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KR20180028472A - 센서 유닛 및 기밀성 검사 장치 - Google Patents

센서 유닛 및 기밀성 검사 장치 Download PDF

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KR20180028472A
KR20180028472A KR1020187003611A KR20187003611A KR20180028472A KR 20180028472 A KR20180028472 A KR 20180028472A KR 1020187003611 A KR1020187003611 A KR 1020187003611A KR 20187003611 A KR20187003611 A KR 20187003611A KR 20180028472 A KR20180028472 A KR 20180028472A
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gas
vacuum chamber
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시게키 하시모토
마나부 오타가키
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가부시키가이샤 제이.이.티.
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Abstract

진공 챔버(14) 내에 검사 대상인 리튬 이온 전지(11)가 수용된다. 진공 챔버(14)의 상부에 초기 배기 배관(47)과 검사 배기 배관(51)이 접속되어 있다. 초기 배기 배관(47)을 통하여 진공 챔버(14) 내를 초기 배기하여 검사 압력(Pe)까지 낮춘다. 그 후, 검사 배기 배관(51)을 통하여 검사 배기를 행한다. 검사 배기 배관(51)의 도중에 센서 유닛(16)이 접속되어 있다. 검사 배기 배관(51)을 통과하는 배기 기체는 유입구로부터 센서 유닛(16)의 내부에 유입되어, 내부에 마련한 노즐에 의하여 가스 센서의 센서면을 향하여 수직으로 흐른다. 배기 기체는 가스 센서의 내부를 통과하여 배출구로부터 센서 유닛(16)의 외부로 배출된다.

Description

센서 유닛 및 기밀성 검사 장치
본 발명은 센서 유닛 및 기밀성 검사 장치에 관한 것이다.
휴대용 전자 기기의 전원으로서 리튬 이온 전지의 이용이 확대되고 있다. 리튬 이온 전지는, 밀봉 용기 내에 정극, 부극, 세퍼레이터 외에, 유기 용매를 포함하는 전해액을 봉입한 구조를 갖고 있다. 리튬 이온 전지는, 용기의 밀봉이 불완전하면 그 불완전한 개소로부터 전해액이 누출되어 버린다. 이 때문에, 리튬 이온 전지에 대해서는 기밀성 검사 장치에 의한 검사가 실시되고 있다.
특허문헌 1에 기재된 기밀성 검사 장치는, 제1 격납부와 제2 격납부로 구획된 2층식의 격납 용기와, 제2 격납부 내의 기체를 흡출하여 감압하는 흡인 장치, 제1 격납부와 제2 격납부의 제1 연통구에 마련된 가스 차단 밸브 및 제2 연통구에 마련된 센서 유닛(가스 검지 수단)을 구비하고 있다. 이 기밀성 검사 장치에서는, 기밀성의 검사를 행할 때는, 제1 격납부에 리튬 이온 전지를 배치하고 가스 차단 밸브를 개방한 상태에서 제2 격납부를 감압하고 나서 가스 차단 밸브를 폐쇄한다. 이것에 의하여, 제1 격납부 내의 기체를 센서 유닛을 통하여 제2 격납부로 흐르게 하고, 이때 센서 유닛에서, 기체에 기밀성이 불완전한 리튬 이온 전지로부터 발생하는 유기 용매에 의한 용제 가스가 포함되어 있는지의 여부를 검출한다. 센서 유닛은, 반도체식의 가스 센서와, 중공의 내부에 가스 센서를 보유 지지한 원통 형상의 홀더로부터 구성되며, 홀더의 주위면에 배기 구멍이 마련되어 있다. 이것에 의하여, 제1 격납부측에 배치된 홀더의 일 단부로부터 홀더 내에 유입된 기체는, 배기 구멍을 향하도록 가스 센서의 전방면에서 꺾어져 배기 구멍을 통하여 제2 격납부로 흐른다.
일본 특허 제5050139호 공보
그런데 리튬 이온 전지에 있어서의 전해액의 누설의 원인은, 밀봉 용기를 밀폐할 때의 용접 미스에 의한 핀 홀이나 라미네이트재를 열 압착한 때 발생하는 핀 홀이다. 용접 부분에 있어서는, 이물이나 전해액이 부착된 채 용접 가공을 행하면 핀 홀이 발생하기 쉽다. 라미네이트재의 경우에는, 본래 라미네이트 외장재에 핀 홀이 존재하는 일도 있다. 핀 홀의 사이즈는 다양하며, 작은 것으로는 직경 3㎛ 이하의 경우도 있어서, 이와 같이 작은 핀 홀을 검출할 수 있는 검출 정밀도를 갖는 센서 유닛이 요망되고 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 기밀성에 대한 검출 정밀도를 높일 수 있는 센서 유닛 및 이를 사용한 기밀성 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 센서 유닛은, 기체상의 검출 대상 물질을 검출하는 센서부와, 내부에 센서부를 보유 지지하는 홀더부를 구비한 센서 유닛에 있어서, 센서부는, 검출 대상 물질에 반응하는 소자와, 소자가 내부에 배치됨과 함께, 일면에 제1 개구가 마련되고, 일면과 반대측의 다른 면에 제2 개구가 마련된 케이스를 구비하고, 홀더부는, 홀더부의 내부에 기체를 도입하는 유입구와, 일면에 근접시킨 위치에 배치되어, 홀더부의 내부에 도입된 기체를 일면측으로 통과시키는 공급구와, 케이스의 내부를 통과한 기체가 제2 개구로부터 유입되는 중공부와, 중공부의 주위 방향으로 형성된 환형 또는 C자형의 제1 유로와, 중공부의 주위 방향으로 소정의 간격으로 마련되어, 중공부와 제1 유로를 접속하는 복수 개의 제2 유로와, 제2 유로와 상이한 위치에서 제1 유로에 접속되어, 홀더부의 내부의 기체를 배출하는 배출구를 구비하는 것이다.
본 발명의 기밀성 검사 장치는, 상기 센서 유닛과, 검사 대상물을 수용하는 진공 챔버와, 진공 챔버에 접속된 검사 배기 배관을 갖고 검사 배기 배관을 통하여 진공 챔버로부터 검사 배기하는 검사 배기부를 구비하고, 센서 유닛은, 검사 배기 배관의 도중에 접속되어, 유입구를 통하여 홀더부의 내부에 진공 챔버로부터 배기되는 배기 기체를 도입하는 것이다.
본 발명에 의하면, 홀더부의 내부에 도입된 기체를 통과시키는 공급구를 센서부의 센서면에 근접시킨 상태로 하여 효과적으로 센서부의 내부에 기체를 도입하므로, 높은 검출 정밀도로 기체 중에 포함되는 검출 대상 물질을 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명을 실시한 기밀성 검사 장치의 구성을 도시하는 설명도이다.
도 2는 센서 유닛의 외관을 도시하는 사시도이다.
도 3은 센서 유닛에 사용한 가스 센서의 구조를 도시하는 부분 단면도이다.
도 4는 가스 센서의 등가 회로를 도시하는 회로도이다.
도 5는 센서 유닛의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 6은 제1 모드에서의 센서 유닛 내에서의 배기 기체의 흐름을 도시하는 설명도이다.
도 7은 제2 모드에서의 센서 유닛 내에서의 배기 기체의 흐름을 도시하는 설명도이다.
도 8은 기밀성의 검사의 타이밍 차트이다.
도 1에 본 발명의 실시 형태에 관한 기밀성 검사 장치(이하, 간단히 검사 장치라 함)(10)를 도시한다. 이 예에서는, 검사 장치(10)는 2차 전지인 리튬 이온 전지(11)를 검사 대상물로 하여 기밀성 검사를 행한다. 리튬 이온 전지(11)는 전해액으로서, 예를 들어 디메틸카르보네이트(DEC)나 에틸메틸카르보네이트(EMC), 에틸렌카르보네이트(EC) 등 유기 용매가 용기 내에 봉입되어 있는데, 용기의 밀봉이 불완전하면 그 불완전한 개소로부터 전해액이 누출된다. 검사 장치(10)에서는, 검사 시에는, 밀봉이 불완전한 개소로부터 누출되는 전해액이 증발한 용제 가스의 유무에 의하여, 리튬 이온 전지(11)의 기밀성이 유지되고 있는지의 여부를 판단한다.
검사 장치(10)는 진공 챔버(14), 배관부(15), 센서 유닛(16), 클린 부스(17), 진공 펌프(18), 제어부(19) 등으로 구성된다. 이 검사 장치(10)에 의한 검사에서는, 진공 챔버(14) 내에 리튬 이온 전지(11)를 수용한 후, 진공 챔버(14) 내의 챔버 내 압력 Pc를 소정의 검사 압력 Pe까지 낮추는 초기 배기와, 초기 배기 후의 검사 배기를 행한다.
진공 챔버(14)는 클린 부스(17) 내에 설치되어 있다. 이 진공 챔버(14)는, 검사 시에는, 배관부(15)를 통하여 진공 펌프(18)에 의하여 내부의 기체가 배기 기체로서 흡출됨으로써 진공으로 된다. 진공 챔버(14)의 검사 압력 Pe는, 예를 들어 5㎪ 내지 20㎪ 정도이다. 이 때문에, 진공 챔버(14)를 스테인리스 등의 금속으로 구성하는 것 외에, 진공 챔버(14)의 사이즈의 조절이나 강도를 보강한 구조로 함으로써 아크릴재와 O링의 조합 등으로 구성할 수도 있어, 비용 절감 및 경량화를 도모하는 데 있어서 유리하다. 진공 챔버(14)에는 도어(21)가 마련되어 있으며, 이 도어(21)를 개방하고 리튬 이온 전지(11)의 진공 챔버(14)에 대한 출납을 행한다. 부호 21a는 도어(21)를 개폐할 때의 손잡이이다. 검사에 사용하는 진공 용기는 진공 챔버(14)뿐이며, 복수의 진공 용기를 필요로 하지 않고 부품 개수의 저감, 제조 비용의 저감에 유리한 구조로 되어 있다.
이 진공 챔버(14)의 저면 상에, 예를 들어 복수 매의 플레이트 히터(22)가 상호 적당한 간격을 두고 배치되어 있다. 플레이트 히터(22)는 용제 가스의 발생을 활성화하기 위하여 리튬 이온 전지(11)를 적당한 온도로 가온한다. 또한 플레이트 히터(22)의 하측이고 진공 챔버(14)의 저부와의 사이에는, 모터(23)에 의하여 구동되는 팬(24)이 마련되어 있다. 이 팬(24)은 검사 시에 회전한다. 이것에 의하여, 진공 챔버(14)의 하부에 용제 가스가 체류하는 것을 방지하고 있다.
진공 챔버(14)의 측면에는 대기 개방 밸브(26)와 압력계(27)가 마련되어 있다. 대기 개방 밸브(26)는 제어부(19)에 의하여 개폐가 제어된다. 대기 개방 밸브(26)는 검사 시에는 폐쇄되어 있으며, 진공 챔버(14) 내를 대기압으로 되돌릴 때 개방된다. 대기 개방 밸브(26)에는 필터(28)가 접속되어 있으며, 대기 개방 밸브(26)를 개방한 때는 필터(28)를 통하여 클린 부스(17) 내의 분위기가 진공 챔버(14) 내에 유입된다. 이것에 의하여 진공 챔버(14)나 센서 유닛(16) 등의 내부의 오염을 방지하고 있다. 압력계(27)는 챔버 내 압력 Pc를 측정하여 표시함과 함께, 측정값을 제어부(19)로 보낸다.
진공 챔버(14)는, 그 상부 내주면(14a)이 진공 챔버(14)의 내측으로 쓰려져서 경사져 있다. 또한 진공 챔버(14)의 가장 높은 위치에 있는 천장면에는 초기 배기구(31)와 검사 배기구(32)가 마련되어 있다. 상부 내주면(14a)를 경사지게 함으로써, 진공 챔버(14)의 상부에서 용제 가스가 체류하는 것을 방지하여, 용제 가스가 검사 배기구(32)를 향하여 원활히 흐르도록 하고 있다. 상부 내주면(14a)의 경사 각도는 15° 이상의 경사인 것이 바람직하다.
배관부(15)는, 초기 배기와 검사 배기에 공통으로 사용되는 공통 배관계(34)와, 공통 배관계(34)와 함께 초기 배기부를 구성하여 초기 배기를 행하는 초기 배기계(35)와, 공통 배관계(34)와 함께 검사 배기부를 구성하여 검사 배기를 행하는 검사 배기계(36)가 있다. 공통 배관계(34)는, 공통 배관(41), 역지 밸브를 구비한 펌프용 밸브(42), 압력계(43), 압력 조정 밸브(44), 유량 조절 밸브(45), 필터(46)를 갖고 있다. 공통 배관(41)은, 일 단부가 진공 펌프(18)에 접속되고, 타 단부측에 초기 배기계(35) 및 검사 배기계(36)가 각각 접속되어 있다. 진공 펌프(18)에 의하여, 공통 배관(41)을 통하여 초기 배기계(35) 또는 검사 배기계(36)에 의한 진공 챔버(14)의 배기를 행한다.
펌프용 밸브(42)는 제어부(19)에 의하여 개폐가 제어된다. 이 펌프용 밸브(42)는 진공 펌프(18)의 정지 시에 공통 배관(41)을 통하여 공기가 진공 챔버(14)에 유입되는 것을 방지하기 위한 것이며, 진공 펌프(18)의 동작에 동기하여 개폐된다. 즉, 검사 시에, 진공 펌프(18)가 작동 시에 개방되고, 진공 펌프(18)의 정지 시에 폐쇄된다.
압력계(43)는 공통 배관(41)의 배관 내 압력 Pt를 측정하여 표시함과 함께 측정값을 제어부(19)로 보낸다. 공통 배관(41)의 펌프용 밸브(42)보다도 하류측{진공 펌프(18)측}에 압력 조정 밸브(44)가 접속되어 있다. 이 압력 조정 밸브(44)의 공통 배관(41)과 반대측에 유량 조절 밸브(45)와 필터(46)가 순서대로 접속되어 있다. 이 압력 조정 밸브(44)는, 검사 배기 중에 압력계(43)에서 측정된 배관 내 압력 Pt와 압력계(27)에서 측정된 챔버 내 압력 Pc의 차가 일정해지도록 제어부(19)에 의하여 개폐가 제어된다. 이것에 의하여, 진공 펌프(18)의 계속적인 작동에 의하여 배관 내 압력 Pt가 챔버 내 압력 Pc보다도 과도하게 낮아져 배관 내 압력 Pt와 챔버 내 압력 Pc의 차가 커지는 것을 방지하여, 검사 배기 시에 센서 유닛(16)으로 흐르는 배기 기체의 유량이 크게 변동되지 않도록 하고 있다.
초기 배기계(35)는, 일 단부가 초기 배기구(31)에, 타 단부가 공통 배관(41)에 접속된 초기 배기 배관(47)과, 이 초기 배기 배관(47)에 마련된 초기 배기용 가스 센서(48) 및 초기 배기 밸브(49)를 갖고 있다. 초기 배기용 가스 센서(48)는 초기 배기 배관(47)의 초기 배기 밸브(49)보다도 하류측{공통 배관(41)측}에 마련되어 있다. 초기 배기 밸브(49)는 제어부(19)에 의하여 개폐가 제어되며, 초기 배기 시에 개방되고 검사 배기 동안에는 폐쇄된다. 이것에 의하여, 초기 배기 동안에만 진공 챔버(14) 내로부터의 배기 기체를 초기 배기 배관(47)으로 흐르게 하여 진공 챔버(14)를 감압한다. 초기 배기용 가스 센서(48)로서는, 예를 들어 반도체식 가스 센서가 사용되고 있으며, 가스 농도에 따른 출력 전압 Va를 제어부(19)에 출력한다. 초기 배기용 가스 센서(48)로부터의 출력 전압 Va는 리튬 이온 전지(11)의 기밀성의 판정에 사용된다. 이것에 의하여, 예를 들어 리튬 이온 전지(11)의 기밀성이 크게 손상되어 있는 경우를 조기에 검출한다.
검사 배기계(36)는, 일 단부가 검사 배기구(32)에 접속되고 타 단부가 공통 배관(41)에 접속된 검사 배기 배관(51), 이 검사 배기 배관(51)에 마련된 1쌍의 유량 조절 밸브(52a, 52b), 유량계(53) 및 검사 배기 밸브(54)를 갖고 있다. 검사 배기 배관(51)에는 검사 배기 밸브(54), 유량 조절 밸브(52a), 유량계(53), 유량 조절 밸브(52b)가, 이 순서대로 검사 배기 배관(51)의 상류측{검사 배기구(32)측}으로부터 마련되어 있다. 또한 검사 배기 배관(51)의 도중, 구체적으로는 검사 배기 밸브(54)의 하류측에서 유량계(53)와 유량 조절 밸브(52b) 사이의 검사 배기 배관(51)의 위치에 센서 유닛(16)이 접속되어 있다.
검사 배기 밸브(54)는 제어부(19)에 의하여 개폐가 제어되며, 검사 배기 동안에만 개방된다. 이것에 의하여, 검사 배기 동안에만 검사 배기 배관(51)을 통하여 진공 챔버(14)로부터의 배기 기체를 센서 유닛(16)으로 흐르게 한다. 센서 유닛(16)의 전후에 마련된 유량 조절 밸브(52a, 52b)에 의하여 센서 유닛(16)으로 흐르는 배기 기체의 유량이 조정되고 있다. 리튬 이온 전지(11)의 크기에 따라 진공 챔버(14)의 용량을 변경한 경우에는, 센서 유닛(16)으로 흐르게 하는 배기의 유량을 조정하는 것이 필요해지는데, 이 검사 장치(10)에서는 센서 유닛(16)의 상류측과 하류측에 유량 조절 밸브(52a, 52b)를 마련하고 있기 때문에, 이들에 의하여 그 유량을 조정하는 것이 가능하다. 또한 유량 조절 밸브(52a, 52b) 중 한쪽만을 마련하여 유량을 조정하는 것도 가능하고, 진공 펌프(18)의 흡인력의 조정에 의하여 유량의 미세 조정을 할 수도 있다.
유량계(53)는 검사 배기 배관(51) 내의 유량, 즉, 센서 유닛(16)을 흐르는 배기 기체의 유량을 측정하여 표시함과 함께, 측정값을 제어부(19)로 보낸다. 이것에 의하여, 센서 유닛(16)에 대한 유량 조정을 수치적으로 관리하는 것을 가능하게 하여 유량 조정의 재현성을 향상시킴과 함께, 검사 조건의 신뢰성도 향상시킬 수 있다.
상기와 같이 센서 유닛(16), 초기 배기 밸브(49), 초기 배기용 가스 센서(48), 유량 조절 밸브(52a, 52b), 유량계(53), 검사 배기 밸브(54), 나아가 공통 배관계(34)의 각 기기는 모두 진공 챔버(14) 밖에 배치되어 있다. 따라서 이들 각 기기의 조절이나 메인터넌스가 용이함과 함께, 진공 내에서 사용 가능한 사양으로 할 필요가 없어 저비용화에 유리하다. 또한 이들 각 기기나 그것들을 접속하는 배관을 수용하는 스페이스를 진공 챔버(14) 내에 마련할 필요가 없는 만큼 진공 챔버(14)의 소형화를 도모할 수 있으며, 또한 이 소형화에 의하여 챔버 내 압력 Pc를 검사 압력 Pe로 단시간에 낮출 수 있게 된다. 특히 센서 유닛(16)을 검사 배기 배관(51)의 도중에 접속하여 진공 챔버(14) 밖에 배치한 것에 의하여, 복잡한 배관을 마련하지 않고 유량 조절 밸브(52a, 52b), 유량계(53) 등의 검사 배기계(36)의 기기를 진공 챔버(14) 밖에 배치하는 것이 가능하다.
센서 유닛(16)은 기체상의 검출 대상 물질로서 용제 가스를 검출한다. 이 센서 유닛(16)은, 상세를 후술하는 바와 같이 센서부로서 반도체식의 가스 센서(61)(도 3 참조)를 사용한 것인데, 미량의 용제 가스의 검출에 적합한 구조로 되어 있어, 사이즈가 작은 핀 홀 등에 의한 불완전한 기밀성을 높은 정밀도로 검출할 수 있도록 되어 있다. 센서 유닛(16)은, 배기 기체 중에 포함되는 용제 가스의 농도에 따른 출력 전압 Vb를 제어부(19)에 출력한다. 센서 유닛(16)으로부터의 출력 전압 Vb는 리튬 이온 전지(11)의 기밀성의 판정에 이용된다. 출력 전압 Vb는, 배기 기체 중에 포함되는 용제 가스의 양이 많아질수록 그 전압값이 높아진다.
제어부(19)는 검사 장치(10)를 통괄적으로 제어한다. 상술한 각 유량 조절 밸브(45, 52a, 52b)에 대해서도 제어부(19)에 의하여 제어할 수 있다. 또한 제어부(19)는, 출력 전압 Va, Vb의 변화(이 예에서는 전압의 상승 폭)가 소정량에 도달함으로써, 배기 기체 중의 용제 가스가 포함되어 있는 것, 즉, 리튬 이온 전지(11)의 기밀성이 불완전하다고 판정한다. 이 예에서는, 초기 배기의 개시로부터 검사 배기의 종료까지의 기간을 T0 기간 내지 T4 기간의 5기간으로 구분하고, 기간마다 허용 상승 전압 폭(ΔV0 내지 ΔV4)을 설정하고 있다. 제어부(19)는, 출력 전압 Va, Vb의 기준 전압으로부터의 상승 폭이 허용 상승 전압 폭을 초과한 때, 리튬 이온 전지(11)의 기밀성이 불완전하다고 판정한다. 또한 기간 수는 임의로 설정할 수 있다.
이 예에 있어서는, 초기 배기의 기간을 T0 기간으로 하고, 검사 배기의 기간을 T1 기간 내지 T4 기간으로 구분하고 있다. T1 기간 내지 T4 기간의 각 기간 길이는 서로 동일해도 상이해도 된다. 또한 초기 배기를 복수의 기간으로 구분해도 된다. T0 기간에서는 출력 전압 Va를 참조하고, T1 기간 내지 T4 기간에서는 출력 전압 Vb를 참조하여, 리튬 이온 전지(11)의 기밀성이 불완전한지의 여부를 판정한다. T0 기간의 기준 전압은 T0 기간(초기 배기) 개시 시의 출력 전압 Va로 하고, T1 기간의 기준 전압은 T1 기간(검사 배기) 개시 시의 출력 전압 Vb로 한다. T2 기간 내지 T4 기간에서는, 기준 전압은 T1 기간으로부터 그 기간의 개시 시까지 얻어진 최소의 출력 전압 Vb로 한다. 예를 들어 T3 기간에서는, T1 기간으로부터 T3 기간의 개시 시까지 얻어진 최소의 출력 전압 Vb, 즉, T1 기간과 T2 기간에 얻어진 출력 전압 Vb 중 최소의 출력 전압 Vb를 T3 기간의 기준 전압으로 한다.
제어부(19)는, 어느 기간에 있어서도, 리튬 이온 전지(11)의 기밀성이 불완전하다고 판정한 경우에는 기밀성이 불완전한 것을 표시 패널(62b)에 표시하고, 그 시점에서 검사를 종료한다. 이것에 의하여, 진공 챔버(14) 내에 있어서의 용제 가스의 농도가 낮은 단계에서 진공 챔버(14) 내의 기체를 치환 가능하게 하여, 단시간에 다음 검사로 이행 가능하게 하고 있다. 또한 기밀성이 불완전하다고 판정한 경우에, 검사를 종료하지 않고 검사를 계속하는 설정을 선택할 수 있게 해도 된다.
제어부(19)에는 조작 패널(62)이 접속되어 있다. 이 조작 패널(62)은 각종 조작 키(62a)와 표시 패널(62b)을 구비하고 있다. 조작 키(62a)를 조작함으로써, 예를 들어 각 유량 조절 밸브(45, 52a, 52b)의 설정값, 압력 조정 밸브(44)에서 제어하는 배관 내 압력 Pt와 챔버 내 압력 Pc의 차의 크기, 허용 상승 전압 폭 등의 각종 설정이 가능하게 되어 있다. 표시 패널(62b)에는, 설정된 각종 설정값이나 챔버 내 압력 Pc, 배관 내 압력 Pt, 초기 배기용 가스 센서(48), 센서 유닛(16)의 출력 전압 Va, Vb 등이 표시된다. 또한 표시 패널(62b)에는 검사 결과가 표시된다. 이 표시 패널(62b)은 각종 경보를 발하는 경보부로 되어 있으며, 예를 들어 리튬 이온 전지(11)의 기밀성이 불완전한 경우, 진공 챔버(14)의 기밀성이 불완전한 경우, 클린 부스(17) 내의 분위기 용제 가스가 소정 농도를 초과한 경우 등에 그 취지를 경보로서 표시한다. 또한 경보는 표시에 의한 것에 한정되지 않는다.
상기 진공 챔버(14), 센서 유닛(16), 제어부(19), 초기 배기 배관(47)의 일부, 초기 배기용 가스 센서(48), 초기 배기 밸브(49), 검사 배기 배관(51)의 일부, 유량 조절 밸브(52a, 52b), 유량계(53), 검사 배기 밸브(54)는 클린 부스(17) 내에 배치되어 있다. 클린 부스(17)는 상기 기기가 놓인 내부 공간을 외부로부터 분리하고 있다. 이 클린 부스(17)의 천장에는 필터 팬 유닛(17a)이 마련되어 있으며, 이 필터 팬 유닛(17a)을 통하여, 공조 유닛(64)으로부터 공급되는 온도, 습도가 일정하게 된 드라이 에어가 클린 부스(17)의 내부에 공급된다. 클린 부스(17) 내는 공조 유닛(64)으로부터의 드라이 에어의 공급에 의하여 정압으로 되어 있어, 외부로부터 오염된 공기의 유입을 방지하고 있다. 필터 팬 유닛(17a)에는, 팬, 분진 등의 진애를 여과하는 HEPA 필터, 및 용제 물질을 흡착하는 활성탄 필터가 마련되어 있다.
검사 장치(10)는, 상기와 같이 그 주요 부분을 클린 부스(17) 내에 배치함으로써, 온도, 습도나 분위기 중에 포함되는 용제 가스의 영향에 의한 검사 결과의 변동을 없애 검사 결과의 신뢰성을 높이고 있다. 클린 부스(17)에는 그 내부의 분위기를 감시하는 가스 센서(65)가 마련되어 있으며, 클린 부스(17) 내의 분위기 중의 용제 가스가 소정 농도를 초과한 경우, 제어부(19)가 그 취지를 표시 패널(62b)에 표시하고 경보를 발한다. 또한 가스 센서(65)를 사용하여 클린 부스(17) 내의 분위기에 있어서의 용제 가스의 농도를 검출하고, 그 용제 가스의 농도 분을 센서 유닛(16), 초기 배기용 가스 센서(48)의 검출 결과로부터 오프셋 연산하여, 리튬 이온 전지(11)의 기밀성의 판단을 행해도 된다.
상기 제어부(19)는 인터페이스 회로(도시되지 않음)를 구비하고 있으며, 이 인터페이스 회로를 통하여 외부의 PC(66)와 접속할 수 있다. PC(66)에는 전용 소프트웨어가 인스톨되어 있으며, 검사 장치(10)에 의한 검사 결과나 각종 설정값, 압력 변화나 유량 변화 등을 기록할 수 있다.
도 2에 있어서, 센서 유닛(16)은, 원통 형상을 한 홀더부(71)에 전술한 가스 센서(61)를 내장하고 있다. 홀더부(71)의 상면에는, 홀더 내부에서 가스 센서(61)에 접속된 커넥터(72)가 마련되어 있다. 이 커넥터(72)를 통하여 가스 센서(61)가 제어부(19)에 전기적으로 접속된다. 커넥터(72)로서는, 홀더 내부를 기밀하게 하기 위하여 허메틱 커넥터가 사용되고 있다.
홀더부(71)의 주위면에는 유입구(73)가 마련되어 있고, 이 유입구(73)와 반대측의 주위면의 부분에 제1 배출구(74)(도 5 참조)와 제2 배출구(75)(도 5 참조)가 각각 마련되어 있다. 이 센서 유닛(16)은, 사용 형태로서 제1 배출구(74)를 사용하는 제1 모드, 제2 배출구(75)를 사용하는 제2 모드가 있으며, 제1 배출구(74)와 제2 배출구(75)가 선택적으로 사용된다. 제1 배출구(74)와 제2 배출구(75) 중 사용하는 배출구는 검사 배기 배관(51)이 접속되고, 사용하지 않는 배출구는, 예를 들어 나사로 기밀하게 막힌다.
유입구(73)에는 검사 배기구(32)측의 검사 배기 배관(51)이 접속되어, 검사 배기 시에는 진공 챔버(14) 내로부터의 배기 기체가 유입구(73)로부터 홀더부(71)의 홀더 내부에 도입된다. 홀더 내부에는, 배기 기체가 흐르는 각종 유로가 형성되어 있으며, 배기 기체는 그 유로를 통과하여 제1 배출구(74) 또는 제2 배출구(75)로부터 배출된다. 그 유로의 도중에 가스 센서(61)가 마련되어 있다.
도 3에, 센서 유닛(16)에 사용한 가스 센서(61)의 일례를 도시한다. 가스 센서(61)는, 중공의 케이스(76)의 내부에 용제 가스에 반응하는 가스 감지 소자(61a) 및 히터(61b)(모두 도 4 참조)가 마련된 기판(77a)이 배치되어 있다. 가스 감지 소자(61a)는, 예를 들어 산화주석(SnO2)으로 제작되어 있다. 이 예에서는, 케이스(76)의 센서면(상면)(76a)과 저면(76b){단자(77b)측의 면}에 금속 메쉬(78)로 덮인 개구(79a, 79b)가 마련되어 있어, 배기 기체가 케이스(76) 내를 통과할 수 있는 것을 사용하고 있다. 이 예에서는, 개구(79a, 79b)가 제1, 제2 개구이다. 배기 기체가 케이스(76) 내를 통과할 수 있는 가스 센서(61)로서, 저면(76b) 이외에, 예를 들어 케이스(76)의 주위면에 제2 개구를 마련한 것을 사용해도 된다.
가스 센서(61)는, 도 4에 등가 회로를 도시한 바와 같이, 가스 감지 소자(61a)에 가변 저항 VR을 직렬로 접속하고 있으며, 이 가변 저항 VR의 양단 전압을 출력 전압 Vb로 하고 있다. 가스 센서(61)는, 용제 가스의 양이 증가하면 내부 저항, 즉, 가스 감지 소자(61a)의 저항이 저하되어 출력 전압 Vb가 상승한다. 출력 전압 Vb는, 가변 저항 VR의 저항값을 변화시킴으로써 캘리브레이션할 수 있다. 또한 스위치 SW는, 통상은 가변 저항 VR에 접속되어 있으며, 가스 센서(61)의 열화 상태를 조사할 때 고정 저항 R에 접속된다. 가스 센서(61)는, 열화가 진행되면 내부 저항이 작아지는 경향이 있다. 가스 센서(61)에 클린한 환경 하 또는 소정 성분의 기체를 배기 기체로서 흐르게 한 때 얻어지는 고정 저항 R의 양단 전압(출력 전압 Vb)을 취득함으로써, 가스 센서(61)의 열화 상태를 알 수 있다. 예를 들어 클린 부스(17)에 마련한 가스 센서(65)에 의하여 측정되는 클린 부스(17) 내의 분위기에 있어서의 용제 가스의 농도가 일정한 기준 범위 내일 때, 클린한 환경 하로 간주할 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 홀더부(71)는 홀더 베이스(81), 센서 홀더(82), 센서 압박부(83), 커넥터 홀더(84), 전술한 커넥터(72) 등으로 구성된다. 홀더 베이스(81)는 바닥이 있는 원통 형상이며, 그 주위벽을 관통한 유입구(73)와 제2 배출구(75)가 형성되어 있다. 센서 홀더(82)는, 소경부(82a)와, 이 소경부(82a)의 상부에 형성되고 소경부(82a)보다도 외경이 큰 대경부(82b)를 갖고 있다. 소경부(82a)와 대경부(82b)는 모두 원통 형상이다. 소경부(82a)의 외경은 홀더 베이스(81)의 내경과 동일하며, 센서 홀더(82)는, 소경부(82a)가 홀더 베이스(81) 내에 끼워맞춰진 상태로 조립 장착되어 있다. 대경부(82b)는 홀더 베이스(81)과 외경이 동일하게 되어 있으며, 그 주위벽을 관통한 제1 배출구(74)가 형성되어 있다.
소경부(82a)의 하단면에는 주위 방향으로 홈이 형성되어 있으며, 이 홈과 홀더 베이스(81)의 저부에 의하여 환형의 유로 R1이 형성되어 있다. 또한 소경부(82a)의 주위벽에는, 일 단부가 상기 홈과 연결되고 타 단부가 유입구(73)에 연결되는 L자형의 유로 R2가 형성되어 있다. 또한 소경부(82a)의 주위면에는 주위 방향으로 홈이 형성되어 있으며, 이 홈과 홀더 베이스(81)의 내주면에 의하여 유로 R3이 형성되어 있다. 유로 R3은 유로 R2의 부분에서 끊겨 있어 C자형이다. 제2 배출구(75)는 홀더 베이스(81)의 내주면에 개구되어 있으며, 유로 R3과 연결되어 있다.
소경부(82a)의 중공의 내부는 가스 센서(61)의 장착 구멍(86)으로 되어 있다. 이 예에서 사용한 가스 센서(61)는, 그 케이스(76)가 센서면(76a)보다도 저면(76b)측의 직경이 크게 되어 있다. 이 때문에 장착 구멍(86)의 하단부측의 내경을 작게 함으로써 형성한 숄더부를 가스 센서(61)의 케이스(76)에 결합시킴으로써, 예를 들어 센서면(76a)과 장착 구멍(86)의 하단면이 일치하도록 가스 센서(61)를 위치 결정하고 있다. 장착 구멍(86) 내의 가스 센서(61)는, 그 저면(76b)을 도넛 형상의 스펀지 쿠션(88a), 압박 플레이트(88b)를 통해 센서 압박부(83)의 하단부로 압박하고 있다. 이것에 의하여, 센서면(76a) 측의 개구(79a) 및 저면(76b)측의 개구(79b)를 막지 않고 가스 센서(61)를 홀더부(71)에 고정하고 있다. 또한 가스 센서(61)의 케이스(76)와 소경부(82a) 사이에 간극이 발생하지 않도록 하고 있어, 배기 기체가 가스 센서(61)의 주위를 통과하여 중공부(87)로 빠져나가지 않도록 하고 있다.
센서 압박부(83)는, 소경부(83a)와, 이 소경부(83a)의 상부에 형성되고 소경부(83a)보다도 외경이 큰 대경부(83b)를 갖고 있다. 소경부(83a)와 대경부(83b)는 모두 원통 형상이다. 소경부(83a)의 외경이 센서 홀더(82)의 대경부(82b)의 내경과 동일하며, 소경부(83a)를 센서 홀더(82)의 대경부(82b) 내에 끼워맞추고, 센서 압박부(83)는 센서 홀더(82)에 조립 장착되어 있다.
소경부(83a)의 외주면에는 주위 방향으로 홈이 형성되어 있으며, 이 홈과 센서 홀더(82)의 대경부(82b)의 내주면에 의하여 환형의 유로 R4가 형성되어 있다. 제1 배출구(74)는 센서 홀더(82)의 내주면에 개구되어 있으며, 유로 R4와 연결되어 있다.
대경부(83b)의 상부에 커넥터 홀더(84)가 조립 장착되고, 이 커넥터 홀더(84)에 커넥터(72)가 조립 장착되어, 장착 구멍(86)과 연통한 센서 압박부(83)의 중공부(87)가 기밀하게 폐쇄된다. 중공부(87)는, 커넥터(72)와 가스 센서(61)의 단자(77b)를 접속하는 배선이 배치된다. 또한 이 중공부(87)는, 가스 센서(61)의 저면(76b)측에 있어서, 제2 개구인 개구(79b)에 직접 접속됨으로써 가스 센서(61)의 내부와 연통하여, 가스 센서(61) 내를 통과한 배기 기체를 통과시키는 유로로서도 이용된다. 이와 같이, 중공부(87)는 가스 센서(61)의 케이스(76) 내부를 통과한 기체가 유입되도록 구성되어 있다.
상기 센서 홀더(82)의 소경부(82a)의 주위벽에는, 유로 R3과 유로 R5를 연결하는 복수 개의 유로 R6이 형성되어 있다. 각 유로 R6은 소경부(82a)의 주위 방향으로 적당한 간격으로 마련되어 있는데, 제2 배출구(75)와는 상이한 위치에서 유로 R3에 접속되어 있다. 또한 센서 압박부(83)의 소경부(83a)의 주위벽에는, 중공부(87)와 유로 R4를 연결하는 복수 개의 유로 R7이 형성되어 있다. 각 유로 R7은 소경부(83a)의 주위 방향으로 적당한 간격으로 마련되어 있는데, 제1 배출구(74)와는 상이한 위치에서 유로 R4에 접속되어 있다. 유로 R6, R7은, 이 예에서는 각각 4개 마련되어 있다. 또한 센서 홀더(82)와 센서 압박부(83)의 주위벽에는, 중공부(87)와 각 유로 R6을 연결하는 복수의 유로 R8이 형성되어 있다. 홀더부(71)의 주위 방향에 있어서의 유로 R6 및 유로 R8의 위치는 유로 R7에 대하여 어긋나 있으며, 유로 R8은 유로 R7을 피하여 형성되어 있다. 따라서 유로 R7과 유로 R8은 직접 연결되어 있지는 않다.
통기 플레이트 압박부(90)는 대략 원뿔대 형상이며, 홀더 베이스(81) 내의 저부의 중앙에 배치되어 있다. 이 통기 플레이트 압박부(90)는, 하부의 주연에 형성된 플랜지(90a)가 센서 홀더(82)의 하단부에 마련한 숄더부로 압박됨으로써 위치 결정되어 고정된다. 통기 플레이트 압박부(90)의 외주면과 센서 홀더(82)의 소경부(82a)의 내주면 사이에, 통기 플레이트 압박부(90)의 외주를 일주하는 유로 R5가 형성되어 있다.
통기 플레이트 압박부(90)의 하면에 형성된 원추상의 오목부와 홀더 베이스(81)의 저부에 의하여 원추 공간부 S1이 형성된다. 통기 플레이트 압박부(90)의 상부에는, 예를 들어 수 ㎜ 직경의 관통 구멍 H1이 형성되고, 플랜지(90a)에는, 유로 R1과 원추 공간부 S1을 연결하는 관통 구멍 H2가 형성되어 있다. 관통 구멍 H2는 플랜지(90a)의 주위 방향으로 적당한 간격으로, 예를 들어 4개 마련되어 있다. 원추 공간부 S1, 관통 구멍 H1은 배기 기체를 후술하는 노즐 N1에 원활히 공급한다.
공급부로서의 통기 플레이트(91)는 통기 플레이트 압박부(90)의 상면과 센서 홀더(82) 사이에 끼움 지지되어 있다. 통기 플레이트 압박부(90)와 통기 플레이트(91) 사이에는 O링이 끼워넣어져 있다. 통기 플레이트(91)는, 원반부(91a)와, 그 원반부(91a)의 주위에 마련한 리브(91b)를 갖고 있다.
원반부(91a)는 그 중심에 공급구로서의 노즐 N1이 형성되고, 주위에는 복수의 관통 구멍 H3이 형성되어 있다. 노즐 N1은 원반부(91a)의 상면에 개구되어 있으며, 배기 기체를 센서면(76a) 측으로 통과시키고, 배기 기체를 센서면(76a)을 향하여 흐르게 한다. 리브(91b)는 가스 센서(61)측에 돌출하도록 마련되어 있다. 이 리브(91b)가 장착 구멍(86)의 하단면에 맞닿는다. 이것에 의하여, 통기 플레이트(91)는, 대향면으로서의 원반부(91a)의 상면이 가스 센서(61)의 센서면(76a)에 소정의 간격을 두고 대향하게 하여 보유 지지되어 있다. 이것에 의하여, 센서면(76a)과 원반부(91a)의 상면 사이에 간극 S2를 형성함과 함께, 노즐 N1을 센서면(76a)에 근접시킨 상태로 하고 있다.
노즐 N1은, 가스 센서(61)의 센서면(76a)의 중심에 대향한 위치에 마련되어 있으며, 배기 기체를 센서면(76a)을 향하여 수직으로 흐르게 한다. 이와 같이, 노즐 N1을 센서면(76a)에 가까운 위치에 유지하고 노즐 N1로부터의 배기 기체를 센서면(76a)을 향하여 흐르게 함으로써, 배기 기체를 가스 센서(61)의 케이스(76) 내에 효과적으로 도입하여 검출 정밀도를 높이고 있다. 또한 이 예에서는, 후술하는 바와 같이 배기 기체를 케이스(76) 내를 통과시킴으로써, 배기 기체를 케이스(76) 내에 더 효과적으로 도입하여 검출 정밀도를 더 높이고 있다.
또한 노즐 N1과 센서면(76a)의 간격은 1㎜ 이하인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 0.5㎜ 이하이다. 또한 노즐 N1과 센서면(76a)의 간격이 0㎜, 즉, 원반부(91a)의 상면과 센서면(76a)가 밀착되어 있어도 된다. 또한 센서면(76a)에 마련한 개구(79a)에 배기 기체가 닿도록 노즐 N1의 위치를 정하는 것이 좋다. 이 예에서는, 센서면(76a)의 중앙에 개구(79a)가 마련되고, 이 개구(79a)에 대향하는 위치에 노즐 N1을 마련하고 있다.
노즐 N1은, 그 내경이 통기 플레이트 압박부(90)측으로부터 가스 센서(61)측을 향하여 점감하는, 소위 노즐 형상의 공급구로 되어 있다. 이 예에서는, 노즐 N1의 선단부{가스 센서(61)측}의 직경은 0.2㎜로 되어 있다. 이것에 의하여, 센서면(76a)을 향하여 흐르게 하는 배기 기체의 유량을 교축하고 있다. 또한 공급구의 형상은 상기의 것에 한정되는 것은 아니며, 가스 센서(61)측을 향하여 직경이 점증하는 노즐 형상이나, 직경을 일정하게 한 구멍상이어도 된다.
상술한 바와 같이 센서 유닛(16)은, 제1 배출구(74)를 사용하는 제1 모드와, 제2 배출구(75)를 사용하는 제2 모드가 있다. 제1 모드에서는, 도 6에 모식적으로 도시된 바와 같이 제2 배출구(75)와 각 유로 R8을 나사 등으로 막은 상태로 한다. 이 제1 모드에서는, 유입구(73)로부터 유입되는 배기 기체는, 화살표로 그 흐름을 나타내듯이 유로 R2, 유로 R1, 각 관통 구멍 H2, 원추 공간부 S1, 관통 구멍 H1을 통하여 노즐 N1에 공급된다. 이와 같이 유로의 도중에 마련한 노즐 N1에 공급된 배기 기체는, 그 노즐 N1로부터 간극 S2를 통하여 가스 센서(61)의 센서면(76a)을 향하여 그 센서면(76a)에 수직으로 흐른다. 센서면(76a)을 향하여 흐른 배기 기체는 가스 센서(61)의 내부를 통과하여 중공부(87)로 빠져나간다. 중공부(87)로 빠져나간 배기 기체는 각 유로 R7로부터 유로 R4로 흐르고, 이 유로 R4로부터 제1 배출구(74)로 흘러서 배출된다.
제1 모드에서는, 가스 센서(61)의 내부를 통과한 배기 기체가 제1 배출구(74)에 이르기까지의 경로, 즉, 중공부(87), 유로 R7, R4가 제1 배출 유로이다.이 제1 배출 유로에서는, 중공부(87)를 직접 제1 배출구(74)에 접속하지 않고, 상기와 같이 마련한 복수의 유로 R7과 환형의 유로 R4를 통해 접속함으로써, 가스 센서(61) 내에서의 배기 기체의 흐름을 안정시켜 검출 정밀도의 변동을 억제하고 있다.
제2 모드에서는, 도 7에 모식적으로 도시된 바와 같이 제1 배출구(74)를 나사 등으로 막은 상태로 한다. 이 제2 모드에서도, 유입구(73)로부터 유입되는 배기 기체는 노즐 N1에 공급되고, 가스 센서(61)의 센서면(76a)을 향하여 그 센서면(76a)에 수직으로 흐르게 된다. 이 센서면(76a)에 이르기까지의 배기 기체가 흐르는 경로는 제1 모드의 경우와 동일하다. 제2 모드에서는, 센서면(76a)을 향하여 흐르게 된 배기 기체는, 그 일부가 가스 센서(61)의 내부를 통과하여 중공부(87)로 빠져나가고, 중공부(87)로부터 각 유로 R8을 통과하여 각 유로 R6으로 흐른다. 또한 나머지 배기 기체는 간극 S2 내를 센서면(76a)을 따라 흐르고, 관통 구멍 H3, 유로 R5, 각 유로 R6으로 흐른다. 유로 R6에 유입된 배기 기체는 유로 R3을 통하여 제2 배출구(75)로부터 배출된다.
제2 모드에서는, 가스 센서(61)의 내부를 통과한 배기 기체가 제2 배출구(75)에 이르기까지의 경로, 즉, 중공부(87), 유로 R8, R6, R3이 제1 배출 유로이다. 또한 간극 S2로부터 제2 배출구(75)에 이르기까지의 경로, 즉, 관통 구멍 H3, 유로 R5, R6, R3이 제2 배출 유로이다. 이 예에서는, 간극 S2가, 가스 센서(61)의 내부를 통과하지 않는 일부의 배기 기체를 빠져나가게 하는 릴리프 유로이다. 이 제2 모드에서의 제1 배출 유로에서는, 역시 중공부(87)를 직접 제2 배출구(75)에 접속하지 않고, 상기와 같이 마련한 복수의 유로 R8, R6과 환형의 유로 R3을 통해 접속함으로써, 가스 센서(61) 내에서의 배기 기체의 흐름을 안정시켜 검출 정밀도의 변동을 억제하고 있다.
상기 제1, 제2 모드는 모두 노즐 N1로부터의 배기 기체를 가스 센서(61)의 내부를 통과시키고 있어, 가스 센서(61)의 내부에의 배기 기체의 도입을 더 효과적으로 행하여 검출 정밀도를 높게 하고 있다. 즉, 배기 기체를 가스 센서(61)의 내부를 통과시킴으로써 가스 센서(61)의 내부에서 배기 기체를 체류시키지 않고, 검사 배기 배관(51)을 흐르는 배기 기체에 있어서의 용제 가스의 가스 농도에 따라 출력 전압 Vb가 변화되도록 하여, 용제 가스의 누설이 적어 용제 가스의 가스 농도가 낮은 경우에도 그것을 검출 가능하게 하고 있다.
제1 모드는, 노즐 N1로부터의 배기 기체의 전부를 가스 센서(61)의 내부를 통과시키는 모드이며, 전부의 배기 기체를 가스 센서(61)의 내부에 공급함으로써, 가스 센서(61)의 내부에의 용제 가스의 공급량을 많게 하여 가스 센서(61)의 반응량을 많게 한 모드이다. 예를 들어 이 제1 모드는, 리튬 이온 전지(11)의 전해액으로서, 가스 센서(61)에 대한 반응성이 낮은 용제가 주성분으로서 사용되고 있는 경우에 적합하다.
한편, 제2 모드는 노즐 N1로부터의 배기 기체의 일부를 가스 센서(61)의 내부로 흐르게 하는 모드이며, 리튬 이온 전지(11)의 전해액으로서 가스 센서(61)에 대한 반응성이 비교적 높은 용제가 주성분으로 되어 있는 경우나, 가스 센서(61)의 내부를 통과하는 배기 기체에 의한 가스 감지 소자(61a)의 온도 저하를 경감할 필요가 있는 경우에 적합하다.
또한 상기 센서 유닛(16)의 구성은 일례이며, 그 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 이 실시 형태에서는, 공급부를 1개의 통기 플레이트(91)로서 마련하고 있지만, 홀더부(71)의 다른 부재에 일체로 마련해도 된다. 또한 센서 유닛(16)은 제1 모드와 제2 모드를 선택할 수 있는 구성이지만, 어느 한쪽 모드에만 대응한 구성으로 해도 된다.
상기와 같이 센서 유닛(16)은 진공 챔버(14)의 검사 배기관(51)에 도중에 접속되어 있고 진공 챔버(14) 밖에 배치되어 있으므로, 제1, 제2 모드의 전환을 용이하게 행할 수 있다.
다음으로, 상기 구성의 작용에 대하여 설명한다. 리튬 이온 전지(11)의 기밀성의 검사의 실시에 앞서, 센서 유닛(16)을 제1 모드, 제2 모드 중 어느 한쪽 모드로 설정하고, 설정한 모드에 따른 배출구에 검사 배기 배관(51)을 접속한다.
예를 들어 제1 모드로 한 경우에는, 도 6에 도시한 바와 같이 제2 배출구(75)를 막음과 함께 각 유로 R8을 막는다. 또한 하류측{유량 조절 밸브(52b)측}의 검사 배기 배관(51)을 제1 배출구(74)에 접속한다.
다음으로, 검사 대상으로 되는 리튬 이온 전지(11)를 진공 챔버(14) 내에 설치한다. 먼저, 내부가 대기압으로 된 상태의 진공 챔버(14)의 도어(21)를 개방하고, 진공 챔버(14) 내에 리튬 이온 전지(11)를 수용한다. 그 후에, 진공 챔버(14)의 도어(21)를 폐쇄하고 나서 조작 패널(62)을 조작하여 검사의 개시를 지시한다.
검사의 개시가 지시되면, 제어부(19)는 대기 개방 밸브(26), 펌프용 밸브(42), 압력 조정 밸브(44), 초기 배기 밸브(49), 검사 배기 밸브(54)가 모두 폐쇄되어 있는 것을 확인하고 나서 가스 센서(48, 61)를 작동 상태로 한다. 다음으로, 제어부(19)는 도 8에 도시한 바와 같이 진공 펌프(18)를 작동(ON)한다. 계속해서, 제어부(19)에 의하여 펌프용 밸브(42)와 초기 배기 밸브(49)가 개방된다. 이것에 의하여, 진공 챔버(14) 내의 기체는 배기 기체로서 초기 배기구(31), 초기 배기 배관(47)을 통하여 흡출되어 초기 배기가 행해지고, 챔버 내 압력 Pc가 서서히 낮아진다.
이 초기 배기가 행해지고 있는 T0 기간에서는, 초기 배기용 가스 센서(48)의 출력 전압 Va가 제어부(19)에 의하여 참조되고 있다. 제어부(19)는 초기 배기의 개시 시에 있어서, 그 초기 배기의 개시 시의 출력 전압 Va를 기준 전압으로서 취득하고 있다. 그 후, 초기 배기용 가스 센서(48)로부터 출력 전압 Va를 얻을 때마다 기준 전압에 대한 출력 전압 Va의 상승 폭을 구하고, 구한 상승 폭과 허용 상승 전압 폭 ΔV0을 비교한다. 출력 전압 Va의 상승 폭이 허용 상승 전압 폭 ΔV0 이상으로 된 경우에는, 제어부(19)는 리튬 이온 전지(11)의 기밀성이 불완전하다고 보고, 그 취지를 표시 패널(62b)에 표시하여 경보를 발함과 함께, 검사를 중단하고 종료한다. 한편, 출력 전압 Va의 상승 폭이 허용 상승 전압 폭 ΔV0보다도 작은 경우에는, 제어부(19)는 초기 배기를 계속시킨다. 리튬 이온 전지(11)를 수용한 진공 챔버(14)만을 초기 배기하면 되므로 종래의 2층식의 검사 장치와 비교하여 초기 배기에 요하는 시간을 짧게 끝내며, 결과로서 검사 시간의 단시간화에 유리하다.
또한 초기 배기 중에서는, 제어부(19)는, 압력계(27)에 의하여 측정되고 있는 챔버 내 압력 Pc를 감시하고 있다. 그리고 그 챔버 내 압력 Pc가 검사 압력 Pe에 도달하면, 제어부(19)는, 초기 배기 밸브(49)를 폐쇄하여 초기 배기를 종료함과 함께, 검사 배기 밸브(54)를 개방하여 검사 배기를 개시한다. 또한 챔버 내 압력 Pc와 압력계(43)에서 측정되고 있는 배관 내 압력 Pt의 차가 일정해지도록 압력 조정 밸브(44)의 개폐 제어를 개시한다. 또한 초기 배기의 개시로부터 소정의 설정 시간이 경과해도 챔버 내 압력 Pc가 검사 압력 Pe에 도달하지 않는 경우에는, 제어부(19)는 진공 챔버(14)의 기밀성에 문제가 있다고 보고, 그 취지를 표시 패널(62b)에 표시하여 경보를 발한다.
검사 배기 밸브(54)의 개방에 의하여, 진공 챔버(14) 내의 기체는 배기 기체로서 검사 배기구(32)로부터 검사 배기 배관(51)에 흡출되어, 검사 배기 밸브(54), 유량 조절 밸브(52a), 센서 유닛(16), 유량 조절 밸브(52b)를 통하여 공통 배관(41)을 향하여 흐른다.
상기와 바와 같이 검사 배기에서는, 센서 유닛(16)으로 배기 기체가 흐르는데, 그 배기 기체는 유입구(73)로부터 센서 유닛(16)의 내부에 유입된다. 유입된 배기 기체는 유로 R2, 유로 R1, 각 관통 구멍 H2를 통하여 원추 공간부 S1에 유입된다. 원추 공간부 S1에 유입된 배기 기체는, 또한 원추 공간부 S1의 상부 관통 구멍 H1로부터 노즐 N1에 공급되고, 이 노즐 N1에서 유량이 교축되어 방출된다. 방출된 배기 기체는 간극 S2를 통하여 가스 센서(61)의 센서면(76a)을 향하여 흐르게 된다. 이때, 노즐 N1로부터의 배기 기체는 센서면(76a)에 수직으로 흐르고, 센서면(76a)에 마련된 금속 메쉬(78)를 투과하여 케이스(7) 내에 유입된다. 그리고 저면(76b)측의 금속 메쉬(78)를 투과하여 중공부(87)로 빠져나간다. 배기 기체는 중공부(87)로부터 유로 R7, R4를 통하여 제1 배출구(74)로부터 배출된다.
상기와 같이 하여 가스 센서(61)의 내부를 통과하는 배기 기체 중에 포함되는 농도에 따라 가스 센서(61)의 출력 전압 Vb가 변화된다. 이 가스 센서(61)의 출력 전압 Vb가 이 검사 배기 중에서는 제어부(19)에 의하여 참조된다.
그런데 검사 배기에 앞서 행해지는 초기 배기에서는 다량의 배기 기체가 흐르는데, 이 다량의 배기 기체가 센서 유닛(16)으로 흐른 경우에는, 가스 센서(61) 내부의 히터(61b)에서 가열되고 있는 가스 감지 소자(61a)의 온도가 불안정해져 출력 전압 Vb가 불안정해진다. 이 때문에, 초기 배기 완료 직후에 센서 유닛(16)에 의한 용제 가스의 검출을 행할 수는 없어, 검사 시간을 오래 끌게 하는 원인으로 된다. 그러나 이 예에서는, 상기와 같이 센서 유닛(16)을 마련한 검사 배기 배관(51)과는 별개로 마련한 초기 배기 배관(47)에서 초기 배기를 행하고 있기 때문에, 초기 배기 완료 직후에 센서 유닛(16)에 의한 용제 가스의 검출을 개시할 수 있다.
제어부(19)는, 검사 배기의 최초의 T1 기간에서는, 검사 배기의 개시 시의 출력 전압 Vb를 기준 전압으로 하여, 가스 센서(61)로부터 출력 전압 Vb를 얻을 때마다 기준 전압에 대한 출력 전압 Vb의 상승 폭을 구하고, 이 상승 폭과 T1 기간용의 허용 상승 전압 폭 ΔV1을 비교한다. 예를 들어 이 비교에 있어서, 출력 전압 Vb의 상승 폭이 허용 상승 전압 폭 ΔV1보다도 작은 경우에는, 제어부(19)는 검사를 계속한다.
검사가 계속되고 T1 기간이 종료되어 T2 기간으로 되면, 제어부(19)는 T1 기간 중에 얻어진 가장 낮은 출력 전압 Vb를 새로운 기준 전압으로 하여, T1 기간과 마찬가지로 가스 센서(61)로부터 출력 전압 Vb를 얻을 때마다 기준 전압에 대한 출력 전압 Vb의 상승 폭을 구하고, 이 상승 폭과 T2 기간용의 허용 상승 전압 폭 ΔV2를 비교한다. 이 비교에서 출력 전압 Vb의 상승 폭이 허용 상승 전압 폭 ΔV2보다도 작은 경우에는 검사가 계속된다. T2 기간이 종료되어 T3 기간으로 되면, T1 기간과 T2 기간을 통하여 얻어진 가장 낮은 출력 전압 Vb를 새로운 기준 전압으로 하여, 마찬가지로 출력 전압 Vb의 상승 폭과 T3 기간용의 허용 상승 전압 폭 ΔV3을 비교한다. 또한 T3 기간의 다음인 T4 기간에서는, T1 기간으로부터 T3 기간을 통하여 얻어진 가장 낮은 출력 전압 Vb를 새로운 기준 전압으로 하여, 출력 전압 Vb의 상승 폭과 T4 기간용의 허용 상승 전압 폭 ΔV4를 비교한다.
T1 기간 내지 T4 기간 중 어느 것에 있어서도, 기준 전압에 대한 출력 전압 Vb의 상승 폭이 기간마다의 허용 상승 전압 폭보다도 작으면, 리튬 이온 전지(11)의 기밀성에 문제가 없는 것으로 보고, 그 취지를 통지하고 검사를 종료한다. 검사를 종료할 때는, 제어부(19)는 펌프용 밸브(42)를 폐쇄하고, 또한 압력 조정 밸브(44)를 개방함과 함께 진공 펌프(18)를 정지(OFF)시킨다. 또한 초기 배기 밸브(49), 대기 개방 밸브(26)를 개방한다. 대기 개방 밸브(26)의 개방에 의하여 필터(28), 대기 개방 밸브(26)를 통하여 클린 부스(17) 내의 분위기가 진공 챔버(14) 내에 유입되어, 챔버 내 압력 Pc가 대기압까지 상승한다. 제어부(19)는, 압력계(27)에 의하여 측정되고 있는 챔버 내 압력 Pc가 대기압으로 된 단계에서 대기 개방 밸브(26), 초기 배기 밸브(49), 검사 배기 밸브(54)를 폐쇄한다.
상기와 같이 대기 개방 밸브(26)의 개방에 의하여 진공 챔버(14) 내에 클린 부스(17) 내의 분위기가 유입되면, 그에 따라 초기 배기 배관(47), 검사 배기 배관(51)에 급격한 기체의 흐름이 발생하기 때문에, 가스 센서(48, 61)에 온도 변화가 발생하여 출력 전압 Va, Vb가 변동된다. 이 때문에, 제어부(19)는 대기 개방 밸브(26)를 폐쇄한 후, 가스 센서(48, 61)의 출력 전압 Va, Vb가 안정되는 것을 기다려, 다음 검사의 대기 상태로 된다.
필터 팬 유닛(17a)에서 정화된 클린 부스(17) 내의 분위기가 진공 챔버(14) 내에 도입되기 때문에, 클린 부스(17) 밖의 분위기에 포함되는 용제 가스의 영향을 받지 않고 다음 검사를 개시할 수 있다.
한편, 검사 배기 중의 T1 기간 내지 T4 기간 중 어느 기간 중에, 기준 전압에 대한 출력 전압 Vb의 상승 분이 기간마다의 허용 상승 전압 이상으로 된 경우에는, 제어부(19)는 검사 중인 리튬 이온 전지(11)의 기밀성에 문제가 있다고 판정한다. 그리고 검사 중인 리튬 이온 전지(11)에 기밀성이 불완전하다는 취지를 표시 패널(62b)에 표시하고, 그 시점에서 검사를 종료한다.
상술한 바와 같이 센서 유닛(16)에서는, 배기 기체 중에 포함되는 용제 가스가 미량이더라도 가스 센서(61)의 내부에 배기 기체를 통과시키고 있기 때문에, 더 효과적으로 용제 가스를 포함하는 배기 기체가 가스 감지 소자(61a)에 공급되므로, 가스 센서(61)의 출력 전압 Vb가 크게 상승한다. 따라서 리튬 이온 전지(11)의 기밀성이, 극히 작은 핀 홀에 기인하여 누출되는 용제 가스가 미량이더라도, 리튬 이온 전지(11)에 기밀성이 불완전한 것이 검출된다. 즉, 높은 검출 정밀도가 얻어진다.
한편, 예를 들어 리튬 이온 전지(11)의 전해액으로서 가스 센서(61)에 대한 반응성이 비교적 높은 용제가 주성분으로서 사용되고 있는 경우에는, 센서 유닛(16)을 제2 모드로 설정한다. 이 경우에는 제1 배출구(74)를 막는다. 각 유로 R8이 막혀 있는 경우에는 그것을 해제한다. 그리고 하류측의 검사 배기 배관(51)을 제2 배출구(75)에 접속한다. 이후에는 제1 모드의 경우와 동일한 수순으로 기밀성의 검사를 행한다.
센서 유닛(16)을 제2 모드로 한 경우에는, 유입구(73)로부터 센서 유닛(16)의 내부에 유입된 배기 기체는 제1 모드의 경우와 동일한 경로로 노즐 N1에 공급되고, 이 노즐 N1로부터 센서면(76a)을 향하여 수직으로 흐른다. 그리고 배기 기체의 일부가 센서면(76a)에 마련된 금속 메쉬(78)를 투과하여 케이스(76) 내에 유입되어, 저면(76b)측의 금속 메쉬(78)를 투과하여 중공부(87)로 빠져나가고, 중공부(87)로부터 유로 R8, R6, R3을 통하여 제2 배출구(75)로부터 배출된다. 나머지 배기 기체는 간극 S2 내를 센서면(76a)을 따라 흐르고, 관통 구멍 H3, 유로 R5, R6, R3을 통하여 제2 배출구(75)로부터 배출된다.
제2 모드에서는, 가스 센서(61)의 내부를 통과하는 배기 기체의 유량이 작지만 배기 기체 중에 포함되는 용제 가스의 반응성이 높으므로, 가스 센서(61)의 출력 전압 Vb가 크게 상승한다. 따라서 이 경우에 있어서도, 높은 검출 정밀도로 리튬 이온 전지(11)의 기밀성이 불완전한 것을 검출할 수 있다.
상기 실시 형태에서는, 케이스(76) 내부를 배기 기체가 통과 가능한 타입의 가스 센서(61)를 사용하고 있지만, 케이스(76) 내부를 배기 기체가 통과하지 않는 타입의 가스 센서(61)를 사용해도 된다. 이러한 가스 센서(61)를 사용한 경우에도, 노즐 N1의 개구를 센서면(76a)에 가까운 위치에 유지하고 노즐 N1로부터의 배기 기체를 센서면(76a)을 향하여 흐르게 함으로써, 배기 기체를 가스 센서(61)의 케이스(76) 내에 효과적으로 도입할 수 있어 검출 정밀도를 높일 수 있다. 또한 상기 홀더부(71)를 사용하는 경우에는, 간극 S2와 제2 배출구(75)는 제2 배출 유로(관통 구멍 H3, 유로 R5, R6, R3)로 연결된다. 또한 케이스(76) 내를 통한 배기 기체를 배출구(74, 75)로 안내하는 배출 유로는 불요하기 때문에, 각 유로 R8과 제1 배출구(74)를 막는다.
또한 상기 검사 장치(10)의 검사의 신뢰성을 평가하거나 조정하거나 한 경우에는, 실제로 검사하는 리튬 이온 전지(11)과 동일한 전해질을 봉입하고 핀 홀을 형성한 테스트용 용기를 진공 챔버(14)에 수용하여 행할 수 있다. 이 경우에는, 올바른 평가 및 조정을 위하여 테스트용 용기를, 실제로 검사하는 리튬 이온 전지(11)과 동일한 사이즈로 하는 것이 좋다.
상기 검사 장치(10)는 자동 라인 설비에의 대응이 가능하다. 이 경우, 예를 들어 클린 부스(17)나 진공 챔버(14)의 개폐를 전자 밸브나 실린더 등을 사용한 자동 개폐 기구로 하거나 리튬 이온 전지(11)의 출납을 자동화하거나 할 수도 있다. 또한 인터페이스 회로를 통하여 주변 설비와의 사이에서 통신을 행하여 협조적으로 동작시키는 것도 가능하다.
상기 실시 형태에서는 1회에 1개의 리튬 이온 전지(11)의 검사를 행하고 있지만, 진공 챔버(14) 내에 복수 개의 리튬 이온 전지(11)를 수용함으로써 1회에 복수 개의 리튬 이온 전지(11)의 검사를 행해도 된다. 진공 챔버(14) 내를 복수의 방으로 구획함으로써, 기밀성이 불완전한 리튬 이온 전지(11)의 특정 또는 한정하도록 하는 것이 좋다. 진공 챔버(14) 내를 복수의 방으로 구획한 경우에는, 방마다 검사 배기계(36)을 마련하고, 검사 배기계(36)의 검사 배기 배관(51)마다 센서 유닛(16)을 마련한다. 또한 초기 배기 배관(47)에 대해서는 방마다 마련할 수도 있지만, 각 방에 공통으로 할 수도 있다. 상기에서는 리튬 이온 전지를 검사 대상물로 한 예에 대하여 설명했지만, 검사 대상물은 이에 한정되는 것은 아니다.
10: 기밀성 검사 장치
11: 리튬 이온 전지
14: 진공 챔버
16: 센서 유닛
17: 클린 부스
34: 공통 배관계
35: 초기 배기계
36: 검사 배기계
47: 초기 배기 배관
51: 검사 배기 배관
61: 가스 센서
76a: 센서면
71: 홀더부
73: 유입구
74: 제1 배출구
75: 제2 배출구
N1: 노즐

Claims (9)

  1. 기체상의 검출 대상 물질을 검출하는 센서부와, 내부에 상기 센서부를 보유 지지하는 홀더부를 구비한 센서 유닛에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 검출 대상 물질에 반응하는 소자와,
    상기 소자가 내부에 배치됨과 함께, 일면에 제1 개구가 마련되고, 상기 일면과 반대측의 다른 면에 제2 개구가 마련된 케이스를
    구비하고,
    상기 홀더부는,
    상기 홀더부의 내부에 기체를 도입하는 유입구와,
    상기 일면에 근접시킨 위치에 배치되어, 상기 홀더부의 내부에 도입된 기체를 상기 일면측으로 통과시키는 공급구와,
    상기 케이스의 내부를 통과한 기체가 상기 제2 개구로부터 유입되는 중공부와,
    상기 중공부의 주위 방향으로 형성된 환형 또는 C자형의 제1 유로와,
    상기 중공부의 주위 방향으로 소정의 간격으로 마련되어, 상기 중공부와 상기 제1 유로를 접속하는 복수 개의 제2 유로와,
    상기 제2 유로와 상이한 위치에서 상기 제1 유로에 접속되어, 상기 홀더부의 내부의 기체를 배출하는 배출구를
    구비하는 것을 특징으로 하는, 센서 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공급구는 노즐 형상인 것을 특징으로 하는, 센서 유닛.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유입구에 연결된 환형의 제3 유로와,
    주위 방향으로 소정의 간격을 둔 복수 개소에서 상기 제3 유로와 연결되고, 정상부가 상기 공급구에 연결된 원추 공간부를
    구비하는 것을 특징으로 하는, 센서 유닛.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급구를 통과한 기체의 적어도 일부를 상기 일면을 따라 흐르게 하는 릴리프 유로와,
    상기 릴리프 유로와 상기 배출구를 연결하는 배출 유로를
    구비하는 것을 특징으로 하는, 센서 유닛.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 센서 유닛과, 검사 대상물을 수용하는 진공 챔버와, 상기 진공 챔버에 접속된 검사 배기 배관을 갖고 상기 검사 배기 배관을 통하여 상기 진공 챔버로부터 검사 배기하는 검사 배기부를 구비하고,
    상기 센서 유닛은 상기 검사 배기 배관의 도중에 접속되어, 상기 유입구를 통하여 상기 홀더부의 내부에 상기 진공 챔버로부터 배기되는 배기 기체를 도입하는 것을 특징으로 하는, 기밀성 검사 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 진공 챔버에 접속된 초기 배기 배관을 갖고, 상기 초기 배기 배관을 통하여 상기 진공 챔버로부터 초기 배기하는 초기 배기부와,
    상기 초기 배기부에 의하여 상기 진공 챔버 내의 압력을 미리 설정된 검사 압력으로까지 낮춘 후에 상기 검사 배기부에서 검사 배기시키는 제어부를
    구비하는 것을 특징으로 하는, 기밀성 검사 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 검사 배기 배관의 도중에 접속되고, 상기 센서 유닛보다도 상류측에 마련된 검사 배기 밸브와,
    상기 초기 배기 배관의 도중에 접속된 초기 배기 밸브와,
    상기 진공 챔버에 접속된 대기 개방 밸브를
    구비하고,
    상기 제어부는, 상기 초기 배기 시에는 상기 초기 배기 밸브를 개방함과 함께 상기 검사 배기 밸브와 상기 대기 개방 밸브를 폐쇄하고, 상기 검사 배기 시에는 상기 검사 배기 밸브를 개방함과 함께 상기 초기 배기 밸브와 상기 대기 개방 밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는, 기밀성 검사 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 초기 배기 배관의 도중에 접속되고, 상기 초기 배기 밸브보다도 하류측에 마련된 초기 배기용 가스 센서를 구비하고,
    상기 제어부는 상기 검사 배기 시에만 상기 검사 배기 밸브를 개방함과 함께, 상기 초기 배기 시에 상기 초기 배기용 가스 센서로부터의 출력 전압을 이용하여 검사 대상물의 기밀성을 판정하고, 기밀성이 불완전하다고 판정한 시점에서 검사를 종료하는 것을 특징으로 하는, 기밀성 검사 장치.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검사 배기 배관의 도중에 각각 접속되고, 상기 센서 유닛보다도 상류측에 마련된 제1 유량 조절 밸브 및 하류측에 마련된 제2 유량 조절 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는, 기밀성 검사 장치.
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