JP2007132875A - エアリーク検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エアリーク検査装置において、測定対象の密閉容器の小形化に対応する。
【解決手段】エアリーク検査装置１０は、測定槽１２と測定ヘッド２２を当接させてワーク１４を密閉して収容する収容室２４を形成する。測定ヘッド２２には、収容室２４内の圧力を制御する圧力制御部３０、圧力を検出する圧力検出部３２が設けられる。圧力制御部３０は、収容室２４に連通する作動室３８と、外部の低圧源４８、高圧源５０と選択的に連通される駆動室３６とが、ダイアフラム３４を介して配置されている。駆動室３６の圧力を制御して、ダイアフラム３４を動作させ、収容室２４の圧力を変化させる。この圧力変化を圧力センサ６０により検出し、エアリークの判定を行う。圧力制御部と圧力検出部を測定ヘッドに設けたこと、ダイアフラム３４により外部の配管４０を分離したことにより、収容室２４およびこれに連通する空間が小さくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、密閉容器の密閉性の検査を行うエアリーク検査装置に関し、特にその構造に関する。

内部に空間を残して密閉される容器が各種産業分野において用いられている。例えば、マイクロ電子部品であるシールリレーは、プラスチック容器内に可動接点と励磁コイルとが収納され、この容器を封止することにより密閉されて製作される。このシールリレーは、容器内に密閉された空気または不活性ガスが、リレーの可動部やその他の内部部品を安定した状態に保つと共に、当該内部部品が塵埃等の影響を受けないことから、長期間にわたって安定した作動特性が保たれる。もちろん、密閉容器は前述のマイクロ電子部品ばかりでなく、医療用、食品用、その他広範囲の分野に適用可能であり、同様に密閉容器内の物体の安定や保護を行うことができる。

このような密閉容器は、製造時におけるシール不良、容器自体の破損や製造不良による孔などにより、完全な密閉状態とならない場合がある。このような密閉状態が害された容器は、漏れ、すなわちエアリークを起こしている不良品として確実に排除されなければなならない。

この判別を行うためのエアリーク検査装置が例えば下記特許文献１に記載されている。この装置は、検査対象となる密閉容器を、閉じた空間である測定関連空間に収め、この測定関連空間に負圧を導き、ここを減圧し、減圧後の圧力変化の様子から、エアリークの有無、さらにはエアリークの程度を判定している。エアリークがある場合、密閉容器から漏れ出す気体のために、測定空間内の圧力が想定される負圧に達しない、または一旦想定される負圧に達してもその後、負圧の程度が小さくなる。これを検出してエアリークの判定を行っている。なお、測定関連空間内を高圧にしてエアリークの検査を行う場合もある。

特開２００１−３４９８０２号公報

近年、電子部品が小形化され、これに伴って密閉容器も小形化している。このため、十分密閉されていなかった不良の容器から漏出する気体もわずかとなる。密閉容器が収められる測定関連空間の容積が大きいと、測定関連空間の容積に対する漏出気体の割合が少なくなり、容器からの漏れによる圧力変化が小さく、感度が悪くなる。この結果、測定精度が高められない。前述の特許文献１に記載された装置においては、配管も測定関連空間に含まれ、減圧対象の空間となり、空間の容積の減少の妨げとなっている。

本発明は、減圧等の圧力制御の対象となる測定関連空間の容積を小さくすることを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明のエアリーク検出装置は、検査対象の密閉容器を収容する収容室が形成された測定槽と、測定槽に当接して収容室を含む測定関連空間を密閉する測定ヘッドと、を有し、測定ヘッドは、測定関連空間内の圧力を制御する圧力制御部と、測定関連空間内の圧力を検出するための圧力検出部とを有している。圧力制御部は、外部の圧力源からの流体により駆動されるダイアフラムと、ダイアフラムの動作によって容積が変化し、連通路により収容室と連通され、測定関連空間の一部となる作動室と、を有し、圧力検出部は、連通路により収容室と連通され、測定関連空間の一部となる圧力検出室と、圧力検出室の圧力を検出する圧力センサと、を有している。当該エアリーク検査装置は、さらに、圧力制御部により圧力が変化された後の測定関連空間内の圧力の変化に基づき密閉容器の密閉性の判定を行う判定部を有している。

測定ヘッド内に、圧力制御部および圧力検出部を設けたことにより、これらと収容室を結ぶ配管を短縮することができ、圧力制御の対象となる測定関連空間の容積を減少させることができる。また、圧力制御部にダイアフラムを設けることにより、外部の圧力源とを繋ぐ配管が、測定関連空間から分離され、圧力制御対象となる空間を小さくしている。

また、圧力センサの受圧面は、圧力制御部のダイアフラムに対向して配置することができる。この配置により、測定ヘッドの製作が容易となる。

また、圧力制御部の作動室と収容室を結ぶ連通路と、圧力検出部の圧力検出室と収容室を結ぶ連通路を、作動室と圧力検出室を結ぶ第１部分と、この第１部分と収容室を結ぶ第２部分とを有する主連通路とすることができ、この主連通路の第１部分の長さは、圧力センサの、受圧面の設けられた面の半径と、ダイアフラムの半径の小さい方の半径より短いものとできる。このような長さにできるのは、ダイアフラムと受圧面を対向配置することによる。

また、主連通路の第１部分の他に、作動室と圧力検出室のみを連通する補助連通路を設けることができる。これによれば、ダイアフラムと作動室の壁面との間に気体が閉じこめられて残留することを防止することができる。

また、作動室の、ダイアフラムに対向する面には溝を形成することができる。ダイアフラムと作動室の壁面との間に気体が閉じこめられて残留することを防止することができる。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１には、エアリーク検査装置１０の概略構成が示されている。測定槽１２には、その上面を窪ませて、検査対象の密閉容器（以下ワークと記す）１４を収めるための収容部１６が設けられている。また、測定槽１２の上面には、収容部１６を囲うようにしてＯリング１８を配置する溝２０が設けられている。測定槽１２の収容部１６が設けられた面に対向するように測定ヘッド２２が配置されている。測定ヘッド２２は、測定槽１２に向けて移動し、当接することができる。測定槽１２に当接した際、測定ヘッド２２の測定槽１２に対向する面にはＯリング１８が当接し、その内側の部分を外部より封止する。測定ヘッド２２が測定槽１２に当接したとき、これらに囲まれた部分、すなわち収容部１６と測定槽１２と測定ヘッド２２の対向する面の間であってＯリング１８の内側の部分とからなる空間を収容室２４と記す。

測定ヘッド２２には、収容室２４から上方に延びる孔２６と、この孔２６の上端に繋がり横方向に延びる孔２８が設けられている。横方向に延びる孔２８の左端は圧力制御部３０に接続され、右端は圧力検出部３２に接続している。圧力制御部３０は、ダイアフラム３４およびこれを挟んで配置される二つの空間３６，３８を有している。図中、左側の空間３６は外部からの外部配管４０が接続され、この外部配管４０は三つに分岐し、それぞれに弁４２，４４，４６が設けられている。外部配管４０は第１弁４２を介して、大気圧より十分に低い圧力の低圧源４８に繋がり、第２弁４４を介して大気圧より十分に高い圧力の高圧源５０に繋がっている。さらに、外部配管４０は、第３弁４６を介して大気に開放可能となっている。圧力検出部３２は、横方向に延びる孔２８の右端に繋がる空間５２と、この空間に対面する受圧面５４を有する圧力センサ５６を含む。圧力センサ５６の出力は、判定部５８に送られ、ここでエアリークの有無等が判定される。

第１弁４２を開いて（他の弁は閉じる）低圧源４８より空間３６に低圧を導くと、ダイアフラム３４は図中右側に張り出すように撓む。また、第２弁４４を開く（他の弁は閉じる）と、ダイアフラム３４は、逆に左側に張り出すように撓む。つまり、ダイアフラム３４は、空間３６内の圧力によって駆動されるものであり、以降この空間３６を駆動室３６と記す。ダイアフラム右側の空間３８は、ダイアフラム３４の動作によって、その容積が変化するものであり、以降この空間３８を作動室３８と記す。また、収容室２４と連通する空間５２を圧力検出室５２と記す。

また、略Ｔ字形に形成され、作動室３８と収容室２４および圧力検出室５２と収容室２４を連通する孔２６，２８を、以降、主連通路６０と記し、特に孔２６，２８を区別する必要がある場合には、孔２８を主連通路の第１部分、孔２６を第２部分と記す。測定ヘッド２２が測定槽１２に当接し、収容室２４を密閉しているとき、この収容室２４と、駆動室３８、圧力検出室５２および主連通路６０は、互いに連通する一つの密閉された空間となっており、この空間を以降、測定関連空間と記す。この測定関連空間は、ダイアフラム３４が駆動されて作動室３８の容積が変化するのに応じて、その容積および空間内の圧力が変化する。この圧力変化を利用して、ワーク１４のエアリークの検査が行われる。

測定ヘッド２２の製作方法について説明する。略直方体の本体ブロック６２の対向する側面にそれぞれ円筒状の穴６４，６６を切削加工する。図１中左側の穴６４の底部に、球面の一部である球面底部６８を加工する。ダイアフラム３４を穴６４の底部に配置して、保持ブロック７０と本体ブロック６２にて、これを挟んで保持する。保持ブロック７０には、球面底部６８に対向するように、これと同様の球面の一部である保持ブロック球面部７２が設けられている。保持ブロック７０は、本体ブロック６２にボルト等により固定されるプレート（不図示）により穴６４の底面に向けて押しつけられるように固定保持される。このとき、ダイアフラム３４を挟み込むことによって、ダイアフラム３４が、本体ブロック６２と保持ブロック７０の間を封止する。なお、穴６４は、その内径がダイアフラム３４の直径に一致するように設けられている。図１中右側の穴６６には、圧力センサ５６が配置される。圧力センサ５６の固定も、保持ブロック７０と同様、本体ブロック６２の側面に固定されるプレートによって行うことができる。穴６６の底部の周囲には、Ｏリング７４が配置され、圧力センサ５６と本体ブロック６２の間を封止し、圧力検出室５２を密閉された空間としている。穴６６は、圧力センサ５６の受圧面が設けられた面の直径と一致するよう設けられている。

次に、エアリーク検査の手順について説明する。まず、測定槽１２の収容部１６に、ワーク１４を収容する。一方で、測定ヘッド２２において、第１弁４２を開いて、駆動室３６を低圧としてダイアフラム３４を撓ませ、保持ブロック球面部７２に密着させる。測定ヘッド２２を降下、または測定槽１２を上昇させて、収容室２４を密閉された状態とする。このとき、ダイアフラム３４は、保持ブロック球面部７２に密着したままである。次に、第１弁４２を閉じ、第２弁４４を開いて、高圧源５０からの高圧を駆動室３６に導く。この圧力でダイアフラム３４は反対側に撓んで、球面底部６８に密着する。このために、高圧源５０の圧力はダイアフラム３４を球面底部６８に密着させるのに十分な圧力となっている。ダイアフラム３４が駆動されて作動室３８が減少した分、測定関連空間の圧力が上昇する。

判定部５８は、測定関連空間の圧力が上昇した後の圧力変化に基づき、ワーク１４のエアリークを判定する。図２において、ワーク１４が良品であった場合の圧力変化が実線で示されている。これに対し、ワーク１４が十分に密閉されていない場合の圧力変化が破線、または二点鎖線で示されている。ワーク１４が完全に密閉されていない場合、収容室２４内の気体が、ワーク１４内にも進入するため、ワーク１４内の空間も測定関連空間の容積に加算されることになり、見かけ上測定関連空間の容積が増加する。このため、ダイアフラム３４の所定量の移動による容積変化によって所定値まで高まるはずの測定関連空間の圧力が、その値に達しない。このことをもって、判定部５８は、エアリークの有無を判定している。

エアリークの程度が比較的大きい場合、測定関連空間内の圧力が、加圧の初期から高まらず、図２中破線で示すような圧力変化が生じる。また、エアリークの程度が比較的小さく、わずかに漏れている場合、初期においては、良品と同様に圧力が高まるが、その後、少しずつ空気が漏れて、図２中二点鎖線で示す圧力変化が生じる。判定部５８においては、このようなエアリークの程度についても判定を行っている。

判定が終了した後、第２弁４４を閉じ、第３弁４６を開いて、圧力を大気に解放し、測定槽１２と測定ヘッド２２を分離し、ワーク１４を取り出す。

以上は、収容室２４を高圧にしてエアリークの検査を行った場合であるが、収容室２４を減圧する検査を行うこともできる。この場合、測定ヘッド２２を測定槽１２に当接させる前に、ダイアフラム３４を球面底部６８に密着させる。これは、第２弁４４を開いて高圧を駆動室３６に導くことによって達成される。測定槽１２と測定ヘッド２２を当接させた後、第１弁４２および第２弁４４を操作して高圧源５０から低圧源４８に切り換え、駆動室３８を低圧にする。これによりダイアフラム３４が移動し、収容室２４内が減圧される。この減圧による収容室２４内の圧力変化を測定すれば、エアリークを判定することができる。

エアリークにより漏れる気体の量に対して、測定関連空間の容積が大きいと、圧力の測定感度が低下する。したがって、ワークが小形になるほど測定関連空間の容積を小さくすることが必要となる。

本実施形態においては、測定ヘッド２２に、圧力制御部３０と圧力検出部３２を一体に設けたことにより、測定関連空間の容積を小さくすることができる。一体に形成することで、主連通路６０、特に第１部分２８を短くでき、容積の減少に寄与している。また、ダイアフラム３４を介して圧力制御を行うようにしたことで、圧力制御部に高圧および低圧を導く配管内の空間を、収容室２４に対して分離することができ、容積の減少に寄与している。

さらに、ダイアフラム３４と圧力センサの受圧面５４を対向させて平行に配置するようにしたことで、主連通路６０の第１部分２８を、ダイアフラム３４の半径または圧力センサ５６の、受圧面が設けられた面の半径の小さい方の半径より短くすることができる。ダイアフラム３４の半径および圧力センサの受圧面が設けられた面の半径は、本体ブロック６２に設けられる穴６４，６６の半径に対応する。図３に示すように、ダイアフラム３４と、圧力センサの受圧面５４が対向せず、直交配置となった場合、作動室３８と圧力検出室５２を連通する連通路７６は、受圧面５４が設けられた面の半径よりも長くなる。また、図４に示す場合も、連通路７８はダイアフラム３４の半径より長くなる。連通路７６，７８を短くするためには、図１に示すように、ダイアフラム３４と受圧面５４を対向配置し、これをできる限り近接することが好ましい。

図５は、本実施形態の変形例を示す図である。この例においては、主連通路の第１部分２８の他に、作動室３８と圧力検出室５２を連通する補助連通路８０が設けられている。補助連通路８０は、作動室３８と圧力検出室５２のみを連通している。補助連通路８０は、ダイアフラム３４を球面底部６８に密着させようとしたとき、ダイアフラムと球面底部６８の間に気体が残留しないようにするために設けられている。ここに気体が残留すると、その分ダイアフラム３４の移動による容積変化が小さくなり、測定関連空間内の圧力を所定値まで高めることができなくなる。補助連通路８０によって、この気体の残留を防止する。また、図６の変形例では、球面底部６８に放射状に溝８２を設け、ダイアフラム３４と球面底部６８の間の気体の残留を防止している。気体残留のための溝は、放射状に設けることに限らず他の形状も可能である。例えば、環状に設けることができる。

本実施形態のエアリーク検査装置の概略構成を示す図である。 エアリーク検査時の圧力変化を示す図である。 本実施形態と対比される測定ヘッドの構成を示す図である。 本実施形態と対比される測定ヘッドの他の構成を示す図である。 本実施形態の変形例を示す図である。 本実施形態の他の変形例を示す図である。

符号の説明

１０ エアリーク検査装置、１２ 測定槽、１４ ワーク（密閉容器）、１６ 収容部、２２ 測定ヘッド、２４ 収容室、２６ 孔（主連通路の第２部分）、２８ 孔（主連通路の第１部分）、３０ 圧力制御部、３２ 圧力検出部、３４ ダイアフラム、３６ 空間（駆動室）、３８ 空間（作動室）、５２ 空間（圧力検出室）、５４ 受圧面、５６ 圧力センサ、５８ 判定部、６０ 主連通路、６２ 本体ブロック、６８ 球面底部、８０ 補助連通路、８２ 溝。

Claims (5)

1. 検査対象の密閉容器を収容する収容室が形成された測定槽と、測定槽に当接して収容室を含む測定関連空間を密閉する測定ヘッドとを有し、収容された密閉容器の密閉性の検査を行うエアリーク検査装置であって、
   測定ヘッドは、
   測定関連空間内の圧力を制御する圧力制御部であって、外部の圧力源からの流体により駆動されるダイアフラムと、ダイアフラムの動作によって容積が変化し、連通路により収容室と連通され、測定関連空間の一部となる作動室と、を有する圧力制御部と、
   測定関連空間内の圧力を検出する圧力検出部であって、連通路により収容室と連通され、測定関連空間の一部となる圧力検出室と、圧力検出室の圧力を検出する圧力センサと、を有する圧力検出部と、
   当該エアリーク検査装置は、さらに、圧力制御部により圧力が変化された後の測定関連空間内の圧力の変化に基づき密閉容器の密閉性の判定を行う判定部、を有する、
   エアリーク検査装置。
2. 請求項１に記載のエアリーク検査装置であって、圧力センサは、圧力制御部のダイアフラムと対向して配置される受圧面を有する、エアリーク検査装置。
3. 請求項２に記載のエアリーク検査装置であって、
   作動室と収容室を連通する連通路および圧力検出室と収容室を連通する連通路は、作動室と圧力検出室を結ぶ第１部分と、第１部分と収容室を結ぶ第２部分と、を有する主連通路であり、
   主連通路の第１部分の長さは、圧力センサの、受圧面が設けられた面の半径と、ダイアフラムの半径の小さい方の半径より短い、
   エアリーク検査装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のエアリーク検査装置であって、作動室と圧力検出室のみを連通する補助連通路を有する、エアリーク検査装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のエアリーク検査装置であって、作動室の、ダイアフラムに対向する面には溝が形成されている、エアリーク検査装置。

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