０）。
【請求項５】
所定の方向に突出して水平頂面（２４ａ）を有する第１凸部（２４）と、前記第１凸部（２４）とは反対方向に指向して突出し且つ前記第１凸部（２４）の水平頂面（２４ａ）が露呈した側と反対側に露呈した水平頂面（２６ａ）を有する第２凸部（２６）とが交互に連続する波状部（２８）を具備し、前記第１凸部（２４）及び前記第２凸部（２６）の少なくともいずれか一方の前記水平頂面（２４ａ、２６ａ）に、金、ロジウム、白金、又はこれらの２種以上の合金のいずれかが粒径２０〜６０ｎｍの粒状物として島状に析出した分散皮膜からなる第１メッキ皮膜（４６）が存在する一方、該水平頂面（２４ａ、２６ａ）に隣接する前記第２凸部（２６）又は前記第１凸部（２４）の前記水平頂面（２４ａ、２６ａ）の裏面（２４ｂ、２６ｂ）に、金、ロジウム、白金、又はこれらの２種以上の合金のいずれかが粒径２０〜６０ｎｍの粒状物として島状に析出した分散皮膜からなる第２メッキ皮膜が存在し、且つ前記第１メッキ皮膜（４６）の量が前記第２メッキ皮膜の量の１０００倍以上である燃料電池用セパレータ（４０）の製造方法であって、
前記燃料電池用セパレータ（４０）に設けられた前記波状部（２８）に存在する不動態膜（４８）を除去する工程と、
前記波状部（２８）に新たな不動態膜（４２）を設けた後、前記第１凸部（２４）又は前記第２凸部（２６）の少なくともいずれか一方の前記水平頂面（２４ａ、２６ａ）に対して機械研磨を施し、該水平頂面（２４ａ、２６ａ）に存在する前記不動態膜（４２）に欠陥部（４４）を設ける工程と、
前記燃料電池用セパレータ（４０）に対して、金錯塩、ロジウム錯塩、白金錯塩の群の少なくとも１種を含むメッキ浴にてメッキ処理を施し、前記欠陥部（４４）の周辺部を起点として前記水平頂面（２４ａ、２６ａ）に選択的に前記メッキ皮膜を設ける工程と、
を有することを特徴とする燃料電池用セパレータ（４０）の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の製造方法において、前記メッキ処理を行う際、メッキ液に錯イオン安定化剤を添加することを特徴とする燃料電池用セパレータ（４０）の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の製造方法において、前記錯イオン安定化剤として、リン酸塩、カルボン酸塩、ナトリウム塩の少なくともいずれか１種を添加することを特徴とする燃料電池用セパレータ（４０）の製造方法。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載の製造方法において、前記波状部（２８）に存在する不動態膜（４８）を除去した後、該波状部（２８）を２００〜２８０℃に加熱することで新たな不動態膜（４２）を設けることを特徴とする燃料電池用セパレータ（４０）の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本発明の一実施形態によれば、所定の方向に突出して水平頂面を有する第１凸部と、前記第１凸部とは反対方向に指向して突出し且つ前記第１凸部の水平頂面が露呈した側と反対側に露呈した水平頂面を有する第２凸部とが交互に連続する波状部を具備する燃料電池用セパレータであって、
前記第１凸部及び前記第２凸部の少なくともいずれか一方の前記水平頂面に、金、ロジウム、白金、又はこれらの２種以上の合金のいずれかが粒径２０〜６０ｎｍの粒状物として島状に析出した分散皮膜からなる第１メッキ皮膜が存在する一方、該水平頂面に隣接する前記第２凸部又は前記第１凸部の前記水平頂面の裏面に、金、ロジウム、白金、又はこれらの２種以上の合金のいずれかが粒径２０〜６０ｎｍの粒状物として島状に析出した分散皮膜からなる第２メッキ皮膜が存在し、
前記第１メッキ皮膜の量が、前記第２メッキ皮膜の量の１０００倍以上である燃料電池用セパレータが提供される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
さらに、メッキ皮膜を、粒径が２０〜６０ｎｍの粒状物が島状に点在する分散皮膜として設けたので、メッキ皮膜と下地金属との間に仮に腐食電流が生じたとしても、この腐食電流が分散されることになる。従って、不動態膜が破壊され難くなり、ガルバニック腐食が起こり難くなる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
本発明の別の一実施形態によれば、所定の方向に突出して水平頂面を有する第１凸部と、前記第１凸部とは反対方向に指向して突出し且つ前記第１凸部の水平頂面が露呈した側と反対側に露呈した水平頂面を有する第２凸部とが交互に連続する波状部を具備し、前記第１凸部及び前記第２凸部の少なくともいずれか一方の前記水平頂面に、金、ロジウム、白金、又はこれらの２種以上の合金のいずれかが粒径２０〜６０ｎｍの粒状物として島状に析出した分散皮膜からなる第１メッキ皮膜が存在する一方、該水平頂面に隣接する前記第２凸部又は前記第１凸部の前記水平頂面の裏面に、金、ロジウム、白金、又はこれらの２種以上の合金のいずれかが粒径２０〜６０ｎｍの粒状物として島状に析出した分散皮膜からなる第２メッキ皮膜が存在し、且つ前記第１メッキ皮膜の量が前記第２メッキ皮膜の量の１０００倍以上である燃料電池用セパレータの製造方法であって、
前記燃料電池用セパレータに設けられた前記波状部に存在する不動態膜を除去する工程と、
前記波状部に新たな不動態膜を設けた後、前記第１凸部又は前記第２凸部の少なくともいずれか一方の前記水平頂面に対して機械研磨を施し、該水平頂面に存在する前記不動態膜に欠陥部を設ける工程と、
前記燃料電池用セパレータに対して、金錯塩、ロジウム錯塩、白金錯塩の群の少なくとも１種を含むメッキ浴にてメッキ処理を施し、前記欠陥部の周辺部を起点として前記水平頂面に選択的に前記メッキ皮膜を設ける工程と、
を有する燃料電池用セパレータの製造方法が提供される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
また、第１メッキ皮膜４６は、目視では一様な膜として観察されるが、倍率を４万倍としたＳＥＭ写真である図３に示されるように、ＳＥＭ観察においては、粒径２０〜４０ｎｍの粒子が島状に点在する分散皮膜であることが確認される。すなわち、第１メッキ皮膜４６をなす粒子の粒径は、従来技術においてメッキ皮膜をなす粒子が粒径３０００〜８０００ｎｍであるのに対し、著しく小さい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
このようなメッキ浴でメッキ処理を施すと、錯イオン安定化剤がメッキ浴に添加されているものの、水平頂面２４ａ、２６ａには欠陥部４４が存在するので、この欠陥部４４が核となり、その周囲から金粒子が比較的容易に析出する。換言すれば、水平頂面２４ａ、２６ａの前記欠陥部４４の周辺部を起点とし、粒径２０〜６０ｎｍの金粒子が島状に点在するように析出する。最終的に、金粒子が水平頂面２４ａ、２６ａの全体にわたって３０〜４０μｇ／ｃｍ2程度で析出して目視では皮膜状態となる。すなわち、図２及び図９に示すように、水平頂面２４ａ、２６ａが第１メッキ皮膜４６で被覆される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
さらに、第１工程Ｓ１で不動態膜４８を一旦除去し、欠陥部５０がほとんど存在しない不動態膜４２を新たに設け、さらに、第２工程Ｓ２で該不動態膜４２に対して多数の欠陥部４４を設けた後に第１メッキ皮膜４６を形成するようにしているので、メッキ処理後の燃料電池用セパレータ４０と電極１４、１６（図１０参照）との間には、水平頂面２４ａ、２６ａに形成された第１メッキ皮膜４６を介して導電が起こる。すなわち、電気抵抗が極めて低くなる環境が得られる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】
そして、新たな不動態膜４２を設ける際、２００〜２８０℃での加熱に代替して空気中に暴露するようにしてもよいし、１４０℃までの比較的低温で加熱するようにしてもよい。この場合、厚みが２〜３ｍｍであり、且つＦｅを主成分とする不動態膜４２が形成される。このような不動態膜４２が形成された予備成形体に対して上記の研磨、メッキ処理を行うと、第１メッキ皮膜４６は、粒径２０〜４０ｎｍの粒子が島状に点在する分散皮膜ではあるが、その量は、第２メッキ皮膜の量に対して１０００倍以上となる。このような析出量であっても、水平頂面２４ａ、２６ａの接触抵抗は十分に小さくなる。
【国際調査報告】
2006129806.tif 000012
2006129806.tif 000013
2006129806.tif 000014
2006129806.tif 000015