(57)【要約】【課題】面圧分布を細かく測定できる。【解決手段】面圧分布検査装置は、測定対象物を置くための載置部と、前記載置部の表面に並んで配されている複数の電極と、前記複数の電極のうち、異なる２つの電極に電圧を掛けることができる電圧印加部と、前記測定対象物を介して前記２つの電極に流れる電流の値を測定できる電流測定部と、前記載置部とともに、前記測定対象物を挟んで押圧する押圧部と、を備える。【選択図】図２
2014185990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物を置くための載置部と、
前記載置部の表面に並んで配されている複数の電極と、
前記複数の電極のうち、異なる２つの電極に電圧を掛けることができる電圧印加部と、
前記測定対象物を介して前記２つの電極に流れる電流の値を測定できる電流測定部と、
前記載置部とともに、前記測定対象物を挟んで押圧する押圧部と、を備える、面圧分布検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の面圧検査装置であって、
さらに、前記２つの電極の電位差を測定できる電位測定部、を備える、面圧分布検査装置。
【請求項３】
請求項１から請求項２のいずれか１項に記載する面圧検査装置であって、
前記複数の電極の間隔が、１００μｍ以下である、面圧検査装置。
【請求項４】
面圧分布を検査する方法であって、
（ａ）表面に複数の電極が並んで配されている載置部と接するように拡散層を置き、前記拡散層に対して前記載置部とは反対側に、平面部を有する基準部材を、前記平面部が前記拡散層と向かい合うように置く工程と、
（ｂ）前記載置部と前記拡散層と前記基準部材とを積層方向に、異なる大きさの力で押圧した状態において、前記複数の電極のうち、異なる組み合わせの２つの電極に、それぞれ電圧を掛け、前記拡散層を介して前記２つの電極に流れるそれぞれの電流の値を測定する工程と、
（ｃ）前記異なる組み合わせの２つの電極ごとに、前記電圧と前記電流の値とから算出される抵抗値と、前記異なる大きさの力と、の関係を得る工程と、
（ｄ）前記載置部と接するように前記拡散層を置き、前記拡散層に対して前記載置部とは反対側に、溝流路を有するセパレータを、前記溝流路が前記拡散層と向かい合うように置く工程と、
（ｅ）前記載置部と前記拡散層と前記セパレータとを積層方向に、所定の大きさの力で押圧した状態において、前記複数の電極のうち、異なる組み合わせの２つの電極に、それぞれ電圧を掛け、前記拡散層を介して前記２つの電極に流れるそれぞれの電流の値を測定する工程と、
（ｆ）前記（ｅ）工程における前記電圧と前記電流の値とから算出される抵抗値と、前記関係と、により、前記異なる組み合わせの２つの電極ごとに掛かる力の大きさを得ることにより、面圧分布を得る工程と、を備える、面圧分布を検査する方法。
【請求項５】
請求項４に記載の面圧分布を検査する方法であって、
前記（ｅ）工程と、前記（ｆ）工程との間に、さらに、
（ｇ）前記載置部と接するように前記拡散層を置き、前記拡散層に対して前記載置部とは反対側に、前記基準部材を、前記平面部が前記拡散層と向かい合うように置く工程と、
（ｈ）前記載置部と前記拡散層と前記基準部材とを積層方向に、前記（ｂ）工程における前記異なる大きさの力よりも大きい力を含む、異なる大きさの力で押圧した状態において、前記複数の電極のうち、異なる組み合わせの２つの電極に、それぞれ電圧を掛け、前記拡散層を介して前記２つの電極に流れるそれぞれの電流の値を測定する工程と、
（ｉ）前記異なる組み合わせの２つの電極ごとに、前記（ｈ）工程における前記電圧と前記電流の値とから算出される抵抗値と、前記（ｈ）工程における前記異なる大きさの力と、の関係を得る工程と、を備え、
前記（ｂ）工程における前記異なる大きさの力は、閾値以下の力のうち、異なる大きさの力であり、
前記（ｆ）工程は、前記（ｃ）工程と前記（ｉ）工程とによって得られた前期関係と、前記（ｅ）工程における前記電圧と前記電流の値とから算出される抵抗値と、により、前記異なる組み合わせの２つの電極ごとに掛かる力の大きさを得ることにより、面圧分布を得る工程である、面圧分布を検査する方法。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の面圧分布を検査する方法であって、
前記（ｂ）工程と、前記（ｅ）工程と、前記（ｈ）工程とにおいて、
押圧する時は、力を０から一定の割合で増加させる、面圧分布を検査する方法。
【請求項７】
請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の面圧分布を検査する方法であって、さらに、
前記（ｂ）工程と、前記（ｈ）工程の前工程として、
力を０から一定の割合で前記閾値以下まで増加させる工程を３回繰り返す工程と、
前記（ｅ）工程の前工程として、
力を０から一定の割合で前記所定の力以下まで増加させる工程を３回繰り返す工程と、を備える、面圧分布を検査する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面圧分布検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、感圧導電ゴムの両面に電極を複数配置し、各電極間の電圧から圧力分布を計測できる面圧計測装置が用いられている（例えば、特許文献１）。この面圧計測装置は、圧力により抵抗値が変化する導電ゴムシートを備え、導電ゴムシートの表面と裏面とに電極が設けられている。この面圧測定装置は、導電シートに加わる圧力と抵抗値の既知の関係に基づいて、導電シートに加わる圧力を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開１９８７−８０５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載された技術では、感圧導電性のシート自体が持つ弾性もしくは剛性により、微細な範囲の面圧分布を測定する場合には、面圧分布を正しく計測できないという課題があった。また、面圧計測装置において、面圧分布を計測する前にキャリブレーション（校正）が行われる。キャリブレーションを高い面圧で行った場合、接触抵抗と面圧との間に生じるクリープによって測定誤差が生じるという課題があった。なお、「クリープ」とは、物体に加えた外力の大きさが一定でも、歪みが時間と共にゆっくり増す現象をいう（出典：広辞苑第５版）。
【０００５】
また、接触抵抗を面圧に換算する場合に、接触抵抗と面圧との間にヒステリシスによる測定誤差が生じるという課題があった。なお、「ヒステリシス」とは、ある量の大きさが変化の経路によって異なる現象をいう（出典：広辞苑第５版）。そのほか、従来の面圧計測装置においては、その小型化や、省資源化、製造の容易化、製造の精確さ、作業性の向上等が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することができる。
【０００７】
（１）本発明の一形態によれば、面圧分布検査装置が提供される。この面圧分布検査装置は、測定対象物を置くための載置部と、前記載置部の表面に並んで配されている複数の電極と、前記複数の電極のうち、異なる２つの電極に電圧を掛けることができる電圧印加部と、前記測定対象物を介して前記２つの電極に流れる電流の値を測定できる電流測定部と、前記載置部とともに、前記測定対象物を挟んで押圧する押圧部と、を備える。この形態の面圧分布検査装置によれば、測定対象物と電極を直接接触させ、面圧の変化による測定対象物と電極との間の抵抗値の変化を計測することにより、面圧分布を細かく測定できる。
【０００８】
（２）上記形態の面圧分布検査装置において、さらに、前記２つの電極の電位差を測定できる電位測定部、を備えてもよい。この形態の面圧分布検査装置によれば、２つの電極間の電位差を測定する電位測定部を備えることにより、より正確に抵抗値を算出できる。このため、面圧分布をより正確に測定できる。
【０００９】
（３）上記形態の面圧分布検査装置は、前記複数の電極の間隔が、１００μｍ以下である。この形態の面圧分布検査装置によれば、より微細な範囲における面圧分布を、正しく測定できる。
【００１０】
（４）本発明の一形態によれば、面圧分布を検査する方法が提供される。この面圧分布検査装置は、（ａ）表面に複数の電極が並んで配されている載置部と接するように拡散層を置き、前記拡散層に対して前記載置部とは反対側に、平面部を有する基準部材を、前記平面部が前記拡散層と向かい合うように置く工程と；（ｂ）前記載置部と前記拡散層と前記基準部材とを積層方向に、異なる大きさの力で押圧した状態において、前記複数の電極のうち、異なる組み合わせの２つの電極に、それぞれ電圧を掛け、前記拡散層を介して前記２つの電極に流れるそれぞれの電流の値を測定する工程と；（ｃ）前記異なる組み合わせの２つの電極ごとに、前記電圧と前記電流の値とから算出される抵抗値と、前記異なる大きさの力と、の関係を得る工程と；（ｄ）前記載置部と接するように前記拡散層を置き、前記拡散層に対して前記載置部とは反対側に、溝流路を有するセパレータを、前記溝流路が前記拡散層と向かい合うように置く工程と；（ｅ）前記載置部と前記拡散層と前記セパレータとを積層方向に、所定の大きさの力で押圧した状態において、前記複数の電極のうち、異なる組み合わせの２つの電極に、それぞれ電圧を掛け、前記拡散層を介して前記２つの電極に流れるそれぞれの電流の値を測定する工程と；（ｆ）前記（ｅ）工程における前記電圧と前記（ｅ）工程における前記電流の値とから算出される抵抗値と、前記関係と、により、前記異なる組み合わせの２つの電極ごとに掛かる力の大きさを得ることにより、面圧分布を得る工程と、を備える。この形態の面圧分布を検査する方法によれば、拡散層と電極を直接接触させ、面圧の変化による拡散層と電極との間の抵抗値の変化を計測することにより、面圧分布を細かく測定できる。
【００１１】
（５）上記形態の面圧分布を検査する方法は、前記（ｅ）工程と、前記（ｆ）工程との間に、さらに、（ｇ）前記載置部と接するように前記拡散層を置き、前記拡散層に対して前記載置部とは反対側に、前記基準部材を、前記平面部が前記拡散層と向かい合うように置く工程と；（ｈ）前記載置部と前記拡散層と前記基準部材とを積層方向に、前記（ｂ）工程における前記異なる大きさの力よりも大きい力を含む、異なる大きさの力で押圧した状態において、前記複数の電極のうち、異なる組み合わせの２つの電極に、それぞれ電圧を掛け、前記拡散層を介して前記２つの電極に流れるそれぞれの電流の値を測定する工程と；（ｉ）前記異なる組み合わせの２つの電極ごとに、前記（ｈ）工程における前記電圧と前記（ｈ）工程における前記電流の値とから算出される抵抗値と、前記（ｈ）工程における前記異なる大きさの力と、の関係を得る工程と、を備え；前記（ｂ）工程における前記異なる大きさの力は、閾値以下の力のうち、異なる大きさの力であり、前記（ｆ）工程は、前記（ｃ）工程と前記（ｉ）工程とによって得られた前期関係と、前記（ｅ）工程における前記電圧と前記（ｅ）工程における前記電流の値とから算出される抵抗値と、により、前記異なる組み合わせの２つの電極ごとに掛かる力の大きさを得ることにより、面圧分布を得る工程としてもよい。この形態の面圧分布を検査する方法によれば、面圧の検査工程である（ｅ）工程を行う前に、拡散層に大きい力を与えないため、拡散層の劣化を抑制できる。
【００１２】
（６）上記形態の面圧分布を検査する方法は、前記（ｂ）工程と、前記（ｅ）工程と、前記（ｈ）工程とにおいて、押圧する時は、力を０から一定の割合で増加させてもよい。この形態の面圧分布を検査する方法によれば、面圧の変化の経路によって生じる面圧と抵抗値との間のヒステリシスを抑制することができる。
【００１３】
（７）上記形態の面圧分布を検査する方法は、さらに、前記（ｂ）工程と、前記（ｈ）工程の前工程として、力を０から一定の割合で前記閾値以下まで増加させる工程を３回繰り返す工程と、前記（ｅ）工程の前工程として、力を０から一定の割合で前記所定の力以下まで増加させる工程を３回繰り返す工程と、を備えてもよい。面圧印加の開始時は、面圧と抵抗値との関係における再現性に乏しい。しかし、この形態の面圧分布を検査する方法によれば、電流の値を測定する前に面圧印加を行うことにより、面圧分布をより正確に測定できる。
【００１４】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、本発明の面圧分布検査装置を搭載した車両等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】燃料電池５０の単セル４０の構成を示す断面図。
【図２】面圧検査装置１００を示した図。
【図３】面圧検査装置１００の載置部７０周辺を拡大した断面図。
【図４】隣接する電極６０間に通電する場合の通電経路を示す図。
【図５】異なる組み合わせの２つの電極に電圧を掛ける方法を示す説明図。
【図６】それぞれの通電経路ＣＨにおけるキャリブレーション曲線を示す図。
【図７】セパレータ２１を載せて任意の圧力を拡散層２ｇに印加したときに、面圧検査装置１００により得られる面圧分布の例を示す図。
【図８】キャリブレーションを行う際の最大圧力の違いによる面圧への影響を示す図。
【図９】任意に１つ選ばれた通電経路ＣＨであって、流露溝２３と向かい合う通電経路ＣＨにおける面圧を示した図。
【図１０】面圧検査法１を示すフローチャート。
【図１１】面圧検査法１により得られた面圧分布の例を示す図。
【図１２】抵抗値と面圧との間のクリープを示す説明図。
【図１３】面圧検査法２を示すフローチャート。
【図１４】任意の通電経路ＣＨにおけるキャリブレーション曲線を示す図。
【図１５】抵抗値と面圧との間のヒステリシスを示す説明図。
【図１６】面圧検査法３を示すフローチャート。
【図１７】面圧検査法４を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
Ａ．実施形態：
Ａ１．測定対象物の構成：
本実施形態において、面圧分布の測定対象物としては、セパレータ２１と拡散層２ｇとが用いられる。セパレータ２１と拡散層２ｇは、燃料電池５０より切り出す。
【００１７】
図１は、燃料電池５０の単セル４０の構成を示す断面図である。燃料電池５０は、反応ガスとして水素（燃料ガス）と酸素（酸化ガス）の供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。燃料電池５０は、複数の単セル４０が積層されたスタック構造を有している。
【００１８】
単セル４０は、膜電極接合体１０と、膜電極接合体１０を狭持する２枚のセパレータ２１，２２とを備える。膜電極接合体１０は、電解質膜１の外側にアノード電極２、とカソード電極３（以後、それぞれ「アノード２」および「カソード３」とも呼ぶ）が設けられた発電体である。電解質膜１は、プロトン伝導性を有する高分子の薄膜である。
【００１９】
アノード２は、触媒層２ｃと、拡散層２ｇとを有する。触媒層２ｃは、電気化学反応を促進するための触媒が担持された層であり、電解質膜１の外表面に形成されている。本実施形態の触媒層２ｃには、触媒として白金（Ｐｔ）が担持されている。触媒層２ｃは、水溶性溶媒または有機溶媒に触媒担持カーボンと、電解質膜１に含まれる電解質ポリマーと同種の電解質ポリマーと、を分散させた混合溶液（触媒インク）を塗布し、乾燥させることによって形成することができる。なお、触媒層２ｃは、予めフィルム基材の表面に形成された触媒担持膜を電解質膜１の表面に転写することにより形成されるものとしても良い。
【００２０】
拡散層２ｇは、水素を拡散させてアノード２の全体に行き渡らせるための層である。拡散層２ｇは、導電性およびガス透過性・ガス拡散性を有する多孔質の繊維基材（例えば、炭素繊維や黒鉛繊維など）を、触媒層２ｃの上に重ねて配置し、ホットプレスすることにより形成することができる。
【００２１】
カソード３は、触媒層３ｃと拡散層３ｇとを有する。カソード３における触媒層３ｃおよび拡散層３ｇの構成は、アノード２における触媒層２ｃと拡散層２ｇと同様である。
【００２２】
単セル４０では、アノード２の外側には、アノードセパレータ２１が配置され、カソード３の外側にはカソードセパレータ２２が配置されている。セパレータ２１，２２は、導電性を有するガス不透過の板状部材（例えば金属板）によって構成されている。セパレータ２１のアノード２側の面と、セパレータ２２のカソード３側の面には反応ガスのための流路溝２３が、発電領域全体に渡って形成されている。本実施形態において、流路溝２３の幅は１ｍｍである。
【００２３】
Ａ２．面圧検査装置１００の構成：
図２は、面圧検査装置１００を示した図である。図２には、互いに直交する三次元矢印ｘ，ｙ，ｚが図示されている。面圧検査装置１００は、載置部７０と、押圧部１０５と、押圧部１０６と、荷重計測手段１０７と、表示部１０８と、操作部１０９とを備える。なお、図２においては、載置部７０と押圧部１０５との間に、拡散層２ｇとキャリブレーションに用いる平板２５とが図示されている。
【００２４】
押圧部１０５と押圧部１０６とは、この間に載置された物に圧力を印加する部分である。押圧部１０５と、押圧部１０６とは、金属により形成されており、押圧部１０５が鉛直方向（矢印ｚ方向）に上下することにより、押圧部１０５と押圧部１０６との間の荷重を調節する。
【００２５】
荷重計測手段１０７は、押圧部１０５と押圧部１０６との間にかかる圧力の計測を行う。表示部１０８は、荷重計測手段１０７で計測された押圧部１０５と押圧部１０６との間に掛かる荷重を表示する。操作部１０９は、ユーザにより押圧部１０５と押圧部１０６との間に掛ける荷重が入力される部分である。
【００２６】
図３は、面圧検査装置１００の載置部７０周辺を拡大した断面図である。互いに直交する三次元矢印ｘ，ｙ，ｚは、図２と対応している。矢印ｚは、セパレータ２１と拡散層２ｇとの積層方向である。
【００２７】
押圧部１０５と押圧部１０６との間には、載置部７０と、測定対象物であるセパレータ２１と拡散層２ｇとが積層されている。セパレータ２１は、流路溝２３が拡散層２ｇと向かい合うように積層されている。
【００２８】
載置部７０は、絶縁性フィルムにより形成されており、載置部７０の表面には、複数の電極６０が配されている。本実施形態において、載置部７０のフィルムは、ポリイミドを用いる。また、本実施形態において、載置部７０に電極６０を配置する方法としては、以下の方法を用いた。つまり、金属箔を張った絶縁性フィルムのうち、電極６０として残したい部分に防食膜となるインクを塗布して覆う。次に、金属腐食性のある薬品を絶縁性フィルムの表面に塗布することにより、電極６０となる部分以外を腐食させて、載置部７０の表面に残した。
【００２９】
本実施形態において、電極６０の幅（矢印ｙ方向）は７５μｍであり、電極６０の奥行き（矢印ｘ方向）は３ｍｍである。奥行きとは、矢印ｘ方向の電極６０の長さのうち、拡散層２ｇと接触する部分をいう。奥行きの長さを幅よりも十分に長くすることにより、拡散層２ｇの微小な凹凸による、拡散層２ｇと電極６０との接触のばらつきを平均化することができる。また、本実施形態において、電極６０同士の間隔を１００μｍとした。これにより、微細な範囲における面積分布を正しく測定できる。
【００３０】
Ａ３．電極６０間の通電経路：
図４は、隣接する電極６０間に通電する場合の、通電経路を示す図である。互いに直交する三次元矢印ｘ，ｙ，ｚは、図３と対応している。図４において、電極６０は、矢印ｙ方向に、電極６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ、、、の順に並んで配されている。なお、載置部７０の表面には、電極６０ａから電極６０ｄ以外にも複数の電極６０が並んで配されているが、図示は省略する。
【００３１】
電極６０には、それぞれ導電線６１と電圧計測線６２とを備えている。図４は、電極６０ａと電極６０ｂにおける通電経路を示している。電極６０ａの導電線６１ａと電極６０ｂの導電線６１ｂとは、互いに接続されており、導電線６１ａと導電線６１ｂとを接続する導線には、電圧印加部１２０と電流測定部１３０が接続されている。
【００３２】
電圧印加部１２０は、電極６０のうち異なる２つの電極に電圧を掛けることができ、本実施形態において、電圧印加部１２０は二次電池を用いる。電流測定部１３０は、被測定物である拡散層２ｇを介して、電極６０ａと電極６０ｂとに流れる電流を測定できる電流計である。
【００３３】
また、電極６０ａの電圧計測線６２ａと、電極６０ｂの電圧計測線６２ｂとは、互いに接続されており、電圧計測線６２ａと電圧計測線６２ｂとを接続する導線には、電位測定部１４０が接続されている。電位測定部１４０は、電極６０ａと電極６０ｂとの電位差を測定できる電圧計である。電位測定部１４０を備えることにより、電極６０ａと電極６０ｂとの電位差をより正確に測定できる。このため、電位測定部１４０と電流測定部１３０との測定結果から、より正確な抵抗値を算出できる。
【００３４】
面圧検査装置１００は、測定対象物と電極６０を直接接触させ、面圧の変化による測定対象物と電極６０との間の抵抗値の変化を計測することができる。このため、面圧分布を細かく測定できる。
【００３５】
Ａ４．通電経路ＣＨの切換：
図５は、異なる組み合わせの２つの電極に電圧を掛ける方法を示す説明図である。図５において、複数の電極６０は、それぞれ拡散層２ｇに接している。
【００３６】
図５（Ａ）は、電極６０ａと電極６０ｂに電圧を掛ける場合の通電経路ＣＨ１を示す。図５（Ｂ）は、電極６０ｂと電極６０ｃに電圧を掛ける場合の通電経路ＣＨ２を示す。
【００３７】
通電経路ＣＨ１では、導電線６１ａは導電線６１ｂと接続されており、電圧計測線６２ａは電圧計測線６２ｂと接続されている。通電経路ＣＨ２では、導電線６１ｂは導電線６１ｃと接続されており、電圧計測線６２ｂは電圧計測線６２ｃと接続されている。つまり、通電経路ＣＨ１から通電経路ＣＨ２の切換により、隣接する電極６０のうち、片方の電極６０のみが切り替えられる。これにより、電極６０がＮ個設けられている場合、通電経路ＣＨ１と通電経路ＣＨ２とを含むＮ−１個の通電経路ＣＨについての電圧と電流の値との計測が可能となる。なお、通電経路ＣＨ１と通電経路ＣＨ２とでは、電流の流れる向きが反対となるが、電圧と電流の値より抵抗値を求めるため、電流の向きは問題とならない。本実施形態において、ロータリースイッチを用いることにより、通電経路ＣＨの切換を行う。
【００３８】
Ａ５．キャリブレーション：
それぞれの通電経路ＣＨに掛かる面圧は、それぞれの通電経路ＣＨにおけるキャリブレーション曲線を参照して測定される。キャリブレーションは、セパレータ２１の代わりに平板２５を面圧検査装置１００に設置して行う。なお、通電経路ＣＨに掛かる面圧とは、通電経路ＣＨを構成する２つの電極６０の間の拡散層２ｇに掛かる面圧をいう。
【００３９】
平板２５は、平面部を有する部材であり、本実施形態において、セパレータ２１と同様の部材を用いる。具体的には、平板２５は、セパレータ２１と同じ部材である導電性を有するガス不透過の板状部材を用いる。矢印ｚ方向から見た形状は、平板２５とセパレータ２１とは同一であり、矢印ｚ方向の厚みも平板２５とセパレータ２１とは同一である。ただし、平板２５に流路溝２３は無い。面圧検査装置１００に設置する際は、拡散層２ｇに対して載置部７０とは反対側に置き、平面部が拡散層２ｇと向かい合うように置く。
【００４０】
図６は、それぞれの通電経路ＣＨにおけるキャリブレーション曲線を示す図である。図６において、縦軸は抵抗値を示し、横軸は面圧を示す。面圧は、通電経路ＣＨを構成する電極６０と接する拡散層２ｇに掛かる圧力を示す。図６に示されるように、面圧が高いほど、抵抗値は小さくなる。面圧が高いほど抵抗値が小さくなる理由は、面圧の増加により通電経路ＣＨを構成する電極６０と拡散層２ｇとの密着性が増加するため、電流が流れやすくなるためである。
【００４１】
図７は、セパレータ２１を載せて任意の圧力を拡散層２ｇに印加したときに、面圧検査装置１００により得られる面圧分布の例を示す図である。図７において、縦軸は面圧を、横軸は各通電経路ＣＨを示す。各通電経路ＣＨにおける面圧は、各キャリブレーション曲線と、各通電経路ＣＨにおける抵抗値から導出される。
【００４２】
なお、通電経路ＣＨの面圧が場所により異なる理由は、セパレータ２１に流路溝２３が設けられているためである。つまり、セパレータ２１と拡散層２ｇとが接する部分の通電経路ＣＨは、拡散層２ｇを介してセパレータ２１から圧力が掛かる。このため、この部分の通電経路ＣＨの面圧は高い。一方、流路溝２３のため、セパレータ２１と拡散層２ｇとが接しない部分の通電経路ＣＨは、面圧が低い。
【００４３】
図８は、キャリブレーションを行う際の最大圧力の違いによる面圧への影響を示す図である。図８において、縦軸は面圧を、横軸は各通電経路ＣＨを示す。
【００４４】
破線で示す曲線は、キャリブレーションを行う際の最大圧力が大きい場合の各通電経路ＣＨにおける面圧を繋いだ曲線である。一方、実線で示す曲線は、キャリブレーションを行う際の最大圧力が大きい場合の各通電経路ＣＨにおける面圧を繋いだ曲線である。キャリブレーションを行う際の最大圧力の違いによる計測誤差は、拡散層２ｇの劣化に起因する。
【００４５】
図９は、任意に１つ選ばれた通電経路ＣＨであって、流露溝２３と向かい合う通電経路ＣＨにおける面圧を示した図である。図９において、縦軸は面圧を、キャリブレーションを行う際の最大圧力を示す。キャリブレーションを行う際の最大圧力が圧力Ｐｔｈ以下の場合、拡散層２ｇの劣化は生じないため、任意に１つ選ばれた通電経路ＣＨであって、流露溝２３と向かい合う通電経路ＣＨにおける面圧は一定の値を示す。
【００４６】
一方、キャリブレーションを行う際の最大圧力が圧力Ｐｔｈ以上の場合、拡散層２ｇ
の劣化が生じ、任意に１つ選ばれた通電経路ＣＨであって、流露溝２３と向かい合う通電経路ＣＨにおける面圧は一定の値とはならない。この原因は、キャリブレーションを行う際の最大圧力が圧力Ｐｔｈより大きい場合に起こる拡散層２ｇの剛性の低下と考えられる。このため、拡散層２ｇの剛性を、３点曲げ試験などの材料試験により事前に把握しておくことが好ましい。次に説明する面圧検査法１では、拡散層２ｇの劣化による面圧の測定誤差を抑制できる。
【００４７】
Ａ６．面圧検査法１：
図１０は、面圧検査法１を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１００において、燃料電池５０の単セル４０から拡散層２ｇとセパレータ２１を切り出す。その後、拡散層２ｇを面圧検査装置１００の載置部７０へ置く。
【００４８】
次に、ステップＳ１１０において、拡散層２ｇに対して載置部７０とは反対側に、平板２５を置き、最大圧力が圧力Ｐｔｈ以下でキャリブレーションを行う。本実施形態において、電圧と電流値との測定は、面圧が０．１Ｍｐａ増加するごとに、それぞれの通電経路ＣＨにおいて行う。なお、面圧の調節は、面圧検査装置１００の操作部１０９（図２）を介して行われる。
【００４９】
ステップＳ１１０において、最大圧力が圧力Ｐｔｈ以下でキャリブレーションを行うことにより、拡散層２ｇの劣化が生じすることを防止することができる。なお、本実施形態において、圧力Ｐｔｈは０．５Ｍｐａとする。
【００５０】
ステップＳ１２０において、平板２５を面圧検査装置１００から取り除き、代わりに、セパレータ２１を面圧検査装置１００に置く。セパレータ２１は、拡散層２ｇに対して載置部７０とは反対側に、流路溝２３が拡散層２ｇと向かい合うように置く。
【００５１】
セパレータ２１を置いた後、所定の力で拡散層２ｇを押圧した状態において、それぞれの通電経路ＣＨにおける抵抗分布計測を行う。つまり、それぞれの通電経路ＣＨにおいて電圧と電流の値を計測した後、抵抗値の算出を行う。所定の力は、拡散層２ｇの面圧分布を測定する差異に、任意の値を設定できる。なお、本実施形態において、所定の力は、１Ｍｐａとする。
【００５２】
ステップＳ１３０において、ステップＳ１１０と同様の置き方で平板２５を置き、最大圧力が圧力Ｐｔｈ以上でのキャリブレーションを行う。電圧と電流値との測定は、ステップＳ１１０と同様に、面圧が０．１Ｍｐａ増加するごとに、それぞれの通電経路ＣＨにおいて行う。
【００５３】
ステップＳ１４０において、ステップＳ１１０とステップＳ１３０により、それぞれの通電経路ＣＨにおけるキャリブレーション曲線を作成する。ステップＳ１２０で得た電圧と電流の値とから算出した抵抗値とキャリブレーション曲線により、それぞれの通電経路ＣＨに掛かる面圧を換算する。
【００５４】
図１１は、面圧検査法１により得られた面圧分布の例を示す図である。図１１において、縦軸は面圧を、横軸は各通電経路ＣＨを示す。面圧が圧力Ｐｔｈ以下の場合、ステップＳ１１０で得られたキャリブレーション曲線を用いて面圧が換算されており、面圧が圧力Ｐｔｈ以上の場合、ステップＳ１３０で得られたキャリブレーション曲線を用いて面圧が換算されている。このようにすることで、拡散層２ｇの劣化による面圧の測定誤差を抑制できる。なお、圧力Ｐｔｈにおける抵抗値は、ステップＳ１１０で得られたキャリブレーション曲線と、ステップＳ１３０で得られたキャリブレーション曲線との間に存在するため、一意に決まらない場合がある。しかし、流路溝２３と向かい合う通電経路ＣＨは、圧力Ｐｔｈより小さい値となり、流路溝２３と向かい合わない通電経路ＣＨは、圧力Ｐｔｈより大きい値となるため、圧力Ｐｔｈにおける抵抗値が一意に決まらないことは問題とならない。
【００５５】
Ａ７．クリープ：
図１２は、抵抗値と面圧との間に生じるクリープを示す説明図である。抵抗値と面圧との間に生じるクリープにより、同一の面に同一の圧力を掛けても、同一の抵抗値とならず、圧力を掛ける回数を増やすほど、抵抗値が減少していく。
【００５６】
図１２の縦軸は抵抗値を示し、横軸は面圧を示す。まず、面圧が０の場合の抵抗値をＡとする。次に、任意の面圧Ｚを掛けた場合の抵抗値Ｂとする。その後、面圧を０に戻すと、抵抗値はＡとはならず、Ａより低いＣとなる。その後、面圧Ｚを再び掛けると抵抗値はＢより低いＤとなる。同様に、その後、面圧を０に戻すと、抵抗値はＥとなり、面圧Ｚを掛けると抵抗値はＦとなる。このように、同一の面に同一の圧力を掛けても、同一の抵抗値とならず、圧力を掛ける回数を増やすほど、抵抗値が減少していく。次に説明する面圧検査法２では、圧力Ｐｔｈ以下の面圧における抵抗値と面圧との間に生じるクリープによる誤差を低減することができる。
【００５７】
Ａ８．面圧検査法２：
図１３は、面圧検査法２を示すフローチャートである。面圧検査法１のステップＳ１３０、ステップＳ１４０に変えて、面圧検査法２では、ステップＳ１３２、ステップＳ１４２、ステップＳ１５０が実行される。なお、面圧検査法２のほかのステップは、面圧検査法１と同じである。
【００５８】
ステップＳ１００からステップＳ１２０は、面圧検査法１と同じステップである。ステップＳ１２０の後、ステップＳ１１０と同様の置き方で平板２５を面圧検査装置１００へ置き、最大圧力を限らずに全面圧領域でのキャリブレーションを行う（ステップＳ１３２）。キャリブレーションを行う面圧を限定しない点が、ステップＳ１３２と面圧検査法１のステップＳ１３０とにおいて異なる。
【００５９】
図１４は、任意の通電経路ＣＨにおけるキャリブレーション曲線を示す図である。図１４において、縦軸は抵抗値を示し、横軸は面圧を示す。キャリブレーション曲線Ｌ１は、ステップＳ１１０で得られたキャリブレーション曲線である。キャリブレーション曲線Ｌ２は、ステップＳ１３２で得られたキャリブレーション曲線である。キャリブレーション曲線Ｌ１とキャリブレーション曲線Ｌ２とは、圧力Ｐｔｈ以下の面圧において重複する。
【００６０】
ステップＳ１４２（図１３）では、キャリブレーション曲線Ｌ１とキャリブレーション曲線Ｌ２とを平均化したキャリブレーション曲線Ｌ３を導出する。キャリブレーション曲線Ｌ３の導出は、すべての通電経路ＣＨにおいて行う。
【００６１】
ステップＳ１５０では、ステップＳ１２０で得た電圧と電流の値とから算出した抵抗値とキャリブレーション曲線Ｌ３により、それぞれの通電経路ＣＨに掛かる面圧を換算する。こうすることにより、圧力Ｐｔｈ以下の面圧における抵抗値と面圧との間のクリープによる誤差を低減することができる。
【００６２】
Ａ９．ヒステリシス：
図１５は、抵抗値と面圧との間のヒステリシスを示す説明図である。抵抗値と面圧との間のヒステリシスとは、抵抗値の大きさが、面圧の変化の経路によって異なる現象をいう。
【００６３】
図１５の縦軸は抵抗値を示し、横軸は面圧を示す。まず、面圧が０の場合の抵抗値をＲとする。次に、任意の面圧Ｔを掛けた場合、抵抗値と面圧との関係は、曲線Ｕに示す関係となる。一方、面圧Ｔから面圧を０にする場合、抵抗値と面圧との関係は、曲線Ｖに示す関係となる。このように、加圧させる経路を示す曲線Ｕと、減圧させる経路を示す曲線Ｖとが異なる。次に説明する面圧検査法３では、抵抗値と面圧との間のヒステリシスによる誤差を低減することができる。
【００６４】
Ａ１０．面圧検査法３：
図１６は、面圧検査法３を示すフローチャートである。面圧検査法２のステップＳ１１０、ステップＳ１２０、ステップＳ１３２に変えて、面圧検査法３では、ステップＳ１１５、ステップＳ１２５、ステップＳ１３５が実行される。なお、面圧検査法３のほかのステップは、面圧検査法２と同じである。
【００６５】
面圧検査法３のステップＳ１１５と、ステップＳ１２５と、ステップＳ１３５とのステップは、面圧検査法２のステップである、ステップＳ１１０と、ステップＳ１２０と、ステップＳ１３２とのステップと以下の点で異なる。
【００６６】
異なる点とは、面圧検査法３の各工程（ステップＳ１１５、ステップＳ１２５、ステップＳ１３５）において、面圧検査装置１００により圧力を加える場合に、圧力を０から一定の割合で増加させる点である。つまり、面圧検査法３において、単位時間あたりの圧力の増加量を一定にすることにより、抵抗値と面圧との間のヒステリシスによる誤差を低減することができる。
【００６７】
Ａ１１．面圧検査法４：
図１７は、面圧検査法４を示すフローチャートである。面圧検査法４は、以下のステップを経る点が面圧検査法３と異なる。
【００６８】
異なる点とは、（ｉ）低面圧キャリブレーション（ステップＳ１１５）の前に、圧力を０から一定の割合で圧力Ｐｔｈまで増加させる工程を３回繰り返す（ステップＳ１１３）点、（ｉｉ）抵抗分布検査（ステップＳ１２５）の前に、圧力を０から一定の割合で所定の力（本実施形態においては１Mpa）まで増加させる工程を３回繰り返す（ステップＳ１２３）点、（ｉｉｉ）全面圧領域でのキャリブレーション（ステップＳ１３５）の前に、圧力を０から一定の割合で圧力Ｐｔｈまで増加させる工程を３回繰り返す（ステップＳ１３３）点である。なお、面圧検査法４のほかのステップは、面圧検査法３と同じである。
【００６９】
面圧印加の開始時は、面圧と抵抗値との関係における再現性が乏しい。しかし、電流の値を計測する前に面圧印加を３回繰り返すことにより、面圧と抵抗値との関係を安定させることができる。このため、面圧検査法４は、面圧分布をより正確に測定できる。
【００７０】
Ｂ．変形例：
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の態様で実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。
Ｂ１．変形例１：
本実施形態において、通電経路ＣＨの切換はロータリースイッチを用いて行ったが、本発明はこれに限られない。通電経路ＣＨの切換は、例えば、半導体スイッチと制御プログラムとを用いて、自動的におこなってもよい。
【００７１】
Ｂ２．変形例２：
本実施形態において、電圧と電流値との測定は、面圧が０．１Ｍｐａ増加するごとに行われる。しかし、本発明はこれに限定されない。電圧と電流値との測定は、例えば、０．５Ｍｐａ増加するごとに行われてもよい。また、電圧と電流値との測定は、面圧と抵抗値との変化が大きい部分については、計測回数を増し、面圧と抵抗値との変化が小さい部分については、計測回数を減らしてもよい。
【００７２】
Ｂ３．変形例３：
本実施形態において、通電経路ＣＨは、隣接する２つの電極６０で構成されている。しかし、本発明はこれに限られない。通電経路ＣＨは、異なる組み合わせの２つの電極６０で構成されればよい。このため、例えば、通電経路ＣＨは、複数の電極６０のうちの両端の電極６０で構成してもよい。
【００７３】
Ｂ４．変形例４：
本実施形態において、電極６０同士の幅は、１００μｍである。しかし、本発明はこれに限られず、電極６０同士の幅は、１００μｍより長くてもよく、１００μｍより短くてもよい。
【００７４】
Ｂ５．変形例５：
本実施形態において、測定対象物は、セパレータ２１と拡散層２ｇとしている。しかし、本発明はこれに限られない。測定対象物は、面圧分布を検査したいものであればどのような物でもよい。
【００７５】
Ｂ６．変形例６：
本実施形態において、電極６０間の電位差を測定するために電位測定部１４０を設けたが、本発明はこれに限られない。電位測定部１４０を設けず、電極６０巻の電位差は電圧印加部１２０の電位差としてもよい。
【００７６】
Ｂ７．変形例７：
本実施形態において、流路溝２３の幅は、１ｍｍである。しかし、本発明はこれに限られず、流路溝２３の幅は、１ｍｍより長くてもよく、１ｍｍより短くてもよい。
【００７７】
Ｂ８．変形例８：
本実施形態において、面圧検査装置１００は、さらに、電圧と電流の値とから算出される抵抗値と、押圧部により押圧する力と、の関係を格納する記憶部と、前記関係と前記抵抗値とから、２つの電極間に掛かる力を決定する決定部を備えてもよい。なお、これらの工程は、試験者によって紙に書くなどして行ってもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１…電解質膜
２…電極
２…アノード
２ｃ…触媒層
２ｇ…拡散層
３…カソード
３ｃ…触媒層
３ｇ…拡散層
１０…膜電極接合体
２１…セパレータ
２２…セパレータ
２３…流路溝
２５…平板
４０…単セル
５０…燃料電池
６０…電極
６０ａ…電極
６０ｂ…電極
６０ｃ…電極
６０ｄ…電極
６１…導電線
６１ａ…導電線
６１ｂ…導電線
６１ｃ…導電線
６２…電圧計測線
６２ａ…電圧計測線
６２ｂ…電圧計測線
６２ｃ…電圧計測線
７０…載置部
１００…面圧検査装置
１０５…押圧部
１０６…押圧部
１０７…荷重計測手段
１０８…表示部
１０９…操作部
１２０…電圧印加部
１３０…電流測定部
１４０…電位測定部
ｘ…矢印
ｙ…矢印
ｚ…矢印
Ｐｔｈ…圧力
Ｔ…面圧
Ｕ…曲線
Ｖ…曲線
Ｌ１…キャリブレーション曲線
Ｌ２…キャリブレーション曲線
Ｌ３…キャリブレーション曲線
ＣＨ…通電経路
ＣＨ１…通電経路
ＣＨ２…通電経路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014185990.tif 000009
【図８】
2014185990.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2014185990.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2014185990.tif 000014
【図１３】
2014185990.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2014185990.tif 000017
【図１６】
2014185990.tif 000018
【図１７】
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