JP6895272B2 - シール検査装置およびシール検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、シール部材のシール性を検査するためのシール検査装置およびシール検査方法に関する。

自動車、機械装置などにおいては、ゴム弾性を利用した種々のシール部材が用いられている。例えば、燃料電池においては、電極部材の周囲や隣り合うセパレータ間に、反応ガスや冷媒に対するシール性と絶縁性とを確保するためのゴム製のシール部材が配置されている。

燃料電池を組み付けた状態においては、シール部材は燃料電池の締結力により圧縮され、その反力によりシール性を確保している。ここで、シール部材に欠けや剥がれなどがあると、反応ガスや冷媒が外部に漏れるおそれがある（いわゆる外部リーク）。また、電極部材の周囲におけるシール部材の充填不足などがあると、反応ガスの流路同士が繋がり、燃料ガスと酸化剤ガスとが混合するおそれがある（いわゆるクロスリーク）。これらのリークは、燃料電池の性能低下の原因となる。したがって、燃料電池の製造時においては、シール部材のシール検査が重要になる。

燃料電池用シール部材のシール性を検査する方法として、例えば特許文献１には、ガス非透過性のダミーＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）部材を用い、燃料ガスおよび酸化剤ガスの一方の流路に検査用ガスを供給し、他方の流路に流れる検査用ガスの流量を測定して、外部リークやクロスリークを検出する方法が開示されている。特許文献２には、反応ガスや冷媒に曝される部位にシール部材と同じ材料で形成した接着試験部を接着し、接着試験部の接着状態の評価結果を指標としてシール部材の接着状態を検査する方法が開示されている。特許文献３には、燃料電池の構成単位であるセルを一対の治具で挟持してセルの積層状態を模擬的に形成し、反応ガスなどの流路に検査用ガスを封入した後、当該流路のガス圧の経時的な降下量を測定する検査方法が開示されている。

特開２００９−１１０９０８号公報 特開２０１４−８２０３４号公報 特開２０１６−１６４８２７号公報

特許文献１に記載の検査方法によると、燃料電池において実際に使用する電極部材とは異なるダミーＭＥＡ部材を用いてセルを構成する必要がある。このため、組み付けに手間がかかり検査に時間を要する。また、シール部材が電極部材を含む積層体に一体化されている形態には適用することができない。特許文献２に記載の検査方法は、接着試験部の接着状態からシール部材の接着状態を推測するという間接的な方法であり、シール部材のシール性を直接的に検査する方法ではない。一方、特許文献３に記載の検査方法においては、実際に使用するセルを用いてシール部材のシール性を直接的に検査している。しかしながら、特許文献３に記載の検査方法（以下、「従来の検査方法」と称す）によると、検査時間の短縮が難しいという課題があった。

従来の検査方法は、主にガス供給→安定化→測定の３工程からなる。図９に、従来の検査方法におけるガス圧の経時変化をグラフで示す。まず、ガス供給工程において、測定対象の流路に検査用ガスを供給する。ここで、流路となるセルの内部形状は複雑かつ微細な形状を有する。このため、流路全体に検査用ガスが行き渡り、流路の圧力が所定の圧力に到達するまでには、数秒以上の時間が必要になる。次に、安定化工程において、流路の圧力を安定化させる。先のガス供給工程において流路の圧力が所定の圧力に到達したら、ガス供給装置のバルブを閉めて、検査用ガスの供給を停止する。この際、バルブを閉めることで生じる封入ガスの体積変化や振動により初期圧力が変動する。加えて、シール部材の膨張、セパレータのばたつき、加圧不足箇所へのガスの流れ込み、シール部材からのリークなどによっても、初期圧力が変動してしまう。したがって、測定前の圧力を安定化させるためには、どうしても数十秒の時間が必要になる。最後に、測定工程において、流路の圧力降下量を測定する。ここでは、品質保証の観点から良否判定の精度を向上させるため、圧力降下量ができるだけ大きくなったところで測定することが望ましい。したがって、本工程においても、数秒以上の時間が必要になる。このように、従来の検査方法では、検査時間を短縮するには限界があり、シール部材を含むセルの量産には適さない。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、シール部材のシール性を短時間で精度良く検査することができるシール検査装置およびシール検査方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明のシール検査装置は、シール部材が配置され、検査用ガスが供給されるガス供給領域と、圧力が測定される圧力測定領域と、が該シール部材の検査対象部を介して隣り合う閉じられた検査スペースを有する治具を備え、該検査用ガスが該ガス供給領域から該圧力測定領域にリークすることによる該圧力測定領域の圧力上昇に基づいて該シール部材のシール性を検査することを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、本発明のシール検査方法は、治具にシール部材を配置して、検査用ガスが供給されるガス供給領域と、圧力が測定される圧力測定領域と、が該シール部材の検査対象部を介して隣り合う検査スペースを形成する配置工程と、該ガス供給領域に該検査用ガスを供給するガス供給工程と、該圧力測定領域の圧力を測定する圧力測定工程と、を有し、該検査用ガスが該ガス供給領域から該圧力測定領域にリークすることによる該圧力測定領域の圧力上昇に基づいて該シール部材のシール性を検査することを特徴とする。

従来の測定方法においては、検査対象の流路に検査用ガスを封入し、当該流路のガス圧を測定していた。すなわち、検査用ガスが供給されるガス供給領域と、圧力が測定される圧力測定領域と、が同じであった。これに対して、本発明のシール検査装置およびシール検査方法においては、検査用ガスが供給されるガス供給領域と、圧力が測定される圧力測定領域と、が別々に配置される。圧力測定領域には検査用ガスは供給されず、初期圧力はほとんど変動しない。このため、測定前に圧力を安定化させる時間は必要ない。また、圧力の降下量ではなく上昇量を測定する。このため、ガス供給領域への検査用ガスの供給と同時に圧力を測定することができる。図１に、本発明のシール検査装置およびシール検査方法における圧力測定領域のガス圧の経時変化例をグラフで示す。図１に示すように、本発明のシール検査装置およびシール検査方法においては、安定化工程がなく、ガス供給工程と測定工程とが同時に行われる。したがって、図９に示した従来の検査方法と比較して、検査時間を大幅に短縮することができる。例えば、燃料電池用のシール部材の場合、シール検査を十秒以下で行うことができる。

本発明のシール検査装置およびシール検査方法によると、圧力測定のために検査用ガスの供給を停止する必要はなく、検査用ガスをガス供給領域に供給し続けることができる。これにより、ガス供給領域が複雑かつ微細な形状を有する場合でも、検査用ガスを充分に行き渡らせることができるため、充填面での問題はない。

本発明のシール検査装置およびシール検査方法によると、ガス供給工程と測定工程とを同時に行えるため、測定時間をある程度長く確保することができる。これにより、リークによる圧力上昇量が大きくなったところでシール性の良否判定を行うことができ、良否判定の精度を高めることができる。

また、本発明のシール検査装置およびシール検査方法によると、圧力測定領域を複数配置することができる。ガス供給領域に複数の圧力測定領域を隣接させることにより、シール部材における複数の検査対象部のシール性を同時に検査することができる。これにより、より効率良く短時間でシール部材のシール検査を行うことが可能になる。このように、本発明のシール検査装置およびシール検査方法によると、シール部材のシール性を短時間で精度良く検査することができる。

本発明のシール検査装置およびシール検査方法におけるガス供給領域および圧力測定領域のガス圧の経時変化例を示すグラフである。 第一実施形態のシール検査装置の上面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。 第二実施形態のシール検査装置の上面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。 図５のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。 実施例のシール検査における圧力測定領域Ｄの圧力測定結果を示すグラフである。 従来の検査方法におけるガス圧の経時変化を示すグラフである。

以下、本発明のシール検査装置およびシール検査方法の実施の形態を説明する。

＜第一実施形態＞
［シール検査装置の構成］
まず、本実施形態のシール検査装置の構成について説明する。図２に、本実施形態のシール検査装置の上面図を示す。図３に、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図を示す。図４に、図２のＩＶ−ＩＶ断面図を示す。なお、図２においては、第一治具を省略して示す。また、説明の便宜上、図２においては、シール部材および外周囲いシール部材にハッチングを付して示す。以下に示す実施の形態においては、上下方向が本発明における「積層方向」に対応している。

図２〜図４に示すように、シール検査装置１は、第一治具２０と、第二治具２１と、を備えている。第一治具２０および第二治具２１は、図示しない固定部材により固定されている。第一治具２０および第二治具２１は、本発明における「治具」の概念に含まれる。第一治具２０と第二治具２１との間には、検査スペース２２が配置されている。

検査スペース２２は、第一治具２０と、第二治具２１と、後述する外周囲いシール部材２４と、により区画された閉スペースである。検査スペース２２には、シールアセンブリ３０が配置されている。シールアセンブリ３０は、燃料電池の構成部材であり、セパレータ３１と、シール部材３２と、を有している。

セパレータ３１は、ステンレス鋼製であって、四角形薄板状を呈している。セパレータ３１の左右両側には、空気供給孔３３ａ、空気排出孔３３ｂ、水素供給孔３４ａ、水素排出孔３４ｂ、冷却水供給孔３５ａ、冷却水排出孔３５ｂからなる六つの孔が開設されている。

シール部材３２は、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）をゴム成分とするソリッドゴムの架橋物製である。シール部材３２は、セパレータ３１の上面に配置されている。シール部材３２は、セパレータ３１に一体化されている。シール部材３２は、無端環状かつ四角形枠状（詳しくは、四隅に小さな四角形枠部を有する四角形枠状）を呈している。シール部材３２は、大環状部３６と四つの小環状部３７と、を有している。大環状部３６は、図２中、クロスハッチングで示すように、四つの角部が環内側に凹んだ四角形枠状を呈しており、セパレータ３１の四隅を除く周縁部に配置されている。大環状部３６は、主に冷却水の流路を封止する役割を果たす。四つの小環状部３７は、セパレータ３１の四角に開口する空気供給孔３３ａ、空気排出孔３３ｂ、水素供給孔３４ａ、水素排出孔３４ｂの各々を囲むように配置されている。四つの小環状部３７は、主に反応ガスの流路を封止する役割を果たす。大環状部３６および小環状部３７は、本発明における「環状部」の概念に含まれる。

シール部材３２は、台座部３２０と、リップ部３２１と、を有している。台座部３２０は、セパレータ３１の上面に接着されている。リップ部３２１は、台座部３２０の上面に突設されている。第一治具２０および第二治具２１の組み付け状態において、リップ部３２１は、第一治具２０の下面に弾接している。当該弾接部分により、セパレータ３１の上面には、枠状のシールラインが形成されている。

第一治具２０は、ステンレス鋼製であり、四角形板状を呈している。第一治具２０は、シールアセンブリ３０の上側に配置されている。第一治具２０の内部には、ガス供給路２００が形成されている。ガス供給路２００の一端部には、配管を介してガス供給部４０が接続されている。当該配管には、圧力計４１が配置されている。ガス供給路２００の他端部は、第一治具２０の下面中央に開口している。

第二治具２１は、シールアセンブリ３０の下側に配置されている。第二治具２１は、スペーサ２３と、外周囲いシール部材２４と、本体部２５と、ダミーシール部材２６と、を有している。本体部２５は、ステンレス鋼製であり、四角形板状を呈している。本体部２５の内部には、左右方向に延びる三本のガス計測路２５０が形成されている。三本のガス計測路２５０は、各々、前後方向に所定の間隔で離間して平行に配置されている。三本のガス計測路２５０の一端部には、各々、配管が接続されている。これらの配管は、全てバルブにより閉塞されている。各々の配管には、圧力計４２が配置されている。後方の一本目のガス計測路２５０Ｂの他端部は、本体部２５の上面において、セパレータ３１の空気供給孔３３ａと水素排出孔３４ｂとに対応する左右二箇所に分岐して開口している。一本目のガス計測路２５０Ｂを介して、圧力測定領域Ｂの圧力が測定される。中央の二本目のガス計測路２５０Ｄの他端部は、本体部２５の上面において、ダミーシール部材２６と外周囲いシール部材２４との間の左右二箇所に分岐して開口している。二本目のガス計測路２５０Ｄを介して、圧力測定領域Ｄの圧力が測定される。前方の三本目のガス計測路（図略）の他端部は、本体部２５の上面において、セパレータ３１の水素供給孔３４ａと空気排出孔３３ｂとに対応する左右二箇所に分岐して開口している。三本目のガス計測路を介して、圧力測定領域Ｃの圧力が測定される。

ダミーシール部材２６はシール部材３２と同じ材質、形状、大きさを有している。ダミーシール部材２６は、本体部２５の上面において、シール部材３２に対応する位置に枠状に配置されている。すなわち、シール部材３２とダミーシール部材２６とは上下方向から見て重複して配置されている。ダミーシール部材２６は、台座部２６０と、リップ部２６１と、を有している。台座部２６０は、本体部２５の上面に接着されている。リップ部２６１は、台座部２６０の上面に突設されている。第一治具２０および第二治具２１の組み付け状態において、リップ部２６１は、シールアセンブリ３０のセパレータ３１の下面に弾接している。換言すると、リップ部２６１は、セパレータ３１の裏側から弾接している。当該弾接部分により、本体部２５の上面には、枠状のシールラインが形成されている。

スペーサ２３は、ステンレス鋼製であり、四角形枠状を呈している。スペーサ２３は、第二治具２１の上面周縁部に配置されている。スペーサ２３は、第一治具２０と第二治具２１との間に介装されている。無荷重状態におけるシールアセンブリ３０およびダミーシール部材２６の厚さ（上下方向長さ）は、スペーサ２３の厚さ（上下方向長さ）よりも大きい。よって、上述したように、第一治具２０および第二治具２１の組み付け状態において、シール部材３２のリップ部３２１は、第一治具２０に押し付けられ圧縮されている。同様に、ダミーシール部材２６のリップ部２６１も、セパレータ３１に押し付けられ圧縮されている。スペーサ２３の厚さにより、シール部材３２の圧縮率を調整することができる。

外周囲いシール部材２４は、ＥＰＤＭをゴム成分とするソリッドゴムの架橋物製であり、無端環状かつ四角形枠状を呈している。外周囲いシール部材２４は、シールアセンブリ３０の外周を囲むように、シールアセンブリ３０から離間して配置されている。外周囲いシール部材２４は、スペーサ２３の枠内側に配置されている。外周囲いシール部材２４は、第一治具２０と第二治具２１との間に介装されている。無荷重状態における外周囲いシール部材２４の厚さ（上下方向長さ）は、スペーサ２３の厚さよりも大きい。よって、第一治具２０および第二治具２１の組み付け状態において、外周囲いシール部材２４は、第一治具２０と第二治具との間で圧縮されている。これにより、シール部材３２と外周囲いシール部材２４との間に区画される所定部分が封止されている。

検査スペース２２において、ガス供給領域Ａは、シール部材３２の大環状部３６の環内側に区画されている。第一の圧力測定領域Ｂは、シール部材３２の四つの小環状部３７のうち後方の二つの環内側に区画されている。第二の圧力測定領域Ｃは、同じく四つの小環状部３７のうち前方の二つの環内側に区画されている。第三の圧力測定領域Ｄは、シール部材３２と外周囲いシール部材２４との間に区画されている。

［シール検査方法］
次に、シール検査方法を説明する。まず、図２〜４に示したように、シール検査装置１にシールアセンブリ３０を配置して、ガス供給領域Ａと、それに隣り合う圧力測定領域Ｂ、圧力測定領域Ｃ、圧力測定領域Ｄを有する検査スペース２２を形成する（配置工程）。次に、ガス供給部４０のバルブを開け、ガス供給路２００を介して窒素ガスをガス供給領域Ａに供給する（ガス供給工程）。窒素ガスは、本発明の「検査用ガス」の概念に含まれる。本工程においては、ガス供給領域Ａの圧力が、圧力計４１で測定されたゲージ圧でほぼ５００ｋＰａになるように窒素ガスを供給し続ける。これと同時に、圧力測定領域Ｂ、圧力測定領域Ｃ、圧力測定領域Ｄの圧力を、圧力計４２により測定する（測定工程）。

例えば、ガス供給領域Ａと各圧力測定領域Ｂ、Ｃ、Ｄとを隔てるシール部材３２（検査対象部）のどこかに欠けや剥がれなどの欠陥がある場合、欠陥部分から窒素ガスがリークする。その結果、欠陥を有するシール部材で隔てられた圧力測定領域の圧力が上昇する。一方、シール部材３２に欠陥がなければ、圧力測定領域Ｂ、Ｃ、Ｄの圧力はほとんど上昇しない。このように、圧力測定領域Ｂ、Ｃ、Ｄの圧力上昇に基づいて、シール性を検査する。例えば、測定開始から５秒後における圧力測定領域の圧力上昇量が５０Ｐａ以内であれば、当該領域とガス供給領域Ａとを隔てるシール部材３２のシール性は良好と判定することができる。

［作用効果］
次に、本実施形態のシール検査装置およびシール検査方法の作用効果について説明する。本実施形態のシール検査装置１およびシール検査方法においては、ガス供給領域Ａと、圧力測定領域Ｂ、Ｃ、Ｄと、が別々に配置されている。圧力測定領域Ｂ、Ｃ、Ｄには窒素ガスは供給されず、初期圧力はほとんど変動しない。このため、従来の検査方法のように、測定前に圧力を安定化させる時間は必要ない。また、圧力測定領域Ｂ、Ｃ、Ｄにおいては、圧力の降下量ではなく上昇量を測定する。このため、ガス供給領域Ａへの窒素ガスの供給と同時に圧力を測定することができる。すなわち、本実施形態のシール検査装置１およびシール検査方法によると、従来の検査方法における安定化工程は必要なく、ガス供給工程と測定工程とを同時に行うことができる。したがって、検査時間を大幅に短縮することができる。また、ガス供給工程と測定工程とを同時に行えるため、測定時間をある程度長く確保することができる。これにより、リークによる圧力上昇量が大きくなったところでシール性の良否判定を行うことができ、良否判定の精度を高めることができる。本実施形態においては、一つのガス供給領域Ａに対して三つの圧力測定領域Ｂ、Ｃ、Ｄを配置した。これにより、シール部材３２における複数の検査対象部のシール性を同時に検査することができる。具体的には、圧力測定領域Ｂおよび圧力測定領域Ｃの圧力上昇に基づいて、大環状部３６のうち環内側に凹んだ角部（ガス供給領域Ａと圧力測定領域Ｂ、Ｃとを隔てるシール部材３２）のシール性を検査することができる。圧力測定領域Ｄの圧力上昇に基づいて、大環状部３６の残りの部分（ガス供給領域Ａと圧力測定領域Ｂ、Ｃとを隔てるシール部材３２）のシール性を検査することができる。本実施形態によると、シール検査の効率化、短時間化を図ることができる。このように、本実施形態のシール検査装置１およびシール検査方法によると、シール部材３２のシール性を短時間で精度良く検査することができる。

第一治具２０と第二治具２１との間には、外周囲いシール部材２４が介装されている。外周囲いシール部材２４を配置することで、シール部材３２の外周を囲む領域を封止して、シール部材３２を介して枠の内外方向に圧力測定領域Ａと圧力測定領域Ｄとを区画している。これにより、シール部材２３の枠内側から外側へのリークを簡単に検出することができる。第一治具２０と第二治具２１との間には、スペーサ２３が配置されている。スペーサ２３の厚さを変えることにより、シール部材３２の圧縮率を容易に調整することができる。

検査スペース２２には、シール部材３２がセパレータ３１に一体化したシールアセンブリ３０が配置される。セパレータ３１に一体化されているため、薄く柔軟なシール部材３２の配置が容易である。また、実際の使用に近い状態でシール部材３２のシール性を直接的に検査することができる。

第二治具２１は、ダミーシール部材２６を有している。ダミーシール部材２６のリップ部２６１がセパレータ３１の下面に弾接してシールラインを形成することにより、ガス供給領域Ａの圧力を高くしても、セパレータ３１の下側（裏側）へのリークを抑制することができる。また、ダミーシール部材２６の材質、形状、大きさ（寸法）は、シール部材３２のそれと同じである。これにより、両部材の反力が同じになり、ダミーシール部材２６にもシール部材３２と同等のシール性を確保することができる。

本実施形態においては、検査用ガスとして窒素ガスを使用する。このため、ヘリウムガス、水素ガスなどを使用する場合と比較して、ガス供給部４０の設備費、管理費などが安価である。

＜第二実施形態＞
本実施形態のシール検査装置およびシール検査方法と、第二実施形態のシール検査装置およびシール検査方法と、の相違点は、シールアセンブリとして燃料電池セルを用いた点、および圧力測定領域の割り当て方を変更した点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。

［シール検査装置の構成］
まず、本実施形態のシール検査装置の構成について説明する。図５に、本実施形態のシール検査装置の上面図を示す。図６に、図５のＶＩ−ＶＩ断面図を示す。図７に、図５のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図を示す。図５は、前出図２に対応している。図５中、図２と対応する部材については、同じ符号で示す。図２と同様、図５においては、第一治具を省略し、シール部材および外周囲いシール部材にハッチングを付して示す。

図５〜図７に示すように、検査スペース２２には、燃料電池セル５０が配置されている。燃料電池セル５０は、シール部材３２と、積層部材５１と、からなる。シール部材３２は、積層部材５１に一体化されている。燃料電池セル５０は、本発明における「シールアセンブリ」の概念に含まれる。積層部材５１は、電極部材５２と、第一セパレータ５３と、第二セパレータ５４と、セル内シール部材５５と、を有している。

電極部材５２は、ＭＥＡと、アノード多孔質層と、カソード多孔質層と、を備えている。ＭＥＡは、電解質膜と、アノード触媒層と、カソード触媒層と、を備えている。電解質膜は、全フッ素系スルホン酸膜であって、四角形薄板状を呈している。アノード触媒層およびカソード触媒層は、各々、白金を担持したカーボン粒子を含んでいる。アノード触媒層およびカソード触媒層は、各々、四角形薄板状を呈している。アノード触媒層は電解質膜の下面に積層されている。カソード触媒層は電解質膜の上面に積層されている。

アノード多孔質層およびカソード多孔質層は、ガス拡散層である。アノード多孔質層およびカソード多孔質層は、各々、焼結発泡金属製であって、四角形薄板状を呈している。アノード多孔質層は、ＭＥＡの下面に積層されている。カソード多孔質層は、ＭＥＡの上面に積層されている。

第一セパレータ５３は、第一実施形態のセパレータ３１と同じである。第一セパレータ５３は、電極部材５２の上面に積層されている。シール部材３２は、第一セパレータ５３の上面に接着されている。第二セパレータ５４も第一実施形態のセパレータ３１と同じである。第二セパレータ５４は、電極部材５２の下面に積層されている。

セル内シール部材５５は、四角形枠状を呈している。セル内シール部材５５は、ＥＰＤＭをゴム成分とするソリッドゴムの架橋物製である。セル内シール部材５５は、第一セパレータ５３と第二セパレータ５４との間に介装されている。セル内シール部材５５の枠内には、電極部材５２が収容されている。セル内シール部材５５は、電極部材５２を外部から封止している。セル内シール部材５５は、第一セパレータ５３および第二セパレータ５４に開設されている六つの孔（図５の空気供給孔３３ａ、空気排出孔３３ｂ、水素供給孔３４ａ、水素排出孔３４ｂ、冷却水供給孔３５ａ、冷却水排出孔３５ｂ）に対応する位置に、六つの連通孔を有している。そのうち、図６に示す連通孔５５０ａは冷却水供給孔３５ａに対応し、連通孔５５０ｂは冷却水排出孔３５ｂに対応している。これにより、積層部材５１内には、上下方向に貫通する二つの冷却水流路５６が形成されている。図７に示す連通孔５５１ａは空気供給孔３３ａに対応し、連通孔５５１ｂは空気排出孔３３ｂに対応している。連通孔５５１ａの右側上部には開口部５５２ａが形成されている。同様に、連通孔５５１ｂの左側上部にも開口部５５２ｂが形成されている。積層部材５１において、空気供給孔３３ａから供給される空気は、開口部５５２ａから第一セパレータ５３と電極部材５２との間に流入し、電極部材５２の上面を流れた後、開口部５５２ｂを通って空気排出孔３３ｂから排出される。このようにして、積層部材５１内には、空気流路５７が形成されている。同様に、セル内シール部材５５の連通孔および開口部により、積層部材５１における水素供給孔３４ａと水素排出孔３４ｂとの間にも、水素流路が形成されている。

検査スペース２２において、ガス供給領域Ａは、シール部材３２の大環状部３６の環内側に区画されている。ガス供給領域Ａは、二つの冷却水流路５６を含んでいる。第一の圧力測定領域Ｂは、シール部材３２の四つの小環状部３７のうち対角線上に配置された左後方および右前方の二つの環内側に区画されている。第一の圧力測定領域Ｂは、積層部材５１内の空気流路５７を含んでいる。つまり、圧力測定領域Ｂは、燃料電池セル５０の空気流路に相当する。第二の圧力測定領域Ｃは、同じく四つの小環状部３７のうち対角線上に配置された左前方および右後方の二つの環内側に区画されている。第二の圧力測定領域Ｃは、積層部材５１内の水素流路を含んでいる。つまり、圧力測定領域Ｃは、燃料電池セル５０の水素流路に相当する。第三の圧力測定領域Ｄは、シール部材３２と外周囲いシール部材２４との間に区画されている。

［シール検査方法］
次に、シール検査方法を説明する。まず、図５〜７に示したように、シール検査装置１に燃料電池セル５０を配置して、ガス供給領域Ａと、それに隣り合う圧力測定領域Ｂ、圧力測定領域Ｃ、圧力測定領域Ｄを有する検査スペース２２を形成する（配置工程）。次に、ガス供給部４０のバルブを開け、ガス供給路２００を介して窒素ガスをガス供給領域Ａに供給する（ガス供給工程）。本工程においては、ガス供給領域Ａの圧力が、圧力計４１で測定されたゲージ圧でほぼ５００ｋＰａになるように窒素ガスを供給し続ける。窒素ガスの供給と同時に、圧力測定領域Ｂ、圧力測定領域Ｃ、圧力測定領域Ｄの圧力を、圧力計４２により測定する（測定工程）。そして、圧力測定領域Ｂ、Ｃ、Ｄの圧力上昇に基づいて、シール性を検査する。

［作用効果］
次に、本実施形態のシール検査装置およびシール検査方法の作用効果について説明する。本実施形態のシール検査装置およびシール検査方法は、構成が共通する部分については、第一実施形態のシール検査装置およびシール検査方法と、同様の作用効果を有する。本実施形態のシール検査装置およびシール検査方法においては、検査スペース２２に、シール部材３２が積層部材５１に一体化した燃料電池セル５０が配置される。積層部材５１に一体化されているため、薄く柔軟なシール部材３２の配置が容易である。また、実際の使用とほぼ同じ状態で、シール部材３２のシール性を直接的に検査することができる。

第一実施形態と同様、本実施形態のシール検査装置およびシール検査方法においても、ガス供給領域Ａの圧力がゲージ圧でほぼ５００ｋＰａになるように、窒素ガスを供給し続けた。これにより、複雑かつ微細な形状を有する燃料電池セル５０を配置した場合でも、ガス供給領域Ａに検査用ガスを充分に行き渡らせ、加圧することができる。

＜その他＞
以上、本発明のシール検査装置およびシール検査方法の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

検査スペースに区画されるガス供給領域および圧力測定領域の数や割り当て方は、特に限定されない。ガス供給領域と圧力測定領域とは、一つずつでもよく、一つ対複数でもよく、複数ずつでもよい。圧力測定領域が複数設定される場合には、個々の領域ごとに圧力を測定してもよく、二つ以上の領域の圧力をまとめて測定してもよい。また、ガス供給領域が複数設定される場合には、各々の領域における検査用ガスの供給のタイミング、充填目標圧力、供給の仕方（連続供給、断続供給、目標圧力後に停止）などは同じでも異なっていてもよい。シール検査方法において、ガス供給工程と圧力測定工程とは、同時に開始してもよいが、圧力測定工程を若干遅らせてもよい。

上記実施形態においては、治具に外周囲いシール部材を配置した。しかし、外周囲いシール部材は必ずしも必要ではない。例えば、シール部材が大小二つの環状部を有し、大環状部の環内側に小環状部が配置されている二重環構造の形態を検討する。従来の検査方法によると、まず、大環状部の環内側領域全体（小環状部の環内側領域も含む）を加圧して、当該領域から外部へのリークによる圧力降下に基づいて大環状部のシール性を検査した後、あらためて小環状部の環内側領域のみを加圧して、当該領域から外部へのリークによる圧力降下に基づいて小環状部のシール性を検査する必要があった。すなわち、シール部材が二重環構造の形態の場合には、二回に分けてシール検査を行う必要があった。この点、本発明のシール検査装置およびシール検査方法によると、治具に外周囲いシール部材を配置することができる。これにより、大環状部の外周を囲む領域を封止して、大環状部の環内側にガス供給領域を、環外側に圧力測定領域を区画することができる。そして、小環状部の環内側にも圧力測定領域を区画することにより、ガス供給領域に対する一回の加圧により、大環状部におけるリークと小環状部におけるリークとを、同時に検出することができる。すなわち、シール部材が二重環構造の形態の場合にも、シール検査を一回で済ませることができる。

外周囲いシール部材の材質は特に限定されない。上記実施形態においては、シール部材、外周囲いシール部材、ダミーシール部材を全てＥＰＤＭをゴム成分とするソリッドゴムの架橋物製とした。しかし、これらの部材の材質は、同じである必要はない。例えばソリッドゴムを用いる場合、ソリッドゴムは、ゴム成分の他、架橋剤、架橋助剤、接着成分などを含んでいてもよい。燃料電池用のシール部材に好適なゴム成分としては、ＥＰＤＭの他、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）などが挙げられる。好適な接着成分としては、レゾルシノール系化合物およびメラミン系化合物、シランカップリング剤などが挙げられる。

スペーサの材質、形状、配置形態などは、特に限定されない。上記実施形態においては、スペーサを治具の全周に亘って配置したが、例えば治具の四隅のみに配置してもよく、所定の間隔で点在させてもよい。

検査用ガスの種類は、特に限定されない。窒素ガスの他、ヘリウムガス、水素ガス、ハロゲンガスなどから適宜採用すればよい。検査用ガスの供給の仕方は、特に限定されない。ガス供給領域の圧力が所定の値に維持されるように連続供給、あるいは断続供給してもよく、目標圧力に到達した後に供給を停止してもよい。

本発明のシール検査装置およびシール検査方法においては、シール部材の検査対象部を介して隣り合う二つの領域の圧力差を利用して、当該検査対象部のシール検査を行う。この技術思想に基づいて、例えば、大気圧領域とそれより減圧された真空領域との圧力差を利用した、次のようなシール検査装置およびシール検査方法を実現することができる。
［シール検査装置］
シール部材が配置され、大気圧領域と真空領域とが該シール部材の検査対象部を介して隣り合う閉じられた検査スペースを有する治具を備え、該大気圧領域から該真空領域にリークすることによる該真空領域の圧力上昇に基づいて該シール部材のシール性を検査するシール検査装置。
［シール検査方法］
治具にシール部材を配置して、二つの閉領域が該シール部材の検査対象部を介して隣り合う閉じられた検査スペースを形成する配置工程と、二つの該閉領域のうち一方を大気圧領域、他方を減圧して真空領域とする減圧工程と、該真空領域の圧力を測定する圧力測定工程と、を有し、該大気圧領域から該真空領域にリークすることによる該真空領域の圧力上昇に基づいて該シール部材のシール性を検査するシール検査方法。

上記実施形態においては、燃料電池を構成するシール部材のシール性を検査した。しかし、本発明のシール検査装置およびシール検査方法に適用されるシール部材の用途、形状、材質などは、特に限定されるものではない。シール部材は、例えばＯリングのように、一つの環状部からなるものでもよい。また、板状のシール部材の一部にリップ部が突設されているものでもよい。

上記実施形態においては、治具に、シール部材が別部材に一体化したシールアセンブリを配置した。しかし、治具にはシール部材のみを配置してもよい。シール部材単体でシール検査を行う場合には、治具にダミーシール部材を配置する必要はない。ダミーシール部材を配置する場合、圧縮時の反力がシール部材のそれと同じであれば、材質、形状、大きさは問わない。シール部材およびダミーシール部材のリップ部の形状も、特に限定されない。例えば、リップ部の厚さ方向の断面形状は、円形状、台形状、幅が階段状に変化する形状などでもよい。

上記第二実施形態のように、治具に、シールアセンブリとして燃料電池セルを配置する場合、燃料電池セルの構成は特に限定されない。例えば、電極部材を構成するアノード多孔質層、カソード多孔質層の構造は、ガス拡散層のみの単層構造でよく、ガス拡散層およびガス流路層の二層構造でもよい。セパレータの材質、形状も特に限定されない。

シール部材は、治具に組み付けられると圧縮される。この際の圧縮率は、特に限定されない。例えば、燃料電池を構成するシール部材の場合には、圧縮率を２％以上７０％以下にすることが望ましい。圧縮率が２％未満の場合には、シール部材の反力によるシール性を確保することが難しい。一方、圧縮率が７０％を超えると、シール部材が破損するおそれがある。シール部材の圧縮率は、次式（Ｉ）に準じて算出した値である。
圧縮率（％）＝（１−Ｈ’／Ｈ）×１００・・・（Ｉ）
［Ｈ：無荷重状態のシール部材の厚さ、Ｈ’：治具に組み付けられた状態のシール部材の厚さ］

次に、実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明する。上記第一実施形態のシール検査装置を用いて、シール部材のシール性を検査した。シール検査は、シール部材の圧縮率と、シール部材の欠陥の有無と、を変更して合計６回行った。シール部材の圧縮率は、５％、１０％、２０％の三種類とした。シール部材の検査対象部とセパレータとの間に異物を介在させて、シール部材の欠陥品を模擬的に作製した。異物としては、直径３０μｍの金属ワイヤーを使用した。検査用ガスには窒素ガスを使用し、ガス供給工程において、窒素ガスを、圧力供給領域の圧力がゲージ圧でほぼ５００ｋＰａになるように連続供給した。窒素ガスの供給開始と同時に、圧力測定領域の圧力測定を開始した。一例として、図８に、圧力測定領域Ｄの圧力測定結果をグラフで示す。

図８に示すように、異物なし（シール部材に欠陥がない）場合には、圧縮率に関わらず、圧力測定領域Ｄの圧力はほとんど上昇しない。これに対して、異物あり（シール部材に欠陥あり）の場合には、測定開始からすぐに圧力測定領域Ｄの圧力は上昇し始め、測定開始から５秒後には、圧力上昇量が５０Ｐａを大きく上回った。また、圧縮率が小さいほど、圧力の上昇速度が大きくなった。これは、圧縮率が小さいほどリーク量が多くなったことを意味する。なお、他の圧力測定領域Ｂ、Ｃにおいても、図８と同じような圧力測定結果が得られた。このように、本発明のシール検査装置およびシール検査方法によると、測定開始から５秒もあれば、シール部材における欠陥の有無を判別できることがわかる。すなわち、本発明のシール検査装置およびシール検査方法によると、シール部材のシール性を短時間で精度良く検査できることが確認された。

１：シール検査装置、２０：第一治具（治具）、２１：第二治具（治具）、２２：検査スペース、２３：スペーサ、２４：外周囲いシール部材、２５：本体部、２６：ダミーシール部材、３０：シールアセンブリ、３１：セパレータ、３２：シール部材、３３ａ：空気供給孔、３３ｂ：空気排出孔、３４ａ：水素供給孔、３４ｂ：水素排出孔、３５ａ：冷却水供給孔、３５ｂ：冷却水排出孔、３６：大環状部（環状部）、３７：小環状部（環状部）、４０：ガス供給部、４１、４２：圧力計、５０：燃料電池セル（シールアセンブリ）、５１：積層部材、５２：電極部材、５３：第一セパレータ、５４：第二セパレータ、５５：セル内シール部材、５６：冷却水流路、５７：空気流路、２００：ガス供給路、２５０：ガス計測路、２６０：台座部、２６１：リップ部、３２０：台座部、３２１：リップ部、５５０ａ、５５０ｂ、５５１ａ、５５１ｂ、：連通孔、５５２ａ、５５２ｂ：開口部、Ａ：ガス供給領域、Ｂ：圧力測定領域、Ｃ：圧力測定領域、Ｄ：圧力測定領域。

Claims (16)

1. 燃料電池の構成部材であるシール部材が配置され、検査用ガスが供給されるガス供給領域と、圧力が測定される圧力測定領域と、が該シール部材の検査対象部を介して隣り合う閉じられた検査スペースを有する治具を備え、
   該検査用ガスが供給される前に、該ガス供給領域および該圧力測定領域は減圧されず、検査中、該検査用ガスは該ガス供給領域の圧力が所定の値に維持されるように連続的または断続的に供給され、
   該検査用ガスが該ガス供給領域から該圧力測定領域にリークすることによる該圧力測定領域の圧力上昇に基づいて該シール部材のシール性を検査するシール検査装置。
2. 前記シール部材は、少なくとも一つの環状部を有し、
   該環状部の環内側または環外側に前記ガス供給領域が区画される請求項１に記載のシール検査装置。
3. 前記治具は、前記シール部材の外周を囲むように該シール部材から離間して前記検査スペースに配置される外周囲いシール部材を有し、
   該シール部材と該外周囲いシール部材との間に前記ガス供給領域または前記圧力測定領域が区画される請求項１または請求項２に記載のシール検査装置。
4. 前記治具に組み付けられた前記シール部材の圧縮率は、２％以上７０％以下である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のシール検査装置。
5. 前記シール部材は積層部材間に介装されて使用され、
   前記治具には、該シール部材が一方の該積層部材に一体化したシールアセンブリが配置される請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のシール検査装置。
6. 前記シール部材と前記積層部材との積層方向において、前記シールアセンブリの該シール部材側を表側、該積層部材側を裏側とした場合に、
   前記治具は、前記検査スペースに配置され、該積層部材に裏側から弾接するダミーシール部材を有し、
   該シール部材と該ダミーシール部材とは該積層方向から見て重複して配置される請求項５に記載のシール検査装置。
7. 前記積層部材は、前記燃料電池のセパレータを有する請求項５または請求項６に記載のシール検査装置。
8. 前記シールアセンブリは、前記燃料電池を構成する一枚のセパレータと前記シール部材とからなる請求項５ないし請求項７のいずれかに記載のシール検査装置。
9. 治具に燃料電池の構成部材であるシール部材を配置して、検査用ガスが供給されるガス供給領域と、圧力が測定される圧力測定領域と、が該シール部材の検査対象部を介して隣り合う検査スペースを形成する配置工程と、
   該ガス供給領域および該圧力測定領域を減圧せずに、該検査用ガスを該ガス供給領域の圧力が所定の値に維持されるように連続的または断続的に供給するガス供給工程と、
   該ガス供給工程と並行して行われ、該圧力測定領域の圧力を測定する圧力測定工程と、
   を有し、
   該検査用ガスが該ガス供給領域から該圧力測定領域にリークすることによる該圧力測定領域の圧力上昇に基づいて該シール部材のシール性を検査するシール検査方法。
10. 前記シール部材は少なくとも一つの環状部を有し、
    該環状部の環内側または環外側に前記ガス供給領域が区画される請求項９に記載のシール検査方法。
11. 前記治具は、前記シール部材の外周を囲むように該シール部材から離間して前記検査スペースに配置される外周囲いシール部材を有し、
    該シール部材と該外周囲いシール部材との間に前記ガス供給領域または前記圧力測定領域が区画される請求項９または請求項１０に記載のシール検査方法。
12. 前記配置工程において、前記シール部材を圧縮率が２％以上７０％以下になるように前記治具に組み付ける請求項９ないし請求項１１のいずれかに記載のシール検査方法。
13. 前記シール部材は積層部材間に介装されて使用され、
    前記配置工程において、該シール部材が一方の該積層部材に一体化したシールアセンブリを前記治具に配置する請求項９ないし請求項１２のいずれかに記載のシール検査方法。
14. 前記シール部材と前記積層部材との積層方向において、前記シールアセンブリの該シール部材側を表側、該積層部材側を裏側とした場合に、
    前記治具は、前記検査スペースに配置され、該積層部材に裏側から弾接するダミーシール部材を有し、
    該シール部材と該ダミーシール部材とは該積層方向から見て重複して配置される請求項１３に記載のシール検査方法。
15. 前記積層部材は、前記燃料電池のセパレータを有する請求項１３または請求項１４に記載のシール検査方法。
16. 前記シールアセンブリは、前記燃料電池を構成する一枚のセパレータと前記シール部材とからなる請求項１３ないし請求項１５のいずれかに記載のシール検査方法。

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