特開 2024-64845 ガス透過度の測定装置及び測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024064845

(43)【公開日】2024-05-14

(54)【発明の名称】ガス透過度の測定装置及び測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 15/08 20060101AFI20240507BHJP

【ＦＩ】

G01N15/08 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022173757

(22)【出願日】2022-10-28

(71)【出願人】

【識別番号】390000686

【氏名又は名称】株式会社住化分析センター

(71)【出願人】

【識別番号】595115754

【氏名又は名称】株式会社日本エイピーアイ

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】野中 辰夫

(72)【発明者】

【氏名】行嶋 史郎

(72)【発明者】

【氏名】高萩 寿

(72)【発明者】

【氏名】溝上 員章

(72)【発明者】

【氏名】小林 昭好

(57)【要約】

【課題】先に検出器に供給される気体によって、後に検出器に供給される気体が汚染されることを防ぐ。
【解決手段】検出ガスを排出する複数のセル（１１０，１２０，１３０）のそれぞれを合流させる結合部（２５０）と、標的成分を含んでいない第１キャリアガスの供給ライン（２１０）と、結合部（２５０）を経由して送られた、検出ガスを検出する検出器と、を備え、セル（１１０，１２０，１３０）と結合部（２５０）との間のそれぞれに、検出ガスの流路を切り替えるバルブ（４２１，４２２，４２３）が設けられている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料を透過した標的成分を含む気体を排出する複数のセルと、
複数のセルのそれぞれに連通する複数の配管と、
前記複数の配管を合流させる結合部と、
前記結合部に前記標的成分を含んでいない気体を供給するガス供給部と、
前記セルから前記結合部を経由して送られた、前記標的成分を含む気体を検出する検出器と、を備え、
前記セルのそれぞれと前記結合部との間には、前記配管のそれぞれの流路を切り替えるバルブが設けられている、ガス透過度測定装置。

【請求項2】

前記ガス供給部が、前記結合部に前記標的成分を含んでいない気体を供給し続ける、請求項１に記載のガス透過度測定装置。

【請求項3】

前記結合部と、前記バルブのそれぞれとの間の距離は０．５～３０．０ｃｍの範囲内である、請求項１に記載のガス透過度測定装置。

【請求項4】

前記結合部に対する流路を閉鎖した前記バルブの前記結合部への開放を、１つずつ順次切り替えて行うことにより、前記複数のセルから供給される複数の気体を１つずつ検出する、請求項２に記載のガス透過度測定装置。

【請求項5】

前記バルブの全てが前記結合部への流路を閉鎖した状態で、前記ガス供給部が、前記標的成分を含んでいない気体を供給し続ける、請求項２に記載のガス透過度測定装置。

【請求項6】

前記バルブと、前記バルブと前記結合部との間の配管との何れか一方、又は両方の全てに加熱部が設けられている、請求項１に記載のガス透過度測定装置。

【請求項7】

前記ガス供給部が供給する前記標的成分を含んでいない気体の流量が、１０～２０００ｍｌ／分の範囲内である、請求項５に記載のガス透過度測定装置。

【請求項8】

前記バルブは、二連三方型バルブである、請求項１～７の何れか一項に記載のガス透過度測定装置。

【請求項9】

試料を透過した標的成分を含む、複数の気体を計測することでガス透過度を測定するガス透過度測定工程を含み、
前記ガス透過度測定工程は、前記複数の気体が合流する配管の結合部を経由して供給された、前記複数の気体のうちの１つの気体に含まれる標的成分を検出器にて検出する検出段階と、
前記検出段階後、前記１つの気体の前記結合部への供給を停止する停止段階とを繰り返すことで、前記複数の気体のそれぞれに含まれる標的成分を検出し、
前記ガス透過度測定工程は、前記検出段階前から、前記検出段階と前記停止段階とを繰り返している間、前記標的成分を含んでいない気体を、前記複数の気体が合流する配管の結合部を経由して、前記検出器に供給し続ける、ガス透過度測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガス透過度の測定装置及び測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

食品及び薬品等の容器及び包装材等、フレキシブル有機ＥＬデバイスを始めとするディスプレイ、並びに、リチウムイオン電池セル及び太陽電池等の精密機械の部品として、高いガスバリア性をもった薄膜材料を用いることが知られている。そして、薄膜材料のガスバリア性を評価する方法として、薄膜材料の水蒸気、酸素等のガスの透過度（以下、ガス透過度と記載）を測定することが知られている。ガス透過度は、密閉された空間の中で、測定の対象となるガス（対象ガス）に薄膜材料の一方の面を暴露し、他方の面側において検出される対象ガスの量を測定することによって測定される。

【0003】

例えば、特許文献１には、対象物を透過する気体を排出する複数のセルと、気体中の標的成分を検出する１つの検出器と、検出器への気体の流路を開閉する第１のバルブ、排気口、及び該排気口を開閉する第２のバルブが各セルに対応して設けられたガス透過度の測定装置が記載されている。特許文献１には、当該測定装置が、複数のセルと検出器との間に配された管と、第１のバルブ及び第２のバルブを制御して、排気口が開である状態において或る１つのセルに対応する流路を閉から開に切り替えた後に、該或る１つのセルに対応する排気口を閉として、該或る１つのセルの気体を検出器に導入させることが記載されている。

【0004】

また、例えば、特許文献２には、対象分析物センサーと、試験室を、対象分析物を含む駆動気体が供給される駆動室と、不活性気体が供給される検知室に密閉分離するように試験室内に試験フィルムを保持するようになっている少なくとも１つの試験セルとを有する透過試験器が記載されている。特許文献２には、当該透過試験器が、次の（ｉ）～（ｉｖ）の構成を備えていることが記載されている。（ｉ）１本の共通導管が共用の対象分析物センサーと連通している。（ｉｉ）複数の個別の専用導管がそれぞれ共通導管と連通しかつ透過試験器により様々な対象分析物にさらされた流体を送ることができるようになっており、個別の専用導管のうち少なくとも１本が少なくとも１つの試験セルの検知室と連通している。（ｉｉｉ）専用弁が専用導管と接続されて試験セル側から送られる流体を排気する排気状態と通気状態の間で操作可能である。（ｉｖ）共通弁が共通導管に接続されて試験セル側から送られる流体を排気する排気状態と通気状態の間で操作可能である。

【0005】

これら特許文献１及び２に記載のガス透過度測定装置は、複数のセルによって連続的に複数の試料のガス透過度を測定することで、当該ガス透過度の測定時間を短縮している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第６４９２３０４号明細書

【特許文献2】特許第６５５９１４７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１及び２に記載のガス透過度測定装置は、共通の流路を通過するようにして、複数のセルから１つの検出器に標的成分を含む気体が順次供給され、複数の気体に含まれる標的成分が順次検出される。このため、先に検出器に供給される気体において標的成分が多量に検出される場合等に、先に供給される気体に含まれる標的成分が共通の流路（配管）に残留し、後に供給される気体の測定に影響するという問題がある。

【0008】

すなわち、本願の発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その目的は複数のセルを備えるガス透過度測定装置において、先のセルから供給される標的成分を含む気体によって、後のセルから供給される標的成分を含む気体が汚染されることを防ぐことができる、新規なガス透過度測定装置及びその関連技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るガス透過度測定装置は、試料を透過した標的成分を含む気体を排出する複数のセルと、複数のセルのそれぞれに連通する複数の配管と、前記複数の配管を合流させる結合部と、前記結合部に前記標的成分を含んでいない気体を供給するガス供給部と、前記セルから前記結合部を経由して送られた、前記標的成分を含む気体を検出する検出器と、を備え、前記セルのそれぞれと前記結合部との間には、前記配管のそれぞれの流路を切り替えるバルブが設けられている。

【0010】

また、本発明の一態様に係るガス透過度測定方法は、試料を透過した標的成分を含む、複数の気体を計測することでガス透過度を測定するガス透過度測定工程を含み、前記ガス透過度測定工程は、前記複数の気体が合流する配管の結合部を経由して供給された、前記複数の気体のうちの１つの気体に含まれる標的成分を検出器にて検出する検出段階と、前記検出段階後、前記１つの気体の前記結合部への供給を停止する停止段階とを繰り返すことで、前記複数の気体のそれぞれに含まれる標的成分を検出し、前記ガス透過度測定工程は、前記検出段階前から、前記検出段階と前記停止段階とを繰り返している間、前記標的成分を含んでいない気体を、前記複数の気体が合流する配管の結合部を経由して、前記検出器に供給し続ける。

【発明の効果】

【0011】

本発明の一態様によれば、複数のセルを備えるガス透過度測定装置において、先のセルから供給される標的成分を含む気体によって、後のセルから供給される標的成分を含む気体が汚染されることを防ぐことができる、新規なガス透過度測定装置及びその関連技術を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本開示の一態様に係るガス透過度測定装置１０００の概略を説明する図である。

【図2】本開示の一態様に係るガス透過度測定装置１０００が備える、セル１１０の概略を説明する図である。

【図3】本発明の一態様に係るガス透過度測定方法における一連の工程の概略を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本明細書中、数値範囲が「～」を用いて記載されている場合、当該「～」はその前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含むことが意図されている。

【0014】

＜ガス透過度測定装置１００＞
以下、本開示の一態様に係るガス透過度測定装置について詳細に説明する。図１は、本開示の一態様に係るガス透過度測定装置１０００の概略を説明する図である。図２は、本開示の一態様に係るガス透過度測定装置１０００が備える、セル１１０の概略を説明する図である。

【0015】

図１に示すように、ガス透過度測定装置１０００は、試料１１、１２、又は１３を固定するためのセル１１０、１２０、及び１３０を備えている。

【0016】

ガス透過度測定装置１０００は、第１キャリアガス供給部（ガス供給部）２００から、結合部２５０及び検出器５００に、キャリアガスを供給する第１キャリアガス供給ライン２１０備えている。

【0017】

ガス透過度測定装置１０００は、複数の第２キャリアガス供給ライン２２０、２３０、２４０を備えている。第２キャリアガス供給ライン２２０はセル１１０を経由して、結合部２５０及び検出器５００に第２キャリアガスを供給し、第２キャリアガス供給ライン２３０は、セル１２０を経由して、結合部２５０及び検出器５００に第２キャリアガスを供給する。第２キャリアガス供給ライン２４０はセル１３０を経由して、結合部２５０及び検出器５００に第２キャリアガスを供給する。

【0018】

ガス透過度測定装置１０００は、試験ガス供給部３００から供給される試験ガスを各セルに送るための試験ガス供給ライン３１０、３２０、３３０を備えている。試験ガス供給ライン３１０は、セル１１０に試験ガスを供給し、試験ガス供給ライン３２０は、セル１２０に試験ガスを供給し、試験ガス供給ライン３３０はセル１３０に試験ガスを供給する。

【0019】

ガス透過度測定装置１０００は、試料１１のガス透過度を測定するときにおいて、１つ目のバルブ（第１バルブ）４２１によって流路が結合部２５０に対して開放され、バルブ４２２及び４２３によって結合部２５０に対して流路が閉鎖されていればよい。これにより、試料１１を透過した標的成分を含む気体を、結合部２５０を介して検出器５００に供給することができる。同様に、試料１２のガス透過度を測定するときにおいて、２つ目のバルブ（第２バルブ）４２２によって結合部２５０に対して流路が開放され、バルブ４２１及び４２３は結合部２５０への流路が閉鎖されていればよい。また、試料１３のガス透過度を測定するときにおいて、３つ目のバルブ（第３バルブ）４２３によって結合部２５０に対して流路が開放され、バルブ４２１及び４２２は結合部２５０に対して流路が閉鎖されていればよい。すなわち、結合部２５０に対する流路を閉鎖し、複数のバルブ４２１、４２２及び４２３の結合部２５０への開放を、１つずつ順次切り替えることにより、複数のセル１１０、１２０、及び１３０のそれぞれから、標的成分を含む複数のキャリアガスが別個に順次供給される。これによって、試料１１、１２及び１３のガス透過度を、それぞれ独立して連続的に１つの検出器５００で測定することができる。また、複数のバルブ４２１、４２２及び４２３の全てが結合部２５０への流路を閉鎖した状態で、第１キャリアガス供給部２００が標的成分を含んでいない気体を供給し続けることで、結合部２５０に標的成分が残ることを防ぐことができる。ここで、複数のバルブ４２１、４２２及び４２３のうちの１つのバルブの結合部２５０への開放と、複数のバルブ４２１、４２２及び４２３の全てのバルブの結合部２５０への閉鎖とを交互に行うとよい。これにより、複数のセル１１０、１２０、及び１３０に固定した試料１１、１２、１３のそれぞれのガス透過度を測定した後毎に、第１キャリアガス供給ライン２１０から供給される第１キャリアガスによって結合部２５０に標的成分が残ることを防ぐことができる。

【0020】

〔セル（ガス透過度測定用セル）〕
図１に示すセル（第１セル）１１０は、ガス透過度測定用のセルである。図２を参照して説明すれば、セル１１０は、上部チャンバ１１１と下部チャンバ１１２とを備えており、上部チャンバ１１１及び下部チャンバ１１２は、それぞれが備える凹部の開口側にて、フィルム状の試料１１を狭持し、これにより試料１１を固定している。

【0021】

上部チャンバ１１１には、配管２２１から標的成分Ｔを含んでいない気体（キャリアガスともいう）が供給される。このとき試料１１を透過して上部チャンバ１１１に移動してきた標的成分Ｔがキャリアガスに取り込まれる。これにより標的成分Ｔを含んだ気体（検出ガスとも称する）が、配管２２２を経て後述する検出器５００に送られる。これにより、ガス透過度測定装置１０００は、セル１１０に固定した試料１１における標的成分Ｔの透過度を測定することができる。

【0022】

このとき、下部チャンバ１１２には、標的成分Ｔを含む気体（試験ガスともいう）が配管３１１から供給され、当該気体は配管３１２からガス透過度測定装置１０００の外に排出される。下部チャンバ１１２に供給された気体に含まれる標的成分Ｔは、試料１１を透過して上部チャンバ１１１に移動する。

【0023】

なお、セル１１０は温度制御室１７０内に収納されていてもよい。これにより、セル１１０にて評価する試料１１の温度を一定に維持したり、温度条件を変化させて試料１１のガス透過度を評価したりすることができる。

【0024】

図１に示す、セル（第２セル）１２０及びセル１３０（第３セル）は、それぞれ、試料１１に代え、試料１２又は試料１３のガス透過度を測定すること以外は、セル１１０と同じ構成を有しており、その説明を省略する。すなわち、セル１２０の上部チャンバ１２１及び下部チャンバ１２２と、セル１３０の上部チャンバ１３１及び下部チャンバ１３２とは、セル１１０の上部チャンバ１１１及び下部チャンバ１１２に同じ構成を有しており、その説明を省略する。なお、図示していないが、セル１２０及びセル１３０も、図２に示すセル１１０と同様に、温度制御室を備えていてもよい。

【0025】

ガス透過度測定に供される試料は、薄膜材料であり得、限定されるべきではないが、例えば、厚さ２０～１０００μｍの無孔質樹脂基板上に、厚さ１０ｎｍ～２０００ｎｍ程度の薄膜がコーティングされたフィルムであり得る。

【0026】

〔第１キャリアガス供給ライン〕
ガス透過度測定装置１０００は、第１キャリアガス供給ライン２１０として、配管２１１、配管２１２を備えている。第１キャリアガス供給ライン２１０は、第１キャリアガス供給部（ガス供給部）２００に貯留された標的成分を含んでいない気体（第１キャリアガス）を配管２１１から結合部２５０を通過するようにして検出器５００に供給する。結合部２５０を通過した第１キャリアガスは、配管２１２を通過して検出器５００に送られ、検出器５００が備える配管２１３から排出される。第１キャリアガス供給ライン２１０は、後述する第２キャリアガス供給ライン２２０、２３０、及び２４０を経由せずに、結合部２５０に連通している。

【0027】

第１キャリアガスの流量は、マスフローコントローラ（ガス流量調整部）４１０によって制御されている。第１キャリアガス供給ライン２１０は、すくなくとも、検出器５００が一連の試料１１、１２、及び１３のガス透過度を測定している間、結合部２５０及び検出器５００に第１キャリアガス供給部２００からの第１キャリアガスを継続的に供給し続ける。

【0028】

これにより、ガス透過度測定装置１０００は、第２キャリアガス供給ライン２２０、２３０、２４０から順次結合部２５０に供給される標的成分を含んだ第２キャリアガス（検出ガス）とともに、第１キャリアガスを検出器５００に送り出すことができる。また、第２キャリアガスが供給されていないときにおいて、第１キャリアガスを継続的に供給し続けることで、第２キャリアガスに含まれる標的成分が、結合部２５０に残留することを回避し、速やかに検出器５００を経由して、ガス透過度測定装置１０００の外に除去することができる。

【0029】

より具体的には、例えば、複数の試料１１、１２、及び１３のそれぞれにおけるガス透過度が大きく異なり、先にガス透過度を測定したセルから送り出される標的成分の量が、後にガス透過度を測定したセル送り出される標的成分の量より過剰であることがある。このようなとき、先に送り出された標的成分を含む気体が、後に送り出された標的成分を含む気体の測定精度を低下させるという問題がある。ガス透過度測定装置１０００は、第１キャリアガスを継続的に供給し続けることで、先に送り出された標的成分を結合部２５０、及び検出器５００から除去することができる。よって、後に送り出された標的成分を含む気体の測定精度が低下することを防ぐことができる。また、例えば、試料１１、１２及び１３において評価する試験ガスの種類が異なる場合、互い異なる標的成分がコンタミネーションとなり、後の後に送り出された標的成分を含む気体を汚染することを防ぐことができる。このような観点から、第１キャリアガスのことを洗浄ガスと称することがある。

【0030】

第１キャリアガスは、標的成分を取り込み、検出器５００に送ることができるキャリアガスであれば、限定されず、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウム、ネオン、及びキセノン等の不活性ガス、並びに、乾燥空気等が挙げられる。

【0031】

〔第２キャリアガス供給ライン〕
第２キャリアガス供給ライン２２０は、第２キャリアガスを貯留する第２キャリアガス供給部２０１から供給される標的成分を含んでいない気体（第２キャリアガス）をセル１１０に供給する。セル１１０に供給された第２キャリアガスは、上述したように標的成分を取り込み、上部チャンバ１１１から配管２２２に送られ、バルブ４２１により、配管２２３への流路が開放されたときに、結合部２５０に標的成分を取り込んだ第２キャリアガス（検出ガス）を送り出す。第２キャリアガス供給ライン２２０は、バルブ４２１により、配管２２３への流路を閉鎖し、配管（排出管）２２４への流路が開放されたときに、検出ガス又は第２キャリアガスをガス透過度測定装置１０００の外に排出する。

【0032】

第２キャリアガス供給ライン２２０は、配管２２１に設けられたマスフローコントローラ４１１によって、セル１１０に供給する第２キャリアガスの流量が調整されている。

【0033】

第２キャリアガス供給ライン２３０の配管２３１、２３２、及び２３３、並びに第２キャリアガス供給ライン２４０の配管２４１、２４２、及び２４３は、第２キャリアガス供給ライン２２０の配管２２１、２２３、及び２２３に同じ構成を有しており、その説明を省略する。

【0034】

また、配管（排出管）２３４、及び２４４は、配管２２４に同じ構成を有しており、検出ガス又は第２キャリアガスをガス透過度測定装置１０００の測定系の外に排出することができる。同様に、バルブ４２２、及びバルブ４２３は、バルブ４２１と同じ構成を有しており、バルブ４２２は、配管２３３と配管２３４との流路を切り替え、バルブ４２３は、配管２４３と配管２４４との流路を切り替える。

【0035】

また、配管２３１に設けられたマスフローコントローラ４１３によって、セル１２０に供給する第２キャリアガスの流量が調整されており、配管２４１に設けられたマスフローコントローラ４１５によって、セル１３０に供給する第２キャリアガスの流量が調整されている。

【0036】

配管２２４、２３４、及び２４４のそれぞれは、図示しない自動圧力制御機器を備えていてもよい。これにより、バルブ４２１、４２２、及びバルブ４２３の切り替えに起因して、セル１１０、１２０及び１３０それぞれの内部に生じる急激な圧力の変動を緩和することができる。

【0037】

また、第２キャリアガス供給ライン２２０、２３０、及び２４０のそれぞれは、共通する第２キャリアガス供給部２０１を第２キャリアガスの供給源にすることができる。または、第２キャリアガス供給ライン２２０、２３０、及び２４０における第２キャリアガスは、それぞれ独立して、第２キャリアガス供給部２０１以外のキャリアガス供給部からガスが供給されてもよい。

【0038】

第２キャリアガスは、標的成分を取り込み、検出器５００に送ることができるキャリアガスであればよく、第１キャリアガスと同様のキャリアガスを用いることができる。

【0039】

（試験ガス供給ライン）
試験ガス供給ライン３１０は、配管３１１及び３１２を備えている。試験ガス供給ライン３１０は、試験ガスを貯留する試験ガス供給部３００から配管３１１を介して供給される試験ガスをセル１１０に供給する。試験ガスの流量は、マスフローコントローラ４１２によって制御されている。セル１１０に供給された試験ガスは下部チャンバ１１２から配管３１２に送られ、ガス透過度測定装置１０００の外に排出される。

【0040】

試験ガス供給ライン３２０の配管３２１、及び３２２、並びに試験ガス供給ライン３３０の配管３３１、及び３３２は、それぞれ配管３１１及び３１２と同じ構成を有しており、その説明を省略する。試験ガス供給ライン３２０では、マスフローコントローラ４１４、試験ガス供給ライン３２０ではマスフローコントローラ４１６によって、各セルに供給する試験ガスの流量が制御されている。

【0041】

試験ガス供給ライン３１０、３２０、及び３３０のそれぞれは、共通する試験ガス供給部３００から、セル１１０、１２０及び１３０に試験ガスを供給することができる。または、試験ガス供給ライン３１０、３２０、及び３３０は、それぞれ独立して、試験ガス供給部３００以外の図示しない試験ガス供給部から試験ガスが供給されてもよい。

【0042】

試験ガス供給ライン３１０、３２０、及び３３０が供給する試験ガスは、それぞれ、同じ種類の標的成分を含んでいてもよく、互いに異なる種類の標的成分を含んでいてもよい。試験ガスは、例えば、水素、水、窒素、酸素、炭酸ガス、メタン等を標的成分といて含むガスであり得る。

【0043】

〔結合部、バルブ及び加熱部〕
結合部２５０は、第１キャリアガス供給ライン２１０の配管２１１、並びに複数の第２キャリアガス供給ライン２２０、２３０及び２４０の配管２２３、２３３、及び２４３が結合する部位である。配管２１１、配管２２３、及び配管２３３のそれぞれは、複数のバルブ４２１、４２２、及び４２３と、結合部２５０とを繋ぐ配管である。また、結合部２５０と検出器５００との間、つまり、結合部２５０の下流には、結合部２５０にて合流した第１キャリアと標的成分を含んだ第２キャリアガスとを含む検出ガスを検出器５００に送るための配管２１２が設けられている。

【0044】

ここで、バルブ４２１、４２２、及び４２３のそれぞれと結合部２５０との間の距離は、それぞれ独立して、０．５～３０．０ｃｍの範囲内であることが好ましく、０．５～５．０ｃｍの範囲内であることがより好ましい。これにより、結合部２５０に標的成分が残留することを防ぐことができる。なお、バルブ４２１、４２２、及び４２３のそれぞれと結合部２５０との距離は、配管２２３、２３３、及び２４３の長さでもあり得る。

【0045】

配管２２３、配管２３３、配管２４３のそれぞれには、これら配管を加熱するヒータ（加熱部）２７０が設けられていることが好ましい。これにより、配管２２３、配管２３３、及び配管２４３のそれぞれと結合部２５０との間において、標的成分の温度が低下し、当該標的成分がこれら配管内に残留することを防止することができる。

【0046】

結合部２５０と検出器５００との間には、配管２１２を加熱するヒータ（加熱部）２７０が設けられていることが好ましい。これにより、結合部２５０を経由した標的成分の温度が配管２１２内にて低下し、当該配管２１２内に残留することを防止できる。

【0047】

ガス透過度測定装置１０００において、バルブ４２１、４２２、及び４２３のそれぞれは、二連三方型バルブであることが好ましい。これにより、各流路の切り替えを速やかに行うことができる。また、ガス透過度測定装置において、各配管に設けられるバルブは、二連三方型バルブに限定されるものでない。例えば、各第２キャリアガス供給ラインに設けられた結合部に繋がる配管と排出管との分岐点の下流のそれぞれに、二方型バルブを設けることで達成してもよい。

【0048】

バルブ４２１、４２２、及び４２３のそれぞれは、これらバルブ自身を加熱するヒータ（加熱部）が設けられていることがより好ましい。これにより、バルブ４２１、４２２、及び４２３を通過する第２キャリアガス及び標的成分の温度が低下し、バルブ４２１、４２２、及び４２３のそれぞれに標的成分が残留することを防止することができる。なお、ガス透過度測定装置は、二連三方型バルブに代えて、二方型バルブを採用する場合においても、二方型バルブは加熱部を備えていてもよい。

【0049】

また、第２キャリアガス供給ライン２２０、２３０、及び２４０には、それぞれ、各セル１１０、１２０、及び１３０の下流であり、各バルブ４２１、４２２、及び４２３の上流に位置する配管２２２、２３２、及び２４２に、ヒータ（加熱部）２７１が設けられていることが好ましい。配管２２２、２３２、及び２４２のそれぞれが、ヒータ２７１を備えていることにより、各セル１１０、１２０、及び１３０のそれぞれから排出された第２キャリアガスに含まれる標的成分がこれら配管２２２、２３２、及び２４２内に残留することを防ぐことができる。

【0050】

ヒータ２７０及び２７１のそれぞれの温度と、バルブ４２１、４２２、及び４２３が備えるヒータのそれぞれの温度とは、例えば、温度制御室内にて温度制御された各セル１１０、１２０、及び１３０のそれぞれから排出された標的成分が、検出器５００に至るまでの流路内にて凝集又は析出しない温度に調整されていることが好ましい。このような観点から、ヒータ２７０及び２７１のそれぞれとバルブ４２１、４２２、及び４２３のそれぞれとの加熱温度は、標的成分の種類に応じて設計され限定されるべきではないが、例えば、５０～１２０℃の範囲内の加熱温度であることが好ましい。

【0051】

一例として、標的成分が水蒸気である場合、（ｉ）配管２１２、配管２２３、２３３、及び２４３に設けられた配管加熱用のヒータ２７０の全てと、（ｉｉ）バルブ４２１、４２２、及び４２３が備えるバルブ加熱用のヒータの全てとの何れか一方、又は両方を、上述の加熱温度の範囲内で加熱しつつ、バルブ４２１、４２２、及び４２３のそれぞれの結合部２５０への流路を閉鎖するとよい。ここで、第１キャリアガス供給ライン２１０から高純度の第１キャリアガスを供給することで、配管２２３、２３３、及び２４３、並びに結合部２５０、及び配管２１２に残留する水蒸気を好適に検出器５００から、配管２１３を経て測定系外に排出することができる。よって、ガス透過度測定装置１０００によって、測定精度よく水蒸気透過性試験を行うことができる。

【0052】

〔検出器〕
検出器５００は、標的成分を検出でき、第１キャリアガスを継続的に排出することができれば、限定されるべきでなく、公知の検出器を用いることができる。

【0053】

〔制御部〕
制御部６００は、バルブ４２１、４２２、及び４２３の流路の切り替え、及びマスフローコントローラ４１０～４１６における各気体の流量の計測、監視及び制御を行う。また、制御部６００は検出器５００を監視及び制御してもよい。

【0054】

制御部６００は、マスフローコントローラ４１０が結合部２５０に供給する第１キャリアガスの流量と、マスフローコントローラ４１１、４１３、又は４１５の何れかが結合部２５０に供給する第２キャリアガスの流量との合計が一定になるように、マスフローコントローラ４１０と、マスフローコントローラ４１１、４１３、及び４１５とを制御するとよい。また、制御部６００は、試料１１、１２、及び１３の種類、及び各セル１１０、１２０、１３０に供給する試験ガスの種類等の試験条件等に応じ、それぞれ独立した試験条件にて、第１キャリアガスの流量及び第２キャリアガスの流量を調整するように、マスフローコントローラ４１０、４１１、４１３、及び４１５を制御してもよい。

【0055】

同様に、制御部６００は、試料１１、１２、及び１３の種類、及び試験ガスの種類等の試験条件に応じ、それぞれ独立した試験条件にて、試験ガスの流量を調整するように、マスフローコントローラ４１２、４１４、及び４１６を制御してもよい。

【0056】

同様に、制御部６００は、ガス透過度測定装置１０００が備える複数のヒータ２７０、及び２７１、並びに、複数のバルブ４２１、４２２及び４２３の温度、さらには、温度制御室の温度を制御してもよい。

【0057】

＜ガス透過度測定方法＞
本開示の一態様に係るガス透過度測定方法は、試料を透過した標的成分を含む、複数の気体を計測することでガス透過度を測定するガス透過度測定工程を含み、前記ガス透過度測定工程は、前記複数の気体が合流する配管の結合部を経由して供給された、前記複数の気体のうちの１つの気体に含まれる標的成分を検出器にて検出する検出段階と、前記検出段階後、前記１つの気体の前記結合部への供給を停止する停止段階とを繰り返することで、前記複数の気体のそれぞれに含まれる標的成分を検出し、前記ガス透過度測定工程は、前記検出段階前から、前記検出段階と前記停止段階とを繰り返している間、前記標的成分を含んでいない気体を、前記複数の気体が合流する配管の結合部を経由して、前記検出器に供給し続ける。

【0058】

一態様に係るガス透過度測定方法は、典型的には、本開示の一態様に係るガス透過度測装置によって行うことができる。

【0059】

図３は、制御部６００により制御された、バルブの切り替え工程のフローチャートを示している。

【0060】

制御部６００は、ガス透過度測定方法において、バルブ４２１、４２２、及びバルブ４２３、並びにマスフローコントローラ４１０、４１１、４１３、４１５を操作し、以下の関係式（１）に例示されるようにガスの流量（flow rate）を制御するとよい。
Ｆ_２５０＝Ｆ_２１０＋Ｘ ・・・（１）
Ｘは、Ｆ_２２０、Ｆ_２３０、又はＦ_２４０であり、
Ｆ_２２０＝Ｆ_２３０＝Ｆ_２４０ であってよく、Ｆ_２２０≠Ｆ_２３０≠Ｆ_２４０ であってよい。
また、Ｆ_２２０＝Ｆ_２３０＝Ｆ_２４０＝０ のときにおいて、
Ｆ_２１０は、
１０～２０００ｍｌ／分の範囲内であってよく、
５０～１０００ｍｌ／分の範囲内であることが好ましく、
１００～５００ｍｌ／分であることがより好ましい。
Ｆ_２１０は、１０～２０００ｍｌ／分の範囲内であればよいが、５０～１０００ｍｌ／分の範囲内であることにより、先のガス透過度測定時に送り出された過剰な標的成分を結合部２５０及び検出器５００から速やかに除去することができることからより好ましい。
Ｆ_２２０≠Ｆ_２３０≠Ｆ_２４０ である場合、Ｆ_２５０が所定の値になるように、Ｆ_２１０を制御すればよい。Ｆ_２２０、Ｆ_２３０、Ｆ_２４０のそれぞれは、試料の種類、検出器されるべき標的成分の種類、及び濃度等に応じて設定すればよい。
Ｆ_２１０：第１キャリアガス供給ライン２１０から結合部２５０に送られる第１キャリアガスの流量
Ｆ_２２０：第２キャリアガス供給ライン２２０から結合部２５０に送られる検出ガスの流量
Ｆ_２３０：第２キャリアガス供給ライン２３０から結合部２５０に送られる検出ガスの流量
Ｆ_２４０：第２キャリアガス供給ライン２４０から結合部２５０に送られる検出ガスの流量
Ｆ_２５０：結合部２５０を経由して検出器５００に向かうガスの流量

【0061】

ステップＳ１を開始する時点では、制御部６００がマスフローコントローラ４１０を制御し、第１キャリアガス供給ライン２１０から結合部２５０に供給する第１キャリアガスの流量を所定の流量（Ｆ_２１０＝Ｆ_２５０）に制御する。このとき、制御部６００は、バルブ４２１、４２２、及びバルブ４２３のそれぞれにおける結合部２５０への流路を閉鎖（ＯＦＦ）し、これにより、配管２２４、２３４、及び２４４からガス透過度測定装置１０００における測定系の外に各検出ガスを排出している。ここで、制御部６００は、マスフローコントローラ４１１、４１３、及び４１５を制御し、各第２キャリアガス供給ライン２２０、２３０、及び２４０における検出ガスの流量をそれぞれ所定の流量に調整している。以下では、一例として、各第２キャリアガス供給ラインにおける検出ガスの流量が、Ｆ_２２０＝Ｆ_２３０＝Ｆ_２４０＝Ｘであり、Ｆ_２５０が一定であるときのフローを説明している。

【0062】

ステップＳ２では、ステップＳ１後に、制御部６００が、マスフローコントローラ４１０を制御し、第１キャリアガス供給ライン２１０における第１キャリアガスの流量を所定の流量（Ｆ_２１０＝Ｆ_２５０－Ｘ）に制御する。続いて、制御部６００が、１つ目のバルブ４２１を結合部２５０に対して開放（ＯＮ）し、これにより第２キャリアガス供給ライン２２０は、結合部２５０に向かって所定の流量（Ｆ_２２０＝Ｘ）にて１つ目の検出ガス（第１検出ガス）を供給する。これにより、第１キャリアガス及び第１検出ガスが結合部２５０にて合流し、合計流量（Ｆ_２５０）にて検出器５００に送られる。これにより、検出器５００が第１検出ガスに含まれる標的成分を検出する（第１検出段階）。

【0063】

ステップＳ３では、ステップＳ２後に、制御部６００が、バルブ４２１を閉鎖（ＯＦＦ）し、マスフローコントローラ４１０により、第１キャリアガス供給ライン２１０における第１キャリアガスの流量を所定の流量（Ｆ_２１０＝Ｆ_２５０）に制御する（第１停止段階）。これにより、第１キャリアガスが結合部２５０を経由し、所定の流量（Ｆ_２１０＝Ｆ_２５０）にて検出器５００に送られ、配管２１３からガス透過度測定装置１０００の測定系の外に排出される。これにより、第１キャリアガスが、第１検出ガスとともに標的成分を取り込み、速やかに測定系の外に排出される。

【0064】

ステップＳ４では、ステップＳ３後に、制御部６００が、マスフローコントローラ４１０を制御し、第１キャリアガス供給ライン２１０における第１キャリアガスの流量を所定の流量（Ｆ_２１０＝Ｆ_２５０－Ｘ）に制御する。続いて、制御部６００が、２つ目のバルブ４２２を結合部２５０に対して開放（ＯＮ）し、これにより第２キャリアガス供給ライン２３０は、結合部２５０に向かって所定の流量（Ｆ_２３０＝Ｘ）にて２つ目の検出ガス（第２検出ガス）を供給する。これにより、第１キャリアガス及び第２検出ガスが結合部２５０にて合流し、合計流量（Ｆ_２５０）にて検出器５００に送られる。これにより、検出器５００が第２検出ガスに含まれる標的成分を検出する（第２検出段階）。

【0065】

ステップＳ５では、ステップＳ４後に、制御部６００が、バルブ４２２を閉鎖（ＯＦＦ）し、マスフローコントローラ４１０により、第１キャリアガス供給ライン２１０における第１キャリアガスの流量を所定の流量（Ｆ_２１０＝Ｆ_２５０）に制御する（第２停止段階）。これにより、第１キャリアガスが、第２検出ガスとともに標的成分を取り込み、結合部２５０、検出器５００を経由して、配管２１３から速やかに測定系の外に排出される。

【0066】

ステップＳ６では、ステップＳ５後に、制御部６００が、マスフローコントローラ４１０を制御し、第１キャリアガス供給ライン２１０における第１キャリアガスの流量を所定の流量（Ｆ_２１０＝Ｆ_２５０－Ｘ）に制御する。続いて、制御部６００が、３つ目のバルブ４２３を結合部２５０に対して開放（ＯＮ）し、これにより第２キャリアガス供給ライン２４０は、結合部２５０に向かって所定の流量（Ｆ_２４０＝Ｘ）にて３つ目の検出ガス（第３検出ガス）を供給する。これにより、第１キャリアガス及び第３検出ガスが結合部２５０にて合流し、合計流量（Ｆ_２５０）にて検出器５００に送られる。これにより、検出器５００が第３検出ガスに含まれる標的成分を検出する（第３検出段階）。

【0067】

ステップＳ７では、ステップＳ６後に、制御部６００が、バルブ４２３を閉鎖（ＯＦＦ）し、マスフローコントローラ４１０により、第１キャリアガス供給ライン２１０における第１キャリアガスの流量を所定の流量（Ｆ_２１０＝Ｆ_２５０）に制御する（第３停止段階）。これにより、第１キャリアガスが、第３検出ガスとともに標的成分を取り込み、結合部２５０、検出器５００を経由して、配管２１３から速やかに測定系の外に排出される。

【0068】

以上に説明したように、ステップＳ３、ステップＳ５、及びステップＳ７にて行われる、第１～第３停止段階で、第１キャリアガスにより、結合部２５０、及び検出器５００から標的成分が排出される。このことから、ガス透過度測定工程に包含される停止段階のそれぞれを洗浄段階と称することもある。

【0069】

ガス透過度測定装置において評価する試料の数に応じて、上記の検出段階、及び停止段階を繰り返せばよい。よって、１つの試料のみを評価する場合、１回の検出段階及び、１回の停止段階を行えばよい。

【0070】

また、ガス透過度測定装置は、第１キャリアガスを結合部に供給することができれば、当該結合部に連通するセルの数は限定されず、言い換えれば、当該結合部に連通する第２キャリアガス供給ラインの数は限定されない。

【0071】

また、制御部は、ガス透過度測定時において結合部に供給される第１キャリアガスの流量及び標的成分を含んでいる第２キャリアガス（検出ガス）の流量の合計と、結合部の洗浄時における当該結合部へ第１キャリアガスの流量とが、必ずしも一致していなくてよく、結合部及び検出部に残る標的成分の量に応じて、結合部の洗浄のために供給する第１キャリアガスの流量及びその供給時間を調整してもよい。

【0072】

〔まとめ〕
以上の説明したように、本発明の態様１に係るガス透過度測定装置は、試料を透過した標的成分を含む気体を排出する複数のセルと、複数のセルのそれぞれに連通する複数の配管と、前記複数の配管を合流させる結合部と、前記結合部に前記標的成分を含んでいない気体を供給するガス供給部と、前記セルから前記結合部を経由して送られた、前記標的成分を含む気体を検出する検出器と、を備え、前記セルのそれぞれと前記結合部との間には、前記配管のそれぞれの流路を切り替えるバルブが設けられている。

【0073】

本発明の態様２に係るガス透過度測定装置は、上記態様１において、前記ガス供給部が、前記結合部に前記標的成分を含んでいない気体を供給し続けることが好ましい。

【0074】

また、本発明の態様３に係るガス透過度測定装置は、上記態様１又は２において、前記結合部と、前記バルブのそれぞれとの間の距離は、０．５～３０．０ｃｍの範囲内であることが好ましい。

【0075】

また、本発明の態様４に係るガス透過度測定装置は、上記態様１～３の何れかにおいて、前記結合部に対する流路を閉鎖した前記バルブの前記結合部への開放を、１つずつ順次切り替えて行うことにより、前記複数のセルから供給される複数の気体を１つずつ検出するとよい。

【0076】

また、本発明の態様５に係るガス透過度測定装置は、上記態様１～４の何れかにおいて、前記バルブの全てが前記結合部への流路を閉鎖した状態で、前記ガス供給部が、前記標的成分を含んでいない気体を供給し続けるとよい。

【0077】

また、本発明の態様６に係るガス透過度測定装置は、上記態様１～５の何れかにおいて、前記バルブと、前記バルブと前記結合部との間の配管との何れか一方、又は両方の全てに加熱部が設けられているとよい。

【0078】

また、本発明の態様７に係るガス透過度測定装置は、上記態様５において、前記ガス供給部が供給する前記標的成分を含んでいない気体の流量が、１００～５００ｍｌ/ｍｉｎの範囲内であることが好ましい。

【0079】

本発明の態様８に係るガス透過度測定装置は、上記態様１～７の何れかにおいて、前記バルブは、二連三方型バルブであることが好ましい。

【0080】

本発明の態様９に係るガス透過度測定方法は、試料を透過した標的成分を含む、複数の気体を計測することでガス透過度を測定するガス透過度測定工程を含み、前記ガス透過度測定工程は、前記複数の気体が合流する配管の結合部を経由して供給された、前記複数の気体のうちの１つの気体に含まれる標的成分を検出器にて検出する検出段階と、前記検出段階後、前記１つの気体の前記結合部への供給を停止する停止段階とを繰り返することで、前記複数の気体のそれぞれに含まれる標的成分を検出し、前記ガス透過度測定工程は、前記検出段階前から、前記検出段階と前記停止段階とを繰り返している間、前記標的成分を含んでいない気体を、前記複数の気体が合流する配管の結合部を経由して、前記検出器に供給し続ける。

【0081】

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0082】

本発明は、種々の薄膜材料のガス透過度測定に利用することができる。

【符号の説明】

【0083】

試料 １１、１２、１３
セル １１０、１２０、１３０
上部チャンバ（セル） １１１、１２１、１３１
下部チャンバ（セル） １１２、１２２、１３２
ガス透過度測定装置 １０００
ガス供給部（第１ガス供給部） ２００
第１キャリアガス供給ライン ２１０
配管（流路） ２１１、２１２、２１３
第２キャリアガス供給ライン ２２０、２３０、２４０
配管（流路） ２２１、２２２、２２３
配管（流路） ２３１、２３２、２３３
配管（流路） ２４１、２４２、２４３
ヒータ（加熱部） ２７０、２７１
バルブ（加熱部あり） ４２１、４２２、４２３
マスフローコントローラ（ガス流量調整部） ４１０、４１１、４１２、４１３、４１４、４１５、４１６
検出器 ５００
制御部 ６００

【図1】

【図2】

【図3】