JP5179243B2

JP5179243B2 - ショート位置検出装置

Info

Publication number: JP5179243B2
Application number: JP2008114724A
Authority: JP
Inventors: 信久半田
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2008-04-25
Filing date: 2008-04-25
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2028-04-25
Also published as: JP2009264919A

Description

本発明は、対向して配置された一対の平板電極間のショート箇所の位置を検出するショート検出装置に関するものである。

この種のショート検出装置として本願出願人は、下記特許文献１に開示されたショート検出装置を提案している。このショート検出装置は、一対の平板電極のうちの一方の平板電極と平行に配設されると共にマトリックス状にプローブが並設された支持板と、一対の平板電極間に直流定電流を供給する電流供給部と、電圧測定部とを備えている。このショート検出装置では、支持板を一方の平板電極に接近させてすべてのプローブを一方の平板電極に規定された測定位置に接触させると共に、電流供給部から一対の平板電極間に直流定電流を供給し、この状態における基準点（一方の平板電極への直流定電流の供給点）と各測定位置との間の電位差を電圧測定部で測定する。さらに、このショート検出装置では、測定した各電位差に基づいて各測定位置間の電圧勾配を求め、この電圧勾配に基づいて電圧極小点となる測定位置をショート位置として特定する。したがって、このショート検出装置によれば、１本のプローブを用いて一方の平板電極に規定された各測定位置における電位差を求める構成と比較して、検出時間を大幅に短縮可能となっている。

ところで、このショート位置検出装置では、上記したようにマトリックス状に配設された多数（通常は数十本以上）のプローブを一方の平板電極に接触させる必要があるため、多数のプローブとの接触が好ましくない一対の平板電極に対して適用できないという解決すべき課題が存在している。この課題を軽減するものとして、例えば下記特許文献２に開示された欠陥検出方法を採用してショート位置検出装置を構成することも考えられる。この欠陥検出方法を適用したショート位置検出装置では、一対の平板電極間に電圧を印加して、ショート箇所（不良部）に短絡電流による発熱を生じさせ、この発熱により発生する赤外線量を赤外放射温度計で測定してショート箇所の検出を行うことになる。このショート位置検出装置によれば、電圧印加のためのプローブを各平板電極に１本ずつ接触させるだけでよいため、電圧検出用の多数のプローブを接触させる事態を回避することが可能となる。
特開２００３−２１５１９０号公報（第５−７頁、第１図）特開平７−４７９９５号公報（第２−３頁、第１図）

ところが、上記の欠陥検出方法を適用したショート位置検出装置には、以下の問題点が存在している。すなわち、このショート位置検出装置においても、電圧印加用のプローブを１本ずつ各平板電極に接触させる必要があるため、プローブと接触させてはならない一対の平板電極に対しては適用できない。また、上記した２つのショート位置検出装置は、いずれも、検査対象となる一対の平板電極間にショート箇所が存在していて、平板電極相互間に電流が流れることが検査の前提となっているため、ショート状態にまでは至っていないが、局部的に間隔が狭まっているような不具合箇所を有する一対の平板電極におけるこの不具合箇所を検出できないという解決すべき課題も存在している。なお、本願では、このような不具合箇所も、現実にショートしている箇所と共に「ショート箇所」の概念に含まれるものとする。

本発明は、かかる課題を解決すべくなされたものであり、一対の平板電極のショート箇所を非接触で検出し得るショート位置検出装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載のショート位置検出装置は、対向して配設された一対の平板電極間におけるショート箇所の位置を検出するショート位置検出装置であって、前記一対の平板電極のうちの一方の平板電極に非接触で、かつ当該一方の平板電極全域に亘って熱を供給する熱供給部と、前記一方の平板電極に供給された前記熱が前記一対の平板電極のうちの他方の平板電極に伝達することによって表面温度が上昇する当該他方の平板電極の表面温度分布を非接触で複数回所定時間間隔で測定すると共に、当該測定した複数回分の表面温度分布に基づいて当該他方の平板電極における各部位での表面温度の当該所定時間間隔毎の差分を算出することによって当該各部位での当該表面温度の変化量を示す表面温度変化分布を算出し、当該表面温度変化分布を画像として表示させるための画像信号を生成する非接触式温度検出部とを備えている。なお、本発明において、「ショート箇所」とは、実際にショートの発生している箇所およびショートのおそれのある箇所を含むものとする。

また、請求項２記載のショート位置検出装置は、請求項１記載のショート位置検出装置において、前記画像信号を入力して前記表面温度変化分布を画面上に画像として表示する表示部を備えている。

また、請求項３記載のショート位置検出装置は、請求項１または２記載のショート位置検出装置において、前記非接触式温度検出部は、前記表面温度分布を非接触で測定する赤外線カメラを備えている。

また、請求項４記載のショート位置検出装置は、請求項１から３のいずれかに記載のショート位置検出装置において、前記熱供給部は、赤外線照射装置で構成されている。

請求項１記載のショート位置検出装置では、対向して配設された一対の平板電極のうちの一方の平板電極に熱供給部から非接触で熱を供給し、非接触式温度検出部が、一対の平板電極のうちの他方の平板電極の表面温度分布を非接触で複数回所定時間間隔で測定すると共に、測定した複数回分の表面温度分布に基づいて当該所定時間間隔毎の他方の平板電極における各部位での表面温度の変化量を示す表面温度変化分布を算出し、表面温度変化分布を画像として表示させるための画像信号を生成する。

したがって、このショート位置検出装置によれば、この画像信号に基づいて、内蔵のまたは外部の表示装置に表面温度変化分布画像を表示させることができるため、この表面温度変化分布画像に基づいて、表面温度変化が他の領域と異なる領域にはショート箇所が存在していると判別することができる。また、ショート箇所が存在していると判別される領域同士間においても、一方の領域での表面温度変化の度合いが他方の領域での表面温度変化の度合いよりも大きいときには、一方の領域に存在しているショート箇所はショート状態が広い範囲で発生しているというように、ショート箇所のショート状態の程度を判別することもできる。

請求項２記載のショート位置検出装置によれば、画像信号を入力して表面温度変化分布を画面上に画像として表示する表示部を備えたことにより、表示装置を別途用意することなく、ショート位置検出装置単体で他方の平板電極の表面温度変化分布を示す画像を確認することができる。

請求項３記載のショート位置検出装置によれば、非接触式温度検出部を赤外線カメラで構成したことにより、市販の赤外線カメラを使用してショート位置検出装置を簡易に構成することができる。

請求項４記載のショート位置検出装置によれば、熱供給部を赤外線照射装置で構成したことにより、一方の平板電極に対して非接触で熱を確実に供給することができる。また、様々な大きさや形状で、かつ安価な赤外線ヒータなどで熱供給部を簡易に構成することができるため、一方の平板電極の形状や大きさに合った大きさ・形状の赤外線ヒータを使用することで、一方の平板電極への熱の均一な供給を行いつつ、装置コストの低減を図ることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係るショート位置検出装置の最良の形態について説明する。

最初に、ショート位置検出装置１の構成について、図面を参照して説明する。

ショート位置検出装置１は、図１に示すように、対向して配設された一対の平板電極２ａ，２ｂ間におけるショート箇所Ａ（一例として、同図ではＡ１，Ａ２）の位置を検出するためのものであり、熱供給部３、非接触式温度検出部４および表示部５を備えて構成されている。なお、本例では、対向して配設された一対の平板電極２ａ，２ｂとして、燃料電池に使用される膜／電極接合体（ＭｅｍｂｒａｎｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ）２における電解質膜２ｃ（厚みは均一）の両面に貼り合わされた一対の薄膜電極を例に挙げて説明する。

熱供給部３は、一対の平板電極２ａ，２ｂのうちの一方の平板電極２ａに非接触で熱を供給する。本例では一例として、熱供給部３は、赤外線照射装置で構成されて、一方の平板電極２ａに赤外線を照射することで熱を供給する。この場合、熱供給部３は、一方の平板電極２ａ全域に亘って熱を均一に供給するのが好ましい。

非接触式温度検出部４は、赤外線カメラ（赤外線サーモグラフィ）で構成されて、一対の平板電極２ａ，２ｂを挟んで熱供給部３と反対側に配設される。また、非接触式温度検出部４は、他方の平板電極２ｂの表面温度分布を非接触で測定して、この表面温度分布をモニタ装置などの表示装置において画像として表示させるための画像信号Ｓ１をリアルタイムに生成して出力する。一例として、画像信号Ｓ１は、表面温度の高いところを暖色系の色で表示し、表面温度の低いところを寒色系の色で表示させるカラー画像信号であるものとする。なお、これに限らず、表面温度の高いところを明るく表示し、表面温度の低いところを暗く表示させるモノクロ画像信号であってもよいのは勿論である。表示部５は、一例として画像表示装置で構成されて、入力した画像信号Ｓ１に基づいて、非接触式温度検出部４で測定されている他方の平板電極２ｂの表面温度分布を示す画像をリアルタイムに画面５ａ上に表示する。

次いで、ショート位置検出装置１の動作について説明する。

作動状態（測定状態）において、ショート位置検出装置１では、非接触式温度検出部４が、他方の平板電極２ｂ全域の表面温度分布を非接触で測定しつつ画像信号Ｓ１をリアルタイムに生成して表示部５に出力する。また、表示部５は、入力した画像信号Ｓ１に基づいて、非接触式温度検出部４で測定されている他方の平板電極２ｂの表面温度分布を示す画像をリアルタイムに画面５ａ上に表示する。

この測定状態において、熱供給部３を一定時間だけ作動させる。これにより、熱供給部３から一方の平板電極２ａ全域への熱の均一な供給が一定時間だけ実行される。この場合、一対の平板電極２ａ，２ｂ間にショート箇所（ショート状態にまでは至っていないが、局部的に間隔が狭まっているような不具合箇所や、現実にショートしている箇所）が存在していないときには、一方の平板電極２ａに供給された熱は、図２において矢印で示すように、一方の平板電極２ａの全域から電解質膜２ｃ内にほぼ均一な状態で放熱され、さらに電解質膜２ｃを経由して他方の平板電極２ｂに伝達する。この場合、電解質膜２ｃの厚みが均一であるため、他方の平板電極２ｂの表面温度は、理論的には、熱供給部３の作動中において全域に亘ってほぼ均一に上昇する。

一方、図１，３に示すように、一対の平板電極２ａ，２ｂ間にショート箇所Ａ（一例として、同図では、現実にショートしている箇所Ａ１と、局部的に間隔が狭まっているような不具合箇所Ａ２（ショート状態への移行の可能性のある箇所）の２つ）が存在しているときには、一方の平板電極２ａに供給された熱は、図３において矢印で示すように、一方の平板電極２ａのほぼ全域から電解質膜２ｃおよび各ショート箇所Ａに放熱され、電解質膜２ｃおよび各ショート箇所Ａを経由して他方の平板電極２ｂに伝達する。この場合、ショート箇所Ａ１に放熱された熱は、ショート箇所Ａ１全体が金属で構成されているため、電解質膜２ｃに直接放熱された熱よりも短時間で他方の平板電極２ｂに伝達する。これにより、図４に示すように、表示部５の画面５ａ上に表示される他方の平板電極２ｂにおけるショート箇所Ａ１に対応する部位の表面温度は、他の部位よりも早く温度が上昇すると共に、他方の平板電極２ｂにおけるショート箇所Ａ１に対応する部位の周囲の表面温度も広い領域に亘って短時間に上昇する。なお、図４では、表面温度の分布状態を等高線を模した線で表しており、同図では、ショート箇所Ａ１に近い部位ほど温度が高く、ショート箇所Ａ１から離れるに従い温度が低くなる状態を示している。

また、ショート箇所Ａ２に放熱された熱は、ショート箇所Ａ２はショート箇所Ａ１と異なり全体が金属で構成されてはいないため、ショート箇所Ａ１よりも伝達速度は遅いものの、電解質膜２ｃの間隔がショート箇所Ａ１，Ａ２以外の部位よりも狭いため（電解質膜２ｃの厚みが薄いため）、やはり電解質膜２ｃに直接放熱された熱よりも短時間で他方の平板電極２ｂに伝達する。これにより、図４に示すように、表示部５の画面５ａ上に表示される他方の平板電極２ｂにおけるショート箇所Ａ２に対応する部位の表面温度は、他の部位（ショート箇所Ａ１を除く）よりも早く温度が上昇する。また、ショート箇所Ａ１の周囲ほどではないが、他方の平板電極２ｂにおけるショート箇所Ａ２に対応する部位の周囲の表面温度もある程度広い範囲に亘って短時間に上昇する。

このように、このショート位置検出装置１では、対向して配設された一対の平板電極２ａ，２ｂのうちの一方の平板電極２ａに熱供給部３から非接触で熱を供給し、非接触式温度検出部４が他方の平板電極２ｂの表面温度分布を非接触で測定すると共に、表面温度分布を画像として表示させるための画像信号Ｓ１を生成して出力し、表示部５が画像信号Ｓ１に基づいて他方の平板電極２ｂの表面温度分布を示す画像をリアルタイムで画面５ａ上に表示する。この場合、上記したように、ショート箇所Ａの有無や、ショート箇所Ａのショート状態（現実にショートしているか、または、ショートはしていないものの一対の平板電極２ａ，２ｂの間隔が局部的に狭まっているか（つまり、電解質膜２ｃの膜厚が局部的に薄くなっているか））に応じて、画面５ａ上に表示される他方の平板電極２ｂの表面温度の分布状態が変化する。したがって、このショート位置検出装置１によれば、表示部５の画面５ａ上に表示される他方の平板電極２ｂの表面温度の分布状態に基づいて、一対の平板電極２ａ，２ｂ間にショート箇所が存在しているか否か、また存在しているときには、その位置、およびショート状態を非接触で検出することができる。

また、このショート位置検出装置１によれば、非接触式温度検出部４を赤外線カメラで構成したことにより、市販の赤外線カメラを使用してショート位置検出装置１を簡易に構成することができる。

また、このショート位置検出装置１によれば、熱供給部３を赤外線照射装置で構成したことにより、一方の平板電極２ａに対して非接触で熱を確実に供給することができる。また、様々な大きさや形状で、かつ安価な赤外線ヒータなどで簡易に熱供給部３を構成することができるため、一方の平板電極２ａの形状や大きさに合った大きさ・形状の赤外線ヒータを使用することで、一方の平板電極２ａへの熱の均一な供給を行いつつ、ショート位置検出装置１全体のコスト低減を図ることができる。

なお、上記した発明の実施の形態に限定されず、適宜変更が可能である。例えば、上述した実施の形態では、ショート位置検出装置１に表示部５を一体的に設けることで、表示装置を別途用意することなく、ショート位置検出装置１単体で他方の平板電極２ｂの表面温度分布を示す画像を表示できるようにした構成について説明したが、表示部５を備えずに、外部の表示装置（モニタ装置）を使用する構成とすることもできる。この構成においても、ショート位置検出装置１からは他方の平板電極２ｂの表面温度分布を示す画像をリアルタイムに表示させるための画像信号Ｓ１が出力されるため、この画像信号Ｓ１を外部の表示装置に入力してその画面上に他方の平板電極２ｂの表面温度分布を示す画像を表示させることにより、この表示される画像に基づいて、一対の平板電極２ａ，２ｂ間にショート箇所が存在しているか否か、また存在しているときにはその位置、およびショート状態を非接触で検出することができる。

また、図５に示すように構成された非接触式温度検出部４Ａを備えてショート位置検出装置１Ａを構成することもできる。この非接触式温度検出部４Ａは、一例として、同図に示すように、レンズ１１、赤外線センサ１２、走査部１３、Ａ／Ｄ変換部１４、処理部１５および記憶部１６を備えて構成されている。この場合、赤外線センサ１２は、複数の検出素子（図示せず）が二次元的（マトリックス状）に配置されたエリアセンサとして構成されている。また、赤外線センサ１２では、各検出素子が、レンズ１１を介して照射される他方の平板電極２ｂ全域を含む所定領域からの赤外線を検出すると共に、受光した赤外線の強度に応じた振幅の検出信号Ｓａを出力する。走査部１３は、赤外線センサ１２の二次元的に配置された各検出素子を走査して、各検出素子から出力される検出信号Ｓａを順番に１つずつＡ／Ｄ変換部１４に出力する。Ａ／Ｄ変換部１４は、入力した検出信号Ｓａをディジタルデータ（画素データ）Ｄａに変換して出力する。

処理部１５は、ＣＰＵ（いずれも図示せず）を備えて構成されている。記憶部１６には、走査部１３による赤外線センサ１２に対する走査１回分の温度データを記憶する温度分布記憶領域が少なくとも１つ（本例では一例として１個）規定されている。処理部１５は、入力したディジタルデータＤａの温度データＤｔへの変換処理、温度データＤｔの温度分布記憶領域への記憶処理、および温度分布記憶領域に記憶されている温度データＤｔに基づく画像信号Ｓ１の生成および出力を行う画像処理を繰り返し実行する。

この非接触式温度検出部４では、赤外線センサ１２の二次元的に配置された各検出素子で検出された検出信号Ｓａに基づいて算出された温度データＤｔが、１回の走査分ずつ記憶部１６における温度分布記憶領域に記憶される。この場合、二次元的に配置された赤外線センサ１２の各検出素子の位置は、他方の平板電極２ｂの表面の各部位の位置（例えば、図５に示すＸ−Ｙ座標系での座標で表される位置）に対応したものとなる。したがって、処理部１５が、上記の各処理に加えて、記憶部１６の温度分布記憶領域に記憶されている温度データＤｔに対して、Ｘ−Ｙ座標系でのＸ方向およびＹ方向に対応する方向に沿って走査して温度データＤｔの極大点を探索する位置算出処理を実行することにより、Ｘ−Ｙ座標系でのショート箇所Ａの位置情報Ｄ１（Ｘ，Ｙ座標）を算出して、表示部５に表示させる構成とすることもできる。したがって、このショート位置検出装置１Ａによれば、位置情報Ｄ１に基づいてショート箇所Ａの位置を正確に検出することができる。なお、この位置算出処理において、極大点を探索する方法に代えて、予め決められた閾値と温度データＤｔとを比較する方法を採用することもできる。この方法を採用した構成では、処理部１５が、熱供給部３による熱の供給の開始から所定時間が経過したときにおける温度データＤｔが閾値を越えたか否かを判別して、温度データＤｔが閾値を越えた箇所がショート箇所であると判別する構成とする。

また、上記の構成を備えたショート位置検出装置１Ａでは、以下に示すように、他方の平板電極２ｂの表面温度についての変化量の推移を示す画像を表示部５に表示させるようにすることもできる。この場合、１回の走査分の温度データＤｔを記憶させるための温度分布記憶領域を記憶部１６にｎ個（２以上の整数。本例では２個）設けると共に、温度変化分布記憶領域をさらに（ｎ−１）個（本例では１個）設ける。また、処理部１５は、この各温度分布記憶領域に常に最新の１回の走査分の温度データＤｔを含む直近のｎ走査分の温度データＤｔを所定時間間隔で更新記憶させると共に、各温度分布記憶領域に記憶されている対応する温度データＤｔ同士（同じ検出素子からの検出信号Ｓａに基づく温度データＤｔ同士）の差分データＤｄを算出して温度変化分布記憶領域に記憶させる。このようにして算出される各差分データＤｄは、他方の平板電極２ｂの対応する部位における表面温度の変化量を示すものとなる。また、処理部１５は、この温度変化分布記憶領域に記憶されている差分データＤｄに基づいて、他方の平板電極２ｂにおける各部位での表面温度の変化量を示す画像（表面温度変化分布画像：図４に示す画像と同様の画像）を表示させるための画像信号Ｓ２を生成して画像信号Ｓ１に代えて出力する。この構成によれば、画像信号Ｓ２に基づいて、表示部５（または外部の表示装置）に表面温度変化分布画像を表示させることができるため、この表面温度変化分布画像に基づいて、表面温度変化が他の領域と異なる領域にはショート箇所が存在していると判別することができる。また、ショート箇所が存在していると判別される領域同士間においても、一方の領域での表面温度変化の度合いが他方の領域での表面温度変化の度合いよりも大きいときには、一方の領域に存在しているショート箇所はショート状態が広い範囲で発生しているというように、ショート箇所のショート状態の程度を判別することができる。

また、差分データＤｄを算出して温度変化分布記憶領域に記憶させる構成においても、この差分データＤｄに対して、Ｘ−Ｙ座標系でのＸ方向およびＹ方向に対応する方向に沿って走査して差分データＤｄの極大点を探索する位置算出処理を行うようにして、Ｘ−Ｙ座標系でのショート箇所Ａの位置情報（Ｘ，Ｙ座標）を算出することもできる。

また、上記した各ショート位置検出装置１，１Ａでは、熱供給部３を赤外線照射装置で構成しているが、赤外線照射装置に限らず、温風（または熱風）を吐出するドライヤなどで構成してもよく、他方の平板電極２ｂに対して非接触で熱を供給することができる。

ショート位置検出装置１の構成図である。ショート箇所の存在しない膜／電極接合体２の断面図である。図１における膜／電極接合体２のＷ−Ｗ線断面図である。図１における表示部５の画面５ａに表示される他方の平板電極２ｂの表面温度分布を示す画像図である。ショート位置検出装置１Ａの構成図である。

符号の説明

１，１Ａショート位置検出装置
２ａ，２ｂ平板電極
３熱供給部
４，４Ａ非接触式温度検出部
５表示部
Ａ１，Ａ２ショート箇所
Ｄ１位置情報

Claims

対向して配設された一対の平板電極間におけるショート箇所の位置を検出するショート位置検出装置であって、
前記一対の平板電極のうちの一方の平板電極に非接触で、かつ当該一方の平板電極全域に亘って熱を供給する熱供給部と、
前記一方の平板電極に供給された前記熱が前記一対の平板電極のうちの他方の平板電極に伝達することによって表面温度が上昇する当該他方の平板電極の表面温度分布を非接触で複数回所定時間間隔で測定すると共に、当該測定した複数回分の表面温度分布に基づいて当該他方の平板電極における各部位での表面温度の当該所定時間間隔毎の差分を算出することによって当該各部位での当該表面温度の変化量を示す表面温度変化分布を算出し、当該表面温度変化分布を画像として表示させるための画像信号を生成する非接触式温度検出部とを備えているショート位置検出装置。
前記画像信号を入力して前記表面温度変化分布を画面上に画像として表示する表示部を備えている請求項１記載のショート位置検出装置。
前記非接触式温度検出部は、前記表面温度分布を非接触で測定する赤外線カメラを備えている請求項１または２記載のショート位置検出装置。
前記熱供給部は、赤外線照射装置で構成されている請求項１から３のいずれかに記載のショート位置検出装置。