以下に図面を用いて本発明に係る実施の� ��態につき、詳細に説明する。図1は、燃料電 池用セル10の断面を示す図である。燃料電池� ��セル10は、電解質膜12と、触媒層14と、ガス� ��散層16とを一体化し、電極等を形成する膜� �極接合体18(Membrane Electrode Assembly:MEA)と、ガ� ��流路を形成するガス流路構造体であるエキ� ��パンド成形体20と、隣設するセル(図示せず) 間の燃料ガスまたは酸化剤ガスを分離するセ パレータ22と、を含んで構成される。

 電解質膜12は、アノード極側で発生した� �素イオンをカソード極側まで移動させる機� �等を有している。電解質膜12の材料には、化 学的に安定であるフッ素系樹脂、例えば、パ ーフルオロカーボンスルホン酸のイオン交換 膜が使用される。

 触媒層14は、アノード極側での水素の酸� �反応や、カソード極側での酸素の還元反応� �促進する機能を有している。そして、触媒� �14は、触媒と、触媒の担体とを含んで構成さ れる。触媒は、反応させる電極面積をより大 きくするため、一般的に粒子状にして、触媒 の担体に付着させて使用される。触媒には、 水素の酸化反応や酸素の還元反応について、 より小さい活性化過電圧を有する白金族元素 である白金等が使用される。触媒の担体とし ては、カーボン材料、例えば、カーボンブラ ック等が使用される。

 ガス拡散層16は、燃料ガスである、例え� �、水素ガス等と、酸化剤ガスである、例え� �、空気等とを触媒層14に拡散させる機能や、 電子を移動させる機能等を有している。そし て、ガス拡散層16には、導電性を有する材料� ��あるカーボン繊維織布、カーボン紙等を使� ��することができる。

 エキスパンド成形体20は、膜電極接合体18 の両面に積層され、ガス流路を形成するガス 流路構造体としての機能を有している。エキ スパンド成形体20は、膜電極接合体18のガス� �散層16と、セパレータ22とに接触して積層さ� ��、膜電極接合体18とセパレータ22とに電気的 に接続される。エキスパンド成形体20は、ガ� ��流路を形成するガス流路基体24と、膜電極� �合体18またはセパレータ22と接触するガス流� ��基体24の接触部25に形成される導電層26と、� ��ス流路基体24のガス流路面に設けられ、親� �性材料で形成される親水層28と、を含んで構 成される。

 ガス流路基体24は、多数の開口からなる� �ッシュ構造を備えている。ガス流路基体24に 形成されたメッシュは、燃料ガスや酸化剤ガ スのガス流路としての機能を有している。こ のように、エキスパンド成形体20は、多数の� ��口を有するので、より多くの燃料ガス等が� ��電極接合体18と接触して化学反応し、燃料� �池用セル10の発電効率を高めることができる 。

 ガス流路基体24は、膜電極接合体18または セパレータ22に沿って、膜電極接合体18また� �セパレータ22と接触して電気的に接続する接 触部25を有している。接触部25は、例えば、� �定の間隔で複数設けられる。接触部25の間隔 は、例えば、600μm~800μmとすることができる� �

 ガス流路基体24には、例えば、JIS G 3351� �示されるエキスパンドメタルや、JIS A 5505� �示されるメタルラスまたは金属多孔体等を� �いることが好ましい。エキスパンドメタル� �金属多孔体等は、多数の開口を備えている� �らである。勿論、他の条件次第では、ガス� �路基体24は、エキスパンドメタル等に限定さ れることはなく、パンチングメタル等の他の 成形体を用いてもよい。

 ガス流路基体24は、チタン及びチタン合金� �チタン材料や、SUS316L及びSUS304等のステンレ� ��鋼等により形成される。これらの金属材料� ��、機械的強度が高く、その表面に安定な酸� ��物(TiO,Ti ₂ O ₃ ,TiO ₂ ,CrO ₂ ,CrO,Cr ₂ O ₃ 等)からなる不働態膜等の不活性皮膜が形成� �れるため、優れた耐食性を有するからであ� �。ステンレス鋼には、オーステナイト系ス� �ンレス鋼やフェライト系ステンレス鋼等を� �いることができる。

 導電層26は、膜電極接合体18またはセパレ ータ22と接触するガス流路基体24の接触部25に 導電体で形成され、エキスパンド成形体20と� ��電極接合体18、エキスパンド成形体20とセパ レータ22との間の接触抵抗を低減する機能を� ��している。導電層26は、金属材料で形成さ� �ることが好ましい。金属材料は導電体であ� �、ガス流路基体24も金属材料で形成されるた め、導電層26をカーボン材料等の異種材料で� ��成する場合よりも、ガス流路基体24と導電� �26との密着性がより向上するからである。勿 論、他の条件次第では、導電層26には、有機� ��導電体等を用いることができる。

 導電層26は、導電体である金(Au)、銀(Ag)、 銅(Cu)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir )、パラジウム(Pd)等の金属材料により形成さ� ��ることがより好ましい。これらの金属材料� ��、電気伝導率が高いので、接触抵抗をより� ��さくすることができるからである。これら� ��金属材料の中でも、金(Au)は、耐食性に優れ ており、電気伝導率が大きいので、導電層26� ��形成する金属材料として更に好ましい。ま� ��、導電層26は、金(Au)、白金(Pt)等の合金で形 成されてもよい。

 導電層26は、膜電極接合体18またはセパレ ータ22と接触するガス流路基体24の接触部25に 形成される。このように、ガス流路基体24の� ��触部25に導電層26を形成することにより、金 (Au)等の導電体の使用量を抑えることができ� �。また、導電層26は、ガス流路基体24の接触� ��25にのみ形成されることが好ましい。ガス� �路基体24の接触部25のみに導電層26を形成す� �ことにより、金(Au)等の導電体の使用量を更� ��抑制できる。導電層26は、2nm以上500nm以下の 厚みで形成され、好ましくは10nm以上100nm以下 の厚みで形成される。

 親水層28は、ガス流路基体24のガス流路面に 、親水性材料で形成される。セパレータ22と� ��しないガス流路面に親水層28を設けること� �より、生成水の排水性が更に向上し、燃料� �池用セル10の発電効率をより高めることがで きる。親水性材料には、例えば、二酸化チタ ン(TiO ₂ )等のチタン酸化物が用いられる。チタン酸� �物は、光触媒作用による親水性効果を有し� �いるからである。勿論、他の条件次第では� �親水性材料は、チタン酸化物に限定される� �とはない。親水層28は、0.1nmから1000nmの膜厚� ��形成され、好ましくは2nmから10nmの膜厚で形 成される。

 セパレータ22は、エキスパンド成形体20に 積層され、隣設するセル(図示せず)における� ��料ガスと酸化剤ガスとを分離する機能を有� ��ている。また、セパレータ22は、隣設する� �ル(図示せず)を電気的に接続する機能を有し ている。セパレータ22は、チタン及びチタン� ��金のチタン材料や、SUS316L及びSUS304等のステ ンレス鋼等で成形されることが好ましい。こ れらの金属材料は、上述したように、機械的 強度が高く、その表面に安定な酸化物からな る不働態膜等の不活性皮膜が形成されるため 、優れた耐食性を有するからである。ステン レス鋼には、オーステナイト系ステンレス鋼 やフェライト系ステンレス鋼等を用いること ができる。勿論、他の条件次第では、セパレ ータ22を成形する金属材料は、チタンやステ� ��レス鋼等に限定されることなく、他の金属� ��料を用いることができる。セパレータ22に� �、例えば、チタンシートまたはステンレス� �ート等が用いられる。

 次に、燃料電池用セル10の製造方法につ� �て説明する。

 膜電極接合体18は、電解質膜12の両面に触 媒層14を積層し、各々触媒層14にガス拡散層16 を積層した後、例えば、ヒートプレス等で熱 圧着することにより成形される。勿論、膜電 極接合体18の成形方法は、上記成形方法に限� ��されることはない。

 次に、エキスパンド成形体20の成形方法� �ついて説明する。エキスパンド成形体20の成 形方法は、ガス流路基体形成工程と、前処理 工程と、導電層形成工程と、親水層形成工程 と、を有している。

 ガス流路基体形成工程は、金属材料でガ� ��流路基体24を形成する工程である。ガス流� �基体24、例えば、エキスパンドメタルは、チ タンシートやステンレスシート等を、切延加 工等することにより成形される。エキスパン ドメタルは、例えば、チタンシートまたはス テンレスシート等に千鳥状に切れ目を入れる と同時に、これを押し延ばして広げることに より網目(メッシュ)状に切延加工して、一体� ��して成形される。

 図2A,図2Bは、エキスパンドメタルを用い� �ガス流路基体24の構成を示す図であり、図2A� ��、ガス流路基体24の模式図であり、図2Bは、 A-A方向の断面図である。ガス流路基体24は、� ��2Aに示すように、複数のストランド部30と、 複数のボンド部32とを有しており、多数の開� ��からなるメッシュ構造を備えている。ガス� ��路基体24におけるストランド部30の板厚(t)、 メッシュの短目方向中心間距離(SW)、メッシ� �の長目方向中心間距離(LW)、刻み幅(SW)、ガス 流路基体24の厚み(X)は、各々所定の大きさで� ��形される。また、図3は、金属多孔体34を用� ��たガス流路基体24の構成を示す図である。� �3に示すように、金属多孔体34には多数の開� �が設けられており、ガス流路が形成されて� �る。

 前処理工程は、ガス流路基体24を前処理� �る工程である。ガス流路基体24の前処理は、 洗浄処理と、中和処理と、酸洗処理とを含ん でいる。まず、ガス流路基体24はアルカリ浸� ��脱脂等で洗浄処理され、ガス流路基体24の� �面に付着した油分等が除去される。そして� �洗浄処理後のガス流路基体24を中和液に浸漬 してアルカリ液を中和する。中和液には、硫 酸溶液、塩酸溶液、硝酸溶液等が使用される 。次に、中和処理されたガス流路基体24を酸� ��処理し、ガス流路基体24の表面に生成され� �不働態膜が除去される。酸洗処理は、ガス� �路基体24を硝弗酸溶液または弗酸溶液等の弗 化物を含有した溶液に浸漬して行われる。

 導電層形成工程は、前処理されたガス流� ��基体24の接触部25に、金(Au)等の導電体で導� �層26を形成する工程である。金(Au)等のコー� �ィングには、例えば、電解めっき法を用い� �ことができる。電解めっき法には、一般的� �、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)等の電解めっき法が� �いられる。例えば、導電層26として金(Au)め� �き層をガス流路基体24の接触部25に被覆する� ��合には、シアン化金カリウムや亜硫酸金ナ� ��リウム等を含む金めっき浴が使用される。� ��めっき浴には、アルカリ性、中性または酸� ��のめっき浴が使用される。また、導電層26� �形成する金(Au)粒子等の粒径は、電流密度、� ��っき処理時間、添加剤等で制御される。

 図4は、めっき装置50の構成を示す図であ� ��。めっき装置50は、めっき液を溜めるめっ� �液槽52と、めっき液を汲み上げる第1ローラ54 と、ガス流路基体24を第1ローラ54と挟持する� ��2ローラ56とを有している。そして、第1ロー ラ54と第2ローラ56とは電源に接続される。第1 ローラ54で汲み上げられためっき液がガス流� ��基体24と接触することにより、ガス流路基� �24の接触部25に導電体がめっきされる。ガス� ��路基体24の一方の面を第1ローラ54と接触さ� �て導電体をめっきした後、ガス流路基体24の 他方の面を第1ローラ54と接触させて導電体を めっきする。これにより、膜電極接合体18ま� ��はセパレータ22と接触するガス流路基体24の 接触部25に導電体で導電層26が形成される。� �のめっき装置によれば、接触部25以外をマス キング等することなく接触部25に導電層26を� �成することができるので、製造コストを抑� �ることができる。図5は、導電層26が形成さ� �たガス流路基体24を示す図である。膜電極接 合体18またはセパレータ22と接触する接触部25 に金(Au)等の導電層26が形成される。

 勿論、導電層形成手段には、上述した電� ��めっき法に限定されることなく、物理蒸着� ��(PVD法)、化学蒸着法(CVD法)、塗布法、インク ジェット法等の他のコーティング手段を用い てもよい。物理蒸着法(PVD法)では、スパッタ� ��ング法、イオンプレーティング法等で金(Au) 等をコーティングすることができる。塗布法 では、金(Au)等の粒子を有機溶剤等のバイン� �ー中に分散させてスラリーを作製し、金(Au)� ��の粒子が分散したスラリーを塗布してコー� ��ィングすることができる。また、インクジ� ��ット法では、例えば、金(Au)等の粒子を分散 させた超微粒子のメタルインクを用いてコー ティングされる。

 親水層形成工程は、ガス流路基体24のガス� �路面に、親水性材料または親水処理で親水� �28を形成する工程である。親水層28は、例え� ��、親水性材料を塗布、スパッタリング等す� ��ことによりガス流路基体24のガス流路面に� �成することができる。ガス流路基体24がチタ ン材料で形成される場合には、導電層26が形� ��されたガス流路基体24を酸化雰囲気中250℃� �ら800℃で加熱することにより親水処理して� �チタン酸化物(TiO ₂ )で親水層28を形成することが好ましい。導電 層26が形成されていない部位はチタン材料が� ��出しているため、酸化雰囲気中で加熱処理� ��よりチタン材料が酸化されてチタン酸化物� ��形成される。これにより容易に親水層28を� �成できるので燃料電池用セル10の製造コスト を抑えることができる。図6は、エキスパン� �成形体20の構成を示す図である。接触部25以� ��のガス流路面に親水層28が形成される。

 次に、セパレータ22の成形方法について� �明する。セパレータ22の成形方法は、一般的 な、金属材料の切削加工等の機械加工または プレス加工等の塑性加工により行うことがで きる。勿論、セパレータ22の成形方法は、上� ��加工方法に限定されることはない。

 組立工程は、膜電極接合体18と、エキス� �ンド成形体20と、セパレータ22とを積層して� ��料電池用セル予備成形体を組み立てる工程� ��ある。膜電極接合体18の両面にエキスパン� �成形体20を積層した後、エキスパンド成形体 20にセパレータ22を積層して燃料電池用セル� �備成形体を組み立てる。そして、燃料電池� �セル予備成形体の外周を接着剤で接着等す� �ことにより、燃料電池用セル10が製造される 。

 以上、上記構成によれば、膜電極接合体� ��たはセパレータの接触部に金(Au)等の導電層 が形成されるため、金(Au)等の導電体の使用� �を低減でき、燃料電池用セルの製造コスト� �抑制することができる。

 上記構成によれば、ガス流路構造体のガス� ��路面にはチタン酸化物(TiO ₂ )層等の親水層が形成されるため、生成水の� �水性が向上し、燃料電池用セルの発電効率� �より高めることができる。