JP7184720B2 - 燃料電池セパレータ用部材の検査システムおよび検査方法 - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池セパレータ用部材の検査システム及び検査方法に関する。
燃料電池を構成する部材の表面の検査方法として、例えば、ガス拡散電極に対して光を照射し、反射光や透過光を受光する撮像手段によって得られた画像データを処理して、ガス拡散電極の外観欠点を検査する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、燃料電池の構成部材として、例えば、チタン系母材の表面を、カーボンを含むコート層で被覆したガスセパレータを用いる場合には、ガスセパレータの表面を撮像して画像解析しても、表面の不均一な部位であるカーボンが過剰に存在する部位を、十分な精度で検出できない場合があった。チタン系母材は、表面の酸化チタンの層の厚みにより部材の色味が大きく変化して、カーボンの色味との違いが小さくなる場合があるためである。
本発明は、以下の形態として実現することが可能である。
（１）本発明の一形態によれば、燃料電池セパレータ用部材の検査システムが提供される。この検査システムにおいて、前記燃料電池セパレータ用部材は、チタンまたはチタン合金製の基材と、カーボンを含み前記基材の表面に形成されたコート層と、を備える。検査システムは、前記燃料電池セパレータ用部材を加熱する加熱部と、前記加熱部による加熱後の前記燃料電池セパレータ用部材の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部が検出した温度を用いて、前記燃料電池セパレータ用部材において温度上昇の程度が予め定めた基準よりも大きい高温箇所の位置を判定する判定部と、を備える。
この形態の燃料電池セパレータ用部材の検査システムによれば、加熱部による加熱後の温度上昇の程度が予め定めた基準よりも大きい高温箇所の位置を判定することにより、カーボンが過剰に存在する箇所を特定することができる。そのため、燃料電池セパレータ用部材の表面の酸化チタンの層の厚みに起因する色味にかかわらず、精度良く、カーボンが過剰に存在する箇所を検出することができる。
（２）上記形態の燃料電池セパレータ用部材の検査システムにおいて、さらに、前記加熱部と前記温度検出部との間に配置されて、前記加熱部から前記温度検出部に入力される熱を抑制する熱抑制部材を備えることとしてもよい。この形態の検査システムによれば、熱抑制部材によって、加熱部から温度検出部に入力される熱が抑制されるため、加熱部から照射される熱に起因して、温度検出部の検出値が上昇するのを抑えることができる。そのため、温度検出部の検出値が、適切な温度範囲を超えることを抑制して、燃料電池セパレータ用部材の温度を検出する際の検出精度を高めることができる。さらに、加熱部から照射される熱に起因して、温度検出部がダメージを受ける可能性を低減することができる。
（３）上記形態の燃料電池セパレータ用部材の検査システムにおいて、前記加熱部は、前記燃料電池セパレータ用部材に非接触な状態で、前記燃料電池セパレータ用部材を加熱し、前記温度検出部は、前記燃料電池セパレータ用部材に非接触な状態で、前記燃料電池セパレータ用部材の温度を検出し、前記燃料電池セパレータ用部材は、帯状に形成されており、前記加熱部による加熱の後に、前記温度検出部による温度検出が行なわれるように、長手方向に搬送されることとしてもよい。この形態の検査システムによれば、セパレータ用部材の検査工程を、容易に高速化することが可能になる。
（４）上記形態の燃料電池セパレータ用部材の検査システムにおいて、前記燃料電池セパレータ用部材は、前記基材の両面のそれぞれに、前記コート層を備え、前記温度検出部は、各々の前記コート層ごとに設けられていることとしてもよい。この形態の検査システムによれば、カーボンが過剰に存在する箇所が存在する面が、燃料電池セパレータ用部材のいずれの面であっても、上記箇所を精度良く検出することができる。
本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、燃料電池セパレータ用部材の検査方法、あるいは、その検査方法を含む燃料電池の製造方法等の形態で実現することができる。
この形態の燃料電池セパレータ用部材の検査システムによれば、加熱部による加熱後の温度上昇の程度が予め定めた基準よりも大きい高温箇所の位置を判定することにより、カーボンが過剰に存在する箇所を特定することができる。そのため、燃料電池セパレータ用部材の表面の酸化チタンの層の厚みに起因する色味にかかわらず、精度良く、カーボンが過剰に存在する箇所を検出することができる。
（２）上記形態の燃料電池セパレータ用部材の検査システムにおいて、さらに、前記加熱部と前記温度検出部との間に配置されて、前記加熱部から前記温度検出部に入力される熱を抑制する熱抑制部材を備えることとしてもよい。この形態の検査システムによれば、熱抑制部材によって、加熱部から温度検出部に入力される熱が抑制されるため、加熱部から照射される熱に起因して、温度検出部の検出値が上昇するのを抑えることができる。そのため、温度検出部の検出値が、適切な温度範囲を超えることを抑制して、燃料電池セパレータ用部材の温度を検出する際の検出精度を高めることができる。さらに、加熱部から照射される熱に起因して、温度検出部がダメージを受ける可能性を低減することができる。
（３）上記形態の燃料電池セパレータ用部材の検査システムにおいて、前記加熱部は、前記燃料電池セパレータ用部材に非接触な状態で、前記燃料電池セパレータ用部材を加熱し、前記温度検出部は、前記燃料電池セパレータ用部材に非接触な状態で、前記燃料電池セパレータ用部材の温度を検出し、前記燃料電池セパレータ用部材は、帯状に形成されており、前記加熱部による加熱の後に、前記温度検出部による温度検出が行なわれるように、長手方向に搬送されることとしてもよい。この形態の検査システムによれば、セパレータ用部材の検査工程を、容易に高速化することが可能になる。
（４）上記形態の燃料電池セパレータ用部材の検査システムにおいて、前記燃料電池セパレータ用部材は、前記基材の両面のそれぞれに、前記コート層を備え、前記温度検出部は、各々の前記コート層ごとに設けられていることとしてもよい。この形態の検査システムによれば、カーボンが過剰に存在する箇所が存在する面が、燃料電池セパレータ用部材のいずれの面であっても、上記箇所を精度良く検出することができる。
本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、燃料電池セパレータ用部材の検査方法、あるいは、その検査方法を含む燃料電池の製造方法等の形態で実現することができる。
Ａ．第１実施形態：
（Ａ－１）燃料電池セパレータ用部材の構成：
図１は、第１実施形態の燃料電池セパレータ用部材１０の概略構成を示す断面模式図である。本実施形態は、燃料電池セパレータ用部材１０の検査の動作に特徴があるが、まず、検査対象である燃料電池セパレータ用部材１０について説明する。燃料電池セパレータ用部材１０は、基材２０とコート層３０とを備える。コート層３０は、基材２０の表面を覆うように形成されている。図１は、燃料電池セパレータ用部材１０の一方の表面の様子を示しており、本実施形態の燃料電池セパレータ用部材１０では、その両面の各々を覆うように、コート層３０が設けられている。
（Ａ－１）燃料電池セパレータ用部材の構成：
図１は、第１実施形態の燃料電池セパレータ用部材１０の概略構成を示す断面模式図である。本実施形態は、燃料電池セパレータ用部材１０の検査の動作に特徴があるが、まず、検査対象である燃料電池セパレータ用部材１０について説明する。燃料電池セパレータ用部材１０は、基材２０とコート層３０とを備える。コート層３０は、基材２０の表面を覆うように形成されている。図１は、燃料電池セパレータ用部材１０の一方の表面の様子を示しており、本実施形態の燃料電池セパレータ用部材１０では、その両面の各々を覆うように、コート層３０が設けられている。
基材２０は、チタンまたはチタン合金によって構成される。チタン合金としては、例えば、Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖを含むＴｉ－Ａｌ系合金、Ｔｉ－Ｎｂ系合金、Ｔｉ－Ｔａ系合金、Ｔｉ－Ｐｄ系合金等を挙げることができる。基材２０の厚さは、例えば、０．０５～１ｍｍとすることができる。
コート層３０は、酸化チタン３２と複数のカーボン粒子３４とを備えている。複数のカーボン粒子３４は、コート層３０の表面から内部にわたって分散しており、電流を流す導電パスを形成する。カーボン粒子３４としては、例えば、カーボンブラックの粒子を用いることができる。酸化チタンは耐食性に優れ、カーボンは、燃料電池の動作温度では酸化し難い安定な物質であるため、コート層３０が表面に設けられることで、燃料電池セパレータ用部材１０は、高い導電性と耐食性とを備え、安定して接触抵抗を抑えることが可能になる。コート層３０の厚さは、例えば、１０～５００ｎｍとすることができる。コート層３０は、さらに他の成分を含有していてもよい。
燃料電池セパレータ用部材１０を作製する際には、まず、基材２０を用意して、その後、基材２０上にカーボン粒子３４を塗布する塗工工程を行なう。基材２０は、例えば、ロール状に巻かれた帯状のものとすることができる。このようにすれば、複数の燃料電池セパレータを、連続的に製造することができる。基材２０の表面へのカーボン粒子３４の塗布は、カーボン粉末を分散させた水性や油性の液（分散液）を塗布したり、カーボン粉末を直接塗布したりすることによって行うことができる。水性の分散液では、例えば、水を分散媒として用いることができる。油性の分散液では、例えば、エタノールやトルエン、シクロヘキサノンなどを分散媒として用いることができる。分散液は、さらにバインダや界面活性剤などを含有してもよい。
塗布するカーボン粉末の粒径は、例えば、２０～２００ｎｍとすることができる。基材２０の表面へのカーボン粒子３４の塗布量は、コート層３０の導電性を高める観点から、例えば、１μｇ／ｃｍ２以上とすることが望ましい。また、燃料電池内部の高温かつ酸性の雰囲気下においても高い導電性を長期間維持できる観点から、上記カーボン粒子３４の塗布量は、例えば、２μｇ／ｃｍ２以上とすることが望ましい。なお、基材２０の表面へのカーボン粒子３４の塗布量を増加させると、カーボン粒子３４の塗布量を増加させることによる効果が次第に飽和すると共に、多くのカーボン粒子３４を用いることに起因して製造コストが上昇する。そのため、上記カーボン粒子３４の塗布量は、例えば、５０μｇ／ｃｍ２以下とすればよい。
上記分散液を基材２０に塗付する方法としては、例えば、刷毛塗り、バーコーター、ロールコーター、グラビアコーター、ダイコーター、ディップコーター、スプレーコーターなど、周知の授受の方法を採用することができる。カーボン粉末を塗布する場合には、例えば、カーボンブラックを用いて作製したトナーを使用し、基材２０に静電塗装すればよい。
上記塗工工程の後、塗工工程を行なった基材２０を、低酸素分圧下で熱処理して、コート層３０を形成させる。この熱処理工程によって、基材２０の表面では、基材２０から拡散したチタン原子の一部または全部が酸化して酸化チタン３２となり、図１に示すように、カーボン粒子３４と酸化チタン３２とが混合されたコート層３０が形成される。
上記した低酸素分圧下とは、例えば、酸素分圧が０．０５Ｐａ以上、２５Ｐａ以下である条件とすることができる。熱処理工程における酸素分圧が高すぎると、カーボン粒子３４が酸化分解し、酸化チタン３２の層が厚くなりすぎる場合がある。また、熱処理工程における酸素分圧が低すぎると、チタンとカーボンとからＴｉＣが生じる反応が過剰に進行する場合がある。また、上記熱処理の温度は、例えば、３００～８００℃とすることができる。酸化チタン３２とカーボン粒子３４とが適切に混合されたコート層３０が形成されるように、塗工工程の条件を適宜設定すればよい。
（Ａ－２）燃料電池セパレータ用部材の検査：
図２は、燃料電池セパレータ用部材１０の検査システム４０の概略構成を表わす説明図である。検査システム４０は、加熱部４２と、温度検出部４４と、制御部４８と、を備える。
図２は、燃料電池セパレータ用部材１０の検査システム４０の概略構成を表わす説明図である。検査システム４０は、加熱部４２と、温度検出部４４と、制御部４８と、を備える。
本実施形態では、検査システム４０の検査対象として、ロール状に巻かれた帯状の燃料電池セパレータ用部材１０を用いている。ロール状に巻かれた燃料電池セパレータ用部材１０は、検査システム４０において、加熱部４２によって加熱された後に温度検出部４４によって温度が検出されるように、搬送される。図２では、燃料電池セパレータ用部材１０の搬送方向を矢印で示している。図２では、搬送中の燃料電池セパレータ用部材１０を挟持するローラや、燃料電池セパレータ用部材１０にテンションを与えるローラ等、燃料電池セパレータ用部材１０の搬送に係る具体的な構造については、記載を省略している。
加熱部４２は、燃料電池セパレータ用部材１０に対して、加熱のためのエネルギを照射する装置である。加熱部４２としては、例えば、赤外線を放射する赤外線ヒータや、ファイバーレーザを用いることができる。加熱部４２は、燃料電池セパレータ用部材１０における検査したい範囲全体に対して、加熱を行なうことができればよい。本実施形態の加熱部４２は、図２に示すように、帯状の燃料電池セパレータ用部材１０の幅方向に延びる加熱領域を一様に加熱する。そして、上記加熱領域を燃料電池セパレータ用部材１０が一定の速度で通過するように、燃料電池セパレータ用部材１０が搬送される。これにより、燃料電池セパレータ用部材１０を、搬送に伴って順次、加熱することができる。加熱部４２は、燃料電池セパレータ用部材１０における検査したい範囲全体に対して、実質的に均一に、加熱のためのエネルギを照射できればよい。
温度検出部４４は、燃料電池セパレータ用部材１０の温度を検出する温度センサである。温度検出部４４としては、例えば、サーモグラフィーや赤外線放射温度計を用いることができる。検出対象の温度が高いほど、検出対象はより多くの赤外線を放射し、これらの温度センサは、検出対象が放射する赤外線の放射量により検出対象の温度を測定する。そのため、非接触にて燃料電池セパレータ用部材１０の表面温度を検出することができる。本実施形態の温度検出部４４は、帯状の燃料電池セパレータ用部材１０の幅方向に延びる検出領域について温度の検出を行なう。そして、上記検出領域を燃料電池セパレータ用部材１０が一定の速度で通過するように、燃料電池セパレータ用部材１０が搬送される。これにより、燃料電池セパレータ用部材１０について、搬送に伴って順次、温度の検出を行なうことができる。燃料電池セパレータ用部材１０の温度検出時には、比較的広い範囲の温度分布を検出して、同様の条件で同時に加熱された領域の温度を同時に検出することが望ましい。このような観点からは、温度検出部４４としてサーモグラフィーを用いることが特に好ましい。
制御部４８は、検査システム４０の動作に係る制御を行なう。制御部４８は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えるマイクロコンピュータとして構成されている。制御部４８は、燃料電池セパレータ用部材１０が備える図示しない各種スイッチや、温度検出部４４を含む各種センサからの出力を受信すると共に、搬送に係るローラ等の各部に駆動信号を出力して、燃料電池セパレータ用部材１０の駆動状態を制御することができる。また、本実施形態の制御部４８は、検査システム４０における判定の動作を実行する「判定部」として機能する。
図３は、検査システム４０において実行される、燃料電池セパレータ用部材１０の検査方法を表わす工程図である。図３に示す検査方法は、燃料電池セパレータ用部材１０の表面において、カーボンが過剰に存在する箇所、すなわち、過剰なカーボン粒子３４が凝集している不均一箇所を検出するために実行される。
燃料電池セパレータ用部材１０の検査を行なう際には、まず、燃料電池セパレータ用部材１０の加熱が、加熱部４２によって行なわれる（ステップＳ１００）。そして、加熱された燃料電池セパレータ用部材１０の温度が、温度検出部４４によって検出される（ステップＳ１１０）。その後、温度検出部４４が検出した温度が予め定めた基準温度以上である高温箇所の有無、および、高温箇所が存在する場合には、このような高温箇所の位置、が判定される（ステップＳ１２０）。この動作は、制御部４８の判定部が、温度検出部４４の検出結果を取得して、当該検出結果を解析することにより実行する。
燃料電池セパレータ用部材１０の表面には、既述したように、酸化チタン３２とカーボン粒子３４とが混合されたコート層３０が形成されている。コート層を構成する酸化チタンとカーボンとは、輻射率(熱放射率)および比熱が異なっている。そのため、加熱部４２が燃料電池セパレータ用部材１０を加熱すると、燃料電池セパレータ用部材１０のコート層３０において、酸化チタンが存在する箇所とカーボンが存在する箇所とでは、温度の上昇の程度が局所的に異なることになる。
酸化チタンおよびカーボンの各々の輻射率(熱放射率)および比熱を用い、加熱部４２の放射エネルギ量や加熱部４２と燃料電池セパレータ用部材１０との距離等を適宜設定することによってシミュレーションを行ない、加熱からの経過時間と酸化チタンの温度との関係、および、加熱からの経過時間とカーボンの温度との関係を求めた結果の例を、図２に示している。図２に示すように、酸化チタンおよびカーボンは、熱照射の後に急激に昇温し、その後次第に降温する。図２では、基材２０の昇温による影響は、酸化チタンの昇温およびカーボンの昇温の双方に、同じように加味している。
図２に示す経過時間と温度との関係は、コート層３０全体が酸化チタンである場合の仮想的な温度変化、および、コート層３０全体がカーボンである場合の仮想的な温度変化と考えることができる。コート層３０は、酸化チタンとカーボンとが混合されているため、実際のコート層３０の温度変化は、図２に示す酸化チタンの温度変化と、カーボンの温度変化と、の間の値になると考えられる。既述したように、カーボン粒子３４はコート層３０内で分散されているが、カーボン粒子３４が凝集するなどしてカーボンが過剰に存在する箇所では、加熱後の昇温の程度が、より大きくなる。そのため、基準温度を予め適宜設定しておくことにより、ステップＳ１２０において、温度検出部４４の検出領域内に基準温度以上となっている高温箇所が存在する場合には、このような高温箇所の位置として、カーボンが過剰に存在する箇所を特定することができる。
温度検出部４４による温度検出のタイミングである経過時間ｔ１は、図２に示す加熱後の酸化チタンの温度とカーボンの温度との差であるΔＴが十分に大きく、基準温度を適宜設定することにより十分な感度でカーボンが過剰に存在する箇所を検出可能となる経過時間の範囲内で、適宜設定すればよい。そして、加熱後の経過時間がｔ１であるときに加熱された箇所が通過する位置の温度を測定可能となるように、温度検出部４４を配置すればよい。
上記のようにして検査を行なった後は、帯状の燃料電池セパレータ用部材１０を、所望の大きさの燃料電池セパレータが得られるように分割する分割工程が行なわれる。そして、分割された個々の燃料電池セパレータ用部材は、所望の燃料電池セパレータの形状に応じた金型を用いたプレス成形等の加工が施されて、燃料電池セパレータとなる。加工後の燃料電池セパレータは、必要に応じてシール部材等が固着された後、電解質膜を含む他の部材と共に積層されて組み付けが行なわれ、燃料電池が作製される。
以上のように構成された本実施形態の燃料電池セパレータ用部材の検査システム４０によれば、加熱後の温度が基準温度以上である高温箇所の位置を判定して、カーボンが過剰に存在する箇所を特定している。そのため、酸化チタンの層の厚みに起因する燃料電池セパレータ用部材１０の外観の色味にかかわらず、精度良く、カーボンが過剰に存在する箇所を検出することができる。
チタンまたはチタン合金製の母材を備えるチタン系の金属部材では、外部からの光の一部は、金属部材表面に形成される酸化チタンの層の表面で反射し、残りの一部は酸化チタンの層を透過して母材の表面で反射する。これら２種の反射光が干渉するため、酸化チタンの層の厚さによって、金属部材の色味が変化する。本実施形態の燃料電池セパレータ用部材１０のように、酸化チタン３２とカーボン粒子３４とが混合されているコート層３０を備える部材では、特に、部材の色味の制御を厳密に行なうことが、困難となり易い。そのため、表面に形成された酸化チタンの層を含む部材の色味が、部分的にカーボンの色味に近づくことを抑えることは困難であるが、このように部材の色味がカーボンの色味に近い箇所が存在しても、精度良く、カーボンが過剰に存在する箇所を特定することができる。
上記のようにしてカーボンが過剰に存在する箇所が検出されたときには、例えば、検査後の既述した分割工程において、上記カーボンが過剰に存在する不均一箇所を除外して、燃料電池セパレータを得るための分割の動作を行なえばよい。これにより、不均一箇所を含まない燃料電池セパレータを製造することができる。
燃料電池セパレータにおいて、カーボンが過剰に存在する不均一箇所が存在する場合には、例えば、分割工程後の既述したプレス成形時に、過剰なカーボンがプレス成形用の金型に転写されるという不都合が生じ得る。また、上記不均一箇所が存在する場合には、プレス成形時に燃料電池セパレータ用部材の表面に潤滑剤を塗布して、プレス成形後に潤滑剤を洗浄する際に、過剰のカーボンによって洗浄液が汚染されるという不都合が生じ得る。また、燃料電池セパレータ表面にシール部材を固着させる場合に、シール部材表面に過剰のカーボンが付着して、シール部材を固着させた後のシール部材におけるガスリーク検査の際に、シール部材に問題がなくてもガスリークありとして誤判定される不都合が生じ得る。あるいは、燃料電池の組み付け時に、燃料電池セパレータを他の部材と接着させる際に、表面に存在する過剰なカーボンに起因して接着力が低下するという不都合が生じ得る。本実施形態によれば、カーボンが過剰に存在する不均一箇所を有しない燃料電池セパレータを精度良く製造することができるため、上記した不都合を抑えることができる。
また、本実施形態では、上記不均一箇所を除外して分割工程を行なっているため、分割された個々の部材に対して、検査を行なう必要が無く、帯状の燃料電池セパレータ用部材１０を対象として、連続的に効率良く検査を行なうことができる。さらに、分割後に検査を行なう場合には、上記不均一箇所が検出されたときには、不均一箇所を有する分割された部材全体が不合格になるが、本実施形態では、不均一箇所を含む限られた部位を除外して分割工程を行なえばよいため、製造時の歩留まりを向上させることができる。
また、本実施形態では、燃料電池セパレータ用部材１０に非接触な状態で、燃料電池セパレータ用部材１０を加熱する加熱部４２を用いると共に、燃料電池セパレータ用部材１０に非接触な状態で、燃料電池セパレータ用部材１０の温度を検出する温度検出部４４を用いている。そして、本実施形態では、燃料電池セパレータ用部材１０を帯状に形成すると共に、加熱部４２による加熱の後に温度検出部４４による温度検出が行なわれるように、燃料電池セパレータ用部材１０を長手方向に搬送している。そのため、セパレータ用部材の検査工程を含む燃料電池セパレータの製造工程を、容易に高速化することができ、燃料電池セパレータを効率良く製造することができる。
Ｂ．第２実施形態：
図４は、本発明の第２実施形態としての燃料電池セパレータ用部材の検査システム１４０の概略構成を表わす説明図である。第２実施形態において、第１実施形態と共通する部分には、同じ参照番号を付している。
図４は、本発明の第２実施形態としての燃料電池セパレータ用部材の検査システム１４０の概略構成を表わす説明図である。第２実施形態において、第１実施形態と共通する部分には、同じ参照番号を付している。
第２実施形態の検査システム１４０は、第１実施形態の検査システム４０の構成に加えて、さらに、熱遮断部材４６を備える。熱遮断部材４６は、加熱部４２と温度検出部４４との間に配置されており、加熱部４２から温度検出部４４に入力される熱を抑制する「熱抑制部材」として機能する。本実施形態では、熱遮断部材４６は、板状部材によって構成されており、板面が、燃料電池セパレータ用部材１０の搬送方向に垂直になるように配置されている。ただし、熱遮断部材４６の形状は、板状以外であってもよく、加熱部４２から温度検出部４４に入力される熱を抑制可能であればよい。熱遮断部材４６を構成する材料に特に制限はないが、比較的比熱が大きな樹脂材料等を用いて、熱遮断部材４６全体の熱容量を、より大きく確保することにより、温度検出部４４に対する熱の入力を抑える効果を高めることができる。
このような構成とすれば、熱遮断部材４６によって、加熱部４２から温度検出部４４に入力される熱が抑制されるため、加熱部４２から照射される熱に起因して、温度検出部４４の検出値が上昇するのを抑えることができる。例えば、加熱のためのエネルギとして赤外線を放射する赤外線ヒータを、加熱部４２として用いる場合には、加熱部４２から温度検出部４４に向かって赤外線が放射され得る。このような場合であっても、加熱部４２から温度検出部４４への赤外線の放射を、熱遮断部材４６によって妨げることができる。そのため、温度検出部４４の検出値が、温度検出部４４が温度を検出する際の適切な温度範囲を超えることを抑制できる。その結果、燃料電池セパレータ用部材１０の温度を温度検出部４４が検出する際の検出精度を高めることができる。さらに、本実施形態によれば、加熱部４２から照射される熱によって温度検出部４４が受けるダメージを、低減することができる。
さらに、本実施形態によれば、熱遮断部材４６を設けるため、燃料電池セパレータ用部材１０において温度検出部４４による温度検出が行なわれる測定位置よりも上流に、カーボンが過剰に存在する不均一箇所が存在する場合であっても、温度検出部４４における検出精度の低下を抑えることができる。図４では、温度検出部４４が燃料電池セパレータ用部材１０の温度検出を行なう位置を、「測定位置」として示している。燃料電池セパレータ用部材１０において、上記測定位置よりも搬送方向上流側のポイントＡに、カーボンが過剰に存在する不均一箇所が存在すると、ポイントＡから放射される赤外線の一部が温度検出部４４に入力されることにより、検出の際に外乱となり得る。ポイントＡよりもさらに上流のポイントＢに不均一箇所が存在する場合には、ポイントＢから放射される赤外線の温度検出部４４への入力は、熱遮断部材４６によって妨げられる。図２において、カーボンと酸化チタンの温度変化の様子を示したように、加熱部４２による加熱によって、カーボンが過剰に存在する不均一箇所が昇温すると、この不均一箇所は、搬送方向下流側に搬送されるに従って、次第に降温する。温度が低下するほど、不均一箇所が放射する赤外線が温度検出部４４に入力されても、外乱となり難く、検出精度への影響が小さくなる。本実施形態では、熱遮断部材４６を設けることで、熱遮断部材４６を配置した位置よりも搬送方向の上流側に存在する、より温度が高い不均一箇所が放射する赤外線の影響を抑え、検出精度を高めることができる。熱遮断部材４６を温度検出部４４に近づけるほど、また、熱遮断部材４６の外周部が燃料電池セパレータ用部材１０の表面により近づくように、熱遮断部材４６の大きさを大きくするほど、上流側の不均一箇所に起因する外乱の影響を抑える効果を高めることができる。
検査システム１４０では、加熱後の、カーボンの温度上昇の程度と酸化チタンの温度上昇の程度との違いを用いて、カーボンが過剰に存在する不均一箇所を検出している。そのため、加熱部４２と温度検出部４４との距離は、十分な検出感度が得られるように定める必要がある。本実施形態によれば、上記のように十分な検出感度を得るために、加熱部４２と温度検出部４４との距離を、比較的短くする場合であっても、熱遮断部材４６を設けることにより、加熱部４２から照射される熱による影響、および、測定位置よりも搬送方向の上流側に存在する不均一箇所から放射される赤外線の影響を抑え、温度検出部４４の検出精度を高めることができる。
Ｃ．第３実施形態：
図５は、本発明の第３実施形態としての燃料電池セパレータ用部材の検査システム２４０の概略構成を表わす説明図である。第３実施形態において、第１実施形態と共通する部分には、同じ参照番号を付している。
図５は、本発明の第３実施形態としての燃料電池セパレータ用部材の検査システム２４０の概略構成を表わす説明図である。第３実施形態において、第１実施形態と共通する部分には、同じ参照番号を付している。
第３実施形態の検査システム２４０は、第１実施形態の検査システム４０とは異なり、帯状の燃料電池セパレータ用部材１０に対して、加熱部４２と温度検出部４４とが、異なる面側に配置されている。本実施形態では、加熱部４２と温度検出部４４との間に配置される燃料電池セパレータ用部材１０が、加熱部４２から温度検出部４４に入力される熱を抑制する「熱抑制部材」として機能する。
このような構成とすれば、燃料電池セパレータ用部材１０によって、加熱部４２から温度検出部４４に入力される熱が抑制されるため、第２実施形態と同様に、燃料電池セパレータ用部材１０の温度を温度検出部４４が検出する際の検出精度を高めることができる。また、加熱部４２から照射される熱に起因して、温度検出部４４がダメージを受ける可能性を低減することができる。
Ｄ．第４実施形態：
図６は、本発明の第４実施形態としての燃料電池セパレータ用部材の検査システム３４０の概略構成を表わす説明図である。第４実施形態において、第１実施形態と共通する部分には、同じ参照番号を付している。
図６は、本発明の第４実施形態としての燃料電池セパレータ用部材の検査システム３４０の概略構成を表わす説明図である。第４実施形態において、第１実施形態と共通する部分には、同じ参照番号を付している。
第４実施形態の検査システム３４０は、第１実施形態の検査システム４０とは異なり、帯状の燃料電池セパレータ用部材１０の各々の面ごとに、温度検出部４４が配置されている。すなわち、温度検出部４４は、各々の前記コート層ごとに設けられており、各々の温度検出部４４は、燃料電池セパレータ用部材１０における対向する面の温度を測定する。
このような構成とすれば、カーボンが過剰に存在する不均一箇所が存在する面が、燃料電池セパレータ用部材１０のいずれの面であっても、不均一箇所を精度良く検出することができる。燃料電池セパレータ用部材１０の表面に不均一箇所が存在し、加熱部４２を用いた加熱により不均一箇所の温度が局所的に上昇する場合には、不均一箇所が存在する面の裏面側にも熱が伝わることにより、燃料電池セパレータ用部材１０の厚み方向に不均一箇所と重なる部位の全体において、局所的に温度が上昇する。そのため、一方の面側のみに温度検出部４４を設ける場合であっても、燃料電池セパレータ用部材１０の双方の面に存在する不均一箇所を検出することが可能になる。しかしながら、各々のコート層３０の間には基材２０が存在するため、不均一箇所が存在する面の裏面では、不均一箇所が存在する面に比べて、カーボンが局在することにより温度が局所的に上昇する程度が、比較的緩やかになり得る。本実施形態によれば、双方の面上に温度検出部４４を設けるため、いずれの面に不均一箇所が存在しても、不均一箇所を精度良く検出することができる。
第４実施形態の検査システム３４０において、加熱部４２と同じ面側に配置される温度検出部４４と加熱部４２との間に、第２実施形態と同様の熱遮断部材４６を設けることとしてもよい。
Ｅ．他の実施形態：
（Ｅ１）上記各実施形態では、判定部としての制御部４８は、温度検出部４４が検出した温度が予め定めた基準温度以上である高温箇所の位置を判定することによって、カーボンが過剰に存在する箇所を特定しているが、異なる構成としてもよい。判定部は、温度検出部４４が検出した温度を用いて、高温箇所の位置として、燃料電池セパレータ用部材１０において温度上昇の程度が予め定めた基準よりも大きい位置を判定すればよい。
（Ｅ１）上記各実施形態では、判定部としての制御部４８は、温度検出部４４が検出した温度が予め定めた基準温度以上である高温箇所の位置を判定することによって、カーボンが過剰に存在する箇所を特定しているが、異なる構成としてもよい。判定部は、温度検出部４４が検出した温度を用いて、高温箇所の位置として、燃料電池セパレータ用部材１０において温度上昇の程度が予め定めた基準よりも大きい位置を判定すればよい。
例えば、判定部は、周囲の温度との温度差が予め定めた基準よりも大きい箇所を高温箇所として検出して、その位置を判定してもよい。この場合には、例えば、温度検出部４４が、現在から遡った特定の期間の間に燃料電池セパレータ用部材１０の温度として検出した値の平均値を、上記「周囲の温度」として用いればよい。
また、温度検出部４４は、加熱部４２による加熱後の時間が異なる複数の箇所において燃料電池セパレータ用部材１０の温度を測定することとしてもよい。そして、判定部は、加熱部４２による加熱の後に燃料電池セパレータ用部材１０の温度が上昇する際の温度変化量、あるいは、加熱部４２による加熱の後に燃料電池セパレータ用部材１０の温度が上昇する際の温度変化率が、予め定めた基準よりも大きい箇所を高温箇所として検出して、その位置を判定してもよい。
（Ｅ２）上記各実施形態では、加熱部４２は、燃料電池セパレータ用部材１０に非接触な状態で、燃料電池セパレータ用部材１０を加熱し、温度検出部４４は、燃料電池セパレータ用部材１０に非接触な状態で、燃料電池セパレータ用部材１０の温度を検出しているが、異なる構成としてもよい。例えば、加熱部４２と温度検出部４４とのうちの少なくとも一方は、燃料電池セパレータ用部材１０に接触するように設けてもよい。
（Ｅ３）上記各実施形態では、燃料電池セパレータ用部材１０は、帯状に形成したが、異なる構成としてもよい。例えば、個々の燃料電池セパレータに応じた形状に予め切断された燃料電池セパレータ用部材を用いて、加熱部４２による加熱、および温度検出部４４による温度検出を、順次行なってもよい。
（Ｅ４）検査対象の燃料電池セパレータ用部材は、上記各実施形態の燃料電池セパレータ用部材１０とは異なる製造方法により得られる部材であってもよい。チタンまたはチタン合金製の基材上に、カーボンを含むコート層が形成された部材であれば、上記各実施形態と同様の検査方法を適用することにより、カーボンが過剰に存在する不均一箇所を検出して、同様の効果を得ることができる。また、燃料電池セパレータ用部材１０において、一方の面にカーボンを含むコート層が形成されていればよく、当該一方の面に対して上記各実施形態と同様の検査方法を適用することにより、同様の効果が得られる。
本発明は、上述の各実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
１０…燃料電池セパレータ用部材、２０…基材、３０…コート層、３２…酸化チタン、３４…カーボン粒子、４０，１４０，２４０，３４０…検査システム、４２…加熱部、４４…温度検出部、４６…熱遮断部材、４８…制御部
Claims (5)
- 燃料電池セパレータ用部材の検査システムであって、
前記燃料電池セパレータ用部材は、チタンまたはチタン合金製の基材と、カーボンを含み前記基材の表面に形成されたコート層と、を備え、
前記燃料電池セパレータ用部材を加熱する加熱部と、
前記加熱部による加熱後の前記燃料電池セパレータ用部材の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部が検出した温度を用いて、前記燃料電池セパレータ用部材において温度上昇の程度が予め定めた基準よりも大きい高温箇所の位置を判定する判定部と、
を備える検査システム。 - 請求項１に記載の燃料電池セパレータ用部材の検査システムであって、さらに、
前記加熱部と前記温度検出部との間に配置されて、前記加熱部から前記温度検出部に入力される熱を抑制する熱抑制部材を備える
検査システム。 - 請求項１または２に記載の燃料電池セパレータ用部材の検査システムであって、
前記加熱部は、前記燃料電池セパレータ用部材に非接触な状態で、前記燃料電池セパレータ用部材を加熱し、
前記温度検出部は、前記燃料電池セパレータ用部材に非接触な状態で、前記燃料電池セパレータ用部材の温度を検出し、
前記燃料電池セパレータ用部材は、帯状に形成されており、前記加熱部による加熱の後に、前記温度検出部による温度検出が行なわれるように、長手方向に搬送される
検査システム。 - 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の燃料電池セパレータ用部材の検査システムであって、
前記燃料電池セパレータ用部材は、前記基材の両面のそれぞれに、前記コート層を備え、
前記温度検出部は、各々の前記コート層ごとに設けられている
検査システム。 - 燃料電池セパレータ用部材の表面に存在するカーボンの均一性を検査するための検査方法であって、
前記燃料電池セパレータ用部材は、チタンまたはチタン合金製の基材と、カーボンを含み前記基材の表面に形成されたコート層と、を備え、
前記燃料電池セパレータ用部材を加熱し、
加熱後の前記燃料電池セパレータ用部材の温度を検出し、
検出された前記燃料電池セパレータ用部材の温度を用いて、前記燃料電池セパレータ用部材において温度上昇の程度が予め定めた基準よりも大きい高温箇所の位置を判定し、
前記高温箇所の位置を、前記燃料電池セパレータ用部材の表面において前記カーボンが過剰に存在する箇所として特定する、
検査方法。
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