JP3983479B2

JP3983479B2 - 電池の液漏れ検査装置

Info

Publication number: JP3983479B2
Application number: JP2001004647A
Authority: JP
Inventors: 裕之佐藤; 雅記元村; 憲司糸目; 浩之猿渡
Original assignee: Nittetsu Elex Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Texeng Co Ltd
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2021-01-12
Also published as: JP2002208445A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池の液漏れ検査装置に係り、詳しくは、気体による差圧方式を用いた電池の液漏れ検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話、パソコン、ディジタルカメラ等の電子機器の急激な需要の拡大に伴い小型電池の生産量は増大の一途をたどっている。特に、電子機器に内蔵された状態で充放電を繰り返す充電式の小型電池が増加しており、この電池は、急速充電時の温度上昇、携帯時の振動、落下、雰囲気温度変化等の過酷な条件下で使用されても液漏れが生じないような高品質のものが求められている。
従来、製造された小型電池の検査は、例えば、加圧又は減圧した密閉容器に小型電池を封入して加圧又は減圧前の状態からの圧力変化を測定し、予め定めておいたしきい値より大きな圧力変化があった場合にリークありと判断していた。また、比較的高温環境下で長時間放置した後、顕微鏡で液漏れ（リーク）を検査していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の小型電池の検査は、検査の自動化及び検査時間の短縮が望まれていたが、小型電池が多くの部品で構成されているため製品に至るまでの加工工程が非常に多く、また各部品が細かいこと等から、自動化が困難で、多くの人手に頼らざるを得なかった。また、顕微鏡による目視検査は、検査者によるレベルが安定せず、一定の検査レベルを保持することが困難であった。
また、検査中に液漏れが発生した場合でも、検査終了まで放置されるため、検査に時間がかかり、不良発生報告、及び不良原因の解析結果の製造工程へのフィードバックが遅れ、品質が安定しないことがあった。
また、製品が小型であるため圧力変化が小さく、さらに、加圧又は減圧前の状態からの圧力変化を測定する方法であったので、微少リーク時の微少変化信号を大きく増幅できず、微少リークの検出が困難となっていた。
この微少リークを検出精度を上げるために圧力源の出力を上げることが考えられたが、装置及び製品への負担が大きくなり、また、万一液漏れが発生したときの検査装置内の汚損がひどくなるという問題があった。さらに、圧力の急激な変化によるセンサーの誤作動を防止するためには、良品と不良品を選別するためのしきい値を大きく設定しなければならなかったため、必ずしも測定精度は向上しなかった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、短時間で精密な検査を自動的に行うことができる電池の液漏れ検査装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明に係る電池の液漏れ検査装置は、良品である電池又は電池と同形状の模型である基準電池を収納して密閉可能な第１のチャンバーと、
検査対象の電池である比較電池を収納して密閉可能な第２のチャンバーと、
前記第１、第２のチャンバー内を加圧又は減圧して同一圧力にする圧力源と、
前記第１、第２のチャンバー間の測定圧力差を検出する圧力センサーと、
前記圧力センサーに接続された制御装置とを有し、
該制御装置は、他の前記基準電池を前記第１のチャンバー内に配置し、前記基準電池を前記第２のチャンバー内に配置して、前記第１、第２のチャンバー間の時間経過と共に変化する測定圧力差の基準データに許容値を時間の経過毎に加えた設定圧力差を入力可能な圧力変化記憶手段を備え、前記圧力変化記憶手段に入力された時間経過に対する設定圧力差と前記第１、第２のチャンバー間の時間経過に対する測定圧力差を連続的に比較し、測定圧力差が設定圧力差より大きくなった場合に前記比較電池に液漏れ有りと判定し検査を終了して前記第１、第２のチャンバーの密閉を解除する。
【０００５】
比較電池とは、検査対象の電池をいい、例えば、一般的に使用される充電式の電池や乾電池で、ステンレス（ＳＵＳ）やアルミニウム合金等の金属製の外壁を有して変形が小さいものや、可撓性プラスチック製のラミネート状の外壁を有して変形しやすいものもある。基準電池には、良品である製品や比較電池と同形状の模型を用いることができる。
第１、第２のチャンバーは、電池の形状に合わせて形成し、容積をなるべく小さくすることが好ましい。圧力変化の検出を容易にするためである。圧力源には、例えば、真空ポンプやコンプレッサー等を用いることができる。
また、設定圧力差とは、例えば、予め良品と判定された電池の時間の経過と共に変化する測定圧力差を測定し、これに測定誤差等を考慮した許容値を時間の経過毎に加えたものとすることができる。また、例えば、測定圧力差が常時０になると仮定し、許容値のみを設定圧力差とすることもできる。また、測定圧力差及び設定圧力差は、絶対値で時間の経過毎に比較するものとする。かかる構成によって、加圧時でも減圧時でも同様に良否の判断を行うことができる。
また、連続的とは、例えば、０．１秒未満の間隔で測定する場合の他、０．１〜５秒おきに測定する場合も含まれる。
【０００６】
例えば、微少リークの検査を行う場合、コンプレッサーにより第１、第２のチャンバー内を加圧し、基準電池及び比較電池の周囲の圧力を同一圧力にした後、コンプレッサーを停止させると、基準電池及び比較電池に漏れが全くない場合は、第１、第２のチャンバー内の圧力差は０になる。
しかし、製造過程において、比較電池に微小孔が形成されている場合には、微小孔を通じて電池内に外側から空気が徐々に流入し、第２のチャンバー内の圧力が少しずつ下降する。また、真空ポンプで減圧を行った場合には、電池内から気体や電解液が、微小孔を通じて外側に徐々に流出するため、第２のチャンバー内の圧力が少しずつ上昇する。このときの圧力は、時間と共に変化するが、その変化の仕方は、測定電池の種類や形状によって異なる。
本発明においては、時間経過に対する設定圧力差を入力可能な圧力変化記憶手段を有しているので、製品の特性に合わせて精密な測定を行うことができる。また、設定圧力差と測定圧力差を連続的に比較するので、検査の質を向上させることができる。さらに、測定圧力差が設定圧力差より大きくなった場合に検査を終了して第１、第２のチャンバーの密閉を解除するので、液漏れが発生する前に検査を終了して測定時間を短縮することができ、また、検査を自動化することができる。
【０００７】
ここで、前記第１、第２のチャンバーには、それぞれ前記制御装置に接続された開閉バルブを介して第１、第２の補助タンクが接続され、該第１、第２の補助タンクには同一圧力の気体が封入されており、前記比較電池に液漏れ無しと判定された場合、前記開閉バルブを開き前記第１、第２のチャンバーと前記第１、第２の補助タンクとをそれぞれ自動的に連通させることも可能である。第１、第２の補助タンク内には、例えば、大気圧と同じ圧力の空気を封入しておくことができ、これを用いて、通常リークの検査を行うことができる。
【０００８】
比較電池に微小孔が形成されている場合は、該微小孔を通じて少しずつ空気が流入し、又は液漏れが発生するため、微少リーク検査を開始した後、時間と共に第２のチャンバー内の圧力が少しずつ変化するが、比較電池に大径孔が形成されている場合は、圧力源による気圧の変化に追随して比較電池内の圧力も変化してしまう。従って、圧力源を停止させた後に圧力変化を測定しても、第１、第２のチャンバー内の圧力差は生じない状態になっている。
そこで、バルブを開き第１、第２のチャンバーと第１、第２の補助タンクとをそれぞれ連通させると、第１のチャンバーと第１の補助タンクの気圧が等しくなり、第２のチャンバーと第２の補助タンクの気圧が等しくなる。
このとき、比較電池の外側に大径孔を介して連通する比較電池の内側の空間部分に加わっている圧力も第２のチャンバー及び第２の補助タンクの圧力と等しくなるので、第１のチャンバー側の圧力よりも圧力の絶対値が大きくなる。この圧力差を測定することによって、比較電池の大径孔によって発生する通常リークを検知することができる。かかる構成によって、微少リーク及び通常リークを連続して自動的に測定することができる。
【０００９】
また、前記基準電池を、前記比較電池と同一過程で製造された良品の電池にすることも可能である。同一過程で製造とは、同一規格の構造及び外形を有することをいい、同一工場で製造される場合に限らない。
基準電池として比較電池と同一過程で製造されたものを用いてその圧力差を比較するので、絶対値測定方式の場合には測定誤差の要因となる検査対象電池の温度変化による容積変化が相殺されるので、リークによる圧力変化分のみを差圧として検出することができ、微少差圧信号のみを増幅することが可能となり、高感度の測定を行うことができる。
【００１０】
また、前記基準電池を、前記比較電池と同一体積を有する中実体にすることも可能である。中実体とは、内部に空洞部が存在しない部材をいい、電池としての機能は有していなくてもよい。基準電池は、例えば、金属、セラミック、プラスチック等を用いて製作することができる。
基準電池を中実体にするので、同一の基準電池を多数個同時に製造することができ、比較電池の圧力変化のばらつきを抑え正確に測定することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る電池の液漏れ検査装置１０は、基準電池１３を収納して密閉可能な第１のチャンバー１１と、比較電池１４を収納して密閉可能な第２のチャンバー１２と、第１、第２のチャンバー１１、１２内を加圧して同一圧力にする圧力源の一例であるコンプレッサー１５と、第１、第２のチャンバー１１、１２間の測定圧力差を検出する圧力センサー１６と、圧力センサー１６に接続された制御装置１７とを有している。以下、詳しく説明する。
【００１２】
コンプレッサー１５の近傍には、圧力源の一例である図示しない真空ポンプが設けられている。例えば、比較電池１４が、ゲル状の電解液を金属製の正極板及び負極板で挟んだ電極部を複数有し、複数の該電極部をラミネート状の可撓性プラスチックからなる外層部で覆った構造である場合には、外層部と電極部との間に微小な空気室が多数存在する。比較電池１４を加圧すると、外層部が電極部に張付いてしまい、各空気室が密封状態となって微小孔が検出できなくなることがあるが、この場合には、減圧すると、各空気室と微小孔を連通させて高感度の測定を行うことができるので、コンプレッサー１５と真空ポンプを切り替えて使用する。
基準電池１３は、比較電池１４と同一過程で製造された良品の電池からなっている。
第１、第２のチャンバー１１、１２には、圧力センサー１６を備えた連通管１８が接続されている。また、第１、第２のチャンバー１１、１２には、所定間隔をあけて２カ所に配置された開閉バルブ２３、２４を備えた連通管１９の両端部もそれぞれ接続されている。
【００１３】
連通管１９の開閉バルブ２３、２４の中間位置には、開閉バルブ２５を備えた連通管２０の一端が接続され、連通管２０の他端は、コンプレッサー１５に接続されている。
また、第１、第２のチャンバー１１、１２には、それぞれ開閉バルブ２６、２７を介して同一圧力の気体が封入された第１、第２の補助タンク２８、２９が接続されている。なお、ここでは、第１、第２の補助タンク２８、２９には同一圧力の気体として、大気圧と同じ圧力の空気が封入されている。
開閉バルブ２３〜２５を開くと、第１、第２のチャンバー１１、１２及びコンプレッサー１５を連通することができ、コンプレッサー１５を作動させることによって、第１、第２のチャンバー１１、１２内を同時に加圧して同一圧力にすることができる。
【００１４】
また、第１、第２のチャンバー１１、１２内を加圧した状態から開閉バルブ２３〜２５を閉じると、第１、第２のチャンバー１１、１２は、連通管１８によって接続されているので、第１、第２のチャンバー１１、１２間の測定圧力差を圧力センサー１６で測定して、比較電池１４の微少リークを検出することができる。
例えば、図２に示すように、第１、第２のチャンバー１１、１２内の初期圧力をＰ１とする。第２のチャンバー１２内の比較電池１４に微小孔があいている場合には、該微小孔から比較電池１４の内部に空気が徐々に流入し、比較電池１４の内部の圧力が徐々に上昇すると共に、第２のチャンバー１２内の圧力Ｐ１は、少しずつ下降して圧力Ｐ２となる。このときの圧力差Ｐ１−Ｐ２が圧力センサー１６で検出される。
なお、圧力センサー１６による検出感度を向上させるため、第２のチャンバー１２の容積は、比較電池１４を収納可能な範囲で最小化している。また、圧力センサー１６は、感度の高いものを用い、更に検出感度を上げるために圧力センサー１６の出力信号を、ノイズ、温度ドリフト等の影響、その他の変動要因を無視できる範囲内で数十倍に増幅している。
【００１５】
微少リークの検査後の状態から開閉バルブ２６、２７を開くと、第１、第２のチャンバー１１、１２と第１、第２の補助タンク２８、２９をそれぞれ連通させ、第１、第２のチャンバー１１、１２内の圧力を所定圧力だけ下げることができ、このときの測定圧力差を圧力センサー１６で測定して、比較電池１４の通常リークを検出することができる。
【００１６】
例えば、図３に示すように、微少リークが検出されず、微少リークの検査後の第１、第２のチャンバー１１、１２内の圧力が共にＰ３であったとする。比較電池１４に大径孔があいている場合には、大径孔に連通する比較電池１４の内部の圧力もＰ３になっている。ここで、第１、第２のチャンバー１１、１２と第１、第２の補助タンク２８、２９をそれぞれ連通させると、第１のチャンバー１１の圧力がＰ３から下がり、第１の補助タンク２８の圧力が大気圧より上昇する。そして、第１のチャンバー１１及び第１の補助タンク２８の圧力は初期圧力Ｐ３より低く、大気圧より高い圧力Ｐ４で安定する。
一方、第２のチャンバー１２及び第２の補助タンク２９内の圧力Ｐ５は、第１のチャンバー１１及び第１の補助タンク２８内と同様に変化し、さらに、比較電池１４の内部の圧力Ｐ３も第２のチャンバー１２及び第２の補助タンク２９内に伝達されるので、第２のチャンバー１２の圧力Ｐ３は、第１のチャンバー１１内の圧力Ｐ４より高い圧力Ｐ５になる。この圧力差Ｐ４−Ｐ５が圧力センサー１６で測定される。
【００１７】
ここで、制御装置１７について詳しく説明する。
圧力センサー１６に接続された制御装置１７は、コンプレッサー１５及び開閉バルブ２３〜２７にも接続されている。
制御装置１７は、時間経過に対する設定圧力差を入力可能な圧力変化記憶手段を備え、圧力変化記憶手段の設定圧力差と第１、第２のチャンバー１１、１２間の測定圧力差を連続的に比較し、測定圧力差が設定圧力差より大きくなった場合に液漏れ有りと判定して検査を終了して第１、第２のチャンバー１１、１２の密閉を解除することができる。また、制御装置１７は、組み込まれた処理ソフトウエアによって動作可能な信号処理部と、該信号処理部に接続された入力装置、及びディスプレイ装置を有している。
【００１８】
圧力変化記憶手段は、例えば、圧力センサー１６から読みとったデータを入力することができる。制御装置１７は、圧力変化記憶手段に記憶された測定圧力差のデータに、入力された許容値を加え、設定圧力差とすることができ、検査結果をディスプレイ装置に表示することができる。
検査を行うときには、まず、微少リークの検査を行い、微少リークが発生していない場合には、通常リークの検査を行う。
図４には、基準電池１３の時間経過に対する測定圧力差の基準データ３０と、基準データ３０に許容差を加えた設定圧力差の設定データ３１、３２と、比較電池１４の時間経過に対する測定圧力差の測定データ３３と、他の比較電池の測定データ３４が示してある。基準電池１３の基準データ３０を測定するときには、図示しない他の基準電池を第１のチャンバー１１内に配置し、測定する基準電池１３を第２のチャンバー１２内に配置して測定を行う。
【００１９】
微少リークの測定時には、開閉バルブ２３〜２５を閉じた瞬間から、圧力差は時間の経過と共に少しずつ増加していく。そして、第１、第２の補助タンク２８、２９を接続するときに圧力差は大きく変動するが、通常リークの測定時には、圧力差は実質的に一定の値を示す。
設定データ３１、３２は、基準データ３０の微少リークの測定中の部分と、通常リークの測定中の部分にそれぞれ許容差を加えたものである。許容差は、装置の精度や基準電池に対する複数のリークの無い検査対象電池の測定時における圧力変化のばらつきの範囲より少し大きく設定するのが望ましいが変更することもでき、また、測定時間経過毎に変更したり、圧力に比例して変化させることもできる。
【００２０】
次に、比較電池１４の測定データ３３について説明する。
比較電池１４の外側部に微小孔があると、時間経過と共に微少リークが増加し、基準電池１３側の第１のチャンバー１１内と比較電池１４側の第２のチャンバー１２内との測定圧力差（測定データ３３）は、微少リークの検査中に設定圧力差（設定データ３１）を超える。測定圧力差が設定圧力差を超えるときの時間をＴ１とすると、制御装置１７は、時間Ｔ１の経過後、液漏れ有りと判定して、迅速に開閉バルブ２３〜２５を開き、第１、第２のチャンバー１１、１２の密閉を解除する。
かかる構成によって、不良を発見した場合は測定を途中で終了するので、測定時間を短縮することができる。
【００２１】
なお、外側に大径孔があいている他の比較電池を測定した場合、図３に示すように、また、前述したように、Ｐ４−Ｐ５の値はマイナスになる。図４の測定データ３４は、この値の絶対値を表示している。
通常リークが発生している場合には、測定データ３４の圧力差の値は、設定データ３２の圧力差の値より大きくなるので、測定開始直後の時間Ｔ２に不良品が検出され、前述したのと同様の手順で、第１、第２のチャンバー１１、１２の密閉が解除される。
次に、基準電池の変形例について説明する。
前記実施の形態においては、例えば、基準電池として、比較電池と同一過程で製造された良品の電池を用いたが、基準電池として、比較電池と同一体積を有する中実体を用いることも可能である。
例えば、基準電池の圧力特性にばらつきが多い場合は、良品の中から基準電池を選別するよりも絶対的な特性を有する中実体を用いて基準電池とすることができる。特に、複数台の液漏れ検査装置を用いる場合に、装置間での良否判定レベルの差をなくし、製品の品質を安定させることができる。
以上、本発明に係る実施の形態について説明してきたが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、コンプレッサー１５を真空ポンプに切り替えて使用する場合でも同様の手順で使用することができる。この場合においても、測定圧力差と設定圧力差を絶対値で比較するので、同一のグラフ上で比較することができる。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１〜４記載の電池の液漏れ検査装置においては、時間経過に対する設定圧力差を入力可能な圧力変化記憶手段を有しているので、製品の特性に合わせて精密な測定を行うことができる。また、設定圧力差と測定圧力差を連続的に比較するので、検査の質を向上させることができる。さらに、測定圧力差が設定圧力差より大きくなった場合に検査を終了して第１、第２のチャンバーの密閉を解除するので、液漏れが発生する前に検査を終了でき、測定時間を短縮することができ、また、検査を自動化することができる。
特に、請求項２記載の電池の液漏れ検査装置においては、第１、第２の補助タンクを有しているので、微少リーク及び通常リークを連続して自動的に測定することができる。
請求項３記載の電池の液漏れ検査装置においては、基準電池を、比較電池と同一過程で製造された良品の電池にするので、基準電池及び比較電池の温度変化や第１、第２のチャンバーの容積変化による測定圧力差を吸収して、測定範囲を小さくすることができ、センサー出力を容易に増幅させ、感度を上げることができ、精度よく測定することができる。
そして、請求項４記載の電池の液漏れ検査装置においては、基準電池を、比較電池と同一体積を有する中実体にするので、同一の基準電池を多数個同時に製造することができ、比較電池と基準電池との圧力差を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電池の液漏れ検査装置の説明図である。
【図２】同電池の液漏れ検査装置の微少リーク測定時の状態を示す説明図である。
【図３】同電池の液漏れ検査装置の通常リーク測定時の状態を示す説明図である。
【図４】同電池の液漏れ検査装置の設定圧力差と測定圧力差の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１０：液漏れ検査装置、１１：第１のチャンバー、１２：第２のチャンバー、１３：基準電池、１４：比較電池、１５：コンプレッサー（圧力源）、１６：圧力センサー、１７：制御装置、１８〜２０：連通管、２３〜２７：開閉バルブ、２８：第１の補助タンク、２９：第２の補助タンク、３０：基準データ、３１、３２：設定データ、３３、３４：測定データ

Claims

良品である電池又は電池と同形状の模型である基準電池を収納して密閉可能な第１のチャンバーと、
検査対象の電池である比較電池を収納して密閉可能な第２のチャンバーと、
前記第１、第２のチャンバー内を加圧又は減圧して同一圧力にする圧力源と、
前記第１、第２のチャンバー間の測定圧力差を検出する圧力センサーと、
前記圧力センサーに接続された制御装置とを有し、
該制御装置は、他の前記基準電池を前記第１のチャンバー内に配置し、前記基準電池を前記第２のチャンバー内に配置して、前記第１、第２のチャンバー間の時間経過と共に変化する測定圧力差の基準データに許容値を時間の経過毎に加えた設定圧力差を入力可能な圧力変化記憶手段を備え、前記圧力変化記憶手段に入力された時間経過に対する設定圧力差と前記第１、第２のチャンバー間の時間経過に対する測定圧力差を連続的に比較し、測定圧力差が設定圧力差より大きくなった場合に前記比較電池に液漏れ有りと判定し検査を終了して前記第１、第２のチャンバーの密閉を解除することを特徴とする電池の液漏れ検査装置。
請求項１記載の電池の液漏れ検査装置において、前記第１、第２のチャンバーには、それぞれ前記制御装置に接続された開閉バルブを介して第１、第２の補助タンクが接続され、該第１、第２の補助タンクには同一圧力の気体が封入されており、前記比較電池に液漏れ無しと判定された場合、前記開閉バルブを開き前記第１、第２のチャンバーと前記第１、第２の補助タンクとをそれぞれ自動的に連通させることを特徴とする電池の液漏れ検査装置。
請求項１又は２記載の電池の液漏れ検査装置において、前記基準電池は、前記比較電池と同一過程で製造された良品の電池からなることを特徴とする電池の液漏れ検査装置。
請求項１又は２記載の電池の液漏れ検査装置において、前記基準電池は、前記比較電池と同一体積を有する中実体からなることを特徴とする電池の液漏れ検査装置。