(57)【要約】【課題】燃料電池用セパレータを製造する際に、密度品質の全数検査が可能である検査方法、および、良好な密度品質を有する燃料電池用セパレータの製造方法を、提供する。【解決手段】黒鉛およびバインダー樹脂を含んでいる粉末状の成形材料から燃料電池用セパレータを製造する際に、温度特性に基づいて密度品質を検査する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒鉛およびバインダー樹脂を含んでいる粉末状の成形材料から燃料電池用セパレータを製造する際に、温度特性に基づいて密度品質を検査することを特徴とする検査方法。
【請求項２】
前記バインダー樹脂は、熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の検査方法。
【請求項３】
密度品質を検査するための検査対象物は、前記バインダー樹脂が未硬化状態にある前記成形材料からなる予備成形体であることを特徴とする請求項２に記載の検査方法。
【請求項４】
前記予備成形体は、充填治具に配置された前記成形材料の温度を上昇させ、凝集させることで、形成されていることを特徴とする請求項３に記載の検査方法。
【請求項５】
前記予備成形体は、前記充填治具によって保持された状態で、密度品質が検査されることを特徴とする請求項４に記載の検査方法。
【請求項６】
前記予備成形体は、前記充填治具から取外されて、前記バインダー樹脂の熱硬化温度以上の温度において前記予備成形体を加圧圧縮するための本成形型に、配置された後で、密度品質が検査されることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の検査方法。
【請求項７】
前記温度特性は、検査対象物を一時的に加熱することによって、得られることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の検査方法。
【請求項８】
前記検査対象物の一時的な加熱は、熱パルスによって引き起こされることを特徴とする請求項７に記載の検査方法。
【請求項９】
前記温度特性は、一時的に加熱された前記検査対象物の温度低下特性であることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の検査方法。
【請求項１０】
前記温度特性は、サーモグラフィ法を適用することによって得られることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の検査方法。
【請求項１１】
黒鉛およびバインダー樹脂を含んでいる粉末状の成形材料が適用される燃料電池用セパレータの製造方法であって、温度特性に基づいて密度品質を検査するための検査工程を有することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１２】
前記バインダー樹脂は、熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１３】
前記バインダー樹脂が未硬化状態にある前記成形材料からなる予備成形体を形成するための予備成形工程を有し、
密度品質を検査するための検査対象物は、前記予備成形体であることを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１４】
前記予備成形工程において、前記予備成形体は、前記成形材料を充填治具に配置し、前記成形材料の温度を上昇させ、凝集させることで、形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１５】
前記充填治具は、加熱手段を有しており、
前記予備成形工程において、前記成形材料の温度上昇の熱源は、前記加熱手段によって昇温する前記充填治具からの伝熱であることを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１６】
前記検査工程において、前記予備成形体は、前記充填治具によって保持された状態で、密度品質が検査されることを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１７】
前記予備成形体を、前記バインダー樹脂の熱硬化温度以上の温度において、本成形型によって加圧圧縮するための本成形工程を有しており、
前記検査工程において、前記予備成形体は、前記充填治具から取外され、前記本成形型に配置された状態で、密度品質が検査されることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１８】
前記予備成形体を、前記バインダー樹脂の熱硬化温度以上の温度において、本成形型によって加圧圧縮するための本成形工程を有しており、
前記本成形型は、前記充填治具が着脱自在に配置される凹部を有し、
前記本成形工程において、前記予備成形体は、前記充填治具によって保持された状態で、前記本成形型の前記凹部に配置されることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１９】
前記予備成形体を、前記バインダー樹脂の熱硬化温度以上の温度において、本成形型によって加圧圧縮するための本成形工程を有しており、
前記本成形型は、前記充填治具が一体化されたキャビティを有し、
前記予備成形工程において、前記予備成形体は、前記成形材料を前記本成形型の前記キャビティに配置し、前記成形材料の温度を上昇させ、凝集させることで、形成され、
前記検査工程において、前記予備成形体は、前記本成形型の前記キャビティに保持された状態で、密度品質が検査されることを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項２０】
前記検査工程において、前記温度特性は、検査対象物を一時的に加熱することによって、得られることを特徴とする請求項１１〜１９のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項２１】
前記検査対象物の一時的な加熱は、熱パルスによって引き起こされることを特徴とする請求項２０に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項２２】
前記温度特性は、一時的に加熱された前記検査対象物の温度低下特性であることを特徴とする請求項２０又は請求項２１に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項２３】
前記検査工程において、前記温度特性は、サーモグラフィ法を適用することによって得られることを特徴とする請求項１１〜２２のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【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検査方法および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の単セルは、燃料ガスと酸化剤ガス等とを分離するためのセパレータを有する。セパレータは、燃料ガスや酸化剤ガス等を流通させるための流路溝を有し、粉末状の成形材料をプレス成形することで製造される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
そして、スタック前において、完成したセパレータを使用し、浸透剤を利用するカラーチェック検査を実施することで、密度品質（ガス不透過性）を管理している。
【特許文献１】特開２００３−１７０８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、カラーチェック検査は破壊式であり、浸透剤が塗布されたセパレータは、製品として利用できないため、全数検査ができず、抜き取り検査で対応している。そのため、スタック後のガス透過検査において、密度品質の不具合が発見された場合、処分による製造費用の損失が生じたり、修復するための莫大な作業費用が発生したりする問題を、有している。
【０００５】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、燃料電池用セパレータを製造する際に、密度品質の全数検査が可能である検査方法、および、良好な密度品質を有する燃料電池用セパレータの製造方法を、提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、
黒鉛およびバインダー樹脂を含んでいる粉末状の成形材料から燃料電池用セパレータを製造する際に、温度特性に基づいて密度品質を検査することを特徴とする検査方法である。
【０００７】
上記目的を達成するための請求項１１に記載の発明は、
黒鉛およびバインダー樹脂を含んでいる粉末状の成形材料が適用される燃料電池用セパレータの製造方法であって、温度特性に基づいて密度品質を検査するための検査工程を有することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、燃料電池用セパレータを製造する際に、温度特性に基づいて密度品質が検査される。温度特性は、非破壊的に検査することができるため、全数検査を適用することが可能である。つまり、燃料電池用セパレータを製造する際に、密度品質の全数検査が可能である検査方法を、提供することができる。
【０００９】
請求項１１に記載の発明によれば、温度特性に基づいて密度品質を検査するための検査工程を有する。温度特性は、非破壊的に検査することができる。そのため、例えば、全数検査を適用する場合、良好な密度品質を有する燃料電池用セパレータを確実に製造することが可能である。つまり、良好な密度品質を有する燃料電池用セパレータの製造方法を、提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
図１は、実施の形態１に係る燃料電池を説明するための斜視図、図２は、図１の単セルの構造を説明するための分解図である。
【００１２】
燃料電池１０は、単セル３０が積層されたスタック部２０を有しており、電源として利用される。電源の用途は、例えば、定置用、携帯電話などの民生用携帯機器用、非常用、レジャーや工事用電源などの屋外用、搭載スペースが限定される自動車などの移動体用である。特に、移動体用電源は、比較的長時間の運転停止後に高い出力電圧が要求されるため、適用が好ましい。
【００１３】
単セル３０は、水の電気分解の逆の原理を利用し、燃料ガス（例えば、水素）と酸化剤ガス（例えば、酸素）とを反応させことで電気を得ることができる電池であり、スタック部２０の両側に配置されるエンドプレート４０は、燃料ガスを流通させるための燃料ガス導入口５０および排出口５２、酸化剤ガスを流通させるための酸化剤ガス導入口６０および排出口６２を有する。
【００１４】
また、エンドプレート４０は、発電時に発生する熱によって昇温する燃料電池１０の温度を、所定の作動温度範囲に収めるために、冷却媒体（例えば、水）を流通させるための冷媒導入口７０および排出口７２を有する。
【００１５】
単セル３０は、膜電極接合体（ＭＥＡ（ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ａｓｓｅｍｂｌｙ））３２およびセパレータ３８を有する。セパレータ３８は、後述するように、良好な密度品質を有する。
【００１６】
膜電極接合体３２は、電解質膜３４、電解質膜を挟んで配置されるカソード電極（空気極）３５およびアノード電極（燃料極）３６を有する。
【００１７】
電解質膜３４は、固体高分子材料、例えば、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を呈する。電解質膜の厚みは、製膜時の強度、作動時の耐久性、および作動時の出力特性を考慮して適宜設定される。
【００１８】
カソード電極は３５、電解質膜３４の一方の面に配置され、カソード触媒層およびガス拡散層を有する。アノード電極３６は、電解質膜の他方の面に配置され、アノード触媒層およびガス拡散層を有する。
【００１９】
セパレータ３８は、溝部（不図示）を有し、ガス拡散層の外面に配置されている。溝部は、配置される位置に応じ、燃料ガス、酸化剤ガスあるいは冷却媒体を流通させるために使用され、燃料ガス導入口５０および排出口５２、酸化剤ガス導入口６０および排出口６２、あるいは、冷媒導入口７０および排出口７２に連通している。
【００２０】
セパレータ３８は、熱硬化性樹脂からなるバインダー樹脂と、導電性粉末である黒鉛とを含んでいる成形体であり、バインダー樹脂の含有量は、例えば、１０〜３０ｗｔ％であり、黒鉛の含有量は、その残余（９０〜３０ｗｔ％）である。なお、バインダー樹脂は、熱硬化した状態で、成形体に含まれている。
【００２１】
黒鉛は、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛である。
【００２２】
熱硬化性樹脂は、例えば、フェノール樹脂やメラミン樹脂やポリアミド樹脂である。フェノール樹脂は、経済性、作業性、成形性、物性（耐酸性、耐熱性、流体不透過性）などに優れており、好ましい。
【００２３】
図３は、図２に示されるセパレータの製造方法を説明するための工程図である。
【００２４】
実施の形態１に係るセパレータ製造方法は、予備成形工程、１次判定工程および２次判定工程からなる検査工程、および本成形工程を有する。
【００２５】
予備成形工程においては、バインダー樹脂が未硬化状態にある成形材料からなる予備成形体が形成される。検査工程においては、予備成形体を検査対象物として、温度変化が引き起こされる際の温度特性に基づいて密度品質が検査される。本成形工程においては、検査後の予備成形体が、バインダー樹脂の熱硬化温度以上の温度において、加圧圧縮される。
【００２６】
温度特性は、非破壊的に検査することができため、例えば、全数検査を適用することが可能である。この場合、良好な密度品質を有するセパレータを確実に製造することが可能である。したがって、完成したセパレータのスタック後のガス透過検査において、密度品質の不具合が発見されることが抑制され、処分による製造費用の損失や、修復するための莫大な作業費用を、削減することが可能である。
【００２７】
次に、実施の形態１に係るセパレータの製造方法を詳述する。
【００２８】
図４は、図３に示される予備成形工程において使用される予備成形装置を説明するための概略図である。
【００２９】
予備成形装置１００は、充填治具１１０および加熱炉１１５を有し、成形材料Ｍの温度を上昇させ、凝集（仮硬化）させることで、予備成形体を形成するために使用される。
【００３０】
充填治具１１０は、可搬式であり、成形材料Ｍが充填される充填治具１１０のキャビティは、本成形工程における最終成形形状の圧縮比を、反映させて設定されている。つまり、充填治具１１０のキャビティは、セパレータの外周に略対応する矩形形状を有し、その底部は、セパレータの一方の面に配置される溝部に略対応する凸部１１２を有する。
【００３１】
加熱炉１１５は、成形材料Ｍを保持する充填治具１１０が配置される台座１１６、および加熱装置１１７を有する。加熱装置１１７は、台座１１６の近傍に配置されるカートリッジヒータからなり、充填治具１１０および成形材料Ｍを加熱し、バインダー樹脂の熱硬化温度未満の適当な温度において、成形材料Ｍを、凝集させるために使用される。
【００３２】
図５は、図３に示される予備成形工程に係る成形材料Ｍの充填を説明するための断面図である。
【００３３】
予備成形工程においては、成形材料Ｍの貯蔵タンク（不図示）に連結された配管系の出口部１０５が、待機位置から移動され、充填治具１１０の上方に配置される。出口部１０５は、成形材料Ｍを吐出しながら移動を繰り返し、充填治具１１０のキャビティの全面に渡って、成形材料Ｍを均等に配置する。
【００３４】
供給された成形材料Ｍが、セパレータを構成するために必要とされる量に一致すると、成形材料Ｍの吐出が停止され、出口部１０５は、待機位置に復帰する。充填治具１１０に配置された成形材料Ｍの表面は、擦切りされる。
【００３５】
その後、成形材料Ｍを保持する充填治具１１０は、加熱炉１１５の台座１１６に配置される。加熱炉１１５は、加熱装置１１７を作動させ、充填治具１１０および成形材料Ｍを加熱し、バインダー樹脂の熱硬化温度未満の適当な温度において、成形材料Ｍを、凝集させることで、予備成形体を形成する。つまり、バインダー樹脂が未硬化状態にある成形材料Ｍからなる予備成形体が形成される。そして、予備成形体は、１次判定工程に投入される。
【００３６】
なお、加熱装置１１７を予め作動させ、加熱炉１１５を昇温させておくことで、成形材料Ｍを凝集させるための所要時間を短縮し、タイムサイクルを向上させることも可能である。
【００３７】
図６は、図３に示される１次判定工程において使用される１次検査装置を説明するための概略図である。
【００３８】
１次検査装置１２０は、予備成形工程から投入される予備成形体Ｐを検査対象物とし、サーモグラフィ法を適用し、温度特性に基づいて密度品質を検査するために使用され、加熱装置１２２、影像装置１２４、ハウジング１２６、制御装置１３０および表示装置１３２を有する。
【００３９】
加熱装置１２２は、例えば、数ミリ秒の熱パルス（フラッシュ光）を、予備成形体Ｐに照射するフラッシュランプからなり、予備成形体Ｐを一時的に加熱するために使用される。なお、加熱装置１２２は、フラッシュランプを適用する形態に限定されない。
【００４０】
影像装置１２４は、制御装置１３０に接続された、集光レンズおよび温度センサを有する赤外線カメラであり、予備成形体Ｐの表面から放射される赤外線を検出し、当該赤外線の放射エネルギデータを、制御装置１３０に伝送するために使用される。
【００４１】
ハウジング１２６は、予備成形体Ｐを保持する充填治具１１０が配置される台座１２８を有する。ハウジング１２６の上部には、加熱装置１２２および影像装置１２４が固定されている。
【００４２】
制御装置１３０は、表示装置１３２に接続され、かつ画像処理プログラムおよび制御プログラムがインストールされたコンピュータからなる。画像処理プログラムは、予備成形体Ｐの温度特性を取得し、当該温度特性に基づいて密度品質を検査するために使用される。制御プログラムは、加熱装置１２２および影像装置１２４を制御するために使用される。なお、制御装置１５０は、画像処理プログラムおよび制御プログラムがインストールされた汎用コンピュータに限定されず、専用処理装置として構成することも可能である。
【００４３】
検査対象物の温度特性は、一時的に加熱された予備成形体Ｐの温度低下特性であり、影像装置１２４から経時的に伝送される赤外線の放射エネルギ量を、温度に換算して得られる予備成形体Ｐの表面の温度分布の経時変化情報からなる。なお、温度特性は、予備成形体Ｐの温度低下特性に、限定されない。
【００４４】
表示装置１３２は、陰極線管あるいは液晶からなる表示パネル１３４を有し、温度分布の経時変化情報の可視化データ（赤外線熱画像）を表示するために使用される。可視化データは、例えば、温度と階調とを対応させ、表示パネル１３４の画素ごとに温度に応じて色を付けてカラー画像としたものである。
【００４５】
図７は、温度低下特性に基づく密度品質の検査を説明するためのグラフであり、温度変化曲線を示している。なお、縦軸は、表面温度、横軸は経過時間（秒）である。
【００４６】
一時的に加熱された予備成形体Ｐの温度が低下する際における、予備成形体Ｐの表面の温度分布は、密度分布に関係し、温度分布から得られる局所的温度差は、局所的密度差に対応している。したがって、局所的温度差を管理することで、予備成形体Ｐから完成されるセパレータの密度品質を良好に維持することが可能である。
【００４７】
局所的温度差が所定の閾値を越えた場合、予備成形体Ｐにおける局所的密度差が大き過ぎ、予備成形体Ｐから完成されるセパレータの密度品質は不良となると、判断することができる。閾値は、例えば、異なる局所的密度差を有する予備成形体Ｐを用意して、局所的温度差を取得する一方、当該予備成形体Ｐから完成されたセパレータの密度品質を検査し、局所的温度差と密度品質の良否との関係を取得することによって、設定することが可能である。
【００４８】
局所的温度差は、表面温度の低下に伴って、変化し、表面温度と関係しており、局所的温度差は、一定ではなく、表面温度および測定時点に応じて変化する。したがって、局所的温度差が大きくなる時点における表面温度を、局所的温度差を測定するための基準温度として使用することが好ましい。つまり、表面温度が、基準温度に到達した時点で、局所的温度差を測定し、当該局所的温度差を、密度品質の判断に適用する場合、密度品質の良否をより正確に測定することができる。
【００４９】
次に、１次判定工程を説明する。
【００５０】
密度品質を検査するため、予備成形工程において用意された予備成形体Ｐが、充填治具１１０に保持された状態で、１次検査装置１２０のハウジング１２６の内部に、投入され、台座１２８に配置される。
【００５１】
加熱装置１２２は、制御装置１３０からの指示に従い、熱パルスを予備成形体Ｐに照射し、予備成形体Ｐを一時的に加熱する。
【００５２】
影像装置１２４は、予備成形体Ｐの表面から放射される赤外線を、非接触で検出し、当該赤外線の放射エネルギデータを、制御装置１３０に経時的に伝送する。
【００５３】
制御装置１３０は、制御装置１３０からの指示に従い、影像装置１２４から伝送される赤外線の放射エネルギ量を、温度に換算し、予備成形体Ｐの表面の温度分布を取得する。温度分布の経時変化情報の可視化データは、必要に応じ、カラー画像として、表示パネル１３４に表示される。
【００５４】
表面温度が基準温度に到達した時点における温度分布から得られる局所的温度差が、所定の閾値以下である場合、予備成形体Ｐにおける局所的密度差は良好であると判断され、予備成形体Ｐは、２次判定工程に移送される。一方、局所的温度差が、所定の閾値を越えた場合、成形材料Ｍの充填が不適当であり、予備成形体Ｐから完成されるセパレータの密度品質は不良となると判断され、２次判定工程への予備成形体Ｐの移送は、中止される。
【００５５】
完成後のセパレータの密度検査では、充填された成形材料Ｍが本成形工程を経て熱硬化しており、予備成形工程に局所的密度差の不良情報を正確にフィードバックすることが困難である。しかし、実施の形態１に係る予備成形体Ｐに含まれるバインダー樹脂は、未硬化状態にあるため、予備成形体Ｐにおける局所的密度差の不良情報は正確である。
【００５６】
そのため、予備成形工程に直ちにフィードバックし、成形材料Ｍの充填を調整することで、良好な局所的密度差を有する予備成形体Ｐを、容易に取得することが可能である。また、予備成形体Ｐを崩し、粉末状の成形材料Ｍに戻して、再利用する場合、原単位の向上を図ることが可能である。
【００５７】
次に、２次判定工程および本成形工程を説明する。
【００５８】
図８は、図３に示される２次判定工程において使用される２次検査装置を説明するための概略図、図９は、図３に示される本成形工程に係る本成形装置を説明するための概略図である。
【００５９】
２次判定工程は、予備成形体Ｐが充填治具１１０から取外され、本成形型に配置する際に発生する不良を検査するために設けられており、本成形型に配置された状態で、予備成形体Ｐの密度品質が検査される。
【００６０】
そのため、２次検査装置１４０は、固定式のハウジング１２６の代わりに、可動アーム１４６を有する点で、１次検査装置１２０と概して異なり、検査対象物は、１次判定工程から投入され、充填治具１１０から取外された予備成形体である。なお、１次検査装置１２０におけるのと同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。
【００６１】
可動アーム１４６は、加熱装置１４２および影像装置１４４が固定される先端フレーム１４８と、先端フレーム１４８が連結されかつ固定式に配置される本体部１４９とを有する。本体部１４９は、例えば、油圧シリンダ装置からなる駆動手段を有し、先端フレーム１４８を駆動することが可能である。なお、符号１５０、１５２および１５４は、制御装置、表示装置および表示パネルを示している。
【００６２】
本成形装置１６０は、本成形型を構成する上型１６２および下型１６６、加熱装置１７２，１７６、加圧機構１８０および制御装置１８５を有し、２次検査後の予備成形体Ｐを、バインダー樹脂の熱硬化温度以上の温度において、加圧圧縮することで、セパレータを形成するために使用される。
【００６３】
上型１６２は、下型１６６に対して近接離間可能に配置される。下型１６６は、固定式に配置される。上型１６２のキャビティは、セパレータの他方の面の形状に対応し、当該他方の面に配置される溝部に対応する凸部１６３を有する。下型１６６のキャビティは、セパレータの一方の面の形状に対応し、当該一方の面に配置される溝部に対応する凸部１６７を有する。
【００６４】
したがって、上型１６２のキャビティおよび下型１６６のキャビティは、一体として、セパレータの外形形状に対応している。なお、製造されるセパレータの他方の面が、平坦である場合は、上型１６２のキャビティは、それに対応して平坦となる。
【００６５】
加熱装置１７２，１７６は、上型１６２および下型１６６の内部に配置されるカートリッジヒータからなり、上型１６２および下型１６６を加熱するために使用される。加熱された上型１６２および下型１６６は、伝熱により供給される熱によって、２次検査後の予備成形体Ｐを、昇温させ、バインダー樹脂の熱硬化温度以上の適当な温度に到達させる。
【００６６】
上型１６２の加熱装置１７２は、必要に応じ、省略することも可能である。加熱装置１７２，１７６は、抵抗加熱を利用する形態に限定されず、高温の油等の加熱流体、電磁誘導加熱、超音波加熱等を適宜適用することも可能である。
【００６７】
加圧機構１８０は、例えば、油圧シリンダ装置を有しており、下型１６６と連携させて上型１６２を駆動し、加熱装置１７２，１７６によって昇温状態にある予備成形体Ｐを、上型１６２および下型１６６によって、圧縮成形するために使用される。
【００６８】
制御装置１８５は、加熱装置１７２，１７６および加圧機構１８０の制御するために使用される。
【００６９】
次に、２次判定工程を詳述する。
【００７０】
１次判定工程から投入される予備成形体Ｐは、充填治具１１０から取外され、本成形装置１６０の下型１６６のキャビティに配置される。
【００７１】
可動アーム１４６の本体部１４９は、制御装置１５０からの指示に従い、先端フレーム１４８を駆動する。先端フレーム１４８は、上型１６２と下型１６６との間の空間に前進し、予備成形体Ｐの上方に位置決めされる。
【００７２】
加熱装置１４２は、制御装置１５０からの指示に従い、熱パルスを予備成形体Ｐに照射し、予備成形体Ｐを一時的に加熱する。影像装置１４４は、一時的に加熱された予備成形体Ｐの表面から放射される赤外線を検出し、当該赤外線の放射エネルギデータを、制御装置１５０に経時的に伝送する。
【００７３】
制御装置１５０は、影像装置１４４から伝送される赤外線の放射エネルギ量を、温度に換算し、予備成形体Ｐの表面の温度分布を取得する。温度分布の経時変化情報の可視化データは、必要に応じ、カラー画像として、表示パネル１５４に表示される。
【００７４】
表面温度が基準温度に到達した時点における温度分布から得られる局所的温度差が、所定の閾値以下である場合、予備成形体Ｐにおける局所的密度差は良好であると判断され、可動アーム１４６の本体部１４９は、制御装置１５０からの指示に従い、先端フレーム１４８を駆動する。先端フレーム１４８が、上型１６２と下型１６６との間の空間から後退し、上型１６２の下型１６６に向う移動を妨害しない位置に、退避すると、本成形工程が開始する。
【００７５】
一方、局所的温度差が、所定の閾値を越えた場合、充填治具１１０からの取外しおよび／又は本成形型への配置の際に、不良が発生したと判断され、本成形工程の開始が、中止される。この時点においても、予備成形体Ｐに含まれるバインダー樹脂は、未だに未硬化状態にあるため、予備成形体Ｐを崩し、粉末状の成形材料Ｍに戻して、再利用する場合、原単位の向上を図ることが可能である。
【００７６】
次に、本成形工程を詳述する。図１０は、図３に示される本成形工程を説明するための概略図である。
【００７７】
下型１６６のキャビティに配置された予備成形体Ｐの２次検査が完了し、局所的密度差が良好であると判断されると、加圧機構１８０は、制御装置１８５からの指示に従い、上型１６２を駆動する。上型１６２は、下型１６６に向かって降下し、上型１６２および下型１６６が型締めされる。予備成形体Ｐは、上型１６２および下型１６６のキャビティによって加圧され、セパレータの形状に圧縮形成される。
【００７８】
一方、加熱装置１７２，１７６は、制御装置１８５からの指示に従い、上型１６２および下型１６６を加熱し、上型１６２および下型１６６の温度を管理する。予備成形体Ｐは、上型１６２および下型１６６からの伝熱により供給される熱によって、バインダー樹脂の熱硬化温度以上に上昇し、バインダー樹脂が熱硬化する。
【００７９】
加熱圧縮成形が完了すると、制御装置１８５からの指示により、加圧機構１８０は、上型１６２および下型１６６を型開きし、その後、セパレータが取り出される。
【００８０】
セパレータは、製造される際に、温度特性に基づいて密度品質が２度にわたって検査されており、良好な密度品質を有する。セパレータは、取り出し直後において、高温であるため、例えば、軸流ファンなどの送風機によって冷却される。
【００８１】
以上のように、実施の形態１は、燃料電池用セパレータを製造する際に、密度品質の全数検査が可能である検査方法、および、良好な密度品質を有する燃料電池用セパレータの製造方法を、提供することが可能である。
【００８２】
なお、１次判定工程および２次判定工程の一方を、適宜省略することも可能である。
【００８３】
また、本成形工程におけるタイムサイクルを短縮化するため、加熱装置１７２，１７６の温度を調整し、バインダー樹脂の熱硬化温度未満の適当な温度に、上型１６２および下型１６６を予備昇温することも可能である。
【００８４】
さらに、予備成形工程において、成形材料Ｍの温度を上昇させて、凝集させるための加熱装置１１７を、充填治具１１０に組み込む場合（図１１参照）、予備成形装置１００の単純化および工数の削減を、図ることも可能である。
【００８５】
図１２は、実施の形態２に係るセパレータの製造方法を説明するための断面図であり、本成形装置を示している。
【００８６】
実施の形態２は、本成形装置の構成を変更し、２次判定工程を省略している点で、実施の形態１と概して異なる。なお、実施の形態１と同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。
【００８７】
実施の形態２に係る本成形装置２６０の下型２６６のキャビティは、充填治具２１０が着脱自在に配置される凹部２６８を有し、充填治具２１０が配置された場合に、セパレータの一方の面の形状に対応するように設定されている。
【００８８】
したがって、予備成形工程において形成され、充填治具２１０に保持された予備成形体Ｐは、充填治具２１０から取外すことなく、本成形装置２６０に配置し、本成形工程を開始することが可能である。つまり、実施の形態１と異なり、充填治具からの取外しおよび／又は本成形型への配置の際に発生する不良を検査するための２次判定工程が、不要となる。
【００８９】
以上のように、実施の形態２は、２次判定工程を省略し、セパレータを製造するための工程を、簡略化することが容易である。なお、符号２６２、２７２，２７６、２８０および２８５は、本成形装置２６０の上型、加熱装置、加圧機構および制御装置を示している。
【００９０】
図１３は、実施の形態３に係るセパレータの製造方法を説明するための概略図であり、本成形装置および検査装置を示している。
【００９１】
実施の形態３は、本成形装置が予備成形装置を兼用している点で、実施の形態１と概して異なる。なお、実施の形態１と同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。
【００９２】
実施の形態３に係る本成形装置３６０の下型３６６、加熱装置３７６、および下型３６６のキャビティは、予備成形装置の加熱炉および加熱炉の台座、加熱炉の加熱装置、および充填治具を、兼用している。また、実施の形態３においては、検査工程は、単一の判定工程からなり、実施の形態１に係る２次検査装置１４０と略一致している検査装置３４０のみが適用される。
【００９３】
次に、実施の形態３に係るセパレータの製造方法を説明する。
【００９４】
予備成形工程においては、成形材料Ｍの貯蔵タンク（不図示）に連結された配管系の出口部１０５から、充填治具が一体化している下型３６６のキャビティに向かって、成形材料Ｍが吐出される。供給された成形材料Ｍが、セパレータを構成するために必要とされる量に一致すると、成形材料Ｍの吐出が停止され、キャビティに配置された成形材料Ｍの表面は、擦切りされる。
【００９５】
その後、加熱装置３７６は、制御装置３８５からの指示に従い、下型３６６を加熱し、バインダー樹脂の熱硬化温度未満の適当な温度において、成形材料Ｍを、凝集させることで、予備成形体を形成する。
【００９６】
判定工程（検査工程）においては、検査装置３４０の可動アーム３４６の先端フレーム３４８が、上型３６２と下型３６６との間の空間に前進し、下型３６６のキャビティに配置される予備成形体の上方に、位置決めされる。
【００９７】
予備成形体は、先端フレーム３４８に固定される加熱装置３４２から照射される熱パルスによって、一時的に加熱される。予備成形体の表面から放射される赤外線は、先端フレーム３４８に固定される影像装置３４４を経由して、制御装置３５０に伝送され、予備成形体の表面の温度分布が算出される。
【００９８】
そして、表面温度が基準温度に到達した時点における温度分布から得られる局所的温度差が、所定の閾値以下である場合、予備成形体における局所的密度差は良好であると判断され、先端フレーム３４８が、上型３６２と下型３６６との間の空間から後退し、上型３６２の下型３６６に向う移動を妨害しない位置に、退避すると、本成形工程が開始する。
【００９９】
一方、局所的温度差が、所定の閾値を越えた場合、成形材料Ｍの充填が不適当であり、予備成形体から完成されるセパレータの密度品質は不良となると判断され、本成形工程の開始が、中止される。この時点においては、予備成形体に含まれるバインダー樹脂は、未硬化状態にあるため、予備成形体における局所的密度差の不良情報は正確である。
【０１００】
そのため、予備成形工程に直ちにフィードバックし、成形材料Ｍの充填を調整することで、良好な局所的密度差を有する予備成形体Ｐを、容易に取得することが可能である。また、予備成形体Ｐを崩し、粉末状の成形材料Ｍに戻して、再利用する場合、原単位の向上を図ることが可能である。
【０１０１】
本成形工程においては、上型３６２が、下型３６６に向かって降下し、上型３６２および下型３６６が型締めされる。予備成形体は、上型３６２および下型３６６のキャビティによって加圧され、セパレータの形状に圧縮形成される。
【０１０２】
一方、上型３６２および下型３６６に配置される加熱装置３７２，３７６は、上型３６２および下型３６６を加熱し、予備成形体を、上型３６２および下型３６６からの伝熱により供給される熱によって、バインダー樹脂の熱硬化温度以上に上昇し、バインダー樹脂が熱硬化させる。
【０１０３】
加熱圧縮成形が完了すると、上型３６２および下型３６６が型開きされ、その後、セパレータが取り出される。セパレータは、取り出し直後において、高温であるため、例えば、軸流ファンなどの送風機によって冷却される。
【０１０４】
以上のように、実施の形態３は、セパレータを製造するための装置および工程を、大幅に簡略化することが可能である。なお、符号３４９、３５２、３５４および３８０は、検査装置３４０の可動アーム３４６の本体部、表示装置、表示パネルおよび本成形装置３６０の加圧機構を、示している。
【０１０５】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。
【０１０６】
例えば、バインダー樹脂は、熱硬化性樹脂に限定されず、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂を適用することも可能である。この場合、本成形工程においては、樹脂の軟化点以上の適した溶融温度まで、予備成形体を昇温することが必要である。
【０１０７】
また、予備成形体は、例えば、本成形装置と同様な予備成形装置によって、バインダー樹脂の熱硬化温度未満の適当な温度下で、加圧圧縮することによって形成したり、加熱することなく、加圧圧縮することのみによって形成したりすることも可能である。
【０１０８】
さらに、成形材料の再利用が不可能であるが、必要に応じ、検査工程を、本成形工程後に配置し、完成したセパレータを、密度品質を検査するための検査対象物として適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】実施の形態１に係る燃料電池を説明するための斜視図である。
【図２】図１の単セルの構造を説明するための分解図である。
【図３】図２に示されるセパレータの製造方法を説明するための工程図である。
【図４】図３に示される予備成形工程において使用される予備成形装置を説明するための概略図である。
【図５】図３に示される予備成形工程に係る成形材料の充填を説明するための断面図である。
【図６】図３に示される１次判定工程において使用される１次検査装置を説明するための概略図である。
【図７】温度低下特性に基づく密度品質の検査を説明するためのグラフであり、温度変化曲線を示している。
【図８】図３に示される２次判定工程において使用される２次検査装置を説明するための概略図である。
【図９】図３に示される本成形工程に係る本成形装置を説明するための概略図である。
【図１０】図３に示される本成形工程を説明するための概略図である。
【図１１】実施の形態１の変形例に係る充填治具を説明するための断面図である。
【図１２】実施の形態２に係るセパレータの製造方法を説明するための断面図であり、本成形装置を示している。
【図１３】実施の形態３に係るセパレータの製造方法を説明するための概略図であり、本成形装置および検査装置を示している。
【符号の説明】
【０１１０】
１０・・燃料電池、
２０・・スタック部、
３０・・単セル、
３２・・膜電極接合体、
３４・・電解質膜、
３５・・カソード電極、
３６・・アノード電極、
３８・・セパレータ、
４０・・エンドプレート、
５０・・燃料ガス導入口、
５２・・燃料ガス排出口、
６０・・酸化剤ガス導入口、
６２・・酸化剤ガス排出口、
７０・・冷媒導入口、
７２・・冷媒排出口、
１００・・予備成形装置、
１０５・・出口部、
１１０・・充填治具、
１１２・・凸部、
１１５・・加熱炉、
１１６・・台座、
１１７・・加熱装置、
１２０・・１次検査装置、
１２２・・加熱装置、
１２４・・影像装置、
１２６・・ハウジング、
１２８・・台座、
１３０・・制御装置、
１３２・・表示装置、
１３４・・表示パネル、
１４０・・２次検査装置、
１４２・・加熱装置、
１４４・・影像装置、
１４６・・可動アーム、
１４８・・先端フレーム、
１４９・・本体部、
１５０・・制御装置、
１５２・・表示装置、
１５４・・表示パネル、
１６０・・本成形装置、
１６２・・上型、
１６３・・凸部、
１６６・・下型、
１６７・・凸部、
１７２，１７６・・加熱装置、
１８０・・加圧機構、
１８５・・制御装置、
２１０・・充填治具、
２６０・・本成形装置、
２６２・・上型、
２６６・・下型、
２６８・・凹部、
２７２，２７６・・加熱装置、
２８０・・加圧機構、
２８５・・制御装置、
３０５・・出口部、
３４０・・検査装置、
３４２・・加熱装置、
３４４・・影像装置、
３４６・・可動アーム、
３４８・・先端フレーム、
３４９・・本体部、
３５０・・制御装置、
３５２・・表示装置、
３５４・・表示パネル、
３６０・・本成形装置、
３６２・・上型、
３６６・・下型、
３７２，３７６・・加熱装置、
３８０・・加圧機構、
３８５・・制御装置、
Ｍ・・成形材料、
Ｐ・・予備成形体。
【図１】
2007220430.tif 000003
【図２】
2007220430.tif 000004
【図３】
2007220430.tif 000005
【図４】
2007220430.tif 000006
【図５】
2007220430.tif 000007
【図６】
2007220430.tif 000008
【図７】
2007220430.tif 000009
【図８】
2007220430.tif 000010
【図９】
2007220430.tif 000011
【図１０】
2007220430.tif 000012
【図１１】
2007220430.tif 000013
【図１２】
2007220430.tif 000014
【図１３】
2007220430.tif 000015