JP2018054458A - 漏れ素子の評価装置及び評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】漏れ素子の品質、性能等を評価する手段を提供する。【解決手段】一定の温度及び一定の圧力下で一定の漏れを発生させる標準漏れ素子８を用意し、前記一定の温度及び一定の圧力下で漏れを発生させる評価対象漏れ素子９を評価する。標準漏れ素子８の二次ポート８ｂに標準容積室２８を接続する。評価対象漏れ素子９の二次ポート９ｂが対象容積室２９を接続する。標準漏れ素子８の一次ポート８ａと評価対象漏れ素子９の一次ポート９ａとにそれぞれ流体圧を供給する。差圧検出手段２によって、容積室２８，２９どうし間の差圧を検出する。検出差圧に基づいて、評価対象漏れ素子９の評価を行なう。【選択図】図１

Description

本発明は、漏れ検査等に用いられる漏れ素子を評価する装置及び方法に関し、特に一定の温度及び一定の圧力下で一定の漏れを正確に発生させる標準漏れ素子を用いて評価対象漏れ素子を評価する評価装置及び評価方法に関する。

密封品等のワークの密封性を検査する装置としてリークテスタが知られている（特許文献１等参照）。リークテスタは、ワークにテスト圧を導入するガス圧路と、ガス圧路に設けられた差圧センサ等の圧力センサとを備えている。ワークが不良である場合、不良箇所からガスが漏れ、ガス圧路の圧力が変動する。この圧力変動を圧力センサにて検出することで、ワークの密封性判定を行うことができる。

近年、圧力変動を流量（漏れ量）に換算し、漏れ量で密封性を判定することが提案されている。圧力変動量から漏れ量への換算は、漏れ素子を用いて行うことができる。漏れ素子は、漏れ路を有し、所定温度及び所定圧力下において公称で所定の漏れを発生させる（特許文献２等参照）。

特開平０８−３３８７８４号公報 特開２０１２−１１２７５２号公報

しかし、漏れ素子にも製造誤差が起き得る。製造時は精度が高くても、その後、内部の漏れ路が塵埃等で詰まったり、構成部材が経年変化を来したりすることも考えられる。このため、漏れ素子の実際の漏れ量（以下「実漏れ量」）が公称漏れ量からずれる場合がある。そうすると、ワークの漏れ判定精度に影響を与え、信頼性が損なわれるおそれがある。
本発明は、前記事情に鑑み、漏れ素子の品質、性能等を評価する手段を提供し、ひいてはワークの漏れ量判定の信頼性を高めることを目的とする。

前記問題点を解決するために、本発明装置は、一定の温度及び一定の圧力下で一定の漏れを発生させる標準漏れ素子を用いて評価対象漏れ素子を評価する漏れ素子評価装置であって、
前記標準漏れ素子の一次ポート及び前記評価対象漏れ素子の一次ポートにそれぞれ流体圧を供給する流体圧供給手段と、
前記標準漏れ素子の二次ポートが接続される標準容積室と、
前記評価対象漏れ素子の二次ポートが接続される対象容積室と、
前記容積室どうし間の差圧を検出する差圧検出手段と、
を備えたことを特徴とする。

流体圧供給手段から標準漏れ素子及び評価対象漏れ素子に流体圧を供給すると、これら漏れ素子から漏れが発生する。標準漏れ素子からの漏れに応じて標準容積室の圧力が変化する。この圧力変化は、標準漏れ素子の漏れ特性（一定の温度及び一定の圧力下で一定の漏れを発生）の他、標準漏れ素子への供給流体圧、標準容積室の容積等によって決まる。
また、評価対象漏れ素子からの漏れに応じて対象容積室の圧力が変化する。この圧力変化は、評価対象漏れ素子の漏れ特性の他、評価対象漏れ素子への供給流体圧、対象容積室の容積等によって決まる。
したがって、例えば各漏れ素子への供給流体圧及び各容積室の容積が既知等であれば、２つの容積室どうし間の差圧に基づいて、評価対象漏れ素子の漏れ特性又は実漏れ量を知ることができる。これによって、評価対象漏れ素子を評価することができる。
「評価」とは、評価対象漏れ素子を較正したり、評価対象漏れ素子の精度を保証したり、評価対象漏れ素子の誤差を測定したり、評価対象漏れ素子の良否（詰まり、経年劣化の有無等）を判定したりすることを含む。較正後の評価対象漏れ素子は、標準漏れ素子に準拠する漏れ素子となり、標準漏れ素子と同等の信頼性を付与できる。

前記標準容積室と前記対象容積室とが互いに等容積であり、
前記流体圧供給手段が、前記標準容積室及び前記対象容積室に互いに等しい流体圧を供給することが好ましい。
これによって、検出差圧が２つの漏れ素子の漏れ量差と正比例の関係になる。したがって、評価対象漏れ素子の評価を容易に行なうことができる。

前記漏れ素子評価装置が、容積器を備え、前記容積器の内部が、隔壁によって前記標準容積室と前記対象容積室とに区画されていることが好ましい。
これによって、標準容積室と対象容積室とを互いに近接して配置でき、これら容積室の温度条件等を均等にすることができる。この結果、評価精度を高めることができる。

本発明方法は、一定の温度及び一定の圧力下で一定の漏れを発生させる標準漏れ素子を用いて評価対象漏れ素子を評価する方法であって、
前記標準漏れ素子の一次ポートと前記評価対象漏れ素子の一次ポートとにそれぞれ流体圧を供給し、
前記標準漏れ素子の二次ポートが接続された標準容積室と、前記評価対象漏れ素子の二次ポートが接続された対象容積室どうし間の差圧を検出し、
検出差圧に基づいて前記評価を行なうことを特徴とする。

本発明によれば、漏れ素子の品質、性能等を評価することができる。ひいては、ワークの漏れ量測定ないしは漏れ量判定の信頼性を高めることができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る漏れ素子評価装置の概略構成を示す回路図である。 図２（ａ）は、前記漏れ素子評価装置の標準漏れ素子の一例を示す断面図である。図２（ｂ）は、前記標準漏れ素子の変形態様を示す断面図である。 図３（ａ）は、前記漏れ素子評価装置の評価対象漏れ素子の一例を示す断面図である。図３（ｂ）は、前記評価対象漏れ素子の変形態様を示す断面図である。 図４は、前記漏れ素子評価装置による評価動作の一例を示すフローチャートである。 図５は、本発明の第２実施形態に係る漏れ素子評価装置の概略構成を示す回路図である。

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、評価対象漏れ素子９を評価（較正、精度保証、誤差測定、良否判定等）する漏れ素子評価装置１を示したものである。漏れ素子評価装置１は、流体圧供給手段１０と、容積器２０を備えている。流体圧供給手段１０は、共通路１１と、標準用供給通路１８と、対象用供給通路１９を含む。流体圧源４から共通路１１が延びている。流体圧源４は、エアコンプレッサ等の正圧源であってもよく、真空ポンプ等の負圧源であってもよい。共通路１１には、レギュレータ１２（供給流体圧設定手段）、圧力計１３（供給流体圧検出手段）、及び常閉の共通路開閉弁４１が設けられている。共通路１１から標準用供給通路１８と対象用供給通路１９とが分岐されている。好ましくは、標準用供給通路１８及び対象用供給通路１９の流路断面積及び路長は互いに等しい。

流体圧供給手段１０に２つの漏れ素子８，９が接続されている。
標準漏れ素子８は、一定の温度及び一定の圧力下において一定の漏れ（Ｐａ・ｍ^３／ｓｅｃ）を発生させる。標準漏れ素子８の漏れ量（実漏れ量）は、厳密に管理されて精度が極めて高い。つまり、標準漏れ素子８の実漏れ量は公称漏れ量と十分に一致している。好ましくは、標準漏れ素子８の漏れ量精度は、公的機関によって認証されている。

図２（ａ）に示すように、標準漏れ素子８の一端部には一次ポート８ａが設けられている。標準漏れ素子８の他端部には二次ポート８ｂが設けられている。一次ポート８ａが標準用供給通路１８に接続されている。標準漏れ素子８の内部にはキャピラリ８ｃ（漏れ路）が設けられている。キャピラリ８ｃの一端部が一次ポート８ａに連なり、他端部が二次ポート８ｂに連なっている。図２（ｂ）に示すように、標準漏れ素子８には、漏れ路として、キャピラリ８ｃに代えてオリフィス８ｄが形成されていてもよい。標準漏れ素子８は、流体圧供給手段１０に対して着脱可能であってもよく、流体圧供給手段１０に一体的に組み込まれていてもよい。

評価対象漏れ素子９は、流体圧供給手段１０に着脱可能に設けられている。評価対象漏れ素子９は、所定温度及び所定圧力下において公称で所定の漏れ（Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ）を発生させる。評価対象漏れ素子９の公称漏れ量は、標準漏れ素子８と同じ温度及び圧力条件下において標準漏れ素子８の漏れ量と好ましくは近似し、より好ましくは等しい。言い換えると、標準漏れ素子８として、評価対象漏れ素子９の公称漏れ量に近い漏れ量ないしは前記公称漏れ量と等しい漏れ量を有するものが選択されて漏れ素子評価装置１に装着されている。

図３（ａ）に示すように、評価対象漏れ素子９の一端部には一次ポート９ａが設けられている。評価対象漏れ素子９の他端部には二次ポート９ｂが設けられている。一次ポート９ａが対象用供給通路１９に接続されている。評価対象漏れ素子９の内部にはキャピラリ９ｃ（漏れ路）が設けられている。キャピラリ９ｃの一端部が一次ポート９ａに連なり、他端部が二次ポート９ｂに連なっている。図３（ｂ）に示すように、評価対象漏れ素子９には、漏れ路として、キャピラリ９ｃに代えてオリフィス９ｄが形成されていてもよい。

漏れ素子８，９の近くに容積器２０が配置されている。容積器２０の内部は、隔壁２３によって標準容積室２８と対象容積室２９とに区画されている。容積室２８，２９どうしが、隔壁２３によって隔てられている。例えば、容積器２０は、金属等のブロックにて構成されている。該ブロック内に、隔壁２３によって隔てられた２つの室が形成され、これら室がそれぞれ標準容積室２８及び対象容積室２９となっている。標準容積室２８には、標準漏れ接続路３８を介して標準漏れ素子８の二次ポート８ｂが接続されている。対象容積室２９には、対象漏れ接続路３９を介して評価対象漏れ素子９の二次ポート９ｂが接続されている。

標準容積室２８と対象容積室２９は互いに等容積になっている。
好ましくは、標準漏れ素子８と標準漏れ接続路３８と標準容積室２８の合計内容積と、評価対象漏れ素子９と対象漏れ接続路３９と対象容積室２９の合計内容積とが互いに等しい。
より好ましくは、漏れ素子評価装置１における通路１８から室２８までの標準漏れ素子８側の構造と、通路１９から室２９までの対象漏れ素子９側の構造は、互いに対称になっている。

標準容積室２８及び対象容積室２９どうしが、連通路５０によって連ねられている。連通路５０には、常開の連通路開閉弁４２が設けられている。連通路開閉弁４２のパイロットポートにパイロット路５３が接続されている。パイロット路５３に常閉のパイロット路開閉弁４３が設けられている。

標準容積室２８及び対象容積室２９に差圧検出手段２が接続されている。差圧検出手段２は、標準容積室２８及び対象容積室２９の差圧を検出する。差圧検出手段２に処理手段３が接続されている。処理手段３としては、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等を用いることができる。

漏れ素子評価装置１による評価対象漏れ素子９の評価方法を、図４のフローチャートを参照して説明する。
＜接続工程＞
標準用供給通路１８に標準漏れ素子８を取り付ける。対象用供給通路１９には評価対象漏れ素子９を取り付ける。
＜流体圧供給工程＞
標準容積室２８と対象容積室２９とは、連通路５０を介して連通させ、互いに等圧にしておく。
次に、共通路開閉弁４１を開く。これによって、レギュレータ１２にて設定された流体圧が、標準漏れ素子８の一次ポート８ａと評価対象漏れ素子９の一次ポート９ａとにそれぞれ供給される。
＜連通遮断工程＞
続いて、パイロット路開閉弁４３をオンすることによって、連通路開閉弁４２を閉じる。これによって、連通路５０が遮断され、標準容積室２８と対象容積室２９がそれぞれ独立した閉鎖空間となる。
標準漏れ素子８からは、試験環境の温度及び圧力（ポート８ａ，８ｂ間の圧力差）に応じて、一定の大きさの漏れが発生する。標準漏れ素子８からの漏れ量に応じて、標準容積室２８の内圧が変化する。
評価対象漏れ素子９からは、試験環境の温度及び圧力（ポート９ａ，９ｂ間の圧力差）に応じて、或る大きさの漏れ（実漏れ）が発生する。評価対象漏れ素子９からの漏れ量（実漏れ量）に応じて、対象容積室２９の内圧が変化する。

＜差圧検出工程＞
標準漏れ素子８と評価対象漏れ素子９の漏れ量が互いに等しい場合には、標準容積室２８と対象容積室２９との内圧変化は互いに一致し、これら容積室２８，２９どうし間に差圧ΔＰは生じない（ΔＰ＝０）。一方、標準漏れ素子８と評価対象漏れ素子９の漏れ量に差があると、その差に応じて、標準容積室２８と対象容積室２９との間に差圧ΔＰが現れる。この差圧ΔＰを差圧検出手段２によって検出する。具体的には、例えば、連通路開閉弁４２の閉時（時刻ｔ_０）から時間ｔ_１経過時点の差圧ΔＰ_１と、時間ｔ_２経過時点の差圧ΔＰ_２を検出する。ｔ_１とｔ_２との時間間隔Δｔ（＝ｔ_２−ｔ_１）は、例えばΔｔ＝数十秒〜数百秒程度であるが、本発明がこれに限られるものではない。

＜評価工程＞
検出差圧ΔＰ（ΔＰ_１、ΔＰ_２）は、処理手段３に入力される。これによって、処理手段３において、検出差圧ΔＰに基づいて評価対象漏れ素子９を評価することができる。
つまり、評価対象漏れ素子９を較正したり、精度保証したり、誤差を測定したり、良否判定したりすることができる。較正後の評価対象漏れ素子９は、標準漏れ素子８に準拠した漏れ素子となる。この評価対象漏れ素子９を、実際のワークの漏れ検査における圧力（Ｐａ）から漏れ量（Ｐａ・ｍ^３／ｓｅｃ）への換算指標等として用いることによって、漏れ検査の信頼性を高めることができる。

次に本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において既述の実施形態と重複する構成に関しては図面に同一符号を付して説明を省略する。
図５は、本発明の第２実施形態を示したものである。漏れ素子評価装置１Ｂは、容積調節手段６０を備えている。容積調節手段６０が、標準容積室２８に接続されている。
容積調節手段６０は、シリンダ６１と、ピストン６２を有している。シリンダ６１の内室が標準容積室２８に連なっている。ピストン６２をスライド調節することによって、シリンダ６１と標準容積室２８の合計内容積が、対象容積室２９の内容積と等しくなるように調節することができる。

なお、各容積室２８、２９の内容積は、例えば容積既知のタンク（図示省略）を用いて測定できる。
すなわち、容積既知タンクと標準容積室２８を開閉弁を介して接続し、前記開閉弁を閉じた状態で、容積既知タンク及び標準容積室２８の一方に所定の圧力を供給し、その後、前記開閉弁を開いて容積既知タンクと標準容積室２８を連通させて圧力変化を測定する。連通前の所定圧力と、連通後の測定圧力と、容積既知タンクの内容積とに基づいて、ボイルの法則から標準容積室２８の内容積を算出できる。
対象容積室２９についても、同様にして、内容積を算出できる。
これら容積室２８、２９の算出内容積に基づいて、容積調節手段６０のシリンダ６１の内室の容積をピストン６２によって調節することで、シリンダ６１と標準容積室２８の合計内容積と、対象容積室２９の内容積とを等しくすることができる。

本発明は、前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改変をなすことができる。
例えば、標準容積室２８と対象容積室２９の内容積が互いに異なっていてもよい。前記流体圧供給手段１０から前記標準容積室２８に供給される流体圧と、前記対象容積室２９に供給される流体圧とが互いに異なる大きさであってもよい。標準漏れ素子８の漏れ特性に加えて、標準容積室２８及び対象容積室２９それぞれの内容積及び供給流体圧、並びに検出差圧ΔＰに基づいて、評価対象漏れ素子９の漏れ流量を演算してもよい。
第２実施形態（図５）の変形態様として、容積調節手段６０が、対象容積室２９に接続されていてもよい。或いは、標準容積室２８及び対象容積室２９の各々に容積調節手段６０が接続されていてもよい。

本発明は、例えば密封製品の漏れ検査における較正用の漏れ素子の品質評価等に適用できる。

１，１Ｂ 漏れ素子評価装置
２ 差圧検出手段
３ 処理手段
４ 流体圧源
８ 標準漏れ素子
８ａ 一次ポート
８ｂ 二次ポート
８ｃ キャピラリ
８ｄ オリフィス
９ 評価対象漏れ素子
９ａ 一次ポート
９ｂ 二次ポート
９ｃ キャピラリ（漏れ路）
９ｄ オリフィス（漏れ路）
１０ 流体圧供給手段
１１ 共通路
１２ レギュレータ（供給流体圧設定手段）
１３ 圧力計（供給流体圧検出手段）
１８ 標準用供給通路
１９ 対象用供給通路
２０ 容積器
２３ 隔壁
２８ 標準容積室
２９ 対象容積室
３８ 標準漏れ接続路
３９ 対象漏れ接続路
４１ 共通路開閉弁
４２ 連通路開閉弁
４３ パイロット路開閉弁
５０ 連通路
５３ パイロット路
６０ 容積調節手段
６１ シリンダ
６２ ピストン

Claims (4)

1. 一定の温度及び一定の圧力下で一定の漏れを発生させる標準漏れ素子を用いて評価対象漏れ素子を評価する漏れ素子評価装置であって、
   前記標準漏れ素子の一次ポート及び前記評価対象漏れ素子の一次ポートにそれぞれ流体圧を供給する流体圧供給手段と、
   前記標準漏れ素子の二次ポートが接続される標準容積室と、
   前記評価対象漏れ素子の二次ポートが接続される対象容積室と、
   前記容積室どうし間の差圧を検出する差圧検出手段と、
   を備えたことを特徴とする漏れ素子評価装置。
2. 前記標準容積室と前記対象容積室とが互いに等容積であり、
   前記流体圧供給手段が、前記標準容積室及び前記対象容積室に互いに等しい流体圧を供給することを特徴とする請求項１に記載の漏れ素子評価装置。
3. 容積器を備え、前記容積器の内部が、隔壁によって前記標準容積室と前記対象容積室とに区画されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の漏れ素子評価装置。
4. 一定の温度及び一定の圧力下で一定の漏れを発生させる標準漏れ素子を用いて評価対象漏れ素子を評価する方法であって、
   前記標準漏れ素子の一次ポートと前記評価対象漏れ素子の一次ポートとにそれぞれ流体圧を供給し、
   前記標準漏れ素子の二次ポートが接続された標準容積室と、前記評価対象漏れ素子の二次ポートが接続された対象容積室どうし間の差圧を検出し、
   検出差圧に基づいて前記評価を行なうことを特徴とする漏れ素子評価方法。

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