JP2017003544A - 気泡計測装置および気泡計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構成でメンテナンス作業の容易な気泡計測装置および気泡計測方法を提供することを目的とする。
【解決手段】粘性流体に混入した気泡を対象として予め定められた所定項目の計測を行う気泡計測装置１を、透明な樹脂フィルムからなり、所定範囲に細長い断面の液観察流路が形成された管部材３と、管部材３を両側面から挟持する１対の透明な挟持部材４Ａ，４Ｂと、挟持された管部材３の液観察流路３ｃ内を通過する粘性流体に対して挟持部材４Ａを介して照明光を照射する照明光源部１０と、照射された照明光が液観察流路３ｃ内を通過する粘性流体を透過した透過光を挟持部材４Ｂを介して受光することにより粘性流体を撮像する撮像部１１と、撮像部１１によって取得された画像を認識処理することにより所定項目の計測を行う画像処理部１２とを備えた構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、粘性流体に混入した気泡を計測する気泡計測装置および気泡計測方法に関するものである。

電子・電機業界や化学業界など製造業界の多くの分野においては、製品製造の過程にて粘性流体を取り扱う作業工程が数多く存在する。これらの作業工程のうち、粘性流体の被膜を被膜形成対象物の表面に形成する塗工工程では、粘性流体中に混入した気泡が被膜中にボイドとして残留することによる品質上の不具合を防止するため、粘性流体中の気泡を検知するための方策が採り入れられている（例えば特許文献１参照）。この特許文献例に示す先行技術では、シートに感熱紙塗布液を塗工して感熱紙を製造する過程において、感熱紙塗布液中の気泡の有無を検出することを目的として、透明な１対の平板の間に計測対象の液体を流通させ、液中の気泡の有無を透過光または反射光を用いて検知するようにしている。

特許第５６０１０２３号公報

しかしながら、上述の特許文献に示す先行技術には、気泡の有無を光学的に検知するための気泡検知流路の構成に起因して、以下のような不都合があった。すなわちこの先行技術においては、気泡検知流路として１対の透明なガラス板を所定隙間で対向させ、ガラス板の間の隙間に計測対象の液体を直接流動させる構成を用いていた。このため、気泡検知流路を構成する各部品の組付け部には液体の漏れを防止するためのシールやこれらのシールを保持するためのシール保持機構を必要とし、装置構成の複雑化が避けがたいものであった。さらに継続使用する際に必須とされるメンテナンス作業時には、これらのシール保持機構を分解洗浄し再組付けする必要があり、これらの作業に手間と時間を要していた。このように、先行技術に示す気泡検知においては、気泡検知のための装置構成が複雑でメンテナンス作業に手間と時間を要するという難点があった。

そこで本発明は、簡便な構成でメンテナンス作業の容易な気泡計測装置および気泡計測方法を提供することを目的とする。

本発明の気泡計測装置は、粘性流体に混入した気泡を対象として予め定められた所定項目の計測を行う気泡計測装置であって、透明な樹脂フィルムからなり、所定範囲に細長い断面の液観察流路が形成された管部材と、前記管部材を両側面から挟持する１対の透明な挟持部材と、前記挟持された管部材の液観察流路内を通過する粘性流体に対して前記挟持部材を介して照明光を照射する照明光源部と、前記照射された照明光が前記液観察流路内を通過する粘性流体を透過した透過光を前記挟持部材を介して受光することにより前記粘性流体を撮像する撮像部と、前記撮像部によって取得された画像を認識処理することにより前記所定項目の計測を行う画像処理部とを備えた。

本発明の気泡計測方法は、粘性流体に混入した気泡を対象として予め定められた所定項目の計測を行う気泡計測方法であって、透明な樹脂フィルムからなり、所定範囲に細長い断面の液観察流路が形成された管部材を、１対の透明な挟持部材によって両側面から挟持し、前記挟持された管部材の液観察流路内を通過する粘性流体に対して、照明光源部によって前記挟持部材を介して照明光を照射し、前記照射された照明光が前記液観察流路内を通過する粘性流体を透過した透過光を前記挟持部材を介して受光することにより前記粘性流体を撮像部によって撮像し、前記撮像部によって取得された画像を画像処理部によって認識処理することにより、前記所定項目の計測を行う。

本発明によれば、透明な樹脂フィルムからなり所定範囲に細長い矩形断面の液観察流路が形成された管部材を１対の透明な挟持部材によって両側面から挟持し、挟持された管部材の液観察流路内を通過する粘性流体に対して挟持部材を介して照射された照明光が液観察流路内を通過する粘性流体を透過した透過光を挟持部材を介して受光して粘性流体を撮像し、取得された画像を認識処理することにより所定項目の計測を行う構成を用いることにより、簡便な構成でメンテナンス作業の容易な気泡計測装置および気泡計測方法を提供することができる。

本発明の一実施の形態の気泡計測装置の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態の気泡計測装置に用いられる液観察ユニットの構成説明図 本発明の一実施の形態の気泡計測装置に用いられる液観察ユニットにおける挟持部材の形状説明図 本発明の一実施の形態の気泡計測装置に用いられる液観察ユニットにおける挟持部材の形状説明図 本発明の一実施の形態の気泡計測装置に用いられる液観察ユニットにおける挟持部材の形状説明図 本発明の一実施の形態の気泡計測装置における液観察の説明図 本発明の一実施の形態の気泡計測装置における液観察の説明図 本発明の一実施の形態の気泡計測装置における制御部の構成および機能の説明図

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１を参照して、気泡計測装置１の構成を説明する。気泡計測装置１は、粘性流体に混入した気泡を対象として予め定められた所定項目の計測を行う機能を有するものである、ここで粘性流体としては、リチウムイオン二次電池の電極に用いられる導電性のスラリ−など、機能性塗工膜の形成に用いられるものを対象としている。

図１において、気泡計測装置１は計測対象の粘性流体を光学的に観察するための流体観察ユニット２を備えている。流体観察ユニット２は、ガラスやアクリル樹脂などの透明な材質より成る１対の挟持部材４Ａ、４Ｂによって、管部材３を両側面から挟持した構成となっている。管部材３は透明ポリエチレンなど延性に富み耐薬品性を有する樹脂フィルムから成り、挟持部材４Ａ、４Ｂにおける中央位置に対応した所定範囲には、細長い断面の液観察流路３ｃ（図２、図３参照）が形成されている。ここでは、液観察流路３ｃの断面形状として略矩形形状、すなわち粘性流体の流動方向と直交する方向に同一幅の細長形状で形成され、両端部が略円弧状の形状を採用している。

管部材３において、液観察流路３ｃからそれぞれ上下両端に向かって延出した導液円環部３ａ、排液円環部３ｂは、管接続部５を介してそれぞれ導液管６、排液管７と接続されている。管接続部５としては、樹脂製の管部材を接続可能なものであればその接続形式は問わず、食い込み継ぎ手などの接続部品を用いてもよく、また樹脂相互を接着や溶着によって直接接続する構成であってもよい。なお本実施の形態においては、管部材３はいわゆる「使い捨て」タイプのものとして設定されており、所定の使用回数または使用時間が経過して汚損が生じた場合には、管接続部５を切り離して管部材３のみを交換することが可能となっている。

導液管６は流量調整部８を介して液供給管９と接続されており、液供給管９には液供給部（図示省略）から観察対象の粘性流体１５（図６、図７参照）が供給される（矢印ａ）。液供給管９から供給された粘性流体１５は、流量調整部８によって所定の流量に流量調整されて導液円環部３ａに流入し、液観察流路３ｃを通過する際に気泡計測のための観察対象となる。そして観察を終えた後の粘性流体１５は、排液円環部３ｂを介して排液管７を流下して排出される（矢印ｂ）。

流体観察ユニット２において挟持部材４Ａ、４Ｂを介して液観察流路３ｃを挟む位置には、照明光源部１０および撮像部１１が配設されている。照明光源部１０はＬＥＤなどの発光素子を有する照明ユニットであり、挟持された管部材３の液観察流路３ｃ内を通過する粘性流体１５に対して、挟持部材４Ａを介して照明光を照射する（図６、図７参照）。撮像部１１は撮像素子を有するカメラであり、照明光源部１０によって照射された照明光が液観察流路３ｃ内を通過する粘性流体１５を透過した透過光を、挟持部材４Ｂを介して受光することにより、液観察流路３ｃ内を通過する粘性流体１５を撮像する。

撮像部１１は画像処理部１２に接続されており、画像処理部１２は撮像部１１によって取得された画像を認識処理することにより、粘性流体１５について予め設定された所定項目の計測を行う。画像処理部１２は制御部１３に接続されており、制御部１３はさらに照明光源部１０、流量調整部８、表示部１４と接続されている。画像処理部１２による計測結果は制御部１３に伝達され、これにより制御部１３は所定の計測のための各種の演算処理を行うとともに、計測結果の判定や計測についての所定項目を表示部１４に表示させる。さらに制御部１３は照明光源部１０を制御して照明光の照射を制御するとともに、流量調整部８を制御して液観察流路３ｃ内を流動する粘性流体１５の流量を調整する。

次に図２、図３を参照して、流体観察ユニット２の詳細構成を説明する。図２、図３に示すように、挟持部材４Ａ、４Ｂはそれぞれの合わせ面４ａ、４ｂを当接させた状態で締結手段（図示省略）によって締結固定することにより、流体観察ユニット２の本体を形成するようになっている。合わせ面４ａ、４ｂにはそれぞれ凹部４０が形成されており、円環形状の管部材３を凹部４０によって挟み込んで押圧することにより、管部材３を液観察流路３ｃを含む所定形状に成形するようになっている。

凹部４０において液観察流路３ｃの形成範囲に対応した部分には、図３（ａ）に示すように、平面状の押圧成形面４１が形成されている。図３（ｂ）に示すように、合わせ面４ａ、４ｂを当接させることにより、対向する押圧成形面４１の間には幅隙間Ｄ１の流路形成隙間４０ｃが形成される。管部材３を凹部４０内に介在させた状態で、管部材３を挟持部材４Ａ、４Ｂによって挟持することにより、管部材３は押圧成形面４１によって挟み込まれて押圧され、これにより細長い断面の液観察流路３ｃが形成される。

図２に示すように、凹部４０は、流体観察ユニット２の上下両端部にそれぞれ開口する導液管隙間４０ａおよび排液管隙間４０ｂ、液観察流路３ｃに対応した範囲である流路形成隙間４０ｃ、流路形成隙間４０ｃと導液管隙間４０ａとを連結する連結隙間４０ｄ、流路形成隙間４０ｃと排液管隙間４０ｂとを連結する連結隙間４０ｅより構成される。

導液管隙間４０ａ、排液管隙間４０ｂは、それぞれ管部材３の導液円環部３ａ、排液円環部３ｂが挿通する挿通孔を形成する。そして連結隙間４０ｄ、４０ｅは、これらの挿通孔と幅隙間Ｄ１の流路形成隙間４０ｃとを連続した曲面で連結する。挟持部材４Ａ、４Ｂによって管部材３を挟持した状態では、図２に示すように、管部材３は上下両端部の円環形状の導液円環部３ａ、排液円環部３ｂが，それぞれ連結管部３ｄ、３ｅを介して液観察流路３ｃと連結した形状となる。

すなわち、上記流体観察ユニット２の構成において、挟持部材４Ａ，４Ｂには、それぞれ液観察流路３ｃの細長い断面に対応した形状の凹部４０が形成されており、液観察流路３ｃは、管部材３が挟持部材４Ａ，４Ｂによって両側面から押圧されることにより形成される形態となっている。

ここで液観察流路３ｃの流路幅と計測対象の気泡との関係について説明する。液観察流路３ｃの流路幅Ｄ２（図６、図７参照）は、粘性流体１５の性状や粘性流体１５中における計測対象の気泡のサイズ（例えば気泡径０．０１ｍｍ〜１ｍｍ）に基づいた適正幅に設定する必要がある。すなわち、計測対象の気泡に対して流路幅Ｄ２が狭すぎる場合には、粘性流体１５の流動が正常に保たれずに液詰まりを生じ易く、また流路幅Ｄ２が広すぎる場合には、粘性流体１５中に存在する気泡のうち小さいサイズの気泡の画像が取得できず、または画像が不明瞭となり、正確な計測が難しいからである。特に本実施の形態において計測対象とする電池用のペーストはカーボン系の黒色を呈する粘性流体であり、気泡を照明光が透過しないと気泡の画像として認識されず、小さいサイズの気泡の検出ができないという特性がある。

このため本実施の形態においては、計測対象の気泡のサイズに応じた適正な流路幅Ｄ２の液観察流路３ｃが実現されるよう、図４に示すような手段によって流路形成隙間４０ｃの幅隙間Ｄ１を調整可能としている。すなわち、図４（ａ）に示すように、挟持部材４Ａ，４Ｂによって管部材３を挟持して流体観察ユニット２を形成する際には、挟持部材４Ａ，４Ｂの合わせ面４ａ、４ｂの間に、厚み寸法ｔの厚み調整板４２を介在させる。ここで厚み調整板４２を介在させる範囲としては、流路形成隙間４０ｃに対応する範囲を含んでいれば、合わせ面４ａ、４ｂの範囲内で適宜設定することができる。また厚み寸法ｔは、計測対象に応じて所望される流路幅Ｄ２を実現するために適正な寸法に設定され、計測対象が変更される都度、適正厚みの厚み調整板４２が用いられる。

図４（ｂ）は、このようにして厚み調整板４２を介在させた状態で、挟持部材４Ａ，４Ｂによって管部材３を挟持して流体観察ユニット２を形成した状態を示している。すなわち挟持部材４Ａ、４Ｂは、合わせ面４ａ、４ｂをそれぞれ厚み調整板４２に当接させた状態で締結固定される。この状態では、管部材３は押圧成形面４１によって挟み込まれて、所望の流路幅Ｄ２を形成するための適正な幅隙間Ｄ１の流路形成隙間４０ｃに倣う形状に押圧される。これにより細長い断面の液観察流路３ｃが、所望の流路幅Ｄ２で形成される。

なお、図２〜図４に示す例では、管部材３を構成する素材形状の部材を挟持部材４Ａ，４Ｂによって押圧することにより、気泡計測のための液観察流路３ｃを形成する構成を示したが、液観察流路３ｃを予め成形加工しておくようにしてもよい。この方法では、図５（ａ）に示すように、予め樹脂製の管素材を成形して、図３に示すものと同様の液観察流路３ｃを準備する。そして使用時には、図５（ｂ）に示すように、挟持部材４Ａ、４Ｂによって液観察流路３ｃを挟持して保持する。このとき、液観察流路３ｃは予め液観察に望ましい形状に加工されていることから、挟持部材４Ａ、４Ｂによって保持するに際し、液観察流路３ｃを押圧する必要はなく、単に姿勢を保持するのみでよい。

次に、上述構成の気泡計測装置１を用いて、粘性流体に混入した気泡を対象として予め定められた所定項目の計測を行う気泡計測方法について、図６、図７、図８を参照して説明する。図６、図７は、図１〜図４に示す１対の透明な挟持部材４Ａ、４Ｂによって管部材３を挟持することにより形成された液観察流路３ｃを部分的に拡大して示している。なお図６は、本実施の形態において計測対象となる粘性流体１５が電池用のペーストである場合の計測例を示している。また図７は、計測対象となる粘性流体１５が光透過性を有する透明液体の場合の計測例を示している。

図６に示す例においては、照明光が計測対象の気泡を透過するよう、流路幅Ｄ２は粘性流体１５中に混入していると想定される気泡のサイズに応じた大きさ（例えば０．１〜０．２ｍｍ程度）に設定される。また図７に示す例では、大小様々なサイズの気泡を計測できるように、流路幅Ｄ２は想定される気泡のサイズよりも大きく設定されている。ここで流路幅Ｄ２の設定は、図４に示す厚み調整板４２の厚みｔを適宜設定することにより行われる。

気泡計測においては、まず液供給管９（図１）から供給された観察対象の粘性流体１５を、液観察流路３ｃ内に流入させる（矢印ｃ）。このとき、制御部１３が流量調整部８を制御することにより、気泡計測の目的に応じた所定流量の粘性流体１５が液観察流路３ｃ内を通過し、下流側から排出される（矢印ｄ）。

この状態で液観察流路３ｃ内を通過する粘性流体１５に対して、照明光源部１０によって挟持部材４Ａを介して照明光（矢印ｅ）を照射する。このとき、図６に示す例では、液観察流路３ｃ内の粘性流体１５において、流路幅Ｄ２は気泡Ｂのサイズに応じて設定されていることから、気泡Ｂが存在する部分では照明光は気泡Ｂを透過し、挟持部材４Ｂを介して撮像部１１に受光される。これに対し粘性流体１５において気泡Ｂが存在しない範囲では、照明光は粘性流体１５によって透過が遮られて撮像部１１に受光されない。このようにして、粘性流体１５中の気泡Ｂの画像が取得される。

また図７に示す例では、粘性流体１５が光透過性であることから、照射された照明光は液観察流路３ｃ内を通過する粘性流体１５を透過し、挟持部材４Ｂを介して撮像部１１によって受光される。ここで照明光が粘性流体１５を透過する透過特性は気泡Ｂの有無によって差異があることから、撮像部１１によってこれらの透過光を受光することにより、粘性流体１５中の気泡Ｂの画像が取得される。

図６、図７のいずれにおいても、撮像部１１によって取得された画像は画像処理部１２に送られる。そしてこれらの画像を画像処理部１２によって認識処理することにより、所定項目の計測を行う。認識処理結果は制御部１３に送られ、ここで計測のための演算処理が行われる。

制御部１３によって実行される計測のための演算処理について説明する。図８（ａ）は、制御部１３の構成を示しており、図８（ｂ）は、撮像部１１によって取得され、表示部１４の表示パネル１４ａに表示された粘性流体１５の画像を示している。図８（ａ）において、制御部１３は、気泡サイズ計測部２０、気泡個数カウント部２１、判定処理部２２および検査データ記憶部２３を備えている。検査データ記憶部２３には、判定用データ２３ａ、判定結果データ２３ｂが記憶されている。

気泡サイズ計測部２０は、図８（ｂ）に示す表示パネル１４ａに示すように、観察された粘性流体１５に含まれる個別の気泡Ｂｉにつき、それぞれの気泡径ｄｉを計測する処理を行う。気泡個数カウント部２１は、粘性流体１５に含まれる気泡Ｂの個数をカウントし、所定流量の粘性流体１５中の気泡数を算出する処理を行う。判定処理部２２は気泡サイズ計測部２０、気泡個数カウント部２１によって算出された演算結果に基づき、観察対象の粘性流体１５について気泡含有度合いが、粘性流体１５の使用目的に照して許容範囲内であるか否かを判定する。判定処理部２２による判定処理に際しては、検査データ記憶部２３に記憶された判定用閾値などの判定用データ２３ａが参照される。そして判定結果は、判定結果データ２３ｂとして記憶される。

すなわち、本実施の形態に示す気泡計測装置１による気泡計測においては、粘性流体１５に混入した気泡を対象として予め定められた所定項目として、少なくとも気泡の個数およびサイズを含む形態となっている。もちろん、計測項目は気泡の個数およびサイズには限定されず、撮像部１１によって液観察流路３ｃ内を通過する粘性流体１５を透過した透過光を受光することにより撮像した撮像結果に基づいて導出可能な項目であれば、計測項目とすることができる。

上記説明したように、本実施の形態に示す気泡計測装置１においては、観察対象の粘性流体１５を光学的に観察するための流体観察ユニット２を、透明な樹脂フィルムからなり所定範囲に細長い断面の液観察流路３ｃが形成された管部材３と、管部材３を両側面から１対の透明な挟持部材４Ａ、４Ｂとで挟持するという極めて簡便な構成を採用している。そして管部材３は単独で取り外して交換可能な使い捨てタイプであることから、従来技術の気泡計測において必要とされていたメンテナンス作業、すなわちシール保持機構の分解洗浄および再組付けという煩瑣な作業を排除することができ、簡便な構成でメンテナンス作業の容易な気泡計測装置および気泡計測方法を実現することができる。

なお本発明の適用対象となる粘性流体１５として、上述実施の形態では、リチウムイオン二次電池の電極に用いられる導電性のスラリ−など機能性塗工膜の形成に用いられるものを例示としたが、本発明の適用対象はこれらに限定されるものではなく、ペースト状、スラリ状の粘性流体で気泡が閉じ込められやすい性状を有し、且つ透過光によって光学的な観察が可能なものであれば、本発明の適用対象となる。

本発明の気泡計測装置および気泡計測方法は、簡便な構成でメンテナンス作業が容易であるという効果を有し、製品製造の過程にて粘性流体の被膜を被膜形成対象物の表面に形成する塗工工程などを作業工程に含む技術分野において有用である。

１ 気泡計測装置
２ 流体観察ユニット
３ 管部材
３ｃ 液観察流路
４Ａ、４Ｂ 挟持部材
５ 管接続部
４０ 凹部

Claims (8)

1. 粘性流体に混入した気泡を対象として予め定められた所定項目の計測を行う気泡計測装置であって、
   透明な樹脂フィルムからなり、所定範囲に細長い断面の液観察流路が形成された管部材と、
   前記管部材を両側面から挟持する１対の透明な挟持部材と、
   前記挟持された管部材の液観察流路内を通過する粘性流体に対して前記挟持部材を介して照明光を照射する照明光源部と、
   前記照射された照明光が前記液観察流路内を通過する粘性流体を透過した透過光を前記挟持部材を介して受光することにより前記粘性流体を撮像する撮像部と、
   前記撮像部によって取得された画像を認識処理することにより前記所定項目の計測を行う画像処理部とを備えたことを特徴とする気泡計測装置。
2. 前記挟持部材には、前記細長い断面に対応した形状の凹部が形成されており、
   前記液観察流路は、前記管部材が前記挟持部材によって両側面から押圧されることにより形成されることを特徴とする請求項１記載の気泡計測装置。
3. 前記液観察流路は、前記管部材を予め前記細長い断面に成形加工することにより形成されることを特徴とする請求項１記載の気泡計測装置。
4. 前記所定項目は、少なくとも前記気泡の個数およびサイズを含むことを特徴とする請求項１記載の気泡計測装置。
5. 粘性流体に混入した気泡を対象として予め定められた所定項目の計測を行う気泡計測方法であって、
   透明な樹脂フィルムからなり、所定範囲に細長い断面の液観察流路が形成された管部材を、１対の透明な挟持部材によって両側面から挟持し、
   前記挟持された管部材の液観察流路内を通過する粘性流体に対して、照明光源部によって前記挟持部材を介して照明光を照射し、
   前記照射された照明光が前記液観察流路内を通過する粘性流体を透過した透過光を前記挟持部材を介して受光することにより前記粘性流体を撮像部によって撮像し、
   前記撮像部によって取得された画像を画像処理部によって認識処理することにより、前記所定項目の計測を行うことを特徴とする気泡計測方法。
6. 前記挟持部材には、前記細長い断面に対応した形状の凹部が形成されており、
   前記液観察流路を、前記管部材を前記挟持部材によって両側面から押圧することにより形成することを特徴とする請求項５記載の気泡計測方法。
7. 前記液観察流路を、前記管部材を予め前記細長い断面に成形加工することにより形成することを特徴とする請求項５記載の気泡計測方法。
8. 前記所定項目は、少なくとも前記気泡の個数およびサイズを含むことを特徴とする請求項５記載の気泡計測方法。

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