JP2006250785A - リークディテクタ及び漏れ試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、試験体の漏れ試験をより短時間で行うことが可能なリークディテクタ及び漏れ試験方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 分析管を排気する２次ポンプの排気口に第１のバルブを介して１次ポンプを接続し、試験体を接続するテストポートを第２のバルブ及び第３のバルブを介してそれぞれ２次ポンプの中間段ポート及び１次ポンプの吸気口に接続し、中間段導入方式でリークガスを検出するリークディテクタ及び漏れ試験方法であって、試験体の圧力を測定する圧力計と、試験体を１次ポンプのみで排気したとき、第１の圧力まで排気するのに要する時間を計測するタイマーと、圧力計の指示が分析管稼働可能な圧力に対応する第２の圧力となるまでの排気を、１次ポンプで排気するか、又は一旦分析管をオフして２次ポンプで排気するかの判断を、タイマーの出力に基づいて行う制御手段とを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明はリークディテクタ及び漏れ試験方法にかかり、特には、多種多様な試験体をより短時間で連続して漏れ試験を行うことが可能なリークディテクタ及び漏れ試験方法に関する。

中間段ポートを備えた２次ポンプを用いた従来のリークディテクタの一例を図３に示す。図に示すように、質量分析管等の分析管２及び試験体２０を２次ポンプ（ターボ分子ポンプ）１及び１次ポンプ（ドライポンプ）３で排気する構成とし、ターボ分子ポンプの吸気口１１に質量分析管２が連結され、排気口１２にフォアバルブ４を介してドライポンプ３が連結されて、さらに試験体接続用のテストポート１０がターボ分子ポンプの中間段ポート１３及びドライポンプの吸気口３１にそれぞれテストバルブ５及び粗引きバルブ６を介して連結されている。

このリークディテクタを用いた中間段導入測定による試験体の漏れ試験は以下のようにして行う。
まず、リークディテクタを起動する。即ち、全てのバルブ４、５、６を閉め、ドライポンプ３を作動させて、フォアバルブ４を開ける。数秒後、ターボ分子ポンプ１を起動させ、分析管２内部を高真空に排気する。分析管内部が例えば１０^−２Ｐａ以下になったところで、分析管のイオン源フィラメントや二次電子増倍管に電圧を印加等して分析管をオン（稼働状態）にする。

この時点で試験体の漏れ試験が可能となる。
試験体２０をテストポート１０に取り付け、フォアバルブ４を閉じ、粗引きバルブ６を開けて試験体２０を排気する。試験体内部を十分に排気し、その圧力がテストバルブ５を開けても分析管内部の圧力が１０^−２Ｐａ以上にならない圧力（１０^−２×ＣairＰａ、Cair はターボ分子ポンプの吸気口と中間段ポート間の空気圧縮比）に達した時点で、粗引きバルブ６を閉じてフォアバルブ４及びテストバルブ５を開け、漏れ試験を行う部分にヘリウムガスを吹き付け、分析管でヘリウムのイオン電流を測定して中間段導入測定による試験体２０のヘリウムリーク量を求める。測定終了後、テストバルブ５を閉じて試験体を交換し、同様の測定を繰り返し行う。
以上のようにして、試験体のリーク量の測定を連続して行うことができる。
特開平３−２２５２４５

しかし、例えば、中容積（１０リットル程度）の真空チャンバでも、試験体によっては排気に長時間を要し、効率的ではないことが分かった。大容量のドライポンプを用いることにより排気の時間短縮は可能ではあるが、ドライポンプが著しく大型化しリークディテクタ全体が大型化、高価格化するという問題があった。

そこで、本発明者は、ドライポンプのみによる排気とターボ分子ポンプを用いた排気の２つの排気方法を併用し、試験体の種類ごとに排気方法を使い分ける検討を行い、例えば試験体の大きさにより排気方法を使い分けることで漏れ試験に要する時間を大幅に短縮することができた。しかしながら、例えばバルブやベローズのように、容積が簡単に測定できないため判別できないものも多くあり、その場合、２つの排気方法で測定して比較する必要があるため、手間がかかるという問題があった。

本発明者は、試験体ごとに最短となる排気方法を判別する方法を種々検討する中で、大気圧から１００〜１０００Ｐａ程度まで排気するのに要する時間と試験体の容積との間に密接な相関関係があることを見出し、この関係から試験体の容積を容易に見積もることができることが分かった。

即ち、本発明は、これらの知見に基づきさらに検討を加えて完成したものであり、試験体の漏れ試験をより短時間で行うことが可能なリークディテクタ及び漏れ試験方法を提供することを目的とする。

本発明の漏れ試験方法は、分析管を排気する２次ポンプの排気口にフォアバルブを介して１次ポンプの吸気口を連結し、テストポートを前記２次ポンプの中間段ポート及び前記１次ポンプの吸気口にそれぞれテストバルブ及び粗引きバルブを介して連結し、前記テストポートに試験体を接続して、試験体をリークする検知ガスを中間段導入測定によって検出する漏れ試験方法であって、
試験体をテストポートに取り付けた後、試験体を前記１次ポンプで排気し、大気圧から第１の圧力になるまでの排気時間を計測し、該排気時間に基づいて、前記分析管の稼働可能な圧力に対応する第２の圧力となるまで継続して前記１次ポンプのみで排気し、続いて前記テストバルブを開けてリーク量の測定を行うか、又は前記分析管をオフした後、前記テストバルブを開けて前記２次ポンプにより前記第２圧力まで排気し、再度前記分析管をオンしてリーク量の測定を行うかを判別する構成としたことを特徴とする。
このような構成とすることにより、試験体ごとに最短の排気方法を容易に求めることができ、多種多様な試験体が混合する場合であっても漏れ試験にかかる時間を最短とすることができる。

前記第１の圧力は１００〜１０００Ｐａとするのが好ましい。第１の圧力をこの範囲とすることにより、排気時間から試験体の容積を精度良くで求めることができ、その結果として、漏れ試験のさらなる時間短縮を図ることが可能となる。

また、前記第１の圧力値まで圧力が低下した時点で、前記第３のバルブを開け、逆拡散測定により多量のリークの有無を確認し、リークが検出されない試験体のみ中間段導入測定のもれ試験に移行するのが好ましい。
即ち、中間段導入測定による微量リークの測定を行う前に、低感度の逆拡散法でリークを検出する構成とすることにより、多量リークの試験体が混ざっていても、分析管へ多量の検知ガス（通常ヘリウム）が侵入するのを防止することができる。高濃度のヘリウムが分析管内に侵入するとその排気に長時間を要する場合があるが、以上の構成とすることによりこの問題を回避することができる。

本発明のリークディテクタは、分析管を排気する２次ポンプの排気口にフォアバルブを介して１次ポンプの吸気口を接続し、試験体接続用のテストポートをテストバルブ及び粗引きバルブを介してそれぞれ前記２次ポンプの中間段ポート及び前記１次ポンプの吸気口に接続し、試験体をリークする検知ガスを中間段導入測定で検出するリークディテクタであって、前記テストポートにおける圧力を測定する圧力計と、試験体を前記１次ポンプのみで排気したとき、大気圧から第１の圧力まで排気するのに要する時間を計測するタイマーと、前記圧力計の指示が前記分析管が稼働可能な圧力に対応する第２の圧力となるまでの排気を、継続して前記１次ポンプで排気するか、あるいは一旦前記分析管をオフして前記２次ポンプで排気するかの選択及び制御を、前記タイマーの出力に基づいて行う制御手段とを備えたことを特徴とする。

前記制御手段は、前記タイマの出力と前記１次ポンプ及び前記２次ポンプの排気特性から求めた基準値を比較し、その大小関係により、前記バルブの開閉と前記分析管のオンオフを制御することを特徴とする。
２つの排気方法のうち最適なものの選択が容易で、さらに切換が容易であり、漏れ試験の時間短縮とリークディテクタの自動化を実現することができる。

本発明の２次ポンプには、中間段ポートを有するターボ分子ポンプ等が好適に用いられるが、例えば２台のターボ分子ポンプその他のポンプを直列に連結した連結部に中間段ポートを設けたものでも良い。
なお、本発明で分析管をオン・オフするとは、主電源はそのままで、例えばイオン源のフィラメント、加速電極及び２次電子増倍管への電圧の供給・停止をいう。即ち、分析管をオンすることにより、例えばヘリウムのイオン電流を測定できる状態になる。

本発明により、即ち、試験体の種類、大きさによってリーク量の測定を行うまでの排気手順を最適化することにより、多数の試験体を連続して漏れ試験を行う際に、要する時間を大幅に短縮することができ、漏れ試験の効率を大幅に向上させることができる。
さらに、最適な排気手順の選択、切換を自動的に行うことができる構成としたことから、種々の試験体の漏れ試験をより高効率で行うことができるリークディテクタを提供することが可能となる。

以下に図面に基づいて、本発明をより詳細に説明する。

本発明のリークディテクタの一構成例を図１の模式図に示す。
図に示すように、リークディレクタは、質量分析管２及び試験体２０をターボ分子ポンプ（２次ポンプ）１及びドライポンプ（１次ポンプ）３で排気する構成とし、ターボ分子ポンプ１は低圧段１ａと高圧段１ｂとからなり、吸気口１１及び排気口１２の他に中間段ポート１３が設けられている。ターボ分子ポンプ１の吸気口１１に分析管２が連結され、排気口１２にフォアバルブ４を介してドライポンプ３が連結されて、さらに試験体２０を接続するテストポート１０がターボ分子ポンプの中間段ポート１３及びドライポンプの吸気口３１にそれぞれテストバルブ５及び粗引きバルブ６を介して連結されている。さらに、本実施例では、テストポート部の圧力を測定する圧力計７と、圧力が大気圧から第１の圧力Ｐ１（例えば１００〜１０００Ｐａ）まで低下するのに要する時間を計測するタイマー８と、タイマーの出力から試験体の容積を演算し、その容積に応じてバルブ４，５，６の開閉及び分析管のオンオフの手順を制御する制御装置９とから構成される。

次に、図１のリークディテクタを用いた漏れ試験の操作手順を図２のフローチャートに従って説明する。
まず、リークディテクタの全てのバルブ４、５、６を閉め、ドライポンプ３を作動させて、フォアバルブ４を開ける。数秒後、ターボ分子ポンプ１を起動させ、分析管２内部を高真空に排気する。分析管内部が例えば１０^−２Ｐａ以下になったところで、分析管のイオン源フィラメントの点灯や二次電子増倍管の電圧印加等して分析管を稼働状態にする（オンにする）。

この状態で、まずテストポート１０に試験体２０をクイックカップリングのような継手で接続する。フォアバルブ４を閉じ、粗引きバルブ６を開けて試験体をドライポンプ３で排気する。このとき、圧力計７の指示が大気圧Ｐ0から第１の圧力Ｐ1まで低下するのに要する時間Ｔ１をタイマー８で計測する。なお、第１の圧力Ｐ1は、ターボ分子ポンプの低圧段１ａでの圧縮比Ｃairとしたとき、分析管稼働可能圧力１０^−２Ｐａに相当する中間段ポートでの圧力Ｐ2（１０^−２×Ｃair）よりも高い圧力であり、例えば１００〜１０００Ｐａの圧力が好適に選ばれる。

制御装置９は、タイマの出力（時間Ｔ１）から、例えば（１）式を用いて試験体の容積Ｖを求める。
T1＝（ｋＶ／S1）ｌｎ（Ｐ0／Ｐ1） （１）
S1：一次ポンプによるテストポート１０での実効排気速度
ｋ：一次ポンプの排気補正係数

続いて、制御装置は、試験体の容積Ｖとリークディテクタの排気特性から予め求めておいた基準閾値Ｖ0とを比較し、その大小関係により次に示す工程１又は２を選択して実行すべく、バルブ開閉及び分析管のオンオフを制御して、中間段導入測定によるリーク量の測定を行う。さらに、その測定結果を表示する。

１）工程１
Ｖ＞Ｖ0のときは、一旦、分析管３をオフし、粗引きバルブ６を閉じ、フォアバルブ４及びテストバルブ５を開け、試験体２０をターボ分子ポンプの高圧段１ｂを通して、Ｐ２まで排気する。圧力計７の指示がＰ2になると、分析管内部の圧力は１０^−２Ｐａとなるため、分析管をオンすることが可能となり、ヘリウムのイオン電流を測定してリーク量を求める。

２）工程２
Ｖ＜Ｖ0のとき、圧力計に指示がＰ２になるまで、ドライポンプで継続して排気する。その後、粗引きバルブ６を閉じ、フォアバルブ４及びテストバルブ５を開けて、ヘリウムのイオン電流を測定してリーク量を求める。
以上で試験体のリーク量の測定を終了する。テストバルブ５を閉じ、次の試験体に交換する。このようにして、試験体の体積に応じて、最適な測定経路が選択され、漏れ試験を短縮を図ることが可能となる。

次に、リークディテクタの基準閾値Ｖ0を求める方法を具体的に説明する。
閾値Ｖ0は上記の工程１と工程２の時間が同じになる容積であるから、試験体を一次ポンプで排気し、圧力Ｐ1からＰ2になる迄の時間をT2、試験体を二次ポンプの中間段ポートを介して排気し、圧力Ｐ1からＰ2になる迄の時間をＴ3とし、分析管をオン・オフに要する時間をＴ４とすると、
Ｔ2 ＝ Ｔ3 ＋Ｔ4 （２）
が成立する。
ここで、Ｔ2、Ｔ3 は（２）、（３）式で表される。
Ｔ2 ＝ ｋ（Ｖ0／S1）ｌｎ（Ｐ1／Ｐ2） （３）
Ｔ3 ＝（Ｖ0／S２）ｌｎ（Ｐ１／Ｐ２） （４）
S２：二次ポンプの中間段ポートによるテストポートでの空気の実効排気速度

続いて、リークディテクタのパラメータとして以下の数値を用い、より具体的に説明する。
１次ポンプの排気速度S1＝０．５（Ｌ（リットル）／ｓ）、
ターボ分子ポンプの低圧段の圧縮比Ｃair＝１０００、
ターボ分子ポンプの高圧側段１ｂでの排気速度S２＝２（Ｌ／ｓ）、
大気圧Ｐ0＝１０^５Ｐａ、
第１の圧力Ｐ1＝１０００（Ｐａ）、
第２の圧力Ｐ2＝１０００×１０^−２＝１０Ｐａ、
ドライポンプの補正係数ｋ＝１．２、
分析管のオンとオフに要する時間Ｔ4＝２ｓ、
とすると
Ｔ２＝１．２×（Ｖ0／０．５）×ｌｎ（１０００／１０）
Ｔ３＝（Ｖ0／２）ｌｎ（１０００／１０）
となり、これを（２）式に挿入すると、Ｖ0 ＝０．２３Ｌとなる。
一方、Ｔ1 ＝ （１．２Ｖ／０．５）ｌｎ（１０^５／１０^３）から
Ｖ＝０．０９Ｔ1となる。

従って、 タイマの出力値Ｔ1から試験体の容積Ｖを求め、試験体の容積Ｖが０．２３Ｌより大きい場合には、工程１が選択され、０．２３Ｌ以下のときは工程２が選択される。このようにして、種々の容積の試験体を連続してリーク量を測定する場合であっても、また容積が不明な試験体が混在する場合であっても、最適な工程を選択することができ、漏れ試験の大幅な時間短縮を図ることができる。

本発明の第２の実施例では、リークの比較的大きな試験体が混在するおそれがある場合に好適に用いられる漏れ試験方法を説明する。
リークの大きな試験体に対しては、実施例１の中間段導入測定によるリーク量の測定を行う前に、感度の低い逆拡散測定によるリーク量の測定を行うのが好ましい。即ち、図２のフローチャートで第１の圧力Ｐ1まで排気した後、点線で示した手順に従い、フォアバルブ４を開けて、逆拡散測定でリーク量を測定する。通常Ｐ1は１００〜１０００Ｐａ程度であるから、フォアバルブ４を開けても分析管内圧力は１０^−２Ｐａ以下に保つことができる。

この逆拡散測定でリークが確認された場合は、測定を終了し、次の試験体に交換する。一方、リークが確認されない場合は、高感度の中間段導入測定に戻り、経過時間T1に応じて工程１か工程２のいずれかを選択する。
このように、多量のリークが予想される場合は、逆拡散測定法を付加させることにより、多量のヘリウムが分析管内に入り込むのを防止し、漏れ試験の効率をさらに高めることができる。

以上の実施例では、中間段ポートを有する２次ポンプとしてターボ分子ポンプを用いたが、これに限ることはなく、例えば油拡散ポンプ、ドラグポンプ、ホルウェック型ドラムポンプ等も用いることができる。さらに、１つのポンプではなく、２つのポンプを連結させた構成のものでも良い。また、１次ポンプとしてはドライポンプ及び油回転真空ポンプ等が用いられる。
以上の実施例では、スプレー法及び真空フード法による漏れ試験について述べてきたが、本発明はこれに限ることはない。例えばＳＡＷデバイスのパッケージの場合は、ボンビング法又はベルジャー法が用いられ、パッケージを高圧ヘリウム雰囲気に放置した後、試験体にパッケージを入れ、これを本発明のリークディテクタに接続して漏れ試験が行われる。
なお、質量分析管は、磁場偏向型や４重極型等種々の分析管を用いることができる。

中間段ポート付き二次ポンプを使用したヘリウムリークディテクタの構成例を示す概念図である。 漏れ試験方法の一例を示すフローチャート図である。 従来のヘリウムリークディテクタを示す概念図である。

符号の説明

１ ２次ポンプ、
２ 分析管、
３ １次ポンプ、
４ フォアバルブ、
５ テストバルブ、
６ 粗引きバルブ、
７ 真空ゲージ（大気圧〜１Ｐａ）、
８ タイマー、
９ 制御手段（装置）、
１０ テストポート、
１１ 吸気ポート、
１２ 排気ポート、
１３ 中間段ポート、
２０ 試験体。

Claims (7)

1. 分析管を排気する２次ポンプの排気口にフォアバルブを介して１次ポンプの吸気口を連結し、テストポートを前記２次ポンプの中間段ポート及び前記１次ポンプの吸気口にそれぞれテストバルブ及び粗引きバルブを介して連結し、前記テストポートに試験体を接続して、試験体をリークする検知ガスを中間段導入測定によって検出する漏れ試験方法であって、
   試験体をテストポートに取り付けた後、試験体を前記１次ポンプで排気し、大気圧から第１の圧力になるまでの排気時間を計測し、該排気時間に基づいて、前記分析管の稼働可能な圧力に対応する第２の圧力となるまで継続して前記１次ポンプのみで排気し、続いて前記テストバルブを開けてリーク量の測定を行うか、又は前記分析管をオフした後、前記テストバルブを開けて前記２次ポンプにより前記第２圧力まで排気し、再度前記分析管をオンしてリーク量の測定を行うかを判別する構成としたことを特徴とする漏れ試験方法。
2. 前記第１の圧力は１００〜１０００Ｐａであることを特徴とする請求項１に記載の漏れ試験方法。
3. 前記第１の圧力値まで圧力が低下した時点で、前記フォアバルブを開け、逆拡散測定により多量のリークの有無を確認し、リークが検出されない試験体のみ中間段導入法のもれ試験に移行することを特徴とする請求項１又は２に記載の漏れ試験方法。
4. 前記２次ポンプは、直列に連結した２つのポンプからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の漏れ試験方法。
5. 分析管を排気する２次ポンプの排気口にフォアバルブを介して１次ポンプの吸気口を接続し、試験体接続用のテストポートをテストバルブ及び粗引きバルブを介してそれぞれ前記２次ポンプの中間段ポート及び前記１次ポンプの吸気口に接続し、試験体をリークする検知ガスを中間段導入測定で検出するリークディテクタであって、
   前記テストポートにおける圧力を測定する圧力計と、
   試験体を前記１次ポンプのみで排気したとき、大気圧から第１の圧力まで排気するのに要する時間を計測するタイマーと、
   前記圧力計の指示が前記分析管が稼働可能な圧力に対応する第２の圧力となるまでの排気を、継続して１次ポンプで排気するか、あるいは一旦前記分析管をオフして前記２次ポンプで排気するかの選択及び制御を、前記タイマーの出力に基づいて行う制御手段とを備えたことを特徴とするリークディテクタ。
6. 前記制御手段は、前記タイマの出力と前記１次ポンプ及び前記２次ポンプの排気特性から求めた基準値を比較し、その大小関係により、前記バルブの開閉と前記分析管のオンオフを制御することを特徴とする請求項５に記載のリークディテクタ。
7. 前記２次ポンプは、直列に連結した２つのポンプからなることを特徴とする請求項５又は６に記載のリークディテクタ。
   

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