JP2016225059A - 燃料電池電極の塗布欠陥の検査装置、及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池の電極作製に関して、電極の塗布欠陥を適切な方法で検出する必要があるが、塗布欠陥には、小さなピンホール状のもの、一部が若干透けて見えるもの、全体に薄く半透明に見えるものがあり、これらが混在しているため、総合的な良否判断が難しく迅速で適切な検査ができていなかった。【解決手段】拡散照明部と、前記拡散照明部に近接してマスクを設置する機構と、前記拡散照明部から出射し、前記マスクの開口部を介して、電極が塗布された検査物体を通過する拡散光の画像を取得するカメラと、前記画像を２値化処理して、塗布欠陥の良否判定を行う機構と、を具備し、前記カメラに取得される画像の１ピクセル内には、前記検査物体に塗布された前記電極の直径５０μｍ以下の領域のみを含む燃料電池電極の塗布欠陥の検査装置とする。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池電極の検査に係るものであり、特に電解質膜などに電極用の触媒層を塗布したときに生じる塗布欠陥を検査する装置、及び検査方法に関するものである。

従来から使用されている燃料電池用触媒電極は、白金が担持されたカーボン微粒子と純水、アルコールなどの溶媒及び液状のプロトン伝導性樹脂（デュポン社製ナフィオンなど）が適量添加されたインクを作製し、それを剥離性が良好なフィルムなどの基板に塗布して、乾燥した後に、プロトン伝導性樹脂膜（デュポン社製ナフィオンなど）にホットプレスにより転写する事により製造されている。（特許文献１、２参照）

特許第３１０３４４４号公報 特開２００１−１１８５８３号公報

上記のようにして作製した燃料電池の電極には、電極塗布の際に塗布欠陥が生じる場合があり、欠陥があると燃料電池の性能劣化につながってしまう。このため、適切な塗布欠陥の検査が必要になっている。

しかしながら、塗布欠陥には、小さなピンホール状に見えるもの、全体に半透明で透けて見えるもの、及びこれらの中間的な欠陥が混在しているため、総合的な良否判定が難しく、迅速で適切な検査ができていなかった。

本発明は、上記のような課題を解決するためのものであり、燃料電池電極の塗布欠陥を総合的に評価して、迅速で適切な良否判定ができるような検査装置、及び検査方法を提供することを目的とするものである。

上述の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、燃料電池電極の塗布欠陥の検査装置であり、拡散照明部と、前記拡散照明部に近接してマスクを設置する機構と、前記拡散照明部から出射し、前記マスクの開口部を介して、電極が塗布された検査物体を通過する拡散光の画像を取得するカメラと、前記画像を２値化処理して、塗布欠陥の良否判定を行う機構と、を具備することを特徴とする、燃料電池電極の塗布欠陥の検査装置としたものである。

請求項２に記載の発明は、前記カメラに取得される画像の１ピクセル内には、前記検査物体に塗布された前記電極の直径５０μｍ以下の領域のみを含むことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池電極の塗布欠陥の検査装置としたものである。

請求項３に記載の発明は、前記画像の２値化処理は、前記１ピクセル内に明点が含まれるか、含まれないかによって行うことを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池電極の塗布欠陥の検査装置としたものである。

請求項４に記載の発明は、前記塗布欠陥の良否判定は、前記２値化処理後の、明点を含み
、互いに繋がったピクセル群の面積を求めることによって行うことを特徴とする、請求項３に記載の燃料電池電極の塗布欠陥の検査装置としたものである。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の検査装置を用いることを特徴とする、燃料電池電極の塗布欠陥の検査方法としたものである。

請求項６に記載の発明は、前記マスクとして、前記開口部が前記検査物体に塗布された前記電極よりも１〜５ｍｍ小さいマスクを用い、前記開口部が前記電極により覆われるようにマスクを設置して検査することを特徴とする、請求項５に記載の燃料電池電極の塗布欠陥の検査方法としたものである。

本発明の燃料電池電極の塗布欠陥の検査装置、及び検査方法によれば、多様な塗布欠陥を迅速に再現性良く検査、評価することが可能になる。

本発明の検査装置に、検査物体、及びマスクを設置した状態を示す概念図である。 本発明の検査装置に、検査物体、及び図１とは別のマスクを設置した状態を示す概念図である。 本発明の検査装置で、実際の塗布欠陥を撮像して取得した画像の例を示す図である。 図３で取得した画像を、本発明の検査装置で２値化処理した後の画像を示す図である。

燃料電池電極の塗布欠陥はすべて、基本的には、電極が塗布できていない部分があることによって生じている。

このため本発明では、まず燃料電池電極の塗布層（以下、主に電極層と記す）を、透過照明光学系で、高精細カメラ（本発明で用いるカメラはデジタルカメラである）により撮像し、画像を取得する。これにより、塗布欠陥は、欠陥の種類や塗布膜厚によらず明点として観察されるようになる。

次に、前記取得画像をピクセル毎に、明点が含まれるか否か、で２値化処理を行う。さらに、明点を含み、互いに繋がったピクセル群を白色部と呼ぶとすると、それぞれの白色部の面積を求めることで定量化し、適切な閾値を設けることにより、塗布欠陥の総合的な良否判定を行う。

以下、本発明の検査装置、及び検査方法について図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の検査装置に、検査物体、及びマスクを設置した状態を示す概念図である。

本発明の検査装置は、構造的には、光源（不図示）を含む拡散照明部１、カメラ２、コンピュータ（不図示）を内蔵した２値化処理及び良否判定部３、拡散照明部１に近接してマスク４を設置する機能を有する部分、検査物体６を設置する部分によって構成されている。

マスク４には、検査物体６に塗布された電極層６ａと略同じ大きさの開口部（光透過部）４ａがあり、検査のときには、電極層６ａが開口部４ａと略同じ位置になるようにセットする。拡散照明部１からの光は、マスク４の開口部４ａを通って、検査物体６の電極層６
ａを照明して、カメラ２に届き、カメラに電極層６ａの画像が記録される。このとき、電極層６ａは、塗布欠陥部のみ光が透過し、白い点として撮像されている。

前記の撮像では、カメラの解像度が低いと、各点が分離できなくなって適切な判定ができなくなってしまう恐れがある。点間隔は小さいものでは５０μｍ程度であるため、カメラの解像度は少なくとも５０μｍ程度よりも高い解像度を有する必要がある。言い換えれば、カメラに取得される画像の１ピクセル内には、検査物体に塗布された電極の直径５０μｍ以下の領域のみを含むようにする必要がある。

前記のカメラ２による画像は、２値化処理及び良否判定部３に送られる。２値化処理は、前記１ピクセル内に明点が含まれるか否かによって行う。すなわち、例えば、明点を含むピクセルをＡ、含まないピクセルをＢとする処理を行う。

前記２値化処理の結果、電極層６ａには、隣接したＡ同士が繋がった部分（＝白色部）ができる。そこで白色部を、面積（＝１ピクセルの面積×白色部のピクセル数）を求めることによって定量化し、適切な閾値を設けることによって、塗布欠陥の迅速な良否判定に利用することができる。

閾値の大きさは用途や目的に応じて任意に設定しうるが、例えば、欠陥として認識しやすいピンホールの大きさを目安にして、直径がａ以上程度のピンホールが問題となる場合、ａ^２を閾値として、ａ^２以上の面積をもつ白色部を不良欠陥として判定する方法などが考えられる。

本発明の検査装置ではマスク４を用いて、マスク４よりも拡散照明部１側で、平面視で電極層６ａよりも外側の光がカメラに入射しないようにしている。これは、電極層６ａの外側が欠陥部に比べて明るすぎると、画像にハレーションを生じて適切な欠陥画像が得られなくなることを防ぐためである。

電極層６ａの大きさ（辺長ｐ）とマスク開口部４ａの大きさ（辺長ｓ）が同じで、位置が十分に合っていることが理想的だが、検査物体を手でのせる場合などは位置を十分に合わせることは容易ではない。電極層６ａとマスク開口部４ａの大きさが同じである場合、位置ずれが起きると、やはりハレーションが生じることになる。

図２は、本発明の検査装置に、検査物体６、及び図１とは別のマスク５を設置した状態を示す概念図である。上記の位置ずれによるハレーションを防ぐためマスク開口部５ａを電極層６ａよりも少し小さめにしたマスクを使用している。開口部５ａと電極層６ａの大きさの差は、開口部５ａを電極層６ａの１割以内程度に抑えておくことが望ましいので、燃料電池の大きさにもよるが、開口部５ａの大きさ（辺長ｔ）を電極層６ａの大きさ（辺長ｐ）よりも１〜５ｍｍ程度小さくすることが好適である。

以下、本発明の実施例を示す。

拡散照明部の光源としては、マシンビジョン用の白色ＬＥＤ面光源を用いた。

カメラは、１０００万画素のCMOSカメラを使用して、レンズにより、１ピクセル約１０μｍで画像が結像するようにした。

検査物体としては、PETフィルムの基板上に、電極層として、電極用の触媒層を塗布したものを用いた。

マスクは黒色のプラスチックフィルムをカッターナイフで切って作製し、開口部の辺長を電極層よりも２ｍｍ小さくなるようにした。

図３は、上記の方法で上記の検査物体を撮像したときの塗布欠陥の画像例である。

図３（ａ）は、ピンホール状に見える欠陥を撮像した場合の画像で、全体が暗い中に欠陥部分が、やや大きめの明点として写っている。図３（ｂ）は、半透明で透けて見える欠陥を撮像した場合の画像である。この場合は、全体が暗い中に複数の小さい明点が存在するように写っている。このように、本発明を用いると、電極層の塗布欠陥は、種類によらず暗い中に明点として撮像される。

図４は、図３に示した画像を、コンピュータにより２値化処理した後の画像である。

図４（ａ）は、ピンホール状に見える欠陥に対する、図４（ｂ）は、半透明で透けて見える欠陥に対する、それぞれの画像である。このように、図３の画像を２値化処理することで、明点を含み、互いに繋がったピクセル群を白色部として検出することができた。

さらにコンピュータによる処理を行うことで、検出したそれぞれの白色部の面積を求めた後、本実施例では直径が１００μｍ（＝０．１ｍｍ）以上の欠陥を不良欠陥の目安とし、面積として０．０１ｍｍ^２を閾値に設定して、塗布欠陥の迅速な良否判定を行うことができた。

本発明の検査装置、及び検査方法を用いると、燃料電池用の電極層をはじめ、塗布により光透過部と光遮蔽部を生じる塗布欠陥の欠陥を可視化し、迅速に良否判定を行う検査装置、及び検査方法として利用することができる。

１ 拡散照明部
２ カメラ
３ ２値化処理及び良否判定部
４、５ マスク
４ａ、５ａ マスク開口部
５ 電極層
６ 検査物体
６ａ 電極層
６ｂ 基板

Claims (6)

1. 燃料電池電極の塗布欠陥の検査装置であり、
   拡散照明部と、
   前記拡散照明部に近接してマスクを設置する機構と、
   前記拡散照明部から出射し、前記マスクの開口部を介して、電極が塗布された検査物体を通過する拡散光の画像を取得するカメラと、
   前記画像を２値化処理して、塗布欠陥の良否判定を行う機構と、
   を具備することを特徴とする、
   燃料電池電極の塗布欠陥の検査装置。
2. 前記カメラに取得される画像の１ピクセル内には、
   前記検査物体に塗布された前記電極の直径５０μｍ以下の領域のみを含むことを特徴とする、
   請求項１に記載の燃料電池電極の塗布欠陥の検査装置。
3. 前記画像の２値化処理は、
   前記１ピクセル内に明点が含まれるか、含まれないかによって行うことを特徴とする、
   請求項２に記載の燃料電池電極の塗布欠陥の検査装置。
4. 前記塗布欠陥の良否判定は、
   前記２値化処理後の、明点を含み、互いに繋がったピクセル群の面積を求めることによって行うことを特徴とする、
   請求項３に記載の燃料電池電極の塗布欠陥の検査装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の検査装置を用いることを特徴とする、
   燃料電池電極の塗布欠陥の検査方法。
6. 前記マスクとして、前記開口部が前記検査物体に塗布された前記電極よりも１〜５ｍｍ小さいマスクを用い、
   前記開口部が前記電極により覆われるようにマスクを設置して検査することを特徴とする、
   請求項５に記載の燃料電池電極の塗布欠陥の検査方法。