(57)【要約】【課題】セパレータと膜電極接合体との接触抵抗が大きいこと。【解決手段】（Ａ）ガラス板３００上にリブ１２４がスクリーン印刷によって生成され、メタルマスク２００が取り除かれる。（Ｂ）リブ１２４を基材１２２に結合させる。（Ｃ）ガラス板３００が分離される。（Ｄ）セパレータ１２０によって膜電極接合体１１０を狭持する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に突起が形成された燃料電池用セパレータを生産する方法であって、
スクリーン印刷によって前記突起を平面に形成する印刷工程と、
前記平面に対しての結合部分を先端にして、前記突起を前記基材に移植する移植工程と
を含む燃料電池用セパレータの生産方法。
【請求項２】
請求項１に記載の生産方法であって、
前記平面は、前記基材とは別の仮基材の表面であり、
前記移植工程は、
前記仮基材に形成された突起の先端を、前記基材に結合させる結合工程と、
前記突起と前記仮基材とを分離する工程とを含む
燃料電池用セパレータの生産方法。
【請求項３】
前記仮基材は、ガラス板である請求項２に記載の生産方法。
【請求項４】
前記結合工程は、前記突起の先端を前記基材に押しつける工程である
請求項２又は請求項３に記載の生産方法。
【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生産に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクリーン印刷によって突起を基材に形成する手法が知られている。この突起は、燃料電池用セパレータの一部となって流路を形成する（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１２９２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記先行技術が有する課題は、セパレータと膜電極接合体との接触抵抗が大きいことである。セパレータは、上記の突起の先端において、膜電極接合体の表面に位置する拡散層と接触する。よって、セパレータと拡散層との接触抵抗は、突起と拡散層との接触抵抗である。突起と拡散層との接触抵抗は、突起と拡散層との真実接触面積が小さくなればなる程、大きくなる傾向にある。この真実接触面積は、突起先端の表面が粗ければ粗いほど、小さくなる傾向にある。
【０００５】
先行技術によると、突起先端の表面が粗かった。スクリーン印刷によって突起を形成する方法は、例えば、マスクにインクを流し込む工程と、インクが固まった後、マスクを抜く工程とを含む。このマスクを抜く工程が、突起先端を粗くし、上記の課題を引き起こしていた。その他、燃料電池用セパレータの生産における低コスト化、省資源化、生産の容易化、使い勝手の向上等が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためのものであり、以下の形態として実現できる。
【０００７】
（１）本発明の一形態によれば、基材に突起が形成された燃料電池用セパレータを生産する方法が提供される。この生産方法は；スクリーン印刷によって前記突起を平面に形成する印刷工程と；前記平面に対しての結合部分を先端にして、前記突起を前記基材に移植する移植工程とを含む。この生産方法によれば、基材に移植された突起の先端を滑らかにすることができる。基材に移植された突起の先端は、印刷工程においては結合部分（根本）であるので、スクリーン印刷によって粗くなることがないからである。
【０００８】
（２）上記形態の生産方法において；前記平面は、前記基材とは別の仮基材の表面であり；前記移植工程は；前記仮基材に形成された突起の先端を、前記基材に結合させる結合工程と；前記突起と前記仮基材とを分離する工程とを含む。この生産方法によれば、仮基材に形成された突起の配列を転写できる。移植工程において転写された配列は、印刷された配列に対して鏡映対称となる。
【０００９】
（３）上記形態の生産方法において、前記仮基材は、ガラス板である。この生産方法によれば、基材に移植された突起の先端を容易に滑らかにできる。基材に移植された突起の先端は、仮基材と接着していた部位である。仮基材と接触していた部位の粗さは、仮基材の表面粗さに依存する。ガラス板は表面を滑らかにするのが容易なので、基材に移植された突起の先端を滑らかするのが容易になる。
【００１０】
（４）上記形態の生産方法において、前記結合工程は、前記突起の先端を前記基材に押しつける工程である。この生産方法によれば、容易に突起を基材に結合させることができる。
【００１１】
本発明は、上記以外の種々の形態でも実現できる。例えば、燃料電池用セパレータの生産以外の目的に応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】単セルの断面図。
【図２】セパレータの生産工程を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、単セル１００の断面を示す。複数の単セル１００が積層されることによって、燃料電池スタックを構成する。単セル１００は、膜電極接合体１１０と、セパレータ１２０とを備える。セパレータ１２０は、膜電極接合体１１０を狭持する。
【００１４】
セパレータ１２０は、基材１２２と、複数のリブ１２４とを備える。先述した膜電極接合体１１０の狭持は、より詳しく言うと、膜電極接合体１１０の表面に配置される拡散層を、複数のリブ１２４が挟持することである。リブ１２４は、互いに間隔をとって、基材１２２の片面に配列する。この間隔によって形成される隙間が、燃料ガス又は酸化ガスの流路となる。なお、セパレータ１２０は、実際には両面にリブ１２４を備え、両面において別々の膜電極接合体１１０を狭持するが、その図示は省略する。
【００１５】
図２は、セパレータ１２０の生産工程と、セパレータ１２０によって膜電極接合体１１０を狭持する工程とを示す。図２（Ａ）は、ガラス板３００上にリブ１２４がメタルマスク２００を用いたスクリーン印刷によって形成された後、メタルマスク２００が取り除かれる工程Ａを示す。スクリーン印刷に用いられるインクは、導電性を有する。例えば、グラファイトが８５質量％、カーボンブラックが１５質量％、バインダをカーボン総量に対して１％質量添加し、水に分散させた５０質量％のスラリを、インクとして用いる。カーボン総量とは、グラファイトの質量と、カーボンブラックの質量との合計である。
【００１６】
図２（Ａ）に示されるように、メタルマスク２００が取り除かれることによって、リブ１２４の先端が粗くなる。具体的には、リブ１２４の外周部がメタルマスク２００の移動に伴って変形させられることによって、図２（Ａ）に示されるようにリブ１２４の先端に角が立った状態になる。
【００１７】
図２（Ｂ）は、リブ１２４を基材１２２に結合させる工程Ｂを示す。基材１２２は、導電性を有するガス不透過の板状部材（例えばチタン箔）によって構成される。この結合は、基材１２２に対して、リブ１２４の先端を押しつけることによって行う。この押しつけは、リブ１２４を介して基材１２２とガラス板３００とを互いに押しつけることによって行う。
【００１８】
図２（Ｃ）は、ガラス板３００を分離させる工程Ｃを示す。ガラス板３００が分離することによって、ガラス板３００から基材１２２へのリブ１２４の移植が実現する。この移植に伴って、ガラス板３００に結合していた部位（根本）が、リブ１２４の新たな先端として露出する。図２（Ｃ）に示されるように、リブ１２４の新たな先端は、スクリーン印刷によって形成される先端に比べて滑らかである。この滑らかさは、ガラス板３００の表面粗さに依存するので、ガラス板３００の表面は滑らかなのが好ましい。
【００１９】
図２（Ｄ）は、セパレータ１２０によって膜電極接合体１１０を挟持する工程Ｄを示す。この狭持にはセパレータ１２０が２つ必要だが、図２（Ｄ）には１つだけのセパレータが示される。リブ１２４の新たな先端は滑らかなので、拡散層との真実接触面積は、従来に比べて大きくなる。
【００２０】
リブ１２４の乾燥による硬化は、何れの段階で実行しても良い。例えば、工程Ｂと工程Ｃとの間に実行しても良い。このようにすれば、工程Ｂの段階では、リブ１２４が硬化していないので、工程Ａによって粗くなった表面を、工程Ｂの押しつけによって滑らかになりやすい。さらに、工程Ｃの前に硬化させることによって、リブ１２４とガラス板３００との接触力が弱まり、工程Ｃにおける分離が容易になる。
【００２１】
表１は、実施例と比較例との接触抵抗の測定結果を示す。
【表１】
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この測定に用いたリブ１２４は、高さを２ｍｍ、断面形状を０．２ｍｍ四方とした。リブ１２４同士の間隔は、縦横それぞれ０．４ｍｍとした。ガラス板３００は、１００ｍｍ四方、厚さを３ｍｍとし、印刷面の最大高さＲｍａｘは０．８Ｓであった。基材１２２は、１００ｍｍ四方、厚さを０．１ｍｍとした。リブ１２４の基材１２２への結合は、リブ１２４と基材１２２との面圧を０．１ＭＰａ、１分間の条件で実行した。リブ１２４の硬化は、１０分間、１００℃で乾燥させることによって実行した。拡散層の形状は、１００ｍｍ四方とした。
【００２２】
リブ１２４の移植を行わず、従来通り基材１２２にリブ１２４をスクリーン印刷したものを比較例とした。移植に関する条件以外は、実施例と比較例とを同じ条件にした。
【００２３】
接触抵抗の測定は、３回、実行した。表１に示される「平均」「最大」「最小」は、３回の測定結果に基づく。この測定は、拡散層とリブ１２４との面圧を１．２ＭＰａに保持しながら実行した。表１に示されるように、比較例に比べ、実施例は接触抵抗が約１／３に低減されている。接触抵抗の低減は、燃料電池の性能向上に貢献する。
【００２４】
ところで、図２（Ａ）に示されるようにリブ１２４の先端に角が立った状態になる原因の１つは、スクリーン印刷に用いられるインクの粘度が高いことである。よって、インクの粘度を低くすれば、角が立ちにくくなり、接触抵抗を低減できる。しかし、インクの粘度を低くすれば、スクリーン印刷後のリブ１２４の形状保持性が低下する。形状保持性の低下は、スクリーン印刷の不良を増加させる。本実施形態による効果は、このようなジレンマを解消する点において顕著なものである。
【００２５】
基材１２２に形成されるリブ１２４の配置は、ガラス板３００に印刷されるリブ１２４の配置と鏡映対称（面対称）の関係にある。この関係に従って、メタルマスク２００のパターンを設定すれば、所望の形状のセパレータ１２０を生産できる。例えば、従来技術に用いていたメタルマスクを上下反転させて用いることによって実現できる。
【００２６】
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することできる。
【００２７】
スクリーン印刷に用いる仮基材は、ガラス板でなくても、例えば金属板などでも良い。
リブ１２４と基材１２２との結合は、例えば、接着剤による接着によって実現しても良い。
スクリーン印刷を基材１２２に行い、リブ１２４を基材１２２から剥がし、先端と根本（結合部分）とを入れ替えつつ再び基材１２２に結合させても良い。このようにすれば、ガラス板などの仮基材を用いなくても済む。
【符号の説明】
【００２８】
１００…単セル
１１０…膜電極接合体
１２０…セパレータ
１２２…基材
１２４…リブ
２００…メタルマスク
３００…ガラス板
【図１】
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【図２】
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