(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池用セパレータの基材上に導電膜を成膜するに際し、基材が所定の体勢となるように基材を保持することでカーボン除去の作業性の向上を図る成膜治具を提供する。【解決手段】燃料電池用セパレータの基材上に導電膜を成膜するときに基材を保持する成膜治具１００は、成膜室２００に固定されるバスバー１３０と、バスバーを保護するためのカバー１４０と、下端部がバスバーに固定される一対の脚部１１１、および、一対の脚部のそれぞれの上端部を互いに接続する梁部１１２と、を有するフレーム部材１１０と、を備え、カバーは一対の脚部の間に配置されており、一対の脚部のそれぞれの脚部は、梁部に固定される上側脚部と、バスバーに固定される下側脚部とを含んで構成され、下側脚部と上側脚部とは、脱着可能に接続され、下側脚部と上側脚部とを分離することによって、カバーを取り出し可能に構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜装置によって、燃料電池用セパレータの基材上に導電膜を成膜するときに前記成膜装置が備える成膜室の内側において前記基材が所定の体勢となるように前記基材を保持する成膜治具であって、
前記成膜室の内側に脱着可能に固定されるバスバーと、
前記バスバーを保護するためのカバーと、
下端部が前記バスバーに脱着可能に固定される一対の脚部と、前記一対の脚部のそれぞれの上端部を互いに接続する梁部と、前記梁部の下方に設置されて前記基材を把持する把持部と、を有するフレーム部材と、を備え、
前記カバーは、前記フレーム部材の前記一対の脚部の間に配置されており、
前記一対の脚部のそれぞれの脚部は、前記梁部に固定される上側脚部と、前記バスバーに脱着可能に固定される下側脚部とを含んで構成され、
前記下側脚部と前記上側脚部とは、脱着可能に接続されており、前記下側脚部と前記上側脚部とを分離することによって、前記カバーを取り出し可能な、成膜治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用セパレータの基材上に導電膜を成膜するときに基材が所定の体勢となるように基材を保持する成膜治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、燃料電池用セパレータの一つとして、金属板等の導電性の基材上に、カーボン薄膜を形成したものが知られている。基材上にカーボン薄膜を形成する方法としては、例えば、プラズマＣＶＤ（plasma CVD: plasma-enhanced chemical vapor deposition）法が知られている（特許文献１）。プラズマＣＶＤ法とは、成膜室内にワーク（基材）を配置して成膜室内を昇温させると共に真空とし、成膜のための原料ガスを成膜室内に導入し、成膜室内でプラズマを発生させて基材上に膜材料を付着させる成膜方法である。
【０００３】
プラズマＣＶＤ法により基材上にカーボン薄膜を形成する際には、成膜室内で基材を所定の体勢で保持するための成膜治具の表面にもカーボンが堆積する場合がある。成膜治具の表面にカーボンが堆積すると、例えば、堆積したカーボンが剥離して基材に付着し、基材上のカーボン薄膜の品質を低下させる可能性があった。そのため、従来から、成膜治具の表面に堆積したカーボンを定期的に除去する作業がおこなわれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２０４１１８号公報
【特許文献２】特開２０１１−０４０５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、成膜治具の表面に堆積したカーボンを除去する作業の効率性に関しては、なお、改善の余地があった。例えば、成膜治具の一例として、成膜室の内側に脱着可能に固定される棒状のバスバーと、このバスバーを保護するためのカバーと、コの字型の外形を備え、脚部がバスバーに固定されるフレーム部材であって、フレームの内側に基材を保持するフレーム部材とを備える成膜治具が知られている。この成膜治具のカバーには、カーボンが堆積するため、定期的に交換する必要がある。カバーは、フレーム部材の脚部が挿通された状態でバスバーを覆っているため、取り換える際には、フレーム部材を取り外す必要があった。しかし、フレーム部材とバスバーとを締結するボルトはこのカバーに覆われているため、このボルトを取り外す前にカバーを上方に持ち上げて仮止めする必要があった。このように、カバーの交換に要する作業手順についても十分な効率化が図られているとはいえず、なお、改善の余地があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本願発明は、以下の形態として実現することが可能である。
【０００７】
（１）  成膜装置によって、燃料電池用セパレータの基材上に導電膜を成膜するときに前記成膜装置が備える成膜室の内側において前記基材が所定の体勢となるように前記基材を保持する成膜治具が提供される。この成膜治具は、前記成膜室の内側に脱着可能に固定されるバスバーと、前記バスバーを保護するためのカバーと、下端部が前記バスバーに脱着可能に固定される一対の脚部と、前記一対の脚部のそれぞれの上端部を互いに接続する梁部と、前記梁部の下方に設置されて前記基材を把持する把持部と、を有するフレーム部材と、を備え、前記カバーは、前記フレーム部材の前記一対の脚部の間に配置されており、前記一対の脚部のそれぞれの脚部は、前記梁部に固定される上側脚部と、前記バスバーに脱着可能に固定される下側脚部とを含んで構成され、前記下側脚部と前記上側脚部とは、脱着可能に接続されており、前記下側脚部と前記上側脚部とを分離することによって、前記カバーを取り出し可能に構成されている。
この構成によれば、フレーム部材の下側脚部と上側脚部とを分離することによって、カバーを取り出すことができるため、カバーの交換に要する作業手順の簡素化を図ることができる。すなわち、この構成によれば、カバーを容易に取り外すことができるため、カーボンを除去する作業の効率性の向上を図ることができる。
【０００８】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、成膜治具を含んで構成される成膜装置、成膜治具の分解方法、セパレータの製造装置、成膜治具の表面に堆積したカーボンの除去方法などの形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係る成膜治具を含んで構成される成膜装置の概略構成を例示した説明図である。
【図２】第１実施形態に係る成膜治具の概略構成を例示した説明図である。
【図３】第１実施形態に係る成膜治具の分解手順を例示したフローチャートである。
【図４】上側フレーム部材を取り外した状態を例示した説明図である。
【図５】カバーを取り外した状態を例示した説明図である。
【図６】バスバーを取り外した状態を例示した説明図である。
【図７】比較例に係る係る成膜治具の概略構成を例示した説明図である。
【図８】比較例に係る成膜治具の分解手順を例示したフローチャートである。
【図９】カバーの仮止めをおこなった状態を例示した説明図である。
【図１０】上側フレーム部材を取り外した状態を例示した説明図である。
【図１１】カバーを取り外した状態を例示した説明図である。
【図１２】バスバーを取り外した状態を例示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態に係る成膜治具１００を含んで構成される成膜装置１０の概略構成を例示した説明図である。図１（ａ）は、成膜装置１０の全体構成を示しており、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面を示している。成膜装置１０は、いわゆるプラズマＣＶＤ法（plasma CVD； plasma-enhanced chemical vapor deposition）によって、成膜対象である燃料電池用セパレータの基材ＳＰの表面全体にカーボン薄膜を形成する。成膜装置１０によって基材ＳＰに成膜されるカーボン薄膜の構造は、アモルファス構造や、グラファイト構造であってもよいし、これら以外の構造であってもよい。基材ＳＰは平板状の金属によって構成されている。
【００１１】
成膜装置１０は、成膜治具１００と、成膜室２００と、対極板２５０と、原料ガス供給部３００と、ガス排出部４００と、電源部５００と、を備えている。成膜治具１００は、成膜対象となる基材ＳＰを所定の体勢で保持するための治具であり、具体的な構成については後述する。成膜室２００は、内部に密閉空間が形成されたいわゆるチャンバーであり、この密閉空間には基材ＳＰを把持した状態の成膜治具１００が配置される。対極板２５０（図１（ｂ））は、導電性を有する平板状の部材であり、成膜室２００の内部において、基材ＳＰの両主面にそれぞれ対向するように配置されている。
【００１２】
原料ガス供給部３００は、成膜室２００の内部に原料ガスを供給するための機構部であり、ガスタンク３１０と、供給管３２０と、弁３３０と、シャワー管３４０と、を備えている。ガスタンク３１０に充填されている原料ガスは、弁３３０を開弁したときに、供給管３２０を介してシャワー管３４０に供給され、シャワー管３４０が備える複数の孔から成膜室２００の内部の基材ＳＰに向かって噴射される。原料ガスとしては、種々の炭化水素ガスを用いることができる。例えば、ベンゼン、トルエン、キシレンおよびナフタレンなどの芳香族炭化水素を用いることができる。また、窒素および／またはケイ素を含有する原料ガスを用いて、窒素および／またはケイ素を含有するカーボン薄膜を形成してもよい。なお、原料ガス供給部３００は、成膜時に、上記原料ガスとともにキャリアガスを成膜室２００に導入するように構成されていてもよい。キャリアガスとしては、例えば、水素ガスおよびアルゴンガスから選択されるガスを用いることができる。
【００１３】
ガス排出部４００は、成膜室２００の内部から成膜に使用されなかった原料ガスを含むガスを成膜室２００の外部に排出するための機構部であり、排気ポンプ４１０と、排気管４２０とを備えている。排気ポンプ４１０の駆動によって、成膜室２００の内部のガスは排気管４２０から成膜室２００の外部に排出される。電源部５００は、基材ＳＰと対極板２５０との間において、原料ガスをプラズマ化するための電場を発生させるための電圧印加装置である。電源部５００は、プラス極が対極板２５０に電気的に接続され、マイナス極が基材ＳＰに電気的に接続される。
【００１４】
成膜装置１０によって基材ＳＰの成膜処理をおこなう際には、成膜装置１０が備える図示しない真空ポンプを駆動させて成膜室２００の内部を真空化し、電源部５００によって電圧を印加して基材ＳＰと対極板２５０との間に電場を発生させる。また、図示しないヒータによって、成膜室２００の室温を高温（３５０〜４００℃程度）にした状態で、原料ガス供給部３００の弁３３０を開弁させて原料ガスを成膜室２００に供給する。これによって、原料ガスがプラズマ化し、炭素原子の陽イオンが、マイナス極である基材ＳＰの表面に付着し、カーボン薄膜が形成される。なお、成膜装置１０は、成膜処理に先だって前処理をおこなう場合には、原料ガス供給部３００によって前処理に要するガスを成膜室２００に導入させてもよい。
【００１５】
図２は、第１実施形態に係る成膜治具１００の概略構成を例示した説明図である。図２の下方側は鉛直方向下方を示している。成膜治具１００は、ロの字型の枠形状を有しており、枠の内側において基材ＳＰを保持する。成膜治具１００は、フレーム部材１０５と、バスバー１３０と、カバー１４０と、を含んで構成されている。
【００１６】
フレーム部材１０５は、上側フレーム部材１１０と、一対の下側脚部材１２０とを含んで構成されている。上側フレーム部材１１０は、下方側（図２の下方側）が開放したコの字状の外形を備えており、中空の角棒によって形成されている。上側フレーム部材１１０は、一対の脚部１１１と、梁部１１２とを備えている。一対の脚部１１１は、それぞれ下端部が下側脚部材１２０に接続され、上端部が梁部１１２に固定されている。脚部１１１の下端部には、内側の中空部１１３と連通する開口部１１４が形成されており、この開口部１１４を介して下側脚部材１２０が中空部１１３に挿入されることによって、上側フレーム部材１１０と下側脚部材１２０とが接続されている。梁部１１２は、一対の脚部１１１のぞれぞれの上端部を互いに接続するように、一方の脚部１１１の上端部から他方の脚部１１１の上端部に架け渡されている。梁部１１２は、一方の脚部１１１と他方の脚部１１１との間に複数の把持部１１５が設けられている。把持部１１５は、一対の脚部１１１の間において基材ＳＰの端部を把持する。把持された基材ＳＰは、主面が鉛直方向に沿うように一対の脚部１１１の間に固定される。
【００１７】
下側脚部材１２０は、中実の角棒によって形成され、上端部に突起部１２１が形成されている。突起部１２１は、延伸方向と直交する方向の幅が下側脚部材１２０の突起部１２１以外の部分よりも小さい形状を有している。下側脚部材１２０は、下端部がバスバー１３０に固定され、突起部１２１を含む上端部が上側フレーム部材１１０に接続されている。下側脚部材１２０の上端部は、突起部１２１が脚部１１１の中空部１１３に差し込まれた状態で脚部１１１の外側から突起部１２１に向けてボルトＢ１が挿入される。脚部１１１と突起部１２１とは、ボルトＢ１によって、脱着可能に互いに固定される。下側脚部材１２０の下端部は、ボルトＢ３によって、バスバー１３０に脱着可能に固定される。
【００１８】
フレーム部材１０５は、上側フレーム部材１１０と下側脚部材１２０とを含んでいるため、全体として、フレーム部材１０５の脚部が上側脚部と下側脚部に分割可能に構成されている。具体的には、フレーム部材１０５の脚部は、上側脚部としての上側フレーム部材１１０の脚部１１１と、下側脚部としての下側脚部材１２０との間で分割可能に構成されている。本実施形態において、上側フレーム部材１１０の脚部１１１は、特許請求の範囲の「上側脚部」に該当し、下側脚部材１２０は、特許請求の範囲の「下側脚部」に該当する。
【００１９】
バスバー１３０は、矩形断面を有する棒状の電極部材であり、電源部５００（図１）のマイナス極に電気的に接続されている。バスバー１３０の両端部には、それぞれ、下側脚部材１２０が脱着可能に固定されている。バスバー１３０は、ボルトＢ４によって、スライダ２６０に脱着可能に固定されている。
【００２０】
カバー１４０は、成膜処理時にバスバー１３０の表面にカーボンが堆積しないようにバスバー１３０を保護する部材であり、一対の下側脚部材１２０の間に配置されている。カバー１４０は、バスバー１３０の形状に沿うように平板の端部が折り曲げられ、下部が開放した箱形の外形を有しており、この箱形の内側にバスバー１３０が位置するように配置されている。カバー１４０は、バスバー１３０との間に原料ガスが流入しないように、バスバー１３０の上部と側面部のほか、ボルトＢ３を被覆している。カバー１４０の上部には、下側脚部材１２０を挿通させるための開口部が形成されている。
【００２１】
スライダ２６０は、成膜室２００（図１）の底面部に接続されており、上部に成膜治具１００が固定される。スライダ２６０は図示しない滑動機構を備えており、上部に固定された成膜治具１００を成膜室２００から出し入れ可能に構成されている。
【００２２】
成膜装置１０の成膜処理を連続しておこなうと、成膜治具１００の表面でカーボンの堆積と剥離が繰り返される。剥離したカーボンは、成膜室２００内において、異常放電等の原因となり、設備（装置）の異常停止等が生じる場合がある。また、剥離したカーボンが基材ＳＰに再付着すると基材ＳＰ上のカーボン薄膜の品質を低下させる可能性がある。特に、カバー１４０や、上側フレーム部材１１０とバスバー１３０との接合部にカーボンが堆積しやすく定期的にカーボンを除去する必要がある。このことから、成膜治具１００は、洗浄やカバー１４０の交換のために定期的に分解する必要がある。以下では、図３〜図６を用いて成膜治具１００の分解手順について説明する。
【００２３】
図３は、第１実施形態に係る成膜治具１００の分解手順を例示したフローチャートである。図４は、上側フレーム部材１１０を取り外した状態を例示した説明図である。図５は、カバー１４０を取り外した状態を例示した説明図である。図６は、バスバー１３０を取り外した状態を例示した説明図である。
【００２４】
成膜治具１００を分解するにあたり、まず、ボルトＢ１の取り外しと上側フレーム部材１１０の取り外しをおこなう（図３、ステップＳ１２０、Ｓ１３０）。具体的には、図４に示すように、まず、ボルトＢ１を取り外し、上側フレーム部材１１０の脚部１１１と下側脚部材１２０との間の締結を解除する。その後、上側フレーム部材１１０を上方に引き抜くことによって、上側フレーム部材１１０の脚部１１１と下側脚部材１２０とを分離する。このとき、上側フレーム部材１１０は基材ＳＰを把持したままの状態であってもよい。
【００２５】
上側フレーム部材１１０を取り外した後、カバー１４０の取り外しをおこなう（図３、ステップＳ１４０）。具体的には、図５の破線で示すように、カバー１４０は、開口部（図示しない）に下側脚部材１２０が挿通された状態で配置されている。このカバー１４０を上方に移動させることによって、カバー１４０の開口部から下側脚部材１２０を抜き出すことができる。下側脚部材１２０の上端部は、上側フレーム部材１１０と接続されていないため、カバー１４０は、下側脚部材１２０から抜き出すことによってそのまま取り外すことができる。
【００２６】
カバー１４０を取り外した後、ボルトＢ３、Ｂ４の取り外しとバスバー１３０の取り外しをおこなう（図３、ステップＳ１５０、Ｓ１６０）。具体的には、図６に示すように、ボルトＢ３の取り外しによって、下側脚部材１２０とバスバー１３０とを分離することができる。また、ボルトＢ４の取り外しによって、バスバー１３０をスライダ２６０から取り外すことができる。なお、バスバー１３０を取り換えるときは、ボルトＢ３を取り外さず、下側脚部材１２０とバスバー１３０とが接続された状態でスライダ２６０から取り外してもよい。
【００２７】
Ｂ．比較例：
図７は、比較例に係る係る成膜治具１００Ａの概略構成を例示した説明図である。
比較例の成膜治具１００Ａは、第１実施形態の成膜治具１００（図２）と比較すると、下側脚部材１２０（図２）を備えておらず、上側フレーム部材１１０ａのみによってフレーム部材が構成されている点が異なる。そのため、比較例の成膜治具１００Ａは、上側フレーム部材１１０ａの脚部１１１ａがボルトＢ３によって直接、バスバー１３０に接続されている。比較例の成膜治具１００Ａの分解手順について、図８〜図１２を用いて説明する。
【００２８】
図８は、比較例に係る成膜治具１００Ａの分解手順を例示したフローチャートである。図９は、カバー１４０の仮止めをおこなった状態を例示した説明図である。図１０は、上側フレーム部材１１０ａを取り外した状態を例示した説明図である。図１１は、カバー１４０を取り外した状態を例示した説明図である。図１２は、バスバー１３０を取り外した状態を例示した説明図である。
【００２９】
成膜治具１００Ａを分解するにあたり、まず、基材ＳＰの取り外しをおこなう（ステップＳ１００）。これは、次のステップＳ１１０において、カバー１４０を上方に移動させたときに、カバー１４０が基材ＳＰ（図９の破線）と干渉しないようにするためである。基材ＳＰを取り外した後、カバー１４０を上方に移動させ、仮止めをおこなう（ステップＳ１１０）。具体的には、図９に示すように、カバー１４０を脚部１１１ａに沿って上方に移動させ、仮止部材１７０によって、カバー１４０が下方に移動しないように仮固定をおこなう。これは、カバー１４０は、バスバー１３０の側面部のボルトＢ３を被覆するように配置されており、上方に移動させないと、ボルトＢ３を取り外すことができないためである。一方、カバー１４０は、上側フレーム部材１１０がバスバー１３０に接続された状態では取り外すことができないため、一時的に仮止めする必要がある。
【００３０】
カバー１４０の仮止めの後、ボルトＢ３の取り外しと上側フレーム部材１１０の取り外しをおこなう（図８、ステップＳ１２５、Ｓ１３０）。図１０に示すように、ボルトＢ３を取り外し、バスバー１３０と上側フレーム部材１１０との間の締結を解除することによって、上側フレーム部材１１０をバスバー１３０から取り外すことができる。上側フレーム部材１１０を取り外した後、カバー１４０の取り外しをおこなう（図８、ステップＳ１４０）。具体的には、図１１に示すように、仮止部材１７０を取り外し、カバー１４０を脚部１１１ａに沿って下方に移動させることによって、カバー１４０の開口部（図示しない）から脚部１１１ａを抜き出すことができる。脚部１１１ａの下端部は、バスバー１３０と接続されていないため、カバー１４０は、脚部１１１ａから抜き出すことによってそのまま取り外すことができる。
【００３１】
カバー１４０を取り外した後、ボルトＢ４の取り外しとバスバー１３０の取り外しをおこなう（図８、ステップＳ１５５、Ｓ１６０）。具体的には、図１２に示すように、ボルトＢ４の取り外しによって、バスバー１３０をスライダ２６０から取り外すことができる。
【００３２】
第１実施形態の成膜治具１００の分解手順（図３）と、比較例の成膜治具１００Ａの分解手順（図８）とを比較すると、比較例の成膜治具１００Ａは、基材ＳＰの取り外し（ステップＳ１００）やカバー１４０の仮止め（ステップＳ１１０）が余計に必要になっていることがわかる。すなわち、第１実施形態の成膜治具１００によれば、基材ＳＰを上側フレーム部材１１０から取り外すことなくカバー１４０を取り外すことができ、また、カバー１４０を仮止めすることなく取り出すことができる。よって、第１実施形態の成膜治具１００によれば、比較例の成膜治具１００Ａと比較して、カバー１４０の交換を含むカーボンを除去する作業の効率性の向上を図ることができる。
【００３３】
Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施形態や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００３４】
Ｃ−１．変形例１：
第１実施形態の成膜治具１００は、カバー１４０を取り外すことなくボルトＢ４を取り外し可能な構成であれば、カバー１４０とバスバー１３０とを同時に交換することができる。このように構成されていれば、カーボンを除去する作業の効率性をさらに向上させることができる。
【００３５】
Ｃ−２．変形例２：
第１実施形態として示した成膜治具１００の構成はその一例であり、本発明は、第１実施形態で示した成膜治具１００以外の構成であっても実現することができる。例えば、上側フレーム部材１１０の形状は、四角形状に限定されず、三角形や円形、楕円形であってもよい。上側フレーム部材１１０は、複数の部材によって構成されていてもよい。カバー１４０は、一対の下側脚部材１２０の間ではなく、一対の脚部１１１の間に配置されていてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１０…成膜装置
１００、１００Ａ…成膜治具
１０５…フレーム部材
１１０、１００ａ…上側フレーム部材
１１１、１１１ａ…脚部
１１２…梁部
１１３…中空部
１１４…開口部
１１５…把持部
１２０…下側脚部材
１２１…突起部
１３０…バスバー
１４０…カバー
１７０…仮止部材
２００…成膜室
２５０…対極板
２６０…スライダ
３００…原料ガス供給部
３１０…ガスタンク
３２０…供給管
３３０…弁
３４０…シャワー管
４００…ガス排出部
４１０…排気ポンプ
４２０…排気管
５００…電源部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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