JP5758546B2 - マニホールドユニット及びそれを使った定流量型リークテスタ - Google Patents

Description

この発明は定流量の空気を注入して被試験ワークの漏れ検査を行う定流量型リークテスタに使用するマニホールドユニット及びそれを使った定流量型リークテスタに関する。

定流量型のリークテスタはワークカプセルとマスターカプセルにそれぞれワークとしての検査対象容器とマスターとしての漏れのない基準容器を収容し、テスト圧においてワーク側空気系とマスター側空気系に同じ定流量の空気を注入し、系を閉じてからワーク側空気系とマスター側空気系間の差圧の変化を観測し、所定時間後の差圧が予め決めた値より大の場合はワークを不良品として判定する。検査対象のワークとしては密封容器、密封ケース、シールド部品、など、様々なものが対象となり得る。このようなリークテスタとして例えば特許文献１に開示されているリークテスタの例を図１に示す。

図１の定流量型リークテスタは、ワーク８Ｗをワークカプセル６Ｗ内に配置し、ワークカプセル６Ｗ内に加圧空気を注入してワーク８Ｗ内への漏れ量を検出する場合と、ワークカプセル６Ｗ内を減圧してワーク８Ｗ内からワーク８Ｗの外に漏れる気体の漏れ量を検出する場合の双方向の試験が可能とされた構成となっている。負圧源１５は配管１１により３方制御弁１２のポートＡに接続され、ポートＢ側の配管はワーク側配管３Ｗとマスター側配管３Ｍに分岐され、それぞれノーマリーオープン（常時開）の２方制御弁４Ｗ，４Ｍを介してワークカプセル６Ｗ、マスターカプセル６Ｍに接続されている。正圧源１６は配管１４によりタンク４０に接続されている。タンク４０は配管２Ｗにより順にノーマリークローズド（常時閉）の２方制御弁５Ｗと臨界ノズル（音速ノズル又はソニックノズルなどとも呼ばれる）７Ｗを介して、２方制御弁４Ｗとワークカプセル６Ｗ間におけるワーク側配管３Ｗに接続されている。また、タンク４０は配管２Ｍにより順にノーマリークローズドの２方制御弁５Ｍと臨界ノズル７Ｍを介して、２方制御弁４Ｍとマスターカプセル６Ｍ間におけるマスター側配管３Ｍに接続されている。ワークカプセル６Ｗとマスターカプセル６Ｍは同じ内容積を有する容器であり、マスターカプセル６Ｍ内に収容されるマスター８Ｍは、検査対象のワーク８Ｗと等しい容積の漏れのない基準となるものである。検査対象のワーク６Ｗは漏れがあるか否か不明である。２方制御弁４Ｗとワークカプセル６Ｗ間におけるワーク側配管３Ｗと、２方制御弁４Ｍとマスターカプセル６Ｍ間におけるマスター側配管３Ｍとの間に差圧検出器１３が接続され、差圧検出器１３により検出された差圧に基づいて判定装置１０によりワークの良否が判定される。

臨界ノズル７Ｗ，７Ｍは、長さ方向中間部で内径が絞られた貫通孔を有するノズルであり、その一端から加圧気体を注入し、他端から放出する時に、注入側圧力Ｐ１と放出側圧力Ｐ０（例えば大気圧）の比Ｐ０／Ｐ１が約0.528以下（臨界条件と呼ぶ）になると絞り位置での気体の流速は音速となる流量特性を有し、注入側圧力Ｐ１が一定であれば２次側圧力（テスト圧）が変化しても、絞りでの気体の流速は音速を超えず一定に保たれる性質を利用し、定流量ノズルとして使用されている。

リークテストにはまず、２方制御弁４Ｗ，４Ｍが開の状態で，かつ、制御弁５Ｗ，５Ｍが閉の状態で、３方制御弁１２のポートＢＣ間を導通（即ち、ポートＢを大気に導通）させた状態でマスターカプセル６Ｍにワーク８Ｗと同じ容積を有し、漏れのないマスター容器８Ｍを収容し、ワークカプセル６Ｗ内に漏れの不明なワーク８Ｗを収容しておく。ワーク８Ｗに負圧を与えてリークを検出する場合は、制御弁５Ｗ，５Ｍを閉じた状態とし、２方制御弁４Ｗ，４Ｍが開の状態において、３方制御弁１２のポートＡとＢ間を導通させ、負圧源１５により所定の負圧をワークカプセル６Ｗとマスターカプセル６Ｍに与える。所定時間経過して安定した後に２方制御弁４Ｗ，４Ｍを閉じ、更に所定時間経過後の差圧検出器１３による検出差圧が０（又は所定基準値以下）であればワーク８Ｗは良品（リークがない、または基準値以下）と判定し、０（あるいは基準値）より大であれば不良品（リークがある）と判定する。

正圧源１６から加圧空気を供給してワーク８Ｗ内への空気の漏れを検出する場合は、２方制御弁４Ｗ，４Ｍを閉じ、制御弁５Ｗ，５Ｍが閉の状態で、正圧源１６により大気圧Ｐ０に対し臨界条件を満たす予め決めた一定圧力の空気をタンク４０に満たす。タンク４０は所定圧の空気を所定時間以上安定に供給可能とするために用いられるが、供給側の供給流量が大きければ使用せず、配管１４から分岐して直接配管２Ｗ，２Ｍに供給してもよい。制御弁５Ｗ，５Ｍを導通させてから所定時間経過後、即ち、所定の流量の空気をワーク側及びマスター側に供給後に、２方制御弁５Ｗ，５Ｍを閉じ、差圧検出器１３により検出される差圧に基づいてワーク８Ｗに大リークがあるか否かを判定する。大リークが無い場合は、２方制御弁５Ｗ，５Ｍを閉じた状態において、差圧変化を観測し、所定時間内で差圧が生じれば少リーク有りと判定し、差圧が生じなければリーク無しと判定する。

このリークテスタにおける漏れ検出感度について以下に簡単に説明する。マスター側のみについてみると、マスター８Ｍに漏れが無ければ、２方制御弁４Ｍと２方制御弁５Ｍにより閉じたマスター側空気系の総内容積は、マスターカプセル６Ｍの内容積からマスター８Ｍの体積を差し引いた容積と、マスター側配管３Ｍのマスターカプセル６Ｍから２方制御弁４Ｍに至る内容積と、配管２Ｍの制御弁５Ｍからマスター側配管３Ｍに至る内容積と、差圧検出器１３からマスター側配管３Ｍに至る内容積の総和であり、これをＶとする。ワーク側についてみると、ワークカプセル６Ｗ内にマスター８Ｍと同じ体積のワーク８Ｗが挿入されている点が異なるだけである。ワーク８Ｗの内容積をΔＶとすると、ワーク８Ｗに大きな穴があれば、ワーク側の総内容積はＶ＋ΔＶとなる。大気圧をＰ_０とし、初期状態が真空状態においてワーク側とマスター側に臨界ノズル５Ｗ，５Ｍから大気圧換算流量Ｑを注入し、その結果マスター側の圧力がＰとなったとすると、マスター側の状態は
Ｐ_０Ｑ＝ＰＶ (1)
ワーク側の状態は
Ｐ_０Ｑ＝（Ｐ−ΔＰ）（Ｖ＋ΔＶ） (2)
である。ただし、ΔＰはワーク８Ｗの内容積ΔＶが加算されたことによる減少圧力（差圧）である。式(1)と(2)を加算すると
２Ｐ_０Ｑ＝ＰＶ＋（Ｐ−ΔＰ）（Ｖ＋ΔＶ） (3)
が得られ、式(1), (3)から
ΔＰ＝Ｐ_０ＱΔＶ／Ｖ（Ｖ＋ΔＶ）≒Ｐ_０ＱΔＶ／Ｖ^２ (4)
が得られる。式(4)は初期状態でワーク側及びマスター側が真空であるとして 求めたが、初期状態が互いに同じで任意の圧力の場合にも同じ式(4)が得られる。すなわち、検出差圧ΔＰはマスター側の総内容積Ｖの２乗に反比例することがわかる。しがたって、被検査ワークの内容積ΔＶが小さい場合、検出感度を高めるため総内容積をできるだけ小さくすることが望まれる。ワーク８Ｗが例えば携帯電子機器に使用される、容器に密閉された水晶振動子のような小さな部品の場合、差圧検出感度の点でワーク側及びマスター側空気系の各総内容積をいかに小さくするかが重要であるが、特許文献１においてはそのような工夫は提案されていない。

一方、リークテスタにおいて、金属あるいは樹脂のブロック内にワーク側配管及びマスター側配管を形成したマニホールドブロックに制御弁及び差圧検出器を取り付けて構成したマニホールドユニットを使用することによりリークテスタの構造をコンパクトにし、かつ組み立てを容易にしたリークテスタが特許文献２に開示されている。図２にはそのリークテスタの機能構成を示し、図１と対応する部分には同じ参照番号を付けてある。また、特許文献２に開示されている図には塵埃を除去するフィルタや、ワーク側とマスター側間の差圧が所定値を超えないようにするリリーフ弁などが設けられているが、ここでは簡単のため、それらを省略してある。正圧源１６は３方制御弁１２を介してワーク側配管３Ｗとマスター側配管３Ｍに接続されている。ワーク側配管３Ｗは２方制御弁４Ｗと１９Ｗを介してワークカプセル６Ｗに接続されている。マスター側配管３Ｍは２方制御弁４Ｍと１９Ｍを介してマスターカプセル６Ｍに接続されている。正圧源１６は更に３方制御弁１８を介して微小流量発生ノズル１７Ｗと１７Ｍに接続されており、これら微小流量発生ノズルの出口側はそれぞれ２方制御弁５Ｗ，５Ｍを介して２方制御弁４Ｗと１９Ｗ間においてワーク側配管３Ｗ、２方制御弁４Ｍと１９Ｍ間においてマスター側配管３Ｍに接続されている。

このマニホールドユニット１００は、２つの制御弁５Ｗ，５Ｍと、微細管を有する２つの微小流量発生ノズル１７Ｗ，１７Ｍと、２つの２方制御弁４Ｗ、４Ｍと、２つの２方制御弁５Ｗ，５Ｍと、差圧検出器１３などがマニホールドブロックに取り付けられ、これらをマニホールドブロック内に形成された配管で接続して構成されている。

特開２０００−１２１４８６号公報 特開２００５−７７３１０号公報

発明が解決すべき課題

図２のリークテスタの機能図で表された原理的構成はほとんど特許文献１のものと同じであり、異なる点は臨界ノズル７Ｗ，７Ｍを使用する代わりに微小流量発生ノズル（予め決めた圧力で所望の流量を生じさせる）１７Ｗ，１７Ｍを使用している点だけである。しかし、この微小流量発生ノズル１７Ｗ．１７Ｍでは、その２次側圧力（テスト圧）が変化すると流量も変化するので、一定流量を精度高くワーク側及びマスター側に注入することができない。ただ、この構成ではマニホールドブロック内に形成される配管の径を小さくでき、また制御弁及び差圧検出器を互いに近接して配置できることで配管の長さを短くできる利点があるが、特にワーク８Ｗとして微小な部品を検査対象としているわけではない。なぜなら、使用されている２つの制御弁１９Ｗ，１９Ｍとしてボールバルブを使用しており、ボールバルブの構造からその導通孔の内径をあまり小さくできないためである。また、この構成では２つの２方制御弁４Ｗ、４Ｍとは別に、２方制御弁５Ｗ、５Ｍが必要となり、したがってそれだけ大きな空間を必要とし、更に、差圧検出器１３をマニホールドブロック上に設置することになり、マニホールドユニットが全体として大きなものとなる。しかも、微小流量発生ノズル１７Ｗ，１７Ｍの細管の好ましい長さは５ｃｍとされていることから、微小流量発生ノズル１７Ｗ，１７Ｍは２方制御弁が乗せられているマニホールドブロックの板面と平行にマニホールドブロック内に配置しており、従って、マニホールドブロックの長さを大きくする必要がある。即ち、特許文献２に開示されているマニホールドユニット全体の寸法は大きなものとなる欠点がある。

この発明の第１の目的は定流量型リークテスタに使用する、寸法を小さく設計可能なマニホールドユニット及びそのマニホールドユニットを使用した定流量型リークテスタを提供することである。

この発明によるマニホールドユニットは、
マニホールドブロックと、
マニホールドブロック内にはそれぞれ一端が上記マニホールドブロックの第１の側面に開放されたワーク側配管と、マスター側配管と、開放穴とが形成されており、さらに一端が第２の側面に開放された導入穴が形成されており、マニホールドブロックの表面には予め決めた第１円領域内にワーク側配管に導通したワーク側第１配管開口と、マスター側配管に導通したマスター側第１配管開口と、導入穴に導通した第１共通開口が表面から垂直に延びて形成されており、第１円領域と間隔を置いて予め決めた第２円領域内にワーク側配管に導通したワーク側第２配管開口と、マスター側配管に導通したマスター側第２配管開口と、開放穴に導通した第２共通開口が表面から垂直に延びて形成されており、第１円領域と第２円領域の間においてワーク側配管に連通したワーク側第３配管開口とマスター側配管に連通したマスター側第３配管開口が形成されており、
第１円領域と第２円領域の間においてマニホールドブロックの表面に配置され、ワーク側第３配管開口とマスター側第３配管開口を通してワーク側空気系とマスター側空気系の差圧を検出する差圧検出器と、
第１円領域および第２円領域をそれぞれ覆うようにマニホールドブロックに取り付けられた第１制御弁と第２制御弁と、
第１制御弁は第１円領域を囲む第１弁作動室を有し、弁の開、閉要求に従って第１弁作動室内においてワーク側第１配管開口とマスター側第１配管開口を同時に開、閉するように構成されており、
第２制御弁は第２円領域を囲む第２弁作動室を有し、弁の開、閉要求に従って第２弁作動室内においてワーク側第２配管開口とマスター側第２配管開口を同時に開、閉するように構成されており、
第１円領域内のワーク側第１配管開口とマスター側第１配管開口にそれぞれ第１および第２臨界ノズルが挿入されていることを特徴とする。

この発明による定流量型リークテスタは、
上記のマニホールドユニットと、
マニホールドブロックの導入穴に配管接続され、所望の圧力の加圧空気を導入穴に供給する正圧源と、
マニホールドブロックのワーク側配管に配管接続され、被検査ワークを収容するためのワークカプセルと、
マニホールドブロックのマスター側配管に配管接続され、ワークの基準となるマスターを収容するためのマスターカプセルと、
差圧検出器とテスト圧センサからの検出差圧および圧力が入力され、第１制御弁及び第２制御弁を制御するとともに、検出差圧に基づいてワークの漏れの判定する判定制御装置と、
を含むことを特徴とする。

この発明によれば、マニホールドブロック上の１つの円領域内でワーク側配管とマスター側配管に導通された２つの配管開口を１つの制御弁のシールドゴムにより開閉する構成とし、２つの配管開口にそれぞれ臨界ノズルを装着したので、マニホールドユニットの全体の構成を小さくでき、測定空気系の内容積を小さく設計でき従って、リーク検出感度を高くする効果がある。従って、このマニホールドユニットを使用した定流量型リークテスタはコンパクトで扱いやすく、感度が高い利点がある。

特許文献１による定流量型リークテスタの機能構成図。 特許文献２による定流量型リークテスタの機能構成図。 本発明のマニホールドユニットが使用された定流量型リークテスタの機能構成図。 マニホールドユニットの斜視図。 マニホールドブロックの平面図。 図５におけるマニホールドブロックの６−６断面図。 マニホールドユニットの制御弁軸方向断面図。 マウントプレートの平面図。 図８Ａにおけるマウントプレートの８Ｂ−８Ｂ断面図。 臨界ノズルとその近傍の拡大断面図。 マウントプレートの変形例を示す断面図。 マウントプレートの他の変形例を示す断面図。 図１１の変形マウントプレートを使用した場合の臨界ノズルの取り付け状態を示す断面図。 この発明のマニホールドユニットが使用される定流量型リークテスタの他の例を示す機能構成図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
［実施例］
図３はこの発明によるマニホールドユニットが使用された定流量型リークテスタの１例を示す機能構成図である。このリークテスタは正圧源１６と、この発明によるマニホールドユニット２００と、判定制御装置３００と、ワークカプセル６Ｗとマスターカプセル６Ｍとから構成されている。マニホールドユニット２００は制御弁５０、６０と、臨界ノズル９Ｗ，９Ｍと、差圧検出器１３と、テスト圧センサ７０とを含み、制御弁５０と差圧検出器１３と、制御弁６０が図４に示すように長方形の表面を有する板状直方体のマニホールドブロック２１０の上面に、その長さ方向に一列に並んで配置され、１つの長側面にテスト圧センサ７０が取り付けられている。マニホールドブロック２１０は金属又は樹脂により形成されている。尚、説明の都合上、マニホールドブロック２１０の、制御弁５０、６０等が載せられている面を上面とする。

図３に示すように、正圧源１６からの配管１１はマニホールドユニット２００内のワーク側配管２１Ｗとマスター側配管２１Ｍに接続される。ワーク側配管２１Ｗには、ワークカプセル６Ｗに向かって順に２方制御弁５'Ｗと臨界ノズル９Ｗが直列に挿入されており、マスター側配管２１Ｍにも、マスターカプセル６Ｍに向かって順に２方制御弁５'Ｍと臨界ノズル９Ｍが直列に挿入されている。臨界ノズル９Ｗからワークカプセル６Ｗに向かうワーク側配管２１Ｗと臨界ノズル９Ｍからマスターカプセル６Ｍに向かう配管２１Ｍとの間に差圧検出器１３が接続されており、更に、それら配管２１Ｗ，２１Ｍにそれぞれ２方制御弁１９'Ｗ，１９'Ｍの一方のポートが接続され、他方のポートは共通の開放穴２６（図５を参照して後述）に接続されている。臨界ノズル９Ｍとマスターカプセル６Ｍの間において、マスター側配管２１Ｍには更にテスト圧センサ７０が接続されている。尚、テスト圧センサ７０はマスター側配管２１Ｍではなく、ワーク側配管２１Ｗに接続してもよい。ワーク側配管２１Ｗ及びマスター側配管２１Ｍの端部はそれぞれジョイント２１ＪＷ，２１ＪＭにより配管４１Ｗ，４１Ｍを通してワークカプセル６Ｗ及びマスターカプセル６Ｍに接続されている。判定制御装置３００は制御プログラムに従って、テスト圧センサ７０により検出される実際のテスト圧を観測し、２方制御弁５'Ｗ，５'Ｍ，１９'Ｗ，１９'Ｍの動作を制御し、かつ所定のタイミングでの差圧検出器１３による検出差圧に基づいてワーク８Ｗに対する評価を判定し、表示する。

図３の定流量型リークテスタの動作原理は基本的に図１のリークテスタと同じであり、ノーマリークローズドの２方制御弁５'Ｗ，５'Ｍを閉状態とし、ノーマリーオープンの２方制御弁１９'Ｗ，１９'Ｍをそのまま開放状態としてワーク側空気系とマスター側空気系を同じ初期状態（この例では大気圧）とする。ワークカプセル６Ｗ内に被検査部品としてのワーク８Ｗを挿入し、マスターカプセル６Ｍ内にマスター８Ｍとして被検査部品と同じ容積の部品で、漏れのないものを挿入する。次に、正圧源１６の加圧空気を臨界圧以上の所望の圧力に設定し、２方制御弁１９'Ｗ，１９'Ｍを閉じ、その後２方制御弁５'Ｗ、５'Ｍを予め決めた時間だけ導通させて加圧空気を臨界ノズル９Ｗ，９Ｍを通してワークカプセル６Ｗ、マスターカプセル６Ｍに供給する。これによりワーク側空気系とマスター側空気系にそれぞれ同じ一定流量の空気が注入される。判定制御装置３００は差圧検出器１３による検出差圧を観測する。ワーク８Ｗに穴が開いていれば、ワーク側総内容積とマスター側総内容積に差が生じるので、ワーク８Ｗ内に空気が漏れて流入しワーク側空気系の圧力がマスター側空気系の圧力より低くなるはずである。そこで、２方制御弁５'Ｗ，５'Ｍを閉じてから所定期間後、差圧検出器１３により予め決めた第１の基準値より大きな差圧が検出された場合は、判定制御装置３００はワーク８Ｗを大リーク有りと判定し、テストを終了する。前記所定期間後に第１の基準値より大きな差圧が検出されなかった場合は、その時点で差圧検出器１３の検出出力にオフセットを与えることにより０にリセットし、検出レンジを感度の高いレンジに切り替えて差圧検出を続行する。所定期間経過後、検出差圧が第２の基準値以下であれば、ワーク８Ｗを漏れがないと判定し、第２の基準値より大であれば少リークありと判定し、テストを終了する。

この発明で重要なことは、２方制御弁５'Ｗ，５'Ｍは１つの制御弁５０として形成され、同様に２方制御弁１９'Ｗと１９'Ｍも１つの制御弁６０として形成されていることと、後述するように臨界ノズル９Ｗ，９Ｍは１つの制御弁５０の下でマニホールドブロック２１０の上面からその中に垂直方向に伸びるように設けられていることである。なお、図３においてリークテスタは正圧源１６を使用した場合を示したが、正圧源１６を負圧源に置き換えてワーク８Ｗの内部から外に漏れるリークを検出するようにしてもよい。

図４におけるマニホールドブロック２１０の平面図を図５に、その６−６断面図を図６に示す。マニホールドブロック２１０の上面には予め決めた第１の円領域２２Ａ内に制御弁５０用の共通開口２２ＩＮと２つの配管開口２２Ｗ，２２Ｍが上面から垂直に延びて形成されており、その第１円領域２２Ａからマニホールドブロック２１０の長さ方向に間隔をおいて予め決めた第２の円領域２４Ａ内に制御弁６０用の共通開口２４ＯＵＴと２つの配管開口２４Ｗ，２４Ｍが上面から垂直に延びて形成されている。更に、それら第１及び第２円領域２２Ａ，２４Ａの間に差圧検出器１３用の開口２７Ｗ，２７Ｍが垂直に延びて形成されている。また、第１円領域２２Ａを中心に囲むように制御弁５０を取り付けるための４つの貫通穴２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが形成され、第２円領域２４Ａを中心に囲むように制御弁６０を取り付けるための４つの貫通穴２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄが形成され、２つの配管開口２７Ｗ，２７Ｍを囲むように差圧検出器１３を取り付けるための４つの貫通穴２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄが形成されている。

破線で示すように、ワーク側配管２１Ｗは、マニホールドブロック２１０の一方の短側面に設けられたジョイント２１ＪＷからマニホールドブロック２１０の一方の長側面と隣接して平行に伸びる平行部２１Ｗａと、その平行部２１Ｗａから直角に延長され、それぞれ制御弁５０，６０用の配管開口２２Ｗ，２４Ｗに連通する連通部２１Ｗｂ，２１Ｗｃと、平行部２１Ｗａから直角に延長され、差圧検出器１３用の配管開口２７Ｗに連通する連通部２１Ｗｄを有する。同様に、マスター側配管２１Ｍは、マニホールドブロック２１０の一方の短側面に設けられたジョイント２１ＪＭからマニホールドブロック２１０の他方の長側面と隣接して平行に延びる平行部２１Ｍａと、その平行部２１Ｍａから直角に延長され、それぞれ制御弁５０、６０用の配管開口２２Ｍ，２４Ｍに連通する連通部２１Ｍｂ，２１Ｍｃと、平行部２１Ｍａから直角に延長され、差圧検出器１３用の配管開口２７Ｍに連通する連通部２１Ｍｄを有する。更に、マニホールドブロック２１０のマスター側長側面にはテスト圧センサ７０と接続するための配管開口２９Ｔがマスター側配管２１Ｍに連通するように連通部２１Ｍｄから延長して形成されている。

これらワーク側配管２１Ｗとマスター側配管２１Ｍはマニホールドブロック２１０の厚さ方向中央における同一平面上に導通孔として形成されている。更に、マニホールドブロック２１０の他方の短側面中央から導入穴２１が長側面に平行に延長形成され、マニホールドブロック２１０の上面に形成された制御弁５０用の共通開口２２ＩＮに連通し、更に、マニホールドブロック２１０の他方の短側面中央から開放穴２６が長側面に平行に延長形成され、マニホールドブロック２１０の上面に形成された制御弁６０用の共通開口２４ＯＵＴに連通している。導入穴２１はリークテスタの正圧源１６に配管接続される。

図７は制御弁５０の垂直断面を図５におけるマニホールドブロック２１０の７−７断面と共にその延長断面として示している。制御弁５０はほぼ円筒状の円筒部５１と、その内部に軸方向に可動に収容されたピストン５２と、ピストン５２を軸方向に駆動する駆動部５３と、円筒部５１の下面を塞ぐ円板状のマウントプレート５４を有している。円筒部５１には下面側から同軸状に円柱形のプランジャー収容室５１Ａと、それより径の小さい円柱形の貫通穴５１Ｂと、貫通穴５１Ｂより径が拡大された駆動部収容室５１Ｃが形成されている。駆動部５３はソレノイドを使用した電磁駆動によるものであってもよいし、圧縮空気により駆動するものであってもよい。

ピストン５２は駆動部収容室５１Ｃ内の駆動部５３によって軸方向に駆動され、貫通穴５１Ｂを通して軸方向に可動な円柱状のシャフト５２Ａと、プランジャー収容室５１Ａ内に収容され、シャフトの下端に一体に形成され、シャフト５２Ａより径が大とされたプランジャー５２Ｂと、プランジャー５２Ｂの下面に開口を有するよう、プランジャー５２Ｂ内に形成された円柱状の収容穴５２Ｂａ内に収容された円柱状のシールゴム５２Ｃとを有す。シールゴム５２Ｃの下端面はプランジャー５２Ｂの下端面と同じかそれより下方に突出している。シールゴム５２Ｃの円形下端面は図５に示した第１円領域２２Ａと同じ径を有する。貫通穴５１Ｂの内周壁面には軸方向に間隔をおいて２つのリング溝５１ｂＧが形成されており、そのリング溝５１ｂＧにそれぞれＯリング５１ｂＲが装着され、シャフト５２Ａの外周面と貫通穴５１Ｂの内周面間を気密に保ってピストン５２の軸方向の駆動を可能としている。

図８Ａ，８Ｂはマウントプレート５４の平面図と、その８Ｂ−８Ｂ断面を示す。制御弁５０の円筒部５１と同じ外径を有する円板状のマウントプレート５４の表面には前述の第１円領域２２Ａと同じ円領域内でその直径上において円の中心に対し対称に頂面が平坦な２つの円柱突出部５４ＰＷ，５４ＰＭが形成されており、それらの中心にはそれぞれ貫通孔５ＰｈＷ，５ＰｈＭが形成されている。更にその円領域２２Ａ内において、前記円柱突出部５４ＰＷ，５４ＰＭから等間隔をおいて導通穴５４Ｈが形成され、マウントプレート５４の、円領域２２Ａの外側には取付け用の４つの貫通穴５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄが形成されている。これら貫通孔５ＰｈＷ，５ＰｈＭ、導通穴５４Ｈ、貫通穴５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄは、マウントプレート５４がマニホールドブロック２１０に取り付けられた時、図５におけるマニホールドブロック２１０に形成された配管開口２２Ｗ，２２Ｍ，共通開口２２ＩＮ、取付け穴２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄとそれぞれ対向する位置に形成されている。

貫通孔５ＰｈＷ，５ＰｈＭは、マウントプレート５４の裏面側（マニホールドブロック側）において内径が拡大された拡大穴５ＰＨＷ，５ＰＨＭとされている。各拡大穴５ＰＨＷ，５ＰＨＭと間隔をおいて同心に囲むようにＯリングを収容するリング溝５ｇＷ，５ｇＭが形成されると共に、円領域２２Ａの外側で、かつ、取付け穴５４ａ〜５４ｄの内側において、導通穴５４Ｈ，拡大穴５ＰＨＷ，５ＰＨＭを囲むようにＯリングを収容するリング溝５４Ｇが形成されている。

制御弁６０の構造も図７に示した制御弁５０の構造と同じであり、図８Ａ，８Ｂに示したマウントプレート５４と同様の構造のマウントプレートを介して図５に示す第２の円領域２４Ａを覆うようにマニホールドブロック２１０に取り付けられることも制御弁５０の場合と同様である。ただし、制御弁６０が接続される配管開口２４Ｗ，２４Ｍには臨界ノズルを取り付けないので、貫通孔５ＰｈＷ，５ＰｈＭの場合のような径を拡大した拡大穴を設ける必要はないし、ワーク側総内容積、マスター側総内容積を小さくする観点からも拡大穴を設けない方が好ましい。しかし、拡大穴を設けた場合は、マウントプレートを制御弁５０、６０に共用できる便利さはある。

図７に示すように、マニホールドブロック２１０の上面にマウントプレート５４が載せられた状態で、図５に示す共通開口２２ＩＮ、配管開孔２２Ｗ，２２Ｍは図８Ａ，８Ｂに示すマウントプレート５４の導通穴５４Ｈ、貫通孔５ＰｈＷ，５ＰｈＭと対向する位置関係にあり、マウントプレート５４はそのリング溝５４Ｇに装着されたＯリング５４Ｒ（図７参照）と、リング溝５ｇＷ，５ｇＭ（図８Ａ，８Ｂ参照）に装着されたＯリング５４ｒＷ，５４ｒＭ（図７参照）を、マニホールドブロック２１０の上面との間に挟んで気密を保つ。マウントプレート５４の上に、制御弁５０のプランジャー収容室５１Ａが円領域２２Ａを覆うように、円筒部５１の下面に形成されたリング溝５１ａＧに装着されたＯリング５１ａＲを挟んで配置される。制御弁５０の円筒部５１の下端面から軸方向に伸びて取り付けネジ穴５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ（５４ｂ、５４ｃのみを破線で示す）が形成されている。これらマニホールドブロック２１０と、マウントプレート５４と、制御弁５０は、マニホールドブロック２１０の貫通穴２２ａ〜２２ｄ、マウントプレート５４の貫通穴５４ａ〜５４ｄ、円筒部５１の取付けネジ穴５１ａ〜５１ｄ（５１ｂ、５１ｃのみを破線で示す）を通して取付けネジ５５ａ〜５５ｄ（５５ｂ、５５ｃのみ破線で示す）により互いに固定されている。

このようにしてマニホールドブロック２１０上に制御弁５０を取り付けると、マウントプレート５４の上面と、プランジャー５２Ｂ及びシールゴム５２Ｃの下面と、プランジャー収容穴５１Ａの内周面とにより囲まれた弁作動室５０Ｓが形成され、マニホールドブロック２１０の共通開孔２２ＩＮ及び配管開口２２Ｗ，２２Ｍはそれぞれマウントプレート５４の導通穴５４Ｈ及び貫通孔５ＰｈＷ，５ＰｈＭを通して弁作動室５０Ｓに導通している。ピストン５２が下方に駆動されると、シールゴム５２Ｃの下面が弾性的にマウントプレート５４の円柱突出部５４ＰＷ，５４ＰＭの頂面と密接し、２つの貫通孔５ＰｈＷ，５ＰｈＭを同時に塞ぐことになる。このとき、マウントプレート５４の導通穴５４Ｈは円柱突出部５４ＰＷ，５４ＰＭの頂面より低い位置にあるので、シールゴム５２Ｃの下面により塞がれない。この状態は、図３における２方制御弁５'Ｗ，５'Ｍが閉じた状態に相当する。ピストン５２が上方に駆動されると、シールゴム５２Ｃの下面は円柱突出部５４ＰＷ，５４ＰＭの頂面から離れるので、弁作動室５０Ｓ内の空間を通して導通穴５４Ｈと２つの貫通孔５ＰｈＷ，５ＰｈＭが互いに導通した状態となる。この状態は図３における２方制御弁５'Ｗ，５'Ｍが導通された状態に相当する。このとき、正圧源１６から加圧空気をマニホールドブロック２１０の導入穴２１に供給すれば、加圧空気は導通穴５４Ｈから貫通孔５ＰｈＷ，５ＰｈＭを通して臨界ノズル９Ｗ，９Ｍに供給されることになる。

図９は図５におけるマニホールドブロック２１０の配管開口２２Ｗにこの発明の１つの特徴である臨界ノズル９Ｗが取り付けられ、その上からマウントプレート５４が乗せられた状態での臨界ノズル９Ｗの近傍における拡大垂直断面図を示す。この発明における臨界ノズル９Ｗは、頭部９１とネジ部９２を有する標準のナベネジ９０の中心軸を貫通する貫通孔９０ｈが形成され、そのネジより長い金属の細管９３がネジの下端から突出するように貫通孔９０ｈに挿通され、その外周面が貫通孔９０ｈの内壁面と気密に接着固定された構造を有している。配管開口２２Ｗの内壁面にはネジが切られており、ネジ９０の頭部９１とマニホールドブロック２１０の表面との間にＯリング９５を挟むようにネジ９０が配管開口２２Ｗに装着される。ネジ９０の頭部９１はマウントプレート５４の拡大穴５ＰＨＷ内に位置する。臨界ノズル９Ｍも同様である。

この発明における臨界ノズル９Ｗ，９Ｍは標準的なナベネジに軸方向の穴を開け、細管を挿入して形成した簡単なものであり、臨界ノズルの細管９３の突出部の長さ方向中間部を潰して所望の断面積の孔に絞られた細管とすることにより、流量の異なる臨界ノズルを複数用意しておけば、リークテストの設定条件に応じて臨界ノズルを容易に交換することができる。

図８Ａ，８Ｂで示したマウントプレート５４において、拡大穴５ＰＨＷ，５ＰＨＭを図１０に断面で示すように深くして、塵埃を除去する焼結フィルタ５ＦＷ，５ＦＭを装着してもよい。

前述の実施例の説明では、臨界ノズル９Ｗ，９Ｍをマニホールドブロックの配管開口２２Ｗ，２２Ｍに直接装着する場合を示したが、マウントプレート５４を介して配管開孔２２Ｗ，２２Ｍに装着してもよい。その場合のマウントプレート５４の貫通孔５'ＰｈＷ，５'ＰｈＭはネジが切られた貫通孔であり、断面を図１１に示すように、貫通孔５'ＰｈＷ，５'ＰｈＭは円柱突出部５４ＰＷ，５４ＰＭ側で内径が拡大されて拡大穴５'ＰＨＷ，５'ＰＨＭとされている。この場合、臨界ノズル９Ｗはその近傍断面と共に図１２に示すように、マウントプレート５４の貫通孔５'ＰｈＷに螺合され、そのネジ部９２がマニホールドブロック２１０の配管開口２２Ｗに挿入される。この場合、マニホールドブロック２１０の配管開口２２Ｗにはネジが切られていない。Ｏリング９５は拡大穴５ＰＨＷ内でネジ９０の頭部９１とマウントプレート５４との間に挟まれる。臨界ノズル９Ｍの取り付けも同様なので説明を省略する。

図３の定流量型リークテスタでは初期状態にワークカプセル６Ｗ，マスターカプセル６Ｍ内を大気圧とし、臨界ノズルから定流量の空気を注入して差圧を検出する場合を説明したが、この場合のテスト圧は、大気圧に、臨界ノズルから定流量の空気が注入されたことによる圧力増加分を加算した圧力であり、大きなテスト圧を得ることは難しい。一方、被検査ワークの体積が非常に小さい場合、検出感度について前述したように、容積変化ΔＶによる式(4)で示される圧力変化ΔＰは小さな値となり、検出が困難になる。そこで、テスト圧Ｐを大きくすることが要求される場合がある。そこで、別の正圧源を設け、所望の予備圧の加圧空気を臨界ノズル９Ｗ，９Ｍを通らない別の経路でワークカプセル６Ｗ，マスターカプセル６Ｍ内に供給し、その後、予備圧に対し臨界条件を満たす高い圧力で加圧空気を臨界ノズル９Ｗ，９Ｍを通して所定時間注入して差圧を検出するように構成した定流量型リークテスタの機能構成図を図１３に示す。この構成は、図３の構成に対し、更に正圧源３１を設け、正圧源３１からの加圧空気を３方制御弁３２を介して配管３３によりマニホールドブロックの開放穴２６に接続したものである。正圧源３１は所望の予備圧に設定した加圧空気を供給する。初期状態では２方制御弁１９'Ｗ，１９'Ｍを開の状態にしておいて所望の予備圧の加圧空気をワークカプセル６Ｗとマスターカプセル６Ｍに注入する。その後、２方制御弁１９'Ｗ，１９'Ｍを閉じ、以下は図３の場合と同様に２方制御弁５'Ｗ，５'Ｍを所定時間導通し、臨界条件を満たす加圧空気を正圧源１６から臨界ノズル９Ｗ，９Ｍに与え、所定流量の空気をワーク側空気系及びマスター側空気系に注入し、差圧検出器１３により差圧を検出してワークの良否を判定する。なお、この構成においてテスト圧センサ７０により実際に測定されるテスト圧は、ワークカプセル６Ｗとマスターカプセル６Ｍに供給した初期の予備圧に対し、臨界ノズル９Ｗ，９Ｍから与えた所定流量による圧力増加分を加算した圧力となる。

上述のマニホールドユニットを使用したリークテスタで検査されるワークの例として、水晶振動子の他に、例えば密封されたコンデンサ、表面波フィルタ、リレー、エアバッグ用インフレータ、ＣＣＤカメラ、携帯電話、ＡＳＳＹ（アセンブリーの略語）部品、など、様々なものを検査対象とすることができる。この発明によるリークテスタによれば特に、小さい密封部品に対しても、感度の高い漏れ検出を実現することができる。

本発明は、容器の漏れを検査するリークテスタに利用することができる。

２１０：マニホールドブロック
１３：差圧検出器
２１Ｗ：ワーク側配管
２１Ｍ：マスター側配管
２１：導入穴
２２ＩＮ、２４ＯＵＴ：共通開口
２２Ｗ、２２Ｍ，２４Ｗ、２４Ｍ：配管開口
２６：開放穴
５０、６０：制御弁
５０Ｓ：弁作動室
５１：円筒部
５２：ピストン
５２Ｃ：シールゴム
５３：駆動部
５４，６４：マウントプレート
５４ＰＭ，５４ＰＷ：円柱突出部
５４Ｈ：導通穴
５ＰｈＷ，５ＰｈＭ：貫通孔

Claims (9)

1. ワーク側空気系とマスター側空気系に定流量の気体を注入して差圧を検出することによりワークの漏れを検査する定流量型リークテスタに使用されるマニホールドユニットであり、
   マニホールドブロックと、
   上記マニホールドブロック内にはそれぞれ一端が上記マニホールドブロックの第１の側面に開放されたワーク側配管と、マスター側配管と、開放穴とが形成されており、さらに一端が第２の側面に開放された導入穴が形成されており、上記マニホールドブロックの表面には予め決めた第１円領域内に上記ワーク側配管に導通したワーク側第１配管開口と、上記マスター側配管に導通したマスター側第１配管開口と、上記導入穴に導通した第１共通開口が上記表面から垂直に延びて形成されており、上記第１円領域と間隔を置いて予め決めた第２円領域内に上記ワーク側配管に導通したワーク側第２配管開口と、上記マスター側配管に導通したマスター側第２配管開口と、上記開放穴に導通した第２共通開口が上記表面から垂直に延びて形成されており、上記第１円領域と上記第２円領域の間において上記ワーク側配管に連通したワーク側第３配管開口と上記マスター側配管に連通したマスター側第３配管開口が形成されており、
   上記第１円領域と上記第２円領域の間において上記マニホールドブロックの表面に配置され、上記ワーク側第３配管開口と上記マスター側第３配管開口を通して上記ワーク側空気系と上記マスター側空気系の差圧を検出する差圧検出器と、
   上記第１円領域および上記第２円領域をそれぞれ覆うように上記マニホールドブロックに取り付けられた第１制御弁と第２制御弁と、
   上記第１制御弁は上記第１円領域を囲む第１弁作動室を有し、弁の開、閉要求に従って上記第１弁作動室内において上記ワーク側第１配管開口と上記マスター側第１配管開口を同時に開、閉するように構成されており、
   上記第２制御弁は上記第２円領域を囲む第２弁作動室を有し、弁の開、閉要求に従って上記第２弁作動室内において上記ワーク側第２配管開口と上記マスター側第２配管開口を同時に開、閉するように構成されており、
   上記第１円領域内の上記ワーク側第１配管開口と上記マスター側第１配管開口にそれぞれ第１および第２臨界ノズルが挿入されていることを特徴とするマニホールドユニット。
2. 請求項１記載のマニホールドユニットにおいて、上記第１制御弁および第２制御弁はそれぞれ上記第１円領域および第２円領域を覆い、上記第１弁作動室および第２弁作動室を塞ぐように取り付けられた第１マウントプレートおよび第２マウントプレートを有し、
   上記第１マウントプレートは上記ワーク側第１配管開口と上記マスター側第１配管開口に対向して連通する貫通孔がそれぞれ中心に形成され、上記マニホールドブロックと反対側の面から突出した２つの第１円柱突出部と、上記第１共通開口と対向して連通する第１貫通穴とを有し、
   上記第２マウントプレートは上記ワーク側第２配管開口と上記マスター側第２配管開口に対向して連通する貫通孔がそれぞれ中心に形成され、上記マニホールドブロックと反対側の面から突出した２つの第２円柱突出部と、上記第２共通開口と対向して連通する第２貫通穴とを有し、
   上記第１制御弁は弁の開、閉要求に従って上記第１弁作動室内において２つの上記第１円柱突出部の頂面と同時に対接、離反する第１シールゴムとを有し、
   上記第２制御弁は弁の開、閉要求に従って上記第２弁作動室内において２つの上記第２円柱突出部の頂面と同時に対接、離反する第２シールゴムとを有していることを特徴とするマニホールドユニット。
3. 請求項２記載のマニホールドユニットにおいて、上記第１および第２臨界ノズルのそれぞれは頭部とネジ部を有するネジと、上記ネジの中心軸に沿って形成された貫通孔に挿入され、密着固定された細管とを有し、上記細管の先端部は上記ネジの先端から突出しており、上記ネジ部が上記ワーク側第１配管開口および上記マスター側第１配管開口の内周面に形成されたネジに装着されていることを特徴とするマニホールドユニット。
4. 請求項３記載のマニホールドユニットにおいて、上記第１マウントプレートの上記２つの貫通孔は上記マニホールドブロック側において径が拡大された拡大穴とされており、上記第１および第２臨界ノズルのネジの頭部は上記拡大穴内に収容されていることを特徴とするマニホールドユニット。
5. 請求項４記載のマニホールドユニットにおいて、上記拡大穴内に焼結フィルタが配置されていることを特徴とするマニホールドユニット。
6. 請求項３記載のマニホールドユニットにおいて、上記第１円柱突出部の上記貫通孔は上記マニホールドブロックと反対側で径が拡大された拡大穴とされており、上記第１および第２臨界ノズルのネジの頭部は上記拡大穴内に収容され、ネジ部が上記貫通孔を通してそれぞれ上記ワーク側第１配管開口および上記マスター側第１配管開口に装着されていることを特徴とするマニホールドユニット。
7. 請求項１乃至６のいずれか記載のマニホールドユニットにおいて、上記マニホールドブロックには上記マスター側配管または上記ワーク側配管に接続され、マスター側配管内またはワーク側配管内の圧力を検出するテスト圧センサが設けられていることを特徴とするマニホールドユニット。
8. 請求項７記載のマニホールドユニットと、
   上記マニホールドブロックの上記導入穴に配管接続され、所望の圧力の加圧空気を上記導入穴に供給する正圧源と、
   上記マニホールドブロックの上記ワーク側配管に配管接続され、被検査ワークを収容するためのワークカプセルと、
   上記マニホールドブロックの上記マスター側配管に配管接続され、ワークの基準となるマスターを収容するためのマスターカプセルと、
   上記差圧検出器と上記テスト圧センサからの検出差圧および圧力が入力され、上記第１制御弁および上記第２制御弁を制御するとともに、上記検出差圧に基づいてワークの漏れの判定する判定制御装置と、
   を含むことを特徴とする定流量型リークテスタ。
9. 請求項８記載の定流量型リークテスタは更に、上記マニホールドブロックの上記開放穴に配管接続され、所望の圧力の加圧空気を上記開放穴に供給する第２の正圧源と、上記第２正圧源と上記マニホールドブロックの上記開放穴との間の配管接続に直列に挿入され、加圧空気の導通、開放を制御する３方制御弁とを含むことを特徴とする定流量型リークテスタ。

Images