(57)【要約】【課題】燃料電池用のセパレータに設けられる流体流路の形状保持性を向上するとともに、その成形性を向上させる技術を提供する。【解決手段】燃料電池に用いられるアノードセパレータ２０を以下の工程で製造する。（ａ）導電性の基板２１を準備する。（ｂ）導電性のペースト６０に骨格部材４０を混合する。（ｃ）基板２１の少なくとも一方の面に、骨格部材４０を含有するペースト６０を塗布して、流路を構成する流路壁２４を成形する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用セパレータの製造方法であって、
（ａ）導電性の基板を準備する工程と、
（ｂ）導電性ペーストに骨格部材を混合する工程と、
（ｃ）前記基板の少なくとも一方の面に、前記骨格部材を含有する前記導電性ペーストを塗布して、燃料電池に供給される流体のための流路を構成する流路壁を成形する工程と、
を備える、製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の製造方法であって、前記骨格部材は球形の粒状部材である、製造方法。
【請求項３】
請求項２記載の製造方法であって、
前記工程（ｃ）において成形される流路壁は、前記粒状部材の１個分のみが包含できる高さで成形されている、製造方法。
【請求項４】
請求項２または請求項３記載の製造方法であって、
前記工程（ｃ）において成形される流路壁は、前記粒状部材の１個分のみが包含できる幅で成形されている、製造方法。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか一項に記載の製造方法であって、
前記工程（ｃ）は、前記基板に、前記流路のパターンが貫通孔として形成されたマスクを配置し、前記貫通孔に前記粒状部材を含有する前記導電性ペーストを充填することにより、前記流路壁を成形する工程を含み、
前記貫通孔は、前記粒状部材を１個ずつ収容して配列可能な程度の幅と深さとを有する、製造方法。
【請求項６】
燃料電池用セパレータであって、
導電性を有する基板と、
前記基板の少なくとも一方の面に配置された導電性部材によって成形され、燃料電池に供給される流体のための流路を構成する流路壁と、
前記流路壁の内部に包含された骨格部材と、
を備える、燃料電池用セパレータ。
【請求項７】
請求項６記載の燃料電池用セパレータであって、
前記骨格部材は、球形の粒状部材であり、
前記流路壁は、前記導電性部材と、前記粒状部材とを混合したペーストを塗布して乾燥させることにより成形されている、燃料電池用セパレータ。
【請求項８】
請求項７記載の燃料電池用セパレータであって、
前記流路壁は、前記粒状部材の１個分のみが包含できる高さで形成されている、燃料電池用セパレータ。
【請求項９】
請求項７または請求項８記載の燃料電池用セパレータであって、
前記流路壁は、前記粒状部材の１個分のみが包含できる幅で形成されている、燃料電池用セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は通常、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に電極が配置された発電体である膜電極接合体と、膜電極接合体を狭持するセパレータとを備える。セパレータは、導電性を有する板状部材によって構成され、その外表面に反応ガスや冷媒のための流体流路が形成される（下記特許文献１等）。
【０００３】
ここで、セパレータに形成される流体流路において、流路を構成する流路壁が型くずれや変形を生じると、反応ガスや冷媒の流れが阻害されてしまい、燃料電池の性能劣化の原因となる。そのため、セパレータに形成される流体流路の流路壁は高い形状保持性を有することが望ましい。また、流体流路の構成が電極における反応ガスの供給量分布や水分の移動性、電極とセパレータとの間の接触抵抗、発電領域における温度分布などに影響を与える。そのため、セパレータに形成される流体流路は、より高い精度で設計通りに成形されることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１２９２９９号公報
【特許文献２】特開２０００−１３３２８２号公報
【特許文献３】特開２０１０−２２５４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、燃料電池用のセパレータに設けられる流体流路の形状保持性を向上するとともに、その成形性を向上させる技術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】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
燃料電池用セパレータの製造方法であって、
（ａ）導電性の基板を準備する工程と、
（ｂ）導電性ペーストに骨格部材を混合する工程と、
（ｃ）前記基板の少なくとも一方の面に、前記骨格部材を含有する前記導電性ペーストを塗布して、燃料電池に供給される流体のための流路を構成する流路壁を成形する工程と、
を備える、製造方法。
この製造方法であれば、骨格部材によって導電性ペーストのダレが抑制されるため、流路壁の成形性が向上する。また、骨格部材を包含することにより形状保持性が向上された流路壁を簡易に形成することができる。
【０００８】
［適用例２］
適用例１記載の製造方法であって、前記骨格部材は球形の粒状部材である、製造方法。
この製造方法によれば、骨格部材が球形の粒状部材であるため、形成される流路壁の形状や、形状保持性が、包含する骨格部材の配置方向に影響されることを抑制することができる。従って、流路壁の成形性が向上するとともに、その形状保持性がより向上する。
【０００９】
［適用例３］
適用例２記載の製造方法であって、前記工程（ｃ）において成形される流路壁は、前記粒状部材の１個分のみが包含できる高さで成形されている、製造方法。
この製造方法であれば、骨格部材としての粒状部材が高さ方向に積み上げられた流路壁が形成されることを回避できるため、粒状部材の崩れによる流路壁の型くずれの発生を抑制できる。
【００１０】
［適用例４］
適用例２または適用例３記載の製造方法であって、前記工程（ｃ）において成形される流路壁は、前記粒状部材の１個分のみが包含できる幅で成形されている、製造方法。
この製造方法であれば、流路壁が必要以上に広い幅で形成されることを回避できる。
【００１１】
［適用例５］
適用例２〜４のいずれか一つに記載の製造方法であって、
前記工程（ｃ）は、前記基板に、前記流路のパターンが貫通孔として形成されたマスクを配置し、前記貫通孔に前記粒状部材を含有する前記導電性ペーストを充填することにより、前記流路壁を成形する工程を含み、
前記貫通孔は、前記粒状部材を１個ずつ収容して配列可能な程度の幅と深さとを有する、製造方法。
この製造方法によれば、マスクに形成された貫通孔の幅や深さによって、粒状部材が流路壁の高さ方向や幅方向に１個ずつ包含されるように調整できる。従って、より効率的に、形状保持性および成形性の高い流路壁を形成することができる。
【００１２】
［適用例６］
燃料電池用セパレータであって、導電性を有する基板と、前記基板の少なくとも一方の面に配置された導電性部材によって成形され、燃料電池に供給される流体のための流路を構成する流路壁と、前記流路壁の内部に包含された骨格部材と、を備える、燃料電池用セパレータ。
この燃料電池用セパレータであれば、流路壁内に包含された骨格部材によって、流路壁の形状保持性が向上する。また、流路壁に骨格部材を包含させることにより、強度を保持しつつより自由な形状で流路壁を構成することができる。従って、流路壁の成形性が向上する。
【００１３】
［適用例７］
適用例６記載の燃料電池用セパレータであって、前記骨格部材は、球形の粒状部材であり、前記流路壁は、前記導電性部材と、前記粒状部材とを混合したペーストを塗布して乾燥させることにより成形されている、燃料電池用セパレータ。
この燃料電池用セパレータであれば、流路壁を、骨格部材を混合したペーストの塗布によって形成できるため、その流路壁によって形成される流路のパターンを、比較的容易かつ自由に構成することができる。また、骨格部材によって流路壁の形状保持性が向上する。
【００１４】
［適用例８］
適用例７記載の燃料電池用セパレータであって、前記流路壁は、前記粒状部材の１個分のみが包含できる高さで形成されている、燃料電池用セパレータ。
このセパレータであれば、球形の骨格部材が高さ方向に積み重ねられないため、骨格部材の崩れによる流路壁の型くずれが抑制される。
【００１５】
［適用例９］
適用例７または適用例８記載の燃料電池用セパレータであって、前記流路壁は、前記粒状部材の１個分のみが包含できる幅で形成されている、燃料電池用セパレータ。
このセパレータであれば、流路壁が粒状の骨格部材の径に応じた幅で形成され、より幅の狭い流路壁を構成することができる。従って、流路の配列ピッチを狭くすることができ、流体流路の構成を細分化することができる。
【００１６】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池用セパレータの製造方法および製造装置、それらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。また、本発明は、例えば、燃料電池用セパレータ、その燃料電池用セパレータを備えた燃料電池、その燃料電池を備えた燃料電池システム、その燃料電池システムを搭載した車両等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】燃料電池の構成を示す概略図。
【図２】膜電極接合体のアノード側の面の構成を示す概略図。
【図３】アノードセパレータに形成された流路形成層の構成を示す概略図。
【図４】流路壁の形状およびその内部構成を示す概略図。
【図５】アノードセパレータに形成された流路形成層の構成を示す概略図。
【図６】流路形成層の流路壁の形成工程の手順を示す説明図。
【図７】流路形成層の流路壁の形成工程を説明するための模式図。
【図８】流路形成層の流路壁の形成工程を説明するための模式図。
【図９】参考例としての流路壁の形成工程を説明するための模式図。
【図１０】他の構成例としての流路壁の構成を示す概略図。
【図１１】他の構成例としての流路壁の構成を示す概略図。
【図１２】他の構成例としての流路壁の構成を示す概略図。
【図１３】他の構成例としての流路壁の構成を示す概略図。
【図１４】他の構成例としての流路壁の構成を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
A．第１実施例：
図１は本発明の一実施例としての燃料電池の構成を示す概略図である。この燃料電池１００は、反応ガスとして水素（燃料ガス）と酸素（酸化ガス）の供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。なお、燃料電池１００としては、固体高分子形燃料電池に限らず、他の種々のタイプの燃料電池に本発明を適用することが可能である。
【００１９】
燃料電池１００は、複数の単セル１１０が積層されたスタック構造を有する。単セル１１０は、膜電極接合体１０と、膜電極接合体１０を狭持する２枚のセパレータ２０，３０とを備える。膜電極接合体１０は、電解質膜１の外側に２つの電極２，３（以後、それぞれ「アノード２」および「カソード３」とも呼ぶ）が設けられた発電体である。
【００２０】
電解質膜１は、プロトン伝導性を有するフッ素樹脂系のイオン交換膜によって構成される。アノード２およびカソード３はそれぞれ、電解質膜１の外表面に形成されたガス拡散性を有する電極であり、電気化学反応を促進するための触媒が担持されている。アノード２およびカソード３は、例えば触媒担持カーボンによって構成することができる。また、触媒としては、例えば白金（Ｐｔ）を用いることができる。
【００２１】
図２は、膜電極接合体１０のアノード２側の面の構成を示す概略図である。なお、膜電極接合体１０のカソード３側の面の構成については、アノード２側の面の構成と同様であるため、その図示を省略する。膜電極接合体１０の外周には電極２，３を囲むようにシール部４が形成されている。より具体的には、シール部４は、電解質膜１の外周端を被覆するように樹脂部材を射出成形することにより、電解質膜１に一体的に形成されている。
【００２２】
シール部４は、燃料電池１００として組み付けられたときに、２枚のセパレータ２０，３０によって狭持されて押圧される（図１）。シール部４は、セパレータ２０，３０同士の間の短絡を防止するとともに、２枚のセパレータ２０，３０との接触面にシールライン（図示せず）を形成して、反応ガスや冷媒などの流体の漏洩を防止する。
【００２３】
ここで、シール部４には、各単セル１１０に反応ガスや冷媒を供給するためのマニホールド５１〜５６が貫通孔として設けられている（図２）。より具体的には、シール部４には、水素の供給用マニホールド５１および排出用マニホールド５２と、酸素の供給用マニホールド５３および排出用マニホールド５４と、冷媒の供給用マニホールド５５および排出用マニホールド５６とが設けられている。
【００２４】
各流体の供給用マニホールド５１，５３，５５と、排出用マニホールド５２，５４，５６とは、シール部４に囲まれた発電領域１１を挟んで互いに反対側に設けられている。本明細書では、発電領域１１において反応ガス／冷媒が流れる方向（各供給用マニホールド５１，５３，５５側から、対応する排出用マニホールド５２，５４，５６側へと向かう方向）を、「反応ガス／冷媒の流れ方向」と呼ぶ。なお、各マニホールド５１〜５６の配列構成は他の配列構成であっても良い。
【００２５】
２枚のセパレータ２０，３０（図１）はそれぞれ、シール部４を押圧可能なように、膜電極接合体１０の外側に配置される。より具体的には、アノード２の外側には、アノードセパレータ２０が配置され、カソード３の外側にはカソードセパレータ３０が配置される。各セパレータ２０，３０はそれぞれ、導電性を有するガス不透過の板状部材である基板２１，３１によって構成されている。具体的に、基板２１としては、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）やチタン（Ｔｉ）などの金属板を用いることが可能である。
【００２６】
各基板２１，３１の両面にはそれぞれ、流体のための流路が形成される流路形成層２２，２３，３２，３３が設けられている。具体的には、アノードセパレータ２０の基板２１には、膜電極接合体１０のアノード２と面する側の面に水素のための流路形成層２２が設けられ、その反対側の面に冷媒のための流路形成層２３が設けられている。
【００２７】
また、カソードセパレータ３０の基板３１には、膜電極接合体１０のカソード３と面する側の面に酸素のための流路形成層３２が設けられ、その反対側の面に冷媒のための流路形成層３３が設けられている。各流路形成層２２，２３，３２，３３には、流路を構成する流路壁２４，２５，３４，３５が配列されている。
【００２８】
ここで、アノードセパレータ２０に形成された冷媒用の流路形成層２３と、カソードセパレータ３０に形成された冷媒用の流路形成層３３とは、燃料電池１００として組み付けられたときに互いに面し合う。そして、それぞれの互いに対応する流路壁２５，３５同士が積層され、冷媒を誘導するための流路壁を構成する。なお、アノードセパレータ２０またはカソードセパレータ３０のいずれか一方の流路形成層２３，３３は省略することが可能である。
【００２９】
図３〜図５は、アノードセパレータ２０に形成された流路形成層２２，２３のそれぞれの具体的な構成を説明するための概略図である。なお、カソードセパレータ３０に形成された流路形成層３２，３３の具体的な構成については、アノードセパレータ２０の流路形成層２２，２３とほぼ同様であるため、その図示や詳細な説明は省略する。
【００３０】
図３は、アノードセパレータ２０に形成された水素のための流路形成層２２の流路構成を示す概略図である。流路形成層２２は、燃料電池１００に組み付けられたときに、膜電極接合体１０のシール部４と接触してシールラインを形成する外周枠部２２ｆと、アノード２と重なり合うガス流路部２２ｐとを有する。
【００３１】
外周枠部２２ｆの形成領域には、膜電極接合体１０の各マニホールド５１〜５６に対応するように、流体のための各マニホールド５１〜５６が、基板２１と、２つの流路形成層２２，２３とを貫通する貫通孔として設けられている。また、外周枠部２２ｆには、ガス流路部２２ｐと、水素の供給用／排出用マニホールド５１，５２のそれぞれとを連結する連結溝５７が形成されている。なお、カソードセパレータ３０においても同様に、流路形成層３２に形成された連結溝（図示せず）を介して、発電領域１１と酸素用の供給用／排出用マニホールド５３，５４のそれぞれとが連結される。
【００３２】
水素供給用マニホールド５１を介して燃料電池１００に供給された水素は、供給側（紙面左側）の連結溝５７を介してガス流路部２２ｐへと流入し、膜電極接合体１０のアノード２に供給される。そして、アノード２において発電に用いられなかった水素を含むアノード排ガスは、排出側（紙面右側）の連結溝５７を介して水素排出用マニホールド５２へと排出される。
【００３３】
ガス流路部２２ｐには、水素をアノード２全体に拡散させて行き渡らせることが可能なように、複数の流路壁２４が分散して配列されている。本実施例では、各流路壁２４は、水素の流れ方向（矢印ＦＤで図示）を長辺に沿った方向として、水素の流れ方向およびそれに垂直な方向にそれぞれ、一定のピッチで配列されている。各流路壁２４の形状や配列構成は他の構成であっても良い。
【００３４】
図４（Ａ）〜（Ｃ）は、流路壁２４の形状およびその内部構成を示す概略図である。図４（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、流路壁２４を異なる方向から見たときの概略図である。具体的には、図４（Ａ）は、流路壁２４を、その長手方向（図３の矢印Ａの方向）に沿って見たときの図であり、図４（Ｂ）は、流路壁２４を、その幅方向（図３の矢印Ｂの方向）に沿って見たときの図である。また、図４（Ｃ）は、流路壁２４を、その高さ方向（基板２１の面に垂直な方向）に沿って見たときの図である。なお、図４（Ａ）〜（Ｃ）では、流路壁２４の内部構造を透過して図示してある。
【００３５】
本実施例では、各流路壁２４は、下方が若干末広がりとなっているが（図４（Ａ），（Ｂ））、ほぼ略直方体に近い形状を有しており、それぞれがほぼ同一のサイズで形成されている。各流路壁２４の形状が若干下方に末広がりに形成されている理由については後述する。なお、各流路壁２４は、導電性を有するように構成されており（後述）、その上面および底面が、アノード２と基板２１とにそれぞれ面接触するように配置される（図１）。これによって、各流路壁２４は、膜電極接合体１０と基板２１との間の導電パスとして機能する。
【００３６】
流路壁２４は、球形の粒状部材である骨格部材４０が外皮４２によって包含（コーティング）された構成を有している。骨格部材４０は、アルミナやジルコニアなどの金属や、ナイロンなどの樹脂によって構成することができる。なお、骨格部材４０は導電性を有する部材によって構成されるものとしても良いし、導電性を有しない部材によって構成されるものとしても良い。外皮４２は、導電性を有する部材によって構成され、例えば、カーボンブラックなどの導電性粉体を固化させた部材によって構成できる。
【００３７】
ここで、本実施例の流路壁２４では、骨格部材４０が流路壁２４の長手方向（延伸方向）に沿って一列に配列された状態で外皮４２に包含されている。即ち、流路壁２４を、高さ方向、および幅方向のそれぞれの方向に沿って見たときに（図４（Ｃ）、図４（Ｂ））、各骨格部材４０が互いに重なり合わないように包含されている。流路壁２４の形成方法については後述する。
【００３８】
ここで、膜電極接合体の電極と面するガス流路が外表面に形成されたセパレータを備える燃料電池では、そのガス流路が、より微細な構造を有するように構成されることが好ましい。具体的には、セパレータのガス流路は、その流路の幅や深さ、流路同士の間隔（流路の幅）が数百μｍ程度となるような構成であることが好ましい。この理由は、以下のためである。
【００３９】
各セパレータのガス流路を微細に構成した場合には、以下のようなメリットがある。即ち、各流路壁がより細かく分散配置されることにより、膜電極接合体の電極が各セパレータから受ける面圧の不均一性が低減され、電極とセパレータとの間の接触抵抗が低減される。また、反応ガスの流れがより細分化されるため、反応ガスの配流性が向上する。
【００４０】
そこで、本実施例では、各セパレータ２０，３０に形成されるガス流路を微細な構成としている。具体的には、各セパレータ２０，３０に形成される反応ガスのための流路壁２４，３４の幅および高さを、例えば、２００〜３００μｍ程度とし、各流路壁２４，３４同士の間隔を、例えば、１００〜３００μｍ程度とする。また、各流路壁２４，３４に包含される骨格部材４０の径は、１００〜２００μｍ程度とする。
【００４１】
ところで、セパレータのガス流路を微細に構成した場合には、流路壁が外力を受けて変形を生じたときに、ガス流路が閉塞してしまう可能性が高くなる。しかし、本実施例の流路壁２４，３４であれば、骨格部材４０が包含されているため、その強度が向上されており、流路壁２４，３４の外力による変形や型くずれの発生が抑制されている。
【００４２】
図５は、アノードセパレータ２０に形成された冷媒のための流路形成層２３の構成を示す概略図である。流路形成層２３は、燃料電池１００を積層方向に沿って見たときに、シール部４と重なり合う外周枠部２３ｆと、発電領域１１と重なり合う冷媒流路部２３ｐとを有する。なお、外周枠部２３ｆには、冷媒流路部２３ｐと冷媒の供給用／排出用マニホールド５５，５６のそれぞれとを連結する連結溝５８が形成されている。
【００４３】
冷媒流路部２３ｐには、冷媒の流れ方向（矢印ＦＤで図示）に渡って延びる直線状の複数の流路壁２５が一定のピッチで並列に配列されている。前記したとおり、この流路壁２５は、カソードセパレータ３０に形成された流路形成層３３の流路壁３５と重なり合って冷媒のための流路壁を構成する（図１）。本実施例では、流路壁２５の配列ピッチは、基板２１の反対側の面において流路形成層２２の流路壁２４が水素の流れ方向に垂直な方向に配列されていたピッチとは異なるピッチで配列されている。
【００４４】
冷媒供給用マニホールド５５から供給された冷媒は、供給側（紙面左側）の連結溝５８を介して冷媒流路部２３ｐに流入する。冷媒流路部２３ｐに流入した冷媒は、各流路壁２５，３５の間に形成された各流路に分岐し、膜電極接合体１０における反応熱を奪いつつ流れる。そして、冷媒は、排出側（紙面右側）の連結溝５８を介して冷媒排出用マニホールド５６へと排出される。なお、冷媒流路部２３ｐに形成される冷媒の流路構成は他の構成であっても良い。
【００４５】
ところで、冷媒のための流路壁２５，３５は、導電性部材によって構成され、アノードセパレータ２０とカソードセパレータ３０との間の導電パスとしても機能する。なお、流路壁２５，３５は、反応ガスのための流路形成層２２，３２の流路壁２４，３４と同様に、骨格部材４０が外皮４２によって包含される構成を有するように形成されるものとしても良い。
【００４６】
ここで、各セパレータ２０，３０の反応ガスのための流路壁２４，３４の形成方法について説明する。以下では、アノードセパレータ２０の流路壁２４の形成工程について説明するが、カソードセパレータ３０の流路壁３４についても同様の工程によって形成することができるため、その図示および説明を省略する。なお、各セパレータ２０，３０の冷媒のための流路壁２５，３５についても同様な工程によって形成されるものとしても良い。
【００４７】
図６〜図８は、アノードセパレータ２０における流路形成層２２の流路壁２４の形成工程を説明するための説明図である。図６は、流路形成層２２の形成工程の手順を示すフローチャートである。図７，図８（Ａ）〜（Ｄ）は、図６に示された各工程ごとの内容を工程順に示す模式図である。
【００４８】
本実施例では、流路形成層２２の流路壁２４は、いわゆるスクリーン印刷によって形成される。なお、流路形成層２２の外周枠部２２ｆ（図３）については、流路壁２４と同時にスクリーン印刷によって形成されるものとしても良いし、別工程によって形成されるものとしても良い。
【００４９】
ステップＳ１０では、流路形成層２２の印刷に用いるインクであるペーストを準備する（図７）。具体的には、まず、水やアルコールなどの有機溶媒に導電性粉体としてのカーボン粒子を混合したペースト６０を準備する。そして、そのペースト６０に球形の粒状部材である骨格部材４０を混合して攪拌する。
【００５０】
ステップＳ２０では、基板２１の外表面にマスク６５を配置する（図８（Ａ））。このマスク６５には、流路壁２４の配列パターン（即ち、ガス流路の構成パターン）が貫通孔６６として形成されている。本実施例では、この貫通孔６６は、骨格部材４０の１個分を収容できる程度の幅および深さで構成されている。より具体的には、貫通孔６６は、２００〜３００μｍ程度の幅と深さとを有するように構成されている。
【００５１】
ステップＳ３０では、基板２１に載置されたマスク６５の外表面に、骨格部材４０が混合されたペースト６０を塗布し、マスク６５の貫通孔６６にペースト６０を充填する（図８（Ｂ））。なお、貫通孔６６内にはペースト６０に混合・分散された骨格部材４０が填り込み、一列に配列された状態となる。
【００５２】
ステップＳ４０では、マスク６５を基板２１から取り外す（図８（Ｃ））。ここで、この工程の段階では、流路壁２４を構成するペースト６０が完全に乾燥していない状態である。そのため、マスク６５を取り外すとともに、貫通孔６６内に充填されていたペースト６０がダレて基板２１の面上にわずかに広がる。従って、形成される流路壁２４は、その高さが、マスク６５の厚みに対してわずかに低くなり、その断面形状が、若干、下側（基板２１側）に末広がりな形状となる。
【００５３】
図９（Ａ）〜（Ｃ）は、参考例としての流路壁２４ａの形成工程を工程順に示す模式図である。図９（Ａ）〜（Ｃ）は、ペースト６０に骨格部材４０が混合・分散されていない点と、形成された流路壁２４ａの断面形状が異なる点以外は、図８（Ａ）〜（Ｃ）とほぼ同じである。なお、図９（Ｃ）では、比較のために、参考例の流路壁２４ａに重ねて本実施例の流路壁２４を破線で図示し、その高さの相違を矢印で示してある。
【００５４】
この参考例の形成工程では、ペースト６０に骨格部材４０を混合することなく、マスク６５にペースト６０を塗布して流路壁２４ａを形成する。即ち、貫通孔６６に充填されたペースト６０には骨格部材４０が含有されていない（図８（Ｂ））。そのため、マスク６５を取り外したときにペースト６０がダレて基板２１の面上に広がってしまう度合いが、本実施例の形成工程の場合より大きくなる。従って、この参考例の形成工程で形成される流路壁２４ａは、本実施例の流路壁２４よりも、高さが低く、下側の幅がより広がった形状として形成されてしまう。
【００５５】
ここで、一般に、セパレータのガス流路を構成する流路壁同士の間隔（流路の幅）を広く構成すると、燃料電池を構成したときに、膜電極接合体の電極が変形して流路壁同士の間に陥没する可能性が高くなる。また、セパレータのガス流路において、所定の反応ガスの流量を確保するためには、所定の流路断面積が確保されることが望ましい。従って、膜電極接合体の電極の変形・劣化を抑制しつつ、反応ガスの流量を確保するためには、ガス流路の流路壁同士の間隔を狭くする一方で、流路壁の高さを高く構成することが望ましい。
【００５６】
本実施例の形成工程では、マスク６５の貫通孔６６にペースト６０とともに骨格部材４０が配置されるため、骨格部材４０の外表面にペースト６０が付着することによって、マスク６５を取り外したときのペースト６０のダレが抑制される（図８）。また、骨格部材４０が含有されている分だけ、流路壁２４を構成するペースト６０の乾燥収縮による流路壁２４の縮小が抑制される。
【００５７】
従って、本実施例の形成工程であれば、形成される流路壁２４，３４の下側の幅が広がり、その高さが低くなってしまうことが抑制される。即ち、本実施例の形成工程であれば、参考例の形成工程に比較して、流路壁２４，３４の配列間隔を狭くしつつ、流路壁２４，３４の高さを高く構成することが可能である。
【００５８】
ここで、マスク６５の厚み（貫通孔６６の深さ）を増すことによって、形成される流路壁２４，３４の高さを高くすることが可能である。しかし、マスク６５の厚みを増した場合には、貫通孔６６の内壁面とペースト６０との接触面積が増大し、マスク６５を取り外したときにマスク６５に残留付着するペースト６０の量が増大する可能性がある。即ち、マスク６５の厚みの増大は、いわゆる版抜け性の低下の原因となる。
【００５９】
しかし、本実施例の製造工程であれば、上述したように、ペースト６０のダレやペースト６０の乾燥収縮が抑制されるため、流路壁２４，３４が低く形成されてしまうことを想定して、マスク６５を必要以上に厚く構成することを回避できる。従って、本実施例の製造工程であれば、流路壁２４，３４の形成工程における版抜け性の低下が抑制される。
【００６０】
このように、本実施例のセパレータ２０，３０であれば、流路壁２４，３４が骨格部材４０を包含しているため、その形状保持性が向上する。また、流路壁２４，３４の形成工程において、骨格部材４０によってペースト６０のダレが抑制されるため、流路壁２４，３４をより設計に忠実に形成することができ、流路壁２４，３４の成形性が向上する。
【００６１】
ここで、以下では、アノードセパレータ２０に形成される流路壁の他の構成例を説明する。なお、以下に説明する流路壁の構成は、カソードセパレータ３０に形成される流路壁や、各セパレータ２０，３０に形成される冷媒のための流路壁にも適用することが可能である。また、上記実施例における流路壁２４，３４の構成や、以下に説明する構成例の流路壁の構成を適宜組み合わせて反応ガスや冷媒のための流路を構成することも可能である。
【００６２】
［１］流路壁の他の構成例１：
図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、他の構成例としての流路壁２４Ａをそれぞれ異なる方向から見たときの概略図である。図１０（Ａ）は、流路壁２４Ａを、その長辺方向に沿って見たときの図であり、図１０（Ｂ）は、流路壁２４Ａを、その幅方向に沿って見たときの図である。また、図１０（Ｃ）は、流路壁２４Ａを高さ方向に沿って見たときの図である。なお、図１０（Ａ）〜（Ｃ）では、流路壁２４Ａの内部構造が透過して図示してある。
【００６３】
この構成例における流路壁２４Ａは、上記実施例の流路壁２４よりも高く形成されており、骨格部材４０が高さ方向に２段に積み重ねられた状態で包含されている。この流路壁２４Ａは、上記実施例よりも厚みをほぼ２倍に増したマスク６５を用いることにより形成することができる。このような構成であっても、骨格部材４０を包含することにより、流路壁２４Ａの形状保持性や成形性は向上している。ただし、この流路壁２４Ａの場合には、積み重ねられた骨格部材４０が崩れてしまう可能性があるため、骨格部材４０を積み重ねることなく、骨格部材４０の径に合わせた高さで形成される上記実施例の流路壁２４の構成の方が好ましい。
【００６４】
［２］流路壁の他の構成例２：
図１１（Ａ）〜（Ｃ）は、他の構成例としての流路壁２４Ｂをそれぞれ異なる方向から見たときの概略図である。図１１（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、図１０（Ａ）〜（Ｃ）と同様な方向に流路壁２４Ｂを見たときの図であり、図１０（Ａ）〜（Ｃ）と同様に、流路壁２４Ｂの内部構造を透過して図示してある。
【００６５】
この構成例における流路壁２４Ｂは、上記実施例の流路壁２４よりも幅が広く形成されており、骨格部材４０が、流路壁２４Ｂの幅方向にほぼ２列に並んだ状態で包含されている。この流路壁２４Ｂは、マスク６５の貫通孔６６の幅を調整することにより形成することができる。このような構成であっても、骨格部材４０を包含することにより、流路壁２４Ｂの形状保持性や成形性は向上している。ただし、この流路壁２４Ｂの場合には、幅が広く形成された分だけ、流路の配列ピッチが広がってしまう。これに対して、上記実施例の流路壁２４の方が、より流路の配列ピッチを狭く構成することができるため好ましい。
【００６６】
［３］流路壁の他の構成例３：
図１２（Ａ），（Ｂ）は、他の構成例としての流路壁２４Ｃをそれぞれ異なる方向から見たときの概略図である。図１２（Ａ）は流路壁２４Ｃを高さ方向に沿って見たときの図であり、図１２（Ｂ）は流路壁２４Ｃを、側面方向、即ち、セパレータ２０の面に沿った任意の方向に沿って見たときの図である。なお、図１２（Ａ），（Ｂ）では、流路壁２４Ｃの内部構造を透過して図示してある。
【００６７】
この構成例における流路壁２４Ｃは、下方が若干末広がりとなっているが、ほぼ円柱に近い形状を有しており、骨格部材４０が１つだけ内部に包含されている。このような構成であっても、骨格部材４０を包含することにより、流路壁２４Ｃの形状保持性や成形性が向上する。
【００６８】
［４］流路壁の他の構成例４：
図１３（Ａ），（Ｂ）は、他の構成例としての流路壁２４Ｄをそれぞれ異なる方向から見たときの概略図である。図１３（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、図１２（Ａ），（Ｂ）と同様な方向に流路壁２４Ｄを見たときの図であり、図１２（Ａ），（Ｂ）と同様に、流路壁２４Ｄの内部構造を透過して図示してある。
【００６９】
この構成例における流路壁２４Ｄは、上記他の構成例としての流路壁２４Ｃと同様に、ほぼ円柱に近い形状を有しているが、１つの流路壁２４Ｄの内部に複数の骨格部材４０が基板２１の面上に配列された状態で包含されている。このような構成であっても、骨格部材４０を包含することにより、流路壁２４Ｃの形状保持性や成形性が向上する。
【００７０】
［５］流路壁の他の構成例５：
図１４は、他の構成例としての流路壁２４Ｅの構成を示す概略図であり、基板２１の外表面に皮膜層２１ｃが形成されている点以外は、図４（Ａ）とほぼ同じである。この構成例では、骨格部材４０を包含する流路壁２４Ｅは、基板２１の外表面に形成された皮膜層２１ｃの上に形成される。皮膜層２１ｃは、外皮４２の構成部材と基板２１との密着性を向上させるための層であり、例えば、炭素皮膜であるものとしても良い。このような構成であれば、皮膜層２１ｃによって、流路壁２４Ｅの外皮４２が基板２１表面と、より密着するため、流路壁２４Ｅの形状保持性が向上する。
【００７１】
B．変形例：
なお、この発明は上記の実施例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。
【００７２】
B1．変形例１：
上記実施例では、マスク６５を用いたスクリーン印刷によって流路壁２４，３４を形成していた。しかし、流路壁２４，３４は、マスク６５を用いることなく、他の方法によって形成されるものとしても良い。具体的には、流路壁２４，３４は、ダイコータなど、ペースト６０を塗出可能な基材を用いて、ペースト６０を基板２１，３１の外表面に塗布して形成するものとしても良い。
【００７３】
B2．変形例２：
上記実施例では、骨格部材４０として球形の粒状部材を用いていたが、骨格部材４０としては他の形状を有する部材を用いるものとしても良い。しかし、骨格部材４０として球形の粒状部材を用いれば、形成される流路壁２４の形状や、その形状保持性が、包含する骨格部材４０の配置方向に影響されることを抑制することができる。
【００７４】
ここで、骨格部材４０としては、例えば、棒状の部材を用いることも可能である。この場合には、棒状の骨格部材を予め基板２１の面上に配置しておき、ペースト６０をその上から塗布して、その骨格部材をコーティングするものとしても良い。ただし、上記実施例のように、骨格部材４０として粒状部材を用いれば、ペースト６０の塗布と骨格部材４０の配置とを同時に実行でき、効率的に流路壁２４，３４を形成することができる。
【００７５】
B3．変形例３：
上記実施例では、ペースト６０をマスク６５の貫通孔６６に充填した後に、ペースト６０が乾燥する前にマスク６５を基板２１から取り外していた。しかし、貫通孔６６に充填されたペースト６０が乾燥・固化した後に、マスク６５を基板２１から取り外すものとしても良い。この場合には、マスク６５を基板２１から取り外す際のペースト６０のダレの発生が抑制される。しかし、ペースト６０がマスク６５に付着して固化した残留物の除去工程や、ペースト６０の乾燥工程が追加され、セパレータ２０，３０の生産性が低下してしまう可能性がある。なお、この場合であっても、骨格部材４０によってペースト６０の乾燥収縮の度合いが低減されるため、流路壁２４，３４が所望の高さよりも低い高さで形成されてしまうことが抑制される。
【符号の説明】
【００７６】
１…電解質膜
２…アノード
３…カソード
４…シール部
１０…膜電極接合体
１１…発電領域
２０…アノードセパレータ
２１…基板
２１ｃ…皮膜層
２２…流路形成層
２２ｆ…外周枠部
２２ｐ…ガス流路部
２３…流路形成層
２３ｆ…外周枠部
２３ｐ…冷媒流路部
２４，２４ａ，２４Ａ〜２４Ｅ…流路壁
２５…流路壁
３０…カソードセパレータ
３１…基板
３２…流路形成層
３３…流路形成層
３４…流路壁
３５…流路壁
４０…骨格部材
４２…外皮
５１〜５６…マニホールド
５７…連結溝
５８…連結溝
６０…ペースト
６５…マスク
６６…貫通孔
１００…燃料電池
１１０…単セル
【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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【図１３】
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【図１４】
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