JP2013124994A - グローブボックス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で、漏れを検出して警報を発するグローブボックス装置を提供する。
【解決手段】グローブボックス２の内部圧力を検出する内部圧力検出手段１３と、グローブボックス２の外部圧力を検出する外部圧力検出手段１４と、内部圧力検出手段１３及び外部圧力検出手段１４によって検出された内部圧力及び外部圧力の圧力差が一定となるように制御する圧力制御手段２０とを少なくとも具備するグローブボックス装置１において、グローブボックス２内に流入するガスの総量を検出する流入量検出手段２２と、該流入量検出手段２２によって検出されたたガスの総量が、所定値以上となった場合にガス漏れを判定するガス漏れ判定手段２４と、該ガス漏れ判定手段によってガス漏れが判定された場合に、警報を発する警報手段２６と、ガス漏れ判定手段２４によってガス漏れが判定された場合にガスの導入を停止するガス漏れ回避手段２５とを具備する。
【選択図】図１

Description

本願発明は、グローブボックス内の圧力を一定に保持すると共に、グローブボックス内からの封入ガスの漏れを検出することのできるグローブボックス装置に関する。

特許文献１（特開平８−３３８８９７号公報）に開示されるグローブボックスは、ボックス本体に操作室を付設し、ボックス本体及び操作室内を微小圧力差に保持する圧力差保持手段を設けたものである。この圧力差保持手段は、換気装置と、該換気装置と操作室及びボックス本体とそれぞれ接続する回路と、該回路に介装した均圧弁と、前記操作室及びボックス本体の内圧を検出し所定微小圧力差を保持するように前記均圧弁を調査委する差圧計とから構成されている。試料の取り扱いに際し、手動調整弁を手動調整し、換気装置を作動して操作室とボックスル本体の内圧を微小圧力差に設定し、開閉式扉の開閉などにより、設定した微小圧力差が変化すると、差圧計が変化を検知し、均圧弁を調整して設定した圧力差に戻して保持することが開示されている。しかしながら、微小圧力差の調整が、操作室と連通する均圧弁のみであるため、所定微小圧力差は保持できるもののボックス本体及び操作室の絶対圧力が不適正な状態となるという問題点が生じる。

特許文献２（特開平１０−１４６７９１号公報）に開示されるグローブボックス装置は、一定流量のガスが供給されグローブを持つグローブボックス、同グローブボックスの圧力センサ、グローブボックスに少なくとも１つ取り付けられる排気自動弁、同自動弁の出口につながれる排気ポンプ、上記圧力センサの圧力信号を受け、同信号が所定の下限圧力信号および上限圧力信号になったとき自動弁へそれぞれ弁閉制御信号及び弁開制御信号を送る弁制御装置９を設け、グローブボックス内の圧力を維持すると共に、不活性ガス純度も維持するようにしたものである。

特開平８−３３８８９７号公報 特開平１０−１４６７９１号公報

不純物や水分及び酸素を極端に嫌うワークを処理するために、グローブボックス内に高純度不活性ガスを封入し、グローブボックス外部からグローブボックス内にグローブを延出させて前記ワークを処理するグローブボックスにあっては、その内部が密閉空間であるがために、外気の圧力変動、内部の温度の変化によって外部との間に気圧差を生じることがある。このグローブボックスの内部と外部との圧力差が大きい場合には、ゴム製手袋であるグローブがグローブボックス内部に引き込まれたり、グローブボックスから押し出されたりして作業性に大きな影響を与えるという不具合が生じていた。このため、グローブボックス装置においては、上述した特許文献のように、グローブボックスの内部と外部との圧力差をゼロ近傍に保つ機構が装備されている。圧力差をゼロ近傍に保つ手段として、その内部圧力が外部圧力よりも高い場合には、何らかの排気系を用いて内部封入ガスを外部に排出し、また内部圧力が外部圧力よりも低い場合には、ガス供給機構を用いて、封入ガスを供給し、グローブボックスの内部と外部の圧力差をゼロ近傍に保つ機構を装置しているものである。

上述した特許文献に開示されているグローブボックスの圧力を制御する装置においては、ピンセット、カッター或いは鋭利な部品によって、ゴム製グローブに孔や亀裂が生じた場合、グローブボックスの内部と外部との圧力差をゼロにするために、封入ガスを供給し続けるという不具合が生じる。またグローブボックスの封入ガスとして多くの場合不活性ガス（窒素）を用いているため、グローブボックスが設置されている空間が狭小である場合、酸素欠乏に陥る危険が高くなるという問題点があった。これを回避するために、設置室に酸素検知器を装備し、酸素欠乏に陥る前に酸素濃度低下を検知する必要が生じる。

このため、本願発明は、簡易な構造で、グローブボックスからの漏れを検出して警報を発するグローブボックス装置を提供するものである。

したがって、本願発明は、作業空間を画成するグローブボックスと、該グローブボックスに装着されるグローブと、前記グローブボックスへのワークの搬入のために設けられるサイドボックスと、前記グローブボックスへガスを導入するためのガス供給機構と、前記グローブボックスからガスを排気するためのガス排気機構と、前記グローブボックスの内部圧力を検出する内部圧力検出手段と、グローブボックスの外部圧力を検出する外部圧力検出手段と、前記内部圧力検出手段及び前記外部圧力検出手段によって検出された内部圧力及び外部圧力の圧力差が一定となるように制御する圧力制御手段とを少なくとも具備するグローブボックス装置において、グローブボックス内に流入するガスの総量を検出する流入量検出手段と、該流入量検出手段によって検出されたたガスの総量が、所定値以上となった場合にガス漏れを判定するガス漏れ判定手段と、該ガス漏れ判定手段によってガス漏れが判定された場合に、警報を発する警報手段と、前記ガス漏れ判定手段によってガス漏れが判定された場合にガスの導入を停止するガス漏れ回避手段とを具備することにある。尚、前記ガスは、窒素等の不活性ガスであることが望ましい。

これによって、グローブボックス内の圧力降下によってガスを導入する場合、ガスの流量を演算してガス流入量が所定値以上となった場合に、ガス漏れを検知できるため、迅速にガス漏れ処理を行うことができるものである。

また、前記流入量検出手段は、前記ガス供給機構を流れるガスの流量を検出する流量検出手段と、該流量検出手段によって検出された流量に基づいてグローブボックス内に流入するガスの総量を演算する流入量演算手段とによって構成され、前記流入量検出手段によって検出されたガスの流量と流れる時間に基づいて供給されるガスの総量を演算するものであることが望ましい。

この場合、ガス供給機構を流れるガスの流量を検出し、この流量と流れる時間によって供給されるガスの総量を演算できるため、ガスの総量を確実に検出できるものである。

さらに、本願発明に係るグローブボックスは、前記ガス供給機構を流れるガスの流量を一定値に規定するガス流量規定手段を具備し、前記流入量検出手段は、ガス供給機構をガスが流れる時間を検出する時間検出手段を具備し、前記ガス流量規定手段によって規定されたガスの流量と、時間検出手段によって検出された時間に基づいて供給されるガスの総量を検出することが望ましい。

この場合、ガス供給機構を流れるガスの流量を一定値に規定することによって、流れる時間を検出するだけで、供給されるガスの総量を演算できるため、流量計を用いることなくガスの総量が検出できるものである。

また、前記ガス漏れ判定手段において用いられる所定値は、サイドボックスの容積であることが望ましい。ワークの出し入れの際に、サイドボックスに供給されるガスは通常グローブボックスから供給される場合が多く、この場合グローブボックス内のガスの容積はサイドボックス分低下することが想定されるからである。

さらにまた、前記ガス漏れ判定手段において用いられる所定値は、グローブ内の容積の略２倍であることが望ましい。グローブが作業空間内に引き込まれた状態と飛び出した状態では、グローブボックス内の容積の変化は、グローブの容積の２倍となるからである。

さらに、前記ガス漏れ判定手段において用いられる所定値は、サイドボックスの容積及びグローブ内の容積の略２倍のいずれか大きい方であることが望ましい。

大きい方を選択することによって、ガス漏れ状態を確実に検出することが可能となるものである。

さらにまた、前記ガス漏れ回避手段は、前記グローブボックスが設置された空間が密閉空間である場合、前記ガス漏れ判定手段によってガス漏れが判定された場合に、前記空間に外気を導入することが望ましく、また、前記ガス漏れ回避手段は、前記グローブボックスが設置された空間が密閉空間である場合、前記ガス漏れ判定手段によってガス漏れが判定された場合に、前記空間から排気を行うことが望ましい。

これによって、グローブボックスが密閉空間に設置された場合には、作業員の安全を確保できるものである。

本願発明によれば、グローブボックスに流入するガスの量を検出することによってガス漏れを判定することができることから、グローブボックスが設置された空間の酸素濃度が低下する前にガスの漏れを検出できるため、作業員の安全を確保することができ、且つ補充すべきガス量の無駄な排出を抑制できるものである。

図１は、本願発明の実施例１の構成を示した概略構成図である。 図２は、本願発明の実施例１に係る制御を示したフローチャート図である。 図３は、本願発明の実施例２の構成を示した概略構成図である。 図４は、本願発明の実施例２に係る制御を示したフローチャート図である。

以下、この発明の実施例について、図面により説明する。

本願発明の実施例１に係るグローブボックス装置１は、たとえば図１に示すように、設置室５０内に配置されるもので、所定の容積Vbを有するグローブボックス２と、このグローブボックス２に被処理体としてのワークを搬入するためにグローブボックス２に近接して設けられる容積Vsを有するサイドボックス３と、前記グローブボックス２に装着され、グローブボックス２の内部に収容されるワークを処理する容積Vhのグローブ４（４ａ）と、前記グローブボックス２に窒素等の不活性ガスなどのガスを導入するためのガス供給機構５と、グローブボックス２からガスを排出するための排出系１０と、前記ガス供給機構５及び排出系１０を制御するためのコントロールユニット２０とによって少なくとも構成されるものである。また、前記グローブボックス２には、内部圧力を検出する圧力センサ１３が設けられ、サイドボックス３にはサイドボックス３の内部圧力を検出する圧力センサ１５が設けられる。

また、前記サイドボックス３へのガスの導入は、この実施例では、サイドボックス３とグローブボックス２の圧力を同一にするため、グローブボックス２内の封入ガスをサイドボックス３に流すための導入経路８によって行われるが、ガス供給機構５から直接導入するようにしても良いものである。

前記ガス供給機構５は、図示しないガスタンクと連通され、ポンプ等の駆動力によってグローブボックス２にガスを供給するもので、通過するガスの流量を測定する流量計１６と、配管を開閉する開閉弁７とを具備する。また、前記サイドボックス２への導入経路８は開閉弁９によって開閉される。さらにまた、前記排気系１０は、たとえば、排気配管を開閉する図示しない開閉弁、ガスが有害である場合に排気から有害成分を除去するフィルター等の浄化装置を具備するものであり、さらに前記設置室５０からの排気を行うための排気口３０を設けるようにしても良いものである。また、前記設置室５０には、外気（酸素）を導入する吸気装置４０が設けられる。

さらに、前記コントロールユニット２０は、前記流量計１６からの信号が入力され、前記ガス供給機構５によって供給されるガスの流量を検出する流量検出部２１と、この流量検出部２１からの信号に基づいてガス供給機構５によって供給されるガスの総流入量ΔＶを演算する流量演算部２２と、前記グローブボックス２の内部圧力を検出する圧力センサ１３からの信号、サイドボックス３の内部圧力を検出する圧力センサ１５からの信号及び外気圧力センサ１４からの外部圧力を検出する圧力センサ１５からの信号が入力され、それぞれの信号をデータ化して演算制御部２４に出力する圧力演算部２３と、上記信号に基づいて制御信号を演算する総合演算部２４と、この総合演算部２４の演算結果に基づいて、前記開閉弁７、開閉弁８及び排気系１０及び吸気装置４０を制御する制御部２５と、前記演算部２４においてガス漏れが判定された場合に、ガス漏れがあることを表示する警報表示部２６とによって構成されるものである。

前記コントロールユニット２０において実行されるデータ処理及び制御は、たとえば図２のフローチャート図で示されるものである。以下、ステップ１００から開始されるフローチャート図に従ってデータ処理及び制御について説明する。

最初に、ステップ１１０においてグローブボックス２内の内部圧力Ｐｉと外部圧力Ｐｏとの圧力差ΔＰ（ΔＰ＝Ｐｉ−Ｐｏ）が所定値（−α）より小さいか否かが判定される。このステップ１１０の判定において圧力差ΔＰが所定値（−α）より小さい場合（Ｙ）には、グローブボックス２内に圧力が外部圧力に比べて低すぎることが判定されるため、ステップ１４０に進んで、開閉弁７を開放してガスを導入し内部圧力Ｐｉを上昇させるものである。また圧力差ΔＰが所定値（−α）以上である場合（Ｎ）にはステップ１２０に進む。

このステップ１２０においては、グローブボックス２内の内部圧力Ｐｉと外部圧力Ｐｏとの圧力差ΔＰが所定値（＋α）より大きいか否かが判定される。この圧力差ΔＰが所定値（+α）よりも大きい場合（Ｙ）には、ステップ１３０に進んで排気系１０を作動させてガスを排出し内部圧力Ｐｉを降下させるものである。また、圧力差ΔＰが所定値（＋α）以下である場合には、ステップ１１０に回帰し、ステップ１１０及び１２０において圧力差ΔＰの変化を監視し続けるものである。

言い換えると、ステップ１１０及び１２０において、グローブボックス２の内部圧力Ｐｉと外部圧力Ｐｏとの圧力差ΔＰが所定範囲（-α≦ΔＰ≦＋α）以内であるか否かが判定され、圧力差ΔＰが所定範囲よりも大きい場合には、ガスは排出し、小さい場合にはガスを導入するようにして、圧力差が所定の範囲内となるように制御されるものである。尚、前記所定値αは、１．３ｋＰａとすることが望ましいが、場合によってはこれ以外の数値を適用することもできるものである。

ステップ１４０においてガスの導入が行われると同時に、ステップ１５０でガス導入機構５を流れる流量が流量計１６よりの信号に基づいて流量検出部２１において検出され、さらにステップ１６０において検出された流量と流れた時間の積をとり、供給されたガスりょうの総流入量ΔＶを演算する。

この内部圧力の降下によるガス導入が、グローブボックス２からサイドボックス３へのガスの移動によるものの場合、圧力変動ΔPgは、Vs・Po/（Vb+Vs)（Po：初期圧力）となるものであることから、補充すべきガスの体積ΔVnは、サイドボックス３の容積Vsと等しい量となる。また、内部圧力降下によるガス導入が、グローブ４がグローブボックス２内にあった状態（グローブ４ａ）からグローブボックス２から飛び出した状態（グローブ４）になった場合、圧力変動は、ΔPgは、Vh・Po／（Vb−Vh）となるものであることから、補充すべきガスの体積ΔVnは、グローブ４の容積の２倍（２Vh）と等しい量となる。

このため、補充すべきガスの体積ΔVnは、Vs又は２Vhのいずれかであるため、ガス漏れを判定する閾値βは、Vs+γ若しくは２Vh＋γとなる。それぞれの場合で、閾値を変更しても良いが、この実施例ではVsと２Vhの大きい方を選択し、Vs>2Vhである場合には、閾値βとしてVs＋γを用い、Vs<2Vhである場合には閾値βとして２Vh+γを用いるものである。

よって、ステップ１７０において、ステップ１６０で演算された総流入量ΔVが閾値β以上であるか否かが判定され、閾値β以下である場合（N）には、ステップ１１０に回帰して圧力変化の監視を継続する。また、演算された総流入量δVが閾値以上である場合（Y）には、必要以上にガスが供給されていることから、ガス漏れであることを判定し、ステップ１８０において警報を表示してガス漏れを警告すると共に、ステップ１９０に進んでガス漏れの回避処理として、開閉弁７を閉鎖してガスの供給を停止するものである。

また、回避処理として、上記開閉弁７の閉鎖と同時に、排気系１０を作動させて設置室５０に開口する排気口３０から設置室５０内の空気を排気するようにしても良いものである。この場合、補充すべきガスに有害成分が含まれる場合には、排気系１０には有害成分を除去する浄化装置が設けられるため、設置室５０の外に有害成分が漏洩することを防止できるものである。

さらに、ガス漏れによって設置室５０内の酸素濃度が不足することも考慮されるため、吸気装置４０を作動させて酸素を積極的に取り込むようにしてもよいものである。

上記処理の後、上記工程はステップ２００において終了するものである。

以上のことから、本願発明によれば、グローブボックス２に流入するガスの量を検出することによってガス漏れを判定することができることから、グローブボックス２が設置された設置室５０の酸素濃度が低下する前にガスの漏れを検出できるため、作業員の安全を確保することができ、且つ補充すべきガス量の無駄な排出を抑制できるものである。

本願発明の実施例２に係るグローブボックス装置１は、図３に示すように、図１における流量計１６を省略し、前記開閉弁７を流れるガスの量を一定値εに規定するために、開閉弁７の弁開度θを調整するものである。この弁開度θは、機械的に調整しても、電気的に調整しても良いものである。

また、コントロールユニット２０では、制御部２５によって開閉弁７が開弁した時間t1と閉弁した時間t2とを検出してガス供給機構５をガスが流れる時間ｔを検出する時間検出部２７を設けるものである。

これによって、供給されるガスの総流入量ΔVは、ε・ｔであることから、時間ｔに比例するため、時間ｔを判定することによってガスの総流入量ΔVを判定することが可能となるものである。

このため、実施例２では、図４に示すように、ステップ１４０においてガスが導入されると、ステップ１５５で時間ｔをカウントし、ステップ１６５で時間ｔが所定値σより大きいか否かを判定し、所定値σより大きい場合には、上述したステップ１８０に進んで警報表示を行い、ステップ１９０に進んで上述した回避処理を行うものである。また、所定値σ以下の場合（Ｎ）には、ステップ１１０に回帰し、圧力監視作業を継続するものである。

以上の実施例２においても、実施例１と同様の効果を上げることができるものであり、さらに流量計を省略することができるというコスト面での効果を有するものである。

尚、実施例２において、実施例１と同一のもの及び同様の効果を奏するものについては同一の符号を付してその説明を省略する。

１ グローブボックス装置
２ グローブボックス
３ サイドボックス
４ グローブ
５ ガス供給機構
１０ 排気系
１６ 流量計
２０ コントロールユニット
２１ 流量検出部
２２ 流量演算部
２３ 圧力演算部
２４ 総合演算部
２５ 制御部
２６ 警報表示部
３０ 排気口
４０ 吸気装置

Claims (8)

1. 作業空間を画成するグローブボックスと、該グローブボックスに装着されるグローブと、前記グローブボックスへのワークの搬入のために設けられるサイドボックスと、前記グローブボックスへガスを導入するためのガス供給機構と、前記グローブボックスからガスを排気するためのガス排気機構と、前記グローブボックスの内部圧力を検出する内部圧力検出手段と、グローブボックスの外部圧力を検出する外部圧力検出手段と、前記内部圧力検出手段及び前記外部圧力検出手段によって検出された内部圧力及び外部圧力の圧力差が一定となるように制御する圧力制御手段とを少なくとも具備するグローブボックス装置において、
   グローブボックス内に流入するガスの総量を検出する流入量検出手段と、
   該流入量検出手段によって検出されたたガスの総量が、所定値以上となった場合にガス漏れを判定するガス漏れ判定手段と、
   該ガス漏れ判定手段によってガス漏れが判定された場合に、警報を発する警報手段と、
   前記ガス漏れ判定手段によってガス漏れが判定された場合にガスの導入を停止するガス漏れ回避手段とを具備することを特徴とするグローブボックス装置。
2. 前記流入量検出手段は、前記ガス供給機構を流れるガスの流量を検出する流量検出手段と、該流量検出手段によって検出された流量に基づいてグローブボックス内に流入するガスの総量を演算する流入量演算手段とによって構成され、前記流入量検出手段によって検出されたガスの流量と流れる時間に基づいて供給されるガスの総量を演算することを特徴とする請求項１記載のグローブボックス装置。
3. さらに、前記ガス供給機構を流れるガスの流量を一定値に規定するガス流量規定手段を具備し、
   前記流入量検出手段は、ガス供給機構をガスが流れる時間を検出する時間検出手段を具備し、前記ガス流量規定手段によって規定されたガスの流量と、時間検出手段によって検出された時間に基づいて供給されるガスの総量を検出することを特徴とする請求項１記載のグローブボックス装置。
4. 前記ガス漏れ判定手段において用いられる所定値は、サイドボックスの容積であることを特徴とする請求項２又は３記載のグローブボックス装置。
5. 前記ガス漏れ判定手段において用いられる所定値は、グローブ内の容積の略２倍であることを特徴とする請求項２又は３記載のグローブボックス装置。
6. 前記ガス漏れ判定手段において用いられる所定値は、サイドボックスの容積及びグローブ内の容積の略２倍のいずれか大きい方であることを特徴とする請求項２又は３記載のグローブボックス装置。
7. 前記ガス漏れ回避手段は、前記グローブボックスが設置された空間が密閉空間である場合、前記ガス漏れ判定手段によってガス漏れが判定された場合に、前記空間に外気を導入することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のグローブボックス装置。
8. 前記ガス漏れ回避手段は、前記グローブボックスが設置された空間が密閉空間である場合、前記ガス漏れ判定手段によってガス漏れが判定された場合に、前記空間から排気を行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のグローブボックス装置。

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