WO2017159709A1 - 検査装置 - Google Patents

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inspection
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高橋　正
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日本電産リード株式会社
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to an inspection apparatus relating to an object to be inspected such as a membrane / electrode assembly used in a fuel cell, and more particularly to an inspection apparatus for determining the quality of an object to be inspected such as a membrane / electrode assembly.
  • fuel cells are attracting attention as a clean power generation system that does not adversely affect the global environment because the product of the electrode reaction is water, and is being put into practical use.
  • Several types of such fuel cells are known depending on the electrolyte.
  • a polymer electrolyte fuel cell is increasingly used as a power source for moving bodies such as automobiles or as a stationary power source.
  • an electrode support in which carbon black, a polymer, and a catalyst layer are laminated is known.
  • the electrode support one having a high gas diffusibility such as carbon cloth or carbon paper impregnated with a water repellent polymer is used.
  • the carbon black carries precious metal fine particles as a catalyst component.
  • the polymer those having proton conductivity are used.
  • the catalyst layer is made of a water-repellent polymer or the like and has a sheet shape.
  • a membrane / electrode assembly (MEA: “Membrane Electrode Assembly”) is known in which the catalyst layer side of such an electrode is opposed to a solid polymer electrolyte membrane and joined by hot pressing.
  • Such an MEA generally has a portion in which a catalyst layer is laminated so that the electrolyte membrane is sandwiched around an electrolyte membrane, and further a gas diffusion layer substrate (GDL: Gas Diffusion Layer) for a fuel cell However, they are laminated so as to sandwich this part.
  • the MEA is configured so as to be able to exchange electrons and generate power by configuring such a laminated structure.
  • Patent Document 1 As an evaluation apparatus for evaluating such an MEA, an evaluation apparatus disclosed in Patent Document 1 has been proposed.
  • the MEA is configured according to the electrode performance of the fuel cell before the MEA is made into a cell or stacked without using a complicated apparatus or requiring much time. It can be easily evaluated in the state (the state made into MEA).
  • this evaluation apparatus can be applied to an online total inspection. According to Patent Document 1, it is possible to provide an electrode performance evaluation apparatus for such a polymer electrolyte fuel cell.
  • the present invention has been made in view of such a situation, and an inspection apparatus that can perform pass / fail determination in a state where an electrolyte membrane and a catalyst layer before the GDL is attached and before the GDL is attached is performed. provide.
  • An inspection apparatus is an inspection apparatus for an object to be inspected in which an electrolyte membrane and a pair of catalyst layers stacked so as to sandwich the electrolyte membrane are formed, of the pair of catalyst layers.
  • a first electrode part including one large electrode part in contact with one catalyst layer, and a plurality of small electrode parts in contact with the other catalyst layer of the pair of catalyst layers.
  • Detection that detects an electric signal of each small electrode part of the second electrode part, a voltage part that applies a predetermined voltage between the two electrode parts, the first electrode part, and the second electrode part And a determination unit that determines the quality of the inspection object based on the detection result of the detection unit.
  • FIG. 1 is a schematic explanatory diagram illustrating an example of an inspection object T to be inspected by the inspection apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the inspection object T has a plate shape, and FIG. 1 shows a cross-sectional shape of the inspection object T in the thickness direction.
  • a test object T shown in FIG. 1 is configured by arranging a pair of catalyst layers c so as to sandwich an electrolyte membrane e therebetween.
  • the inspection apparatus 1 uses, as an object to be inspected, an MEA in which an electrolyte membrane and a catalyst layer are laminated, or an MEA in which no GDL is attached, as an object to be inspected.
  • an MEA in which an electrolyte membrane and a catalyst layer are laminated
  • an MEA in which no GDL is attached
  • the inspection is performed using an object in which the electrolyte membrane is stacked between two catalyst layers as an object to be inspected.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an inspection apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a state when an inspection is performed.
  • 2 includes a first electrode unit 2, a second electrode unit 3, a voltage unit 4, a detection unit 5, and a determination unit 6.
  • the inspection apparatus 1 can also include a control device for operating these functions, a storage device for storing inspection procedures and inspection results, and a display device for displaying inspection results.
  • the first electrode part 2 and the second electrode part 3 are arranged to face each other, and when performing inspection, as shown in FIG. 3, the first electrode part 2, the second electrode part 3, The inspection object T is sandwiched between the two.
  • the first electrode part 2 is brought into contact with one catalyst layer c formed on the inspection object T.
  • the first electrode portion 2 is formed of a single plate-like electrode plate having substantially the same area as the catalyst layer c.
  • this 1st electrode part 2 is formed larger in area than the 2nd electrode part 3 mentioned later.
  • the second electrode portion 3 is formed of a plurality of plate-like small electrode portions 31 that are in contact with the other catalyst layer c of the inspection object T.
  • the 1st electrode part 2 and this 2nd electrode part 3 apply the predetermined voltage V by the voltage part 4 mentioned later between these electrodes.
  • four small electrode portions 31 of the second electrode portion 3 are shown, but the present invention is not limited to this.
  • FIG. 4 is a plan view showing an embodiment of the second electrode unit 3.
  • the plurality of small electrode portions 31 of the second electrode portion 3 are formed in the same area. By forming the small electrode portions 31 with the same area, it is possible to easily compare electric signals obtained from the small electrode portions 31.
  • the plurality of small electrode portions 31 of the second electrode portion 3 are arranged so as to face the catalyst layer c, and are arranged in a lattice shape so as to cover the surface of the catalyst layer c.
  • the small catalyst part 31 is arrange
  • the plurality of small electrode portions 31 are arranged in a lattice shape, the defective portion of the inspection object T can be easily identified from the electrical signal obtained by each small electrode portion 31.
  • the small electrode portion 31 is formed in a rectangular shape or a circular shape. By forming the small electrode portion 31 in a rectangular or circular shape, the second electrode portion 3 can be easily manufactured.
  • the small electrode portion 31 can be formed by a single substrate B. Specifically, a wiring pattern P to be a small electrode portion 31 is formed on one surface of the substrate B, and a terminal or a wiring pattern for connecting to a detection portion 5 (resistor portion 51) described later on the back side of the substrate B (Not shown).
  • the wiring patterns formed on the front and back surfaces of the substrate B can be electrically connected to each other through the through holes 32 so that the one surface and the other surface of the substrate B can be electrically connected.
  • the wiring pattern P is formed in a rectangular shape.
  • the wiring pattern P is similarly formed in a circular shape. become. Note that the other surface is connected to a resistance portion 51 described later.
  • the small electrode portion 31 of the second electrode portion 3 in FIG. 4 has an electrode shape formed in a rectangular shape.
  • the determination area of the inspection object T for which the pass / fail determination is made is determined by the size of the area of the small electrode portion 31.
  • the small electrode portion 31 is not particularly limited, and is formed, for example, in a square having a side of 5 to 20 mm.
  • a through-hole 32 that is conductively connected to the back surface of the substrate B is formed at the corner of the rectangular small electrode portion 31 (left side in the drawing).
  • the through hole 32 can be formed so as to be concentric with the circular shape.
  • the first electrode portion 2 and the second electrode portion 3 are in contact with the surface of the inspection object T with the inspection object T interposed therebetween.
  • the second electrode unit 3 can be formed on the surface of a mounting table (not shown) on which the inspection object T is mounted, and the first electrode unit 2 can be formed on the press surface of a press mechanism that can move up and down. .
  • the inspection object T and the second electrode portion 31 come into contact with each other, and the inspection object T is pressed by a press mechanism, whereby the first electrode portion. 2 abuts on the inspection object T.
  • the voltage unit 4 applies a predetermined voltage V set in advance between the first electrode unit 2 and the second electrode unit 3.
  • V the voltage V
  • the quality of the inspection object T can be determined.
  • a DC power supply can be used as the voltage unit 4.
  • the detecting unit 5 detects an electric signal flowing through each small electrode unit 31 of the second electrode unit 3. When the detection unit 5 detects the electrical signal of the small electrode unit 31, the detection unit 5 transmits the detected electrical signal to the determination unit 6.
  • the detection unit 5 includes, for example, a plurality of resistance units 51 connected to the plurality of small electrode units 31 and a measurement unit 52 that measures the voltage Vr generated in each resistance unit 51.
  • the measurement unit 52 for example, an analog-digital converter can be used.
  • the detection method of the electrical signal performed by the detection unit 5 can be realized by using, for example, the resistance unit 51 connected in series with the small electrode unit 31 and the measurement unit 52 that measures the voltage Vr of the resistance unit 51. .
  • a current flowing through the small electrode unit 31 flows through the resistor unit 51 connected in series, and the voltage Vr applied to the resistor unit 51 is measured.
  • the measurement value (voltage value) measured by the measurement unit 52 that is, the voltage Vr is transmitted to the determination unit 6 described later together with the position information of the small electrode unit 31.
  • the position information for example, the number, identification information, coordinates, etc.
  • a shunt resistor can be used as the resistor 51, and an electric signal applied to the small electrode unit 31 can be measured as a voltage value (voltage Vr) by using the shunt resistor.
  • the determination unit 6 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) that executes predetermined arithmetic processing, a RAM (Random Access Memory) that temporarily stores data, a nonvolatile storage device that stores a predetermined control program, and the like
  • the peripheral circuit etc. are comprised.
  • the determination unit 6 determines the quality of the inspection object T based on the detection result of the detection unit 5.
  • the determination unit 6 performs the determination for each electric signal, that is, for each small electrode unit 31 based on the measurement result of the electric signal obtained from each small electrode unit 31, and the measurement results from all the small electrode units 31 are obtained. When it is good, it is determined that the inspection object T is a non-defective product.
  • the determination unit 6 compares the voltage value obtained from each small electrode unit 31 with a preset reference value, and determines the quality of the inspection object T at the position where each small electrode unit 31 abuts.
  • the determination unit 6 determines the voltage value obtained from each small electrode unit 31 for each voltage value. It is determined whether or not it is within the non-defective range indicated by the upper limit value VH and the lower limit value VL, and when there is a voltage value outside the range, at the position where the small electrode portion 31 corresponding to the voltage value comes into contact, It can be determined that a defect of the inspection object T has occurred. Thereby, the determination unit 6 can identify a defective part of the inspection object T.
  • the determination unit 6 compares the detection results from the small electrode portions 31 with each other, thereby inspecting the object to be inspected. T pass / fail judgment can be made.
  • the small electrode portions 31 of the second electrode portion 3 are formed to have the same size, if the inspection object T is a non-defective product, the electrical signals obtained from the small electrode portions 31 have the same size. Therefore, by comparing each detected electric signal with each other, it is possible to determine the quality of the inspection object T without providing a reference value.
  • the determination unit 6 Can determine that the inspection object T is defective.
  • an electrical signal obtained from the small electrode unit 31 that is in contact with the specific part is the total of a plurality of electrical signals obtained from the plurality of small electrode parts 31. It is considered that the value varies greatly compared to the degree of variation (for example, standard deviation).
  • the determination unit 6 may identify a defective portion of the inspection object T based on the degree of variation of each voltage value measured by the measurement unit 52 and the relationship between each voltage value. Specifically, the determination unit 6 calculates, for example, the average value a and the standard deviation ⁇ of each voltage value, and any one of the voltage values falls within the determination range of (a ⁇ 3 ⁇ ) to (a + 3 ⁇ ). If not, or if it is not within the determination range of (a ⁇ 2 ⁇ ) to (a + 2 ⁇ ), the position where the small electrode part 31 with which the voltage value not within the determination range is obtained contacts , It can be determined that a defect of the inspection object T has occurred. Thereby, the determination unit 6 can identify a defective part of the inspection object T.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an example of the operation of the inspection apparatus 1 shown in FIG.
  • the inspection object T is placed at a predetermined position.
  • one catalyst layer c of the inspection object T is brought into contact with the second electrode portion 3.
  • the first electrode portion 2 is brought into contact with the other catalyst layer c of the inspection object T by using a press mechanism or the like.
  • the inspection object T is sandwiched between the first electrode part 2 and the second electrode part 3.
  • a predetermined voltage V is applied between the first electrode portion 2 and the second electrode portion 3 by the voltage portion 4 (Ste S1). And after predetermined time progress, an electrical signal is detected from each small electrode part 31 of the 2nd electrode part 3.
  • FIG. Specifically, the voltage value (voltage Vr) of each resistance part 51 is measured by detecting the current flowing through the resistance part 51 connected to each small electrode part 31.
  • the voltage Vr generated in the resistance portion 51 by the current flowing through the resistance portion 51 also corresponds to a voltage obtained by dividing the voltage applied to the voltage portion 4 by the inspection object T and the resistance portion 51.
  • the voltage value of the resistance part 51 connected to each small electrode part 31 is detected, and the quality of the inspection object T is determined from these results.
  • each detected voltage value is within a predetermined range, it can be determined as a non-defective product, and if there is no significant deviation by comparing each voltage value (difference is within a predetermined value), it is a non-defective product. Can be determined.
  • the determination unit 6 acquires the voltages Vr of all the resistor units 51 together with position information corresponding to each voltage Vr (step S2). Next, the determination unit 6 determines whether or not all the voltages Vr are within the reference value range, that is, whether or not they are within the upper limit value VH and lower limit value VL (step S3). If all the voltages Vr are within the range of the reference value (YES in step S3), the determination unit 6 determines that the inspection object T is a non-defective product (step S4), and even one voltage is outside the range of the reference value.
  • step S3 determines that the inspection object T is defective (step S5), and further, the inspection object T corresponding to the position information of the voltage Vr that is out of the reference value range.
  • the part is specified as a defective part (step S6).
  • the determination part 6 does not need to perform step S6 and does not need to acquire position information by step S2.
  • the determination unit 6 may determine pass / fail of the inspection object T by comparing each voltage Vr with each other instead of comparing each voltage Vr with a reference value. Specifically, in step S3, the determination unit 6 compares each voltage Vr with at least one of the other voltages Vr, and if the difference exceeds a predetermined determination reference value, the inspection object T may be determined to be defective.
  • FIG. 6 is a flowchart showing another example of the operation of the inspection apparatus 1 shown in FIG. In the following flowchart, operations similar to those in the flowchart shown in FIG.
  • steps S1 and S2 are executed.
  • the determination unit 6 calculates the average value a and the standard deviation ⁇ of all the voltages Vr (Step S7). Then, the determination unit 6 determines whether or not all the voltages Vr are within the determination range (step S3a).
  • the determination range in this case is, for example, a range of (a ⁇ 3 ⁇ ) or more and less than (a + 3 ⁇ ), or a range of (a ⁇ 2 ⁇ ) or more and less than (a + 2 ⁇ ).
  • step S3a determines that the inspection object T is a non-defective product (step S4), and if there is any voltage Vr that is outside the determination range. (NO in step S3a)
  • the determination unit 6 determines that the inspection object T is defective (step S5), and the part of the inspection object T corresponding to the position information of the voltage Vr that is out of the determination range is determined as a defective part. Specify (step S6a).
  • step S7 the average value a and the standard deviation ⁇ are shown as an example of an index indicating the degree of variation, but other indices may be used as the degree of variation.
  • an inspection apparatus is an inspection apparatus for an object to be inspected in which an electrolyte membrane and a pair of catalyst layers stacked so as to sandwich the electrolyte membrane are formed, the pair of catalyst layers A first electrode portion including one large electrode portion that is in contact with one of the catalyst layers, and a plurality of small electrode portions that are in contact with the other catalyst layer of the pair of catalyst layers.
  • a second electrode part Including a second electrode part, a voltage part for applying a predetermined voltage between the first electrode part and the second electrode part, and detecting an electrical signal of each small electrode part of the second electrode part.
  • a determination unit that determines the quality of the inspection object based on the detection result of the detection unit.
  • the first electrode portion formed by one large electrode portion that is in contact with one catalyst layer of the inspection object and the other catalyst layer of the inspection object are in contact with each other. Since the inspection is performed using the second electrode portion formed by a plurality of small electrode portions, it is possible to determine the quality of the inspection object based on the detection result of each small electrode portion, It is possible to appropriately inspect the inspection object in a state where the catalyst layer is laminated.
  • the detection unit includes a resistance unit connected in series with the small electrode unit, and a measurement unit that measures a voltage of each resistance unit, and the determination unit is measured by the measurement unit. It is preferable to determine the quality of the inspection object based on the voltage value.
  • the detection unit includes the resistance unit and the measurement unit that measures the voltage of the resistance unit, and the determination unit determines the quality of the inspection object based on the voltage value measured by the measurement unit.
  • the applied voltage of the voltage part is divided by the resistance value of the object to be inspected and the resistance value of the resistance part, and the voltage generated by the resistance value of the resistance part is measured, so the voltage measured by each measurement part
  • the resistance value of the object to be inspected is reflected in. Therefore, it is possible to determine the quality of the inspection object based on the voltage value measured by each measurement unit.
  • the plurality of small electrode portions of the second electrode portion preferably have the same area.
  • the plurality of small electrode portions of the second electrode portion are arranged in a lattice shape so as to cover the facing catalyst layer.
  • the plurality of small electrode portions of the second electrode portion are arranged in a lattice shape so as to cover the opposed catalyst layers, so that the entire catalyst layer can be inspected.
  • the plurality of small electrode portions are preferably rectangular or circular.
  • the small electrode portion is formed in a rectangular shape or a circular shape, the inspection apparatus can be easily manufactured.
  • the plurality of small electrode portions are formed as a first wiring pattern on one surface of the substrate, and the detection portion is formed on the other surface of the substrate and further includes the first substrate. It is preferable to be connected to a second wiring pattern that is connected to one wiring pattern through a through hole.
  • the small electrode portion is formed on the one surface of the substrate as the first wiring pattern, the detection portion is formed on the other surface of the substrate, and through the through hole to the first wiring pattern.
  • the second electrode part can be easily manufactured.
  • the determination unit determines the quality of the inspection object by comparing the electric signals detected by the detection unit with each other.
  • the determination unit can determine the quality of the inspected object by comparing each electric signal with each other. Therefore, it is possible to determine the inspection without setting a reference value according to the inspected object. It can be carried out.
  • the determination unit specifies a defective part of the inspection object by determining pass / fail for each of the electrical signals detected by the detection unit.
  • the inspection object is provided for each position in contact with each small electrode unit. Is determined. As a result, it is possible to specify a defective part of the inspection object.
  • the determination unit specifies a defective portion of the inspection object based on a degree of variation of the plurality of electric signals detected by the detection unit and a relationship between the electric signals.
  • the determination unit obtains the electrical signal. Since it is considered that the inspection object is defective at the portion where the small electrode portion is in contact, it is possible to specify that portion as a defective portion of the inspection object.

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Abstract

【課題】燃料電池に利用される膜・電極接合体等の被検査物に関する検査装置の提供。 【解決手段】電解質膜と、該電解質膜を挟むように積層された一対の触媒層とが形成された被検査物の検査装置であって、前記一対の触媒層のうち一方の触媒層に対して当接される一の大電極部を含む第一電極部と、前記一対の触媒層のうち他方の触媒層に対して当接される複数の小電極部を含む第二電極部と、前記第一電極部と、前記第二電極部との間に所定の電圧を印加する電圧部と、前記第二電極部の前記各小電極部の電気信号をそれぞれ検出する検出部と、前記検出部の検出結果を基に前記被検査物の良否を判定する判定部を有する検査装置。

Description

検査装置
　本発明は、燃料電池に利用される膜・電極接合体等の被検査物に関する検査装置に関して、より詳しくは、膜・電極接合体のような被検査物の良否を判定する検査装置に関する。
　現在、燃料電池は、電極反応による生成物が水であるため、地球環境への悪影響が無いクリーンな発電システムとして注目されており、実用化が進んでいる。このような燃料電池は、電解質によっていくつかのタイプのものが知られている。これらの燃料電池のうち固体高分子形燃料電池は、自動車等の移動体用動力源として、あるいは定置用電源としての利用が進んでいる。
　このような固体高分子形燃料電池に使用される電極として、電極支持体の上に、カーボンブラックと、ポリマーと、触媒層とが積層されたものが知られている。上記電極支持体としては、撥水性ポリマーを含浸させたカーボンクロスやカーボンペーパーのような高いガス拡散性を有するものが用いられる。上記カーボンブラックには、触媒成分である貴金属微粒子が担持されている。上記ポリマーとしては、プロトン伝導性を有するものが用いられる。上記触媒層は、撥水性を有するポリマー等で構成され、シート状形状を有する。このような電極の触媒層側を固体高分子電解質膜と対向させて、ホットプレスにより接合したものが、膜・電極接合体（MEA: Membrane Electrode Assembly）として知られている。
　このようなＭＥＡは、一般的に、電解質膜を中心として、触媒層がこの電解質膜を挟み込むように積層された部分を有し、更に燃料電池用ガス拡散層基材（GDL: Gas Diffusion Layer）が、この部分を挟み込むように積層されて構成されている。ＭＥＡは、このような積層構造を構成することで、電子のやり取りを可能とし、発電を行うことができように構成されている。
　このようなＭＥＡを評価する評価装置として、特許文献１に開示される評価装置が提案されている。この特許文献１に記載される評価装置では、複雑な装置を使用したり、多大な時間を要することなく、ＭＥＡをセル化したりスタック化したりする前に、燃料電池の電極性能を、ＭＥＡを構成した状態（ＭＥＡ化した状態）で容易に評価することができる。また、この評価装置は、オンラインの全量検査にも適用することができる。特許文献１によれば、このような固体高分子形燃料電池の電極性能評価装置を提供可能である。
　一方、検査工程の効率化を図る観点から、ＭＥＡ化する前、例えばＧＤＬを取り付ける前の電解質膜と触媒層が積層された状態で良否判定したいというニーズがある。
特開２００４－２２０７８６号公報
　本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、ＭＥＡ化する前、更にはＧＤＬを取り付ける前の電解質膜と触媒層が積層される状態での良否判定を行うことができる検査装置を提供する。
　本発明の一局面に従う検査装置は、電解質膜と、該電解質膜を挟むように積層された一対の触媒層とが形成された被検査物の検査装置であって、前記一対の触媒層のうち一方の触媒層に対して当接される一の大電極部を含む第一電極部と、前記一対の触媒層のうち他方の触媒層に対して当接される複数の小電極部を含む第二電極部と、前記第一電極部と、前記第二電極部との間に所定の電圧を印加する電圧部と、前記第二電極部の前記各小電極部の電気信号をそれぞれ検出する検出部と、前記検出部の検出結果を基に前記被検査物の良否を判定する判定部とを有する。
本発明の一実施形態に従う検査装置の検査対象とする被検査物の一例を示す概略図である。 本発明の一実施形態に従う検査装置の概略構成図である。 検査が実施される場合の状態を示す概略構成図である。 第二電極部の一実施形態を示す平面図である。この実施例では、第二電極部の小電極部３１が複数配置されており、触媒層ｃと略同じ形状を有するように形成されている。 図２に示す検査装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図２に示す検査装置の動作の他の一例を示すフローチャートである。
　以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
　図１は、本発明の一実施形態に係る検査装置１が検査対象とする被検査物Ｔの一例を示す概略説明図である。被検査物Ｔは、板状の形状を有しており、図１は、被検査物Ｔの厚さ方向の断面形状を示している。図１に示す被検査物Ｔは、電解質膜ｅを間に挟み込むように一対の触媒層ｃが配置されて構成されている。
　検査装置１は、被検査物Ｔのように、電解質膜と触媒層が積層された状態のもの、または、ＧＤＬが取り付けられていない状態のＭＥＡを検査対象物としている。つまり、電解質膜を中心として、この電解質膜での検査や、燃料電池に利用されるＭＥＡを構成するために用いられるＧＤＬを取り付ける前の状態での検査を可能としている。より具体的には、二つの触媒層により電解質膜を挟み込むように積層された状態のものを被検査物として検査を行う。
　図２は、本発明の一実施形態に係る検査装置の概略構成図であり、図３は、検査が実施される場合の状態を示す概略構成図である。図２に示す検査装置１は、第一電極部２、第二電極部３、電圧部４、検出部５、及び判定部６を備えている。なお、検査装置１は、これらの機能を動作させるための制御装置や、検査手順や検査結果等を記憶しておく記憶装置や検査結果等を表示する表示装置を備えることもできる。
　第一電極部２と、第二電極部３とは、互いに対向配置されており、検査を実施する際には、図３に示すように、第一電極部２と、第二電極部３との間に被検査物Ｔが挟み込まれるようになっている。
　第一電極部２は、被検査物Ｔに形成されている一方の触媒層ｃに対して当接される。この第一電極部２は、触媒層ｃとほぼ同じ面積を有する一枚の板状の電極板で形成されている。なお、この第一電極部２は、後述する第二電極部３よりも面積が大きく形成される。
　第二電極部３は、被検査物Ｔの他方の触媒層ｃに対して当接される板状の複数の小電極部３１で形成される。なお、第一電極部２とこの第二電極部３は、後述する電圧部４による所定電圧Ｖをこれら電極間に印加する。図２、図３では、第二電極部３の小電極部３１は四つ示されているが、これに限定されるものではない。
　図４は、第二電極部３の一実施形態を示す平面図である。第二電極部３の複数の小電極部３１は、夫々互いに同一の面積に形成される。各小電極部３１が互いに同一の面積にて形成されることで、各小電極部３１から得られる電気信号の比較を容易に行うことができる。
　第二電極部３の複数の小電極部３１は、触媒層ｃに対向するように配置されるとともに、この触媒層ｃの表面を覆うように格子状に配置される。このように小電極部３１が触媒層ｃを覆うように格子状に配置されることで、触媒層ｃ全体を検査対象とすることができる。また、複数の小電極部３１が、格子状に配置されることで、各小電極部３１により得られた電気信号から、被検査物Ｔの不良部位の特定を容易に行うことができる。
　小電極部３１は、矩形又は円形に形成される。小電極部３１が矩形又は円形に形成されることにより、第二電極部３を容易に製造することができる。
　また、この小電極部３１は、一枚の基板Ｂにて形成することができる。具合的には、基板Ｂの一方表面に小電極部３１となる配線パターンＰを形成し、その基板Ｂの裏側に後述する検出部５（抵抗部５１）と接続されるための端子又は配線パターン（図示せず）を形成する。基板Ｂの表裏に形成される配線パターンは、スルーホール３２により導通させておくことにより、基板Ｂの一方表面と他方表面を電気的に接続することができる。小電極部３１が矩形に形成される場合には、この配線パターンＰが矩形に形成され、小電極部３１が円形に形成される場合には同様にこの配線パターンＰが円形に形成されることになる。なお、他方表面は、後述する抵抗部５１と接続される。
　図４で示される第二電極部３では、基板Ｂの一方表面に、１０×１０の格子状に形成される小電極部３１が複数形成されて構成される。図４の第二電極部３の小電極部３１は、矩形に形成される電極形状を有している。この小電極部３１の面積の大小により、良否判定を行う被検査物Ｔの判定領域が決定されることになる。この小電極部３１は、特に限定されないが、例えば、１辺５～２０ｍｍの正方形に形成される。この図４に示す実施形態では、矩形の小電極部３１の隅（図では紙面手前左側）に、基板Ｂの裏面と導通接続されるスルーホール３２が形成される。なお、小電極部３１が円形に形成される場合には、この円形と同心となるようにスルーホール３２を形成することもできる。
　第一電極部２と第二電極部３は、その間に被検査物Ｔを挟んで被検査物Ｔの表面に当接する。例えば、被検査物Ｔを載置する載置台（図示せず）の表面に第二電極部３を形成し、上下動可能なプレス機構のプレス面に第一電極部２を形成することもできる。この場合、載置台に被検査物Ｔを載置することで、被検査物Ｔと第二電極部３１が当接し、更にプレス機構にて被検査物Ｔを押圧することにより、第一電極部２が被検査物Ｔと当接する。
　電圧部４は、第一電極部２と第二電極部３との間に予め設定された所定の電圧Ｖを印加する。この電圧部４が電圧Ｖを印加することにより、被検査物Ｔの良否を判定することができる。電圧部４としては、例えば、直流電源を用いることができる。
　検出部５は、第二電極部３の夫々の小電極部３１に流れる電気信号を検出する。この検出部５は、小電極部３１の電気信号を検出すると、検出した電気信号を判定部６へ送信する。検出部５は、例えば、複数の小電極部３１にそれぞれ接続された複数の抵抗部５１と、各抵抗部５１で生じた電圧Ｖｒを測定する測定部５２とを備える。測定部５２としては、例えばアナログデジタルコンバータを用いることができる。
　この検出部５が行う電気信号の検出方法は、例えば、小電極部３１と直列接続される抵抗部５１と、抵抗部５１の電圧Ｖｒを測定する測定部５２とを用いて実現することができる。小電極部３１を流れる電流が、直列接続される抵抗部５１に流れ、この抵抗部５１にかかる電圧Ｖｒを測定する。このように抵抗部５１での電圧Ｖｒを測定することにより、小電極部３１にかかる電気信号の強弱を測定することができる。測定部５２が測定した測定値（電圧値）、すなわち電圧Ｖｒは、小電極部３１の位置情報とともに後述する判定部６へ送信される。位置情報としては、例えば測定値に対応する小電極部３１の番号、識別情報、座標等を用いることができる。なお、抵抗部５１には、例えば、シャント抵抗を用いることができ、シャント抵抗を利用することで小電極部３１にかかる電気信号を電圧値（電圧Ｖｒ）として測定することができる。
　判定部６は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、所定の制御プログラム等を記憶する不揮発性の記憶装置、及びこれらの周辺回路等を備えて構成されている。
　判定部６は、検出部５の検出結果を基に被検査物Ｔの良否を判定する。判定部６は、各小電極部３１から得られる電気信号の測定結果を基に、電気信号毎に、すなわち小電極部３１毎に判定を実施し、全ての小電極部３１からの測定結果が良好な場合に、被検査物Ｔが良品であると判断する。判定部６は、各小電極部３１から得られる電圧値を予め設定される基準値と比較して、夫々の小電極部３１が当接する位置における被検査物Ｔの良否が判定される。
　具体的には、例えば、良品の範囲を示す電圧値の上限値ＶＨと下限値ＶＬとを、基準値として予め設定し、判定部６は、各小電極部３１から得られる電圧値毎に、その上限値ＶＨと下限値ＶＬで示される良品の範囲内であるか否かを判定し、範囲外の電圧値があった場合、その電圧値に対応する小電極部３１が当接する位置において、被検査物Ｔの不良が生じていると判定することができる。これにより、判定部６は、被検査物Ｔの不良部位を特定することができる。
　第二電極部３に設けられる小電極部３１が同一の大きさに形成されている場合には、判定部６は、各小電極部３１からの検出結果を互いに比較することで、被検査物Ｔの良否判定を行うことができる。第二電極部３の小電極部３１が同一の大きさに形成されている場合には、被検査物Ｔが良品であれば、各小電極部３１から得られる電気信号は同じ大きさを有しているため、検出される各電気信号を互いに比較することで、基準値を設けること無く、被検査物Ｔの良否判定を行うことができる。
　具体的には、測定部５２によって測定された各電圧値のうちいずれかと、他の電圧値のうちいずれかとの差が、予め設定された許容範囲を超えて大きく異なっていた場合、判定部６は、被検査物Ｔを不良であると判定することができる。
　また、被検査物Ｔの特定部位で不良が生じていた場合、その特定部位に当接する小電極部３１から得られる電気信号は、複数の小電極部３１から得られた複数の電気信号全体のばらつきの程度（例えば標準偏差）に比べて大きくばらついた値になると考えられる。
　そこで、判定部６は、測定部５２によって測定された各電圧値のばらつきの程度と、各電圧値との関係に基づいて、被検査物Ｔの不良部位を特定するようにしてもよい。具体的には、判定部６は、例えば各電圧値の平均値ａと標準偏差σとを算出し、各電圧値のいずれかが、（ａ－３σ）～（ａ＋３σ）の判定範囲内に入っていなかった場合、あるいは（ａ－２σ）～（ａ＋２σ）の判定範囲内に入っていなかった場合に、その判定範囲内に入っていなかった電圧値が得られた小電極部３１が当接する位置において、被検査物Ｔの不良が生じていると判定することができる。これにより、判定部６は、被検査物Ｔの不良部位を特定することができる。
　以上が、検査装置１の構成の説明である。
　次に、図２に示す検査装置１を用いた被検査物Ｔの検査方法について説明する。図５は、図２に示す検査装置１の動作の一例を示すフローチャートである。
　まず、被検査物Ｔを所定の位置に載置する。この場合、被検査物Ｔの一方の触媒層ｃを第二電極部３と当接させる。また、プレス機構を用いる等により第一電極部２を被検査物Ｔの他方の触媒層ｃと当接させる。被検査物Ｔが、第一電極部２と第二電極部３とで挟持された状態となる。
　被検査物Ｔが第一電極部２と第二電極部３とで挟持されると、電圧部４により第一電極部２と第二電極部３の間にて所定電圧Ｖが印加される（ステップＳ１）。そして、所定時間経過後、第二電極部３の各小電極部３１から電気信号を検出する。具体的には、各小電極部３１に接続される抵抗部５１を流れる電流を検出することで、各抵抗部５１の電圧値（電圧Ｖｒ）を測定する。抵抗部５１を流れる電流によりその抵抗部５１に生じた電圧Ｖｒは、電圧部４の印加電圧が被検査物Ｔと抵抗部５１とで分圧された電圧にも相当している。
　各小電極部３１に接続される抵抗部５１の電圧値を検出し、これらの結果から被検査物Ｔの良否の判定を行う。この場合、検出される各電圧値が所定範囲内にあれば良品として判定することもできるし、各電圧値を比較することで大きくずれが無い（差分が所定値内）場合には良品であると判定することができる。
　具体的には、判定部６は、全ての抵抗部５１の電圧Ｖｒを、各電圧Ｖｒに対応する位置情報と共に取得する（ステップＳ２）。次に、判定部６は、全ての電圧Ｖｒは基準値の範囲内であるか否か、すなわち上限値ＶＨ以下かつ下限値ＶＬ以上の範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ３）。そして、全ての電圧Ｖｒが基準値の範囲内であれば（ステップＳ３でＹＥＳ）判定部６は被検査物Ｔを良品と判定し（ステップＳ４）、一つでも基準値の範囲外となる電圧Ｖｒがあれば（ステップＳ３でＮＯ）判定部６は被検査物Ｔを不良と判定し（ステップＳ５）、さらに基準値の範囲外となった電圧Ｖｒの位置情報に対応する被検査物Ｔの部位を、不良部位として特定する（ステップＳ６）。
　なお、判定部６は、ステップＳ６を実行しなくてもよく、ステップＳ２で位置情報を取得しなくてもよい。
　また、判定部６は、ステップＳ３において、各電圧Ｖｒを基準値と比較する代わりに、各電圧Ｖｒを互いに比較することで被検査物Ｔの良否を判定してもよい。具体的には、判定部６は、ステップＳ３において、各電圧Ｖｒを、他の電圧Ｖｒのうち少なくとも一つと比較し、その差が予め設定された判定基準値を超えた場合に、被検査物Ｔを不良と判定してもよい。
　図６は、図２に示す検査装置１の動作の他の一例を示すフローチャートである。以下のフローチャートでは、図５に示すフローチャートと同様の動作には同一のステップ番号を付してその説明を省略する。
　まず、ステップＳ１，Ｓ２が実行される。次に、判定部６は、全ての電圧Ｖｒの平均値ａと、標準偏差σとを算出する（ステップＳ７）。そして、判定部６は、全ての電圧Ｖｒが判定範囲内か否かを判定する（ステップＳ３ａ）。この場合の判定範囲は、例えば（ａ－３σ）以上、かつ（ａ＋３σ）未満の範囲、あるいは（ａ－２σ）以上、かつ（ａ＋２σ）未満の範囲等である。
　そして、全ての電圧Ｖｒが判定範囲内であれば（ステップＳ３ａでＹＥＳ）判定部６は被検査物Ｔを良品と判定し（ステップＳ４）、一つでも判定範囲外となる電圧Ｖｒがあれば（ステップＳ３ａでＮＯ）判定部６は被検査物Ｔを不良と判定し（ステップＳ５）、さらに判定範囲外となった電圧Ｖｒの位置情報に対応する被検査物Ｔの部位を、不良部位として特定する（ステップＳ６ａ）。
　なお、判定部６は、ステップＳ６ａを実行しなくてもよく、ステップＳ２で位置情報を取得しなくてもよい。また、ステップＳ７において、ばらつきの程度を示す指標の一例として平均値ａと、標準偏差σとを示したが、ばらつきの程度として他の指標を用いてもよい。
　すなわち、本発明の一局面に従う検査装置は、電解質膜と、該電解質膜を挟むように積層された一対の触媒層とが形成された被検査物の検査装置であって、前記一対の触媒層のうち一方の触媒層に対して当接される一の大電極部を含む第一電極部と、前記一対の触媒層のうち他方の触媒層に対して当接される複数の小電極部を含む第二電極部と、前記第一電極部と、前記第二電極部との間に所定の電圧を印加する電圧部と、前記第二電極部の前記各小電極部の電気信号をそれぞれ検出する検出部と、前記検出部の検出結果を基に前記被検査物の良否を判定する判定部を有する。
　この構成によれば、被検査物の一方の触媒層に対して当接される一の大電極部で形成される第一電極部と、被検査物の他方の触媒層に対して当接される複数の小電極部で形成される第二電極部とを用いて検査が実施されるので、各小電極部の検出結果を基に被検査物の良否を判定することができ、電解質膜と触媒層が積層された状態の被検査物を適切に検査することができる。
　また、前記検出部は、前記小電極部とそれぞれ直列接続される抵抗部と、前記各抵抗部の電圧を測定する測定部とを有し、前記判定部は、前記測定部によって測定された各電圧値を基に、前記被検査物の良否を判定することが好ましい。
　この構成によれば、検出部が抵抗部とこの抵抗部の電圧を測定する測定部を有し、更に判定部が測定部の測定する電圧値を基に、被検査物の良否を判定する。この場合、被検査物の抵抗値と抵抗部の抵抗値とで電圧部の印加電圧が分圧され、抵抗部の抵抗値で生じた電圧が測定されるので、各測定部によって測定された電圧には、被検査物の抵抗値が反映される。従って、各測定部によって測定された電圧値を基に、前記被検査物の良否を判定することが可能となる。
　また、前記第二電極部の複数の小電極部は、互いに同一の面積であることが好ましい。
　この構成によれば、第二電極部の複数の小電極部は、互いに同一の面積に形成されているので、各小電極部相互間で電圧の印加条件及び電気信号の検出条件が揃えられる。その結果、各小電極部で得られた電気信号を互いに比較することによって、被検査物の良否を判定することが容易になる。
　また、前記第二電極部の複数の小電極部は、対向する前記触媒層を覆うように格子状に配置されていることが好ましい。
　この構成によれば、第二電極部の複数の小電極部は、対向する前記触媒層を覆うように格子状に配置されているので、触媒層全体を検査することができる。
　また、前記複数の小電極部が、矩形又は円形であることが好ましい。
　この構成によれば、小電極部が、矩形又は円形に形成されるので、検査装置を容易に製造することができる。
　また、板状の基板をさらに含み、前記複数の小電極部は、前記基板の一方表面に第一の配線パターンとして形成され、前記検出部は、該基板の他方表面に形成されるとともに該第一の配線パターンに対してスルーホールを介して接続される第二の配線パターンと接続されていることが好ましい。
　この構成によれば、小電極部が基板の一方表面に第一の配線パターンとして形成され、検出部がこの基板の他方表面に形成されるとともに該第一の配線パターンに対してスルーホールを介して接続される第二の配線パターンと接続されているので、第二電極部を簡便に製造することができる。
　また、前記判定部は、前記検出部により検出された前記各電気信号を互いに比較することで前記被検査物の良否を判定することが好ましい。
　この構成によれば、判定部は、各電気信号を互いに比較することで被検査物の良否を判定することができるので、被検査物に応じて基準値を設定すること無く、検査の判定を行うことができる。
　また、前記判定部は、前記検出部により検出された前記電気信号毎に良否を判定することによって前記被検査物の不良部位を特定することが好ましい。
　この構成によれば、検出部により検出された前記各電気信号毎、すなわち各小電極部から得られる電気信号毎に良否が判定される結果、各小電極部と当接する位置毎に被検査物の良否が判定されることになる。その結果、被検査物の不良部位を特定することが可能になる。
　また、前記判定部は、前記検出部により検出された前記複数の電気信号のばらつきの程度と、前記各電気信号との関係に基づいて、前記被検査物の不良部位を特定することが好ましい。
　この構成によれば、判定部は、複数の小電極部から得られた複数の電気信号全体のばらつきの程度に比べて大きくばらついた（異なった）電気信号があった場合、その電気信号が得られた小電極部が当接する部位で、被検査物に不良が生じていると考えられるから、その部位を被検査物の不良部位として特定することが可能となる。
１・・・・・検査装置
２・・・・・第一電極部
３・・・・・第二電極部
３１・・・・小電極部
３２・・・・スルーホール
４・・・・・電圧部
５・・・・・検出部
６・・・・・判定部
５１・・・・抵抗部
５２・・・・測定部
ｃ・・・・・触媒層
ｅ・・・・・電解質膜
Ｂ・・・・・基板
Ｔ・・・・・被検査物
Ｖ，Ｖｒ・・電圧
 
 

Claims (9)

  1. 　電解質膜と、該電解質膜を挟むように積層された一対の触媒層とが形成された被検査物の検査装置であって、
    　前記一対の触媒層のうち一方の触媒層に対して当接されるための一の大電極部を含む第一電極部と、
    　前記一対の触媒層のうち他方の触媒層に対して当接されるための複数の小電極部を含む第二電極部と、
    　前記第一電極部と、前記第二電極部との間に所定の電圧を印加する電圧部と、
    　前記第二電極部の前記各小電極部の電気信号をそれぞれ検出する検出部と、
    　前記検出部の検出結果を基に前記被検査物の良否を判定する判定部とを有する検査装置。
  2. 　前記検出部は、
    　　前記複数の小電極部とそれぞれ直列接続される複数の抵抗部と、
    　　前記各抵抗部の電圧を前記電気信号として測定する測定部とを有し、
    　前記判定部は、前記測定部によって測定された各電圧値を基に、前記被検査物の良否を判定する請求項１記載の検査装置。
  3. 　前記第二電極部の複数の小電極部は、互いに同一の面積である請求項１又は２に記載の検査装置。
  4. 　前記第二電極部の複数の小電極部は、対向する前記触媒層を覆うように格子状に配置されている請求項３記載の検査装置。
  5. 　前記複数の小電極部が、矩形又は円形である請求項３又は４に記載の検査装置。
  6. 　板状の基板をさらに含み、
    　前記複数の小電極部は、前記基板の一方表面に第一の配線パターンとして形成され、
    　前記検出部は、該基板の他方表面に形成されるとともに該第一の配線パターンに対してスルーホールを介して接続される第二の配線パターンと接続されている請求項１～５のいずれか１項に記載の検査装置。
  7. 　前記判定部は、前記検出部により検出された前記各電気信号を互いに比較することで前記被検査物の良否を判定する請求項１～６のいずれか１項に記載の検査装置。
  8. 　前記判定部は、前記検出部により検出された前記電気信号毎に良否を判定することによって前記被検査物の不良部位を特定する請求項１～６のいずれか１項に記載の検査装置。
  9. 　前記判定部は、前記検出部により検出された前記複数の電気信号のばらつきの程度と、前記各電気信号との関係に基づいて、前記被検査物の不良部位を特定する請求項１～６のいずれか１項に記載の検査装置。
     
     
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