(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料を圧延手段で圧延する工程と、圧延材をプレス手段で所定形状に成形する工程と、次に硝酸とフッ化水素酸との溶液からなるエッチング液により、前記圧延工程で発生していた異常表層部をエッチング処理で除去するとともにこの金属材料に引続き前記エッチング処理を施すことで金属材料自体の表層部に含む導電物の一部を突出させる頭出しを行う工程と、金属材料自体の表層部に不動態化処理を施す工程とからなる燃料電池用セパレータの製造方法であって、
前記エッチング処理に先立ち、前記異常表層部の状態としての厚さを、異常表層部の表面に観察される導電物の粒径によって推定し、この異常表層部の厚さによって前記硝酸の濃度を１０〜３０％、前記フッ化水素酸の濃度を２〜８％の間で調整した液を準備し、エッチング液温度を３０〜７０℃、撹拌速度を０．６〜１０ｍ／ｍｉｎ、処理時間を５〜６０分の間で調整し、
前記導電物の粒径が小さいほど前記異常表層部の厚さが大きいと判断して、前記硝酸の濃度を低くし、前記フッ化水素酸の濃度を高くし、エッチング液温度を高くし、撹拌速度を高くし、処理時間を長く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】
前記エッチング液中に粒状物質を混在させるとともにエッチング液を撹拌させることで前記異常表層部の除去を促進させることを特徴とする請求項１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、金属製セパレータの生産性向上及びコスト削減を図るのに好適な燃料電池用セパレータ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、各燃料電池セルを複数積層することで所望の出力を得る構造であるため、各燃料電池セルを仕切るセパレータとしては、樹脂材料に比較して積層時の加圧力に対する強度や積層後の小型化が有利な金属材料が有力視されている。
【０００３】
このような金属製セパレータを採用する燃料電池としては、例えば、（１）特開平８−１８０８８３号公報「固体高分子電解質型燃料電池」、（２）特開２０００−１６４２２８「固体高分子電解質型燃料電池のセパレータおよびその製造方法」が知られている。
【０００４】
上記（１）の図３には、固体高分子電解質膜５１（符号については、同公報に記載されているものを使用した。以下同様。）の両側にそれぞれ電極膜７Ａ，７Ｂを配置し、これらの電極膜７Ａ，７Ｂを、例えばステンレス鋼製のセパレータ４，４で挟み、セパレータ４，４の縁部をシール体３１，３２でシールした燃料電池の単電池３が記載されている。
【０００５】
上記（２）の図９には、固体高分子膜２（符号については、同公報に記載されているものを使用した。以下同様。）の両側にアノード電極３及びカソード電極４を配置し、これらのアノード電極３及びカソード電極４を、例えばステンレス鋼を基材としたセパレータ５，６で挟んだ燃料電池の単電池１が記載されている。
【０００６】
上記（１），（２）の公報の技術では、セパレータの材料となるステンレス鋼を所定の板厚とするために、例えばステンレス鋼に冷間圧延を実施した場合、ステンレス鋼の表層部には圧延によって、酸化物や、ステンレス鋼板に含まれていた金属間化合物が砕かれて粒径の小さくなったもの等からなる異常層が形成される。この異常層は導電性が良くないため、セパレータの電気的な接触抵抗を小さくするために除去する必要がある。
そこで、このようなステンレス鋼の異常層を除去する工程を設けたセパレータの製造方法が考えられた。この技術を以下に説明する。
【０００７】
図７は従来の金属製セパレータの製造要領を説明する説明図であり、順に説明する。
１．異常層除去
セパレータの材料となる金属材料１００を所定形状にプレス成形する前に圧延する。金属材料１００を圧延すると、金属材料１００の表層に異常層１０１が形成される。
【０００８】
２．異常層除去エッチング
エッチング処理により上記した異常層１０１を除去する。
３．第１不動態化処理
金属材料１００の表面の腐食を防止するために第１不動態化処理を実施し、第１不動態皮膜１０２を形成する。
４．頭出しエッチング
金属材料１００内に含有する粒状の導電物１０３・・・（・・・は複数個を示す。以下同様。）の頭出しを行うために、エッチング処理を実施する。
５．第２不動態化処理
導電物１０３の頭出しの後、金属材料１００の表面が腐食しないように第２不動態化処理を実施し、第２不動態皮膜１０５を形成する。
これで、セパレータの製造が完了する。
以上に説明したセパレータの製造方法を次図で詳細に説明する。
【０００９】
図８は従来の金属製セパレータの製造工程を説明するフロー図である。なお、ＳＴ×××はステップ番号を示す。
ＳＴ１０１…圧延の後にプレス成形した金属材料を脱脂する。処理液は界面活性剤水溶液、処理温度は３０℃、処理時間は１分である。
ＳＴ１０２…金属材料を水洗する。処理時間は１分である。
【００１０】
ＳＴ１０３…圧延時に形成された異常層をエッチング処理にて除去する。処理液は王水と界面活性剤との溶液、処理温度は９８℃、処理時間は６０分である。
ＳＴ１０４…金属材料を水洗する。処理時間は１分である。
【００１１】
ＳＴ１０５…金属材料の表面の腐食を防止するために第１不動態化処理を実施する。処理液は５０％硝酸、処理温度は５０℃、処理時間は３０分である。
ＳＴ１０６…金属材料を水洗する。処理時間は１分である。
【００１２】
ＳＴ１０７…金属材料中の導電物の頭出しのためにエッチング処理を実施する。処理液は２０％硝酸と８％フッ化水素酸との溶液、処理温度は３０℃、処理時間は１０分である。
ＳＴ１０８…金属材料を水洗する。処理時間は１分である。
【００１３】
ＳＴ１０９…金属材料の表面の腐食を防止するために第２不動態化処理を実施する。処理液は５０％硝酸、処理温度は５０℃、処理時間は３０分である。
ＳＴ１１０…金属材料を水洗する。処理時間は１分である。
ＳＴ１１１…金属材料を乾燥させる。処理時間は１分である。
これで、セパレータの製造が完了する。処理時間の合計は１３７分である。
【００１４】
上記セパレータの製造方法では、エッチング処理により化学的に異常層を除去し、更にエッチング処理により導電物の頭出しを行うことで、セパレータの接触抵抗を小さくしている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記図８において、ＳＴ１０１の脱脂からＳＴ１１１の乾燥までの所要時間は合計で１３７分であり、処理工程数が多いために各処理液の種類や処理液を貯める処理槽の数が多くなるとともに各処理液の温度管理にも多くの工数が掛かるため、金属製セパレータの生産性向上及びコスト削減を図るために、上記処理工程数の削減が求められている。
【００１６】
本発明の目的は、燃料電池用セパレータの製造方法を改良することで、金属製セパレータの生産向上及びコスト削減を図ることにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、金属材料を圧延手段で圧延する工程と、圧延材をプレス手段で所定形状に成形する工程と、次に硝酸とフッ化水素酸との溶液からなるエッチング液により、圧延工程で発生していた異常表層部をエッチング処理で除去するとともにこの金属材料に引続きエッチング処理を施すことで金属材料自体の表層部に含む導電物の一部を突出させる頭出しを行う工程と、金属材料自体の表層部に不動態化処理を施す工程とからなる燃料電池用セパレータの製造方法であって、エッチング処理に先立ち、異常表層部の状態としての厚さを、異常表層部の表面に観察される導電物の粒径によって推定し、この異常表層部の厚さによって硝酸の濃度を１０〜３０％、フッ化水素酸の濃度を２〜８％の間で調整した液を準備し、エッチング液温度を３０〜７０℃、撹拌速度を０．６〜１０ｍ／ｍｉｎ、処理時間を５〜６０分の間で調整し、導電物の粒径が小さいほど異常表層部の厚さが大きいと判断して、硝酸の濃度を低くし、フッ化水素酸の濃度を高くし、エッチング液温度を高くし、撹拌速度を高くし、処理時間を長くすることを特徴とする。
【００１８】
従来、異常表層部の除去と導電物の頭出しとを別々なエッチング処理で行っていたものを１回のエッチング処理で行うことにより、処理工程数を減らすことができ、金属製セパレータの生産性を高めるとともに製造コストを削減することができる。
【００１９】
目視で導電物が確認できない程度に厚く異常表層部が形成されている場合には、エッチング液の成分として異常表層部除去作用のより強いものを選択するとともにエッチング液の温度を高め、目視で導電物が確認できる程度に薄く異常表層部が形成されている場合には、エッチング液の成分として異常表層部除去作用を弱めたものを選択するとともにエッチング液の温度を低くして、金属製セパレータの製造を効率的に行うことができる。
【００２０】
目視で導電物が確認できない程度に厚く異常表層部が形成されている場合には、エッチング液の撹拌速度を高めるとともに撹拌時間を多くし、目視で導電物が確認できる程度に薄く異常表層部が形成されている場合には、エッチング液の撹拌速度を低くするとともに撹拌時間を短くして、金属製セパレータの製造を効率的に行うことができる。
【００２１】
目視で導電物が確認できない程度に厚く異常表層部が形成されている場合には、フッ化水素酸の濃度を高め、目視で導電物が確認できる程度に薄く異常表層部が形成されている場合には、フッ化水素酸の濃度を低くして、金属製セパレータの製造を効率的に行うことができる。
【００２２】
目視で導電物が確認できない程度に厚く異常表層部が形成されている場合には、例えば、フッ化水素酸の濃度を高めるか、又はフッ化水素酸の濃度とエッチング液の温度との両方を高めた液槽を選択し、目視で導電物が確認できる程度に薄く異常表層部が形成されている場合には、例えば、フッ化水素酸の濃度を弱めるか、又はフッ化水素酸の濃度を弱め且つエッチング液の温度を低くした液槽を選択して、金属製セパレータの製造を効率的に行うことができる。
【００２３】
請求項２は、エッチング液中に粒状物質を混在させるとともにエッチング液を撹拌させることで異常表層部の除去を促進させることを特徴とする。
粒状物質で異常表層部の除去を促進させ、処理時間を短縮することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る燃料電池用セパレータの製造装置を示す説明図であり、セパレータ製造装置１０は、後述するセパレータ製造に関する各処理を行うためにその処理液を貯めた第１処理槽１１〜第６処理槽１６及び乾燥を行う乾燥機１７と、これらの第１処理槽１１〜第６処理槽１６及び乾燥機１７の位置へセパレータになるセパレータ素材２０を搬送する搬送装置２１と、この搬送装置２１で搬送させるセパレータ素材２０を上下動させる電動モータ用の駆動装置２２と、セパレータ素材２０を第１処理槽１１〜第６処理槽１６の各処理液に浸けるために第１処理槽１１〜第６処理槽１６をそれぞれ上下動させる第１昇降装置３１〜第６昇降装置３６と、第１処理槽１１〜第６処理槽１６内の各処理液の温度を調整する液温調整装置４１・・・（この液温調整装置４１は第１処理槽１１〜第６処理槽１６のそれぞれに備えるが、図では第１処理槽１１にのみ描いた。）と、これらの乾燥機１７、搬送装置２１、駆動装置２２、第１昇降装置３１〜第６昇降装置３６、液温調整装置４１を制御する制御装置４２とからなる。なお、３１ｄ〜３６ｄは第１昇降装置３１〜第６昇降装置３６のそれぞれを駆動させる昇降駆動部である。
【００２５】
上記した第１処理槽１１は脱脂槽、第２処理槽１２・第４処理槽１４・第６処理槽１６は洗浄槽、第３処理槽１３はエッチング槽、第５処理槽１５は不動態化処理槽として請求項１に記載したものである。
【００２６】
第３処理槽１３は、紙面の表裏方向に並べた３つの槽、即ち、Ａ槽１３ａ、Ｂ槽１３ｂ及びＣ槽１３ｃからなり、第３昇降装置３３も、これらのＡ槽１３ａ、Ｂ槽１３ｂ及びＣ槽１３ｃに対応する図示せぬＡ昇降装置、Ｂ昇降装置及びＣ昇降装置からなる。
【００２７】
セパレータ素材２０は、上記のセパレータ製造装置１０によって最終的にセパレータとなるものであり、金属材料、例えば、ステンレス鋼（特に、オーステナイト系ステンレス鋼）を薄板に圧延し、この後に燃料電池における燃料ガス、酸化剤ガス、冷却水を通す各溝、穴等をプレス成形したものである。
【００２８】
乾燥機１７は、制御装置４２からのオンオフ信号により作動又は停止する装置であり、セパレータ素材２０に、例えば送風又は放熱することでセパレータ素材２０を乾燥させる。
搬送装置２１は、第１処理槽１１〜第６処理槽１６及び乾燥機１７の上方に配置したものであり、第１電動モータ４３で駆動する第１ドラム４４と、第２電動モータ４５で駆動する第２ドラム４６と、これらの第１ドラム４４及び第２ドラム４６のそれぞれに渡したケーブル４７と、このケーブル４７の途中に取付けたセパレータ搬送部４８とからなる。
【００２９】
セパレータ素材２０を搬送するには、制御装置４２で第１電動モータ４３及び第２電動モータ４５を同期するように回転させ、第１ドラム４４及び第２ドラム４６を回転させて、セパレータ素材２０を吊るしたセパレータ搬送部４８を移動させる。
【００３０】
第３昇降装置３３は、Ａ槽１３ａ、Ｂ槽１３ｂ及びＣ槽１３ｃを一体的に紙面の表裏方向に移動させる水平移動機構（不図示）をも備え、Ａ槽１３ａ、Ｂ槽１３ｂ又はＣ槽１３ｃをセパレータ素材２０の真下に移動させ、上昇させることで、セパレータ素材２０をＡ槽１３ａ、Ｂ槽１３ｂ又はＣ槽１３ｃに選択的に浸けることを可能にする。
【００３１】
図２は本発明に係るセパレータの処理状態を示す説明図であり、セパレータ素材２０に対して、例えば、第１処理槽１１の下部に設けた第１昇降装置３１を駆動させて第１処理槽１１を上昇させ、セパレータ素材２０を第１処理槽１１に満たした処理液７１に浸けた状態を示す。なお、７２，７２は第１処理槽１１内に配置したヒータ、７３はヒータ７２，７２用の電源、７４は処理液７１の温度を検知する温度センサであり、この温度センサ７４からの温度信号を液温調整装置４１に送ることにより、液温調整装置４１は電源７３からヒータ７２，７２への通電を制御し、処理液７１の温度を所定温度に調整する。
【００３２】
第１昇降装置３１は、ベース部７６と、このベース部７６に一端をスイング可能に取付けるとともに第１処理槽１１の下部に設けた処理槽受け部７７に他端をスライド可能に取付けた第１バー７８，７８（奥側の第１バー７８は不図示）と、ベース部７６に一端をスライド可能に取付けるとともに処理槽受け部７７にスイング可能に取付けた第２バー７９，７９（奥側の第２バー７９は不図示）と、第１バー７８，７８又は第２バー７９，７９を駆動する図示せぬシリンダ装置とからなるパンタグラフ型昇降装置である。
【００３３】
セパレータ搬送部４８内に設けた電動モータ８２は、その出力軸にドラム８３を備えたものであり、このドラム８３にワイヤ８４を巻き付け、このワイヤ８４の先端に枠状部材８５を取外し可能に取付け、この枠状部材８５でセパレータ素材２０を保持する。
【００３４】
例えば、セパレータ素材２０を処理液７１に浸けた状態で、電動モータ８２の出力軸の正転・逆転を繰り返せば、ドラム８３が正転・逆転し、ワイヤ８４が上下動して枠状部材８５と共にセパレータ素材２０が上下動し、処理液７１を撹拌させるのとほぼ同等な効果を得る。
この結果、処理液７１によるセパレータ素材２０の処理を促進することができる。
【００３５】
電動モータ８２の回転速度は、駆動装置２２を介して制御装置４２で制御する。これにより、セパレータ素材２０の上下動の速度を変更することができる。この場合の上下動の速度を、以下に述べる「撹拌速度」とする。
【００３６】
図３は本発明に係るセパレータの製造方法を説明するフロー図である。なお、ＳＴ××はステップ番号を示す。
ＳＴ０１…セパレータ素材を脱脂する。処理液は界面活性剤水溶液、処理液の温度は３０℃、処理時間は１分である。
ＳＴ０２…セパレータ素材を水洗する。処理時間は１分である。
【００３７】
ＳＴ０３…セパレータ素材に形成されている異常表層部の除去及びセパレータ素材の表層部に含む導電物の頭出しのためにエッチング処理を実施する。処理液は１０％硝酸と４％フッ化水素酸との溶液、処理液の温度は６０℃、処理時間は４０分である。
ＳＴ０４…セパレータ素材を水洗する。所要時間は１分である。
【００３８】
ＳＴ０５…セパレータ素材の表面に不動態化処理を実施し、不動態皮膜を形成する。処理液は５０％硝酸、処理液の温度は５０℃、処理時間は３０分である。
ＳＴ０６…セパレータ素材を水洗する。処理時間は１分である。
ＳＴ０７…セパレータ素材を乾燥させる。所要時間は１分である。
これで、セパレータの製造が完了する。以上の製造に要した時間は合計で７５分であり、図８で説明した従来の合計所要時間１３７分に比べて６２分の短縮となる。
【００３９】
上記した各処理工程は、セパレータ素材を各処理槽及び乾燥機の位置に移動させて行う。
即ち、ＳＴ０１の脱脂は第１処理槽、ＳＴ０２の水洗は第２処理槽、ＳＴ０３のエッチング処理は第３処理槽、ＳＴ０４の水洗は第４処理槽、ＳＴ０５の不動態化処理は第５処理槽、ＳＴ０６の水洗は第６処理槽、ＳＴ０７の乾燥は乾燥機の位置で実施する。
【００４０】
図４（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るセパレータの製造方法を説明する第１作用図であり、図３に示したセパレータ素材の異常表層部除去（ＳＴ０３）、導電物頭出し（ＳＴ０３）及び不動態化処理（ＳＴ０５）について詳細に説明する。（ａ）〜（ｃ）はセパレータ素材の断面図である。
（ａ）は、セパレータ素材２０に異常表層部９１が形成されている状態を示す。なお、９２・・・はセパレータ素材２０自体に含む良導体である粒状の導電物（例えば、金属間化合物であるＣｒ2Ｂ）である。なお、導電物９２の形状はそれぞれ異なるが便宜上同一符号を用いる。
【００４１】
異常表層部９１は、圧延によって、セパレータ素材２０に含まれていた粒状物質（金属間化合物等）が砕かれて粒径が小さくなったり、酸化物等を含むことで導電性が低下した層であり、セパレータを積層した際に電気的な接触抵抗を高め、燃料電池の出力を低下させる原因になる。
【００４２】
そこで、この異常表層部９１を除去するためにエッチング処理（図３のＳＴ０３参照）を実施する。この結果、（ｂ）に示すように、異常表層部９１が消失するとともに、セパレータ素材２０自体の表層を除去し、導電物９２・・・を突出させる、即ち導電物９２・・・の頭出しを行う。
【００４３】
そして、導電物９２・・・以外のセパレータ素材２０自体の表面の腐食を防ぐために不動態化処理（図３のＳＴ０５参照）を施し、（ｃ）に示すように、セパレータ２０自体の表面に不動態皮膜９３を形成する。このとき、導電物９２・・・の表面には不動態被膜９３は形成されず、導電物９２・・・は大きな表面積を有し且つ不動態被膜９３より突出しているため、セパレータを積層した場合に隣接するセパレータ同士やセパレータと電極との接触抵抗を小さくすることができる。
【００４４】
図５（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るセパレータの製造方法を説明する第２作用図であり、図４で説明した異常表層部の除去及び導電物の頭出しについて、更に詳細に説明する。
（ａ）はセパレータ素材の要部を拡大した断面図であり、セパレータ素材２０に異常表層部９１が形成されている状態を示す。
【００４５】
異常表層部９１は、圧延の状態によって厚さが変化する。例えば、異常表層部９１の厚さがＴ１の場合、厚さがＴ２の場合、又は厚さがＴ３の場合に分ける。
厚さがＴ１〜Ｔ２にある範囲（１）では、その表面を金属顕微鏡で観察すると、（ｂ）に示すようになる。即ち、導電物９２が観察できない状態である。
【００４６】
また、異常表層部９１の厚さがＴ２〜Ｔ３にある範囲（２）では、その表面を金属顕微鏡で観察すると、（ｃ）に示すようになる。即ち、導電物９２がかすかに確認できる状態から導電物９２の粒径が２μｍまでの大きさとして観察できる状態である。
【００４７】
更に、異常表層部９１の厚さがＴ３以下で且つＴ＝０を越える範囲（３）では、その表面を金属顕微鏡で観察すると、（ｄ）に示すようになる。即ち、導電物９２の粒径が２μｍを越え、２０μｍまでの大きさとして観察できる状態である。
実際には、上記した厚さＴ１は約５μｍ、厚さＴ２は約２μｍ、厚さＴ３は約０．５μｍである。
【００４８】
本発明では、上記した異常表層部９１の厚さによって、異常表層部９１の除去及び導電物９２の頭出しのためのエッチング条件、詳しくは処理液の成分、処理液の温度、処理液の撹拌方法（速度等）、処理時間を変更した。
【００４９】
具体的には、上記した異常表層部９１の厚さによって、図１に示した第３処理槽１３のＡ槽１３ａ、Ｂ槽１３ｂ及びＣ槽１３ｃから１つの槽を選択してセパレータを浸け、且つその槽に対応した処理条件で処理する。
上記したエッチング条件の第１の実施の形態を表１の形態１の欄で説明する。
【００５０】
【表１】
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【００５１】
形態１；
実施例Ａ１：浴組成、即ち処理液の成分は１０％硝酸と８％フッ化水素酸との溶液、浴温度、即ち処理液の温度は７０℃、処理液の撹拌速度は１０ｍ／ｍｉｎ、処理時間は６０ｍｉｎである。
実施例Ｂ１：浴組成は２０％硝酸と４％フッ化水素酸との溶液、浴温度は５０℃、撹拌速度は５ｍ／ｍｉｎ、処理時間は３０ｍｉｎである。
実施例Ｃ１：浴組成は３０％硝酸と２％フッ化水素酸との溶液、浴温度は３０℃、撹拌速度は０．６ｍ／ｍｉｎ、処理時間は１０ｍｉｎである。
なお、実施例Ａ１はＡ槽１３ａ、実施例Ｂ１はＢ槽１３ｂ、実施例Ｃ１はＣ槽１３ｃにおけるエッチング条件である。
【００５２】
この形態１は、異常表層部の厚さが大きいほど、上記したように、硝酸の濃度を小さくするとともにフッ化水素酸の濃度を大きくし、浴温度を高くし、撹拌速度を大きくし、処理時間を長くしたエッチング条件である。
【００５３】
次に、エッチング条件の第２の実施の形態を表１の形態２の欄で説明する。
形態２；
実施例Ａ２：浴組成は１０％硝酸と８％フッ化水素酸との溶液、浴温度は７０℃、撹拌速度は５ｍ／ｍｉｎ、処理時間は３０ｍｉｎである。
実施例Ｂ２：浴組成は２０％硝酸と４％フッ化水素酸との溶液、浴温度は５０℃、撹拌速度は５ｍ／ｍｉｎ、処理時間は３０ｍｉｎである。
実施例Ｃ２：浴組成は３０％硝酸と２％フッ化水素酸との溶液、浴温度は３０℃、撹拌速度は５ｍ／ｍｉｎ、処理時間は３０ｍｉｎである。
なお、実施例Ａ２はＡ槽１３ａ、実施例Ｂ２はＢ槽１３ｂ、実施例Ｃ２はＣ槽１３ｃにおけるエッチング条件である。
【００５４】
この形態２は、異常表層部の厚さが大きいほど、上記したように、硝酸の濃度を小さくするとともにフッ化水素酸の濃度を大きくし、浴温度を高くしたエッチング条件である。
【００５５】
次に、エッチング条件の第３の実施の形態を表１の形態３の欄で説明する。
形態３；
実施例Ａ３：浴組成は１０％硝酸と４％フッ化水素酸との溶液、浴温度は６０℃、撹拌速度は１０ｍ／ｍｉｎ、処理時間は４０ｍｉｎである。
実施例Ｂ３：浴組成は１０％硝酸と４％フッ化水素酸との溶液、浴温度は６０℃、撹拌速度は５ｍ／ｍｉｎ、処理時間は２０ｍｉｎである。
実施例Ｃ３：浴組成は１０％硝酸と４％フッ化水素酸との溶液、浴温度は６０℃、撹拌速度は１ｍ／ｍｉｎ、処理時間は５ｍｉｎである。
なお、実施例Ａ３はＡ槽１３ａ、実施例Ｂ３はＢ槽１３ｂ、実施例Ｃ３はＣ槽１３ｃにおけるエッチング条件である。
【００５６】
この形態３は、異常表層部の厚さが大きいほど、上記したように、処理液の撹拌速度を大きくし、処理時間を長くしたエッチング条件である。
【００５７】
次に、エッチング条件の第４の実施の形態を表１の形態４の欄で説明する。
形態４；
実施例Ａ４：浴組成は１０％硝酸と８％フッ化水素酸との溶液、浴温度は６０℃、撹拌速度は１０ｍ／ｍｉｎ、処理時間は４０ｍｉｎである。
実施例Ｂ４：浴組成は１０％硝酸と４％フッ化水素酸との溶液、浴温度は６０℃、撹拌速度は５ｍ／ｍｉｎ、処理時間は２０ｍｉｎである。
実施例Ｃ４：浴組成は１０％硝酸と２％フッ化水素酸との溶液、浴温度は６０℃、撹拌速度は１ｍ／ｍｉｎ、処理時間は５ｍｉｎである。
なお、実施例Ａ４はＡ槽１３ａ、実施例Ｂ４はＢ槽１３ｂ、実施例Ｃ４はＣ槽１３ｃにおけるエッチング条件である。
【００５８】
この形態４は、異常表層部の厚さが大きいほど、上記したように、フッ化水素酸の濃度を大きくし、撹拌速度を大きくし、処理時間を長くしたエッチング条件である。
【００５９】
図６は本発明に係るエッチング条件の第５の実施の形態を説明する作用図であり、セパレータ素材２０の処理液７１に、エッチング処理を促進させる粒状の撹拌物質９５・・・、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）を混合させたことを示す。
この状態で、セパレータ素材２０を上下動させると、撹拌物質９５・・・がセパレータ素材２０の表面に当たり、研磨材の役目をしてセパレータ素材２０の異常表層部の除去及び導電物の頭出しを促進させることができる。
【００６０】
以上の図３及び図４で説明したように、本発明は第１に、金属材料としてのセパレータ素材２０を圧延手段で圧延する工程と、圧延材をプレス手段で所定形状に成形する工程と、次に圧延工程で発生していた異常表層部９１をエッチング処理で除去する工程と、このセパレータ素材２０に引続きエッチング処理を施すことで、セパレータ素材２０自体の表層部に含む導電物９２の一部を突出させる頭出し工程と、セパレータ素材２０自体の表層部に不動態化処理を施す工程とからなり、異常表層部９１を除去する工程及び導電物９２を突出させる頭出し工程を１回のエッチング処理で実施することを特徴とする。
【００６１】
従来は、図８で説明したように、異常層の除去を王水と界面活性剤との溶液で行い、導電物の頭出しを硝酸とフッ化水素酸との溶液で行っていたが、前者の王水は濃硝酸と濃塩酸との混合物であり、強酸化剤であるために、取扱いが難しい。
【００６２】
本発明では、このような王水の代わりに従来の導電物の頭出しに使用していた硝酸とフッ化水素酸との溶液を異常表層部の除去にも用いるようにし、しかも、王水ほどではない酸化性を補うために、異常表層部の厚さによって、処理液の成分、温度、撹拌速度、処理時間等のエッチング条件を変更し、異常表層部の除去と導電物の頭出しとを１回のエッチング処理で効果的に行えるようにした。
【００６３】
このように、従来、異常表層部の除去と導電物の頭出しとを別々なエッチング処理で行っていたものを１回のエッチング処理で行うことにより、処理工程数を１１工程から７工程に減らすことができ、セパレータ製造に要する時間をほぼ半減することができて、金属製セパレータの生産性を高めるとともに製造コストを削減することができる。
【００６４】
本発明は第２に、エッチング処理を、異常表層部９１の状態に応じてエッチング液としての処理液７１（図２参照）の温度と成分とを選択して行うことを特徴とする。
目視で導電物９２が確認できない程度に厚く異常表層部９１が形成されている場合には、処理液７１の成分として異常表層部９１の除去作用をより強めたものを選択するとともに処理液７１の温度を高め、目視で導電物９２が確認できる程度に薄く異常表層部９１が形成されている場合には、処理液の成分として異常表層部除去作用を弱めたものを選択するとともに処理液７１の温度を低くして、金属製セパレータの製造を効率的に行うことができる。
【００６５】
本発明は第３に、エッチング処理を、異常表層部９１の状態に応じて処理液７１の撹拌方法、特に撹拌速度を変更して行うことを特徴とする。
目視で導電物９２が確認できない程度に厚く異常表層部９１が形成されている場合には、処理液７１の撹拌速度を高めるとともに撹拌時間を多くし、目視で導電物９２が確認できる程度に薄く異常表層部９１が形成されている場合には、処理液７１の撹拌速度を低くするとともに撹拌時間を短くして、金属製セパレータの製造を効率的に行うことができる。
【００６６】
本発明は第４に、エッチング処理を、異常表層部９１の状態に応じて処理液７１の濃度を変更して行うことを特徴とする。
目視で導電物９２が確認できない程度に厚く異常表層部９１が形成されている場合には、処理液７１（例えば、フッ化水素酸）の濃度を高め、目視で導電物９２が確認できる程度に薄く異常表層部９１が形成されている場合には、処理液７１（例えば、フッ化水素酸）の濃度を低くして、金属製セパレータの製造を効率的に行うことができる。
【００６７】
本発明は第５に、図１及び図４で説明したように、エッチング処理を、異常表層部９１の状態に応じて、異なる成分の処理液７１を貯めた複数の液槽としてのＡ槽１３ａ、Ｂ槽１３ｂ、Ｃ槽１３ｃから選択して行うことを特徴とする。
【００６８】
目視で導電物９２が確認できない程度に厚く異常表層部９１が形成されている場合には、例えば、処理液７１（例えば、フッ化水素酸）の濃度を高めるか、又は処理液７１（例えば、フッ化水素酸）の濃度と温度との両方を高めた液槽を選択し、目視で導電物９２が確認できる程度に薄く異常表層部９１が形成されている場合には、例えば、処理液７１（例えば、フッ化水素酸）の濃度を弱めるか、又は処理液７１（例えば、フッ化水素酸）の濃度及び温度を低くした液槽を選択して、金属製セパレータの製造を効率的に行うことができる。
【００６９】
本発明は第６に、図４及び図６で説明したように、処理液７１中に粒状物質としての撹拌物質９５を混在させるとともに処理液７１を撹拌させることで異常表層部９１の除去を促進させることを特徴とする。
撹拌物質９５で異常表層部９１の除去を促進させ、処理時間を短縮することができる。
【００７０】
本発明は第７に、図１で説明したように、圧延したセパレータ素材２０を所定形状にプレス成形し、エッチング処理にて圧延でセパレータ素材２０に発生した異常表層部９１を除去するとともにセパレータ素材２０自体の表層部に含む導電物９２の一部を突出させる頭出しを行い、セパレータ素材２０自体の表面に不動態化処理を施すことでセパレータを製造するセパレータ製造装置１０において、セパレータ製造装置１０を、圧延したセパレータ素材２０を脱脂する第１処理槽１１と、エッチング処理を施す第３処理槽１３と、不動態化処理を施す第５処理槽１５と、脱脂後、エッチング処理後及び不動態化処理後にそれぞれセパレータ素材２０から処理液７１を落とす第２処理槽１２、第４処理槽１４及び第６処理槽１６と、これらの各槽１１〜１６へセパレータ素材２０を搬送するための搬送装置２１と、搬送させたセパレータ素材２０自体で各槽１１〜１６の処理液７１（図２参照）を撹拌させるためにセパレータ素材２０を駆動する駆動装置２２と、これらの搬送装置２１及び駆動装置２２を制御する制御装置４２とから構成する。
従来に比べてより簡単な構成でセパレータを製造することができ、セパレータ製造装置１０のコストを低減することができる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１の燃料電池用セパレータの製造方法は、金属材料を圧延手段で圧延する工程と、圧延材をプレス手段で所定形状に成形する工程と、次に硝酸とフッ化水素酸との溶液からなるエッチング液により、圧延工程で発生していた異常表層部をエッチング処理で除去するとともにこの金属材料に引続きエッチング処理を施すことで金属材料自体の表層部に含む導電物の一部を突出させる頭出しを行う工程と、金属材料自体の表層部に不動態化処理を施す工程とからなる燃料電池用セパレータの製造方法であって、エッチング処理に先立ち、異常表層部の状態としての厚さを、異常表層部の表面に観察される導電物の粒径によって推定し、この異常表層部の厚さによって硝酸の濃度を１０〜３０％、フッ化水素酸の濃度を２〜８％の間で調整した液を準備し、エッチング液温度を３０〜７０℃、撹拌速度を０．６〜１０ｍ／ｍｉｎ、処理時間を５〜６０分の間で調整し、導電物の粒径が小さいほど異常表層部の厚さが大きいと判断して、硝酸の濃度を低くし、フッ化水素酸の濃度を高くし、エッチング液温度を高くし、撹拌速度を高くし、処理時間を長くするので、従来、異常表層部の除去と導電物の頭出しとを別々なエッチング処理で行っていたものを１回のエッチング処理で行うことにより、処理工程数を減らすことができ、セパレータ製造時間を短縮することができて、金属製セパレータの生産性を高めるとともに製造コストを削減することができる。
【００７２】
目視で導電物が確認できない程度に厚く異常表層部が形成されている場合には、エッチング液の成分として異常表層部除去作用のより強いものを選択するとともにエッチング液の温度を高め、目視で導電物が確認できる程度に薄く異常表層部が形成されている場合には、エッチング液の成分として異常表層部除去作用を弱めたものを選択するとともにエッチング液の温度を低くして、金属製セパレータの製造を効率的に行うことができる。
【００７３】
目視で導電物が確認できない程度に厚く異常表層部が形成されている場合には、エッチング液の撹拌速度を高めるとともに撹拌時間を多くし、目視で導電物が確認できる程度に薄く異常表層部が形成されている場合には、エッチング液の撹拌速度を低くするとともに撹拌時間を短くして、金属製セパレータの製造を効率的に行うことができる。
【００７４】
目視で導電物が確認できない程度に厚く異常表層部が形成されている場合には、フッ化水素酸の濃度を高め、目視で導電物が確認できる程度に薄く異常表層部が形成されている場合には、フッ化水素酸の濃度を低くして、金属製セパレータの製造を効率的に行うことができる。
【００７５】
目視で導電物が確認できない程度に厚く異常表層部が形成されている場合には、例えば、フッ化水素酸の濃度を高めるか、又はフッ化水素酸の濃度とエッチング液の温度との両方を高めた液槽を選択し、目視で導電物が確認できる程度に薄く異常表層部が形成されている場合には、例えば、フッ化水素酸の濃度を弱めるか、又はフッ化水素酸の濃度を弱め且つエッチング液の温度を低くした液槽を選択して、金属製セパレータの製造を効率的に行うことができる。
【００７６】
請求項２の燃料電池用セパレータの製造方法は、エッチング液中に粒状物質を混在させるとともにエッチング液を撹拌させることで異常表層部の除去を促進させるので、粒状物質で異常表層部の除去を促進させ、処理時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る燃料電池用セパレータの製造装置を示す説明図
【図２】  本発明に係るセパレータの処理状態を示す説明図
【図３】  本発明に係るセパレータの製造方法を説明するフロー図
【図４】  本発明に係るセパレータの製造方法を説明する第１作用図
【図５】  本発明に係るセパレータの製造方法を説明する第２作用図
【図６】  本発明に係るエッチング条件の第５の実施の形態を説明する作用図
【図７】  従来の金属製セパレータの製造要領を説明する説明図
【図８】  従来の金属製セパレータの製造工程を説明するフロー図
【符号の説明】
１０…セパレータ製造装置、１１…脱脂槽（第１処理槽）、１２，１４，１６…洗浄槽（第２処理槽、第４処理槽、第６処理槽）、１３…エッチング槽（第３処理槽）、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…液槽（Ａ槽，Ｂ槽，Ｃ槽）、１５…不動態化処理槽（第５処理槽）、２０…金属材料（セパレータ素材）、２１…搬送装置、２２…駆動装置、４２…制御装置、７１…エッチング液（処理液）、９１…異常表層部、９２…導電物、９５…粒状物質（撹拌物質）、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３…異常表層部の厚さ。
【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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