(57)【要約】【課題】  高分子膜単体だけでなくＭＥＡの段階であっても特性不良を発見する高精度なピンホール検出装置及びピンホール検出方法を提供する。【解決手段】  本発明の燃料電池用高分子膜のピンホール検出装置は、燃料電池用高分子膜の一方の面側に検査ガスを供給するガス供給源と、前記燃料電池用高分子膜の他方の面との距離を保持する保持機構を備え、かつガスを吸引するプローブと、前記プローブを前記燃料電池用高分子膜の他方の面側で走査させる走査機構と、前記プローブにより吸引したガスに前記検査ガスが含まれているか否かに基づいてピンホールの有無を判定する判定部と、を備える。保持機構は、プローブを燃料電池用高分子膜の面に垂直な方向に遠ざかるように付勢する弾性部材である。【選択図】図３
2005181013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用高分子膜の一方の面側に検査ガスを供給するガス供給源と、
前記燃料電池用高分子膜の他方の面との距離を保持する保持機構を備え、かつガスを吸引するプローブと、
前記プローブを前記燃料電池用高分子膜の他方の面側で走査させる走査機構と、
前記プローブにより吸引したガスに前記検査ガスが含まれているか否かに基づいてピンホールの有無を判定する判定部と、
を備えたことを特徴とする燃料電池用高分子膜のピンホール検査装置。
【請求項２】
保持機構は、
プローブを燃料電池用高分子膜の面に垂直な方向に遠ざかるように付勢する弾性部材であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用高分子膜のピンホール検査装置。
【請求項３】
保持機構は、
プローブを燃料電池用高分子膜の面に垂直な方向に移動させる移動機構と、
前記プローブと前記燃料電池用高分子膜の面とのギャップ長を測定するギャップセンサと、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池用高分子膜のピンホール検査装置。
【請求項４】
保持機構は、
プローブを燃料電池用高分子膜の面に垂直な方向に移動させる移動機構と、
前記プローブと前記燃料電池用高分子膜の面との間に働く力を測定する力センサと、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池用高分子膜のピンホール検査装置。
【請求項５】
燃料電池用高分子膜の一方の面側に検査ガスを供給し、
プローブと前記燃料電池用高分子膜との距離を保持しながら前記燃料電池用高分子膜の他方の面側で走査させつつ前記プローブによりガスを吸引し、
前記吸引したガスに前記検査ガスが含まれているか否かに基づいてピンホールの有無を判定する
ことを特徴とする燃料電池用高分子膜のピンホール検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用高分子膜のピンホール検査装置及びピンホール検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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」と呼ぶ。）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Membrane Electrode Assemblies（以下「ＭＥＡ」と呼ぶ。）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」と呼ぶ。）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」と呼ぶ。）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、高分子膜に直径数μｍ以上の微少なピンホールが発生することである。
例えば、直径数μｍ以上の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が電子と分離してイオン化する。高分子膜には数ｎｍ程度の微細な孔が多数存在し、水素イオンは高分子膜の微細な孔を通り、電子は外部負荷を通り空気極に到達する。空気極で水素イオンが電子と再結合して水素に戻り、次いで水素は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に変換される。
【０００４】
しかし、直径数μｍ以上のピンホールを有するＭＥＡを燃料電池として使用すると、燃料極の水素がイオン化せずに気体のままで高分子膜のピンホールを通り空気極に到達する。空気極で水素は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。燃料電池として繰り返し使用するうちにピンホールは拡大していき、燃料電池が特性不良になる。
燃料電池の耐久性という観点からすると、高分子膜に直径数μｍ以上のピンホールがないことが重要であり、スタックにする前にＭＥＡに直径数μｍ以上のピンホールが存在するかを漏れなく検出し、ピンホールを有する高分子膜を排除することが重要な課題となっている。
【０００５】
従来例のピンホール検査方法として、光方式（例えば、特許文献１）及びガス漏れ検出方式がある。図７は、従来例の光学式のフィルム検査装置の概略的な構成を示すブロック図である。図７において、７０１、７０２はピンホール検出装置、７０３は検出タイミング測定装置、７０４は位置演算手段、７１７は遮光板である。ピンホール検出装置７０１は、ハロゲン光源７０５、スリット７０７、集光レンズ７０９、光センサ７１１、Ａ／Ｄ変換装置７１３、良否判定装置７１５を有する。同様にピンホール検出装置７０２は、ハロゲン光源７０６、スリット７０８、集光レンズ７１０、光センサ７１２、Ａ／Ｄ変換装置７１４、良否判定装置７１６を有する。
従来例の光学式のフィルム検査装置においては、所定速度でフィルム（検査対象）７１８を走行させながら、フィルム７１８を下方からハロゲン光源７０５、７０６で照明する。光センサ７１１、７１２は、フィルム７１８を介してハロゲン光源７０５、７０６の真上に設置されたスリット７０７、７０８、集光レンズ７０９、７１０を通過したフィルムの透過光量を検出する。ピンホールを照明すると、散乱光が発生するため照明光が光センサ７１１、７１２で明るく検出される。このため、検出明度値が判定明度値以上の明るさを示す場合に、フィルム検査装置はピンホールが検出されたものと判断する。
【０００６】
図８は、従来例のガス漏れ検出装置の概略的な構成を示すブロック図である。図８において、８０１はピンホール検出装置である。ピンホール検出装置８０１は、ガスボンベ８０２、ワーク８０３、検査対象８０４、チャンバ８０５、真空ポンプ８０６、検出器８０７を有する。
従来例のガス漏れ検出装置においては、チャンバ８０５内に検査対象８０４に治具を取り付けたワーク８０３を置き、真空ポンプ８０６によりチャンバ８０５内を真空にし、ガスボンベ８０２の検査ガスをワーク８０３内に供給する。検出器８０７は、ワーク８０３内からチャンバ８０５にリークした検査ガスを検出し、検査ガスのリーク量に基づきピンホールの有無を判断する。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１４６８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来、スタックを完成させた後、スタックの特性検査を行うことにより、燃料電池の高分子膜にピンホールがあるか否かを検査していた。スタックに特性不良のモジュールが発見された場合には、スタックを分解して、その中の不良モジュールの交換を行っていた。しかし、完成したスタックを分解して、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、多大な労力が必要である。スタックに組み立てられた状態になる前に、高分子膜またはＭＥＡ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またはＭＥＡを生産工程から排除できれば、組み立てられたスタック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可能である。
【０００９】
しかし、従来例の光学式のフィルム検査装置は、フィルムの透過光量を検出し、透過光量に基づきピンホールの有無を判断していた。しかし、光を吸収し反射しない触媒層を積層したＭＥＡは、ハロゲン光を透過しない。従来例の光学式のフィルム検査装置は、ＭＥＡのように光を透過しない物について、ピンホールがあるか否かを検査することができなかった。
【００１０】
燃料電池用の高分子膜は、正常な高分子膜にも気体が通過する直径数ｎｍの孔が無数に存在する。このため、従来例のガス漏れ検出装置により高分子膜からリークしたガスを検出した場合、正常な高分子膜と直径数μｍ以上のピンホールを有する高分子膜とではガスリーク量に差が出ず、高分子膜に存在するピンホールを検出することが困難であった。さらに、高分子膜は真空中に入れるとダメージを受けやすく、真空中でガスリークを検査することにより正常な高分子膜が不良になることもある。このため、従来例のガス漏れ検出装置は、燃料電池用の高分子膜のように直径数ｎｍの孔を無数に有する物について、ピンホールがあるか否かを検査することができなかった。
【００１１】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、光を透過せず及び／又は直径数ｎｍの気体が通過する孔が無数に存在する膜についてピンホールの有無を検出可能な、高精度、非破壊、非接触なピンホール検査装置及びピンホール検査方法を提供することを目的とする。
本発明は、スタックに組み立てられた状態になる前に、燃料電池用の高分子膜またはＭＥＡ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またはＭＥＡを生産工程から排除し、組み立てられたスタック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ピンホール検査装置及びピンホール検査方法を提供することを目的とする。
本発明は、常圧中で検査対象を検査可能な検査効率の良いピンホール検査装置及びピンホール検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明は下記の構成を有する。請求項１に記載の発明は、燃料電池用高分子膜の一方の面側に検査ガスを供給するガス供給源と、前記燃料電池用高分子膜の他方の面との距離を保持する保持機構を備え、かつガスを吸引するプローブと、前記プローブを前記燃料電池用高分子膜の他方の面側で走査させる走査機構と、前記プローブにより吸引したガスに前記検査ガスが含まれているか否かに基づいてピンホールの有無を判定する判定部と、を備えたことを特徴とする燃料電池用高分子膜のピンホール検査装置である。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、燃料電池用高分子膜の一方の面側に検査ガスを供給し、プローブと前記燃料電池用高分子膜との距離を保持しながら前記燃料電池用高分子膜の他方の面側で走査させつつ前記プローブによりガスを吸引し、前記吸引したガスに前記検査ガスが含まれているか否かに基づいてピンホールの有無を判定することを特徴とする燃料電池用高分子膜のピンホール検査方法である。
【００１４】
本発明は、スタックに組み立てられた状態になる前に、燃料電池用の高分子膜またはＭＥＡ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またはＭＥＡを生産工程から排除し、組み立てられたスタック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ピンホール検査装置及びピンホール検査方法を実現出来るという作用を有する。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、保持機構は、プローブを燃料電池用高分子膜の面に垂直な方向に遠ざかるように付勢する弾性部材であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用高分子膜のピンホール検査装置である。
【００１６】
本発明は、直径数ｎｍの孔を無数に有する燃料電池用の高分子膜について、直径数μｍ以上のピンホールからのガスリークを高速、高精度、非破壊、非接触に検査可能であり、ピンホールの有無も正確に検出出来るためピンホールのみのリペアも可能なピンホール検査装置及びピンホール検査方法を実現できるという作用を有する。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、保持機構は、プローブを燃料電池用高分子膜の面に垂直な方向に移動させる移動機構と、前記プローブと前記燃料電池用高分子膜の面とのギャップ長を測定するギャップセンサと、を備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池用高分子膜のピンホール検査装置である。
【００１８】
本発明は、直径数ｎｍの孔を無数に有する燃料電池用の高分子膜について、直径数μｍ以上のピンホールからのガスリークを高速、高精度、非破壊、非接触に検査可能であり、ピンホールの有無も正確に検出出来るためピンホールのみのリペアも可能なピンホール検査装置及びピンホール検査方法を実現できるという作用を有する。本発明は、簡単な構成で高精度な検査を実現できるという作用を有する。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、保持機構は、プローブを燃料電池用高分子膜の面に垂直な方向に移動させる移動機構と、前記プローブと前記燃料電池用高分子膜の面との間に働く力を測定する力センサと、を備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池用高分子膜のピンホール検査装置である。
【００２０】
本発明は、直径数ｎｍの孔を無数に有する燃料電池用の高分子膜について、直径数μｍ以上のピンホールからのガスリークを高速、高精度、非破壊、非接触に検査可能であり、ピンホールの有無も正確に検出出来るためピンホールのみのリペアも可能なピンホール検査装置及びピンホール検査方法を実現できるという作用を有する。本発明は、検査対象である膜の表面の凹凸が激しく、ギャップセンサが安定的に機能しないような膜質である場合にも、安定的にギャップを維持することができ、検査信頼性を向上させることができるという作用を有する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、燃料電池用の高分子膜のように直径数ｎｍの孔を無数に有する物について、直径数μｍ以上のピンホールからのガスリークを高速、高精度、非破壊、非接触に検査可能であり、ピンホールの有無も正確に検出出来るためピンホールのみのリペアも可能な簡単な構成のピンホール検査装置及びピンホール検査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、高分子膜単体又はＭＥＡの状態で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またはＭＥＡを生産工程から排除し、組み立てられたスタック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ピンホール検査装置及びピンホール検査方法を実現出来るという有利な効果が得られる。
本発明によれば、常圧中で検査対象を検査可能である故、検査効率の良いピンホール検査装置及びピンホール検査方法を実現できるという有利な効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面とともに記載する。
【００２３】
《実施の形態１》
本発明の実施の形態１による燃料電池用高分子膜のピンホール検査装置及びピンホール検査方法について、図１〜図４を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態１におけるピンホール検査装置の概略的な構成を示すブロック図である。ピンホール検査装置１０１は、ワークチャック１１２と検査ガスを供給するガス供給源１１３とを備えたワーク固定部と、後ほど図３で詳しく説明するセンサヘッド１１４と、センサヘッド１１４に接続されたガス検知器１１５（ガス吸引ポンプを含む。）と、センサヘッド１１４を走査させるＸＹ走査機構１１６を備えている。
【００２４】
検査ガスはヘリウムガスである。検査対象１１１は燃料電池のＭＥＡであり、検査対象１１１のサイズは１００ｍｍ×１００ｍｍである。ワーク固定部は、ワークチャック１１２に検査対象１１１を取り付けることにより、検査対象１１１の一方の面側（図では下面）に外気から遮断された空間を作り、その空間に１気圧の検査ガスを充填する。検査対象１１１の他方の面側（図では上面）は、常圧の大気に接している。１２１は検査対象１１１に存在する１μｍｍ以上の直径を有するピンホール（ガスリーク箇所）を示しており、ピンホール１２１から検査ガスがリークする。ピンホール（ガスリーク箇所）が無い場合は、ヘリウムガスは内部に充填したままでほとんど外に漏れ出すことがない。燃料電池用高分子膜は直径数ｎｍの孔を無数に有するが、高分子膜の他方の面が常圧の大気に接している状態においては、直径数ｎｍの孔の微細な孔からヘリウムはほとんど漏れない。
【００２５】
図２は、センサヘッド１１４が検査対象１１１の他方の面上を走査する軌跡を示す図である。センサヘッド１１４は、図２に示す検査軌跡２０１で検査対象１１１の他方の面を全面走査する。１２２はセンサヘッド１１４がガスを吸引する点である検査点を示している。
図３は、本発明の実施の形態１におけるピンホール検査装置のセンサヘッドの概略的な構成を示す断面図である。センサヘッド１１４は、保持部３０３と、開口部を有するプローブ３０１と、一端（下端）を保持部３０３で支持され他端（上端）でプローブ３０１を検査対象１１１から遠ざける方向に押圧する弾性部材（実施の形態１においてはバネ機構）３０２と、を有する。保持部３０３は、ＸＹ走査機構１１６によって所定の高さに保持され、検査対象１１１の他方の面上を走査される。１２３はプローブ３０１の先端（開口部が設けられている。）と検査対象１１１の間のギャップを拡大して示している。ガス検知器１１５は、ヘリウムディテクタであり、プローブ３０１の先端からガスを吸引し、吸引したガスに含まれる検査ガス（ヘリウム）の量を計測し、ガスリークの有無（ピンホールの有無）を判定する。検査対象１１１に直径１μｍｍ以上のピンホール（ガスリーク箇所）が存在すると、ガス検知器１１５は、検査ガス（ヘリウム）を検知する。
【００２６】
ギャップ１２３の長さが所定値より小さい場合、プローブ３０１と検査対象１１１との接触部の気圧が大幅に低下し、プローブ３０１はピンホールのみならず正常な高分子膜において無数に存在する直径数ｎｍの微細孔からも強く検査ガスを吸引する。そのため、ガス検知器１１５はピンホールが存在しない正常部分からも検査ガスを検知し、かえってピンホールの有無を判別できなくなる。また、プローブ３０１の先端が検査対象１１１に接触し、検査対象１１１に損傷を与える。プローブ３０１はガスを吸引できず、ガス検知器１１５はリークしたガスを計測できず、ガスリークの有無を判定できない。
ギャップ１２３の長さが所定値より大きい場合、検査点１２２がピンホールのリーク箇所１２１にきても、プローブ３０１は空気中のガスを吸引してしまい、ガス検知器１１５はガスリークの有無を判定できない。このように、プローブ３０１の先端と検査対象１１１のギャップ１２３の長さを所定値で一定に保つ必要がある。
【００２７】
図４は、本発明の実施の形態１におけるピンホール検査装置のギャップ長と、ガス検知器１１５の吸引ポンプによる吸引力と、バネ機構３０２の力と、の関係を示す図である。図４において、４０１はガス検知器１１５の吸引ポンプによる吸引力とギャップ長との関係を示すグラフであり、４０２はバネ機構３０２による引張力とギャップ長との関係を示すグラフである。縦軸は力［単位：Ｎ／ｍ］を表し、横軸はプローブ３０１の先端と検査対象１１１のギャップ１２３の長さ［単位：ｍｍ］を表す。ガス検知器１１５（ガス吸引ポンプを含む。）が検査ガスを吸引するため、プローブ３０１にはプローブを検査対象１１１に引きつける吸引力が作用する。一方、バネ機構３０２は、プローブ３０１を検査対象１１１から遠ざける方向に付勢する。図４に示すように、吸引力とギャップ１２３の長さには一定の相関関係がある。バネ機構３０２の弾性係数を適切に設定することにより、プローブ３０１の吸引力がＳのポイントで、プローブ３０１の吸引力とバネ機構３０２の力とが釣り合い、ギャップ１２３の長さが所定値Ｇ（実施の形態１においては０．５ｍｍ）で安定して保たれる。
【００２８】
センサヘッド１１４は、ギャップ１２３の長さを所定値に維持した状態で、検査対象１１１全面を走査する。ガス検知器１１５は、閾値以上の検査ガスを検知した箇所をリーク箇所１２１として自動的に検知する。ピンホールの位置やリーク存在箇所は、センサヘッド１１４を搭載するステージ（ＸＹ走査機構１１６によって駆動される。）のＸ軸及びＹ軸の側面に設置された２つのエンコーダの測定値より算出する。
実施の形態１においては、バネ機構による力とプローブの先端からの吸引力とが所定値Ｓで釣り合い、プローブの先端と検査対象とのギャップ長を所定値Ｇに保つことが可能となる。これにより、簡単な構成で高精度なピンホール検査装置及びピンホール検査方法を実現できる。さらにピンホール等の位置も正確に検出できるため、検出されたピンホールのみをリペアすることも可能となる。
【００２９】
《実施の形態２》
本発明の実施の形態２による燃料電池用高分子膜のピンホール検査装置及びピンホール検査方法について、図１、図５を用いて説明する。実施の形態２によるピンホール検査装置及びピンホール検査方法が実施の形態１によるピンホール検査装置及びピンホール検査方法と異なる点は、プローブの先端と検査対象１１１とのギャップ長を所定値に保つ方法である。それ以外の点において、実施の形態２は、実施の形態１と同一である。
図１は、本発明の実施の形態２におけるピンホール検査装置の概略的な構成を示す図である。本発明の実施の形態２におけるピンホール検査装置の概略的な構成は、実施の形態１と同一であるため、説明を省略する。
【００３０】
図５は、本発明の実施の形態２におけるピンホール検査装置のセンサヘッドの構成を示すブロック図である。図５において、実施の形態１（図３）と同一のブロックには同一の符号を付している。センサヘッド１１４は、プローブ３０１とギャップセンサ５０２と駆動機構５０３から構成されている。ピンホール検査装置は更に制御部５０４を有する。ギャップセンサ５０２（任意の公知のギャップセンサを用いることができる。例えば検査対象との間の静電容量に基づいてギャップ長を検出するギャップセンサ、又は検査対象１１１に光を照射する発光部と検査対象１１１からの反射光を受光する受光部とを有し、受光部の受光位置に基づいてギャップ長を測るギャップセンサである。）は、プローブ３０１の先端付近に設置され、プローブ３０１の先端（開口部が設けられている。）と検査対象１１１とのギャップ１２３の長さを計測する。
【００３１】
駆動機構５０３はプローブ３０１を上方向（検査対象１１１の他方の面に垂直な方向）に駆動する。制御部５０４は、ギャップセンサ５０２が計測したギャップ１２３の長さの情報に基づき、ギャップ１２３の長さが所定値を維持するように駆動機構５０３を制御する。駆動機構５０３は、例えばボイスコイルモータである。プローブにコイルを巻回し、プローブの側面をガイドする保持部（図示していない。）を通じて、コイルに磁界を印加する。コイルに所定の方向に電流を流すことにより、プローブは上方向（検査対象１１１から遠ざかる方向）に付勢される。実施の形態１で説明したように、ガス検知器１１５（ガス吸引ポンプを含む。）が検査ガスを吸引するため、プローブ３０１にはプローブを検査対象１１１に引きつける吸引力が作用する。ギャップセンサ５０２が検出したギャップ長の情報に基づいて、コイルに流す電流を適切に制御することにより、図４のＳのポイントで、プローブ３０１の吸引力とバネ機構３０２の力とが釣り合い、ギャップ１２３の長さが所定値Ｇ（実施の形態１においては０．５ｍｍ）で安定して保たれる。
【００３２】
センサヘッド１１４は、ギャップ１２３の長さを所定値に維持した状態で、検査対象１１１全面を走査する。ガス検知器１１５は、閾値以上の検査ガスを検知した箇所をリーク箇所１２１として自動的に検知する。ピンホールの位置やリーク存在箇所は、センサヘッド１１４を搭載するステージ（ＸＹ走査機構１１６によって駆動される。）のＸ軸及びＹ軸の側面に設置された２つのエンコーダの測定値より算出する。
実施の形態２においては、ギャップセンサによりギャップ長を計測し、プローブ３０１を上方向に駆動することにより、プローブの先端と検査対象とのギャップ長を所定値に保つことが可能となる。これにより、実施の形態１より更に高精度なピンホール検査装置及びピンホール検査方法を実現できる。さらにピンホール等の位置も正確に検出できるため、検出されたピンホールのみをリペアすることも可能となる。
【００３３】
《実施の形態３》
本発明の実施の形態３による燃料電池用高分子膜のピンホール検査装置及びピンホール検査方法について、図１、図６を用いて説明する。実施の形態３によるピンホール検査装置及びピンホール検査方法が実施の形態２によるピンホール検査装置及びピンホール検査方法と異なる点は、プローブの先端と検査対象とのギャップ長を所定値に保つ方法である。それ以外の点において、実施の形態３は、実施の形態２と同一である。
図１は、本発明の実施の形態３におけるピンホール検査装置の概略的な構成を示す図である。本発明の実施の形態３におけるピンホール検査装置の概略的な構成は、実施の形態２と同様であるため、説明を省略する。
【００３４】
図６は、本発明の実施の形態３におけるピンホール検査装置のセンサヘッドの構成を示すブロック図である。図６において、実施の形態２（図５）と同一のブロックには同一の符号を付している。センサヘッド１１４は、プローブ３０１と駆動機構５０３と力センサ６０２から構成されている。ピンホール検査装置は更に制御部６０４を有する。力センサ６０２は、プローブ３０１が検査対象１１１に吸引される吸引力（実際には、プローブ３０１が検査対象１１１に吸引される吸引力と駆動機構５０３の力との差分の力）を計測する。力センサ６０２として、任意の公知の力センサを用いることが出来る。例えば、プローブ３０１と保持部（プローブ３０１と力センサ６０２とを上下に移動可能に保持する。図示しない。）との間に弱いバネと、圧力センサ（力センサ６０２）とを挟む。圧力センサ（力センサ６０２）は、吸引力と駆動機構５０３の力との差分の力に応じたバネ圧を検出する。
【００３５】
駆動機構５０３はプローブ３０１を上方向（検査対象１１１の他方の面に垂直な方向）に駆動する。制御部６０４は、力センサ６０２が計測した吸引力の情報に基づき、ギャップ１２３の長さが所定値を維持するように駆動機構５０３を制御する。駆動機構５０３の構成は、例えば実施の形態２と同様である。力センサ６０２が検出した吸引力の情報に基づいて、駆動機構５０３の駆動力を適切に制御することにより、図４のＳのポイントで、プローブ３０１の吸引力とバネ機構３０２の力とが釣り合い、ギャップ１２３の長さが所定値Ｇ（実施の形態１においては０．５ｍｍ）で安定して保たれる。
【００３６】
センサヘッド１１４は、ギャップ１２３の長さを所定値に維持した状態で、検査対象１１１全面を走査する。ガス検知器１１５は、閾値以上の検査ガスを検知した箇所をリーク箇所１２１として自動で検知する。ピンホールの位置やリーク存在箇所は、センサヘッド１１４を搭載するステージ（ＸＹ走査機構１１６によって駆動される。）のＸ軸及びＹ軸の側面に設置された２つのエンコーダの測定値より算出する。
実施の形態３においては、力センサ６０２により吸引力を計測し、プローブ３０１を上方向に駆動することにより、プローブの先端と検査対象とのギャップ長を所定値に保つことが可能となる。これにより、実施の形態２のリーク検査よりさらに膜の表面の凹凸が激しくギャップセンサが安定して機能しないような膜質の場合でも、安定的にギャップ長を維持することができ、さらに信頼性の高いピンホール検査装置及びピンホール検査方法を実現できる。さらにピンホール等の位置も正確に検出できるため、検出されたピンホールのみをリペアすることも可能となる。
【００３７】
なお、実施の形態１〜３では検査ガスはヘリウムガスであったが、ヘリウムガス以外のガスを検査ガスとして使用してもよい。
実施の形態１〜３では検査対象はＭＥＡであったが、高分子膜単体であってもよい。
実施の形態１〜３では検査軌跡の一例として図２を示したが、検査対象全面を検査できればよく、これに限られない。
実施の形態２〜３において駆動機構５０３は、プローブ３０１を上方向にのみ付勢したが、上下方向に付勢可能に構成しても良い。
実施の形態１の構成に代えて、ＸＹ走査機構がワークチャックをＸＹ方向に駆動することにより、センサヘッド１１４が検査対象１１１の他方の面上を図２に示す検査軌跡２０１で全面走査しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、例えば燃料電池の高分子膜またはＭＥＡのピンホールを検出するピンホール検査装置及びピンホール検査方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態１〜３におけるピンホール検査装置の概略的な構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１〜３におけるピンホール検査装置の検査対象上の検査軌跡の一例を示す図
【図３】本発明の実施の形態１におけるピンホール検査装置のセンサヘッドの構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態１におけるピンホール検査装置のギャップ長と吸引力との関係、及びギャップ長とバネの力との関係を示す図
【図５】本発明の実施の形態２におけるピンホール検査装置のセンサヘッドの構成を示すブロック図
【図６】本発明の実施の形態３におけるピンホール検査装置のセンサヘッドの構成を示すブロック図
【図７】従来例の光学式のフィルム検査装置の概略的な構成を示すブロック図
【図８】従来例のガス漏れ検出装置の概略的な構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００４０】
１０１  ピンホール検査装置
１１１  検査対象
１１２  ワークチャック
１１３  ガス供給源
１１４  センサヘッド
１１５  ガス検知器
１１６  ＸＹ走査機構
１２１  ガスリーク箇所
１２２  検査点
１２３  ギャップ
３０１  プローブ
３０２  バネ機構
５０２  ギャップセンサ
５０３  駆動機構
６０２  力センサ
５０４、６０４  制御部
【図１】
2005181013.tif 000003
【図２】
2005181013.tif 000004
【図３】
2005181013.tif 000005
【図４】
2005181013.tif 000006
【図５】
2005181013.tif 000007
【図６】
2005181013.tif 000008
【図７】
2005181013.tif 000009
【図８】
2005181013.tif 000010