マスタレスリークテスタとは、差圧式リークテスト(マスター比較方式)において、測定時に判定基準となる外部のマスターが不要で、代わりに内蔵したマスタータンクとマスターデータを基準としてワークとの差圧測定を行う方式の事です。マスタレスリークテスタは、外部にマスターを持たないため、内蔵マスターのデータ自体に外的要因による変動がなく、常に安定した測定が可能です。また、ワークの差圧特性を記憶させ(マスターデータ)、多様な容積のワークに対応しています。従来の外部マスターを使う差圧式リークテスタと比べて、測定時間を短縮させることができます。マスタレスリークテスタの測定回路は以下のようになっています(図1)。

図1：マスタレスリークテスタ回路

開発背景

従来の差圧式リークテスタでは、以下の基本回路で、外部マスター物とワークを差圧測定して漏れを検出していました(図2)。実際の測定現場では、多品種のワークに対応するため、工場に複数台の外部マスター物(良品)を設置していました(図3)。しかし、外部にマスターを持つことは、表1に記す様々な問題の原因となり、計測精度、信頼性やコスト面で悪い影響をもたらすことがわかりました。マスタレスリークテスタは悪影響の原因である外部マスターを取り除き精度の安定性と信頼性向上をめざし開発された製品です。

外部マスターの問題点実物のマスターを使う事で生じる問題点
マスターの蓄熱、放熱特性の経時・経年変化 マスターの機械的疲労、特性の変化 マスターの管理・コスト（定期交換、メンテナンス、スペース確保）

図2:従来の差圧式エアリークテスタ回路図	図3:工場での使用例

製品と補正方式の関係

上記の事由でマスタレスリークテスタが開発されましたが、図1の回路では高圧への対応ができないため、図2のような従来の回路でも高圧対応ができるように、フィッティングリークテスタとリニアフィッティングリークテスタが開発されました。いずれの方式でも、マスターデータを構築した後に通常測定を行います。製品とマスターデータの構築方法との対応は、以下の一覧をご参照ください(表2)。

表2：製品と補正方式の関係
テスタ名	製品	補正方式	計測回路	高圧対応	テスト圧
マスタレス リークテスタ	FL-600	マスタリング測定	マスタレスリークテスト回路	1MPaまで	-90kPa〜990kPa
	FL-610
	FL-610	リニアフィッティング測定
フィッティング リークテスタ	FL-601	フィッティング測定	バランス型差圧測定回路	5MPaまで	-90kPa〜5MPa
リニアフィッティング リークテスタ	FL-611	リニアフィッティング測定			-90kPa〜5MPa 5MPaは発売予定
※マスタレスリークテスタでの測定精度の確保のためには、マスターデータの再現性が重要な条件となります。再現性の高い加圧流量制御を実現するためにリークテスタ専用に開発したフクダのレギュレータのご利用をお勧めします。 ※リニアフィッティング測定は、3種類ある補正方式の中で最も汎用性が高い方式です。

マスターデータを利用してリークテストを行う方法として、「マスタリング測定」、「フィッティング測定」、「リニアフィッティング測定」の3種類の補正方式があげられます。

マスタリング測定

マスタリング測定とは、通常の測定より検出時間を長くして測定を行い、マスターデータを構築することです。検出された差圧データを直線成分(漏れによる差圧変動)と非直線成分(漏れ以外の環境要因)に分け、非直線成分を、マスターデータ(漏れ以外の差圧発生要素)として記憶します。これは圧縮熱の影響やシールゴムの影響、ワークの温度影響・気温変化など様々な要因が複合されたマスターデータとして、リークテストの判定基準となります。構築したマスターデータを利用して通常測定を行います(図4)。通常測定では、差圧データから構築したマスターデータを差し引き、漏れの直線成分を演算します。

図4:マスタリング測定による差圧計測
マスタリング測定
通常測定	計測データからマスターデータを差し引くことにより、漏れによる差圧勾配を短時間に演算することができます。

フィッティング測定

フィッティング測定とは、計算式によって理想的なマスターデータを構築する方式のことです。フィッティング測定では、実測データを測りながらマスターデータ構築のための演算を行います。計測データと数式(図5右式)が一致する定数を求めることで漏れ量を算出します。マスタリング測定との違いは、マスターデータ構築時に、振動などの外的影響による計測データの乱れを式により補正しながら、滑らかなマスターデータを作るという点です。例として、図6に測定中に振動があった場合のマスタリング測定とフィッティング測定の違いを示します。マスタリング測定の場合、振動があるとマスターデータにも影響を及ぼし乱れが生じるため、測定をやり直すことになります。一方、フィッティング測定では、振動があったとしても、マスターデータには影響を及ぼしません。この補正方式により、信頼性の高いマスターデータが得られます。

図5:フィッティング測定と特性式

図6:補正方式によるマスターデータの違い

リニアフィッティング測定

リニアフィッティング測定では、マスターデータと計測データの曲線を単位時間で区切り、それぞれの折れ線近似の傾きの差から漏れ量を算出します(図7)。まず、漏れがないワークから得られる差圧データを一定時間に区切り、単位時間の傾きをマスターデータ式(2)として作成します。通常測定で、実測差圧(計測データ)の単位時間当たりの傾き式(1)を求め、式(3)でマスターデータとの傾きの差をとることで漏れ量を算出します。

図7:リニアフィッティング測定

マスターデータを利用してリークテストを行う方法として、「リニアフィッティング測定」、「フィッティング測定」、「マスタリング測定」の3種類の補正方式があげられます。

加圧時間、検出時間を短縮

段取り替えが容易

マスターデータの記憶、マスターワークの保管が容易、マスターデータの切り替えが簡単

NG品をシビアに判定

一般的なマスター比較方式では、物理的なマスターを使用するため、プラス側(ワーク)とマイナス側(マスター)の判定値があります。図8(a)では、良品母集団が室温などの影響でマイナス側へシフトすると、規格以上の漏れが発生していてもNG判定できず見逃すおそれがあることを示しています。一方、(b)ではマスターのデータ化により、マイナス側の判定値が不要となりマイナス側に漏れる心配がなく、プラス側の判定値のみとなっています。このため誤判定が生じにくく、従来よりシビアな判定精度になります。

図8：判定結果の比較モデル（左.従来、右.マスタレス）

経時変化・経年変化による誤判定が減少

環境変化に応じたマスターデータの更新により、常に最適な条件での測定が可能です。図9の上のグラフは、室温の変化(約9°C)が測定結果に影響しドリフト(約2.5ml/min~約12ml/min)が生じている状態です。マスターデータを更新することにより、図9の下のグラフのように安定した測定結果を得ることができます。

図9：ワークの経時・経年変化の例

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