JP2018181458A - プラズマ装置及びセパレータ - Google Patents

Abstract

【課題】中央部と外周部との温度差によりワークが変形することを抑制すした成膜装置。【解決手段】対向配置される第１の型１１０及び第２の型１２０を備え、第１の型１１０は第１平面部１１１と第１平面部１１１から窪みセパレータ１０が配置される第１窪み部１１４とを有する真空容器１００と、第１平面部１１１と第２の型との間に配置されるマスキング部材２１と、第１平面部１１１と第２の型１２０との間に配置されマスキング部材２１と接触する絶縁部材３５と、マスキング部材２１を第１平面部１１１及び第２の型１２０から離間させる離間部材と、セパレータ１０及びマスキング部材２１に電力を印加する電力印加部７０とを備え、マスキング部材２１は、セパレータ１０のうち、発電に関与する発電領域Ｓ１とセルモニタ端子が接続される接続領域とに、対応する位置に、切欠き又は開口を有するセパレータ１０に成膜を行うプラズマ装置２００。【選択図】図４

Description

本発明は、プラズマ装置及びセパレータに関する。

プラズマ装置として、特許文献１には、上下に２分割される成膜容器によって基板を挟み、成膜容器にガスを充填させて成膜を行う装置が記載されている。

特開２００９−０６２５７９号公報

特許文献１記載の装置では、基板の外周部は成膜容器に挟まれているため成膜時にプラズマに曝されがたく、基板の中央部と外周部とに温度差が生じてワークが変形するおそれがあった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池セルに用いられるセパレータに成膜を行うプラズマ装置が提供される。このプラズマ装置は；対向配置される第１の型及び第２の型を備える真空容器であって、前記第１の型は第１平面部と前記第１平面部から窪み前記セパレータが配置される第１窪み部とを有する真空容器と；少なくとも一部が前記第１平面部と前記第２の型との間に配置されるマスキング部材と；前記第１平面部と前記第２の型との間に配置され、前記マスキング部材と接触する絶縁部材と；前記マスキング部材を前記第１平面部及び前記第２の型から離間させる離間部材と；前記セパレータ及び前記マスキング部材に電力を印加する電力印加部と；を備え；前記マスキング部材は、前記セパレータのうち、前記燃料電池セルの発電に関与する発電領域と、前記発電領域の外周部に位置し前記燃料電池セルの電圧を検出可能なセルモニタ端子が接続される接続領域と、に、対応する位置に、切欠き又は開口を有する。
このような形態のプラズマ装置であれば、セパレータはプラズマが発生する第１窪み部内に配置され、マスキング部材は、セパレータのうち、発電領域と外周部の接続領域とに切欠き又は開口を有するため、成膜時におけるセパレータの中央部と外周部との温度差を低減することができ、温度差によってセパレータが変形することを抑制することができる。また、マスキング部材は接続領域に切欠き又は開口を有するため、接続領域を成膜することができるので、接続領域の強度の向上と接触抵抗の低減とを達成することができる。

（２）本発明の他の形態によれば、燃料電池セルに用いられるセパレータが提供される。このセパレータは；前記燃料電池セルの発電に関与する発電領域と；前記発電領域の外周部に位置し前記燃料電池セルの電圧を検出可能なセルモニタ端子が接続される接続領域と；前記セパレータ間をシールするシール部材が配置されるシール領域と；前記シール領域を除き、前記発電領域と前記接続領域に形成された導電性の膜と、を備える。
このような形態のセパレータであれば、接続領域の強度の向上と接触抵抗の低減とを達成することができる。また、セパレータ間のシール不良を抑制することができる。

本発明は、上述したプラズマ装置以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、セパレータに成膜を行う方法、セパレータを備える燃料電池セル等の形態で実現することができる。

本発明の一実施形態におけるセパレータが適用される燃料電池スタックの概略構成を示す斜視図。 セパレータの概略構成を示す平面図。 セルモニタ端子がセパレータの接続領域に接続される例を示す図。 本発明の一実施形態におけるプラズマ装置の構成を示す概略断面図。 プラズマ装置の分解斜視図。 プラズマ装置の部分拡大図。 プラズマ装置によるセパレータの成膜方法について示す工程図。 変形例２におけるプラズマ装置を示す図。 変形例３におけるプラズマ装置を示す図。

Ａ．実施形態：
Ａ１．燃料電池スタックの構成：
図１は、本発明の一実施形態におけるセパレータ１０が適用される燃料電池スタック４００の概略構成を示す斜視図である。燃料電池スタック４００は、複数の燃料電池セル３００が積層方向ＳＤに沿って積層されて形成されている。燃料電池セル３００は、単セルとも呼ばれる。

燃料電池スタック４００の内部には、マニホールド１１ｍ〜１６ｍが形成されている。マニホールド１１ｍは、燃料電池セル３００に燃料ガスである水素ガスを供給する。マニホールド１２ｍは、燃料電池セル３００から排出されるアノード側オフガスを燃料電池スタック４００の外部へと排出する。マニホールド１３ｍは、燃料電池セル３００に酸化剤ガスである空気を供給し、マニホールド１４ｍは、燃料電池セル３００から排出されるカソード側オフガスを燃料電池スタック４００の外部へと排出する。マニホールド１５ｍは、燃料電池セル３００に冷却媒体を供給し、マニホールド１６ｍは、燃料電池セル３００から排出される冷却媒体を燃料電池スタック４００の外部へと排出する。６つのマニホールド１１ｍ〜１６ｍは、いずれも積層方向ＳＤと平行に延設されている。

燃料電池セル３００は、ＭＥＧＡプレート４６と、一対のセパレータ１０とを備える。ＭＥＧＡプレート４６は、ＭＥＧＡ（膜電極ガス拡散接合体：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ａｎｄ Ｇａｓ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｌａｙｅｒ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）４２と、支持フレーム４０と、を備える。ＭＥＧＡ４２は、固体高分子電解質膜と、アノード側触媒電極層と、カソード側触媒電極層と、アノード側ガス拡散層と、カソード側ガス拡散層とを積層方向ＳＤに積層した構成を有する。支持フレーム４０の中央部には、厚さ方向に貫通孔が設けられている。支持フレーム４０の貫通孔に、ＭＥＧＡ４２が配置されている。

一対のセパレータ１０は、ＭＥＧＡプレート４６を積層方向ＳＤに挟むように配置されている。シール部材４８は、燃料電池セル３００が積層された場合に隣り合うセパレータ１０間に配置されている。シール部材４８は、反応ガスや冷却媒体等の漏洩の抑制を目的として配置される。シール部材４８は、ゴムにより形成されている。ゴムとしては、例えば、ブチルゴムやシリコーンゴムを採用してもよい。

各燃料電池セル３００は、外周部に６つの略矩形状の開口部１１〜１６を備えている。開口部１１〜１６は、燃料電池スタック４００の内部に形成された６つのマニホールド１１ｍ〜１６ｍに対応する。具体的には、複数の燃料電池セル３００が積層されて燃料電池スタック４００が組み立てられたときに、燃料電池セル３００の開口部１１〜１６が積層方向ＳＤに重なることにより、６つのマニホールド１１ｍ〜１６ｍが形成される。開口部１１〜１６の個数や形状等は適宜変更可能である。

Ａ２．セパレータの構成：
図２は、セパレータ１０の概略構成を示す平面図である。セパレータ１０は、略矩形状の導電性を有する板状部材である。本実施形態では、セパレータ１０は、チタン（Ｔｉ）により形成されている。セパレータ１０は、発電領域Ｓ１と、接続領域Ｓ２と、シール領域Ｓ３と、を備える。また、セパレータ１０は、シール領域Ｓ３を除き、発電領域Ｓ１と接続領域Ｓ２とに形成された導電性の膜を備える。図２において、導電性の膜は、斜線で示されている。本実施形態では、セパレータ１０の発電領域Ｓ１の外周端部Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６も、発電領域Ｓ１及び接続領域Ｓ２と同様に、導電性の膜を備える。本実施形態では、導電性の膜は、炭素系の薄膜である。本実施形態では、図２に示すセパレータ１０の他方の面にも、図２に示す面と同様に、導電性の膜が形成されている。

発電領域Ｓ１は、セパレータ１０のうち燃料電池セル３００の発電に関与する領域である。発電領域Ｓ１は、セパレータ１０の中央部に位置しており、図１に示すＭＥＧＡ４２に対向する。発電領域Ｓ１には、凹凸形状が形成されている。この凹凸形状により、反応ガス（燃料ガスあるいは酸化剤ガス）が流れるセル内ガス流路が形成されるとともに、隣り合う燃料電池セル３００のセパレータ１０間に冷却媒体の流路が形成される。

接続領域Ｓ２は、発電領域Ｓ１の外周部に位置する。接続領域Ｓ２は、セルモニタ端子が接続される領域である。セルモニタ端子は、燃料電池セル３００の電圧を検出可能な端子であり、電圧センサに接続される。セルモニタ端子は導電性を有し、かつ、接続領域Ｓ２に接続されればよく、接続領域Ｓ２を挟んでいてもよいし、接続領域Ｓ２に螺旋等で固定されていてもよい。図３は、セルモニタ端子３１０がセパレータ１０の接続領域Ｓ２に接続される例を示す図である。

図２に戻り、シール領域Ｓ３は、発電領域Ｓ１の外周部に位置する。シール領域Ｓ３は、接続領域Ｓ２とは異なる領域である。シール領域Ｓ３は、燃料電池セル３００のセパレータ１０間をシールするシール部材４８（図１）が配置される領域である。

Ａ３．プラズマ装置の構成：
図４は、本発明の一実施形態におけるプラズマ装置２００の構成を示す概略断面図である。図５は、プラズマ装置２００の分解斜視図である。図４及び図５には、相互に直交するＸＹＺ軸が図示されている。なお、直交とは、±２０°の範囲を含んでいう。本実施形態では、Ｙ方向は鉛直方向を示し、Ｘ方向は水平方向を示し、Ｚ方向はＹ軸及びＸ軸に垂直な方向を示す。このことは、以降の図においても同様である。

プラズマ装置２００は、プラズマを用いてセパレータ１０に成膜を行う装置である。本実施形態では、プラズマ装置２００は、セパレータ１０の発電領域Ｓ１、接続領域Ｓ２及び外周端部Ｓ４〜Ｓ６に、プラズマＣＶＤ法により導電性の炭素系薄膜を形成する。図４に示すセパレータ１０の断面は、図２に示すセパレータ１０の４−４断面である。

プラズマ装置２００は、真空容器（チャンバー）１００と、マスキング部材２１、２２と、絶縁部材３０と、離間部材としてのシール部材６１、６２と、電力印加部７０と、を備える。プラズマ装置２００は、さらに、開閉装置５０と、搬送装置５５と、ガス供給装置８０と、排気装置９０と、制御部９５と、パレット１３０とを備える。なお、図５では、開閉装置５０と、搬送装置５５と、電力印加部７０及びその電力導入部７１と、ガス供給装置８０及び供給口８１と、排気装置９０及び排気口９１と、制御部９５と、は図示を省略している。セパレータ１０とマスキング部材２１、２２とを併せて「ワークＷ」とも呼ぶ。

真空容器１００は、分割可能な容器である。本実施形態では、真空容器１００は、＋Ｙ方向及び−Ｙ方向に分割される。真空容器１００は、金属製の容器であり、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）により形成される。真空容器１００は、対向配置される第１の型１１０と第２の型１２０とを備える。第１の型１１０は、第１平面部１１１と第１平面部１１１から窪みセパレータ１０が配置される第１窪み部１１４とを備える。真空容器１００内にセパレータ１０が配置された状態において、第１窪み部１１４はセパレータ１０から離間する方向に窪んでおり、本実施形態ではセパレータ１０の上面側から見て上方（＋Ｙ方向）に窪んでいる。また、第１窪み部１１４は、側部１１２と底部１１３とを備える。本実施形態では、第１窪み部１１４と第１平面部１１１との接続箇所は、セパレータ１０の端部と、同一のＹＺ平面上に位置している。本実施形態において、第２の型１２０は、第２平面部１２１と、第２平面部１２１から窪みセパレータ１０が配置される第２窪み部１２４とを備える。真空容器１００内にセパレータ１０が配置された状態において、第２窪み部１２４は、セパレータ１０の下面側から見て下方（−Ｙ方向）に窪んでいる。第２窪み部１２４は、側部１２２と底部１２３とを備える。第２平面部１２１は、第１の型１１０の第１平面部１１１に対応する部分に配置されている。本実施形態では、第２窪み部１２４と第２平面部１２１との接続箇所は、セパレータ１０の端部と、同一のＹＺ平面上に位置している。本実施形態において、第１平面部１１１及び第２平面部１２１は、ＸＺ平面と平行である。第１の型１１０及び第２の型１２０は、真空容器１００内にガス供給装置８０からガスを供給するための供給口８１と、真空容器１００内を排気装置９０によって排気するための排気口９１と、を備える。供給口８１及び排気口９１には、開閉可能な弁が設けられている。また、第２の型１２０は、セパレータ１０及びマスキング部材２１、２２に電圧を印加するための電力導入部７１を備える。第２の型１２０と電力導入部７１との間は、絶縁部材３５によって電気的に絶縁されている。本実施形態において、真空容器１００は、アース電位を有している。

マスキング部材２１、２２は、セパレータ１０のうち、発電領域Ｓ１と接続領域Ｓ２に対応する位置に、開口２４及び切欠き２５を有する。本実施形態では、マスキング部材２１、２２は、シール領域Ｓ３を含むセパレータ１０の非処理対象部分１０Ｂを覆い、発電領域Ｓ１に対応する位置に開口２４を有し、接続領域Ｓ２に対応する位置に切欠き２５を有する。本実施形態では、マスキング部材２１、２２は、セパレータ１０の外周端部Ｓ４〜Ｓ６に対応する位置にも、切欠き２５を有する。本実施形態では、マスキング部材２１（上側マスキング部材２１）は、セパレータ１０の第１の型１１０側に配置されている。マスキング部材２２（下側マスキング部材２２）は、セパレータ１０の第２の型１２０側に配置されている。本実施形態において、下側マスキング部材２２は、セパレータ１０を支持する。マスキング部材２１、２２は、少なくとも一部が第１平面部１１１と第２の型１２０との間に配置される。本実施形態において、マスキング部材２１、２２は、一部が第１窪み部１１４内及び第２窪み部１２４内に配置され、他の部分が第１平面部１１１と第２平面部１２１との間に配置されている。マスキング部材２１、２２は、導電性の部材で形成されており、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ステンレス（ＳＵＳ）等により構成することができる。セパレータ１０とマスキング部材２１、２２とは、接触することにより電気的に接続されている。なお、マスキング部材２１、２２は、接続領域Ｓ２又は外周端部Ｓ４〜Ｓ６に対応する位置に、開口を有していてもよい。

絶縁部材３０は、第１の型１１０の第１平面部１１１と第２の型１２０との間に配置され、マスキング部材２２と接触する。本実施形態では、絶縁部材３０は第１平面部１１１と第２平面部１２１との間に配置され、マスキング部材２２と接触して下側マスキング部材２２を支持する。絶縁部材３０は、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）等のセラミックスで形成されている。

パレット１３０は、金属製の板状部材である。パレット１３０は、マスキング部材２１、２２及びセパレータ１０を真空容器１００内に搬送する部材でもある。パレット１３０は、第１の型１１０の第１平面部１１１と第２の型１２０との間に配置される。本実施形態では、パレット１３０には、絶縁部材３０、下側マスキング部材２２、セパレータ１０及び上側マスキング部材２１が、この順に＋Ｙ方向に積載されており、パレット１３０は、絶縁部材３０を介してマスキング部材２１、２２及びセパレータ１０を保持する。本実施形態では、パレット１３０は、真空容器１００が閉じられた状態において真空容器１００外に露出する縁部１３０ｔを有する。縁部１３０ｔは、後述する搬送装置５５がパレット１３０を搬送する際に、パレット１３０に接触する部分である。本実施形態において、パレット１３０は、アース電位を有している。パレット１３０は、アルミニウム（Ａｌ）、ステンレス（ＳＵＳ）やチタン（Ｔｉ）等により形成されている。

シール部材６１、６２は、第１の型１１０の第１平面部１１１と第２の型１２０との間に配置されている。シール部材６１、６２は、真空容器１００内の気密を保つための部材である。シール部材６１、６２は、絶縁性の部材であり、本実施形態ではゴム製の環状部材である。本実施形態では、シール部材６１、６２は、オーリングを用いている。本実施形態では、シール部材６１は第１の型１１０に設けられた溝部に嵌め込まれている。シール部材６２は、第２の型１２０に設けられた溝部に嵌め込まれている。本実施形態において、シール部材６１、６２は、マスキング部材２１、２２を第１平面部１１１及び第２の型１２０から離間させる離間部材でもある。

開閉装置５０は、真空容器１００を開閉するための装置である。本実施形態では、開閉装置５０は、第１の型１１０を＋Ｙ方向に移動させて真空容器１００を開き、第１の型１１０を−Ｙ方向に移動させて真空容器１００を閉じる。

搬送装置５５は、パレット１３０を真空容器１００内へ搬送し、パレット１３０を真空容器１００外へ搬送するための装置である。本実施形態では、搬送装置５５は、パレット１３０の縁部１３０ｔに接触して、真空容器１００が開いた状態において、パレット１３０及びパレット１３０に積載された絶縁部材３０、マスキング部材２１、２２、セパレータ１０を真空容器１００内に搬送する。また、搬送装置５５は、搬送したパレット１３０を下方に移動させることによってパレット１３０をシール部材６２を介して第２の型１２０上に設置する。また、搬送装置５５は、上方に移動させたパレット１３０をＸＺ平面に沿って移動させて真空容器１００外へ搬送することも可能である。

電力印加部７０は、セパレータ１０及びマスキング部材２１、２２に電力を印加するための装置である。電力印加部７０は、真空容器１００内に供給された原料ガスをプラズマ化するための電場を生成する。本実施形態では、電力導入部７１とセパレータ１０及びマスキング部材２１、２２は陰極であり、第１の型１１０、第２の型１２０及びパレット１３０は陽極である。本実施形態では、電力印加部７０は、下側マスキング部材２２を通じてセパレータ１０にバイアス電圧を印加する。電力印加部７０は、例えば、電力導入部７１に−３０００Ｖの電圧を印加することができる。なお、本実施形態では、真空容器１００及びパレット１３０はアース（０Ｖ）に接続されている。

ガス供給装置８０は、供給口８１を介して、真空容器１００内にキャリアガス及び原料ガスを供給する。本実施形態では、ガス供給装置８０は、キャリアガスとして例えば窒素（Ｎ_２）ガスやアルゴン（Ａｒ）ガスを供給し、原料ガスとして例えばピリジン（Ｃ_５Ｈ_５Ｎ）ガスを供給する。ガス供給装置８０は、異なる種類のガスを貯留するタンクと接続されている。ガス供給装置８０は、各タンクと供給口８１との間に設けられた切替弁が操作されることにより、供給口８１に供給されるガスの種類を切り替えることが可能である。また、ガス供給装置８０は、真空容器１００内の圧力を、開閉装置５０が真空容器１００を開くことが可能な程度の圧力に戻すために、プラズマ装置２００による成膜後に真空容器１００内に例えば窒素ガスを供給して真空容器１００を復圧する。

排気装置９０は、排気口９１を介して、真空容器１００内を排気する。排気装置９０は、例えば、ロータリポンプや拡散ポンプ、ターボ分子ポンプ等により構成される。

制御部９５は、プラズマ装置２００全体の動作を制御する。制御部９５は、ＣＰＵとメモリーとを含む。ＣＰＵは、メモリーに格納されたプログラムを実行することによって、プラズマ装置２００の制御を行う。このプログラムは、各種記録媒体に記録されていてもよい。例えば、制御部９５は、開閉装置５０を制御して真空容器１００を開き、搬送装置５５を制御してパレット１３０を搬送する。真空容器１００内にパレット１３０が搬送された後、制御部９５が真空容器１００を閉じると、離間部材としてのシール部材６１、６２がパレット１３０に接触することによって、マスキング部材２１、２２と第１平面部１１１及び第２の型１２０が離間される。また、制御部９５は、排気装置９０を制御して真空容器１００内を排気し、ガス供給装置８０を制御して真空容器１００内にガスを供給し、電力印加部７０を制御してセパレータ１０及びマスキング部材２１、２２に電力を印加する。

図６は、プラズマ装置２００の部分拡大図である。図６には、図４に破線で示したＸ部分が示されている。図６には、マスキング部材２１、２２と絶縁部材３０とが接触する箇所（接触点Ｐ１、接触点Ｐ２）が示されている。接触点Ｐ１は、マスキング部材２１、２２と絶縁部材３０とが接触する箇所のうち、第１平面部１１１に対向する箇所である。接触点Ｐ１は、プラズマ装置２００の断面（図６）において、マスキング部材２１、２２と絶縁部材３０とが接触する箇所のうち、第１平面部１１１に最も近い接触箇所である。接触点Ｐ２は、マスキング部材２１、２２と絶縁部材３０とが接触する箇所のうち、第２平面部１２１に対向する箇所である。接触点Ｐ２は、プラズマ装置２００の断面（図６）において、マスキング部材２１、２２と絶縁部材３０とが接触する箇所のうち、第２平面部１２１に最も近い接触箇所である。図６にはさらに、接触点Ｐ１と第１平面部１１１との距離Ａ１と、セパレータ１０と第１窪み部１１４の底部１１３との距離Ｂ１と、が示されている。距離Ａ１は、マスキング部材２１、２２と絶縁部材３０との接触箇所と、第１平面部１１１との最短距離である。距離Ｂ１は、第１窪み部１１４と対向するセパレータ１０と、第１窪み部１１４の底部１１３との距離であり、第１窪み部１１４の底部１１３とセパレータ１０との最短距離である。また、図６には、接触点Ｐ２と第２平面部１２１との距離Ａ２と、セパレータ１０と第２窪み部１２４の底部１２３との距離Ｂ２と、が示されている。距離Ａ２は、マスキング部材２１、２２と絶縁部材３０との接触箇所と、第２平面部１２１との最短距離である。距離Ｂ２は、第２窪み部１２４と対向するセパレータ１０と、第２窪み部１２４の底部１２３との距離であり、第２窪み部１２４の底部１２３とセパレータ１０との最短距離である。プラズマ装置２００において、距離Ａ１は距離Ｂ１よりも小さい。言い換えると、マスキング部材２１、２２と第１平面部１１１とで形成される空間は、セパレータ１０と第１窪み部１１４とで形成される空間よりも小さい。また、本実施形態では、距離Ａ２は、距離Ｂ２よりも小さい。言い換えると、マスキング部材２１、２２と第２平面部１２１とで形成される空間は、セパレータ１０と第２窪み部１２４とで形成される空間よりも小さい。

本実施形態では、距離Ａ１及び距離Ａ２は、セパレータ１０及びマスキング部材２１、２２からなるワークＷと真空容器１００との間に電力を印加した場合に、ワークＷと真空容器１００（第１平面部１１１、第２平面部１２１）との間に形成されるシースの距離よりも短い。本実施形態では、距離Ａ１及び距離Ａ２は、２．０ｍｍ以下である。なお、真空容器１００とワークＷとの絶縁性を十分に保つ観点から、距離Ａ１及び距離Ａ２は、０．５ｍｍ以上であることが好ましい。

図６には、さらに、第１窪み部１１４と第１平面部１１１との接続箇所Ｑ１及び第２窪み部１２４と第２平面部１２１との接続箇所Ｑ２から接触点Ｐ１、Ｐ２までのＸ軸に沿った最短距離Ｃが示されている。距離Ｃは、第１窪み部１１４の側部１１２及び第２窪み部１２４の側部１２２から、接触点Ｐ１、Ｐ２までのＸ軸に沿った最短距離でもある。本実施形態では、距離Ｃは、０（ゼロ）よりも大きい。本実施形態では、距離Ｃは、１０ｍｍ以上である。

Ａ４．セパレータの成膜方法：
図７は、プラズマ装置２００によるセパレータ１０の成膜方法について示す工程図である。以下では、プラズマ装置２００によりセパレータ１０の発電領域Ｓ１、接続領域Ｓ２及び外周端部Ｓ４〜Ｓ６に成膜を行う方法を例に挙げて説明する。プラズマ装置２００による成膜では、まず、セパレータ１０及びマスキング部材２１、２２が真空容器１００内に搬送される搬送工程が行われる（ステップＳ１０）。本実施形態では、パレット１３０上に、絶縁部材３０、下側マスキング部材２２、セパレータ１０が積載され、さらに、セパレータ１０の上に上側マスキング部材２１が積載される。こうすることによって、セパレータ１０のシール領域Ｓ３を含む非処理対象部分１０Ｂが、マスキング部材２１、２２によって覆われる。その後、真空容器１００の第１の型１１０が開閉装置５０によって＋Ｙ方向に移動され、絶縁部材３０、マスキング部材２１、２２及びセパレータ１０が積載されたパレット１３０が、搬送装置５５によって真空容器１００内に搬送される。搬送されたパレット１３０は、シール部材６２を介して第２の型１２０上に配置される。搬送工程では、パレット１３０が第２の型１２０上に配置されると、真空容器１００が閉じられる。本実施形態では、開閉装置５０によって第１の型１１０が−Ｙ方向に移動される。真空容器１００が閉じられると、離間部材としてのシール部材６１、６２がパレット１３０に接触し、マスキング部材２１、２２と第１平面部１１１及び第２の型１２０が離間される。こうすることによって、マスキング部材２１、２２と第１平面部１１１との間に隙間が形成され、マスキング部材２１、２２と第２平面部１２１との間に隙間が形成される。また、接触点Ｐ１と第１平面部１１１との距離Ａ１は、セパレータ１０と第１窪み部１１４との距離Ｂ１よりも小さくなる。接触点Ｐ２と第２平面部１２１との距離Ａ２は、セパレータ１０と第２窪み部１２４との距離Ｂ２よりも小さくなる。

次に、真空容器１００内のガスが排気される排気工程が行われる（ステップＳ２０）。本実施形態では、プラズマ装置２００は、例えば、窒素ガス雰囲気に設置されている。排気工程では、排気装置９０によって排気口９１を介して真空容器１００内の窒素ガスが排気され、真空容器１００内が真空化される。

次に、真空容器１００内に原料ガスが供給されるガス供給工程が行われる（ステップＳ３０）。ガス供給工程では、ガス供給装置８０によって供給口８１を介してキャリアガス及び原料ガスが供給される。真空容器１００内には、キャリアガスとして、例えば、水素ガス及びアルゴンガスが供給される。また、原料ガスとして、窒素ガス及びピリジンガスが供給される。ガス供給工程では、真空容器１００内の圧力値は、例えば、１１Ｐａである。

次に、セパレータ１０及びマスキング部材２１、２２に電力が印加される電力印加工程が行われる（ステップＳ４０）。電力印加工程では、電力印加部７０によって、セパレータ１０及びマスキング部材２１、２２に例えば−３０００Ｖの電力が印加される。電力印加部７０によってセパレータ１０及びマスキング部材２１、２２に電力が印加されると、第１窪み部１１４内及び第２窪み部１２４内にプラズマが発生し、セパレータ１０の発電領域Ｓ１、接続領域Ｓ２及び外周端部Ｓ４〜Ｓ６に薄膜が形成される。電力印加工程では、セパレータ１０及びマスキング部材２１、２２に電力が印加されることにより、真空容器１００の第１窪み部１１４内及び第２窪み部１２４内が高温化する。例えば、第１窪み部１１４内及び第２窪み部１２４内に配置されるセパレータ１０の中央部の温度は、６００℃に達する。電力印加工程が終了すると、原料ガスの供給と電力の印加とが停止される。

次に、真空容器１００内の圧力が調整される復圧工程が行われる（ステップＳ５０）。本実施形態では、真空容器１００内の圧力を、開閉装置５０によって真空容器１００を開くことが可能な程度の圧力に戻すために、ガス供給装置８０によって真空容器１００内に窒素ガスが供給される。なお、真空容器１００内の圧力が調整されると、第１の型１１０が開閉装置５０によって＋Ｙ方向に移動され、搬送装置５５によって絶縁部材３０、マスキング部材２１、２２及びセパレータ１０が積載されたパレット１３０が、真空容器１００から搬出される。以上のようにしてプラズマ装置２００による一連の処理が終了する。

Ａ５．効果：
Ａ５−１．効果１：
本実施形態のセパレータ１０は、シール領域Ｓ３を除き、発電領域Ｓ１及び接続領域Ｓ２に形成された導電性の膜を備えるため、接続領域Ｓ２の強度の向上と接触抵抗の低減とを達成することができる。そのため、接続領域Ｓ２に導電性の膜を備えていない場合と比較して、セルモニタ端子３１０の接続によってセパレータ１０が変形することを抑制することができるとともに、セルモニタ端子３１０に接続された電圧センサによって燃料電池セル３００の電圧をより正確に取得することができる。また、セパレータ１０間のシール部材４８のシール不良を抑制することができる。

Ａ５−２．効果２：
セパレータ１０の発電領域Ｓ１の外周部が、マスキング部材２１、２２で全て覆われている場合には、成膜時に発電領域Ｓ１と外周部との温度差が大きくなり、セパレータ１０に反りが発生するおそれがある。本実施形態のプラズマ装置２００では、セパレータ１０はプラズマが発生する第１窪み部１１４内に配置され、マスキング部材２１、２２は、セパレータのうち、発電領域Ｓ１と外周部の接続領域Ｓ２とに切欠き２５又は開口２４を有するため、成膜時におけるセパレータ１０の中央部と外周部との温度差を低減することができ、温度差によってセパレータ１０が変形することを抑制することができる。 また、マスキング部材２１は接続領域Ｓ２を覆わないため、接続領域Ｓ２を成膜することができるので、接続領域Ｓ２の強度の向上と接触抵抗の低減とを達成することができる。

また、本実施形態のプラズマ装置２００では、シール領域Ｓ３はマスキング部材２１、２２で覆われており成膜されないため、燃料電池セル３００が積層された際に、セパレータ１０間のシール部材４８のシール不良を抑制することができる。

また、本実施形態のプラズマ装置２００では、マスキング部材２１、２２は、外周端部Ｓ４〜Ｓ６を覆わないため、成膜時におけるセパレータ１０の中央部と外周部との温度差をより低減することができ、セパレータ１０が変形することをより抑制することができる。

Ａ５−３．効果３：
本実施形態のプラズマ装置２００では、真空容器１００が閉じられた状態において、マスキング部材２１、２２は一部が第１平面部１１１と第２の型１２０との間に配置され、絶縁部材３０は第１平面部１１１と第２の型１２０との間に配置されてマスキング部材２１、２２と接触する。マスキング部材２１、２２と絶縁部材３０との接触点（接触箇所）Ｐ１と、第１平面部１１１と、の距離Ａ１は、セパレータ１０と第１窪み部１１４の底部１１３との距離Ｂ１よりも小さいため、マスキング部材２１、２２と第１平面部１１１とで形成される空間に第１窪み部１１４や第２窪み部１２４からプラズマが侵入することが抑制される。そのため、接触点Ｐ１におけるプラズマの量が低減されるので、異常放電の発生を抑制することができる。

同様に、マスキング部材２１、２２と絶縁部材３０との接触点（接触箇所）Ｐ２と、第２平面部１２１と、の距離Ａ２は、セパレータ１０と第２窪み部１２４の底部１２３との距離Ｂ２よりも小さいため、マスキング部材２１、２２と第２平面部１２１とで形成される空間に第２窪み部１２４や第１窪み部１１４からプラズマが侵入することが抑制される。そのため、接触点Ｐ２におけるプラズマの量が低減されるので、異常放電の発生を抑制することができる。

また、第１窪み部１１４と第１平面部１１１との接続箇所Ｑ１及び第２窪み部１２４と第２平面部１２１との接続箇所Ｑ２から、絶縁部材３０までのＸ軸に沿った距離Ｃは０（ゼロ）よりも大きいため、第１窪み部１１４及び第２窪み部１２４で形成されるプラズマが発生する空間と、マスキング部材２１、２２と絶縁部材３０との接触点Ｐ１、Ｐ２とが離れている。そのため、接触点Ｐ１、Ｐ２におけるプラズマの量がより低減されるので、異常放電の発生をより抑制することができる。

また、マスキング部材２１、２２と絶縁部材３０との接触点Ｐ１と、第１平面部１１１と、の距離Ａ１は、マスキング部材２１、２２と第１平面部１１１との間に形成されるシースの距離よりも短いため、マスキング部材２１、２２と第１平面部１１１との間にプラズマを発生させないようにすることができる。また、マスキング部材２１、２２と絶縁部材３０との接触点Ｐ２と、第２平面部１２１と、の距離Ａ２は、マスキング部材２１、２２と第２平面部１２１との間に形成されるシースの距離よりも短いため、マスキング部材２１、２２と第２平面部１２１との間にプラズマを発生させないようにすることができる。そのため、接触点Ｐ１、Ｐ２におけるプラズマの量が効果的に低減されるので、異常放電の発生を効果的に抑制することができる。

また、距離Ａ１及び距離Ａ２は２．０ｍｍ以下であるため、マスキング部材２１、２２と第１平面部１１１とで形成される空間及びマスキング部材２１、２２と第２平面部１２１とで形成される空間に、第１窪み部１１４及び第２窪み部１２４からプラズマが侵入することが一層抑制される。また、マスキング部材２１、２２と第１平面部１１１との間にプラズマを発生させないようにすることができる。また、マスキング部材２１、２２と第２平面部１２１との間にプラズマを発生させないようにすることができる。そのため、接触点Ｐ１、Ｐ２におけるプラズマの量が一層低減されるので、異常放電の発生を一層抑制することができる。

また、プラズマ装置２００において、セパレータ１０は第１窪み部１１４内及び第２窪み部１２４内に配置されており、絶縁部材３０とマスキング部材２１、２２の端部（マスキング部材２２の端部）とは、第１平面部１１１と第２平面部１２１との間に位置している。そのため、セパレータ１０及びマスキング部材２１、２２（ワークＷ全体）をプラズマが発生する空間内に収容する場合と比較して、プラズマ装置２００を小型化することができる。また、プラズマ装置２００では、成膜のために排気が行われる空間が小さいので、排気に要する時間を短くすることができ、セパレータ１０に成膜を行うために要する時間を短くすることができる。

Ｂ．変形例：
Ｂ１．変形例１：
上述の実施形態では、セパレータ１０は、シール領域Ｓ３を除き、発電領域Ｓ１と、接続領域Ｓ２と、外周端部Ｓ４〜Ｓ６とに導電性の膜を備える。これに対し、セパレータ１０は、シール領域Ｓ３を除き、発電領域Ｓ１と接続領域Ｓ２とに導電性の膜を備えていればよい。例えば、セパレータ１０は、シール領域Ｓ３を除いた領域の全てに導電性の膜を備えていてもよい。マスキング部材２１、２２は、シール領域Ｓ３以外の領域に切欠き又は開口を有していてもよい。すなわち、マスキング部材２１、２２はシール領域Ｓ３のみを覆っていてもよい。マスキング部材２１、２２がシール領域Ｓ３のみを覆うこととすれば、成膜時におけるセパレータ１０の発電領域Ｓ１と外周部との温度差を一層低減することができるので、セパレータ１０が変形することを一層抑制することができる。

Ｂ２．変形例２：
図８は、変形例２におけるプラズマ装置２００ｍを示す図である。本変形例のプラズマ装置２００ｍでは、第１窪み部１１４ｍ及び第２窪み部１２４ｍは、上述の第１実施形態よりもセパレータ１０に沿った方向（ＸＺ平面に沿った方向）に広がっており、第１窪み部１１４ｍと第１平面部１１１ｍとの接続箇所Ｑ１及び第２窪み部１２４ｍと第２平面部１２１ｍとの接続箇所Ｑ２から、マスキング部材２１、２２と絶縁部材３０との接触点Ｐ１、Ｐ２までの第１平面部１１１ｍに沿った最短距離が、０（ゼロ）である。本変形例では、接続箇所Ｑ２と接触点Ｐ２とは、同一のＹＺ平面に位置している。そのため、真空容器１００ｍでは、上側マスキング部材２１が、上述の実施形態よりも第１の型１１０ｍの第１平面部１１１から離れて第１窪み部１１４ｍ内に位置しており、下側マスキング部材２２の一部が、上述の実施形態よりも第２の型１２０ｍの第２窪み部１２４ｍ内に露出している。なお、本変形例においても、上述の実施形態と同様に、セパレータ１０は第１窪み部１１４ｍ内に配置されており、マスキング部材２１、２２は発電領域Ｓ１、接続領域Ｓ２に対応する位置に、切欠き２５又は開口２４を有し、非処理対象部分１０Ｂに含まれるシール領域Ｓ３を覆っている。さらに、本変形例においても、上述の実施形態と同様に、接触点Ｐ１と第１平面部１１１ｍとの距離は、セパレータ１０と第１窪み部１１４ｍの底部１１３ｍとの距離よりも小さい。また、接触点Ｐ２と第２平面部１２１ｍとの距離は、セパレータ１０と第２窪み部１２４ｍの底部１２３ｍとの距離よりも小さい。このようなプラズマ装置２００ｍによっても、上述の効果１〜３を奏する。

また、プラズマ装置２００ｍによれば、第１窪み部１１４ｍ及び第２窪み部１２４ｍは、上述の実施形態よりもセパレータ１０に沿った方向（ＸＺ平面に沿った方向）に広がっており、上述の第１実施形態に比べて、第１窪み部１１４ｍ内及び第２窪み部１２４ｍ内に位置するマスキング部材２１、２２の容量が大きい。そのため、成膜時には、上述の実施形態に比べて、セパレータ１０の外周部に接するマスキング部材２１、２２の温度が上昇するため、セパレータ１０の中央部と外周部との温度差によりセパレータ１０が変形することを効果的に抑制することができる。

Ｂ３．変形例３：
図９は、変形例３におけるプラズマ装置２００ｂを示す図である。プラズマ装置２００ｂは、実施形態のプラズマ装置２００とは異なり、セパレータ１０の第１窪み部１１４側のみに成膜又はエッチングを行う。そのため、本変形例では、真空容器１００ｂの第２の型１２０ｂとセパレータ１０との間に空間がなく、第２の型１２０ｂ上に絶縁部材３０ｂが接触し、絶縁部材３０ｂ上に下側マスキング部材２２ｂが接触し、下側マスキング部材２２ｂ上にセパレータ１０の下側全面が接触する。また、本変形例では、プラズマ装置２００ｂがパレット１３０を備えていない。また、本変形例では、第１の型１１０ｂ側に電力導入部７１が備えられている。プラズマ装置２００ｂでは、絶縁部材３０ｂが第１平面部１１１と第２の型１２０ｂとの間でマスキング部材２２ｂに接触する。また、プラズマ装置２００ｂでは、絶縁性のシール部材６１と絶縁部材３０ｂとが、マスキング部材２１、２２ｂを第１平面部１１１部及び前記第２の型１２０ｂから離間させる離間部材に相当する。本変形例においても、上述の実施形態と同様に、セパレータ１０は第１窪み部１１４内に配置されており、マスキング部材２１は、発電領域Ｓ１、接続領域Ｓ２に対応する位置に、切欠き２５又は開口２４を有し、非処理対象部分１０Ｂに含まれるシール領域Ｓ３を覆っている。さらに、本変形例においても、マスキング部材２２ｂと絶縁部材３０ｂとの接触点Ｐ１ｂと、第１平面部１１１と、の距離は、セパレータ１０と第１窪み部１１４の底部１１３との距離よりも小さい。そのため、このようなプラズマ装置２００ｂによっても、上述の効果１〜３を奏する。

Ｂ４．変形例４：
上述の実施形態では、プラズマ装置２００によりセパレータ１０の発電領域Ｓ１及び接続領域Ｓ２に成膜を行っている。プラズマ装置２００は、セパレータ１０以外の導電性を有する部材に、成膜を行うことも可能である。また、プラズマ装置２００は、導電性を有する部材に、エッチングを行ってもよい。エッチングを行う場合には、上述の処理のうち、ガス供給工程（図７）において、真空容器１００内に例えば主にアルゴンを含むガスが供給されてもよい。

Ｂ５．変形例５：
上述の実施形態では、接触点Ｐ１と第１平面部１１１との距離Ａ１は、マスキング部材２１、２２と第１平面部１１１との間に形成されるシースの距離よりも短く、接触点Ｐ２と第２平面部１２１との距離Ａ２は、マスキング部材２１、２２と第２平面部１２１との間に形成されるシースの距離よりも短い。これに対し、距離Ａ１と距離Ａ２とのうち、いずれか一方がシースの距離よりも大きくてもよく、両方がシースの距離よりも大きくてもよい。また、上述の実施形態では、距離Ａ１及び距離Ａ２は２．０ｍｍ以下である。これに対し、距離Ａ１と距離Ａ２のうち、いずれか一方が２．０ｍｍより大きくてもよく、両方が、２．０ｍｍより大きくてもよい。

Ｂ６．変形例６：
上述の実施形態では、第１窪み部１１４は、側部１１２と底部１１３とを備えているが、第１窪み部１１４は、第１平面部１１１からセパレータ１０と離れる方向に窪んでいればよく、例えば、半球状であってもよい。この場合には、第１窪み部１１４の底部１１３は、第１窪み部１１４と対向するセパレータ１０から最も離れた箇所であってもよく、セパレータ１０と第１窪み部１１４の底部１１３との距離Ｂ１は、第１窪み部１１４と対向するセパレータ１０と、第１窪み部１１４のセパレータ１０から最も離れた箇所と、の距離であってもよい。

Ｂ７．変形例７：
上述の実施形態では、真空容器１００及びパレット１３０はアース電位であるが、真空容器１００及びパレット１３０はアース電位でなくてもよい。電力印加部７０は真空容器１００とセパレータ１０及びマスキング部材２１、２２との間にセパレータ１０を成膜するための電力を印加できればよい。

本発明は、上述の実施形態や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することができる。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や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、組合せを行うことが可能である。また、前述した実施形態及び各変形例における構成要素の中の、独立請求項で記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。

１０…セパレータ
１０Ｂ…非処理対象部分
１１、１２、１３、１４、１５、１６…開口部
１１ｍ、１２ｍ、１３ｍ、１４ｍ、１５ｍ、１６ｍ…マニホールド
２１、２２、２２ｂ…マスキング部材
２４…開口
２５…切欠き
３０、３０ｂ…絶縁部材
３５…絶縁部材
４０…支持フレーム
４２…ＭＥＧＡ
４６…ＭＥＧＡプレート
４８…シール部材
５０…開閉装置
５５…搬送装置
６１、６２…シール部材
７０…電力印加部
７１…電力導入部
８０…ガス供給装置
８１…供給口
９０…排気装置
９１…排気口
９５…制御部
１００、１００ｂ、１００ｍ…真空容器
１１０、１１０ｍ…第１の型
１１１、１１１ｍ…第１平面部
１１２…側部
１１３、１１３ｍ…底部
１１４、１１４ｍ…第１窪み部
１２０、１２０ｂ、１２０ｍ…第２の型
１２１、１２１ｍ…第２平面部
１２２…側部
１２３、１２３ｍ…底部
１２４、１２４ｍ…第２窪み部
１３０…パレット
１３０ｔ…縁部
２００、２００ｂ、２００ｍ…プラズマ装置
３００…燃料電池セル
３１０…セルモニタ端子
４００…燃料電池スタック
Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ…距離
Ｐ１、Ｐ１ｂ、Ｐ２…接触点
Ｑ１、Ｑ２…接続箇所
Ｓ１…発電領域
Ｓ２…接続領域
Ｓ３…シール領域
Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６…外周端部
ＳＤ…積層方向
Ｗ…ワーク

Claims (2)

1. 燃料電池セルに用いられるセパレータに成膜を行うプラズマ装置であって、
   対向配置される第１の型及び第２の型を備える真空容器であって、前記第１の型は第１平面部と前記第１平面部から窪み前記セパレータが配置される第１窪み部とを有する真空容器と、
   少なくとも一部が前記第１平面部と前記第２の型との間に配置されるマスキング部材と、
   前記第１平面部と前記第２の型との間に配置され、前記マスキング部材と接触する絶縁部材と、
   前記マスキング部材を前記第１平面部及び前記第２の型から離間させる離間部材と、
   前記セパレータ及び前記マスキング部材に電力を印加する電力印加部と、
   を備え、
   前記マスキング部材は、前記セパレータのうち、前記燃料電池セルの発電に関与する発電領域と、前記発電領域の外周部に位置し前記燃料電池セルの電圧を検出可能なセルモニタ端子が接続される接続領域とに、対応する位置に、切欠き又は開口を有する、
   プラズマ装置。
2. 燃料電池セルに用いられるセパレータであって、
   前記燃料電池セルの発電に関与する発電領域と、
   前記発電領域の外周部に位置し前記燃料電池セルの電圧を検出可能なセルモニタ端子が接続される接続領域と、
   前記セパレータ間をシールするシール部材が配置されるシール領域と、
   前記シール領域を除き、前記発電領域と前記接続領域に形成された導電性の膜と、を備える、
   セパレータ。

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