JP4954240B2 - 閉鎖されたセル内に検体を消費するセンサを有する電量検体検出装置 - Google Patents

Description

記載なし

酸素、二酸化炭素又は水蒸気のような対象検体の透過速度を関心のあるフィルムを通して測定するために透過装置が使用されている。透過検査を受ける典型的なフィルムは、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、配向ポリエチレン（ＯＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ塩化ビニリデン等から成るような重合包装フィルムである。一般に、検査されるフィルムは、検査チャンバ内に配置されて、チャンバを第一及び第二セルに密閉分離する。第一セル（一般に検出セルと呼ばれる）は、不活性ガスでフラッシュされて、あらゆる対象検体をセルから取り除き、第二セル（一般に検体セルと呼ばれる）は、既知の濃度の対象検体を含んだガスで満たされる。対象検体用センサは、フィルムを通って検体セルから検出セルに移動してきた対象検体の存在を検出する。

透過装置は、検出セル内における対象検体の存在を検出するために、流入法又は蓄積法を使用している。簡単に言うと、流入法は、不活性フラッシングガスを使用して、検出セルに移動してきたあらゆる対象検体を継続的に収集するとともにそれをリモートセンサに送る。蓄積法は、蓄積期間の間、対象検体が検出セルに蓄積することを可能にするものであり、蓄積された対象検体をリモートセンサに送るための蓄積期間の後、センサは検出セル内に位置付けされるか、又は、フラッシングガスでフラッシュされた検出セル内に位置付けされる。

流入法は、事実上は全てのセンサタイプが使用可能であるが、高価で複雑なシステムである。蓄積法は、感度の劣った高価でないセンサを使用して、かなり低い透過速度においても、フィルムを通して対象検体の透過を正確に測定することが可能であるが、かなり長い検査時間がかかってしまう。

電量センサはファラデーの法則に従うセンサであり、電量センサが一般的に透過装置において好んで使用されるのは、（i）極めて優れた正確性、（ii）較正する必要を排除したこと、（iii）検体に対する超高感度性、（iv）単一の検体に対する高い選択性、（v）非温度依存性、（vi）非圧力依存性、（vii）流れに対する感度の僅少性、及び（viii）低コスト性を含んだ多くの利点を有するからである。

ほとんどの電量センサは電気化学センサである。残念なことに、電気化学センサは周囲環境への急速な電解質の喪失を起こしやすく、その結果、感度が急速に低下して耐用年数が短くなる。この問題を解決する従来の方法は、センサを選択性の膜で覆うことによって電解質への周囲アクセスを制限することである。この選択性の膜は、基本的には対象検体を制限なく透過させる一方、水蒸気の透過を制限するか又は限られた数の毛管柱を通してのみ電解質にアクセスできるものである。膜に覆われたそのようなセンサは電解質の損失を減少させるのに有効であり、それによってセンサの耐用年数を増加させることができる一方、感度が１００倍から１０００倍まで減少してしまい、唯一の例外である低コストを除き、上述した電量センサの利点の多くを同時に喪失する。

そのように覆われた電気化学センサは、流入法を使用する透過装置には広く使用されていないが、それはそのような装置が必要な感度を持たないからである。また、蓄積法を使用する透過装置でも広く使用されていないのは、そのような装置が測定工程の間において対象検体を消費してしまうため、複雑な修正計算をして検出データを“修正”しても不完全な努力に帰すからである。

米国特許第４，９７３，３９５号及び第５，０５３，１１６号のように、電解質或いは感度の急速な喪失を被らない電量センサを設計、構成することが可能であるが、そのようなセンサは低コストの透過検査装置に使用するには極めて高価である。

米国特許第４，９７３，３９５号明細書 米国特許第５，０５３，１１６号明細書

従って、電気化学センサに固有の限定耐用年数に制限されることなく、電量センサを使用することによって得られる利点を享受することのできる透過装置の必要性が実際に存在している。

本発明は、フィルムを通して透過率を測定するための方法を対象としている。その方法は、（i）チャンバを既知のフィルム領域で第一セル及び第二セルに分離する段階と、（ii）あらゆる検体を第一セルから取り除くために、第一セルを不活性ガスでフラッシュする段階と、（iii）既知濃度の検体を含んだガスを第二セルに導く段階と、（iv）第一セルを通るガスの流れに対して第一セルを密閉する段階と、（v）センサによって検体消費の定常状態速度が測定されるまで、検体がフィルムを通る速度よりも大きい速度で検体を消費するセンサを用いて第一セル内のあらゆる検体を検出する段階と、を有している。

センサによる検体の消費速度がフィルムを通る検体の透過速度よりも大きいうちは、センサは基本的にはフィルムを通って第一セルに入る全ての検体を測定することができる。一度平衡状態に達すると、センサによって測定される検体の透過速度は、ファラデーの法則に従う定常状態電流によってほぼ一定のままであり、フィルムの検体透過速度と等しい。関心のある多くのフィルムを通した検体の透過速度は、検体が典型的な被膜電気化学センサによって消費される速度よりも低いので、装置は、電量センサの機能性及び利点を達成する一方、標準で低コストな多孔性或いは無孔性の膜で覆われた電気化学検体センサを使用することができる。

本発明の検査過程を実行するために有用な検査システムの一つの実施態様の概略図である。 図１に示された検査システムの測定ユニットコンポーネントの側面図である。 図２に示された検査システムの測定ユニットコンポーネントの上面図である。 図３の線４−４に沿った測定ユニットの断面側面図であり、開放位置における上側取付け板がハウジングの上側部分から離れている図である。 図４Ａで示された測定ユニットにおけるギャップの丸で囲まれた注入口領域の拡大された断面側面図である。 図４Ａで示された測定ユニットにおけるギャップの丸で囲まれた排出口領域の拡大された断面側面図である。 図４Ａで示された測定ユニットにおけるギャップの丸で囲まれたセンサ通路領域の拡大された断面側面図である。 図３の線４−４に沿った測定ユニットの断面側面図であり、閉鎖位置における上側取付け板がハウジングの上側部分に直接隣接している図である。 図４Ｂで示された測定ユニットにおけるギャップの丸で囲まれた注入口領域の拡大された断面側面図である。 図４Ｂで示された測定ユニットにおけるギャップの丸で囲まれた排出口領域の拡大された断面側面図である。 図４Ｂで示された測定ユニットにおけるギャップの丸で囲まれたセンサ通路領域の拡大された断面側面図である。 図３の線５−５に沿った測定ユニットの断面側面図であり、開放位置における上側取付け板がハウジングの上側部分から離れている図である。 図５Ａで示された測定ユニットにおける丸で囲まれた湿度制御ウィンドーの拡大された断面側面図である。 図３の線５−５に沿った測定ユニットの断面側面図であり、閉鎖位置における上側取付け板がハウジングの上側部分に直接隣接している図である。 図５Ｂで示された測定ユニットにおける丸で囲まれた湿度制御ウィンドーの拡大された断面側面図である。 図３の線６−６に沿った測定ユニットの断面側面図であり、開放位置における上側取付け板がハウジングの上側部分から離れている図である。 図３の線６−６に沿った測定ユニットの断面側面図であり、閉鎖位置における上側取付け板がハウジングの上側部分から離れている図である。 図３で示された検査チャンバの丸で囲まれた部分の極めて拡大された断面側面図であり、図４Ｂで示された測定ユニットで検査されている検査フィルムの両側における関心のある検体の個々の分子を示している。

概説
図１を全般に参照し、本発明は、フィルムＦを通る検体の透過速度Ａを測定するための方法を対象にしている。その方法は、（i）検査チャンバ１２９を既知のフィルム領域で第一セルすなわち上側セル１２９¹及び第二セルすなわち下側セル１２９²に分離する段階と、（ii）あらゆる検体Ａを第一セル１２９¹から取り除くために、第一セル１２９¹を不活性ガスでフラッシュする段階と、（iii）既知濃度の検体Ａを含んだガスを下側セル１２９²に導く段階と、（iv）上側セル１２９¹を通るガスの流れ（図示されていない）に対して上側セル１２９¹を密閉する段階と、（v）検体センサ２００によって検体Ａの消費の定常状態速度が測定されるまで、検体ＡがフィルムＦを通る速度よりも大きい速度で検体Ａを消費するセンサ２００を用いて上側セル１２９¹のあらゆる検体Ａを検出する段階と、を有している。検体センサ２００は、検体ＡがフィルムＦを透過する速度よりも少なくとも１０倍速い速度で検体Ａを消費することが好ましく、２０倍よりも速いことがさらに好ましく、１００倍速いことが最も好ましい。

検体センサ２００が、検体ＡがフィルムＦを透過する速度よりも大きい速度で対象検体Ａを消費できる限り、フィルムＦは有孔或いは無孔のフィルムＦであることが可能であり、対象検体Ａに対して多孔性或いは無孔性であることが可能である。検体センサ２００がフィルムＦを通る全ての対象検体Ａを消費していることを保証するために、検体センサ２００は、対象検体ＡがフィルムＦを透過する予想速度よりも、少なくとも１０倍、より好ましくは２０倍、もっとも好ましくは１００倍大きい速度で検体Ａを消費するように選択されることが好ましい。

具体的な実施例
検査システム
構成
本発明に従った、フィルムＦを通して検体Ａの透過速度を測定することのできる検査システム１０の典型的な実施態様は、図１に図示されている。測定ユニット１００は、検査されるべきフィルムＦによって上側セル１２９¹及び下側セル１２９²に密閉分離される検査チャンバ１２９を規定する。不活性ガス源２１は、検査前に上側セル１２９¹をフラッシュするために、注入口導管４１a及び排出口導管４１bを介して、上側セル１２９¹と連通する。好適な不活性ガスは、特に窒素、アルゴン、ヘリウム、クリプトン、又は窒素と水素との混合等であるが、これに限るものではない。既知の濃度の検体Ａを含んだ検査ガス源２２は、下側セル１２９²に検査ガスを継続的に供給するために、注入口導管４２a及び排出口４２bを介して下側セル１２９²と連通する。これによって、下側セル１２９²内の検体Ａの濃度は、検査期間を通して一定を保持することが保証される。注入口導管４１a及び排出口４１bには、上側セル１２９¹を通して不活性ガスの流れを制御するために、遮断バルブ３１a及び３１bがそれぞれ備わっている。同様に、注入口導管４２a及び排出口４２bには、下側セル１２９²を通してガスの流れを制御するために、遮断バルブ３２a及び３２bがそれぞれ備わっている。

対象検体Ａのための検体センサ２００は、上側セル１２９¹内の対象検体Ａの存在を検出するために、上側セル１２９¹と流体連通するように設置される。典型的な対象検体は、酸素、二酸化炭素、一酸化炭素及び水蒸気を含む。検体センサ２００は、対象検体Ａを検出及び消費することのできる幅広い種類のあらゆる市販の消費センサから選択することができる。一般的には電気化学センサが好適であり、それは、そのようなセンサが高感度及び低コストであり、本発明に使用された場合にセンサを較正する必要を排除するファラデーの法則に従うという事実に基づいている。

検体センサ２００は、リード線８０を介して、適切な中央処理装置５０と通信する。この中央処理装置５０には、電子メモリ（図示されず）が備わっており、検体センサ２００によって検出される検体Ａの濃度を保存及び報告するためのモニタ６０及び／又はプリンタ７０が付加的に取付けられるのが好ましい。

使用
検査されるべきフィルムＦは、試験チャンバ１２９を上側セル１２９¹及び下側セル１２９²に密閉分離するように試験チャンバ１２９に“取付けられ”、フィルムＦの既知の領域はセル１２９¹及び１２９²の双方にさらされる。遮断バルブ３１a及び３１bは、その後、検体Ａを上側セル１２９¹からフラッシュさせるために、上側セル１２９¹を通して不活性ガスを流すために開放される。フラッシングの後、遮断バルブ３１a及び３１bは上側セル１２９¹を周囲の環境から密閉するために閉鎖される。遮断バルブ３２a及び３２bは、その後、既知の濃度の検体Ａを含んだガスを下側セル１２９²に流すために開放される。上側セル１２９¹内の検体Ａの存在は、その後、検体センサ２００によって検出及び記録される。検体Ａが上側セル１２９¹に入ることのできる唯一の経路がフィルムＦのさらされた領域を通してであることを保証することによって、及び、検体ＡがフィルムＦを透過するよりも速い速度で検体Ａを消費するような検体センサ２００を選択することによって、検体Ａを検出する検体センサ２００の速度は、一旦定常状態速度が得られれば、フィルムＦの既知の“さらされた”領域に対する検体透過速度と直接等しくなり得る。

測定ユニット
構成
本発明に従った、検体Ａの透過速度をフィルムＦを通して迅速かつ正確に測定することのできる測定ユニット１００の典型的な実施態様が、図２−６に図示されている。

測定ユニット１００は、（i）ハウジング１１０と、（ii）取付け板１２０と、（iii）アクチュエータ１３０と、（iv）検体センサ２００との流体連通を制御するバルブ１４０と、（v）検査ガス（図示されず）を取付け板１２０の下側セル１２９²に導くためのハウジング１１０及び取付け板１２０のチャンネル１５０と、（vi）取付け板１２０の上側セル１２９¹を流体の流れに対して選択的に開放及び密閉閉鎖するために、流れの制御チャンネル１７０及びＯ−リングシール１８０を有する流れ制御システム（まとめて番号付けされていない）と、を含んでいる。測定ユニット１００は、湿度制御システム１９０も付加的に含むことが好ましい。

ハウジング１１０は、下側部分１１２及び協働して保存チャンバ１１９を規定する上側部分１１１を含んでいる。

図４Ａ、４Ｂ、５Ａ、５Ｂ、６Ａ及び６Ｂを参照して、上側取付け板１２１及び下側取付け板１２２（まとめて取付け板１２０として参照される）は、ハウジング１１０によって規定された保存チャンバ１１９内に保持されており、上側取付け板１２１の上面１２１uはハウジング１１０の上側部分１１１の下面１１１iから縦方向yに少しずれており、それらの間にギャップ１６０を規定している。上側取付け板１２１及び下側取付け板１２２は、それらの間に検査チャンバ１２９を規定している。取付け板１２０の間には、検査チャンバ１２９を囲んだＯ−リング１２５が備わっている。検査チャンバ１２９は、Ｏ−リング１２５に覆われている取付け板１２０間に検査フィルムＦを設置することによって、上側セル１２９¹と下側セル１２９²とに密閉分離することができ、検査チャンバ１２９は、取付け板１２０間のＯ−リング１２５の周囲全体を密閉して押圧するために取付け板１２０を同時に押圧している。

一般的には、検査チャンバ１２９は約１ｃｍ³から約３ｃｍ³の上側セル１２９¹を提供するように設定するのが好ましい。約３ｃｍ³よりも大きい上側セル１２９¹は反応するには遅すぎるが、それは、上側セル１２９¹内の検体Ａの分子は、分子が検体センサ２００に入ったときのみ検体センサ２００によって消費及び検出され得るからであり、上側セル１２９¹は分子が上側セル１２９¹内を移動する拡散にのみ依存するからである。上側セル１２９¹が約１ｃｍ³よりも小さい場合、フィルムＦの領域は検査期間中において上側取付け板１２１の上面（番号付けされていない）に接触する傾向が生じ、それによって、検体ＡはフィルムＦを通り、これらの“覆われた”領域を通って上側セル１２９¹に容易に入ることができないために、検査結果に誤差を引き起こす。

図４Ａ、４Ｂ、５Ａ、５Ｂ、６Ａ及び６Ｂを参照し、下側取付け板１２２は、取付け板１２０をアクチュエータ１３０によって、下側すなわち開放位置と上側すなわち閉鎖位置との間で縦方向に再配置するために、アクチュエータシャフト１３１の先端（番号付けされていない）の上に取付けられる。この開放位置は、図４（４Ａ、４Ａ１、４Ａ２及び４Ａ３をまとめて）に示されるように、上側取付け板１２１の上面１２１u及びハウジング１１０の上側部分１１１の下面１１１iの間の縦方向のより厚いギャップ１６０を形成するものであり、閉鎖位置は、図５（５Ａ、５Ａ１、５Ａ２及び５Ａ３をまとめて）に示されるように、上側取付け板１２１の上面１２１u及びハウジング１１０の上側部分１１１の下面１１１iの間の縦方向のより薄いギャップ１６０を形成するものである。

図６Ａ及び６Ｂを参照し、下側セル１２９²への流体の流れは、ハウジング１１０の上側部分１１１の位置合わせされた注入口チャンネル１５１a、１５１b及び１５１c、上側取付け板１２１並びに下側取付け板１２２それぞれによって提供される。同様に、下側セル１２９²からの流体の流れは、ハウジング１１０の上側部分１１１の位置合わせされた注入チャンネル１５２a、１５２b及び１５２c、上側取付け板１２１並びに下側取付け板１２２それぞれによって提供される。大口径のＯ−リング１５１wはギャップ１６０内に位置付けされ、ハウジング１１０の上側部分１１１の注入口チャンネル１５１a及び１５１b並びに上側取付け板１２１を囲んで、検査ガスがギャップ１６０を通じて流れ出さないようにしている。同様に、大口径のＯ−リング１５２wはギャップ１６０内に位置付けされ、ハウジング１１０の上側部分１１１の排出口チャンネル１５２a及び１５２b並びに上側取付け板１２１を囲んで、検査ガスがギャップ１６０を通じて流れ出さないようにしている。

図４Ａ及び４Ｂを参照し、流れ制御システム（まとめて番号付けされていない）は、（i）ハウジング１１０の上側部分１１１及び上側取付け板１２１を貫く流れ制御チャンネル及び通路１７０と、（ii）ギャップ１６０内に位置付けされるとともに様々なチャンネル及び通路１７０を囲む、異なる口径及び異なる厚さのＯ−リング１８０とを含んでいる。流れ制御システムは、上側セル１２９¹及び検体センサ２００を開放及び閉鎖して、適切な時間に流体を流すための迅速、簡易及び信頼性のある方法を提供する。

図４Ａ及び４Ａ１を参照し、上側セル１２９¹への流体の流れは、横方向ｘ及び／又は斜め方向ｚにずれた、ハウジング１１０の上側部分１１１の注入口チャンネル１７１a及び上側取付け板１２１の注入口チャンネル１７１bによって提供される。同様に、今度は図４Ａ及び４Ａ２を参照し、上側セル１２９¹からの流体の流れは、横方向ｘ及び／又は斜め方向ｚにずれた、ハウジング１１０の上側部分１１１の排出口チャンネル１７２a及び上側取付け板１２１の排出口チャンネル１７２bによって提供される。

図４Ａ及び４Ａ１を参照し、小口径のＯ−リング１８１vはギャップ１６０内に位置付けされており、上側取付け板１２１の注入口チャンネル１７１bを囲んでいる。大口径のＯ−リング１８１ｗもギャップ１６０内に位置付けされており、小口径のＯ−リング１８１vを完全に囲むと同時に、ハウジング１１０の上側部分１１１の注入口チャンネル１７１a及び上側取付け板１２１の注入口チャンネル１７１bの双方を囲んでいる。同様に、今度は図４Ａ及び４Ａ２を参照し、小口径のＯ−リング１８２vがギャップ１６０内に位置付けされて上側取付け板１２１の排出口チャンネル１７２bを囲んでおり、大口径のＯ−リング１８２ｗがギャップ１６０内に位置付けされて、小口径のＯ−リング１８２vを囲むと同時に、ハウジング１１０の上側部分１１１の排出口チャンネル１７２a及び上側取付け板１２１の排出口チャンネル１７２bの双方を囲んでいる。

図４Ａ、４Ａ１、４Ａ２、４Ａ３、５Ａ、５Ａ１、５Ａ２及び５Ａ３を参照し、大口径Ｏ−リング１８１w及び１８２wの厚さすなわち縦方向yの高さは、取付け板１２０が開放或いは閉鎖の縦方向yの位置がいずれにあるかにかかわらず、流体がギャップ１６０内を自由に流れないように、これらのリング１８１w及び１８２wはギャップ１６０内に密閉してはめ込まれるように選択される。小口径Ｏ−リング１８１v及び１８２vの厚さすなわち縦方向yの高さは、取付け板１２０が閉鎖された縦方向yの位置にある場合にのみ、これらのＯ−リング１８１v及び１８２vがギャップ１６０内に密閉してはめ込まれるように選択される。大口径（１８１w及び１８２w）及び小口径（１８１ｖ及び１８２ｖ）の異なる厚さとの組み合わせで大口径（１８１w及び１８２w）及び小口径（１８１ｖ及び１８２ｖ）を位置決めするによって、注入口（１７１a及び１７１b）及び排出口（１７２a及び１７２b）のチャンネルは、図４Ａ、４Ａ１及び４Ａ２に示されるように、取付け板１２０を縦方向yに移動させて下方向にすなわち開放位置に移動させることによって流体の流れに対して同時に開放し、検査期間の前に上側セル１２９¹をフラッシングさせることができるようになる。それとともに、図４Ｂ、４Ｂ１及び４Ｂ２に示されるように、取付け板１２０を縦方向yに移動させて上方向にすなわち閉鎖位置に移動させることによって、流体が流れに対して同時に閉鎖して、検査期間を通して上側セル１２９¹を密封状態にさせることができる。

図４Ａ、４Ａ３、５Ａ及び５Ａ３を参照し、検体センサ２００は、縦方向yに位置合わせされた、ハウジング１１０の上側部分１１１の通路１７３a及び上側取付け板１２１の通路１７３bを介して、上側セル１２９¹と連通している。大口径Ｏ−リング１８３wは、ギャップ１６０内に位置付けされて、通路１７３a及び１７３bの双方を囲んでおり、上側セル１２９¹からの検体センサ２００への流体の拡散がギャップ１６０からの流体によって汚染されないように保証している。

特に電気化学センサが使用されたときに、検体センサ２００の耐用年数を延ばすため、通路１７３aは検査期間（すなわち、上側セル１２９¹が不活性ガスでフラッシュされて、上側セル１２９¹の唯一の検体Ａが検査フィルムＦを透過してきた検体Ａであるように密閉された後のみ）の間を除く全ての時間において閉鎖されなければならない。図４Ａ、４Ａ３、５Ａ、５Ａ３を参照し、検体センサ２００へのそのような制限されたアクセスを提供するための適切な方法は、通常は閉鎖されたタイヤバルブ１４０を通路１７３a内に配置することであり、この配置ではタイヤバルブ１４０の本体１４１は通路１７３aに密閉状態で差し込まれており、タイヤバルブ１４０のステム１４２は縦方向yの下方にギャップ１６０に向かって延びている。バルブステム１４２を縦方向yの上に向かって押し上げるために、上方に延びているピン１２１nが上側取付け板１２１に設けられており、これによって、取付け板１２０が上側すなわち閉鎖位置にあるときのみにバルブ１４０が開放される。

ほとんどのプラスチックフィルムＦを通過する検体Ａの透過速度は湿度に敏感であり、湿度が増加すると透過率が増加する傾向がある。ほとんどの検体センサ２００も湿度に対して若干敏感であり、特に“乾燥”が許される場合はそうである。したがって、一定で比較可能な検査結果を得るためには、検査チャンバ１２９内を、特に閉鎖された上側セル１２９¹内を一定の相対湿度に保つことが重要である。上側セル１２９¹内を一定の湿度に保つために、湿度制御システム１９０が備わっている。適切な湿度制御システム１９０が、図５Ａ、５Ａ１、５Ｂ及び５Ｂ１に示されている。湿度制御システム１９０は、一対の湿度制御チャンバ１９９を、検体センサ２００に対して反対側に位置付けされるとともに上側セル１２９¹及びギャップ１６０の双方と流体連通する上側取付け板１２１に有している。注入口チャンネル１９１a及び排出口チャンネル１９２aは、ハウジング１１０の上側部分１１１に設けられており、主に相対湿度０％又は１００％の既知の湿度を有するガス源（図示されていない）と流体連通するように各湿度制御チャンバ１９９が設置されている。大口径のＯ−リング１９８wがギャップ１６０内に位置付けされており、各湿度制御チャンバ１９９並びに対応する注入口チャンネル１９１a及び排出口チャンネル１９２aを囲んでいる。外部検体Ａを上側セル１２９¹に導かずに湿度制御チャンバ１９９及び上側セル１２９¹間の蒸発を可能とし、又は、検体Ａが検出されずに上側セル１２９¹から漏れることを可能とするために、ナフィオン(R)フィルム（ナフィオンは登録標章）のように水蒸気に透過性を有するとともに対象検体に非透過性を有するフィルム１９３が、各湿度制御チャンバ１９９の上側セル１２９¹への開口部にわたって備わっている。選択性透過フィルム１９３は、図５Ａ１及び５Ｂ１に示されるように、Ｏ−リング１９４、ウァッシャー１９５、インサートリング１９６及びロッキングリング１９７によって、各湿度制御チャンバ１９９内に密閉状態で保持される。

使用
アクチュエータ１３０を作動させてギャップ１６０内のＯ−リングシール１８０がハウジング１１０の上側部分１１１に接触しない取外し位置（図示されていない）にアクチュエータシャフト１３１を下げ、取付け板１２０をハウジング１１０の下側部分１１２の開放側（番号付けされていない）を通って外部にスライドさせることによって、取付け板１２０は保存チャンバ１１９から取り外される。

上側取付け板１２１は、その後、下側取付け板１２２から分離され、検査されるべきフィルムFのサンプルは、検査チャンバ１２９を囲んだO−リング１２５の全周に十分かみ合わせるために、検査チャンバ１２９の全体に渡って下側取付け板１２２の上に設置される。

上側取付け板１２１は、その後、下側取付け板１２２の上に戻されて、フィルムFを板１２１と１２２との間に密閉して挟みこむために下側取付け板１２２に固定される。それによって、フィルムFの既知の領域がセル１２９¹及び１２９²の双方にさらされた状態で、検査チャンバ１２９は上側セル１２９¹及び下側セル１２９²に密閉分離される。“取付けられた”取付け板１２０は、その後、保存チャンバ１１９にスライドして戻される。

図４Ａ、４Ａ１、４Ａ２及び４Ａ３を参照し、アクチュエータ１３０は、取付けられた取付け板１２０を“開放”位置に移動させるために作動する。この“開放”位置では、ギャップ１６０内に設置された大口径のＯ−リング１８１w、１８２w、１８３w及び１９８wはハウジング１１０の上側部分１１１の下面１１１iと密閉してかみ合っているが、一方、ギャップ１６０内の小口径のＯ−リング１８１v及び１８２vはかみ合っていない。取付け板１２０が“開放”位置にある状態では、上側セル１２９¹は、ハウジング１１０の上側部分１１１の注入口チャンネル１７１aを加圧された不活性ガス源２１と流体連通するように設置することによって対象検体Ａを上側セル１２９¹から取り除くために、不活性ガスでフラッシュされる。それによって、不活性ガスは、ハウジング１１０の上側部分１１１の注入口チャンネル１７１aを通り、大口径のＯ−リング１８１wに囲まれたギャップ１６０の注入口チャンネル部を通り、上側取付け板１２１の注入口チャンネル１７１bを通り、上側セル１２９¹を通り、上側取付け板１２１の排出口チャンネル１７２bを通り、大口径のＯ−リング１８２wに囲まれたギャップ１６０の排出口チャンネル部を通り、そしてハウジング１１０の上側部分１１１の排出口チャンネル１７２aを通って測定ユニット１００から外部に連続的に流れることが可能となっている。

図４Ｂ、４Ｂ１、４Ｂ２及び４Ｂ３を参照し、フラッシュ後、アクチュエータ１３０は、取付けられた取付け板１２０を“閉鎖”位置に移動させるために作動する。この“閉鎖”位置では、ギャップ１６０内の大口径Ｏ−リング１８１w、１８２w、１８３w及び１９８w並びに小口径のＯ−リング１８１v及び１８２vは、共に、ハウジング１１０の上側部分１１１の下面１１１iと密閉してかみ合っており、上側セル１２９¹は周囲の環境から密封されている。

図４Ａ３を参照し、搭載された取付け板１２０が“閉鎖”位置に移動することによって、上側取付け板１２１のピン１２１nは、通路１７３aを開放するために、ハウジング１１０の上側部分１１１の通路１７３a内でバルブ１４０のステム１４２とかみ合うことも可能となる。それによって、検体センサ２００は上側セル１２９¹と流体連通するように設置される。

取付け板１２０が“閉鎖”位置にある状態で、下側セル１２９²は既知濃度の対象検体Ａを含んだ検査ガスでフラッシュされて、下側セル１２９²内の対象検体Ａの濃度が一定のままであることを保証するために、検査期間を通して“新しい”検査ガスが継続して供給される。検査ガスは、ハウジング１１０の上側部分１１１の注入口チャンネル１５１aを加圧された検査ガス源２２と流体連通するように設置することによって、下側セル１２９²に導かれる。それによって、検査ガスは、ハウジング１１０の上側部分１１１の注入口チャンネル１５１aを通して、大口径のＯ−リング１５１wに囲まれたギャップ１６０の注入口チャンネル部を通して、上側取付け板１２１の注入口チャンネル１５１bを通して、下側取付け板１２２の注入口チャンネル１５１cを通して、上側取付け板１２１の排出口チャンネル１５２ｂを通して、下側セル１２９²を通して、下側取付け板１２２の排出口チャンネル１５２cを通して、大口径のＯ−リング１５２wに囲まれたギャップ１６０の排出口チャンネル部を通して、そしてハウジング１１０の上側部分１１１の排出口チャンネル１５２aを通して測定ユニット１００から外部に継続的に流れることが可能となっている。

検体Ａは高濃度領域（すなわち、下側セル１２９²）から低濃度領域（すなわち、上側セル１２９¹）にフィルムＦを通して拡散しようとするため、対象検体ＡはフィルムＦを透過する。検査ガスは下側セル１２９²を通して継続的に流れるため、高濃度領域における対象検体Ａの濃度は、関係する検査期間を通じて一定のままである。同様に、検体センサ２００は上側セル１２９¹内の対象検体Ａを、対象検体ＡがフィルムＦを透過するよりも速い速度で消費するために、低濃度領域における対象検体Ａの濃度も、関係する検査期間を通じてほぼゼロであり一定のままである。

結局、このシステムは、検体センサ２００によって上側セル１２９¹で検出されて中央処理装置５０によって報告される速度が一定のままであるような定常状態条件に達する。この定常速度が、フィルムの“さらされた”領域に対するフィルムＦの透過速度に直接一致する。

例
例１
１．０ミル（０．０２５４ｍｍ）の厚さのポリエチレンテレフタレートマイラーフィルムが、図１−７に図示された透過検査システムの取付け板間に設置され、上側セル及び下側セルの双方にさらされた面積が５０ｃｍ²のフィルムが提供されている。透過検査が、下記の検査パラメータを使用したＡＳＴＥＭ（American Standard Test Method）Ｄ３９８５に従って実行されている。
・上側セルのガス
タイプ： １００％窒素
相対湿度： １０％
・下側セルのガス
タイプ： １００％酸素
相対湿度： １０％
・検査チャンバ温度： ２３℃
・気圧： ７４２．３ｍｍＨｇ

上側セル内の酸素が、多孔質膜で覆われた高感度標準電気化学酸素センサで継続的に検出されている。５分の報告サイクルを使用して、フィルムを通した酸素の透過率（Ｏ２ＴＲ）が式Ａを利用して報告サイクル毎にセンサによって検出される電流から計算される。検査期間を通して報告サイクル毎に計算されたＯ２ＴＲがグラフ１に描かれているとともに下記の表１に記述されている。５０の報告サイクル（４時間１０分）後に報告された、フィルムに対するＯ２ＴＲは、６０．９７５ｃｍ³／ｍ²・日である。

Ｏ２ＴＲ＝電流／(面積)(ｋ₁)(ｋ₂)(ｋ₃) ・・・・・（式Ａ）
ただし、
Ｏ２ＴＲ＝酸素の透過率（ｃｍ³／m²・秒）
電流＝センサで生成される電流（クーロン／秒）
面積＝フィルムの露出面積（ｍ²）
ｋ₁＝標準的な温度及び圧力における１ｃｍ³あたりの酸素分子（２．６８７６×１０¹⁹分子／１ｃｍ³）
ｋ₂＝酸素分子毎のセンサにおける共有結合に関与する電子（４ｅ⁻／分子）
ｋ₃＝電子毎に生成されるクーロン（１．６×１０⁻¹⁹クーロン／ｅ⁻）

用語
１０ 検査システム
２１ 不活性ガス源
２２ 検査ガス源
３１ａ 不活性ガス源の注入口遮断バルブ
３１ｂ 不活性ガス源の排出口遮断バルブ
３２ａ 検査ガス源の注入口遮断バルブ
３２ｂ 検査ガス源の排出口遮断バルブ
４１ａ 不活性ガス源から上側セルにガスを導くための注入口導管
４１ｂ 上側セルからガスを排出するための排出口導管
４２ａ 検査ガス源から下側セルにガスを導くための注入口導管
４２ｂ 下側セルからガスを排出するための排出口導管
５０ コンピュータ又はＣＰＵ
６０ モニタ
７０ プリンタ
８０ センサからＣＰＵまでのリード線
１００ 測定ユニット
１１０ ハウジング
１１１ ハウジングの上側部分
１１１ｉ ハウジングの上側部分の下側面
１１２ ハウジングの下側部分
１１９ ハウジングに規定された保存チャンバ
１２０ 取付け板
１２１ 上側取付け板
１２１ｕ 上側取付け板の上側面
１２１ｎ 上側取付け板のピン
１２２ 下側取付け板
１２５ 取付け板間のＯ−リング
１２９ 取付け板に規定された検査チャンバ
１２９¹ 検査チャンバの上側セル
１２９² 検査チャンバの下側セル
１３０ アクチュエータ
１３１ アクチュエータシャフト
１４０ 検体センサへの通路用バルブ
１４１ バルブ本体
１４２ バルブ軸
１５１ａ ハウジングの上側部分を介しての下側セルへの注入口チャンネル
１５１ｂ 上側取付け板を介しての下側セルへの注入口チャンネル
１５１ｃ 下側取付け板を介しての下側セルへの注入口チャンネル
１５１ｗ 下側セルへの注入口通路を囲んだ、ギャップ内の大口径Ｏ−リング
１５２ａ ハウジングの上側部分を介しての下側セルからの排出口チャンネル
１５２ｂ 上側取付け板を介しての下側セルからの排出口チャンネル
１５２ｃ 下側取付け板を介しての下側セルからの排出口チャンネル
１５２ｗ 下側セルからの排出口通路を囲んだ、ギャップ内の大口径Ｏ−リング
１６０ ハウジングの上側部分と上側取付け板との間のギャップ
１７０ ハウジングの上側部分及び上側取付け板を介した流れの制御チャンネル及び通路
１７１ａ ハウジングの上側部分を介してのギャップへの注入口チャンネル
１７１ｂ 上側取付け板を介してのギャップから上側セルへの注入口チャンネル
１７２ａ ハウジングの上側部分を介してのギャップからの排出口チャンネル
１７２ｂ 上側取付け板を介しての上側セルからギャップへの排出口チャンネル
１７３ａ ハウジングの上側部分を介してのギャップから検体センサへの通路
１７３ｂ 上側取付け板を介しての上側セルからギャップへの通路
１８０ ギャップ内のＯ−リングシール
１８１ｖ 上側取付け板を介しての注入口チャンネルを囲んだギャップ内のより小さなＯ−リング
１８１ｗ 注入口チャンネル双方を囲んだギャップ内のより大きなＯ−リング
１８２ｖ 上側取付け板を介した排出口チャンネルを囲んだギャップ内のより小さなＯ−リング
１８２ｗ 排出口チャンネル双方を囲んだギャップ内のより大きなＯ−リング
１８３ｗ センサにつながる通路を囲んだギャップ内のより大きなＯ−リング
１９０ 湿度制御システム
１９１ａ ハウジングの上側部分を介しての湿度制御チャンバへの注入口チャンネル
１９２ａ ハウジングの上側部分を介しての湿度制御チャンバからの排出口チャンネル
１９３ 選択的透過フィルム
１９４ Ｏ−リング
１９５ ワッシャー
１９６ はめ込みリング
１９７ 締め付けリング
１９８ｗ 湿度制御チャンバ用注入口及び排出口双方を囲んだギャップ内のより大きなＯ−リング
１９９ 上側取付け板の湿度制御チャンバ
２００ 検体センサ
Ａ 検体分子
Ｆ 検査されるフィルム
ｘ 横方向
ｙ 縦方向
ｚ 横断方向

Claims (16)

1. フィルムを通して検体の透過速度を測定するための方法であって、
   （a）チャンバを既知のフィルム領域で第一セル及び第二セルに分離する段階と、
   （b）既知の検体濃度を含んだガスを第二セルに導く段階と、
   （c）第一セルを通るガスの流れに対して第一セルを密閉する段階と、
   （d）センサによって検体消費の定常状態速度が測定されるまで、検体がフィルムを通る速度よりも大きい速度で検体を消費するセンサを用いて前記第一セル内のあらゆる検体を検出する段階と、を有する方法。
2. 前記センサによって測定された検体消費の前記定常状態速度を前記既知のフィルム領域で除算して、その値をフィルムを通る検体の透過速度として報告する段階をさらに有する請求項１に記載の方法。
3. 前記検体が酸素である請求項１に記載の方法。
4. 前記検体が二酸化炭素である請求項１に記載の方法。
5. 前記検体が一酸化炭素である請求項１に記載の方法。
6. 前記検体が水蒸気である請求項１に記載の方法。
7. 前記フィルムが有孔性である請求項１に記載の方法。
8. 前記フィルムが前記検体に対して多孔性である請求項１に記載の方法。
9. 前記フィルムが前記検体に対して無孔性である請求項１に記載の方法。
10. 前記第一セルが約３ｃｍ³よりも小さな容積を有する請求項１に記載の方法。
11. 段階（d）を通して、既知濃度の前記検体を含んだガスが前記第二セルを通して継続的に流れる請求項１に記載の方法。
12. 前記センサが電気化学センサである請求項１に記載の方法。
13. 前記センサが膜で覆われた電気化学センサであり、この膜は多孔性又は無孔性である請求項１に記載の方法。
14. 前記センサは、前記検体が前記フィルムを透過する速度よりも少なくとも１０倍大きい速度で前記検体を消費する請求項１に記載の方法。
15. 前記センサは、前記検体が前記フィルムを透過する速度よりも少なくとも２０倍大きい速度で前記検体を消費する請求項１に記載の方法。
16. 前記センサは、前記検体が前記フィルムを透過する速度よりも少なくとも１００倍大きい速度で前記検体を消費する請求項１に記載の方法。
    

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