JP2017528725A

JP2017528725A - 漏洩検知用フィルムチャンバを較正する装置および方法

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Publication number: JP2017528725A
Application number: JP2017516374A
Authority: JP
Inventors: デッカー・シルヴィオ
Original assignee: Inficon GmbH Deutschland
Current assignee: Inficon GmbH Deutschland
Priority date: 2014-09-25
Filing date: 2015-09-22
Publication date: 2017-09-28
Anticipated expiration: 2035-09-22
Also published as: AU2015320899B2; CN106716097A; JP6556226B2; RU2700830C2; RU2017114154A; WO2016046170A1; EP3198251B1; RU2017114154A3; US10670489B2; BR112017005908A2; AU2015320899A1; US20170292894A1; CN106716097B; EP3198251A1; DE102014219481A1; BR112017005908B1

Abstract

【課題】漏洩検知用フィルムチャンバを較正する方法および装置を改善する。【解決手段】内部容積部（２０）を内包する検査用のフィルムチャンバが較正弁（３４）を介して較正チャンバ（３７）と接続されたものとし、フィルムチャンバ（１２）の内容積部（２０）と較正容積部（３７）の接続前および接続中に両容積部の圧力を測定し、フィルムチャンバ容積部（２０）の容積の計算に用いる。フィルムチャンバ（１２）との接続がなされる前の較正チャンバ（３６）内の圧力は、前記フィルムチャンバ（１２）内の圧力よりも高い、または低いものである。【選択図】図１

Description

本発明は、漏洩検知用フィルムチャンバを較正する方法および装置に関する。

フィルムチャンバは、気密性を検査される被検体を収納する検査チャンバの特定の形態である。フィルムチャンバは、少なくとも１つの壁部が可撓性の材料（フィルム）から形成されることを特徴とする。漏洩の有無を検査される被検体がフィルムチャンバ内に配置された後、フィルムチャンバは排気される。フィルムチャンバの排気中に、空気がフィルムチャンバから排出され、これによって可撓性のフィルムチャンバ壁が被検体に密着する。特に好適なフィルムチャンバは、被検体を内包し、かつ端部において気密的に互いに接続された２つのフィルム層を備えるものである。フィルムチャンバの排気中には、フィルムは、一部のデッドボリュームを残して被検体に引き付けられる。次いで、圧力センサを用いて、フィルムチャンバ内の被検体の外側の領域で圧力特性が測定される。被検体の漏洩個所を介して被検体からガスが漏れている場合、対応する圧力測定値が増加し、漏洩の指標となる。これに関連して、圧力増加に基づいて漏洩速度を測定することが可能である。この目的のためには、フィルムチャンバ容積、すなわち、フィルムチャンバによって内包された内部容積は、既知でなければならない。排気後のフィルムチャンバ容積は、被検体のサイズと形状に依存する。フィルムが被検体に完全に密着しない場合、デッドボリュームが形成される。

フィルムチャンバ自体、例えば、フィルムチャンバ壁から気化放出される成分により、フィルムチャンバ容積部にガスが放出される。その結果、フィルムチャンバ内の圧力の増加（オフセット圧力の増加）が生じる。フィルムチャンバのオフセット圧力の増加およびデッドボリュームは漏洩速度全体に影響する。その結果として、漏洩速度の決定に誤差が生じる。従来は、この誤差を避けるために、気密被検体を用いた予備測定を行って、オフセット圧力の増加およびデッドボリュームを検知している。この点に関し、実際の測定の前に個々の製品に依存する条件で較正を行うことによってのみ、デッドボリュームが存在した場合にこれを測定することが可能である。例えばサンプリングテスト等において被検体が変更された場合、あるいは被検体の個数が変更された場合、製品ごとの予備的な較正結果は厳密なものとはならない。

独国特許出願公開第１０２０１１０８６４８６号明細書

本発明は、フィルムチャンバを較正するための改善された方法および改善された装置を提供することを目的とする。

本発明の装置は、請求項１の構成により定義される。本発明の方法は、請求項５の構成により定義される。

この定義によると、フィルムチャンバの内部空間、すなわち、フィルムチャンバによって内包されるフィルムチャンバ容積部は、較正チャンバによって内包される較正容積部にガス導通可能な形で接続されている。フィルムチャンバと較正チャンバとの間には較正弁が設けられ、フィルムチャンバの排気時には、この弁により、フィルムチャンバと較正チャンバ間のガス導通路が閉鎖される。フィルムチャンバが排気された後、圧力センサによりフィルム内の圧力変化を測定しながら、較正弁は開放されるが、開放時には、較正チャンバ内の圧力は、排気されたフィルムチャンバ内の圧力よりも高いか、または低い。

較正弁開放後、較正チャンバからフィルムチャンバに（またはその反対方向に）ガスが流れ、フィルムチャンバ内において急激な圧力の増加または減少が生じる。この圧力の変化を、急激な圧力ストロークと呼んでもよい。ここで、圧力ストロークはフィルムチャンバの容積に比例する。フィルムチャンバが空である場合、すなわち、被検体を含まない場合、これはフィルムチャンバの全内部容積である。フィルムチャンバ内に被検体が収納されているとき、これはフィルムチャンバ内の被検体の外側の領域の残存容積である。圧力ストロークに基づいて、各測定時に、その時点でのフィルムチャンバ容積、ひいては漏洩速度を、圧力の増加から正確に求めることができる。この場合、予備的な較正用測定を別個に行う必要はない。

較正容積部は、圧力ストロークの測定を良好に行えるよう、使用する圧力センサに応じて十分大きなものとすべきである。較正容積は、フィルムチャンバ容積の少なくとも１／１０００、好ましくは１／２００〜１／１００の範囲内とすべきである。具体的には、フィルムチャンバ容積が約１００ｃｍ^３の場合、較正容積は０．５ｃｍ^３〜１ｃｍ^３の範囲であってよい。較正弁を開放する前には、較正チャンバ内の圧力はほぼ大気圧（約１ｂａｒ）となっているべきである。これにより、較正弁が開放された後に、フィルムチャンバ内で約１０ｍｂａｒの十分測定可能な圧力の増加が生じる。

フィルムチャンバ容積は、較正弁を開放する前の較正容積における圧力（好ましくは大気圧）と、較正弁を開放した後のフィルムチャンバ内の圧力との差から決定してもよい。この圧力差を、較正弁開放後のフィルムチャンバ内の圧力と、較正弁開放前のフィルムチャンバ内の圧力との差で除算する。これら二つの圧力差の商（比）に、較正容積を掛けて、被検体の外側の領域におけるフィルムチャンバ容積を計算する。

好ましくは、フィルムチャンバ容積および較正容積の大きさは、較正弁開放後のフィルムチャンバ内の圧力が較正容積部内の圧力よりも非常に小さくなる大きさであることが好ましい。較正弁開放前のフィルムチャンバの圧力は、較正容積内の圧力より、低く、少なくとも１０分の１となることが好ましい。その際、フィルムチャンバ容積は、較正弁開放前の較正容量内の圧力と、較正弁を開放する際のフィルムチャンバ内の圧力ストロークΔｐの商（比）に、較正容積を掛けたものから計算できる。較正弁を開放する際のフィルムチャンバ内の圧力ストロークは、較正弁開放後のフィルムチャンバ内の圧力と較正弁開放前のフィルムチャンバ内の圧力との差である。

被検体の漏洩速度は、フィルムチャンバの既知の内部容積にのみ基づいて、被検体からの漏洩によって引き起こされるチャンバ内の圧力の増加から判定することが可能である。排気状態の空のチャンバのフィルムチャンバ容積は、較正された検査用漏洩体を用いた較正によって求められることが好ましい。

測定された圧力ストロークからは、さらにフィルムチャンバが空であるのか、または被検体を収納しているのかを、判定することが可能である。排気後のデッドボリュームは、被検体を収納するフィルムチャンバの方が空のフィルムチャンバより大きくなるので、より小さい圧力ストロークはフィルムチャンバ内の被検体の存在を示し、より大きい圧力ストロークは、被検体のない空のフィルムチャンバを示す。

また、圧力ストロークおよび／または求められたフィルムチャンバ容積（デッドボリューム）に基づいて、フィルムチャンバ内の被検体の形状、サイズ、および／または数を推定することが可能である。

第１の操作状態における第１の実施形態の概略図である。第１の操作状態における圧力特性を示す図である。第２の操作状態における図１の実施形態を表した図である。第２の操作状態における圧力特性を示す図である。第３の操作状態における図１の実施形態を表した図である。第３の操作状態における圧力特性を示す図である。第４の操作状態における図１の実施形態を表した図である。第４の操作状態における圧力特性を示す図である。操作状態における第２の実施形態の概略図である。図９の操作状態における圧力特性を示す図である。

以下において、図面を引用して本発明の２つの実施形態を詳細に説明する。以下では、図１〜８に示した第１の実施形態について説明する。

フィルムチャンバ１２は、被検体１８を内包し、かつ被検体の外縁部において、気密性を保つよう互いに接続された２つのフィルム層１４，１６により形成される。フィルム層１４，１６は、フィルムチャンバ１２の内部にフィルムチャンバ容積部２０を内包する。図１において、フィルムチャンバ容積部２０の容積は、フィルムチャンバ１２内の被検体１８外領域の容積である。

フィルムチャンバ１２の内部は、ガスライン２２によって、排気弁２４を介して真空ポンプ２６と、測定弁２８を介して圧力センサ３０と、通気弁３２を介してフィルムチャンバの周囲の大気と、較正弁３４を介して較正チャンバ３６と、ガス導通可能に接続されている。

較正チャンバ３６は、較正容積部を内包するが、較正容積部は最初、大気圧の空気で充填されている。較正弁３４は、最初、閉鎖されている。図中、開放状態の弁（バルブ）は黒塗りの図形で示され、閉鎖状態の弁は、白抜きの図形で示されている。図１に示された第１の操作状態において、測定弁２８、通気弁３２および較正弁３４は閉鎖され、排気弁２４は開放されている。図１に示された第１の操作状態において、被検体１８は、気密状態で閉鎖されたフィルムチャンバ内にあり、真空ポンプ２６は、ガスライン２２を介してフィルムチャンバ１２を排気する。この間、排気弁２４は開放されている。

図２は、排気中にフィルムチャンバ１２内で生じる圧力特性を示している。測定弁２８が開放されると、圧力センサ３０で測定される圧力特性は、図２のようになると推定される。しかし図１においては、圧力センサ３０の損傷を避けるために、フィルムチャンバ１２の排気中には測定弁２８は閉鎖されている。

図３は、フィルムチャンバ１２の排気後の操作状態を示す。通気弁２４は閉鎖されており（白抜き）、測定弁２８は開放されている（黒塗り）。これによって、密閉されたフィルムチャンバ容積部２０は圧力センサ３０と接続されている。図４に示されるように、圧力センサ３０はフィルムチャンバ１２内における経時的な圧力の増加を測定する。圧力の増加は、一方では被検体１８における漏洩個所の存在によって、他方ではオフセット圧力から生じ得る。オフセット圧力の増加は、被検体１８からの漏洩によってではなく、例えば、フィルムチャンバ壁から気化放出されるガス分子等の他の物理的影響により惹起される圧力の増加である。

フィルムチャンバ１２が排気され（第１の操作状態）、測定弁２８が開放された（第２の操作状態）後に、較正弁３４も開放される。この第３の操作状態は図３に示されている。空気は、開放された較正弁３４を通り、ガスライン２２を介して較正チャンバ３６からフィルムチャンバ１２へと流れる。フィルムチャンバ１２内の真空度と較正チャンバ３６内の大気圧との圧力差が大きいため、フィルムチャンバ１２内の圧力は、較正弁３４が開放された後、急激に増加する。この圧力ストロークΔｐは図６に示されており、圧力センサ３０により測定される。圧力ストロークΔｐは、較正弁３４開放後のフィルムチャンバ１２内の圧力ｐ_Ｇと、較正弁３４開放前のフィルムチャンバ１２内の圧力ｐ_Ｆとの差である。

Δｐ＝（ｐ_Ｇ−ｐ_Ｆ）

フィルムチャンバ１２内および較正チャンバ３６内の全ガス量は、較正弁を開放する前後で一定であるので、以下の式が成り立つ。

ｐ_Ｇ（Ｖ_Ｆ＋Ｖ_Ｖ）＝ｐ_ＦＶ_Ｆ＋ｐ_ＶＶ_Ｖ
ここで、ｐ_Ｇは、較正弁３４開放後のフィルムチャンバ１２内の圧力、
Ｖ_Ｆは、求めるべきフィルムチャンバ容積部２０の容積、
Ｖ_Ｖは、較正チャンバ３６内の較正容積部３７の容積（被検体を含まないフィルムチャンバ容積の１／１０００〜１／１００の範囲にある）、
ｐ_Ｖは、較正弁３４が開放される前の較正チャンバ３６内の圧力（大気圧、約１ｂａｒ）である。

圧力ストロークΔｐ＝ｐ_Ｇ−ｐ_Ｆに基づいて、フィルムチャンバ容積部２０の容積は、以下の式から計算することが可能である。

較正弁３４の開放後でも、フィルムチャンバ１２内の圧力が、較正弁３４の開放前の較正チャンバ３６内の圧力よりも非常に低く、ｐ_Ｇ＜＜ｐ_Ｖとなることが好ましい。この場合、求められるフィルムチャンバ容積部２０の容積について、近似的に以下の式が成り立つ。

このようにして、圧力ストロークΔｐに基づいて、フィルムチャンバ１２の排気後にフィルム層１４，１６と被検体１８との間に生じるデッドボリュームＶ_Ｆを求めることができる。

測定後に、フィルムチャンバ１２および較正チャンバ３６は、開放された較正弁３４に加えて、通気弁３２を開放することによって通気される。ここで、図７に示された操作状態となる。

以下、図９および図１０に示した第２の実施形態について説明する。

第２の実施形態は、較正チャンバ３６の壁３８が、所定の漏洩速度を有する漏洩試験器（試験用漏洩体）４０を備えるという点のみにおいて第１の実施形態とは異なっている。この漏洩試験器４０は、毛管状の漏洩部を有するものである。圧力ストロークΔｐ後に、図１０の右端に示されるような線形の圧力の増加が、漏洩試験器４０によってさらに引き起こされ、これをシステム全体の較正に使用できる。このように、第２の実施形態においては、圧力の増加Δｐに基づいてフィルムチャンバ容積部２０のを求めた後、検査漏洩４０の線形の圧力の増加を使用して、被検体の漏洩速度を正確に計算することができる。漏洩試験器４０の漏洩速度は既知であるので、漏洩試験器４０によって引き起こされる線形の圧力の増加の勾配によって、図４に示された圧力の増加から、または圧力ストロークΔｐから被検体の漏洩速度を正確に計算することができる。

１２フィルムチャンバ
１４、１６フィルム層
１８被検体
２０フィルムチャンバ容積部
２２ガスライン
２４排気弁
２６真空ポンプ
２８測定弁
３０圧力センサ
３２通気弁
３４較正弁
３６較正チャンバ
３７較正容積部

Claims

被検体（１８）における漏洩検知用の装置において、
少なくとも１つの可撓性の壁部（１４，１６）を有し、前記被検体（１８）を収納する検査用チャンバとして設計されたフィルムチャンバ（１２）と、
前記フィルムチャンバ（１２）の内容積部（２０）とガス導通可能に接続された圧力センサ（３０）と、
前記フィルムチャンバ（１２）の内容積部（２０）とガス導通可能に接続された真空ポンプ（２６）とを備えた、装置であって、
前記フィルムチャンバ（１２）の前記内容積部（２０）は、較正弁（３４）を介してガス導通可能な状態で較正チャンバ（３６）に接続されており、前記較正チャンバが較正容積部（３７）を内包していることを特徴とする、装置。
請求項１に記載の装置であって、前記較正容積部（３７）のサイズが、前記フィルムチャンバ（１２）の前記内容積部（２０）の少なくとも１／１０００、（好ましくは約１／１００）であることを特徴とする、装置。
請求項１または２に記載の装置であって、前記フィルムチャンバ（１２）の前記内容積部（２０）が、通気弁（３２）を介してガス導通可能な状態で前記フィルムチャンバ（１２）の周囲の外気に接続されていることを特徴とする、装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置であって、前記較正チャンバ（３６）が、所定の漏洩速度を有する漏洩試験器（４０）を備えることを特徴とする、装置。
内容積部（２０）を内包する検査用チャンバを較正するための方法であって、前記検査用チャンバが、少なくとも１つの可撓性の壁部（１４，１６）を有するフィルムチャンバとして設計されており、かつ該検査用チャンバは圧力センサ（３０）および真空ポンプ（２６）と、また較正弁（３４）を介して、較正容積（３７）を内包する較正チャンバ（３６）とガス導通可能な状態で接続されているものである方法であって
前記フィルムチャンバ（１２）を排気するステップと、
排気が完了した後に前記フィルムチャンバ（１２）内の経時的な圧力特性を測定するステップと、
圧力特性を測定しながら、前記較正容積（３７）を前記フィルムチャンバ（１２）の前記内容積部（２０）にガス導通可能な状態で接続するステップとを含み、
前記フィルムチャンバとのガス導通接続が形成される前および前記フィルムチャンバとのガス導通接続がなされている間に前記圧力が測定され、
前記フィルムチャンバ（１２）との接続がなされる前の前記較正チャンバ（３６）内の圧力は、前記フィルムチャンバ（１２）内の圧力よりも高い、または低いものである、方法。
請求項５に記載の方法であって、前記較正容積部（３７）のサイズが、前記フィルムチャンバ容積部の１／１０００〜１／１００の範囲であり、および、前記フィルムチャンバ（１２）との接続がなされる前の前記較正チャンバ（３０）は、近似的に大気圧であることを特徴とする、方法。
請求項５または６に記載の方法であって、前記フィルムチャンバ容積部（２０）の容積は以下のように計算されることを特徴とする、方法。
ここでＶ_Ｆはフィルムチャンバ容積部（２０）の容積、Ｖ_Ｖは較正容積部（３７）の容積、ｐ_Ｖはフィルムチャンバ容積部（２０）との接続がなされる前の較正チャンバ（３６）内の圧力、ｐ_Ｇは、較正容積部（３７）との接続がなされた後のフィルムチャンバ（１２）内の圧力、ｐ_Ｆは、較正容積部（３７）との接続がなされる前のフィルムチャンバ（１２）内の圧力である。
請求項５〜７のいずれか１項に記載の方法であって、前記フィルムチャンバ容積部（２０）の容積は以下のように計算されることを特徴とする、方法。
ここでＶ_Ｆはフィルムチャンバ容積部（２０）の容積、Ｖ_Ｖは較正容積部（３７）の容積、ｐ_Ｖはフィルムチャンバ容積部（２０）との接続がなされる前の較正チャンバ（３６）内の圧力、ｐ_Ｇは較正容積部（３７）との接続がなされた後のフィルムチャンバ（１２）内の圧力、ｐ_Ｆは較正容積部（３７）との接続がなされる前のフィルムチャンバ（１２）内の圧力である。
請求項５〜８のいずれか１項に記載の方法であって、前記フィルムチャンバ容積部（２０）の容積が、前記フィルムチャンバ（１２）に収納された前記被検体（１８）を用いて求められることを特徴とする、方法。
請求項５〜９のいずれか１項に記載の方法であって、前記較正容積部（３７）との接続後に測定された圧力の増加に基づいて、前記フィルムチャンバ（１２）内における前記被検体（１８）の有無が判断され、前記被検体（１８）が前記フィルムチャンバ（１２）内に収納されている場合、前記被検体（１８）がない場合よりも圧力の増加が大きいことを特徴とする、方法。
請求項５〜１０のいずれか１項に記載の方法であって、さらに、前記被検体（１８）の種類、形状、および／またはサイズが、前記フィルムチャンバ容積部（２０）の容積に基づいて求められることを特徴とする、方法。
請求項５〜８のいずれか１項に記載の方法であって、前記較正チャンバ（３６）に所定の漏洩速度を有する漏洩試験器（４０）が備えられており、前記フィルムチャンバ容積部（２０）の容積の決定後に、前記漏洩試験器（４０）によって引き起こされる前記フィルムチャンバ（１２）内の圧力の増加に基づいて、前記測定センサ（３０）の較正が行われることを特徴とする、方法。