JP2604726B2 - 液中異物の計測システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子管，電子デバイス等に使用される構成
部品の清浄化および清浄後の構成部品の清浄度の評価に
好適な液中異物の計測システムに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の液中異物の計測装置には、断続方式に
よる粒径５〜100μｍ程度の異物を計測する超音波照射
形の異物計測方式と、粒径0.5〜60μｍ程度の異物を計
測するレーザ光線照射形の異物計測方式とが用いられて
いた。

なお、このような液中異物の計測装置の構造は、例え
ば昭和59年２月「第３回空気清浄とコンタミネーション
コントロールに関する技術研究大会」において発表され
た「液体中微粒子のオンライン測定」等に記載されてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この種の液中異物の計測装置は、構成部品洗浄後の被
検体液を超音波照射法により異物粒子の計測を行なう場
合、５〜10/min程度の流量で異物レベルの測定を行な
っていたが、例えば流量が数百ml/min程度の低流量での
粒子計測については全く配慮されていなかった。すなわ
ち低流量計測では被検体液の流れの線速度が小さくな
り、異物粒子の沈降，付着が生じ、測定誤差が大きくな
り、測定精度が低下するという問題があった。

本発明の目的は、被検体液の線速度を増大させ、被検
体液中の異物を連続かつ高精度で計測することができる
液中異物の計測システムを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による液中異物の計測システムは、 （Ａ）電子管及び電子デバイス用構成部品を浸漬洗浄す
る洗浄槽（２）と、 （Ｂ）モニタ校正用標準液を収容する標準液貯水槽
（３）と、 （Ｃ）前記洗浄槽（２）で洗浄済みの前記電子管及び電
子デバイス用構成部品の表面に残留付着している異物を
除去しこれを含有させた評価用被検液を生成する超音波
洗浄槽（８）と、 （Ｄ）（D1）音響レンズ（22f），クオーツクリスタル
素子（22g）及び超音波異物センサ（22h）からなるセン
サ部（22i）と、 （D2）該センサ部（22i）に整合する所定の内径を有す
る透光体からなり、その側面に形成された開口部に該セ
ンサ部（22i）を結合し、その両端部は、該所定の内径
より、被検液を流入出させる為の配管（22d），（22e）
の内径まで、その内径が漸次小さくなるフロー絞り管
（22b），（22c）を介して前記配管（22d），（22e）に
連結されて前記被検液を流通させる円筒状のチャンバ
（22a）とからなる、 粒径及び数量が異なる各種の異物を計測する超音波異
物センサ（22）と、 （Ｅ）前記超音波異物センサ（22）の前段に配設される
真空脱気装置（21）と、 （Ｆ）前記洗浄槽（２）からの被検液，前記標準液貯水
槽（３）からの被検液，または前記超音波洗浄槽（８）
からの被検液の何れかを選択的に前記真空脱気装置（2
1）へ切り換え送る被検液切換弁（13）を備えたもので
ある。

〔作用〕

洗浄槽（２），標準液貯水槽（３）及び残留異物評価
液生成用超音波洗浄槽（８）を備え、洗浄槽（２）から
の被検液，標準液貯水槽（３）からの被検液、または残
留異物評価液生成用超音波洗浄槽（８）からの被検液の
何れかを選択的に自由に切り換えて超音波異物センサ
（22）へ送る被検液切換弁（13）を備えているので、洗
浄槽（２）の汚染状態評価、洗浄済みの電子管及び電子
デバイス用構成部品の表面に残留付着している異物の評
価、超音波異物センサ（22）の校正などを適宜選択して
自動的且つ連続的に行うことが可能になり、かつ前記超
音波異物センサ（22）の前段に真空脱気装置（21）が配
設されているので、被検液がこの超音波異物センサ（2
2）に到達する以前に被検液中に混在気体が脱気され液
中異物のみが高精度に計測される。

さらに、前記超音波異物センサ（22）においては、上
記被検液を流通させる円筒状のチャンバ（22a）が、そ
の超音波異物センサのセンサ部（22i）に整合する所定
の内径を有する透光体からなり、その両端部は、その所
定の内径より、前記被検液を流入出させる為の配管（22
d），（22e）の内径まで、その内径が漸次小さくなるフ
ロー絞り管（22b），（22c）を介して前記所定の内径よ
り細い前記配管（22d），（22e）に連結されている。円
筒状のチャンバ（22a）は測定精度を確保するためにセ
ンサ部（22i）に整合する比較的大きな内径に設定せざ
るを得ない制約があるので、被検液がこのチャンバ（22
a）を通過する際、被検液中の異物が凝集し、チャンバ
（22a）内に付着あるいは沈降してしまうという問題が
あった。本発明においては、チャンバー直前の配管の径
をチャンバ（22a）の内径より小さくしており、チャン
バーに入る前に被検液の速度を増大させてここで被検液
中の異物を分散させてしまい、チャンバー内での異物凝
集の可能性を排除することができる。さらにチャンバ
（22a）が透光体からなっているので、内部を流れる被
検液及び異物粒子の流れ状況などを随時目視でも確認出
来、計測不能或いは計測エラーの状態が発生することを
未然に防止出来る。

〔実施例〕

次に図面を用いて本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明による液中異物の計測システムの一実
施例を示す構成図である。同図において、１はサンプリ
ング部であり、２は内部に電子管，電子デバイス等に用
いられる構成部品としての被検処理体を浸漬し洗浄処理
した洗浄液2aを収容する洗浄層、３は攪拌器を有しかつ
内部に粒径0.5〜4.9μｍの異物が60000個/100mlおよび
粒径５〜100μｍの異物が5166個/100mlの割合で含むモ
ニタ校正用の標準液3aを収容した標準液貯水槽、４は清
浄部品評価洗浄液4aを収容した洗浄液槽、５は洗浄部
品、６は洗浄部品５の洗浄評価容器、７は清浄部品評価
被検液、８は内部に評価容器６および洗浄水8aを収容し
外部に超音波発生装置8bを有する超音波洗浄層、９は洗
浄液2aのサンプリングチューブ、10は標準液3aのサンプ
リングチューブ、11は洗浄液4aのサンプリングチュー
ブ、12は被検液７のサンプリングチューブ、13は各チュ
ーブ9,10,12内に流れる各液測定用切換弁である。な
お、これらの各液は約20〜1000ml/分の流速で順次送流
されている。

また、20は超音波異物計測部であり、21は被検液中の
混在気体を脱気する真空脱気装置、22は被検液中の粒径
５〜100μｍの異物を検知する超音波異物センサ、23は
電源、24はマイコン、25はディスプレイ、26はプリン
タ、27は被検液を20〜1000ml/分の流速で吸引する吸引
ポンプ、28は検液後の排液チューブである。

また、30はレーザ異物計測部であり、このレーザ異物
計測部30は、被検液中の粒径0.5〜25μｍの異物を検知
するレーザ光異物センサ31を有し、残部は前述した超音
波異物計測部20と同様に構成されている。

なお、前述した真空脱気装置21は、有機膜室内に有機
物からなるチューブを通し、この有機膜室内を真空と
し、この部分に被検液が通過する際有機チューブ内の被
検液中の混在気体を除去する有機膜製真空脱気装置また
は低真空中で被検液を衝突板に噴霧し、低真空吸引によ
る液中混在気体を脱気する真空スプレー脱気装置が使用
でき、これらの脱気装置は、毎分20〜1000mlの速度で送
液される被検液中の混在気体１〜100ppmを脱気する機能
を有している。

また、前述した超音波異物センサ22は、第２図
（ａ），（ｂ）に断面図で示すように被検体液を流通さ
せる例えばアクリル樹脂等の透光体からなり、後述する
如くクォーツクリスタル素子22g及び超音波センサ22hの
組合わせに整合（マッチング）する内径D₁を有する円筒
状のチャンバ22aの両端部には、口径がこの整合内径D₁
から順次小さくなる漏斗状のフロー絞り管22b,22cがそ
れぞれ一体的に結合され、このフロー絞り管22b,22cの
小口径端には被検体液を流入出させる配管22d,22eが一
体的に結合されており、これらはアクリル樹脂等の透光
体から形成されている。また、このチャンバ22aの側面
には円形状の開口部が形成され、この開口部には音響レ
ンズ22f,クォーツクリスタル素子22gおよび超音波セン
サ22hからなるセンサ部22iが設けられている。なお、前
述したチャンバ22aの長さL₁は約150mm,その内径D₁は約2
4mm,フロー絞り管22b,22cの長さL₂は約50mmおよび配管2
2d,22eの内径D₂は約8mm程度の寸法を有して形成されて
いる。

このように構成された超音波異物センサ22は、第３図
に示すようにチャンバ22a内に連続して流れる被検体液4
0の流路側面よりクォーツクリスタル素子22gに約400Vの
高周波電圧を印加して第３図に示すように約15MHz超音
波音圧に変換した超音波パルス41を１秒間に200回（２
μsec/回）連続して繰返し照射する。その超音波エネル
ギーは音響レンズ22fで集束させ、円錐状に焦点を結ば
せると、被検体液40中に超音波が伝搬するため、その密
度が最も高くなる領域42での異物粒子43からの後方反射
する反射エネルギー（粒子の大きさに比例する）を利用
し、粒子１個からの１個の反射波をエコーとして返して
くるため、反射パルス受信ゲート44の約1.4mmφ内の反
射のみをセンサ22hで受ける。なお、45は超音波ビーム
であり、チャンバ22aの内径D₁は主にクォーツクリスタ
ル素子22gの出力特性と超音波センサ22hの感度特性との
組合わせに整合（マッチング）する値に設定されてい
る。そして、1000回の発射パルス41によって返って来た
反射パルス計測値46,47,48をカウントパルスに変換する
ことにより、粒径５〜100μｍの異物の連続計測を行
う。

また、前述したレーザ光異物センサ31は、第４図に示
すようにセンサセル31a内に連続して流れる被検液31bの
流路測面より、He−Neレーザ31cをプリズム31dで反射さ
せ集束レンズ31fで集光したレーザ光31eを照射し、被検
液31b中の異物（粒径0.5〜60μｍ）により散乱された光
を集光レンズ31f′で集め、高感度のフォトダイオード3
1gでその大きさおよび数量を検出することにより、粒径
0.5〜25μｍの異物の連続計測を行う。なお、非散乱光
はプリズム31hで反射させ、フォトダイオード31gに入射
されない。

このような構成において、まず、製作された図示しな
い例えば電子銃構体等の被検処理体を、洗浄槽２内に純
水を収容してその中に浸漬し、洗浄処理する。この場
合、この純水中には被検処理体の表面に付着していた各
種粒径の異物が除去され含有された洗浄液2aとなる。次
に洗浄処理された被検処理体は洗浄部品として評価容器
６内に収容し、洗浄液槽４からサンプリングチューブ11
を通して例えば純水等の洗浄液4aを供給し、超音波発生
装置７により超音波を連続的に照射して再洗浄し、清浄
部品５に付着残存していた異物をさらに除去して含有さ
せて清浄品評価被検液７とする。次にこの清浄品評価被
検液７およびモニタ校正用標準液3aは、それぞれサンプ
リングチューブ12,10を通して各液測定用切換弁13によ
り切換えられ、超音波異物計測部20およびレーザ異物計
測部30の各吸引ポンプ27により約100ml/分の流速で各真
空脱気装置21に導入され、被検液７および標準液3a内に
含有されている気泡，ガス等の混在気体を十分に脱気さ
せた後、超音波異物計測部20では、被検液７および標準
液3aが超音波異物センサ22に導入され、第３図で説明し
たように粒径５〜100μｍの液中異物のみが計測され
る。一方、レーザ異物計測部30では、同様に脱気した被
検液７および標準液3aがレーザ光異物センサ31にそれぞ
れ導入され、第４図で説明したように粒径0.5〜4.9μｍ
の液中異物のみが計測される。この結果、標準液3aは、
前述した標準値（粒径0.5〜4.9μｍの異物粒子数60000
個/100ml,粒径５〜100μｍの異物粒子数5166/100ml）に
対して変動係数が±15％以内で計測され、かつ前述した
被検処理体を全体の水流量を約20〜1000ml/分で洗浄し
た場合、評価容器６内の清浄品評価被検液７中の異物は
13000〜16000個/100mlであった。また、製作後の被検処
理体10本をサンプリング部１で評価容器６内での超音波
洗浄による再洗浄を行わないで、初期の洗浄槽２のみに
よる洗浄後、超音波異物計測部20で真空脱気装置21を通
して計測した結果、粒径５〜100μｍの付着異物の合計
が30000〜50000個／本（＝46000個／本）であったの
に対して本実施例の如き評価容器６内での超音波洗浄に
よる再洗浄を行った場合には3100〜6200個／本（＝37
00個／本）となり、連続的な異物の計測が可能となる。
ここで真空脱気装置21を用いて液中異物を連続計測する
場合、予め測定済みの異物の粒子数および大きさの判明
している既知試料を用い、異物の大きさとその数の両者
に対する照射超音波の反射エネルギーとの関係曲線を作
成し、マイコン24に記憶させ、これと被検液中の異物に
よるそれぞれの超音波異物センサ22による計測数を演算
し、異物の数と大きさとをグラフ表示および作表し、同
時にプリンタ26にプリントアウトおよびディスプレイ25
に表示することにより、液中異物が連続計測される。

このように構成された液中異物の計測システムにおい
て、第２図に示したように超音波異物センサ22は、円筒
状の透光性チャンバ22aとこのチャンバ22aより内径の小
さい配管22d,22eとの間にフロー絞り管22b,22cを設けた
ことにより、チャンバ22a内に流れる被検体液40の流量
が前記寸法では100〜500ml/minの場合、線速度が２〜10
m/minと可変され、異物粒子がチャンバ22aの内壁に付
着，沈降されることなく、チャンバ22a内を通過し、被
検体液40中に存在している異物粒子が全て連続的に検出
することができる。

また、この超音波異物センサ22は、そのチャンバ22a,
フロー絞り管22b,22cおよび配管22d,22eが透光性のアク
リル樹脂から形成されているので、内部に流れる被検体
液40および異物粒子43の流れ状況等が視認でき、内部の
変化を一目で観察することができる。

なお、前述した実施例においては、超音波異物センサ
22を構成するチャンバ22a,フロー絞り管22b,22cおよび
配管22d,22eを透光性のアクリル樹脂で形成した場合に
ついて説明したが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、テフロン，ポリ塩化ビニール等の合成樹脂材で形
成しても同様の効果が得られることは勿論である。

また、前述した実施例においては、超音波異物センサ
22を構成するフロー絞り管22b,22cの形状を、断面で三
角形状とした場合について説明したが、本発明はこれに
限定されるものではなく、第５図に示すように断面で台
形状をなすフロー絞り管22c′，第６図に示すように断
面で楕円状をなすフロー絞り管22c″あるいは第７図に
示すように断面で円形状をなすフロー絞り管22cであ
っても前述と全く同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

洗浄槽（２），標準液貯水槽（３）及び残留異物評価
液生成用超音波洗浄槽（８）を備え、洗浄槽（２）から
の被検液、標準液貯水槽（３）からの被検液、または残
留異物評価液生成用超音波洗浄槽（８）からの被検液の
何れかを選択的に自由に切り換えて超音波異物センサ
（22）へ送る被検液切換弁（13）を備えているので、洗
浄槽（２）の汚染状態評価、洗浄済みの電子管及び電子
デバイス用構成部品の表面に残留付着している異物の評
価、超音波異物センサ（22）の校正などを適宜選択して
自動的且つ連続的に行うことが可能になり、かつ前記超
音波異物センサ（22）の前段に真空脱気装置（21）が配
設されているので、被検液がこの超音波異物センサ（2
2）に到達する以前に被検液中の混在気体が脱気され、
液中異物のみが高精度に計測される。、 さらに、前記超音波異物センサ（22）においては、上
記被検液を流通させる円筒状のチャンバー（22a）は、
その超音波異物センサのセンサ部（22i）に整合する所
定の内径を有する透光体からなり、その両端部は、その
所定の内径より、前記被検液を流入出させる為の配管
（22d），（22e）の内径まで、その内径が漸次小さくな
るフロー絞り管（22b），（22c）を介して前記所定の内
径より細い前記配管（22d），（22e）に連結されている
ので、チャンバーに入る前に被検液の速度が増大されて
ここで被検液中の異物が分散され、チャンバー内での異
物凝集の可能性を排除でき測定精度を向上させることが
出来、さらにチャンバー（22a）が透光体からなってい
るので、内部を流れる被検液及び異物粒子の流れ状況な
どを目視でも確認することが出来、チャンバー（22a）
内に異物粒子が付着あるいは沈降することによって、計
測不能或いは計測エラーの状態が発生することが未然に
防止出来るという極めて優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による液中異物の計測システムの一実施
例を示す構成図、第２図は超音波異物センサを説明する
断面図、第３図は超音波異物センサの動作を説明する
図、第４図はレーザ光異物センサを説明する図、第５図
ないし第７図は本発明に係る超音波異物センサの他の実
施例を示す要部断面図である。 １……サンプリング部、２……洗浄槽、2a……洗浄液、
３……標準液貯水槽、3a……標準液、４……洗浄液槽、
4a……清浄部品評価洗浄液、５……清浄部品、６……清
浄評価容器、７……清浄部品評価被検液、８……超音波
洗浄槽、8a……洗浄水、8b……超音波発生装置、9,10,1
1,12……サンプリングチューブ、13……各液測定用切換
弁、20……超音波異物計測部、21……真空脱気装置、21
a……合成樹脂チューブ、21b……真空チャンバ、21c…
…圧力センサ、21d……コントロールボックス、21e……
真空ポンプ、21f……真空装置、22……超音波異物セン
サ、22a……チャンバ、22b,22c,22c′,22c″,22c……
フロー絞り管、22d,22e……配管、22f……音響レンズ、
22g……クォーツクリスタル素子、22h……超音波セン
サ、22i……センサ部、23……電源、24……マイコン、2
5……ディスプレイ、26……プリンタ、27……ポンプ、2
8……排液チューブ、30……レーザ異物計測部、31……
レーザ光異物センサ、40……被検体液、41……超音波パ
ルス、42……領域、43……異物粒子、44……パルス受信
ゲート、45……超音波ビーム、46,47,48……反射パルス
計測値。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 若菜 茂 茂原市早野3300番地 株式会社日立製作 所茂原工場内 (72)発明者 松本 敏志 茂原市早野3681番地 日立デバイスエン ジニアリング株式会社内 (72)発明者 森下 敏和 茂原市早野3300番地 株式会社日立製作 所茂原工場内 (56)参考文献 特開 昭53−9593（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−247958（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−37846（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（Ａ）電子管及び電子デバイス用構成部品
   を浸漬洗浄する洗浄槽（２）と、 （Ｂ）モニタ校正用標準液を収容する標準液貯水槽
   （３）と、 （Ｃ）前記洗浄槽（２）で洗浄済みの前記電子管及び電
   子デバイス用構成部品の表面に残留付着している異物を
   除去しこれを含有させた評価用被検液を生成する超音波
   洗浄槽（８）と、 （Ｄ）（D1）音響レンズ（22f），クオーツクリスタル
   素子（22g）及び超音波センサ（22h）からなるセンサ部
   （22i）と、 （D2）該センス部（22i）に整合する所定の内径を有す
   る透光体からなり、その側面に形成された開口部に該セ
   ンサ部（22i）を結合し、その両端部は、該所定の内径
   より、被検液を流入出させる為の配管（22d），（22e）
   の内径まで、その内径が漸次小さくなるフロー絞り管
   （22b），（22c）を介して前記配管（22d），（22e）に
   連結されて前記被検液を流通させる円筒状のチャンバ
   （22a）とからなる、 粒径及び数量が異なる各種の異物を計測する超音波異物
   センサ（22）と、 （Ｅ）前記超音波異物センサ（22）の前段に配設される
   真空脱気装置（21）と、 （Ｆ）前記洗浄槽（２）からの被検液，前記標準液貯水
   槽（３）からの被検液，または前記超音波洗浄槽（８）
   からの被検液の何れかを選択的に前記真空脱気装置（2
   1）へ切り換え送る被検液切換弁（13）を備えたことを
   特徴とした液中異物の計測システム。