JP2007147327A - 気密漏れ検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】真空チャンバー内表面への水分の付着を防止し、真空排気時間を短縮かつ安定化させると共に、バックグラウンドノイズを低減し、測定感度の向上、測定の高精度化及び検査の信頼性向上を可能とする気密漏れ検査装置を提供する。
【解決手段】製品１を収容する真空チャンバー２、該チャンバー内の空気を排気する真空ポンプ３、製品内にＨｅガスを供給し、封入するＨｅボンベ４及び製品から漏れ出たＨｅガスを検出するリークディテクタ５とを備えた気密漏れ検査装置が、真空チャンバーの外壁に加熱用ヒーター８を設けて、該チャンバー内表面の温度を外気温度より高く保つようにして、該チャンバー内表面に大気中の水分が付着しないようにしている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ヘリウムガス（Ｈｅガス）等の漏洩検査媒体（トレーサガス）を用いて、検査対象物の気密漏れの検査を行う気密漏れ検査装置に関する。

検査対象物の微少な気密漏れに対する検査方法には、従来技術として、検査対象物から漏れ出たトレーサガス（Ｈｅガス）の量を検出するヘリウムリークディテクタ（ヘリウム漏洩検出器）を用いた検査法がある。この方法の１つとして、真空チャンバーを使用した真空式ヘリウムリーク検査方法がある。

この真空チャンバーを用いた気密漏れ検査装置は、図２に示される検査フローに沿って検査を行っている。即ち、真空チャンバー内に検査対象物である製品を収容し、製品にＨｅガス封入用の配管を接続する。次に真空ポンプを作動して真空チャンバー内の空気を排気し、真空チャンバー内が一定の真空度、例えば１０Pa、に達したら真空ポンプの作動を停止して排気を止め、ヘリウム供給源から製品内にＨｅガスを封入する。この場合、Ｈｅガスの製品内の圧力が略１MPaになるまでＨｅガスを供給する。次いで製品から真空チャンバー内に漏れ出てきたＨｅガスをリークディテクタに導入し、Ｈｅの質量分析を利用して漏れ量を測定し、製品の良否を判定している。

このように、Ｈｅガスの漏れ検査は製品を真空チャンバー内に入れて漏れ検査を実施しているが、製品の出し入れのために毎回真空チャンバー内を大気圧に戻す必要がある。大気圧に戻す際に、真空チャンバー内に導入する外気の中に水分が含まれているため、減圧による断熱膨張効果により真空チャンバーの内壁温度が低下し、外気中の水分が真空チャンバー内壁の表面に付着する。また、製品を真空チャンバーに出し入れする際にも、外気が真空チャンバー内に侵入してくるため、外気中の水分がその内壁面に付着する。

その後、次の製品のテストのために、真空チャンバー内を真空ポンプにより真空排気するときに、その付着水が再蒸発するという現象が発生し、その結果、真空排気時間が長くかかるという問題と、混入している水分子がリークディテクタによる質量分析に影響し、測定のバックグラウンドを上げることにより、測定感度を悪化させるという問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、真空チャンバー内表面に大気中の水分が付着するのを低減して、真空チャンバーの排気時間を短縮かつ安定化させると共に、水分によるバックグラウンドを低減して、測定感度の向上を可能とし、測定の高精度化及び検査の信頼性を高めることができる気密漏れ検査装置を提供することである。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の気密漏れ検査装置を提供する。
請求項１に記載の気密漏れ検査装置は、検査対象物を収容する真空チャンバーと、真空チャンバー内の空気を排気する真空ポンプと、検査対象物内にトレーサガスを供給し、封入するトレーサガス供給源と、検査対象物から漏れ出てきたトレーサガスを検出するリークディテクタとを備えていて、真空チャンバー内に収容された検査対象物中にトレーサガスを加圧封入し、検査対象物からのトレーサガスの漏れを検査する装置において、真空チャンバーの外壁に加熱用ヒーターを設け、真空チャンバー内の表面温度を外気温より高く保つようにしたものであり、これにより、検査対象物を真空チャンバー内に出し入れする際や次のテストのために真空チャンバー内を真空排気する際に、大気中の水分が真空チャンバー内表面に付着するのを防止でき、真空排気時間を短縮かつ安定させることが可能となると共に、水分によるバックグラウンドも低減でき、測定感度の向上、測定の高精度化及び検査の信頼性を高めることができる。

請求項２の気密漏れ検査装置は、真空チャンバー内の表面温度を外気温より１０度以上高くかつ６０度以下に保つように規定したものであり、これにより、徒らに真空チャンバーの表面温度を高めることが防止できる。
請求項３の気密漏れ検査装置は、加熱用ヒーターを断熱材で覆うようにしたものであり、これにより、省エネルギー化を図ることができる。

請求項４の気密漏れ検査装置は、加熱用ヒーターが電気ヒーターであることを特定したものである。
請求項５の気密漏れ検査装置は、加熱用ヒーターが温水ヒーター又は温風ヒーターであることを特定したものである。

以下、図面に従って本発明の実施の形態の気密漏れ検査装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態の気密漏れ検査装置の全体構成を示す概略図である。気密漏れ検査装置は、基本的に検査対象物である製品１を収容する真空チャンバー２と、真空チャンバー２内の空気を排気する真空ポンプ３と、製品１内にトレーサガス、例えばヘリウムガス（Ｈｅガス）を供給する、トレーサガス供給源であるヘリウムボンベ（Ｈｅボンベ）４と、製品１から漏れ出たＨｅガスを検出するリークディテクタ５等より構成されている。

真空チャンバー２は、種々の大きさの製品１を収容することができるような容積を有していると共に、一方の側面に製品１を出し入れする開閉扉２ａが設けられ、またその外壁には、本発明の特徴である加熱用ヒーター８が設けられている。また、真空チャンバー２は、３つの配管系１０，２０，３０に接続していると共に、漏れ検査終了後に、真空チャンバー２内に空気を導入して真空を破壊するための第８バルブ４０を有している。

真空チャンバー２内の表面を加熱するための加熱用ヒーター８は、抵抗加熱或いは誘導加熱を利用した電気ヒーター又はパイプ内に温水又は温風を流して加熱する温水ヒーターや温風ヒーターのいずれを採用してもよい。加熱用ヒーター８は、断熱材８１によって覆われ、熱のロスを防止している。加熱用ヒーター８は、真空チャンバー２の内表面の温度を検出する温度センサＴからの出力に基づいて、図示されない制御手段によって、表面温度が外気より高く、好ましくは外気より１０℃以上高くかつ６０℃以下に、なるように制御される。

第１の配管系１０は、製品１内にＨｅガスを供給すると共に、製品１内からＨｅガスを外部に排出する配管系である。即ち、第１の配管系１０は、Ｈｅボンベ４から第１バルブ１１を通り、マニホールド１４に入って製品１へとＨｅガスが供給されるＨｅ供給配管系と、マニホールド１４から分岐して第２バルブ１２を通ってＨｅガスを大気に開放する第１排出配管系と、更にマニホールド１４から分岐して第３バルブ１３から排気ポンプ６に接続していて、製品１内のＨｅガスを強制的に排出する第２排出配管系とを有している。なお、Ｈｅボンベ４の出口には圧力センサ１５が設けられると共に、Ｈｅ供給配管系、マニホールド１４及び真空チャンバー２には、それぞれ内部圧力を監視するための圧力計Ｐが設けられている。

第２の配管系２０は、真空チャンバー２内の空気を外部に排気する真空引配管系であり、真空チャンバー２内の空気は、第４バルブ２１を通って真空ポンプ３から外部に強制的に排気される。真空チャンバー２内に空気を導入するとき（真空破壊時）は、第８バルブ４０を開弁する。

第３の配管系３０は、製品１から真空チャンバー２に漏れ出たＨｅガスを導入して検査する検査配管系であり、製品１から漏れ出たＨｅガスは、第５バルブ３１及び第６バルブ３２を通ってリークディテクタ５に導入され、ここで漏れによるヘリウム量を計測する。また第３の配管系３０は、第５バルブ３１と第６バルブ３２の間から分岐され、第７バルブ３３を通って掃引ポンプ７をＨｅガスを掃気する掃気配管系を含んでいる。この掃気配管系では、第３の配管系３０内に付着又は滞留したＨｅガスを掃気する。
なお、第４〜第８バルブ２１，３１〜３３，４０が、図１においてエアシリンダ作動式のバルブとして描かれているが、電磁式等のバルブも採用可能である。

上記構成よりなる本実施形態の気密漏れ検査装置の作動について図２の作動フローに基づき説明する。まず、検査対象物である製品１を投入し、第１の配管系１０を製品１に接続する。この場合、予め加熱用ヒーター８を作動させて、真空チャンバー２の内表面の温度が外気より高く、例えば、外気より１０℃以上高くかつ６０℃以下に、なるようにしておく。次に、第２の配管系２０の第４バルブ２１を開けると共に、真空ポンプ３を駆動し、真空チャンバー２内の空気を排気する。なお、第３の配管系３０の第５、第６、第７バルブ３１，３２，３３及び真空破壊用の第８バルブ４０は閉じられている。真空チャンバー２内の排気とほぼ同時に、第１の配管系１０の第３バルブ１３を開けると共に排気ポンプ６を駆動して、製品１内の空気を排気する。このとき、当然第１、第２バルブ１１，１２は閉じられている。

真空チャンバー２内の空気が排気され、図２に示されるように内部の圧力が略１０Paの真空状態になったら、真空ポンプ３の作動を停止すると共に第４バルブ２１を閉じる。同様に製品１内の排気が完了したら、排気ポンプ６の作動を停止し、第３バルブ１３を閉じる。
次いで、第１の配管系１０の第１バルブ１１を開け、Ｈｅボンベ４からＨｅガスを製品１内に供給し、図２に示すように製品１内の圧力が略１MPaまで上昇したら、第１バルブ１１を閉じ、Ｈｅボンベ４からのＨｅガスの供給を停止する。このとき、当然第２、第３バルブ１２，１３は閉じられている。こうして、略１MPaのＨｅガスが製品１内に封入される。

その後、第３の配管系３０の第５、第６バルブ３１，３２を開き（第７バルブ３３は閉）、製品１から真空チャンバー２内に漏れ出したＨｅガスをリークディテクタ５に導入して、ヘリウムの質量分析を利用してＨｅガスの漏れ量を測定する。所定時間内のこの漏れ量で製品１の良否を判定する。

漏れ検査が終了後、第３の配管系３０の第７バルブ３３を開けると共に、掃引ポンプ７を作動して、真空チャンバー２、第３の配管系３０、リークディテクタ５及び第５〜第７バルブ３１〜３３等に付着したり、残留したりして残っているヘリウムを吸引除去し、浄化する。また同時に、第８バルブ４０も開けられ、真空チャンバー２内に空気を導入することによって真空を破壊する。
更に、第１の配管系１０の第２バルブ１２（第１、第３バルブ１１，１３は閉）が開けられ、製品１内のＨｅガスが大気に開放される。最後に、真空チャンバー２の開閉扉２ａが開けられ、検査終了の製品１が第１の配管系１０との接続を解放され、製品１が真空チャンバー２から取り出される。この一連の行程中、真空チャンバー２内の内表面の温度は、適宜加熱用ヒーター８を作動させることで、外気よりも高い状態が保持される。次の製品１の漏れ検査は、上述した行程が繰り返される。

図３，４は、本実施形態の作用効果を説明する図である。即ち、図３は、加熱用ヒーターの有無による真空排気時間を比較したグラフである。縦軸は真空チャンバー２内の真空度を示し、横軸は排気時間を示している。また、実線は、本実施形態である真空チャンバー２が加熱用ヒーター８を有している場合を、破線は、従来の真空チャンバー２が加熱用ヒーター８を有していない場合を示している。図３から解るように、加熱有りの場合は、比較的に速く、漏れ検査に必要な真空度にまで真空引きが行われるのに対し、加熱無しの場合は、ゆっくりした傾きで真空引きが行われている。このように、本実施形態では、真空ポンプ３による真空チャンバー内の排気を短時間で行うことができる。

これは、製品１を入れる真空チャンバー２を加熱することにより、真空チャンバー２内表面に大気中の水分が付着するのを低減し、減圧による断熱膨張効果により真空チャンバー内壁温度が低下することも防止するため、次のテストのための真空排気時間を短縮かつ安定化することが可能となるものである。
また、真空チャンバーの内壁温度を保つことで輻射熱により製品が加熱され、製品の温度低下も防止するという効果も有している。

図４は、加熱用ヒーターの有無によるバックグラウンドノイズを比較したグラフである。縦軸はリークディテクタの出力を示し、横軸はテスト時間を示している。また、実線は本実施形態である真空チャンバー２が加熱用ヒーター８を有している場合を、破線は、従来の真空チャンバー２が加熱用ヒーター８を有していない場合を示している。図４から解るように、テスト開始前では、加熱有りの場合のリークディテクタの出力であるバックグラウンドはノイズ（Ｎ）が非常に低いのに対し、加熱無しの場合のバックグラウンドはノイズ（Ｎ）が比較的に高く、両者の差は最大である。テスト中においては、リークディテクタの出力（シグナル：Ｓ）の両者の差は徐々に狭まって行き、テスト終了時において、その差は最小となる。即ち、加熱有りの場合は、加熱無しの場合よりもＳ／Ｎ比が大きくなっていることが解る。このことから、本実施形態では測定精度が向上していることが解る。

このように、本実施形態では真空チャンバー２を加熱することにより、真空チャンバー内の水蒸気分圧を低くすることで、水分によるバックグラウンドも低減でき、測定感度の向上を図ることが可能となるために、測定の高精度化及び検査の信頼性を高めることができるという顕著な作用効果を奏するものである。

本発明の実施の形態の気密漏れ検査装置の全体構成を示す概略図である。 気密漏れ検査装置の検査フローを説明する図である。 本発明と従来技術との真空排気時間を比較したグラフである。 本発明と従来技術とのＳ／Ｎ比を比較したグラフである。

符号の説明

１ 検査対象物
２ 真空チャンバー
３ 真空ポンプ
４ Ｈｅボンベ（トレーサガス供給源）
５ リークディテクタ
６ 排気ポンプ
７ 掃引ポンプ
８ 加熱用ヒーター
８１ 断熱材

Claims (5)

1. 検査対象物を収容する真空チャンバーと、
   前記真空チャンバー内の空気を排気する真空ポンプと、
   検査対象物内にトレーサガスを供給し、封入するトレーサガス供給源と、
   検査対象物から漏れ出たトレーサガスを検出するリークディテクタと、
   を備えていて、
   前記真空チャンバーの外壁に加熱用ヒーターを設け、前記真空チャンバー内の表面温度を外気温より高く保つことを特徴とする気密漏れ検査装置。
2. 前記真空チャンバー内の表面温度を外気温より１０度以上高く、かつ６０度以下に保つことを特徴とする請求項１に記載の気密漏れ検査装置。
3. 前記加熱用ヒーターが断熱材で覆われていることを特徴とする請求項１又は２に記載の気密漏れ検査装置。
4. 前記加熱用ヒーターが、電気ヒーターであることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の気密漏れ検査装置。
5. 前記加熱用ヒーターが、温水ヒーター又は温風ヒーターであることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の気密漏れ検査装置。

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