(57)【要約】【課題】高い精度で漏れの発生を検査できる漏れ検査装置の提供。【解決手段】ヘリウムが存在する第１室４と第１室４との間に被試験部材Ｓを配置する第２室５と第１室側の気密を保つ第１シール部材６と第２室側の気密を保つ第２シール部材７と第２室５を減圧し第１室４との間で圧力差を生じさせる排気ポンプと第２室５内のガスを分析してヘリウムを検出し漏れが発生しているか否かを判断する漏れ検出手段１５と第１及び第２シール部材６及び７の間に配設される中間室１１とを有する。第２室から第１室へ被試験部材を通じて発生する漏れを検出する装置において、被試験部材を固定するために用いるシール部材からの漏れを防止するために、間に空間（中間室）を設けた状態でシール部材を二重に配設した。内部空間にトレースガスを含まない中間室を介在させることで第１及び第２シール部材を通じたトレースガスのもれを防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間に所定圧のトレースガスが存在する第１室と、
該第１室に隣接し、該第１室の内部空間との間に被試験部材を隔壁として配置可能な内部空間をもつ第２室と、
該第１室の内部空間を区画する内壁及び該被試験部材の間に介装され気密を保つ弾性体である第１シール部材と、
該第２室の内部空間を区画する内壁及び該被試験部材の間に介装され気密を保つ弾性体である第２シール部材と、
ガスを排気することで該第２室の内部空間内を減圧し該第１室との間で圧力差を生じさせる第２室排気ポンプと、
該第２室内のガスを分析して該トレースガスを検出し、該トレースガスの量が所定値以上である場合に漏れが発生していると判断する漏れ検出手段と、
該第１シール部材及び該第２シール部材の間に配設され、実質的に該トレースガスを含まない内部空間を持つ中間室と、
を有することを特徴とする漏れ検査装置。
【請求項２】
前記中間室の内部空間の圧力は前記第１室の内部空間の圧力以上又は前記第２室の内部空間の圧力以下である請求項１に記載の漏れ検査装置。
【請求項３】
前記第１シール部材と前記第２シール部材とは離隔している請求項１又は２に記載の漏れ検査装置。
【請求項４】
前記中間室の内部空間には、外部から前記トレースガスを含まない洗浄ガスを導入する手段と、外部へ該洗浄ガスを排出する手段とが接続されている請求項１〜３のいずれかに記載の漏れ検査装置。
【請求項５】
前記漏れ検出手段は、
前記第２室との間に設けられた開閉弁と、
検査開始時に該開閉弁を瞬間的に開き、測定した前記トレースガスの量が前記所定値未満の場合に該開閉弁を継続的に開く開閉弁制御手段と、
を備える請求項１〜４のいずれかに記載の漏れ検査装置。
【請求項６】
前記漏れ検出手段は、
前記第２室と前記漏れ検出手段との間に設けられた開閉弁と、
該開閉弁の開時間をＰＷＭ制御する手段であって、測定した前記トレースガスの量が前記所定値以上になるまで該ＰＷＭ制御におけるデューティ比を検査開始時から漸増させる開閉弁制御手段と、
を備える請求項１〜４のいずれかに記載の漏れ検査装置。
【請求項７】
前記中間室の内部空間から排気を行う中間室排気ポンプと、
該中間室排気ポンプから排気される排気ガスを分析して前記トレースガスを検出し、該トレースガスの量が所定値以上である場合に前記第一シール部材に漏れが発生していると判断する中間室漏れ検出手段と、
を有する請求項１〜６のいずれかに記載の漏れ検査装置。
【請求項８】
前記中間室漏れ検出手段は前記漏れ検出手段が兼ねる請求項７に記載の漏れ検査装置。
【請求項９】
前記中間室の内部空間から排気を行う中間室排気ポンプと、
該中間室内の圧力を測定する中間室圧力検出手段と前記第２室内の圧力を測定する第２室圧力検出手段とそれぞれ検出した圧力が所定値よりも高い場合に漏れが発生していると判断する圧力判断手段と、
を有する請求項１〜８のいずれかに記載の漏れ検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は気密を確保する必要がある部材について気密性を検査する漏れ検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウム二次電池あるいはニッケル水素二次電池などの高エネルギー密度を実現した二次電池が携帯機器用の電源として広く普及している。また、これら二次電池は自動車用の駆動電源としても注目され既に実用化されている。このような電池は電池性能を長期に亘り維持する観点から密閉型の構造が通常採られている。
【０００３】
ところが、電池端子部には正極と負極とがあり、密閉構造をとりながら端子間を絶縁する必要がある。
【０００４】
このように密閉構造を維持しながら絶縁を確保する方法として、従来の例では、容器と端子との間を絶縁ガスケットを介して構成することで気密性と絶縁性を確保する構造が示されている（特許文献１）。
【０００５】
また、気密性を検査する方法としては、内部に所定圧力のトレースガスが注入される中空被試験品と、それを収容する真空室と、該真空室を所定の真空圧まで掃引する真空室排気ポンプと、前記真空室中のトレースガスを検出するガスセンサなどを備え、中空試験品から漏れ出るトレースガスを検出することで気密性を判断する漏れ検査装置が開示されている（特許文献２）。
【特許文献１】特許３５５２４５４号
【特許文献２】特許２８１７４９８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、二次電池に要求される気密性は非常に高度であり、特許文献２に記載された漏れ検査装置を使用して漏れを検出することは困難であった。すなわち、気密性を検査する被試験部材を漏れ検査装置に固定する場合に、エラストマーなどの弾性体をシール部材として採用しているが、高度な気密性を要求される製品を検査する場合、シール材を透過するトレースガスの方が正常状態の被試験部材を透過するトレースガスの量よりも多くなり、被試験品の漏れ検査が阻害されてしまう問題があった。
【０００７】
また、シール部材に起因するシール不良がある場合や、被試験部材に大きな漏れがある場合に、トレースガスを検出する検出器は大量のトレースガスに汚染され、その後、検出器から完全にトレースガスを取り除くまでの間は使用できなくなるという問題があった。
【０００８】
本発明は上記実情に鑑み完成されたものであり、高い精度で漏れの発生を検査できる漏れ検査装置を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の漏れ検査装置は、内部空間に所定圧のトレースガスが存在する第１室と、
該第１室に隣接し、該第１室の内部空間との間に被試験部材を隔壁として配置可能な内部空間をもつ第２室と、
該被試験部材及び該第１室の内部空間を区画する内壁及び該被試験部材の間に介装され気密を保つ弾性体である第１シール部材と、
該被試験部材該第２室の内部空間を区画する内壁及び該被試験部材の間に介装され気密を保つ弾性体である第２シール部材と、
ガスを排気することで該第２室の内部空間内を減圧し該第１室との間で圧力差を生じさせる第２室排気ポンプと、
該第２室内のガスを分析して該トレースガスを検出し、該トレースガスの量が所定値以上である場合に漏れが発生していると判断する漏れ検出手段と、
該第１シール部材及び該第２シール部材の間に配設され、実質的に該トレースガスを含まない内部空間を持つ中間室と、
を有することを特徴とする。
【００１０】
第２室から第１室へ被試験部材を通じて発生する漏れを検出する装置において、被試験部材を固定するために用いるシール部材からの漏れを防止するために、間に空間（中間室）を設けた状態でシール部材を二重に配設した。内部空間にトレースガスを含まない中間室を介在させることで第１及び第２シール部材を通じたトレースガスのもれを防止することができる。
【００１１】
特に、中間室の内部空間の圧力を第１室の内部空間の圧力以上とすることで、第１室から中間室へのトレースガスが流れることを確実に防止できる。同様に、中間室の内部空間の圧力を第２室の内部空間の圧力以下とすることで、中間室から第２室へのトレースガスが流れることを確実に防止できる。
【００１２】
そして、前記第１シール部材と前記第２シール部材とはトレースガスがシール部材中を通じて漏れることを確実に防止するために離隔されていることが望ましい。
【００１３】
更に、前記中間室の内部空間には、外部から前記トレースガスを含まない洗浄ガスを導入する手段と、外部へ該洗浄ガスを排出する手段とが接続されていることが望ましい。たとえ、中間室の内部空間にトレースガスが侵入しても洗浄ガスにより洗浄を行うことで第２室への影響をなくすことができる。
【００１４】
また、前記漏れ検出手段は、前記第２室との間に設けられた開閉弁と、検査開始時に該開閉弁を瞬間的に開き、測定した前記トレースガスの量が前記所定値未満の場合に該開閉弁を継続的に開く開閉弁制御手段と、を備えることができる。何らかの原因（例えば、被試験部材の破壊やシール部材の破壊・ずれなど）により、大量のトレースガスが第１室から第２室に漏れ出した場合に、漏れ検出手段が大量のトレースガスで汚染されないようにするためである。
【００１５】
つまり、漏れ検出手段に至る流路に開閉弁を設け、最初は僅かなガスだけ通過するように瞬間的に開閉弁を開いて第２室の内部空間内のガスを分析し、大量のトレースガスが漏れていないことを確認した後に開閉弁を開けて漏れ検出手段にガスを導入するものである。  同様の目的を実現するために、前記漏れ検出手段として、前記第２室と前記漏れ検出手段との間に設けられた開閉弁と、該開閉弁の開時間をＰＷＭ制御する手段であって、測定した前記トレースガスの量が前記所定値以上になるまで該ＰＷＭ制御におけるデューティ比を検査開始時から漸増させる開閉弁制御手段と、を備えるものを採用することもできる。
【００１６】
そして、前記中間室の内部空間から排気を行う中間室排気ポンプと、該中間室排気ポンプから排気される排気ガスを分析して前記トレースガスを検出し、該トレースガスの量が所定値以上である場合に前記第一シール部材に漏れが発生していると判断する中間室漏れ検出手段と、を有することが望ましい。中間室の内部空間におけるトレースガスの量を測定することで、シール部材に発生した不具合により第１室と中間室とが連通した場合に、速やかに検知することができる。この中間室漏れ検出手段は前記漏れ検出手段が兼ねることができる。
【００１７】
更に、前記中間室の内部空間から排気を行う中間室排気ポンプを備えている場合、第１シール部材に不具合が発生して大量のガスが中間室に流れ込んだことを圧力の値により検知する目的で、該中間室内の圧力を測定する中間室圧力検出手段と前記第２室内の圧力を測定する第２室圧力検出手段とそれぞれ検出した圧力が所定値よりも高い場合に漏れが発生していると判断する圧力判断手段と、を有することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の漏れ検査装置は上記構成を有することで以下の作用効果を発揮する。すなわち、第１シール部材と第２シール部材との２つのシール部材を設け、その間に中間室を設けることでシール部材を通じて発生する漏れを効果的に抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の漏れ検査装置について以下実施形態に基づき詳細に説明を行う。
【００２０】
（構成）
本実施形態の漏れ検査装置は第１室と第２室と第１シール部材と第２シール部材と第２室排気ポンプと漏れ検出手段と中間室とをもつ。本実施形態の漏れ検査装置では被試験部材の一面側に第１室が配置され、他面側に第２室が配置され第１室の内部空間に存在するトレースガスが第１室から第２室に通過するかどうかを検出することで被試験部材の気密性を検査する装置である。被試験部材としては気密性が要求される部材であればどのような部材にでも適用することができる。本実施例ではリチウム二次電池用ケースの蓋体の気密性を検査している。トレースガスとしては特に限定しないが、一般的な自然環境下では存在量が極めて少なく、検出が容易で、僅かな隙間からも漏れやすいガスであるヘリウムを採用することが望ましい。
【００２１】
第１室と第２室とは被試験部材が配置されていない状態で内部空間が連通するような構成をもつ。内部空間が連通する部分に被試験部材が配置されることで第１室と第２室との間を離隔する。
【００２２】
第１シール部材は第１室の内部空間を区画する内壁及び被試験部材の間に介装され気密を保つ弾性体である。第２シール部材は第２室の内部空間を区画する内壁及び被試験部材の間に介装され気密を保つ弾性体である。第１及び第２シール部材は併せて第１室の内部空間と第２室の内部空間との間を分離する部材である。第１シール部材と第２シール部材とは離隔していることが望ましい。両者が接触していると、その接触部分からトレースガスが漏れ出す可能性があるからである。ここで、両者の間が「離隔されている」とは両者の間に中間室が存在する場合と金属などのトレースガスの透過量が問題にならない部材が介設されているような場合とを挙げることができる。
【００２３】
中間室は、第１シール部材と第２シール部材との間に設けられた空間である。中間室の内部空間はトレースガスを含まない。中間室と第１室との間は第１シール部材にて気密が保たれ、中間室と第２室との間は第２シール部材にて気密が保たれている。中間室の内部空間の圧力を制御することが望ましい。圧力の制御は内部のガスを排出する中間室排気ポンプや、外部からガスを供給する加圧手段を採用することができる。
【００２４】
中間室の内部区間の圧力は第１室の内部空間の圧力以上とすることが望ましい。ガスの漏れは２つの空間の圧力差に比例するので、圧力差が無い（中間室と第１室との圧力が同じ）か圧力が反転（中間室の方が第１室よりも圧力が高い）させることで、第１室から中間室への漏れが原理的に発生しなくなる。
【００２５】
同様の理由で中間室の内部区間の圧力は第２室の内部空間の圧力以下とすることが望ましい。ガスの漏れは２つの空間の圧力差に比例するので、圧力差が無い（中間室と第２室との圧力が同じ）か圧力が反転（中間室の方が第２室よりも圧力が低い）させることで、中間室から第１室への漏れが原理的に発生しなくなる。
【００２６】
また、中間室の内部空間にはトレースガスを含まない洗浄ガスにて洗浄を続けることが望ましい。そのためには洗浄ガスを導入する手段と、外部へ洗浄ガスを排出する手段とが接続されることが望ましい。洗浄ガスとしては窒素ガスや空気など通常のガスをそのまま採用したり、シリコンオイル、水などの液体を採用しても良い。
【００２７】
第２室排気ポンプはガスを排気することで第２室の内部空間内を減圧し第１室との間で圧力差を生じさせる手段である。第１室との間に圧力差を生じさせることで、被試験部材に欠陥がある場合にはその欠陥を通してトレースガスが第２室の内部空間に移行する。
【００２８】
漏れ検出手段は第２室の内部空間内のガスに含まれるトレースガスを検出し、含まれる量が所定量以上である場合に漏れが発生しているもの判断する手段である。トレースガスの検出は質量分析や、分光学的手法などの一般的な方法が採用できる。第２室の内部空間内のガスを取り出す手法としては特に限定しないが、前述した第２室排気ポンプにより排気される排気ガスをそのまま分析したり、サンプリング用のポンプを独立して設けることもできる。
【００２９】
漏れ検出手段には開閉弁と開閉弁制御手段とを設けることができる。開閉弁は第２室から漏れ検出手段にガスを導入する流路の開閉を行うことができる弁である。開閉弁制御手段はその開閉弁を制御する手段である。開閉弁制御手段が開閉弁を制御する手法を以下の(i)及び(ii)に例示して説明する。
【００３０】
(i)検査開始時に開閉弁を瞬間的に開いてガス中のトレースガス量を測定した後、測定したトレースガスの量が前述した所定値未満の場合に開閉弁を更に継続的に開く方法が挙げられる。検査開始時に瞬間的に開閉弁を開くことで僅かな量のガスを漏れ検出手段に導入でき、何らかの不都合によって第２室内に大量のトレースガスが漏れだした場合であっても漏れ検出手段が高濃度のトレースガスで汚染されることがなくなる。最初の瞬間的な開弁時に測定したトレースガスの量が少ない場合には開閉弁を継続的に開弁することで通常の検査を行うことができる。
【００３１】
(ii)開閉弁の開時間をＰＷＭ制御する手段であって、測定したトレースガスの量が前述した所定値以上になるまでＰＷＭ制御におけるデューティ比を検査開始時から漸増させる方法が挙げられる。(i)で説明した方法と同様に最初は開弁時間を短くして第２室内のガスを導入する量を少なくし、漏れ検出手段により測定されたトレースガスの量が少ない場合に徐々に開弁する時間を長くして通常の検査を行う方法である。
【００３２】
中間室の内部空間に存在するガスについてもトレースガスの量を検査する中間室漏れ検出手段を設けることが望ましい。中間室漏れ検出手段は前述した漏れ検出手段と同様の構成を採用することができ、実際に兼用することもできる。
【００３３】
第２室の内部空間の圧力を測定する第２室圧力検出手段と中間室の内部空間の圧力を測定する中間室圧力検出手段とを設け、それぞれ検出した圧力が所定値よりも高い場合に大量の漏れが発生しているものと判断する圧力判断手段とを設けることが望ましい。被試験部材に大きな欠陥が存在したり、第１シール部材や第２シール部材に大きな欠陥や位置のずれなどが発生した場合には大量のガスが漏れだして圧力変動が生じるものと考えられるので圧力変動を測定することで測定条件に発生した不具合を速やかに検出できる。
【００３４】
（作用効果）
本実施形態の漏れ検査装置は以上の構成を有することから以下の作用効果を発揮する。すなわち、第１室と第２室との間を区画する隔壁として被試験部材を配設した上で、第１室と第２室との間に圧力差を生じさせ、被試験部材を通じて第１室から第２室に漏れ出すトレースガスの量を評価することで漏れの発生の程度を検査している。ここで、被試験部材を気密状態で固定する必要があるが、被試験部材の固定を第１シール部材及び第２シール部材にて行い、第１シール部材及び第２シール部材の間に漏れを抑制する中間室を配設していることで、シール部材を介したトレースガスの漏れは実用上問題がない程度にまで低減させることができる。
【００３５】
特に中間室の圧力を第１室や第２室と同じ程度にまで制御することで漏れの発生を確実に低減させることができる。
【００３６】
また、中間室内のガスを常に排出し続けたり、洗浄ガスを導入することで洗浄を行い続けることで、トレースガスが第１室から中間室内に一旦漏れ出したとしても、中間室から第２室へ漏れ出すおそれを大幅に低減することができ、純粋に被試験部材を通じて漏れ出したトレースガスの量のみを評価することが可能になる。
【００３７】
更に、第２室内や中間室内の圧力を常に検出し、検出した圧力が所定値以上である場合にはシール部材に不都合が発生して圧力変動が生じたものと判断することが可能になり、トレースガスが高濃度に含まれるガスを漏れ検出手段に導入して汚染する可能性をなくすことができる。
【実施例】
【００３８】
（構成）
以下、実施例を用いて本発明を説明する。本実施例の漏れ検査装置は第１室２と第２室３と中間室１１と第１シール部材６と第２シール部材７と第３シール部材８と加圧側流路１２と第２室排気流路９と中間室排気流路１０と漏れ検出手段としてのディテクタ１５とその他の構成要素とを有する。トレースガスとしてはヘリウムを採用する。
【００３９】
第１室２は内部空間４をもつ。第２室３は内部空間５をもつ。第１室２の内部空間４と第２室３の内部空間５との間は被試験部材としてのワークＳにて区画されている。ワークＳと第１室２の内壁との間に第１シール部材６を挟持することで第１室２の内部空間４の気密を確保している。ワークＳと第２室３の内壁との間に第２シール部材７を挟持することで第２室３の内部空間５の気密を確保している。
【００４０】
第１シール部材６と第２シール部材７との間は離隔されており、その間に中間室１１が配置されている。中間室１１は第１室２及び第２室３のそれぞれの接続部分にて内側に向けてフランジ状に形成された隔壁２１及び３１と第３シール部材８と第１シール部材６と第２シール部材７とワークＳとを組み合わせることで気密を確保している。中間室１１はワークＳの全周を囲むように構成される。
【００４１】
従って、第１室２の内部空間４から第２室３の内部空間５に気体が漏れる場合にはワークＳを通過する経路と、第１シール部材６、中間室１１、そして第２シール部材７の順で通過する経路との２つの経路が存在する。
【００４２】
本実施例の漏れ検査装置について、より詳細な回路構成を図２に示す。図２には２つのワークＳに対して漏れ検査を行うことができる装置が記載されている。
【００４３】
（作用効果）
本実施例の漏れ検査装置は以上の構成を有することから以下の作用効果を発揮する。検査のシーケンスについてシーケンス図（図３）に基づいて説明を行う。まず、ワークＳを第１シール部材６及び第２シール部材７にて固定して第１室２、第２室３及び中間室１１からなるチャンバが閉じられる。その後、弁３０を開くことで粗びきポンプにより第２室３の内部空間５内が減圧される。減圧終了後、置換ポンプ接続バルブ２６を開くと共に切替弁である予備配管バルブ３３を置換ポンプ１７側に切り替えることで第１室２の内部空間４と中間室１１とについて内部が減圧される。内部空間４及び５の減圧度を真空計にてチェックし、所定の圧力にまで減圧されたことを確認する。
【００４４】
その後、ディテクタ１５を作動させてバックグランドのヘリウム量を測定する。次いで加圧バルブ２５を開いて内部空間４内に所定圧のヘリウムを導入する。ここで、内部空間４へのヘリウムの導入量は圧力計にてチェックする。ある程度ヘリウムを内部空間４内に導入した後に瞬間的に開閉弁としてのディテクタ接続バルブ２９を開き、内部空間５とディテクタ１５とを連通させる。ここでシール部材６及び７などの大きな問題が発生している場合は内部空間５側に大量のヘリウムガスが漏れだしているのでディテクタ１５により検出することができ、大量の漏れを判断することができる。
【００４５】
圧力計により所定圧に達したことが判った後に、再度、ディテクタ接続バルブ２９を開く。もし、ワークＳに不具合があり漏れが発生する場合には内部空間５に所定値以上のヘリウムが漏れ出しており、ディテクタ１５により検出することができる。これまでの間、中間室１１はずっと、減圧され続けている。従って、第１シール部材６を通過したヘリウムはそのまま排気されることになる。また、中間室１１と内部空間５との圧力差は殆どないので第２シール部材７を通過してヘリウムが第２室３の内部空間５に移行することはなく、測定精度の低下が抑制される。
【００４６】
測定が終了した後、粗びきポンプ接続バルブ３０と大気開放バルブ２８とを開く。粗びきポンプ２１により内部空間５内のガスが排出される。また、内部空間４内の加圧されたヘリウムガスが大気中に排出される。その後、大気開放バルブ２８を閉じ、置換ポンプ接続バルブ２６を開くことで、内部空間４内のヘリウムガスを確実に排出する。
【００４７】
その後、内部空間４に大気を導入する大気導入バルブ２７と、内部空間５に大気を導入する大気開放バルブ３１とを開くことで、内部空間４及び５内を大気雰囲気に戻す。その後、チャンバを開き、内部に配置してあるワークＳを取り出す。ワークＳについて漏れが検出されない場合にはそのまま二次電池の蓋体として用いられる。
【００４８】
以上説明したように、ワークＳを固定するシール部材６及び７を通過するヘリウムガスの影響はシール部材６及び７の間に設けられる中間室１１により防ぐことができる。従って、高い精度で漏れ発生の有無を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本実施例の漏れ検査装置におけるワークの固定構造を示す断面概略図である。
【図２】実施例の漏れ検査装置の概略回路図である。
【図３】実施例の漏れ検査装置におけるシーケンス図である。
【符号の説明】
【００５０】
２…第１室    ３…第２室    ４…内部空間（第１室）    ５…内部空間（第２室）    ６…第１シール部材    ７…第２シール部材    ８…第３シール部材    ９…第２室排気流路    １０…中間室排気流路    １１…中間室    １２…加圧流路    １５…ディテクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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