JP2005140504A - ヘリウムガス漏れ検出装置及びヘリウムガス漏れ検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ヘリウムガス漏れの有無を簡易的に検出できるようにし、更に、装置の軽量、小型化、及び低コスト化を図ることができるようにする。
【解決手段】 吸引ポンプ６の作動により被試験体１３内から漏れたヘリウムガスをスニファープローブ２で吸引し、排気ポンプ９の作動により減圧した容器１１内に吸引したヘリウムガスの一部を導入して、導入されたヘリウムガスの加熱されているフィラメント１２との衝突による、フィラメント１２の温度変化に応じたフィラメント１２の電気抵抗の変化に伴う出力回路１０からの出力に基づいてヘリウムガスの漏れを検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、気密を要する機器や配管などにおいて、その漏れ（リーク）の有無を検査する際に用いるヘリウムガス漏れ検出装置及びヘリウムガス漏れ検出方法に関する。

気密を要する機器や配管などにおいて、リーク（漏れ）テストを行う際においては、ヘリウムリークディテクタ（ヘリウムガス漏れ検出装置）が一般に用いられている（例えば、特許文献１参照。）。

上記特許文献１のヘリウムリークディテクタは、質量分析管と、この質量分析管に吸気部が接続された二次ポンプと、この二次ポンプの排気部に吸気部が接続された一次ポンプと、二次ポンプの排気部と一次ポンプの吸気部の間の接続用配管の分岐部に接続管を介して接続されたスニッファープローブと、前記接続管内の圧力を計測する圧力計を備えており、試験体から漏れたヘリウムガスをスニッファープローブで吸引して、圧力計で計測した前記接続管内の圧力値と、質量分析管で検出したイオン電流値とから、試験体から漏れたヘリウムガスの漏れ量を算出するようにしている。
特開平８−１４５８３５号公報

ところで、近年、気密を要する機器や配管などの漏れ検査を行う際において、漏れ量の検出精度は多少低くても簡易的に漏れの有無の検出を安価な構成で行うことができるヘリウムガス漏れ検出装置の需要がある。更に、このようなヘリウムガス漏れ検出装置においては、作業性よく漏れの検出を行えるように、軽量、小型化が求められている。

しかしながら、上記特許文献１のようなヘリウムリークディテクタは、僅かなヘリウムガス漏れを精度よく検出するような場合においては適しているが、簡易的にヘリウムガス漏れを検出するには検出感度が高過ぎて使いづらく、また、ロータリーポンプやターボ分子ポンプなどの高真空ポンプを備えているので、装置全体が大型化し、かつコストも高くなる。

そこで本発明は、簡易的にヘリウムガス漏れの検出を安価な構成で行うことができ、更に、軽量、小型化も図ることができるヘリウムガス漏れ検出装置及びヘリウムガス漏れ検出方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、気密を要する被試験体内にヘリウムガスを供給して、被試験体内からのヘリウムガスの漏れを検出するヘリウムガス漏れ検出装置であって、容器内にフィラメントを有するピラニ真空計用測定子と、前記容器内を排気する排気ポンプと、前記フィラメントと電気的に接続された出力回路と、を備え、前記被試験体内から漏れたヘリウムガスを、前記排気ポンプの作動により減圧された前記容器内に導入して、前記導入されたヘリウムガスの加熱されている前記フィラメントとの衝突による前記フィラメントの温度変化に応じた前記フィラメントの電気抵抗の変化に伴う前記出力回路からの出力に基づいてヘリウムガスの漏れを検出することを特徴としている。

また、請求項５に記載の発明は、気密を要する被試験体内にヘリウムガスを供給して、被試験体内からのヘリウムガスの漏れを検出するヘリウムガス漏れ検出方法であって、容器内にフィラメントを有するピラニ真空計用測定子と、前記容器内を排気する排気ポンプと、前記フィラメントと電気的に接続された出力回路と、を備え、前記排気ポンプの作動により減圧された前記容器内に前記被試験体内から漏れたヘリウムガスを導入して、前記導入されたヘリウムガスの加熱されている前記フィラメントとの衝突による前記フィラメントの温度変化に応じた前記フィラメントの電気抵抗の変化に伴う前記出力回路からの出力に基づいてヘリウムガスの漏れを検出することを特徴としている。

本発明によれば、減圧した容器内に導入されたヘリウムガスの加熱されているフィラメントとの衝突によるフィラメントの温度変化に応じたフィラメントの電気抵抗の変化に伴う出力回路からの出力に基づいてヘリウムガスの漏れを検出することにより、ヘリウム漏れの有無を簡易的に検出することができ、また、装置構成が簡易なものとなるので、装置の軽量、小型化、及び低コスト化を図ることができる。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係るヘリウムガス漏れ検出装置を示す概略構成図である。

本実施形態に係るヘリウムガス漏れ検出装置１は、スニファープローブ２と、スニファープローブ２のフレキシブル管３が接続されるヘリウムガス導入量調整部材４と、被試験体１３内より漏れてくるヘリウムガスを吸引ライン（スニファープローブ２、フレキシブル管３、ヘリウムガス導入量調整部材４の上部側、配管５）を通して吸引する吸引ポンプ６と、ピラニ真空計用測定子７と、配管８を介してピラニ真空計用測定子７内を排気する排気ポンプ９、及び出力回路１０とを備えている。

ピラニ真空計用測定子７は、円筒状の容器１１内にその長手方向に沿って逆Ｕ字状に曲げられた白金製の細線状のフィラメント１２が設けられており、フィラメント１２の端子部１２ａ、１２ｂは容器１１の底部を通して出力回路１０に電気的に接続されている。ピラニ真空計測定子７は、ピラニ真空計の測定子として用いられているものであり、加熱されたフィラメント１２にヘリウムガスが衝突することによってフィラメント１２の熱が奪われ、排気状態の容器１１内における圧力変化に応じてヘリウムガスがフィラメント１２から熱を奪う量（熱量）が変化するという現象を応用して、圧力を測定することができる。

本実施形態では、このピラニ真空計用測定子７に接続した出力回路１０によって、導入されるヘリウムによるフィラメント１２の温度変化に応じて変化するフィラメント１２の電気抵抗の変化に伴う出力回路１０からの出力電圧に基づいてヘリウムガスの漏れを検出するようにした。即ち、出力回路１０の出力電圧は、上記の現象から容器１１内におけるヘリウム濃度（％）と略対応することによって、出力回路１０の出力電圧から容器１１内におけるヘリウム濃度（％）を測定し、ヘリウム濃度の測定結果からヘリウムガスの漏れを検出するものである。

容器１１の上部は開口しており、この開口にヘリウムガス導入量調整部材４の下部外周面が密着されている。ヘリウムガス導入量調整部材４の中央部には、多数の微細孔（不図示）が形成されており、ヘリウムガス導入量調整部材４の上部側に位置するヘリウム吸引ライン（スニファープローブ２、フレキシブル管３、配管５）と、マイクロセパレータ４の下部側に密着したピラニ真空計用測定子７の容器１１内部との間で差圧を設ける（ピラニ真空計用測定子７の容器１１内部側の方を低くする）。

吸引ポンプ６と排気ポンプ９を作動させて被試験体１３からヘリウムガスをスニファープローブ２を通して吸引すると共に、ピラニ真空計用測定子７の容器１１内を排気（減圧）することによって、スニファープローブ２から吸引されたヘリウムガスの大部分は、フレキシブル管３、ヘリウムガス導入量調整部材４の上部内部、配管５を通して吸引ポンプ６側に掃引され、その残りがヘリウムガス導入量調整部材４の中央部の微細孔を通してピラニ真空計用測定子７の容器１１内に入っていくように構成されている。

出力回路１０は、ヘリウムガスのピラニ真空計用測定子７の容器１１内への導入によるフィラメント１２の温度変化に応じた電気抵抗の変化を電圧値として出力する。上記したように、この出力電圧の値は、容器１１内への導入されるヘリウムガスの量に略対応することによって、この出力電圧の値からヘリウムガスの濃度（％）を測定することができる。

次に、上記したヘリウムガス漏れ検出装置１によるヘリウムガス漏れ検出方法について説明する。

先ず、排気ポンプ９を作動させてピラニ真空計用測定子７の容器１１内を排気して減圧し、フィラメント１２に通電して加熱する。そして、容器１１内を所定の圧力（本実施形態では、後述するように０．８３ｋＰａ程度）に調整されると吸引ポンプ６を作動させ、ヘリウムガス（Ｈｅ）を加圧して注入した被試験体（例えば、半導体装置の真空ライン、地中に埋設した水道管など）１３の外側周面をスニファープローブ２で走査してスニファー法で漏洩探査し、漏れ箇所から外部に漏れるヘリウムを周囲の空気と共に吸引する。

スニファープローブ２に吸引されたヘリウムガス（空気との混合ガス）は、フレキシブル管３を通してヘリウムガス導入量調整部材４内の上部側の吸引ラインに導入され、その大部分は配管５を介して吸引用ポンプ６から外部に排出される。そして、ヘリウムガス導入量調整部材４内の上部側の吸引ラインに導入されたヘリウムガス（空気との混合ガス）の一部は、ヘリウムガス導入量調整部材４内の中央部に形成されている多数の微細孔（不図示）を通して、減圧されているピラニ真空計用測定子７の容器１１内に導入される。

なお、ヘリウムガス導入量調整部材４内の上部側の吸引ラインを通して吸引用ポンプ６から外部に排出されるヘリウムガス（空気との混合ガス）の量は、スニファープローブ２に吸引されたヘリウムガス（空気との混合ガス）のうちの約９９％であり、ヘリウムガス導入量調整部材４内の微細孔（不図示）を通してピラニ真空計用測定子７の容器１１内に導入されるヘリウムガス（空気との混合ガス）の量は、残りの約１％である。

ピラニ真空計用測定子７の容器１１内に導入されたヘリウムガスが加熱されているフィラメント１２に衝突することによってフィラメント１２の熱が奪われ、排気状態の容器１１内における圧力変化に略応じてフィラメント１２から熱を奪う量（熱量）が変化する。そして、ピラニ真空計用測定子７に接続した出力回路１０によって、導入されるヘリウムによるフィラメント１２の温度変化に応じて変化するフィラメント１２の電気抵抗の変化により、上記したように出力回路１０の出力電圧に基づいて容器１１内におけるヘリウム濃度（％）を測定する。

図２は、排気ポンプ９の作動させてピラニ真空計用測定子７の容器１１内の圧力を変化させた場合における、容器１１内のヘリウム濃度（％）と出力回路１０の出力電圧（Ｖ）との関係を調べた結果を示すデータである。なお、図２において、ａは容器１１内の圧力が１．８４ｋＰａ、ｂは容器１１内の圧力が１．１５ｋＰａ、ｃは容器１１内の圧力が０．８３ｋＰａである。

この実験結果から明らかなように、容器１１内の圧力が１．８４ｋＰａ（図のａ）の場合は０〜約７０（％）のヘリウム濃度、容器１１内の圧力が１．１５ｋＰａ（図のｂ）の場合は０〜約９５（％）のヘリウム濃度、容器１１内の圧力が０．８３ｋＰａ（図のｃ）の場合は０〜略１００（％）のヘリウム濃度にそれぞれ対応した、略直線的な出力電圧（Ｖ）が得られた。

このように本実施形態のヘリウム漏れ検出装置１は、ピラニ真空計用測定子７の容器１１内の圧力を０．８３ｋＰａ（図のｃ）に減圧調整してヘリウムに対する比感度係数を拡大することによって、出力回路１０の出力電圧（Ｖ）から容器１１内におけるヘリウム濃度を０〜略１００（％）の感度で測定することが可能となるので、被試験体１３からのヘリウムガス漏れの有無を簡易的に検出することができる。

更に、本実施形態のヘリウムガス漏れ検出装置１は、ヘリウムガス漏れ検出をピラニ真空計用測定子７で行うことによって装置構成が簡易なものとなるので、装置の軽量、小型化、及び低コスト化を図ることができる。

本発明の実施形態に係るヘリウムガス漏れ検出装置を示す概略構成図。 ピラニ真空計用測定子の容器内の圧力を変化させた場合における、容器内のヘリウム濃度（％）と出力回路の出力電圧（Ｖ）との関係を示す図。

符号の説明

１ ヘリウム漏れ検出装置
２ スニファープローブ
６ 吸引ポンプ
７ ピラニ真空計用測定子
９ 排気ポンプ
１０ 出力回路
１１ 容器
１２ フィラメント
１３ 被試験体

Claims (8)

1. 気密を要する被試験体内にヘリウムガスを供給して、被試験体内からのヘリウムガスの漏れを検出するヘリウムガス漏れ検出装置であって、
   容器内にフィラメントを有するピラニ真空計用測定子と、前記容器内を排気する排気ポンプと、前記フィラメントと電気的に接続された出力回路と、を備え、
   前記被試験体内から漏れたヘリウムガスを、前記排気ポンプの作動により減圧された前記容器内に導入して、前記導入されたヘリウムガスの加熱されている前記フィラメントとの衝突による前記フィラメントの温度変化に応じた前記フィラメントの電気抵抗の変化に伴う前記出力回路からの出力に基づいてヘリウムガスの漏れを検出する、
   ことを特徴とするヘリウムガス漏れ検出装置。
2. 前記出力回路からの出力は、前記容器内に導入されるヘリウムガスの濃度に対応した電圧である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のヘリウムガス漏れ検出装置。
3. 前記被試験体内より漏れてくるヘリウムガスを吸引ラインを通して吸引する吸引ポンプを有する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のヘリウムガス漏れ検出装置。
4. 前記吸引ラインと前記容器との間に、前記被試験体内から漏れたヘリウムガスの一部だけを前記容器側に導入させるヘリウムガス導入量調整部材を設けた、
   ことを特徴とする請求項３に記載のヘリウムガス漏れ検出装置。
5. 気密を要する被試験体内にヘリウムガスを供給して、被試験体内からのヘリウムガスの漏れを検出するヘリウムガス漏れ検出方法であって、
   容器内にフィラメントを有するピラニ真空計用測定子と、前記容器内を排気する排気ポンプと、前記フィラメントと電気的に接続された出力回路と、を備え、
   前記排気ポンプの作動により減圧された前記容器内に前記被試験体内から漏れたヘリウムガスを導入して、前記導入されたヘリウムガスの加熱されている前記フィラメントとの衝突による前記フィラメントの温度変化に応じた前記フィラメントの電気抵抗の変化に伴う前記出力回路からの出力に基づいてヘリウムガスの漏れを検出する、
   ことを特徴とするヘリウムガス漏れ検出方法。
6. 前記出力回路からの出力は、前記容器内に導入されるヘリウムガスの濃度に対応した電圧である、
   ことを特徴とする請求項５に記載のヘリウムガス漏れ検出方法。
7. 前記被試験体内より漏れてくるヘリウムガスを、吸引ポンプの作動により吸引ラインを通して吸引する、
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載のヘリウムガス漏れ検出方法。
8. 前記被試験体内から漏れたヘリウムガスの一部だけを、前記吸引ラインと前記容器との間に設けたヘリウムガス導入量調整部材を通して前記容器側に導入させる、
   ことを特徴とする請求項７に記載のヘリウムガス漏れ検出方法。

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