(57)【要約】【課題】高温条件下におけるガスケットの微小なリーク量を、実際の使用時における圧力損失を再現しながら精度よく測定できる漏洩測定装置を提供する。【解決手段】ガスケットＡの厚み方向の両面を支持部材と加圧部材とで挟持し、ガスケットを加熱しながら、ガスケットの内径側の内側密閉空間に接続されたガス投入経路からガスを投入し、ガス排出経路からガスを排出する。ガス投入経路から供給されたガスの流量を第１の質量流量計で測定し、外側密閉空間に接続されたリークガス排出経路に設けた第２の質量流量計でリースガス流量を測定する。ガス排出経路中にガス排出側における保持圧力を設定するガス圧設定手段を設けることで、実際の使用時における圧力損失に応じたシール面内圧を再現しながら、リークガス流量を測定できる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスケットの厚み方向の一方面を支持する支持部材と、
前記ガスケットの厚み方向の他方面を加圧して、前記ガスケットの内径側に内側密閉空間を形成する加圧部材と、
前記ガスケットを加熱するための加熱手段と、
前記内側密閉空間に接続されたガス投入経路と、
前記ガス投入経路中に設けられ、ガス投入経路から供給されたガスの流量を測定する第１の質量流量計と、
前記内側密閉空間に接続されたガス排出経路と、
前記ガス排出経路中に設けられ、ガス排出側における保持圧力を設定するガス圧設定手段と、
前記ガスケットの外径側に密閉された外側密閉空間を形成するための気密容器と、
前記外側密閉空間に接続されたリークガス排出経路と、
前記リークガス排出経路中に設けられ、当該リークガス排出経路を流れるリークガスの流量を測定する第２の質量流量計と、を備えたことを特徴とするガスケットの漏洩測定装置。
【請求項２】
前記加圧部材に接続され、前記ガスケットを厚み方向に加圧すると共に、加圧力を可変できる加圧駆動機構、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のガスケットの漏洩測定装置。
【請求項３】
前記支持部材又はその周辺に、前記加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスケットの漏洩測定装置。
【請求項４】
前記支持部材と加圧部材とに、ガスケットに加わる加熱温度を測定するための温度センサが設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のガスケットの漏洩測定装置。
【請求項５】
前記加圧駆動機構と加圧部材とが軸方向荷重のみを伝える自在継手を介して接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のガスケットの漏洩測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスケットの漏洩（リーク）測定装置に係り、特に高温条件下におけるガスケットの漏洩を測定する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスケットの漏洩測定装置として特許文献１〜３が提案されている。特許文献１の漏洩測定装置は、ガスケットを装着するフランジと、フランジに圧力を加える加圧手段と、ガスケットを装着したフランジを収容し所定温度に加熱する加熱手段と、ガスケット内に漏洩試験用ガスを送るための配管と、配管に漏洩試験用ガスを供給する漏洩試験用ガス供給手段と、加熱手段の外にあって配管内を流れる漏洩試験用ガスの質量流量を測定する少なくとも１個の質量流量計と、を備える。
【０００３】
この漏洩測定装置では、ガスケットのセッティング部分が密閉されているため、ガスケットにかかる圧力は、ガスケットの一次側で調整せざるを得ない。この装置でガスケットにかかる圧力を厳密に制御することは困難である。加圧手段としてボルトを使用するため、締結力を定量化できず、ガスケットにかかる面圧を変更しながらリーク量を測定することができないという課題がある。
【０００４】
特許文献２に記載の漏洩測定装置は、対向配置された金属フランジ部材の周縁部間に環状の試験金属ガスケットを配置するとともに、金属フランジ部材の周縁部に沿って複数設けられたボルトを締付けることにより試験金属ガスケットを所定の締付力で金属フランジ部材間に挟持している。所定の締付力で締付けられた金属ガスケットおよび試験金属フランジ部材を加熱炉内で所定時間、所定の温度で加熱して試験金属ガスケットを加熱劣化させ、この加熱劣化の間、ボルトの少なくとも１本に設けられた歪ゲージにより締付力の低下を測定し、試験金属ガスケットの応力緩和特性を評価するものである。
【０００５】
この漏洩測定装置も、ボルトを使用するため、特許文献１と同様にガスケットにかかる面圧を変更することができない。また、一度ガスケットを加熱劣化させた後、漏洩試験を行っているため、ガスケット使用温度下で正確な温度条件を再現しているわけではない。
【０００６】
特許文献３に記載のものは、気密検査時に被検査対象物入口側からガスを一定流量で連続供給する入口ガス定量供給装置と、被検査対象物出口側で通過ガス流量を測定する出口ガス流量測定装置とを備え、通過ガス流量の減少量で被検査対象物の気密検査をするガスリーク評価装置において、出口ガス流量測定装置は、被検査対象物出口側に接続される加圧装置を有し、加圧装置により被検査対象物の内圧を可変し、そのときのリーク量が圧力に比例して大きくなることを利用して、この圧力に対する出口側流量値を２点以上で求めて、その勾配からリーク検査を実施するものである。
【０００７】
この評価装置は、ＳＯＦＣセルユニットの高温におけるガスリーク量を定量化し、セル性能を評価するためのものである。この方法では、リーク量をガスの減少量から求めている。これは実際にリーク量を直接検出したものではないため、リーク量が全体流量の１％以下程度であるような場合、特許文献３のようなガス流量の減少量によるリーク量の検出方法では、信頼性が低い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−６６２１６号公報
【特許文献２】特開２００２−３６４７４９号公報
【特許文献３】特開２００６−１７０９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、高温条件下におけるガスケットの微小なリーク量を、実際の使用時における圧力損失を再現しながら精度よく測定できる漏洩測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するため、本発明は、ガスケットの厚み方向の一方面を支持する支持部材と、前記ガスケットの厚み方向の他方面を加圧して、前記ガスケットの内径側に内側密閉空間を形成する加圧部材と、前記ガスケットを加熱するための加熱手段と、前記内側密閉空間に接続されたガス投入経路と、前記ガス投入経路中に設けられ、ガス投入経路から供給されたガスの流量を測定する第１の質量流量計と、前記内側密閉空間に接続されたガス排出経路と、前記ガス排出経路中に設けられ、ガス排出側における保持圧力を設定するガス圧設定手段と、前記ガスケットの外径側に密閉された外側密閉空間を形成するための気密容器と、前記外側密閉空間に接続されたリークガス排出経路と、前記リークガス排出経路中に設けられ、当該リークガス排出経路を流れるリークガスの流量を測定する第２の質量流量計と、を備えたことを特徴とするガスケットの漏洩測定装置を提供する。
【００１１】
ガスケットの両面を支持部材と加圧部材とで挟持し、ガスケットの内径側に形成された内側密閉空間にガス投入経路を介してガスを供給する。供給されたガスの流量は、第１の質量流量計で計測される。供給されたガスの一部はガスケットと支持部材との隙間、又はガスケットと加圧部材との隙間を介して外側密閉空間へリークし、リークガスは外側密閉空間で捕集される。リークガスは、外側密閉空間に接続されたリークガス排出経路を通り、第２の質量流量計で流量が計測される。第１質量流量計の測定値と第２質量流量計の測定値とからリーク率を求めることができる。
【００１２】
特許文献１，２では、シール空間に対してガス投入口（１次側）しか持たないため、実際の使用時における圧力損失に応じたシール面内圧を再現できない。それに対し、本発明では、ガスケットの内側空間にガス投入経路（１次側）だけでなくガス排出経路（２次側）を接続し、さらにガス排出経路側に保持圧力を設定するガス圧設定手段を設けてあるので、保持圧力を実際の使用時における圧力損失を想定して設定することにより、デバイスにガスケットを介してガスを流すプロセスを再現することが可能になる。ガス圧設定手段としては、圧力調整バルブのほか、実際のデバイスと同等な圧力損失を有する部材を用いてもよい。つまり、２次側にデバイスを接続することも可能になり、実物の圧力損失に応じたシール面内圧を再現できる。
【００１３】
加圧部材に接続され、ガスケットを厚み方向に加圧すると共に、加圧力を可変できる加圧駆動機構を設けるのが望ましい。この場合には、ガスケットの面圧を加圧駆動機構で連続的に調整可能であるため、ガスケットの面圧を変化させながら、リークガスの微小流量を測定することができる。
【００１４】
ガスケットを加熱するための加熱手段を支持部材又はその周辺に設けるのが望ましい。加熱手段を加圧部材側に設けることも可能であるが、その場合には加圧部材の熱変形などの影響により、ガスケットの面圧が変化する可能性がある。これに対し、支持部材側に加熱手段を設けることで、加圧部材への熱影響を小さくし、面圧のばらつきを抑えることができる。
【００１５】
支持部材と加圧部材とに、ガスケットに加わる温度を測定するための温度センサを設けるのが望ましい。ガスケットの温度を直接測定することはできないので、ガスケットの両面を挟持している支持部材と加圧部材とに温度センサを設け、その温度を計測することで、ガスケット付近の温度を検知できる。
【００１６】
加圧駆動機構と加圧部材とを軸方向荷重のみを伝える自在継手を介して接続するのが望ましい。加圧駆動機構と加圧部材とを直結してもよいが、加圧駆動機構の押し付け力の方向や加圧部材に傾きがあると、ガスケットに対して垂直荷重を付与できなくなる。そこで、加圧部材と加圧駆動機構とを例えばボールジョイントなどの自在継手を介して接続することで、ガスケットに対する加圧部材又は加圧駆動機構の軸の垂直度が厳密に出ていなくても、加圧部材の押圧面がガスケットに対して平行になるように修正されるので、ガスケットを均等に加圧でき、適切な面圧を付与できる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明の漏洩測定装置によれば、ガスケットからのリークガスを外側密閉空間にて捕集し、リークガスの流量を第２の質量流量計で計測するので、リークガスの微小流量を直接測定できる。また、ガスケットの内側空間にガス投入経路だけでなくガス排出経路も接続し、ガス排出経路側に保持圧力を設定するガス圧設定手段を設けたので、実際の使用時における圧力損失を再現しながらリークガス流量を高精度に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る漏洩測定装置を示す図である。
【図２】本発明に係る漏洩測定装置の本体部の詳細断面図である。
【図３】図２の要部の拡大断面図である。
【図４】ガスケット面圧を変化させ、二次側の圧力損失値を変化させたときのガスケットからのリーク率を求めた結果である。
【図５】図４をグラフ化した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１〜図３は本発明に係るガスケットＡの漏洩測定装置の第１実施形態を示す。本実施形態の漏洩測定装置は、上下一対のケース１ａ，１ｂで構成された気密容器１を備えており、上下のケース１ａ，１ｂのフランジ部をボルト等の締結部材２で締結することにより、気密容器１の内部に外側密閉空間３が形成されている。なお、外側というのはガスケットＡから見て外側にあるという意味である。このように気密容器１は気密性を確保しつつ分割できる構造となっている。気密容器１の天井部内面にはガスケットＡの上面を支える支持部材４が固定されている。上ケース１ａの外側面には、ヒータ６を装備した加熱装置５が取り付けられ、加熱装置５の熱は上ケース１ａを介して支持部材４へ伝導される。そのため、ガスケットＡ及びその周辺部を、常温〜1000℃までの任意の温度に加熱できる構造となっている。加熱装置５、上ケース１ａ及び支持部材４を貫通して支持部材４の下面に開口するように、ガス投入経路７とガス排出経路８とが接続されている。
【００２０】
ガス投入経路（一次側）７には、ガスボンベ９からガス（例えばＨｅガス）が供給されており、その一次圧力はレギュレータ等の圧力調整弁１０によって調整されている。一次圧力は圧力計１１によって検出される。さらに流量調整弁１２によって投入ガス量が調整され、その流量は第１質量流量計１３によって検出される。
【００２１】
ガス排出経路（二次側）８の終端は大気に開放されている。ガス排出経路８には、二次圧力（圧力損失）を検出する圧力計１４と、その下流側にガスケットＡにかかる内圧を調節するための圧力調整弁１５とが設けられている。圧力調整弁１５の代わりに実機（デバイス）を想定した圧力損失を有する部材を２次側に取り付けても良い。このように、ガスケットＡの内部空間内に投入されるガスは、ガス投入経路７（１次側）から投入され、ガス排出経路８（２次側）を通って大気に開放されることで連続的に流すことができる。
【００２２】
気密容器１の内部には、加圧部材２０が上下動自在に配置されており、加圧部材２０の上面と支持部材４の下面との間に、測定すべきガスケットＡが配置されている。そのため、図３に示すようにガスケットＡの内径側に内側密閉空間２１が形成されている。加圧部材２０の長さは加熱装置５の及ぶ高さより十分に長く、その下端部は下ケース１ｂまで延びており、接続部材２２によって支えられている。接続部材２２の軸部２２ａは下ケース１ｂの底部を摺動自在に貫通しており、摺動部にＯリング２３を設けることにより、気密容器１の気密性を確保しつつ接続部材２２が上下に摺動できるようになっている。接続部材２２は加熱装置５から離れているので、接続部材２２やＯリング２３をその耐熱温度以下の環境に設置することができる。接続部材２２にはボールジョイント等の継手２４が設けられており、軸部２２ａの押し上げ力の方向がガスケットＡのシール面に対して垂直方向でない場合でも、継手２４によって加圧部材２０の上面がシール面に対し平行になるように自動的に修正されるため、シール面を均等に押さえつけることが可能となる。
【００２３】
気密容器１の外部に突出した接続部材２２の軸部２２ａには、エアーシリンダ等の加圧駆動機構２５の軸２５ａが連結されている。そのため、加圧駆動機構２５を作動させると、その加圧力は接続部材２２及び加圧部材２０を介してガスケットＡを垂直荷重として押圧することができる。加圧駆動機構２５は、シリンダへの供給圧力を調整することにより、ガスケットＡにかかる面圧を例えば10kPa〜100kPaまで任意に調整できる。
【００２４】
支持部材４と加圧部材２０にはそれぞれ熱電対２６，２７が取り付けられており、これら熱電対は気密容器１の側壁に設けられた外部端子２８，２９を介して装置外部に設けられた出力調整器（図示せず）に接続されている。熱電対２６，２７でガスケットＡ付近の温度を検出し、出力調整器を介し加熱装置５への出力を調整することで、ガスケットＡ付近の温度を所望の温度に設定できる。加熱装置５による熱影響を受けない気密容器１の下部側面には、外側密閉空間３を大気に開放するためのリークガス排出経路３０が接続されており、リークガス排出経路３０の途中には、リークガス排出経路を流れるリークガスの流量を測定する第２質量流量計３１が設けられている。第１，第２質量流量計１３，３１の精度はフルスケール±１％程度のものがよい。
【００２５】
ここで、前記構成よりなる漏洩測定装置の作動を説明する。まず測定の前に、加圧駆動機構２５の押し付け圧力と、ガスケットＡにかかる面圧との相関関係を求めておく。そのため、常温状態でロードセル等の荷重検出器（図示せず）を支持部材４と加圧部材２０との間にセットし、加圧駆動機構２５を作動させながら、荷重検出器の検出データを読み取る。加圧駆動機構２５の押し付け圧力とガスケットＡの面圧との相関関係を求めた後、荷重検出器を取り外す。
【００２６】
次に、実際の漏洩測定の手順を説明する。
（１）ガスケットＡを支持部材４と加圧部材２０との間にセットし、気密容器１を密閉する。
（２）加熱装置５をセットし、加熱装置５によってガスケットＡ及びその周辺を所定温度（例えば800℃）に加熱する。
（３）事前に求めた押し付け圧力と面圧との相関関係に基づいて、ガスケットＡの面圧が所定の値（例えば10kPa）になるように加圧駆動機構２５の押し付け圧を調整する。
（４）ガス投入経路（一次側）７から内側密閉空間２１へガスを供給する。そして、圧力調整弁１５により、二次側の圧力損失を例えば０〜30kPa に変化させる。圧力損失は二次側の圧力計１４で計測する。
（５）第１質量流量計１３によって一次側の投入流量を計測し、第２質量流量計３１によってリークガスの流量を測定する。ガスケットＡからリークするガスは、外側密閉空間３で捕集されるので、リークガスの流量を第２質量流量計３１で直接測定できる。第１，第２質量流量計１３，３１の精度はフルスケール±１％程度であるため、リーク量が全体流量の１％以下程度であるような場合でも、精度よく測定できる。
（６）ガスケット面圧30、50、70kPaの場合も同様に、順次(3) 〜(5) の手順を繰り返す。
【００２７】
次に、前記構成の漏洩測定装置を用いてガスケットのリーク量を測定した実験について示す。実験条件は以下の通りである。
・投入ガス種：He
・投入ガス量：5NL/min（NL:normal liter：基準状態 (0℃、１atm)での体積）
・加熱温度：800℃
・ガスケット−材質：バーミキュライト（厚み：0.5ｍｍ，内径80mm，外径90mm）
・第１質量流量計のフルスケール：20LM（LM：l/min）
・第２質量流量計のフルスケール：200CCM（CCM：ml/min）
【００２８】
図４は、面圧を1.02E-05、3.059E-05 、5.099E-05 、7.138E-05 Ｐａとした条件下で、二次側の圧力損失値を０〜３０ｋＰａに変化させたときのガスケットからのリーク率（％）を求めたものである。リーク率は以下の計算式で求めた。
リーク率＝Ｊ値／Ｌ値×100
Ｊ値：第１質量流量計の測定値
Ｌ値：第２質量流量計の測定値
【００２９】
図４から明らかなように、シール面圧と圧力損失とを変化させた状態でのリーク量を精度良く測定することができた。つまり、実際のリーク部にかかる条件を厳密に再現した状態で、供給ガス量の１％以下のリーク率でも検出できる結果を得た。
【００３０】
図５は、図４をグラフ化したものである。面圧1.02E-05Ｐａが面圧１ｋｇｆに相当する。図５から分かるように、本ガスケットを８００℃で使用し、リーク率１％以下を評価基準とした場合、シール面圧を３ｋｇｆ以上とする必要があることがわかる。
【符号の説明】
【００３１】
Ａ        ガスケット
１        気密容器
３        外側密閉空間
４        支持部材
５        加熱装置
７        ガス投入経路（一次側）
８        ガス排出経路（二次側）
１０      圧力調整弁
１１      圧力計
１２      流量調整弁
１３      第１質量流量計
１４      圧力計
１５      圧力調整弁（ガス圧設定手段）
２０      加圧部材
２１      内側密閉空間
２４      継手
２５      加圧駆動機構
２６，２７  熱電対
３０      リークガス排出経路
３１      第２質量流量計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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