JP7510791B2

JP7510791B2 - エアリークテスト装置

Info

Publication number: JP7510791B2
Application number: JP2020101813A
Authority: JP
Inventors: 努原; 孝彰渡辺; 大亮宮嶋; 明満田辺
Original assignee: Fukuda Co Ltd
Current assignee: Fukuda Co Ltd
Priority date: 2020-06-11
Filing date: 2020-06-11
Publication date: 2024-07-04
Anticipated expiration: 2040-06-11
Also published as: JP2021196229A

Description

本発明は、ワークの気密性を検査するためのエアリークテスト装置に関する。

特許文献１に開示されているように、圧力源が設けられた主回路と、開閉可能なワークカプセルとマスタカプセルがそれぞれ設けられた一対の分岐回路と、を備えたエアリークテスト装置は公知である。ワークカプセルにワークを収容して密封し、ワークカプセルとマスタカプセルに圧力源からの設定圧を供給した後、一対の分岐回路を閉じ、ワークカプセルとマスタカプセルの差圧を差圧センサで検出し、この検出差圧に基づいてワークの密封性の良否を判定している。

ＷＯ２０１７／２０８５４３号公報

特許文献１に記載された一般的なエアリークテスト装置では、設定圧の供給後、ワークカプセルおよびマスタカプセルの圧力が安定するのを待って分岐回路を閉じ、さらに所定時間経過を待って検出された差圧に基づき、ワークの密封性の良否を判定するため、１回のリークテストに要する時間が長くなる。そのため、例えば大量生産されたワークの全数検査が求められる場合に、それに応えることが困難であった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、開閉可能なワークカプセルと、
設定圧を供給する圧力源と、上記圧力源と上記ワークカプセルの間に配置された開閉弁およびオリフィスと、上記ワークカプセル内の圧力を検出する圧力検出手段と、制御・演算手段と、を備え、上記制御・演算手段は、上記ワークカプセルにワークを収容して密封した状態で上記開閉弁を開いて上記オリフィスにエアを流通させることにより、上記ワークカプセル内の圧力を変化させ、上記圧力検出手段で検出した上記ワークカプセル内の圧力に基づき、上記ワークの気密性の良否を判定する。

上記構成によれば、オリフィスでのエア流通によりワークカプセル内の圧力を変化させ、この変化した圧力に基づいてワークの気密性の良否を判定するため、供給圧が安定するのを待つ従来のエアリークテスト方法に比べて格段に検査時間を短縮することができる。

好ましくは、上記制御・演算手段は、上記オリフィスでエアが流通している時に、上記開閉弁を閉じ、この閉じ動作後に生じる上記検出圧力のピーク値に基づき、上記ワークの気密性の良否を判定する。
上記構成によれば、開閉弁の閉じ動作の検出圧力のピーク値に基づき、正確に検査を行なうことができる。

好ましくは、上記制御・演算手段は、上記開閉弁の閉じ動作後の所定時間経過時点での上記検出圧力に基づき、上記ワークの気密性の良否を判定する。
上記構成によれば、より一層正確に検査を行なうことができる。

好ましくは、上記制御・演算手段は、上記開閉弁の開き動作後、上記オリフィスにエアが流通している途中の所定時間経過時点での上記検出圧力に基づき、上記ワークの気密性の良否を判定する。
上記構成によれば、より一層短時間に検査を行なうことができる。

本発明によれば、ワーク毎の気密性検査の時間を大幅に短縮できる。

本発明の一実施形態に係るエアリークテスト装置の回路構成図である。上記エアリークテスト装置により正圧の設定圧を用いて実行される検査工程において、ワークカプセルの圧力変化を示すグラフであり、良品と小漏れ品と大漏れ品の場合をそれぞれ示す。負圧の設定圧を用いた場合の図２相当のグラフである。

以下、本発明の一実施形態に係るエアリークテスト装置について、図面を参照しながら説明する。本実施形態で検査対象となるワークは、例えば包装された医薬品や食品であり、包装の密封性の良否が検査される。

図１に示すように、エアリークテスト装置は、ワークＷを収容する開閉可能なワークカプセル１０を備えている。本実施形態のワークカプセル１０は、カプセル本体１１と、蓋体１２とを有している。図示しない昇降手段によりカプセル本体１１と蓋体１２のいずれかが昇降され、これにより、ワークカプセル１０内が密封され、開放される。

ワークカプセル１０には、圧力供給回路２０が接続されている。圧力供給回路２０には、ワークカプセル１０に向かって順に設定圧を供給する圧力源２１と開閉弁２２とオリフィス２３が設けられている。
ワークカプセル１０には、ワークカプセル１０内の圧力、例えば絶対圧を検出する圧力計２５（圧力検出手段）が接続されている。
ワークカプセル１０には、ワークカプセル１０と大気との間を連通、遮断する開閉弁２６が接続されている。

エアリークテスト装置は、さらに制御・演算手段３０を備えている。この制御・演算手段３０は、ワークカプセル１０を開閉するための昇降手段の昇降制御、開閉弁２２，２６の開閉制御を実行するとともに、圧力計２５からの検出圧力に基づくワークＷの密封性の良否判定を行なう。

上記構成をなすエアリークテスト装置において、制御・演算手段３０で実行される検査工程について詳述する。本実施形態では設定圧を大気圧の５倍以上の正圧、例えば約７００ＫＰａとする。

ワークＷをワークカプセル１０に収容してワークカプセル１０を密封した後、開閉弁２２を開く。すると、設定圧がオリフィス２３の一端に付与される。オリフィス２３の他端に連なるワークカプセル１０内は大気圧であるので、オリフィス２３には、設定圧と大気圧との差と、オリフィス２３の寸法（断面積、長さ）によって決定される流量のエアが、オリフィス２３を流れてワークカプセル１０に向かう。

ワークカプセル１０には、オリフィス２３によって流量を制限された正圧のエアが供給されるため、ワークカプセル１０の圧力は、図２に曲線で示すように上昇する。図２において曲線Ａは、ワークＷが良品である場合すなわち包装に欠陥がない場合の圧力変化を示し、曲線ＢはワークＷの包装に微小のピンホールが形成されている場合（以下、このようなワークＷを小漏れ品と言う。）の圧力変化を示し、曲線ＣはワークＷの包装に大きな欠陥がある場合（以下、このようなワークＷを大漏れ品と言う。）の圧力変化を示す。

図２に示すように、ワークカプセル１０の圧力上昇の曲線は、良品と大漏れ品と小漏れ品で異なる。ワークＷが良品の場合、ワークカプセル１０内の正圧のエアがワークＷの包装内の密封空間に入り込まないので、曲線Ａに示すように、上記オリフィス２３での正圧のエア流入に対応して圧力が上昇する。

ワークＷが小漏れ品の場合、ワークカプセル１０内の正圧のエアが、ワークＷの包装のピンホールから包装内の密封空間へ少量ずつ入り込む。そのため、ワークカプセル１０内の圧力は、曲線Ｂに示すように、ワークＷの密封空間へと入り込む分だけ良品の場合（曲線Ａ参照）より低くなる（圧力上昇が遅れる）。

ワークＷが大漏れ品の場合、ワークカプセル１０内の正圧のエアが、ワークＷの包装の大きな欠陥から包装内の密封空間へと一気に入り込む。そのため、ワークカプセル１０内の圧力は、曲線Ｃに示すように、ワークＷの密封空間へとエアが一気に入り込んだ分だけ良品の場合（曲線Ａ参照）および小漏れ品の場合（曲線Ｂ参照）より低くなる（圧力上昇が遅れる）。

上記開閉弁２２の開き動作後、所定時間ｔ_１（１秒）経過した時点で、開閉弁２２を再び閉じる。この時のワークカプセル１０内の圧力は、大気圧の２倍弱例えば１．４～１．５倍程度であり、圧力源２１の設定圧力より遥かに低い。
開閉弁２２が閉じ動作をすると、若干のタイムラグ（数１０ｍsec）を経て圧力曲線Ａ，Ｂ，Ｃはピークを迎える。なお、タイムラグは開閉弁２２の動作遅れ時間を含む。
制御・演算手段３０は、圧力計２５からの検出圧力の情報を極めて短時間毎（例えば１ｍsec毎）に獲得する。制御・演算手段３０では、この検出圧力の変化から、ピーク値を演算することができる。

上記検出圧力のピーク値は、開閉弁２２の閉じ動作前の圧力上昇の仕方を反映しており、良品の場合が最も高く、大漏れ品の場合が最も低く、小漏れ品の場合が中間である。制御・演算手段３０では、このピーク値を閾値と比較し、閾値より高い場合には良品と判断し、閾値より低い場合には不良品（小漏れ品または大漏れ品）と判断する（一回目の良否判定）。
なお、小漏れ品と大漏れ品の区別が必要な場合には、上記閾値を第１の閾値とし、さらにこの第１の閾値より低い第２の閾値を設定し、検出圧力のピーク値が第２の閾値より高い場合には小漏れ品と判定し、低い場合には大漏れ品と判定する。

開閉弁２２の閉じ動作後、ワークカプセル１０の圧力は、上記ピーク値から時間の経過とともに低下する傾向がある。この過程での圧力は、上記ピーク値を反映しており、良品の場合が最も高く、大漏れ品の場合が最も低く、小漏れ品の場合が中間である。なお、小漏れ品の場合は、この過程でもワークカプセル１０内の正圧のエアが、ワークＷのピンホールからワークＷの密封空間へと少量ずつ入り込むため、良品と大漏れ品に比べて圧力低下が大きくなり、曲線Ｂは曲線Ａから離れて曲線Ｃに近づく傾向にある。

制御・演算手段３０は、開閉弁２２の開き動作から所定時間ｔ_２例えば１．５秒した経過した時点、すなわち開閉弁２２の閉じ動作から０．５秒経過した時点で、ワークカプセル１０の検出圧力を獲得する。この検出圧力を他の閾値と比較して、ワークＷが良品か不良品（小漏れ品または大漏れ品）かを判断を行なう。（二回目の良否判定）
なお、小漏れ品と大漏れ品の区別が必要な場合には、上記ピーク値に基づく判定の場合と同様に２つの閾値を用いる。

制御・演算手段３０は、開閉弁２２の開き動作から所定時間ｔ_３例えば１．７秒経過した時点、すなわち二回目の判定を実行してから所定時間例えば０．２秒経過した時点で、開閉弁２６を開いてワークカプセル１０内の正圧のエアを排気し、ワークカプセル１０内を大気圧に戻す。その直後にワークカプセル１０を開き、検査済のワークＷを取り出し、次に検査すべきワークＷをセットする。

上述したように、ワークＷの気密性の検査を極めて短時間で実行することができる。また、ワークＷが小漏れ品または大漏れ品のいずれであっても、上記検査工程だけで良品と識別することができる。

上記実施形態で、制御・演算手段３０は、２回の良否判定を行なうことにより、判定の精度を高めているが、いずれかの良否判定だけを実行してもよい。検出圧力のピーク値だけに基づき良否判定を行なう場合には、この良否判定の直後に開閉弁２６を開いてワークカプセル１内の排気を行なうので、検査工程に要する時間をより一層短縮することができる。

上記実施形態では、開閉弁２２を閉じてオリフィス２３での正圧のエアの流通を停止させた後のワークカプセル１０内の検出圧力に基づき、ワークＷの良否判定を行なっているが、開閉弁２２を閉じる前のワークカプセル１０内の検出圧力に基づき、上記と同様にしてワークＷの良否判定を行なってもよい。この場合には、さらに検査時間を短縮することができる。

図１に示すように、ワークカプセル１０に校正回路５０，６０を接続してもよい。
校正回路５０は、ワークカプセル１０から順に開閉弁５１とオリフィス５２と可変容器５３を有している。オリフィス５２は、検査対象となるワークＷで許容限界例えば５０μｍ径のピンホールに相当する流通抵抗を有している。可変容器５３は、マイクロねじにより容積を高精度に調節でき、検査対象のワークＷの密閉空間と等しい容積例えば２ｍｌを有している。開閉弁５１は手動でもよい。
ワークカプセル１０に良品のワークＷを収容し、開閉弁５１を開いた状態で、上述した検査工程を実行し、良否判定時点での検出圧力を第１閾値とすることができる。

校正回路６０は、ワークカプセル１０から順に開閉弁６１と可変容器６３を有している。可変容器６３は、校正回路５０の可変容器５３と同様に、マイクロねじにより容積を高精度に調節でき、検査対象のワークＷの密閉空間と等しい容積を有している。開閉弁６１は手動でもよい。
ワークカプセル１０に良品のワークＷを収容し、開閉弁６１を開いた状態で、上述したリークテストを実行し、良否判定時点での検出圧力を第２閾値とする。

上記校正回路５０，６０は、必要に応じてまたは工場出荷の際にだけ接続するようにしてもよい。この場合、開閉弁５１，６１を省くことができる。

次に、設定圧を負圧例えば２０ＫＰａにした場合の検査工程を説明する。この場合、開閉弁２２が開かれると、密閉されたワークカプセル１０内のエアがオリフィス２３を通って出ていくので、ワークカプセル１０内の検出圧力は図３に示すように低下する。
検査工程でのエアリークテスト装置の各構成要素の動作は、設定圧が正圧の場合と同様であるので、詳細な説明を省略する。

良品の場合、曲線Ａ’で示すように、上記オリフィス２３を介してのエア流出に対応して圧力が低下する。
小漏れ品の場合、ワークＷの密封空間のエアがワークＷの包装のピンホールからワークカプセル１０へと少量ずつ流出するので、ワークカプセル１０内の圧力は、曲線Ｂ’に示すように、ワークＷの密封空間からのエアの流出分だけ良品の場合（曲線Ａ’参照）より高くなる。
大漏れ品の場合、ワークＷのピンホールからワークＷの密封空間のエアがワークカプセル１０内へと一気に流出するため、ワークカプセル１０内の圧力は、曲線Ｃ’に示すように、ワークＷの密封空間から一気にエアが流出する分だけ良品の場合（曲線Ａ’参照）および小漏れ品の場合（曲線Ｂ’参照）より高くなる。

検出圧力のピーク値に基づく良否判定、ｔ２での良品判定は正圧の場合と同様であるので、詳細な説明を省略する。

本発明は、前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改変をなすことができる。本発明は、ワークは電子部品等、包装されないワークの内部空間の気密性の良否を判定する場合にも適用できる。

本発明は、医薬品等の気密性検査に適用できる。

１０ワークカプセル
２１圧力源
２２開閉弁
２３オリフィス
Ｗワーク

Claims

開閉可能なワークカプセルと、
設定圧を供給する圧力源と、
上記圧力源と上記ワークカプセルの間に配置された開閉弁およびオリフィスと、
上記ワークカプセル内の圧力を検出する圧力検出手段と、
制御・演算手段と、
を備え、
上記制御・演算手段は、上記ワークカプセルにワークを収容して密封し、上記開閉弁を開いて上記圧力源と上記ワークカプセルを連通させた状態を維持したまま、上記オリフィスにエアを流通させることにより、上記ワークカプセル内の圧力を変化させ、この圧力変化は、設定圧が正圧の場合には設定圧より低い圧力範囲での圧力上昇であり、設定圧が負圧の場合には、設定圧より高い圧力範囲での圧力低下であり、
さらに上記制御・演算手段は、上記ワークカプセル内の圧力が変化する過程で、上記圧力検出手段で検出した上記ワークカプセル内の圧力に基づき、上記ワークの気密性の良否を判定することを特徴とするエアリークテスト装置。
上記制御・演算手段は、上記圧力源と上記ワークカプセルを連通させた状態での上記ワークカプセル内の圧力の変化の途中において、上記開閉弁の開き動作から設定時間経過時点で上記開閉弁を閉じ動作させ、
さらに、上記設定時間経過時点より前に、開き動作してから所定時間経過時点での上記検出圧力に基づき、上記ワークの気密性の良否を判定することを特徴とする請求項１に記載のエアリークテスト装置。
上記制御・演算手段は、上記圧力源と上記ワークカプセルを連通させた状態での上記ワークカプセル内の圧力の変化の途中において、上記開閉弁の開き動作から設定時間経過時点で上記開閉弁を閉じ動作させ、
さらに、上記開閉弁の閉じ動作後の上記圧力検出手段の検出圧力に基づき、上記ワークの気密性の良否を判定することを特徴とする請求項１に記載のエアリークテスト装置。
開閉可能なワークカプセルと、
設定圧を供給する圧力源と、
上記圧力源と上記ワークカプセルの間に配置された開閉弁およびオリフィスと、
上記ワークカプセル内の圧力を検出する圧力検出手段と、
制御・演算手段と、
を備え、
上記制御・演算手段は、上記ワークカプセルにワークを収容して密封し、上記開閉弁を開いて上記圧力源と上記ワークカプセルを連通させた状態を維持したまま、上記オリフィスにエアを流通させることにより、上記ワークカプセル内の圧力を変化させ、この圧力変化は、設定圧が正圧の場合には設定圧より低い圧力範囲での圧力上昇であり、設定圧が負圧の場合には、設定圧より高い圧力範囲での圧力低下であり、
さらに上記制御・演算手段は、上記圧力源と上記ワークカプセルを連通させた状態での上記ワークカプセル内の圧力の変化の途中において、上記開閉弁の開き動作から設定時間経過時点で上記開閉弁を閉じ動作させ、
上記開閉弁の閉じ動作に伴って生じる上記ワークカプセル内の圧力のピーク値を上記検出手段の検出圧力に基づき決定し、このピーク値に基づき、上記ワークの気密性の良否を判定することを特徴とするエアリークテスト装置。
上記制御・演算手段は、上記開閉弁の閉じ動作後の上記圧力検出手段の検出圧力に基づき、上記ワークの気密性の良否を判定することを特徴とする請求項４に記載のエアリークテスト装置。
上記制御・演算手段は、上記開閉弁の閉じ動作後の所定時間経過時点での上記検出圧力に基づき、上記ワークの気密性の良否を判定することを特徴とする請求項３または５に記載のエアリークテスト装置。