(57)【要約】【課題】燃料電池用セパレータの金属基体の表面に被覆される導電性被膜の厚みを迅速かつ誤差の少ない状態で測定する方法を開示する。【解決手段】燃料電池用セパレータ１の金属基体２の表面に被覆される導電性被膜３の厚みを測定する測定方法は、導電性被膜３の一部をレーザ光４によって剥離する剥離工程と、剥離工程によって導電性被膜３が剥離除去された剥離部位５と、導電性被膜３の非剥離部位の表面６の、基準位置からの高さを計測し、その差分から導電性被膜３の膜厚ｈを測定する測定工程と、を有する。【選択図】図１
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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金属基体の表面に被覆される導電性被膜の厚みを測定する測定方法であって、
前記導電性被膜の一部をレーザ光によって剥離する剥離工程と、
前記剥離工程によって前記導電性被膜が除去された剥離部位と前記導電性被膜の非剥離部位の基準位置からの高さを計測して、その差分から前記導電性被膜の膜厚を測定する測定工程と、
を有する測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用セパレータの金属基体の表面に被覆される導電性被膜の厚みを測定する測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池用セパレータの品質を検査する検査方法の一つとして、当該セパレータの金属基体の表面に被覆される導電性被膜の厚みを測定することが行われる。導電性被膜は、通常、数ｎｍのオーダーであり、そのような薄膜の厚みを測定することは容易でない。薄膜の膜厚測定方法の一例として、特許文献１には、基材と薄膜からなるサンプルの表面にＡｕ蒸着を施し、高真空環境下で、Ａｒイオン銃によりサンプル表面をエッチング処理して薄膜が除去された窪みを形成し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、当該薄膜層断面の水平面に対する投影露出幅Ｗ、および、薄膜断面の水平面に対する傾斜角θを求め、Ｄ＝Ｗ×ｔａｎθなる関係から、薄膜の厚みＤを求める、薄膜の膜厚測定方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３１３２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載される薄膜の膜厚測定方法によって、燃料電池用セパレータの金属基体の表面に被覆される導電性被膜の厚みを測定することは可能である。しかし、エッチング処理を行うと、燃料電池用セパレータの金属基体の表面の面性状は荒れたものとならざるを得ず、画一的に角度θを測定することは困難であり、誤差が含まれやすく、結果として、薄膜の厚みＤに誤差が生じやすい。また、ＳＥＭ観察に向けての前処理として導電性被膜（Ａｕ蒸着膜）の形成や、ＳＥＭ観察時での真空引き等の工程が必要であり、測定に長い時間を要する。
【０００５】
それらのことから、測定対象が、燃料電池用セパレータの金属基体の表面に被覆される導電性被膜の厚みのように、インライン検査が求められるものに対しては、特許文献１に記載される薄膜の膜厚測定方法を適用することは難しい。
【０００６】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池用セパレータの金属基体の表面に被覆される導電性被膜の厚みを、測定誤差の少ない状態で、かつ、短い時間で、測定できるようにした、新たな測定方法を開示することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による燃料電池用セパレータの金属基体の表面に被覆される導電性被膜の厚みを測定する測定方法は、前記導電性被膜の一部をレーザ光によって剥離する剥離工程と、前記剥離工程によって前記導電性被膜が除去された剥離部位と前記導電性被膜の非剥離部位の基準位置からの高さを計測して、その差分から前記導電性被膜の膜厚を測定する測定工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、燃料電池用セパレータの金属基体の表面に被覆される導電性被膜の厚みを、誤差の少ない状態で、かつ、短い時間で、測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の測定方法を工程と共に説明するための図。
【図２】本発明の測定方法の一態様を説明するための図。
【図３】各材料のレーザ光吸収率を比較する図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１１】
図１において、１は、燃料電池用セパレータであり、図１（ａ）は、その一部を断面で示している。燃料電池用セパレータ１は、図示しない膜電極接合体あるいは膜電極ガス拡散層接合体の両側に配置されるものであり、膜電極接合体あるいは膜電極ガス拡散層接合体と燃料電池用セパレータ１とで、単セルが形成される。燃料電池用セパレータ１は、通常、金属基体２と、その両面を被覆する導電性被膜３，３とを備える。
【００１２】
金属基体２としては、ステンレス、アルミニウム、冷間圧延鋼板等が挙げられる。導電性被膜３，３は、金属またはＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）などをプラズマＣＶＤ法あるいは真空蒸着、スパッタリング法などによって、金属基体２の表面に薄膜状に成膜される。また、導電性被膜３は、導電性炭素粉末を含む樹脂膜であってもよい。その場合、樹脂としては、アクリル系樹脂、フェノール系樹脂、ウレタン系樹脂などが挙げられる。いずれの形態であっても、単セルの性能向上のためには、導電性被膜３の膜厚を正確に制御することが必要となる。
【００１３】
本実施の形態において、導電性被膜３の膜厚測定に際し、図１（ｂ）に示すように、最初に、導電性被膜３の所望領域にレーザ光４を照射して導電性被膜３の一部を剥離する剥離工程を行う。レーザ光４は、金属基体２よりも導電性被膜３に対しての吸収率の高い性質のレーザ光が好ましい。例として、ファイバレーザのようなレーザ光が挙げられる。レーザ光による剥離処理は、エッチング処理（腐食溶解）による場合と比較して、金属基体２の表面性状に、ほとんど変化を生じさせない。
【００１４】
剥離工程の後、図１（ｃ）に示す、膜厚の測定処理を行う。測定は、金属基体２の表面から導電性被膜３が剥離除去された領域である剥離部位５の基準位置からの高さ（距離）と、同じ基準位置から導電性被膜３の表面６までの高さ（距離）とを測定し、双方の高さの差分を導電性被膜３の膜厚ｈとして計測することで行う。前記したように、レーザ光による剥離処理が行われた後の金属基体２の表面は、ほとんど表面性状の変化がない状態で残っており、剥離部位５の高さの測定に誤差が生じるのは無視することができる。そのために、正確な膜厚ｈの測定が可能となる。
【００１５】
測定は、任意の測定装置で行うことができる。処理の正確性と迅速性の観点から、マイクロスコープ７を用いることは好ましい。この場合、マイクロスコープ７の高さ位置が基準位置となる。マイクロスコープ７を用いた高さの測定は、例えば、前記した剥離部位５の画像と非剥離部位である導電性被膜３の表面６の画像とを画像処理することで、容易に短時間で行うことができる。
【００１６】
図２は、導電性被膜３が導電性炭素粉末を含む樹脂膜である場合での、本測定方法のメリットを示している。金属基体２は、図１に示したものと同じであり、導電性被膜３は、例えばアクリル系樹脂に導電性炭素粉末８を混入したものを用いている。また、限定されないが、ここでは、レーザ光４の発信装置として、ファイバレーザ９を用いている。通常、金属基体２（例えば、ステンレス）のファイバレーザ光吸収率は、導電性被膜３を構成する樹脂材料（例えばアクリル系樹脂やフェノール系樹脂）より低い。また、導電性炭素粉末８のファイバレーザ光吸収率は、導電性被膜３を構成する樹脂材料よりも高い。
【００１７】
そのために、図２（ａ）に示すように、ファイバレーザ９を所定の領域１０に照射すると、ファイバレーザ光のエネルギーは、図２（ｂ）に示すように、当該領域１０での導電性炭素粉末８によってより多く吸収され、当該領域１０での温度昇温が顕著となり、樹脂は蒸発する。それにより、導電性被膜３を、残渣の無い状態で効果的に剥離除去することが可能となる。結果、図２（ｃ）に示すように、当該領域１０での導電性被膜３の剥離と除去が確実かつ迅速に進行する。また、金属基体２のファイバレーザ光の吸収率は、導電性被膜３と比較して、より低いために、金属基体２の表面が焼き飛ばされるなどによって荒らされるのも効果的に阻止することができる。結果として、導電性被膜３の膜厚ｈの測定精度は、向上する。
【００１８】
なお、上記した、レーザ光を照射して表面被膜を剥離除去する方法は、燃料電池用セパレータの金属基体の表面に被覆される導電性被膜を剥離する場合に限らず、金属基材を傷めることなく表面被膜のみを効率的に剥離する方法して、他の技術分野でも適用可能である。例えば、他の技術分野として、コイル導線の剥離のような領域を挙げることができる。
【００１９】
この場合、金属基材に積層する表面被膜は、樹脂材料と該樹脂材料に添加した添加剤とで構成され、それぞれの材料は、そのレーザ光吸収率が、金属基材＜樹脂材料＜添加剤の順となるようにして、それぞれ選択される。例えば、金属基材は、ステンレス、チタン、鋼、銀、銅、アルミ合金、アルミニウムなどであってよく、樹脂材料は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン、フェノール樹脂などであってよく、添加材は、カーボン、アスベスト、酸化鉄、酸化銅などであってよい。
【００２０】
一例として、金属基材がステンレスであり、表面被膜がエポキシ樹脂にカーボンを混入した材料である場合を挙げることができる。図３は、それぞれの材料のファイバレーザ光の吸収率を示している。図示のように、カーボンのファイバレーザ光の吸収率は、エポキシ樹脂およびステンレスよりも高く、また、ステンレスのファイバレーザ光の吸収率は、エポキシ樹脂よりも低い。
【００２１】
そのために、例えば、図２に示すようにして、表面被膜にファイバレーザ光を照射した場合、照射領域での表面被膜の剥離除去は迅速に進行する。露出した金属基材の表面にファイバレーザ光が照射されても、金属基材のファイバレーザ光吸収率が比較的に低いため、基材表面が焼き飛ばされる等のダメージを受けることはほとんどない。結果、前記したように、膜厚測定の分野では、精度よく膜厚の測定が可能となる。また、上記の方法は、ガスが残らないことから、一般的な絶縁被膜の確実な除去が可能となるとともに、機械加工により被膜を剥離する場合と比較して、基材を傷めないことから、機械的強度の低下を招かないなどの利点もある。
【００２２】
なお、表面被膜に導電性が必要とされない技術分野の場合には、表面被膜の除去が必要とされる領域およびその近傍のみにカーボンを混入しておく態様であっても、表面被膜の効果的な剥離除去は実施可能である。
【符号の説明】
【００２３】
ｈ…導電性被膜の膜厚、
１…燃料電池用セパレータ、
２…金属基体、
３…導電性被膜、
４…レーザ光、
５…金属基体の表面から導電性被膜が剥離除去された領域である剥離部位、
６…導電性被膜の表面、
７…マイクロスコープ、
８…導電性炭素粉末、
９…ファイバレーザ、
１０…ファイバレーザ光を照射する領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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