JPH0850900A

JPH0850900A - 診断機能付電池製造装置

Info

Publication number: JPH0850900A
Application number: JP6184463A
Authority: JP
Inventors: Kyotaro Iyasu; 巨太郎居安; Susumu Kojima; 晋小嶋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-08-05
Filing date: 1994-08-05
Publication date: 1996-02-20

Abstract

(57)【要約】【目的】電極基板から電池までの複数の処理を行う製
造装置において、各処理部ごとに診断部を設け、良品の
みを次工程に送るようにしている。【構成】電極基板１の供給部と、その良否を診断する
第１の診断部２と、この診断部の診断結果により不良品
１１をライン外に排出する第１選別部３と、この選別部
から送り込まれた良品に第１の処理を施す第１処理部４
と、この処理部の処理結果の良否を診断する第２診断部
５と、この診断部の診断結果により不良品をライン外に
排出する第２選別部６と、……を具える診断機能付電池
製造装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は燃料電池製造装置、特に
製造中の燃料電池の診断機能を有する電池製造装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電池基板の各処理工程におけ
る良品、不良品の診断は、作業者の目視によって行われ
ている。例えば、電極基板のひび、われ、かけの有無を
目視で検査し、処理した部分の寸法異常を専用のジグで
測定してチェックして行っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電極基
板は素材がカーボンを主体とする黒色を呈するものであ
るために、前記のひび、われ等が発見しにくい。特に微
細なひび、われ等については発見が困難であり、これ等
の微細なひび、われがクロスオーバーを発生するおそれ
があるので、その発見が困難なことは大きな問題であ
る。また、従来の診断は目視によって外部からなされて
いるため、内部に大きな空洞のような欠陥があっても、
金属異物その他の異物が存在しても、チェックすること
はできない。さらに、目視によるチェックでは検査に長
時間を必要とするだけでなく、検査結果の記録性に乏し
い欠点があった。さらに、目視によるチェックでは両面
を検査するには電極基板を反転してやる必要があり、反
転に際して電極基板を破損するおそれがあった。

【０００４】また、治具を使用して処理した部分の寸法
異常をチェックする作業では、治具が直接処理した部分
に接触するため、電池に傷を付けてしまうおそれがあ
る。電極基板各種処理を加えて出来上がった電池は、燃
料電池積層構造に組み入れられる。従って、積層体中に
１枚でも不良電池が入っていると、不良電池が他の良品
電池の性能低下の引き金となり、燃料電池全体の性能を
低下させる。また、ひび、われ等が存在した場合には、
ガスのクロスリークを生じ発電ができなくなってしまう
ことがある。

【０００５】本発明は上記の事情に基づきなされたもの
で、製造中の電極基板のひび、われ等を自動的に全数チ
ェックすることができる診断機能付電池製造装置を提供
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の診断機能付電池
製造装置は、電極基板から出発して最終的に電池になる
までの処理を行う複数の処理部を具え、各処理工程毎に
電池診断機能を有する診断機能付電池製造装置におい
て、電池の診断は放射線のＸ線、超音波、サーモグラ
フ、測色計等による画像処理して良品のパターンと比較
して良品不良品の判別を行うことを特徴とする。

【０００７】

【作用】上記構成の本発明の診断機能付電池製造装置に
おいては、各処理工程または複数の処理工程毎に被処理
物の良、不良を判定して不良品はこれをライン外に排出
し、良品のみを次工程に進めるようにしているので、本
発明の製造装置によって製造された電池は特性が優れ、
信頼性の高いものとなる。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の一実施例の基本的なフローを
示す流れ図である。この図において、電極基板１は第１
診断部２、第１選別部３、第１処理部４、第２診断部
５、第２選別部６、第２処理部７、第３診断部８、第３
選別部９、……、からなる製造装置を経て電極処理終了
品１０となる。第１診断部２では供給された電極基板１
のわれ、ひび、かけ等のチェックを行う。第１選別部３
では第１診断部２でのチェック結果に基づき、良品と不
良品との選別がなされ、不良品１１はライン外に排出さ
れ、良品は次の第１の処理部４に送られる。

【０００９】第１処理部４では送り込まれた電極基板に
必要な処理が加えられる。処理を加えられた電極基板は
第２診断部５に送られ、ここで第１診断部２におけるの
と同様のチェックを受け、第２選別部６において選別さ
れる。この第２選別部６においても前記第１選別部４と
同様の選別がなされ、不良品１１はライン外に排出さ
れ、良品は第２処理部７に送られる。

【００１０】第２処理部７では送り込まれた電極基板に
必要な処理が加えられる。処理を加えられた電極基板は
第３診断部８に送られ、ここで第１、第２診断部２、５
におけるのと同様のチェックを受け、第３選別部９にお
いて選別される。この第３選別部９においても前記第
１、第２選別部４、６と同様の選別がなされ、不良品１
１はライン外に排出され、良品は後続処理部または電極
処理終了品１０としてライン出口に送られる。

【００１１】上記のように本発明の製造装置において
は、電極基板１から出発して電極処理終了品１０となる
までの間に、各処理工程毎に電池基板はその全数が自動
的にチェックを受け、ある工程において良品とされたも
ののみが次工程の処理を受けるようになっている。一
方、ラインから排出された不良品１１は、われ、ひび、
かけ、異物等の異常の電極は廃棄し、処理不良の電極は
再処理または補修を行ってラインに再投入する。

【００１２】上記のように本発明の製造装置において
は、電極基板１から最終的な電池１０になるまでの間に
存在する各種処理工程毎に電池診断機能を設けて、非破
壊で自動的に全数チェックを行っているから、われ、ひ
び、かけ、異物、処理寸法異常等のチェックのほか、例
えば触媒担持量、マトリックスの厚さ、ガスシール部の
密度等の電池特性に影響する品質管理等をも行うことが
でき、製造される電池の信頼性を飛躍的に向上させるこ
とができる。

【００１３】図２は上記実施例における診断装置の第１
の例の模式的断面図である。この第１の例の診断装置は
放射線を用いたものである。一般にＸ線を投射した場合
に被透過物を透過する透過Ｘ線の量Ｉは次式で示され
る。すなわち、Ｉ＝Ｉ⁰ ｅｘｐ（−μｚ）但し、Ｉ：透過Ｘ線Ｉ⁰ ：入射Ｘ線 μ：線吸収係数（物質の種類、密度、Ｘ線の波長によっ
て定まる。）ｚ：被透過物の厚さ上式に明らかなように、電池の一面からＸ線を投射する
と、その厚さ、密度に応じて透過するＸ線の強さが異な
る。これを測定して欠陥の有無、処理寸法、処理状態等
の情報を得て、良品、不良品の選別を行うことができ
る。

【００１４】図２において、鉛の内張を施した金属板そ
の他のＸ線遮断材料からなる診断装置の筐体１３には搬
入コンベア１２ａ、搬出コンベア１２ｂが対向され、筐
体１３の入口、出口には筐体１３と同様のＸ線遮断材料
からなり、適時に開閉されるシャッタ１４が設けられて
いる。筐体１３内にはＸ線発生部１５が電極基板１の搬
送路上方に正対して設けられ、前記搬送路下方にはＸ線
撮像部１６が設けてある。撮像部１６によって得られた
画像信号は、画像解析部１７に送られる。画像解析部１
７は制御部１８の制御下に画像解析を行う。

【００１５】上記構成のＸ線による診断装置において
は、コンベア１２ａで電極基板１が筐体１３に向けて運
ばれてくる。筐体１３内の入口側の適宜位置には設けら
れたセンサ（図示しない）がこれを検知し、この検知出
力によってシャッタ１４が開かれ、電極基板１は筐体１
３内に侵入し電極基板１は所定の位置に停止される。電
極基板１の前記停止により前記シャッタ１４が閉じら
れ、Ｘ線撮影が開始される。Ｘ線撮像部１６のＸ線Ｔ
Ｖカメラ装置によって可視像として捕らえられる。さら
に、Ｘ線撮像部１６から送られた信号は画像解析装置１
７においてここでＸ線の濃淡信号の対数補正、画像全体
の明るさの一様性の補正等、多少の補正を行ってパター
ン認識を行った後、良品パターンとの比較により良品、
不良品の判定を行う。これ等一連の作動は制御部１８の
制御下になされる。この判別の結果、良品不良品の仕分
けがなされることは図１に示した実施例の通りである。

【００１６】Ｘ線源１５は 125〜1000ｋＶｐのものが使
用される。電圧の高いものほど透過性はよいが、欠陥検
出の感度は低下する。電池基板のような比較的薄いもの
では、数百ｋＶｐ程度のものが透過性、検出感度の面で
好ましく、また、画像解析による自動計測を行うために
は、安定な線源が必要である。

【００１７】第１診断装置における診断では、何等の処
理も施していない電極基板の診断であるから良品電極基
板のパターンと、撮像された電極板のパターンとの比較
によって良品、不良品の判別ができる。

【００１８】第２診断装置における診断では、第１処理
部による処理済電極基板の良品のパターンと撮像された
処理済電極基板のパターンとを比較によって良品、不良
品の判別を行う。

【００１９】さらに、第２診断部、第３診断部、第４診
断部と処理が進んだ電極基板の診断も前記と同様になさ
れるわけであるが、処理が進んだ段階の電極基板におい
ては、電極基板上の処理を施された部分が重視してパタ
ーン認識が困難となるため、前の処理工程部分のパター
ン差し引きのパターンで示し良品パターンとの比較でひ
び、われ、かけ、異物の同時に処理寸法の異常判定を行
い、良品、不良品の判定を行う。上記のように処理が重
複している場合であって、全数チェックがなされるた
め、それまでの処理工程の数だけのパターン認識が計測
されており、それを差し引いて良品パターンとの比較を
行えばよい。また、Ｘ線による画像は他の診断法により
得られる画像よりも尖鋭度に優れており、高精度の測定
が可能である。以上に説明した異常チェックのほか
に、同時に品質管理として触媒担持量、マトリックスの
厚さ、ガスシール部の密度の測定等を行うことができ
る。例えば、触媒担持量の測定には、良品のパターンに
担持量によるＸ線透過量の絶対値の上下限の範囲を指定
しておけばよい。これにより、担持量の不均一、絶対量
の大小等を見出だすことができ、触媒担持量につき品質
管理を行うことができる。マトリックスの厚さ、ガスシ
ール部の密度についても、同様にして品質管理を行うこ
とができる。

【００２０】上記の品質管理を行うことにより、触媒担
持量の不均一に起因する局部的な発熱による特性低下、
マトリックスの厚さの不均一に起因するガスのクロスオ
ーバー、ガスシール部の密度の不均一に起因するガスリ
ークによるクロスオーバーを防止することができ、信頼
性の高い電池を得ることができる。

【００２１】図３は本発明の診断機能付電池製造装置に
よって製造した電池（カーブＸ₁ ）と、診断機能のない
従来の電池製造装置によって製造した電池（カーブＹ
₁ ）の発電特性を比較して示す線図である。本発明の製
造装置においては、各処理段階毎に自動的に全数チェッ
クを行って良品電池のみを得るようにしているので、電
池個々にひび、われ、かけ、異物、処理寸法の異常はな
く、そのうえ触媒担持量、マトリックス厚さ、ガスシー
ル密度等も厳重な品質管理がなされているので、これを
積層して構成した電池は長時間の運転を行っても特性が
低下することはない。図３のカーブＸ₁ 、Ｙ₁ が示すよ
うに従来の製造装置によって製造した電池よりも長時間
にわたって電圧を維持することができる。

【００２２】図４は前記実施例における診断装置の第２
の例の模式的断面図である。この例においては超音波診
断法により欠陥のチェックを行う。図４において、搬入
コンベア１２ａによって搬送されて来た電極基板１は、
診断装置内の所定位置に停止される。この所定位置に対
向して探触子１９が設けられている。探触子１９は送受
信部２０に接続され、送受信部２０の送信部は同期部２
１の同期信号に同期した高周波インパルスを発生する。
この高周波インパルスの電圧は高周波同軸ケーブル２２
ａで探触子１９に送られる。探触子１９において、電気
的インパルスは超音波インパルスに変換され、電極基板
１中を通過しこの基板１の他端面または内部の欠陥等に
おいて反射し、入射面に戻る。反射波は探触子１９にお
いて電圧に変換され高周波ケーブル２２ｂを通って送受
信部２０に送られ、この受信部分で増幅される。この反
射波の時間的変化、減衰を捕え、画像解析部１７でパタ
ーン認識により良品パターンとの比較をし、良品、不良
品の判別を行う。これ等の一連の作動は、制御部１８の
制御下になされる。診断装置による診断後に電極基板１
はコンベア（図示しない）により選別部に送られ、良品
は次の処理部に、不良品はライン外にそれぞれ送られ
る。

【００２３】良品、不良品の判定は、画像解析によるパ
ターン認識によって行う。最初の電極基板は、良品パタ
ーンと比較してひび、われ、かけ、異物があれば、欠陥
に当たって反射してくる超音波の時間的変化から容易に
判別ができる。

【００２４】処理寸法異常の判定は、処理によってその
部分の密度または厚さ等が処理前と比べて変化し、超音
波の減衰量が異なるものとなるから、良品パターンと比
較してひび、われ、かけ、異物の判定とともに処理寸法
異常の判定も可能となる。

【００２５】上記の各異常チェックのほか、触媒担持
量、マトリックスの厚さ、ガスシール部の密度等に関し
ての品質管理も可能である。例えば、触媒担持量の品質
管理については、良品パターンに担持量による超音波減
衰量の絶対値の上下限の範囲を指定しておけば良い。担
持量の不均一または絶対値の大小等により、超音波減衰
量の上下限を超えた場合は、不良品となる。ガスシール
部の密度についても同様に、予め許容値の範囲を超音波
減衰量の絶対値で良品パターンに示しておき、これと比
較することによって良品、不良品の判別ができる。

【００２６】超音波による診断方式としては、インパル
ス反射法、透過法、共振法等があるが、比較的精度が高
い診断がなされるので、インパルス反射法が望ましい。
超音波による診断においては探触子と電極基板との接触
が重要であり、それ等の間に空気があると超音波の透過
量が減衰するので、場合によっては常に一定の接触状態
となるように接触圧力をコントロールすることが必要で
ある。

【００２７】また、超音波診断法では超音波の直進性の
ためにチェック範囲が超音波ビームの大きさに限定され
るので、全体をチェックするには多数の探触子を用いて
移動させながら測定するか、チェック必要な部分を絞っ
てその部分だけを移動させて測定するかの何れかによ
る。

【００２８】超音波診断法は図２に示したＸ線診断法に
比して、ひび、われのような欠陥検出において優れてい
る。また、超音波判断は超音波に対する組織の反射率の
減衰度との差に基づいており、Ｘ線診断法における組織
による吸収減衰ではないから、電極基板、処理材料に対
する損傷をおよぼすことはない。また、Ｘ線診断とは異
なり、軟組織に対しても適用することができる。

【００２９】図５は前記実施例における診断装置の第３
の例の模式的断面図である。この例においてはサーモグ
ラフ法により欠陥のチェックを行う。電極基板の各処理
工程においては、処理後乾燥または焼成のため電極基板
に熱を加える。加熱後、室温まで放冷する際に、処理に
よる材料の差または密度差（異なる材料を使用したこと
による）により放熱状態が異なり、温度分布が発生す
る。サーモグラフ法による診断はこれを利用するもので
ある。すなわち、温度分布を測定して温度分布パターン
から異常チェック、品質管理を行う。

【００３０】図５において、加熱炉２３からベルトコン
ベア１２で運び出された電極基板１は、所定の位置にお
いて上部に設置された赤外線カメラ２４によって温度分
布を測定される。その出力信号は画像解析部１７に送ら
れ、ここでパターン認識により良品パターンと比較し、
良品、不良品の判定がなされる。上記一連の作動は制御
部１８の制御下になされる。

【００３１】上記サーモグラフによる診断法において
は、基板にひび、われ、かけ、異物等があれば、それ等
の部分だけが異常温度分布となるので、良品の温度分布
パターンとなるため、良品の温度分布パターンと比較し
て上記異常の検出を行うことができる。処理寸法の異常
はサーモグラフ法により検出し得る。すなわち、電極基
板と異なる材料による処理がなされているので、処理部
分の放熱は他部と異なり処理部分の温度が他の部分の異
なるものとなるため、良品の温度分布パターンとの差を
求めてこの差が許容範囲内にあるか、否かで、良品、不
良品の判定を行う。図６は前記実施例における診断装
置の第４の例の模式的断面図である。この例においては
測色計により欠陥のチェックを行う。電極基板は処理前
と処理後とではその表面状態が変化する。それによって
表面の色（色度、明度）が変化するので、この表面の色
の変化を測定し表面における色の分布パターンを良品の
それと比較することによって、処理後の電極基板の欠陥
をチェックすることができる。図６において、搬入コ
ンベア１２ａで運び込まれた電極基板１は、白色板２５
上の所定位置で停止される。前記所定位置上方には測定
ヘッド２６が設けられている。測定ヘッド２６にはパル
スキセノンランプ（図示しない）が内蔵され、その光は
前記電極基板１に投射されている。電極基板１からの反
射光は、電極基板１の表面状態に応じたものとなる。こ
の反射光と前記投射光とは分光センサ部２７に送られ、
ここで各波長に分光される。これに従い、分光センサ部
２７から各波長毎にその強度に比例した電流が画像解析
部１７に送られる。上記一連の作動は制御部１８の制御
下になされる。ひび、われ、かけ等の異常があれば、そ
れらの部位の反射光は他の部位のそれよりも大きいの
で、良品の反射光パターンと比較すれば、良品、不良品
の判別を容易になし得る。また、電極基板と異なる材料
によって処理しているため、処理部分は材料の差または
密度差により光の反射の異なる部位として反射パターン
で認識でき、良品パターンとの比較で良品、不良品の判
別が可能である。

【００３２】触媒担持量、マトリックスの厚さ、ガスシ
ール部の密度等に関する品質管理も行うことができる。
すなわち、前記各項目の処理のばらつきは密度の関数と
して捕らえることができるので、密度の差に基づく表面
状態の差異、従って反射光の差異としてチェックするこ
とができる。よって、予め良品のパターンに許容範囲の
絶対値を入れておき、その範囲を外れたものを不良品と
判別するようにすれば、上記各項目に関する品質管理を
行うことができる。

【００３３】図７は電極基板をガスシールした後のガス
シール部を測色計で測定した一例を示す線図である。こ
の図はガスシール部の密度（ｇ／ｃｍ³ ）とＬ^* ａ^* ｂ
^* 表色系のＬ^* 値と関数を示す。この図からガスシール
部の密度の増加に対してＬ^*は指数関数的に減少するこ
とが分かる。このような関係が成立するから、所定密度
の範囲をＬ^* の範囲に置き換えて、良品パターンにこの
値を設定して測色計に本発明の診断機能付電池製造装置
によって製造した電池（カーブＸ₁ ）と、診断機能のな
い従来の電池製造装置によって製造した電池（カーブＹ
₁ ）の発電特性を比較して示す線図による電池診断を行
えば、ばらつきの少ない電池が得られ電池の信頼性が向
上される。触媒担持量、マトリックス厚さに関する品質
管理も同様にして行うことができる。

【００３４】なお、上記測色計による診断はあくまでも
電極基板表面の上方に基づくものであり、内部の異物等
に関する診断を行うことはできない。本発明は上記実施
例のみに限定されない。例えば、１個処理の後に種類の
異なる２本以上の診断部を設けるようにしてもよい。例
えば、われ、かけ、異物等の検出に適した超音波診断部
と、処理寸法異常、マトリックス厚さ、ガスシール部密
度等のチェックに適したＸ線診断部を設けてチェック精
度を向上させるとか、また各処理部の後に設ける診断部
を、各処理部の特殊性に対応するそれぞれ種類の異なる
単一のものとして、チェック精度を向上させることが考
えられる。また、診断部を各処理部の後にそれぞれ設け
ることなく、複数の処理部の後に１個の診断部を設ける
ようにしてもよい。このようにするときは、若干の精度
低下をみることとなるが製造装置のコストを低下させる
ことができる。

【００３５】

【発明の効果】上記から明らかなように、本発明の診断
機能付電池製造装置によれば、電池はひび、われ、か
け、異物、処理寸法異常のチェックのみでなく、電池の
特性に影響する触媒担持量、マトリックスの厚さ、ガス
シール部密度等に関して厳密な品質管理が行われるの
で、従来よりも飛躍的に信頼性の高く、長時間安定して
運転し得る燃料電池を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の基本的なフローを示す流れ
図。

【図２】上記実施例における診断装置の第１の例の模式
的断面図。

【図３】本発明の診断機能付電池製造装置によって製造
した電池（カーブＸ₁ ）と、診断機能のない従来の電池
製造装置によって製造した電池（カーブＹ₁ ）の発電特
性を比較して示す線図。

【図４】前記実施例における診断装置の第２の例の模式
的断面図。

【図５】前記実施例における診断装置の第３の例の模式
的断面図。

【図６】前記実施例における診断装置の第４の例の模式
的断面図。

【図７】電極基板をガスシールした後のガスシール部を
測色計で測定した一例を示す線図。

【符号の説明】

１………電極基板２………第１診断部３………第１選別部４………第１処理部５………第２診断部６………第２選別部７………第２処理部８………第３診断部９………第３選別部１０………電極処理終了部１１………不良品

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極基板から出発して最終的に電池にな
るまでの処理を行う複数の処理部を具え、各処理工程毎
に電池診断機能を有する診断機能付電池製造装置におい
て、電池の診断は被診断物のＸ線等による放射線の透過
像を画像処理して良品のパターンと比較して良品不良品
の判別を行うことを特徴とする診断機能付電池製造装
置。
【請求項２】電極基板から出発して最終的に電池にな
るまでの処理を行う複数の処理部を具え、各処理工程毎
に電池診断機能を有する診断機能付電池製造装置におい
て、電池の診断は超音波のインパルス反射法、透過法、
共振法等によって被診断物の画像を得て、これを画像処
理して良品のパターンと比較して良品不良品の判別を行
うことを特徴とする診断機能付電池製造装置。
【請求項３】電極基板から出発して最終的に電池にな
るまでの処理を行う複数の処理部を具え、各処理工程毎
に電池診断機能を有する診断機能付電池製造装置におい
て、電池の診断はサーモグラフによる被診断物の画像を
得て、これを画像処理して良品のパターンと比較して良
品不良品の判別を行うことを特徴とする診断機能付電池
製造装置。
【請求項４】電極基板から出発して最終的に電池にな
るまでの処理を行う複数の処理部を具え、各処理工程毎
に電池診断機能を有する診断機能付電池製造装置におい
て、電池の診断は測色計により被診断物の表面の画像を
得て、これを画像処理して良品のパターンと比較して良
品不良品の判別を行うことを特徴とする診断機能付電池
製造装置。
【請求項５】電極基板から出発して最終的に電池にな
るまでの処理を行う複数の処理部を具え、各処理工程毎
にまたは複数の処理工程毎に電池診断機能を有する診断
機能付電池製造装置において、電池の診断は放射線によ
る被測定物の透過像、測色計による被診断物の表面の画
像、サーモグラフによる被測定物の温度分布の画像を得
て、これを画像処理して良品のパターンと比較して良品
不良品の判別を行うことを特徴とする診断機能付電池製
造装置。