(57)【要約】【課題】  スクリーン印刷後にスクリーン版を燃料電池単セル用セパレータから剥がすときに撓みが生じないようにし、シール層に成形不良が生じないようにする。【解決手段】  メッシュとされたシール層形成用孔２６を形成したスクリーン版２５をセパレータ１１に貼り合わせ、該セパレータ１１に形成された流路部２３及びマニフォルド孔２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの開口周縁部に、スクリーン印刷によってシール層２４を形成する。そして、このシール層形成孔２６のうち、該シール層２４が密集する部分と対応するシール層密集部のメッシュ部のピッチを、他の部分であるシール層過疎部のメッシュ部のピッチよも大きくしたスクリーン版２５を使用してスクリーン印刷する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メッシュとされたシール層形成用孔を形成したスクリーン版を燃料電池単セル用セパレータに貼り合わせ、該燃料電池単セル用セパレータに形成された流路部及び流体ガス通過孔の開口周縁部に、スクリーン印刷によってシール層を形成する燃料電池単セル用セパレータの製造方法において、
前記シール層形成孔のうち、前記シール層が密集する部分と対応する部分のメッシュ部のピッチを、他の部分と対応する部分のメッシュ部のピッチよりも大きくしたスクリーン版を使用してスクリーン印刷する
ことを特徴とする燃料電池単セル用セパレータの製造方法。
【請求項２】
メッシュとされたシール層形成用孔を形成したスクリーン版を燃料電池単セル用セパレータに貼り合わせ、該燃料電池単セル用セパレータに形成された流路部及び流体ガス通過孔の開口周縁部に、スクリーン印刷によってシール層が形成された燃料電池単セル用セパレータにおいて、
前記流体ガス通過孔の開口周縁部に形成されたシール層は、他の部分に対してメッシュ部のピッチが大きいメッシュとされたスクリーン版によって形成された
ことを特徴とする燃料電池単セル用セパレータ。
【請求項３】
燃料電池単セル用セパレータに形成された流路部及び流体ガス通過孔の開口周縁部に、スクリーン印刷によってシール層を形成する燃料電池単セル用セパレータ製造用のスクリーン版において、
前記シール層が密集する部分を形成するシール層形成孔のメッシュ部のピッチを、その他の部分を形成するシール層形成孔のメッシュ部のピッチに対して大きくした
ことを特徴とする燃料電池単セル用セパレータ製造用のスクリーン版。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池単セル用セパレータ製造用のスクリーン版であって、
前記シール層が密集する部分を形成するシール層形成孔のメッシュ部のピッチを、その他の部分を形成するシール層形成孔のメッシュ部のピッチに対して１．２倍以上大きくした
ことを特徴とする燃料電池単セル用セパレータ製造用のスクリーン版。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の燃料電池単セル用セパレータ製造用のスクリーン版であって、
前記シール層が密集する部分が前記流体ガス通過孔の開口周縁部である
ことを特徴とする燃料電池単セル用セパレータ製造用のスクリーン版。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池単セル用セパレータの製造方法、燃料電池単セル用セパレータ及び燃料電池単セル用セパレータ製造用のスクリーン版に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、燃料電池単セルを構成する部品の一つである燃料電池単セル用セパレータには、電解質膜に燃料（水素）を供給する燃料供給路、電解質膜に酸化剤（酸素）を供給する酸化剤供給路、及び燃料電池単セルを冷却水によって冷却するための冷却水供給路である各種流路部と、燃料を燃料供給路に供給するための燃料供給口及び燃料を排出する燃料排出口、酸化剤を酸化剤供給路に供給する酸化剤供給口及び酸化剤を排出する酸化剤排出口などの各種マニホールド孔が形成されている。また、この燃料電池単セル用セパレータには、前記燃料、酸化剤及び冷却水が漏れ出ないようにするためのシール層が、前記流路部及びマニホールド孔の開口周縁部を取り囲むようにして形成されている。
【０００３】
ところで、前記シール層は、スクリーン版を燃料電池単セル用セパレータの上に貼り合わせ、シリコーンゴムを含むコーティング剤をスキージにて刷掃することで燃料電池単セル用セパレータの上に転写させるスクリーン印刷法により形成されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１２３７９６号公報（第３頁、第４図から第６図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この燃料電池単セル用セパレータにおいては、特にマニホールド孔には燃料、酸化剤或いは冷却水が流れることから、当該マニホールド孔の開口周縁部を取り囲むようにシール層が密集する。
【０００５】
このため、スクリーン版を燃料電池単セル用セパレータから剥がすときに、マニホールド孔周縁部が他の部分よりも剥がれ難くなり、厚みの薄いスクリーン版に撓みが生じ成形不良が生じる。また、スクリーン版の取り外し時に、シール層の一部が燃料電池セル用セパレータから剥がれることもある。または、スクリーン版が撓むことによってコーティング剤が燃料電池単セル用セパレータ上にうまく転写されず、該シール層の成形不良が発生することも考えられる。
【０００６】
そこで、本発明は、スクリーン印刷後にスクリーン版を燃料電池単セル用セパレータから剥がすときにセパレータに撓みが生じないようにし、シール層に成形不良が生じない燃料電池単セル用セパレータの製造方法、燃料電池単セル用セパレータ及び燃料電池単セル用セパレータ製造用のスクリーン版を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の燃料電池単セル用セパレータの製造方法は、メッシュとされたシール層形成用孔を形成したスクリーン版を燃料電池単セル用セパレータに貼り合わせ、該燃料電池単セル用セパレータに形成された流路部及び流体ガス通過孔の開口周縁部に、スクリーン印刷によってシール層を形成する。そして、このシール層形成孔のうち、該シール層が密集する部分と対応する部分のメッシュ部のピッチを、他の部分と対応する部分のメッシュ部のピッチよりも大きくしたスクリーン版を使用してスクリーン印刷する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の燃料電池単セル用セパレータの製造方法によれば、スクリーン版に形成されたシール層形成孔のうち、シール層が密集する部分と対応する部分のメッシュ部のピッチを、他の部分と対応する部分のメッシュ部のピッチよりも大きくしたスクリーン版を使用してスクリーン印刷しているので、スクリーン印刷後にスクリーン版を剥がすときに、シール層が密集する部分も他の部分と同様にスクリーン版が撓むことなくスムーズに剥がれる。従って、シール層の一部が剥がれたりすることを防止でき、シール性の高いシール層を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
［燃料電池スタックの全体構成］
本発明を説明する前に、先ず、燃料電池スタックの全体構成について説明する。図１は燃料電池スタックの全体構成を示す斜視図であり、図２は燃料電池単セルの分解斜視図である。
【００１１】
燃料電池スタック１は、図１に示すように、起電力を生じる単位電池としての燃料電池単セル（以下、単にセル２という）を所定数だけ積層した積層体３とし、その積層体３の両端に集電板４、絶縁板５およびエンドプレート６を配置し、積層体３の内部に貫通した貫通孔（図示は省略する）にタイロッド７を貫通させ、そのタイロッド７の端部にナット（図示は省略する）を螺合させることで構成されている。
【００１２】
セル２は、図２に示すように、固体高分子電解質膜８、アノードガス拡散層（燃料極）９、カソードガス拡散層（空気極）１０、燃料電池セル用セパレータであるセパレータ１１、ガスシール１２とにより構成され、例えば１Ｖ程度の起電圧を発生させる。
【００１３】
固体高分子電解質膜８は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜からなる。この固体高分子電解質膜８は、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。
【００１４】
そして、この固体高分子電解質膜８の両面には、電極触媒層である白金または白金と他の金属からなる合金が担持されることにより形成される触媒が塗布されている。アノードガス拡散層９およびカソードガス拡散層１０は、それぞれ電極としての機能と触媒面へのガス拡散機能を有する。これらアノードガス拡散層９およびカソードガス拡散層１０は、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスや、カーボンペーパ、あるいはカーボンフエルトなど、充分なガス拡散性および導電性を有する部材によって構成されている。そして、これらアノードガス拡散層９とカソードガス拡散層１０は、固体高分子電解質膜８を挟み込むようにしてその両面に配置される。この固体高分子電解質膜８をアノードガス拡散層９およびカソードガス拡散層１０で挟み込むことによって、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ）１３が構成される。
【００１５】
セパレータ１１には、アノードガス拡散層９に燃料ガス（水素）を供給するための燃料ガス流路と、カソードガス拡散層１０に酸化剤ガス（空気、または酸素）を供給するための酸化剤ガス通路と、必要に応じて純水などの冷却媒体を流通させる冷却媒体流路などの流路部２３が形成されている。流路部２３は、図２中斜線の領域で示すように、セパレータ１１の外周縁部分を除くセンター領域に形成される。
【００１６】
さらに、セパレータ１１には、タイロッド７を挿通させるための貫通孔２１と、後述する燃料ガス導入口１５、燃料ガス排出口１６、酸化剤ガス導入口１７、酸化剤ガス排出口１８、冷却水導入口１９および冷却水排出口２０と連通する流体ガス通過孔である、それぞれのマニフォルド孔２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃが形成されている。マニフォルド孔２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃは、流路部２３の外周縁近傍部に形成される。例えば、３種類のマニフォルド孔２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃのうち、一つ目のマニフォルド孔２２Ａは燃料ガス供給用で、二つ目のマニフォルド孔２２Ｂは酸化剤ガス供給用で、三つ目のマニフォルド孔２２Ｃは冷却媒体供給用である。
【００１７】
また、このセパレータ１１には、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体の外部漏れを防止するためのシール層２４が形成されている。かかるシール層２４は、後述するスクリーン印刷法によって形成され、流路部２３及びマニフォルド孔２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの開口周縁部を取り囲むようにしてセパレータ１１の主面１１ａよりも一段高い断面矩形状を突状として形成されている。
【００１８】
かかるセパレータ１１は、例えばステンレスなどの金属プレート、または、充分な導電性と耐食性並びに強度を有したカーボンプレートからなる。そして、このセパレータ１１は、矩形状の枠体として形成されたガスシール１２を介してアノードガス拡散層９とカソードガス拡散層１０に取り付けられている。
【００１９】
ガスシール１２は、アノードガス拡散層９とセパレータ１１間およびカソードガス拡散層１０とセパレータ１１間においてガス漏れが生じないようにシールする。なお、ガスシール１２は、シリコーンゴム、ＥＰＤＭ（エチレン・プロピレンゴム）またはフッ素ゴム等のゴム状弾性材料によって形成されている。
【００２０】
燃料電池スタック１は、前記したセル２を多数積層して積層体３を形成し、その積層体３の両端に、集電板４、絶縁板５およびエンドプレート６を配置して構成される。そして、これらをセル積層方向に締め付け、積層体３の内部に貫通した貫通孔にタイロッド７を挿通し、そのタイロッド７の端部にナット（図示は省略する）を螺合し締結することによって燃料電池スタック１が形成される。
【００２１】
集電板４は、各セル２で発生した電気を集電し、その集電した起電力を出力するための出力端子１４を有している。かかる集電板４は、例えば緻密質カーボンや銅板などガス不透過な導電性部材によって形成されている。この一方、絶縁板５は、ゴムや樹脂等の絶縁性部材によって形成されている。エンドプレート4は、剛性を備えた材料、例えば鋼等の金属材料によって形成されている。
【００２２】
タイロッド７は、剛性を備えた材料、例えば鋼等の金属材料によって形成され、セル２同士の電気的短絡を防止するため、表面には絶縁処理をした絶縁被覆層を有している。
【００２３】
そして、このように構成された燃料電池スタック１には、図１に示すように、燃料ガス導入口１５、燃料ガス排出口１６、酸化剤ガス導入口１７、酸化剤ガス排出口１８、冷却水導入口１９および冷却水排出口２０がそれぞれ形成されている。
【００２４】
「スクリーン版の構成及びセパレータの製造方法」
次に、本発明を適用したセパレータ１１の製造方法について図面を参照して説明する。図３はシール層をスクリーン印刷によって形成したときにスクリーン版が撓み易い箇所を表した図、図４はスクリーン版の平面図、図５（Ａ）はマニフォルド孔の開口周縁部にシール層を形成するためのシール層形成孔に形成されたメッシュ部の拡大平面図、図５（Ｂ）はマニフォルド孔以外の開口周縁部にシール層を形成するためのシール層形成孔に形成されたメッシュ部の拡大平面図、図５（Ｃ）はマニフォルド孔の開口周縁部にシール層を形成するためのシール層形成孔に形成されたメッシュ部の拡大断面図、図６はセパレータにスクリーン版を貼り合わせる前の状態を示す工程図、図７はコーティング剤をスクリーン印刷する工程図、図８はスクリーン印刷後にスクリーン版を剥がす工程図、図９は溝有りセパレータの貼り合わせ工程図である。
【００２５】
セパレータ１１に形成されたシール層２４は、スクリーン版をセパレータ１１に貼り合わせコーティング剤をスキージで刷掃し、このコーティング剤を該セパレータ１１上に転写するスクリーン印刷法により形成される。シール層２４は、図２に示すように、流路部２３とマニフォルド孔２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの開口周縁部を取り囲むようにして形成され、特にマニフォルド孔２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの近傍部に密集する。
【００２６】
このように、マニフォルド孔２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの近傍部にシール層２４が密集すると、セパレータ１１を図３に示すように６等分した場合、シール面積が最小となる中央の領域Ｓ１、Ｓ２に対して、シール面積が大きい四隅の領域Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６で、スクリーン印刷後のスクリーン版２５が剥離時に撓み易い。そこで、このスクリーン版２５の撓みを以下のようにして無くす。
【００２７】
すなわち、スクリーン版２５に形成したシール層形成孔２６のうち、マニフォルド孔２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの開口周縁部と対応する位置（図４中丸字で囲まれるＡ部）に形成されるシール層形成孔２６Ａに設けられたメッシュ部（以下、これをシール層密集部のメッシュ部という）のピッチを、その他の部分（図４中丸印で囲まれるＢ部）を形成するシール層形成孔２６Ｂに設けられたメッシュ部（以下、これをシール層過疎部のメッシュ部という）のピッチに対して大きく（荒く）する。
【００２８】
大きく（荒く）する程度は、例えばシール層密集部のメッシュ部のピッチを、シール層過疎部のメッシュ部のピッチに対して１．２倍以上大きくする。１．２倍未満であると、スクリーン版２５をセパレータ１１から剥がすときに撓みが発生し、シール層２４の一部に剥がれが生じ、当該シール層２４の成形不良が発生する。
【００２９】
このメッシュ部は、例えばステンレス板にマスキングを行い、マスクされた部分以外の部分を腐食剤により腐食させて形成される。メッシュ部のピッチの粗さは、その腐食時間の長短によって決まる。例えば、粗さを荒くする場合は、腐食剤による腐食時間を長くする。
【００３０】
そして、上記のように構成されたスクリーン版２５を用いてセパレータ１１にシール層２４を形成するには、次のように行う。先ず、このスクリーン版２５を、図６に示すように、セパレータ１１の上に貼り合わせる。図６は、シール層密集部における図４のＣ−Ｃ線断面図である。次いで、図７に示すように、シリコーンゴムを含むコーティング剤２７をスクリーン版２５上に供給した後、このコーティング剤２７をスキージ２８で刷掃する。すると、メッシュ部を通ってコーティング剤２７がシール層形成孔２６の奥部に入り込む。
【００３１】
そして、スキージ２８によるコーティング剤２７の刷掃作業が終了したら図８に示すようにスクリーン版２５をセパレータ１１から外す。このセパレータ１１を外すことで、セパレータ１１には所定のシール層２４が形成される。このとき、シール層密集部のメッシュ部のピッチをシール層過疎部のメッシュ部よりも大きくしているので、本来外し難いシール層密集部のスクリーン版２５を撓ませることなく剥がすことができる。このため、このシール層密集部におけるシール層２４は、その一部が崩れることなく本来の断面矩形状の形を保持する。
【００３２】
そして最後に、図９に示すように、セパレータ１１上のシール層２４と対応する位置に溝部２９が形成された貼合わせ用セパレータ３０を、前記セパレータ１１に貼り合わせる。このとき、溝部２９の幅Ｗは、一部の欠けも生じないシール層２４とすることができることからその増加したコーティング剤２７の量分だけ広くされている。このセパレータ１１と貼合わせ用セパレータ３０の貼り合わせにより、シール層２４が溝部２９内で隙間無く入り込むため、これら貼合わせ用セパレータ３０とセパレータ１１とが確実に接合一体化される。
【００３３】
「本実施の形態による作用・効果」
以上のように本実施の形態によれば、シール層形成孔２６のうち、シール層密集部のメッシュ部のピッチを、それ以外のシール層過疎部のメッシュ部のピッチに対して大きくしたので、このシール層密集部での貼り付きが緩和され、セパレータ１１からスクリーン版２５を取り外す際に該スクリーン版２５に撓みが生じない。その結果、シール層密集部におけるシール層２４の本来の形を崩すことなく形成でき、シール性をより一層高めることができる。
【００３４】
また、本実施の形態によれば、シール層密集部のメッシュ部のピッチをシール層過疎部のメッシュ部のピッチに対して１．２倍以上大きくしたので、スクリーン版２５をセパレータ１１から剥がすときに撓みの発生が無く、シール層２４の一部が剥がれるような不都合を防止でき、当該シール層２４の成形不良を無くせる。
【００３５】
また、本実施の形態によれば、特にマニフォルド孔２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの開口周縁部を形成するシール層形成孔２６Ａのメッシュ部のピッチをその他の部分よりも大きくしたので、確実にこのマニフォルド孔２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの開口周縁部のシール性を高めることができる。
【００３６】
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に制限されることなく種々の変更が可能である。
【００３７】
例えば、シール層の形状は、図２及び図３に示した形状を一例としたが、本発明はこの形状に制限されない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】燃料電池スタックの全体構成を示す斜視図である。
【図２】燃料電池単セルの分解斜視図である。
【図３】シール層をスクリーン印刷によって形成したときにスクリーン版が撓み易い箇所を表した図である。
【図４】スクリーン版の平面図である。
【図５】図５（Ａ）はマニフォルド孔の開口周縁部にシール層を形成するためのシール層形成孔に形成されたメッシュ部の拡大平面図、図５（Ｂ）はマニフォルド孔以外の開口周縁部にシール層を形成するためのシール層形成孔に形成されたメッシュ部の拡大平面図、図５（Ｃ）はマニフォルド孔の開口周縁部にシール層を形成するためのシール層形成孔に形成されたメッシュ部の拡大断面図である。
【図６】セパレータにスクリーン版を貼り合わせる前の状態を示す工程図である。
【図７】コーティング剤をスクリーン印刷する工程図である。
【図８】スクリーン印刷後にスクリーン版を剥がす工程図である。
【図９】溝有りセパレータの貼り合わせ工程図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…燃料電池スタック
２…燃料電池単セル（セル）
３…積層体
４…集電板
５…絶縁板
６…エンドプレート
８…固体高分子電解質膜
９…アノードガス拡散層（ガス拡散層）
１０…カソードガス拡散層（ガス拡散層）
１１…セパレータ（燃料電池セル用セパレータ）
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ…マニフォルド孔（流体ガス通過孔）
２３…流路部
２４…シール層
２５…スクリーン版
２６（２６Ａ、２６Ｂ）…シール層形成孔
２７…コーティング剤
２８…スキージ
２９…溝部
３０…貼合わせ用セパレータ
【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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