JP6211868B2 - Method for inspecting ceramic sheet for solid electrolyte membrane of solid oxide fuel cell and method for producing the ceramic sheet - Google Patents

Method for inspecting ceramic sheet for solid electrolyte membrane of solid oxide fuel cell and method for producing the ceramic sheet Download PDF

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Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池の固体電解質膜用セラミックシートの検査方法、および当該セラミックシートの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for inspecting a ceramic sheet for a solid electrolyte membrane of a solid oxide fuel cell, and a method for producing the ceramic sheet.

セラミックシートは、優れた機械的強度、電気絶縁性、靭性、耐摩耗性、耐薬品性、耐食性などを有することから、各種電子材料、各種構造材料、刃物、焼成用のセッターなどに利用されている。その中で、ジルコニアを主体とするセラミックシートは高い酸素イオン伝導性を有することから固体酸化物形燃料電池(以下、SOFCとも記す)の固体電解質膜として活用されている。   Ceramic sheets have excellent mechanical strength, electrical insulation, toughness, wear resistance, chemical resistance, corrosion resistance, etc., so they are used in various electronic materials, various structural materials, blades, firing setters, etc. Yes. Among them, a ceramic sheet mainly composed of zirconia is used as a solid electrolyte membrane of a solid oxide fuel cell (hereinafter also referred to as SOFC) because it has high oxygen ion conductivity.

セラミックシートをSOFCの固体電解質膜として利用する場合、セラミックシートは発電時における高温に断続的に曝されることになる。また、セラミックシート上には電極が形成されるが、卑金属を含む電極は、酸化時と還元時で体積が変化する。さらに、SOFCでは、セラミックシートと電極を含むセルが直列に積層されているため、セラミックシートには大きな荷重がかかる。その結果、セラミックシートに反りやウネリなどの厚さ方向に生じた変形や、キズや欠けなどの表面欠陥、気泡などの内部欠陥があると、そこが起点となって容易に破損することになる。上述したように、SOFCではセルが直列に積層されているので、一つのセラミックシートが破損するだけでも発電量が大きく低下することになる。よって、SOFCに用いるためには、欠陥の無いあるいは存在しても少ないセラミックシートを得ることは非常に重要であり、より微小な欠陥を高精度で再現性良く短時間で検査することが求められている。   When the ceramic sheet is used as a solid electrolyte membrane of SOFC, the ceramic sheet is intermittently exposed to high temperatures during power generation. Moreover, although an electrode is formed on a ceramic sheet, the volume of an electrode containing a base metal changes during oxidation and reduction. Further, in the SOFC, since the ceramic sheet and the cell including the electrode are stacked in series, a large load is applied to the ceramic sheet. As a result, if the ceramic sheet has deformations in the thickness direction such as warpage or undulation, surface defects such as scratches or chips, and internal defects such as bubbles, it will easily break from that point. . As described above, since cells are stacked in series in SOFC, the amount of power generation is greatly reduced even if one ceramic sheet is damaged. Therefore, in order to use for SOFC, it is very important to obtain a ceramic sheet having no defects or few even if present, and it is required to inspect finer defects with high accuracy and good reproducibility in a short time. ing.

セラミックシートに限らず、様々なシートの欠陥を検出する技術としては、これまでにも様々なものが開発されている。   Various techniques for detecting defects in various sheets, not limited to ceramic sheets, have been developed so far.

例えば、特許文献1には、CCDカメラを用いて得られる画像に基づいて、透過光により浮かび上がるセラミックシートの表面または内部に存在する異物・キズ等の面積が0.1mm以上の不良箇所の個数を検出する方法が開示されている。しかしながら、単なるCCDカメラではシート表面の微小な高さ(深さ)方向の情報が十分には得られないため、燃料電池用の電解質膜に求められるようになった厳しい検査基準を満足できなくなっている。 For example, in Patent Document 1, based on an image obtained using a CCD camera, the surface of a ceramic sheet that rises due to transmitted light or the area of foreign matter or scratches existing on the inside of a ceramic sheet is 0.1 mm 2 or more. A method for detecting the number is disclosed. However, a mere CCD camera does not provide sufficient information in the minute height (depth) direction of the sheet surface, which makes it difficult to satisfy the strict inspection standards required for electrolyte membranes for fuel cells. Yes.

また、特許文献2には、厚さが0.2mm程度のやわらかなグリーンシート表面に高さあるいは深さが5〜20μm、幅あるいは直径が0.1〜2mm程度のなだらかな傾斜を有しているすじ、ふくれ、凹み、ひび割れなどの微小な凹凸欠陥を光学的検査で検出する方法が開示されている。しかしながら、用いられている検出器は1次元的に検出するCCDリニアセンサであり、これは線状の像しか光電変換できないので急激な傾斜を有する上記欠陥や極微小な高さ(深さ)方向の欠陥(たとえば、マイクロクラック)などは十分な精度をもって検出できていない問題があった。   In Patent Document 2, a soft green sheet surface with a thickness of about 0.2 mm has a gentle slope with a height or depth of 5 to 20 μm and a width or diameter of about 0.1 to 2 mm. There is disclosed a method for detecting minute irregularities such as isuzu, blisters, dents and cracks by optical inspection. However, the detector used is a CCD linear sensor that detects in a one-dimensional manner, which can only photoelectrically convert a linear image, so that the above-mentioned defect having a steep inclination and a very small height (depth) direction. The defects (for example, microcracks) have not been detected with sufficient accuracy.

さらに、特許文献3には、SOFCの固体電解質膜用セラミックシートの検査方法として、シートの反りを三角測距式変位センサーで検出する工程、次いで、欠け、付着物、凹み、キズ、ヒビなどのシートの表面に存在する、および異物や気泡などのシート内部に存在する欠陥を、透過型光電センサーを用いて検出する工程、特に、透過型CCDラインセンサーと透過型レーザーセンサーの両方を組み合わせて用いる検出方法が開示されている。しかしながら、キズや凹みについてはシート深さ方向に30μm未満の微細なキズや凹みについては検出精度が十分とは必ずしも言えなかった。   Furthermore, in Patent Document 3, as a method of inspecting a ceramic sheet for a solid electrolyte membrane of SOFC, a step of detecting warpage of the sheet with a triangulation displacement sensor, then chipping, deposits, dents, scratches, cracks, etc. A process of detecting defects existing on the surface of the sheet and inside the sheet such as foreign matters and bubbles using a transmission type photoelectric sensor, in particular, using both a transmission type CCD line sensor and a transmission type laser sensor in combination. A detection method is disclosed. However, with respect to scratches and dents, detection accuracy is not necessarily sufficient for fine scratches and dents of less than 30 μm in the sheet depth direction.

再公表特許WO99/55639号公報Republished patent WO99 / 55639 特開平4−216904号公報JP-A-4-216904 特開2011−53190号公報JP 2011-53190 A

上述したように、シート表面の欠陥を検出するための技術としては様々なものが開発されている。しかし、例えば実用化が進みつつあるSOFCでは、より信頼性を高めるために、大量のセラミックシートに発現する様々な種類の表面欠陥を、より効率的かつより正確に検査できる方法が求められている。   As described above, various techniques for detecting defects on the sheet surface have been developed. However, for example, in an SOFC that is being put into practical use, in order to improve reliability, a method capable of more efficiently and accurately inspecting various types of surface defects appearing on a large amount of ceramic sheets is required. .

SOFCの固体電解質膜として利用するセラミックシートの場合は、特に、シート厚みが150μm以下の薄膜シートの場合は、シート表面に存在する、深さ30μm未満の微細なキズ、凹み等の欠陥が存在すると、これらの欠陥はセルが高温に晒された場合や高温と低温(室温)に繰り返し晒された場合に該欠陥を起点としてセル破損を引き起こし燃料電池の信頼性低下の原因となる。そのため、極微小な上記欠陥を検出し、当該欠陥の存在しないもしくは少ないシートを用いることが非常に重要となっている。   In the case of a ceramic sheet used as a solid electrolyte membrane of SOFC, particularly in the case of a thin film sheet having a sheet thickness of 150 μm or less, there are defects such as fine scratches and dents having a depth of less than 30 μm that are present on the sheet surface. These defects, when the cell is exposed to a high temperature or repeatedly exposed to a high temperature and a low temperature (room temperature), cause cell damage starting from the defect and cause a decrease in the reliability of the fuel cell. Therefore, it is very important to detect the extremely small defect and use a sheet having no or few such defects.

そこで本発明は、SOFCの固体電解質膜用セラミックシートの自動的な検査にも適用できるものであり、大量のセラミックシートからキズ、凹み等の欠陥を効率良く且つ正確に検出するための方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention is applicable to automatic inspection of ceramic sheets for SOFC solid electrolyte membranes, and provides a method for efficiently and accurately detecting defects such as scratches and dents from a large amount of ceramic sheets. The purpose is to do.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、3次元カメラを用いることによってシート表面に存在するより微小微細な深さ方向の3次元にわたるキズ、凹み等の欠陥を精度よく効率的に検出できることを見出して、本発明を完成した。   The inventors of the present invention have made extensive studies to solve the above problems. As a result, it has been found that by using a three-dimensional camera, defects such as scratches and dents in the three-dimensional depth of the finer depth existing on the sheet surface can be detected accurately and efficiently, and the present invention has been completed.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池の固体電解質膜用セラミックシートの検査方法は、該セラミックシートの欠陥を3次元カメラおよび透過型光電センサーを用いて検出する欠陥検出工程を含むことを特徴とする。本発明方法では、さらに、前記欠陥検出工程が、3次元カメラを用いて少なくとも表面に存在する欠陥を検出する工程と、透過型光電センサーを用いて少なくとも内部に存在する欠陥を検出する工程とを含むものであることが欠陥の検出精度を高く保つ上で好ましい。さらに、前記セラミックシートの反りを、三角測距式変位センサーを用いて検出する工程を含むことが好ましい。   A method for inspecting a ceramic sheet for a solid electrolyte membrane of a solid oxide fuel cell according to the present invention includes a defect detection step of detecting defects in the ceramic sheet using a three-dimensional camera and a transmission photoelectric sensor. To do. In the method of the present invention, the defect detection step further includes a step of detecting a defect existing at least on the surface using a three-dimensional camera, and a step of detecting a defect present at least inside using a transmission photoelectric sensor. It is preferable that it is included in order to keep the defect detection accuracy high. Furthermore, it is preferable to include a step of detecting the warpage of the ceramic sheet using a triangulation displacement sensor.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池の電解質膜用セラミックシートの製造方法は、固体酸化物形燃料電池の電解質膜用セラミック材料からなる粉末、溶媒およびバインダーを含むスラリー原料を混合してスラリーを調製する工程;得られたスラリーをフィルム上に塗工する工程;フィルム上に塗工されたスラリーを乾燥してグリーンシートとする工程;グリーンシートを焼成する工程;および得られたセラミックシートを上記本発明方法で検査する工程を含むことを特徴とする。   The method for producing a ceramic sheet for an electrolyte membrane of a solid oxide fuel cell according to the present invention comprises mixing a slurry raw material containing powder, a solvent and a binder made of a ceramic material for an electrolyte membrane of a solid oxide fuel cell. The step of preparing; the step of coating the obtained slurry on a film; the step of drying the slurry coated on the film to form a green sheet; the step of firing the green sheet; and the ceramic sheet obtained above It includes a step of inspecting by the method of the present invention.

本発明によれば、セラミックシート表面に存在する深さ方向のキズ、凹み等の欠陥を、たとえその量がわずかであっても、また、欠陥が微小微細なものであっても、効率良く且つ正確に検査することができるので、大量のセラミックシートの検査を自動的に実施することも可能になる。また、当該検査方法を適用すれば、セラミックシートのより効率的な製造が可能になる。よって本発明方法は、SOFCの電解質膜などに利用できるセラミックシートの検査に適用でき得るものとして、産業上非常に有用である。   According to the present invention, defects such as flaws and dents in the depth direction existing on the surface of the ceramic sheet can be efficiently obtained even if the amount of the defects is small or the defects are minute and fine. Since the inspection can be performed accurately, a large amount of ceramic sheets can be automatically inspected. Moreover, if the said inspection method is applied, a more efficient manufacture of a ceramic sheet | seat will be attained. Therefore, the method of the present invention is very useful industrially as it can be applied to inspection of ceramic sheets that can be used for SOFC electrolyte membranes.

本発明に係るセラミックシートの検査方法を実施するための装置の概略図である。It is the schematic of the apparatus for enforcing the inspection method of the ceramic sheet which concerns on this invention. 従来のセラミックシートの検査方法を実施するための装置の概略図である。It is the schematic of the apparatus for enforcing the inspection method of the conventional ceramic sheet.

本発明方法の検査対象であるセラミックシートは、SOFCの電解質膜用セラミックシートである。検査対象であるセラミックシートの大きさなどは特に制限されない。検査対象であるセラミックシートは、好ましくは、以下のとおり作製することができる。
(1)スラリー調製工程
先ず、セラミック粉末、溶媒およびバインダーを含むスラリー原料を混合してスラリーを調製する。
The ceramic sheet to be inspected by the method of the present invention is a ceramic sheet for an electrolyte membrane of SOFC. The size of the ceramic sheet to be inspected is not particularly limited. The ceramic sheet to be inspected can be preferably manufactured as follows.
(1) Slurry preparation process First, the slurry raw material containing a ceramic powder, a solvent, and a binder is mixed and a slurry is prepared.

SOFCの電解質膜用セラミックシートの主要素材となるセラミック粉末としては、ジルコニア系粉末、セリア系粉末、ランタンガレート系粉末、およびこれら二種以上からなる複合粉末などを挙げることができる。   Examples of the ceramic powder that is the main material of the SOFC electrolyte membrane ceramic sheet include zirconia powder, ceria powder, lanthanum gallate powder, and composite powders of two or more of these.

ジルコニア系粉末としては、例えば、MgO、CaO、SrO、BaOなどのアルカリ土類金属の酸化物、Sc23、Y23、La23、CeO2、Pr23、Nd23、Sm23、Eu23、Gd23、Tb23、Dy23、Ho23、Er23、Yb23など希土類元素の酸化物、Bi23、In23などその他の金属の酸化物などが一種または二種以上、安定化剤として固溶しているジルコニアからなる粉末、さらに、Al23、TiO2、Ta25、Nb25などが分散強化剤として添加された複合ジルコニアからなる粉末などを例示することができる。上記の中でも、より高度な熱的特性、機械的特性、化学的特性および酸素イオン導電特性を有するジルコニア系粉末として、スカンジア、イットリア、セリアから選択される少なくとも一種の酸化物で安定化されたものであり、結晶構造が正方晶の部分安定化ジルコニアや立方晶の完全安定化ジルコニアからなる粉末がさらに好ましく、4〜12モル%のスカンジア粉末、8〜11モル%のスカンジアと0.5〜2モル%のセリア、または3〜10モル%のイットリアで安定化されたジルコニアからなる粉末が特に好ましい。 Examples of the zirconia powder include oxides of alkaline earth metals such as MgO, CaO, SrO, and BaO, Sc 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 , CeO 2 , Pr 2 O 3 , and Nd 2. Oxides of rare earth elements such as O 3 , Sm 2 O 3 , Eu 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Tb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Ho 2 O 3 , Er 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Bi Powders made of zirconia in which one or more oxides of other metals such as 2 O 3 and In 2 O 3 are dissolved as a stabilizer, and further Al 2 O 3 , TiO 2 , Ta 2 O 5 and a powder made of composite zirconia to which Nb 2 O 5 or the like is added as a dispersion strengthening agent. Among the above, zirconia-based powders having higher thermal characteristics, mechanical characteristics, chemical characteristics, and oxygen ion conductivity characteristics, stabilized with at least one oxide selected from scandia, yttria, and ceria More preferably, the powder is composed of partially stabilized zirconia having a tetragonal crystal structure or completely stabilized zirconia having a cubic crystal structure, 4 to 12 mol% scandia powder, 8 to 11 mol% scandia and 0.5 to 2 Particular preference is given to powders consisting of zirconia stabilized with mol% ceria or 3 to 10 mol% yttria.

セリア系粉末としては、例えば、Y、Sm、Gd、Nd、Pr、Sc、Gaからなる群より選択される1種または2種以上の金属元素がドープされたセリア、より具体的には、Ce1-xx2-y(式中、MはY、Sm、Gd、Nd、Pr、Sc、Gaからなる群より選択される1種または2種以上の金属元素を示し;0.05≦x≦0.4であり且つ0≦y<0.5である)で表されるセリア系材料からなる粉末を挙げることができる。セリア系粉末としては、特にY、SmおよびGdからなる群から選択される少なくとも1種がドープされ、ドープされたY,SmおよびGdの合計量が10〜30モル%の範囲であるセリア系材料、即ち、上記式においてMがY、SmおよびGdからなる群から選択される少なくとも1種であり且つ0.10≦x≦0.30であるセリア系材料からなる粉末が好ましい。さらに、Smおよび/またはGdが15〜25モル%ドープされたセリア系材料、即ち、上記式においてMがSmおよび/またはGdであり且つ0.15≦x≦0.25であるセリア系材料からなる粉末がより好ましい。 Examples of the ceria-based powder include ceria doped with one or more metal elements selected from the group consisting of Y, Sm, Gd, Nd, Pr, Sc, and Ga, and more specifically, Ce. 1-x M x O 2-y (wherein M represents one or more metal elements selected from the group consisting of Y, Sm, Gd, Nd, Pr, Sc, Ga; 0.05 ≦ x ≦ 0.4 and 0 ≦ y <0.5)). As the ceria-based powder, a ceria-based material in which at least one selected from the group consisting of Y, Sm and Gd is doped, and the total amount of doped Y, Sm and Gd is in the range of 10 to 30 mol% That is, a powder made of a ceria material in which M is at least one selected from the group consisting of Y, Sm and Gd and 0.10 ≦ x ≦ 0.30 in the above formula is preferable. Further, from a ceria-based material doped with 15 to 25 mol% of Sm and / or Gd, that is, a ceria-based material where M is Sm and / or Gd and 0.15 ≦ x ≦ 0.25 in the above formula. More preferred is a powder.

ランタンガレート系粉末としては、LaGaO3ペロブスカイトを基本構造とし、そのLaやGaの一部が、Sr、Ca、Ba、Mg、In、Co、Fe、Ni、Cuなどで置換された、La1-xSrxGa1-yMgy3-δ、La1-xSrxGa1-yMgyCoz3-δ、La1-xSrxGa1-yFey3-δ、La1-xSrxGa1-yNiy3-δ(式中、0<x≦0.2、0<y≦0.2、0<z≦0.1であり;δは酸素欠損量を示す)で表されるランタンガレート系材料からなる粉末が、高い酸素イオン伝導性を示すことから好ましい。 As the lanthanum gallate-based powder, La GaO 3 perovskite has a basic structure, and La 1− is partially substituted with Sr, Ca, Ba, Mg, In, Co, Fe, Ni, Cu, and the like. x Sr x Ga 1-y Mg y O 3-δ, La 1-x Sr x Ga 1-y Mg y Co z O 3-δ, La 1-x Sr x Ga 1-y Fe y O 3-δ, La 1-x Sr x Ga 1-y Ni y O 3−δ (where 0 <x ≦ 0.2, 0 <y ≦ 0.2, 0 <z ≦ 0.1; δ is oxygen deficiency) Is preferred because it exhibits high oxygen ion conductivity.

スラリー用の溶媒としては、例えば、水;メタノール、エタノール、2−プロパノール、1−ブタノール、1−ヘキサノールなどのアルコール;変性アルコール;アセトン、2−ブタノン、メチルエチルケトンなどのケトン;ペンタン、ヘキサン、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどの芳香族炭化水素;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチルなどの酢酸エステルなどを挙げることができる。これら溶媒は、一種のみを用いてもよいし、二種以上を混合して用いてもよい。溶媒の使用量は、スラリーをシート状に成形する際において、その粘度が成形に適したものとなるように調整することが好ましい。   Examples of the solvent for the slurry include water; alcohols such as methanol, ethanol, 2-propanol, 1-butanol, and 1-hexanol; modified alcohols; ketones such as acetone, 2-butanone, and methyl ethyl ketone; pentane, hexane, heptane, and the like. Aliphatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, and ethylbenzene; and acetates such as methyl acetate, ethyl acetate, and butyl acetate. These solvents may be used alone or in combination of two or more. The amount of the solvent used is preferably adjusted so that the viscosity is suitable for molding when the slurry is molded into a sheet.

スラリーに添加するバインダーの種類に制限はなく、公知の有機バインダーを適宜選択して使用できる。バインダーとしては、例えば、エチレン系共重合体、スチレン系共重合体、アクリレート系共重合体、メタクリレート系共重合体、ビニルブチラール系樹脂、ビニルアセタール系樹脂、ビニルホルマール系樹脂、ビニルアルコール系樹脂、エチルセルロースなどのセルロース類が挙げられる。   There is no restriction | limiting in the kind of binder added to a slurry, A well-known organic binder can be selected suitably and can be used. Examples of the binder include ethylene copolymers, styrene copolymers, acrylate copolymers, methacrylate copolymers, vinyl butyral resins, vinyl acetal resins, vinyl formal resins, vinyl alcohol resins, Examples include celluloses such as ethyl cellulose.

スラリーには、上記セラミック粉末、溶媒およびバインダーの他、必要に応じて可塑剤や分散剤などを添加してもよい。可塑剤としては、例えば、フタル酸ジブチルやフタル酸ジオクチルなどのフタル酸エステル類;プロピレングリコールなどのグリコール類;グリコールエーテル類;ポリエチレングリコール誘導体などが挙げられる。分散剤としては、例えば、ポリアクリル酸やポリアクリル酸アンモニウムなどの高分子電解質;クエン酸や酒石酸などの有機酸;イソブチレンまたはスチレンと無水マレイン酸との共重合体;当該重合体のアンモニウム塩やアミン塩;グリセリンやソルビタンなどのポリアルコールのエステル;ポリエーテルやポリアルコール;アミンなどを挙げることができる。   In addition to the ceramic powder, the solvent and the binder, a plasticizer or a dispersant may be added to the slurry as necessary. Examples of the plasticizer include phthalic acid esters such as dibutyl phthalate and dioctyl phthalate; glycols such as propylene glycol; glycol ethers; polyethylene glycol derivatives and the like. Examples of the dispersant include polyelectrolytes such as polyacrylic acid and ammonium polyacrylate; organic acids such as citric acid and tartaric acid; copolymers of isobutylene or styrene and maleic anhydride; ammonium salts of the polymer; Examples include amine salts; esters of polyalcohols such as glycerin and sorbitan; polyethers and polyalcohols; amines.

本発明のスラリー調製工程では、上記各成分を適量混合することによりスラリーとする。その際、セラミック粉末の解砕や各成分の均一混合のため、ボールミルやビーズミルなどを使用してミリングしてもよい。混合するに当たっては、各成分の添加の順序は特に制限されない。
(2)スラリー塗工工程と乾燥工程
次に、上記スラリーをフィルム上に連続的に塗工し、その後に乾燥し、長尺のグリーンテープとする。
In the slurry preparation step of the present invention, a slurry is prepared by mixing appropriate amounts of the above components. At that time, milling may be performed using a ball mill, a bead mill or the like in order to disintegrate the ceramic powder and to uniformly mix the components. In mixing, the order of addition of each component is not particularly limited.
(2) Slurry coating process and drying process Next, the slurry is continuously coated on a film and then dried to obtain a long green tape.

塗工方法は特に制限されず、ドクターブレード法や押出成形法などを用いることができるが、ドクターブレード法が好適である。   The coating method is not particularly limited, and a doctor blade method, an extrusion method, or the like can be used, but the doctor blade method is preferable.

乾燥条件は特に制限されず、使用した溶媒などに応じて適宜調整すればよい。また、作製すべきグリーンテープの厚さは、目的とするセラミックシートの厚さに応じて調整すればよいが、通常、50μm以上、500μm以下とすることができる。   Drying conditions are not particularly limited, and may be appropriately adjusted according to the solvent used. The thickness of the green tape to be produced may be adjusted according to the target thickness of the ceramic sheet, but can usually be 50 μm or more and 500 μm or less.

得られたグリーンテープは、切断用金型やトムソン刃などを用いた任意の方法により、円形、楕円形、正方形などの角形、Rを有する角形など、所望の形状に切断してグリーンシートとする。また、円形、楕円形、正方形などの角形、Rを有する角形などの穴を一つまたは二つ以上形成してもよい。また、必要に応じて、グリーンシートの表面を、Raで0.1μm以上、3μm以下に粗化してもよい。
(3)焼成工程
次に、得られたグリーンシートを焼成することにより、脱脂および焼結してセラミックシートとする。具体的な焼成条件は特に制限されず、常法によればよい。
The obtained green tape is cut into a desired shape such as a round shape, an oval shape, a square shape such as a square, or a square shape having R by an arbitrary method using a cutting die, a Thomson blade, or the like to obtain a green sheet. . Further, one or more holes such as a circle, an ellipse, a square such as a square, and a square having an R may be formed. Moreover, you may roughen the surface of a green sheet to 0.1 micrometer or more and 3 micrometers or less by Ra as needed.
(3) Firing step Next, the obtained green sheet is fired to degrease and sinter it into a ceramic sheet. Specific firing conditions are not particularly limited, and may be based on a conventional method.

例えば、グリーンシートからバインダーや可塑剤などの有機成分を除去するために、150℃以上、600℃以下の温度範囲で、より好ましくは250℃以上、500℃以下の温度範囲で5時間以上、80時間以下加熱することにより脱脂する。次いで、1300℃以上、1800℃以下の温度範囲、より好ましくは1300℃以上、1600℃以下の温度範囲で2時間以上、10時間以下保持し、焼結することによりセラミックシートを得る。特に、ジルコニア系グリーンシートは、空気雰囲気下、1350℃以上、1500℃以下の温度範囲で焼成することが好ましい。   For example, in order to remove organic components such as a binder and a plasticizer from the green sheet, the temperature ranges from 150 ° C. to 600 ° C., more preferably from 250 ° C. to 500 ° C. for 5 hours or more, 80 Degrease by heating for less than an hour. Next, a ceramic sheet is obtained by holding and sintering in a temperature range of 1300 ° C. or more and 1800 ° C. or less, more preferably 1300 ° C. or more and 1600 ° C. or less for 2 hours or more and 10 hours or less. In particular, the zirconia green sheet is preferably fired in an air atmosphere at a temperature range of 1350 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower.

本発明に係るジルコニア系シート、セリア系シートおよびランタンガレート系シートは、それぞれ上記スラリー調製工程で用いたジルコニア系粉末、セリア系粉末およびランタンガレート系粉末を材料とするものである。   The zirconia sheet, ceria sheet, and lanthanum gallate sheet according to the present invention are made of the zirconia powder, ceria powder, and lanthanum gallate powder used in the slurry preparation step, respectively.

上記工程を経て作製されたセラミックシートの形状は特に制限されず、例えば、円形、楕円形、正方形などの角形、Rを有する角形などのいずれでもよく、また、シート内に、円形、楕円形、正方形などの角形、Rを有する角形などの穴を一つまたは二つ以上有するものであってもよい。   The shape of the ceramic sheet produced through the above process is not particularly limited, and may be, for example, a circle, an ellipse, a square such as a square, a square having R, or the like. It may have one or more holes such as a square such as a square or a square having R.

セラミックシートの平面面積は、特に限定されないが、例えば1cm2以上、1000cm2以下とすることができ、30cm2以上、800cm2以下がより好ましく、50cm2以上、600cm2以下がさらに好ましい。なお、上記平面面積とは、シート内に穴が形成されている場合は、穴の面積を含む総面積を意味するものとする。 Plane area of the ceramic sheet is not particularly limited, for example, 1 cm 2 or more, it can be 1000 cm 2 or less, 30 cm 2 or more, more preferably 800 cm 2 or less, 50 cm 2 or more, 600 cm 2 or less is more preferred. In addition, the said planar area shall mean the total area including the area of a hole, when the hole is formed in the sheet | seat.

セラミックシートの厚さも特に制限されないが、例えば50μm以上、300μm以下とすることができ、250μm以下がより好ましく、200μm以下がさらに好ましい。特に、本発明の検査方法で検出することができる、表面のキズ、凹み等の微細な欠陥がシート強度に大きな影響を与えることは前述したが、その影響が顕著となる観点から、厚さが150μm以下、特に、120μm以下のセラミックシートにおいては本発明の検査方法は特に有用である。
本発明の固体酸化物形燃料電池の電解質膜用セラミックシートの製造方法は、上述した作製方法によりセラミックシートを作製する工程、該工程で得られたセラミックスシートの欠陥を3次元カメラおよび透過型光電センサーを用いて検出する欠陥検出工程を含む製造方法である。
すなわち、該製造方法は、固体酸化物形燃料電池の電解質膜用セラミック材料からなる粉末、溶媒およびバインダーを含むスラリー原料を混合してスラリーを調製する工程;得られたスラリーをフィルム上に塗工する工程;フィルム上に塗工されたスラリーを乾燥してグリーンシートとする工程;グリーンシートを焼成する工程;および得られたセラミックシートの欠陥を3次元カメラおよび透過型光電センサーを用いて検出する欠陥検出工程;を含むことを特徴とするセラミックシートの製造方法である。
The thickness of the ceramic sheet is not particularly limited, but may be, for example, 50 μm or more and 300 μm or less, more preferably 250 μm or less, and further preferably 200 μm or less. In particular, as described above, fine defects such as scratches and dents on the surface, which can be detected by the inspection method of the present invention, have a large effect on the sheet strength. The inspection method of the present invention is particularly useful for ceramic sheets of 150 μm or less, particularly 120 μm or less.
The method for producing a ceramic sheet for an electrolyte membrane of a solid oxide fuel cell according to the present invention comprises a step of producing a ceramic sheet by the above-mentioned production method, a defect of the ceramic sheet obtained in the step, a three-dimensional camera and a transmission type photoelectric cell. It is a manufacturing method including the defect detection process detected using a sensor.
That is, the manufacturing method comprises a step of preparing a slurry by mixing a slurry material containing a powder made of a ceramic material for an electrolyte membrane of a solid oxide fuel cell, a solvent, and a binder; and coating the obtained slurry on a film A step of drying the slurry coated on the film to form a green sheet; a step of firing the green sheet; and detecting defects in the obtained ceramic sheet using a three-dimensional camera and a transmission photoelectric sensor A method for producing a ceramic sheet comprising a defect detection step.

以下に、本発明に係る検査方法を説明する。   The inspection method according to the present invention will be described below.

本発明の検査方法で、検出対象となる欠陥としては、セラミックシートの表面に存在する欠陥とセラミックシートの内部に存在する欠陥とがある。セラミックシート表面に存在する欠陥としては、例えば、キズ、凹み、欠け、ヒビ、突起、異物、気泡などがある。
以下の説明において、単にシートという場合は、本発明の検査対象となるセラミックシートを意味するものとする。シート内部に存在する欠陥としては、異物や気泡などがある。これら欠陥は、セラミックシートの強度を低下させる他、燃料電池の電解質膜用セラミックシートの場合では、酸素イオン伝導性などの特性を貶める原因となる。
In the inspection method of the present invention, the defect to be detected includes a defect present on the surface of the ceramic sheet and a defect present inside the ceramic sheet. Examples of defects present on the surface of the ceramic sheet include scratches, dents, chips, cracks, protrusions, foreign matter, and bubbles.
In the following description, a simple sheet means a ceramic sheet to be inspected according to the present invention. Defects present inside the sheet include foreign matter and bubbles. These defects reduce the strength of the ceramic sheet, and in the case of a ceramic sheet for an electrolyte membrane of a fuel cell, cause defects in characteristics such as oxygen ion conductivity.

キズは、シート表面の比較的細長いスジ状の窪みであり、通常、シートを前駆体であるグリーンシートから作製する過程、具体的にはグリーンシートの乾燥時、焼成時、焼結時において、前駆体であるグリーンシートやその脱脂体がセッターやスペーサーと接触しながら収縮することにより生じる。凹みはシート表面にできた窪みであり、円形や楕円形など幅を有する。欠けはシート端面の欠損であり、他の物体との衝突や焼成時の熱収縮などによる剥がれが原因であると考えられる。ヒビは、シートの乾燥時、焼成時、焼結時に生じる割れであり、形状としてはスジ状や点状となる。   Scratches are comparatively elongated streak-like depressions on the surface of the sheet. Usually, the process of producing a sheet from a green sheet as a precursor, specifically, when the green sheet is dried, fired, or sintered, is a precursor. This occurs when the body green sheet and its degreased body contract while contacting the setter and spacer. A dent is a dent made on the sheet surface and has a width such as a circle or an ellipse. The chipping is a chipping of the sheet end surface, which is considered to be caused by a collision with another object or peeling due to heat shrinkage during firing. Cracks are cracks that occur during drying, firing, and sintering of the sheet, and are shaped like streaks or dots.

突起はシートの表面から突き出た比較的微小なふくれである。異物は、外部から混入したホコリ、サビ、毛髪などであり、後述するシート表面の清浄によっても除去できないものである。気泡は、グリーンシートを調製するために用いるスラリーの脱気不足により生じるものであり、シート内部に内包された空気が存在する空間である。   The protrusion is a relatively small bulge protruding from the surface of the sheet. The foreign matter is dust, rust, hair or the like mixed from the outside and cannot be removed even by cleaning the sheet surface described later. The bubbles are generated due to insufficient deaeration of the slurry used for preparing the green sheet, and are spaces in which air contained inside the sheet exists.

これら欠陥の中で、キズ、凹みは、従来の検査方法、たとえば特許文献3に記載の透過型光電センサーによる検査方法を用いた場合、たとえ透過型レーザーセンサーを用いても深さ分解能は30μmが限界であるため、深さが30μm未満の微小なキズ、凹みを検出できなかった。その為、従来の検査方法で合格したセラミックシートにスクリーン印刷により電極形成する際に、印刷速度を高くした場合など、シートの割れが発生する場合があった。このような問題は、厚みの薄いセラミックシートを用いるほど起り易く、特に厚みが150μm以下のセラミックシートを用いた場合には顕著であった。本発明の三次元カメラを用いて検査すると高さ検出能力が数μm以下にすることが可能となるため、上記のような割れ問題の発生は抑制され、厚みが150μm以下のセラミックシートを用いても高い生産性と歩留まりを達成できることとなった。   Among these defects, scratches and dents, when using a conventional inspection method, for example, an inspection method using a transmission photoelectric sensor described in Patent Document 3, has a depth resolution of 30 μm even if a transmission laser sensor is used. Due to the limit, it was not possible to detect minute scratches or dents having a depth of less than 30 μm. For this reason, when electrodes are formed by screen printing on a ceramic sheet that has passed the conventional inspection method, cracking of the sheet may occur, for example, when the printing speed is increased. Such a problem is more likely to occur as the ceramic sheet with a smaller thickness is used, and is particularly noticeable when a ceramic sheet with a thickness of 150 μm or less is used. When the inspection using the three-dimensional camera of the present invention is performed, the height detection capability can be reduced to several μm or less, so that the occurrence of the cracking problem as described above is suppressed, and a ceramic sheet having a thickness of 150 μm or less is used. High productivity and yield can be achieved.

ここで、3次元カメラとは、3次元ディスプレイに表示するための3次元的に被検査体を撮影するために用いるカメラのことである。なお本明細書においては3次元を3D、3次元カメラを3Dカメラということがある。構成は、たとえばレーザー光やLED光を光源とし、この光をセラミックシートに斜めから入射して、反射光の直線度からシート表面の3D形状を計測するもので、3DカメラのセンサーにはCCDやCMOSが用いられ、超音波方式、光切断方式、パターン投影式、ホリグラフィック等の解析方法で3D画像処理を行って3D形状を認識し、キズ、凹みの深さによる判定が行える。   Here, the three-dimensional camera is a camera used for photographing a subject to be examined three-dimensionally for display on a three-dimensional display. In the present specification, a three-dimensional camera may be referred to as a 3D camera and a three-dimensional camera as a 3D camera. The configuration is such that, for example, laser light or LED light is used as a light source, this light is incident on the ceramic sheet obliquely, and the 3D shape of the surface of the sheet is measured from the straightness of the reflected light. CMOS is used, 3D image processing is performed by an analysis method such as an ultrasonic method, a light cutting method, a pattern projection method, or a holographic method to recognize a 3D shape, and determination based on the depth of a flaw or a dent can be performed.

上記のキズ、凹み以外の欠陥は、セラミックシートに対する照射光量と透過光の量との差から欠陥を検出する透過型光電センサーを用いて、セラミックシートの表面および/または内部に存在する欠陥を検出する。具体的には、たとえば、欠け・異物等はCCDラインセンサーで、突起・ヒビ・気泡等はレーザーセンサーで検出される。   Defects other than the scratches and dents described above are detected on the surface and / or inside of the ceramic sheet using a transmission type photoelectric sensor that detects the defect from the difference between the amount of light applied to the ceramic sheet and the amount of transmitted light. To do. Specifically, for example, chipping / foreign matter is detected by a CCD line sensor, and protrusions / cracks / bubbles are detected by a laser sensor.

上記で用いる光電センサーは、少なくとも投光器と受光器を有し、セラミックシートに対する照射光量と透過光の量との差から欠陥を検出するものである。光電センサーの投光器からセラミックシートへ光を照射し、その透過光の量を受光器で測定するが、照射光の経路上に欠陥が存在すると、光はその位置で散乱する。その結果、透過光の量を測定する場合には、欠陥が無いときに比べて測定光量が低下することになる。但し、透過光の量を測定する場合、異物が存在すると透過光が遮断されるので、光電センサーは、測定光量によりセラミックシートの表面および/または内部における欠陥の有無を検知することができる。   The photoelectric sensor used above has at least a projector and a light receiver, and detects a defect from the difference between the amount of light irradiated to the ceramic sheet and the amount of transmitted light. The ceramic sheet is irradiated with light from the light projector of the photoelectric sensor, and the amount of transmitted light is measured by the light receiver. If there is a defect on the path of the irradiated light, the light is scattered at that position. As a result, when measuring the amount of transmitted light, the amount of light to be measured is lower than when there is no defect. However, when the amount of transmitted light is measured, the transmitted light is blocked when there is a foreign substance, so that the photoelectric sensor can detect the presence or absence of defects on the surface and / or inside of the ceramic sheet based on the measured light amount.

光電センサーの光源としては、LEDを光源とするものや、レーザーを光源とするものがある。一般的に、LEDを光源とする光電センサーは分解能が高く、例えば青色光を用いることにより検出し難い茶色の付着物や異物を検出することができる。レーザーを光源とする光電センサーは、例えばレーザー光を幅方向に照射することにより、広い範囲を効率的に検査できる。   As a light source of a photoelectric sensor, there are one using an LED as a light source and one using a laser as a light source. In general, a photoelectric sensor using an LED as a light source has high resolution, and for example, it is possible to detect brown deposits and foreign matters that are difficult to detect by using blue light. A photoelectric sensor using a laser as a light source can efficiently inspect a wide range by, for example, irradiating laser light in the width direction.

LEDを光源とする光電センサーとしては、透過型CCDラインセンサーを挙げることができる。透過型CCDラインセンサーとしては、例えば、420nm以上、470nm以下の範囲の波長、より好ましくは波長が450nm程度の青色のLEDを光源とし、その透過光をCCDカメラで受光し、その光量を測定できるものを用いることができる。CCDカメラは、受けた光の強弱を電気信号に変換する半導体素子であるフォトダイオードで構成されるカメラであり、14μm以上の大きさの欠陥であれば検出することができる。異物としては、直径が200μm以下、より好ましくは170μm以下のものを好適に検出でき、欠けとしては、平面面積が0.025mm2以上、2.25mm2以下、より好ましくは0.0625mm2以上、1.0mm2以下のものを好適に検出できる。シート内部に存在する異物の検出漏れを抑制するために、セラミックシートの一方の面を測定後、シートを反転させて他方の面から再度測定することが好ましい。 An example of a photoelectric sensor using an LED as a light source is a transmissive CCD line sensor. As a transmissive CCD line sensor, for example, a blue LED having a wavelength in the range of 420 nm or more and 470 nm or less, more preferably, a wavelength of about 450 nm is used as a light source, and the transmitted light is received by a CCD camera, and the amount of light can be measured. Things can be used. The CCD camera is a camera composed of a photodiode which is a semiconductor element that converts the intensity of received light into an electric signal, and can detect a defect having a size of 14 μm or more. The foreign matter, diameter 200μm or less, more preferably be suitably detect the following 170 [mu] m, as the chipping, the plane area of 0.025 mm 2 or more, 2.25 mm 2 or less, more preferably 0.0625 mm 2 or more, Those of 1.0 mm 2 or less can be suitably detected. In order to suppress the detection leakage of the foreign matter existing inside the sheet, it is preferable to measure one surface of the ceramic sheet, then reverse the sheet and measure again from the other surface.

レーザーを光源とする光電センサーとしては、例えば、波長660nm程度の赤色可視光など650nm以上、780nm以下程度の範囲の波長のレーザー光を光源とし、セラミックシートを透過した光を光電子倍増管で受光できるものを用いることができる。より具体的には、レーザー投光器、受光器、受光信号を画像処理するコントロールユニット、コントロールユニットからの画像信号を欠陥ビューとして処理する画像処理コンピュータなどから構成される。ヒビとしては、長さが11μm以上、より好ましくは30μm以上、さらに好ましくは40μm以上、特に好ましくは50μm以上のものを好適に測定できる。気泡としては、直径が15μm以上、より好ましくは30μm以上、さらに好ましくは50μm以上、特に好ましくは100μm以上のものを好適に測定できる。透過型CCDラインセンサーを用いる場合と同様に、透過型レーザーセンサーの場合でも、シート内部に存在する異物の検出漏れを抑制するために、セラミックシートの一方の面を測定後、シートを反転させて他方の面から再度測定することが好ましい。例えば、セラミックシートの一方の面を透過型CCDラインセンサーと透過型レーザーセンサーで連続的に検査した後、セラミックシートを反転させ、他方の面を再び透過型CCDラインセンサーと透過型レーザーセンサーで連続的に検査する態様は特に好ましい。また、透光器と受光器を上下に設置して、セラミックシートを反転させずに測定する方法も可能である。   As a photoelectric sensor using a laser as a light source, for example, a laser beam having a wavelength in the range of about 650 nm or more and about 780 nm or less, such as red visible light having a wavelength of about 660 nm, can be received by a photomultiplier tube. Things can be used. More specifically, it includes a laser projector, a light receiver, a control unit that performs image processing on a received light signal, an image processing computer that processes an image signal from the control unit as a defect view, and the like. As the crack, those having a length of 11 μm or more, more preferably 30 μm or more, further preferably 40 μm or more, and particularly preferably 50 μm or more can be suitably measured. As the bubbles, those having a diameter of 15 μm or more, more preferably 30 μm or more, further preferably 50 μm or more, and particularly preferably 100 μm or more can be suitably measured. Similar to the case of using a transmission type CCD line sensor, even in the case of a transmission type laser sensor, in order to suppress detection leakage of foreign substances existing inside the sheet, after measuring one surface of the ceramic sheet, the sheet is inverted. It is preferable to measure again from the other side. For example, after one surface of a ceramic sheet is continuously inspected with a transmission CCD line sensor and a transmission laser sensor, the ceramic sheet is inverted, and the other surface is again connected with a transmission CCD line sensor and a transmission laser sensor. The mode of inspecting automatically is particularly preferable. In addition, a method in which a translucent device and a light receiving device are installed up and down and measurement is performed without inverting the ceramic sheet is also possible.

上述した欠陥以外に、セラミックシートには反りが存在することがある。反りが存在すると、後術するように高速条件下での上記欠陥検出精度を低下させる原因となるため、上記欠陥検査に加えて、反りの有無について検査を行うことが好ましく、上記欠陥検査に先だって行うことがより好ましい。   In addition to the defects described above, the ceramic sheet may be warped. If there is a warp, it will cause a decrease in the accuracy of defect detection under high-speed conditions as will be performed later, so in addition to the above defect inspection, it is preferable to inspect for the presence of warp, prior to the above defect inspection More preferably.

セラミックシートの反りとは、グリーンシートの焼成により発生する、少なくともシートの一辺に及ぶ比較的広範囲の厚さ方向の反りである。かかる反りとしては、例えば、シートの一方の面が全面にわたって凹状、他方の面が全面にわたって凸状となる変形(いわゆる反り)、シートの周縁から約3mm幅で発生するシート端面部が反り上がる変形(いわゆるバリ)、シートの一方の面に山脈状の凸部が発生する変形(いわゆる隆起)、シートの両面にわたって連続的に山脈部と谷部が発生する変形(いわゆるウネリ)がある。   The warpage of the ceramic sheet is a warpage in a relatively wide range of thickness direction that occurs at least on one side of the sheet, which occurs due to firing of the green sheet. Examples of such warpage include a deformation in which one surface of the sheet is concave over the entire surface and the other surface is convex over the entire surface (so-called warpage), or a deformation in which the sheet end surface is generated with a width of about 3 mm from the periphery of the sheet. (A so-called burr), a deformation in which a mountain-shaped convex portion is generated on one side of the sheet (so-called uplift), and a deformation in which a mountain range and a valley are continuously generated on both sides of the sheet (so-called undulation).

セラミックシートの反りの検出には、高精度であり、小面積箇所の測定に適し、セラミックシートの検査への適性を有し、測定範囲が広く、特に反りなど厚さ方向の欠陥の検出能に優れることから三角測距式変位センサーを用いることが好ましい。   Ceramic sheet warpage is highly accurate, suitable for measuring small areas, suitable for inspection of ceramic sheets, has a wide measuring range, especially for detecting defects in the thickness direction such as warpage. Since it is excellent, it is preferable to use a triangulation type displacement sensor.

セラミックシート表面に存在する反りはシート周縁部に比較的広範囲の変形(バリ)が存在するので、三角測距式変位センサーを複数個用いることが好ましい。三角測距式変位センサーで利用される光はスポット光であり、広い範囲を一度に検査できるものではないが、三角測距式変位センサーを複数個用いることにより、比較的広い範囲の欠陥である反りを隈なく効率的に精度よく検出できるようになる。特に、シート端部における反りは微小であるため、分解能が0.1μm以下で、ビームを絞ることができ、5μm程度の微小変位を正確に測定する必要があるが、3次元カメラや透過型光電センサーでは三角測距式変位センサーと同等の精度で反りを検出することは困難であり、燃料電池用の電解質シートの反りを測定するには適していない。   Since warpage existing on the surface of the ceramic sheet has a relatively wide range of deformation (burrs) at the peripheral edge of the sheet, it is preferable to use a plurality of triangulation displacement sensors. The light used in the triangulation displacement sensor is spot light and cannot be inspected over a wide range at once, but it is a relatively wide range of defects by using multiple triangulation displacement sensors. It becomes possible to detect warpage efficiently and accurately. In particular, since the warpage at the edge of the sheet is very small, the resolution is 0.1 μm or less, the beam can be narrowed down, and it is necessary to accurately measure a minute displacement of about 5 μm. It is difficult for a sensor to detect warpage with the same accuracy as a triangulation displacement sensor, and it is not suitable for measuring warpage of an electrolyte sheet for a fuel cell.

三角測距式変位センサーは、例えば、投光器、受光器、受光信号を画像処理するコントロールユニット、コントロールユニットからの画像信号を欠陥ビューとして処理する画像処理コンピュータなどから構成される。三角測距式変位センサーは、投光器からセラミックシートへ光を照射してその反射光を受光器で検出し、三角測量法によりセラミックシートの高さ方向の変位を検出し、厚さ方向の変形を検出するものである。   The triangulation distance displacement sensor includes, for example, a projector, a light receiver, a control unit that performs image processing on a light reception signal, an image processing computer that processes an image signal from the control unit as a defect view, and the like. The triangulation type displacement sensor irradiates the ceramic sheet with light from the projector and detects the reflected light with a light receiver, detects the displacement of the ceramic sheet in the height direction by triangulation, and deforms in the thickness direction. It is to detect.

三角測距式変位センサーでは、投光器から発せられる光の角度は決まっている。また、受光器では、セラミックシートからの反射光が受光レンズにより一次元の位置検出素子上に集光される。セラミックシートにおける照射光の反射位置が変化すれば、位置検出素子上の結像位置が異なり、位置検出素子の出力バランスが変化するので、変化前と変化後における出力をそれぞれA、Bとすると、A/(A+B)が演算され、適当なスパン係数kとオフセットCにより変位量=[A×k/(A+B)+C]を求めることができる。かかる結果より、受けた反射光の角度を測定することができ、さらに受光器における受光位置と投光器との距離と角度は計算できる。よって、一辺とその両端の角が決まるため、セラミックシートへの照射光の照射位置、即ちセラミックシートの高さを測定することができる。   In the triangulation-type displacement sensor, the angle of light emitted from the projector is fixed. In the light receiver, the reflected light from the ceramic sheet is collected on the one-dimensional position detection element by the light receiving lens. If the reflection position of the irradiation light on the ceramic sheet changes, the imaging position on the position detection element changes, and the output balance of the position detection element changes, so if the outputs before and after the change are A and B, respectively, A / (A + B) is calculated, and a displacement amount = [A × k / (A + B) + C] can be obtained from an appropriate span coefficient k and offset C. From this result, the angle of the reflected light received can be measured, and the distance and angle between the light receiving position in the light receiver and the projector can be calculated. Therefore, since one side and the angle | corner of the both ends are decided, the irradiation position of the irradiation light to a ceramic sheet, ie, the height of a ceramic sheet, can be measured.

例えば、被検対象であるセラミックシートをサーボスライダーに載せて自動的に変形を検出する場合、セラミックシートがベルトコンベアにより移動し、照射光が端部の反り部分に照射されると、受光器で測定される反射光の角度が変化する。かかる角度から、三角測量法により、上記と同様にセラミックシートへの照射光の照射位置、即ちセラミックシートの高さを測定することができる。   For example, when a ceramic sheet to be inspected is placed on a servo slider to automatically detect deformation, the ceramic sheet moves by a belt conveyor, and when the irradiated light is irradiated to the warped part of the end, The angle of the reflected light to be measured changes. From this angle, the irradiation position of the irradiation light on the ceramic sheet, that is, the height of the ceramic sheet can be measured by the triangulation method as described above.

本発明で用いる三角測距式変位センサーとしては、セラミックシートの反りを検出するという目的に適したものとして、650nm以上、720nm以下の範囲の波長光を光源とする光学式のものを好適に用いる。   As the triangulation distance displacement sensor used in the present invention, an optical sensor having a light source with a wavelength in the range of 650 nm or more and 720 nm or less is suitably used as a sensor suitable for the purpose of detecting warpage of the ceramic sheet. .

光学式の三角測距式変位センサーとしては、例えば、波長が700nm程度の赤色可視光を発するLEDを利用するLED三角測距式変位センサーや、波長が670nm程度の赤色可視光のレーザー光を利用するレーザー三角測距式変位センサーを挙げることができる。   As an optical triangulation type displacement sensor, for example, an LED triangulation type displacement sensor using an LED emitting red visible light having a wavelength of about 700 nm or a red visible laser beam having a wavelength of about 670 nm is used. And laser triangulation displacement sensor.

LED三角測距式変位センサーは、その分解能が1μm以下のものであれば、シートの長さ(面内長さ)100mmに対して11μm以上、より好ましくは30μm以上、さらに好ましくは40μm以上の反りを有効に検出できる。また、隆起やうねり等の反りは、その直径が15μm以上、より好ましくは30μm以上、さらに好ましくは40μm以上、特に好ましくは50μm以上であれば、十分に検出できる。   If the LED triangulation displacement sensor has a resolution of 1 μm or less, the warp of 11 μm or more, more preferably 30 μm or more, and even more preferably 40 μm or more with respect to a sheet length (in-plane length) of 100 mm. Can be detected effectively. Further, warping such as bulging or waviness can be sufficiently detected if the diameter is 15 μm or more, more preferably 30 μm or more, still more preferably 40 μm or more, and particularly preferably 50 μm or more.

一方、端部における反り(バリ)は、その他の変形よりも微小であるため、分解能が0.1μm以下であり、ビーム径を絞ることができ、5μm程度の微小変位も正確に測定することもできるレーザー三角測距式変位センサーにより検出することが好ましい。レーザー三角測距式変位センサーであれば、シートの長さ(面内長さ)100mmに対して5μm以上、より好ましくは20μm以上、さらに好ましくは30μm以上の高さの変形であれば有効に検出できる。   On the other hand, since the warp (burr) at the end is smaller than other deformations, the resolution is 0.1 μm or less, the beam diameter can be reduced, and a minute displacement of about 5 μm can be accurately measured. It is preferable to detect with a laser triangulation displacement sensor. If it is a laser triangulation type displacement sensor, it can be detected effectively if it has a height of 5 μm or more, more preferably 20 μm or more, and even more preferably 30 μm or more with respect to the sheet length (in-plane length) of 100 mm. it can.

上記のとおり、シート全面の反り、隆起やうねりはLED三角測距式変位センサーを用いて、端部における反り(バリ)はレーザー三角測距式変位センサーを用いて有効に検出できるので、これら三角測距式変位センサーの両方を用いれば、厚さ方向の変形を特に良好に検出できる。この場合、LED三角測距式変位センサーによる検査とレーザー三角測距式変位センサーによる検査は、どちらを先に行ってもよい。   As described above, warpage, bulging and undulation of the entire sheet can be detected effectively using the LED triangulation displacement sensor, and warpage (burr) at the end can be detected effectively using the laser triangulation displacement sensor. If both distance measuring displacement sensors are used, deformation in the thickness direction can be detected particularly well. In this case, either the inspection using the LED triangulation displacement sensor or the inspection using the laser triangulation displacement sensor may be performed first.

なお、三角測距式変位センサーは、その原理上、使用される光はスポット光であるので、比較的広い範囲の欠陥である反りを検出するには、センサーを複数個用い、反りを隈なく効率的に検出できるようにすることが好ましい。   In principle, the triangulation displacement sensor uses spot light, so in order to detect warping that is a relatively wide range of defects, use multiple sensors to reduce warping. It is preferable to enable efficient detection.

また、反りが存在するセラミックシートの場合は、シート表面や内部に存在する欠陥の正確な検査を行うには検査速度を落とさざるを得ないことが分かった。その理由としては、セラミックシートに反りが存在すると、シート表面や内部の欠陥を検出するために光学センサーから発した光がかかる変形の影響を受けることが考えられる。   Moreover, in the case of a ceramic sheet with warpage, it has been found that the inspection speed must be reduced in order to accurately inspect defects on the surface and inside of the sheet. The reason for this may be that if the ceramic sheet is warped, the light emitted from the optical sensor is affected by the deformation in order to detect defects on the sheet surface and inside.

したがって、検査速度を低下させず、なお且つ高精度で欠陥検出し得る検査方法としては、3Dカメラと光電センサーとで表面と内部の欠陥を検出するにあたり、事前に、反りの有無を検査しておくことが好ましい。すなわち、先ず三角測距式変位センサーで反りを検出した後に、3Dカメラと光電センサーとで表面と内部の欠陥を検出することが好ましく、検査速度を速めてもセラミックシートを正確に検査でき、検査の自動化も可能となる。   Therefore, as an inspection method that can detect defects with high accuracy without reducing the inspection speed, inspect the presence or absence of warpage in advance when detecting defects on the surface and inside with a 3D camera and a photoelectric sensor. It is preferable to keep it. In other words, it is preferable to first detect warpage with a triangulation displacement sensor and then detect defects on the surface and inside with a 3D camera and a photoelectric sensor. Even if the inspection speed is increased, the ceramic sheet can be accurately inspected and inspected. Can also be automated.

さらに、セラミックシートの反りを検出する工程の後、反りが検出された不良セラミックシートを除去してから、シート表面および/または内部に存在する欠陥を検出することが好ましい。反りを有する欠陥セラミックシートを除去すれば、セラミックシートの表面および/または内部に存在する欠陥を見逃すことなく正確に検出できると共に、セラミックシートの検査枚数が減るので、より効率的に検査を行うことができる。   Furthermore, after the step of detecting the warpage of the ceramic sheet, it is preferable to detect defects present on the surface and / or inside of the sheet after removing the defective ceramic sheet in which the warpage has been detected. By removing the defective ceramic sheet having warpage, it is possible to accurately detect the defects existing on the surface and / or inside of the ceramic sheet without overlooking the defect, and the number of inspections of the ceramic sheet is reduced, so that the inspection can be performed more efficiently. Can do.

反りが検出されたセラミックシートの除去は、手作業で行ってもよい。しかし、より効率的な検査のためには、三角測距式変位センサーと連動した除去装置を設け、不良シートを自動的に除去することがより好ましい。   The removal of the ceramic sheet in which the warpage has been detected may be performed manually. However, for more efficient inspection, it is more preferable to provide a removal device that works in conjunction with a triangulation displacement sensor to automatically remove defective sheets.

本発明の検査方法においては、セラミックシートを移動させながら検査(測定)を行うことが好ましく、連続的に移動させながら行うことがより好ましい。シート移動速度は特に限定されるものではないが、シートの長さ(面内の長さ)方向に対して30mm/秒以上の速度であることがこのましい。このような高い移動速度でも本発明の検査方法では正確な検査が可能である。一方、本発明方法でも速度が速すぎると、検査用セラミックシートを準備、検査合格したセラミックシートを保管するために大きな専有面積の貯蔵ヤードが必要となるので、当該速度は300mm/秒以下とすることが好ましい。   In the inspection method of the present invention, it is preferable to perform inspection (measurement) while moving the ceramic sheet, and it is more preferable to perform it while continuously moving the ceramic sheet. The sheet moving speed is not particularly limited, but is preferably 30 mm / second or more with respect to the sheet length (in-plane length) direction. Even at such a high moving speed, the inspection method of the present invention enables accurate inspection. On the other hand, if the speed is too high even in the method of the present invention, a storage yard with a large exclusive area is required to prepare a ceramic sheet for inspection and store the ceramic sheet that has passed the inspection, so the speed is set to 300 mm / second or less. It is preferable.

セラミックシートの欠陥検査は、シートの一端から始めて多端まで行うことを要する。そのためには、シートを固定して検出装置を移動させてもよいし、検出装置を固定してシートを連続的に移動させてもよい。   Inspecting a ceramic sheet for defects requires starting from one end of the sheet and performing it to multiple ends. For this purpose, the detection device may be moved with the sheet fixed, or the sheet may be moved continuously with the detection device fixed.

通常、セラミックシートの検査は一軸(X軸)方向で足りるが、シートの形状によって、或いはシート端面部における正確な検査のために、二軸(X軸、Y軸)方向の検査を行うことは好ましい。特に、反りの検出工程においてレーザー三角測距式変位センサーを用いる場合には、一方の平面方向で検査した後にシートを平面方向に90°回転させてY軸方向も検査することが好ましい。例えば、キズなど細長い欠陥は、その方向によっては検出し難い場合があるが、90°回転させて同様の検査を行うことにより、かかる欠陥も漏れなく検出することが可能になる。   Usually, inspection of ceramic sheets is sufficient in one axis (X-axis) direction, but it is not possible to inspect in two axes (X-axis, Y-axis) depending on the shape of the sheet or for accurate inspection at the sheet end surface. preferable. In particular, when a laser triangulation displacement sensor is used in the warp detection process, it is preferable to inspect the Y-axis direction by rotating the sheet 90 ° in the plane direction after inspecting in one plane direction. For example, an elongated defect such as a scratch may be difficult to detect depending on its direction, but by performing a similar inspection by rotating 90 °, it is possible to detect such a defect without omission.

なお、本発明の検査方法でセラミックシートを検査する場合は、当然のことながら、セラミックシート自体の欠陥のみを検査するために、検査結果に影響を及ぼすようなホコリなどの検査環境の影響を極力排除する必要がある。具体的には、透過型光電センサーでの検出工程において、検査用セラミックシート表面に付着したホコリは検査画像に黒く写りこみ、この黒く写った部分が、実際のクラックや異物等と同じ欠陥として捉えられ検査合否判定でNGと判定してしまう場合がある。そこで、検査作業室内の清浄度レベルをクラス1万程度以下の環境にするとともに、検査機に検査用セラミックシートを投入する前にホコリを除去することが好ましい。ここで言うホコリとは、微小な糸くず、毛髪、ダンボールの微小紙片、クッション材の微小破片などである。該ホコリ除去の方法としては、クリーンブラシでシート表面を清浄するシステムやクリーンロール間に検査用セラミックシートを接触通過させて該シート片面もしくは両面に付着したほこりを除去するシステム、さらに前記クリーンロールに付着したホコリを粘着ロールで除去してクリーンロールを常に清浄に保たせながら該シート片面もしくは両面を清浄するシステムなどがある。   In addition, when inspecting a ceramic sheet by the inspection method of the present invention, as a matter of course, in order to inspect only the defect of the ceramic sheet itself, the influence of the inspection environment such as dust that affects the inspection result is minimized. Need to be eliminated. Specifically, in the detection process with a transmissive photoelectric sensor, dust adhering to the inspection ceramic sheet surface appears black in the inspection image, and this black portion is regarded as the same defect as an actual crack or foreign object. May be determined as NG in the pass / fail inspection. Therefore, it is preferable to set the cleanliness level in the inspection work room to an environment of class 10,000 or less and remove dust before putting the inspection ceramic sheet into the inspection machine. The dust here refers to minute lint, hair, minute paper pieces of cardboard, minute fragments of cushion material, and the like. The dust removal method includes a system that cleans the surface of the sheet with a clean brush, a system that removes dust adhering to one or both sides of the sheet by passing the inspection ceramic sheet between the clean rolls, and the clean roll. There is a system that cleans one or both sides of the sheet while removing dust with an adhesive roll to keep the clean roll clean.

上記ホコリ除去システムは、各欠陥検出工程で検査用セラミックシートを通過させる前に行うことが好ましい。特に、最初に該シートを三角測距式変位センサーで反りを検出する工程に移動させるためのローラーコンベアやサーボスライダーに配置することが特に好ましい。   The dust removal system is preferably performed before passing the inspection ceramic sheet in each defect detection step. In particular, it is particularly preferable that the sheet is first disposed on a roller conveyor or a servo slider for moving the sheet to a step of detecting warpage by a triangulation displacement sensor.

以下、上記で説明した本発明に係るセラミックシートの検査方法を実施するための好ましい具体例を説明する。   Hereinafter, the preferable specific example for implementing the inspection method of the ceramic sheet which concerns on this invention demonstrated above is demonstrated.

図1は、三角測距式変位センサーとして、LED三角測距式変位センサーおよびレーザー三角測距式変位センサー、3Dカメラと、透過型光電センサーとして透過型CCDラインセンサーおよび透過型レーザーセンサーを用いてセラミックシートを検査した例の模式図である。   FIG. 1 shows an LED triangulation displacement sensor and laser triangulation displacement sensor as a triangulation distance displacement sensor, a 3D camera, and a transmission CCD line sensor and transmission laser sensor as a transmission photoelectric sensor. It is a schematic diagram of the example which test | inspected the ceramic sheet.

被検対象であるセラミックシートaは、サーボスライダーJにより搬送され、LED三角測距式変位センサーA1によりシートの全面の反り、隆起、うねりの有無の検査を受けた後、レーザー三角測距式変位センサーA2により主にシート端面部の反り(バリ)の検査を受ける。次いで、シートは回転部Gにより90°回転され、レーザー三角測距式変位センサーA2に戻されて再検査を受ける。その後、ローラーコンベアKで搬送される。   The ceramic sheet a to be inspected is conveyed by the servo slider J, and after being inspected for the presence of warpage, bulging, and undulation of the entire sheet by the LED triangulation displacement sensor A1, the laser triangulation displacement is detected. The sensor A2 is mainly inspected for warping (burr) of the sheet end face. Next, the sheet is rotated by 90 ° by the rotating part G, returned to the laser triangulation type displacement sensor A2, and re-inspected. Then, it is conveyed with the roller conveyor K.

シートが合格・不合格セラミックシート分別部F(F1)に到達すると、LED三角測距式変位センサーA1またはレーザー三角測距式変位センサーA2のいずれかで所定の高さ以上の反り等が検出されたセラミックシートc(c1)は不合格セラミックシート収納部Iへ搬送される。   When the sheet reaches the pass / fail ceramic sheet separation part F (F1), warpage of a predetermined height or more is detected by either the LED triangulation displacement sensor A1 or the laser triangulation displacement sensor A2. The ceramic sheet c (c1) is conveyed to the rejected ceramic sheet storage unit I.

所定の高さ以上の反りが検出されなかったセラミックシートは、さらに、3DカメラBでキズ、凹みの検査を受ける。3Dカメラで不合格のセラミックシートc(c2)は不合格セラミックシート収納部Iへ搬送され、所定の深さ以上のキズ、凹みが検出されなかったセラミックシートは、さらに、透過型レーザーセンサーCでひび、気泡の検査を受ける。透過型レーザーセンサーCでの検査後、シートは回転部Gにより90°回転され、透過型レーザーセンサーCに戻されて再検査を受ける。再度90°回転部Gを経由して透過型CCDラインセンサーDで欠け、異物の有無に関する検査を受けた後、ローラーコンベアKで搬送される。   The ceramic sheet in which no warpage of a predetermined height or more is detected is further inspected for scratches and dents by the 3D camera B. The ceramic sheet c (c2) that is rejected by the 3D camera is conveyed to the rejected ceramic sheet storage portion I, and the ceramic sheet in which scratches and dents of a predetermined depth or more are not detected is further transmitted by the transmission laser sensor C. Get inspected for cracks and bubbles. After the inspection with the transmission type laser sensor C, the sheet is rotated by 90 ° by the rotating part G, returned to the transmission type laser sensor C, and subjected to a re-inspection. After passing through the 90 ° rotating portion G, the transmissive CCD line sensor D is chipped and inspected for the presence of foreign matter, and then conveyed by the roller conveyor K.

シートが合格・不合格セラミックシート分別部F(F2)に達すると、透過型レーザーセンサーCによる2回の検査と透過型CCDラインセンサーDによる検査の計3回の検査の何れかで表面または内部に欠陥が認められたセラミックシートc(c3)は、不合格セラミックシート収納部Iへ搬送され、3回の検査の何れでも欠陥の認められなかったセラミックシートのみが、検査合格セラミックシートbとして検査合格セラミックシート収納部Hに搬送される。   When the sheet reaches the acceptance / rejection ceramic sheet separation part F (F2), the surface or the inside is detected either by two inspections by the transmission laser sensor C and inspection by the transmission CCD line sensor D in total three times. The ceramic sheet c (c3) in which the defect was recognized was conveyed to the unacceptable ceramic sheet storage part I, and only the ceramic sheet in which no defect was recognized in any of the three inspections was inspected as the inspection-accepting ceramic sheet b. It is conveyed to the acceptable ceramic sheet storage part H.

本発明によれば、セラミックシートの欠陥を非常に効率良く且つ正確に検査することができ、高品質なSOFCの電解質膜用セラミックシートを提供することができる。よって、本発明方法は、高品質な電解質膜用セラミックシートの工業的な製造にも適用できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the defect of a ceramic sheet can be test | inspected very efficiently and correctly, and the high quality ceramic sheet for electrolyte membranes of SOFC can be provided. Therefore, the method of the present invention can also be applied to industrial production of high-quality ceramic sheets for electrolyte membranes.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
実施例1 ジルコニア系シートの検査
(1)ジルコニア系シートの作製
市販の6モル%スカンジア安定化ジルコニア粉末100質量部、メタクリレート系共重合体(数平均分子量:100,000、ガラス転移温度:−8℃、固形分濃度:50%)からなるバインダーを固形分換算で15質量部、トルエン/イソプロパノールの混合溶媒(質量比:3/2)50質量部、可塑剤であるフタル酸ジブチルフタレート3質量部、分散剤であるソルビタン脂肪酸エステル系界面活性剤2質量部をボールミルにより粉砕しつつ混合してスラリーとした。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, but may be appropriately modified within a range that can meet the purpose described above and below. Of course, it is possible to implement them, and they are all included in the technical scope of the present invention.
Example 1 Inspection of zirconia-based sheet (1) Production of zirconia-based sheet 100 parts by mass of commercially available 6 mol% scandia-stabilized zirconia powder, methacrylate-based copolymer (number average molecular weight: 100,000, glass transition temperature: -8 15 parts by mass in terms of solid content, 50 parts by mass of a mixed solvent of toluene / isopropanol (mass ratio: 3/2), and 3 parts by mass of dibutyl phthalate as a plasticizer Then, 2 parts by mass of a sorbitan fatty acid ester surfactant as a dispersant was mixed while being pulverized by a ball mill to obtain a slurry.

得られたスラリーをいかり型の攪拌機を備えた内容積50Lのジャケット付丸底円筒型減圧脱泡容器へ移し、攪拌機を30rpmの速度で回転させながら、減圧(約4〜21kPa)下、ジャケット温度40℃で濃縮・脱泡し、粘度を3Pa・sに調整し、塗工用スラリーとした。当該塗工用スラリーを塗工装置のスラリーダムへ移し、ドクターブレード法によりPETフィルム上に塗工し、塗工部に続く乾燥機(50℃、80℃、110℃の3ゾーン)を0.2m/分の速度で通過させて乾燥することにより、幅95cm、厚さ約150μmの長尺グリーンシートを得た。   The obtained slurry was transferred to a jacketed round bottom cylindrical vacuum degassing vessel with an internal volume of 50 L equipped with an irrigation type agitator, and the jacket temperature was reduced under reduced pressure (about 4 to 21 kPa) while rotating the agitator at a speed of 30 rpm. Concentration and defoaming were performed at 40 ° C., the viscosity was adjusted to 3 Pa · s, and a slurry for coating was obtained. The slurry for coating is transferred to a slurry dam of a coating apparatus, coated on a PET film by a doctor blade method, and a dryer (3 zones of 50 ° C., 80 ° C., 110 ° C.) following the coating unit is set to 0.00. By passing it at a speed of 2 m / min and drying, a long green sheet having a width of 95 cm and a thickness of about 150 μm was obtained.

得られたグリーンシートを約130mm×130mmの大きさに打抜き、空気雰囲気下、1400℃で焼成することにより、100mm角で厚さ120μmのスカンジア安定化ジルコニアシートを3000枚得た。   The obtained green sheet was punched into a size of about 130 mm × 130 mm and fired at 1400 ° C. in an air atmosphere to obtain 3000 scandia-stabilized zirconia sheets having a 100 mm square and a thickness of 120 μm.

上記スカンジア安定化ジルコニアシートについて、図1に示したと同様の検査装置を用いて検査を行った。詳細を(2)〜(5)で説明する。
(2)三角測距式変位センサーによる厚さ方向の変形の検出
上記スカンジア安定化ジルコニアシート全数を、シグマ光機社製のサーボスライダー(製品名「SGSP(MS)26−200」)により50mm/秒の速さで水平移動させながら、オムロン社製のLED変位センサー(製品名「Z4D−F04A」)を用いて、三角測量法により全面にわたるシート反りを検出した。
The scandia-stabilized zirconia sheet was inspected using the same inspection apparatus as shown in FIG. Details will be described in (2) to (5).
(2) Detection of deformation in the thickness direction by a triangulation displacement sensor All the scandia-stabilized zirconia sheets are 50 mm / mm by a servo slider (product name “SGSP (MS) 26-200”) manufactured by Sigma Koki Co., Ltd. While moving horizontally at a speed of seconds, sheet warpage over the entire surface was detected by triangulation using an LED displacement sensor (product name “Z4D-F04A”) manufactured by OMRON.

110μm以上の高低差が生じるものをシート反りとしたところ、3000枚中58枚のシートに反りが見られるという結果が得られた。
(3)3Dカメラによる表面欠陥の検出
上記実施例1(2)で得られた結果より、シート反り欠陥が認められなかった2942枚のスカンジア安定化ジルコニアシートを50mm/秒の速さで水平移動させながら、シートのキズ、凹み欠陥を3Dカメラで検出した。
When a sheet warp was found to cause a height difference of 110 μm or more, 58 sheets out of 3000 sheets were warped.
(3) Detection of surface defects using a 3D camera From the results obtained in Example 1 (2) above, 2942 scandia-stabilized zirconia sheets in which no sheet warp defects were observed were moved horizontally at a speed of 50 mm / sec. While doing so, scratches and dent defects on the sheet were detected with a 3D camera.

たとえば、タイヨー電機社製の3Dカメラ表面形状検査装置により表面のキズ、凹みを検出した。得られた結果によれば、2942枚中42枚のスカンジア安定化ジルコニアシートに、キズ、凹みの欠陥が認められた。
(4)透過型CCDラインセンサーによる欠陥の検出
上記実施例1(2)と(3)で得られた結果より、シート反り・キズ・凹みの欠陥が認められなかった2900枚のスカンジア安定化ジルコニアシートを50mm/秒の速さで水平移動させながら、シートの表面欠陥および内部欠陥を、CCDラインセンサーにより検出した。
For example, surface scratches and dents were detected by a 3D camera surface shape inspection device manufactured by Taiyo Electric Co., Ltd. According to the obtained results, scratches and dent defects were observed in 42 out of 2942 scandia-stabilized zirconia sheets.
(4) Detection of defects by transmission type CCD line sensor From the results obtained in Examples 1 (2) and (3), 2900 sheets of scandia-stabilized zirconia in which no sheet warp, scratch or dent defect was observed. While moving the sheet horizontally at a speed of 50 mm / sec, surface defects and internal defects of the sheet were detected by a CCD line sensor.

具体的には、下記装置を用い、シートの裏面から垂直にスリット光を照射し、反対側の面からCCDラインセンサーにより透過光を撮影した。
CCDラインセンサー: NED社製,ラインカメラe2048D
上記ラインセンサー用レンズ: ニコン社製、Ai Micro Nikkor 55mm F2.8
得られた結果によれば、2900枚中38枚のスカンジア安定化ジルコニアシートに、欠け、異物の欠陥が認められた。
(5)透過型レーザーセンサーによる欠陥の検出
さらに、シート反り・キズ・凹みの欠陥が認められなかった2841枚のスカンジア安定化ジルコニアシートを50mm/秒の速さで水平移動させながら、シートの表面欠陥および内部欠陥を、レーザーセンサーにより検出した。
Specifically, using the following apparatus, slit light was irradiated vertically from the back surface of the sheet, and transmitted light was photographed from the opposite surface by a CCD line sensor.
CCD line sensor: NED, line camera e2048D
Lens for the above line sensor: Nikon Corporation, Ai Micro Nikkor 55mm F2.8
According to the obtained results, 38 out of 2900 scandia-stabilized zirconia sheets were found to have chipping and foreign matter defects.
(5) Detection of defects with a transmission type laser sensor Further, 2841 scandia-stabilized zirconia sheets, in which no sheet warp, scratches, or dent defects were observed, were moved horizontally at a speed of 50 mm / sec while moving the surface of the sheet. Defects and internal defects were detected by a laser sensor.

具体的には、スカンジア安定化ジルコニアシートをサーボスライダーにより移動させながら、レーザー投受光器(タイヨー電機社製,LD−01)を用い、シートの裏面から水平方向に対して60°の角度からレーザー光を照射し、当該照射レーザー光の同軸上で且つシートの反対側の面から25mm離れた位置で受光部に入光させ、50μm間隔で線状に撮像し、二次元画像に変換した。得られた結果によれば、2893枚中7枚のセラミックシートに、ヒビ、気泡欠陥が認められた。結果を表1に示す。   Specifically, while moving a scandia-stabilized zirconia sheet with a servo slider, a laser projector / receiver (manufactured by Taiyo Electric Co., Ltd., LD-01) is used to perform laser from an angle of 60 ° with respect to the horizontal direction from the back of the sheet. Light was irradiated, the light was incident on the light receiving portion at a position 25 mm away from the opposite surface of the sheet on the same axis of the irradiated laser light, and was imaged linearly at intervals of 50 μm and converted into a two-dimensional image. According to the obtained results, cracks and bubble defects were observed in 7 out of 2893 ceramic sheets. The results are shown in Table 1.

比較例1
実施例1と全く同様にして作製した同ロットの3000枚のスカンジア安定化ジルコニアシートについて、3Dカメラを用いずに、キズ・凹みも含めた欠陥を上記透過型レーザーセンサーで検出する以外は実施例1と同様の検査を行った。
Comparative Example 1
Example of the same lot of scania-stabilized zirconia sheet produced in the same manner as in Example 1 except that a defect including a scratch and a dent is detected by the transmission laser sensor without using a 3D camera. The same inspection as 1 was performed.

得られた結果によれば、CCDラインセンサーによる欠陥の検出では39枚のスカンジア安定化ジルコニアシートに、欠け、異物の欠陥が認められた。また、レーザーセンサーによる欠陥の検出では、21枚のスカンジア安定化ジルコニアシートに、キズ、凹み、ヒビ、気泡の欠陥が認められた。結果を表1に示す。   According to the obtained results, in the detection of defects by the CCD line sensor, 39 scandia-stabilized zirconia sheets were found to have defects and foreign matter defects. In the detection of defects using a laser sensor, flaws, dents, cracks and bubbles were found in 21 scandia-stabilized zirconia sheets. The results are shown in Table 1.

Figure 0006211868
Figure 0006211868

表1から本発明のセラミックシートの検査方法では、3Dカメラによるキズ、凹みで不合格と分別された枚数は42枚であり、透過型レーザーセンサーによるヒビ、気泡で不合格と分別された枚数は7枚である。一方、従来の検査方法の透過型レーザーセンサーによるキズ、凹み、ヒビ、気泡による不合格シート枚数は21枚である。つまり、透過型レーザーセンサーで検出されるキズ、凹みの存在に由来する不合格シート枚数は、本発明(実施例)における検査結果との対比から、14枚(21枚−7枚)程度と計算される。したがって、本発明では3Dカメラを用いたことにより、従来法では検出できなかった微小微細なキズ、凹みが検出され、その枚数は28枚(42枚−14枚)程度にもなり、多く不合格品が分別されたことになる。   According to the inspection method of the ceramic sheet of the present invention from Table 1, the number of sheets classified as unacceptable by scratches and dents by a 3D camera is 42, and the number of sheets classified as unacceptable by cracks and bubbles by a transmission type laser sensor is 7 sheets. On the other hand, the number of rejected sheets due to scratches, dents, cracks and bubbles by the transmission type laser sensor of the conventional inspection method is 21 sheets. In other words, the number of rejected sheets derived from the presence of scratches and dents detected by the transmission type laser sensor is calculated to be about 14 (21-7 sheets) in comparison with the inspection result in the present invention (Example). Is done. Therefore, by using a 3D camera in the present invention, minute scratches and dents that could not be detected by the conventional method are detected, and the number thereof is about 28 (42-14), and many rejects. The goods are separated.

これを、反りを含めた不合格シート分別率でみると、従来の検査方法の4.0%から4.8%になっており、本発明の検査方法では、従来では検出されていなかったキズ、凹みが本発明で検出され、その割合は0.8%にもなっていることが判明した。   In terms of the ratio of rejected sheets including warpage, this is 4.0% to 4.8% of the conventional inspection method, and scratches that have not been detected by the inspection method of the present invention. It was found that dents were detected in the present invention, and the ratio was 0.8%.

従って、本発明の検査方法でキズ、凹み等の欠陥の検出精度が格段に高まり、本発明の検査方法を用いて提供されるSOFCの電解質膜用セラミックシート並びに本発明の検査方法による検査工程を含む製造方法により得られるSOFCの電解質膜用セラミックシートは、キズ、凹みが非常に低減された高品質な電解質シートであると言える。   Accordingly, the accuracy of detection of defects such as scratches and dents is greatly improved by the inspection method of the present invention, and the ceramic sheet for electrolyte membrane of SOFC provided by using the inspection method of the present invention and the inspection process by the inspection method of the present invention are performed. It can be said that the ceramic sheet for electrolyte membrane of SOFC obtained by the manufacturing method including it is a high-quality electrolyte sheet in which scratches and dents are greatly reduced.

a:検査用セラミックシート、 b:検査合格セラミックシート、 c:検査不合格セラミックシート、 A1:LED三角測距式変位センサー、 A2:レーザー三角測距式変位センサー、 B:3Dカメラ C:透過型レーザーセンサー、 D:透過型CCDラインセンサー、 E:検査用シート表面清浄システム、 F:合格・不合格セラミックシート分別部、 G:検査用セラミックシート90°回転部、 H:検査合格セラミックシート収納部、 I:検査不合角セラミックシート収納部、 J:サーボスライダー、 K:ローラーコンベア a: Ceramic sheet for inspection, b: Ceramic sheet that passed inspection, c: Ceramic sheet that failed inspection, A1: LED triangulation displacement sensor, A2: Laser triangulation displacement sensor, B: 3D camera C: Transmission type Laser sensor, D: Transmission type CCD line sensor, E: Inspection sheet surface cleaning system, F: Pass / fail ceramic sheet sorting part, G: Inspection ceramic sheet 90 ° rotating part, H: Inspection pass ceramic sheet storage part , I: Inspection corner angle ceramic sheet storage, J: Servo slider, K: Roller conveyor

Claims (5)

固体酸化物形燃料電池の固体電解質膜用セラミックシートの検査方法であって、
該検査方法が、該セラミックシートの欠陥を3次元カメラおよび透過型光電センサーを用いて検出する欠陥検出工程を含み、
前記セラミックシートは、50μm以上150μm以下の厚みを有し、
前記欠陥検出工程において、前記3次元カメラを用いて少なくとも30μm未満の深さを有する欠陥を検出する、
セラミックシートの検査方法。
A method for inspecting a ceramic sheet for a solid electrolyte membrane of a solid oxide fuel cell,
The test method is seen containing a defect detection step of detecting using defective three-dimensional camera and transmission-type photoelectric sensor of the ceramic sheet,
The ceramic sheet has a thickness of 50 μm or more and 150 μm or less,
In the defect detection step, a defect having a depth of at least less than 30 μm is detected using the three-dimensional camera.
Inspection method for ceramic sheets.
前記欠陥検出工程が、前記3次元カメラを用いて少なくとも表面に存在する欠陥を検出する工程と、前記透過型光電センサーを用いて少なくとも内部に存在する欠陥を検出する工程とを含むものである、請求項1に記載のセラミックシートの検査方法。 It said defect detecting step comprises the steps of detecting defects present at least on the surface using the three-dimensional camera, is intended to include a step of detecting a defect existing in the interior at least using the transmission type photoelectric sensor, claim The inspection method of the ceramic sheet of 1. 前記欠陥検出工程において、前記3次元カメラを用いて欠陥が検出されなかった前記セラミックシートの欠陥を、異なる光源を有する複数の前記透過型光電センサーを用いて検出する、請求項1または2に記載のセラミックシートの検査方法。3. The defect detection step according to claim 1, wherein a defect of the ceramic sheet, in which no defect is detected using the three-dimensional camera, is detected using the plurality of transmission photoelectric sensors having different light sources. Inspection method for ceramic sheets. さらに、前記セラミックシートの反りを、三角測距式変位センサーを用いて検出する工程を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載のセラミックシートの検査方法。 Furthermore, the inspection method of the ceramic sheet | seat of any one of Claims 1-3 including the process of detecting the curvature of the said ceramic sheet | seat using a triangulation type displacement sensor. 固体酸化物形燃料電池の電解質膜用セラミックシートの製造方法であって、
固体酸化物形燃料電池の電解質膜用セラミック材料からなる粉末、溶媒およびバインダーを含むスラリー原料を混合してスラリーを調製する工程;
得られたスラリーをフィルム上に塗工する工程;
フィルム上に塗工されたスラリーを乾燥してグリーンシートとする工程;
グリーンシートを焼成する工程;および
得られたセラミックシートを請求項1〜のいずれかに記載の方法で検査する工程;を含むことを特徴とするセラミックシートの製造方法。
A method for producing a ceramic sheet for an electrolyte membrane of a solid oxide fuel cell, comprising:
A step of preparing a slurry by mixing a slurry raw material including a powder made of a ceramic material for an electrolyte membrane of a solid oxide fuel cell, a solvent, and a binder;
Coating the obtained slurry on a film;
Drying the slurry coated on the film into a green sheet;
A method for producing a ceramic sheet, comprising: a step of firing a green sheet; and a step of inspecting the obtained ceramic sheet by the method according to any one of claims 1 to 4 .
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