(57)【要約】【課題】積層させたときの燃料電池用セパレータの歪み状態を検出できるようにする。【解決手段】第１の基準板２０上に歪み検出被対象の燃料電池用セパレータ１０を設置し、  所定の間隔を保持して前記燃料電池用セパレータ１０の周囲を覆うよう前記第１の基準板２０上に第２の基準板２１を設置して前記燃料電池用セパレータ１０を第１，第２の基準板２０，２１間で挟持するとともに、前記燃料電池用セパレータ１０と第１，第２の基準板２０，２１との接触状態から前記燃料電池用セパレータ１０の歪みを検出する。【選択図】図１
2014127382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基準板上に歪み検出被対象の燃料電池用セパレータを設置し、
所定の間隔を保持して前記燃料電池用セパレータの周囲を覆うよう前記第１の基準板上に第２の基準板を設置して前記燃料電池用セパレータを第１，第２の基準板間で挟持するとともに、
前記燃料電池用セパレータと第１，第２の基準板との接触状態から前記燃料電池用セパレータの歪みを検出することを特徴とする燃料電池用セパレータの歪み検出方法。
【請求項２】
前記燃料電池用セパレータの歪みを、矩形の燃料電池用セパレータの各片が湾曲することにより生じるうねりとして検出することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータの歪み検出方法。
【請求項３】
前記うねりを、前記第１の基準板と燃料電池用セパレータとの接触部を山，第２の基準板との接触部を谷として、これら山又は谷の接触状態から検出することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池用セパレータの歪み検出方法。
【請求項４】
前記燃料電池用セパレータの各片の湾曲を、燃料電池用セパレータの外周辺縁と前記第１，第２の基準板との接触状態から検出することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池用セパレータの歪み検出方法。
【請求項５】
前記第１，第２の基準板の少なくとも一方を透明部材から形成し、それら第１，第２の基準板と燃料電池用セパレータとの接触状態を、第１，第２の基準板のうち透明部材により形成したものの外部から検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータの歪み検出方法。
【請求項６】
前記第１，第２の基準板の間隔を調整して、前記燃料電池用セパレータを第１，第２の基準板間で挟持することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータの歪み検出方法。
【請求項７】
前記第１，第２の基準板の間隔を、前記燃料電池用セパレータの厚さ公差の最大値として設定することを特徴とする請求項６に記載の燃料電池用セパレータの歪み検出方法。
【請求項８】
前記山又は谷を、前記第１，第２の基準板の内面に設けた接触センサからの信号で検出することを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータの歪み検出方法。
【請求項９】
前記山又は谷を、前記第１，第２の基準板の外部から非接触状態で検出することを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータの歪み検出方法。
【請求項１０】
前記歪みを、山及び谷の少なくとも一方の数から検出することを特徴とする請求項３〜９のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータの歪み検出方法。
【請求項１１】
前記歪みを、山又は谷の距離から検出することを特徴とする請求項３〜９のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータの歪み検出方法。
【請求項１２】
燃料電池用セパレータを載置する第１の基準板と、
前記第１の基準板の上方に配置された燃料電池用セパレータを第１の基準板とで挟持するための第２の基準板と、
前記第１，第２の基準板との間隔を調整して保持する保持手段と、
前記燃料電池用セパレータと前記第１，第２の基準板との接触状態を検出する検出手段と、
前記検出手段からの信号により前記燃料電池用セパレータの歪みを判定する歪み判定手段とを有することを特徴とする歪み検出装置。
【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歪み検出方法と歪み検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来技術として、特許文献１に「形状評価方法」とした名称において開示されたものがある。
特許文献１に開示された形状評価方法は、本願における燃料電池用セパレータに相当する被測定物の形状を形状測定器にて測定し、測定値から近似により近似曲線を求めた後、近似値に対する測定値の変動分を算出し、この変動分が所定許容範囲を越えた場合に、前記測定値を得た測定部分を欠陥部と判定する。この一方、前記欠陥部の測定値を除いた残りの測定値から近似により近似曲線を再度求めた後、近似値に対する欠陥部の測定値の変動量を算出することを内容としたものである。
【０００３】
すなわち、被測定物の測定データから各仮想曲線を算出し、表面に形成された微小な凹凸、面の歪みやうねり等の種々の形状の良否を許容範囲をもって評価するようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２８８７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１において開示されている被測定物の測定データを用いた算出判定では、その被測定物を積層させたときにおける変形を考慮できず、実際に使われている状態を正確に把握することができない。
【０００６】
そこで本発明は、積層させたときの燃料電池用セパレータの歪みを検出することができる燃料電池用セパレータの歪み検出方法と歪み検出装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための本発明に係る燃料電池用セパレータの歪み検出方法は、第１の基準板上に歪み検出被対象の燃料電池用セパレータを設置し、所定の間隔を保持して前記燃料電池用セパレータの周囲を覆うよう前記第１の基準板上に第２の基準板を設置して前記燃料電池用セパレータを第１，第２の基準板間で挟持する。そして、前記燃料電池用セパレータと第１，第２の基準板との接触状態から前記燃料電池用セパレータの歪みを検出することを内容としている。
【０００８】
同上の課題を解決するための本発明に係る燃料電池用セパレータの歪み検出装置は、燃料電池用セパレータを載置する第１の基準板と、前記第１の基準板の上方に配置された燃料電池用セパレータを第１の基準板とで挟持するための第２の基準板を用いており、第１，第２の基準板との間隔を調整して保持する保持手段と、前記燃料電池用セパレータと前記第１，第２の基準板との接触状態を検出する検出手段と、当該検出手段からの信号により前記燃料電池用セパレータの歪みを判定する歪み判定手段とを有している。
【０００９】
この構成においては、第１の基準板上に燃料電池用セパレータを載置し、その第１の基準板の上方に配置された燃料電池用セパレータを第１の基準板と第２の基準板とにより挟持し、第１，第２の基準板との間隔を保持手段により調整して保持し、前記燃料電池用セパレータと前記第１，第２の基準板との接触状態を検出手段により検出し、その検出手段からの信号により前記燃料電池用セパレータの歪みを判定している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、第１の基準板上に歪み検出被対象の燃料電池用セパレータを設置し、所定の間隔を保持して前記燃料電池用セパレータの周囲を覆うよう前記第１の基準板上に第２の基準板を設置して前記燃料電池用セパレータを第１，第２の基準板間で挟持するとともに、前記燃料電池用セパレータと第１，第２の基準板との接触状態から前記燃料電池用セパレータの歪みを検出しているので、積層させたときの燃料電池用セパレータの歪みを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一例に係る歪み検出用器具の分解斜視図である。
【図２】燃料電池用セパレータの歪みを検出する手順を示すフローチャートである。
【図３】（Ａ）〜（Ｆ）は、燃料電池用セパレータの歪みを検出する手順を示す斜視図である。
【図４】レーザー形状測定機における歪みの検出処理を示すフローチャートである。
【図５】（Ａ）は、燃料電池用セパレータを挟持した歪み検出用器具Ａの斜視図、（Ｂ）は、その歪み検出用器具Ａに挟持された燃料電池用セパレータにレーザー光を照射する様子を示すレーザー形状測定機Ｂの斜視図、（Ｃ）は、モニターに表示されている測定データを示す説明図、（Ｄ）は、その測定データにファイル名を付して保存する様子を示す説明図である。
【図６】レーザー形状測定機によって取得した測定データの判定を行う処理を示すフローチャートである。
【図７】（Ａ）は、モニターに表示された測定データを示す説明図、（Ｂ）は、その測定データに基づいてグラフを作成する様子を示す説明図、（Ｃ）は、そのグラフの評価ポイントを示す図、（Ｄ）は、（Ｃ）における包囲線Ｉで示す部分の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図１は、一例に係る歪み検出用器具の分解斜視図である。
一例に係る歪み検出用器具Ａは、反り曲がり成分を取り除き、燃料電池用セパレータ１０の成型時に塑性変形して生じた歪みだけを評価できるように構成したものであり、それは、第１，第２の基準板２０，２１、スペーサ３０，３０及び押圧部材であるウエイト４０を有している。
【００１３】
前記「歪み」は、第１，第２の基準板２０，２１との燃料電池用セパレータ１０との接触状態から、矩形にした燃料電池用セパレータ１０の各片（辺縁）が湾曲することにより生じるうねりとして検出している。
「うねり」とは、燃料電池用セパレータ１０の一の片における山（頂部）と谷（底部）の間の値に関連するものであり、その詳細については、後記する図７において説明する。
すなわち、うねりを、第１の基準板２０と燃料電池用セパレータ１０との接触部を山，第２の基準板２１との接触部を谷として、それら山又は谷の接触状態から検出している。
【００１４】
燃料電池用セパレータ１０は、例えば車両に搭載される固体高分子電解質型の燃料電池スタックをなすセルユニット（いずれも図示しない）に用いられるものである。
セルユニットは、セルフレームに支持された膜電極接合体の両面側に、それぞれ発電用ガスを流通させるためのガス流通路を区画形成するように二枚の前記燃料電池用セパレータ１０，１０を配設したものである。
【００１５】
燃料電池用セパレータ１０は、平面視において長方形に形成されているとともに、その両端部にマニホールド部Ｍ，Ｍが形成されている。
一側方のマニホールド部Ｍは、平面視において、互いに異なる大きさにして開口された、酸化剤ガス供給用孔Ｈ１、燃料ガス排出用孔Ｈ２及び酸化剤ガス供給用孔Ｈ３からなる。
他側方のマニホールド部Ｍは、平面視において、互いに異なる大きさにして開口された燃料ガス供給用孔Ｈ４、酸化剤ガス排出用孔Ｈ５及び燃料ガス供給用孔Ｈ６からなる。
【００１６】
第１の基準板２０は、所要の厚みにし、かつ、平面視において前記した燃料電池用セパレータ１０の外形よりも一回り大きな長方形に形成されており、本実施形態においては光不透過部材により形成されている。
第２の基準板２１は、前記した第１の基準板２０と同形同大のものであるが、本実施形態においては光透過部材により形成されている。
【００１７】
スペーサ３０は所定の厚みｔにしたものであり、かつ、前記した第１の基準板２０（２１）の両端面２０ａ，２０ａ（２１ａ，２１ｂ）間の寸法Ｌと同じ長さにした長方形板状に形成している。
【００１８】
本実施形態においては、スペーサ３０の厚みを、燃料電池用セパレータ１０の製造時の厚さ公差の最大値にしている。
換言すると、第１，第２の基準板２０，２１の間隔を、燃料電池用セパレータ１０の厚さ公差の最大値となるようにしている。
本実施形態においては、前記スペーサ３０が、第１，第２の基準板２０，２１との間隔を調整して保持する保持手段である。
【００１９】
ウエイト４０は、前記したスペーサ３０と平面視においてほぼ同じ外形にし、かつ、所要の重量にしたものであり、本実施形態においては５００ｇのものを採用している。なお、４０ａはツマミである。
【００２０】
このウエイト４０の重量は、燃料電池用セパレータ１０の変形を、スペーサ３０の厚みｔ内に矯正できる重量であればよい。換言すると、反りを矯正できる重量であればよい。
【００２１】
図２は、燃料電池用セパレータの歪みを検出する手順を示すフローチャート、図３（Ａ）〜（Ｆ）は、燃料電池用セパレータの歪みを検出する手順を示す斜視図である。
本発明に係る燃料電池用セパレータの歪み検出方法は、第１の基準板２０上に歪み検出被対象である燃料電池用セパレータ１０を設置し、所定の間隔を保持して前記燃料電池用セパレータ１０の周囲を覆うよう前記第１の基準板２０上に第２の基準板２１を設置し、前記燃料電池用セパレータ１０を第１，第２の基準板２０，２１間で挟持するとともに、その燃料電池用セパレータ１０と第１，第２の基準板２０，２１との接触状態から前記燃料電池用セパレータ１０の歪みを検出することを内容としており、その詳細は次のとおりである。
【００２２】
ステップ１（図２において「Ｓ１」と略記する。以下、同様。）：図３（Ａ）に示すように、第１の基準板２０の長辺縁部２０ｃ，２０ｄに沿ってスペーサ３０，３０を載置する。
【００２３】
ステップ２：図３（Ｂ）に示すように、第１の基準板２０上であって、スペーサ３０，３０の間に燃料電池用セパレータ１０を載置する。このとき、スペーサ３０，３０が第１の基準板２０に対する燃料電池用セパレータ１０の位置決めを行うようになっている。
このように、スペーサ３０，３０間に燃料電池用セパレータ１０を載置しただけでは、燃料電池用セパレータ１０が反り曲がっているために、スペーサ３０，３０の上方に突出した部分が存在する。
【００２４】
ステップ３：図３（Ｃ）に示すように、スペーサ３０，３０上に、第２の基準板２１を載置する。同図左側に示す図が、第２の基準板２１を載置する前の様子を示し、同図右側が、第２の基準板２１を載置した後の様子を示している。
ステップ４：図３（Ｄ）に示すように、第２の基準板２１の長辺縁２１ｃ，２１ｄに沿ってウエイト４０，４０を載置する。
【００２５】
ステップ５：図３（Ｅ）に示すように、第２の基準板２１の長辺縁２１ｃ，２１ｄに沿ってウエイト４０，４０を載置した状態で、燃料電池用セパレータ１０の第１の基準板２０及び第２の基準板２１との接触状態を視覚的に確認する。
ここで、山と谷の接触状態からうねりが視覚的に確認されればステップ６に進み、うねりが視覚的に確認されなければステップ２に戻って、他の燃料電池用セパレータ１０を載置する。
【００２６】
ステップ６：図３（Ｆ）に示すように、第１，第２の基準板２０，２１に燃料電池用セパレータ１０を挟持した歪み検出用器具Ａを、レーザー形状測定機Ｂの測定用テーブル５０にセットする。なお、５１はレーザー照射部である。
【００２７】
図４は、レーザー形状測定機における歪みの検出処理を示すフローチャート、図５（Ａ）は、燃料電池用セパレータを挟持した歪み検出用器具Ａの斜視図、（Ｂ）は、その歪み検出用器具Ａに挟持された燃料電池用セパレータにレーザー光を照射する様子を示すレーザー形状測定機の斜視図、（Ｃ）は、モニターに表示されている測定データを示す説明図、（Ｄ）は、その測定データにファイル名を付して保存する様子を示す説明図である。
【００２８】
図５（Ｂ）に示すレーザー形状測定機Ｂは、互いに所要の間隔にした第１，第２の基準板２０，２１の間に挟持され、かつ、押圧部材であるウエイト４０で押圧された状態の燃料電池用セパレータ１０の歪みを非接触で、歪みをうねりとして検出し測定する歪み検出装置の一例である。
【００２９】
レーザー形状測定機Ｂは、燃料電池用セパレータ１０の辺縁に沿ってレーザー光を照射するレーザー光照射手段５１、このレーザー光照射手段５１を制御するためのコントローラＣ及び同図（Ｃ），（Ｄ）に示すモニター５２を有している。
レーザー光照射手段５１が、燃料電池用セパレータ１０と前記第１，第２の基準板２０，２１との接触状態を検出する検出手段である。
具体的には、山又は谷を、第１，第２の基準板２０，２１の外部から非接触状態で検出する機能を有している。なお、５０は、前記した歪み検出用器具Ａをセットする測定用テーブルである。
【００３０】
コントローラＣは所要のプログラムによって、前記レーザー光照射手段５１からの信号により前記燃料電池用セパレータ１０の歪みを判定する機能を有している。この機能を「歪み判定手段Ｃａ」という。
具体的には、レーザー光の照射に基づき、燃料電池用セパレータ１０の外周辺縁における歪みをうねりとして、非接触で検出して判定している。
【００３１】
本実施形態において示すレーザー形状測定機Ｂは、例えばステージ走査型レーザープローブ式のものであり、燃料電池用セパレータ１０の外周辺縁に沿ってレーザー光を照射しつつ、うねりの検出と測定を行う。この測定データは、コントローラＣ内の記憶部（図示しない）に特定のファイル名５２ｂを付して順次記憶されるようになっている。
【００３２】
ステップ１（図４中、「Ｓａ１」と略記する。以下、同様。）：測定に係る燃料電池用セパレータ１０に対応するうねり測定用プログラムを起動する。
ステップ２：測定用テーブル５０上にセットした燃料電池用セパレータ１０（図５（Ａ），（Ｂ）参照）の外周辺縁に沿ってレーザー光を照射し、うねりの測定を行う。この測定データは、モニター５２上に順次表示されるようになっている。
【００３３】
ステップ３：測定データに異常があるか否かを判定し、ここで測定データ５２ａに異常がないと判定すればステップ４に進み、そうでなければステップ５に進む。測定データ５２ａの異常とは、例えば燃料電池用セパレータ１０の表面にある傷等である。
ステップ４：図５（Ｄ）に示すように、測定データ５２ａを、レーザー形状測定機Ｂ内の記憶部（図示しない）に特定のファイル名５２ｂを付して順次記憶する。
ステップ５：うねり測定用プログラムを確認して、ステップ２に戻る。
【００３４】
図６は、レーザー形状測定機によって取得した測定データの判定を行う処理を示すフローチャート、図７（Ａ）は、モニターに表示された測定データを示す説明図、（Ｂ）は、その測定データに基づいてグラフを作成する様子を示す説明図、（Ｃ）は、そのグラフの評価ポイントを示す図、（Ｄ）は、（Ｃ）における包囲線Ｉで示す部分の拡大図である。なお、図７（Ｃ）においては、評価ポイントをＰで示している。
【００３５】
レーザー形状測定機Ｂによって検出取得した測定データの判定を行うための前記コンピュータＣは、所定のプログラムに基づき、次の機能を有するものとしている。
・レーザー形状測定機Ｂで取得した測定データに基づいてグラフ化する機能。この機能を「グラフ化手段Ｃｂ」という。
・そのグラフ化した測定データをモニター５２に表示する機能。この機能を「グラフ表示手段Ｃｃ」という。
【００３６】
ステップ１（図６中、「Ｓｂ１」と略記する。以下、同様。）：レーザー形状測定機Ｂで取得した測定データを開く。
ステップ２：所定のグラフウィザードにより、測定データをグラフ化する。
【００３７】
ステップ３：モニター５２に表示されているグラフ化した測定データから評価できるか否かを判別し、評価できると判別されればステップ４に進み、そうでなければステップ５に進む。
【００３８】
ステップ４：うねりを判定する。「うねり」は、図７（Ｄ）に示すように、山（頂部）と谷（底部）の間の値であるうねり量と、うねりの数を含む。換言すると、うねりの数とうねり量の双方に基づいて適否を判定している。なお、同図（Ｃ）では、うねりの数が１５になっているので、不適当であると判定している例を示している。
ステップ５：グラフの設定を変更して、ステップ２に戻る。
【００３９】
上述した本発明の一実施形態に係る燃料電池用セパレータ１０の歪み検出方法と歪み検出装置によれば、次の効果を得ることができる。
・積層させたときの燃料電池用セパレータ１０の歪みを検出することができる。
・反り曲がり成分を取り除き、燃料電池用セパレータ１０の成形時に塑性変形して生じたうねり成分だけを評価できる。
【００４０】
燃料電池用セパレータ１０を挟む第１，第２の基準板２０，２１の少なくとも一方のものを光透過部材により形成したときには、目視による又はレーザー形状測定機Ｂによるうねりの検出と測定を容易に行うことができる。
【００４１】
二つの基準板２０，２１間に、これらの間隔を設定するためのスペーサ３０，３０を介挿したときには、それら二つの基準板２０，２１の間隔を任意に調整し変更することができる。従って、燃料電池用セパレータ１０の厚みに左右されることなく、うねりの測定を行うことができる。
【００４２】
スペーサ３０の厚みを、燃料電池用セパレータ１０の厚さ公差最大値を閾値として設定することにより、当該燃料電池用セパレータ１０を破損することがない。
燃料電池用セパレータ１０の外周縁部に沿ってうねりを検出することにより、うねりの検出と判定を容易に行うことができる。
【００４３】
レーザー光を照射することによりうねりの測定を行うレーザー形状測定機Ｂ等の非接触測定器により測定することにより、第１，第２の基準板に接触していないうねりをも測定することができる。
【００４４】
当該燃料電池用セパレータの良否判定をうねりの数を検出して行うことにより、その判定を容易に行うことができる。
良否判定を、うねりの数と間隙の大きさとにより行うことにより、変位量に関わらずに判定を行うことができる。
【００４５】
なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、次のような変形実施が可能である。
前記した実施形態においては、燃料電池用セパレータの外周辺縁に沿ってうねりを測定したが、外周辺縁全体について測定することなく、マニホールドを形成している両端辺縁のみを測定するようにしてもよい。
【００４６】
前記した実施形態においては、レーザー光によって非接触でうねりを測定した例について説明したが、山又は谷の検出を第１，第２の基準板２０，２１の内面に設けた接触センサからの信号で判定するようにしてもよい。
具体的には、接触センサとして圧力センサ等の接触式測定器により、接触圧で判定するようにしてもよい。この場合、第２の基準板を必ずしも透明にする必要はない。
【００４７】
前記したレーザー形状測定機ＢのコントローラＣに、うねり測定手段で測定した測定値に基づいて、燃料電池用セパレータの良否を判定する良否判定手段を設けた構成にしてもよい。
【００４８】
前記した実施形態においては、歪みの判定、従ってまた、うねりの判定を、うねりの数とうねり量の双方に基づいてした例について説明したが、その判定を山又は谷若しくはそれら双方の数から判定するようにしてもよく、さらに、山又は谷の距離から判定するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０  燃料電池用セパレータ
２０，２１  第１，第２の基準板
３０  スペーサ（保持手段）
Ｂ  レーザー形状測定機
【図１】
2014127382.tif 000003
【図２】
2014127382.tif 000004
【図３】
2014127382.tif 000005
【図４】
2014127382.tif 000006
【図５】
2014127382.tif 000007
【図６】
2014127382.tif 000008
【図７】
2014127382.tif 000009