JP2019207772A - 燃料電池用セパレータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池用セパレータとなる、薄板状の金属基材の表面を簡単に粗面化し、接触抵抗を向上させることができる燃料電池用セパレータの製造方法を提供する。【解決手段】金属基材２を少なくとも一方向に引張して塑性変形させることにより、引張前の金属基材２の表面に対して、引張後の金属基材２の表面の算術平均粗さＲａを大きくする燃料電池用セパレータの製造方法。更に好ましくは、引張後の金属基材２で感圧紙を挟み、面圧１ＭＰａの条件で押圧した際に前記感圧紙が押圧される面積を金属基材２の接触面積としたときに、前記接触面積の面積率が１０．０％以上となるように、金属基材２の引張を行う燃料電池用セパレータの製造方法。【選択図】図１

Description

本発明は、薄板状の金属基材から燃料電池用セパレータの製造方法に関する。

電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池は、低温における作動が可能であり、かつ、小型軽量化が可能であるため、自動車などの移動体への適用が検討されている。特に、固体高分子型燃料電池を搭載した燃料電池自動車はエコロジーカーとして社会的な関心が高まっている。

このような固体高分子型燃料電池には、基本単位であるセル（単電池）が複数積層されている。セルは、一対のガス拡散層が両側に配置された膜電極接合体と、これらを挟持している一対のセパレータと、を備えている。膜電極接合体は、イオン交換膜である電解質膜の両側にアノード側の電極およびカソード側の電極を配置した構造を有している。

セパレータは、導電性やガス不透過性などに優れた金属を基材とする板状の部材であって、その一面側が膜電極接合体と接触し、他面側が隣接する他のセパレータの他面側と接触している。このようなセパレータは、各セルを分離するとともに、セル間の通電を担う部材である。そのため、セパレータとこれに接触する相手部材との接触抵抗を低減することが重要である。

このような点を鑑みて、たとえば、特許文献１では、セパレータ用のステンレス鋼からなる金属基材をエッチング処理することにより、金属基材の表面を粗面化することが提案されている。これにより、粗面化した金属基材をセパレータに加工し、これに接触する相手部材との接触面積が増加するので、これらの接触抵抗を低減することができる。この他にも、セパレータ用の金属基材の表面をブラスト処理することにより、金属基材の表面を粗面化する方法も知られている。

特開２０１１−３８１６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載のようなエッチング処理を行うと、大量の廃液が発生してしまい、廃液処理の手間がかかる。また、ブラスト処理では、投射ガンから研磨剤を金属基材の表面に均一に投射するため、その作業が煩雑となる。

本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、燃料電池用セパレータとなる、薄板状の金属基材の表面を簡単に粗面化し、接触抵抗を向上させることができる燃料電池用セパレータの製造方法を提供する。

上記課題を解決するために、本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法は、薄板状の金属基材から燃料電池用セパレータを製造する方法であって、前記金属基材を少なくとも一方向に引張して塑性変形させることにより、引張前の前記金属基材の表面に対して、引張後の前記金属基材の表面の算術平均粗さＲａを大きくすることを特徴とする。

本発明によれば、上述のように算術平均粗さＲａを大きくすることにより、引張前に比べて引張後の金属基材の表面には、凸部の割合が増加する。そのため、引張前に比べて、引張後の金属基材と、これに接触する相手部材との接触面積率が増加する。したがって、この金属基材をプレス加工によりセパレータに成形すれば、セパレータと相手部材との接触抵抗を低減することができる。また、セパレータとなる金属基材を少なくとも一方向に引張することだけで、セパレータの表面の算術平均粗さＲａを簡単に大きくすることができる。

より好ましい態様としては、燃料電池用セパレータの製造方法では、引張後の前記金属基材で、感圧紙を挟み、面圧１ＭＰａの条件で押圧した際に、前記感圧紙が押圧される面積を、前記金属基材の接触面積としたときに、前記接触面積の面積率が、１０．０％以上となるように、前記金属基材の引張を行うことが好ましい。この態様によれば、このような範囲の面積率となるように金属基材を引張することにより、引張後の金属基材から加工したセパレータと相手部材との接触抵抗を効果的に低減することができる。

また、より好ましい態様としては、燃料電池用セパレータの製造方法では、前記金属基材の金属は、チタンであり、引張前の前記金属基材の厚みが１００μｍ以下であり、引張方向に沿った引張後の前記金属基材の長さが、引張前の前記金属基材の長さに対して、２０％以上増大するように、前記金属基材の引張を行うことが好ましい。

本態様によれば、チタンからなる金属基材の厚みが１００μｍ以下である場合には、例えば、ブラスト処理などを行うと金属基材が変形し易いところ、この態様では、このような場合であっても金属基材を引張することにより、金属基材の表面に所望の表面粗さを付与し、上述した燃料電池用セパレータの接触面積率を１０．０％以上にすることができる。結果として、引張後の金属基材を加工して得られたセパレータと相手部材との接触抵抗を低減することができる。

また、より好ましい態様としては、本発明の燃料電池用セパレータの製造方法は、前記金属基材の金属は、ステンレス鋼であり、引張前の前記金属基材の厚みが１００μｍ以下であり、引張方向に沿った引張後の前記金属基材の長さが、引張前の前記金属基材の長さに対して、１０％以上増大するように、前記金属基材の引張を行うことが好ましい。

本態様によれば、ステンレス鋼からなる金属基材の厚みが１００μｍ以下である場合には、例えば、ブラスト処理などを行うと金属基材が変形し易いところ、この態様では、このような場合であっても金属基材を引張することにより、金属基材の表面に所望の表面粗さを付与し、上述した燃料電池用セパレータの接触面積率を１０．０％以上にすることができる。結果として、引張後の金属基材を加工して得られたセパレータと相手部材との接触抵抗を低減することができる。

本発明によれば、燃料電池用セパレータとなる、薄板状の金属基材の表面を簡単に粗面化し、接触抵抗を向上させることができる。

本実施形態に係る燃料電池用セパレータの製造方法を説明する模式的概念図である。 接触面積率の測定方法を説明する模式的概念図である。 固体高分子型燃料電池の要部断面図である。 接触抵抗測定装置の概略図である。 第１、２試験片の両方が引張量０％の試験片を押圧した後の感圧紙の写真である。 第１、２試験片の両方が引張量４０％の試験片を押圧した後の感圧紙の写真である。 確認試験に用いた試験体に係る接触面積率（％）と、接触抵抗（ｍΩ・ｃｍ^２）との関係を表したグラフである。 確認試験に用いた試験体に係る算術平均粗さＲａの平均値（μｍ）と、接触面積率（％）との関係を表したグラフである。 確認試験に用いた試験体に係る引張量の平均値（％）と、算術平均粗さＲａの平均値（μｍ）との関係を表したグラフである。 確認試験に用いた試験体に係る引張量の平均値（％）と、接触抵抗（ｍΩ・ｃｍ^２）との関係を示したグラフである。 試験片６〜１０を組み合わせた試験体に係る接触面積率（％）と、接触抵抗（ｍΩ・ｃｍ^２）との関係を表したグラフである。 試験片６〜１０を組み合わせた試験体に係る算術平均粗さＲａの平均値（μｍ）と接触面積率（％）との関係を表したグラフである。 試験片６〜１０を組み合わせた試験体に係る引張量の平均値（％）と、算術平均粗さＲａの平均値（μｍ）との関係を表したグラフである。

以下に、図１を参照しながら本発明に係る実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る燃料電池用セパレータの製造方法を説明する模式的概念図である。

本実施形態の燃料電池用セパレータの製造方法では、薄板状の金属基材２から燃料電池用セパレータを製造する。金属基材２は、導電性やガス不透過性などに優れた金属であれば、特に限定されないが、例えば、チタンまたはステンレス鋼を挙げることができる。ここで、チタンは、チタンを主材としたチタン系材料であり、チタンとしては、純チタンまたはチタン合金を挙げることができる。ステンレス鋼としては、たとえばＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６（ＪＩＳ規格）などのオーステナイト系ステンレス鋼を挙げることができる。

金属基材２の厚みは、例えば、２０〜４００μｍの範囲にあることが好ましく、より好ましくは、１００μｍ以下である。金属基材２の厚みを、１００μｍ以下とすることにより、燃料電池のセルの厚みを低減することができるばかりでなく、金属基材２の金属が塑性流動し易いため、後述する引張により、金属基材２に所望の表面粗さを付与し易い。

金属基材２がチタンからなる場合には、引張前の金属基材２の表面における算術平均粗さＲａは、１．８μｍ以上が好ましく、３．９μｍ以下が好ましい。一方、金属基材２がステンレス鋼からなる場合には、引張前の金属基材２の表面における算術平均粗さＲａは、１．５μｍ以上が好ましく、２．９μｍ以下が好ましい。このような範囲を満たすことにより、後述する引張により、金属基材２の好適な接触面積率を確保することができる。

本実施形態では、このような金属基材２を少なくとも一方向に引張して塑性変形させることにより、引張前の金属基材２の表面に対して、引張後の金属基材２の表面の算術平均粗さＲａを大きくする。具体的には、図１に示す引張装置１を用いて、金属基材２の両端部２ａ，２ｂを、引張装置１の一対の把持部３ａ，３ｂでそれぞれ掴む。この状態で、一方の把持部３ｂを固定しながら、他方の把持部３ａを一方向に移動させて、金属基材２を一方向に引張する。

このような引張により、金属基材２を構成する組織または結晶の形状が、金属基材２の表面に現れ、金属基材２の算術平均粗さＲａが大きくなる。金属基材２の表面の算術平均粗さＲａを大きくできれば、金属基材２を引張する一方向の向きは、特に限定されず、たとえば、複数の方向に金属基材２を引張して、塑性変形させてもよい。

引張後の金属基材２の表面の算術平均粗さＲａは、金属基材２がチタンの場合には、２．５μｍ以上が好ましく、金属基材２がステンレス鋼の場合には、２．０μｍ以上が好ましい。上述した範囲を下回る場合には、後述する好適な接触面積率を得難い。

本実施形態では、後述の実施例で説明するように、引張後の２つの金属基材２，２で、感圧紙４を挟み、一対の押圧部材６，６を用いて面圧１ＭＰａの条件で押圧する。このとき、感圧紙４が押圧される面積を、金属基材２の接触面積としたときに、接触面積の面積率（接触面積率）が、１０．０％以上となることが好ましい。したがって、本実施形態では、このような面積率を満たすように、図１において説明した金属基材２の引張を行うことが好ましい。このような範囲の接触面積率となるように金属基材２を引張することにより、引張後の金属基材２から加工したセパレータ１３と、これに接触する相手部材（セパレータ１３またはガス拡散層１７（図３参照））との接触抵抗を効果的に低減することができる。

本実施形態では、金属基材２の金属が、チタンであり、引張前の金属基材２の厚みが１００μｍ以下の場合には、引張方向に沿った引張後の金属基材２の長さが、引張前の金属基材２の長さに対して、２０％以上増大するように、金属基材２の引張を行うことが好ましい。一方、金属基材２の金属が、ステンレス鋼であり、引張前の金属基材２の厚みが１００μｍ以下の場合には、引張方向に沿った引張後の金属基材２の長さが、引張前の金属基材２の長さに対して、１０％以上増大するように、金属基材２の引張を行うことが好ましい。なお、この増大する金属基材２の割合を、後述する実施例では、引張量としている。

金属基材２の厚みが１００μｍ以下である場合には、例えば、ブラスト処理などを行うと金属基材が変形し易いところ、この態様では、このような場合であっても金属基材２を引張することにより、金属基材２の表面に所望の表面粗さを付与し、引張後の金属基材２から加工したセパレータ１３の接触面積率を１０．０％以上にすることができる。

引張後の金属基材２は、図３に示す燃料電池１０のセパレータ１３の形状になるように、プレス成形および打ち抜き成形により加工される。このようなセパレータ１３は、以下に示す燃料電池１０に組み込まれる。具体的は、図３に示す燃料電池１０には、基本単位であるセル１１（単電池）が複数積層されている。セル１１は、ガス拡散層１７，１７が両側に配置された膜電極接合体１４と、これらを挟持している一対のセパレータ１３，１３とを備えている。膜電極接合体１４は、イオン交換膜である電解質膜１５の両側にアノード側の電極１６およびカソード側の電極１６を配置した構造を有している。図３に示す燃料電池１０では、セパレータ１３は、等脚台形の波形の形状を有し、その一面側がガス拡散層１７と当接し、他面側が隣接する他のセパレータ１３の他面側と当接している。したがって、セパレータ１３が接触する相手部材は、ガス拡散層１７と隣接する他のセパレータ１３である。

本実施形態によれば、金属基材２を少なくとも一方向に引張することにより、引張前の金属基材２の表面に対して、引張後の金属基材２の表面の算術平均粗さＲａを大きくする。これにより、引張前より引張後の金属基材２の方が表面の凸部の割合が増加する。このため、引張前と比べて、引張後の金属基材２を加工してセパレータ１３を作製すれば、相手部材との接触抵抗を低減することができる。

また、本実施形態によれば、金属基材２を少なくとも一方向に引張することだけで、算術平均粗さＲａを大きくすることができるため、容易に、金属基材２の表面処理を行うことができる。このような表面処理は、汎用的に用いられるオートグラフのような引張装置１があれば簡単に実施することができる。また、例えば、金属基材２の表面をエッチングする際の廃液も発生しないため、廃液処理の手間を軽減することができる。さらに、金属基材２の表面を削る研磨材を含有したスラリーの調製や研磨材を投射する投射ガンの準備など、ブラスト処理で行う煩雑な作業を軽減することができる。

また、本実施形態によれば、接触面積率を１０．０％以上にすることにより相手部材との接触抵抗を効果的に低減することができる。また、本実施形態によれば、金属基材２の金属がチタンであり、金属材料２のが厚み１００μｍ以下の場合には、引張量を２０％以上にすることにより、算術平均粗さＲａを２．５μｍ以上にすることができるため、接触面積率を１０．０％以上にすることができる。一方、金属基材２の金属がステンレス鋼であり、金属基材２の厚み１００μｍ以下の場合には、引張量を１０％以上にすることにより、算術平均粗さＲａを２．０μｍ以上にすることができるため、接触面積率を１０．０％以上にすることができる。

以下に、本発明を実施例により説明する。

［試験片１〜５の作製］
＜試験片１＞
薄板状の金属基材として、サイズ６０ｍｍ×１２０ｍｍかつ厚み１００μｍの純チタン平板を準備した。準備した純チタン平板を、オートグラフ（島津製作所製）を用いて、引張量が１０％となるように、一方向に引張した。これを、燃料電池用セパレータに対応する試験片１とした。なお、「引張量が１０％となる」とは、引張方向に沿った引張後の金属基材の長さが、引張前の金属基材の長さに対して１０％増大することを意味し、引張量は次の式１により算出される。

引張量（％）＝（Ｌ−Ｌｏ）／Ｌｏ×１００…（式１）
ここで、Ｌは引張後の金属基材の引張方向に沿った長さであり、Ｌｏは引張前（自然長）の金属基材の長さである。

＜試験片２〜４＞
試験片１と同じように、試験片２〜４を作製した。試験片１とは異なる点は、引張量である。具体的には、試験片２〜４の引張量をそれぞれ、２０％、３０％、および４０％とした。

＜試験片５＞
試験片１と同じように、試験片５を作製した。試験片１とは異なる点は、準備した純チタン平板を引張しなかった点である。

［算術平均粗さＲａの測定］
作製した試験片１〜５から所定の大きさの試験片を切り出し、各試験片の表面の算術平均粗さＲａを測定した。測定は、キーエンス製レーザー顕微鏡（ＶＫ−Ｘ２５０）を用いて、ＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１に準拠して行った。なお、算術平均粗さＲａは、引張方向に対して直交する方向に沿って測定された。結果を表１に示す。

［結果１］
表１からわかるように、引張量が増加すると、試験片の表面の算術平均粗さＲａも増加することがわかった。これは、引張により、チタン組織の形状が試験片の表面に現れた結果、試験片の表面の粗さが大きくなったと考えられる。

次に、試験片１〜５から所定の大きさの試験片を切り出し、これらのうち、２つの試験片（第１試験片および第２試験片）を、互いの表面が接触するように重ねて試験体１−１〜１−５を作製した。作製した試験体に係る試験片の組み合わせ、ならびに、各試験片の引張量および算術平均粗さＲａを表２に示す。表２に示すように、試験体１−１は、引張量０％（引張前）の試験片と引張量１０％の試験片を組み合わせたものである。一方、試験体１−２〜１−５は、第２試験片を引張量３０％に固定して、第１試験片の引張量を、１０〜４０％に変化させたものである。なお、試験体１−１が比較例に対応し、試験体１−２〜１−５が実施例に対応する。各試験体について、以下に説明する接触面積率および接触抵抗を確認した。

［接触面積率の測定］
図２に示すように、各試験体において、重ねた２つの試験片の間に、感圧紙（富士フィルム製・超低圧用）を挟み、押圧治具（一対の押圧部材）を用いて、１ＭＰａの圧力（面圧）で１０秒間、感圧紙を挟み込んだ試験体を押圧した。押圧した後、挟まれていた感圧紙を試験体から取り除いた。取り除いた感圧紙では、変色した部分の面積が、感圧紙の押圧された部分の面積となるため、押圧された部分と押圧されなかった部分との面積を、画像処理ソフト（ｗｉｎｒｏｏｆ：三谷商事製）で２値化した。感圧紙の押圧された部分の面積を２つの試験片の接触した部分の面積として、次に示す式２により接触面積率を算出した。結果を表２に示す。

接触面積率（％）＝（押圧された部分の面積）／（感圧紙全体の面積）×１００…（式２）

[接触抵抗の測定]
図４に示すように、互いの表面が接触するように、２つの試験片を重ねた試験体に、一定荷重（１ＭＰａ）を付与した。この状態で、電流計により試験体に流れる電流が１Ａとなるように、電源からの電流を調整して流し、試験体に印加される電圧を電圧計で測定し、２つの試験片同士の接触抵抗を算出した。結果を表２に示す。

［結果２］
表２に示す試験体１−１（比較例）の引張前の第１試験片と比べて、試験体１−２〜１−５（実施例）の第１試験片の如く、算術平均粗さＲａが大きい場合には、接触面積率が増加し、接触抵抗が低下した。これは、算術平均粗さＲａが増加すると、表面に形成された凸部の高さが大きくなるが、表面に形成された凸部の割合が増え、結果として、試験体１−２〜１−５の接触面積率が増加し、接触抵抗が低減されたと考えられる。なお、表２に示す試験体１−１および試験体１−２の接触抵抗値は、同じ値（２．８mΩ・cm²）であるが、試験体１−１と比べて試験体１−２の接触面積率は大きい。したがって、試験体１−１と比べて試験体１−２の接触抵抗値は、測定のバラツキにより同じ値であり、試験体１−２の条件でセパレータを製造すると、試験体1−１に比べて、接触抵抗が低くなる傾向にあると推測される。

以上のことから、金属基材を引張することにより、算術平均粗さＲａが大きくなり、この結果、試験体１−２〜１−５の接触面積率が増加したと考えられる。特に、金属基材がチタンからなる場合には、引張量を２０％以上にすれば、試験体１−２〜１−５の接触抵抗を十分に低減することができると考えられる。

［確認試験］
以上の結果を踏まえて、接触面積率および接触抵抗の確認試験を行った。具体的には、試験片１〜５から所定の大きさの複数の試験片を切り出し、切り出した試験片から適宜２つの試験片（第１試験片および第２試験片）を組み合わせて、合計１５個の試験体を作製した。各試験体について、上述した接触面積率および接触抵抗の測定を行った。

接触面積率を測定した試験体のうち、第１、２試験片の両方が引張量０％の試験片（試験片５）であった試験体および第１、２試験片の両方が引張量４０％の試験片（試験片４）であった試験体について、押圧した後の感圧紙の写真を図５および図６にそれぞれ示す。

さらに、図７Ａは、確認試験に用いた試験体に係る接触面積率（％）と、接触抵抗（ｍΩ・ｃｍ^２）との関係を表したグラフである。図７Ｂは、確認試験に用いた試験体に係る算術平均粗さＲａの平均値（μｍ）と、接触面積率（％）との関係を表したグラフである。図７Ｃは、確認試験に用いた試験体に係る引張量の平均値（％）と、算術平均粗さＲａの平均値（μｍ）との関係を表したグラフである。図７Ｄは、確認試験に用いた試験体に係る引張量の平均値（％）と、接触抵抗（ｍΩ・ｃｍ^２）との関係を示したグラフである。なお、試験体の引張量および算術平均粗さＲａの平均値は、第１試験片および第２試験片の平均値であり、表１に示す試験片１〜５の引張量および算術平均粗さＲａをもとに算出している。

［結果３］
図５および図６からわかるように、第１、２試験片の両方が引張量０％の試験片であった試験体と比べて、第１、２試験片の両方が引張量４０％の試験片であった試験体は、感圧紙に変色した部分（接触した部分）が多く認められた。なお、これらの試験体の接触面積率および接触抵抗については、第１、２試験片の両方が引張量０％の試験片であった試験体は、７．５％および２．７ｍΩ・ｃｍ^２であり、一方、第１、２試験片の両方が引張量４０％の試験片であった試験体は、１７．０％および１．３ｍΩ・ｃｍ^２であった。

図７Ａからわかるように、接触面積率が１０．０％以上になると、接触面積率の増加に従って接触抵抗が減少した。また、図７Ｂに示すように、算術平均粗さＲａの平均値が大きくなるにつれて、接触面積率が増加した。図７Ｂからわかるように、算術平均粗さＲａの平均値を２．５μｍ以上にすることにより、接触面積率を１０．０％以上に確保することができると考えられる。

図７Ｃに示すように、引張量の平均値が大きくなるにつれて、算術平均粗さＲａの平均値が増加した。図７Ｃからわかるように、引張量の平均値を２０％以上にすることにより、算術平均粗さＲａの平均値を２．５μｍ以上にすることができると考えられる。また、図７Ｄからわかるように、引張量の平均値を２０％以上にすることにより、接触抵抗を効果的に低減することができるといえる。

上述した確認試験の結果をまとめると、接触抵抗を低減するためには、接触面積率を１０％以上にすることが好ましい。試験体は２つの試験片で構成されているため、好適な接触面積率にするためには、少なくとも１つの試験体の算術平均粗さＲａを２．５μｍ以上にすることが好ましく、この算術平均粗さＲａの範囲にするためには、少なくとも１つの試験片の引張量を２０％以上にすることが好ましい。このような確認試験の結果は、試験体１−１〜１−５の結果（表２を参照）と、ほぼ同様の傾向を示しているといえる。

＜試験片６＞
試験片１と同じように、試験片６を作製した。試験片１とは異なる点は、薄板状の金属基材として、オーステナイト系ステンレス鋼（ＪＩＳ規格：ＳＵＳ３０４）製平板を準備した。なお、試験片６の形状および厚みは、試験片１と同じである。

＜試験片７〜９＞
試験片６と同じように、試験片７〜９を作製した。試験片６とは異なる点は、引張量である。具体的には、試験片７〜９の引張量は、それぞれ、２０％、３０％、および４０％である。

＜試験片１０＞
試験片６と同じように、試験片１０を作製した。試験片６とは異なる点は、準備したオーステナイト系ステンレス鋼製平板を引張しなかった点である。

［算術平均粗さＲａの測定］
作製した試験片６〜１０から、所定の大きさの試験片を切り出し、上述したように算術平均粗さＲａの測定を行った。結果を表３に示す。

［結果４］
表３からわかるように、金属材料がチタンの場合と同様に、引張量が増加すると、試験片の表面の算術平均粗さＲａも増加することがわかった。これは、引張により、ステンレス鋼の組織の形状に起因して試験片の表面の粗さが大きくなった（表面の凸部の割合が増加した）からであると考えられる。

次に、試験片６〜１０から試験片を切断し、これらのうち、２つの試験片（第１試験片および第２試験片）を組み合わせて、互いの表面が接触するように試験片を重ねて試験体（合計１０個）を作製した。各試験体について上述したように接触抵抗および接触面積率を測定した。結果を図８Ａ〜８Ｃに示す。

図８Ａは、試験片６〜１０を組み合わせた試験体に係る接触面積率（％）と、接触抵抗（ｍΩ・ｃｍ^２）との関係を表したグラフである。図８Ｂは、試験片６〜１０を組み合わせた試験体に係る算術平均粗さＲａの平均値（μｍ）と、接触面積率（％）との関係を表したグラフである。図８Ｃは、試験片６〜１０を組み合わせた試験体に係る引張量の平均値（％）と、算術平均粗さＲａの平均値（μｍ）との関係を表したグラフである。なお、試験体の引張量および算術平均粗さＲａの平均値は、第１試験片および第２試験片の平均値であり、表３に示す試験片６〜１０の引張量および算術平均粗さＲａをもとに算出している。

［結果５］
図８Ａからわかるように、接触面積率が１０．０％以上になると、接触面積率の増加に従って、接触抵抗が低減された。図８Ｂからわかるように、算術平均粗さＲａの平均値が増加すると、接触面積率も増加した。これは、上述したように、引張により試験片の表面に、凸部の割合が増加したためであると考えられる。また、算術平均粗さＲａの平均値を２．０μｍ以上にすることにより、接触面積率を１０．０％以上に確保することができると考えられる。図８Ｃからわかるように、引張量の平均値が増加するにつれて、算術平均粗さＲａの平均値も増加し、引張量の平均値を１０％以上にすることにより、算術平均粗さＲａの平均値を２．０μｍ以上にすることができるといえる。

図８Ａ〜８Ｃの結果をまとめると、接触抵抗を低減するためには、接触面積率を１０％以上にすることが好ましい。このような好適な接触面積率にするためには、少なくとも１つの試験体の算術平均粗さＲａを２．０μｍ以上にすることが好ましく、この場合には、少なくとも１つの試験体の引張量を１０％以上にすることが好ましいといえる。

なお、接触面積率１０％以上となる算術平均粗さＲａの大きさが、ステンレス鋼製の金属基材の方が、チタン製のものよりも小さかった。これは、ステンレス鋼は、チタンよりが硬いため、金属基材の形状が安定し、接触部分の面圧が確保され易いからである。

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

２：薄板状の金属部材、４：感圧紙

Claims (4)

1. 薄板状の金属基材から燃料電池用セパレータを製造する方法であって、
   前記金属基材を少なくとも一方向に引張して塑性変形させることにより、引張前の前記金属基材の表面に対して、引張後の前記金属基材の表面の算術平均粗さＲａを大き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。
2. 引張後の前記金属基材で、感圧紙を挟み、面圧１ＭＰａの条件で押圧した際に、前記感圧紙が押圧される面積を、前記金属基材の接触面積としたときに、前記接触面積の面積率が、１０．０％以上となるように、前記金属基材の引張を行う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。
3. 前記金属基材の金属は、チタンであり、引張前の前記金属基材の厚みが１００μｍ以下であり、
   引張方向に沿った引張後の前記金属基材の長さが、引張前の前記金属基材の長さに対して、２０％以上増大するように、前記金属基材の引張を行う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。
4. 前記金属基材の金属は、ステンレス鋼であり、引張前の前記金属基材の厚みが１００μｍ以下であり、
   引張方向に沿った引張後の前記金属基材の長さが、引張前の前記金属基材の長さに対して、１０％以上増大するように、前記金属基材の引張を行う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。

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