JP4509840B2 - 漏洩検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光の照射による蛍光に基づいて検査対象物からの内容物の漏洩を検出する漏洩検出装置に関する。

一般に、内部に内容物が密閉された製品としては、コイン状のリチウム(Ｌｉ)イオン電池などが知られている。このリチウムイオン電池を製造する場合には、電池本体内にリチウム電解液を収容させてから、この電池本体をガスケットにてかしめして、この電池本体内にリチウム電解液を密閉させている。さらに、このリチウムイオン電池は、ガスケットの部分においてリチウム電解液が漏洩しているかが検査されている。

そして、このリチウム電解液の漏洩検査としては、顕微鏡などを用いて多数の人員で目視にてリチウム電解液の漏洩を判定している。ところが、目視にてリチウム電解液の漏洩を判定する場合には、製造する製品が多種多様にあるため、リチウム電解液の漏洩の判別時間が長引いてしまうので、人件費が高くなったり、リチウム電解液の漏洩の判定に不良が生じたりしてしまうおそれがある。

そこで、この種の漏洩検査としては、検査対象物中に含まれる各種元素を定量する分析技術として、レーザ光を用いたレーザ光ブレイクダウン(Laser Induced Breakdown:ＬＩＢ)分光分析手段が知られている。このレーザ光ブレイクダウン分光分析手段は、パルスレーザ光としてのＬＩＢ用レーザ光を分析対象物表面に点状に集光してから照射させて、この分析対象物から球状に広がって発生したプラズマからの蛍光の一部分を蛍光集光レンズにて集光して、この集光した蛍光を蛍光測定装置でスペクトル分光分析するものである(例えば、特許文献１参照。)。
特開２０００−３１０５９６号公報

しかしながら、上述の分光分析手段では、点状に集光させたパルスレーザ光を検査対象物に照射させて、この検査対象物から生成される蛍光をスペクトル分光分析して、この検査対象物に含まれている各種元素を定量するに過ぎないので、検査対象物からの内容物の漏洩については精度良く検出することが容易でないという問題を有している。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、精度良く漏洩を検出できる漏洩検出装置を提供することを目的とする。

本発明の漏洩検出装置は、リチウム電解液が収容されこのリチウム電解液の漏洩が予想される漏洩予想領域を有するリチウムイオン電池の前記漏洩予想領域からの前記リチウム電解液の漏洩を検出する漏洩検出装置であって、レーザ光を発振させるレーザ発振器、このレーザ発振器から発振されたレーザ光を集光させる光ファイバ入射系、および、この光ファイバ入射系にて集光されたレーザ光を伝送するレーザ伝送光ファイバを備え、このレーザ伝送光ファイバにより伝送されたレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、このレーザ光照射手段にて照射されたレーザ光を、前記リチウムイオン電池の漏洩予想領域に対応させた所定形状に集光して照射させる集光照射手段と、この集光照射手段により前記リチウムイオン電池へエネルギ密度５０ｍＪ／ｍｍ ^２ 以上２５０ｍＪ／ｍｍ ^２ 以下の範囲でレーザ光を照射して得られたプラズマにて発生する蛍光に基づいて前記リチウムイオン電池からの前記リチウム電解液の漏洩を検出する検出手段とを具備したものである。

そして、レーザ発振器から発振され光ファイバ入射系により集光されてレーザ伝送光ファイバにより伝送されることでレーザ照射手段にて照射されたレーザ光を、集光照射手段にてリチウムイオン電池のリチウム電解液の漏洩が予想される漏洩予想領域に対応させた所定形状に集光させてエネルギ密度５０ｍＪ／ｍｍ ^２ 以上２５０ｍＪ／ｍｍ ^２ 以下の範囲で照射させる。この後、この集光照射手段によるリチウムイオン電池へのレーザ光の照射にて得られたプラズマにて発生する蛍光に基づいてリチウムイオン電池からのリチウム電解液の漏洩を検出手段にて検出する。

本発明によれば、レーザ発振器から発振され光ファイバ入射系により集光されてレーザ伝送光ファイバにより伝送されることでレーザ光照射手段にて照射されたレーザ光を、集光照射手段にてリチウムイオン電池の漏洩予想領域に対応させた所定形状に集光させてエネルギ密度５０ｍＪ／ｍｍ ^２ 以上２５０ｍＪ／ｍｍ ^２ 以下の範囲で照射させ、この照射にて得られたプラズマにて発生する蛍光に基づいてこのリチウムイオン電池の内部に収容されたリチウム電解液の漏洩を検出するため、リチウム電解液の漏洩を精度良く検出できる。

以下、本発明の漏洩検出装置の第１の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１および図４において、１は漏洩検出装置で、この漏洩検出装置１は検査対象物としてのコイン状のリチウム(Ｌｉ)イオン電池であるリチウムコイン電池２内に収容されている内容物としての液体であるリチウム電解液３の漏洩を検出して、このリチウムコイン電池２を検査する自動漏洩検査装置である。具体的に、この漏洩検出装置１は、リチウムコイン電池２にパルスレーザ光Ｌを照射して、このリチウムコイン電池２の表面がプラズマ化して発生する蛍光Ｆを集光して、この蛍光Ｆの波長および強度に基づいてリチウムコイン電池２からリチウム電解液３が漏洩しているか否かを検査するものである。さらに、この漏洩検出装置１は、パルスレーザ光Ｌの照射にて発生するプラズマから得られる蛍光Ｆを取得して、特に元素番号の小さなリチウム(Ｌｉ)などの元素が密閉構造から洩れたか否かを検知するものである。

そして、このリチウムコイン電池２は、コイン型電池であって、図２および図３に示すように、扁平な略円盤状の電池本体11を備えている。この電池本体11は、例えばステンレススチールにて有底円筒状に形成された下側容器としての正極缶12を有している。この正極缶12はリチウムコイン電池２の正極を構成しており、この正極缶12内には液状あるいはゲル状のリチウム電解液３が染み込まされた扁平円柱状の正極材13が挿入されて収容されている。ここで、リチウム電解液３としては、例えば過塩素酸リチウム(ＬｉＣｌＯ４)等の電解液が用いられている。さらに、この正極材13としては、例えばリチウム−酸化マンガン(Ｌｉ−ＭｎＯ)合金などが用いられている。

さらに、この正極缶12は、平坦な円形状の底面部14を有しており、この底面部14の外周縁に上方に向けて突出した円筒状の側面部15が周方向に沿って一体的に設けられている。そして、この正極缶12の側面部15の上側に位置する先端縁に開口部16が形成されている。さらに、この正極缶12の開口部16には、例えばステンレススチールにて有底円筒状に形成された上側容器としての負極缶21が嵌合されて取り付けられている。

そして、この負極缶21は、この負極缶21の開口部22を下側に向けた状態で正極缶12の開口部16に内嵌合されて、この正極缶12の側面部15の先端側を内側に向けて同心状に円弧状に湾曲させてかしめ固定されている。ここで、この負極缶21は、この負極缶21の中央部に平坦な円形状の平坦部としての負極面23が設けられている。この負極面23は、一般に図示しない負極線が接続される。さらに、この負極面23の外周縁には、周方向に沿って下方へと円弧状に湾曲した湾曲部24が設けられている。すなわち、この負極缶21は、この負極缶21の負極面23を正極缶12の開口部16の開口縁17より上方に突出させた状態で、この正極缶12の開口縁17にてかしめ固定されている。

そして、これら正極缶12の側面部15と負極缶21の湾曲部24との間には、略円環状のガスケット26が嵌合されて、これら正極缶12と負極缶21との間が密閉されている。すなわち、負極缶21は、このガスケット26の内側に嵌合されて取り付けられている。さらに、このガスケット26は、薄膜状のパッキングであって、正極缶12の側面部15と負極缶21の湾曲部24との間の継ぎ目を密閉させる。具体的に、このガスケット26は、このガスケット26の上側の縁部である上端縁27を正極缶12の開口縁17と負極缶21の湾曲部24との間から外側に突出させた状態で、これら正極缶12と負極缶21との間にかしめ固定されている。また、このガスケット26は、正極缶12と負極缶21との間に介在されて、これら正極缶12と負極缶21との間を密閉して、これら正極缶12および負極缶21内のリチウム電解液３を密閉させる。

さらに、このガスケット26の上端縁27は、負極缶21の負極面23より下方であるとともに、正極缶12の内側に湾曲された開口縁17の外周縁より上方に向けて突出している。ここで、このガスケット26の上端縁27と正極缶12の開口縁17との間、およびこのガスケット26の上端縁27と負極缶21の湾曲部24との間のそれぞれは、電池本体11内に収容させたリチウム電解液３の漏洩が予想される漏洩予想領域Ａとなる。

また、このガスケット26の内側面と負極缶21の湾曲部24との間には、図示しないシール材が収容されて液密にシールされて密閉されている。さらに、このガスケット26の下方側の縁部である内周縁28は、内側に湾曲されて正極缶12内の正極材13を位置決めしている。また、このガスケット26の内周縁28上には、正極缶12内に収容されている正極材13の上側を仕切る仕切り材としての略円盤状のセパレータ31が設置されている。

そして、このセパレータ31の外周縁には、ガスケット26の内周縁28側に向けて周方向に沿って屈曲した嵌合片部32が設けられている。すなわち、このセパレータ31は、このセパレータ31の嵌合片部32をガスケット26の内周縁28に外嵌合させた状態で、このガスケット26上に取り付けられている。さらに、このセパレータ31上には、円形平板状の負極材33が設置されて収容されている。この負極材33としては、例えばリチウム−アルミニウム(Ｌｉ−Ａｌ)合金などが用いられており、負極缶21の負極面23とセパレータ31との間に収容されてリチウムコイン電池２が構成されている。

ここで、このリチウムコイン電池２は、このリチウムコイン電池２のガスケット26に皺や傷などの不良な個所が生じた場合に、このリチウムコイン電池２内のリチウム電解液３が、このリチウムコイン電池２の漏洩予想領域Ａから漏洩してしまうおそれがある。そして、この漏洩予想領域Ａからリチウム電解液３が漏洩した場合には、リチウムコイン電池２のガスケット26の上端縁27近傍の表面に、漏洩したリチウム電解液３に起因した白い粉が付着する。

一方、漏洩検出装置１は、図１に示すように、パルスレーザ光Ｌを発振するレーザ光照射手段41を備えている。このレーザ光照射手段41は、例えばＹＡＧ(Yttrium・Aluminium・Garnet:イットリウム・アルミニウム・ガーネット)レーザ光であるパルスレーザ光Ｌを発振させるレーザ発振器としてのＹＡＧレーザ発振器42を有している。このＹＡＧレーザ発振器42は、リチウムコイン電池２の表面に付着したリチウム電解液３を原子化およびプラズマ化させるパルスレーザ光Ｌを発振させる。さらに、このＹＡＧレーザ発振器42には、制御手段としての主制御装置43が接続されている。そして、この主制御装置43は、所定のタイミングで駆動パルスを生成させて、この駆動パルスに基づいてＹＡＧレーザ発振器42から所定パルス幅のパルスレーザ光Ｌを出力させる。

さらに、このＹＡＧレーザ発振器42は、例えば集光径(φ)０．５ｍｍであって、蛍光強度の測定感度、バックグラウンド強度およびリチウムコイン電池２の破損などの観点から、集光された後の照射エネルギが１０ｍＪ以上５０ｍＪ以下となるパルスレーザ光Ｌを発振させる。この結果、このＹＡＧレーザ発振器42から１０ｍＪ以上５０ｍＪ以下のパルスレーザ光Ｌを発振させることによって、集光された後のパルスレーザ光Ｌの照射エネルギの密度が５０ｍＪ／ｍｍ^２以上２５０ｍＪ／ｍｍ^２以下となる。したがって、このＹＡＧレーザ発振器42は、パルスレーザ光Ｌのパルス幅が例えば６ｓｅｃの場合に、０．８３ＧＷ／ｃｍ^２以上４．１７ＧＷ／ｃｍ^２以下のパルスレーザ光Ｌを発振させる。

さらに、このＹＡＧレーザ発振器42から発振されたパルスレーザ光Ｌの伝送経路である光路上には、このパルスレーザ光Ｌを集光させる光学系である光ファイバ入射系44が設置されている。そして、この光ファイバ入射系44にて集光されたパルスレーザ光Ｌの光路上には、レーザ伝送手段としての断面円形細長棒状のレーザ伝送光ファイバ45が設置されている。このレーザ伝送光ファイバ45は、例えば直径(φ)１ｍｍの光ファイバであって、このレーザ伝送光ファイバ45の長手方向の一端部46が光ファイバ入射系44に接続されている。すなわち、このレーザ伝送光ファイバ45は、光ファイバ入射系44にて集光されたパルスレーザ光Ｌが導光される。

そして、このレーザ伝送光ファイバ45の長手方向の他端部47には、このレーザ伝送光ファイバ45の他端部47から導光されるパルスレーザ光Ｌを、リチウムコイン電池２の漏洩予想領域Ａの形状に対応させて円形状に集光させてから照射させる集光照射手段としての縮小集光光学系51が取り付けられている。この縮小集光光学系51は、レーザ伝送光ファイバ45から出射されるパルスレーザ光Ｌをリチウムコイン電池２の表面の所定領域である漏洩予想領域Ａ近傍の位置、すなわちこの漏洩予想領域Ａより内側である負極缶21の負極面23の中央部へと集光させる。すなわち、この縮小集光光学系51は、リチウムコイン電池２の負極面23の形状に最適化した形状にパルスレーザ光Ｌを集光させる。

具体的に、この縮小集光光学系51は、図６に示すように、略円筒状の光学系本体52を備えている。そして、この光学系本体52内には、レーザ伝送光ファイバ45の他端部47から出射されたパルスレーザ光Ｌを平行状の平行ビームとする第１のレンズ53および第２のレンズ54のそれぞれが順次取り付けられている。ここで、この第１のレンズ53は、上側面が平坦で下側面が凸状に突出した形状の凸レンズである。また、第２のレンズ54は、上側面が凸状に突出し下側面が凹状に凹んだ凹レンズである。

さらに、これら第１のレンズ53および第２のレンズ54を通過した円環平行状のパルスレーザ光Ｌの光路上には、この円環平行状のパルスレーザ光Ｌを、例えば直径(φ)０．５ｍｍの照射口径である円形状に集光させて、この集光させたパルスレーザ光Ｌをリチウムコイン電池２の負極面23の中央部へと照射させる第３のレンズ55および第４のレンズ56のそれぞれが順次取り付けられている。ここで、この第３のレンズ55は、上側面および下側面のそれぞれ凸状に突出した形状の凸レンズである。さらに、第４のレンズ56は、上側面が凸状に突出し下側面が平坦な形状の凸レンズである。

そして、これら第３のレンズ55および第４のレンズ56もまた、光学系本体52内の第１のレンズ53および第２のレンズ54より下方に収容されている。さらに、これら第３のレンズ55および第４のレンズ56を通過して集光されたパルスレーザ光Ｌは、照射エネルギが１０ｍＪでエネルギ密度が５０ｍＪ／ｍｍ^２とされて、リチウムコイン電池２の負極面23の中央部へと照射される。

ここで、縮小集光光学系51に対向した位置には、図１に示すように、リチウムコイン電池２を運搬する走査手段としての運搬装置57が取り付けられている。この運搬装置57は、縮小集光光学系51にて集光されたパルスレーザ光Ｌに対してリチウムコイン電池２を平行に移動させて、このパルスレーザ光Ｌにてリチウムコイン電池２の負極面23を走査させる。すなわち、この運搬装置57は、縮小集光光学系51にて集光されたパルスレーザ光Ｌの光軸に対して直交する方向に向けてリチウムコイン電池２を搬送するベルトコンベヤである。さらに、この運搬装置57は、この運搬装置57の上側に位置する搬送面58を縮小集光光学系51から照射されるパルスレーサ光Ｌの光路に垂直に交差する方向に向けて設置されている。

さらに、この縮小集光光学系51に隣接した位置には、リチウムコイン電池２へのパルスレーザ光Ｌの照射にて得られたプラズマにて発生する元素特有の蛍光Ｆを集光する蛍光集光手段としての蛍光集光光学系61が設置されている。この蛍光集光光学系61は、縮小集光光学系51から照射されるパルスレーザ光Ｌのレーザ光集光位置である集光点Ｂに向けて設置されている。すなわち、この蛍光集光光学系61は、集光点Ｂへと運搬装置57の搬送58にて搬送されたリチウムコイン電池２の負極缶21の負極面23の中央部に向けて設置されている。

そして、この蛍光集光光学系61は、リチウムコイン電池２の表面に含まれている元素を原子化およびプラズマ化させて、このリチウムコイン電池２の表面中に存在する各元素である原子から放出あるいは放射される固有の蛍光Ｆ、すなわちこの蛍光Ｆを含むスペクトルを集光する。さらに、この蛍光集光光学系61には、この蛍光集光光学系61にて集光された蛍光Ｆを伝送させる蛍光伝送手段としての断面円形細長棒状の蛍光伝送光ファイバ62が接続されている。この蛍光伝送光ファイバ62は、この蛍光伝送光ファイバ62の長手方向の一端部63が蛍光集光光学系61に接続されている。

また、この蛍光伝送光ファイバ62の長手方向の他端部64には、この蛍光伝送光ファイバ62の他端部64から導光される蛍光Ｆの波長と光量から、リチウムコイン電池２の表面の元素を定量する蛍光測定手段としての蛍光分光測定器65が接続されている。この蛍光分光測定器65には、この蛍光分光測定器65の動作を制御するタイミング調整機構66が接続されている。そして、この蛍光分光測定器65は、例えば赤色の蛍光をスペクトル成分等に分解するとともに、リチウムコイン電池２の表面に付着している白い粉などに含まれる元素固有のスペクトルを電気信号に光電変換する。

さらに、この蛍光分光測定器65には、この蛍光分光測定器65にて定量された定量結果に基づいて、このリチウムコイン電池２のガスケット26の上端縁27からのリチウム電解液３の漏洩を検出して、このリチウム電解液３の漏洩の有無を判定する検出手段としての判定装置67が接続されている。この判定装置67は、蛍光分光測定器65にて光電変換された電気信号が伝送されて、この電気信号に基づいてリチウムコイン電池２からのリチウム電解液３の漏洩の有無を判断する。

次に、上記第１の実施の形態の漏洩検出装置によるリチウムコイン電池の検査方法について説明する。

まず、これから検査しようとするリチウムコイン電池２を運搬装置57の搬送面58に設置して、この運搬装置57にてリチウムコイン電池２を搬送し、ＹＡＧレーザ発振器42から発振されるパルスレーザ光Ｌが照射される集光点Ｂ下の所定の位置にリチウムコイン電池２をセットする。

この状態で、このＹＡＧレーザ発振器42からパルスレーザ光Ｌを出力して発振させる。

このとき、このパルスレーザ光Ｌは、光ファイバ入射系44にて集光されてからレーザ伝送光ファイバ45を介して縮小集光光学系51へと伝送される。

そして、このパルスレーザ光Ｌは、この縮小集光光学系51の第１のレンズ53および第２のレンズ54にて平行状の平行ビームとされてから、第３のレンズ55および第４のレンズ56にて集光点Ｂに向けて円形状に整形されつつ集光され、図５に示すように、この集光点Ｂ下にセットされているリチウムコイン電池２の負極面23の中央部へと照射される。

ここで、このリチウムコイン電池２の負極面23上にリチウム電解液３が洩れている場合には、このリチウムコイン電池２の負極面23上へと洩れたリチウム電解液３と、このリチウムコイン電池２の負極面23のステンレススチールとのそれぞれがパルスレーザ光Ｌの照射にてプラズマ化されて、このリチウムコイン電池２の表面からプラズマが発生する。

この後、ＹＡＧレーザ発振器42からのパルスレーザ光Ｌの照射を停止させる。

このとき、このパルスレーザ光Ｌの照射停止とともにリチウムコイン電池２の負極面23の中央部からプラズマが再結合し始めて、数μ秒から数十μ秒程度の間にリチウムコイン電池２の負極面23およびリチウム電解液３それぞれの構成元素が励起状態の原子となる。

そして、この励起状態の原子が下準位に遷移するときに、原子数に比例した蛍光Ｆを放射する。

この後、ＹＡＧレーザ発振器42からパルスレーザ光Ｌを照射するとともに、運搬装置57にてリチウムコイン電池２を移送して、このＹＡＧレーザ発振器42から発振されるパルスレーザ光Ｌにてリチウムコイン電池２の負極面23を走査する。

この後、このリチウムコイン電池２を運搬装置57にて集光点Ｂより搬送下流側へと搬送するとともに、このリチウムコイン電池２より搬送上流側の搬送面58に設置されている別のリチウムコイン電池２を集光点Ｂ下の所定位置へと搬送する。

詳しくは、ＹＡＧレーザ発振器42から発振されるパルスレーザ光Ｌのパルス繰り返し周波数に同期して、複数のリチウムコイン電池２を運搬装置57にて順次運搬および停止が繰り返されて搬送されることによって、この運搬装置57にて集光点Ｂ下へと搬送されて停止されたリチウムコイン電池２の負極面23の中央部にパルスレーザ光Ｌが順次照射される。

この後、リチウムコイン電池２の負極面23から放出される蛍光Ｆは、蛍光集光光学系61にて集光されてから蛍光伝送光ファイバ62を介して蛍光分光測定器65へと伝送され、この蛍光分光測定器65にてスペクトルが計測されてから、判定装置67にて蛍光Ｆを放出した元素が定量される。

すなわち、リチウムコイン電池２からリチウム電解液３が洩れている場合には、このリチウム電解液３に含まれているリチウム固有のスペクトルが判定装置67にて定量される。

そして、リチウムコイン電池２の負極面23にパルスレーザ光Ｌを照射するとともに、このパルスレーザ光Ｌの照射にて放出される蛍光Ｆのスペクトルを判定装置67に取得させて、この判定装置67にてリチウム固有のスペクトルが得られた場合には、リチウムコイン電池２からリチウム電解液３が漏洩していることが分かる。

これに対し、この判定装置67にてリチウム固有のスペクトルが得られない場合には、リチウムコイン電池２からリチウム電解液３が漏洩していないことが分かる。

この結果、この判定装置67にて得られるスペクトルから、リチウムコイン電池２のリチウム電解液３の漏洩の有無を検知できる。このとき、このリチウム電解液３の漏洩が生じていたリチウムコイン電池２は、不良品として排除する。

上述したように、上記第１の実施の形態によれば、パルスレーザ光Ｌをリチウムコイン電池２のリチウム電解液３の漏洩が予想される負極面23の形状に対応させて、このパルスレーザ光Ｌを縮小集光光学系51にて円形状に整形しつつ集光してから、この円形状に集光させたパルスレーザ光Ｌをリチウムコイン電池２の負極面23の中央部に照射して、このリチウムコイン電池２からのリチウム電解液３の漏洩の有無を検知する構成とした。この結果、このパルスレーザ光Ｌの照射にて発生した蛍光Ｆを蛍光分光測定器65にてスペクトル分析してから判定装置67にて定量して判断した場合であっても、リチウムコイン電池２の溶接部であるガスケット26の上端縁27と正極缶12の開口縁17あるいは負極缶21の湾曲部24との間からのリチウム電解液３の漏洩を精度良く検出できる。

さらに、リチウムは感度が良く、放出する蛍光が強いので、リチウムコイン電池２からのリチウム電解液３の漏洩量が微小であっても、このリチウム電解液３のリチウムコイン電池２からの漏洩を精度良く検知できる。また、前処理がほとんど不要であるため、図示しない顕微鏡による目視や、Ｘ線装置を用いてリチウム電解液３の漏洩を検出する場合よりも人件費を削減できるとともに、このリチウム電解液３の漏洩の有無の判断不良を削減できるから、このリチウム電解液３の漏洩検査をより効率良くできる。

また、運搬装置57にて複数のリチウムコイン電池２の搬送および停止を繰り返すことによって、これら複数のリチウムコイン電池２それぞれのリチウム電解液３の漏洩を順次検知できる。すなわち、１つのリチウムコイン電池２を数分の１秒以内で検査できるので、多数のリチウムコイン電池２のリチウム電解液３の漏洩の有無、すなわち健全性を連続して短時間で検査できる。

さらに、リチウムコイン電池２の漏洩予想領域Ａの形状、すなわち負極缶21の負極面23の形状に対応させて縮小集光光学系51にてパルスレーザ光Ｌを円形状に整形しつつ集光してから、リチウムコイン電池２の負極面23の中央部に照射させるため、このリチウムコイン電池２からのリチウム電解液３の漏洩を短時間で正確に検査できる。

ここで、図６に示すように、リチウムコイン電池２からのリチウム電解液３の漏洩量が異なる場合には、このリチウム電解液３の漏洩量によって得られる蛍光Ｆの強度が変化し、このリチウム電解液３の漏洩がない良品のリチウムコイン電池２の場合には、リチウム固有の蛍光Ｆが蛍光分光測定器65にてほとんど測定されずに漏洩検査できる。したがって、リチウムコイン電池２に生じるリチウム電解液３の漏洩を安価で効率良く検査できるとともに、このリチウム電解液３のリチウムコイン電池２からの漏洩を高感度かつ高精度に検査できる。よって、漏洩検知精度の優れた漏洩検出装置１を提供できる。

さらに、図７に示すように、パルスレーザ光Ｌの照射条件を変化させた場合には、集光径が０．５ｍｍで照射エネルギが１０ｍＪ未満のパルスレーザ光Ｌをリチウムコイン電池２の負極面23に照射した場合には、周囲への蛍光Ｆの放出強度、すなわちバックグラウンド強度が高いため、このリチウムコイン電池２から放出される蛍光Ｆの強度の測定感度が低い。また、パルスレーザ光Ｌの照射エネルギが５０ｍＪを超えた場合には、リチウムコイン電池２を構成するステンスレススリール製の負極缶21に大きな損傷を与えてしまう。

そこで、このパルスレーザ光Ｌの照射エネルギは、蛍光Ｆの強度の測定感度、バックグラウンド強度およびリチウムコイン電池２の損傷などの観点から、１０ｍＪ以上５０ｍＪ以下を選定すると良い。さらに、このパルスレーザ光Ｌの照射エネルギとして１０ｍＪ以上５０ｍＪ以下を選定した場合には、縮小集光光学系51にて集光されたパルスレーザ光Ｌの照射エネルギ密度が、集光径が０．５ｍｍの場合で５０ｍＪ／ｍｍ^２以上２５０ｍＪ／ｍｍ^２ 以下となる。このため、このパルスレーザ光Ｌのパワー強度は、パルス幅が６ｓｅｃの場合に０．８３ＧＷ／ｃｍ^２以上４．１７ＧＷ／ｃｍ^２以下となる。

ここで、このパルスレーザ光Ｌのパワー強度が、パルス幅が６ｓｅｃで０．８３ＧＷ／ｃｍ^２以下の場合には、このパルスレーザ光Ｌの照射によるリチウムコイン電池２からの蛍光Ｆの強度が低くなりすぎるので、このリチウムコイン電池２からのリチウム電解液３の漏洩の検出が正確にできなくなる。さらに、このパルスレーザ光Ｌのパワー強度が、パルス幅が６ｓｅｃで４．１７ＧＷ／ｃｍ^２以上の場合には、一般的に使用されるＹＡＧレーザ発振器42では対応しきれないので、このＹＡＧレーザ発振器42として特殊な装置が必要になるから、このパルスレーザ光Ｌの照射によるリチウムコイン電池２からのリチウム電解液３の漏洩の検出には適していない。

さらに、縮小集光光学系51を用いてパルスレーザ光Ｌの集光径を０．５ｍｍの円形状に集光させるとともに、このパルスレーザ光Ｌの照射エネルギを１０ｍＪとして、このパルスレーザ光Ｌをリチウムコイン電池２の負極面23の中央部に照射させて、この負極面23の中央部から放出される蛍光Ｆを蛍光分光測定器65にて測定してリチウム電解液３の漏洩を検出する場合には、このパルスレーザ光Ｌを照射する位置が、リチウムコイン電池２からリチウム電解液３の漏洩が生じているガスケット26から離れてしまう。

また、このパルスレーザ光Ｌのエネルギ密度を５０ｍＪ／ｍｍ^２として、このパルスレーザ光Ｌをリチウムコイン電池２に照射した場合には、このパルスレーザ光Ｌの照射エネルギから、このパルスレーザ光Ｌが照射可能な照射面積が決定される。そして、この限られた照射面積を用いてリチウムコイン電池２のリチウム電解液３の漏洩を検知する必要がある。さらに、このパルスレーザ光Ｌの照射による検査としては、このパルスレーザ光Ｌをリチウムコイン電池２のガスケット26近傍である漏洩予想領域Ａ近傍が好ましい。

そこで、図８ないし図１０に示す第２の実施の形態のように、円形状に集光された複数のパルスレーザ光Ｌをリチウムコイン電池２の負極面23の異なる位置にそれぞれ照射させることもできる。このとき、このパルスレーザ光Ｌは、縮小集光光学系51の回転レンズ71にて９０゜ずつ回転して照射方向が偏心される。そして、この回転レンズ71は、パルスレーザ光Ｌのパルス繰り返し周波数に同期して９０゜ずつ回転し、このパルスレーザ光Ｌをリチウムコイン電池２の負極面23の中心を通過して互いに直交する交線Ｃにて仕切られた４つの領域を、このパルスレーザ光Ｌの繰り返し周波数に同期して照射させる。

さらに、この回転レンズ71にて偏心されたパルスレーザ光Ｌの光路上には、このパルスレーザ光Ｌを集光させる集光レンズ72が設置されている。この集光レンズ72は、上側面が凸状に突出し下側面が平坦な凸レンズであって、この集光レンズ72へと照射されるパルスレーザ光Ｌを、リチウムコイン電池２の負極面23の中心を通過して互いに直交する交線Ｃにて仕切られた４つの領域に適合した円形状、すなわちこれら４つの領域内の略中央部に照射できる程度の円形状に集光させてから、これら４つの領域のいずれか一つに照射させる。

すなわち、この集光レンズ72は、リチウムコイン電池２のガスケット26の近傍であって、このガスケット26より内側の負極面23上の漏洩予想領域Ａ近傍へと複数のパルスレーザ光Ｌを照射させる。したがって、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができるとともに、パルスレーザ光Ｌを回転レンズ71にて偏心させて、リチウムコイン電池２の負極面23の複数の部分に照射させることによって、このリチウムコイン電池２のガスケット26近傍を含めた広範囲におけるリチウム電解液３の漏洩を検査できる。

さらに、回転レンズ71をパルスレーザ光Ｌの繰り返し周波数に同期させて回転させる構成とした。このとき、リチウムコイン電池２の負極面23の漏洩検知に必要な検査点を４点として走査する場合には、パルスレーザ光Ｌの繰り返し周波数が１０Ｈｚであれば、この回転レンズ71の回転数を０．４ｓｅｃ／回とすることによって、０．４ｓｅｃ／１個の割合でリチウムコイン電池２を検査できるので、このリチウムコイン電池２の検査速度を１５０個／ｍｉｎにできる。

また、図１１および図１２に示す第３の実施の形態のように、短径Ｄ_１が長径Ｄ_２より短い楕円形状のパルスレーザ光Ｌをリチウムコイン電池２の負極面23に照射させることもできる。このパルスレーザ光Ｌは、レーザ伝送光ファイバ45の他端部47から縮小集光光学系51へと出射される。そして、この縮小集光光学系51の光学系本体52内には、第１のトロイダルレンズ74および第２のトロイダルレンズ75のそれぞれが順次取り付けられている。

さらに、これら第１のトロイダルレンズ74および第２のトロイダルレンズ75を通過したパルスレーザ光Ｌの光路上には、第１のレンズ76、第２のレンズ77、第３のレンズ78および第３のトロイダルレンズ79のそれぞれが順次取り付けられている。ここで、第１のレンズ76は、上側面が円弧面状に突出し下側面が凹状に凹んだ凹レンズである。また、第２のレンズ77は、上側面が円弧面状に突出し下側面が凸状に突出した凸レンズである。さらに、第３のレンズ78は、上側面が凸状に突出し下側面が円弧面状に突出した凸レンズである。さらに、第３のトロイダルレンズ79は、上側面が凸状に突出し下側面が平坦な凸レンズである。

ここで、これら第１のトロイダルレンズ74、第２のトロイダルレンズ75、第１のレンズ76、第２のレンズ77、第３のレンズ78および第３のトロイダルレンズ79のそれぞれを通過したパルスレーザ光Ｌは、図１２に示すように、このパルスレーザ光Ｌを略線状にする必要性から、例えば長径Ｄ_２寸法が２．５ｍｍであって短径Ｄ_１と長径Ｄ_２との比が０．１以下の扁平な楕円形状である線状に整形しつつ集光してから、リチウムコイン電池２の負極面23の中央部に照射される。このとき、この楕円形状に集光されたパルスレーザ光Ｌは、リチウムコイン電池２の負極面23の径寸法より若干小さな長径Ｄ_２寸法を有している。さらに、このパルスレーザ光Ｌは、このパルスレーザ光Ｌの中心がリチウムコイン電池２の負極面23の中心に一致するように、この負極面23へと照射される。

この結果、パルスレーザ光Ｌを縮小集光光学系51にて短径Ｄ_１が短い楕円形状である線状に集光してからリチウムコイン電池２の負極面23へと照射させることにより、このリチウムコイン電池２のガスケット26近傍と負極面23中央部とのそれぞれを同時に検査できる。したがって、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を奏するとともに、線状に集光したパルスレーザ光Ｌにてリチウムコイン電池２のリチウム電解液３の漏洩を検出することによって、このリチウムコイン電池２のリチウム電解液３の漏洩の有無をより短時間に精度良く検査できる。

また、このパルスレーザ光Ｌを短径Ｄ_１と長径Ｄ_２との比が０．１以上の楕円形状に整形してしまうと、このパルスレーザ光Ｌの単位面積当たりの照射エネルギすなわち照射エネルギ密度が小さくなってしまう。このため、リチウムコイン電池２からのリチウム電解液の漏洩を確実に検出できなくなるとともに、このパルスレーザ光を一般的なレーザ伝送光ファイバでは伝送できなくなる。よって、このパルスレーザ光Ｌを短径Ｄ_１と長径Ｄ_２との比が０．１以下の扁平な楕円形状に整形する必要がある。

さらに、図１３および図１４に示す第４の実施の形態のように、円環状であるリング状のパルスレーザ光Ｌをリチウムコイン電池２の負極面23に照射させることもできる。このパルスレーザ光Ｌは、レーザ伝送光ファイバ45の他端部47から縮小集光光学系51の光学系本体52内へと出射され、この光学系本体52内に設置された円錐レンズ81にて円環状に整形されつつ集光される。この円錐レンズ81は、上側面が円錐面状に突出し下側面が平坦なレンズである。

また、この円錐レンズ81にて円環状に整形されたパルスレーザ光Ｌの光路上には、第１のレンズ82、第２のレンズ83、第３のレンズ84、第４のレンズ85および第５のレンズ86のそれぞれが順次取り付けられている。ここで、第１のレンズ82は、上側面および下側面のそれぞれが円弧面状に突出した凸レンズである。また、第２のレンズ83は、上側面が円弧面状に突出し下側面が平坦な凸レンズである。さらに、第３のレンズ84は、上側面が凹状に凹んで下側面が平坦な凹レンズである。また、第４のレンズ85は、上側面が凸状に突出し下側面が円弧面状に凹んだレンズである。さらに、第５のレンズ86は、上側面が凸状に突出し下側面が平坦な凸レンズである。

したがって、これら第１のレンズ82、第２のレンズ83、第３のレンズ84、第４のレンズ85および第５のレンズ86のそれぞれは、円錐レンズ81にて円環状に整形されたパルスレーザ光Ｌを集光させる集光レンズである。よって、これら第１のレンズ82、第２のレンズ83、第３のレンズ84、第４のレンズ85および第５のレンズ86によって、円環状のパルスレーザ光Ｌを集光させる集光レンズ群87が構成されている。

ここで、この集光レンズ群87を通過したパルスレーザ光Ｌは、図１４に示すように、リチウムコイン電池２の負極面23の径寸法、すなわちガスケット26の内径寸法より若干小さな外径寸法を有するリング状にて整形されつつ集光されてから、リチウムコイン電池２の負極面23の中央部に照射される。このとき、このパルスレーザ光Ｌは、リチウムコイン電池２の漏洩予想領域Ａの近傍であるとともに、この漏洩予想領域Ａより内側である負極面23の外周部分に照射される。さらに、このパルスレーザ光Ｌは、このパルスレーザ光Ｌの中心がリチウムコイン電池２の負極面23の中心に一致するように、この負極面23へと照射される。

この結果、パルスレーザ光Ｌを縮小集光光学系51にてリング状に整形しつつ集光してからリチウムコイン電池２の負極面23へと照射させることにより、このリチウムコイン電池２のガスケット26近傍を周方向に亘って同時に検査できる。したがって、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を奏するとともに、リング状に集光したパルスレーザ光Ｌにてリチウムコイン電池２のリチウム電解液３の漏洩を検出することによって、このリチウムコイン電池２のリチウム電解液３の漏洩の有無をより短時間に精度良く検査できる。

さらに、図１５に示す第５の実施の形態ように、レーザ伝送光ファイバ45にて伝送したパルスレーザ光Ｌの照射にてリチウムコイン電池２の負極面23から放出された蛍光Ｆを、再びレーザ伝送光ファイバ45にて伝送することもできる。そして、ＹＡＧレーザ発振器42から発振されるパルスレーザ光Ｌの光路上に設置された光ファイバ入射系44には、このパルスレーザ光Ｌを反射させる反射体としてのミラー91が組み込まれて設置されている。このミラー91は、パルスレーザ光Ｌを反射するとともに、蛍光Ｆを透過する。具体的に、このミラー91は、蛍光Ｆとパルスレーザ光Ｌとを選択的に波長で分離する光学系である。

そして、このミラー91にて反射された後のパルスレーザ光Ｌの光路上にレーザ伝送光ファイバ45の一端部46が接続されている。さらに、このレーザ伝送光ファイバ45の一端部46に対向して蛍光伝送光ファイバ62の一端部63が設置されている。この蛍光伝送光ファイバ62は、レーザ伝送光ファイバ45の一端部へと伝送された蛍光Ｆがミラー91を透過してから入射されて伝送されるように設置されている。この結果、パルスレーザ光Ｆを伝送させるレーザ伝送光ファイバ45にて、このパルスレーザ光Ｌのリチウムコイン電池２への照射にて放出される蛍光Ｆを伝送させることによって、このレーザ伝送光ファイバ45と蛍光伝送光ファイバ62とを併用できるので、この蛍光伝送光ファイバ62を短くできるから、漏洩検出装置１をより小型化できる。

なお、上記各実施の形態では、ＹＡＧレーザ発振器42から発振させるレーザ光を連続出力にするとレーザ光の出力が無駄になるので、このＹＡＧレーザ発振器42から発振させるレーザ光を、パルスを用いたパルス状のパルスレーザ光Ｌとすると、出力の無駄を少なくできるからより効果的である。

本発明の第１の実施の形態の漏洩検出装置を示す説明構成図である。 同上漏洩検出装置にて漏洩を検査する検査対象物である電池を示す説明断面図である。 同上電池を示す斜視図である。 同上漏洩検出装置の集光照射手段を示す説明構成図である。 同上集光照射手段にて集光されたレーザ光を電池に照射させた状態を示す説明平面図である。 同上電池の漏洩検査結果を示すグラフである。 同上電池に照射させるレーザ光の照射エネルギと電池から放出される蛍光の強度変化との関係を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態の漏洩検出装置の一部を示す説明構成図である。 同上漏洩検出装置の回転レンズを示す説明平面図である。 同上漏洩検出装置にて集光されたレーザ光を電池に照射させた状態を示す説明平面図である。 本発明の第３の実施の形態の漏洩検出装置の一部を示す説明構成図である。 同上漏洩検出装置にて集光されたレーザ光を電池に照射させた状態を示す説明平面図である。 本発明の第４の実施の形態の漏洩検出装置の一部を示す説明構成図である。 同上漏洩検出装置にて集光されたレーザ光を電池に照射させた状態を示す説明平面図である。 本発明の第５の実施の形態の漏洩検出装置を示す説明構成図である。

１ 漏洩検出装置
２ リチウムイオン電池であるリチウムコイン電池
３ リチウム電解液
26 ガスケット
41 レーザ光照射手段
42 レーザ発振器としてのＹＡＧレーザ発振器
44 光ファイバ入射系
45 レーザ伝送光ファイバ
51 集光照射手段としての縮小集光光学系
57 走査手段としての運搬装置
67 検出手段としての判定装置
Ａ 漏洩予想領域
Ｆ 蛍光
Ｌ レーザ光としてのパルスレーザ光

Claims (7)

1. リチウム電解液が収容されこのリチウム電解液の漏洩が予想される漏洩予想領域を有するリチウムイオン電池の前記漏洩予想領域からの前記リチウム電解液の漏洩を検出する漏洩検出装置であって、
   レーザ光を発振させるレーザ発振器、このレーザ発振器から発振されたレーザ光を集光させる光ファイバ入射系、および、この光ファイバ入射系にて集光されたレーザ光を伝送するレーザ伝送光ファイバを備え、このレーザ伝送光ファイバにより伝送されたレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、
   このレーザ光照射手段にて照射されたレーザ光を、前記リチウムイオン電池の漏洩予想領域に対応させた所定形状に集光して照射させる集光照射手段と、
   この集光照射手段により前記リチウムイオン電池へエネルギ密度５０ｍＪ／ｍｍ ^２ 以上２５０ｍＪ／ｍｍ ^２ 以下の範囲でレーザ光を照射して得られたプラズマにて発生する蛍光に基づいて前記リチウムイオン電池からの前記リチウム電解液の漏洩を検出する検出手段と
   を具備したことを特徴とした漏洩検出装置。
2. リチウムイオン電池は、内部にリチウム電解液を密閉させるガスケットを有し、
   集光照射手段は、前記リチウムイオン電池のガスケットの近傍に向けてレーザ光を照射させる
   ことを特徴とした請求項１記載の漏洩検出装置。
3. レーザ光照射手段は、リチウムイオン電池のガスケットの内側に向けてレーザ光を照射する
   ことを特徴とした請求項２記載の漏洩検出装置。
4. レーザ光照射手段は、環状のレーザ光をリチウムイオン電池に照射する
   ことを特徴とした請求項１ないし３いずれか記載の漏洩検出装置。
5. レーザ光照射手段は、短径と長径との比が０．１以下の扁平な楕円形のレーザ光をリチウムイオン電池に照射する
   ことを特徴とした請求項１ないし３いずれか記載の漏洩検出装置。
6. レーザ光照射手段は、複数の円形なレーザ光のそれぞれをリチウムイオン電池のガスケット近傍に照射する
   ことを特徴とした請求項２または３記載の漏洩検出装置。
7. レーザ光照射手段からのレーザ光でリチウムイオン電池を走査させる走査手段を具備した
   ことを特徴とした請求項１ないし６いずれか記載の漏洩検出装置。

Images