(57)【要約】【課題】非透明の膜上に形成された透明・半透明のフィルムのピンホール欠陥を高精度に検出するピンホール検出方法を提供する。【解決手段】本発明のピンホール検出方法は、高分子膜に照射光を照射し、前記高分子膜から発生した光のうち特定の波長の光のみを受光し、前記受光した光の光量に基づいて、前記高分子膜のピンホールの有無を検出することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子膜に照射光を照射し、
前記高分子膜から発生した光のうち特定の波長の光のみを受光し、
前記受光した光の光量に基づいて、前記高分子膜のピンホールの有無を検出することを特徴とするピンホール検出方法。
【請求項２】
検査対象物に紫外光を照射し、
前記検査対象物が前記紫外光に反応して発生する蛍光の光量がピークとなる波長付近の波長の光のみを受光し、
前記受光した光の光量に基づいて、前記検査対象物のピンホールの有無を検出することを特徴とするピンホール検出方法。
【請求項３】
検査対象物に可視光を照射し、
前記検査対象物が前記可視光によりラマン散乱をおこすことにより発生する光の光量がピークとなる波長付近の波長の光のみを受光し、
前記受光した光の光量に基づいて、前記検査対象物のピンホールの有無を検出することを特徴とするピンホール検出方法。
【請求項４】
検査対象物にＸ線を照射し、
前記検査対象物が前記Ｘ線に反応することにより発生する蛍光Ｘ線の強度がピークとなる波長付近の波長のＸ線のみを受光し、
前記受光したＸ線に基づいて、前記検査対象物のピンホールの有無を検出することを特徴とするピンホール検出方法。
【請求項５】
検査対象物が燃料電池用の高分子膜であることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかの請求項に記載のピンホール検出方法。
【請求項６】
前記高分子膜がパーフルオロスルホン酸膜であることを特徴とする請求項１又は請求項５に記載のピンホール検出方法。
【請求項７】
前記照射光、前記紫外光、前記可視光又は前記Ｘ線を前記検査対象物又は前記高分子膜に対して相対的に走査することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のピンホール検出方法。
【請求項８】
ベース上に所定の材料を塗布してアノード触媒層を生成し、
その上に他の所定の材料を塗布して高分子膜を生成し、
前記高分子膜のピンホールの有無を請求項１から請求項７のいずれかに記載のピンホール検出方法で検査し、
前記検査で良品と判定された場合にのみ、その上に別の所定の材料を塗布してカソード触媒層を生成することを特徴とするメンブレインエレクトロードアッセンブリの生産方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池の高分子膜のような膜やフィルムにピンホールが発生しているか否かを検査するピンホール検出方法及びメンブレインエレクトロードアッセンブリ（以下ＭＥＡ）の生産方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子型燃料電池は運転温度が低く、出力密度が高いという特徴があることから、次世代自動車の動力源、家庭用コージェネレーションシステムの電池として開発が進められている。燃料電池は積層体（以下スタック）を容器に収納した構造を有する。スタックは、電解膜を燃料極と空気極で挟んだ構造を有するＭＥＡと、隣接するＭＥＡの間に挟み込まれた導電性のガス分離・供給板であるセパレータとからなる基本構成単位（以下モジュール）を、数１０個（個数は必要な出力電圧に応じて定められる。）積層した構造を有する。ＭＥＡは燃料極であるアノード触媒層、電解膜である高分子膜、空気極であるカソード触媒層の３層を導電性のガス拡散層（以下ＧＤＬ（Ｇａｓ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ））で挟み込んだ構成であり、燃料電池の心臓部である。例えば各層の厚さは、アノード触媒層が１５μｍ、高分子膜が３０μｍ、カソード触媒層が１５μｍである。
【０００３】
製造段階におけるＭＥＡの不良原因として最も多いのは、高分子膜に数μｍの微少なピンホールが発生することである。ピンホールのない正常なＭＥＡを燃料電池として使用すると、燃料極において水素（燃料ガス）が電子と分離してイオン化し、電解質中を水素イオンが移動し、空気極で水素イオンが電子と再結合して水素に戻り、次いで空気中の酸素と結合して水になる。この場合、水素と酸素とから水が生成される反応のギブズ自由エネルギーは、極めて高い効率で直接電気エネルギー（電解質中を水素イオンが移動する駆動力）に変換される。ピンホールがあると、燃料極の水素がイオン化せずに気体のままで空気極に移動し、空気極で触媒により酸素と結合して水になる。この場合、ギブズ自由エネルギーは電気エネルギーでなく熱エネルギーとしてその場で放出される。ＭＥＡはピンホールにおいて局部的に加熱され、劣化する。これが進行すると、電池が特性不良になる。
【０００４】
固体高分子型燃料電池の製造において、電解膜である高分子膜にピンホールが発生しているか否かを検査し、ピンホールが発生している高分子膜を不良品として排除する工程が設けられる。従来例のピンホール検出方法においては、完成したスタックの特性を検査し、そのスタックに不良のモジュールが含まれているか否かを検査していた。検査した結果、スタックに特性不良のモジュールが含まれていることを発見した場合、スタックの中の不良モジュールを交換していた。しかし、完成したスタックを分解し、不良のモジュールを交換し、再びスタックを組み立てる作業は、多大な労力を必要とする。スタックに組み立てられた状態になる前に、好ましくはＭＥＡに組み立てられた状態になる前に、高分子膜にピンホールがあるか否かを検査し、ピンホールを有する高分子膜を生産工程から排除できれば、組み立てられたスタック又はＭＥＡの歩留まりを大幅に向上させ、実効的な製造工数を大幅に低減することが出来る。
【０００５】
ＭＥＡの製造方法としては、塗工工法等がある。
塗工工法はＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）等のベースとなる保持物の上に順次、アノード触媒層、高分子膜、カソード触媒層を塗布していくＭＥＡの製造方法である。ピンホール発生原因は、高分子膜塗布時に高分子材料中に入り込んだ気泡等によりピンホールが発生すること、及びアノード触媒層に微細な隙間があって、高分子膜塗布時にその隙間に高分子材料が吸い込まれてピンホールが発生することの２つである。両方の場合とも、高分子膜を塗布後にピンホールの有無を検査する必要がある。その場合は、非透明な触媒層が高分子膜の下に存在した状態で、透明又は半透明の高分子膜にピンホールがあるか否かを検査しなければならない。
【０００６】
従来、数多くのピンホール検出方法が提案されており、例えば、検査対象物であるテープ状で透明又は半透明のフィルムを挟んで配置されたハロゲン光源と光センサとのセットを、フィルム走行方向に沿って２箇所設置する。ハロゲン光源が透明又は半透明のフィルムに光を照射する。光センサがフィルムの透過光を受光する。ピンホールがあると、光センサの受光量がピンホールがない所と較べて大幅に増大する。このことを利用して、フィルム上のピンホールを検出する方法がある（特許文献１参照）。この方法は、検査対象物である透明又は半透明の膜やフィルムに非透明な膜やフィルムを密着して貼り付けた膜やフィルムのピンホール検出には適用できない。
【０００７】
また他の方法として、赤色の剥離フィルムと透明フィルムとを積層した検査対象物である偏光フィルムを支持台に載置する。剥離フィルムの赤色と補色関係に有る緑の照明光を偏光フィルムに照射し、検査者はその反射光を観察する。剥離フィルムに入射した緑の光は、赤色の剥離フィルムに吸収されて見えない。透明フィルムの表面で反射した緑の光のみが、検査者の目に届く。検査者は、偏光フィルムの透明フィルムの表側（剥離フィルムと接する側を裏側とする。）にあるピンホールを含む表面の凹凸、表面に付着したゴミ等のみを検出できる方法がある（特許文献２参照）。この方法は、偏光フィルムの表面の凹凸、汚れ等を検出する方法であって、透明フィルムを貫通するピンホールのみを検出できない。又、透明フィルムの透明度が高い場合にも使用できない。この方法は、例えば表面の凹凸は問題にならず、透明フィルムを貫通するピンホールのみが不良の原因となる燃料電池のＭＥＡの高分子膜やフィルムのピンホール検出には使用できない。
【０００８】
さらに他の方法として、光源、偏光板、検査対象物である透明のシート、他の偏光板、受光部の順に配置する。光源から透明のフィルムに光を照射し、受光部が偏光板、透明のシート及び他の偏光板を透過した光を検出する方法がある（特許文献３参照）。この方法も、検査対象物である透明又は半透明の膜やフィルムに非透明な膜やフィルムを密着して貼り付けた膜やフィルムのピンホール検出には適用できない。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−１４６８６１号公報
【特許文献２】
特開２００１−１０８６３０号公報
【特許文献３】
特開平０６−１８４４５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、非透明な膜やフィルム上に存在する透明又は半透明の検査対象物の膜やフィルムに存在するピンホールを検出するためには、検出方法は下記の４つの条件を具備することが必要である。▲１▼数μｍのサイズのピンホールを検出する検出感度を有すること、▲２▼非破壊検査であり且つ非接触検査であること、▲３▼非真空状態で検査できること（高分子膜は、真空中に入れるとダメージを受ける。）、▲４▼非透明な面（例えば膜）上に存在する透明又は半透明の膜やフィルムのピンホールを検出できることである。従来、これらの４つの条件を具備するピンホール検出方法はなかった。
【００１１】
本発明はこれらの条件を満たし、非透明な膜やフィルム上に存在する透明又は半透明の検査対象物の膜やフィルムに存在する数μｍのピンホールを的確に検出することができるピンホール検出方法及びメンブレインエレクトロードアッセンブリの生産方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は検査対象物に照射光を照射し、前記検査対象物から発生した光のうち特定の波長の光のみを受光し、前記受光した光の光量に基づいて、前記検査対象物のピンホールの有無を検出することを特徴とするピンホール検出方法である。
【００１３】
本発明は、検査対象物の構成物質の量に応じた反応光を検知することにより、例えば反射型の構成であれば照射光の入力面と反対側の面の状態によらず、ピンホールの存在を高精度、非破壊・非接触に検査可能であり、非透明な膜やフィルム上に存在する透明又は半透明の検査対象物に存在する数μｍのピンホールを的確に検出することができる。
また、照射光が紫外光であり、検査対象物が前記紫外光に反応して発生する蛍光の光量がピークとなる波長付近の波長の光のみを受光することを特徴とする。
【００１４】
ある種の有機物（例えばパーフルオロスルホン酸膜等の高分子膜）は、紫外光で励起すると、蛍光である強い反応光を発生する。一方で、燃料電池のＭＥＡ等で高分子膜の下層に形成される触媒層は、短波長の光を照射しても蛍光を発しにくい。本発明は、例えば燃料電池のＭＥＡの製造工程において、触媒層の上に形成された高分子膜に発生したピンホールを高感度で検出することができる。
また照射光が可視光であり、検査対象物が前記可視光によりラマン散乱をおこすことにより発生する光の光量がピークとなる波長付近の波長の光のみを受光することを特徴とする。
【００１５】
物質（例えばパーフルオロスルホン酸膜等の高分子膜）を可視光又は近赤外光で励起すると、その物質の分子の形に応じてラマン散乱が発生する。発生するラマン散乱光は、波長が照射光の波長からずれ、物質の分子の形に応じて異なる波長の細いピークを持つ。ラマン散乱光の波長は、物質の分子の形に応じて異なる。それ故、例えば燃料電池のＭＥＡ等の高分子膜と、その下層に形成される触媒層とは、ラマン散乱光の波長が異なる。ラマン散乱光のスペクトルの半値幅は狭い故に、高分子膜のラマン散乱光と、触媒層のラマン散乱光とを弁別することは容易である。
本発明は、ラマン散乱光のピーク波長付近の光量に基づいて、非透明の膜上に形成された透明又は半透明の膜に発生したピンホールを高感度で検出することができる。
本発明によれば、例えば燃料電池のＭＥＡ等の高分子膜の下層に形成される触媒層が、紫外光を照射すると蛍光を発生する場合でも、検査対象物である高分子膜のピンホールを検出できる。
【００１６】
また照射光がＸ線であり、検査対象物が前記Ｘ線に反応することにより発生する蛍光Ｘ線の強度がピークとなる波長付近の波長のＸ線のみを受光することを特徴とする。
ある種の有機物（例えばパーフルオロスルホン酸膜等の高分子膜）は、Ｘ線で励起すると、蛍光Ｘ線である強い反応光を発生する。一方で、燃料電池のＭＥＡ等で高分子膜の下層に形成される触媒層は、Ｘ線を照射しても蛍光Ｘ線を発しない。本発明は、例えば燃料電池のＭＥＡの製造工程において、触媒層の上に形成された高分子膜に発生したピンホールを高感度で検出することができる。
【００１７】
さらに、ベース上に所定の材料を塗布してアノード触媒層を生成し、その上に他の所定の材料を塗布して高分子膜を生成し、前記高分子膜のピンホールの有無を検査し、前記検査で良品と判定された場合にのみ、その上に別の所定の材料を塗布してカソード触媒層を生成することを特徴とするメンブレインエレクトロードアッセンブリの生産方法である。
【００１８】
本発明によれば、完成したＭＥＡの歩留まりが極めて良い故に、スタックを完成後、特性不良によりスタックを修理する率が大幅に低下する。本発明は、歩留まりが良く、塗工工法による、後の工程における修理工数を低減できるＭＥＡの生産方法を実現する。本発明の生産方法により、安価な燃料電池を実現できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施の形態について図面とともに記載する。
【００２０】
《実施の形態１》
以下、本発明の実施の形態１のピンホール検出装置、ピンホール検出方法及びＭＥＡの生産方法について図１から図４を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態１に係るピンホール検出装置の構成を示す図である。図１において、２は高分子膜、１は高分子膜２に生じたピンホール、３は触媒層、４はベースフィルム、５は照明光源、６は照明波長フィルタ、７は投光レンズ、８は照明光源５が出力した照明光、９は波長がシフトした光、１０は受光レンズ、１１は受光波長フィルタ、１２は光センサ、１３はピンホール検出部、１４はモニタテレビ、１５は制御部、１６はＸ軸駆動部、１７はＹ軸駆動部、１８はワークチャック、１９はＸ軸、２０はＹ軸である。
【００２１】
検査対象物（高分子膜２、触媒層３及びベースフィルム４）は、燃料電池のＭＥＡの製作の途中工程の状態である。本実施の形態におけるＭＥＡの生産方法を説明する。最初に、ベース上に所定の材料を塗布して厚さ１５μｍのアノード触媒層３を生成する。触媒層３はカーボン等の導電体に白金等の触媒を混入した、黒色の非透明な物質である。次に、触媒層３の上に他の所定の材料を塗布して厚さ３０μｍの透明又は半透明の高分子膜２を生成する。高分子膜２はパーフルオロスルホン酸膜等の透明な物質である。ここまで作った状態で、高分子膜２にピンホールがあるか否かを以下に説明するピンホール検出方法で検査する。図１に示す高分子膜２、触媒層３及びベースフィルム４は、高分子膜の生成を完了した時点の物である。検査において高分子膜２に所定の閾値以上のピンホールがないと判定した場合にのみ、その上に別の所定の材料を塗布してカソード触媒層を生成する。このようにして、塗工工法によりＭＥＡを高い歩留まりで生産する。
ここで、「所定の閾値」とは任意の値である。例えば閾値は、１つのピンホールの大きさの閾値である。閾値は固定の閾値でも良く、浮動閾値でも良い。例えば画像を微分処理した結果に対して、所定の閾値を適用して良否判定しても良い。
【００２２】
図１の説明に戻る。ワークチャック１８、Ｘ軸１９及びＹ軸２０は、検査用ステージに含まれる。制御部１５は、Ｘ軸駆動部１６及びＹ軸駆動部１７を制御し、検査用ステージのワークチャック１８をＸ軸方向、Ｙ軸方向に駆動する。検査用ステージのワークチャック１８は、ベースフィルム４上に触媒層３及び検査対象物である高分子膜２を形成した物を載置する。
【００２３】
本実施の形態のピンホール検出装置及びピンホール検出方法は、検査対象物である高分子膜２に存在する１μｍ程度のピンホール１を検出することを目的とする。
水銀ランプである照明光源５から発せられた光のうち、照明波長フィルタ６は、波長が３００ｎｍ以下の紫外光だけを通過させる。照明波長フィルタ６を通過した光は、投光レンズ７により集光されて照明光８として、検査対象物に照射される。照明光８は、後述する検査視野より広い範囲を照射するエリア照明である。
検査対象物に照射された照明光８は、検査対象物を励起して、波長が長波長側にシフトした蛍光９に変化する。蛍光９は、受光レンズ１０により集光される。受光波長フィルタ１１は受光レンズ１０により集光された蛍光９のうち、波長が３２０ｎｍから４３０ｎｍの波長の光のみを通過させる。光センサ１２は、受光レンズ１０を通過した光を受光する。
光センサ１２は、受光波長フィルタ１１を通過した蛍光を電気的な検出信号に変換して、ピンホール検出部１３に出力する。実施の形態の光センサ１２はエリアＣＣＤである。
【００２４】
実施の形態１において、検査対象物のサイズは１００ｍｍ×１００ｍｍである。ピンホール検出装置は、検査対象物の全面を検査する必要がある。
１μｍのピンホール１を検出するために、画素分解能を１μｍに設定している。光センサ１２は、２０００画素×２０００画素のものを使用し、検査視野サイズは２ｍｍ×２ｍｍと設定している。
図３に示すように、制御部１５は、検査視野サイズのピッチで検査対象物を移動させる。光センサ１２が画像を入力して、ピンホール検出部１３が画像処理することを２５００視野について行う。
【００２５】
光センサ１２の電子シャッター機能を利用して、ピンホール検査の高速化を行なっている。制御部１５が１視野毎にＸ軸駆動部１６を停止させてから光センサ１２が画像を入力するのではなく、Ｘ軸駆動部１６が検査対象物をＸ軸方向に一定速度で移動させながら、光センサ１２は電子シャッター機能を動作させた状態で連続的に画像を入力し、ピンホール検出部１３は入力した画像を処理する。検査対象物をＹ軸方向に１視野分移動させる時は、制御部１５がＹ軸駆動部１７を停止させてから光センサ１２が画像を入力する。すなわち、検査対象物を検査視野に対してＸ軸方向及びＹ軸方向に相対的に走査する。実施の形態において、ピンホール検出部１３が０．０５秒以内に画像処理を完了させることにより、ピンホール検出装置は２ｍｍ×２ｍｍの１視野あたり０．０５秒で検査を行うことができる。図３に示すように、Ｘ軸駆動部１６が主走査方向のＸ軸方向に４０ｍｍ／秒の速度で検査対象物を移動させながら、光センサ１２は０．０５秒毎に、０．０００１秒の電子シャッターで画像を入力する。ピンホール検出装置は、検査対象物の全面の検査を１２５秒で完了することができる。
【００２６】
ピンホール検出部１３は、Ａ／Ｄ変換器１３１、画像処理部１３２、画像判定部１３３、画像生成部１３４を有する。ピンホール検出部１３は、以下説明する方法により高分子膜にピンホールがあるか否かを検出し、検出結果を出力する。実施の形態１において、ピンホール検出部１３は、パーソナルコンピュータである。
Ａ／Ｄ変換器１３１は、光センサ１２の出力信号をデジタル信号に変換する。画像処理部１３２及び画像判定部１３３は、ＣＰＵがソフトウエアにより実行する機能である。画像処理部１３２は、光センサ１２が受光した蛍光の強度（光量）に応じた明暗画像を１視野毎に作成し、明暗画像を画像判定部１３３へ出力する。
画像判定部１３３は、画像処理部１３２によって作成された蛍光の強度に応じた１視野毎の明暗画像を基にして、ピンホール１が存在する箇所とサイズを判定する。
【００２７】
画像生成部１３４は、１検査視野毎に、ピンホール１が存在する箇所とサイズを示す画像を生成する。モニタテレビ１４は、この画像を表示する。図２は、画像生成部１３４が生成した画像の一例を示す。
ピンホール１が存在する部分では、蛍光が発生しないため暗くなっている。画像判定部１３３は、この暗くなっている部分を画像処理により検出する。例えば、光センサ１２の受光量が所定の閾値未満である領域を抽出し、ラベリングにより面積と重心位置を計算することにより、ピンホール１の存在箇所と大きさを計算できる。作業者はモニタテレビ１４により各画像を確認でき、又はメンテナンス時に他の画面をモニタテレビ１４に表示させて便宜を図ることができる。画像判定部１３３は、ピンホール１の大きさに基づいて、自動的に検査対象物の良否判定を行なっても良い。
【００２８】
受光波長フィルタ１１について説明する。受光波長フィルタ１１は波長が３２０ｎｍ〜４３０ｎｍの光のみを通過するフィルタとしている。この理由を図４を用いて説明する。
図４のグラフは波長２８０ｎｍの紫外光を励起光として高分子膜２と触媒層３に照射し、分光光度計により、それぞれの分光特性を計測したデータである。高分子膜２又は触媒層３は励起光に反応して、励起光より長波長側にシフトした光を発する。図４は、高分子膜２と触媒層３とが発する光のスペクトル強度を表すものである。高分子膜２は光量のピークが３６７．６ｎｍに存在する。一方、触媒層３は全波長域において、光量が小さい。従って、波長が３６７．６ｎｍ付近では、高分子膜２が存在する部分とピンホール１が生じている部分との光量の差がはっきりとしている。
【００２９】
図４に示すように、受光波長フィルタ１１により蛍光のピークである波長が３６７．６ｎｍ付近の光のみを抽出すれば、高いＳ／Ｎ比で高分子膜２が存在する箇所とピンホール１である高分子膜２の存在しない箇所とを弁別することが可能となる。これに基づいて、受光波長フィルタ１１は図４の網掛けに示すように、３２０ｎｍ〜４３０ｎｍの波長の光のみを通過するフィルタとしている。受光波長フィルタ１１の通過帯域は、励起光の波長（２８０ｎｍ）を含まないので、更に高いＳ／Ｎ比で高分子膜２が存在する箇所とピンホール１である高分子膜２の存在しない箇所とを弁別できる。
受光波長フィルタ１１を用いなければ、Ｓ／Ｎ比が低下して、検出性能が低下する。また蛍光を用いず、単に白色光を検査対象物に照射して、その反射光の強さによりピンホールを検査した場合、高分子膜２の表面の凹凸による明暗と、ピンホール１の有無による明暗の切り分けができず、ピンホール１を検出することができない。
【００３０】
次に励起光として紫外光（波長＝２８０ｎｍ）を選択した理由、及び照明波長フィルタ６について説明する。励起光の波長を変更しながら、上記の分光光度計により、高分子膜２からの蛍光強度を計測した結果、波長が短いほど、蛍光強度が強いことが判った。比較的低コストで入手できる短波長の光源として水銀ランプがあるが、水銀ランプの最短の波長のピークは２８０．４ｎｍである。従って、照明波長フィルタ６は３００ｎｍ以下の波長の光のみを通過するフィルタとし、２８０．４ｎｍをピークとする紫外光を検査対象物に照明している。
【００３１】
本実施の形態において、検査対象物は触媒層３の上に高分子膜２が形成されている状態であったが、高分子膜単体でも検査可能である。
検出原理上、高分子膜２の量と蛍光光量との間には相関関係がある。画像判定部１３３が出力する明暗画像の濃淡のデータを利用することにより、ピンホール１のみならず、高分子膜２の量が変動する高分子膜２内部の気泡や、高分子膜２の厚さむら等も検出可能である。
本実施の形態においては入射光源はエリア照明、光センサ１２はエリアＣＣＤとしたが、ライン照明とラインＣＣＤの組み合わせや、点照明とフォトマル等の点受光素子の組み合わせを用いて、検査対象物を走査してもよい。
画像処理により、ピンホール１を検出する方法は、固定の閾値でなく、浮動閾値でも良い。また、微分処理を用いても良い。
【００３２】
本実施の形態で説明した方法により燃料電池用の高分子膜のピンホール検査を実施し、直径１μｍ以上のピンホール１が存在しないことを確認した高分子膜２を使用して、ＭＥＡを製造する。これにより、ＭＥＡの良品率を大幅に向上できる。後の工程で高分子膜の欠陥が発見された場合に比べて、生産上の工数ロスを大幅に削減できる。
【００３３】
《実施の形態２》
以下、本発明の実施の形態２のピンホール検出装置、ピンホール検出方法及びＭＥＡの生産方法について、図１、図５、図６を用いて説明する。本実施の形態のピンホール検出装置の全体的構成は、図１で示した実施の形態１のピンホール検出装置の全体的構成と同一である。以下、異なる部分についてのみ説明する。
実施の形態２のピンホール検出装置は、照明光源５、照明波長フィルタ６及び受光波長フィルタ１１のみが実施の形態１のものと異なる。実施の形態２の照明光源５は、ハロゲンランプであり、照明波長フィルタ６は、波長が７４５ｎｍ〜７５５ｎｍの光のみを通過させるフィルタとなっている。検査対象物には波長が７４５〜７５５ｎｍの波長帯域を持った可視光が、照明光８として照射される。受光波長フィルタ１１は波長が７８０ｎｍ〜８４０ｎｍの光のみを通過させるフィルタとなっている。
【００３４】
この様な構成にした理由及び、実施の形態１に比べての利点を図４、図５、図６を用いて説明する。
実施の形態１では、触媒層３はカーボン等の導電体に白金等の触媒を混入した黒色の非透明な物質であり、紫外光により励起した場合の発光は図４に示すように全波長域において十分小さかった。しかし、触媒層３は燃料電池の性能を左右する重要な要因であり、改良が重ねられている。改良の主なポイントは触媒や導電体の原料の変更である。触媒層３の原料が変更された場合に、その原料が蛍光を強く発生する場合がある。
図５の触媒２に示すように、触媒層３が高分子膜２が発する光量に近い光量の蛍光を発生する場合がある。図５の特性においては、高分子膜２とピンホール１である高分子膜２の存在しない箇所とを弁別することが困難である。この場合、実施の形態１の方法ではピンホールの検出が困難となる。
【００３５】
物質が励起光により反応し、光の波長が長波長側にシフトする現象として、蛍光とは別に、ラマン散乱という現象がある。ラマン散乱の特徴は、蛍光のように太い巾の波長域ではなく、物質固有の、細い巾の波長域で発光のピークが現れることである。一般に、励起光の波長が可視光以上の場合にラマン散乱は出やすい。
【００３６】
図６のグラフは波長７５０ｎｍの可視光を励起光として高分子膜２と触媒層３に照射し、分光光度計により、それぞれの分光特性を計測したデータである。
図６のグラフにおいて、高分子膜２のデータは実測値、触媒層３のデータは予測値である。ラマン散乱の場合は、別の物質が同じ所でピークを持つことは原理的にあり得ないので、図中に示すように、波長の異なった所でピークを持つ。
従って、図６の図中に示すように、７８０ｎｍ〜８４０ｎｍの波長の光のみを通過する受光波長フィルタ１１を用いることにより、高分子膜２とピンホール１である高分子膜２の存在しない箇所とを高いＳ／Ｎ比で弁別することが可能となる。
実施の形態２の方法により、改良のため触媒層３の原料が変更され、触媒層３が紫外光によりやや強めの蛍光を発生する場合も確実に高分子膜２に存在するピンホール１を検出することが可能となる。
【００３７】
なお、本実施の形態では照明光源５は低コスト化を目的としてハロゲンランプを使用しているが、レーザを用いても良い。レーザを用いた場合、光源自身の波長域が狭いので、照明波長フィルタ６が不要になる場合もある。
本実施の形態では照明光源５が照明波長フィルタ６を通じて発する光の波長として７５０ｎｍを使用した。ラマン散乱は可視光から近赤外光で発生するので、照明波長は可視光（約４００ｎｍ〜約７５０ｎｍ）又は近赤外光（波長が約７５０ｎｍ〜約２５００ｎｍ）でも良い。照明波長を変えた場合、受光波長フィルタ１１の通過帯域は、それに応じて変更する必要がある。
【００３８】
本実施の形態で説明した方法により燃料電池用の高分子膜のピンホール検査を実施し、直径１μｍ以上のピンホール１が存在しないことを確認した高分子膜２を使用して、ＭＥＡを製造する。これにより、ＭＥＡの良品率を大幅に向上できる。後の工程で高分子膜の欠陥が発見された場合に比べて、生産上の工数ロスを大幅に削減できる。
【００３９】
《実施の形態３》
本発明の実施の形態３のピンホール検出装置、ピンホール検出方法及びＭＥＡの生産方法について図７、図８を参照しながら説明する。
図７は、実施の形態３のピンホールの検出装置の構成を示す図である。図７において、実施の形態１のピンホール検出装置と同一のブロックには同一の符号を付している。実施の形態１と同一のブロックの説明を省略し、異なるブロックについてのみ説明する。実施の形態１と異なるところは、実施の形態１の照明光源５、照明波長フィルタ６、投光レンズ７に換えて、Ｘ線源７１を設け、受光波長フィルタ１１及び光センサ１２に換え、Ｘ線フィルタ７２、Ｘ線シンチレータ７３、ＣＣＤカメラ７４を設けた点である。
【００４０】
物質にＸ線を照射すると、物質に吸収されたＸ線の一部が各元素の種類によって固有のエネルギー（波長）を持った蛍光Ｘ線となって放出される。この蛍光Ｘ線をＸ線シンチレータ７３により可視化し、ＣＣＤカメラ７４で検出する。この蛍光Ｘ線の波長は物質固有の値である。実施の形態３のピンホール検出装置においては、この物質固有の波長域のみを通過させるＸ線フィルタ７２をＸ線シンチレータ７３の前に設置することにより、ピンホールの有無を検出し、検出結果を画像化して出力する。
【００４１】
Ｘ線を用いてピンホールを検査するメリットを図８を用いて説明する。図８は連続Ｘ線を高分子膜２と触媒層３に照射した場合の分光特性を表す図である。高分子膜２に起因して、波長が約０．３Åの付近で鋭いピークを持った蛍光Ｘ線が発生している。この部分の波長の蛍光Ｘ線を通過させるＸ線フィルタ７２をニッケル等の金属により製作して設置する。ピンホール検出部１３は、ＣＣＤカメラ７４が検出した画像データを入力し、ピンホールを検出する。この構成により、高分子膜２とピンホール１である高分子膜２の存在しない箇所とを高いＳ／Ｎ比で弁別することが可能となる。
【００４２】
本実施の形態で説明した方法により燃料電池用の高分子膜のピンホール検査を実施し、直径１μｍ以上のピンホール１が存在しないことを確認した高分子膜２を使用して、ＭＥＡを製造する。これにより、ＭＥＡの良品率を大幅に向上できる。後の工程で高分子膜の欠陥が発見された場合に比べて、生産上の工数ロスを大幅に削減できる。
【００４３】
上記の実施の形態においては、塗工工法で製造する燃料電池のＭＥＡの高分子膜のピンホール検出を行った。本発明の適用対象はこれに限られるものではなく、例えば透明又は半透明の高分子膜を単体の状態で検査し、そこに存在するピンホールを検出することもできる。この場合、光源と受光部とが検査対象物である透明又は半透明の高分子膜に対して同じ側に配置された構成でも良く、又は光源と受光部とが検査対象物である透明又は半透明の高分子膜を挟んで配置された構成でも良い。上記のいずれかの方法により物質の欠落を検出できるものであれば、検査対象物は非透明であっても良い。
本発明は、厚さの有る物体の表面に形成された薄膜のピンホールを検出することにも適用できる。
なお、本発明の実施の形態においては、検査対象物を高分子膜としたが、これに限られるものではなく、単体の薄いフィルム、多層に積層されたフィルムであってもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明のピンホール検出方法によれば、検査対象物となるフィルムの構成物質が反応する光をフィルムに照射光として照射し、その光に反応してフィルムが発生した光のうち、特定の波長域の光のみを検出し、検出された光量に基づいて、ピンホールを検査する。
本発明によれば、高分子膜に生じた数μｍのピンホールを的確に検出することができるピンホール検出装置及びピンホール検出方法を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、非透明な膜上に存在する透明又は半透明の検査対象物の膜に存在する数μｍのピンホールを的確に検出することができるという有利な効果が得られる。
【００４５】
本発明によれば、後の工程における修理工数を大幅に低減する、塗工工法によるＭＥＡの生産方法を実現できるという有利な効果が得られる。本発明によれば安価な燃料電池を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のピンホール検出装置の構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態１のピンホール検出装置が出力したピンホールを含む画像の一例を示す図
【図３】本発明の実施の形態１のピンホール検出装置が検査対象物の全面を検査する動作を示す図
【図４】高分子膜及び触媒に紫外光を照射したときに発する蛍光の波長分布を示すグラフ
【図５】高分子膜及び２種類の触媒に紫外光を照射したときに発する蛍光の波長分布を示すグラフ
【図６】高分子膜及び触媒に可視光を照射したときに生じるラマン散乱の波長分布を示すグラフ
【図７】本発明の実施の形態３のピンホール検出装置の構成を示す図
【図８】高分子膜及び触媒にＸ線を照射したときに発する蛍光Ｘ線波長分布を示すグラフ
【符号の説明】
１  ピンホール
２  高分子膜
３  触媒層
４  フィルムベース
５  照明光源
６  照明波長フィルタ
７  投光レンズ
８  照明光
９  物質が発生した光
１０  受光レンズ
１１  受光波長フィルタ
１２  光センサ
１３  ピンホール検出部
１４  モニタテレビ
１５  制御部
１６  Ｘ軸駆動部
１７  Ｙ軸駆動部
１８  ワークチャック
１９  Ｘ軸
２０  Ｙ軸
７１  Ｘ線源
７２  Ｘ線フィルタ
７３  Ｘ線シンチレータ
７４  ＣＣＤカメラ
１３２  画像処理部
１３３  画像判定部
【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】
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【図８】
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