JP4382624B2 - 気密検査装置および気密検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、内部に空間が形成された部材（対象物）の気密性を検査する気密検査装置および気密検査方法に関する。

従来、エンジンのシリンダブロックやシリンダヘッド等においては、高圧の流体（気体または液体）が流れる内部の空間の気密性が、その品質上極めて重要である。
上記エンジンのシリンダブロックやシリンダヘッド等の如く、内部に空間（以下、「内部空間」という）が形成された部材（以下、「対象物」という）の気密性を検査するための気密検査装置は公知となっている。例えば特許文献１に記載の如くである。

上記気密検査装置は、対象物の内部空間に流体（主に気体）を供給し、該流体の圧力を測定することにより、対象物の気密性（内部空間から外部への流体の漏れが無いこと）を検査する。

上記気密検査装置による気密検査の信頼性の向上させる上で、（１）検査時における対象物の内部空間の圧力を、使用時における対象物の内部空間の圧力と同等またはそれ以上に設定すること、および（２）対象物の開口部を確実に閉塞すること、は重要である。
ここで、対象物の「開口部」とは、通常、対象物の内部空間と外部とを連通するために意図的に設けられている孔である。
従って、気密検査において検査される対象物の気密性とは、より厳密には対象物の開口部以外の部位において、内部空間から外部への流体の漏れが無いことを指す。
なお、対象物の内部空間が複数に区画されている場合には、該区画された複数の内部空間の一方から他方への流体の漏れが無いことも対象物の気密性に含まれる。

また、上記気密検査装置による気密検査の高速化を図るために、対象物の開口部の閉塞および該開口部の閉塞の解除を容易に行うことが求められる。

特許文献１に記載の気密検査装置の場合、対象物の開口部を閉塞するためのマスキングユニット（マスキング部）を油圧シリンダにより対象物に押し当て、その後、対象物の内部の空間に流体を供給し、該内部の空間の圧力を測定することにより漏れの有無を検査する。
特開２００２−３２８０６６号公報

しかし、特許文献１に記載の気密検査装置は、対象物においてマスキングユニットと対向する面の面積が大きい場合や、対象物においてマスキングユニットと対向する面の形状が複雑な場合には、開口部を確実に閉塞することが困難であり、該開口部から流体が漏れやすくなるという問題があった。
これは、油圧シリンダがマスキングユニットを対象物に押し当てる力がマスキングユニットの略中央部（油圧シリンダのシリンダロッドと接続されている部分の近傍）に集中し、マスキングユニット自身の弾性変形（反り）によりマスキングユニットの周縁部を対象物に押し当てる力がマスキングユニットの略中央部を対象物に押し当てる力と比較して小さくなる傾向があることに起因する。

上記問題を解消する方法としてはマスキングユニットを対象物に押し当てる力を十分に大きくする方法が考えられるが、マスキングユニットを対象物に押し当てる油圧シリンダを大型化する必要があり、設置スペースや設備コストの観点から見て好ましくない。
また、マスキングユニット自身の強度を上げる方法も考えられるが、マスキングユニットの大重量化や大型化を伴うため、設置スペースや設備コストの観点から見て好ましくない。さらに、異なる形状の対象物を同一の気密検査装置で行う場合、通常は対象物に押し当てられるマスキングユニットを交換する必要があるが、マスキングユニットの大重量化および大型化は作業者の負担を大きくする。

本発明は以上の如き状況に鑑み、装置の大型化や設備コストの増大を伴うことなく、対象物の開口部を容易かつ確実に閉塞して気密検査を行うことが可能な気密検査装置および気密検査方法を提供するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、
対象物の内部空間の気密性を検査する気密検査装置において、
対象物の開口部を閉塞するマスキング部を該対象物に押し当てる空気バネを具備するものである。

請求項２においては、
前記空気バネを対象物に対して進退させるシリンダと、
該空気バネを所定の位置で固定可能な固定部材と、
を具備するものである。

請求項３においては、
対象物の内部空間の気密性を検査する気密検査方法において、
対象物の開口部を閉塞するマスキング部を空気バネにより該対象物に押し当てるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、装置の大型化や設備コストの増大を伴うことなく、対象物の開口部を容易かつ確実に閉塞して気密検査を行うことが可能である。

請求項２においては、対象物を気密検査装置にセットしたり、気密検査装置から取り出したりする際の作業性に優れる。

請求項３においては、装置の大型化や設備コストの増大を伴うことなく、対象物の開口部を容易かつ確実に閉塞して気密検査を行うことが可能である。

以下では図１および図２を用いて、本発明に係る気密検査装置の実施の一形態である気密検査装置１の全体構成について説明する。

気密検査装置１は対象物１００の気密性を検査する装置である。
ここで、「対象物」とは、内部に空間（以下、「内部空間」という）が形成された部材であり、該対象物の具体例としてはエンジンのシリンダブロックやシリンダヘッドが挙げられる。対象物には通常、内部空間と外部とを連通するために意図的に設けられている孔である開口部が少なくとも１箇所設けられている。
本実施例の場合、対象物１００の外形は略直方体であり、内部には二つの区画された（互いに連通していない）内部空間１０１・１０２が形成されている。
また、対象物１００には、内部空間１０１と外部とを連通する開口部１０１ａおよび開口部１０１ｂがそれぞれ対象物１００の上面１００ａおよび下面１００ｂに設けられる。
さらに、対象物１００には、内部空間１０２と外部とを連通する開口部１０２ａおよび開口部１０２ｂがそれぞれ対象物１００の上面１００ａおよび下面１００ｂに設けられる。

なお、対象物の外形は本実施例の対象物１００の如き略直方体に限定されず、他の形状でも良い。また、対象物に形成される内部空間は単数でも複数でも良い。さらに、内部空間が複数形成されている場合において、該複数の内部空間が互いに連通していても連通していなくても良い。

気密検査装置１は主に胴体部２、マスキング部３、クランプ部４、流体供給部５、圧力測定部６、制御部７等で構成される。

以下では、胴体部２の詳細構成について説明する。
胴体部２は気密検査装置１の構造体を成す部材である。胴体部２は主に、下部プレート２１、上部プレート２２、支持柱２３・２３・２３・２３（図１では便宜上手前の二本の支持柱２３・２３のみ図示）等で構成される。
下部プレート２１および上部プレート２２はそれぞれ胴体部２の下部および上部を成す平面視略正方形の板状の部材であり、支持柱２３・２３・２３・２３は棒状の部材である。
下部プレート２１の四隅には支持柱２３・２３・２３・２３の下端部が固定され、支持柱２３・２３・２３・２３の上端部には上部プレート２２の四隅がそれぞれ固定される。

以下では、マスキング部３の詳細構成について説明する。
マスキング部３は、対象物１００の開口部、具体的には、開口部１０１ａ、開口部１０１ｂ、開口部１０２ａ、開口部１０２ｂを閉塞するものである。
マスキング部３は主に上面マスキングプレート３１、下面マスキングプレート３２等で構成される。

上面マスキングプレート３１は対象物１００の開口部のうち、上面１００ａに設けられた開口部１０１ａおよび開口部１０２ａを閉塞する平面視略正方形の板状の部材である。
上面マスキングプレート３１の下面において、開口部１０１ａおよび開口部１０２ａに対応する部分にマスキングゴム３１ａ・３１ｂが設けられる。

マスキングゴム３１ａ・３１ｂはゴム等の弾性変形可能かつ対象物１００の表面（本実施例の場合、上面１００ａ）に密着可能な材料からなるリング状の部材であり、その内径はそれぞれ開口部１０１ａ・１０２ａの孔径よりも大きい。
マスキングゴム３１ａ・３１ｂは上面１００ａにおける開口部１０１ａ・１０２ａの周縁部に弾性変形しつつ密着することにより、開口部１０１ａ・１０２ａを閉塞する（内部空間１０１および内部空間１０２を満たす流体がそれぞれ開口部１０１ａおよび１０２ａを通じて外部へ漏れることを防止する）。

下面マスキングプレート３２は対象物１００の開口部のうち、下面１００ｂに設けられた開口部１０１ｂおよび開口部１０２ｂを閉塞する平面視略正方形の板状の部材である。
下面マスキングプレート３２の上面において、開口部１０１ｂおよび開口部１０２ｂに対応する部分にマスキングゴム３２ａ・３２ｂが設けられる。

マスキングゴム３２ａ・３２ｂはゴム等の弾性変形可能かつ対象物１００の表面（本実施例の場合、下面１００ｂ）に密着可能な材料からなるリング状の部材であり、その内径はそれぞれ開口部１０１ｂ・１０２ｂの孔径よりも大きい。
マスキングゴム３２ａ・３２ｂは下面１００ｂにおける開口部１０１ｂ・１０２ｂの周縁部に弾性変形しつつ密着することにより、開口部１０１ｂ・１０２ｂを閉塞する（内部空間１０１および内部空間１０２を満たす流体がそれぞれ開口部１０１ｂおよび１０２ｂを通じて外部へ漏れることを防止する）。

気密検査装置１は検査の対象となる対象物の形状や種類に応じて下面マスキングプレート３２を交換可能とするために、下面マスキングプレート３２を下部プレート２１の上面略中央部に着脱可能に固定している。
また、下面マスキングプレート３２には、下面マスキングプレート３２の一側端面と、下面マスキングプレート３２の上面においてマスキングゴム３２ａ・３２ｂの略中心部に対応する部分と、を連通する流体導入経路３２ｃが形成される。

以下では、クランプ部４の詳細構成について説明する。
クランプ部４は対象物１００を気密検査装置１に着脱可能に固定するとともに、マスキング部３を対象物１００に押し当てるものである。
クランプ部４は、主にシリンダ４１、クランププレート４２、固定部材４３・４３・４３・４３（図１では便宜上手前の二個の固定部材４３・４３のみ図示）、空気バネ４４等で構成される。

シリンダ４１はクランプ部４を構成する他の部材を対象物１００に対して進退（本実施例の場合、上下方向に移動）させるものである。シリンダ４１のシリンダ部４１ａは上部プレート２２の上面略中央部に固設される。上部プレート２２の上面略中央部には孔が形成されており、該孔を貫通してシリンダ４１のシリンダロッド４１ｂが下方に突出している。
なお、シリンダ４１は油圧シリンダでも空圧シリンダでも良く、適宜選択することが可能である。

クランププレート４２は平面視略正方形の板状の部材であり、その上面の略中央部はシリンダ４１のシリンダロッド４１ｂの先端部に固設される。

固定部材４３・４３・４３・４３は、クランププレート４２の四隅にそれぞれ配置される。固定部材４３・４３・４３・４３はそれぞれ支持柱２３・２３・２３・２３に対して上下方向に摺動可能、かつ、所定の位置で固定可能である。

空気バネ４４は対象物１００の開口部を閉塞するマスキング部３を該対象物１００に押し当てるものである。空気バネ４４は、主に上部面板４４ａ、下部面板４４ｂ、ベローズ部４４ｃ等で構成される。
上部面板４４ａおよび下部面板４４ｂは平面視略円形の板状の部材である。ベローズ部４４ｃはゴム等の弾性変形可能な材料からなる蛇腹状の部材である。ベローズ部４４ｃの上端部は気密的に上部面板４４ａに固定され、ベローズ部４４ｃの下端部は下部面板４４ｂに気密的に固定される。このようにして上部面板４４ａ、下部面板４４ｂおよびベローズ部４４ｃで囲まれたバネ空間４４ｄが形成される。
下部面板４４ｂにはバネ空間４４ｄと外部とを連通する連通経路４４ｅが形成される。また、下部面板４４ｂの下面には前記上面マスキングプレート３１が着脱可能に固定される。

なお、本実施例では、対象物１００の開口部１０１ａ・１０１ｂ・１０２ａ・１０２ｂが対象物１００の上面１００ａおよび下面１００ｂにのみ設けられているため、マスキング部３およびクランプ部４は一つであるが、対象物の側面や前後面にも開口部が設けられている場合には、該側面の開口部を閉塞するためのマスキング部および該マスキング部を該側面に押し当てるためのクランプ部を追加する必要がある。
すなわち、マスキング部およびクランプ部の数は、本実施例の如く一つに限定されず、二つ以上でも良い。

以下では、流体供給部５の詳細構成について説明する。
流体供給部５は、対象物１００の内部空間１０１および内部空間１０２に流体を供給するものである。ここで、流体は気体および液体を含む。
本実施例においては、流体として空気を使用しているが、窒素ガス等他の気体を使用することも可能である。
また、本実施例の流体供給部５は、空気バネ４４（より厳密には、バネ空間４４ｄ）に流体を供給する手段を兼ねている。

流体供給部５は、主にポンプ５１、第一配管５２、第二配管５３、第一開閉弁５４、第二開閉弁５５、第一排出弁５６、第二排出弁５７、圧力計５８等で構成される。

ポンプ５１は対象物１００の内部空間１０１・１０２および空気バネ４４のバネ空間４４ｄに供給するための空気を圧送するものである。

第一配管５２はポンプ５１と流体導入経路３２ｃとを接続する配管である。ポンプ５１から圧送される空気は、第一配管５２、流体導入経路３２ｃを経て対象物１００の内部空間１０１・１０２に供給される。

第二配管５３は第一配管５２の中途部に設けられた分岐点５２ａと連通経路４４ｅとを接続する配管である。ポンプ５１から圧送される空気は、第一配管５２、分岐点５２ａ、第二配管５３、連通経路４４ｅを経て空気バネ４４のバネ空間４４ｄに供給される。

第一開閉弁５４はポンプ５１から内部空間１０１・１０２への空気の圧送および圧送の停止を行う弁である。第一開閉弁５４は第一配管５２の中途部において、分岐点５２ａよりも下流側（流体導入経路３２ｃ側）に設けられる。

第二開閉弁５５はポンプ５１からバネ空間４４ｄへの空気の圧送および圧送の停止を行う弁である。第二開閉弁５５はポンプ第二配管５３の中途部に設けられる。

第一排出弁５６は内部空間１０１・１０２に満たされた空気を外部に排出するための弁である。第一排出弁５６は第一配管５２の中途部において、第一開閉弁５４よりも下流側（流体導入経路３２ｃ側）に設けられる。

第二排出弁５７はバネ空間４４ｄに満たされた空気を外部に排出するための弁である。第二排出弁５７は第二配管５３の中途部において、第二開閉弁５５よりも下流側（連通経路４４ｅ側）に設けられる。

圧力計５８はバネ空間４４ｄの圧力を測定するものである。圧力計５８は第二配管５３の中途部において、第二開閉弁５５よりも下流側（連通経路４４ｅ側）に設けられる。

なお、本実施例では流体供給部５は対象物１００の内部空間１０１および内部空間１０２に流体を供給する手段と、空気バネ４４（より厳密には、バネ空間４４ｄ）に流体を供給する手段と、を兼ねているが、対象物１００の内部空間１０１および内部空間１０２に流体を供給する手段と、空気バネ４４（より厳密には、バネ空間４４ｄ）に流体を供給する手段とを別々に設けても良い。

以下では、圧力測定部６の詳細構成について説明する。
圧力測定部６は内部空間１０１・１０２に満たされた流体（本実施例では空気）の圧力を測定するものである。本実施例の圧力測定部は差圧計からなり、第一配管５２の中途部において、第一開閉弁５４よりも下流側（流体導入経路３２ｃ側）に設けられる。
なお、本実施例の圧力測定部６は差圧計からなるが、これに限定されず、内部空間１０１・１０２に満たされた流体（本実施例では空気）の圧力を測定可能であれば別のものでも良い。

以下では、制御部７の詳細構成について説明する。
制御部７は気密検査装置１の動作を統括するとともに、気密検査装置１による気密検査の判断を行うものである。
より具体的には、制御部７はシリンダ４１、固定部材４３（より厳密には固定部材４３を支持柱２３に固定するためのアクチュエータ）、ポンプ５１等に接続され、それぞれの動作を行う。
制御部７は、圧力測定部６（本実施例の場合、差圧計）、第一開閉弁５４、第二開閉弁５５、第一排出弁５６、第二排出弁５７、圧力計５８等にも接続され、圧力測定部６から取得した内部空間１０１・１０２を満たす流体の圧力に関する情報、および圧力計５８から取得したバネ空間４４ｄを満たす流体の圧力に関する情報に基づいて、第一開閉弁５４、第二開閉弁５５、第一排出弁５６、第二排出弁５７の開閉動作を行うとともに、対象物１００の気密性（内部空間１０１・１０２から外部への流体の漏れが無いこと）を判断する。
制御部７は専用の制御装置や市販のパソコン等で構成することが可能である。

以下では、図１および図２を用いて、気密検査装置１を用いた気密検査方法の手順を説明する。
本実施例の気密検査方法は、対象物１００の開口部１０１ａ・１０１ｂ・１０２ａ・１０２ｂを閉塞するマスキング部３を空気バネ４４により該対象物１００に押し当てるものであり、基本的には準備工程と検査工程に分かれている。

図１に示す準備工程において、対象物１００を下面マスキングプレート３２の上に載置する。このとき、対象物１００の下面１００ｂにおいて開口部１０１ｂおよび開口部１０２ｂの周縁部となる位置にマスキングゴム３２ａ・３２ｂをそれぞれ接触させる。次に、検査工程に移行する。

図２に示す検査工程において、シリンダ４１を作動させてシリンダロッド４１ｂを下方に突出し、クランププレート４２、固定部材４３・４３・４３・４３、空気バネ４４および上面マスキングプレート３１を一体的に下方に移動させる。次に、固定部材４３・４３・４３・４３を支持柱２３・２３・２３・２３に固定する。

続いて、第二開閉弁５５を開いて空気バネ４４のバネ空間４４ｄに空気を供給する。バネ空間４４ｄに空気が供給されると、バネ空間４４ｄの圧力が上昇し、ベローズ部４４ｃが弾性変形して上下方向に伸び、下部面板４４ｂおよび上面マスキングプレート３１が下方に押し下げられる。そして、マスキングゴム３１ａ・３１ｂが対象物１００の上面１００ａにおいて開口部１０１ａおよび開口部１０２ａの周縁部となる位置に接触する。
さらに空気バネ４４のバネ空間４４ｄに空気を供給すると、バネ空間４４ｄの空気の圧力により下部面板４４ｂおよび上面マスキングプレート３１を下方に押し下げる（押し付ける）力が強くなり、マスキングゴム３１ａ・３１ｂおよびマスキングゴム３２ａ・３２ｂは弾性変形して、それぞれ対象物１００の上面１００ａおよび下面１００ｂに密着する。
バネ空間４４ｄの圧力が所定の値となった時点で、第二開閉弁５５は閉じられ、バネ空間４４ｄに供給された空気は密封される。このようにして、対象物１００を気密検査装置１に固定するとともに、マスキング部３を対象物１００に押し当てる。

次に、第一開閉弁５４を開いて内部空間１０１・１０２に空気を供給する。そして、内部空間１０１・１０２の圧力が所定の値となった時点で第一開閉弁５４を閉じ、内部空間１０１・１０２に供給された空気を密封した状態で所定時間保持する。このとき、内部空間１０１・１０２の圧力は、対象物１００の使用時における内部空間１０１・１０２の圧力と同等またはそれ以上に設定されている。
制御部７は、内部空間１０１・１０２に供給された空気を密封した状態で保持する間に、圧力測定部６から取得した内部空間１０１・１０２を満たす流体（空気）の圧力に関する情報に基づいて、対象物１００の気密性（内部空間１０１・１０２から外部への流体の漏れが無いこと）を判断する。
より具体的には、制御部７は、第二開閉弁５５を閉じて内部空間１０１・１０２に供給された空気を密封した時点から所定時間経過した時点までの内部空間１０１・１０２の圧力の変化量（低下量）が所定の値以上である場合には気密性が確保されていない（内部空間から外部への流体の漏れがある）と判断し、該変化量が所定の値未満である場合には気密性が確保されている（内部空間から外部への流体の漏れが無い）と判断する。

所定時間経過後、第一排出弁５６および第二排出弁５７を開いて内部空間１０１・１０２およびバネ空間４４ｄに密封された空気を排出する。バネ空間４４ｄ内の空気が排出されると、バネ空間４４ｄの圧力が低下し、ベローズ部４４ｃが元の形状に戻ろうとして上下方向に縮む。その結果、下部面板４４ｂおよび上面マスキングプレート３１が上方に引き上げられる。
次に、固定部材４３・４３・４３・４３を支持柱２３・２３・２３・２３に固定した状態から解除し、シリンダ４１を作動させてシリンダロッド４１ｂを上方に退避し、クランププレート４２、固定部材４３・４３・４３・４３、空気バネ４４および上面マスキングプレート３１を一体的に上方に移動させる。
最後に、対象物１００を気密検査装置１から取り出す。

以上の如く、本発明の気密検査装置の実施の一形態である気密検査装置１は、対象物１００の内部空間１０１・１０２の気密性を検査する気密検査装置であって、
対象物１００の開口部１０１ａ・１０１ｂ・１０２ａ・１０２ｂを閉塞するマスキング部３を該対象物１００に押し当てる空気バネ４４を具備する。
また、気密検査装置１により行われる本発明の気密検査方法の実施例は、対象物１００の内部空間１０１・１０２の気密性を検査する気密検査方法であって、
対象物１００の開口部１０１ａ・１０１ｂ・１０２ａ・１０２ｂを閉塞するマスキング部３を空気バネ４４により該対象物１００に押し当てるものである。

このように構成することは、以下の如き利点を有する。
すなわち、空気バネ４４は流体（空気）の圧力により上面マスキングプレート３１を対象物１００に押し付ける力を、該上面マスキングプレート３１の全面に略均一に及ぼすことが可能である。また、空気バネ４４は、ベローズ部４４ｃの変形量を周方向に関して部分毎に変化させることにより、上面マスキングプレート３１をある程度傾斜（チルト）させることが可能である。そのため、マスキング部３を対象物１００に確実に密着させ、内部空間１０１・１０２から開口部１０１ａ・１０１ｂ・１０２ａ・１０２ｂを経て外部への流体（空気）の漏れを防止することが可能であり、気密検査の信頼性が向上する。
また、大型のシリンダ等を必要とせず、設置スペースおよび設備コストの点で優れている。
従って、装置の大型化や設備コストの増大を伴うことなく、対象物の開口部を容易かつ確実に閉塞して気密検査を行うことが可能である。

また、本発明の気密検査装置の実施の一形態である気密検査装置１は、空気バネ４４を対象物１００に対して進退させるシリンダ４１と、空気バネ４４を所定の位置で固定可能な固定部材４３・４３・４３・４３と、を具備する。

このように構成することは、以下の如き利点を有する。
すなわち、空気バネ４４の全体を対象物１００から退避させることが可能であるため、対象物１００を気密検査装置１にセットしたり、気密検査装置１から取り出したりする際の作業性に優れる。
また、検査時には固定部材４３・４３・４３・４３により空気バネ４４を胴体部２に固定するため、シリンダ４１を大型化する必要が無く（シリンダ４１は空気バネ４４等を進退させるだけの推進力があれば良い）、設備コストに優れる。

なお、本実施例においては、複数の内部空間１０１および内部空間１０２が対象物１００の内部に形成され、これらは互いに連通していないが、このような場合には流体導入経路３２ｃの形状を変更し、内部空間１０１および内部空間１０２のいずれか一方にのみ流体を供給する構成とすることも可能である。
このように構成することにより、内部空間１０１と内部空間１０２との間の流体の漏れの有無を検査することが可能であるとともに、検査の対象となる内部空間の体積を小さく分割して、検査に要する時間を短縮することが可能である。

準備工程の気密検査装置を示す側面模式図。 検査工程の気密検査装置を示す側面模式図。

符号の説明

１ 気密検査装置
３ マスキング部
４４ 空気バネ
１００ 対象物
１０１ 内部空間
１０１ａ 開口部
１０１ｂ 開口部
１０２ 内部空間
１０２ａ 開口部
１０２ｂ 開口部

Claims (3)

1. 対象物の内部空間の気密性を検査する気密検査装置において、
   対象物の開口部を閉塞するマスキング部を該対象物に押し当てる空気バネを具備することを特徴とする気密検査装置。
2. 前記空気バネを対象物に対して進退させるシリンダと、
   該空気バネを所定の位置で固定可能な固定部材と、
   を具備することを特徴とする請求項１に記載の気密検査装置。
3. 対象物の内部空間の気密性を検査する気密検査方法において、
   対象物の開口部を閉塞するマスキング部を空気バネにより該対象物に押し当てることを特徴とする気密検査方法。

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