JP2008026052A - 環状ワークの漏れ検査装置 - Google Patents

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Katsumi Saito
勝美 斉藤
Sumitoshi Mizoguchi
純敏 溝口
Takahiro Arakawa
敬弘 荒川
Tomio Nakajima
富男 中島
Masaki Shimizu
昌己 清水
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Ishikawajima Inspection & Instrumentation Co
石川島検査計測株式会社
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Abstract

【課題】アルミホイールのような環状ワークからの漏れの有無を短時間に検出することができ、かつその漏れ量を計測することができる環状ワークの漏れ検査装置を提供する。
【解決手段】中空円筒形の環状ワーク1の気密性を検査する漏れ検査装置10。環状ワーク1を収容し環状ワークで気密に仕切られた加圧チャンバー11aと検出チャンバー11bを形成するワーク格納装置12と、加圧チャンバーに所定の圧力差で所定濃度のオゾンガスを供給するオゾンガス供給装置14と、検出チャンバー内に収容されチャンバー内ガスを均一に攪拌する攪拌ファン16と、検出チャンバー内の離隔した複数箇所に設置されチャンバー内ガスのオゾン濃度を検出する複数のオゾンセンサ18と、環状ワーク1を通過したオゾンガスの漏れ量を演算する漏れ量演算装置20とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、アルミホイールのような環状ワークの気密性をオゾンガスを用いて短時間に検査する漏れ検査装置に関する。
例えば、チューブレスタイヤに用いられる自動車用のホイールは、タイヤとの間に圧縮空気を密閉状態で保持するために、気密性が要求される。しかし、例えばアルミホイールのように鋳造や鍛造で製造するホイールでは、製造時に発生する欠陥(「す」等)により漏れが発生することがある。そのため、従来からホイールの漏れ検査が行われていた。
ホイールの漏れ検査は、一般的には、水没法によっている。水没法は、ホイールの両端開口部をフランジ等でシールして中空円筒形の容器とし、これを水中に水没させ、内部に加圧空気を供給して、漏れ部からの泡の有無を目視で検査するものである。
しかし、水没法は、準備に時間と手間がかかる、検査時間が長い、後工程として乾燥時間が必要になる、等の欠点があった。
そこで、ヘリウムガスと専用の検査装置用チャンバーを用いた漏れ検査が提案されている(例えば、特許文献1)。
特許文献1の検査装置用チャンバーは、両側に開口を有する筒状ワークを、内部側と外部側をそれぞれ別の密閉空間部として隔離した状態で収容可能なチャンバーと、前記ワークの内部側および外部側の密閉空間部の一方に接続手段を介して接続されて同一方の密閉空間部にトレースガスを供給するトレースガス供給装置と、前記ワークの内部側および外部側の密閉空間部の他方に接続手段を介して接続されて前記一方の密閉空間部から前記他方の密閉空間部に漏れてくるトレースガスを検出する検出装置とを備えたものである。
この発明では、一方の密閉空間部内を排気して減圧し、その状態で、ヘリウムボンベから他方の密閉空間部内にヘリウムガスを供給するとともに、ヘリウムリークディテクターによって密閉空間部内のヘリウムガスを検出する。この結果、密閉空間部内でヘリウムガスが検出されればアルミホイールに欠陥があり、ヘリウムガスが検出されなければアルミホイールには漏れによる欠陥はないと判断する。
一方、ドラム缶のような容器の気密性を検査する手段として、本発明の発明者等は、オゾンガスを用いた漏れ検査手段を創案し出願している(特許文献2)。
特許文献2の「容器の漏れ検査方法と装置」は、被検容器内にオゾンガスを封入し、該容器の外側を気密に覆いかつ外側を減圧してオゾンガスの漏れの有無を検査する容器の漏れ検査方法において、容器外側のガスを下方から吸引し上方に戻して容器外側に循環下降流を形成し、該循環下降流のオゾン濃度から漏れの有無を検査する、ことを特徴とするものである。
特開2003−42889号公報、「筒状ワークの漏れ検査装置用チャンバ」 特開2005−37220号公報、「容器の漏れ検査方法と装置」
特許文献1,2の検査手段では、短時間に漏れを検出するために、計測チャンバー内を減圧している。そのため、これらの手段では、漏れの有無は検出できるが、漏れ量の計測はできない問題点があった。
また、トレースガスとしてヘリウムガスを使用する場合、ヘリウムガスは、大気中のバックグラウンド濃度が高く(約5.24ppm)、その影響を回避する必要があった。
一方、トレースガスとしてオゾンガスを使用する場合、オゾンのバックグラウンド濃度は低い(約0.01ppm)が、計測チャンバー内を減圧するとセンサ出力が顕著に低下する問題があった。
また、オゾンガスの分子量は48であり、空気の分子量約29より大きいため、オゾンガスは空気より重く、漏れたオゾンガスがその比重差で下降するが、下降速度は非常に遅い(例えば約3cm/sec程度)ため、オゾンセンサに到達するのに数十秒必要となり、その分、検査時間が余分に必要となる問題点があった。
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、アルミホイールのような環状ワークからの漏れの有無を短時間に検出することができ、かつその漏れ量を計測することができる環状ワークの漏れ検査装置を提供することにある。
本発明によれば、中空円筒形の環状ワークの気密性を検査する漏れ検査装置であって、
前記環状ワークを収容し該環状ワークで気密に仕切られた加圧チャンバーと検出チャンバーを形成するワーク格納装置と、
前記加圧チャンバーに、所定の圧力差で所定濃度のオゾンガスを供給するオゾンガス供給装置と、
前記検出チャンバー内に収容され該チャンバー内ガスを均一に攪拌する攪拌ファンと、
前記検出チャンバー内の離隔した複数箇所に設置され該チャンバー内ガスのオゾン濃度を検出する複数のオゾンセンサと、
前記環状ワークを通過したオゾンガスの漏れ量を演算する漏れ量演算装置と、を備えたことを特徴とする環状ワークの漏れ検査装置が提供される。
本発明の好ましい実施形態によれば、前記漏れ量演算装置において、前記検出チャンバー内のオゾン濃度の上昇速度からオゾンガスの漏れ量を演算する。
また、前記検出チャンバー内のオゾン濃度が所定の検出レベルGに達するまでの時間tから、下記の式(1)によりオゾンガスの漏れ量Qを演算する、
Q=(G/G)×(V/t)・・・(1)

ここで、Gは供給するオゾンガス濃度、Vは検出するチャンバーの容積である。
また、前記複数のオゾンセンサ出力の合計値又は平均値を演算に用いる、ことが好ましい。
上記本発明の装置によれば、ワーク格納装置内に、環状ワークを収容し、該環状ワークで気密に仕切られた加圧チャンバーと検出チャンバーを形成するので、オゾンガス供給装置により加圧チャンバーに、所定の圧力差で所定濃度のオゾンガスを供給し、検出チャンバー内に設置されたオゾンセンサにより、該チャンバー内ガスのオゾン濃度を検出することにより、アルミホイールのような環状ワークからの漏れの有無を検出することができる。
また、検出チャンバー内に収容された攪拌ファンにより、該チャンバー内ガスを均一に攪拌するので、特に他方のチャンバーの容積を小さく設定することで、漏れの有無を短時間に検出することができる。
さらに、複数のオゾンセンサと漏れ量演算装置を備えるので、オゾンセンサの検出出力と経過時間から環状ワークを通過したオゾンガスの漏れ量を演算することができる。
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
図1は、本発明の漏れ検査装置の第1実施形態図である。本発明の漏れ検査装置は、アルミホイールのような中空円筒形の環状ワーク1の気密性を検査する装置である。
この図において、本発明の漏れ検査装置10は、ワーク格納装置12、オゾンガス供給装置14、攪拌ファン16、オゾンセンサ18および漏れ量演算装置20を有する。
ワーク格納装置12は、この例では上方が開口した容器12aと蓋12bとからなる。容器12aの底面には、環状ワーク1の一方(この図で下方)の開口端面1aと接触してその間を気密にシールするシール部材13aが取り付けられている。
また、蓋12bの下面には、環状ワーク1の他方(この図で上方)の開口端面1bと接触してその間を気密にシールするシール部材13bが取り付けられている。
さらに、容器12aの上面と蓋12bとの間には、その間を気密にシールするシール部材13cが取り付けられている。また、図示しない締結部材(例えばボルトとナット)により、容器12aと蓋12bは、各シール部材13a,13b,13cの気密性を保持した状態で連結できるようになっている。
シール部材13a,13b,13cは、オゾンガスにより侵食されない弾性材料、例えばシリコンゴムからなるのがよい。また、シール部材13a,13b,13cの形状は任意であり、平板でもOリングでもよい。
この構成により、ワーク格納装置12の内部に環状ワーク1を収容し、かつ環状ワーク1で気密に仕切られた内側の検出チャンバー11b及び外側の加圧チャンバー11aを形成することができる。
なお、ワーク格納装置12は、この構成に限定されず、上下が逆でも、容器12aの底面及び蓋12bが鉛直に位置してもよい。
オゾンガス供給装置14は、オゾン源14a、オゾン供給ライン14b、およびオゾン供給弁14cからなり、この例において、加圧チャンバー11aに所定の圧力差で所定濃度のオゾンガスを供給する。所定の圧力差とは、検出チャンバー11bとの圧力差であり、例えば、0.1〜0.3MPa程度に設定する。また、所定濃度は、例えば、1000〜10000ppm程度に設定する。
攪拌ファン16は、オゾンガスが供給されない検出チャンバー11b内に収容された1又は複数のファンであり、電源17aから電源ライン17bを介して電力が供給され、検出チャンバー11b内のガスを均一に攪拌する。
攪拌ファン16は、検出チャンバー11b内のガスを均一に攪拌できる限りで、水平向きでも鉛直向きでもよい。
検出チャンバー11b内のガスは、好ましくは空気であるが、オゾンガスと反応しない限りで、他のガス、例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン、等でもよい。
電源17a及び電源ライン17bは、外側に限定されず、検出チャンバー11b内に収容してもよい。
なお、検出チャンバー11b内の圧力は、常圧であるのが好ましいが、必要に応じて減圧しても加圧してもよい。
図1において、複数のオゾンセンサ18が、検出チャンバー11b内の離隔した複数箇所に設置され、検出チャンバー11b内のガスのオゾン濃度をそれぞれ検出するようになっている。
オゾンセンサ18は、10〜250ppb(0.01〜0.25ppm)の希薄なオゾンを短時間(1秒前後)で検出することができる半導体ガスセンサや紫外線吸収式センサを使用するのがよい。
各オゾンセンサ18の出力信号は、漏れ量演算装置20に入力される。
漏れ量演算装置20は、例えばコンピュータ(PC)であり、環状ワーク1を通過したオゾンガスの漏れ量を演算する機能を有する。
図2は、本発明の漏れ検査装置の第2実施形態図である。
この例において、オゾンガス供給装置14は、図1と相違し、内側の加圧チャンバー11aに所定の圧力差で所定濃度のオゾンガスを供給する。
また攪拌ファン16は、オゾンガスが供給されないこの例では外側の検出チャンバー11b内に収容される。
さらに、オゾンセンサ18は、この例では外側の検出チャンバー11b内に収容される。
その他の構成は、図1と同様である。
すなわち、オゾンガス供給装置14は、内側又は外側の加圧チャンバー11aに、所定の圧力差で所定濃度のオゾンガスを供給する。
また、攪拌ファン16は、内側又は外側のオゾンガスが供給されない検出チャンバー11b内に収容される。
さらに、複数のオゾンセンサ18も、オゾンガスが供給されない側の検出チャンバー内11bに収容される。
その他の構成は、図1と図2で共通である。
図3は、本発明の原理を示す図である。
この図は、加圧チャンバー11a(この例ではワーク1)から検出チャンバー11b内に単位時間当たりQの漏れ量がある場合を示している。漏れ量Qは、オゾンガスの漏れ時間tの平均値とする。
この場合、ワーク1内のオゾン濃度を一定値Gとする。また、検出チャンバー11b内の圧力、オゾン濃度、容積(ワークを除く)、オゾン検知出力をそれぞれP,G,V,Xとする。検出チャンバー11b内の圧力は、漏れ量Qにより徐々に上昇するが、漏れ量が微量であり計測時間(すなわち漏れ時間)が短いことから、Pは一定とみなすことができる。
また、オゾンセンサの校正時の圧力、校正ガス濃度、オゾン検知出力をP,G,X、オゾン濃度をXとする。Pは常圧であるのが好ましい。
ワーク1から検出チャンバー11b内に単位時間当たりQの漏れ量がt時間継続したとすると、漏れたオゾン量と検出チャンバー11b内のオゾン量が等しいことから、式(1.1)が成り立つ。
Q×t×G=G×V・・・(1.1)

従って、検出チャンバー11b内のオゾン濃度が所定の検出レベルGに達するまでの漏れ時間tから、式(1)によりオゾンガスの漏れ量Qを演算することができる。
Q=(G/G)×(V/t)・・・(1)
一方、リーク量Qは、Q=PV/tであらわされ、これを充満体積(一定値)で割ると、圧力×オゾン濃度=一定、の関係式が導かれる。これから、オゾンセンサの校正時と試験時のセンサ出力の関係は、式(2.1)であらわされる。
(P×G)/(P×G)=(X−X)/(X−X)・・・(2.1)
また、オゾンセンサとして校正したものを使用するので、式(2.2)が成り立つ。
=X−X・・・(2.2)
(1.1)と(2.1)(2.2)から、オゾンガスの漏れ量Qを式(2)で演算することもできる。
Q=(G/G)×(V/t)
=(P×G)×(X−X)×(V/t)/(X−X)/P/G
=(P/P)×(X−X)×(V/t)/G・・・(2)
なお、より一般的に、オゾンガスが供給されない側(検出チャンバー)のオゾン濃度の上昇速度からオゾンガスの漏れ量を演算することもできる。
水没法において、0.3MPaで加圧したときに、30分間で190ccの漏れがある試験体を用い、ドラム缶用の特許文献2の装置(以下、従来装置という)と本発明の装置とで漏れ量を計測した。
この試験体の漏れ量Qは、0.3MPaで加圧したとき、
190cc/30分間=0.105×10−6/secに相当する。
図4は、本発明の第1実施例を示す図である。
図4(A)は、従来装置によるオゾン濃度の変化を示す図である。この試験では、差圧2.5MPa、圧力室のオゾン濃度750ppmで実施した。
図4(A)において、横軸は経過時間(sec)であり、センサの検出レベルを25ppbとすると、約2400秒(約40分間)の検出時間が必要となることがわかる。
図4(B)は、本発明の装置によるオゾン濃度の変化を示す図である。この例において、加圧室(この場合、ワーク内)のオゾン濃度Gは2500ppm、計測チャンバー内の圧力P、容積V(ワークを除く)、オゾン検知出力Xは、それぞれ0.1×10Pa、0.043m、200ppb、バックグラウンドの圧力P、オゾン濃度Xは、0.1×10Pa、0.0ppbであった。
この試験におけるオゾンガスの供給時間tは、図から約30secであり、式(1)から、
Q=(G/G)×(V/t)
=(0.200/2500)×(0.043/30)
=0.115×10−6/sec・・・(1.2)
となり、水没法における漏れ計測値と高い精度で一致することがわかる。
また、式(1)から、微量の漏れ量を高い精度で検出するには、検出レベルGを低くし(高感度にし)、検出チャンバー11bの容積(ワークを除く)Vを小さく(小容量に)するのがよいことがわかる。
同様に、式(2)から、
Q=(P/P)×(X−X)×(V/t)/G
=(0.1×10/0.1×10)×(0.2−0.0)×(0.043/30)/2500
=0.2×(0.043/30)/2500=0.115×10−6/sec・・・(2.3)
となり、式(2)によっても同一の高い精度で一致することがわかる。
また、図4(A)(B)の比較から、従来装置(A)と比較して本発明の装置(B)におけるオゾン濃度の変化は早く、本発明により漏れの有無を短時間に検出できることがわかる。
本発明の装置を用い、分散配置した4つオゾンセンサ18を用い、それぞれ独立に出力した。また、検出チャンバー11a(この例では内側のチャンバー)内に2台の攪拌ファン16を設置して、検出チャンバー11a内を均一に攪拌した。
また、加圧圧力0.2MPa、オゾン濃度10000ppmの同一条件において、ファン無し(ファン不作動)とファン有り(ファン作動)とを比較試験した。
図5は、本発明の第2実施例を示す図であり、図5(A)はファン無しの場合、図5(B)はファン有りの場合である。
図5(A)において、検出オゾン濃度を200ppbとすると、検知時間が1分間以内のセンサがあるが、最長は約800sec(約13分間)に達しており、4つオゾンセンサの検出レベルの差が大きいことがわかる。
この理由は、比重差によるオゾンガスの移動速度(下降速度)が非常に遅い(例えば約3cm/sec程度)ため、漏れ位置と検出位置による影響が大きいためと考えられる。
これに対して、図5(B)では、検出オゾン濃度を200ppbとすると、検知時間が最短約80sec,最長約480secであり、ばらつきが約半分まで小さくなっている。
従って、検出チャンバー11b内に収容された攪拌ファン16により、チャンバー内ガスを均一に攪拌することにより、単に検出出力のバラツキを小さくできるだけでなく、平均検出時間も短縮でき、漏れの有無を短時間に検出することができることがわかる。
第2実施例の結果から、4つオゾンセンサ18の検出レベルは、「ファン有り」の場合でも大きいことがわかる。そのため、短時間に均一に攪拌できるガス流れを形成するように、攪拌ファンはより風量の大きいものを用い、かつその向きを最適化するのがよい。
また、複数のオゾンセンサ18の検出レベルは、その出力値を合計し、その合計値又は平均値を演算に用いるのがよいことがわかる。
図6は、本発明の第3実施例を示す図である。この図において、図6(A)は、第2実施例における4つオゾンセンサの出力値の合計を示す図である。また、図6(B)は、別の試験体(アルミホイール)を用いた同様の試験結果である。
図6(A)から、攪拌ファンにより、チャンバー内ガスを攪拌することにより、オゾンセンサ18の出力値合計を用いることにより、検出時間を短縮でき、漏れの有無を短時間に検出できることがわかる。
この図では、検出オゾン濃度を200ppbとすると、検知時間は約60sec以内であり、従来例の約40分間と比較すると、1/40以下に短縮することができる。
また、図6(B)から、本発明の装置をより一般的に、アルミホイールのような環状ワークの漏れ検査に適用できることがわかる。
この図では、検出オゾン濃度を200ppbとすると、検知時間は同様に約60sec以内であり、従来例の約40分間と比較すると、1/40以下に短縮することができる。
上述したように本発明の装置によれば、ワーク格納装置12内に、環状ワーク1を収容し、環状ワーク1で気密に仕切られた加圧チャンバー11aと検出チャンバー11bを形成するので、オゾンガス供給装置14により加圧チャンバー11aに、所定の圧力差で所定濃度のオゾンガスを供給し、検出チャンバー11b内に設置されたオゾンセンサ18により、チャンバー内ガスのオゾン濃度を検出することにより、アルミホイールのような環状ワーク1からの漏れの有無を検出することができる。
また、検出チャンバー11b内に収容された攪拌ファン16により、該チャンバー内ガスを均一に攪拌するので、特に検出チャンバー11bの容積を小さく設定することで、漏れの有無を短時間に検出することができる。
さらに、複数のオゾンセンサと漏れ量演算装置20を備えるので、オゾンセンサ18の検出出力と経過時間から環状ワークを通過したオゾンガスの漏れ量を演算することができる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。
本発明の漏れ検査装置の第1実施形態図である。 本発明の漏れ検査装置の第2実施形態図である。 本発明の原理を示す図である。 本発明の第1実施例を示す図である。 本発明の第2実施例を示す図である。 本発明の第3実施例を示す図である。
符号の説明
1 環状ワーク、1a,1b 開口端面、
10 漏れ検査装置、11a 加圧チャンバー、11b 検出チャンバー、
12 ワーク格納装置、12a 容器、12b 蓋、
13a,13b,13c シール部材、
14 オゾンガス供給装置、14a オゾン源、
14b オゾン供給ライン、14c オゾン供給弁、
16 攪拌ファン、17a 電源、17b 電源ライン、
18 オゾンセンサ、20 漏れ量演算装置(PC)

Claims (4)

  1. 中空円筒形の環状ワークの気密性を検査する漏れ検査装置であって、
    前記環状ワークを収容し該環状ワークで気密に仕切られた加圧チャンバーと検出チャンバーを形成するワーク格納装置と、
    前記加圧チャンバーに、所定の圧力差で所定濃度のオゾンガスを供給するオゾンガス供給装置と、
    前記検出チャンバー内に収容され該チャンバー内ガスを均一に攪拌する攪拌ファンと、
    前記検出チャンバー内の離隔した複数箇所に設置され該チャンバー内ガスのオゾン濃度を検出する複数のオゾンセンサと、
    前記環状ワークを通過したオゾンガスの漏れ量を演算する漏れ量演算装置と、を備えたことを特徴とする環状ワークの漏れ検査装置。
  2. 前記漏れ量演算装置において、前記検出チャンバー内のオゾン濃度の上昇速度からオゾンガスの漏れ量を演算する、ことを特徴とする請求項1に記載の環状ワークの漏れ検査装置。
  3. 前記検出チャンバー内のオゾン濃度が所定の検出レベルGに達するまでのオゾンガスの供給時間tから、下記の式(1)によりオゾンガスの漏れ量Qを演算する、
    Q=(G/G)×(V/t)・・・(1)

    ここで、Gは供給するオゾンガス濃度、Vは検出するチャンバーの容積である、
    ことを特徴とする請求項1に記載の環状ワークの漏れ検査装置。
  4. 前記複数のオゾンセンサ出力の合計値又は平均値を演算に用いる、ことを特徴とする請求項2又は3に記載の環状ワークの漏れ検査装置。
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