JP4701648B2 - 燃料電池用メタルセパレータの製造方法および製造装置 - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池用メタルセパレータの製造方法および製造装置に関し、とくにマニホールドのエッジに防食材層を必要厚み形成した燃料電池用メタルセパレータの製造方法および製造装置に関する。
燃料電池はＭＥＡをセパレータで挟んだものから形成される。セパレータには、燃料ガス流路、酸化ガス流路、冷媒流路と、燃料ガスマニホールド、酸化ガスマニホールド、冷媒マニホールドが形成されている。燃料ガスマニホールド、酸化ガスマニホールドには、加湿された、また、生成水を含むガスが流れ、かつ、温度も高くなるので、セパレータがメタルセパレータである場合、セパレータのマニホールドのエッジ（マニホールド内面および該内面とセパレータ表面との角部）は、腐食しやすく、防食材で被覆されることが望ましい。
従来の防食材の被覆方法として、つぎの方法がある。
（イ）塗装で形成する、たとえば、図１８に示すように、粘度の低い材料を用いたエア塗装で形成する。なお、図１８では、１がセパレータ、２がマニホールド、３がエッジ、４が塗料、５が防食材層を示している。
（ロ）樹脂の成形で形成する、たとえば、特開２００２−２５５７４号公報に開示されているように、マニホールドに防食材の樹脂を充填し、固化後、プレスで打ち抜いてマニホールド孔を形成する。
特開２００２−２５５７４号公報
（イ）塗装で形成する、たとえば、図１８に示すように、粘度の低い材料を用いたエア塗装で形成する。なお、図１８では、１がセパレータ、２がマニホールド、３がエッジ、４が塗料、５が防食材層を示している。
（ロ）樹脂の成形で形成する、たとえば、特開２００２−２５５７４号公報に開示されているように、マニホールドに防食材の樹脂を充填し、固化後、プレスで打ち抜いてマニホールド孔を形成する。
しかし、上記の従来方法には以下の課題があった。
上記（イ）の塗装による方法では、防食材料が粘性の低い材料であるため、材料が垂れてしまい、マニホールドのエッジに必要な厚み（たとえば、１０μｍ以上）の防食材層を形成することができない。
上記（ロ）の樹脂の成形による方法では、マニホールド内に樹脂を射出後打ち抜き加工するため、２工程が必要で手間がかかり、かつ、打ち抜きで廃棄材料となる樹脂量が多く、コスト高を招く。
上記（イ）の塗装による方法では、防食材料が粘性の低い材料であるため、材料が垂れてしまい、マニホールドのエッジに必要な厚み（たとえば、１０μｍ以上）の防食材層を形成することができない。
上記（ロ）の樹脂の成形による方法では、マニホールド内に樹脂を射出後打ち抜き加工するため、２工程が必要で手間がかかり、かつ、打ち抜きで廃棄材料となる樹脂量が多く、コスト高を招く。
本発明の第１の目的は、セパレータのマニホールドのエッジに防食材層を必要厚みに塗布して形成可能な燃料電池用メタルセパレータの製造方法および製造装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、セパレータのマニホールドのエッジに防食層を、上記（ロ）の充填、打ち抜き法よりも単純でかつ材料廃棄量が少ない方法で、形成可能な燃料電池用メタルセパレータの製造方法および製造装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、セパレータのマニホールドのエッジに防食層を、上記（ロ）の充填、打ち抜き法よりも単純でかつ材料廃棄量が少ない方法で、形成可能な燃料電池用メタルセパレータの製造方法および製造装置を提供することにある。
上記課題を解決する、そして上記目的を達成する、本発明は、つぎのとおりである。
（１） マニホールドを有する燃料電池用メタルセパレータの製造方法であって、
少なくとも表面部が弾性体からなるローラーを用いてローラー印刷により、防食材をマニホールドのエッジに塗布して形成する燃料電池用メタルセパレータの製造方法。
（２） 表面にセパレータマニホールドまわりの形状を彫り込んだ前段ローラーの前記彫り込み部に防食材を塗布する工程と、該防食材を前記表面部が弾性体からなるローラーに転写する工程と、該防食材を前記表面部が弾性体からなるローラーからセパレータに転写して前記防食材をセパレータのマニホールドのエッジに塗布する工程と、を有する（１）記載の燃料電池用メタルセパレータの製造方法。
（３） 表面部が弾性体からなるローラーに防食材を塗布する工程と、該防食材を前記表面部が弾性体からなるローラーから、マニホールドのエッジとマニホールドまわりのセパレータ表面を除いてマスキングされたセパレータに転写する工程と、ついでマスキングをセパレータから剥がす工程と、を有する（１）記載の燃料電池用メタルセパレータの製造方法。
（４） マニホールドを有する燃料電池用メタルセパレータの製造方法であって、
スクリーン印刷により、防食材塗料をマニホールドのエッジに塗布して形成する燃料電池用メタルセパレータの製造方法。
（５） 表面にセパレータマニホールドまわりの形状を彫り込んだ前段ローラーと、前記前段ローラーに塗布された防食材が転写され該転写された防食材をセパレータのマニホールドのエッジに塗布する少なくとも表面部が弾性体からなるローラーと、を備えた燃料電池用メタルセパレータの製造装置。
（６） マニホールドのエッジとマニホールドまわりのセパレータ表面を除いてセパレータ表面を覆うマスキングと、少なくとも表面部が弾性体からなり表面に防食材が塗布され該塗布された防食材をセパレータのマスキングにより覆われていないセパレータ表面に塗布するローラーと、を備えた燃料電池用メタルセパレータの製造装置。
（１） マニホールドを有する燃料電池用メタルセパレータの製造方法であって、
少なくとも表面部が弾性体からなるローラーを用いてローラー印刷により、防食材をマニホールドのエッジに塗布して形成する燃料電池用メタルセパレータの製造方法。
（２） 表面にセパレータマニホールドまわりの形状を彫り込んだ前段ローラーの前記彫り込み部に防食材を塗布する工程と、該防食材を前記表面部が弾性体からなるローラーに転写する工程と、該防食材を前記表面部が弾性体からなるローラーからセパレータに転写して前記防食材をセパレータのマニホールドのエッジに塗布する工程と、を有する（１）記載の燃料電池用メタルセパレータの製造方法。
（３） 表面部が弾性体からなるローラーに防食材を塗布する工程と、該防食材を前記表面部が弾性体からなるローラーから、マニホールドのエッジとマニホールドまわりのセパレータ表面を除いてマスキングされたセパレータに転写する工程と、ついでマスキングをセパレータから剥がす工程と、を有する（１）記載の燃料電池用メタルセパレータの製造方法。
（４） マニホールドを有する燃料電池用メタルセパレータの製造方法であって、
スクリーン印刷により、防食材塗料をマニホールドのエッジに塗布して形成する燃料電池用メタルセパレータの製造方法。
（５） 表面にセパレータマニホールドまわりの形状を彫り込んだ前段ローラーと、前記前段ローラーに塗布された防食材が転写され該転写された防食材をセパレータのマニホールドのエッジに塗布する少なくとも表面部が弾性体からなるローラーと、を備えた燃料電池用メタルセパレータの製造装置。
（６） マニホールドのエッジとマニホールドまわりのセパレータ表面を除いてセパレータ表面を覆うマスキングと、少なくとも表面部が弾性体からなり表面に防食材が塗布され該塗布された防食材をセパレータのマスキングにより覆われていないセパレータ表面に塗布するローラーと、を備えた燃料電池用メタルセパレータの製造装置。
上記（１）の燃料電池用メタルセパレータの製造方法によれば、ローラー印刷により、防食材をマニホールドのエッジに塗布して形成するので、防食材層を防食上必要な厚さ（すなわち、１０μｍ以上で５００μｍ以下の厚さ）に形成できる。また、少なくとも表面部が弾性体からなるローラーを用いてローラー印刷するので、セパレータのマニホールドのエッジにも防食材層を防食上必要な厚さに形成できる。また、マニホールドのエッジに防食材層が印刷で形成されているので、充填後の打ち抜きがなく、打ち抜きで生じる廃棄材料がなく廃棄材料によるコストアップを伴わない。また、樹脂の充填工程と打ち抜き工程の２工程を必要とせず、防食材料の印刷の１工程のみのため、作業も単純となる。
上記（２）の燃料電池用メタルセパレータの製造方法によれば、表面にセパレータマニホールドまわりの形状を彫り込んだ前段ローラーの彫り込み部に防食材を塗布する工程を有するので、防食材塗布必要部にのみ防食材を塗布できる。
上記（３）の燃料電池用メタルセパレータの製造方法によれば、防食材塗布不必要部はマスキングして防食材を塗布し、塗布後マスキングを剥がすので、防食材塗布必要部にのみ防食材を塗布できる。
上記（４）の燃料電池用メタルセパレータの製造方法によれば、スクリーン印刷により、防食材を印刷するので、防食材塗布必要部にのみ防食材を塗布できる。また、高粘度防食材塗料を用いることにより、防食材層を防食上必要な厚さ（すなわち、１０μｍ以上で５００μｍ以下の厚さ）に形成できる。
上記（５）の燃料電池用メタルセパレータの製造装置によれば、表面にセパレータマニホールドまわりの形状を彫り込んだ前段ローラーを有するので、防食材塗布必要部にのみ防食材を塗布できる。
上記（６）の燃料電池用メタルセパレータの製造装置によれば、防食材塗布不必要部はマスキングして防食材を塗布し、塗布後マスキングを剥がすので、防食材塗布必要部にのみ防食材を塗布できる。
上記（２）の燃料電池用メタルセパレータの製造方法によれば、表面にセパレータマニホールドまわりの形状を彫り込んだ前段ローラーの彫り込み部に防食材を塗布する工程を有するので、防食材塗布必要部にのみ防食材を塗布できる。
上記（３）の燃料電池用メタルセパレータの製造方法によれば、防食材塗布不必要部はマスキングして防食材を塗布し、塗布後マスキングを剥がすので、防食材塗布必要部にのみ防食材を塗布できる。
上記（４）の燃料電池用メタルセパレータの製造方法によれば、スクリーン印刷により、防食材を印刷するので、防食材塗布必要部にのみ防食材を塗布できる。また、高粘度防食材塗料を用いることにより、防食材層を防食上必要な厚さ（すなわち、１０μｍ以上で５００μｍ以下の厚さ）に形成できる。
上記（５）の燃料電池用メタルセパレータの製造装置によれば、表面にセパレータマニホールドまわりの形状を彫り込んだ前段ローラーを有するので、防食材塗布必要部にのみ防食材を塗布できる。
上記（６）の燃料電池用メタルセパレータの製造装置によれば、防食材塗布不必要部はマスキングして防食材を塗布し、塗布後マスキングを剥がすので、防食材塗布必要部にのみ防食材を塗布できる。
以下に、本発明の燃料電池用メタルセパレータの製造方法および製造装置を図１〜図１７を参照して説明する。
図中、図１〜図６、図１６、図１７は本発明の全実施例に共通に適用でき、図７、図８は本発明の実施例１を示し、図９〜図１１は本発明の実施例２を示し、図１２〜図１５は本発明の実施例３を示す。
本発明の全実施例に共通する構成部分には本発明の全実施例にわたって同じ符号を付してある。
図中、図１〜図６、図１６、図１７は本発明の全実施例に共通に適用でき、図７、図８は本発明の実施例１を示し、図９〜図１１は本発明の実施例２を示し、図１２〜図１５は本発明の実施例３を示す。
本発明の全実施例に共通する構成部分には本発明の全実施例にわたって同じ符号を付してある。
まず、本発明の全実施例に共通な部分の構成、作用・効果を、図１〜図６、図１６、図１７（および図７、図８）を参照して、説明する。
本発明が適用される燃料電池は、たとえば固体高分子電解質型燃料電池１０である。燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
固体高分子電解質型燃料電池１０は、図１６〜図１７、図１に示すように、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータ１８との積層体からなる。
膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜１１の一面に配置された触媒層からなる電極（アノード、燃料極）１４および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード、空気極）１７とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータ１８との間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層１３、１６が設けられる。
膜−電極アッセンブリとセパレータ１８を重ねてセル１９を構成し、セル１９を積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル２０、インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート２４）、ボルト・ナット２５にて固定して、スタック２３を構成する。
本発明が適用される燃料電池は、たとえば固体高分子電解質型燃料電池１０である。燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
固体高分子電解質型燃料電池１０は、図１６〜図１７、図１に示すように、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータ１８との積層体からなる。
膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜１１の一面に配置された触媒層からなる電極（アノード、燃料極）１４および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード、空気極）１７とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータ１８との間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層１３、１６が設けられる。
膜−電極アッセンブリとセパレータ１８を重ねてセル１９を構成し、セル１９を積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル２０、インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート２４）、ボルト・ナット２５にて固定して、スタック２３を構成する。
セパレータ１８には、発電領域５１において、アノード１４に燃料ガス（水素）を供給するための燃料ガス流路２７が形成され、カソード１７に酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための酸化ガス流路２８が形成されている。また、セパレータ１８には冷媒（通常、冷却水）を流すための冷媒流路２６も形成されている。セパレータ１８には、非発電領域５２において、燃料ガスマニホールド３０、酸化ガスマニホールド３１、冷媒マニホールド２９が形成されている。燃料ガスマニホールド３０は燃料ガス流路２７と連通しており、酸化ガスマニホールド３１は酸化ガス流路２８と連通しており、冷媒マニホールド２９は冷媒流路２６と連通している。
各セル１９の、アノード１４側では、水素を水素イオン（プロトン）と電子に変換する電離反応が行われ、水素イオンは電解質膜１１中をカソード１７側に移動し、カソード１７側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる）から水が生成され、次式にしたがって発電が行われる。
アノード側：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ-
カソード側：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ
アノード側：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ-
カソード側：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ
各種流体は、互いに、かつ外部から、それぞれシールされる。各セル１９のＭＥＡを挟む２つのセパレータ１８間は、第１のシール部材３２によってシールされており、隣接するセル１９同士の間は、第２のシール部材３３によってシールされている。メタルセパレータ１８と電解質膜１１との間には、非発電領域５２において、樹脂フレーム５３（発電領域５１が中抜きされた樹脂製フレームで、マニホールド孔は具備しているフレーム））が介装される場合があるが、その場合は、メタルセパレータ１８と樹脂フレーム５３との間、および樹脂フレーム５３と電解質膜１１との間が第１のシール部材３２によってシールされる。
第１のシール部材３２は、たとえば接着剤シール（シール接着剤）からなり、第２のシール部材３３は、たとえば、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）等のゴムシール材からなる。ただし、第１のシール部材３２、第２のシール部材３３とも、接着剤シール剤、またはゴムシール材から構成されてもよい。
第１のシール部材３２は、たとえば接着剤シール（シール接着剤）からなり、第２のシール部材３３は、たとえば、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）等のゴムシール材からなる。ただし、第１のシール部材３２、第２のシール部材３３とも、接着剤シール剤、またはゴムシール材から構成されてもよい。
本発明のセパレータ１８は、メタルセパレータからなる。メタルセパレータ１８の材料は、たとえば、ステンレススチール、アルミニウムまたはその合金、チタンまたはその合金、マグネシウムまたはその合金、等である。メタルセパレータ１８は表面処理（たとえば、貴金属コート）され、防食材が塗布され防食材層４０が形成される。第１のシール部材３２、第２のシール部材３３は、防食材層４０とは別であり、防食材層４０が形成された後に形成される。
メタルセパレータ１８のマニホールド２９、３０、３１には、マニホールド２９、３０、３１のエッジ４１（マニホールド内面４１ａ、マニホールド内面４１ａとセパレータ１８の表裏の面との角部４１ｂとを含む）に防食材層４０が、印刷（ローラー印刷、スクリーン印刷、等）で形成されている。防食材層４０は、１０μｍ以上で５００μｍ以下の厚さに、形成される。この場合、図３に示すように、防食材層４０の厚さは、セパレータ厚み方向には１０〜５０μｍであることが望ましく、それと直交方向には１０〜５００μｍ（より望ましくは、５０〜５００μｍ）であることが望ましい。図１８の従来のエア塗装では、マニホールドのエッジに塗装しても、粘性が低い材料であるため、材料が垂れてしまい、１０μｍ以上の厚さを確保することができないが、本発明では印刷（ローラー印刷、スクリーン印刷、等）による形成であること、塗料の粘性がエア塗装の材料の粘性に比べて高いこと、などにより、１０μｍ以上の膜厚形成が可能である。
防食材層４０の材料は、不飽和ポリエステル、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）などである。
防食材層４０の耐薬品性としては、ｐＨ２酸性雰囲気で変化がないこと、耐温度性としては、−３０〜１２０℃の範囲にガラス転移点がないこと、が必要であり、上記材料から選定される。
防食材層４０の硬化方法には、ｕｖ硬化、熱硬化、風乾など、何れを用いてもよい。
防食材層４０の材料は、不飽和ポリエステル、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）などである。
防食材層４０の耐薬品性としては、ｐＨ２酸性雰囲気で変化がないこと、耐温度性としては、−３０〜１２０℃の範囲にガラス転移点がないこと、が必要であり、上記材料から選定される。
防食材層４０の硬化方法には、ｕｖ硬化、熱硬化、風乾など、何れを用いてもよい。
上記のメタルセパレータ１８の製造方法は、印刷（ローラー印刷、スクリーン印刷、等）により、防食材をマニホールド２９、３０、３１のエッジ４１に塗布して形成する方法からなる。印刷塗料の粘度は、塗布時の塗料温度において、エッジ４１に塗布された塗料が垂れない粘度（すなわち、高粘度）である。防食材層４０は、１０μｍ以上で５００μｍ以下の厚さに、形成される。印刷はメタルセパレータ１８の両面に実施し、まず片面から実施し、ついで反対面から実施する。
図４、図５に示すように、工程１０１でメタルセパレータ１８をプレスし、この時に流路２６、２７、２８の形成、マニホールド２９、３０、３１の形成、セパレータ１枚１枚の打ち抜きを行う。ついで、工程１０２で、必要に応じて、発電領域５１等に貴金属コートを施す。ただし、工程１０２は省略可能である。ついで、工程１０３で、本発明の、印刷による防食材層４０を形成する。ついで、工程１０４で、発電領域５１に導電性防食材コート５０（防食材層４０とは別コート）を施す。工程１０３と工程１０４は、図５に示すように、工程１０４が先に行われ、その後工程１０３が行われてもよい。
本発明の防食材層４０の形成は、印刷による方法のため、従来のようなエア塗装でもなければ、マニホールド孔に樹脂を充填し固化後充填樹脂部を外周を残して打ち抜く方法でもない。
図４、図５に示すように、工程１０１でメタルセパレータ１８をプレスし、この時に流路２６、２７、２８の形成、マニホールド２９、３０、３１の形成、セパレータ１枚１枚の打ち抜きを行う。ついで、工程１０２で、必要に応じて、発電領域５１等に貴金属コートを施す。ただし、工程１０２は省略可能である。ついで、工程１０３で、本発明の、印刷による防食材層４０を形成する。ついで、工程１０４で、発電領域５１に導電性防食材コート５０（防食材層４０とは別コート）を施す。工程１０３と工程１０４は、図５に示すように、工程１０４が先に行われ、その後工程１０３が行われてもよい。
本発明の防食材層４０の形成は、印刷による方法のため、従来のようなエア塗装でもなければ、マニホールド孔に樹脂を充填し固化後充填樹脂部を外周を残して打ち抜く方法でもない。
上記のメタルセパレータ１８の製造装置は、防食材４４をセパレータ１８のマニホールド２９、３０、３１のエッジ４１に印刷・塗布する少なくとも表面部４２ａが弾性体からなるローラー４２を備えている。
本発明の全実施例に共通な部分の作用・効果を説明する。
本発明の燃料電池のメタルセパレータ１８の製造方法および製造装置では、メタルセパレータ１８のマニホールド２９、３０、３１のエッジ４１に防食材層４０が印刷（ローラー印刷、スクリーン印刷等）で形成されているので、防食材層４０を防食上必要な厚さ（すなわち、１０μｍ以上で５００μｍ以下の厚さ）に形成できる。防食材層４０を防食上必要な厚さ（すなわち、１０μｍ以上で５００μｍ以下の厚さ）に形成できるため、図６に示すように、本発明のメタルセパレータ１８では、従来セパレータに比べて、単セルの発電電圧が改善され、２０００時間以上の運転においても１ボルト近傍の電圧を出力でき、耐久性が著しく改善される。
また、マニホールド２９、３０、３１のエッジ４１に防食材層４０が印刷で形成されているので、樹脂の充填後の樹脂の打ち抜きがなく、打ち抜きで生じる廃棄材料がなく廃棄材料によるコストアップを伴わない。
また、樹脂の充填工程と打ち抜き工程の２工程を必要とせず、防食材料の印刷の１工程のみのため、作業も単純となる。
本発明の燃料電池のメタルセパレータ１８の製造方法および製造装置では、メタルセパレータ１８のマニホールド２９、３０、３１のエッジ４１に防食材層４０が印刷（ローラー印刷、スクリーン印刷等）で形成されているので、防食材層４０を防食上必要な厚さ（すなわち、１０μｍ以上で５００μｍ以下の厚さ）に形成できる。防食材層４０を防食上必要な厚さ（すなわち、１０μｍ以上で５００μｍ以下の厚さ）に形成できるため、図６に示すように、本発明のメタルセパレータ１８では、従来セパレータに比べて、単セルの発電電圧が改善され、２０００時間以上の運転においても１ボルト近傍の電圧を出力でき、耐久性が著しく改善される。
また、マニホールド２９、３０、３１のエッジ４１に防食材層４０が印刷で形成されているので、樹脂の充填後の樹脂の打ち抜きがなく、打ち抜きで生じる廃棄材料がなく廃棄材料によるコストアップを伴わない。
また、樹脂の充填工程と打ち抜き工程の２工程を必要とせず、防食材料の印刷の１工程のみのため、作業も単純となる。
つぎに、本発明の各実施例に特有な部分の構成、作用・効果を説明する。
〔実施例１−−−図７、図８、図１〜図６〕
本発明の実施例１に係る燃料電池用セパレータの製造方法および製造装置は、表面部４２ａが弾性体からなるローラー４２を用いてローラー印刷により、防食材４４（防食材層４０の材料）をマニホールド２９、３０、３１のエッジ４１に塗布して形成するメタルセパレータの製造方法および製造装置からなる。ローラー印刷はセパレータ１８の両面に実施する。
〔実施例１−−−図７、図８、図１〜図６〕
本発明の実施例１に係る燃料電池用セパレータの製造方法および製造装置は、表面部４２ａが弾性体からなるローラー４２を用いてローラー印刷により、防食材４４（防食材層４０の材料）をマニホールド２９、３０、３１のエッジ４１に塗布して形成するメタルセパレータの製造方法および製造装置からなる。ローラー印刷はセパレータ１８の両面に実施する。
そして、本発明の実施例１に係る燃料電池用セパレータの製造方法は、表面にセパレータマニホールドまわりの形状を彫り込んだ前段ローラー４３の彫り込み部４３ａに防食材４４（防食材層４０の材料）を塗布する工程と、該防食材４４を前段ローラー４３の彫り込み部４３ａから上記の表面部４２ａが弾性体からなるローラー４２の表面に転写する工程と、防食材４４を上記の表面部４２ａが弾性体からなるローラー４２からセパレータ１８に転写して防食材４４をセパレータ１８のマニホールド２９、３０、３１のエッジ４１に塗布し防食材層４０を形成する工程と、を有する。
前段ローラー４３は表面を含み硬質のローラーであるが、ローラー４２は、表面部４２ａが弾性のローラーである。
本発明の実施例１に係る燃料電池用セパレータの製造方法の工程は、図４に示すように、プレス１０１、貴金属コート１０２（ただし、この工程１０２は省略可能）、ローラー印刷１０３、導電性防食材５０のコート１０４、または、図５に示すように、プレス１０１、貴金属コート１０２（ただし、この工程１０２は省略可能）、導電性防食材５０のコート１０４、ローラー印刷１０３、である。そのローラー印刷で表面部４２ａが弾性体からなるローラー４２を用いる。
前段ローラー４３は表面を含み硬質のローラーであるが、ローラー４２は、表面部４２ａが弾性のローラーである。
本発明の実施例１に係る燃料電池用セパレータの製造方法の工程は、図４に示すように、プレス１０１、貴金属コート１０２（ただし、この工程１０２は省略可能）、ローラー印刷１０３、導電性防食材５０のコート１０４、または、図５に示すように、プレス１０１、貴金属コート１０２（ただし、この工程１０２は省略可能）、導電性防食材５０のコート１０４、ローラー印刷１０３、である。そのローラー印刷で表面部４２ａが弾性体からなるローラー４２を用いる。
本発明の実施例１に係る燃料電池用メタルセパレータ１８の製造装置は、表面にセパレータマニホールドまわりの形状を彫り込んだ前段ローラー４３と、前段ローラー４３に塗布された防食材４４が転写され該転写された防食材４４をセパレータ１８のマニホールド２９、３０、３１のエッジ４１に塗布する少なくとも表面部４２ａが弾性体からなるローラー４２と、を備えたメタルセパレータの製造装置からなる。
本発明の実施例１に係る燃料電池用セパレータの製造方法および製造装置の作用・効果については、ローラー印刷により、防食材４４をマニホールド２９、３０、３１のエッジ４１に塗布して形成するので、防食材層４０を防食上必要な厚さ（すなわち、１０μｍ以上で５００μｍ以下の厚さ）に形成できる。
また、表面部４２ａが弾性体からなるローラー４２を用いてローラー印刷するので、セパレータ１８のマニホールド２９、３０、３１のエッジ４１にも防食材層４０を防食上必要な厚さに形成できる。この場合、弾性体からなる表面部４２ａが、図８に示すように、弾性変形してマニホールド２９、３０、３１内に進入していき、マニホールド２９、３０、３１のエッジ４１に防食材４４を効果的に塗布することができる。硬いローラーの場合はエッジ４１に塗布できないので、従来はエア塗装してエッジ４１に塗布していたが、エア塗装の場合は塗料粘度が低くなければ塗布できないので、エッジ４１に塗布した塗料が垂れてエッジ４１に塗布できないという問題があった。しかし、表面部４２ａが弾性体からなるローラー４２を用いることによってエッジ４１に防食材４４を効果的に塗布することができ、しかも、塗布塗料を従来に比べて粘性の高いものを用いることができるようになり、エッジ４１に塗布した塗料が垂れることがなくなった。その結果、防食材層４０を防食上必要な厚さ（すなわち、１０μｍ以上で５００μｍ以下の厚さ）に形成できる。
また、マニホールド２９、３０、３１のエッジ４１に防食材層４０が印刷で形成されているので、特開２００２−２５５７４号公報のような樹脂の充填後の打ち抜きがなく、打ち抜きで生じる廃棄材料がなく廃棄材料によるコストアップを伴わない。また、特開２００２−２５５７４号公報のような樹脂の充填工程と打ち抜き工程の２工程を必要とせず、防食材料の印刷の１工程のみのため、作業も単純となる。
また、マニホールド２９、３０、３１のエッジ４１に防食材層４０が印刷で形成されているので、特開２００２−２５５７４号公報のような樹脂の充填後の打ち抜きがなく、打ち抜きで生じる廃棄材料がなく廃棄材料によるコストアップを伴わない。また、特開２００２−２５５７４号公報のような樹脂の充填工程と打ち抜き工程の２工程を必要とせず、防食材料の印刷の１工程のみのため、作業も単純となる。
また、表面にセパレータマニホールドまわりの形状を彫り込んだ前段ローラー４３の彫り込み部４３ａに防食材４４を塗布する工程を有するので、メタルセパレータ１８の防食材塗布必要部にのみ防食材４４を塗布できる。
〔実施例２−−−図９〜図１１、図１〜図６〕
本発明の実施例２に係る燃料電池用セパレータの製造方法は、表面部４２ａが弾性体からなるローラー４２（の表面の全域）に防食材４４を塗布する工程と、該防食材４４を上記の表面部４２ａが弾性体からなるローラー４２から、マニホールド２９、３０、３１のエッジ４１とマニホールド２９、３０、３１まわりのセパレータ表面４６を除いてマスキングされたメタルセパレータ１８（とマスキング４５）に転写する工程と、ついでマスキング４５をセパレータ１８から剥がして防食材４４をマニホールド２９、３０、３１のエッジ４１とマニホールドまわりのセパレータ表面４６に残し防食材層４０を形成する工程と、を有する。ローラー印刷はセパレータ１８の両面に実施する。
この場合、マスキング４５に形成されたマニホールド２９、３０、３１周囲を露出させる孔４７は、マニホールド２９、３０、３１よりも大きい。マスキング４５の孔４７の内側にあるセパレータ部分に防食材４４が塗布される。
本発明の実施例２に係る燃料電池用セパレータの製造方法は、表面部４２ａが弾性体からなるローラー４２（の表面の全域）に防食材４４を塗布する工程と、該防食材４４を上記の表面部４２ａが弾性体からなるローラー４２から、マニホールド２９、３０、３１のエッジ４１とマニホールド２９、３０、３１まわりのセパレータ表面４６を除いてマスキングされたメタルセパレータ１８（とマスキング４５）に転写する工程と、ついでマスキング４５をセパレータ１８から剥がして防食材４４をマニホールド２９、３０、３１のエッジ４１とマニホールドまわりのセパレータ表面４６に残し防食材層４０を形成する工程と、を有する。ローラー印刷はセパレータ１８の両面に実施する。
この場合、マスキング４５に形成されたマニホールド２９、３０、３１周囲を露出させる孔４７は、マニホールド２９、３０、３１よりも大きい。マスキング４５の孔４７の内側にあるセパレータ部分に防食材４４が塗布される。
本発明の実施例２に係る燃料電池用セパレータの製造方法の工程は、図４に示すように、プレス１０１、貴金属コート１０２（ただし、この工程１０２は省略可能）、ローラー印刷１０３、導電性防食材５０のコート１０４、または、図５に示すように、プレス１０１、貴金属コート１０２（ただし、この工程１０２は省略可能）、導電性防食材５０のコート１０４、ローラー印刷１０３、である。そのローラー印刷で表面部４２ａが弾性体からなるローラー４２を用いる。
本発明の実施例２に係る燃料電池用セパレータ１８の製造装置は、マニホールドのエッジ４１とマニホールド２９、３０、３１まわりのセパレータ表面４６を除いてセパレータ表面を覆うマスキング４５と、少なくとも表面部４２ａが弾性体からなり表面に防食材４４が塗布され該塗布された防食材４４をマスキング４５により覆われていないセパレータ表面に塗布するローラー４２と、を備えている。
本発明の実施例２に係る燃料電池用セパレータ１８の製造装置は、マニホールドのエッジ４１とマニホールド２９、３０、３１まわりのセパレータ表面４６を除いてセパレータ表面を覆うマスキング４５と、少なくとも表面部４２ａが弾性体からなり表面に防食材４４が塗布され該塗布された防食材４４をマスキング４５により覆われていないセパレータ表面に塗布するローラー４２と、を備えている。
本発明の実施例２に係る燃料電池用セパレータの製造方法および製造装置の作用・効果については、ローラー印刷により、防食材４４をマニホールド２９、３０、３１のエッジ４１に塗布して形成するので、防食材層４０を防食上必要な厚さ（すなわち、１０μｍ以上で５００μｍ以下の厚さ）に形成できる。
また、表面部４２ａが弾性体からなるローラー４２を用いてローラー印刷するので、セパレータ１８のマニホールド２９、３０、３１のエッジ４１にも防食材層４０を防食上必要な厚さに形成できる。この場合、弾性体からなる表面部４２ａが、弾性変形してマニホールド２９、３０、３１内に進入していき、マニホールド２９、３０、３１のエッジ４１に防食材４４を効果的に塗布することができる。硬いローラーの場合はエッジ４１に塗布できないので、従来はエア塗装してエッジ４１に塗布していたが、エア塗装の場合は塗料粘度が低くなければ塗布できないので、エッジ４１に塗布した塗料が垂れてエッジ４１に塗布できないという問題があった。しかし、表面部４２ａが弾性体からなるローラー４２を用いることによってエッジ４１に防食材４４を効果的に塗布することができ、しかも、塗布塗料を従来に比べて粘性の高いものを用いることができるようになり、エッジ４１に塗布した塗料が垂れることがなくなった。その結果、防食材層４０を防食上必要な厚さ（すなわち、１０μｍ以上で５００μｍ以下の厚さ）に形成できる。
また、マニホールド２９、３０、３１のエッジ４１に防食材層４０が印刷で形成されているので、特開２００２−２５５７４号公報のような樹脂の充填後の打ち抜きがなく、打ち抜きで生じる廃棄材料がなく廃棄材料によるコストアップを伴わない。また、特開２００２−２５５７４号公報のような樹脂の充填工程と打ち抜き工程の２工程を必要とせず、防食材料の印刷の１工程のみのため、作業も単純となる。
また、防食材塗布不必要部はマスキングした状態でセパレータ１８に防食材４４を塗布し、塗布後マスキング４５を剥がすので、防食材塗布必要部にのみ防食材４４を塗布できる。
〔実施例３−−−図１２〜図１５、図１〜図６〕
本発明の実施例３に係る燃料電池用セパレータの製造方法は、マニホールド２９、３０、３１を有する燃料電池用メタルセパレータ１８の製造方法であって、スクリーン印刷により、高粘度防食材塗料４４をマニホールド２９、３０、３１のエッジ４１に塗布して形成する方法からなる。防食材塗料４４の粘性は、溶剤の量でコントロールでき、従来のエア塗装に比べて高粘性であり、エッジ４１に塗布された場合に垂れない程度の粘性としてある。スクリーン印刷では、スクリーン４８は塗料透過部４８ａと塗料非透過部４８ｂを有し、塗料透過部４８ａでは塗料４４が透過してセパレータ１８に塗布されるが、塗料非透過部４８ｂでは塗料４４が透過せずセパレータ１８に塗布されない。スクリーン印刷はセパレータ１８の両面に実施する。
本発明の実施例３に係る燃料電池用セパレータの製造方法は、マニホールド２９、３０、３１を有する燃料電池用メタルセパレータ１８の製造方法であって、スクリーン印刷により、高粘度防食材塗料４４をマニホールド２９、３０、３１のエッジ４１に塗布して形成する方法からなる。防食材塗料４４の粘性は、溶剤の量でコントロールでき、従来のエア塗装に比べて高粘性であり、エッジ４１に塗布された場合に垂れない程度の粘性としてある。スクリーン印刷では、スクリーン４８は塗料透過部４８ａと塗料非透過部４８ｂを有し、塗料透過部４８ａでは塗料４４が透過してセパレータ１８に塗布されるが、塗料非透過部４８ｂでは塗料４４が透過せずセパレータ１８に塗布されない。スクリーン印刷はセパレータ１８の両面に実施する。
本発明の実施例３に係る燃料電池用セパレータの製造方法の工程は、図１４に示すように、プレス１０１、貴金属コート１０２（ただし、この工程１０２は省略可能）、スクリーン印刷１０３、導電性防食材５０のコート１０４、または、図１５に示すように、プレス１０１、貴金属コート１０２（ただし、この工程１０２は省略可能）、導電性防食材５０のコート１０４、スクリーン印刷１０３、である。
本発明の実施例３に係る燃料電池用セパレータの製造方法の作用・効果については、スクリーン印刷により、防食材４４を印刷するので、防食材塗布必要部（たとえば、図１３に示すように、マニホールド２９、３０、３１が形成されている、セパレータの両端部）にのみ防食材４４を塗布できる。また、高粘度防食材塗料４４を用いることができるので、エッジ４１での防食材４４の垂れを防止でき、防食材層４０を防食上必要な厚さ（すなわち、１０μｍ以上で５００μｍ以下の厚さ）に形成できる。
１０ （固体高分子電解質型）燃料電池
１１ 電解質膜
１３、１６ 拡散層
１４ アノード
１７ カソード
１８ セパレータ
１９ セル
２０ ターミナル
２１ インシュレータ
２２ エンドプレート
２３ 燃料電池スタック
２４ 締結部材（テンションプレート）
２５ ボルト
２６ 冷媒流路（冷却水流路）
２７ 燃料ガス流路
２８ 酸化ガス流路
２９ 冷媒マニホールド
３０ 燃料ガスマニホールド
３１ 酸化ガスマニホールド
３２ 第１のシール部材
３３ 第２のシール部材
４０ 防食材層
４１ （マニホールドの）エッジ
４１ａ （マニホールドの）内面
４１ｂ 角部
４２ ローラー
４２ａ 表面部
４３ 前段ローラー
４３ａ 彫り込み部
４４ 防食材
４５ マスキング
４６ マニホールドまわりのセパレータ表面
４７ 孔
４８ スクリーン
４８ａ 塗料透過部
４８ｂ 塗料非透過部
５０ 導電性コート
５１ 発電領域
５２ 非発電領域
５３ 樹脂フレーム
１１ 電解質膜
１３、１６ 拡散層
１４ アノード
１７ カソード
１８ セパレータ
１９ セル
２０ ターミナル
２１ インシュレータ
２２ エンドプレート
２３ 燃料電池スタック
２４ 締結部材（テンションプレート）
２５ ボルト
２６ 冷媒流路（冷却水流路）
２７ 燃料ガス流路
２８ 酸化ガス流路
２９ 冷媒マニホールド
３０ 燃料ガスマニホールド
３１ 酸化ガスマニホールド
３２ 第１のシール部材
３３ 第２のシール部材
４０ 防食材層
４１ （マニホールドの）エッジ
４１ａ （マニホールドの）内面
４１ｂ 角部
４２ ローラー
４２ａ 表面部
４３ 前段ローラー
４３ａ 彫り込み部
４４ 防食材
４５ マスキング
４６ マニホールドまわりのセパレータ表面
４７ 孔
４８ スクリーン
４８ａ 塗料透過部
４８ｂ 塗料非透過部
５０ 導電性コート
５１ 発電領域
５２ 非発電領域
５３ 樹脂フレーム
Claims (6)
- マニホールドを有する燃料電池用メタルセパレータの製造方法であって、
少なくとも表面部が弾性体からなるローラーを用いてローラー印刷により、防食材をマニホールドのエッジに塗布して形成する燃料電池用メタルセパレータの製造方法。 - 表面にセパレータマニホールドまわりの形状を彫り込んだ前段ローラーの前記彫り込み部に防食材を塗布する工程と、該防食材を前記表面部が弾性体からなるローラーに転写する工程と、該防食材を前記表面部が弾性体からなるローラーからセパレータに転写して前記防食材をセパレータのマニホールドのエッジに塗布する工程と、を有する請求項１記載の燃料電池用メタルセパレータの製造方法。
- 表面部が弾性体からなるローラーに防食材を塗布する工程と、該防食材を前記表面部が弾性体からなるローラーから、マニホールドのエッジとマニホールドまわりのセパレータ表面を除いてマスキングされたセパレータに転写する工程と、ついでマスキングをセパレータから剥がす工程と、を有する請求項１記載の燃料電池用メタルセパレータの製造方法。
- マニホールドを有する燃料電池用メタルセパレータの製造方法であって、
スクリーン印刷により、防食材塗料をマニホールドのエッジに塗布して形成する燃料電池用メタルセパレータの製造方法。 - 表面にセパレータマニホールドまわりの形状を彫り込んだ前段ローラーと、前記前段ローラーに塗布された防食材が転写され該転写された防食材をセパレータのマニホールドのエッジに塗布する少なくとも表面部が弾性体からなるローラーと、を備えた燃料電池用メタルセパレータの製造装置。
- マニホールドのエッジとマニホールドまわりのセパレータ表面を除いてセパレータ表面を覆うマスキングと、少なくとも表面部が弾性体からなり表面に防食材が塗布され該塗布された防食材をセパレータのマスキングにより覆われていないセパレータ表面に塗布するローラーと、を備えた燃料電池用メタルセパレータの製造装置。
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