KR20120090960A - 압력을 이용한 누출 테스터 - Google Patents

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KR20120090960A
KR20120090960A KR1020127005863A KR20127005863A KR20120090960A KR 20120090960 A KR20120090960 A KR 20120090960A KR 1020127005863 A KR1020127005863 A KR 1020127005863A KR 20127005863 A KR20127005863 A KR 20127005863A KR 20120090960 A KR20120090960 A KR 20120090960A
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나오토 이즈모
타카아키 카가와
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가부시키가이샤 에이 앤 디
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Abstract

피펫 등의 액체 용량계의 누출 시험을 가지고 다닐 수 있는 소형인 장치로 정확하게 실시하는 것을 가능하게 한다.
튜브(11)를 개재시켜 피펫(P)을 장치 본체 측에 접속한다. 이 상태에서 중앙 처리부(8)의 지령에 의해 펌프(3)를 흡인 작동시켜 소정 압력까지 피펫(P) 측을 감압하고, 소정 시간 압력의 변화를 압력 센서(7)로 보고 중앙 처리부(8)는 피펫(P)의 누출 유무를 판정하여 판정 결과를 표시부(9)에 표시한다. 펌프(3)를 특히 다이어프램 형으로 한 경우, 흡인 시에 공기류가 맥동하므로 압력 용기(5)에서 이 맥동을 감쇠시켜 다른 여건에 악영향을 끼치지 않도록 한다. 공기의 유동 경로에는 필터(10)가 배치되어, 감압 시에 피펫(P) 측에서 잔류물이 장치 내로 칩입하지 않도록 하고, 가압 시에는 펌프(3) 측에서 토출되는 기체에서 먼지가 피펫(P)에 유입되지 않도록 한다. 그리고 필터(10)는 케이스(1)의 외부에 배치됨으로써 케이스를 개방하지 않고 필터(10)만을 교환할 수 있다.

Description

압력을 이용한 누출 테스터{LEAKAGE TESTER UTILIZING PRESUURE}
본 발명은 액체의 용량을 계측하는 기기, 특히 피펫이라고 호칭되는 액체의 정량 토출기의 성능을 검사하는 장치에 관한 것이다.
액체 용량계의 하나로서, 액체를 흡인하며 또한 정량을 토출하는 기구로서의 피펫(Pipette) 혹은 디스펜서라고 불리는 액체 정량 토출장치(이하 "피펫"이라는 용어로 통일함)는 그 장치의 성질상 당연한 것이지만 적정한 토출을 행할 수 있는 것을 전제로 하고 있다.
여기서 미리 정해진 양의 액체를 토출하는 기구로서의 피펫은 미리 정해진 양의 액체를 토출할 필요성이 있는 기술분야, 사용분야의 다양화와 함께, 그 사용 수가 증가하는 추세에 있다. 예컨대, 제약업계, 바이오 관계의 시장확대와 함께 전 세계에서 200만 개/연 정도의 판매량이 되고 있으며, 현재에도 연간 5% 정도의 확대가 계속되고 있다. 또한 피펫 자체는 그렇게 고가인 기구가 아니기 때문에, 예컨대 연구소 레벨에서는 한 사람의 연구자가 10개 정도 소유하고 있는 일도 드문 일이 아니다.
한편, 기술의 고도화 등에 따라 피펫에 대해 더욱 고성능이 요구되는 동시에, 그 성능을 보증할 필요성도 높아지고 있다. 이 때문에, 피펫에 대해서는 현재 약 40만 개/년이 그 성능유지를 위한 검사, 교정, 수리를 받고 있으며 향후 대상개수는 더욱 증가하게 될 것으로 생각된다.
피펫은 실린더로서 구성되어 있는 본체 내에서 작동하는 피스톤의 작동에 의한 실린더부의 용량 변화에 의해 소정량의 액체를 흡인하며, 또한 토출하는 구성으로 이루어져 있다. 이 때문에 피펫에 의한 액체의 흡인, 토출 성능은 피스톤 부분을 중심으로 한 장치의 기밀성 유지에 달려 있다고 할 수 있다. 이러한 점도 고려하여 아래의 특허문헌과 같이 기밀성이 요구되는 장치의 기밀상태를 검사(누출 테스트) 하는 장치가 제안되어 있으며, 피펫의 성능 검사도 이 장치를 사용하여 일단 가능한 것으로 생각된다.
일본국 특공 평 04-019431 일본국 특개 평 08-320270 일본국 특개 평 10-096677 일본국 특개 2005-091042 미국 특허 5537880
상기 특허문헌 중, 1 내지 3은 배관계의 누출, 중공부를 가지는 기계구조물의 크랙의 유무, 주조물 중의 불량품의 검출 등을 목적으로 하고 있고, 어느 쪽인가하면 범용 누출 테스트용 장치로서, 그 검사대상으로부터 장치 전체는 상당히 대형화 되어 있고, 또한 고가이며, 더욱이 피펫의 검사에서는 필요 이상으로 대형의 강력한 펌프를 설치하고 있는 점, 따라서 미묘한 압력의 조정에는 적합하지 않은 등, 실제로는 피펫의 누출 테스트에 사용하는 것이 매우 어려운 장치이다.
다음에 특허 문헌 4의 발명은 내시경의 기밀성을 검사하는 장치이고, 장치를 소형으로 구성하는 것은 가능하다고 생각되나, 어디까지나 위생면, 안전면에서 내시경 내에 액체나 소독액이 침입하지 않도록 핀 홀, 접합부의 느슨함 등의 유무를 검사하는 것이 목적이며, 검사는 누출 제로 또는 누출 있음 중의 어느 한쪽을 측정하면 족한 것으로, 장치의 성능을 측정하는 것은 아니다.
특허 문헌 5는, 자동 피펫 장치로서 구성된 대형의 자동기기에 마련된 시스템이고, 피펫 조작 시에 있어 피펫의 흡인성능을 검사할 수 있도록 구성되어 있다. 이 장치는 피펫의 성능 검사라고 하는 점에서 본원 발명과 목적을 동일하게 하는 부분이 있으나, 자동 피펫 장치라고 하는 매우 대형이며, 고가인 장치에 마련된 시스템이고, 후술하는 본원 발명과 같은 운반은 전혀 불가능하며, 또한 범용의 피펫을 검사할 수 있는 장치도 아니다.
본 발명은 상기 목적에 비추어 이루어진 것이다.
즉, 본 발명은 용이하게 가지고 다닐 수 있는 크기로 형성되어, 장치 내에 펌프와 압력 용기와 밸브(특히 역지 밸브)와 중앙 제어부가 마련되고, 필요하면 펌프는 가압, 감압의 양쪽이 가능하도록 공기의 토출과 흡인이 변환되도록 구성되어, 피펫과 접속하는 쪽의 관로에는 필터가 배치되며, 또한 이 필터는 필요하면 장치의 케이스 외부에 위치하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 피펫 등 액체 용량계용의 성능을 시험하는 장치(이하 "압력을 이용한 누출 테스트" 혹은 간단하게 "누출 테스트"라고 함)이다.
소형 펌프와, 신뢰성이 높은 공압 회로 구성과, 내부의 기기를 제어하는 마이크로 컴퓨터로서의 중앙 처리부(CPU) 등에 의해 장치 전체를 용이하게 가지고 다닐 수 있는 크기로 구성되기 때문에, 피펫의 검사를 장소를 불문하고 실시하는 것이 가능하다.
공기의 통과 경로(흡기/토출)에는 필터가 배치되어 있기 때문에, 예컨대 피펫을 흡기(감압)에 의해 테스트하는 경우에는 피펫에 부착되어 있던 오염물 등은 이 필터로 여과되어 펌프나 압력 용기 등에 이들 오염물이 침입하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 토출(가압)에 의한 테스트시에는 장치 측에서 토출되는 공기에 포함되는 더스트(dust) 등이 있을 경우에는 이들 더스트도 역시 필터로 여과되기 때문에 피펫 측에 더스트가 칩입하는 것도 방지할 수 있다.
더욱이, 필터를 장치의 케이스 외부에 배치함으로써, 장치를 개방하지 않고 필터를 교환하는 것도 가능해진다.
또 공기의 통로에 압력검출장치를 설치하며, 또한, 미리 필터가 막히지 않은 상태에서의 펌프의 토출압 혹은 흡인압을 기록해두면, 이 토출압 혹은 흡인압의 변화를 측정함으로써 필터의 교환 시기를 중앙처리부에서 검지하여 이것을 알리는 것도 가능해진다.
게다가 또 유체의 역류를 방지하는 밸브로서 전자 밸브를 사용하지 않고, 구조가 간단하면서 신뢰성이 높은 역지 밸브를 사용하며, 또한, 펌프는 경량이면서 염가인 다이어프램식 펌프를 사용함으로써 장치 전체를 경량?소형?염가 그리고 신뢰성이 높은 것으로 할 수가 있다.
도 1은, 본 발명의 제 1 실시예로서, 감압 사용시 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 2는, 본 발명의 제 2 실시예로서, 가압 사용시의 장치의 구성을 나타내는 계통도이다.
도 3은, 감압 사용시의 피펫의 누출 검사를 행할 때의 감압상태의 시간적 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는, 본 발명의 제 3 실시예로서, 본 발명에 관한 장치의 구체적 구성 예를 나타내며, (A)는 장치 평면도, (B)는 정면도, (C)는 좌측면도, (D)는 우측면도이다.
도 5는, 피펫을 접속한 상태의 장치의 사시도이다.
[실시예 1]
이하 본 발명의 실시예를 도면을 참고하여 구체적으로 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 구성을 나타내고, 도 1은 공기의 흡인에 의해, 즉 검사대상인 피펫을 감압하는 것에 의한 테스트를 행하는 경우의 구성을, 또 도 2는 공기의 토출에 의해, 즉 검사대상인 피펫을 가압하는 것에 의한 테스트를 행하는 경우의 구성을 각각 나타내고 있으나, 양 구성 자체는 기본적으로 동일한 것이다. 먼저 실시예 1로서 공기의 흡인에 의한 구성의 경우를 설명한다.
도 1에서, 부호 1은 장치 본체를 나타내는 케이스이며, 이 케이스의 구성은 다양하게 생각할 수 있으나, 예컨대, 도 4와 같은 형상으로 구성된다. 어떠한 경우라도 케이스(1)의 크기는 한 손으로 들 수 있는 정도의 컴팩트한 크기?형상으로 구성되어 있다.
케이스(1) 내에는 공기가 유동하는 관로가 형성되어 있는데, 이 중 장치 외부와 직접접속관로를 외부접속관로(L1), 이 외부접속관로(L1)에 대하여 접속되고, 그 경로에 내부의 기기가 배치되어 있는 관로를 내부 관로(L2)로 한다. 단, 이 관로(L1, L2)의 명명은 어디까지나 설명의 편의상 부여하는 것이고, 관로 자체는 일련으로 구성되어 있다.
외부접속관로(L1)는 케이스(1)의 양 측면에 각각 형성된 본체 커넥터(2A, 2B)와 접속되어 있다. 한편, 관로(L2)의 단부에는 펌프(3)가 배치되어 있다. 펌프(3)는 소형인 것이면 종류는 불문하되, 크기?가격 등을 고려하면, 예컨대, 다이어프램형 펌프가 적당하다.
또 본체 커넥터(2A, 2B)는 외부접속관로(L1)의 구성에서도 명백한 바와 같이, 어느 한쪽을 선택하여 사용할 수 있도록 구성되어 있다. 도시한 구성에서는 본체 커넥터(2A) 측이 사용되고, 본체 커넥터(2B)는 사용되지 않는다. 또한, 사용되고 있지 않은 쪽의 본체 커넥터(2B)는 멈춤 꼭지(6) 등, 이 커넥터를 폐지하는 부재가 장착되어 있다. 이와 같이 본체 커넥터를 케이스(1)의 양 측부에 형성해 두면, 예컨대, 장치의 한쪽이 벽이나 다른 장치에 밀착되어 있을 때라도 다른 쪽의 개방되어 있는 측면 커넥터를 이용할 수 있다. 또한, 오른손잡이, 왼손잡이에 맞게 사용하는 커넥터를 선택할 수 있는 등의 편리성이 있다.
부호 5는 내부 관로(L2)에 마련된 압력 용기로서, 이 압력 용기(5)와 상기 펌프(3) 사이에 역지 밸브(4A)가 배치되어 있다. 도 1의 구성에서는 펌프(3)는 흡인 동작을 하도록 설정되어 있고, 이 역지 밸브(4A)는 미리 설정된 일정 시간 펌프(3)가 작동한 후, 이 펌프(3)가 멈춤으로써 피펫(P)에서 펌프(3)까지의 전체 공기 유로에서 발생한 부압을 설정된 시간 유지하는 목적으로 배치되어 있다.
여기서 역지 밸브(4A) (후술하는 역지 밸브(4B)도 포함) 대신에 전자 밸브를 마련하는 것도 생각할 수 있지만, 다음과 같은 이유에 의해 역지 밸브를 마련하는 것이 기술적으로 혹은 경제적으로 타당하다. 즉, 전자 밸브는 전기 신호에 의해 액체나 기체의 유통 회로의 개폐가 가능하기 때문에, 회로 제어에 있어서는 매우 편리한 밸브라고 할 수 있다. 그러나 스위칭 레귤레이터 등의 구동 전원(통상 직류 12V 또는 24V)으로서 직류 전원을 별도로 필요로 하고, 또 구조가 복잡하고 중량도 커지면서 고가이다. 더욱이, 구조상 고장이 발생하기 쉽고 밸브 작동시의 각 부분의 슬라이딩 동작 등에 의해 마모된 가루의 발생 등, 본 발명 장치에 사용하기에는 기술적, 경제적으로 난점이 있다. 이러한 점을 감안하여 위에서 설명한 바와 같이 펌프(다이어프램형 펌프)와 역지 밸브의 조합이 타당하다.
다음에 부호 7은 압력 센서이고, 내부 관로(L2) 내의 압력을 검지하고 있다. 부호 8은 장치 전체를 제어하는 중앙 처리부(CPU)이며, 이 압력 센서(7)의 검지 데이터가 입력됨과 동시에, 상기 펌프(3)의 운전을 제어한다. 부호 9는 중앙 처리부(8)에서 출력되는 데이터를 표시하기 위한 표시부로서, 예컨대, 감압시의 감압상태, 검사대상 피펫의 검사결과, 필터의 교환 등의 표시를 한다.
부호 10은 필터로서, 공기의 유동 경로상으로는 내부 관로(L2)에 배치되어 있으나, 이 필터의 배치 부분은 케이스(1)의 외부가 되도록 구성되고, 따라서, 필터(10) 자체는 케이스(1)의 외부에 배치되게 된다. 통상적으로는 장치의 뒷면이나 바닥면 등에 배치되지만, 장치의 정면이나 측면에 배치하는 것도 가능하다. 또 이 필터의 배치 부분에 커버를 배치하여 통상적으로는 필터(10)가 외부에서는 보이지 않도록 하는 것은 물론 가능하다. 이러한 구성으로 함으로써, 케이스(1)를 개방하는 일 없이 필터(10)를 교환할 수 있다.
다음에 튜브(11)를 사용하여 검사대상인 피펫(P)을 장치 본체에 접속한 상태에서, 이 피펫(P)의 성능 검사(누출 검사)의 상태를, 주로 도 3을 이용하여 구체적으로 설명한다. 그리고 도 1중, 부호 12는 튜브(11)에 마련된 커넥터로서 튜브(11)를 본체 접속 측과 피펫 접속 측으로 분할할 수 있는 구조로 되어 있으나, 이 튜브(11)에 마련된 커넥터(12)는 본 발명의 필수 구성요소는 아니다.
먼저 본체에 마련된 스타트 키(도시 생략)를 누름으로써, 중앙 처리부(8)는 펌프(3)에 작동 신호를 발하여 펌프(3)가 작동하고, 튜브(11), 외부접속관로(L1), 내부접속관로(L2)를 개재시켜 공기를 펌프(3) 측으로 흡인하여 피펫(P) 측을 감압시킨다. 그리고 이 경우 펌프(3)가 다이어프램형이면, 공기의 흡인에 맥동이 생기지만, 이 맥동은 공기가 압력 용기(5)를 통과할 때에 감쇠되어 검사결과나 피펫(P) 측에 악영향을 끼치지 않는다.
도 3에서, 상기 펌프(3)를 작동시킴으로써 미리 설정된 압력 P0 까지 감압하고, 설정된 압력 P0이 되었을 때 중앙 처리부(8)는 펌프(3)에 대해 정지 신호를 발하여 펌프(3)를 정지시킨다. 이 상태에서 중앙 처리부(8)는 압력의 변화를 일정 시간(Δt) 모니터하여, 이 Δt에서의 압력의 변화 ΔP를 계측하고, 이 ΔP의 값이 미리 설정된 임계치 이하인지 이상인지로 피펫(P)의 성능, 즉 누출 상태의 유무를 판정한다. 판정 결과는 표시부(9)에 표시되며 검사는 종료된다.
[실시예 2]
도 2는 실 시예 2를 나타내며, 가압에 의한 검사를 행하는 경우의 구성을 나타낸다.
도시한 구성은 앞에서 설명한 대로 도 1에 나타나는 구성과 거의 같지만, 펌프(3)는 "토출"로 설정되어 있고, 이 펌프(3)의 설정에 대응하여 역지 밸브(4B)는 압력 용기(5) 측의 공기가 펌프(3)로 역류하지 않도록 설정되어 있다.
또 가압에 의한 피펫의 검사에서는, 도 3에 나타나는 그래프는 시간축 t에 대해 선(線) 대상인 그래프가 된다. 즉, 미리 설정된 압력으로 가압하여 일정 시간 Δt에서의 압력 변화(감압)를 모니터함으로써 피펫의 누출을 검사한다.
이와 관련하여 상기 실시예 1의 감압에 의한 검사는 피펫의 액체 흡인시의 성능 검사에 적합하고, 본 실시예 2의 가압 검사는, 흡인된 액체의 토출 성능의 검사에 적합하다. 또 양 도면에서 당연히 이해되는 바와 같이 본 장치를 사용하면 가압?감압의 실시에 의해 피펫의 흡인?토출의 양쪽 성능검사를 연속하여 용이하게 실시할 수 있다.
[ 실시예 3]
도 4 및 도 5는 상기의 시험 장치의 구체적인 구성 예를 나타내고 있다.
장치 전체는 피펫(P)의 전체 길이에서도 명백한 바와 같이, 소형으로 형성되면서 장치 내부도 소형의 펌프(3), 중앙 처리부(8)를 포함하는 전자 기판, 중공의 압력 용기(5) 등의 경량인 부품만으로 구성되기 때문에, 용이하게 가지고 다닐 수 있는 크기 및 중량으로 되어 있다. 필터(10)의 배치부는 직접 도시되어 있지 않지만, 예컨대, 케이스(1)의 바닥면에 형성된 오목부(Recess, 1')나 케이스(1)의 뒷면에 배치되는 등, 그 부착위치는 자유로운 설계사항이다.
상기 각 실시예에서는, 본원 장치를 주로 피펫의 누출 시험을 행하는 경우를 전제로 설명하였으나, 이러한 토출기구 이외에도 밀폐성을 필요로 하는 용기, 비교적 소용량 공간의 밀폐성의 검사, 진공 배관 등의 라인 상에서의 미묘한 누출 검출 등, 장치 사용자가 적절하게 그 사용 목적을 선택하여 폭넓은 분야에서의 사용이 가능하다.
1…(검사 장치의) 케이스
1'…(필터 배치용) 오목부
2A, 2B…본체 커넥터 3…펌프
4A, 4B…역지 밸브
5…압력 용기
6…멈춤 꼭지 7…압력 센서
8…중앙 처리부(CPU) 9…표시부
10…필터 11…튜브
12…외부 커넥터 L1…외부접속관로
L2…내부 관로 P…피펫

Claims (6)

  1. 피펫 등의 정량 토출기 등의 액체 용량계에 있어서의 기밀 상태를 검사하는 장치로서, 공기가 유동하는 관로의 일단에 는 흡인과 토출 중 적어도 한쪽을 행할 수 있는 펌프가 배치되며, 또한, 상기 관로의 타단은 검사대상에 접속하는 본체 커넥터가 형성되고, 이들 본체 커넥터와 펌프 사이의 관로에는 관로 내의 압력을 검출하는 압력 센서가 배치되고, 압력 센서와 펌프는 중앙 제어부에 접속되며, 중앙 제어부는 펌프의 제어 및 관로 내의 압력변화에 의하여 검사대상의 기밀성을 판정하는 것을 특징으로 하는 압력을 이용한 누출 테스터.
  2. 피펫 등의 정량 토출기 등의 액체 용량계에 있어서의 기밀 상태를 검사하는 장치로서, 공기가 유동하는 관로의 일단에는 흡인과 토출 중 적어도 한쪽을 행할 수 있는 펌프가 배치되며, 또한 상기 관로의 타단은 검사대상에 접속하는 본체 커넥터가 형성되고, 이들 본체 커넥터와 펌프 사이의 관로에는 관로 내의 압력을 검출하는 압력 센서와, 압력 용기가 배치되고, 압력 용기와 펌프 사이의 관로에는 역지 밸브가 배치되고, 압력 센서와 펌프는 중앙 제어부에 접속되며, 중앙 제어부는 펌프의 제어와 관로 내의 압력변화에 의하여 검사대상의 기밀성을 판정하는 것을 특징으로 하는 압력을 이용한 누출 테스터.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    관로는 검사대상에 접속하는 외부접속관로와 이 외부접속관로에 연통되는 내부관로로 이루어지며, 외부접속관로 또는 내부관로에 대해 필터가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 압력을 이용한 누출 테스터.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필터는 장치의 케이스 외부에 배치되고, 이 장치 외부에서 상기 필터를 착탈 가능하게 구성한 것을 특징으로 하는 압력을 이용한 누출 테스터.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 펌프는 다이어프램 형의 펌프이고, 이 다이어프램 형의 펌프와 상기 커넥터 사이의 관로에 다이어프램 형의 펌프에 의한 공기의 맥동을 감쇠하는 압력 용기가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 압력을 이용한 누출 테스터.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    관로에는 복수 개의 본체 커넥터가 형성되고, 검사대상과 접속하는 튜브는 이들 본체 커넥터 중의 하나를 선택하여 접속하는 것이 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력을 이용한 누출 테스터.
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