JP4968668B2 - ハウジングなどの漏れ検査装置 - Google Patents

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本発明は超音波を検出することにより、機械部品のハウジング類やその他の容器の漏れを検査する装置に関するものである。
液体や気体を収容する容器は無数に存在し、これら容器は密閉されて収容した液体や気体が漏れないようになっている。従って、燃料タンクやドラム缶などの密閉型の容器類や機械装置を構成するハウジング類は、収容する液体や気体が漏れるか否かを検査する必要がある。これらの容器やハウジング類などの被検査物の漏れ検査は従来から様々な方式で行なわれて来ている。
(1)泡式漏れ検査と称される方法は、エアーやガスなどが圧送される配管の継手部などに粘性の液をスプレーし、泡の発生状況から漏れ検査を行なっている。
(2)水没式漏れ検査と呼ばれる方法は、被検査物の内部にエアー又は窒素ガスを注入・密閉して水没させ、気泡の発生状況から漏れ検査を行なっている。
(3)ヘリウム式漏れ検査と呼ばれる方法は、被検査物の内部を真空にしてヘリウム濃度により漏れ検査を行なっている。
(4)容器内部の空気の圧力を高めて、内部の空気が小さな穴を通って外部に漏れるときに発生する超音波を検出して、漏れ検査を行なう方法が発明されている。
特許第3387577号に係る「ビール樽の漏れ検査装置」は、ビール樽全体を収容可能な凹部が形成された固定遮音装置と、ビール樽の上面および底面のうちの、手で持つための孔が設けられている側の面が置かれ、固定遮音装置の凹部開口端面と密着して前記ビール樽全体を密閉する空間を形成するテーブルと、固定遮音装置内に設けられ、圧縮空気が充填された前記ビール樽の空気漏れにより発生する超音波を検出することで前記ビール樽の漏れの有無を検査する第1の超音波検出器および第2の超音波検出器とを備え、前記第1の超音波検出器が、前記ビール樽の、前記テーブルと対向する面とは反対面の近傍に設けられ、前記第2の超音波検出器が、前記ビール樽の前記テーブルに置かれる面側にある前記孔の近傍に設けられ、前記第1の超音波検出器および前記第2の超音波検出器の各々は、音波をピックアップする音波センサーと、該音波センサーでピックアップした音波の信号から、空気漏れとして判断される超音波の周波数帯域の信号のみをパスするバンドパスフィルタとを有し、該バンドパスフィルタを経た信号から、前記ビール樽の漏れの有無を検出することができる。
特開平11−142279号に係る「超音波式漏れ検査装置」は、配管の継部や、燃料タンクなどの容器類あるいはゴムや合成樹脂の袋状のものなどの漏れの測定作業を容易とし、的確に漏れを検出する超音波式漏れ検査装置である。そこで、漏れ音を検出する超音波検出器と、該超音波検出器の出力信号を入力し予め定めた狭帯域の周波数のみを通過させる帯域フィルタと、該帯域フィルタの出力信号を検波する検波器とを備えている。
特許第3387577号に係る「ビール樽の漏れ検査装置」 特開平11−142279号に係る「超音波式漏れ検査装置」
このように漏れを検査する方法は色々知られているが、
(1)漏れ検査部に粘性の液をスプレーする泡式漏れ検査は、検査工数がかかり検査終了後に拭取りなどの作業も必要とし、煩わしい作業となっている。又見落としなどの誤検査をする虞や、微小な漏れの場合には漏れ検査が難しいといった問題がある。
(2)内部にエアー又は窒素ガスを圧入して水没させる水没式漏れ検査は、検査後に乾燥などの作業が必要となり極めて工数のかかる煩わしい作業となっており、しかも微小の漏れの場合には漏れの検出が難しいといった問題がある。
(3)内部を真空にしてヘリウムにより漏れ検査を行なうヘリウム式漏れ検査は、検査装置が極めて高価であり、又、検査に使用するヘリウムも極めて高価で工数のかかる煩わしい作業である。
(4)容器内部に高圧の空気を封入し、空気が漏れる際に発生する超音波を検出する方法は、密閉型の容器を検査するには都合がよいが、穴や開口部の多い機械装置のハウジング類などの漏れを検査するには不都合が多い。
本発明が解決しょうとする課題はこれら問題点であり、簡単な構造で機械装置のハウジング類などの漏れを正確にしかも短時間で容易に検出する画期的な超音波検出に基づく漏れ検査装置を提供する。
本発明に係る超音波検出による漏れ検査装置は、予め用意した圧力容器(計測室)の中に被検査物を入れ、所定の圧縮空気(又は任意の圧縮気体)を内部に充填する。被検査物に設けている開口部や穴は閉じられ、計測室の空気は被検査物内に侵入しないように密閉される。従って、被検査物は圧縮空気によって外表面が加圧される。ここで、被検査物に微小穴が存在する場合、空気が被検査物内部へ流れ込み、この際に被検査物の内側端面と空気との摩擦により超音波が発生する。
本発明では超音波受信機を被検査物内部又は開口部付近に配置して発生する超音波を検出することが出来る。本発明は超音波解析装置を備えていて、超音波受信機によって検出された超音波の波形が解析され、存在する穴の大きさが分かるようにしている。すなわち、発生する超音波の振幅(大きさ)に基づいて穴の大きさを知り、この穴の大きさが許容可能か否かが超音波解析装置の画面に表示される。
ところで、漏れ検査装置は圧力容器となる計測室を有し、該計測室は開閉可能な構造とし、内部には被検査物を設置する台を備えている。そして、計測室が閉じると共に被検査物に設けている開口部や穴を密閉して該被検査物が密閉状態となる為のシール手段を計測室内側に取付けている。超音波受信機は計測室の内側に取付けられ、該計測室が閉じられることで超音波受信機は開口部から被検査物の内部に、又は被検査物の開口部付近に配置される。計測室に充填される圧縮空気は、被検査物に微細な穴が存在するならば、該穴から空気が内部へ流入し、この際発生する超音波を超音波受信機にて検出するが、シールされて密閉状態となった被検査物の内圧が上昇しないように計測室の側壁又は蓋には大気と連通する通気穴が形成されている。
本発明の超音波検出による漏れ検査装置は、被検査物を計測室に設置して外側より該被検査物に圧縮空気を与えて欠陥部(微小穴)より内部に空気を流入させることが出来、この際に発生する超音波をマイクロフォン(超音波受信機)にて感知し、被検査物の良否の判断を行なうことができる。本発明は、従来の検査方法に比べ瞬間的に検査が出来る点が優れ、検査を行なう為に時間を必要としないところであり、又、そのことで従来技術では往々に発生していた人的ミス(ヒューマンエラー)による誤判断などのポカミスがなく信頼性が高くなる。
本発明は、被検査物の外側を圧縮空気で加圧して内部に空気が流入する際に発生する超音波を検出するものであり、指向性の高い音波がマイクロフォンの方向へ集まり易くなり、その為に微細な漏れを的確に検出することが出来る。又、本発明によれば、被検査物の外側を加圧することでマイクロフォン方向に発生する超音波を集めて受信できるので、大きな被検査物や形状が複雑な被検査物でも最小数のマイクロフォンで高精度の漏れ検査を行うことが出来る。
図1は本発明に係る超音波検出による漏れ検査装置の全体構成図を示している。同図の1は計測室、2は被検査物、3は超音波受信機であるマイクロフォン、4は超音波解析装置、5は画像モニターを夫々表している。計測室1は圧力容器6と容器蓋7とで構成し、スライドして圧力容器6は開閉することが出来、計測室1の内部には被検査物2が設置されている。そして、圧力容器6には空気供給管8と空気排出管9が接続され、計測室1内部の空気圧を調整することが出来る。
同図に示している被検査物2は計測室1に設けている台(図示なし)に載って設置され、空気供給管8から空気を供給して計測室1に充填することで計測室1の内部を高い内圧とする。ところで、被検査物2は一種の容器であって、前開口10、後開口11、側部開口12,12が設けられていて、計測室1に供給される空気が被検査物2の内部へ流入しないようにシールされている。
そこで、圧力容器6の後壁25には後開口シール13が、容器蓋7には前開口シール14が、そして同図に表していないが側部開口シールが夫々設けられ、圧力容器6がスライドして容器蓋7が組み合わされると同時に、前開口10には前開口シール14が当り、後開口11には後開口シール13が当ってシールされ、そして側部開口12,12には側部開口シールが当ってシールされる。従って、被検査物2の各開口は全て閉じられて密閉される。
この状態で空気供給管8から空気が送られて計測室1の内部は高圧となる。計測室1から空気が漏れないように、容器蓋7には蓋シール15が取付けられ、スライドした圧力容器6の先端は蓋シール15に当接して密閉されている。従って、計測室1に充填した空気は外に漏れることもなく、又被検査物2へ流入することもない。しかし、被検査物2に欠陥部となる微細穴が存在しているならば、この微細穴から空気が被検査物2の内部へ侵入する。
容器蓋7にはマイクロフォン3が取付けられ、被検査物2の前開口10の付近に位置している。従って、空気が微細穴から流入して超音波が発生するならば、この超音波は該マイクロフォン3にて検出することが出来る。マイクロフォン3には受信感度を調整する機構があり、一定の受信感度の調整を行い受信した音を専用のケーブル16を介して超音波解析装置4へ送られる。この超音波解析装置4には微小穴の大きさと超音波の関係が前以て設定されていて、許容可能な微小穴が入力され、解析された超音波の大きさに基づいて被検査物2の合否が判断される。そして、画像モニター5には合否の文字を表示する。
被検査物2の外表面に作用する空気の圧力と超音波による漏れ検出精度との間には一定の関係がある為に、所定の空気圧に達したことを確認してから検査が行われる。又、外部の音が検査に影響しないように、計測室1が閉じた場合には外部との気密性が保たれている。
被検査物2の漏れ検出精度を高めることと良否の誤判定を避ける為に、被検査物2に設けている前開口10、後開港11、及び側部開口12,12の端面に密着する各シールを用いて被検査物2を完全な密閉状態にした上で計測室1の内部17へ圧縮空気を充填する構成としている。
又、被検査物2の内部18は常に大気圧に保てるように、容器蓋7には空気穴19が設けられ、被検査物2の内部18に流入する際の差圧が一定になるような構成としている。又、空気穴19を設けることで、もし被検査物2の内部18へ異常な量の空気が流入してもマイクロフォン3の受信素子を保護する効果を持たせることが出来る。
超音波解析装置4にて音の解析処理が行なわれ、その情報が瞬時に出力画像として画像モニター5に表示される構成としている。超音波解析装置4では、予め一定の条件下にて欠陥の無い被検査物2を用いて測定を行い、良否の判定を行なう閾値を超音波解析装置4に入力しておくことで、欠陥品とそうでない被検査物2との判定を、解析した超音波の大きさで行なうことが出来る。
本発明では、一連の動作により実施された漏れ検査が完了すると、完了信号が超音波解析装置4より出され、計測室1の内圧がOとなるように充填された空気が空気排出管から排出される。そして、圧力容器6が後退して容器蓋7から離れ、被検査物2を台から取外すことが出来る。
図2は被検査物2の具体例としてディファレンシャルケース20を示している。このディファレンシャルケース20は車両のエンジン動力を後輪に伝える為のギア装置が収容されるハウジングであり、エンジンのトランスミッションから延びるプロペラシャフトが嵌る前開口を有し、両側には後輪シャフトが嵌る側部開口を形成している。そして、後方には後開口を有し、後開口には蓋が取付けられる。このディファレンシャルケース内にはギア装置が収容されると共にオイルが入っている。従って、該オイルが漏れないように、車両に取付けられる前には漏れ検査が必要とされる。
図3は本発明の漏れ検査装置を表している概略図であり、被検査物2であるディファレンシャルケース20は取付けられていない。本体21には圧力容器6がレール22の上に設けられて、該レール22に沿ってスライドすることが出来る。そして、本体21から垂直に起立した容器蓋7にはテーブル23が水平に取着されている。勿論、圧力容器6の後壁25には後開口シール13が、容器蓋7には前開口シール14が取付けられている。
図4は上記ディファレンシャルケース20をテーブル23の上に設置した場合であり、その後圧力容器6は容器蓋7の方向(矢印方向)へスライドすることが出来、図5に示すように圧力容器6には容器蓋7が組み合わさって計測室1として構成される。圧力容器6の先端は容器蓋7に当接して密閉した計測室1と成り、これは前記図1に示した場合と同じである。テーブル23に載置したディファレンシャルケース20はその後側が後開口シール13に当って押され、前側は前開口シール14に当接するが、ディファレンシャルケース20は後開口シール13と前開口シール14とで挟まれるように該テーブル上でスライド可能に載置されている。
図6は被検査物2の後開口11と前開口10のシール構造を表している。圧力容器6がスライドして容器蓋7に当接することで、後側には後開口シール13が、前側には前開口シール14が当って後開口11と前開口10がシールされて密閉する。しかし、開口面積が大きな後開口11には僅かな微小隙間が介在する虞がある為に、計測室1の内圧を高めることでシール効果を向上させる構造としている。
リング状の後開口シール13には板状の補助シール24が貼り合わされ、この状態で後壁25に取着しているシール枠26に取付けられている。シール枠26には凹部が形成され、この凹部に補助シール24が嵌ると共に該補助シール24には上記リング状の後開口シール13が貼着されている。リング状の形態は円形であっても四角形であってもよいが、シール枠26と補助シール24との間には僅かな隙間27を設けている。
そこで、計測室1へ空気を供給して内部17の圧力を高めるならば、図6(b)
に示すように後開口シール13及び補助シール24が変形する。すなわち、隙間27に空気が侵入して補助シール24の中央部が被検査物2の内側へ膨らむことになり、後開口11を完全密閉シールすることが出来る。このように補助シール24及び後開口シール13が被検査物2の内部18側へ膨らんでも内部18の圧力が上らないように、すなわち空気が逃げるように前開口シール14の中央部には大きな穴が貫通し、しかも容器蓋7には空気穴19が貫通していて、被検査物2の内部18は常に大気圧となっている。
図7は被検査物2の側部開口12,12をシールする構造を表している。すなわち、図1における縦断面を表している。計測室1の圧力容器6の側壁にはエアシリンダー28,28が取着され、該エアシリンダー28,28から延びるピストンロッド29,29の先端には側部開口シール30,30が取付けられている。そこで、圧力容器6が閉じてピストンロッド29,29が突出するならば、側部開口シール30,30が被検査物2の側部開口12,12に当ってシールすることが出来る。
そして、空気供給管8から空気を供給して計測室1の内部17の圧力を高めるならば、側部開口シール30,30の背面にも圧力Pが作用して被検査物2側へ押圧し、側部開口12,12は隙間なく密閉される。ここで、シールの材質は特に限定するものではないが、一般にゴムや合成樹脂が使用される。側部開口シール30は金属板にゴムや合成樹脂で構成されるシール材が固着した構造となっている。
そして、このように各シールにて開口部や穴を密閉した状態で計測室1の内圧を高めた場合、被検査物2に欠陥部となる微小穴が存在するならば、該微小穴から空気が内部18へ流入する。この流入に際して発生する超音波がマイクロフォン3にて検出される。発生する超音波は被検査物2の材質や微小穴の大きさや形状によって異なるが、一般には20〜100KHzの領域が使用され、設定されている超音波の振幅の大きさにて判定される。そして、計測室1の圧力は一般に5Kg/cm〜40Kg/cmに加圧される。
本発明では超微小穴である3μmの大きさからの漏れを検出することが出来、しかも検査時間は従来の方式の約1/10である。そして、被検査物2としては、自動車用部品としては、アルミ鋳造、ロウ付け部品、カーコンプレッサー、ポンプ、熱交換器、タンクなど、家電部品としては溶接、ロウ付けした部品で、コンプレッサー、バルブ、熱交換器など、電子部品関連ではICパッケージ、振動子などの電子部品、セラミック、CANパッケージなどに使用することが出来る。
本発明に係る漏れ検査装置を示す実施例。 被検査物の具体例であるディファレンシャルケース。 本発明の漏れ検査装置の概略図。 漏れ検査装置のテーブルにディファレンシャルケースを設置した場合。 漏れ検査装置の圧力容器が閉じた場合。 被検査物の前開口と後開口のシール構造。 被検査物の側部開口のシール構造。
1 計測室
2 被検査物
3 マイクロフォン
4 超音波解析装置
5 画像モニター
6 圧力容器
7 容器蓋
8 空気供給管
9 空気排出管
10 前開口
11 後開口
12 側部開口
13 後開口シール
14 前開口シール
15 蓋シール
16 ケーブル
17 内部
18 内部
19 空気穴
20 ディファレンシャルケース
21 本体
22 レール
23 テーブル
24 補助シール
25 後壁
26 シール枠
27 隙間
28 エアシリンダー
29 ピストンロッド
30 側部開口シール











Claims (3)

  1. 鋳鉄やアルミ合金鋳物又は鉄板を溶接等して形成した穴や開口部を持つハウジング類又は容器の漏れを検査する装置において、動力で開閉する計測室を有し、該計測室は閉じたときに外部に対して気密性を保つシール機能を備えると共に計測室には被検査物を入れ設置する台を有し、又被検査物に開いている穴や開口部を塞ぐ手段を有し、上記計測室の開口部又は穴に面した壁面近傍に超音波を受信できる超音波受信機を取付け、上記計測室の内部へ気体を供給することが出来る気体供給管を接続し、そして気体を計測室内へ供給することで被検査物の外部圧力を被検査物の内部の圧力より高くすることが出来ると共に上記計測室の内部の圧力を検出する手段を有し、被検査物の外部の気体が被検査物の内部に流入する際に発生する超音波を上記超音波受信機で受信し、上記超音波受信機で受信した超音波信号の強さを検出することにより漏れが許容できるか否かを判定そして、上記開口を塞ぐ為のシール手段として、リング状のシールに比較的薄い板状の補助シールを貼着し、これをシール枠に取付け、そして該シール枠と補助シールとの間には僅かな隙間を残し、計測室の内圧を高めた際に補助シール及びリング状シールが被検査物の開口部側に膨らむようにしたことを特徴とする超音波式漏れ検査装置。
  2. 鋳鉄やアルミ合金鋳物又は鉄板を溶接等して形成した穴や開口部を持つハウジング類又は容器の漏れを検査する装置において、外部に対して遮音機能のある動力で開閉する圧力容器と容器蓋で構成する計測室を有し、上記計測室は閉じたときに外部に対して気密性を保つシール機能を備えると共に計測室には被検査物を入れて設置する台を有し、又被検査物に開いている穴や開口部を塞ぐ手段を有し、上記計測室の1つの壁面近傍には超音波を受信できる超音波受信機が少なくとも1つ設置されており、上記被検査物の穴や開口部の1つが上記被検査物の外側と気密的に遮断されると共に上記超音波受信機の受信部は上記被検査物の内部空間とが連通するように置かれ、そして超音波受信機の受信部が露出する空間は大気圧となるように穴や管などで計測室の外部に繋がれ、上記計測室内部に高圧の空気又はその他任意の気体を送り込むことにより、被検査物の外部の圧力を被検査物の内部の圧力より高くすることができる気体供給管を計測室に接続すると共に上記計測室内部の圧力を検出する手段を有し、上記計測室内部の圧力が予め設定した圧力に達した時に、被検査物の外部の気体が被検査物の内部に流入する際に発生する超音波を上記超音波受信機で受信し、超音波受信機で受信した超音波信号を解析する超音波解析装置を備え、解析した超音波の強さを検出することにより漏れが許容できるか否かを判定そして、上記開口を塞ぐ為のシール手段として、リング状のシールに比較的薄い板状の補助シールを貼着し、これをシール枠に取付け、そして該シール枠と補助シールとの間には僅かな隙間を残し、計測室の内圧を高めた際に補助シール及びリング状シールが被検査物の開口部側に膨らむようにしたことを特徴とする超音波式漏れ検査装置。
  3. 上記計測室に被検査物を所定の位置に設置した際に、他の開口部をシールする手段としてゴム又は合成樹脂を介して板状の部品を押し当てる構造とした請求項1、又は請求項2記載の超音波式漏れ検査装置。
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