(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
立てた第１基板に備えた複数の保持部材で燃料電池用セパレータの縁部を保持する工程と、前記セパレータの反りを非接触測定手段で測定する工程と、前記セパレータの反りを測定した後にセパレータを切欠き部又は孔部を有する２枚の第２基板で挟んで加圧して反りがない状態にする工程と、加圧した状態のセパレータの厚さに加え、外形、流路、孔などの形状を前記切欠き部又は孔部を通して非接触測定手段で測定する工程とからなる燃料電池用セパレータの形状測定方法。
【請求項２】
前記第１基板を枠状部材としたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池用セパレータの形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板厚と成形したままの反りとを精度良く測定するための燃料電池用セパレータの形状測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、水の電気分解の逆の原理を利用し、水素と酸素とを反応させて水を得る過程で電気を得ることができる電池である。一般に、水素に燃料ガスを置き換え、酸素に空気や酸化剤ガスを置き換えるので、燃料ガス、空気、酸化剤ガスの用語を使用することが多い。
【０００３】
このような燃料電池としては、例えば、特開２０００−１２３８４８公報「燃料電池」が知られている。
同公報の図１によれば、電解質膜１８（符号は公報に記載されているものを使用した。以下同様。）にアノード側電極２０及びカソード側電極２２を添わせ、これらをガスケット２４，２６を介して第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６で挟むことでセルモジュールを構成する。
【０００４】
詳細には、第１セパレータ１４の面１４ａに燃料ガスの流路となる第１流路３８が形成され、第２セパレータ１６の面１６ａに酸化剤ガスの流路となる第２流路４６が形成され、各々中央の電解質膜１８に燃料ガスと酸化剤ガスとを臨ませる構造である。
【０００５】
図１に記載の１個のセルモジュールで得る電気出力はごく小さいので、このようなセルモジュールを多数個積層することで、所望の電気出力を得る。従って、第１・第２セパレータ１４，１６は隣のセルに燃料ガスや酸化剤ガスが洩れないようにする分離部材であることから「セパレータ」と呼ばれる。
【０００６】
第１セパレータ１４は面１４ａに燃料ガスのための流路３８を備え、第２セパレータ１６は面１６ａに酸化剤ガスのための流路４６を備えるが、ガスを効果的にアノード側電極２０及びカソード側電極２２に接触させる必要があり、そのために、流路３８，４６はごく浅い溝を多数本条設する必要がある。
【０００７】
上記した第１・第２セパレータ１４，１６では、多数本の溝を片側の面に条設するために、板厚が不均一になり、圧縮成形時の成形温度からの冷却過程で、体積収縮が不均一になって内部に残留応力が発生することがある。これは、反りとなって現れ、このようなセパレータを燃料電池内に組込んだ場合、各セル間のシール性が損なわれることがある。
そこで、上記した板厚や反りを精度良く測定し、製造にフィードバックして板厚精度を高め、反りを低減することが望まれる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図９は成形後のセパレータの状態を説明する説明図であり、セパレータ１０１を定盤１０２の上に置くと、図の実線で示すように反りが生じていることがある。反り量はｈ１である。しかし、この場合の反り量ｈ１は、セパレータ１０１が自重により撓んで、実際の反り量ｈ２よりも小さくなった値である。
このような状態でセパレータ１０１の反り量を測定しても、精度の高い測定値は得られない。また、このような状態でセパレータ１０１の板厚を正確に測定することは難しい。従って、反り量が変化すれば、セパレータ１０１の外形寸法（例えば、長手方向の寸法）を正確に測定することは難しい。
【０００９】
本発明の目的は、燃料電池用セパレータの形状測定方法において、板厚と成形したままの反りとを精度良く測定することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、立てた第１基板に備えた複数の保持部材で燃料電池用セパレータの縁部を保持する工程と、セパレータの反りを非接触測定手段で測定する工程と、セパレータの反りを測定した後にセパレータを切欠き部又は孔部を有する２枚の第２基板で挟んで加圧して反りがない状態にする工程と、加圧した状態のセパレータの厚さに加え、外形、流路、孔などの形状を切欠き部又は孔部を通して非接触測定手段で測定する工程とからなる。
【００１１】
立てた第１基板でセパレータを保持することで、セパレータに作用する外力の影響を極力無くすことができ、セパレータの成形のままの反りを精度良く測定することができる。
また、２枚の第２基板でセパレータを加圧することで、セパレータのほぼ全面を反りのない平板の状態にすることができ、この状態でセパレータの厚さを精度良く測定することができる。
従って、セパレータの外形寸法を精度良く測定することができる。
【００１２】
更に、セパレータの反りを測定した後に上記の厚さ測定を行うため、例えば、厚さを測定した後に反りを測定する場合のような、加圧による反りの減少を無くすことができ、このことからも厚さを精度よく測定することができる。
【００１３】
請求項２は、第１基板を枠状部材としたことを特徴とする。
セパレータの中央部に第１基板や他の部材が接触しないようにすることができ、セパレータの反りが変化するのを防止することができるため、セパレータの成形のままの反りを測定することができる。
また、セパレータの中央部の反りを広い範囲で測定することができ、成形のままのセパレータの形状をより詳細に把握することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る燃料電池用セパレータの形状測定方法を適用する第１セパレータ形状測定装置の斜視図であり、第１セパレータ形状測定装置１０は、セパレータ１１の縁部を保持するための保持部材１２・・・（・・・は複数個を示す。以下同様。）を設けた第１基板１３と、立てた第１基板１３に対して一定の距離を隔てて水平方向及び上下方向に移動させることができる２つの非接触測定手段としての非接触変位センサ１４，１４とからなり、立てた第１基板１３でセパレータ１１を立てた状態に保持することで、セパレータ１１の成形したままの反りを測定する装置である。なお、セパレータ１１の厚さを測定する第２セパレータ形状測定装置については後述する。
【００１５】
第１基板１３は、枠状とした基板本体１５と、この基板本体１５に取付けた前述の保持部材１２・・・とからなり、基板本体１５の下部に、セパレータ１１の下端部を位置決めする下端位置決め部１６，１６及びセパレータ１１の一方の側端部を位置決めする側端位置決め部１７とを備え、基板本体１５の上部に、セパレータ１１の上端部を位置決めする上端位置決め部１８を備え、これらの下端位置決め部１６，１６、上端位置決め部１８に隣接させて前述の保持部材１２をそれぞれ設けたものである。
【００１６】
非接触変位センサ１４としては、レーザ、超音波、マイクロ波等の反射を利用したものが好適であり、センサ自体と測定対象物であるセパレータ１１との距離を測定することで、非接触変位センサ１４からセパレータ１１の表面までの距離を連続的に測定することにより、セパレータ１１の表面の反り形状や反りの最大値である反り量、即ち、反りを測定することができる。
ここでは、反り形状及び反り量を測定することを、単に「反りを測定する」と表現する。
【００１７】
また、セパレータ１１の表裏の各面までの距離をそれぞれの面の側に配置した非接触変位センサ１４，１４で測定することで、これらの非接触変位センサ１４，１４で得た距離を非接触変位センサ１４，１４同士の距離から引けば、セパレータ１１の厚さを求めることができる。
【００１８】
ここに示したセパレータ１１において、１１ａはガス流路、１１ｂは燃料ガス供給孔、１１ｃは燃料ガス排出孔、１１ｄは酸化剤ガス供給孔、１１ｅは酸化剤ガス排出孔、１１ｆは冷却水供給孔、１１ｇは冷却水排出孔である。
【００１９】
以上に述べた第１セパレータ形状測定装置１０によるセパレータの形状測定方法を次に説明する。
図２は本発明に係る燃料電池用セパレータの形状測定方法を説明する第１作用図である。
まず、セパレータ１１の下端を第１基板１３の下端位置決め部１６，１６で位置決めするとともに、セパレータ１１を左方へ移動させてセパレータ１１の左側の側端部を側端位置決め部１７に当てて位置決めし、セパレータ１１の上端部を上端位置決め部１８で位置決めして、各保持部材１２でセパレータ１１の縁部を保持したことを示す。
【００２０】
図３は図２の３−３線断面図であり、セパレータ１１を押える保持片２１と、この保持片２１に取付けるとともに基板本体１５に回転自在に取付けた軸部２２と、この軸部２２の端部にねじ結合したつまみ部２３と、このつまみ部２３と基板本体１５との間に介在させることで保持片２１を基板本体１５、詳しくは前面１５ａに押付けるスプリング２４とからなる保持部材１２で、セパレータ１１を変形させないように保持したことを示す。
【００２１】
下端位置決め部１６は、四角柱に段部２６を形成したものであり、段部２６の奥行Ｄ（即ち、前面１５ａと段部２６の側壁２６ａとの距離である。）は、セパレータ１１の厚さＴに等しいか又はセパレータ１１の厚さＴよりも大きい。
このように、保持片２１をスプリング２４の弾性力で前面１５ａに押付け、保持片２１で直接セパレータ１１を押し付けない構造にしたため、保持片２１でセパレータ１１を変形させることがない。なお、上端位置決め部１８の位置での保持部材１２によるセパレータ１１の保持も、上記した下端位置決め部１６の位置での保持部材１２による保持と同様であり、詳細説明は省略する。
【００２２】
以上の図２及び図３で説明したように、セパレータ１１を３個の保持部材１２・・・で保持することで、例えば、セパレータ１１の上端及び下端を各１個の保持部材で保持する場合に比べて、セパレータ１１が保持部分を中心にして振れるようなことがなく、本発明では、保持片１２が３個という少ない個数で且つ安定にセパレータ１１を保持することができる。
【００２３】
また、各位置決め部１６，１６，１７，１８に位置決めし、保持部材１２のつまみ部２３を回して保持片２１でセパレータ１１を押えるだけで、セパレータ１１の位置決めと保持とを容易に行うことができ、作業性を向上させることができる。
【００２４】
図４は本発明に係る燃料電池用セパレータの形状測定方法を説明する第２作用図である。
第１基板１３でセパレータ１１を保持した状態で、セパレータ１１の反りの測定を実施する。
詳細には、まず、２つの非接触変位センサを、例えば、第１基板１３の左方上方のａ点（測定の始点である。）に移動し、このａ点から右方へ水平に移動しながら第１基板１３及びセパレータ１１へ、例えばレーザを照射して連続的に測定を行う。点ｐは測定の終点である。
【００２５】
上記測定が終了したら、非接触変位センサを第１基板１３の左方の始点ｂに移動し、この始点ｂから終点ｑまで、上記した始点ａから終点ｐまでの測定と同様に測定を行う。
このようにして、同様に始点ｃから終点ｒ、始点ｄから終点ｓ、始点ｅから終点ｔ、始点ｆから終点ｕ、始点ｇから終点ｖ、始点ｈから終点ｗ、始点ｊから終点ｘ、始点ｋから終点ｙ、始点ｍから終点ｚでの測定を順に行う。
【００２６】
例えば、始点ｂから始点ｑまでのセパレータ形状、即ち反り形状の測定結果は、下方の図の実線２７（一方の非接触変位センサによる。）及び破線２８（他方の非接触変位センサによる。）のようになり、これらの反り形状からセパレータ１１の反り量ｈ３（一方の非接触変位センサによる。），ｈ４（他方の非接触変位センサによる。）を求めることができる。
【００２７】
図５は本発明に係る燃料電池用セパレータの形状測定方法を適用する第２セパレータ形状測定装置の斜視図であり、第２セパレータ形状測定装置３０は、切欠き部３１・・・及び孔部３２・・・を形成した２枚の第２基板３３，３３と、これらの第２基板３３，３３にセパレータ１１を挟んだ状態でセパレータ１１を加圧するための加圧手段、例えばボルト・ナットと、前述の非接触変位センサ１４，１４とからなる。
【００２８】
切欠き部３１は、セパレータ１１の長さ・幅等の外形寸法測定用の部分であり、孔部３２は、セパレータ１１のガス流路１１ａ、燃料ガス供給孔１１ｂ、燃料ガス排出孔１１ｃ、酸化剤ガス供給孔１１ｄ、酸化剤ガス排出孔１１ｅ、冷却水供給孔１１ｆ、冷却水排出孔１１ｇの形状（溝長さ、溝の位置、各孔の大きさ、各孔の位置）を測定するための部分である。
【００２９】
以上に述べた第２セパレータ形状測定装置３０によるセパレータの形状測定方法を次に説明する。
図６は本発明に係る燃料電池用セパレータの形状測定方法を説明する第３作用図である。
まず、第２基板３３，３３間にセパレータ１１を挟み、図示せぬ加圧手段で加圧して強制的に反りがない状態にする。
【００３０】
図７は本発明に係る燃料電池用セパレータの形状測定方法を説明する第４作用図である。
セパレータ１１を第２基板３３，３３で挟んだ状態で、第２基板３３，３３の各切欠き部３１（図６参照）及び各孔部３２を通してセパレータ１１の両側の非接触変位センサ１４から、例えばレーザをセパレータ１１の表裏の各面に当て、各非接触変位センサ１４からセパレータ１１までの距離を測定する。
セパレータ１１は、第２基板３３，３３による加圧によって、反りのない平板の状態になるので、レーザがセパレータ１１の面に直角に当たるため、測定精度を高めることができる。
【００３１】
一つの切欠き部３１又は孔部３２での測定が終了したら、隣の切欠き部３１又は孔部３２で測定するというように矢印のように非接触変位センサ１４，１４を移動させて各切欠き部３１毎や各孔部３２毎に測定する。
ここで、各非接触変位センサ１４で測定した距離をＤ１，Ｄ２とし、非接触変位センサ１４，１４同士の距離をＤＳとすると、セパレータ１１の厚さＴは、Ｔ＝ＤＳ−（Ｄ１＋Ｄ２）となる。
【００３２】
このようなセパレータ１１の厚さの測定をセパレータ１１の反りの測定の後に実施するのは、初めに厚さを測定するためにセパレータ１１を第２基板３３で加圧して挟持すると、セパレータ１１の成形したままの反りが小さくなることが予想されるからである。
【００３３】
図８は本発明に係る燃料電池用セパレータの形状測定方法のフローであり、以上で説明したセパレータ形状測定の流れをまとめて再度説明する。なお、ＳＴ××はステップ番号を示す。
ＳＴ０１…第１基板でセパレータを成形のままの状態、即ちフリー状態に保持する。（図２、図３参照）
ＳＴ０２…セパレータの反りを測定する。（図４参照）
ＳＴ０３…２枚の第２基板でセパレータを挟持し加圧する。（図６参照）
ＳＴ０４…セパレータの厚さを測定する。また、セパレータの外形寸法、溝長さも測定する。（図７参照）
【００３４】
以上の図２及び図６で説明したように、本発明は第１に、立てた第１基板１３に備えた複数の保持部材１２で燃料電池用セパレータ１１の縁部を保持する工程と、セパレータ１１の反りを非接触変位センサ１４，１４で測定する工程と、セパレータ１１を切欠き部３１又は孔部３２を有する２枚の第２基板３３で挟んで加圧する工程と、加圧した状態のセパレータ１１の厚さを切欠き部３１又は孔部３２を通して非接触変位センサ１４，１４で測定する工程とからなる。
【００３５】
立てた第１基板１３でセパレータ１１を保持することで、セパレータ１１に作用する外力、例えば重力の影響を極力無くすことができ、セパレータ１１の成形のままの反りを精度良く測定することができる。
また、２枚の第２基板３３，３３でセパレータ１１を加圧することで、セパレータ１１のほぼ全面を反りのない平板の状態にすることができ、この状態でセパレータ１１の厚さＴを精度良く測定することができる。
従って、セパレータ１１の外形寸法を精度良く測定することができる。
【００３６】
更に、セパレータ１１の反りを測定した後に上記の厚さ測定を行うため、例えば、厚さＴを測定した後に反りを測定する場合のような、加圧を経験したことによる反りの減少を無くすことができ、このことからも厚さを精度良く測定することができる。
【００３７】
本発明は第２に、図１で説明したように、第１基板１３を枠状部材としたことを特徴とする。
セパレータ１１の中央部に第１基板１３や他の部材が接触しないようにすることができ、セパレータ１１の反りが変化するのを防止することができるため、セパレータ１１の成形のままの反りを測定することができる。
また、セパレータ１１の中央部の反りを広い範囲で測定することができ、成形のままのセパレータ１１の形状をより詳細に把握することができる。
【００３８】
尚、本発明の保持部材は、保持片を板状としたが、これに限らず、円柱状、半円柱状、球状、針状として、保持片がセパレータの面を線又は点で保持するようにしてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１の燃料電池用セパレータの形状測定方法は、立てた第１基板に備えた複数の保持部材で燃料電池用セパレータの縁部を保持する工程と、セパレータの反りを非接触測定手段で測定する工程と、セパレータの反りを測定した後にセパレータを切欠き部又は孔部を有する２枚の第２基板で挟んで加圧して反りがない状態にする工程と、加圧した状態のセパレータの厚さに加え、外形、流路、孔などの形状を切欠き部又は孔部を通して非接触測定手段で測定する工程とからなるので、立てた第１基板でセパレータを保持することで、セパレータに作用する外力の影響を極力無くすことができ、セパレータの成形のままの反りを精度良く測定することができる。
【００４０】
また、２枚の第２基板でセパレータを加圧することで、セパレータのほぼ全面を反りのない平板の状態にすることができ、この状態でセパレータの厚さを精度良く測定することができる。従って、セパレータの外形寸法を精度良く測定することができる。
更に、セパレータの反りを測定した後に上記の厚さ測定を行うため、例えば、厚さを測定した後に反りを測定する場合のような、加圧による反りの減少を無くすことができ、このことからも厚さを精度よく測定することができる。
【００４１】
請求項２の燃料電池用セパレータの形状測定方法は、第１基板を枠状部材としたので、セパレータの中央部に第１基板や他の部材が接触しないようにすることができ、セパレータの反りが変化するのを防止することができるため、セパレータの成形のままの反りを測定することができる。
また、セパレータの中央部の反りを広い範囲で測定することができ、成形のままのセパレータの形状をより詳細に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池用セパレータの形状測定方法を適用する第１セパレータ形状測定装置の斜視図
【図２】本発明に係る燃料電池用セパレータの形状測定方法を説明する第１作用図
【図３】図２の３−３線断面図
【図４】本発明に係る燃料電池用セパレータの形状測定方法を説明する第２作用図
【図５】本発明に係る燃料電池用セパレータの形状測定方法を適用する第２セパレータ形状測定装置の斜視図
【図６】本発明に係る燃料電池用セパレータの形状測定方法を説明する第３作用図
【図７】本発明に係る燃料電池用セパレータの形状測定方法を説明する第４作用図
【図８】本発明に係る燃料電池用セパレータの形状測定方法のフロー
【図９】成形後のセパレータの状態を説明する説明図
【符号の説明】
１１…セパレータ、１２…保持部材、１３…第１基板、１４…非接触変位センサ、３１…切欠き部、３２…孔部、３３…第２基板、ｈ３，ｈ４…セパレータの反り量、Ｔ…セパレータの厚さ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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