エアリークテスターとは?選び方から導入の流れまで解説

現代の製造業では、製品の気密性や液密性が品質と安全性の確保に欠かせません。容器や配管、自動車部品、医療機器など、液体や気体を封じ込める製品では、微小な漏れが性能低下や機能不全、さらにはリコールや事故につながるリスクがあります。こうしたリスクを防ぎ、製品の信頼性を高めるために、リークテストは製造ラインの重要な工程となっています。

エアリークテスター(Air Leak Tester)は、加圧・減圧による圧力変化を数値化して漏れ量を定量的に測定できるため、単なる合否判定を超えた精密な品質管理が可能です。不良率の解析やトレーサビリティの確保も容易になり、製品の信頼性向上に大きく貢献します。

エアリークテスターとは?

エアリークテスターは、空気やガスを用いて製品の密閉性、つまり「漏れがないか」を検査する装置です。製品内部に圧力をかけ、その変化を測定することで、目に見えない微細な穴や亀裂、シール部分の不良などを検知します。

製造された製品が、設計通りの気密性能を保っているかを確認するために、品質管理の最終工程や、生産ラインの途中工程で広く利用されています。

エアリークテスターの主な検査方式

エアリークテスターは、多様な技術的アプローチに基づいており、それぞれの方式が異なる用途や要件に対応しています。中でも主流となっているのは、高精度と高信頼性を両立する圧力変化法(差圧式)です。

圧力変化法(差圧式)

圧力変化法(差圧法)は、エアリークテストの最も一般的な方式であり、その高感度な検出能力で知られています。この原理は、被検査物(ワーク)と漏れのない基準品(マスター)を同時に加圧し、両者の圧力差を超高感度な差圧センサーで検出するというものです。

漏れがないワークの場合、マスターとの圧力差はほぼゼロを維持します。しかし、ワークに微小な漏れがあると、ワーク内の圧力がわずかに低下し、マスターとの間に差圧が生じます。この差圧の変化を測定し、漏れ量(リークレイト)として数値化・表示する仕組みです。この検査方式は、複数の段階を経て実行されます。

  1. 加圧工程: 加圧弁を開け、ワークとマスターを含む回路全体にテスト圧を封入します。
  2. 等圧工程: 加圧弁を閉じ、マスターとワーク間の導通を確保した状態で圧力が安定するのを待ちます。
  3. 平衡工程: マスターとワークを遮断し、それぞれの圧力がさらに安定するのを待ちます。この段階で、大きな漏れ(大リーク)は迅速に検出されます。
  4. 検出工程: 微小な漏れを検出するために、オートゼロをかけて差圧の測定を開始します。漏れによって生じる差圧は0.1秒ごとに演算され、漏れ量に換算されて表示されます。

差圧法の優位性は、単に高感度なセンサーを使用している点だけではありません。空気を加圧すると、断熱圧縮により空気の温度が急上昇し、この温度変化が圧力に大きな影響を与えます。

差圧法では、ワークとマスターを同時に加圧し、同じ環境下に置くことで、両者に同等の温度変化を生じさせます。その結果、温度変動による圧力のノイズが両者で相殺され、漏れによる純粋な圧力変化のみを検出することが可能になります。

原理 製品内外の圧力差の変化を測定し、漏れ量を算出
検出感度 高精度
定量化 可能(圧力変化から漏れ量を算出)
漏れ箇所特定 圧力変化で漏れの有無はわかるが位置特定は難しい
メリット
  • 高精度で微小リーク測定可能
  • 非破壊
  • ドライ化、自動化に適用可能
注意点
  • 製品内部構造によって測定が複雑
  • 漏れ箇所特定は難しい

 

直圧(降下)式

ワーク単体にテスト圧を封入し、一定時間経過後の圧力低下を直接測定する最もシンプルな方式です。ワーク単体で測定するため、周囲の温度変化や圧力変動といった環境要因の影響を直接受けやすいという特徴があります。

原理 製品に圧力をかけ、時間経過による圧力低下で漏れ量を算出
検出感度 中〜高精度
定量化 可能(圧力低下から漏れ量算出)
漏れ箇所特定 圧力低下の原因は特定しにくい
メリット
  • シンプルで高い信頼性
  • 非破壊
  • 幅広い製品に適用可能
注意点
  • 漏れ箇所特定は難しい
  • 乾燥工程や圧力調整が必要な場合あり

 

流量式

漏れによって流れる空気の流量を直接測定して漏れ量を判断する方式です。微小な流量を測定することで、漏れの定量的な評価が可能になります。

原理 製品に圧力をかけ、漏れによる流量変化を測定
検出感度 高精度
定量化 可能(流量値として数値化)
漏れ箇所特定 流量計の位置情報に依存
メリット
  • 定量的評価可能
  • 高精度測定が可能
注意点
  • 複雑な配管や小型製品には不向き
  • 高額装置が必要な場合あり

 

ヘリウムリークテスト(質量分析法)

検査物にヘリウムガスを充填し、漏れ出たヘリウムガスを質量分析管で検出します。ヘリウムは分子が小さく、空気中に微量しか存在しないため、極めて高い感度での漏れ検出が可能になります。

原理 製品内外にヘリウムを充填し、漏れたヘリウムを質量分析計で検出
検出感度 非常に高い
定量化 可能(漏れ量を精密に数値化)
漏れ箇所特定 ヘリウムガスの流れを追跡して位置特定可能
メリット
  • 超微小漏れも検出可能
  • 定量・定性どちらも可能
  • 高信頼性
注意点
  • 装置コストが非常に高い
  • 現場導入は難しい
  • ヘリウムガスが必要

超音波リークディテクター

空気漏れに伴って発生する、人間には聞こえない高周波音(20kHz以上)をセンサーで捉えて検知する方式です。漏れ箇所に近づくほど信号が強くなるため、配管や装置のメンテナンス用途で広く用いられます。

原理 漏れによって発生する超音波(通常20kHz〜100kHz以上の高周波音)をセンサーで検出
検出感度 中〜高精度。小さなリークも検知可能だが、圧力やガス種類によって感度が変動。通常は微細な気泡レベルまで検出可能。
定量化 基本的に定性的
漏れ箇所特定 音源位置を特定可能
メリット
  • 非破壊・現場検査可能
  • 携帯型で即座に位置特定可能
  • 配管や設備稼働中も測定可能
注意点
  • 定量化が困難
  • 騒音環境に影響されやすい
  • 微小リークは見逃す可能性あり

 

その他の検査方式

水中法(バブルテスト)

製品を水に沈めて加圧し、気泡の発生を目視で確認する伝統的な検査方法です。設備投資が少なく、漏れ箇所を特定しやすい利点がありますが、水濡れを許さない製品には使えず、乾燥工程が必要なため生産効率が低下します。また、検査結果は担当者の熟練度や視力に依存し、微小な漏れを見逃す可能性があります。

原理 製品を水槽に沈め、加圧で発生する気泡を目視確認
検出感度 低〜中精度
定量化 定性的(有無のみ)
漏れ箇所特定 気泡の位置で漏れ箇所を特定
メリット
  • 設備投資が少ない
  • 漏れ箇所を視覚的に確認可能
注意点
  • 水濡れ不可の製品には不適
  • 検査後の乾燥が必要
  • 微細漏れの見逃しがある
  • 定量化不可

エアリークテスターの用途と産業事例

エアリークテスターは、その信頼性と多用途性から、様々な産業で品質管理の要として活用されています。

自動車産業

自動車産業では、安全性と信頼性が直接命に関わるため、微細な漏れも許容されません。エアリークテスターは、エンジンのドライブトレイン、トランスミッション、ブレーキシステム、空調部品など、気密性を要求される多岐にわたる部品の検査に不可欠です。特に、近年重要性が増している電気自動車(EV)のバッテリーセルや冷却回路の気密性評価にも広く適用されています。

量産ラインでは、手動検査では対応できないため、自動化されたシステムが不可欠となります。ヘリウムリークテストシステムのような高感度な装置は、ヘリウムガスの回収システムと組み合わせて使用されることで、生産効率と環境負荷低減の両方を実現しています。

医療機器・製薬業界

医療機器や医薬品の容器は、人体への影響が直接的であるため、極めて高い品質基準が求められます。エアリークテスターは、輸液バッグ、プレフィルドシリンジ、バイアル瓶、アンプル、PTP包装などの包装容器の完全性評価に使用されます。

これらの検査は、水蒸気、酸素、細菌などの外部からの侵入を評価し、製品の安全性と無菌性を確保するために不可欠です。特に、微小なピンホールやシール不良を検出するため、高感度な差圧式や、一部の密封品にはヘリウムリークテストが採用されています。

電子・精密機器分野

電子・精密機器分野においても、エアリークテスターは重要な役割を担っています。スマートフォンなどの精密機器では、音響部や防水・防塵性能を確保するための気密検査が実施されます。

また、ICパッケージやセンサーのような微細な部品の封止効果や気密性も、エアリークテストやヘリウムリークテストを用いて評価されます。こうした分野では、小さな漏れが製品全体の性能に影響を与えるため、高精度な検査が求められます。

エアリークテスター導入のメリット

エアリークテスターの導入は、単に検査方法を変更するだけでなく、企業の経営に多角的なメリットをもたらします。

検査の自動化と省人化

エアリークテスターを導入することで、検査プロセス全体の自動化を可能にします。従来手作業で行われていた煩雑な工程、例えばトランスミッションの複数のボルトを手で締め付けていたような作業を自動化し、タクトタイムを大幅に改善できます。

また、クリーンルーム内での無理な姿勢を強いる検査作業など、労働者に負担を伴う作業を装置に任せることで、作業環境が改善されます。結果として、人件費の節減と生産性の向上が実現されます。

定量的なデータによる品質向上

エアリークテスターの最大の強みは、漏れ量を数値化できる点にあります。製品の合否判定に作業者の熟練度や個人差が介入する余地がなくなり、検査の信頼性が飛躍的に向上します。

さらに、収集された漏れ量のデータを統計的に処理・解析することで、製品品質の安定化に貢献し、トレーサビリティを確立できます。これは、不良品の発生原因を特定し、生産プロセスの改善につなげる上で不可欠な要素です。

ランニングコストとトータルコストの低減

エアリークテスター導入によるコスト削減は多岐にわたります。不良品の流出を防ぐことでクレーム件数が減少し、歩留まり率が向上します。特に、水中法からの切り替えでは、必須だった乾燥工程が不要になるため、生産プロセス全体が効率化され、大幅なコスト削減につながります。

エアリークテスターの導入は、初期投資だけで評価すべきではありません。その真の投資対効果(ROI)は、製品リコールによる費用や顧客からの信頼失墜、不良品の廃棄コスト、そして非効率な後工程といった、これまで見過ごされがちだった隠れたコストを総合的に考慮することで算出されます。

これらの潜在的なリスクとコストを回避できる価値を包括的に評価することで、導入の経済的メリットを正確に把握することができます。

エアリークテスター選定と導入のポイント

検査方式の選定基準

最適なエアリークテスターを選ぶには、まず検査対象のワーク(被検査物)の特性を正確に理解することが不可欠です。

ワークの容積と形状 ワークの容積は検出感度と検査時間に直接影響します。一般に、内容積が小さいほど高感度な検出が可能になります。ワークの容積を小さくするために「中子」と呼ばれる部品を入れることも有効です。

開口部が多いワーク、凹凸の少ないワーク、エアーの導入孔がない密封品など、形状に応じて適した検査方式が異なります。
要求される検出感度 医療機器や自動車部品など、要求される精度が極めて高い場合は、ヘリウムリークテストシステムのような超高感度な方式を検討する必要があります。

精度を左右する治具と測定環境

エアリークテスターの性能を最大限に引き出すためには、装置本体だけでなく、ワークを正確に保持しシールする「治具」と、安定した「測定環境」が極めて重要です。

治具設計の重要性 治具の設計は、測定精度を大きく左右します。ワークを確実に固定し、シール部の容積を最小限に抑えることが不可欠です。

特にゴムパッキンを使用する場合、一定の力が加わり続けることで徐々に変形する「クリープ現象」に注意し、測定中にパッキンが動かないように設計する必要があります。
測定環境の管理 測定精度は、温度や湿度、直射日光、風などの環境要因に大きく影響されます。機器本体やワークの熱バランスが測定結果に影響するため、室温を一定に保つことが理想的です。
エア品質の重要性 検査に使用する圧縮空気の品質も、装置の安定稼働に不可欠です。

テスター内部の微小なセンサーやバルブは、水分や油分が大敵であり、故障の原因となります。そのため、原則としてドライエアを使用し、テスターの直前にドライエア装置やフィルターを配備することが推奨されます。

導入から運用までのプロセス

エアリークテスターの導入は、単に装置を購入する行為ではなく、生産プロセス全体を再設計する包括的なシステムインテグレーションと捉えるべきです。

事前デモ機の活用 導入前に、デモ機を使用して実際のワークでリーク検査を行うことで、装置の性能や適応性を確認できます。
メーカーとの連携 治具製作やシステムの設計、そして長期的なメンテナンスに至るまで、信頼できるメーカーとの連携が不可欠です。

治具のシール設計不良やエア品質の問題など、多数の要素が相互に影響し合うため、総合的な知見を持つメーカーと協力して最適なソリューションを構築することが、導入成功の鍵となります。

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まとめ

本記事では、エアリークテスターについて、以下のポイントを中心に解説しました。

  1. エアリークテスターは、製品の漏れを数値で定量的に測定する装置であり、従来の目視検査が抱える課題を解決します。

  2. 高精度な差圧式を中心に、流量式、ヘリウムリークテスト、超音波式など、多様な検査方式が存在し、用途に応じて使い分けられます。

  3. 導入のメリットには、検査の自動化・省人化、定量データによる品質向上、そしてトータルコストの低減が挙げられます。

  4. 導入成功には、ワークの特性に応じた検査方式の選定、治具の設計、測定環境の管理、そしてメーカーとの連携が重要となります。

エアリークテスターは、品質管理を新たなレベルへと引き上げ、企業の競争力強化に貢献する中核技術です。この記事が、エアリークテスターへの理解を深める一助となれば幸いです。

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