特開 2024-145219 スクリーン塗工治具および板状部材のシール構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024145219

(43)【公開日】2024-10-15

(54)【発明の名称】スクリーン塗工治具および板状部材のシール構造

(51)【国際特許分類】

   B41N 1/24 20060101AFI20241004BHJP

   H01M 8/0286 20160101ALI20241004BHJP

   H01M 8/0284 20160101ALI20241004BHJP

   H01M 8/0247 20160101ALI20241004BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20241004BHJP

【ＦＩ】

B41N1/24

H01M8/0286

H01M8/0284

H01M8/0247

H01M8/10 101

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023057478

(22)【出願日】2023-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100154380

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 隆一

(74)【代理人】

【識別番号】100081972

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 豊

(72)【発明者】

【氏名】菅野 哲也

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 史弥

【テーマコード（参考）】

2H114

5H126

【Ｆターム（参考）】

2H114AB11

2H114AB15

2H114AB17

5H126AA12

5H126AA13

5H126BB06

5H126DD05

5H126EE03

5H126EE06

5H126EE11

5H126GG18

5H126HH04

5H126JJ03

(57)【要約】

【課題】均一な高さのシール部材を形成する。
【解決手段】凸部３０を有する板状部材３の表面に、凸部３０を横断するようにシール部材をスクリーン塗工するためのスクリーン塗工治具１０Ｂは、シール部材よりも剛性の高い部材により構成され、板状部材３の表面に載置される治具本体１１を備える。治具本体１１は、板状部材３の表面に対向する第１面１１ａと、第１面１１ａの反対側の第２面１１ｂと、第１面１１ａから第２面１１ｂにかけて延在し、治具本体１１の少なくとも一部を第１部分１１１と第２部分１１２とに分割する一対の分割面１１３とを有する。第１面１１ａは、分割面１１３との交差部位１１４を起点として板状部材３の凸部３０に嵌合する凹部１１５を有する。分割面１１３は、第１面１１ａから第２面１１ｂにかけての高さが均一であり、一対の分割面１１３の間の幅は、凹部１１５に対応する位置で狭くなる。
【選択図】図１２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

凸部を有する板状部材の表面に、前記凸部を横断するようにシール部材をスクリーン塗工するためのスクリーン塗工治具であって、
前記シール部材よりも剛性の高い部材により構成され、前記板状部材の表面に載置される治具本体を備え、
前記治具本体は、
前記板状部材の表面に対向する第１面と、
前記第１面の反対側の第２面と、
前記第１面から前記第２面にかけて延在し、前記治具本体の少なくとも一部を第１部分と第２部分とに分割する一対の分割面と、を有し、
前記第１面は、前記一対の分割面との交差部位を起点として前記板状部材の前記凸部に嵌合する凹部を有し、
前記一対の分割面は、前記第１面から前記第２面にかけての高さが均一であり、
前記一対の分割面の間の幅は、前記一対の凹部に対応する位置で狭くなることを特徴とするスクリーン塗工治具。

【請求項2】

請求項１に記載のスクリーン塗工治具において、
前記凸部は、断面形状が湾曲していることを特徴とするスクリーン塗工治具。

【請求項3】

請求項１または２に記載のスクリーン塗工治具において、
前記一対の分割面は、前記第１部分および前記第２部分の一方を包囲し、
前記第１部分と前記第２部分とを接続する接続部をさらに備えることを特徴とするスクリーン塗工治具。

【請求項4】

請求項１または２に記載のスクリーン塗工治具において、
前記シール部材は、樹脂部材であることを特徴とするスクリーン塗工治具。

【請求項5】

凸部を有する板状部材と、
前記凸部を横断するように前記板状部材の表面に設けられたシール部材と、を備え、
前記シール部材は、前記板状部材の表面からの高さが均一であり、
前記シール部材の幅は、前記凸部を横断する位置で狭くなることを特徴とする板状部材のシール構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、板状部材にシール部材をスクリーン塗工するためのスクリーン塗工治具および板状部材のシール構造に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、燃料電池セルのセパレータのような凹凸状に設けられた板材にペースト状の部材をスクリーン塗工するための治具が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１記載の治具では、スクリーンに一体に設けられたマスクにおける塗布相手部材との対向面に、塗布相手部材に形成された凹凸へ嵌め込み可能な嵌合凹凸が形成され、嵌合凹凸における嵌合凸部及び嵌合凹部のうち少なくとも一方に、ペースト塗布用開口が開設される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－８７５０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、凹凸状に設けられた板材に面して密閉空間を形成するとき、板材の表面を横断するシール部材を形成することがあり、このような場合には、シール性を確保するため、シール部材の高さを均一にすることが好ましい。しかしながら、上記特許文献１には、この点について何ら記載されていない。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様は、凸部を有する板状部材の表面に、凸部を横断するようにシール部材をスクリーン塗工するためのスクリーン塗工治具である。スクリーン塗工治具は、シール部材よりも剛性の高い部材により構成され、板状部材の表面に載置される治具本体を備える。治具本体は、板状部材の表面に対向する第１面と、第１面の反対側の第２面と、第１面から第２面にかけて延在し、治具本体の少なくとも一部を第１部分と第２部分とに分割する一対の分割面と、を有する。第１面は、一対の分割面との交差部位を起点として板状部材の凸部に嵌合する凹部を有する。一対の分割面は、第１面から第２面にかけての高さが均一であり、一対の分割面の間の幅は、凹部に対応する位置で狭くなる。

【0006】

本発明の別の態様である板状部材のシール構造は、凸部を有する板状部材と、凸部を横断するように板状部材の表面に設けられたシール部材と、を備える。シール部材は、板状部材の表面からの高さが均一であり、シール部材の幅は、凸部を横断する位置で狭くなる。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、均一な高さのシール部材を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態に係る板状部材のシール構造を有する燃料電池スタックの全体構成を概略的に示す斜視図。

【図2】図１の燃料電池スタックに含まれる電極アッセンブリの概略構成を示す斜視図。

【図3】図１の発電セルのIII-III断面図。

【図4】図３のセパレータの貫通孔付近のシール構造の一例を示す正面図。

【図5】本発明の第１実施形態に係るスクリーン塗工治具の一例を示す正面図。

【図6】図５のVI-VI断面図。

【図7】図５のスクリーン塗工治具を部分的に示す斜視図。

【図8】図４のシール部材の断面図。

【図9】図４のシール部材を構成する樹脂材料の特性について説明するための図。

【図10】図５のスクリーン塗工治具により塗工されたシール部材の断面図。

【図11】図５のスクリーン塗工治具により塗工されたシール部材の斜視図。

【図12】本発明の第２実施形態に係るスクリーン塗工治具を部分的に示す斜視図。

【図13】図１２のスクリーン塗工治具により塗工されたシール部材の断面図。

【図14】図１２のスクリーン塗工治具により塗工されたシール部材の斜視図。

【図15】本発明の第２実施形態に係る板状部材のシール構造の一例を示す正面図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図１～図１５を参照して本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態に係るスクリーン塗工治具は、凸部を有する板状部材の表面に、凸部を横断するようにシール部材をスクリーン塗工するための治具であり、例えば、凹凸状に設けられた燃料電池のセパレータにシール部材をスクリーン塗工するための治具である。また、本発明の実施形態に係る板状部材のシール構造は、凸部を有する板状部材の表面に、凸部を横断するように設けられたシール構造であり、例えば、凹凸状に設けられた燃料電池のセパレータの表面に設けられたシール構造である。燃料電池は、例えば車両に搭載され、車両駆動用の電力を発生することができる。まず、燃料電池の構成要素である燃料電池スタックの全体構成を概略的に説明する。

【0010】

図１は、本発明の実施形態に係る板状部材のシール構造を有する燃料電池スタック１００の全体構成を概略的に示す斜視図である。以下では、便宜上、図示のように互いに直交する三軸方向を、前後方向、左右方向および上下方向と定義し、この定義に従い各部の構成を説明する。これらの方向は、車両の前後方向、左右方向および上下方向と同一であるとは限らない。例えば図１の前後方向は、車両の前後方向であってもよく、左右方向であってもよく、上下方向であってもよい。

【0011】

図１に示すように、燃料電池スタック１００は、複数の発電セル１を前後方向に積層して構成されたセル積層体１０１と、セル積層体１０１の前後両端部に配置されたエンドユニット１０２とを有し、全体が略直方体形状を呈する。セル積層体１０１の左右方向の長さは、上下方向の長さよりも長い。図１には、便宜上、単一の発電セル１が示される。発電セル１は、電解質膜と電極とを含む接合体を有する電極アッセンブリ２と、電極アッセンブリ２の前後両側に配置され、電極アッセンブリ２を挟持するセパレータ３，３と、を有する。電極アッセンブリ２とセパレータ３とは、前後方向に交互に配置される。

【0012】

セパレータ３は、断面が波板状の前後一対の金属製の薄板を有し、これら薄板の外周同士を接合して一体に構成される。セパレータ３には耐腐食性に優れた導電性の材料が用いられ、例えばチタン、チタン合金、ステンレス等を用いることができる。セパレータ３の内部には、冷却媒体が流れる冷却流路が形成され、冷却媒体の流れにより発電セル１の発電面が冷却される。冷却媒体としては例えば水を用いることができる。電極アッセンブリ２に対向するセパレータ３の表面（前面および後面）は、電極アッセンブリ２との間にガス流路を形成するようにプレス成形などによって凹凸状に構成される。

【0013】

電極アッセンブリ２の前側のセパレータ３は、例えばアノード側のセパレータ（アノードセパレータ）であり、アノードセパレータ３と電極アッセンブリ２の接合体との間に、燃料ガスが流れるアノード流路が形成される。電極アッセンブリ２の後側のセパレータ３は、例えばカソード側のセパレータ（カソードセパレータ）であり、カソードセパレータ３と電極アッセンブリ２の接合体との間に、酸化剤ガスが流れるカソード流路が形成される。燃料ガスとしては例えば水素ガスを、酸化剤ガスとしては例えば空気を用いることができる。燃料ガスと酸化剤ガスとを区別せずに、これらを反応ガスと呼ぶこともある。

【0014】

図２は、電極アッセンブリ２の概略構成を示す斜視図である。図２に示すように、電極アッセンブリ２は、略矩形状の接合体２０と、接合体２０を支持するフレーム２１と、を有する。接合体２０は膜電極接合体（いわゆるＭＥＡ；Membrane Electrode Assembly）であり、電解質膜と、電解質膜の前面に設けられたアノード電極と、電解質膜の後面に設けられたカソード電極とを有する。

【0015】

電解質膜は、例えば固体高分子電解質膜であり、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜を用いることができる。フッ素系電解質に限らず、炭化水素系電解質を用いることもできる。

【0016】

アノード電極は、電解質膜の前面に形成され、電極反応の反応場となる電極触媒層であり、該電極触媒層の前面には反応ガスを拡散して供給するガス拡散層が設けられる。カソード電極は、電解質膜の後面に形成され、電極反応の反応場となる電極触媒層であり、該電極触媒層の後面には反応ガスを拡散して供給するガス拡散層が設けられる。電極触媒層には、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素の電気化学反応を促進する触媒金属、プロトン伝導性を有する電解質、および電子伝導性を有するカーボン粒子等が含まれる。ガス拡散層は、ガス透過性を有する導電性部材、例えばカーボン多孔質体により構成される。

【0017】

アノード電極では、アノード流路およびガス拡散層を介して供給された燃料ガス（水素）が、触媒の作用によってイオン化され、電解質膜を通過してカソード電極側へ移動する。このとき生じた電子は、外部回路を通過し、電気エネルギとして取り出される。カソード電極では、カソード流路およびガス拡散層を介して供給された酸化剤ガス（酸素）と、アノード電極から導かれた水素イオンおよびアノード電極から移動した電子とが反応し、水が生成される。生成された水は、電解質膜に適度な湿度を与え、余剰な水は電極アッセンブリ２の外部へ排出される。

【0018】

フレーム２１は、略矩形状を呈する薄板であり、絶縁性を有する樹脂やゴム等により構成される。フレーム２１の中央部には、略矩形状の開口部２１ａが設けられ、開口部２１ａの全体を覆うように接合体２０が設けられる。フレーム２１の開口部２１ａの左側には、フレーム２１を前後方向に貫通する３つの貫通孔２１１～２１３が上下方向に並んで開口され、開口部２１ａの右側には、フレーム２１を前後方向に貫通する３つの貫通孔２１４～２１６が上下方向に並んで開口される。

【0019】

図１に示すように、電極アッセンブリ２の前後のセパレータ３には、フレーム２１の貫通孔２１１～２１６に対応する位置に、セパレータ３を前後方向に貫通する貫通孔３１１～３１６がそれぞれ開口される。貫通孔３１１～３１６は、フレーム２１の貫通孔２１１～２１６にそれぞれ連通する。これら互いに連通する貫通孔２１１～２１６，３１１～３１６の集合により、セル積層体１０１を貫通して前後方向に延在する流路ＰＡ１～ＰＡ６（便宜上、矢印で示す）が形成される。流路ＰＡ１～ＰＡ６は、マニホールドと呼ばれることもある。流路ＰＡ１～ＰＡ６は、燃料電池スタック１００の外部のマニホールドに接続される。

【0020】

貫通孔２１１，３１１を介して前方に延びる流路ＰＡ１（実線矢印）は、燃料ガス供給流路である。貫通孔２１６，３１６を介して後方に延びる流路ＰＡ６（実線矢印）は、燃料ガス排出流路である。燃料ガス供給流路ＰＡ１および燃料ガス排出流路ＰＡ６は、接合体２０の前面に対向するアノード流路と連通し、実線矢印に示すように、燃料ガス供給流路ＰＡ１と燃料ガス排出流路ＰＡ６とを介して、アノード流路を左右方向に燃料ガスが流れる。アノード流路と他の流路ＰＡ２～ＰＡ５との連通は、シール部材７（図３）を介して遮断される。燃料ガス排出流路ＰＡ６を流れる燃料ガスは、アノード電極で一部が使用された後の燃料ガスであり、これを燃料排ガスと呼ぶことがある。

【0021】

貫通孔２１４，３１４を介して前方に延びる流路ＰＡ４（点線矢印）は、酸化剤ガス供給流路である。貫通孔２１３，３１３を介して後方に延びる流路ＰＡ３（点線矢印）は、酸化剤ガス排出流路である。酸化剤ガス供給流路ＰＡ４および酸化剤ガス排出流路ＰＡ３は、接合体２０の後面に対向するカソード流路と連通し、点線矢印に示すように、酸化剤ガス供給流路ＰＡ４と酸化剤ガス排出流路ＰＡ３とを介して、カソード流路を左右方向に酸化剤ガスが流れる。カソード流路と他の流路ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＡ５，ＰＡ６との連通は、シール部材７（図３）を介して遮断される。酸化剤ガス排出流路ＰＡ３を流れる酸化剤ガスは、カソード電極で一部が使用された後の酸化剤ガスであり、これを酸化剤排ガスと呼ぶことがある。燃料排ガスと酸化剤排ガスとを区別せずに、これらを反応排ガスと呼ぶこともある。

【0022】

貫通孔２１５，３１５を介して前方に延びる流路ＰＡ５（一点鎖線矢印）は、冷却媒体供給流路である。貫通孔２１２，３１２を介して後方に延びる流路ＰＡ２（一点鎖線矢印）は、冷却媒体排出流路である。冷却媒体供給流路ＰＡ５および冷却媒体排出流路ＰＡ２は、セパレータ３の内部の冷却流路と連通しており、冷却媒体供給流路ＰＡ５と冷却媒体排出流路ＰＡ２とを介して、冷却流路を冷却媒体が流れる。冷却流路と他の流路ＰＡ１，ＰＡ３，ＰＡ４，ＰＡ６との連通は、シール部材７（図３）を介して遮断される。

【0023】

セル積層体１０１の前後両側に配置されたエンドユニット１０２は、それぞれターミナルプレート４と、絶縁プレート５と、エンドプレート６とを有する。なお、前側のエンドユニット１０２をドライ側エンドユニット、後側のエンドユニット１０２をウェット側エンドユニットと呼ぶこともある。前後一対のターミナルプレート４，４は、セル積層体１０１を挟んでその前後両側に配置される。前後一対の絶縁プレート５，５は、ターミナルプレート４，４を挟んでその前後両側に配置される。前後一対のエンドプレート６，６は、絶縁プレート５，５を挟んでその前後両側に配置される。

【0024】

ターミナルプレート４は、金属製の略矩形状の板状部材であり、セル積層体１０１で電気化学反応により生成された電力を取り出すための端子部を有する。絶縁プレート５は、非導電性を有する樹脂製またはゴム製の略矩形状の板状部材であり、ターミナルプレート４とエンドプレート６とを電気的に絶縁する。エンドプレート６は、金属製または高強度に構成された樹脂製の板状部材であり、エンドプレート６には、例えば前後のエンドプレート６，６同士を連結する前後方向細長の連結部材がボルトにより固定される。燃料電池スタック１００は、連結部材を介してエンドプレート６，６により前後方向に押圧された状態で、保持される。セル積層体１０１を包囲するケースを連結部材として用いてよく、ケースの前端面および後端面にそれぞれエンドプレート６，６が固定されてもよい。

【0025】

後側のエンドユニット１０２には、エンドユニット１０２を前後方向に貫通する複数の貫通孔１０２ａ～１０２ｆが開口される。なお、貫通孔１０２ａ～１０２ｆは、それぞれターミナルプレート４を貫通する貫通孔、絶縁プレート５を貫通する貫通孔およびエンドプレート６を貫通する貫通孔を含むが、図１では、便宜上、これらをまとめて貫通孔１０２ａ～１０２ｆとして示す。貫通孔１０２ａは、燃料ガス供給流路ＰＡ１の延長線上に開口され、燃料ガス供給流路ＰＡ１に連通する。貫通孔１０２ｂは、冷却媒体排出流路ＰＡ２の延長線上に開口され、冷却媒体排出流路ＰＡ２に連通する。貫通孔１０２ｃは、酸化剤ガス排出流路ＰＡ３の延長線上に開口され、酸化剤ガス排出流路ＰＡ３に連通する。貫通孔１０２ｄは、酸化剤ガス供給流路ＰＡ４の延長線上に開口され、酸化剤ガス供給流路ＰＡ４に連通する。貫通孔１０２ｅは、冷却媒体供給流路ＰＡ５の延長線上に開口され、冷却媒体供給流路ＰＡ５に連通する。貫通孔１０２ｆは、燃料ガス排出流路ＰＡ６の延長線上に開口され、燃料ガス排出流路ＰＡ６に連通する。

【0026】

より詳しくは、貫通孔１０２ａには、エジェクタ、インジェクタなどを介して、高圧の燃料ガスが貯留された燃料ガスタンクが接続され、燃料ガスタンク内の燃料ガスが貫通孔１０２ａを介して燃料電池スタック１００に供給される。貫通孔１０２ｆには、気液分離機が接続され、貫通孔１０２ｆを介して排出された燃料ガス（燃料排ガス）は、気液分離機で燃料ガスと水とに分離される。分離された燃料ガスは、エジェクタを介して吸い込まれ、燃料電池スタック１００に再び供給される。分離された水は、ドレン流路を介して外部に排出される。

【0027】

貫通孔１０２ｄには、酸化剤ガス供給用のコンプレッサが接続され、コンプレッサで圧縮された酸化剤ガスが貫通孔１０２ｄを介して燃料電池スタック１００に供給される。貫通孔１０２ｃからは、酸化剤ガス（酸化剤排ガス）が外部に流出する。貫通孔１０２ｅには、冷却媒体供給用のポンプが接続され、貫通孔１０２ｅを介して燃料電池スタック１００に冷却媒体が供給される。貫通孔１０２ｂからは冷却媒体が排出される。排出された冷却媒体は、ラジエータでの熱交換により冷却され、貫通孔１０２ｅを介して再び燃料電池スタック１００に供給される。

【0028】

以上が燃料電池スタック１００の概略構成である。燃料電池スタック１００は略ボックス状のケースに収納され、車両に搭載される。

【0029】

図３は、図１の発電セル１のIII-III断面図である。図３に示すように、前側のアノードセパレータ３と電極アッセンブリ２（接合体２０）との間にはアノード流路Ａｎが形成され、後側のカソードセパレータ３と電極アッセンブリ２（接合体２０）との間にはカソード流路Ｃａが形成される。図４は、セパレータ（アノードセパレータ）３の貫通孔３１１（燃料ガス供給流路ＰＡ１）付近のシール構造の一例を示す正面図であり、電極アッセンブリ２（フレーム２１）に対向するセパレータ３の貫通孔３１１付近の表面（後面）を示す。

【0030】

図３および図４に示すように、電極アッセンブリ２に対向するセパレータ３の表面には、貫通孔３１１，３１４（反応ガス供給流路ＰＡ１，ＰＡ４）とガス流路Ａｎ，Ｃａとを連通する連通路を形成する半円筒形状の凸部３０が複数本（図では１本）設けられる。これらの連通路のうち、燃料ガス供給流路ＰＡ１とカソード流路Ｃａとを連通する連通路と、酸化剤ガス供給流路ＰＡ４とアノード流路Ａｎとを連通する連通路とは、閉鎖される。

【0031】

セパレータ３の表面には、凸部３０を横断し、貫通孔３１１，３１４を包囲するように、シール部材７が設けられる。シール部材７としては、シリコン、ウレタン、フッ素等の熱硬化性エラストマ、熱可塑性エラストマ、合成ゴム、天然ゴム等の樹脂材料を用いることができる。セパレータ３の表面に設けられたシール部材７の先端は、電極アッセンブリ２（フレーム２１）に密着し、これにより、反応ガス供給流路ＰＡ１，ＰＡ４が、連通しないガス流路Ｃａ，Ａｎや外部空間ＥＸから遮断（密閉）される。

【0032】

より具体的には、図１の燃料電池スタック１００が連結部材を介してエンドプレート６，６により前後方向に押圧されることで、シール部材７に前後方向の圧縮荷重が付加され、シール部材７が押圧されて弾性変形し、シール部材７の先端がフレーム２１に密着する。このとき、圧縮荷重によりシール部材７の先端に面圧が付加されることで、反応ガス供給流路ＰＡ１，ＰＡ４の密閉状態が確保される。

【0033】

このように、凸部３０を有するセパレータ３等の板状部材に面して密閉空間を形成する場合には、シール性を確保するため、シール部材７の高さを均一にすることが好ましい。そこで、本実施形態では、凸部３０を有するセパレータ３の表面に、凸部３０を横断する高さの均一なシール部材７をスクリーン塗工することができるよう、以下のようにスクリーン塗工治具を構成する。

【0034】

＜第１実施形態＞
図５は、本発明の第１実施形態に係るスクリーン塗工治具（以下、治具）１０Ａの一例を示す正面図であり、図６は、図５のVI-VI断面図である。図５および図６に示すように、治具１０Ａは、塗工面となるセパレータ３の表面に載置される治具本体１１と、治具本体１１の第１部分１１１と第２部分１１２とを接続する接続部１２とを有する。

【0035】

治具本体１１および接続部１２は、シール部材７よりも剛性の高い部材により構成される。治具本体１１および接続部１２には、例えばステンレス等の金属を用いることができる。治具本体１１および接続部１２には、テフロン（登録商標）、シリコン等の樹脂に撥水処理を施した材料を用いてもよい。接続部１２の幅は、塗工後のシール部材７の表面に段差が生じないよう、シール部材７の材質を考慮して十分小さい値（例えば、１００μｍ程度）に設定される。

【0036】

治具本体１１は、セパレータ３の表面に対向する第１面１１ａと、第１面１１ａの反対側の第２面１１ｂと、第１面１１ａから第２面１１ｂにかけて延在し、治具本体１１を第１部分１１１と第２部分１１２とに分割する一対の分割面１１３，１１３とを有する。図５の例では、一対の分割面１１３，１１３は、環状に設けられ、治具本体１１を、一対の分割面１１３，１１３により包囲される内側の第１部分１１１と、外側の第２部分１１２とに、完全に分割する。一対の分割面１１３，１１３は、線分状または曲線分状に設けられ、治具本体１１を第１部分１１１と第２部分１１２とに部分的に分割するものであってもよい。この場合、第１部分１１１と第２部分１１２とを接続する接続部１２を設けず、治具本体１１のみで治具１０Ａを構成してもよい。以下では、第１部分１１１と第２部分１１２との間の空間、換言すると、第１面１１ａと第２面１１ｂとの間、かつ、一対の分割面１１３，１１３の間の空間を、溝部１３と称する。

【0037】

治具本体１１は、例えば、第１面１１ａを含む下層１４と第２面１１ｂを含む上層１５とを別体としてそれぞれ成形し、下層１４と上層１５とを接合することで形成される。この場合、下層１４には第１部分１１１と第２部分１１２とが含まれ、上層１５には第１部分１１１と第２部分１１２と接続部１２とが含まれる。治具本体１１と接続部１２とを一体的に成型し、エッチング処理やミリング処理等の加工処理により、治具本体１１を第１部分１１１と第２部分１１２とに分割するとともに接続部１２を形成してもよい。

【0038】

図７は、治具１０Ａを部分的に示す斜視図であり、治具１０Ａを用いて、凸部３０を有するセパレータ３の表面に、凸部３０を横断するようにシール部材７をスクリーン塗工する様子を概略的に示す。図７に示すように、スクリーン塗工では、先ず、治具本体１１の第１面１１ａが、凸部３０を有するセパレータ３の表面に対向するように、治具１０Ａを塗工面となるセパレータ３の表面に載置する。次いで、チクソ性を有するシリコン、ウレタン、フッ素等の熱硬化性エラストマ、熱可塑性エラストマ、合成ゴム、天然ゴム等の樹脂材料のペーストＰを治具本体１１の第２面１１ｂに載せる。そして、スキージ１６によりペーストＰを溝部１３周辺の第２面１１ｂに押し当て、スキージ１６を摺動させることで、溝部１３を介してセパレータ３の表面にペーストＰを塗布し、硬化させることで、セパレータ３の表面にシール部材７を塗工、形成する。このようなスクリーン塗工は、手動で行ってもよく、セパレータ３を固定する載置台と、治具１０Ａと、スキージ１６とを有するスクリーン印刷装置を用いて自動的に行ってもよい。

【0039】

治具本体１１の第１面１１ａは、一対の分割面１１３，１１３との交差部位１１４，１１４を起点として、セパレータ３の凸部３０に嵌合する一対の凹部１１５，１１５を有する。一対の凹部１１５，１１５の一方は治具本体１１の第１部分１１１に設けられ、他方は治具本体１１の第２部分１１２に設けられる。治具本体１１を金属製とする場合、凹部１１５のみにテフロン（登録商標）、シリコン等の樹脂に撥水処理を施した材料を用いてもよい。

【0040】

塗工面に対向する治具本体１１の第１面１１ａに、セパレータ３表面の凸部３０に嵌合する凹部１１５を設けることで、塗工時、治具１０Ａに対しスキージ１６の摺動方向に押圧力が付与された場合でも、塗工面に対する治具本体１１の変位を規制することができる。これにより、セパレータ３表面に精度よくスクリーン塗工を行うことができる。

【0041】

このように、シール部材７よりも相対的に剛性の高い治具本体１１と、スキージ１６とを用いてスクリーン塗工を行うことで、シール部材７が溝部１３の外に塗工されることを防ぎ、溝部１３の形状に沿った形状のシール部材７を塗工、形成することができる。

【0042】

治具本体１１は、溝部１３の深さ、すなわち一対の分割面１１３，１１３の第１面１１ａから第２面１１ｂにかけての高さｈ１が均一となるように形成される。したがって、治具本体１１の一対の分割面１１３，１１３、第１面１１ａ（セパレータ３の表面）、および第２面１１ｂ（スキージ１６）により画定される溝部１３の形状に沿って塗工、形成されるシール部材７の高さを概ね均一にすることができる。

【0043】

図８は、セパレータ３の表面に塗工されたシール部材７の断面図であり、図９は、シール部材７を構成する樹脂材料の特性（チクソ特性）について説明するための図である。図８および図９に示すように、チクソ性を有する樹脂材料により構成されるシール部材７は、ペーストＰの組成等の塗工条件が同一であれば、セパレータ３表面に接する部分の幅ｗに応じて硬化後の厚さｄが定まる。すなわち、シール部材７の幅ｗが大きい（広い）ほどシール部材７の厚さｄが大きく(高く)なり、シール部材７の幅ｗが小さい（狭い）ほどシール部材７の厚さｄが小さく（低く）なる。シール部材７の幅ｗは、治具１０Ａの溝部１３の幅ｗ、すなわち、治具本体１１の一対の分割面１１３，１１３の間の幅ｗに相当する。

【0044】

図１０は、治具１０Ａにより塗工されたシール部材７の断面図であり、図１１は、治具１０Ａにより塗工されたシール部材７の斜視図である。図１０および図１１に示すように、治具１０Ａにより塗工されたシール部材７の幅ｗおよび厚さｄは、シール部材７の延在方向にわたって均一となる。シール部材７は、凸部３０を含むセパレータ３表面に沿って延在するため、シール部材７のセパレータ３表面からの高さｈ２は、シール部材７が凸部３０を横断する位置において、それ以外の位置より、凸部３０の分だけ高くなる。

【0045】

このように、シール部材７のセパレータ３表面からの高さｈ２にばらつきが生じると、図４のシール部材７の延在方向において、図３のフレーム２１に密着するシール部材７先端に付加される線圧（シール荷重）がばらつき、線圧の低い箇所で漏れが生じ得る。なお、線圧は、圧縮荷重により、フレーム２１に密着するシール部材７の先端に付加される面圧の、シール部材７の延在方向における単位長さ当たりの平均値である。

【0046】

＜第２実施形態＞
図１２は、本発明の第２実施形態に係る治具１０Ｂを部分的に示す斜視図であり、図１３は、治具１０Ｂにより塗工されたシール部材７の断面図であり、図１４は、治具１０Ｂにより塗工されたシール部材７の斜視図である。第１実施形態と異なる点について説明すると、治具１０Ｂは、治具本体１１の一対の分割面１１３，１１３の間の幅ｗ（溝部１３の幅ｗ）が、凹部１１５に対応する位置で狭くなるように構成される。より具体的には、図１２に示すように、凹部１１５に対応する位置における溝部１３の幅ｗ１は、それ以外の位置における溝部１３の幅ｗ２より小さい値に設定される（ｗ１＜ｗ２）。

【0047】

この場合、図１３および図１４に示すように、治具１０Ｂにより塗工されたシール部材７のセパレータ３表面からの高さｈ２は、シール部材７の延在方向にわたって均一となる。すなわち、シール部材７が凸部３０を横断する位置におけるシール部材７の幅ｗ１は、それ以外の位置におけるシール部材７の幅ｗ２より小さくなり、シール部材７の厚さｄは、シール部材７が凸部３０を横断する位置において、それ以外の位置より小さくなる。これにより、シール部材７の延在方向にわたって、シール部材７のセパレータ３表面からの高さｈ２が均一となり、図３のフレーム２１に密着するシール部材７先端に付加される線圧（シール荷重）のばらつきが解消され、シール性が向上する。

【0048】

シール部材７および治具１０Ｂの溝部１３の幅ｗ１，ｗ２は、ガス流路を流通するガスの最大圧力、シール部材７の材質やシール部材７に付加される圧縮荷重等に応じて設定される。幅ｗ１と幅ｗ２との比率は、セパレータ３表面におけるシール部材７の塗工位置、凸部３０の形状、図９に示す樹脂材料の特性等に基づいて決定してもよく、治具１０Ｂ（治具本体１１）およびシール部材７の試作により決定してもよい。

【0049】

図１５は、第２実施形態に係る板状部材のシール構造の一例を示す正面図であり、電極アッセンブリ２（フレーム２１）に対向するセパレータ（アノードセパレータ）３の貫通孔３１１（燃料ガス供給流路ＰＡ１）付近のシール構造を示す。図１５に示すように、板状部材のシール構造は、凸部３０を有するセパレータ３と、凸部３０を横断するようにセパレータ３の表面に設けられたシール部材７とを有する。シール部材７は、セパレータ３の表面からの高さｈ２が均一であり、シール部材７の幅ｗ（ｗ１，ｗ２）は、凸部３０を横断する位置で狭くなる。

【0050】

このように、第２実施形態では、第１実施形態と異なり、治具本体１１の一対の分割面１１３，１１３の間の幅ｗ（溝部１３の幅ｗ）が凹部１１５に対応する位置で狭くなるように治具１０Ｂを構成することで、均一な高さのシール部材７を形成することができる。また、治具１０Ｂの溝部１３の高さｈ１は均一であるため、第１実施形態と同様に、スキージ１６を用いた一度のスクリーン塗工により、溝部１３の形状に沿ったシール部材７を形成することができる。

【0051】

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）凸部３０を有するセパレータ３の表面に、凸部３０を横断するようにシール部材７をスクリーン塗工するための治具１０Ｂは、シール部材７よりも剛性の高い部材により構成され、セパレータ３の表面に載置される治具本体１１を有する（図１２）。治具本体１１は、セパレータ３の表面に対向する第１面１１ａと、第１面１１ａの反対側の第２面１１ｂと、第１面１１ａから第２面１１ｂにかけて延在し、治具本体１１の少なくとも一部を第１部分１１１と第２部分１１２とに分割する一対の分割面１１３，１１３と、を有する。第１面１１ａは、一対の分割面１１３，１１３との交差部位１１４，１１４を起点としてセパレータ３の凸部３０に嵌合する凹部１１５，１１５を有する。一対の分割面１１３，１１３は、第１面１１ａから第２面１１ｂにかけての高さｈ１が均一であり、一対の分割面１１３，１１３の間の幅ｗは、一対の凹部１１５，１１５に対応する位置で狭くなる。

【0052】

このように、セパレータ３表面の凸部３０に嵌合する凹部１１５を設けることで、塗工時、塗工面に対する治具本体１１の変位を規制し、セパレータ３表面に精度よくスクリーン塗工を行うことができる。また、シール部材７よりも相対的に剛性の高い治具本体１１を用いてスクリーン塗工を行うことで、シール部材７が溝部１３の外に塗工されることを防ぎ、溝部１３の形状に沿った形状のシール部材７を塗工、形成することができる。また、溝部１３の深さ（高さ）ｈ１を均一にすることで、スキージ１６を用いた一度のスクリーン塗工によりシール部材７を形成することができる。さらに、セパレータ３表面の凸部３０に嵌合する凹部１１５に対応する位置で溝部１３の幅ｗを狭くすることで、シール部材７が凸部３０を横断する位置で盛り上がることを防ぎ、均一な高さｈ２のシール部材７を形成することができる。

【0053】

（２）凸部３０は、断面形状が湾曲し、例えば半円筒形状に構成される（図１２）。凸部３０が湾曲し、凸部３０上に塗工されたシール部材７が広がりやすい場合でも、凸部３０を横断する位置で溝部１３およびシール部材７の幅ｗを狭くすることで、凸部３０を横断する位置での盛り上がり防ぎ、高さｈ２が均一なシール部材７を形成することができる。

【0054】

（３）一対の分割面１１３，１１３は、第１部分１１１および第２部分１１２の一方を包囲する（図１２）。治具１０Ｂは、第１部分１１１と第２部分１１２とを接続する接続部１２をさらに有する。一対の分割面１１３，１１３（溝部１３）が環状に設けられ、治具本体１１が完全に分割される場合であっても、接続部１２を設けることで、精度よくスクリーン塗工を行うことができる。

【0055】

（４）シール部材７は、樹脂部材である。シール部材７は、治具１０の溝部１３を介して塗工されたとしても、樹脂材料のチクソ性によって幅ｗと硬化後の厚さｄとのアスペクト比が定まる。このような特性を考慮し、厚さｄを小さくすべき凸部３０を横断する位置で幅ｗを狭くすることで、硬化後のシール部材７のセパレータ３表面からの高さｈ２を均一にすることができる。

【0056】

（５）板状部材のシール構造は、凸部３０を有するセパレータ３と、凸部３０を横断するようにセパレータ３の表面に設けられたシール部材７とを有する（図１３～図１５）。シール部材７は、セパレータ３の表面からの高さｈ２が均一であり、シール部材７の幅ｗは、凸部３０を横断する位置で狭くなる。シール部材７を用い、凸部３０を有するセパレータ３等の板状部材に面して密閉空間を形成する場合、シール部材７の高さｈ２を均一にすることで、密閉空間のシール性を確保することができる。

【0057】

上記実施形態では、燃料電池のセパレータ３の表面に、ガスの連通路を形成する凸部３０を横断するようにシール部材７をスクリーン塗工するためのスクリーン塗工治具およびセパレータ３のシール構造を例に説明したが、スクリーン塗工治具および板状部材のシール構造は、このようなものに限らない。凸部は、シール部材が塗工される板状部材の表面から突出したものであればよく、ガス等の連通路を形成する中空のものに限らない。シール部材は、凸部を横断するものであればよく、凸部の延在方向とシール部材の延在方向とが直交することを要しない。板状部材の表面は、凸部と凸部以外の部分とを有するものであればよく、凸部の占める面積が凸部以外の部分が占める面積より小さいことを要しない。例えば、一部に溝等の凹部を有する板状部材に対し、凹部以外の部分を凸部とみなして本発明を適用することもできる。この場合、シール部材の幅を、そのような板状部材の凹部を横断する位置で広くなるように構成し、治具本体の一対の分割面の間の幅を、そのような板状部材の凹部に嵌合する凸部に対応する位置で広くなるように構成することで、均一な高さのシール部材を形成することができる。

【0058】

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。

【符号の説明】

【0059】

１ 発電セル、２ 電極アッセンブリ、３ セパレータ、７ シール部材、１０Ａ，１０Ｂ スクリーン塗工治具（治具）、１１ 治具本体、１１ａ 第１面、１１ｂ 第２面、１２ 接続部、１３ 溝部、１４ 下層、１５ 上層、１６ スキージ、２０ 接合体、２１ フレーム、３０ 凸部、１００ 燃料電池スタック、１１１ 第１部分、１１２ 第２部分、１１３ 分割面、１１４ 交差部位、１１５ 凹部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】