JP6492084B2 - フィルムチャンバ排気時の密閉度試験法 - Google Patents

Description

本発明は、可撓性の物質からなるフィルムチャンバ内においてガス収納試料の密閉性を試験する方法に関する。

フィルムチャンバは、食品包装や他の可撓性包装などの試料の密閉性を試験する試験用容器である。ここで、フィルムチャンバは少なくとも一部がやわらかい可撓性材料で形成されており、この材料はフィルムチャンバ排気時にチャンバ内の試料に密着する。フィルムチャンバ内では、試料の周囲に真空が形成される。試料に漏洩部がある場合、この真空によって試料内部に充填されたガスがフィルムチャンバ内で試料外部の環境へ放出される。フィルムチャンバ外の大気圧は、試料内の内圧により試料が真空内部で爆発するのを防いでいる。

従来から、フィルムチャンバ内部において、試料の密閉性を試験する方法として、二通りの方法が知られている。ひとつの方法では、試験ガスは試料内部の充填ガスに添加され、試験ガスの分圧がフィルムチャンバの真空計のガス流において測定される。ここでは、試験ガス分圧が、漏洩速度の指標となる。

他の試験方法は、充填ガスとは独立したものである。第一のステップでは、フィルムチャンバが排気され、その後、真空ポンプへ通じるバルブが閉められる。しかる後、第二工程では、フィルムチャンバ内の試料外部において、圧力の経時的な増加が測定される。この圧力増加が試料からの漏洩速度の指標となる。「排気」と「圧力測定」の二段階が、一段階ずつ順番に行われる必要があるため、この方法は、密閉性試験に短いサイクル速度が要求される、産業上の密閉性試験に用いるには好ましくない。また試料からの漏洩量が大きければ、排気段階で試料内部の充填ガスが排出されてしまうという難点もある。この場合、排気後には試料内も排気されており、圧力測定段階では、密閉性が高いと誤って評価される可能性がある。

米国特許第３８１３９２３号明細書

本発明は、フィルムチャンバ内の試料の密閉性を試験する、改善された方法を提供することを目的とする。

本発明の試験方法は、請求項１によって規定される。これによれば、真空ポンプによって形成されるフィルムチャンバからのガス流は、排気中において測定され、排気中において、試料からの漏洩の有無が検証される。ここでは、従来排気後に、漏洩を生じる可能性のある試料中の、漏洩個所から流出するガスを捕集する間に行われていた、圧力測定を省略することができる。好ましくは、排気中に計測されるガス流量が、試料が密閉されている場合のガス流量の変化と対比される。試料が密閉されている場合のガス流量は、参照ガス流量として使用できる。この参照ガス流量は、実際の圧力測定前に測定し、記録しておいてもよい。試料からの漏洩速度は、計測されたガス流量から参照ガス流量をさしひくことにより決定できる。

測定は、真空ポンプのガス排気流路に設置された流量センサ、あるいは、絞り位置に設置された差圧センサを用いて行うことができる。このセンサは、真空ポンプのよってフィルムチャンバ内を排気するため、フィルムチャンバと、真空チャンバを接続するパイプ系の中に設置できる。

測定に先立ち、たとえば、フィルムチャンバの容量を試料の体積にあわせて調整することにより、試料外部のフィルムチャンバ内のガス量と、試料内部のガス量との比を小さくすることが好ましい。

第一実施形態を示す図である。 第二実施形態を示す図である。 第三実施形態を示す図である。 第四実施形態を示す図である。 第五実施形態を示す図である。 第六実施形態を示す図である。

以下、図面を参照して。本発明の実施形態を詳細に説明する。

すべての実施形態において、フィルムチャンバ１２は、試料１８を包み込む二枚の可撓性フィルム１４、１６からなり、試料１８を囲繞する縁部２０には、Ｏ―リング封止具２２が設けられている。Ｏ−リング封止具２２は、二枚のフィルム１４、１６の間に、両者に接するように配置され、二枚のフィルム１４、１６の縁部２０からフィルムチャンバ１２内にガスが流入することを防止する。下側のフィルム１６は、ガス輸送管路２６との接続部２４を有し、ガス輸送管路２６は、フィルムチャンバ１２内を排気するため、真空ポンプ２８と接続される。

試料１８は、典型的なものとしては、可撓性の食品包装であり、図では簡略化のため楕円型で示されている。試料１８は、充填ガスで充填され、フィルムチャンバ１２の容積は、試料の容積１８に適合される。すなわち、試料１８外部に残されるフィルムチャンバ１２の容積はわずかなものである。

図１において、真空ポンプ２８の排気ガス流中のガス流量を計測するため、流量センサ３０が真空ポンプ２８の下流側に設置されている。図２ではフィルムチャンバ１２と真空ポンプ２８を接続するパイプ系２６に、流量センサ３０が真空ポンプ２８と並列して配置されている。図３では、フィルムチャンバ１２と真空ポンプ２８を接続するパイプ系２６に、流量センサ３０が真空ポンプ２８と直列して配置されている。この場合、流量センサ３０は、正確にフィルムチャンバ１２と真空ポンプ２８の間に配置されている。図４では、フィルムチャンバ１２と真空ポンプ２８を接続するパイプ系２６に、圧力センサ３２が真空ポンプ２８と並列して配置されている。図４の実施形態は、流量センサ３０を除けば、図２の実施形態に対応している。

図５の実施形態では、圧力センサは真空ポンプ２８の下流側に配置されており、図６の実施形態では、圧力センサはフィルムチャンバ１２と真空ポンプ２８を接続するパイプ系２８内の収納されている。図５と図６の実施形態において、それぞれの圧力センサ３２は、絞り位置３４をまたいだ圧力の低下を計測するため、絞り位置３４とは並列に配置されている。

すべての実施形態に共通する構成として、流量センサ３０または圧力センサ３２によるガス流量の測定は、真空ポンプ２８を用いたフィルムチャンバ１２の排気プロセス中に行われる。よって、圧力増加法による従来の試験方法との差異として、測定が排気後の別工程として行われることはない。試料１８の密閉度を試験するのに要する時間消費は、顕著に低下する。すべての実施形態において、試験中にフィルムチャンバ１２の外に排気される全ガス流量Ｑ_{ｔｏｔａｌ}は、フィルムチャンバ１２内でかつ試料１８外のガス量Ｑ_{ｃｈａｍｂｅｒ}と、試料１８内のガス量Ｑ_ｌｅａｋに依存する。

Ｑ_{ｔｏｔａｌ}＝Ｑ_{ｃｈａｍｂｅｒ}（ｔ）＋Ｑ_ｌｅａｋ（ｐ，ｔ） （１）

これら二種の部分流量の経時的な変化は、フィルムチャンバ１２内の圧力の関数となる。真空ポンプ２８による排気の開始時において、まずフィルムチャンバ１２内における試料１８外部からのガスのみが、真空ポンプ２８に流れる。

Ｑ_{ｃｈａｍｂｅｒ}＝Ｓ×Δｐ_{ｃｈａｍｂｅｒ} （２）
ここで、Ｓは、フィルムチャンバにおける吸気量（ｓｕｃｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ）である。

この時点、すなわち、排気開始時において、試料１８からはガスの流出はいまだない。試料１８内部の圧力とフィルムチャンバ１２内の試料１８周囲の圧力との差圧Δｐ_{ｓｐｅｃｉｍｅｎ}の形で示される流れの駆動力が不十分だからである。

Δｐ_{ｓｐｅｃｉｍｅｎ}＝０
ここで、
Ｑ_ｌｅａｋ＝Ｌ×Δｐ_{ｓｐｅｃｉｍｅｎ} （３）
ここで、Ｌは、試料からの漏洩路のコンダクタンスである。

試料１８外部でフィルムチャンバ１２内の圧力ｐ_１として、試料１８からの漏洩にはたらく駆動力が増加すると、漏洩速度も増加する。試料１８からの漏洩が大きく、試料１８内部のガス量が少ない場合、試料内からのガスも真空ポンプ２８によって排気されるため、試料内部の圧力ｐ_２は減少する。試料が排気されて空となると、漏洩ガスの流れも停止する。この状態において、従来の圧力増加測定法は、試料は誤って密閉性であると判定されていた。

以下のことが一般的にいえる。
Δｐ_{ｃｈａｍｂｅｒ}＝ｐ_１−ｐ_０，
Δｐ_{ｓｐｅｃｉｍｅｎ}＝ｐ_２−ｐ_１，
ここで、ｐ_０は、チャンバ接続フランジ（ポンプノズル）における圧力、ｐ_１は、フィルムチャンバ１２内で試料１８外部の圧力、ｐ_２は、試料１８内部の圧力である。

フィルムチャンバ１２内からの流量と比較した漏洩速度の信号量を増加させるためには、テストチャンバ１２内で試料１８外部のガス量と、試料１８内部のガス量との比をプロセス開始時にできるだけ低くしておく必要がある。これは、フィルムチャンバ１２の試験容量を試料１８に適合させることによって達成できる。この意味で、フィルムチャンバ１２の容量はできるだけ少なく保たれる。試料１８のサイズは、フィルムチャンバの必要な直径を規定する。試料１８外でフィルムチャンバ１２内の圧力は、比較的急速に低下し、試料１８からの流れの測定が早くに開始される。

圧力増加法による漏洩の測定において、（排気の第一段階と、集積と圧力増加の第二段階により）フィルムチャンバ１２内で試料１８外における圧力増加が測定されるが、本発明の方法にかかる漏洩測定法においては、第一の単一段階（排気段階）のみにおいて、直接漏洩の測定が行われる。これにより、一テストサイクルあたりの時間が短くなる。
なお、本発明は、実施の態様として以下の内容を含む。
〔態様１〕
真空ポンプ（２８）で排気される、可撓性の材料からなるフィルムチャンバ（１２）内において、ガスを収納する試料（１８）の密閉度を試験する方法であって、
真空ポンプ（２８）によって形成され、フィルムチャンバ（１２）から流出するガス流を、排気中に測定し、試料（１８）から発生する可能性のある漏洩を検証することを特徴とする、方法。
〔態様２〕
態様１に記載の方法であって、計測されるガス流量が、参照ガスの流量、すなわち密閉試料（１８）からの流量の変化と対比される、方法。
〔態様３〕
態様２に記載の方法であって、参照ガスのガス流量変化が、事前に計測され記録される、方法。
〔態様４〕
態様１〜３のいずれか一態様に記載の方法であって、漏洩速度が参照ガス流量を計測ガス流量からさしひくことにより決定される方法。
〔態様５〕
態様１〜４のいずれか一態様に記載の方法であって、計測が、例えば、真空ポンプの排気ガス流路に配置された流量センサ（３０）を用いて行われる、方法。
〔態様６〕
態様１〜４のいずれか一態様に記載の方法であって、例えば、フィルムチャンバ（１２）と真空ポンプ（２８）を連結するパイプ系（２６）のガス輸送系の絞り位置（３４）において計測が行われる、方法。
〔態様７〕
態様１〜４のいずれか一態様に記載の方法であって、一つの排気ラインから他のラインへの流量が排気段階において測定され、それが試料からの漏洩速度の指標として用いられる方法（図２）。
〔態様８〕
態様１〜４のいずれか一態様に記載の方法であって、排気段階における二つの排気ライン間の圧力差が、試料からの漏洩速度の指標として用いられる方法（図４）。
〔態様９〕
態様１〜８のいずれか一態様に記載の方法であって、測定の前に、試料（１８）外部のフィルムチャンバ（１２）内のガス量と、試料（１８）内部のガス量との比が低減される、方法。

１２ フィルムチャンバ
１４、１６ 可撓性フィルム
１８ 試料
２０ 縁部
２２ Ｏ−リング封止具
２４ 接続部
２６ パイプ系
２８ 真空ポンプ
３０ 流量センサ
３２ 圧力センサ
３４ 絞り位置

Claims (9)

1. 真空ポンプ（２８）で排気される、可撓性の材料からなるフィルムチャンバ（１２）内において、ガスを収納する試料（１８）の密閉度を試験する方法であって、
   真空ポンプ（２８）によって形成され、フィルムチャンバ（１２）から流出するガス流を、排気中に測定し、試料（１８）から発生する可能性のある漏洩を検証することを特徴とする、方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、計測されるガス流量が、参照ガスの流量、すなわち密閉試料（１８）からの流量の変化と対比される、方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、参照ガスのガス流量変化が、事前に計測され記録される、方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、漏洩速度が参照ガス流量を計測ガス流量からさしひくことにより決定される方法。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法であって、計測が、真空ポンプの排気ガス流路に配置された流量センサ（３０）を用いて行われる、方法。
6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法であって、フィルムチャンバ（１２）と真空ポンプ（２８）を連結するパイプ系（２６）のガス輸送系の絞り位置（３４）において計測が行われる、方法。
7. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法であって、一つの排気ラインから他のラインへの流量が排気段階において測定され、それが試料からの漏洩速度の指標として用いられる方法（図２）。
8. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法であって、排気段階における二つの排気ライン間の圧力差が、試料からの漏洩速度の指標として用いられる方法（図４）。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法であって、測定の前に、試料（１８）外部のフィルムチャンバ（１２）内のガス量と、試料（１８）内部のガス量との比が低減される、方法。

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