JP5837889B2 - フィルターおよび膜の欠陥検知システム - Google Patents
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Description
flow filter)である。ウォールフローフィルターは一般にセラミック基材であり、そして流体から粒子をサイズに基づき分離する。ウォールフローフィルターの一般的デザインは、成形されたセラミック部品を含んでなり、この部品は一方向に部品を通って延びる流路(flow passage)を持つ。ウォールフローフィルターは一方向に一連の壁を有し、この壁は、壁と流路が互いに平行して配置され、そして壁と流路が成形されたセラミックパーツを通って延びるように一般には配列された流路を規定する。壁および流路に対して垂直方向に、ウォールフローフィルターは一般に一定の断面形を示す。この断面形はウォールフローフィルターの意図する使用に適する任意の形状であることができる。この断面形は円状、楕円状、正方形、長方形、多面形、または正方形、長方形もしくは多面形のパーツの集合により定められる形状でよい。幾つかの態様では、ウォールフローフィルターは各末端に所望の断面形を有する2つの面を現し、そして流路はフィルターの面に対して垂直であり、そして1つの末端または面からもう一つの末端または面に延びている。しばしばこの配置は、フィルターの各末端が蜂の巣に類似して見えるのでハニカムデザインと呼ばれる。好適な態様では、ウォールフローフィルターは、円形または楕円形の断面形を有する円筒形を有する。別の好適な態様では、ウォールフローフィルターは複数の別個に形成されたパーツを有し、これは一緒に集合して所望の断面を流路の方向に対して垂直方向に形成する。この最後の例では、ウォールフローフィルターの断面は、ウォールフローフィルターを形成するために使用したパーツの断面の集合体を含んでなり、そして任意の所望する形状に設計することができる。ウォールフローフィルターはしばしば、複数の流路を規定する複数の壁を有するように配列される。ウォールフローフィルターの一端では、流路は一つ置きに、流体が塞がれた流路の末端を通過できないように塞がれる。もう一つの末端では、残りの通路が同様の様式で塞がれる。この配列で、各流路は一端で開いており、そして反対の末端では塞がれている構造が得られる。各流路は塞がれている通路により囲まれ、その反対側ではその流路が塞がれる。流体流から粒子を分離するために、流体流はフィルターの一末端を通してその末端で流路に導入される。この流路のもう一つの末端は塞がれているので、流体は流路の多孔性壁を通ってフィルターを出て、そして流体が導入された流路に隣接する流路に入ることができるだけである。流体が進むこの流路は流体の導入から反対の末端で開いている。一般に圧力差は、流体を流路の壁を通して押し流すために、流体が最初に導入された流路と、それに隣接した流路
との間で維持される。流体中に含まれる流路の壁の孔よりも大きいサイズの粒子物質は流体が導入された流路の壁上に保持される。フィルターの反対末端から流れ出る流体は、流路の壁に見出される孔よりも大きいサイズの粒子を実質的に含まない。好適な態様では、ウォールフローフィルターの製造者は、所望の分離を促進するために比較的均一な孔を持つ壁を製造するように適合させている。セラミックウォールフローフィルターの設計および製造は当該技術分野で周知であり、本発明の主題ではない。フィルムまたは膜として使用できる基体は、実質的に平らであり、そして分離または精製される流体はフィルムの片側と接し、そしてフィルムを通過することを防ぐか、または所望の流体がフィルムを通過して、そして反対側に集められ、そして望まない物質は元の接触面に留まるかのいずれかである。別の態様では基体は、分離しようとする流体を供給する入口および精製された流体を回収する出口を有するデバイスに別の様式で配置される。この出口は実際に分離する種から離れていてもよい。このタイプの構造例はウォールフローフィルター、中空糸膜および渦巻き型膜システムである。
本明細書に提示する解釈および具体的説明は、本発明の分野の当業者にその原理およびその現実的応用を知らせることを意図している。当業者は本発明を特定の用途の要件に最も適することができるように、その多くの形態に適合および応用することができる。したがって、説明するような本発明の具体的態様は、余すところがない、すなわち本発明の限界であることを意図していない。したがって本発明の範囲は本明細書に含まれる記載を参照するだけでなく、添付する請求の範囲を参照にして、そのような権利が与えられる請求の範囲と同等の完全な範囲と一緒に定められるべきである。他の組み合わせも、以下の請求の範囲から調べ出されるように可能であり、それらも参照により記載する明細書に編入する。
開いている通路はどれも、塞がれた流路に囲まれている。同様の様式で、塞がれた流路はどれも開いた流路に囲まれている。もう一方の末端で、塞がれた通路は開き、そして開いた通路は塞がれている。この設計の結果、流体は入口端に導入され、そして基体の第一面に接触するようになり、そして基体の第一面上に基体の第二面より高い圧が存在する場合、流体は基体の壁を第一面から第二面に向かい通過する。流体が孔より大きいサイズの物質を含めば、物質は基体の第一面上に保持される。本明細書で使用する時、流体の成分を分離することとは、流体の種々の部分を成分のサイズまたは溶解度および拡散性のいずれかに基づき基体を介して分離することを意味する。本明細書で使用する時、基体の第一面は入口と接している流路の表面である。本明細書で使用する時、基体の第二面は出口と連通している流路の表面である。孔サイズとは基体に含まれる開口の最大サイズを指す。一般に基体は、基体が流体から特定サイズの粒子物質を分離することができるように制御された最大サイズを有するように設計されている。
は好ましくは液体もしくはガス状であり、そしてより好ましくはガス状である。粒子は粒子が光を散乱すれば、固体、液体もしくはガスであることができ、より好ましくは粒子は固体または液体である。一般的用語で、粒子供給源は所望の特性を有する所望のサイズの粒子を形成できる任意のデバイスまたはシステムである粒子生成機である。一つの態様では、粒子は液体物質から形成される。粒子流体は好ましくは、ミストまたは霧である空気中の細かい液滴の懸濁物である。この態様における粒子生成機は、微細な粒子ミストを生成するデバイス、例えば噴霧器、ネブライザー、アトマイザー等である。粒子を形成するために使用する液体は、光を散乱する粒子を形成できる任意の液体でよい。使用できる好ましい液体には、水、グリコール等があるが、水が好適である。別の態様では、粒子はスモーク、煤煙、香の煙、小麦粉等であることができる。そのような粒子を生成する任意のシステムを粒子生成機として使用することができる。使用する粒子のサイズは、基体の孔サイズおよび問題の欠陥のサイズに依存する。粒子のサイズには現実的な制約がある。粒子のサイズに関する下限は、検出可能な様式で光を散乱する粒子の最小サイズである。すなわち有用な最小の粒子サイズは、そのサイズの粒子が基体または基体を含むデバイスを出て、そして非拡散光源からの光と接触する時、光を散乱する最小の粒子サイズである。有用な粒子サイズに関する上限は、粒子を運搬体(carrier)中で運ぶ能力に基づく。粒子は大きすぎると、それらを運搬流体で運ぶことができない。粒子サイズは好ましくは約0.1マイクロメートル以上、より好ましくは約0.5マイクロメートル以上、より一層好ましくは約1.0マイクロメートル以上、そして最も好ましくは約5マイクロメートル以上である。基体がウォールフローフィルターの態様では、粒子サイズは約100マイクロメートル以下、より好ましくは約20マイクロメートル以下、そして最も好ましくは約15マイクロメートル以下である。
質、基体を通る流体の輸送の性質、および基体に存在するならば孔のサイズに依存する。運搬流体を基体の壁を通して第一面から第二面に通過させる任意の圧力差を使用することができる。好適な態様では、圧力差は約1パスカル以上、より好ましくは約4パスカル以上、そして最も好ましくは約6パスカル以上である。好適な態様では、圧力差は約100パスカル以下、より好ましくは約50パスカル以下、そして最も好ましくは約30パスカル以下である。
は基体を含むデバイスの出口に平行する平面でバッフルの形態は、基体または基体を含むデバイスの出口の形態と一致する。基体がウォールフローフィルターである態様では、このバッフルのサイズは流体がフィルターを出る面であるフィルターの第二面と少なくとも同じサイズおよび形態である。このバッフルは粒子を含む流体が基体の表面から出て行くことを可能とし、そして光源からの光が基体の表面または基体を含むデバイスの出口に直接接することを防止し、あるいは基体または基体を含むデバイスの出口が、基体または基体を含むデバイスの欠陥の確認を妨害する様式で光を反射することを防止するように機能する。さらにこのバッフルは、任意の粒子が基体または基体を含むデバイスを出てバッフルの穴を通過することができるように適合された複数の開口を含んでなる。このバッフルは、バッフルのサイズおよび形態を定める境界を含んでなる。運搬流体の適切な通路およびそれを通る粒子を提供する任意の構造を使用することができる。一つの態様では、バッフルは構造中に形成された穴を含む一体型構造でよい。そのような一体型構造は所望の形態に成形することができ、そして所望の形態に形成または成形することができる任意の材料、例えば金属、プラスチックおよびセラミックから製作することができる。一つの態様では、バッフルは試験するウォールフローフィルターの表面に配置された比較的薄いウォールフローフィルターであることができる。一つの好適な態様では、バッフルとして使用されるウォールフローフィルターは流路に垂直な方に対して相対的に薄い。一つの態様では一つのパターンを形成する複数の相互連結部を有するバッフルは、基体の第二面または流体出口点を覆うために十分なサイズであり、そして相互連結部は粒子が通過できる開口を作成する。一つの態様では、バッフルの通路は、相互に連結してメッシュもしくはスクリーンを形成する複数のパーツにより形成することができる。このバッフルは、拡散光が基体の表面または基体を含むデバイスの出口と直接接触すること、または欠陥の確認を妨げる様式でそれから反射することを防ぐように適合されている。バッフルの通路またはパーツ間の開口は、流体および粒子が基体を通過し、基体または出口から実質的な妨害無しで流れ出ることを可能にするに十分であることが必要となる。この通路またはパーツの形態および寸法は、このような明白に規定された目的を達成するために選択される。ウォールフローフィルターの出口面に関して、基体の平面または基体を含むデバイスの出口に平行する平面の厚さは、通路またはパーツを規定する構造により覆われる表面積が最少になるように選択される。ウォールフローフィルターの出口面に関して、基体または基体からの出口に垂直方向で、この厚さは拡散光源からの光が基体または基体を含むデバイスの出口と接触すること、または欠陥の検出を妨げる様式でそれから反射することを防ぎ、ウォールフローフィルターの出口面に関して、かつ任意の粒子が出る位置が基体の表面または出口のできる限り近くで確認できるように、できる限り薄くなるように選択される。ウォールフローフィルターの出口面またはそれらの組み合わせについて、バッフルの開口を規定する複数のパーツはこのような目的を満たす任意の形態を含んでなることができ、それらには基体の平面または基体を含むデバイスからの出口に対して垂直に入り組んだ(thickest)寸法を有するワイヤ、薄片がある。このパーツは相互に連結してパターンを形成し、ここでこのパーツは複数の開口を形成する。ウォールフローフィルターの出口面については、開口の数、パターンおよび多数は、流体および粒子が基体の平面または基体を含むデバイスの出口付近で出ることができるよう配列される。好ましくはウォールフローフィルターの出口面については、基体の平面または基体を含むデバイスの出口に対して垂直方向の厚さは、好ましくは約100mm以下、より好ましくは約10mm以下、そして最も好ましくは約0.2mm以下である。ウォールフローフィルターの出口面について最小厚は、バッフルが構造的完全性を有し、そして基体または基体を含むデバイスの出口を出る粒子の検出を妨げる様式で光が接触、または反射することを防ぐように選択される。ウォールフローフィルターの出口面について、好ましくは基体の平面または基体を含むデバイスの出口に垂直方向の厚さは、好ましくは約0.01mm以上、そして最も好ましくは0.04mm以上である。バッフルに流路を形成する開口は、好ましくは約0.05mm以上、より好ましくは約0.07mm以上、そして最も好ましくは約0.1mm以上のサイズである。バッフルに流路を形成する開口は、好ましくは約5.0mm以下、よ
り好ましくは約3mm以下、そして最も好ましくは約0.3mm以下のサイズである。好適な態様では、バッフルは金属製、プラスチック製または布製のメッシュを含んでなり、流路は相互連結したワイヤまたは糸により規定される。好適な態様では、バッフルは拡散光を反射しない。バッフルは好ましくは黒色で、そして平塗りの艶消しで仕上られている。
を出す粒子および散乱した光を裸眼で見ることができる。このようにモニタリングは手動で行うことができる。このシステムは好ましくは、デバイスを出るこれら粒子により散乱される光の画像を撮影し、そして好ましくは保存するための画像取得システムを含んでなる。バッフルを通過する粒子の画像の取得を可能にする任意の画像システムを使用することができる。画像取得システムは好ましくは、基体中の欠陥の位置を捜しあて、その欠陥を多くの方法で、例えば存在する欠陥の大きさもしくは欠陥の数、または面積あたりの欠陥の大きさもしくは面積あたりの欠陥の数、または任意にそれらを組み合わせて定量的に記載するために、画像を調査できる様式で既知の記録媒体に画像を記録する。撮像デバイスはアナログもしくはデジタルデバイスでよい。画像システムは一連の背景もしくは静止画像を取得することができる撮像デバイスを含んでなることができ、またはそれは実時間のビデオ画像を撮ることができる。画像システムは好ましくは、画像が保存でき、かつ/またはさらに処理して基体中の欠陥の位置を決定し、欠陥を多くの方法、例えば面積あたりの欠陥の大きさ、面積あたりの欠陥の数、または任意にそれらを組み合わせて定量的に記載することができるようにコンピューターシステムに接続される。このような操作は視覚検査により、またはコンピューターによる画像処理および画像分析により行うことができる。別の好適な態様では、画像システムは画像または欠陥の位置が確認できる様式で処理した画像を表すモニターを含む。画像取得システムは望まない画像または光の波長をフィルターで除くように調整することができる。拡散光源が単色光源である場合、画像取得システムは拡散光源により利用される単色光波長帯域を除いて、すべての光をフィルターで除くように調整することができる。
拡散光をバッフルに向け、そして、光源からの光を散乱するバッフルを通過する粒子についてバッフルの表面をモニタリングすることを含んでなる。好適な態様では、バッフルの表面が画像システムを使用してモニタリングされる。
る。この表面は基体が配置されているデバイス内で離すことができる。一つの方法は閉鎖チャンバーを、基体の第一面もしくはデバイスの入口と接している基体またはデバイスの片側に形成することである。圧力差が、基体の第一面の圧を上げることにより、または基体の第二面の圧を下げることのいずれかにより基体の壁にわたってつくられる。この点についてはこれまでに詳細に検討している。バッフルが基体の第二面または基体を含むデバイスの出口に接して、または隣接して、またはその付近に配置される。中に分散された粒子を有する運搬流体は、これまでに記載したように基体の第一面または基体を含むデバイスの入口と接する。圧力差は、運搬流体を基体の壁を通過させるために十分となるように選択される。基体の壁または基体を含むデバイスに欠陥がなければ、粒子は基体の第一面上に維持されるだろう。基体または基体を含むデバイスに粒子を通す十分大きな欠陥があれば、粒子は基体を通過し、そして基体がデバイスの一部である場合、デバイスの出口を出る。次いで粒子はバッフルを通過する。拡散光は本明細書に記載するようにバッフルの表面に向けられる。好適な態様では、拡散光はほとんどの拡散光をバッフルの表面に集めるためのレンズに通される。拡散光源およびバッフルは、拡散光源からの光線が基体の表面またはデバイスの出口と接触すること、または出てくる粒子に関するモニタリングを妨害する様式で基体またはバッフルから反射することを防ぐように配置される。この点についてはこれまでに検討している。バッフルの表面はバッフルを通過する粒子により散乱される光についてモニタリングされる。好ましくはこれはこれまでに記載したような撮像デバイスを使用してなされる。欠陥の位置が同定されることが好ましい。別の好適な態様では、欠陥が直される。
て導入し、シール16をフィルター30の外壁の周りに取り付ける。粒子生成機15が、混合チャンバー31の底に配置された水47から粒子を形成する。空気が空気入口18を介して導入され、そして水粒子と空気が混合チャンバー31内で混合される。水粒子と水の混合物を流路14に輸送し、すると流路14に対して開いているフィルター30の流路の第一面と接触する。空気入口18によりチャンバー31に加圧空気を導入することにより圧力差がつくられる。空気はフィルター30の流路の壁を通って流れる。水粒子は壁の第一面に保持されるか、またはその中の欠陥を通過する。欠陥を通過した粒子は、壁の第二面に接している流路を通って流れ、バッフル23を通過する。フィルターを出る粒子は拡散光源24により生じる光を散乱する。イメージングアセンブリー26は粒子からの散乱光の画像を撮影する。この画像は欠陥を有する通路の位置を捜しあてるために使用でき、そして場合により欠陥を修復することができる。
ことを認識するだろう。故に以下の主張が本発明の真の範囲および内容を決定するために考慮されるべきである。
Claims (15)
- 互いに離された第一および第二面の少なくとも2つの面を有する、流体を分離するように適合されている基体の欠陥の位置を捜しあてるためのシステムであって、基体または基体を含むデバイスは流体が基体を通過するための出口点を有し、該システムが
a) 基体が第一面から第二面へ通すように適合されている粒子サイズよりも大きい制御されたサイズの粒子を生成することができる粒子生成機;
b) 基体の第一および第二面の間に圧力差をつくるシステム;
c) 拡散光源;
d) 粒子が通過できる複数の流路を有する邪魔板;
e) 粒子生成機から基体の第一面への閉鎖流路;
を備え、前記光源は基体の第二面または基体の出口の方向に向けられ、該光源からの光の方向と前記邪魔板との角度は、光源からの検出可能な光が基体の第二面または基体を含むデバイスの出口に直接接触することがないように適合されている上記システム。 - さらに基体の第一面から第二面または出口を通過する粒子からの反射光の画像を撮るように適合されている撮像デバイスを備える請求項1に記載のシステム。
- さらに基体を保持するように適合されている構造部材、粒子生成機、流路および邪魔板を互いに選択された配列で備える請求項1または2に記載のシステム。
- 基体の第二面を粒子生成機から離し、そして粒子生成機により生成される粒子が第一面と接触できるように基体の第一面と流路との接触を維持するために、前記システムが流路と基体との間にシールをさらに備える請求項1から3のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記基体の第一と第二面との間に圧力差をつくるためのシステムが、流路の圧力、すなわち基体の第一面の圧力を上げるか、またはシステムが基体の第二面の圧力を下げるいずれかである、請求項1から4のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記邪魔板が金網を備え、該金網のパターンはその間を粒子が通過できる流路を作る請求項1から5のいずれか1項に記載のシステム。
- 光のパターンの中心で1つのベクトルにより測定される光の方向が、基体の第二面の平面または基体を含むデバイスの出口によりつくられる平面に対して2度から85度の間である請求項1から6のいずれか1項に記載のシステム。
- 光源により生成される光の大部分を邪魔板の表面に集めるように適合されたレンズを、光源と邪魔板との間に配置する請求項1から7のいずれかに1項に記載のシステム。
- 第一および第二面を有する基体、またはこの基体を含むデバイス中の漏れの位置を捜しあてる方法であって、基体が第一面から第二面へ基体を通る流体の流れを防ぐか、または流体の成分を分離するように適合されており、この方法が:
a) 第一面と第二面とを隔離する過程と;
b) 第一面と第二面との間に第一面の圧が第二面よりも高い圧力差をつくる過程と;
c) 基体の第二面または基体を含むデバイスの出口を、第二面または基体を含むデバイスの出口を覆うために十分なサイズの邪魔板と接触させる過程と、この邪魔板は粒子が通過できる複数の流路を有し;
d) 邪魔板の表面を拡散光源からの光に暴露する過程と、該光源からの光は光源と邪魔板との間に配置されたレンズを通して光源により生成された大部分の光を邪魔板の表面に集め;
e) 基体の第一側を、基体の第一面に保持するように基体が設計されている粒子サイズの粒子を含有する運搬流体と接触させる過程と;
f) 基体を通過した粒子により散乱された光について、邪魔板の表面上の空間をモニタリングする過程と
を有する該方法。 - 邪魔板がパターンを形成する複数の相互連結部を有し、邪魔板の相互連結部の配置、第二面の平面または基体の出口に対して垂直方向の邪魔板の厚さ、および光源により作られる光線の中心を通って引かれる線の、邪魔板の表面により作られる平面に対する角度が、直接的光線が基体の第二面または基体の出口と直接接触して、それらから反射される光が、基体または基体を含むデバイスの出口を出る粒子の確認を妨げることがないように選択される、請求項9に記載の方法。
- 前記邪魔板の表面が、画像を撮影することができるシステムにより、基体を通過した粒子による光の反射についてモニタリングされる請求項9または10に記載の方法。
- 基体をわたる圧力差が、基体の第一面に圧力をかけることによりつくられる請求項9から11のいずれか1項に記載の方法。
- 基体をわたる圧力差が、基体の第二面に真空を適用することによりつくられる請求項9から12のいずれか1項に記載の方法。
- 基体がウォールフローフィルターである請求項9から13のいずれか1項に記載の方法。
- 基体の第一面が、粒子と連通する流路を有するウォールフローフィルターの壁を有し、粒子が該通路を介してウォールフローフィルターに導入される、請求項9から13のいずれか1項に記載の方法。
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