JP2007198865A

JP2007198865A - ヘリウムリークデテクタ

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Publication number: JP2007198865A
Application number: JP2006016942A
Authority: JP
Inventors: Akio Igawa; 秋夫井川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2006-01-25
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2007-08-09

Abstract

【課題】粗引きモードからテストモードに切り替わった際の排気速度の変化を抑え、測定値の応答時間の延びを防止する。
【解決手段】分析管に接続される第１の高真空ポンプと、第１の高真空ポンプの排気口を排気する第２の高真空ポンプと、第２の高真空ポンプの排気口を第１の排気ラインを通じて排気するバックポンプと、被試験体からヘリウムリークを誘導するテストチャンバと、テストチャンバを第２の排気ラインを通じて排気する粗引きポンプと、第１の高真空ポンプと第２の高真空ポンプとの接続端と第２の排気ラインとの連通するテストバルブとを備え、各ポンプをテストバルブを閉じた状態で駆動することによって、分析管及びテストチャンバを並列排気した後、テストバルブを開いて第１の高真空ポンプの排気口と第２の排気ラインを連通させ、テストチャンバから第１の高真空ポンプを逆拡散して分析管に回り込んだヘリウムリーク量を測定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、封止検査や密閉検査など、気密容器や配管等においてリーク（漏れ）の有無を検査する密閉検査に使用されるヘリウムリークデテクタに関する。

封止検査や密閉検査を行う手段としてヘリウムボンビング法によるヘリウムリークデテクタがある。このヘリウムリークデテクタとして、高真空ポンプを逆拡散したヘリウムのみを分析管に導く逆拡散リークテスト方式が知られている。この逆拡散リークテスト方式では、分析管へ必要最小限のヘリウム導入によってリークテストを行うことができ、分析管のバックグラウンド値を迅速に低下させることが見込まれるため、リークテストのタクトタイムを短縮することができる。

図８は、この逆拡散リークテスト方式によるヘリウムリークデテクタの一構成例を示す図である。このヘリウムリークデテクタは、分析管３に接続した高真空ポンプ７（例えば、ターボ分子ポンプＴＭＰ）の排気口と、被試験体Ｗから変換ヘリウムリークを導入し得るよい構成したテストチャンバ１０とを、フォアバルブＦＶ、粗引きバルブＲＶを介して共通の粗引きポンプ２（例えば、油回転真空ポンプＲＰ）に接続する。この構成において、はじめに、フォアバルブＦＶを開き、粗引きバルブＲＶを閉じた状態で、粗引きポンプ２によって分析管３を排気し、所定のバックグラウンド値を得た後、その後、フォアバルブＦＶを閉じ、粗引きバルブＲＶを開いてテストチャンバ１０を粗引きすることによってヘリウムリークを誘導し、最後に両バルブＲＶ，ＦＶを開としてテストモードに移行し、リークしたヘリウムを高真空ポンプ７を逆拡散させて分析管３に導入し、被試験体Ｗからのヘリウムリーク量を間接的に測定する。

上記したヘリウムリークデテクタは、粗引き中は高真空ポンプ７の排気口側が真空封じ切り状態となるため、分析管３が周囲の残留ヘリウムを拾ってバックグラウンド値が上昇し、分析管３が汚染されることが懸念される。

そこで、この問題を解決する構成として、高真空ポンプの排気側にバックポンプを接続することによって、粗引きポンプとバックポンプとによって分析管とテストチャンバとを並列排気する構成が提案されている。この構成によれば、分析管のバックグラウンド値の上昇を回避することができ、さらに、バックポンプの排気速度を粗引きポンプの排気速度よりも小さく設定することで、粗引きモードからテストモードに切り替わった際の排気速度の変化を無視し得る範囲に抑え、これによって測定値の応答時間が延びることを防ぐことができる。（特許文献１参照）

図９は、上記ヘリウムリークデテクタの一構成例を説明するための図である。図９において、分析管３に接続される高真空ポンプ７と、この高真空ポンプ７の排気口を第１のラインＬ１を通じて排気するバックポンプ１（ＲＰ１）と、被試験体Ｗからヘリウムリークを誘導するテストチャンバ１０と、このテストチャンバ１０を第２の排気ラインＬ２を通じて排気する粗引きポンプ２（ＲＰ２）とを備え、これらの各ポンプによって分析管３及びテストチャンバ１０を並列排気し、第１、第２の排気ラインを連通させ、テストチャンバ１０から高真空ポンプ５を逆拡散して分析管３に回り込んだヘリウムリーク量を測定する。

図１０は、上記のヘリウムリークデテクタの動作手順を示したフローである。テスト待機の過程において、フォアバルブＦＶのみを開いて、バックポンプ１により第１のラインＬ１を通じて高真空ポンプ７の排気口を排気し、高真空ポンプ７はバックポンプ１にバックアップされながら稼働して、分析管３内を真空排気する（Ｓ１１）。

次に、分析管３で所定のバックグラウンド値が得られた後、粗引バルブＲＶのみを開に切り替えて粗引きを開始する。これによって、第１の排気ラインの排気と並行して、粗引きポンプ２による第２の排気ラインＬ２を通じたテストチャンバ１０の排気が開始される。このとき、被試験体Ｗからヘリウムガスがリークした場合には、リークしたヘリウムガスは第２の排気ラインＬ２に流れ出す（Ｓ１２）。

所定時間が経過した後、バイパスバルブＢＶのみを開に切り替えてテストモードに移行する。このテストモードでは、第２の排気ラインＬ２と第１の排気ラインが連通し、第２の排気ラインＬ２内のヘリウムガスの一部は中間経路ＬＭを通って第１の排気ラインＬ１に回り込み、さらに、その一部が高真空ポンプ７を逆拡散して分析管３内に達する。分析管３の測定値から、ヘリウムガスのリーク量を測定する（Ｓ１３）。バイパスバルブＢＶ、粗引きバルブＲＶを閉じ、リークバルブＬＶを開いて、テストチャンバ１０内を大気開放（ベント）する（Ｓ１４）。

大気開放後は、再びリークバルブＬＶを閉じてＳ１１のテスト待機の状態に戻し、テストチャンバ１０内の被試験体Ｗを入れ替え、次の測定を行う（Ｓ１５）。
特開平１０−４８０８７号公報

上記した、ヘリウムリークデテクタにおいて、バックポンプとして、油回転真空ポンプ、ダイヤフラム真空ポンプ、あるいはスクロールポンプ等のように、到達圧力の近傍において、排気速度が減衰して小さくなるものを用いた場合には、粗引きポンプによってテストチャンバを排気した後に得られる到達圧力によっては、バックポンプの排気速度があまりに小さくなりすぎ、分析管にヘリウムガスが到達する時間が長引き、目的とする応答時間の短縮が図れないという問題がある。

そこで、本発明は上記課題を解決して、粗引きモードからテストモードに切り替わった際の排気速度の変化を抑え、測定値の応答時間の延びを防止することを目的とする。

本発明は、分析管に接続される第１の排気ラインに、テストモード時における到達圧力の近傍の圧力において安定した排気速度を有する高真空ポンプを接続することによって、粗引きモードからテストモードに切り替わった際の排気速度の変化を抑え、これによって測定値の応答時間の延びを防止する。

本発明のヘリウムリークデテクタは、分析管に接続される第１の高真空ポンプと、この第１の高真空ポンプの排気口を排気する第２の高真空ポンプと、この第２の高真空ポンプの排気口を第１の排気ラインを通じて排気するバックポンプと、被試験体からヘリウムリークを誘導するテストチャンバと、このテストチャンバを第２の排気ラインを通じて排気する粗引きポンプと、第１の高真空ポンプと第２の高真空ポンプとの接続端と第２の排気ラインとの連通を切り替え自在とするテストバルブとを備える。

これら各ポンプをテストバルブを閉じた状態で駆動することによって、分析管及びテストチャンバを並列排気した後、テストバルブを開いて第１の高真空ポンプの排気口と第２の排気ラインを連通させ、テストチャンバから第１の高真空ポンプを逆拡散して分析管に回り込んだヘリウムリーク量を測定する。

テストモード時において、粗引きポンプの排気速度が大きすぎる場合には、第１の排気ラインから分析管に回り込むヘリウムが回り込む速度が鈍り、分析管において測定値に安定するまでの応答時間が長引く。また、逆に、粗引きポンプの排気速度が小さすぎる場合には、第１の排気ラインから分析管に回り込むヘリウム量が過多になり、この場合にも定値に安定するまでに長い時間を要する。

そこで、第２の高真空ポンプの排気速度を粗引きポンプの排気速度よりも小さく設定する。なお、この排気速度は、第１の排気ラインから分析管に回り込むヘリウム量が過多にならない程度とする。

また、上記課題の項で示したように、テストモード時に到達圧力の近傍となった場合において、分析管に接続する高真空ポンプを排気するバックポンプの排気速度が小さくなり過ぎると、分析管にヘリウムガスが到達する時間が長引くことになる。

本発明のヘリウムリークデテクタは、第１の高真空ポンプの排気口にバックポンプを接続する構成に代えて、第１の高真空ポンプとバックポンプとの間に第２の高真空ポンプを設け、第１の高真空ポンプと第２の高真空ポンプとの接続端と第２の排気ラインとをテストバルブを介して連通を切り替え自在に接続する構成とすることによって、テストモード時における分析管側の排気速度を、従来のバックポンプに代えて第２の高真空ポンプに依存する構成とし、さらに、この第２の高真空ポンプとして、テストモード時における到達圧力の近傍圧において排気速度の変動率の小さく、一定の排気速度を得ることができるような、例えばドラッグポンプを用いることによって、粗引きモードからテストモードに切り替わった際の排気速度の変化を小さく抑えると共に、テストモードに切り替えた後において、分析管側の系統の排気速度を、測定時の到達圧力に依存して減衰させることなくほぼ一定とすることができ、これによって、応答時間を、到達圧力に依存することなく短縮することができる。

また、第１の高真空ポンプとバックポンプとの間に設ける第２の高真空ポンプとしてドラッグポンプを用いた場合には、ドラッグポンプが備える高圧縮性能によって、バックポンプ内部に蓄積されたヘリウムガスが排気口側に残留した場合であっても、吸気口側に現れる経るヘリウムガスが少なくなるため、バックポンプからターボ分子ポンプを逆拡散して分析管に導入されるヘリウムガスの逆拡散量を低減させることができる。

本発明によれば、粗引きモードからテストモードに切り替わった際の排気速度の変化を抑え、測定値の応答時間の延びを防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明のヘリウムリークデテクタの構成を説明するための概略図である。図１において、ヘリウムリークデテクタは、分析管３に吸気口４ａを接続する第１の高真空ポンプ４と、この第１の高真空ポンプ４の排気口４ｂを排気する第２の高真空ポンプ５と、この第２の高真空ポンプ５の排気口５ｂを第１の排気ラインＬ１を通じて排気するバックポンプ１（ＲＰ１）と、被試験体Ｗからヘリウムリークを誘導するテストチャンバ１０と、このテストチャンバ１０を第２の排気ラインＬ２を通じて排気する粗引きポンプ２（ＲＰ２）と、第１の高真空ポンプ４と第２の高真空ポンプ５との接続端（あるいは、第１の高真空ポンプ４の排気口４ｂ又は第２の高真空ポンプ５の吸気口５ａ）と第２の排気ラインＬ２との連通を切り替え自在とするテストバルブＴＶとを備える。

また、第１の排気ラインＬ１において、テストチャンバ１０と粗引きポンプ２との間には粗引きバルブＲＶが設けられ、第２の排気ラインＬ２において、第２の高真空ポンプ５の排気口５ｂとバックポンプ１の吸気口１ａとの間にはフォアバルブＦＶが設けられる。また、テストチャンバ１０とテストバルブＴＶとの間には、リークバルブＬＶが設けられ、リークバルブＬＶとテストバルブＦＶの接続点と、フォアバルブＦＶとバックポンプ１の吸気口１ａの接続点との間にはバイパスバルブＢＶが設けられる。また、テストバルブＴＶの第２の排気ラインＬ２側のラインには、粗引きモード等で到達した圧力を測定する等のためにピラニ真空計６（ＰＭ１）が設けられる。

この構成において、テストバルブＴＶとリークバルブＬＶとバイパスバルブＢＶの接続点は、分析管３にヘリウムを取り込むサンプル点となる。

ここで、バックポンプ１（ＲＰ１）及び粗引きポンプ２（ＲＰ２）は、油回転真空ポンプ、ダイヤフラム真空ポンプ、あるいはスクロールポンプを用いることができ、第１の高真空ポンプはターボ分子ポンプあるいはドラッグポンプを用い、第２の高真空ポンプはドラッグポンプを用いることができる。

これら各ポンプ１，２，４，５により分析管３及びテストチャンバ１０を並列排気した後、テストバルブＴＶを開いて第２の排気ラインＬ２と第１の高真空ポンプ４の排気口４ｂとを連通させ、テストチャンバ１０から第１の高真空ポンプ４を逆拡散して分析管３に回り込んだヘリウムリーク量を、分析管３によって測定する。

本発明のヘリウムリークデテクタによる測定は、予めテストチャンバ１０内にヘリウムを充填した被試験体Ｗをセットしておき、粗引きモードにおいて、第２の排気ラインＬ２に被試験体Ｗからリークしたヘリウムを誘導し、次に、テストモードにおいて、第２の排気ラインＬ２を第１の高真空ポンプ４の排気口４ｂに連通させ、第２の排気ラインＬ２から第１の高真空ポンプ４を逆拡散して分析管３に達したヘリウムの量を測定することで行う。

上記した構成において、第２の高真空ポンプの排気速度を粗引きポンプの排気速度よりも小さく設定する。例えば、一例として、第２の高真空ポンプとして排気速度が１Ｌ／secの規格のドラッグポンプを用い、粗引きポンプとして排気速度が１８Ｌ／sec（大気圧での排気速度）の真空ポンプを用いる。

以下、上記した構成のヘリウムリークデテクタのリークテストの動作手順について、図２のフロー図、図３〜図６の動作図、及び図７の圧力に対する排気速度特性図を用いて説明する。なお、図３〜図６中において、太線は排気中のライン部分を示している。

図３はテスト待機の状態を示している。テスト待機の過程において、フォアバルブＦＶのみを開いて、バックポンプ１により第１の排気ラインＬ１及び第２の高真空ポンプ５を通じて、第１の高真空ポンプ４の排気口４ｂを排気する。このとき、第１の高真空ポンプ４は、主にバックポンプ１にバックアップされながら稼働し、分析管３内を真空排気する。このテスト待機の圧力状態では、ドラッグポンプ等の第２の高真空ポンプ５は十分な排気速度が得られないため、主にバックポンプ１が第１の高真空ポンプ４の排気をバックアップする（Ｓ１：テスト待機）。

次に、分析管３で所定のバックグラウンド値が得られた後、粗引バルブＲＶのみを開に切り替えて粗引きを開始する。なお、この間、第１の高真空ポンプ４、第２の高真空ポンプ５、及びバックポンプ１の駆動によって、テスト待機状態は維持されている。図４は粗引きの状態を示している。

これによって、第１の排気ラインの排気と並行して、粗引きポンプ２による第２の排気ラインＬ２を通じたテストチャンバ１０の排気が開始される。

排気の進行に伴って、被試験体Ｗに亀裂やピンホール等のリーク箇所が存在する場合には、拡散性に富むヘリウムがそのリーク箇所を通じてテストチャンバ１０内にリークし、テストチャンバ１０内にリークしたヘリウムは、第２の排気ラインＬ２内に流れ出す（Ｓ２：粗引き）。

所定時間が経過した後、テストバルブＴＶのみを開に切り替えてテストモードに移行する。図５はテストモードの状態を示している。このテストモードでは、第２の排気ラインＬ２と第１の高真空ポンプ４の排気口４ｂが連通し、第２の排気ラインＬ２内のヘリウムガスの一部は高真空ポンプ４を逆拡散して分析管３内に達する。これによって、サンプル点Ａのガスは分析管３に導入される。分析管３は、導入されたガスからヘリウムを検出し、ヘリウムガスのリーク量を測定する。

また、第２の排気ラインＬ２内のガスの一部は、第２の高真空ポンプ５を通って第１の排気ラインＬ１に回り込み、バックポンプ１を通して排気される（Ｓ３：テスト）。

次に、テストバルブＴＶ、粗引きバルブＲＶを閉じ、リークバルブＬＶを開いて、テストチャンバ１０内をリークバルブＬＶから大気開放（ベント）する。図６はベント動作の状態を示している（Ｓ４：ベント）。

大気開放した後は、再びリークバルブＬＶを閉じてＳ１のテスト待機の状態に戻し、テストチャンバ１０内の被試験体Ｗを入れ替えた後、テスト待機として、次の測定を行う（Ｓ５：テスト待機）。

上記したように、テストチャンバ１０と分析管３とを並行排気することによって、テストチャンバ１０の排気中に第１の高真空ポンプ４の排気口４ｂを真空封じ切り状態にすることがなく、分析管３が周辺の残留ヘリウムを拾うことによるバックグラウンド値の上昇や分析管の汚染といった問題を回避することができる。

また、第２の高真空ポンプ５の排気速度を、粗引きポンプ１の排気速度よりも小さく設定することによって、粗引き状態からテスト状態に切り替わった際に、排気速度の変化を無視できる範囲内に抑制することができ、テスト開始から測定値が安定するまでの時間（応答時間）が延びるという問題を回避することができる。

また、上記構成のヘリウムリークデテクタは、第１の高真空ポンプ４の排気口４ｂにバックポンプ１を接続する構成に代えて、第１の高真空ポンプ４とバックポンプ１との間に第２の高真空ポンプ５を設け、第１の高真空ポンプ４の排気口４ｂと第２の高真空ポンプ５の吸気口５ａとの接続端と、第２の排気ラインＬ２とをテストバルブＴＶを介して連通を切り替え自在に接続する構成とすることによって、テストモード時における分析管３側の排気速度を、従来のバックポンプ１に依存せず、第２の高真空ポンプ５に依存する構成とする。

さらに、この第２の高真空ポンプ５として、テストモード時における到達圧力の近傍圧において排気速度の変動率が小さく、一定の排気速度を得ることができるような、例えばドラッグポンプを用いることによって、粗引きモードからテストモードに切り替わった際の排気速度の変化を小さく抑えると共に、テストモードに切り替えた後において、分析管３側の系統の排気速度を、測定時の到達圧力に依存して減衰させることなくほぼ一定とすることができ、これによって、応答時間を、到達圧力に依存することなく短縮することができる。

図７に示す圧力に対する排気速度の特性図において、粗引きモードでは、テストチャンバ１０側の第１の排気ラインＬ２は粗引きポンプ２（ＲＰ２）によって排気され、分析管３側の第２の排気ラインＬ１はバックポンプ１（ＲＰ１）によって排気される。

ここで、テストチャンバの排気圧がＰ１（例えば、１０Ｐａ）のときに、テストバルブＴＶを開いて粗引きモードからテストモードに切り替える。

テストモードにおいて排気が進むに従って圧力が低下すると共に、粗引きポンプ２（ＲＰ２）とバックポンプ１（ＲＰ１）の排気速度は低下し、約１秒以内で１Ｐａの近傍に到達する。

この段階において、バックポンプ１（ＲＰ１）の排気速度は大きく減少する（図中のＢで示す）。従来の構成では、第１の高真空ポンプ４はバックポンプ１によってバックアップされているため、このバックポンプ１（ＲＰ１）の排気速度が大きく減少した場合には、分析管３に回り込む量が過多となり、測定値が安定するまでに時間を要することになる。これに対して、上記した本発明の構成によれば、第１の高真空ポンプ４とバックポンプ１との間に、到達圧力での排気速度が減衰しない特性を有する第２の高真空ポンプ５を配置することによって、図中のＣに示す排気速度を得ることができる。なお、１Ｐａ近傍の圧力における実データでは、第２の高真空ポンプ４（例えば、ドラッグポンプ）の排気速度は、バックポンプ１の排気速度の約４〜５倍である。

これによって、テストモード時において分析管側の系の排気速度は、減衰することなく、ほぼ一定を保持することができ、テストモード切り替え時における到達圧力に依存することなく応答時間を短縮することができる。

排気速度が１Ｌ／secの第２の高真空ポンプ（ドラッグポンプ）と、排気速度が１８Ｌ／sec（大気での排気速度）の粗引きポンプを用いた一構成例において、テストチャンバの排気圧が１０Ｐａで切り替えた場合には、測定値が０％から９５％に至る迄の応答時間は約１．５秒となる。これに対して、従来構成において、排気速度が０．５Ｌ／sec（大気圧での排気速度）のバックポンプを用いた場合には、応答時間は２．０秒となる。

また、大量のヘリウムガスを吸引した後には、そのヘリウムガスはバックポンプに蓄積されることになり、従来構成では、第１の高真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）の逆拡散によってヘリウムガスが分析管に達し、測定誤差の要因となるが、本発明の構成にように、第１の高真空ポンプとバックポンプとの間に設ける第２の高真空ポンプとしてドラッグポンプを用いた場合には、ドラッグポンプが備える高圧縮性能によって、バックポンプ内部に蓄積されたヘリウムガスが排気口側に残留した場合であっても、この高真空ポンプの吸気口側に現れるヘリウムガスが少なくなるため、バックポンプから第１の高真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）を逆拡散して分析管に導入されるヘリウムガスの逆拡散量を低減させることができる。

したがって、上記構成のヘリウムリークデテクタによれば、粗引きモードからテストモードに切り替わった際の排気速度の変化を抑えて、測定値の応答時間の延びを防止することができる他に、バックポンプから分析管に導入されるヘリウムガスの逆拡散量を低減させることができる。

本発明は、気密容器や配管等においてリーク（漏れ）の有無に適用することができる。

本発明のヘリウムリークデテクタの構成を説明するための概略図である。本発明のヘリウムリークデテクタのリークテストの動作手順を説明するためのフロー図である。本発明のヘリウムリークデテクタのテスト待機の状態を示す図である。本発明のヘリウムリークデテクタの粗引きの状態を示す図である。本発明のヘリウムリークデテクタのテストモードの状態を示す図である。本発明のヘリウムリークデテクタのベント状態を示す図である。圧力に対する排気速度の特性を示す図である。逆拡散リークテスト方式によるヘリウムリークデテクタの一構成例を示す図である。従来のヘリウムリークデテクタの一構成例を説明するためも図である。従来のヘリウムリークデテクタの動作手順を示したフローである。

符号の説明

１…バックポンプ、１ａ…吸気口、２…粗引きポンプ、２ａ…吸気口、３…分析管、４…第１の高真空ポンプ、４ａ…吸気口、４ｂ…排気口、５…高真空ポンプ、５ａ…吸気口、５ｂ…排気口、６…ピラニ真空計、７…真空ポンプ、１０…テストチャンバ、Ｗ…被試験体、ＲＶ…粗引バルブ、ＬＶ…リークバルブ、ＢＶ…バイパスバルブ、ＦＶ…フォアバルブ。

Claims

分析管に接続される第１の高真空ポンプと、
この第１の高真空ポンプの排気口を排気する第２の高真空ポンプと、
この第２の高真空ポンプの排気口を第１の排気ラインを通じて排気するバックポンプと、
被試験体からヘリウムリークを誘導するテストチャンバと、
このテストチャンバを第２の排気ラインを通じて排気する粗引きポンプと、
第１の高真空ポンプと第２の高真空ポンプとの接続端と第２の排気ラインとの連通を切り替え自在とするテストバルブとを備え、
これら各ポンプにより分析管及びテストチャンバを並列排気した後、前記テストバルブを開いて、第２の排気ラインと第１の高真空ポンプの排気口とを連通させ、テストチャンバから第１の高真空ポンプを逆拡散して分析管に回り込んだヘリウムリーク量を測定し得るよう構成すると共に、第２の高真空ポンプの排気速度を粗引きポンプの排気速度よりも小さく設定してなることを特徴とする、ヘリウムリークデテクタ。
前記第２の高真空ポンプは、テストモード時における到達圧力の近傍圧における排気速度の変動率が小さいことを特徴とする、請求項１に記載のヘリウムリークデテクタ。
前記第１の高真空ポンプはターボ分子ポンプであり、
前記第２の高真空ポンプはドラッグポンプであることを特徴とする、請求項１又は２に記載のヘリウムリークデテクタ。