JP2002062212A - スニッファープローブ及びそれを用いた漏洩検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スニッファープローブの吸口部の直径を実質
的に大きくしながら、ノイズ成分は低く抑え、これによ
ってＳ／Ｎ比を向上させることができるようにする。 【解決手段】 スニッファープローブ１１の吸口部１１
ａの周りに先端が開口するカバー１２を設けるととも
に、カバー１２にパージガス供給用ホース１３を接続し
て、漏洩試験中にパージガスを供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸口を被検査体表
面で走査することで、漏洩ガスを吸い込み、検知器へ案
内するスニッファープローブとそれを用いた漏洩検査装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０は従来のスニッファープローブを
用いた漏洩検査装置の構成図、図１１はそのスニッファ
ープローブの吸口部を被検査体表面で走査している状態
を拡大して示す説明図である。

【０００３】この従来の漏洩検査装置は、漏洩検知用ガ
スとしてヘリウム（Ｈｅ）ガスを用い、スニッファープ
ローブ１の吸口部１ａを、被検査体２の表面で走査し
て、欠陥２ａから漏れるＨｅガスを吸引し、漏洩ガス検
知器すなわちＨｅリークディデクタ３に送り込み、Ｈｅ
リークディクタ３でＨｅガス漏れ量を測定して定量化す
るようになっている。

【０００４】漏洩検知用ガスとしてＨｅガスを用いるの
は、下記の理由による。 分子径が小さく、微小な穴を通過しやすい。 不活性ガスであり、装置を損傷させることが無く、ま
た人体にとって無害である。 Ｈｅガスは質量電荷比Ｍ/ｅがＭ/ｅ＝４であり、その
質量電荷比の近くには他のガスイオンが存在しない。こ
のため、質量分析計として、分解能を犠牲にして感度優
先の設計ができる。 大気中に５ppmしか存在しないため、漏れ個所からの
流入ガスの置換効率が良い。

【０００５】Ｈｅリークディクタ３は、下記の原理によ
りＨｅ漏れ量を測定する。まず、スニッファープローブ
１により被検査体２の欠陥２ａ個所から吸引されてディ
テクタ内に流入したＨｅガスを、吸引された他のガスと
共に、加熱されたフィラメントからイオンチャンバに向
かって放出された熱電子によりイオン化する。イオン化
されたガス分子は加速電圧により分析空間に入射し、磁
場により偏向され円軌道を描く。この際、質量電荷比
（Ｍ/ｅ）によりガスイオンの軌道半径が異なることを
利用し、Ｈｅイオン（Ｈｅ⁺、Ｍ/ｅ＝４）がイオンコレ
クタに到達するよう調整されている。イオンコレクタに
到達したＨｅイオンは直流電流増幅器により増幅され、
イオン電流としてリークインジケータに表示される。イ
オンチャンバヘの熱電子放出を一定にすると、生成する
イオンは空間に存在するガスの量、すなわちガス分圧に
比例する。また、イオン電流はリーク量に比例するの
で、イオン電流を測定することにより漏れ量を定量化す
ることができる。このようなＨｅリークディクタは市販
されており、例えばALCATEL社製ＡＳＭ121Ｈ型ディテク
タなど使用可能である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のスニ
ッファープローブ１は、図１１に示す走査時の速度が速
い場合や被検査体２の欠陥２ａからの距離が離れている
場合、あるいは欠陥２ａが小さく、漏洩するＨｅガス量
が少ない場合には、検出が困難であった。

【０００７】これは、検出されるＨｅガス量が少なくな
ってくると、大気中にもともと存在しノイズ成分として
波形に表れるＨｅガス量と漏洩Ｈｅガス量との差（Ｓ／
Ｎ比）が小さくなることによるものである。したがっ
て、欠陥２ａからの距離が離れていると検出が困難であ
るとする前述の第１の問題、及び漏洩するＨｅガス量が
少ないと検出が困難であるとする前述の第２の問題は、
Ｓ／Ｎ比を高くしない限り解消することはできない。ス
ニッファープローブ１の吸口部１ａの直径を大きくすれ
ば、前述の第１の問題における距離問題の解決にはなる
が、その場合でも、Ｓ／Ｎ比の問題が存在し、漏洩Ｈｅ
ガス量が少なければ、検出が困難である。

【０００８】一方、検出感度が上がると、漏洩Ｈｅガス
量が少ない場合でも検出可能となるものの、ノイズ成分
も大きくなり、吸口部周りの雰囲気中のＨｅガス濃度の
影響を受け易くなるという新たな問題が発生する。

【０００９】本発明の技術的課題は、スニッファープロ
ーブの吸口部の直径を実質的に大きくしながら、ノイズ
成分は低く抑え、これによってＳ／Ｎ比を向上させるこ
とができるようにすることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
スニッファープローブは、吸口部の周りに、先端が開口
するカバーを設けるとともに、カバーにパージガスの供
給用ホースを接続したものである。

【００１１】また、本発明の請求項２に係るスニッファ
ープローブは、カバーとして、先端が末広がり状に拡径
する円錐カバーを用いるものである。

【００１２】また、本発明の請求項３に係るスニッファ
ープローブは、漏洩検知用ガスとしてヘリウム、パージ
ガスとして窒素を用いるものである。

【００１３】また、本発明の請求項４に係るスニッファ
ープローブを用いた漏洩検査装置は、パージガスの供給
用ホースが接続されて先端が開口するカバーを吸口部周
りに設けてなるスニッファープローブと、パージガス供
給源と、吸口から吸い込まれた検知対象ガスを検出し、
定量化してアナログ出力する漏洩ガス検知器と、漏洩ガ
ス検知器からのアナログ信号をデジタル信号に変換する
Ａ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換器を介して漏洩量信号を入
力し、レベル判定してＳ／Ｎ比を求め、求めたＳ／Ｎ比
を漏洩量と共に表示するデータ処理手段と、スニッファ
ープローブを被検査体表面に沿って走査する手段と、か
らなるものである。

【００１４】また、本発明の請求項５に係るスニッファ
ープローブを用いた漏洩検査装置は、カバーとして、先
端が末広がり状に拡径する円錐カバーを用いるものであ
る。

【００１５】また、本発明の請求項６に係るスニッファ
ープローブを用いた漏洩検査装置は、パージガス供給源
が窒素ボンベからなり、検知対象ガスがヘリウムからな
り、漏洩ガス検知器がヘリウムをイオン化してイオン電
流を測定することでガス漏れ量を定量化するＨｅリーク
ディデクタからなり、データ処理手段が、Ｈｅリークデ
ィデクタからＡ／Ｄ変換器を介して送られてくる漏洩量
の最大値と最小値を判定するレベル判定部と、判定され
た最大値をシグナル値（Ｓ）、最小値をノイズ値（Ｎ）
として、Ｓ／Ｎ比を求めるＳ／Ｎ比演算部と、漏洩量を
図形化し、Ｓ／Ｎ比と共に表示部に表示させるデータ作
成部とからなるものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図示実施形態に基づき本発
明を説明する。図１は本発明の一実施形態に係るスニッ
ファープローブの斜視図、図２はその要部である吸口部
の拡大断面図で、（ａ）図は吸口部に円錐カバーを取り
付けた例、（ｂ）図は吸口部に円柱形カバーを取り付け
た例を示す。図３は図１のスニッファープローブを用い
た漏洩検査装置の構成図、図４はＳ／Ｎ比を求める手法
の説明図であり、各図中、前述の従来例のものと同一部
分には同一符号を付してある。

【００１７】本実施形態のスニッファープローブ１１
は、図１及び図２のようにフィルタ１１ｂの先の吸口部
１１ａの周りに、先端が末広がり状に拡径して開口する
円錐カバー１２を設けるとともに、円錐カバー１２にパ
ージガス供給用ホース１３を接続して、窒素（Ｎ₂）ガ
スを供給できるようにしたものである。

【００１８】本実施形態のスニッファープローブにおい
て、円錐カバー１２は先端の直径３０mm、長さ５０mm、
スニッファープローブ１１の吸口は直径５mm、パージガ
ス供給用ホース１３は直径５mmに設定しているが、これ
に限定されるものでなく、要求される漏洩検知レベルに
応じて適宜設定すればよい。

【００１９】本実施形態のスニッファープローブにおい
ては、吸口部１１ａの周りにカバーを設け、かつカバー
内にパージガスを供給できるようにすることが重要であ
り、カバー形状を必ずしも円錐形に限定する必要はな
い。例えば図２（ｂ）に示す円柱形カバー２１やその他
の形状を有するカバーの採用も可能である。円錐形とし
た場合には、後述するように最も高い効果が得られる。

【００２０】また、本実施形態のスニッファープローブ
１１を用いた漏洩検査装置は、図３のように検知対象ガ
スとしてヘリウムを使用し、パージガス供給源が窒素ボ
ンベ１４からなり、漏洩ガス検知器がヘリウムをイオン
化してイオン電流を測定することでガス漏れ量を定量化
してアナログ出力するＨｅリークディクタ３から構成さ
れ、Ｈｅリークディクタ３から出力されたアナログ信号
は、Ａ／Ｄ変換器３１にてデジタル信号に変換され、パ
ーソナルコンピュータ（ＰＣ）からなるデータ処理手段
３２に入力されて、表示やプリントのためのデータが作
成されるようになっている。

【００２１】これを更に詳述すると、Ｈｅリークディク
タ３は、スニッファープローブ１１に吸引力を発生させ
るための吸引ポンプ３３と、吸口部１１ａから吸引ポン
プ３３に至る風路における、吸引ポンプ３近傍の上流側
に配置されて、吸引ガスをイオン化し、この中からイオ
ン化されたヘリウムのガス分子のみを他のガスから分離
して検出する質量分析部３４と、その時に生ずるイオン
電流（漏洩量）を電圧（０〜８Ｖ）に変換してＡ／Ｄ変
換器３１へ出力する電流／電圧変換部３５とから構成さ
れている。

【００２２】データ処理手段３２は、Ａ／Ｄ変換器３１
から入力される電圧値を図４のように漏洩量に変換する
電圧／漏洩量変換部３６と、変換された漏洩量の最大値
と最小値を判定するレベル判定部３７と、判定された最
大値をシグナル値（Ｓ）、最小値をノイズ値（Ｎ）とし
て、Ｓ／Ｎ比を求めるＳ／Ｎ比演算部３８と、電圧／漏
洩量変換部３６で変換された漏洩量とＳ／Ｎ比演算部３
８で求められたＳ／Ｎ比を入力し、漏洩量を図形化する
ためのデータを作成してＳ／Ｎ比と共に、ディスプレイ
ドライバ４１とプリンタドライバ４３を介してそれぞれ
表示部４２とプリンタ４４に出力するデータ作成部３９
とから構成されている。

【００２３】電圧／漏洩量変換部３６で用いる変換式
は、出力電圧値と漏洩量の関係から求められ、例えば１
（Ｖ）→１０^-9（mbarl/s），８（Ｖ）→１０^-2（mbarl
/s）のように変換される。

【００２４】本実施形態のスニッファープローブ１１を
用いた漏洩検査装置において、漏洩検知用ガスとしてＨ
ｅガスを用いるのは、既述した〜の利点を有するた
めであり、またＨｅリークディデクタ３の測定原理も、
基本的には既述したとおりである。ここでは測定したイ
オン電流を電圧に変換して出力するタイプのＨｅリーク
ディデクタ３を採用しているため、電圧から漏洩量を求
めている。従って、測定したイオン電流をそのまま出力
するタイプのＨｅリークディデクタを採用する場合に
は、イオン電流値と漏洩量の関係から変換式が求められ
ることとなる。

【００２５】本実施形態のスニッファープローブを用い
た漏洩検査装置においては、円錐カバー１２内に、図６
（ａ）（ｂ）のように窒素ボンベ１４からの流量調整さ
れたＮ₂ガスを供給しながら、スニッファープローブ１
１の吸口部１１ａを被検査体２の表面で走査し、漏洩検
査を行う。これにより、吸口部１１ａの周りの雰囲気
は、空気から大半がＮ₂ガスに置換され、大気中にもと
もと存在しノイズ値（Ｎ）として波形に表れるＨｅガス
量を大幅に低く抑えることができる。その反面、円錐カ
バー１２内にとらえられた漏洩Ｈｅガスの濃度もうすめ
られるので、検出される波形の最大値すなわちシグナル
値（Ｓ）も若干低く抑えられる。しかし、図４の条件Ａ
のようにこのシグナル値（Ｓ）の低下分よりもノイズ値
（Ｎ）を大幅に低減できるため、漏洩Ｈｅガスが検出さ
れた際の波形の最大値すなわちシグナル値（Ｓ）とノイ
ズ値（Ｎ）との差が大きくなり、Ｓ／Ｎ比が向上し、円
錐カバー１２内でとらえられる僅かな漏洩Ｈｅガスにも
敏感に反応する。したがって、Ｓ／Ｎ比の向上と吸口部
１１ａの直径の実質的な拡大を同時に達成することがで
きる。

【００２６】図５（ａ）（ｂ）のようにガスパージを行
わず、円錐カバー１２のみを設けた場合、吸口部１１ａ
が被検査体２の欠陥２ａの直上に位置していなくとも、
円錐カバー１２で漏洩Ｈｅガスがとらえられれば、図４
の条件Ｃのように高いシグナル値（Ｓ）が得られ、漏洩
を検出できる。しかし、この場合は、円錐カバー１２内
に侵入した漏洩Ｈｅガスが残り、空気と置換されるまで
に時間を要し、図５（ｂ）のように被検査体２の欠陥２
ａ上を通過した後も吸口部１１ａから残留漏洩Ｈｅガス
が吸い込まれ、検知し続けるという難点があり、図４の
条件Ｃのように吸口部１１ａ周りの雰囲気中のＨｅガス
濃度の影響を受け、かつノイズ値（Ｎ）も大気レベル以
下にはできず、Ｓ／Ｎ比がさほど上がらない。

【００２７】円錐カバーを設けず、ガスパージも行わな
い図４の条件Ｂの場合、前述の条件Ｃと同様にノイズ値
（Ｎ）を大気レベル以下にはできず、さらに吸口部１１
ａの走査線上に欠陥２ａがなければ検出できず、シグナ
ル値（Ｓ）もさほど高くなく（条件Ａとほぼ同レベ
ル）、Ｓ／Ｎ比が悪くなってしまう。

【００２８】カバーを設けてパージガスを供給すること
による前述の条件Ａの効果を、前述の比較例（条件Ｂ，
Ｃ）と共に表にまとめて下表１に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１中の「低」「中」「高」表示は、定性
的な効果を表したもの、数値は、条件Ｂ（カバー無し、
パージガス無し）での値を１０とした時の各条件での概
略的な比較値である。

【００３１】表１および図４から明らかなように、カバ
ーを設けてパージガスを供給する条件Ａの場合、カバー
内で捕捉された漏洩Ｈｅガス濃度がパージガスのため相
対的に低下し、漏洩Ｈｅガスが検出された際の波形の最
大値すなわちシグナル値（Ｓ）は、条件Ｂと同じ中レベ
ルの１０であるが、既述したようにノイズ値（Ｎ）を大
気レベル以下の低レベルの１にまでおとせるため、Ｓ／
Ｎ比が向上し、高レベルの１０となっている。

【００３２】カバーは有るがパージガス無しの条件Ｃの
場合、カバー内に捕捉された漏洩Ｈｅガスが残留し、漏
洩Ｈｅガスの検出時間（＝漏洩量）が大きくなるため、
シグナル値（Ｓ）は、高レベルの２０であるが、既述し
たようにノイズ値（Ｎ）を大気レベルの１０以下にはお
とせないためＳ／Ｎ比は中レベルの２となっている。

【００３３】カバー無し、パージガス無しの条件Ｃの場
合、シグナル値（Ｓ）は、条件Ａと同じ中レベルの１０
であるが、既述したようにノイズ値（Ｎ）を大気レベル
の１０以下にはおとせないためＳ／Ｎ比は低レベルの１
となっている。

【００３４】次に、本実施形態の効果を確認するために
行った実証試験の結果について説明する。なお、ここで
は供給するパージガスとしてＮ₂とＣＯ₂を使用し、これ
らガスの供給源に切換接続できるようにした。それ以外
の条件は下記のとおりである。

【００３５】パラメータ イ）カバー形状（円錐型，円柱型） ロ）パージガス流量（０，１，２［Ｌ/min］） ハ）プローブ走査速度：８，１７，３３［mm/ｓ］ 固定条件 ニ）Ｈｅ混合ガス濃度：２０［％］ ホ）Ｈｅ混合ガス圧力：１００［ｍbar］ へ）擬似欠陥サイズ ：直径５［μｍ］，深さ１３［μ
ｍ］ ト）Ｈｅリークディテクタ：ALCATEL社製ＡＳＭ121Ｈ型
ディテクタ

【００３６】図７乃至図９は、前記条件の下で、カバー
形状、パージガス種、及びガス流量毎に、走査速度に対
するＳ／Ｎ比を測定した結果を示すグラフである。

【００３７】これらの測定結果から明らかなように、最
も効果が大きかったのは、円錐型カバーに、Ｎ₂ガスを
１［Ｌ/min］の割合で導入した場合であった。この結果
から以下のことが推察される。 ａ．円錐型カバーは形状的にパージガスの滞留が起こら
ない。すなわち、円錐型カバー内にはガス吸い込み管と
の接続部以外にコーナ部がなく、その分、渦が発生せ
ず、ガス流れがスムーズになって、ガス交換効率が良く
なり、走査速度に対するＳ／Ｎ比が向上したものと考え
られる。 ｂ．パージガス流量１［Ｌ/min］の割合の場合に走査速
度に対するＳ／Ｎ比が最も高いのは、円錐型カバーの形
状、容量にもよるが、その流量以上にパージガス流量を
増やすと、流体速度が上がり、渦の発生を招き、その渦
部分にＨｅガスが巻き込まれ、残存し、パージするまで
に時間を要するためと考えられる。

【００３８】すなわち、パージガス無しで円錐型のカバ
ーを用いた際にはＳ／Ｎ比＝４ｄＢに対し、同型のカバ
ーにＮ₂ガスを１［Ｌ/min］の割合で導入した場合には
Ｓ／Ｎ比は１８ｄＢにまで向上した。

【００３９】なお、スニッファープローブを被検査体表
面に沿って走査する手段としては、例えばレール上を走
行する台車、磁力吸着あるいは真空吸着による走行体な
どを用いることができ、これにより効率的に検査するこ
とができる。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のスニッファ
ープローブ及びそれを用いた漏洩検査装置によれば、吸
口部の周りに、先端が開口するカバーを設けるととも
に、カバーにパージガス供給用ホースを接続したので、
スニッファープローブの吸口部の直径を実質的に大きく
しながら、ノイズ成分を低く抑え、Ｓ／Ｎ比を向上させ
ることができた。

【００４１】また、カバーとして、先端が末広がり状に
拡径する円錐カバーを用いたので、パージガスの流れが
スムーズになって、ガス交換効率が良くなり、走査速度
に対するＳ／Ｎ比が向上した。

【００４２】また、漏洩検知用ガスとしてヘリウム、パ
ージガスとして窒素を用いたので、感度優先の設計がで
き、漏れ個所からの流入ガスの置換効率を上げることが
できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るスニッファープロー
ブを示す斜視図である。

【図２】本実施形態の要部である吸口部を拡大して示す
断面図で、（ａ）図は吸口部に円錐カバーを取り付けた
例、（ｂ）図は吸口部に円柱形カバーを取り付けた例を
示す。

【図３】図１のスニッファープローブを用いた漏洩検査
装置の構成図である。

【図４】Ｓ／Ｎ比を求める手法の説明図である。

【図５】ガスパージを行わない場合の問題点の説明図で
ある。

【図６】ガスパージを行うことの効果の説明図である。

【図７】実証試験の結果を示すグラフである。

【図８】実証試験の結果を示すグラフである。

【図９】実証試験の結果を示すグラフである。

【図１０】従来のスニッファープローブを用いた漏洩検
査装置の構成図である。

【図１１】従来装置の問題点の説明図である。

【符号の説明】

２ 被検査体 ２ａ 欠陥 ３ Ｈｅリークディクタ（漏洩ガス検知器） １１ スニッファープローブ １１ａ 吸口部 １２ 円錐カバー（カバー） １２ａ パージガス供給用ホース １４ 窒素ボンベ（パージガス供給源）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸口を被検査体表面で走査することで、
   漏洩ガスを吸い込み、検知器へ案内するスニッファープ
   ローブであって、 前記吸口部の周りに、先端が開口するカバーを設けると
   ともに、該カバーにパージガスの供給用ホースを接続し
   たことを特徴とするスニッファープローブ。
2. 【請求項２】 カバーは、先端が末広がり状に拡径する
   円錐カバーからなることを特徴とする請求項１記載のス
   ニッファープローブ。
3. 【請求項３】 漏洩検知用ガスとしてヘリウム、パージ
   ガスとして窒素を用いることを特徴とする請求項１又は
   請求項２記載のスニッファープローブ。
4. 【請求項４】 パージガスの供給用ホースが接続されて
   先端が開口するカバーを吸口部周りに設けてなるスニッ
   ファープローブと、 パージガス供給源と、 前記吸口から吸い込まれた検知対象ガスを検出し、定量
   化してアナログ出力する漏洩ガス検知器と、 前記漏洩ガス検知器からのアナログ信号をデジタル信号
   に変換するＡ／Ｄ変換器と、 前記Ａ／Ｄ変換器を介して漏洩量信号を入力し、レベル
   判定してＳ／Ｎ比を求め、該Ｓ／Ｎ比を漏洩量と共に表
   示するデータ処理手段と、 前記スニッファープローブを被検査体表面に沿って走査
   する手段と、からなることを特徴とするスニッファープ
   ローブを用いた漏洩検査装置。
5. 【請求項５】 カバーは、先端が末広がり状に拡径する
   円錐カバーからなることを特徴とする請求項４記載のス
   ニッファープローブを用いた漏洩検査装置。
6. 【請求項６】 パージガス供給源は窒素ボンベからな
   り、 検知対象ガスはヘリウムからなり、 漏洩ガス検知器はヘリウムをイオン化してイオン電流を
   測定することでガス漏れ量を定量化するＨｅリークディ
   デクタからなり、 データ処理手段は、ＨｅリークディデクタからＡ／Ｄ変
   換器を介して送られてくる漏洩量の最大値と最小値を判
   定するレベル判定部と、判定された最大値をシグナル値
   （Ｓ）、最小値をノイズ値（Ｎ）として、Ｓ／Ｎ比を求
   めるＳ／Ｎ比演算部と、前記漏洩量を図形化し、Ｓ／Ｎ
   比と共に表示部に表示させるデータ作成部とからなるこ
   とを特徴とする請求項４又は請求項５記載のスニッファ
   ープローブを用いた漏洩検査装置。