JP2019084585A

JP2019084585A - 微細な３次元表面形状を有する薄板状成形部材及び燃料電池用セパレータ並びにその製造方法と製造設備

Info

Publication number: JP2019084585A
Application number: JP2017254085A
Authority: JP
Inventors: 木内　学; Manabu Kiuchi; 学木内; 倉橋　隆郎; Takao Kurahashi; 隆郎倉橋; 尚寿福留; Naotoshi Fukutome; 憲司川坂; Kenji Kawasaka; 孝司是枝; Koji Koreeda; 喜夫申; Yoshio Shin; 敬治森本; Takaharu Morimoto; 茂雄覚道; Shigeo Kakudo; 滝川　一儀; Kazuyoshi Takigawa
Original assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd; Yamanaka Engineering Co Ltd
Current assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd; Yamanaka Engineering Co Ltd
Priority date: 2017-11-01
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2019-06-06
Also published as: CN111868981A; EP3706220A1; KR20200109299A; US20200350599A1

Abstract

【課題】薄肉であることに加えて溝間隔、溝幅や溝深さが小さく酸素ガスや水素ガスとの接触表面積が大きい軽量コンパクトなセパレータを簡単かつ低コストで製造するに適した板状成形品と、その製造方法等を提供する。【解決手段】本発明の板状成形品（非晶質薄板）は、表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属母相がその表面に３次元表面形状である例えば溝状の凹凸形状を有し、当該凹凸を有する面の表面（またはさらに裏面）に、導電性材料成分の粒子が不動態層を貫通し金属母相と固溶することなく表面に露出して存在していることを特徴とする。この溝付き板状成形品は、反転３次元表面形状である溝状の凹凸形状を有する成形金型の表面に導電性材料成分を付着させ、当該表面に噴射することにより耐食性合金製凝着積層体を形成し、当該凝着積層体の形成直後に温間でその該凝着積層体を圧下することにより、製造するとよい。【選択図】図6

Description

本発明は、好ましくは表層に通電性を有する不導体皮膜を備えた表面に微細形状を有した薄板状成形品や水素ガス・酸素ガスとの接触面積が大きく、ガス拡散層（ＧＤＬ）との接触幅の狭い金属製の燃料電池用セパレータとその製造方法等に関するものである。

固体高分子形燃料電池（以後PEFCという）は、水素と酸素とが反応し、水が発生するときのエネルギーを電力として取り出すもので、CO₂を排出しないクリーンな動力源としてこれからの社会に必要と期待されている。PEFCの用途としては、自動車、家庭用機器、携帯電話等がよく知られている。このPEFC内部には、セパレータと呼ばれる部品が使用されている。これは主として、水素と酸素の流路の形成、及びセル間の通電の役割を果たす部品である。

PEFC用セパレータの材料には、一般的にカーボンと金属の２種類が使用される。カーボンは、加工性が悪いことと、強度が低いために肉厚が大きくなりサイズが大きくなるという理由より、自動車用PEFCでは金属製セパレータが期待されており、カーメーカを始めとして大学等の研究機関でも開発が進められている。金属製セパレータにおいても、コンパクト化、軽量化のため極薄肉化が図られている。

金属製セパレータの高性能化、コンパクト化のためには、セパレータ形状の精密化が要求される。セパレータとしての能力を上げる為に流路接触面積を大きくすることにより、ガス流路、MEAやGDL との接触面積が広がり高性能化が図れる。セパレータの溝幅や溝深さを極力小さくすることは可能ではあるが、生産性、平坦度が落ちる。そのため精密プレス技術を駆使し、製品の精度上昇と薄型化を狙ったセパレータの開発が進められている。

燃料電池の発電時には、次の４つの因子、すなわち、<１>内部電流抵抗過電圧（水素の電解質膜通り抜け）、<２>抵抗過電圧（オームの法則に従う損失）、<３>活性化過電圧（触媒活性化による損失）、<４>濃度過電圧（ガス拡散性不足による損失）により、電圧降下が起こる。金属製セパレータの極薄肉化は、抵抗過電圧による電圧降下を低減するうえで有意義である。

特許文献１では、ステンレスを母体として適用し、導電性を兼ね合わせるために、析出物で不動態内部を貫通させ、ステンレス内部と表面の導電性を高める製造方法が報告されている。しかしながらステンレスの肉厚を薄くするには複数回以上の冷間圧延工程が必要であるが、冷間圧延工程で析出物が板貫通割れの起点となることが危惧される。ステンレスは高強度であるためプレス成形時はスプリングバックやねじれ等、プレス不良が発生し易い等、指摘されている。そのためプレス工程も複数回行う必要があるが、２回目以降のプレスの際は位置合わせが難しく、生産性を大幅に低下させる。

特許文献２では、耐食性に優れ軽量なチタン基材の表層に、導電性を高めるために表面に炭素層を形成する手法が、特許文献３では、表層に白金族元素を濃化させる手法が公開されている。しかしながらチタンのヤング率は小さく、スプリングバックが起き易い等、ステンレスよりさらにプレス加工しにくい。また、チタンは高価な材料である。

特許文献４、５では、金属ガラス材料によるセパレータについて、過冷却液体温度域での成形性、耐食性、接触抵抗、発電特性が報告されている。金属ガラスは過冷却液相状態を持つため過冷却液相温度域へ保持することで複雑な形状へ加工することが可能である。しかしながら過冷却液相温度域は狭く、金属ガラスは限定された成分組成であるため高価であり、工業材料としては扱い難い。

特許文献６では、溝加工した非晶質薄板を作製するための、製造装置・製造方法について公開されており、PEFC用セパレータに必要な溝加工薄板を得ることが可能である。噴射ガンにて、飛行粉末粒子を急冷しながら基材表面に成膜を行い、温度を保持したまま溝の付いたロールで圧延し、最後は基材から離型して溝付きの非晶質の薄板を得る。

特許第6112262号公報特開2013-109891号公報特開2014-075287号公報特開2007-83692号公報特開2011-249247号公報特開2013-221167 号公報

上記のとおり、表面に微細形状を有した部材であり、前記微細形状が溝状である金属製の燃料電池用セパレータについては、薄肉化をはかることと、溝幅・溝深さを微細にしてGDL・水素・酸素との接触面積を大きくすると共にGDLとの接触幅を小さくすることが重要である。また、言うまでもないが、耐食性、導電性、成形性を全て同時に満たすことも不可欠である。
しかしながら、従来の技術では、そのような表面に微細形状を有した部材や燃料電池用セパレータを低コストで能率的に製造することはきわめて難しい。

本発明は、薄肉であることに加えて溝幅や溝深さが小さくGDLとの接触幅が狭く、酸素ガスや水素ガスGDLとの接触表面積が大きい軽量コンパクトな燃料電池用セパレータ、所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品、好ましくは表層に導電性材料粒子などが露出し通電性を有する不導体皮膜を備えた表面に微細形状を有した部材を、簡単かつ低コストで製造するに適した製造方法、およびそのような薄板状成形品にて形成した燃料電池用セパレータについて提供するものである。

本発明による薄板状成形品は、表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属母相からなると共に所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品で有り且つ該薄板状成形品の前記３次元表面形状の突出した表端面（凸状部）及び該表端面と対向する裏面に前記不動態層の表層域の該不動態層を貫通して内部の金属母相と導通するよう導電性材料の一部分が表面に露出して存在し所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有することを特徴とする。
図７及び図８に、本発明の薄板状成形品の凹凸形状部を微細な溝状とした３次元表面形状として例示している。なお、本発明にいう凹凸形状部を微細な溝状としたが、溝は図７のように平行なスジ状のもののみからなるものでも、平行でない部分を含むものであってもよい。

本発明による薄板状成形品は、前記表端面は前記裏面より前記導電性材料が高密度に存在し所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有していることを特徴とする。
なお前記導電性材料は、前記金属母相中にあって該金属母相と固溶しない導電性材料であり、またその性状は粒状、片状、フレーク状のもの、又は、不定形析出物の何れであっても良い。
図１０中に「非晶質薄膜」として示す薄板状成形品は、上記発明による凹凸形状部を微細な溝状とした３次元表面形状の表面に導電性材料成分が露出している状況を模式的に例示したものである。
表層域の不動態層は導電性を欠くため、通常なら薄板状成形品表面での接触抵抗がきわめて大きいが、本発明では表層に導電性材料成分の粒子などが露出して存在し、その導電性材料成分の粒子が表層域の不動態を貫通して導電性を有する内部の金属母相に導通しているため、本発明の薄板状成形品にあっては、所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状の突出した表端面及び該表端面と対向する裏面において接触抵抗が低い。
以上のように、本発明による上記薄板状成形品は、耐食性・電気導電性に優れるうえ、当該薄板状成形品の微細な３次元表面形状としての溝を流路として酸素・水素・ＧＤＬとの接触が図れることから、燃料電池用（PEFC用）セパレータの素材として適している。

本発明による薄板状成形品は、前記金属母相が非晶質であると共に前記導電性材料がＷＣ（タングステンカーバイド）または黒鉛であり所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有していることを特徴とする。
非晶質の金属母相は耐食性がきわめて高いため、燃料電池用セパレータとするのに適している。また、導電性材料成分がＷＣまたはＣ（グラファイト・カーボン）であるのも、耐食性および導電性の点できわめて有利である。なお、ＷＣ等としては、平均粒径が１〜１０μｍであって不動態層の厚さを超えるものがよい。

本発明による薄板状成形品の金属母相が、ＳｉおよびＭｎを含む非晶質合金であると好ましい。
ＳｉやＭｎは、金属母相の形成用原料として低級な粉末材料を使用するとき混入しやすい元素である。これらを含む粉末材料を溶融し急冷して非晶質合金とすると、上記金属母相を低コストで製造することが可能になる。そのため、上記の金属母相がＳｉおよびＭｎを含む非晶質合金であるなら、所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品を低コストで製造できることになり、燃料電池用セパレータのコストをも低下させやすいといえる。

本発明による薄板状成形品の金属母相が、Fe56.6Cr9Ni8Mo2Cu0.2Si2.5Mn1.5Nb0.7P19C0.5、Fe55Cr10Mo2Ni7Mn1.5P19B3Si2.5またはNi65Cr15P16B4（数値はいずれもat%）の組成にてなる非晶質合金であることが特に好ましい。
当該組成の非晶質合金は、同じ組成のガスアトマイズ粉末を溶融し急冷することによって作成できる。ＳｉおよびＭｎを相当量含有すること等から、これ等の粉末は比較的低価で入手でき、したがってそれにて形成される金属母相のコストも低い。
しかしながら、図９に示すとおりその組成は非晶質化が難しくないものであるうえ、図１２のとおり、その組成の合金皮膜は耐食性に優れている。成形性の点でも申し分ない。
以上の点から、上記組成の非晶質合金にてなる金属母相を有し微細な３次元表面形状として溝などを有する薄板状成形品は、燃料電池用セパレータの素材としてきわめて適しているといえる。
なお、金属母相の成分系を上記それぞれのものにするためには、そのための粉末材料等の成分系を、上記金属母相のそれとは多少異なるものにせねばならない場合がある。

本発明による薄板状成形品は、前記金属母相を構成する金属材料の粉粒体と該導電性材料の粉粒体よりなる原料金属粉粒体を、所要の溶射ガンを用いて火炎およびアシストガスと共に噴出させつつ溶解し且つ混合し、所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状に対し反転形状（転写される形状）として対応する所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な反転３次元表面形状を有する成形金型であって、前記反転３次元表面形状の凹部底面に前記導電性材料が配置され且つ予め所望温度に昇温させた前記成形金型の前記反転３次元表面形状に向けて、火炎と共に所望の距離および角度を以て噴射吹付け、さらに溶解・混合した前記原料金属粉粒体が前記成形金型に到達する以前に前記原料金属粉粒体の周囲に向けて噴射された所望冷媒の噴流により前記原料金属粉粒体の冷却を開始し、所望の凝固状態又は半凝固状態に至った該原料金属粉粒体を前記成形金型の微細な反転３次元表面形状部の凹凸状部に凝着積層させて該凹凸状部の凹部を充満させると共に所望積層厚さに至るまで噴射吹付けして凝着積層させ、その後引き続いて該凝着積層面に対し所望用工具を用いて据え込み圧下成形を加えて所望表面形状を付与した後冷却し、該凝着積層体を前記成形金型から離型して得られる所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有することを特徴とする。

本発明による燃料電池用セパレータは、上記したいずれかの微細な３次元表面形状として溝などを有する薄板状成形品により形成されていることを特徴とする。
そのような燃料電池用セパレータが好ましいことは、上述のとおりである。

本発明による所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品の製造方法は、
1) 製造される薄板状成形品の所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状に対し反転形状として対応する所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な反転３次元表面形状を有する成形金型を予め所望温度に昇温させ、
2) 表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属母相を構成する金属材料の粉粒体と導電性材料の粉粒体よりなる原料金属粉粒体を、所要の溶射ガンを用いて火炎およびアシストガスと共に噴出させつつ溶解し且つ混合し、
3) 火炎およびアシストガスと共に所望の距離および角度を以て、予め所望温度に昇温された成形金型の反転３次元表面形状に向けて噴射吹付け、
4) さらに溶解・混合した前記原料金属粉粒体が前記成形金型に到達する以前に前記原料金属粉粒体の周囲に向けて噴射された所望冷媒の噴流により前記原料金属粉粒体の冷却を開始し、
5) 所望の凝固状態又は半凝固状態に至った該原料金属粉粒体を前記成形金型の微細な反転３次元表面形状部の凹凸状部に凝着積層させて該凹凸状部の凹部を充満させると共に所望積層厚さに至るまで噴射吹付けして凝着積層させ、
6) その後引き続いて該凝着積層面に対し所望温度域にて所望工具を用いて据え込み圧下成形（凝着し積層された金属母相を塑性流動させながら成形するために圧下）を加えて所望表面形状を付与し、
7) その後冷却して該凝着積層体を前記成形金型から離型して回収する、
ことを特徴とする。
この様な製造方法により、表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属母相の表面に導電性材料成分が露出し且つ不動態層を貫通して金属母相に導通するよう存在させた所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品を製造することができる。予め所望温度に昇温された微細な反転３次元表面形状を有する成形金型に向け噴射吹付けして凝着積層させた直後で皮膜が冷却される前の温間でその凝着積層を圧下するので、凝着積層を塑性流動させて内在する気孔を消滅させながら能率良く圧下が実施でき且つ圧下のために消費するエネルギーを少なくすることができる。
上記凝着積層として非晶質のものを形成し噴射直後に圧下工程を実施する場合には、圧下時の上記凝着積層が過冷却液相状態にあり塑性流動性を有する温度域（つまり４３０〜４８０℃程度の範囲内）にあるようにすると、非晶質であっても塑性加工することが可能である。

上記製造方法に関し、噴射による耐食性合金製の薄板状成形品の形成は、原料金属粉粒体を溶融させて火炎とともに噴射し、その火炎を冷媒（冷却ガス）にて冷却するする急冷式溶射ガンによって行うのがよい。
たとえば、図１または図２に示すような超急冷遷移制御噴射装置を、上記溶射ガンとして使用するとよい。これらは、金属の粉末材料を原料にして、成形金型表面に、一旦溶融させた粉末材料の急冷皮膜を形成でき、さらに成形金型から離型させると急冷薄板を作製できるもので、非晶質になりやすい組成の粉末材料を使用すると非晶質の凝着積層および薄板を得ることができる。具体的には、飛行時に火炎中で完全に溶融した粉末材料は、成形金型に到達前から窒素ガスやミスト等の冷却ガス（冷媒）により急冷（冷却速度が約100万℃/秒以上）され、その結果、成形金型表面に形成される凝着積層が非晶質になるものである。図１、図２のそれぞれの超急冷遷移制御噴射装置の違いは、一度に形成される皮膜の幅であり、図１の装置は幅15mm、図２のものは幅300mmである。どちらの超急冷遷移制御噴射装置でも同質の凝着積層および薄板を得ることができるが、超急冷遷移制御噴射装置１台あたりの作製効率を考えると図２の噴射装置の方が適しているので、後述の実施例では主としてこちらを使用して凝着積層を作製している。
上記の急冷式溶射ガンによって耐食性合金製の薄板状成形品を形成するとき、上記原料金属粉粒体（粉末材料）に加えて導電性材料成分の粉粒体を火炎とともに噴射するのもよい。導電性材料成分の粉粒体を加えても、上記のように急冷することから、形成する皮膜を非晶質にすることが難しくない。そのようにすると、金属母相の内部や表層に形成された不動態層を貫通して内部の金属母相と導通するよう導電性材料の一部分が表面に露出し且つ分布して存在させることができる。それにより、前記のように、凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状の表面とその反対側の裏面との間で接触抵抗が低い薄板状成形品を、容易に製造することができる。

本発明による所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状の表端面に導電性材料を高密度に存在させるための薄板状成形品の製造方法は、導電性材料の粉粒体を前記反転３次元表面形状の凹部底面に予めスプレー法あるいは塗布法により付着定着させて配置させた後、凝固状態又は半凝固状態に至った前記原料金属粉粒体を噴射させて凝着積層させることを特徴とする。
この様な製造方法により、凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状の表面とその反対側の裏面との間で接触抵抗がより低い薄板状成形品を、容易に製造することができる。

本発明による凝着積層面に対する所望温度域にての据え込み圧下成形は、プレス成形にて成形するか、もしくはロール成形にて成形することを特徴とする。
なお該圧下成形には凝着積層面に対するトリムやピアスなどの成形加工をも含むものであり、これにより実用性が有り付加価値が高い薄板状成形品を得ることが出来る。

本発明による所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品の製造方法は、
1) 製造される薄板状成形品の所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状に対し反転形状として対応する所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な反転３次元表面形状の凹部底面に前記導電性材料が予めスプレー法あるいは塗布法により配置された成形金型を予め所望温度に昇温させ、
2) 表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属母相を構成する金属材料の粉粒体である原料金属粉粒体を、所要の溶射ガンを用いて火炎およびアシストガスと共に噴出させつつ溶解し且つ混合し、
3) 火炎およびアシストガスと共に所望の距離および角度を以て、予め所望温度に昇温された成形金型の反転３次元表面形状に向けて噴射吹付け、
4) さらに溶解・混合した前記原料金属粉粒体が前記成形金型に到達する以前に前記原料金属粉粒体の周囲に向けて噴射された所望冷媒の噴流により前記原料金属粉粒体の冷却を開始し、
5) 所望の凝固状態又は半凝固状態に至った該原料金属粉粒体を前記成形金型の微細な反転３次元表面形状部の凹凸状部に凝着積層させて該凹凸状部の凹部を充満させると共に所望積層厚さに至るまで噴射吹付けして凝着積層させ、
6) その後引き続いて該凝着積層面に対し所望温度域にて所望工具を用いて据え込み圧下成形（凝着し積層された金属母相を塑性流動させながら成形するために圧下）を加えて所望表面形状を付与し、
7) その後冷却して該凝着積層体を前記成形金型から離型して回収する、
ことを特徴とする。
この様な製造方法により、表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属母相の所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品を製造することができる。予め所望温度に昇温された微細な反転３次元表面形状を有する成形金型に向け噴射吹付けして凝着積層させた直後で皮膜が冷却される前の温間でその凝着積層を圧下するので、凝着積層を塑性流動させて内在する気孔を消滅させながら能率良く圧下が実施でき且つ圧下のために消費するエネルギーを少なくすることができる。
上記凝着積層として非晶質のものを形成し噴射直後に圧下工程を実施する場合には、圧下時の上記凝着積層が過冷却液相状態にあり塑性流動性を有する温度域（つまり４３０〜４８０℃程度の範囲内）にあるようにすると、非晶質であっても塑性加工することが可能である。

本発明による所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状の表端面及び該表端面と対向する裏面に導電性材料を存在させた薄板状成形品の製造方法は、前記凝着積層体の裏面に導電性材料の粉粒体をスプレー法あるいは塗布法により付着定着させて配置させた後に所望温度域にての据え込み圧下成形であるプレス成形にて成形するか、もしくはロール成形にて成形することを特徴とする。

本発明による所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品の製造方法は、
1) 製造される薄板状成形品の所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状に対し反転形状として対応する所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な反転３次元表面形状の凹部底面に導電性材料が予めスプレー法あるいは塗布法により配置された成形金型を搬送装置の搬送部に載置し、
2) 該成形金型が載置された搬送部を予熱のための加熱装置位置に搬送して前記成形金型を所望温度に予熱し、
3) 予熱された成形金型が載置された搬送部を前記溶射ガンを具備する溶射部位置に搬送し、
4) 搬送された成形金型の反転３次元表面形状部に前記溶射ガンにより噴射吹付けして表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属母相を凝着積層させ、
5) 凝着積層を積層した成形金型が載置された搬送部を圧下成形部へ搬送し、
6) 搬送された成形金型の凝着積層をプレス成形もしくはロール成形により据え込み圧下成形を加えて所望表面形状を付与し、
7) 所望表面形状を付与された凝着積層体が形成された成形金型が載置された搬送部を圧下成形部から外部へ搬送し、
8) 搬送された成形金型を冷却して該凝着積層体を前記成形金型から離型して回収する、
ことを特徴とする。
この様な製造方法により、表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属母相の所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状の突出した表端面に不動態層の表層域の該不動態層を貫通して内部の金属母相と導通するよう導電性材料の一部分が表面に露出して存在する薄板状成形品を製造することができる。

本発明による所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品の製造方法は、
1) 前記段落［００２６］の7)工程の後に、
2) 凝着積層を積層した成形金型が載置された搬送部から前記成形金型を搬出し該成形金型から凝着積層体を離型し、
3) 別の追加成形金型を使用しての温間でプレスにて前記凝着積層体に追加成形を加えて所望表面形状を付与した後冷却して該凝着積層体を前記成形金型から離型して回収する、
ことを特徴とする。
この様な製造方法により、表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属母相の所望の深さ及び厚さの凹凸状部を微細で高精度な３次元表面形状を有し、或いはさらに、背面にも所望の深さ及び厚さの凹凸状部を微細な３次元表面形状を有した薄板状成形品を製造することができる。

また、前記成形金型を、搬送装置で搬送することにより、予熱のための加熱装置（の内部）と前記急冷溶射ガン（の溶射先にあたる位置）と前記圧下を行う圧延機（の作業ロール間）とにこの順序で連続して経由させ、もって前記した表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属の凝着積層の形成の過程）と温間での皮膜の圧下の過程）とを行うのが好ましい。そのようにする場合の手順および設備の概要を、図５および図６に例示する。
前記金型を、搬送装置で搬送することにより、このように加熱装置・溶射ガン・圧延機に順次経由させて凝着積層形成と圧延とを行うなら、前記の凝着積層形成の直後に温間でその凝着積層を圧下することを、連続的に、かつ好ましいタイミングで行うことができる。つまり、前記凝着積層として非晶質合金のものを形成し、それが過冷却液相状態の温度域にある間に手際よく圧下することができるため、前記した好ましい、所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状の薄板状成形品を高精度に正確かつ能率的に製造することが可能になる。
なお、前記のとおり加熱装置を配置して前記金型を予熱することは、形成した皮膜を一定の温度範囲に保持するうえで欠かせない。上記凝着積層を予熱しない場合には、溶射ガンによって形成した皮膜が急速に温度降下するため、好ましい温度範囲で皮膜の圧下を行うことが難しい。

前記で圧下した表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属の凝着積層を、前記成形金型から離型させ取り外したうえ、さらに、別の追加成形金型により温間（前記と同様に前記凝着積層が過冷却液相状態にある温度域）でプレス成型するのも好ましい。なお、図１３は、そのプレス成型を示す模式図である。
ここにいうプレス成型は、前記の凝着積層に追加的な成型を施すものである。当該追加的な成型に使用する金型は、先に使用する金型と一致又は略一致する微細な反転３次元表面形状の凹凸状部を有するものとするのがよい。先に前記凝着積層に形成された例えば溝状の凹凸を、その追加的な成型のための追加成形金型の反転３次元表面形状の凹凸面に重ねて（凝着積層の凸部を追加成形金型の凹部に嵌めて）プレス成型をする。
そのようにすれば、表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属の凝着積層（金属母相）に形成する微細な３次元表面形状（例えば溝状の凹凸）について、形状精度を高くするとともに、その凹凸面等への導電性材料成分の固着状態をより強固にすることができる。それは、燃料電池セパレータとするうえで格別有利な薄板状成形品を得られることにほかならない。
図６のようにして圧下した表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属の凝着積層を、そのとき使用した成形金型から取り外すことなく、同じ金型上に置いたまま、温間（同上）でプレス成型するのもよい。その場合にも上記と同様に、形状精度が高く凹凸面等への導電性材料成分の固着状態を強固にし且つ内在する気孔をより低減させた薄板状成形品を得ることができる。

本発明による所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品の製造設備は、
a) 所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状に対し反転形状として対応する所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な反転３次元表面形状を有する成形金型の表面に導電性材料成分を付着させ、当該表面を上にして搬送する搬送装置を有し、
b) 前記成形金型を予熱するための加熱装置と、金属粉末を火炎とともに噴射して溶融させその火炎を冷却ガスにて冷却することにより前記成形金型の表面に表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属の凝着積層を形成する急冷式溶射ガンと、形成された直後の上記耐食性の凝着積層を温間で圧下する圧延機とが、前記搬送装置の搬送経路上にこの順に配置されている、
ことを特徴とする。かかる製造設備の概要を、図５および図６に例示している。
こうした製造設備を使用すると、前記成形金型を前記搬送装置で搬送することにより、当該成形金型に対し、前記加熱装置による予熱と、前記急冷溶射ガンによる耐食性の凝着積層の形成と、その直後の前記圧延機による凝着積層の圧下とを、この順序で連続して手際よく実施することができる。そしてそのために、燃料電池セパレータとするのに適した上述の表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属母相からなると共に所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品である例えば溝付き薄板を、能率的に製造することが可能になる。

前記製造設備については、前記成形金型の前記反転３次元表面形状の凹部底面への前記導電性材料成分の付着を塗布またはスプレーによって実施する付着装置が、前記搬送装置の搬送経路上の、前記加熱装置よりも上流側の位置に設けられていると、さらに好ましい。
そのような導電性材料成分付着装置までが前記搬送経路上に設けられていることにより、前記した製造方法における一つの工程、即ち反転３次元表面形状の凹部底面へ導電性材料成分の粒子を配置・付着させる工程についても、自動的かつ連続的に実施することができる。このことにより燃料電池セパレータ等に適した溝等の所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有した薄板状成形品の製造を、さらに能率的に行えるようになる。

また本発明による所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品の他の製造設備は、
1) 所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状に対し反転形状として対応する所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な反転３次元表面形状を有する成形金型の前記反転３次元表面形状に対し潤滑剤及び離型剤を塗布する工程の潤滑剤・離型剤塗布部、
2) 潤滑剤及び離型剤が塗布された前記成形金型の前記反転３次元表面形状に対し導電性材料の粉粒体を塗布またはスプレーによって配置する工程の導電材配置部、
3) 前記成形金型を予熱し均熱化する工程の予熱・均熱部、
4) 所要の溶射ガンを用いて原料金属粉粒体を火炎およびアシストガスと共に噴出させつつ溶解し且つ混合して火炎と共に噴射吹付けながら溶解・混合した前記原料金属粉粒体が前記成形金型に到達する以前に前記原料金属粉粒体の周囲に向けて噴射された所望冷媒の噴流により前記原料金属粉粒体の冷却を開始して所望の凝固状態又は半凝固状態に至った該原料金属粉粒体を噴射吹付けして前記成形金型の微細な反転３次元表面形状部に対して表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属母相を凝着積層させる工程の超急冷遷移制御噴射成形部、
5) 前記凝着積層に対し所望温度域にて所望工具を用いて据え込み圧下成形を加える工程の第1加工部、
6) 該第1加工部で所望表面形状が付与された凝着積層を有する前記成形金型を放熱・冷却する工程の放熱・冷却部、
7) 前記成形金型から凝着積層体である薄板状成形品を離型させ搬出する工程の離型・製品搬出部、
8) 薄板状成形品を離型させた前記成形金型を清掃する工程の成形型清掃部、
9) が搬送装置の搬送経路上にこの順に配置されている、
ことを特徴とする。なお、前記第1加工部の上流に、反転３次元表面形状部に対して表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属母相を凝着積層させた前記成形金型を予熱し均熱化する工程の予熱・均熱部が配置されていると好ましい。かかる設備の概要を、搬送装置の搬送経路を環状に配置した例として図１４及び図１５に示しているが、直線状やレーストラック状の搬送経路を有する搬送装置であっても良い。

さらに本発明による所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品の他の製造設備は、
1) 所望作業毎のワーク部を搬送する搬送装置を有し、
2) 所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な反転３次元表面形状を有する噴射成形型の前記反転３次元表面形状を上面として搬入しセットする工程の噴射成形型設置部、
3) 潤滑剤・離型剤塗布部、導電材配置部、予熱・均熱部、超急冷遷移制御噴射成形部、放熱・冷却部、
4) 噴射成形型から噴射成形品を離型して該噴射成形品を一旦撤去すると共に前記噴射成形型を搬出する工程の離型・製形品搬出部、
5) 撤去した噴射成形品に据え込み圧下成形用の第1加工型搬入する工程の第1加工型設置部、
6) 潤滑剤・離型剤塗布部、
7) 前記第1加工型に前記離型・製形品搬出部にて撤去した噴射成形品を搬入してセットする工程の噴射成形品セット部、
8) 導電材配置部、予熱・均熱部、
9) 噴射成形品に据え込み圧下成形を施す工程の第1加工部、
10) 放熱・冷却部、
11) 前記噴射成形金型から据え込み圧下成形された第1加工品を離型して一旦撤去すると共に前記第1加工型を搬出する工程の第１加工品離型・搬出部、
12) 第２加工以降の据え込み圧下成形用の第２〜第Ｎ加工型を搬入する工程の第２〜Ｎ加工型設置部、
13) 前記第２〜Ｎ加工型に前記離型・製形品搬出部にて撤去した第１加工品もしくは後記する第Ｎ加工品離型・搬出部にて第Ｎ加工型より離型より撤去した第Ｎ加工品を搬入してセットする工程の第Ｎ−１加工品セット部、
14) 潤滑剤・離型剤塗布部、予熱・均熱部、
15) 第Ｎ−１加工品に据え込み圧下成形を施す工程の第２〜Ｎ加工部、
16) 放熱・冷却部、
17) 前記第２〜Ｎ加工型から据え込み圧下成形された第Ｎ加工品を離型して撤去・搬出すると共に前記第Ｎ加工型を搬出する工程の第Ｎ加工品離型・搬出部、が搬送装置の搬送経路上にこの順に配置されている、
ことを特徴とする。かかる設備の概要を、搬送装置の搬送経路をレーストラック状に配置した例として図１６に示しているが、直線状や環状の搬送経路を有する搬送装置であっても良い。

本発明によれば、耐食性、導電性、成形性に優れたPEFC用の金属製セパレータとするのに適した所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有した薄板状成形品である例えば溝付き薄板が、低コストで容易に製造できる。製造した前記薄板状成形品は、表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属母相の部分において耐食性が高く、かつ３次元表面形状を有するおよびその背面ともに導電性材料が前記表層に不動態層を貫通して表層等に露出して存在することにより導電性に優れている。成形性および製造コストの点でも有利であるため、PEFC用の金属製セパレータとするのに極めて好適である。
一般的な金属製薄板の厚さについては、冷間圧延によって薄くする場合には、薄くするに伴って冷間圧延費用が増加してしまうが、金属母相を噴射によって形成する本発明によれば、材料粉末の供給量、供給速度や成形金型と超急冷遷移制御噴射成形部の噴射ガンの相対移動速度の調整等を行うこと、成形金型に凝着積層させた凝着積層体に対し所望用工具を用いて据え込み圧下成形すること等により、容易に、しかも費用をあまり増加させずに板厚調整することが可能である。

使用状態にある超急冷遷移制御噴射装置を示す側面図である。大型の超急冷遷移制御噴射装置を示す図であり、図２（ａ）は側面図、同（ｂ）は底面図である。使用する成形金型の概観を示す斜視図である。図３の成形金型の反転３次元表面形状である凹凸面を全体的に示す平面図である。薄板状成形品製造ラインの全体概観を示す側面図である。薄板状成形品製造ラインの重要部分を示す概略斜視図である。本発明の方法で製造した溝状の３次元表面形状を有する薄板状成形品の微細な凹凸面を示す外観写真である。本発明の方法で製造した溝状の３次元表面形状を有する薄板状成形品の横断面を示す顕微鏡組織写真である。ＳｉおよびＭｎを含む非晶質合金皮膜のＤＳＣ評価結果を示す図である。溝状の３次元表面形状を有する非晶質合金製の薄板状成形品の接触抵抗の測定方法を示す図である。溝状の３次元表面形状を有する非晶質合金製の薄板状成形品の接触抵抗の測定結果を示した図である。ＳｉおよびＭｎを含む非晶質合金製の薄板状成形品の耐食性評価結果を示す図である。図６の方法で作成した溝状の３次元表面形状を有する薄板状成形品に追加的なプレス成形加工を施すことに関する概念図である。各製造工程を環状配置した薄板状成形品製造設備の全体概略図を示す上面図である。各製造工程を環状配置した他の薄板状成形品製造設備の全体概略図を示す上面図である。各製造工程をレーストラック状配置した薄板状成形品製造設備の全体概略図を示す上面図である。

下記および図1〜図16に本発明の実施形態を示す。この実施形態では、主に非晶質合金製の薄板状成形品の一表面に、所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を好ましくは溝状の凹凸として形成するとともにその表裏両面に導電性材料が前記表層の不動態層を貫通して表層等に露出し且つ内部の金属母相と導通する状態に固着し存在している。なお前記導電性材料は前記金属母相中に必ずしも分散させなくとも良く、凹凸面の表層または同面とその反対側の面とにのみ存在すれば良い。
非晶質材、ステンレス、チタンによるセパレータは、表面に形成される不動態層によって耐食性を保持するものの、不動態層は導電性を悪化させるため、セパレータの表面近傍に導電性の良い物質が必要である。そこで、本発明の実施形態として、導電性のよいタングステンカーバイド（WC）をあらかじめ成形金型の好ましくは微細な３次元表面形状の凹凸部の底面に塗布・配置し、その成形金型の所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な反転形状（転写される形状）として対応する反転３次元表面形状を有した面上に噴射にて非晶質合金製の凝着積層を形成した後に即圧延することで該凝着積層を塑性流動させて微細な３次元表面形状の成形精度を向上させ、内在する気孔を消滅させ、仮令非晶質材製であっても表面にWCなどの導電性材料を固着・露出させ、もって導電性の良い薄板状成形品を作成することにしたのである。なお導電性材料はＷＣ、カーボン、グラファイトなどの平均粒径が１〜１０μｍ程度であって、粒状、片状、フレーク状のものや、不定形析出物、これ等の混合粉等の様々な形態の物であって良い。

製造する薄板状成形品を噴射にて形成し非晶質合金とするために、急冷式噴射ガン（溶射ガン）を使用することとし、当該噴射ガンとして図2(a)・(b)に示す超急冷遷移制御噴射装置を用いた。図1のガンを使用することもできるが、前述のとおり効率の点から図2のものを用いた。燃料には酸素とプロパンの混合ガスが使用され、幅方向に等間隔で配列した粉末噴出口6の外側にある、火炎噴出口5から燃焼火炎が噴出する。粉末噴出口6から噴出した粉末材料は、一度燃焼火炎で完全に溶融されるが、溶融直後に、更に外側にあるミスト噴出口3より噴出される冷媒ミストにより、急冷されながら微細な反転３次元表面形状を有した成形金型の表面に堆積していき、結果として凝着積層体が形成される。この噴射ガンは、幅方向に均一に材料を噴射するため、幅方向に均一に凝着積層が形成された好ましい薄板状成形品を作製できる。

上記の噴射ガン（図2）で噴射する金属材料として、不純物であるSi（シリコン）とMn（マンガン）とを含んだFe55Cr10Mo2Ni7Mn1.5P19B3Si2.5（数値はat%）の組成のガスアトマイズ粉末を用いた。この粉末は、不純物が多く含まれていても非晶質化し易いもので、粉末の製造工程で低級原料を使用すると混入するSiやMnなど、不純物を多く含んでいる。それでも、溶融させて急冷すると非晶質材にすることができ、できた非晶質合金皮膜は耐食性・成形性に優れている。非晶質材になりやすい他の組成の粉末を使用して他の非晶質材（たとえばニッケル系のNi65Cr15P16B4、鉄系のFe56.6Cr9Ni8Mo2Cu0.2Si2.5Mn1.5Nb0.7P19C0.5、Fe56Cr10Mo2Ni8P19C1Si2.5Mn1.5（at%）のもの）を形成することもできるが、低コストで入手できる上記組成の粉末により、同組成の非晶質合金皮膜を形成することとした。コストが低いことから、PEFC用セパレータの素材とする表面積の大きい溝付薄板等の薄板状成形品を多数作製するうえで有利である。

形成する非晶質合金製薄板状成形品の表層の不動態層に導電性粉末を固着させるに関し、当該粉末として、安価で入手することが可能な、平均粒径が9μmのタングステンカイバード（以下WC）と黒鉛を用いた。
導電性粉末を固着させるその非晶質合金製薄板状成形品の表面に溝状の凹凸である微細な３次元表面形状を形成する手段として、前記３次元表面形状に対し反転形状として対応する所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な反転３次元表面形状を成形金型の表面に刻設などして有する、図３・図４に例示の成形金型を使用した。この成型金型は、「JIS G 3101:2010 一般構造用圧延鋼材」のSS400規格の鋼材を素材とし、図示のように深さ0.4mm・溝幅0.4mm・壁厚0.4mm程度の溝状の凹凸形状の反転３次元表面形状を形成したものである。ただし、部位によって、深さ・溝幅・壁厚を変更しても良く、また溝の横断面形状についても図示のように矩形波状ではなく台形波状・サインカーブ状等の凹凸を単独或いは組合せて形成しても良い。なお成形金型の材質としてSS400の鋼材を用いるので、反転３次元表面形状の凹凸状溝の刻設などによる加工が容易であり、使い捨てにする成形金型を低コストで多数製造するうえで好都合である。また図4に例示するように、成形型に長さ200ｍｍ・幅150ｍｍの単一の反転３次元表面形状を刻設した例を示したが、複数の反転３次元表面形状を刻設した成形金型に対し噴射・凝着積層した後に成形金型から離型した凝着積層体を複数に分割して複数の薄板状成形品が得られるようにすると生産効率が特に良い。
この成型金型の反転３次元表面形状の凹凸面に、前記のとおりWCを混合した黒鉛を塗布することとした。成形金型の反転３次元表面形状の凹凸面における凹面の底面と凸面の頂面および凸面の側部の面にWC等を付着させるとよいが、少なくとも凹面の底面に付着させる。

上述の超急冷遷移制御噴射装置等を、図5に示す製造ライン（溝付き薄板の製造設備）上に設置した。ペイオフリール7からコイル巻取機13までの間に普通鋼製の酸洗コイルをアンコイルしたフープ15をセットし、コイル巻取機13側に向かってそのフープ15を動かす。移動するフープ15を、前記成形金型を搬送するための装置として使用するのである。
この製造ラインでは、まず予熱器8で、プロパン火炎により前記ペイオフリール7からアンコイルされたフープ15を加熱する。次に加熱された該フープ15をレベラ9にて該フープ15の形状補正をした後に、該フープ15の上に上述の成形金型（潤滑剤、離型剤を塗布後、WCを混合した黒鉛を反転３次元表面形状の凹凸面に塗布したもの）を置き、前記成形金型を戴置した前記フープ15をした加熱・均熱装置10まで搬送し、成形金型をフープ15とともに加熱（予熱）する。前記成形金型の反転３次元表面形状の凹凸面にWC等を塗布（またはスプレー）して付着させるための付着装置（図示省略）を、加熱・均熱装置10のすぐ上流側に設けるのもよい。

図5におけるフープ15の表面に前記成形金型を置き、それを目標温度（約250℃）まで加熱すると、超急冷遷移制御噴射装置11により当該成形金型の反転３次元表面形状の凹凸面に前記非結晶質材を噴射し、直ちに前記成形金型を圧延機12まで搬送して非晶質合金製の凝着積層を即圧延する。噴射により形成される非晶質合金製の凝着積層は、前記成形金型の反転３次元表面形状の凹部を完全に充満して凸面をも覆う程度以上の厚さにする。そして前記の圧延は、溶射にて形成された非晶質合金製の凝着積層が過冷却液相状態（430℃〜480℃）にある間に行う。成形金型の加熱とそれへの噴射および即圧延についてのイメージを、図6に示す。
また、成形金型より離型して得られた非晶質合金製薄板状成形品の３次元表面形状側（溝状凹凸形状を有する側）からの斜視外観写真を図7に示す。なお、非晶質合金製薄板状成形品を成形金型より離型する前であって成形金型に凝着積層されている状態での横断面の顕微鏡による組織写真（図5・図6の過程で使用した成形金型が下部に表示されている）を図8に示す。この非晶質合金製薄板状成形品のDSC測定を行ったところ、図9のとおり明確な発熱ピークを示し、非晶質化していることが分かる。非晶質率は90%以上であることを確認した。

前記によって作製した非晶質合金製薄板状成形品について、図10に示す測定方法で一貫抵抗（接触抵抗）を測定した。その結果を図11に示す。
上記したFe55Cr10Mo2Ni7Mn1.5P19B3Si2.5(at%)の非晶質材は、表層（表面）に不動態層が形成されているが、締付圧を高くしたとき図11のように接触抵抗値が低くなっているのは、導電体であるWCが不動態層を突き破って金属母相に食い込んでいる（内側の金属母相と導通し且つ外表面に露出して双方の間にまたがって存在している）ためと考えられる。この結果より、WCをあらかじめ反転３次元表面形状の表面に散布した成形金型に、噴射をして凝着積層を形成した後に即圧延することでWCは溶射により凝着積層された非晶質合金製薄板状成形品の３次元表面形状側（溝状凹凸形状側）の面に固着し、不動態層形成によって高くなる接触抵抗を低減させることができると言える。

前記非晶質材（Fe55Cr10Mo2Ni7Mn1.5P19B3Si2.5(at%)）の耐食性評価（アノード試験）の結果は図12のとおりである。アノード試験とは、電位を負から正へ変位させ流れる電流量（＝腐食量）を測定するもので、電位1000mVは自動車の発進時のような負荷最大時の電圧である。上記非晶質材はSUS316L鋼の半分以下の電流密度であり腐食量も半減することが分る。

前記（図6等）によって得た表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属母相からなると共に所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品を、あらためて430℃〜480℃（前記非晶質材が過冷却液相状態となる温度域）にまで加熱し、追加的に温間プレス成形・温間ロール成形することによって、接触面積が広く寸法精度の高いセパレータを成形することもできる。その温間プレス成形の実施に関する概念図を図13に示す。この追加的な温間プレス成形には、図6で使用する成形金型をそのまま使用してもよいが、その成形金型よりも温間での諸特性（例；強度、靱性、硬さ）に優れた、たとえば工具鋼、高速度鋼、ダイス鋼等と一般に呼称される鋼材や超硬材で形成された追加成形金型を繰り返し使用して温間にてサイジングプレス成形するとよい。なお、図13の追加成形金型セットに替えて、下型・上型の双方に反転３次元表面形状の溝状の凹凸形状がある追加成形金型セットを使用するのもよい。
このように追加的に温間プレス成形することにより、凝着積層を塑性流動させて内在する気孔を消滅させながら非晶質合金製薄板状成形品の３次元表面形状側の溝状凹凸形状の表層にあるWCがより確実に前記非晶質合金表層の不動態層を貫通して固着するほか、前記３次元表面形状側の溝状凹凸形状の形状精度が高められる。

本発明による所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品の製造は、図6等に示す方法に限って製造されるものではない。
たとえば、
i) 成型金型（下型）の上面にある反転３次元表面形状の溝状の凹凸形状（の溝底）に黒鉛粉末を敷き、
ii) その上に噴射（上記の噴射ガンによる噴射）を行って、前記反転３次元表面形状の溝状の凹凸形状部を十分に覆う厚さの非晶質合金製凝着積層体を形成し、
iii) その非晶質合金製凝着積層体の上面に、圧下面が平坦な追加成形金型（上型）を押し付け圧下する（その後、上型・下型を分離し、前記凝着積層体を下型より離型し取り外す）、
といった手順をとるのもよい。それによっても、前記と同様の、つまり表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属母相がその表面に所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状として溝状の凹凸形状を有し、当該凹凸形状を有する面の表層に導電性材料成分が不動態層を貫通して金属母相と導通し且つ表面に露出して存在するという、燃料電池（PEFC）用セパレータに適した凹凸形状付を有した薄板状成形品を製造することができる。
また、前記のように急冷式溶射ガンを使用するとき、金属（粉末材料）に加えて導電性材料成分粒子（融点が高く火炎中で溶融せず且つ溶融金属に固溶しないもの）を火炎とともに噴射するのもよい。そうすると、導電性材料成分粒子が、非晶質合金製薄板状成形品の３次元表面形状形成面だけでなく、薄板状成形品（金属母相）の内部および凹凸面とは反対側の裏面にも分布し存在することになり、好ましい溝状の凹凸形状を有する薄板状成形品を製造することができる。
先に説明した図10には、上述のとおり導電性材料成分粒子（WC）を含めて噴射することにより金属母相の内部および凹凸面と反対側の面にも導電性材料成分粒子を分布させた成形品についての測定状態を示している。

また本発明による所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品の製造設備は、図５、図６等に示される製造設備に限るものではない。
たとえば、図１４及び図１５に示すように、
1) 所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状に対し反転形状として対応する所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な反転３次元表面形状を有する成形金型の前記反転３次元表面形状に対し潤滑剤及び離型剤を塗布する工程の潤滑剤・離型剤塗布部、
2) 潤滑剤及び離型剤が塗布された前記成形金型の前記反転３次元表面形状に対し導電性材料の粉粒体を塗布またはスプレーによって配置する工程の導電材配置部、
3) 前記成形金型を予熱し均熱化する工程の予熱・均熱部、
4) 所要の溶射ガンを用いて原料金属粉粒体（好ましくは導電性材料の粉粒体を含む）を火炎およびアシストガスと共に噴出させつつ溶解し且つ混合して火炎と共に噴射吹付けながら溶解・混合した前記原料金属粉粒体が前記成形金型に到達する以前に前記原料金属粉粒体の周囲に向けて噴射された所望冷媒の噴流により前記原料金属粉粒体の冷却を開始して所望の凝固状態又は半凝固状態に至った該原料金属粉粒体を噴射吹付けして前記成形金型の微細な反転３次元表面形状部に対して表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属母相を凝着積層させる工程の超急冷遷移制御噴射成形部、
5) 前記凝着積層に対し所望温度域にて所望工具を用いて据え込み圧下成形を加える工程の第1加工部、
6) 該第1加工部で所望表面形状が付与された凝着積層を有する前記成形金型を放熱し冷却する工程の放熱・冷却部、
7) 前記成形金型から凝着積層体である薄板状成形品を離型させ搬出する工程の離型・製品搬出部、
8) 薄板状成形品を離型させた前記成形金型の主に前記微細な反転３次元表面形状部を清掃する工程の成形型清掃部、
の各工程が搬送装置の搬送経路上にこの順に環状に配置されている製造設備である。
また、前記第1加工部の上流に、反転３次元表面形状部に対して表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属母相を凝着積層させた前記成形金型を予熱し均熱化する工程の予熱・均熱部が配置されていると前記第1加工部における据え込み圧下成形時に前記凝着積層の塑性流動が安定的に発現して好ましい。
なお環状の搬送経路を有する搬送装置として示しているが、設備の設置スペースなどの制約により直線状やレーストラック状等の各種形状の搬送経路を有する搬送装置であっても良い。

また本発明による所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品の製造設備は、図５、図６等に示される製造設備に限るものではない。
たとえば、図１６に示すように、
1) 所望作業毎のワーク部を搬送する搬送装置を有しており、
2) 所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な反転３次元表面形状を有する噴射成形型の前記反転３次元表面形状を上面として搬入しセットする工程の噴射成形型設置部、
3) 潤滑剤・離型剤塗布部、導電材配置部、予熱・均熱部、超急冷遷移制御噴射成形部、放熱・冷却部、
4) 噴射成形型から噴射成形品を離型して該噴射成形品を一旦撤去すると共に前記噴射成形型を搬出する工程の離型・製形品搬出部、
5) 撤去した噴射成形品に据え込み圧下成形用の第1加工型搬入する第1加工型設置部、
6) 潤滑剤・離型剤塗布部、
7) 前記第1加工型に前記離型・製形品搬出部にて撤去した噴射成形品を搬入してセットする工程の噴射成形品セット部、
8) 導電材配置部、さらに予熱・均熱部、
9) 噴射成形品に据え込み圧下成形を施す工程の第1加工部、
10) 放熱・冷却部、
11) 前記噴射成形金型から据え込み圧下成形された第1加工品を離型して一旦撤去すると共に前記第1加工型を搬出する工程の第１加工品離型・搬出部、
12) 第２加工以降の据え込み圧下成形用の第２〜第Ｎ加工型を搬入する工程の第２〜第Ｎ加工型設置部、
13) 前記第２〜第Ｎ加工型に前記離型・製形品搬出部にて撤去した第１加工品もしくは後記する第Ｎ加工品離型・搬出部にて第Ｎ加工型より離型より撤去した第Ｎ加工品を搬入してセットする工程の第Ｎ−１加工品セット部、
14) 潤滑剤・離型剤塗布部、さらに予熱・均熱部、
15) 第Ｎ−１加工品に据え込み圧下成形を施す工程の第２〜第Ｎ加工部、
16) 放熱・冷却部、
17) 前記第２〜第Ｎ加工型から据え込み圧下成形された第Ｎ加工品を離型して撤去・搬出すると共に前記第Ｎ加工型を搬出する工程の第Ｎ加工品離型・搬出部、
の各工程が搬送装置の搬送経路上にこの順に配置されている製造設備である。
このように反転３次元表面形状部に対して表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属母相を凝着積層させた噴射成形品を前記第１加工型のみならず第２〜第N加工型を予熱し均熱化する予熱・均熱した後据え込み圧下成形することにより前記噴射成形品の前記凝着積層の塑性流動が安定的に繰り返し発現して好ましく所望の表面性状を得ることが出来て好ましい。
図１６の搬送経路に沿って図示の順に搬送・加工するばかりでなく、適宜に成形品や加工品、加工型を移動させるのもよい。例えば、加工品を離型し撤去した時点で予熱・均熱部へ移動させ、超急冷遷移制御噴射成形を再施工する等の変更をすることができる。
なおまたレーストラック状の搬送経路を有する搬送装置として示しているが、設備の設置スペースなどの制約により直線状や環状等の各種形状の搬送経路を有する搬送装置であっても良い。

1 粉末供給管
2 ミスト噴射ノズル
3 ミスト噴出口
4 不活性ガス噴射口
5 火炎噴出口
6 粉末噴出口
7 ペイオフリール
8 薄板基材予熱器
9 レベラー
10 加熱・均熱装置
11 超急冷遷移制御噴射装置
12 圧延機
13 コイル巻取機
14 離型させた薄板
15 フープ
16 成形金型

Claims

表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属母相からなると共に所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品で有り且つ該薄板状成形品の前記３次元表面形状の突出した表端面及び該表端面と対向する裏面に前記不動態層の表層域の該不動態層を貫通して内部の金属母相と導通するよう導電性材料の一部分が表面に露出して存在し所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有することを特徴とする薄板状成形品。
前記表端面は前記裏面より前記導電性材料が高密度に存在し所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の薄板状成形品。
前記導電性材料が粒状、片状、又は、不定形析出物であって、前記不動態層の表層の全表層域において、表面に露出し且つ前記不動態層を貫通して内部の金属母相と導通するよう存在し所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有していることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の薄板状成形品。
前記金属母相が非晶質であると共に前記導電性材料がＷＣまたは黒鉛であり所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の薄板状成形品。
前記金属母相が、ＳｉおよびＭｎを含む非晶質合金であり所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の薄板状成形品。
前記金属母相が、Fe55Cr10Mo2Ni7Mn1.5P19B3Si2.5、Fe56.6Cr9Ni8Mo2Cu0.2Si2.5Mn1.5Nb0.7P19C0.5、Fe56Cr10Mo2Ni8P19C1Si2.5Mn1.5、またはNi65Cr15P16B4（数値はいずれもat%）の組成にてなる非晶質合金であり所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の薄板状成形品。
前記金属母相を構成する金属材料の粉粒体と該導電性材料の粉粒体よりなる原料金属粉粒体を、所要の溶射ガンを用いて火炎およびアシストガスと共に噴出させつつ溶解し且つ混合し、所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状に対し反転形状として対応する所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な反転３次元表面形状を有する成形金型であって、前記反転３次元表面形状の凹部底面に前記導電性材料が配置され且つ予め所望温度に昇温させた前記成形金型の前記反転３次元表面形状に向けて、火炎と共に所望の距離および角度を以て噴射吹付け、さらに溶解・混合した前記原料金属粉粒体が前記成形金型に到達する以前に前記原料金属粉粒体の周囲に向けて噴射された所望冷媒の噴流により前記原料金属粉粒体の冷却を開始し、所望の凝固状態又は半凝固状態に至った該原料金属粉粒体を前記成形金型の微細な反転３次元表面形状部の凹凸状部に凝着積層させて該凹凸状部の凹部を充満させると共に所望積層厚さに至るまで噴射吹付けして凝着積層させ、その後引き続いて該凝着積層面に対し所望用工具を用いて据え込み圧下成形を加えて所望表面形状を付与した後冷却し、該凝着積層体を前記成形金型から離型して得られる所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の薄板状成形品。
請求項１〜７のいずれかに記載の所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品が所望の深さ及び厚さの溝状の凹凸状部を備えていることを特徴とする固体高分子型燃料電池用セパレータ。
表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属母相を構成する金属材料の粉粒体と導電性材料の粉粒体よりなる原料金属粉粒体を、所要の溶射ガンを用いて火炎およびアシストガスと共に噴出させつつ溶解し且つ混合し、所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状に対し反転形状として対応する所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な反転３次元表面形状を有し予め所望温度に昇温させた成形金型の前記反転３次元表面形状に向けて、火炎と共に所望の距離および角度を以て噴射吹付け、さらに溶解・混合した前記原料金属粉粒体が前記成形金型に到達する以前に前記原料金属粉粒体の周囲に向けて噴射された所望冷媒の噴流により前記原料金属粉粒体の冷却を開始し、所望の凝固状態又は半凝固状態に至った該原料金属粉粒体を前記成形金型の微細な反転３次元表面形状部の凹凸状部に凝着積層させて該凹凸状部の凹部を充満させると共に所望積層厚さに至るまで噴射吹付けして凝着積層させ、その後引き続いて該凝着積層面に対し所望温度域にて所望工具を用いて据え込み圧下成形を加えて所望表面形状を付与した後冷却し、該凝着積層体を前記成形金型から離型して所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品とすることを特徴とする薄板状成形品の製造方法。
前記導電性材料の粉粒体を前記反転３次元表面形状の凹部底面に予めスプレー法あるいは塗布法により付着定着させて配置させた後、凝固状態又は半凝固状態に至った前記原料金属粉粒体を噴射させて凝着積層させることにより所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状の表端面に前記導電性材料を高密度に存在させることを特徴とする請求項９に記載の薄板状成形品の製造方法。
前記凝着積層面に対する所望温度域にての据え込み圧下成形はプレス成形にて成形することを特徴とする請求項９または１０のいずれかに記載の所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品の製造方法。
前記凝着積層面に対する所望温度域にての据え込み圧下成形はロール成形にて成形することを特徴とする請求項９〜１０のいずれかに記載の所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品の製造方法。
表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属母相を構成する金属材料の粉粒体よりなる原料金属粉粒体を、所要の溶射ガンを用いて火炎およびアシストガスと共に噴出させつつ溶解し且つ混合し、所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状に対し反転形状として対応する所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な反転３次元表面形状の凹部底面に前記導電性材料が予めスプレー法あるいは塗布法により配置され且つ予め所望温度に昇温させた成形金型の前記反転３次元表面形状に向けて、火炎と共に所望の距離および角度を以て噴射吹付け、さらに溶解・混合した前記原料金属粉粒体が前記成形金型に到達する以前に前記原料金属粉粒体の周囲に向けて噴射された所望冷媒の噴流により前記原料金属粉粒体の冷却を開始し、所望の凝固状態又は半凝固状態に至った該原料金属粉粒体を前記成形金型の微細な反転３次元表面形状部の凹凸状部に凝着積層させて該凹凸状部の凹部を充満させると共に所望積層厚さに至るまで噴射吹付けして凝着積層させ、その後引き続いて該凝着積層面に対し所望温度域にて所望工具を用いて据え込み圧下成形を加えて所望表面形状を付与した後冷却し、該凝着積層体を前記成形金型から離型して所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品とすることを特徴とする薄板状成形品の製造方法。
前記凝着積層面に予めスプレー法あるいは塗布法により導電性材料の粉粒体を付着定着させて配置させた後、前記凝着積層面に対する所望温度域にての据え込み圧下成形はプレスにて成形することを特徴とする請求項１３に記載の所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品の製造方法。
前記凝着積層面に予めスプレー法あるいは塗布法により導電性材料の粉粒体を付着定着させて配置させた後、前記凝着積層面に対する所望温度域にての据え込み圧下成形はロール成形にて成形することを特徴とする請求項１３に記載の所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品の製造方法。
成形金型の前記微細な反転３次元表面形状の凹部底面に導電性材料の粉粒体を予めスプレー法あるいは塗布法により付着定着させて配置させた後、前記反転３次元表面形状を上面として成形金型を搬送装置の搬送部に載置し、該成形金型が載置された搬送部を予熱のための加熱装置位置に搬送して前記成形金型を所望温度に予熱し、予熱された成形金型が載置された搬送部を前記溶射ガンを具備する溶射部位置に搬送して成形金型の反転３次元表面形状部に前記溶射ガンにより噴射吹付けして表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属母相を凝着積層させ、該凝着積層を積層した成形金型が載置された搬送部を圧下成形部へ搬送して成形金型の凝着積層をプレスにて成形もしくはロール成形により据え込み圧下成形を加えて所望表面形状を付与した後冷却し、該凝着積層体を前記成形金型から離型することを特徴とする請求項９〜１５のいずれかに記載の所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品の製造方法。
前記圧下成形後の前記成形金型から凝着積層体を離型し、離型した前記凝着積層体を別の追加成形金型を使用しての温間でプレスにて追加成形を加えて所望表面形状を付与した後冷却し、該凝着積層体を前記追加成形金型から離型することを特徴とする請求項９〜１６のいずれかに記載の所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品の製造方法。
所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な反転３次元表面形状を有する成形金型の前記反転３次元表面形状を上面として載置し搬送する搬送装置を有し、前記成形金型を予熱するための加熱装置と、所要の溶射ガンを用いて原料金属粉粒体を火炎およびアシストガスと共に噴出させつつ溶解し且つ混合して火炎と共に噴射吹付けながら溶解・混合した前記原料金属粉粒体が前記成形金型に到達する以前に前記原料金属粉粒体の周囲に向けて噴射された所望冷媒の噴流により前記原料金属粉粒体の冷却を開始して所望の凝固状態又は半凝固状態に至った該原料金属粉粒体を噴射吹付けして前記成形金型の微細な反転３次元表面形状部に対して表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属母相を凝着積層させる超急冷遷移制御噴射装置と、前記凝着積層に対し所望温度域にて所望工具を用いて据え込み圧下成形を加える圧下装置と、所望表面形状が付与された凝着積層を有する前記成形金型を冷却する装置と、前記成形金型から凝着積層体である薄板状成形品を離形する離形装置とが、前記搬送装置の搬送経路上にこの順に配置されていることを特徴とする所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品の製造設備。
前記成形金型の前記反転３次元表面形状表面への導電性材料成分の配置を、塗布またはスプレーによって実施する導電材配置装置が、前記搬送装置の搬送経路上の、前記加熱装置よりも上流側の位置に設けられていることを特徴とする請求項１８に記載の所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品の製造設備。
前記搬送装置に加え、前記成形金型より離形した前記薄板状成形品を表面に所望の追加成形形状を有する追加成形金型による温間でのプレス機によるサイジングプレス成形設備もしくは圧延ロールによる温間ロール成形設備をさらに備えることを特徴とする請求項１８または１９のいずれかに記載の所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品の製造設備。
所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な反転３次元表面形状を有する成形金型の前記反転３次元表面形状を上面として載置し搬送する搬送装置を有し、前記成形金型の前記反転３次元表面形状に対し潤滑剤及び離型剤を塗布する工程の潤滑剤・離型剤塗布部、潤滑剤及び離型剤が塗布された前記成形金型の前記反転３次元表面形状に対し導電性材料の粉粒体を塗布またはスプレーによって配置する工程の導電材配置部、前記成形金型を予熱し均熱化する工程の予熱・均熱部、所要の溶射ガンを用いて原料金属粉粒体を火炎およびアシストガスと共に噴出させつつ溶解し且つ混合して火炎と共に噴射吹付けながら溶解・混合した前記原料金属粉粒体が前記成形金型に到達する以前に前記原料金属粉粒体の周囲に向けて噴射された所望冷媒の噴流により前記原料金属粉粒体の冷却を開始して所望の凝固状態又は半凝固状態に至った該原料金属粉粒体を噴射吹付けして前記成形金型の微細な反転３次元表面形状部に対して表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属母相を凝着積層させる工程の超急冷遷移制御噴射成形部、前記凝着積層に対し所望温度域にて所望工具を用いて据え込み圧下成形を加える工程の第1加工部、該第1加工部で所望表面形状が付与された凝着積層を有する前記成形金型を放熱・冷却する工程の放熱・冷却部、前記成形金型から凝着積層体である薄板状成形品を離型させ搬出する工程の離型・製品搬出部、薄板状成形品を離型させた前記成形金型を清掃する工程の成形型清掃部、との各工程が前記搬送装置の搬送経路上にこの順に配置されていることを特徴とする所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品の製造設備。
前記第1加工部の上流に、反転３次元表面形状部に対して表層に不動態層を形成して耐食性を発揮する金属母相を凝着積層させた前記成形金型を予熱し均熱化する工程の予熱・均熱部が配置されていることを特徴とする請求項１９に記載の所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品の製造設備。
所望作業毎のワーク部を搬送する搬送装置を有し、所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な反転３次元表面形状を有する噴射成形型の前記反転３次元表面形状を上面として搬入しセットする工程の噴射成形型設置部、潤滑剤・離型剤塗布部、導電材配置部、予熱・均熱部、超急冷遷移制御噴射成形部、放熱・冷却部、噴射成形型から噴射成形品を離型して該噴射成形品を一旦撤去すると共に前記噴射成形型を搬出する工程の離型・成形品搬出部、撤去した噴射成形品に据え込み圧下成形用の第1加工型を搬入する第1加工型設置部、潤滑剤・離型剤塗布部、前記第1加工型に前記離型・製形品搬出部にて撤去した噴射成形品を搬入してセットする工程の噴射成形品セット部、導電材配置部、予熱・均熱部、噴射成形品に据え込み圧下成形を施す工程の第1加工部、放熱・冷却部、前記噴射成形金型から据え込み圧下成形された第1加工品を離型して一旦撤去すると共に前記第1加工型を搬出する工程の第１加工品離型・搬出部、第２加工以降の据え込み圧下成形用の第２〜第Ｎ加工型を搬入する工程の第２〜第Ｎ加工型設置部、前記第２〜第Ｎ加工型に前記離型・製形品搬出部にて撤去した第１加工品もしくは後記する第Ｎ加工品離型・搬出部にて第Ｎ加工型より離型撤去した第Ｎ加工品を搬入してセットする工程の第Ｎ−１加工品セット部、潤滑剤・離型剤塗布部、予熱・均熱部、第Ｎ−１加工品に据え込み圧下成形を施す工程の第２〜第Ｎ加工部、放熱・冷却部、前記第２〜第Ｎ加工型から据え込み圧下成形された第Ｎ加工品を離型して撤去・搬出すると共に前記第Ｎ加工型を搬出する工程の第Ｎ加工品離型・搬出部の各工程を、前記搬送装置の搬送経路上にこの順に配置されていることを特徴とする所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品の製造設備。
前記搬送装置の搬送経路が環状もしくはレーストラック状あるいは直線状に配置されていることを特徴とする請求項１８〜２３のいずれかに記載の所望の深さ及び厚さの凹凸状部を備えた微細な３次元表面形状を有する薄板状成形品の製造設備。
不動態を表層に形成して耐食性を発揮する金属母相がその表面に溝状の凹凸を有し、当該凹凸を有する面の表面に、導電性材料成分粒子が不動態を貫通するよう固溶することなく存在していることを特徴とする溝付き薄板。
溝状の凹凸を有する金型の表面に導電性材料成分を付着させ、当該表面に噴射することにより当該凹凸を埋める厚さに耐食性合金皮膜を形成し、当該皮膜の形成直後に温間でその皮膜を圧下することにより、
不動態を形成して耐食性を発揮する金属母相の表面に、導電性材料成分が固着した溝状の凹凸を形成することを特徴とする溝付き薄板の製造方法。
表面に溝状の凹凸があり当該表面に導電性材料成分が付着した金型を、当該表面を上にして搬送する搬送装置を有し、
上記金型を予熱するための加熱装置と、金属粉末を火炎とともに噴射して溶融させ、その火炎を冷却ガスにて冷却することにより上記金型の表面に耐食性合金皮膜を形成する急冷式溶射ガンと、形成された直後の上記耐食性合金皮膜を温間で圧下する圧延機とが、上記搬送装置の搬送経路上にこの順に配置されている
ことを特徴とする溝付き薄板の製造設備。