(57)【要約】  【課題】金属薄膜の撓みを調整するパラメータを別途導入することにより、加工容易性を損なうことなく適切な感度を付与することを可能にした新規有用な漏れ検知装置を提供する。  【解決手段】金属薄膜３の撓みを利用して変化する受光手段５の受光状態から漏れを検出するようにしたものにおいて、金属薄膜３を、基端側に支持位置を設定し先端側を自由端とした片持ち支持による支持構造とするとともに、基端から先端までの間に中間部３２を設定し、この中間部３２に厚み方向に抜ける切除部位を設けることとした。  【選択図】図５ 
2005227187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持位置から変位した部位に検知対象からの真空漏れやガス漏れによる吸引力又は噴出力が作用することによって弾性変形可能な金属薄膜と、この金属薄膜にレーザ光を照射するレーザ照射手段と、前記金属薄膜を反射したレーザ光を受光する受光手段とを具備し、金属薄膜の撓みに応じて変化する前記受光手段の受光状態に基づいて漏れを検出するようにしたものにおいて、
前記金属薄膜を、基端側に支持位置を設定し先端側を自由端とした片持ち支持による支持構造にするとともに、基端から先端までの間に中間部を設定し、この中間部に厚み方向に抜ける切除部位を設けたことを特徴とする漏れ検知装置。
【請求項２】
切除部位が、金属薄膜の巾方向両縁部に設けた切欠である請求項１記載の漏れ検知装置。
【請求項３】
基端部及び先端部を互いに等しい一定巾寸法にしている請求項２記載の漏れ検知装置。
【請求項４】
切除部位が、金属薄膜の巾方向両縁部間の一部を打ち抜いたスリットである請求項１記載の漏れ検知装置。
【請求項５】
基端部から中間部を経て先端部に亘る幅寸法を一定にしている請求項４記載の漏れ検知装置。
【請求項６】
金属薄膜の厚みを０．０５ｍｍ乃至０．０８ｍｍとしている請求項１〜５記載の漏れ検知装置。
【請求項７】
金属薄膜に、反射面を研磨したＳＫ材を使用している請求項１〜６記載の漏れ検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空系やガス系を構成する機器配管ラインからの漏れを検出し、ひいては欠陥部を発見するために好適に利用される漏れ検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、化学、食品、薬品、電機、自動車などの各種工場、火力や原子力などの各種発電所、石油精製や天然ガスなどの取扱い施設においては、一般的な水、油や蒸気の供給循環ラインに加え、可燃性ガスなどの各種ガス供給ラインや真空度を維持する必要のある真空ラインなどの種々の機器配管ラインが配置されていることは周知の通りであり、その保守点検に常時多大な努力が払われている。
【０００３】
特に可燃性や毒性のあるガスなどでは、微量な漏れであっても重大な事故を招くことになるため、早期に漏れを発見することが必要である。また、半導体などの生産に見られるように、真空度の維持が製品品質に関わる場合や、火力、原子力発電所における復水器においては真空度の維持が発電効率に影響を与えるため、上記と同様に漏れ箇所を早期に発見し、復旧することが非常に重要である。
【０００４】
このような真空ラインにおける欠陥部の検知を、騒音等の影響を受けることなく微小な漏れ量に対しても行うことができ、検査対象に格別の細工を施さずとも簡単安価に実施することを可能にするため、本出願人は、特許文献１に示される漏れ検出装置を開発した。このものは、支持位置から変位した部位に検知対象からの真空漏れ・ガス漏れによる吸引力・噴出力が作用することによって弾性変形可能な金属薄膜と、この金属薄膜にレーザ光を照射するレーザ照射手段と、前記金属薄膜を反射したレーザ光を受光する受光手段とを具備し、金属薄膜の撓みに応じて変化する前記受光手段の受光状態に基づいて漏れを検出するようにしたものである。金属薄膜には矩形状をなすＳＵＳ長尺金属薄膜が用いられ、使用例として一点固定支持と二点固定支持が例示してある。
【特許文献１】特開２００１−２１５１６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このように金属薄膜の撓みを利用する手法においては、吸引力や噴出力の作用が微弱になると金属薄膜に作用する応力が小さくなるため、このような応力に対しても変形して所要の感度を示すには金属薄膜の肉厚を薄くする必要がある。しかしながら、薄肉化には通常の加工においては一定の限界があるため、単に肉厚調整に頼るのみでは、高い感度に対応する加工が困難あるいは不可能になる場合もある。
【０００６】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、金属薄膜の撓みを調整するパラメータを別途導入することにより、加工容易性を損なうことなく適切な感度を付与することを可能にした新規有用な漏れ検知装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【０００８】
すなわち、本発明に係る漏れ検知装置は、上述したごとく金属薄膜の撓みを利用して変化する受光手段の受光状態から漏れを検出するようにしたものにおいて、前記金属薄膜を、基端側に支持位置を設定し先端側を自由端とした片持ち支持による支持構造とするとともに、基端から先端までの間に中間部を設定し、この中間部に厚み方向に抜ける切除部位を設けたことを特徴とする。
【０００９】
このような片持ち支持構造によると、両持ち支持構造に比べて金属薄膜が撓み変形動作を行う上で遥かに制約が少なくなるため、同じ吸引力や噴出力が作用しても、レーザ照射部分により大きな変位が得られるようになる。しかも、金属薄膜の中間部に切除部位を設けると、この部位における金属薄膜の弾性係数が小さくなるため、片持ち支持にしたことと相俟って、薄肉化の加工が難しい場合にもプレス等の簡単な加工を行うのみで金属薄膜を更に薄肉化し得たときと同等の撓みを実現することができる。
【００１０】
切除部位の具体的な態様としては、金属薄膜の巾方向両縁部に設けた切欠であるもの、或いは、金属薄膜の巾方向両縁部の間を一部打ち抜いて形成したスリットであるものが挙げられる。
【００１１】
金属薄膜に対する加工を極力減らし、取付構造の複雑化も招かないようにするためには、上記切欠が存しない基端部及び先端部を互いに等しい一定巾寸法にしておく態様や、上記スリットの外延に位置する金属薄膜の基端部から先端部までを全て一定幅にしておく態様等が挙げられる。
【００１２】
加工容易性と所望の感度とを両立させる金属薄膜の厚みは、０．０５ｍｍ乃至０．０８ｍｍが好適である。
【００１３】
加工容易性を損なわずに、反射効率が良好で反復実施に適したものとするためには、金属薄膜に、反射面を研磨したＳＫ材を使用することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高度な加工技術を擁することなく簡易に構成できて、微量の真空漏れやガス漏れに対しても高い検知性能を示す漏れ検知装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１６】
この実施形態の漏れ検知装置は、真空漏れにもガス漏れにも適用されるものである。
【００１７】
図１はこの漏れ検知装置Ｍを真空漏れに適用する場合の本実施形態に係る漏れ検知装置の作動原理を示す概念図である。固定支持部４から変位した部位に検知対象である真空系の機器配管ライン６からの真空漏れによる吸引力が作用することによって弾性変形可能な金属薄膜３と、この金属薄膜３にレーザ光２を照射するレーザ照射手段１と、前記金属薄膜３を反射したレーザ光２を受光する受光手段５とを具備し、金属薄膜３の撓みに応じて変化する前記受光手段５の受光状態に基づいて漏れを検出するものである。
【００１８】
すなわち、検知対象に欠陥部６ａがあれば、固定支持された金属薄膜３は、欠陥部がない場合に比べ、欠陥部への流入空気７（吸引力）の作用により、吸引力が作用する方向に撓み、その撓みは、吸引力の作用する面の背面に照射されたレーザ光２の反射レーザ光路の変化として捉えられる。
【００１９】
この金属薄膜３の撓みによる反射レーザ光路の変化は、撓みが発生した場合には、その時の反射レーザ光路が例えば受光手段５の検出部から外れていくように、すなわち光出力が低下していくように位置関係が関連づけられ、欠陥部６ａの近傍に金属薄膜３を配することによって微量な漏れをも検知可能とするものである。
【００２０】
また、ガス漏れの場合は、欠陥部６ａがあれば、ガス種にかかわらずガス流出（噴出力）の作用により、固定支持された金属薄膜３は、真空漏れの場合とは逆方向に撓み、真空漏れと同様の手法により、微量な漏れの欠陥部６ａも検知可能とするものである。
【００２１】
図２は、このような作動原理に基づいて構成した漏れ検知装置Ｍの具体例を示したものである。このものは、グリップ部８１とセンサ部８２からなる可搬性のケーシング８に各種機構部品を組み込んで構成してある。具体的には、センサ部８２の検出面８２ｘに開口８３を設け、当該センサ部８２内における前記開口８３の対応位置に金属薄膜３を配設している。開口８３を介して金属薄板３に吸引力若しくは噴出力が作用すると、金属薄膜３が固定支持部４を支点にして撓み、先端側を一定の範囲でセンサ部８２の壁と干渉することなく吸引力に吸引される方向α、或いは噴出力に付勢される方向βに変位することができる。
【００２２】
レーザ照射手段１は、前記センサ部８２内において前記開口８３の近傍に向けてレーザ光２を照射し得る位置に配置したもので、金属薄膜３に撓みがない状態で、当該金属薄膜３の鏡面仕上げした面に所定の角度でレーザ光２が入射するようにしてある。反射光２ｂは、金属薄膜３に撓みがない状態でその反射角度が入射光２ａの入射角度と等しくなる方向に出ていく。したがって、金属薄膜３に撓みが生じると、その撓みの向きと大きさに一意的に対応して反射方向が変化していく。
【００２３】
受光手段５は、例えばピンフォトダイオード等から構成され、前記センサ部８２内において前記反射光２ｂが入光し得る位置に配置したもので、受光量に応じた大きさの光出力をなす。例えば金属薄膜３に撓みがない状態では反射したレーザ光２ｂを受光素子５１の中心部で受け、反射光の反射方向が変化するにつれて受光素子５１の中心部から遠ざかる設定にすることによって、金属薄膜３に撓みがないときの受光手段５の光出力を基準にして、その出力変化から金属薄膜３の撓みを測定することができる。
【００２４】
勿論、金属薄膜３に撓みがない状態での受光手段５の光出力を基準にして、金属薄膜３に撓みが発生するにつれて受光手段５の光出力が増大していくように配置することもできる。本実施形態において、受光手段５の光出力を可視光としているため、受光手段５に付帯する出力計（Ｘステージ）５２の指示値によってその大きさを視認することができるようにしてあり、また受光状態を電気的に処理するために、受光量に比例する電気信号を出力するようにしてある。例えば、その電気信号により後述する警報設定器Ｋを作動させて漏れを報知するように構成することができる。
【００２５】
なお、グリップ部８１には、電池８４ａ、電源スイッチ８４ｂ、回路基板８４ｃその他の必要な周辺部品が組み込んである。
【００２６】
このような構成において、本実施形態の漏れ検知装置Ｍは、前記金属薄膜３を、図３及び図４に示すように基端３ａ側に支持位置であるねじ穴３ｘを設け先端３ｂ側を自由端とした片持ち支持による支持構造にするとともに、基端３ａから先端３ｂまでの間に中間部３２を設定し、この中間部３２に厚み方向に抜ける切除部位として切欠３４を設けている。
【００２７】
固定支持部４は、センサ部８２の内面における金属薄膜３の装着部８２ａ上に図３に示すごとく固定支持板４１を介して金属薄膜３を載せ、金属薄膜３及び固定支持板４１を貫通したねじ４２をセンサ部８２の壁に締着したものである。
【００２８】
金属薄膜３に対する装着部８２ａの周囲には、図２及び図４に示すように金属薄膜３の外縁を包囲するように立壁８２ｂが形成してあり、特に金属薄膜３の幅方向両縁に沿った立壁８２ｂは当該金属薄膜３に密接させてある。
【００２９】
金属薄膜３の形状や厚みを決定するに際し、その長手寸法は、先端部３３が開口８３をカバーできればよく、必要以上に長くする必要はない。金属薄膜３の切欠３４は、左右両縁から中央に向かって矩形状に凹欠し、これにより残ったくびれ状の中間部３２が基端部３１と先端部３３を接続した形態をなすが、くびれが細すぎ或いは長すぎると、光出力がぶれ易くなる点を考慮する必要がある。具体的には、基端部３１及び先端部３３の幅寸法は一定の等幅で、中間部３２の幅寸法はくびれがない基端部３１及び先端部の幅寸法の１／３程度、長さは金属薄膜３全体の長さの１／３〜１／４程度とするのが好適である。厚みは、一般的な手法によって無理なく加工できる範囲で極力薄肉化した値とする。金属薄膜３上、レーザ光２の照射部（反射部）は、金属薄膜３の撓みに対する反射光２ｂの反応がある程度大きく現れるように、かつ金属薄膜３が撓んだ際にレーザ光２が金属薄膜３から外れることがないように配向する必要がある。そこで、レーサ照射手段１が撓んでいない金属薄膜３に対して斜め３０°〜４５°前後の角度でレーザ光２を入射させるように設定し、照射位置は中間部３２と先端部３３の境界部分３ｓから開口８３に至るまでの領域の中央付近に設定する。
【００３０】
図５に最適化した金属薄膜３の具体的な形状を示す。
【００３１】
金属薄膜３の全体の長手寸法Ｌ０（＝ａ）＝７５ｍｍ、基端部３１の長手寸法Ｌ１（＝Ｃ）＝１５ｍｍ、先端部３３の長手寸法寸法Ｌ３＝３２．５ｍｍ、基端部３１及び先端部３３の幅寸法Ｗ０（＝ｂ）＝２０ｍｍ、中間部３２の長手寸法Ｌ２＝２７．５ｍｍ、中間部３２の幅寸法Ｗ２（＝Ｂ）＝６ｍｍとする。先端部３３の幅方向中心かつ長手方向中心から１ｍｍ先端側へ変位した位置に吸引口となる開口８３の中心が位置する。開口８３の大きさはφ１６ｍｍである。これらの関係より、ねじ穴３ｘの中心から中間部３２と先端部３３の境界部分３ｓまでの距離Ｌ４（＝Ａ）は３５ｍｍ、基端部３１の基端３ａから先端部３３の開口８３の中心までの距離Ｌ５は６０ｍｍ、中間部３２と先端部３３の境界部分３ｓから開口８３の中心までの距離Ｌ６は１７．５ｍｍ、先端部３３における開口８３の中心から先端３ｂまでの距離はＬ７は１５ｍｍ、基端部３１における基端３ａからねじ穴３ｘの中心までの距離Ｌ８は７．５ｍｍである。
【００３２】
次に、上記の最適化に至るまでの試行過程を以下に示す。
【００３３】
前出の特許文献１に準じて、真空系の機器配管ライン６の欠陥部６ａを模擬した機器構成として図６の実験装置を構成した。吸引手段として真空計や真空ポンプを含む吸引装置９１を用い、所定の穴径の模擬欠陥部９２ａを有する真空容器９２を用意し、吸引装置９１の真空計で真空容器９２の内圧を測定した。模擬欠陥径、真空度、吸入空気量は、それぞれ図７の関係にある。
【００３４】
参考までに、一般的な火力プラントの負圧レベルは、ほぼ０．００５ＭＰａ（４０ｍｍＨｇ）である。
【００３５】
検査対象となる真空容器９２（機器配管ライン６に相当）対して、漏れ検知装置Ｍの開口をＺ方向に移動させて真空容器９２の欠陥部９２ａに当て、Ｘ、Ｙ方向にサーベイしながら受光手段５に付帯する出力計５２の出力指示、或いは漏れ検知装置Ｍに付帯させて設けた警報設定器Ｋが点滅すれば、その近傍を詳細にサーベイし、出力値が最大になれば、その出力値から漏れの程度および欠陥部９２ａを特定する。
検知の可否を評価するため、吸引装置９１のスイッチを投入後の出力変化幅Ｖ（ｍＷ）を信号出力（Ｓ）、吸引装置９１のスイッチ投入後の出力変動幅Ｖｆ（ｍＷ）を雑音（Ｎ）と仮定し、Ｓ／Ｎ比を求めた。ここにＶｆ＝（ＶｍａｘーＶｍｉｎ）／２であり、Ｖｍａｘは吸引装置９１のスイッチ投入後の出力最大値（ｍＷ）、Ｖｍｉｎ
は吸引装置９１のスイッチ投入後の出力最小値であり、Ｓ／Ｎ＝（Ｖ・Ｖｆ）1/2 で求めた。
そして、各条件における検知の可否は、Ｓ／Ｎ比１．１以上の場合を検知可能（○）、１．１＞Ｓ／Ｎ比＞１．０の場合を検知やや難（△）、Ｓ／Ｎ比１．０以下の場合を検知不可（×）とした。
【００３６】
（１）     
両持ち支持と片持ち支持の効果確認試験
＜試験条件＞
金属薄膜材料：ＳＫ材（研磨）
金属薄膜形状：矩形状（図８参照）
寸法：ａ＝１２０ｍｍ、ｂ＝２０ｍｍ
ｃ（金属薄膜の厚み）＝０．０５ｍｍ
支持構造：可変
＜試験結果＞
【００３７】
これによる試験結果を表１に示す。両持ち支持よりも片持ち支持の方が変位量が大きいため、片持ち支持を採用することとした。
【表１】
2005227187.tif 000003
【００３８】
（２）     
片持ち支持における長手寸法の最適化のための効果確認試験
＜試験条件＞
金属薄膜材料：ＳＫ材（研磨）
金属薄膜形状：矩形状（図９参照）
寸法：ａ：可変、ｂ＝２０ｍｍ
ｃ（金属薄膜の厚み）＝０．０５ｍｍ
支持構造：片持ち支持
＜試験結果＞
【００３９】
これによる試験結果を表２に示す。ａ＝６５ｍｍは短くなり過ぎて真空吸引口をカバーできない。ａ＝７５ｍｍが最も感度良く検知できた。
【表２】
2005227187.tif 000004
【００４０】
（３）     
片持ち支持、長さ７５ｍｍにおいて、さらに金属薄膜の変位を大きくする形状最適化のための効果確認試験
＜試験条件＞
金属薄膜材料：ＳＫ材（研磨）
金属薄膜形状：矩形状＋切欠（図１０参照）
寸法：ａ＝７５ｍｍ、ｂ＝２０ｍｍ
ｃ（金属薄膜の厚み）＝０．０５ｍｍ
Ａ：可変、Ｂ：可変、Ｃ＝０．０５ｍｍ
支持構造：片持ち支持
＜試験結果＞
【００４１】
これによる試験結果を表３に示す。Ａ＝４０ｍｍとすると、斜め方向からのレーザ光が金属薄膜に入射しなくなる。試験結果から、検知器出力の大きいＡ＝３５ｍｍ、Ｂ＝６ｍｍに決定した。
【表３】
2005227187.tif 000005
【００４２】
（４）     
材質最適化のための効果確認試験
＜試験条件＞
金属薄膜材料：ＳＫ材（研磨）
金属薄膜形状：矩形状（図１１参照）
寸法：ａ＝７５ｍｍ、ｂ＝２０ｍｍ
ｃ（金属薄膜の厚み）＝０．０５ｍｍ
Ａ＝３５ｍｍ、Ｂ＝６ｍｍ、Ｃ＝０．０５ｍｍ
支持構造：片持ち支持
＜試験結果＞
【００４３】
これによる試験結果を表４に示す。銅板は欠陥部からはずしたとき、塑性変形し、出力が復帰できない。ＳＵＳ材はＳＫ材に比べて、研磨がしにくく検知器出力が低い。
【００４４】
以上から、材質はＳＫ材（研磨）に決定した。
【表４】
2005227187.tif 000006
【００４５】
（５）     
厚み最適化のための効果確認試験
＜試験条件＞
金属薄膜材料：ＳＫ材（研磨）
金属薄膜形状：矩形状（図１１参照）
寸法：ａ＝７５ｍｍ、ｂ＝２０ｍｍ
ｃ（金属薄膜の厚み）：可変
Ａ＝３５ｍｍ、Ｂ＝６ｍｍ、Ｃ＝０．０５ｍｍ
支持構造：片持ち支持
＜試験結果＞
【００４６】
これによる試験結果を表５に示す。
【表５】
2005227187.tif 000007
【００４７】
以上のように、本実施形態は、金属薄膜３を薄肉化することのみによって感度向上を図るのではなく、片持ち支持構造にして中間部３２にプレス等により切欠３４を設けるという簡単な構成を付加することによって、微量な真空漏れも高い感度で的確に検知することが可能となる。
【００４８】
この場合、切欠３４が存しない基端部３１及び先端部３３を互いに等しい一定巾寸法にしているため、金属薄膜３の装着部８２ａや立壁８２ｂは単純な矩形状でよく、既存品にも金属薄膜３の形状を変えるだけで本発明を容易に適用することができる。
【００４９】
また、（４）の実験から、金属薄膜３の厚みが０．０５ｍｍ乃至０．０８ｍｍの範囲にあれば加工容易性と感度を好適に両立させ得ることが確認できた。
【００５０】
さらに、（５）の実験から、金属薄膜３に反射面を研磨したＳＫ材を使用することで、加工容易性を損なわずに反射効率が良好で反復実施に適した金属薄膜３にできることが確認できた。
【００５１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００５２】
例えば、切除部位は、図１２に示すように金属薄膜３の巾方向両縁部間の一部を打ち抜いたスリット３５であってもよい。
【００５３】
この場合、上記と同様の理由で、基端部３１から中間部３２を経て先端部３３に亘る幅寸法を一定にしておくことが、適用上極めて有利である。
【００５４】
さらに、ガス漏れの場合は、欠陥部があればガスの種類によらず金属薄膜３にガス流出（噴出力）の作用が及ぶことになるが、固定支持された金属薄膜３は、真空漏れの場合と逆方向に撓むだけで、真空漏れと同様の手法により、微量な漏れの欠陥部を確実に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態に係る漏れ検知装置の作動原理を示す概念図。
【図２】同実施形態に係る漏れ検知装置の具体的な構成図。
【図３】同実施形態における金属薄膜の取付状態を示す模式的な縦断面図。
【図４】同実施形態における金属薄膜の取付状態を示す模式的な平断面図。
【図５】同実施形態において最適化した金属薄膜の平面図。
【図６】同実施形態における効果確認試験に用いた実験装置の概念図。
【図７】同効果確認試験における各種条件を示す図。
【図８】同効果確認試験における金属薄膜の形状を示す図。
【図９】同効果確認試験における金属薄膜の形状を示す図。
【図１０】同効果確認試験における金属薄膜の形状を示す図。
【図１１】同効果確認試験における金属薄膜の形状を示す図。
【図１２】本発明の変形例を示す図。
【符号の説明】
【００５６】
１…レーザ照射手段
２…レーザ光
３…金属薄膜
５…受光手段
３１…基端部
３２…中間部
３３…先端部
３４…切除部位（切欠）
３５…切除部位（スリット）
【図１】
2005227187.tif 000008
【図２】
2005227187.tif 000009
【図３】
2005227187.tif 000010
【図４】
2005227187.tif 000011
【図５】
2005227187.tif 000012
【図６】
2005227187.tif 000013
【図７】
2005227187.tif 000014
【図８】
2005227187.tif 000015
【図９】
2005227187.tif 000016
【図１０】
2005227187.tif 000017
【図１１】
2005227187.tif 000018
【図１２】
2005227187.tif 000019