JP4170945B2

JP4170945B2 - 漏れ検査システム

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Publication number: JP4170945B2
Application number: JP2004107467A
Authority: JP
Inventors: 彰浩伊藤; 尚嗣世古; 真奈美丹羽
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP2005291924A

Description

本発明は、流量センサ用いてワークの漏れを検査する漏れ検査システムに関する。さらに詳細には、漏れ検査に要する時間を短縮することができる漏れ検査システムに関するものである。

従来から漏れ検査を行う場合には、差圧計が利用されている。この種の漏れ検査装置の１つとして、例えば、特開２００１−５９７９３号公報に開示されているものを挙げることができる。この差圧計を使用する漏れ検査装置では、ワークにエアを充填して、所定時間内における圧力降下の割合からワークの漏れ判定を行うようになっている。

また近年、小型で高速応答の流量センサが開発されており、そのような流量センサを使用して漏れ検査が行われるようになってきている。この流量センサを使用する漏れ検査では、ワークにエアを充填して、その後の流量変化からワークの漏れ判定を行うようになっている。そして、この場合には、流量センサにより微少流量の変化を検出することができるため、漏れ検査を非常に精度よく行うことができる。なお、小型で高速応答の流量センサの１つとして、例えば、特開２００３−１９４６０８号公報に開示されているものを挙げることができる。

特開２００１−５９７９３号公報（第３〜４頁、第１図）特開２００３−１９４６０８号公報（第３〜５頁、第１図）

しかしながら、差圧計を使用して漏れ検査を行う場合には、ワークにエアを充填して、差圧を計測するための時間（１０〜２０秒程度）が必要である。このため、短いタクトタイムが要求される場合には不向きであった。

一方、流量センサを使用して漏れ検査を行う場合には、ワークにエアを充填してすぐに漏れ検査を行うことができる。ここで、漏れ検査を高精度に行うためには、微少流量の変化を検知することが必要となる。このため、漏れ検査に使用する流量センサは、有効断面積（特に、センサ流路）が小さい。したがって、ワークにエアを充填するまでに時間を要してしまう。よって、単に、差圧計の代わりに流量センサを使用したとしても、漏れ検査に要する時間を短縮することができなかった。

そこで、本発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、短時間で高精度に漏れ検査を行うことができる漏れ検査システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明に係る漏れ検査システムは、ワークに流体を充填して前記ワークの漏れ検査を行う漏れ検査システムにおいて、前記ワーク内に流体を充填する充填手段と、前記充填手段から前記ワークに流れる流体の流量を測定する流量センサと、前記流量センサをバイパスさせて流体を前記ワークへ供給するバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられた開閉弁と、前記流量センサにより測定される流量値が予め設定された閾値を越えて、その後前記閾値を下回ったときに、前記開閉弁を閉状態にする開閉弁制御手段と、前記流量センサからの出力値に基づいて前記ワークの漏れ判定を行う判定手段と、を有することを特徴とするものである。

この漏れ検査システムにおいて漏れ検査を行う場合には、まず、充填手段によりワーク内に流体が充填される。このとき、バイパス配管に設けられた開閉弁を開状態にしておけば、流体の大部分はバイパス配管を通過してワーク内へ流れ込む。これにより、ワークへの流体の充填を短時間で行うことができる。

その後、ワークに流体が充填されて行くに連れて、流量センサにおける流量は徐々に減少していく。そして、流量センサで測定される流量（出力値）が閾値を下回ると、制御手段により開閉弁が閉状態にされる。これにより、流体は充填手段からバイパス配管を介さずに流量センサを通過してワークへと流れる。その後、判定手段により、流量センサからの出力値に基づいてワークの漏れ判定が行われる。

具体的には、開閉弁が閉じられて流量センサの出力値が安定した後、ワークに漏れが発生してなければ、流量センサの出力値は変化しないはずである。したがって、このとき流量センサの出力値が変化しない場合には「漏れなし」と判定される。一方、流量センサの出力値が変化した場合には、「漏れあり」と判定される。

このように、この漏れ検査システムでは、充填時には開閉弁が開き短時間でワークに流体を充填して、充填後に開閉弁を閉じて漏れ判定を行うので、短時間で高精度に漏れ検査を行うことができる。

なお、ノーマルクローズタイプの開閉弁を使用する場合には、流量センサの最大出力値よりも小さい閾値を越えたときに開閉弁を開くようにすればよい。

ここで、本発明に係る漏れ検査システムでは、前記流量センサは、流量を計測するための抵抗体と、前記抵抗体が架設されたセンサ流路と、エッチング加工された複数の薄板を備え、ボディに形成された側面開口部に配置された積層体と、前記側面開口部を塞ぐように前記ボディに密着して固定された基板とを有し、前記基板は、抵抗体を用いた計測原理を行うための電気回路に接続する電気回路用電極を備え、前記センサ流路は、抵抗体とその抵抗体に接続する抵抗体用電極とが設けられた測定チップを、前記抵抗体用電極と前記電気回路用電極とを接着して前記基板に実装することにより、前記測定チップあるいは前記基板の少なくとも一方に設けられた溝によって形成され、前記測定チップは、流れ方向上流側に設けられた上流温度検出抵抗体と、流れ方向下流側に設けられた下流温度検出抵抗体と、前記上流温度検出抵抗体と前記下流温度検出抵抗体との間に設けられ、前記上流温度検出抵抗体と前記下流温度検出抵抗体とを加熱する発熱抵抗体と、流体の温度を検出する流体温度検出抵抗体とを備えており、前記電気回路により、前記発熱抵抗体と前記流体温度検出抵抗体とが一定の温度差になるように制御され、前記上流温度検出抵抗体と前記下流温度検出抵抗体との温度差に基づき流体の流量が測定されることが望ましい。
なお、本明細書における「側面開口部」とは、ボディの側面（言い換えると、入出力ポートが開口していない面）であって基板が装着される面に開口した開口部を意味する。

このような流量センサでは、流量計に流れ込んだ流体は、抵抗体が架設されたセンサ流路に流れ込む。そして、抵抗体を用いた計測原理に基づき、センサ流路を流れる流体の流量、つまり流量センサの内部を流れる流体の流量が測定される。具体的には、電気回路により、発熱抵抗体と流体温度検出抵抗体とが一定の温度差になるように制御され、上流温度検出抵抗体と下流温度検出抵抗体との温度差に基づき流体の流量が測定される。これにより、微少流量の変化も高精度に検知することができる。したがって、このような流量センサを使用することにより、漏れ検査システムにおいて高精度な漏れ検査を行うことができる。

そして、前記流量センサは、前記センサ流路を流れる流体の流速が１０００ｍ／ｓ以下となるように有効断面積を変更する有効断面積変更手段を備えている。

ここで、充填開始時に流量センサにおける流量が最大となり、流量センサには大流量の流体が流れるおそれがあり、そうなった場合には測定チップが破損する可能性がある。しかしながら、この漏れ検査システムで使用する流量センサには、センサ流路を流れる流体の流速が１０００ｍ／ｓ以下となるように有効断面積を変更する有効断面積変更手段が備わっている。

このため、充填開始時に流量センサに大流量の流体が流れ込んでも、有効断面積変更手段によってセンサ流路を流れる流体の流速が１０００ｍ／ｓ以下に抑えられる。そして、センサ流路を流れる流体の流速が１０００ｍ／ｓ以下であれば、測定チップが破損しないことが確認されている（図９参照）。したがって、測定チップの破損を確実に防止することができる。

なお、有効断面積変更手段としては、オリフィスや蛇行流路などを挙げることができる。また、有効断面積変更手段は積層体内に設けてもよいし、積層体よりも上流の流路（例えば、入口流路など）に設けてもよい。

また、上記課題を解決するためになされた本発明に係る別形態の漏れ検査システムは、ワークにエアを充填して前記ワークの漏れ検査を行う漏れ検査システムにおいて、前記ワーク内にエアを充填する充填手段と、前記流量センサをバイパスさせて流体を前記ワークへ供給するバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられた逆止弁と、前記流量センサからの出力値に基づいて前記ワークの漏れ判定を行う判定手段と、を有することを特徴とするものである。

この漏れ検査システムにおいて漏れ検査を行う場合には、まず、充填手段によりワーク内に流体が充填される。このとき、充填手段側とワーク側とで圧力差が発生するので逆止弁が開く。このため、充填手段から供給される流体は、バイパス配管を通過してワークへと流れ込む。このため、ワークへの流体の充填を短時間で行うことができるとともに、流量センサを破損することもない。そして、ワークに流体が充填されると、充填手段側とワーク側とで圧力差がなくなるので逆止弁が閉じる。

これにより、流体は充填手段からバイパス流路を介さずに流量センサを通過してワークへと流れる。その後、判定手段により、流量センサからの出力値に基づいてワークの漏れ判定が行われる。

このように、この漏れ検査システムでは、充填時には逆止弁が開き短時間でワークに流体を充填して、充填後には逆止弁が閉じて漏れ判定を行うので、短時間で高精度に漏れ検査を行うことができる。

また、上記課題を解決するためになされた本発明に係る別形態の漏れ検査システムは、ワークにエアを充填して前記ワークの漏れ検査を行う漏れ検査システムにおいて、前記ワーク内にエアを充填する充填手段と、前記充填手段から前記ワークに流れる流体の流量を測定する流量センサと、前記流量センサからの出力値に基づいて前記ワークの漏れ判定を行う判定手段と、を有し、前記流量センサは、流量を計測するための抵抗体が架設されたセンサ流路と、入口流路と、出口流路と、ボディに形成された側面開口部に配置された積層体と、前記側面開口部を塞ぐように前記ボディに密着して固定された基板とを有し、前記基板は、抵抗体を用いた計測原理を行うための電気回路に接続する電気回路用電極を備え、前記積層体は、エッチング加工された複数の薄板を備え、前記ボディは、前記入口流路と前記出口流路とを前記センサ流路を介さずに連通させる連通流路と、その連通流路に設けられた逆止弁とを備え、前記センサ流路は、抵抗体とその抵抗体に接続する抵抗体用電極とが設けられた測定チップを、前記抵抗体用電極と前記電気回路用電極とを接着して前記基板に実装することにより、前記測定チップあるいは前記基板の少なくとも一方に設けられた溝によって形成され、前記測定チップは、流れ方向上流側に設けられた上流温度検出抵抗体と、流れ方向下流側に設けられた下流温度検出抵抗体と、前記上流温度検出抵抗体と前記下流温度検出抵抗体との間に設けられ、前記上流温度検出抵抗体と前記下流温度検出抵抗体とを加熱する発熱抵抗体と、流体の温度を検出する流体温度検出抵抗体とを備えており、前記電気回路により、前記発熱抵抗体と前記流体温度検出抵抗体とが一定の温度差になるように制御され、前記上流温度検出抵抗体と前記下流温度検出抵抗体との温度差に基づき流体の流量が測定されることを特徴することを特徴とするものである。

この漏れ検査システムにおいて漏れ検査を行う場合には、まず、充填手段によりワーク内に流体が充填される。このとき、流体は流量センサを通過してワークに流れ込む。そして、この漏れ検出システムにおける流量センサは、入口流路と出口流路とをセンサ流路を介さずに連通させる連通流路に設けられた逆止弁を備えている。

このため、入口流路と出口流路とで圧力差が発生すると、逆止弁が開き入口流路に流れ込んだ流体の大部分はそのまま出口流路へと流れる。そして、ワークに対する流体の充填が開始されると入口流路（充填手段側）と出口流路（ワーク側）とで圧力差が生じる。したがって、逆止弁が開き、流量センサに流れ込んだ流体は連通流路を通過してワークへと流れ込む。このため、ワークへの流体の充填を短時間で行うことができるとともに、流量センサにおける測定チップを破損することもない。

そして、ワークに流体が充填されると、入口流路（充填手段側）と出口流路（ワーク側）とで圧力差がなくなるので逆止弁が閉じる。これにより、流体は充填手段からセンサ流路を通過してワークへと流れる。その後、判定手段により、流量センサからの出力値に基づいてワークの漏れ判定が行われる。

このように、この漏れ検査システムでは、充填時には流量センサ内に設けた逆止弁が開き短時間でワークに流体を充填して、充填後には逆止弁が閉じて漏れ判定を行うので、短時間で高精度に漏れ検査を行うことができる。

本発明に係る漏れ検査システムによれば、ワークへの流体充填時には流量センサ（センサ流路）をバイパスさせて流体をワークへ充填し、ワークに流体が充填された後に流量センサの出力に基づいて漏れ検査を行うので、短時間で高精度に漏れ検査を行うことができる。

以下、本発明の漏れ検査システムを具体化した最も好適な実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
まず、第１の実施の形態について説明する。そこで、第１の実施の形態に係る漏れ検査システムについて図１を参照しながら説明する。図１は、漏れ検査システム１の概略構成を示す図である。

第１の実施の形態に係る漏れ検出システム１には、図１に示すように、充填手段であるレギュレータ２と、開閉弁３，４，５と、測定対象であるワーク６と、コントローラ７と、圧力センサ９と、流量センサ１０と、メイン配管９０と、バイパス配管９１と、分岐配管９２とが備わっている。そして、メイン配管９０に、開閉弁３と流量センサ１０とが配置されている。また、バイパス配管９１に開閉弁４が配置され、分岐配管９２に開閉弁５が配置されている。なお、分岐配管９２の一端は大気解放されている。

コントローラ７は、開閉弁３〜５の動作を制御するとともに、ワーク６の漏れ判定を行うものである。このため、コントローラ７には、流量センサ１０の出力信号が入力されるようになっている。また、流量センサ１０の出力信号に基づき開閉弁４は制御されるようになっている。つまり、コントローラ７は、「開閉弁制御手段」と「判定手段」とに相当するものである。また、圧力センサ９は、レギュレータ２から供給される流体の圧力をモニタするために設けられている。

流量センサ１０は、ワーク６に流体が充填された後にワーク６からの漏れ量、つまりレギュレータ２からワーク６に流れる流量を測定するものである。ここで、流量センサ１０の概略構成を図２に示す。図２は、流量センサ１０を示す断面図である。図２に示すように、本実施の形態に係る流量センサ１０には、ボディ４１と、センサ基板２１と、積層体５０とが備わっている。そして、積層体５０がボディ４１の流路空間４４に装着された状態で、センサ基板２１がシールパッキン４８を介しボディ４１にネジ固定で密着されている。

ボディ４１は、図３および図４に示すように、直方体形状のものであり、左右対称に構成されている。なお、図３は、ボディ４１を示す平面図である。図４は、図３におけるＡ−Ａ断面図である。このボディ４１には、両端面に入口ポート４２と出口ポート４６とが形成されている。そして、入口ポート４２からボディ中央に向かって入口流路４３が形成され、同様に出口ポート４６からボディ中央に向かって出口流路４５が形成されている。

また、ボディ４１の上部には、積層体５０を配置するとともにセンサ流路Ｓを形成するための流路空間４４が形成されている。この流路空間４４の横断面は、長方形の両短辺を円弧状（半円）にした形状になっており、その中央部に円弧状の凸部４４Ｃが形成されている。凸部４４Ｃは、積層体５０（各薄板）の位置決めを行うためのものである。そして、流路空間４４の下面の一部が入口流路４３および出口流路４５に連通している。すなわち、入口流路４３と出口流路４５とがそれぞれ９０度に屈曲したエルボ部４３Ａと４５Ａを介して流路空間４４に連通されている。さらに、流路空間４４の外周に沿うようにボディ４１の上面には、シールパッキン４８を装着するための溝４９が形成されている。

積層体５０は、図５に示すように、３種類の薄板を合計１２枚積層したものである。なお、図５は、積層体５０の構造を示す分解斜視図である。この積層体５０は、下から順に、メッシュ板５１、両端開口板５３、メッシュ板５１、両端開口板５３、オリフィス板５２、両端開口板５３，５３、メッシュ板５１、両端開口板５３、メッシュ板５１、両端開口板５３、およびメッシュ板５１が積層されて密着されたものである。

メッシュ板５１、オリフィス板５２、および両端開口板５３は、ともに厚さが０．５ｍｍ以下のものであり、エッチングにより各形状の加工（マイクロマシニング加工）がなされたものである。そして、積層体５０（各薄板）の投影形状は流路空間４４の横断面形状と同じになっている。これにより、積層体５０が流路空間４４に隙間なく装着されるようになっている。

ここで、個々の薄板について説明する。まず、メッシュ板５１について、図６、図７を用いて説明する。なお、図６（ａ）はメッシュ板５１を示す平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。図７は、メッシュ板５１のメッシュ部５１Ｍの拡大図である。メッシュ板５１は、図６に示すように、その両端にメッシュ部５１Ｍが形成された厚さが０．３ｍｍの薄板である。メッシュ部５１Ｍは、直径４ｍｍの円形状であり、図７に示すように、メッシュを構成する孔（直径０．２ｍｍ）の中心間距離がすべて０．２７ｍｍとなるように形成されている。すなわち、各孔の中心が正三角形の各頂点となるように孔が形成されている。なお、メッシュ部５１Ｍの厚さは、図６（ｂ）に示すように他の部分よりも薄くなっており、その厚さは０．０５〜０．１ｍｍとなっている。

次に、オリフィス板５２について図８を用いて説明する。なお、図８（ａ）は、オリフィス５２を示す平面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。オリフィス板５２は、図８に示すように、エッチング加工により形成されたオリフィス５２Ａを２箇所に有している。なお、オリフィス板５２の厚さは０．３ｍｍである。

ここで、オリフィス板５２に形成するオリフィス５２Ａの直径は、センサ流路Ｓにおける流体の流速を、測定チップ１１が破損しない程度まで絞れる寸法に決定する必要がある。そこで、発明者らは、オリフィスの直径とセンサ流路Ｓにおける流速および測定チップ１１の破損割合の関係を調べた。その結果を、図９に示す。図９は、１Ｍｐａの流体を流量センサ１０に流し込んだ場合の結果を示す。

図９に示すように、オリフィスを設けない場合には、センサ流路Ｓにおける流速が２０００ｍ／ｓを越えてしまい、３０％程度の割合で測定チップ１１が破損した。オリフィス５２Ａの直径を１．０ｍｍとした場合には、センサ流路Ｓにおける流速が１０４０ｍ／ｓ程度に抑えられるが、５％程度の割合で測定チップ１１が破損した。そして、オリフィス５２Ａの直径を０．５ｍｍとした場合には、センサ流路Ｓにおける流速が６２０ｍ／ｓ程度に抑えられ、測定チップ１１が破損することはなかった。

この調査結果から、センサ流路Ｓにおける流体の流速を１０００ｍ／ｓ以下に抑えることにより、測定チップ１１の破損を防止することができることが判明した。このため、本実施の形態では、オリフィス５２Ａの直径を０．５ｍｍとしている。

流量センサ１０では、オリフィス５２Ａを２箇所設けているが、オリフィス５２Ａは１次側、あるいは２次側にのみ設けることもできる。オリフィス５２Ａを１箇所にのみ設ける場合には、１次側に設けることが好ましい。１次側にオリフィス５２Ａを設ける方が、測定チップ１１の破損をより確実に防止することができるからである。

最後に、両端開口板５３について図１０を用いて説明する。なお、図１０（ａ）は両端開口板５３を示す平面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。両端開口板５３は、図１０に示すように、外周部５３Ｂと中央部５３Ｄとを残すようにエッチング加工されたものである。これにより、両端開口板５３には、その両端に開口部６３が形成されている。なお、両端開口板５３の厚さは０．５ｍｍである。

図２に戻って、上記したメッシュ板５１、オリフィス板５２、および両端開口板５３を組み合わせて、図５に示すように積層して密着した積層体５０を流路空間４４に装着することにより、連絡流路５，６が形成されている。そして、この連絡流路５，６にそれぞれオリフィス５２Ａが配置されている。なお、連絡流路５は、入口流路４３とセンサ流路Ｓとを連通させるものであり、連絡流路６は、出口流路４５とセンサ流路Ｓとを連通させるものである。

一方、センサ基板２１は、測定流量を電気信号として出力するものである。このためセンサ基板２１には、図１１に示すように、ベースとなるプリント基板２２の表面側（ボディ４１への装着面側）において、その中央部に溝２３が加工されている。そして、この溝２３の両側に、電気回路用電極２４，２５，２６，２７，２８，２９が設けられている。一方、プリント基板２２の裏面側には、電気素子３１、３２、３３、３４などで構成される電気回路が設けられている（図２参照）。そして、プリント基板２２の中で、電気回路用電極２４〜２９が電気素子３１〜３４などで構成される電気回路と接続されている。さらに、プリント基板２２の表面側には、後述するようにして、測定チップ１１が実装されている。

ここで、測定チップ１１について、図１２を用いて説明する。なお、図１２は、測定チップ１１を示す平面図である。測定チップ１１は、図１２に示すように、シリコンチップ１２に対して、半導体マイクロマシニングの加工技術を実施したものであり、このとき、チップ中央に溝１３が加工されるとともに、抵抗体（熱線）用電極１４，１５，１６，１７、１８，１９がチップ両端に設けられる。

また、このとき、上流温度検出抵抗体Ｒ１が、抵抗体用電極１５，１７から延設されるとともに溝１３の上に架設される。さらに、下流温度検出抵抗体Ｒ２が、抵抗体用電極１７，１９から延設されるとともに溝１３の上に架設される。さらにまた、発熱抵抗体Ｒｈが、上流温度検出抵抗体Ｒ１と下流温度検出抵抗体Ｒ２との間に、抵抗体用電極１６，１８から延設されるとともに溝１３の上に架設される。また、測定チップ１１においては、センサ流路Ｓの順方向上流側に流体温度検出抵抗体Ｒｔが、抵抗体用電極１４，１６から延設される。

そして、測定チップ１１の熱線用電極１４，１５，１６，１７，１８，１９を、センサ基板２１の電気回路用電極２４，２５，２６，２７，２８，２９（図１１参照）のそれぞれと、半田リフロー又は導電性接着剤などで接合することによって、測定チップ１１をセンサ基板２１に実装している。したがって、測定チップ１１がセンサ基板２１に実装されると、測定チップ１１に設けられた流体温度検出抵抗体Ｒｔ、上流温度検出抵抗体Ｒ１、下流温度検出抵抗体Ｒ２、および発熱抵抗体Ｒｈは、測定チップ１１の抵抗体用電極１４〜１９と、センサ基板２１の電気回路用電極２４〜２９（図１１参照）とを介して、センサ基板２１の裏面側に設けられた電気回路に接続されることになる。これにより、図１３に示す定温度差回路と、図１４に示す出力回路とが構成される。

ここで、図１３に示す定温度差回路は、発熱抵抗体Ｒｈを、流体温度検出抵抗体Ｒｔで検出される流体温度と一定の温度差をもつように制御するための回路である。また、図１４に示す出力回路は、上流温度検出抵抗体Ｒ１と下流温度検出抵抗体Ｒ２との温度差に相当する電圧値を出力するための回路である。この出力回路では、上流温度検出抵抗体Ｒ１と下流温度検出抵抗体Ｒ２とが直列に接続され、定電圧Ｖｃが印可されるようになっている。そして、上流温度検出抵抗体Ｒ１と下流温度検出抵抗体Ｒ２との中点電位Ｖｏｕｔが測定信号として出力されるようになっている。

また、測定チップ１１がセンサ基板２１に実装されると、測定チップ１１の溝１３は、センサ基板２１の溝２３と重なり合う。よって、図２に示すように、測定チップ１１が実装されたセンサ基板２１を、ボディ４１に対して、積層体５０およびシールパッキン４８を介して密着すると、ボディ４１の流路空間４４において、センサ基板２１と測定チップ１１との間に、測定チップ１１の溝１３やセンサ基板２１の溝２３などからなる細長い形状のセンサ流路Ｓが形成される。そのため、センサ流路Ｓには、流体温度検出抵抗体Ｒｔ、上流温度検出抵抗体Ｒ１、下流温度検出抵抗体Ｒ２、および発熱抵抗体Ｒｈが橋を渡すように設けられることになる。

上記の流量センサ１０では、入口ポート４２を介して入口流路４３へ流れ込んだ流体は、センサ流路Ｓへ流れ込む。そして、センサ流路Ｓから流れ出した流体は、出口流路４５を介して出口ポート４６からボディ４１の外部に流れ出す。

ここで、センサ流路Ｓへ流れ込む流体は、積層体５０内におけるメッシュ部５１Ｍを通過した後に、センサ流路Ｓに流れ込む。したがって、非常に流れが整えられた状態の流体が、センサ流路Ｓを流れる。

また、ワーク６への流体充填開始時に、流量センサ１０に大流量の流体が流れ込んだ場合には、積層体５０に設けられたオリフィス板５２に形成されたオリフィス５２Ａによって流量が絞られる。具体的には、センサ流路Ｓにおける流体の流速は、確実に１０００ｍ／ｓ以下に抑えられる。本実施の形態では、オリフィス５２Ａの直径を０．５ｍｍとしているので、センサ流路Ｓにおける流体の流速は、約６２０ｍ／ｓに抑えらる。これにより、測定チップ１１の破損を確実に防止することができる（図９参照）。

そして、センサ流路Ｓを流れる流体は、センサ流路Ｓに橋設された発熱抵抗体Ｒｈから熱を奪う。そうすると、センサ基板２１の裏面側に設けられた電気回路（図１３に示す定温度差回路）により、流体温度検出抵抗体Ｒｔと発熱抵抗体Ｒｈとが一定の温度差になるように制御される。

また、センサ基板２１の裏面側に設けられた電気回路（図１４に示す出力回路）により、直列に接続され定電圧Ｖｃが印可された上流温度検出抵抗体Ｒ１と下流温度検出抵抗体Ｒ２との中点電位Ｖｏｕｔが測定信号として出力される。このとき、流体が順方向の流れの場合には、上流温度検出抵抗体Ｒ１の温度（抵抗値）が低下し、下流温度検出抵抗体Ｒ２の温度（抵抗値）が増加するため、中点電位Ｖｏｕｔが増加する。

次に、本実施の形態に係る漏れ検査システム１によって、ワーク６の漏れ検査を行う場合について説明する。まず、漏れ検査を行うワーク６がメイン配管９０にクランプされる。ワーク６のセットが終了したら、コントローラ７により開閉弁３，４が開状態にされる。これにより、ワーク６への流体の充填が開始される。このとき、レギュレータ２から供給される流体は、メイン流路９０およびバイパス流路９１を通過してワーク６へ流れ込む。そして、メイン流路９０には流量センサ１０が配置されているので有効断面積が小さいため、流体の大部分はバイパス配管９１を通過してワーク６へ流れ込む。このため、ワーク６への流体充填の時間が短縮される。なお、流量センサ１０にも大流量の流体が流れるが上記したように流量センサ１０（測定チップ１１）が破損することはない。

その後、ワーク６に流体が充填され漏れ試験を行う圧力に近づくと、レギュレータ２側とワーク６側との圧力差が小さくなる。これにより、レギュレータ２からワーク６へ流れる流体の流量が減少する。このため、流量センサ１０の出力値が小さくなっていく。

そして、流量センサ１０の出力値（流量に相当する）が閾値を下回るとコントローラ７により、開閉弁４が閉状態にされる。これにより、バイパス配管９１は遮断される。その後、開閉弁４が閉じられてから所定時間が経過したら、ワーク６の漏れ量が流量センサ１０によって測定される。なお、閾値は、流量センサ１０の最低出力値を確認して予め決めておけばよい。また、所定時間は、開閉弁４が閉じられてから流量センサ１０の出力値が安定するまでの時間であり、試験により予め求めておけばよい。

そして、このときの流量センサ１０の出力値に基づきコントローラ７により、ワーク６の漏れ判定（良品・不良品の判定）が行われる。流量センサ１０は、微少流量の変化を精度よく測定することができるので、漏れ検査システム１では、短時間で高精度に漏れ検査を行うことができる。

つまり、ワーク６に漏れが発生してなければ、流量センサ１０の出力値（開閉弁４が閉じられてから所定時間が経過したときの安定値）は変化しないはずである。したがって、このとき流量センサ１０の出力値が変化しない場合には「漏れなし」と判定される。一方、流量センサ１０の出力値が変化（本実施の形態では増加）した場合には、「漏れあり」と判定される。そして、その判定結果が不図示の表示装置に表示される。

そして、コントローラ７によりワーク６の漏れ判定が行われた後、開閉弁３が閉状態にされる。続いて、コントローラに７により開閉弁５が開状態にされる。これにより、ワーク６に充填された流体の排気が行われる。その後、開閉弁５が閉状態にされ、ワーク６がメイン配管９０から取り外され、次のワークがメイン配管９０にクランプされる。そして、上記した動作が繰り返し行われる。

ここで、従来の流量センサを使用したシステムと本実施の形態に係るシステム１とにより漏れ検査を行ったときにおけるそれぞれの流量センサからの出力値を図１５に示す。図１５において、破線で示すのが従来のシステムであり、実線で示すのが本実施の形態に係るシステム１である。

従来のシステムでは、充填開始から流量センサの出力値が安定するまでに約１４秒かかっている。これに対して、本実施の形態に係るシステム１では、充填開始から流量センサの出力値が安定するまでの時間は約７秒である。したがって、本実施の形態に係るシステム１は、ワークの漏れ判定（漏れ量の測定）を行うまでの時間を半減することができる。このように、本実施の形態に係るシステム１は、短時間で高精度な漏れ検査を行うことができる。

以上、詳細に説明したように第１の実施の形態に係る漏れ検査システム１によれば、ワーク６への流体充填時には、流体の大部分がバイパス配管を通過してワーク内へ流れ込む。これにより、ワーク６への流体の充填を短時間で行うことができる。そして、ワーク６に流体が充填されて行くに連れて、流量センサ１０における流量が徐々に減少していき、流量センサ１０の出力値が閾値を下回ると、コントローラ７により開閉弁４が閉状態にされる。これで、流体はレギュレータ２からバイパス配管９１を介さずに流量センサ１０を通過してワーク６へと流れる。そして、流量センサ１０の出力値が安定したところで、コントローラ７により流量センサ１０からの出力値の変化に基づいてワーク６の漏れ判定が行われる。

このように、この漏れ検査システム１では、充填時には開閉弁４を開き短時間でワーク６に流体を充填して、充填後に開閉弁４を閉じてワーク６の漏れ判定を行うので、短時間で高精度に漏れ検査を行うことができる。

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態に係る漏れ検査システムは、基本的な構成を第１の実施の形態に係る漏れ検査システム１とほぼ同じくするが、開閉弁４の代わりに逆止弁をバイパス配管９１に設けた点が異なる。また、流量センサにおける積層体の形状も少し異なる。そこで、以下の説明では、第１の実施の形態との相違点を中心に説明し、第１の実施の形態と同様の構成のものについては同符号を付して説明を適宜省略する。

そこで、第２の実施の形態に係る漏れ検査システムについて、図１６を参照しながら説明する。図１６は、漏れ検査システム１Ａの概略構造を示す図である。第２の実施の形態に係る漏れ検査システム１Ａには、図１６に示すように、レギュレータ２と、開閉弁３，５と、逆止弁７０と、ワーク６と、コントローラ７と、圧力センサ９と、流量センサ１０Ａと、メイン配管９０と、バイパス配管９１と、分岐配管９２とが備わっている。そして、メイン配管９０に、開閉弁３と流量センサ１０Ａとが配置されている。また、バイパス配管９１に逆止弁７０が配置され、分岐配管９２に開閉弁５が配置されている。なお、分岐配管９２の一端は大気解放されている。

つまり、漏れ検査システム１Ａは、第１の実施の形態に係る漏れ検査システム１において、バイパス配管９１に開閉弁４を配置する代わりに逆止弁７０を配置しているのである。このため、コントローラ７は、開閉弁３，５の動作を制御するとともに、ワーク６の漏れ判定を行うようになっている。

ここで、流量センサ１０Ａに備わる積層体５０Ａについて図１７を参照しながら説明する。なお、図１７は、積層体５０Ｂの構造を示す分解斜視図である。積層体５０Ａは、図１７に示すように、２種類の薄板を合計１２枚積層したものである。この積層体５０Ａは、下から順に、メッシュ板５１、両端開口板５３、メッシュ板５１、両端開口板５３，５３，５３，５３、メッシュ板５１、両端開口板５３、メッシュ板５１、両端開口板５３、およびメッシュ板５１が積層されて密着されたものである。つまり、積層体５０Ａは、第１の実施の形態における積層体５０のオリフィス板５２を両端開口板５３に入れ替えたものである。このように、オリフィス板５１が不要になるのは、バイパス配管９１に逆止弁７０を配置したため、センサ流路Ｓに大流量の流体が流れ込むことがないからである。

続いて、上記した漏れ検査システム１Ａによって、ワーク６の漏れ検査を行う場合について説明する。まず、漏れ検査を行うワーク６がメイン配管９０にクランプされる。ワーク６のセットが終了したら、コントローラ７により開閉弁３が開状態にされる。これにより、ワーク６への流体の充填が開始される。そうすると、レギュレータ２側とワーク６側とで圧力差が発生する。このため、逆止弁７０が開く。これにより、レギュレータ２から供給される流体の大部分は、バイパス流路９１を通過してワーク６へ流れ込む。したがって、ワーク６への流体充填の時間が短縮される。

その後、ワーク６に流体が充填され漏れ試験を行う圧力に近づくと、レギュレータ２側とワーク６側との圧力差が小さくなる。このため、逆止弁７０が閉じる。これにより、バイパス配管９１は遮断される。このため、レギュレータ２からワーク６へ流れる流体はセンサ流路Ｓを通過する。その後、開閉弁３が開かれたときから所定時間が経過したら、ワーク６の漏れ量が流量センサ１０によって測定される。なお、所定時間は、開閉弁３が開かれてから流量センサ１０の出力値が安定するまでの時間であり、試験により予め求めておけばよい。

そして、このときの流量センサ１０の出力値に基づきコントローラ７により、ワーク６の漏れ判定（良品・不良品の判定）が行われる。流量センサ１０は、微少流量の変化を精度よく測定することができるので、漏れ検査システム１Ａでも、短時間で高精度に漏れ検査を行うことができる。

以上、詳細に説明したように第２の実施の形態に係る漏れ検査システム１Ａによれば、ワーク６への流体充填時には、レギュレータ２側とワーク６側とで圧力差が生じるため逆止弁７０が開く。このため、流体の大部分がバイパス配管９１を通過してワーク６内へ流れ込む。これにより、ワーク６への流体の充填を短時間で行うことができる。そして、ワーク６に流体が充填され、レギュレータ２側とワーク６側とで圧力差が小さくなると逆止弁７０が閉じる。これで、流体はレギュレータ２からバイパス配管９１を介さずに流量センサ１０を通過してワーク６へと流れる。そして、流量センサ１０の出力値が安定したところで、コントローラ７により流量センサ１０からの出力値の変化に基づいてワーク６の漏れ判定が行われる。

このように、この漏れ検査システム１Ａでは、充填時には逆止弁７０が開き短時間でワーク６に流体が充填され、ワーク６に流体が充填されると逆止弁７０が閉じて、その後、ワーク６の漏れ判定を行うので、短時間で高精度に漏れ検査を行うことができる。

（第３の実施の形態）
最後に、第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態に係る漏れ検査システムは、基本的な構成を第２の実施の形態に係る漏れ検査システム１Ａとほぼ同じくするが、流量センサの構成が異なる。具体的には、本実施の形態では、逆止弁を流量センサに内蔵した点が異なる。そこで、以下の説明では、第２の実施の形態との相違点を中心に説明し、第２の実施の形態と同様の構成のものについては同符号を付して説明を適宜省略する。

そこで、第３の実施の形態に係る漏れ検査システムについて、図１８を参照しながら説明する。図１８は、漏れ検査システム１Ｂの概略構造を示す図である。第３の実施の形態に係る漏れ検査システム１Ｂには、図１８に示すように、レギュレータ２と、開閉弁３，５と、ワーク６と、コントローラ７と、圧力センサ９と、パイパス配管に相当する連通流路８０と逆止弁８１とを内蔵する流量センサ１０Ｂと、メイン配管９０と、分岐配管９２とが備わっている。そして、メイン配管９０に、開閉弁３と流量センサ１０Ｂとが配置されている。また、分岐配管９２に開閉弁５が配置されている。なお、分岐配管９２の一端は大気解放されている。つまり、漏れ検査システム１Ｂは、第２の実施の形態に係る漏れ検査システム１Ａにおいて、バイパス配管および逆止弁を流量センサに内蔵した構造になっている。

ここで、第３の実施の形態に漏れ検査システム１Ｂに備わる流量センサ１０Ｂについて、図１９を参照しながら説明する。図１９は、流量センサ１０Ｂの概略構成を示す断面図である。流量センサ１０Ｂには、図１９に示すように、ボディ４１の流路空間４４に装着された積層体５０Ｂと、入口流路４３と出口流路４５とをセンサ流路Ｓを介さずに連通させる連通流路８０と、その連通流路８０に設けられた逆止弁８１とが備わっている。

このような流量センサ１０Ｂでは、入口流路４３と出口流路４５とで圧力差が発生すると逆止弁８１が開弁する。これにより、入口流路４３と出口流路４５とは連通流路８０によりセンサ流路Ｓを介さずに連通する。このため、流量センサ１０Ｂに大流量の流体が流れ込んだ場合には、入口流路４３と出口流路４５とで圧力差が発生するために逆止弁８１が開弁する。そうすると、入口流路４３に流れ込んだ流体の大部分は、センサ流路Ｓを通過することなくそのまま出口流路４５へ流れる。その後、入口流路４３と出口流路４３との圧力差が小さくなると逆止弁８１が閉弁するので、流体はセンサ流路Ｓに流れ込む。

続いて、上記した漏れ検査システム１Ｂによって、ワーク６の漏れ検査を行う場合について説明する。まず、漏れ検査を行うワーク６がメイン配管９０にクランプされる。ワーク６のセットが終了したら、コントローラ７により開閉弁３が開状態にされる。これにより、ワーク６への流体の充填が開始される。このとき、レギュレータ２から供給される流体は、流量センサ１０Ｂを通過してワーク６へと流れる。

ここで、流体が流量センサ１０Ｂに供給されると、入口流路４３と出口流路４５とで圧力差が発生する。このため逆止弁８１が開く。これにより、入口流路４３と出口流路４５とは連通流路８０によりセンサ流路Ｓを介さずに連通する。このため、流量センサ１０Ｃの入口流路４３に流れ込んだ流体の大部分は、センサ流路Ｓを通過することなくそのまま出口流路４５へ流れ、ワーク６へ充填される。したがって、ワーク６への流体充填の時間が短縮される。

その後、ワーク６に流体が充填され漏れ試験を行う圧力に近づくと、入口流路４３と出口流路４３との圧力差が小さくなるので逆止弁８１が閉じる。これにより、連通流路８０は遮断される。このため、レギュレータ２からワーク６へ流れる流体はセンサ流路Ｓを通過する。

そして、開閉弁３が開かれたときから所定時間が経過したら、ワーク６の漏れ量が流量センサ１０Ｂによって測定される。なお、所定時間は、開閉弁３が開かれてから流量センサ１０Ｂの出力値が安定するまでの時間であり、試験により予め求めておけばよい。

このときの流量センサ１０Ｂの出力値に基づきコントローラ７により、ワーク６の漏れ判定（良品・不良品の判定）が行われる。流量センサ１０Ｂは、微少流量の変化を精度よく測定することができるので、漏れ検査システム１Ｂでも、短時間で高精度に漏れ検査を行うことができる。

以上、詳細に説明したように第３の実施の形態に係る漏れ検査システム１Ｂによれば、ワーク６への流体充填時には、入口流路４３と出口流路４５とで圧力差が生じるため逆止弁８１が開く。このため、流量センサ１０Ｂに供給された流体の大部分が連通流路８０を通過してワーク６内へ流れ込む。これにより、ワーク６への流体の充填を短時間で行うことができる。そして、ワーク６に流体が充填され、入口流路４３と出口流路４５とで圧力差が小さくなると逆止弁８１が閉じる。これで、流体はレギュレータ２から連通流路８０を介さずにセンサ流路Ｓを通過してワーク６へと流れる。そして、出力センサ１０Ｂの出力値が安定したところで、コントローラ７により流量センサ１０Ｂからの出力値の変化に基づいてワーク６の漏れ判定が行われる。

このように、この漏れ検査システム１Ｂでは、充填時には流量センサ１０Ｂに内蔵された逆止弁８１が開き短時間でワーク６に流体が充填され、ワーク６に流体が充填されると逆止弁８１が閉じて、その後、ワーク６の漏れ判定を行うので、短時間で高精度に漏れ検査を行うことができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、図２０に示すように、開閉弁４の１次側と２次側との差圧を計測する差圧計９５を設け、その差圧計の出力信号を開閉弁４の制御に利用してもよい。具体的には、差圧計９５の出力信号のみ、あるいは流量センサ１０および差圧計９５の出力信号の両方を利用して、開閉弁を閉じるタイミングを制御するようにすればよい。

第１の実施の形態に係る漏れ検査システムの概略構成を示す図である。第１の実施の形態に係る流量センサの概略構成図である。ボディの平面図である。図３のＡ−Ａ断面図である。図２に示す積層体の分解斜視図である。メッシュ板を示す図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）がＡ−Ａ断面図である。図６のメッシュ部の拡大図である。オリフィス板を示す図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）がＡ−Ａ断面図である。オリフィスの直径およびセンサ流路における流体の流速と、測定チップの破損割合との関係を示す図である。両端開口板を示す図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）がＡ−Ａ断面図である。センサ基板の斜視図である。測定チップの平面図である。定温度差回路の回路図である。出力回路の回路図である。漏れ検査を行ったときにおける流量センサの出力値を示す図である。第２の実施の形態に係る漏れ検査システムの概略構成を示す図である。第２の実施の形態に係る漏れ検査システムで使用する流量センサに備わる積層体の分解斜視図である。第３の実施の形態に係る漏れ検査システムの概略構成を示す図である。第３の実施の形態に係る漏れ検査システムに備わる流量センサの断面図である。本発明に係る漏れ検査システムの変形例の概略構成を示す図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ漏れ検査システム
２レギュレータ
３，４，５開閉弁
６ワーク
７コントローラ
１０，１０Ａ，１０Ｂ流量センサ
７０逆止弁
８０連通流路
８１逆止弁
９０メイン配管
９１パイパス配管
９２分岐配管

Claims

ワークに流体を充填して前記ワークの漏れ検査を行う漏れ検査システムにおいて、
前記ワーク内に流体を充填する充填手段と、
前記充填手段から前記ワークに流れる流体の流量を測定する流量センサと、
前記流量センサをバイパスさせて流体を前記ワークへ供給するバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられた開閉弁と、
前記流量センサにより測定される流量値が予め設定された閾値を越えて、その後前記閾値を下回ったときに、前記開閉弁を閉状態にする開閉弁制御手段と、
前記流量センサからの出力値に基づいて前記ワークの漏れ判定を行う判定手段と、を有し、
前記流量センサは、
流量を計測するための抵抗体と、
前記抵抗体が架設されたセンサ流路と、
エッチング加工された複数の薄板を備え、ボディに形成された側面開口部に配置された積層体と、
前記側面開口部を塞ぐように前記ボディに密着して固定された基板と、
前記センサ流路を流れる流体の流速が１０００ｍ／ｓ以下となるように有効断面積を変更する有効断面積変更手段とを有し、
前記基板は、抵抗体を用いた計測原理を行うための電気回路に接続する電気回路用電極を備え、
前記センサ流路は、抵抗体とその抵抗体に接続する抵抗体用電極とが設けられた測定チップを、前記抵抗体用電極と前記電気回路用電極とを接着して前記基板に実装することにより、前記測定チップあるいは前記基板の少なくとも一方に設けられた溝によって形成され、
前記測定チップは、
流れ方向上流側に設けられた上流温度検出抵抗体と、
流れ方向下流側に設けられた下流温度検出抵抗体と、
前記上流温度検出抵抗体と前記下流温度検出抵抗体との間に設けられ、前記上流温度検出抵抗体と前記下流温度検出抵抗体とを加熱する発熱抵抗体と、
流体の温度を検出する流体温度検出抵抗体とを備えており、
前記電気回路により、前記発熱抵抗体と前記流体温度検出抵抗体とが一定の温度差になるように制御され、前記上流温度検出抵抗体と前記下流温度検出抵抗体との温度差に基づき流体の流量が測定されることを特徴とする漏れ検査システム。
ワークにエアを充填して前記ワークの漏れ検査を行う漏れ検査システムにおいて、
前記ワーク内にエアを充填する充填手段と、
前記充填手段から前記ワークに流れる流体の流量を測定する流量センサと、
前記流量センサからの出力値に基づいて前記ワークの漏れ判定を行う判定手段と、を有し、
前記流量センサは、
流量を計測するための抵抗体が架設されたセンサ流路と、
入口流路と、
出口流路と、
ボディに形成された側面開口部に配置された積層体と、
前記側面開口部を塞ぐように前記ボディに密着して固定された基板とを有し、
前記基板は、抵抗体を用いた計測原理を行うための電気回路に接続する電気回路用電極を備え、
前記積層体は、エッチング加工された複数の薄板を備え、
前記ボディは、
前記入口流路と前記出口流路とを前記センサ流路を介さずに連通させる連通流路と、
その連通流路に設けられた逆止弁とを備え、
前記センサ流路は、抵抗体とその抵抗体に接続する抵抗体用電極とが設けられた測定チップを、前記抵抗体用電極と前記電気回路用電極とを接着して前記基板に実装することにより、前記測定チップあるいは前記基板の少なくとも一方に設けられた溝によって形成され、
前記測定チップは、
流れ方向上流側に設けられた上流温度検出抵抗体と、
流れ方向下流側に設けられた下流温度検出抵抗体と、
前記上流温度検出抵抗体と前記下流温度検出抵抗体との間に設けられ、前記上流温度検出抵抗体と前記下流温度検出抵抗体とを加熱する発熱抵抗体と、
流体の温度を検出する流体温度検出抵抗体とを備えており、
前記電気回路により、前記発熱抵抗体と前記流体温度検出抵抗体とが一定の温度差になるように制御され、前記上流温度検出抵抗体と前記下流温度検出抵抗体との温度差に基づき流体の流量が測定されることを特徴することを特徴とする漏れ検査システム。