(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータ用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、先の前記圧延工程で発生していた異常表層部を除去するとともに金属材料自体の表層部に含む粒状の導電物の一部を突出させて頭出しする工程と、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り、
前記異常表層部を除去し導電物を頭出しする工程を電解エッチング処理で行うとともに、この電解エッチング処理の工程と前記不動態化処理の工程とを電位制御により連続して実施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】
前記電位制御は、前記金属材料を陽極にするとともにこの陽極に対向させた電極を負極とするときに、前記電解エッチング処理では陽・負極間の電位差を大きくし、前記不動態化処理では陽・負極間の電位差を小さくす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。
【請求項３】
前記電解エッチング処理では、陽・負極間の電位差を大きくするとともに電流密度を一定に保つようにすることを特徴とする請求項２記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項４】
セパレータ用金属材料を圧延手段で圧延し、圧延材をプレス手段で所定形状に成形し、電解エッチング処理にて前記圧延工程で発生していた異常表層部を除去するとともに金属材料自体の表層部に含む粒状の導電物の一部を突出させて頭出しを行い、金属材料自体の表層部に不動態化処理を施し、前記電解エッチング処理及び前記不動態化処理の際に電位制御装置で電位制御することでセパレータを製造する燃料電池用セパレータの製造装置であって、
前記電位制御装置は、金属材料を電解エッチング処理するために処理液を満たすとともに処理液内に電極を設けた処理槽内の処理液に浸した金属材料、電極間に給電する給電手段と、この給電手段で給電中の電流密度を検知する電流密度検知手段と、この電流密度検知手段で検知した電流密度に応じて金属材料、電極間の電位差を制御する電位制御手段と、所定時間の給電を行うために前記電位制御手段に時間信号を送るタイマとからなる燃料電池用セパレータの製造装置。
【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及び同製造装置に関する。
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
プレス成形の後、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及び同製造装置を改良することで、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、セパレータ用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、先の圧延工程で発生していた異常表層部を除去するとともに金属材料自体の表層部に含む粒状の導電物の一部を突出させて頭出しする工程と、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り、異常表層部を除去し導電物を頭出しする工程を電解エッチング処理で行うとともに、この電解エッチング処理の工程と不動態化処理の工程とを電位制御により連続して実施することを特徴とする。
【００１８】
従来、セパレータ用金属材料の異常表層部の除去、導電物の頭出し及び不動態化処理を別々な工程で行っていたものを、本発明では、電位制御により連続して少ない工程で実施することにより、処理工程数を減らすことができて、処理時間を短縮することができ、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】
請求項２は、電位制御を、金属材料を陽極にするとともにこの陽極に対向させた電極を負極とするときに、電解エッチング処理では陽・負極間の電位差を大きくし、不動態化処理では陽・負極間の電位差を小さくすることを特徴とする。
【００２０】
電解エッチング処理のときには、電位差を大きくして過不動態なる状態を形成することで、金属材料の異常表層部及び金属材料自体の表層部を除去し易くするようにして導電物の頭出しを容易にし、不動態化処理のときには、電位差を小さくして不動態なる状態を形成することで、金属材料への不動態皮膜の形成を容易にすることができる。
【００２１】
請求項３は、電解エッチング処理では、陽・負極間の電位差を大きくするとともに電流密度を一定に保つようにすることを特徴とする。
例えば、電位差を大きくするとともに電位差を一定とした場合には、電解エッチング処理の時間経過に伴って、金属材料の表面に過不動態域での皮膜が次第に形成され、電流が流れなくなって電解エッチング処理の反応が遅くなるが、本発明のように電流密度を一定に保つように電位制御することにより、電解エッチング処理の反応を良好に持続させることができる。
【００２２】
請求項４は、セパレータ用金属材料を圧延手段で圧延し、圧延材をプレス手段で所定形状に成形し、電解エッチング処理にて圧延工程で発生していた異常表層部を除去するとともに金属材料自体の表層部に含む粒状の導電物の一部を突出させて頭出しを行い、金属材料自体の表層部に不動態化処理を施し、電解エッチング処理及び不動態化処理の際に電位制御装置で電位制御することでセパレータを製造する燃料電池用セパレータの製造装置であって、電位制御装置を、金属材料を電解エッチング処理するために処理液を満たすとともに処理液内に電極を設けた処理槽内の処理液に浸した金属材料、電極間に給電する給電手段と、この給電手段で給電中の電流密度を検知する電流密度検知手段と、この電流密度検知手段で検知した電流密度に応じて金属材料、電極間の電位差を制御する電位制御手段と、所定時間の給電を行うために電位制御手段に時間信号を送るタイマとから構成する。
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、セパレータの製造装置のコストを低減することができる。
【００２３】
【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４処理槽１４及び乾燥を行う乾燥機１７と、これらの第１処理槽１１〜第４処理槽１４及び乾燥機１７の位置へセパレータになる金属材料としてのセパレータ素材２０を搬送する搬送装置２１と、セパレータ素材２０を第１処理槽１１〜第４処理槽１４の各処理液に浸けるために第１処理槽１１〜第４処理槽１４をそれぞれ上下動させる第１昇降装置３１〜第４昇降装置３４と、第１処理槽１１〜第４処理槽１４内の各処理液の温度を調整する液温調整装置３６・・・（この液温調整装置３６は第１処理槽１１〜第４処理槽１４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、第３処理槽１３内の処理液に挿入した電極（詳細は後述する。）及び同じく第３処理槽１３内の処理液に浸けたセパレータ素材２０に給電する給電手段としての給電装置３７と、これらの乾燥機１７、搬送装置２１、第１昇降装置３１〜第４昇降装置３４、液温調整装置３６及び給電装置３７を制御する電位制御手段としての制御装置３８とからなる。なお、３１ｄ〜３４ｄは第１昇降装置３１〜第４昇降装置３４のそれぞれを駆動させる昇降駆動部、４１は制御装置３８に備えたタイマである。
【００２４】
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は水洗のための洗浄槽、第３処理槽１３は電解エッチング処理・不動態化処理槽（詳細は後述する。）である。
【００２５】
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。
【００２６】
乾燥機１７は、制御装置３８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４処理槽１４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。
【００２７】
セパレータ素材２０を搬送するには、制御装置３８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。
タイマ４１は、第３処理槽１３で実施する電解エッチング処理及び不動態化処理の処理時間の設定のための時間信号を制御装置３８に供給するものである。
【００２８】
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３処理槽１３の下部に設けた第３昇降装置３３を駆動させて第３処理槽１３を上昇させ、セパレータ素材２０を第３処理槽１３に満たした処理液４９に浸けた状態を示す。
【００２９】
セパレータ素材２０は、Ｔ字状のセパレータ取付部材５２に締結具５３，５３で取付けたものであり、このセパレータ取付部材５２はセパレータ搬送部４８にワイヤ５４を介して取付ける。５５はセパレータ素材２０に接触するようにセパレータ取付部材５２に設けた接点部であり、給電装置３７から給電する部分である。
【００３０】
５７，５７は処理液４９に浸すように第３処理槽１３に設けた電極であり、これらの電極５７，５７と上記したセパレータ素材２０に給電装置３７から給電することで、第３処理槽１３にて、セパレータ素材２０を対象として後述する電解エッチング処理及び不動態化処理を実施する。給電は、セパレータ素材２０が陽極、電極５７，５７が負極となるように直流電源としての給電装置３７に接続して行う。
【００３１】
５８は、給電装置３７からセパレータ素材２０及び電極５７，５７に給電するときの電流値を検出する電流計を備えるとともに、この電流計で検出した電流値と一方の極板５７の表面積とから単位面積当たりの電流値、即ち電流密度を得る電流密度検知手段としての電流密度検知装置である。
６１は、気泡を連続して形成することにより処理液４９を撹拌させるために第３処理槽１３の底に配置したエア撹拌装置である。
【００３２】
ここで、７２，７２は第３処理槽１３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４９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３６に送ることにより、液温調整装置３６は電源７３からヒータ７２，７２への通電を制御し、処理液４９の温度を所定温度に調整する。
【００３３】
第３昇降装置３３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３処理槽１３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。なお、図１に示した第１昇降装置３１、第２昇降装置３２及び第４昇降装置３４も上記した第３昇降装置３３と同一構造である。
【００３４】
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。
【００３５】
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電解エッチング処理を実施する。
処理液はリン酸３０％、硫酸２５％、硝酸１０％、過酸化水素水５％、界面活性剤１％、残り水（それぞれの単位は重量％である。）からなる溶液、処理液の温度は４０℃、セパレータ素材と電極とに給電中の電流密度は１８Ａ／ｄｍ2一定、撹拌方法はエア撹拌、処理時間は１０分である。
【００３６】
ＳＴ０４…セパレータ素材と電極との電位差を１Ｖ一定として、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。処理液の温度は４０℃、処理時間は２０分である。なお、処理液の成分、温度、撹拌方法は、ＳＴ０３の場合と同様である。
ＳＴ０５…セパレータ素材を水洗する。処理時間は１分である。
ＳＴ０６…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３４分であり、図８で説明した従来の合計処理時間１３７分に比べて１０３分の短縮となる。
【００３７】
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の電解エッチング処理及びＳＴ０４の不動態化処理は第３処理槽、ＳＴ０５の水洗は第４処理槽、ＳＴ０６の乾燥は乾燥機の位置で実施する。
【００３８】
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に示した電解エッチング処理（ＳＴ０３）及び不動態化処理（ＳＴ０４）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。
【００３９】
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。
【００４０】
そこで、この異常表層部９１を除去するために電解エッチング処理（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。更に、電解エッチング処理では、セパレータ素材２０自体の表層をも除去し、導電物９２・・・をセパレータ素材２０自体から突出させる、即ち導電物９２・・・の頭出しを行う。
【００４１】
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ＳＴ０４参照）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。
【００４２】
図５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３及び図４で説明した電解エッチング処理及び不動態化処理に関係する電位差と電流密度との関係を示すグラフである。
セパレータ素材と電極との間に加える電位差の上限が約６Ｖまでの範囲では、電位差を大きくしても電流密度はほとんど上昇しない。
これは、電位差が小さいうちにセパレータ素材の表面に、金属酸化皮膜であって絶縁体又は絶縁体に近い性質の不動態皮膜ができ、この不動態皮膜によって、電流が流れにくくなる。この電位差の範囲を不動態域という。
【００４３】
また、電位差を不動態域よりも大きくすると、電流密度が急激に増加する。
これは、電流が酸素発生とセパレータ素材（異常表層部及びセパレータ素材自体）の溶解との両方に費やされ、しかも金属酸化皮膜を形成するよりも溶解の速度が大きくなるからである。この電位差の範囲を過不動態域という。
【００４４】
従って、上記した過不動態域を電解エッチング処理に利用すれば、セパレータ素材の異常表層部の除去及び導電物頭出しのためのセパレータ素材自体の表面の除去を行うことができる。また、上記した不動態域を不動態化処理に利用して不動態皮膜を形成することができる。
【００４５】
電解エッチング処理では、電位差Ｖｅを調整、即ち電位制御して、例えば、電流密度を１８Ａ／ｄｍ2一定となるようにする。
不動態化処理では、例えば、電位差を１Ｖ一定に保つ。
【００４６】
図６は本発明に係るセパレータの製造装置の要部を説明するブロック構成図であり、電解エッチング処理及び不動態化処理の際の電位制御のための構成を説明する。
セパレータ製造装置１０を構成する電位制御装置９５は、時間信号ＳＴを生成するタイマ４１（図１も参照）と、このタイマ４１からの時間信号ＳＴに基づいて電解エッチング処理及び不動態化処理の処理時間を設定するとともに電解エッチング処理及び不動態化処理のための電位差を制御する電位制御手段３８（即ち制御装置３８（図１参照）である。）と、この電位制御手段３８からの制御信号ＳＣに従ってセパレータ素材２０、電極５７間に給電する給電手段３７（即ち給電装置３７（図１及び図２参照）である。）と、この給電手段３７により給電するときの電流密度を検知するとともに検知した電流密度に基づいて電位制御手段３８へ電流密度信号ＳＤを供給する電流密度検知手段５８（即ち、電流密度検知装置５８（図２参照）である。）とからなる。
【００４７】
電解エッチング処理の際には、給電手段３７からセパレータ素材２０及び電極５７へ給電すると、このときの電流密度検知手段５８で検知した電流密度に基づいて、電位制御手段３８は、セパレータ素材２０と電極５７との電位差が１８Ｖ／ｄｍ2となるように給電手段３７を制御する。
【００４８】
例えば、電流密度検知手段５８で検知した電流密度が１８Ｖ／ｄｍ2よりも小さければ、電位制御手段３８は、セパレータ素材２０と電極５７との電位差を大きくするように給電手段３７を制御して電流密度を大きくし、検知した電流密度が１８Ｖ／ｄｍ2よりも大きければ、電位制御手段３８は、セパレータ素材２０と電極５７との電位差を小さくするように給電手段３７を制御して電流密度を小さくすることにより、電流密度が１８Ｖ／ｄｍ2一定となるようにする。
不動態化処理の際には、電位制御手段３８は、セパレータ素材２０と電極５７との電位差が１Ｖ一定となるように給電手段３７を制御する。
【００４９】
以上の図２、図３及び図４で説明したように、本発明は第１に、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、先の圧延工程でセパレータ素材２０に発生していた異常表層部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の一部を突出させて頭出しする工程と、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を除去し導電物９２を頭出しする工程を電解エッチング処理で行うとともに、この電解エッチング処理の工程と不動態化処理の工程とを電位制御により、例えば同一の第３処理槽１３にて連続して実施することを特徴とする。
【００５０】
従来、セパレータ素材の異常表層部の除去、導電物の頭出し及び不動態化処理を別々な工程（処理槽及び処理液も別々である。）で行っていたものを、本発明では、電位制御により連続して少ない工程で、例えば、同一の第３処理槽１３にて行うことにより、処理工程数を１１工程から６工程にほぼ半減することができて、処理時間を１３７分から３４分に（ほぼ１／４に）短縮することができ、金属製セパレータの生産性を大幅に高めることができるとともに製造コストをより一層削減することができる。従って、燃料電池の製造コストを低減することができる。
【００５１】
本発明は第２に、図２、図４及び図５で説明したように、電位制御を、セパレータ素材２０を陽極にするとともにこの陽極に対向させた電極５７を負極とするときに、電解エッチング処理では陽・負極間の電位差を大きくし、不動態化処理では陽・負極間の電位差を小さくすることを特徴とする。具体的には、電解エッチング処理では、電流密度が１８Ｖ／ｄｍ2一定となるような電位差Ｖｅとし、不動態化処理では、電位差１Ｖ一定とする。
【００５２】
電解エッチング処理のときには、電位差を大きくして過不動態なる状態を形成することで、セパレータ素材２０の異常表層部９１及びセパレータ素材２０自体の表層部を除去し易くして導電物９２の頭出しを容易にし、不動態化処理のときには、電位差を小さくして不動態なる状態を形成することで、セパレータ素材２０への不動態皮膜９３の形成を容易にすることができる。
【００５３】
本発明は第３に、電解エッチング処理では、陽・負極間の電位差を大きくするとともに電流密度を一定に保つようにすることを特徴とする。
例えば、電位差を大きくするとともに電位差を一定とした場合には、電解エッチング処理の時間経過に伴って、金属材料の表面に過不動態域での皮膜が次第に形成され、電流が流れなくなって電解エッチング処理の反応が遅くなるが、本発明のように電流密度を一定に保つように電位制御することにより、電解エッチング処理の反応を良好に持続させることができる。
【００５４】
本発明は第４に、図１、図２及び図４で説明したように、セパレータ素材２０を圧延手段で圧延し、圧延材をプレス手段で所定形状に成形し、電解エッチング処理にて圧延工程で発生していた異常表層部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の一部を突出させて頭出しを行い、セパレータ素材２０自体の表層部に不動態化処理を施すことでセパレータを製造する燃料電池用セパレータ製造装置１０であって、このセパレータ製造装置１０を、セパレータ素材２０を電解エッチング処理するために処理液４９を満たすとともに処理液４９内に電極５７を設けた第３処理槽１３と、この第３処理槽１３内の処理液４９に浸したセパレータ素材２０、電極５７間に給電する給電装置３７と、この給電装置３７で給電中の電流密度を検知する電流密度検知装置５８と、この電流密度検知装置５８で検知した電流密度に応じてセパレータ素材２０、電極５７間の電位差を制御する制御装置３８と、所定時間の給電を行うために制御装置３８に時間信号ＳＴを送るタイマ４１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。
【００５６】
【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、異常表層部を除去し導電物を頭出しする工程を電解エッチング処理で行うとともに、この電解エッチング処理の工程と不動態化処理の工程とを電位制御により連続して実施するので、従来、セパレータ用金属材料の異常表層部の除去、導電物の頭出し及び不動態化処理を別々な工程で行っていたものを、本発明では、電位制御により連続して少ない工程で実施することにより、処理工程数を減らすことができて、処理時間を短縮することができ、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。
従って、燃料電池の製造コストを低減することができる。
【００５７】
請求項２の燃料電池用セパレータの製造方法は、電位制御を、金属材料を陽極にするとともにこの陽極に対向させた電極を負極とするときに、電解エッチング処理では陽・負極間の電位差を大きくし、不動態化処理では陽・負極間の電位差を小さくするので、電解エッチング処理のときには、電位差を大きくして過不動態なる状態を形成することで、金属材料の異常表層部及び金属材料自体の表層部を除去し易くするようにして導電物の頭出しを容易にし、不動態化処理のときには、電位差を小さくして不動態なる状態を形成することで、金属材料への不動態皮膜の形成を容易にすることができる。
【００５８】
請求項３の燃料電池用セパレータの製造方法は、電解エッチング処理では、陽・負極間の電位差を大きくするとともに電流密度を一定に保つようにするので、例えば、電位差を大きくするとともに電位差を一定とした場合には、電解エッチング処理の時間経過に伴って、金属材料の表面に過不動態域での皮膜が次第に形成され、電流が流れなくなって電解エッチング処理の反応が遅くなるが、本発明のように電流密度を一定に保つように電位制御することにより、電解エッチング処理の反応を良好に持続させることができる。
【００５９】
請求項４の燃料電池用セパレータの製造装置は、電位制御装置を、金属材料を電解エッチング処理するために処理液を満たすとともに処理液内に電極を設けた処理槽内の処理液に浸した金属材料、電極間に給電する給電手段と、この給電手段で給電中の電流密度を検知する電流密度検知手段と、この電流密度検知手段で検知した電流密度に応じて金属材料、電極間の電位差を制御する電位制御手段と、所定時間の給電を行うために電位制御手段に時間信号を送るタイマとから構成するので、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、セパレータの製造装置のコストを低減することができる。
従って、燃料電池を安価に提供することが可能になる。
【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】本発明に係るセパレータの製造装置の要部を説明するブロック構成図
【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、１３…処理槽（第３処理槽）、２０…金属材料（セパレータ素材）、３７…給電手段（給電装置）、３８…電位制御手段（制御装置）、４１…タイマ、４９…処理液、５７…電極、５８…電流密度検知装置（電流密度検知手段）、９１…異常表層部、９２…導電物、９５…電位制御装置。
【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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