JP7281994B2

JP7281994B2 - 非破壊解析装置

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Publication number: JP7281994B2
Application number: JP2019142769A
Authority: JP
Inventors: 真典国本; 法仁冨樫; 雅美富澤; 健守田
Original assignee: Toshiba IT and Control Systems Corp
Current assignee: Toshiba IT and Control Systems Corp
Priority date: 2019-08-02
Filing date: 2019-08-02
Publication date: 2023-05-26
Anticipated expiration: 2039-08-02
Also published as: JP2021025848A

Description

本発明の実施形態は、解析対象の物品（以下、被検査物という）に外部から物理的エネルギーを与えた場合に発生する被検査物の内部変化を、Ｘ線等の放射線検出器を使用して解析する非破壊解析装置に関する。

Ｘ線検出器を使用した非破壊解析装置の被検査物として、電気自動車やプラグインハイブリットに搭載されている高エネルギーで高密度のリチウムイオン電池を対象としている。
リチウムイオン電池は、異物の混入、衝撃などによって発火・発煙・爆発という危険な現象を生じることがある。これを解明するために、例えば、特許文献１に示すように、電池に対して釘刺しのようなピンポイントで圧力・衝撃を加え、釘刺しの度合いと電池内部の膨張、発熱、発煙、発火などの関係を解析することが行われている。

この従来技術によれば、衝撃によって変形する被検査物の内部の形状変化をＸ線透過像として撮影し、それをスローモーション再生することにより、与えられた圧力・衝撃とそれに対応する被検査物の経時的な変化を視覚的に捕えることができる利点がある。

一方、特許文献１のようなＸ線検出器を使用することがない釘刺しタイプの検査装置として、特許文献２に示すものも知られている。このタイプの検査装置は、釘を被検査物に挿入することで、被検査物の電気的、物理的特性を計測するものであるが、Ｘ線による内部の透視機能を持たないため、検出した特性と被検査物の変形関係を検出することはできない。この特許文献２に使用されている釘は、先端に導電性部材を設けて、その導電性部材を経由して短絡電流や内部発生熱を検出する。

特開２０１９－９０８０２号公報特開２０１０－２５０９５４号公報

特許文献２の検査装置に使用されている釘は、特許文献２の段落００３９にあるように、鉄、銅、ニッケル、アルミニウム、ステンレス、チタン、炭素材料などである。しかし、Ｘ線検出器を使用した検査装置に対して、特許文献２の釘を使用すると、釘の先端の線減弱係数が低いことから、釘の先端と被検査物を構成する材料、例えば電極の銅材料や電極に塗布されているコバルト化合物などとの区別が付きにくく、鮮鋭な透視画像を得ることができない。特に、リチウムイオン電池にあっては、正極としてアルミニウム、負極として銅、セパレータとして樹脂材料のような線減弱係数の低い材料が使用されることから、被検査物の線減弱係数に近い従来技術の釘では、電池材料との判別が難しい。

また、特許文献２の検査装置は、釘の先端に導電性部材が１個所のみ設けられていることから、リチウムイオン電池のように多層にわたって肉厚の薄い単位電池が積層されている場合、導電性部材が接触した１つの階層のデータしか測定できない。すなわち、釘によってある大きさの衝撃を加えた場合に、釘は複数の階層を貫通あるいは変形させることになるが、特許文献２の検査装置では、釘の先端が接触している階層のデータしか検出できない。

このような問題点は被検査物がリチウムイオン電池の場合に限るものではなく、他の物品においても同様に発生する。

本実施形態は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものである。本実施形態の目的は、被検査物と釘とが明確に区別された鮮鋭な透視画像を得ることのできる非破壊解析装置を得ることにある。

第１実施形態の非破壊解析装置は、次のような構成を有する。
（１）被検査物に対してＸ線を放射するＸ線発生器。
（２）前記Ｘ線の進路に設置され前記被検査物を載置する試料テーブル。
（３）前記被検査物を透過したＸ線を検出して可視光データとして出力するＸ線検出器。
（４）前記被検査物に対して物理的エネルギーを加える釘刺し装置。
（５）前記釘刺し装置に設けられ、先端部が線減弱係数の高い材料を含む釘。
（６）前記釘刺し装置からの物理的エネルギーによって変化した被検査物の状態を測定する計測装置。
（７）前記線減弱係数の高い材料は、線減弱係数がＸ線のエネルギー１００ｋｅＶにおいて１０ｃｍ ^－１以上である。
（８）前記釘が絶縁された複数の導電部を備え、前記釘の先端部において各導電部の先端が釘の軸方向の異なる位置に露出しており、前記釘が前記被検査物に挿入されると前記各導電層が当該被検査物の異なる深さに達することになる。

前記実施形態において、次のような構成を採用すると良い。
（１）釘さし方向と垂直な軸を回転中心としてＸ線発生器１及びＸ線検出器３を回転させる回転装置と、前記Ｘ線と交差する回転軸に対し前記試料テーブルと前記Ｘ線とを相対的に回転させる回転装置と、前記回転の多数の方向で検出された透過像から前記被検査物の断層像を再構成する画像構成装置を設ける。
（２）前記の釘材料は、電池の内部短絡などによる高温化に耐える必要があり、たとえば融点が１０００℃以上である。
（３）前記の釘材料は、たとえば体積抵抗率が、１００℃において１０×１０^－６以下とする。

第１実施形態の非破壊解析装置のブロック図。第１実施形態における釘の一例を示す側面図。第１実施形態における釘の他の例を示す断面図。第１実施形態における釘の更に他の例を示す断面図。被検査物の一例を示す拡大断面図。第２実施形態の非破壊解析装置のブロック図。

以下、本発明の実施形態について説明する。実施形態において、被検査物Ｗは、積層構造をなすリチウムイオン電池（電池と略記する）とする。検査対象の電池としては、通常の市販対象製品はもちろんであるが、電池内部の線減弱係数の低い部材、例えば樹脂製のセパレータなどの状態を鮮明に把握するため、図５に示すような評価用電池を使用することができる。この評価用電池は、アルミニウム製の正極Ｗ１、銅製の負極Ｗ２及び樹脂製のセパレータＷ３を備え、セパレータＷ３の両側に線減弱係数の高い材料、例えば金（Ａｕ）の薄膜Ｗ４を積層したものである。

［１．第１実施形態］
［１－１．実施形態の構成］
第１実施形態の非破壊解析装置では、図１のブロック図に示すように、放射線源であるＸ線発生器１と、被検査物Ｗを載せる試料テーブル２と、Ｘ線発生器１から放射されたＸ線ビームを受光するＸ線検出器３が、Ｘ線の光軸に沿って所定の間隔を保って配置される。

Ｘ線発生器１は、水平方向に円錐状のＸ線ビームを発するもので、Ｘ線ビームは試料テーブル２上に載置された被検査物Ｗを透過して、Ｘ線検出器３に達する。Ｘ線発生器１には、そのＦＯＤ、視野、撮影方向の少なくとも１つを変更するためのＸ線発生器駆動機構１１が設けられる。

試料テーブル２は、垂直方向の軸を中心として試料テーブル２を回転させる回転駆動機構２１と、Ｘ線の光軸方向Ｘ及び光軸と直交する水平方向Ｙと垂直方向Ｚに試料テーブル２を移動させるＸＹＺ駆動機構２２を備える。ＸＹＺ駆動機構２２は、回転駆動機構２１の上に載置される。回転駆動機構２１とＸＹＺ駆動機構２２は、起動及び停止と駆動量を制御する制御装置６に接続される。

Ｘ線検出器３は、被検査物Ｗを透過したＸ線を検出して可視光データとして出力するものであり、その出力側にはＸ線検出器３から出力された画像データを作業者が希望する形態で図示しないディスプレイに出力する画像構成装置５が接続される。Ｘ線検出器３には、Ｘ線検出器３を光軸方向に移動させるＸ線検出器駆動機構７が設けられ、このＸ線検出器駆動機構７が制御装置６に接続される。

試料テーブル２に載置された被検査物Ｗの近傍には釘刺し装置８が設けられる。釘刺し装置８は、電池に刺さる釘８１と、釘８１を電池に対して出没させる操作装置８２と、操作装置８２の駆動機構８３を備える。駆動機構８３は制御装置６に接続され、制御装置６は駆動機構８３による釘８１の移動速度、移動方向及び距離（例えば、電池表面からの角度、侵入距離）、侵入圧力及び移動の開始並びに停止を制御する。

釘８１は、図２に示すように、軸部８１ａと先端部８１ｂを備える。軸部８１ａは、従来から公知の鉄、銅、ニッケル、アルミニウム、ステンレス、チタン、炭素材料などによって構成される。先端部８１ｂは、被検査物の素材に比較して線減弱係数が高い材料で、１００ｋｅＶにおいて１０ｃｍ^－１の基準で、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、金又は銀メッキ素材、タングステン、モリブデン、ロジウムなどから構成される。中でも、被検査物Ｗが電池の場合には、電極に使用されるアルミニウムや銅を貫通するに十分な強度と、電極の透過線像に比較して濃度が高い映像が得られるタングステンが適している。なお、先端部８１ｂに限らず、釘８１の全体を線減弱係数が高い材料で構成しても良い。

釘８１の先端は電池内部の正極と負極の短絡による発熱に絶え入るために、銅材料の融点８００℃以上であることから、材料融点が１０００℃以上で形状を維持する。そして、電気短絡回路であることから、体積抵抗率が１００℃基準で１０×１０^－６Ωｃｍ以下の材料により短絡事象に影響しない材料で構成する。

釘８１の先端形状は、被検査物の強度、肉厚、貫通孔の寸法や形状に応じて適宜使用できるが、例えば、円錐、三角錐、四角錐、多角形円錐などのコーン形状を使用できる。特に、電池の正極と負極の間に存在する樹脂性のセパレータは、釘の形状により伸びやすいことから円錐、三角錐、四角錐、多角形円錐などの形状で貫通しやすくする。釘８１は、先端部の角度αを被検査物によって０°を超える任意の先端角度が違うものを使用することが可能である。例えば、被検査物Ｗの押される方向に圧力センサーを設置し、圧力ごとに先端角度が違う釘８１を使い分けることで、被検査物Ｗに釘８１を確実に貫通することができる。また、先端部の角度αを１８０°にすると押し潰しが行える。

同様に、釘８１の太さＹを被検査物Ｗによって変えることができ、例えば、被検査物Ｗの押される方向に圧力センサーを設置し、圧力ごとに釘の太さＹが違う釘８１を使い分けることで被検査物に釘８１を確実に貫通することができる。更に、釘８１として、その先端部８１ｂの表面粗さμが非常に小さいものを使用することが好ましく、表面粗さμが小さいことで、被検査物Ｗを確実に貫通することができる。

釘８１としては、図２に示すような軸部８１ａと先端部８１ｂがそれぞれ無垢の素材からなる充実体で構成されるもの以外に、例えば、図３に示すような同心円状の多層構造を有するものを使用することができる。すなわち、図３の釘８１は、軸部８１ａの基部及び中心部に導電性の材料（例えば、銅やアルミニウム）からなる複数の導電層ａ～ｅを図示しない絶縁層を挟んで積層し、最外周を絶縁部材Ｐで被覆したものである。これらの導電層ａ～ｅは、釘８１の先端部８１ｂまで達しており、コーン形状になった先端部８１ｂの斜面に露出している。なお、図示しないが、導電層ａ～ｅの露出部分の表面には、線減弱係数が高い材料が膜状に設けられている。

電池の近傍には計測装置９が設けられる。本実施形態において、計測装置９としては、電池の電圧及び電流を計測する電圧計９１と電流計９２、電池の周辺及び釘８１の温度を計測する温度センサー９３、電解液の沸騰状態を判定するガス検出器９４、電池の変形量を測定する歪み計９５及び光電管９６が設けられる。釘刺し装置８には、計測装置９として、釘８１が電池に刺さる過程で加わる反力を計測する圧力計９７及び加速度センサー９８が設けられる。

図３に示す多層構造の釘８１を使用した場合、釘８１の各導電層ａ～ｅは、リード線及び抵抗を経由して電圧計９１や電流計９２に接続される。電圧計９１や電流計９２は被検査物Ｗである電池の正極あるいは負極である各層Ａ～Ｅに接続され、針８１が電池を貫通した場合に、電池の各層Ａ～Ｅ、釘８１の各導電層ａ～ｅ、電圧計９１または電流計９２の回路が閉じて、釘刺し状態における電池各層の電気的特性が計測される。図４に示すように、多層構造の釘８１を温度センサー９３に接続する場合には、釘８１の各導電層ａ～ｅを温度センサー９３の各チャンネルＣＨ１～ＣＨ５にリード線を解して接続することにより、１本の釘８１により電池各層の温度特性を同時に計測する。

制御装置６には、Ｘ線発生器１の照射角度、試料テーブル２及びＸ線検出器３の移動位置や移動方向、釘刺し装置８の釘８１の移動速度、移動方向及び距離などを作業者が予め設定するための入力装置６１が設けられる。入力装置６１は、図示しないキーボード、マウスなどの入力装置、ネットワークなどの外部装置などから構成される。制御装置６には、計測装置９で得られたデータ値と、そのデータ値に対応する被制御装置の制御データを保存するメモリやハードディスクなどの記憶装置６２が設けられる。

［１－２．実施形態の作用］
（１）Ｘ線透視画像の撮影
本実施形態においては、試料テーブル２の上に被検査物である電池を置いた状態で釘刺し装置８を駆動し、釘８１を電池に突き刺す。この場合、釘８１の進行方向は、電池内の層状に並んだ電極に垂直な方向とする。釘８１の突き刺す速度や方向、突き刺す深さについては、入力装置６１を用いて制御装置６に予め設定しておく。一例として、釘８１の起動から釘８１の先端が電池の所定の深さに達するまでの時間は十秒程度である。

釘８１の起動と同時にあるいは釘８１の起動から一定の時間経過後に、Ｘ線発生器１からＸ線を放射し、釘８１の移動状態とそれに伴う電池の変形状態をＸ線で透視し、Ｘ線検出器３によって受光することによって釘８１の移動状態とそれに伴う電池の変形状態のＸ線透視画像を得る。画像構成装置５によって生成されるＸ線透視画像は、画像構成装置５においてスローモーション映像に変換され、図示しないディスプレイに表示されても良い。

本実施形態では、釘８１の先端部８１ｂは、線減弱係数の高い材質から構成されているため、釘８１の移動状態とそれによって変形させられる電池の各部位の変形状態とが明確に区別される。その結果、電極の何層目に釘８１が刺さったか明確になり、電極１層の詳細な解析が可能になる。この際、図５に示す評価用電池を使用すると、線減弱係数が低い材料のセパレータＷ３についても、その表面に積層された線減弱係数の高い材料からなる薄膜Ｗ４によって輪郭が浮かび上がった状態のＸ線透視画像が得られる。

図３のような多層構造の釘８１を使用した場合は、釘８１が電池内部に挿入されると、各導電層ａ～ｅが電池の異なる深さに達することになるので、電池の異なる階層ごとの電気負荷等を把握して計測装置９に出力することができる。図４のように、多層構造の釘８１を温度センサー９３に接続した場合には、電池の異なる階層ごとの温度特性を計測装置９に出力することができる。その結果、Ｘ線透視画像による内部の変化の状態と、それに対応する階層単位での釘刺し深さ及び電気的特性や温度特性などの変化を同時に把握することで、釘刺し試験の結果をリアルタイムに測定することが可能となる。

（２）Ｘ線発生器１の制御
積層構造を成している電池の電極を一層ずつ分離したＸ線透視画像を得るためにはそれぞれの電極に平行又は平行に近い角度でＸ線が透過することを要する。例えば、釘８１の先端が電池の外装の表面に接触した状態で、第１層目の電極がそれに隣り合う第２層目の電極と分離して識別できるように設定されている場合を考える。

釘刺しに伴って、電池の外装及び電極は変形する。釘８１は電池内部に押し込まれることになるので、そのＸ線透視画像において第１層目と第２層目の各電極を分離して識別できる状態であったものが分離して識別できない状態になることがある。そこで、本実施形態では、電池の変形量を歪み計９５や光電管９６によって計測し、その計測値を制御装置６に送信する。

制御装置６においては、予め記憶されている計測値とそれに対応する駆動量に応じて、Ｘ線透視画像において第１層目と第２層目の各電極を分離して識別できるようにＸ線発生器駆動機構１１を駆動する。同様に、釘刺しの進行に伴い電池が膨張あるいは爆発し、変形量が撮影当初に意図していた観察状態から外れた場合には、計測装置９によってその変形量を検出し、制御装置６はその変形量に対応した観察状態が得られるようにＸ線発生器駆動機構１１を制御する。

Ｘ線発生器１の位置、電池の視野及び撮影方向の制御は必ずしも計測装置９による変形量の計測値に基づいて行う必要はない。例えば、電池に釘８１を刺すことによる短絡電流とそれによる発熱量や、電圧変動、外形変化量との間には密接な関係があるので、あらかじめ決めた閾値以上に発熱量などが上昇した場合には、その計測値を受信した制御装置６により、計測値に応じて視野やＸ線透視角度などを調整することができる。

（３）試料テーブル２の制御
釘刺しに伴って電池が変形した場合、計測装置９の計測値に応じてＸ線発生器１の位置を制御する代わりに、試料テーブル２を移動させることも可能である。試料テーブル２には回転駆動機構２１及びＸＹＺ駆動機構２２が設けられているので、計測装置９からの計測値に基づいて制御装置６がこれらの駆動機構２１，２２を制御することで、試料テーブル２を回転あるいはＸＹＺ方向に移動させる。これにより、Ｘ線発生器１は固定のままで、電池を異なる方向や異なる視野で撮影することができる。

（４）釘刺し装置８の制御
釘刺し装置８には、計測装置９として圧力計９７や加速度センサー９８が設けられているため、釘刺しの進行に伴う電池からの反力や釘刺し時の衝撃を計測することができる。そこで、この計測値が予め決めた閾値を超えた場合には、釘刺しの停止や進入速度の減速を行うように、制御装置６によって釘刺し装置８の駆動機構８３を制御する。また、制御装置６に駆動機構８３の速度と力を入力し、被検査物Ｗに釘８１を刺したときの圧力を測定し、測定値に応じて太さＹや先端部８１ｂの角度αが異なる釘８１を選択することにより、被検査物Ｗの硬度や材質に適した釘８１を用いて測定を行うことが可能となる。

これにより、電池からの反力が大きくなることを検出して、破断あるいは貫通などの直前で変形状態を撮影することが可能となる。また、計測装置９として、電圧計９１、電流計９２、温度センサー９３あるいはガス検出器９４などを使用し、釘刺しによる電池の急激な電圧・電流変化や発熱、更にはガス漏れ・発煙・発火などの予兆を早い時点で検出し、その検出結果に基づいて制御装置６によって釘刺しの停止や釘８１の引き抜きを行うことができる。

（５）Ｘ線検出器３
制御装置６は、計測装置９からの計測値に従って、Ｘ線検出器３がＸ線像を収集するタイミングを制御する。すなわち、電池に対する釘刺しが一定の深さに達したり、電池の発熱が予め設定した閾値を超えたりした状態からＸ線像の収集を開始或いは停止させる。また、制御装置６によるＸ線発生器１の撮影方向と連動するように、Ｘ線検出器３の受光角度を変化させる。

Ｘ線検出器３から得られるＸ線像のデータは、一般に毎秒３０コマ程度であるが、例えば、高速に応答するＸ線イメージインテンシファイアとその出力可視像を撮像する高速度カメラを用いることによって、毎秒３０コマを越えて例えば毎秒１０００～１００００コマ程度の高い時間分解能を得ることができる。

［１－３．実施形態の効果］
本実施形態は、次のような効果を有する。
（１）釘８１の先端部８１ｂを線減弱係数の高い材質としたことにより、先端部８１ｂとそれによって変形された銅あるいはアルミニウムなどの電極、樹脂製のセパレータＷ３などの電池材料とのＸ線透過画像におけるコントラストを強調することが可能となる。その結果、電池材料の変形度合いを明瞭に観察することが可能となる。

（２）釘８１が多層構造になっており、釘８１の先端部８１ｂの外周に第１導電部Ｄ１及び第２導電部Ｄ２が第１絶縁部材Ｐ１により互いに絶縁された状態で露出していることから、釘８１の先端部８１ｂが電池に挿入された場合に、第１導電部Ｄ１及び第２導電部Ｄ２が異なる電極に接触する。その結果、複数の電極の短絡状態や温度特性を同時に観察することが可能となり、電池の階層単位での釘刺し深さの把握と、電気的あるいは温度的特性を把握することで、内部の変化をリアルタイムに測定することが可能となる。

（３）被検査物Ｗとして、図３に示すようなセパレータＷ３の両側に線減弱係数の高い材料からなる薄膜Ｗ４を積層した評価用電池を使用したので、通常では鮮明な透視画像を得にくい線減弱係数の低い材質からなるセパレータＷ３の輪郭が薄膜Ｗ４によって浮かび上がるため、セパレータＷ３についてもその状態を確実に把握することができる。

（４）計測装置９の計測結果を制御装置６によってＸ線発生器１や試料テーブル２、更には釘刺し装置８の駆動機構２１，２２，７，８３などにフィードバックすることにより、リアルタイムの透視画像をもとに、釘刺し装置８の釘８１の先端及び電池の計測部位を任意に変更することができる。すなわち、釘８１の先端又は電池の表面など、任意の箇所が視野の中心に位置するように画像情報をもとに装置の各部を調整することにより、観察すべき電池内の各層のそれぞれの電極が分離して識別できる状態で、しかも解析に適した適正なタイミングで撮影されたＸ線透視画像を得ることが可能となる。

（５）計測装置９による計測結果と予め設定された安全な状態を確保できる閾値を基に制御装置６が試料テーブル２や釘刺し装置８の釘８１の位置を制御することが可能であるため、計測結果に応じて電池の位置を変更したり釘刺し装置の起動・停止を制御することにより、釘刺し試験を安全に実施することが可能となる。

（６）釘刺し試験によって電池の変形や損耗が釘刺し開始時からある程度の時間が経過して発生するような場合、解析対象の現象が発生する予兆を計測装置が検出した時点からＸ線発生器１及びＸ線検出器３の起動を開始させることができる。その結果、ごく短時間に発生する被検査物の最も重要な変化を高い時間分解能で集中的に観察することが可能となる。

（７）被検査物Ｗがリチウムイオン電池のような薄い電極を積層した物品の検査においては、釘刺し試験中に電池の外装及びその内部の電極が変形する。本実施形態では電極の変形にＸ線発生器１が追従するので、釘刺しによる変形の様子を電極一層ごとに確実に捉えることができる。また、計測装置９からの計測値にもとづいてＸ線が適切に照射されるように試料テーブル２を調整することで、電池内の電極の各層が識別しやすい角度にＸ線が照射されることになり、観察すべき電極の各層を分離して識別することができるＸ線透視画像を得ることができる。

［２．第２実施形態］
図６に示す第２実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置に本発明を適用したものである。第２実施形態の構成は、被検査物Ｗに対してＸ線発生器１及びＸ線検出器３が相対的に回転する部分において第１実施形態とは異なるもので、他の構成は第１実施形態と同様である。第１実施形態と同様な構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。

第２実施形態においては、被検査物Ｗを通る釘さし方向と垂直な軸を回転中心として、Ｘ線発生器１及びＸ線検出器３を回転させるための回転装置１０が、試料テーブル２の周囲に設けられている。この回転装置１０としては、従来のＸ線ＣＴ装置に使用されているものを適宜使用することができる。例えば、リング状をした大型のターンテーブルの中心開口部にＸＹＺ駆動機構２２を有する試料テーブル２を固定すると共に、ターンテーブル上に試料テーブル２を挟むようにＸ線発生器１とＸ線検出器３を固定し、試料テーブル２をＸＹＺ駆動機構２２によって一定の間隔で移動させながら回転軸を中心としてターンテーブルを回転させる装置を使用することができる。

第２実施形態においては、予め定めた１つあるいは複数のタイミングに従い、電池のＣＴ撮像を行う。このタイミングは、例えば計測装置９によって検出した電池の変形度や温度上昇、あるいは釘刺し装置８の移動ストロークに応じて決定することができる。複数のタイミングにおいてＣＴ撮像を行う場合に電池の同一個所の異なるタイミングのＣＴ撮像を行ってもよいが、ＸＹＺ駆動機構２２を制御することで、各タイミングにおける被検査物Ｗの撮像位置を異ならせることも可能である。

このように第２実施形態では、Ｘ線発生器１とＸ線検出器３を被検査物の周囲で回転させ、回転の多数の方向で検出された透過像から電池の断層像を得ることができる。この場合、Ｘ線検出器３で受光した透視撮像データを画像構成装置５によって再構成することで、作業者が希望する適切な３Ｄ画像を得ることが可能となる。釘さし方向と垂直な軸を回転中心としてＸ線発生器１及びＸ線検出器３を回転させる回転装置１０は、各Ｘ線透過方向のＸ線透過距離によりＳ／Ｎが良く被検査物が、積層リチウム電池イオン電池の場合、その各層をより良く観察することが可能なＣＴ像を得られる効果がえらる。

第２実施形態においては、第１実施形態と共通する効果に加え、次のような効果が発揮される。
（１）ＣＴ撮像によって被検査物が釘刺し装置による変化中の任意の時点での３Ｄ画像を求めることができる。すなわち、釘刺し装置８における釘刺し中の任意の時点での３Ｄ画像の取得が可能となる。

（２）複数のタイミングにおいてＣＴ撮像を行った場合には、ＣＴ撮像によって電池が、釘刺し装置８による変化中の任意の２点におけるＣＴ値を求めて、それらを比較することによって、電池の内容の変化を求めることができる。例えば、被検査物が電池の場合には、ＣＴ撮像によるＣＴ値の取得を行い、電池の挙動変化に対する成分の変化や、温度の類推を行うことができる。

［３．他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。具体的には、次のような他の実施形態も包含する。

（１）釘８１の構成は、図２及び図３に記載のものに限定されない。例えば、釘８１の全体を線減弱係数の高い材質としても良いし、釘８１の表面にのみ線減弱係数の高い材質の層を設けても良い。

（２）釘８１を多層構造とする場合、各導電部の先端が釘８１の軸方向の異なる位置に露出しているものであれば、その構成は限定されない。例えば、釘８１として、先端が片刃状に斜めにカットされたものを使用し、その斜めの部分に各導電部を多層に露出させても良い。また、釘８１の軸部８１ａを先端がコーン状に形成されたパイプ状の部材から構成し、その内部に絶縁被覆を有する複数のケーブルを挿入することで導電部を設け、ケーブルの先端を釘８１の先端部に露出させても良い。多層構造とする導電部の数も３層以上でも良い。

（３）釘刺し装置としては、第１実施形態に示した釘刺し装置に限定されるものではなく、被検査物に対して電流、電圧、温度、衝撃力、曲げ圧力、剪断力、貫通力の少なくとも１つを加えるものが使用できる。その場合、計測装置は被検査物に加えられた電流、電圧、温度、変形度の少なくとも１つを測定する。例えば、電池に対して過電流や過電圧を印加する電源を接続し、温度計により電池の発熱状態を計測したり、光電管などによって電池の膨張や変形度合いを計測し、その計測値に応じて電池と電源の接続を遮断する。

（４）被検査物Ｗとしては、電池に限らず、釘刺し装置からの物理的エネルギーによって経時的変化を行うもので、Ｘ線透視が可能なものであれば、どのような物品でも使用可能である。被検査物Ｗに線減弱係数の低い複数の部材が構成されている場合、評価用電池と同様に、各部材の表面に線減弱係数の高い薄膜Ｗ４を積層することができる。

（５）計測装置の計測結果によって制御する対象は、Ｘ線発生器１、試料テーブル２、釘刺し装置のいずれか１つあるいは複数の組み合わせであって、第１実施形態に示したすべての計測装置とそれによって制御される各装置が本発明において必須の構成ではない。

Ｗ…被検査物
Ｗ１…正極
Ｗ２…負極
Ｗ３…セパレータ
Ｗ４…薄膜
１…Ｘ線発生器
１１…Ｘ線発生器駆動機構
２…試料テーブル
２１…回転駆動機構
２２…ＸＹＺ駆動機構
３…Ｘ線検出器
５…画像構成装置
６…制御装置
６１…入力装置
６２…記憶装置
７…Ｘ線検出器駆動機構
８…釘刺し装置
８１…釘
８１ａ…軸部
８１ｂ…先端部
ａ～ｅ…導電部
Ｐ…絶縁部材
８２…操作装置
８３…駆動機構
９…計測装置
９１…電圧計
９２…電流計
９３…温度センサー
９４…ガス検出器
９５…歪み計
９６…光電管
９７…圧力計
９８…加速度センサー

Claims

被検査物に対してＸ線を放射するＸ線発生器と、
前記Ｘ線の進路に設置され前記被検査物を載置する試料テーブルと、
前記被検査物を透過したＸ線を検出して可視光データとして出力するＸ線検出器と、
前記被検査物に対して物理的エネルギーを加える釘刺し装置と、
前記釘刺し装置に設けられ、先端部が線減弱係数の高い材料を含む釘と、前記釘刺し装置からの物理的エネルギーによって変化した前記被検査物の状態を測定する計測装置と、
を備え、
前記線減弱係数の高い材料は、線減弱係数がＸ線のエネルギー１００ｋｅＶにおいて１０ｃｍ ^－１以上であり、
前記釘が絶縁された複数の導電部を備え、前記釘の先端部において各導電部の先端が釘の軸方向の異なる位置に露出しており、前記釘が前記被検査物に挿入されると前記各導電層が当該被検査物の異なる深さに達することになる非破壊解析装置。
釘さし方向と垂直な軸を回転中心としてＸ線発生器１及びＸ線検出器３を回転させる回転機構と、
前記回転の多数の方向で検出された透過像から前記被検査物の断層像を再構成する画像構成装置と、
を備える請求項１に記載の非破壊解析装置。
前記線減弱係数の高い材料は、材料融点が１０００℃以上である請求項１又は請求項２に記載の非破壊解析装置。
前記線減弱係数の高い材料は、１００℃において体積抵抗率１０×１０^－６Ωｃｍ以下の請求項１から請求項３のいずれかに記載の非破壊解析装置。
前記被検査物が、線減弱係数の低い材質の部位を有し、前記線減弱係数の低い材質の表面に線減弱係数の高い材質の薄膜が設けられた請求項１から請求項４のいずれかに記載の非破壊解析装置。