JP6653703B2 - ホイルチャンバ内の搬送ガスを用いた気密性試験 - Google Patents

Description

本発明は、ホイルチャンバ内の試験対象物に対する気密性試験を実施する方法に関する。

例えば、食品パッケージのように試験ガスを封入した試験対象物を、ホイルチャンバ内に載置し、その後、ホイルチャンバを減圧して、試験対象物からホイルチャンバ内に流出する試験ガスを検出することが知られている。
多くの場合、試験対象物（包装袋）内に既に存在するガスが試験ガスとして用いられる。このようなガスは、保護ガスや、例えば窒素や酸素、二酸化炭素といった空気中のガス成分が考えられる。また、例えばコーヒーのように、パッケージ内の包装された食品に含まれる芳香物質も試験ガスとして用いられる。別の可能性として、数時間かけてコーヒーパッケージ内で生成される二酸化炭素のように、包装された食品によってパッケージ内に生成されるガスを試験ガスとして用いることもできる。

ホイルチャンバ内の圧力は、試験対象物近傍の領域の方が、試験対象物内部よりも低いことから、試験ガスは、試験対象物に存在し得る漏れ口から流出する。
既知の方法では、漏れ口の存在を断定するために、ホイルチャンバ内の圧力増加の発生を監視する。圧力増加が、ある規定された程度を上回った場合、これは試験対象物の漏れ口の存在を示唆するものと考えられる。

さらに、例えばＷＯ２００５／０５４８０６に示されるように、搬送ガス流が、試験対象物を含んだテストチャンバを通り抜けることが知られている。
ここで、テストチャンバは、搬送ガスを用いて一掃される。試験対象物から流出した試験ガスは、搬送ガス流と共に、テストチャンバから移送され、試験ガスセンサに供給される。しかしながら、搬送ガスを用いた気密性試験は、真空引きされたホイルチャンバを用いて行われてこなかった。さらに言えば、搬送ガス流は、一定の容積を有する、剛性のテストチャンバに供給された。
ここで、搬送ガス流は、所定のテストチャンバ容積から試験ガスを完全に流出させ、センサまで移送するために十分な量でなければならない。このことは、試験対象物からの所定の漏れ率で測定したガス流中で得られる試験ガスの濃度が低い程、選択された搬送ガス流が増大するという欠点をもたらす。それ故に、試験ガスの検出限界は、搬送ガス流の量に依存する。また、漏出ガスの検出の精度は、搬送ガス流の減少によって不規則に増加させることはできない。

本発明の目的は、気密性試験をより高精度に実施するための方法を提供することである。

本発明によれば、この目的は、内部に試験ガスが供給されるテストチャンバとして機能するホイルチャンバ内に、試験対象物を載置する、請求項１に記載の特徴により達成される。
ホイルチャンバは、減圧直後に試験対象物に引き寄せられ、ホイルチャンバの容積を減少させる、少なくとも一つの可撓性の壁部を備えることを特徴とする。この点について、壁部全体を可撓性の金属箔により形成することが特に好ましい。テストチャンバが減圧されると、膜は試験対象物に密着する。試験対象物の外側の領域におけるホイルチャンバ内の容積が減少する。これにより、一定の容積を有する剛性のテストチャンバを用いた従来の場合と比較して、より少量の搬送ガス流が、ホイルチャンバ内に供給される。より少量の搬送ガス流により、剛性の壁部を有するテストチャンバを用いた気密性試験と比較して、検出限界が増大する。

搬送ガスは、一秒に一回、チャンバのガス含有量の体積流量が供給されることが好ましい。試験対象物の外側の領域におけるホイルチャンバ内の圧力は、試験ガスの濃度の測定の間は、最大７００ｍｂａｒとすべきである。試験ガスは、搬送ガスと試験ガスにより形成される混合ガスにおける、試験ガスの割合の測定前及び／又は測定中に、試験対象物に供給される。測定中は、試験対象物内の試験ガスの圧力は、常にホイルチャンバ内の圧力よりも高くすべきである。好ましくは、試験対象物内の試験ガスの圧力は、少なくとも１０００ｍｂａｒとすべきである。

試験対象物をテストチャンバ内に載置する前に、能動的に別の試験ガスで充たしても良い。別の方法として、試験対象物内に既に含まれているガスやガス成分を、試験ガスとして用いても良い。これらは、空気中の成分として、例えば窒素や酸素、二酸化炭素が考えられる。また、試験対象物内に含まれる製品の芳香物質を含有したガス又は試験対象物からなるガスを、試験ガスとして用いることも可能である。試験対象物に含まれる製品として、例えばコーヒー等の食品が考えられる。この点に関して、コーヒーの芳香物質を、試験ガスとして用いることも可能である。別の可能性として、試験対象物に含まれる製品（例えば食品）により、試験対象物内に生み出されるガスやガス成分を、試験ガスとして用いることもできる。例えば、コーヒーが、数時間かけてコーヒーパッケージ内に生成する二酸化炭素を、試験ガスとして用いることができる。

試験ガスとして、ＳＦ６やフォーミングガス、Ｈｅが考えられる。ＣＯ２は試験ガスとして特に好ましい。空気は搬送ガスとして用いることができる。窒素は搬送ガスとして特に好ましい。

搬送ガス運搬手段（コンベヤポンプ）による測定の間、連続的に、搬送ガス流をホイルチャンバに供給していくことができる。別の方法として、真空及び自然透過により、ガス成分がホイルチャンバ壁の内側の表面から抜け出すという効果も、搬送ガスを得るために用いることができる。これらのガス成分は、ホイルチャンバ内の圧力に依存して、常に抜け出していく。そのため、抜け出したガス成分の量は、ホイルチャンバに供給される搬送ガスの体積流量を決定する。試験ガスの濃度を測定する場合、試験ガスの量は、測定されたガス流量における搬送ガスの量、即ち抜け出したガス成分の量に比例して決定及び設定される。

試験ガスの濃度が、例えば５ｐｐｍといった所定の値を上回った場合、これは試験対象物の漏れ口の存在を示唆している。

別の方法として、試験ガスの濃度を測定する前に、所定の搬送ガス容積を、一度だけホイルチャンバに供給することが考えられる。累積時間の経過前若しくは後において、搬送ガスがホイルチャンバに供給される。累積時間は、ホイルチャンバの減圧後及び試験ガスの濃度の測定前の時間と考えられ、この時間中に、十分に測定可能な試験ガスが、存在し得る漏れ口を通って、試験対象物から流出する。

別の方法は、搬送ガスの量を増加させることなく、累積時間を増加させることによって、測定の精度を高めることができるという利点を提供する。

本発明の方法によれば、テストチャンバ容積（試験対象物の外側の領域におけるホイルチャンバの容積）を減少させることにより、気密性試験の検出限界を低下させることができるという基本的な利点を有する。また、小さいホイルチャンバ容積は、搬送ガスで一掃するために、所定の容積を有する剛性のテストチャンバを用いた場合よりも、より少ない量のガス及びより短い時間しか必要としない。自然透過によりホイルから抜け出したガス成分を、搬送ガスとして用いる場合、別の搬送ガスを、能動的にホイルチャンバに供給する必要がない、というさらなる利点がある。

本発明の実施形態は、以下に示す図面を参照して、詳細に説明する。

コンベヤにより連続的な搬送ガスを供給するための実施形態を示す図である。 ホイルから抜け出したガス成分を搬送ガスとして使用するための実施形態を示す図である。 所定の量の搬送ガスの一度の供給を行うための実施形態を示す図である。

各実施形態において、ホイルチャンバ１０はホイル層１２、１４の２つの層により形成される。ホイル層１２、１４は、各々の周縁部を密封するように重ね合わせた可撓性の金属箔が考えられる。試験対象物１６は、ホイルチャンバ１０内に含まれている。試験対象物１６の外側の領域におけるホイルチャンバ１０の容積１８は、ホイルチャンバ１０を減圧のためのガス運搬手段として、真空ポンプ２０に連結されている。真空ポンプ２０により減圧されたガス量は、減圧された混合ガスにおける試験ガスの濃度を測定するために、ガスセンサ２２に供給される。ガスセンサ２２としては、例えば質量分析計が考えられる。

図１に示される第一の実施形態において、ホイルチャンバ容積１８は、ガス運搬手段として、さらにコンベヤポンプ２４及び搬送ガス源２６と連結されている。
コンベヤポンプ２４と、搬送ガス源２６とで、連続的に搬送ガス流をホイルチャンバに供給するための、搬送ガス運搬手段２５を形成している。コンベヤポンプ２４は、搬送ガス源２６内の搬送ガスを、ホイルチャンバ容積１８内に運搬する。別の方法として、コンベヤポンプ２４の代わりにスロットルを用いることが考えられる。

図２に示される実施形態は、第一の実施形態と、搬送ガス運搬手段を備えていないという点で異なっている。ホイルチャンバ１０の減圧を行った後、自然透過により、ホイルチャンバ壁１２、１４の内面から抜け出すガス成分を、搬送ガスとして用いる。これらガス成分の透過は、一定の方式で起こる。

図３に示される実施形態は、第一の実施形態と、ホイルチャンバ容積１８が搬送ガス運搬手段と連結されておらず、代わりに一定の搬送ガス容積（例えば大気圧）を有する搬送ガス源２８が連結されている点で異なっている。真空ポンプ２０によりホイルチャンバ１０の減圧を行った後、搬送ガス源２８とホイルチャンバ１０との間のガス運搬連結部であるバルブ３０が開放される。これにより、搬送ガス容積が、ホイルチャンバ１０内に急激に流入する。

３つの実施形態に関して、本方法は以下の様に実施される。

第一の実施形態において、ホイルチャンバ容積１８は、真空ポンプ２０を用いてホイルチャンバ１０を減圧することにより減少する。そして、真空ポンプ２０によりホイルチャンバ１０から引き出された搬送ガス流を、センサ２２で分析している間に、減少した搬送ガス流は、搬送ガス運搬手段２５を用いて、ホイルチャンバ１０に連続的に供給される。センサ２２は、測定されたガス流内の試験ガスの濃度を検出する。漏出があった場合、測定されたガス流は、搬送ガスと試験ガスの混合ガスを含んでいる。搬送ガス流内の試験ガスの濃度cは以下の式で表される。
ここで、第一項は、漏れ口を通った試験ガスの濃度を表しており、第二項は、初めに存在していた試験ガスの濃度の、漏れ口からの試験ガスの濃度への置換を表している。上式は以下の様にも表される。

ここで、
cは、試験ガスの総濃度を表す。
c₀は、搬送ガス流内の試験ガスの初期濃度を表す。
Q_Leakは、漏れ口からの試験ガスの漏れ率を表す。
Q_Flは、搬送ガス流を表す。

第二の実施形態において、ホイルチャンバ容積１８は、真空ポンプ２０を用いてホイルチャンバ１０を減圧することにより減少する。各実施形態において、試験対象物１６は、事前に試験ガスで充たされている。真空ポンプ２０を用いることで、略連続的なガス流が、センサ２２に供給される。ここで、透過により、ホイル１２、１４から内側へ漏出するガスが、搬送ガスとして用いられる。このガス流内の試験ガスの割合が、センサ２２を用いて検出される。

第三の実施形態において、バルブ３０は、ホイルチャンバ１０の減圧後に開放される。そして、搬送ガス源２８に含まれる搬送ガス容積が、ホイルチャンバ１０に流入する。試験ガスが、試験対象物１６の存在し得る漏れ口を通って、ホイルチャンバ容積１８内に漏出し得る、所定の累積時間の経過後に、センサ２２は、試験ガスの濃度を検出する。搬送ガス容積は、所定の累積時間の経過前、経過中又は経過後に、搬送ガス源２８から、ホイルチャンバ容積１８に供給することができる。

Claims (9)

1. 少なくとも１つの可撓性の壁部（１２、１４）を有するホイルチャンバ（１０）内の試験対象物（１６）に対する気密性試験の実施方法であって、
   前記試験対象物を前記ホイルチャンバ内に取り込む工程と、
   前記試験対象物を前記ホイルチャンバ内に取り込む際に、既に前記試験対象物に含まれているガス又はガス成分を気密性試験のための試験ガスとして用いる工程と、
   前記試験対象物内の前記試験ガスの圧力及び大気圧よりも低い圧力に、前記ホイルチャンバの圧力を減圧する工程と、
   搬送ガスを、前記ホイルチャンバ内であって、前記試験対象物の外側の領域に取り込む工程と、
   前記ホイルチャンバ内であって、前記試験対象物の外側の領域に生成される混合ガスにおける前記試験ガスの濃度を測定する工程と、を備え、
   連続した搬送ガス流が、前記試験ガスの濃度の測定中に、前記ホイルチャンバに供給され、
   前記搬送ガス流が、前記ホイルチャンバ内の真空によって前記可撓性の壁部（１２、１４）から抜け出すガス成分により形成されることを特徴とする、気密性試験の実施方法。
2. 前記搬送ガス流が、搬送ガス運搬手段（２５）を用いて、能動的に供給されることを特徴とする、請求項１に記載の気密性試験の実施方法。
3. 前記搬送ガスが、ホイルチャンバ容積のガス量の体積流量を、一秒に最大で一回、前記ホイルチャンバ内に供給されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の気密性試験の実施方法。
4. 前記ホイルチャンバ内に取り込まれた前記搬送ガスの量が、前記ホイルチャンバ内の圧力を、最大で１００ｍｂａｒだけ増加させることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の気密性試験の実施方法。
5. 前記ホイルチャンバが、前記試験ガスの濃度の測定前に、最大で７００ｍｂａｒの圧力まで減圧されることを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載の気密性試験の実施方法。
6. 前記試験ガスとして、窒素や酸素、二酸化炭素といった空気中の成分を用いることを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載の気密性試験の実施方法。
7. 前記試験ガスとして、前記試験対象物内に包装された製品の芳香物質を用いることを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載の気密性試験の実施方法。
8. 前記試験ガスとして、前記試験対象物内に包装された製品により生成されるガスを用いることを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載の気密性試験の実施方法。
9. 前記試験対象物は、前記ホイルチャンバ内に載置される前に、前記試験ガスで充たされることを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載の気密性試験の実施方法。