JP2008164462A - リークディテクタ - Google Patents

Abstract

【課題】ヘリウムを含む複数のキャリアガスによるリーク検査を作業性良く行うことができるリークディテクタの提供。
【解決手段】ヘリウムガスと水素ガスとの混合ガスが充填された校正用標準リーク６を装着して校正動作を行うことにより、ヘリウムガスおよび水素ガスの各検出感度をいっぺんに取得することができる。取得された各検出感度は記憶部７２に記憶される。そして、いずれのキャリアガスでリーク検査を行うかが操作部７１により指示されると、指示されたキャリアガスが検出できるように分析管５の加速電圧が設定され、指示されたキャリアガスの検出感度を用いてリーク量が算出される。その結果、キャリアガスの異なるリーク検査を切り替えて行う場合に、リーク検査作業時間の短縮を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヘリウムを含む複数のキャリアガスによりリーク測定が可能なリークディテクタに関する。

従来、リークディテクタでリーク検査を行う際のキャリアガスは、一般的にヘリウムガスが使用されている（例えば、特許文献１参照）。このようなヘリウムガスを用いるリークディテクタにおいても、分析管の加速電圧を変更することで、水素ガスをキャリアガスとして使用することも可能である。

特開２００５−２４４４９号公報

しかしながら、必要に応じてヘリウムガスと水素ガスとを使い分けながらリーク検査を行う場合、その都度、ヘリウム用校正リークと水素用校正リークとを接続し直して校正作業を行う必要があり、作業効率が悪かった。

請求項１の発明は、被検体からのキャリアガスを分析管に導いて検出し、キャリアガスの検出感度に基づいて被検体のリーク量を算出するリークディテクタに適用され、複数のキャリアガスに対する各々の検出感度を記憶する記憶部と、複数のキャリアガスからリーク量測定に用いるキャリアガスを選択する選択手段と、選択手段で選択されたキャリアガスに応じて、分析管のキャリアガスイオンを検出するためのパラメータを変更する変更手段と、選択手段で選択されたキャリアガスに応じて、記憶部に記憶されている複数の検出感度のいずれか一つをリーク量算出用検出感度に設定する設定手段とを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載のリークディテクタにおいて、複数のキャリアガスから成る混合ガスが充填され、着脱可能に設けられた校正用標準リークと、分析管の検出可能イオンを変更しつつ校正用標準リークからリークされる複数のキャリアガスを分析管でそれぞれ検出し、複数のキャリアガスの各々の検出感度を取得する検出感度取得手段とを備え、検出感度取得手段で取得された複数の検出感度を記憶部にそれぞれ記憶するようにしたものである。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載のリークディテクタにおいて、複数のキャリアガスをヘリウムガスおよび水素ガスとしたものである。

本発明によれば、複数のキャリアガスに対する各々の検出感度を記憶部に記憶し、選択手段で選択されたキャリアガスに応じて、分析管のキャリアガスイオンを検出するためのパラメータを変更し、記憶部に記憶されている複数の検出感度のいずれか一つをリーク量算出用検出感度に設定するようにしたので、キャリアガスの異なるリーク検査を切り替えて行う場合に、リーク検査作業時間の短縮を図ることができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、本発明に係るリークディテクタの一実施の形態を示す図であり、リークディテクタ１の全体構成を示す。リーク検査が行われる被検体（不図示）は、リークディテクタ１のテストポート２に取り付けられる。テストポート２が設けられた配管９は、粗引きバルブＶ１を介して粗引きポンプ３に接続されている。粗引きポンプ３には、例えば、油回転ポンプ等が用いられる。

分析管５は、タービン翼部４ａとドラッグポンプ部４ｂとを備えた複合タイプのターボ分子ポンプ４により排気される。粗引きポンプ３はフォアラインバルブＶ２を介してターボ分子ポンプ４に接続されており、ターボ分子ポンプ４のバックポンプとしても用いられている。配管９は、テストバルブＶ４を介してタービン翼部４ａの背圧側、すなわち、タービン翼部４ａとドラッグポンプ部４ｂとの間に接続されている。

配管９には校正用バルブＶ３およびベントバルブＶ５も設けられており、校正用バルブＶ３に校正用標準リーク６が着脱可能に接続されている。本実施の形態のリークディテクタ１は、ヘリウムガスおよび水素ガスのそれぞれを用いたリーク検査を行うことができ、校正用標準リーク６にはヘリウムガスと水素ガスとの混合ガスが充填されている。配管９内の圧力は、圧力計８により検出される。

粗引きポンプ３，ターボ分子ポンプ４，分析管５および各バルブＶ１〜Ｖ５の動作は、制御部７によって制御される。制御部７には操作部７１が設けられており、オペレータは、操作部７１を操作することにより、校正用標準リーク６を用いた校正動作やリーク検査動作等を指示することができる。校正結果である検出感度（後述する）は記憶部７２に記憶され、その校正結果に基づいてリーク検査結果を表示部７３に表示する。表示部７３には、リーク検査結果の表示や、動作状態の表示や、オペレータへの操作指示等が表示される。操作部７１には、リーク検査用キャリアガスとしてヘリウムガスおよび水素ガスのいずれを用いるかを選択する操作ボタンが設けられている。

図２は、分析管５の構成を示す図である。分析管５には、イオンソース１１、加速スリット１２、永久磁石１３、アーススリット１４，１６、サプレッサスリット１５およびイオンコレクタ１７が設けられている。永久磁石１３はｚ方向の磁場を形成する。タービン翼部４ａを介して分析管５に導入されたガスは、イオンソース１１のフィラメント１１ａから放出される熱電子によりイオン化される。これらのイオンは、加速スリット１２により加速され、開口１２ａから磁場中に出射される。

本実施の形態の分析管５は、加速スリット１２の加速電圧を切り替えることにより、ヘリウムイオンを検出する設定状態と、水素イオン検出を検出する設定状態とを選択的に選ぶことができる。図２に示した例では、ヘリウムイオンを検出する状態に設定されている。分析管５は１８０°磁場偏向型分析管を構成しており、加速スリット１２の開口１２ａから出射されたイオンは磁場によって曲げられて円軌道を描く。その円軌道の半径は各イオンの質量電荷比に応じた値となるので、種々の質量を持ったイオンは分離された別々のイオンビームを形成する。

図２では３種類のビームＡ，Ｂ，Ｃが示されており、ビームＡがヘリウムイオンビームである。半径の小さいビームＢはヘリウムイオンよりも質量の小さなイオン（例えば、水素イオン）のビームであって、半径の大きいビームＣはヘリウムイオンよりも質量の大きなイオン（例えば、ハイドロカーボンイオン）のビームである。

アーススリット１４は、ヘリウムイオンビームＡの軌道上に形成されている。そのため、アーススリット１４の開口１４ａを通過したヘリウムイオンのみがサプレッサスリット１５およびアーススリット１６を通過し、イオンコレクタ１７により検出される。ヘリウムイオンビームＡよりも半径が小さいビームＢや半径の大きいビームＣはアーススリット１４により遮られ、イオンコレクタ１７に入射することはない。

《校正動作の説明》
リークディテクタ１の校正を行う場合には、校正用バルブＶ３に校正用標準リーク６を接続する。本実施の形態のリークディテクタ１では、ヘリウムガスおよび水素ガスの各々に対する検出感度が一度の校正作業で取得され、記憶部７２に記憶されるので、例えば、リークディテクタ起動時に校正動作を行えば十分である。なお、校正用標準リーク６は、校正の度に接続しても良いし、接続したままでもかまわない。

リークディテクタ１を起動すると、粗引きポンプ３、ターボ分子ポンプ４および分析管５が起動される。バルブＶ２は開状態とされ、その他のバルブＶ１，Ｖ３〜Ｖ５は閉状態とされる。テストポート２に蓋をした後に、操作部７１を操作して校正作業を指示すると、粗引きバルブＶ１が開かれて配管９が粗引きポンプ３により排気される。配管９内が所定圧力となったならば、粗引きバルブＶ１を閉じた後にテストバルブＶ４および校正用バルブＶ３を開く。その結果、校正用標準リーク６内のヘリウム・水素混合ガスが配管９へと流出し、テストバルブＶ４を介してタービン翼部４ａの背圧側に達する。

校正用標準リーク６のヘリウムガスリーク量はＱ_{ＨｅＣＡＬ}と表し、水素ガスリーク量はＱ_{Ｈ２ＣＡＬ}と表すことにする。なお、このリーク量Ｑ_{ＨｅＣＡＬ}，Ｑ_{Ｈ２ＣＡＬ}は記憶部７２に予め記憶されている。本実施の形態のヘリウムリークディテクタ１は逆拡散測定法によりキャリアガスを検出するものであり、タービン翼部４ａを上流側へと逆拡散したキャリアガスを分析管５で検出してリーク量を算出している。

制御部７は、ヘリウムイオンおよび水素イオンが検出できるように、分析管５の加速スリット１２の加速電圧を所定の範囲で連続的に変化させる。加速スリット１２の加速電圧を変更すると開口１２ａから出射されるイオンの速度が変化するので、イオンビームＡ，Ｂ，Ｃの軌道半径も変化する。ヘリウムイオンビームＡがアーススリット１４の開口１４ａに入射するヘリウムイオン検出状態よりも加速電圧を高くすると、各イオンビームＡ，Ｂ，Ｃの軌道半径は大きくなり、質量のより小さな水素イオンビームＢが開口１４ａに入射するようになる。すなわち、加速電圧が水素イオンビームを検出する値となったときに、水素イオンがイオンコレクタ１７により検出されることになる。

図３は、加速電圧を連続的に変化させたときに得られるイオン強度を模式的に示したものである。実線で示した曲線Ｌ１は校正用バルブＶ３を開いたときに得られるデータを示し、破線で示した曲線Ｌ２は校正用バルブＶ３を閉じたときに得られるデータ（バックグラウンド値）を示す。図３の縦軸はイオン強度を表し、横軸は分子量を表している。なお、加速電圧を低い方から高い方へと変化させると、曲線Ｌ１，Ｌ２の右側から左側へと順にデータが得られる。

各曲線Ｌ１，Ｌ２の差分を取ることにより、分子量４の位置にヘリウムイオンのピーク値Ｐ_Ｈｅが得られ、分子量２の位置に水素イオンのピーク値Ｐ_Ｈ２が得られる。これらのピーク値Ｐ_Ｈｅ，Ｐ_Ｈ２と記憶部７２に記憶されているリーク量Ｑ_{ＨｅＣＡＬ}，Ｑ_{Ｈ２ＣＡＬ}とに基づいて、次式（１）、（２）によりヘリウムガスおよび水素ガスの検出感度（最小検出可能リーク量）Q(He)min，Q(H2)minが制御部７において算出される。算出された検出感度Q(He)min，Q(H2)minは、記憶部７２に記憶される。
Q(He)min＝Ｑ_{ＨｅＣＡＬ}／Ｐ_Ｈｅ …（１）
Q(H2)min＝Ｑ_{Ｈ２ＣＡＬ}／Ｐ_Ｈ２ …（２）

《リーク検査の説明》
キャリアガスとしてヘリウムガスまたは水素ガスを用いてリーク検査を行う場合には、操作部７１を操作してリークディテクタ１の状態を使用するキャリアガスに設定する。例えば、キャリアガスとして水素ガスを設定すると、加速電圧は水素イオン検出電圧Ｖ_Ｈ２に、検出感度は水素ガス用のQ(H2)minにそれぞれ設定される。このように設定されると、分析管５は水素イオンを検出する状態となり、図３の分子量２の位置のイオン強度だけが検出される。水素ガスを用いたリーク検査によりイオン強度Ｐが得られた場合、リーク量はQ(H2)min×Ｐで算出され、この値が表示部７３に表示される。

一方、キャリアガスとしてヘリウムガスを設定すると、加速電圧はヘリウムイオン検出電圧Ｖ_Ｈｅに設定され、検出感度もヘリウムガス用のQ(He)minに設定される。そのため、図３の分子量４の位置のイオン強度だけが検出されることになる。このときのイオン強度がＰ’である場合、ヘリウムガスリーク量はQ(He)min×Ｐ’で算出される。

以上説明したように、本実施の形態のリークディテクタ１では、混合ガスの校正用標準リーク６を用いた校正により、ヘリウムガスの検出感度Q(He)minと水素ガスの検出感度Q(H2)minが同時に得られ、それらの検出感度Q(He)min，Q(H2)minは記憶部７２に記憶される。そして、操作部７１を操作してヘリウムガス検査状態に設定すると、分析管５の加速電圧がヘリウムイオン検出電圧に設定されるとともに、検出感度がQ(He)minに設定される。逆に、操作部７１を操作して水素ガス検査状態に設定すると、分析管５の加速電圧が水素イオン検出電圧に設定されるとともに、検出感度がQ(H2)minに設定される。

このように、校正により得られる検出感度Q(He)min，Q(H2)minを記憶部７２に記憶させておき、操作部７の切り替えに応じて検出感度および加速電圧を切り替えるようにしたことにより、ヘリウムガスによるリーク検査と水素ガスによるリーク検査との切り替えを容易かつ速やかに行うことができ、リーク検査作業時間の短縮を図ることができる。

また、ヘリウムガスと水素ガスとの混合ガスが充填された校正用標準リーク６を備え、校正作業時に加速電圧を所定範囲内で連続変化させるようにしたので、１回の校正動作でヘリウムガスおよび水素ガスの検出感度を取得することができる。校正するガス毎に標準リークを交換して、各々の校正作業を行う必要があった従来のリークディテクタに比べ、校正作業時間の短縮を図ることができる。

なお、上述した実施の形態では、ヘリウムガスのリーク量に加えて水素ガスのリーク量を検査できるリークディテクタについて説明したが、水素ガス以外のガスをキャリアガスに用いるような構成でも良い。さらに、３種類以上のキャリアガスについてリーク量を検査する構成についても、本発明を同様に適用することができる。また、上述した分析管５は１８０°磁場偏向型の分析管であったが、他の形式の分析管であっても検出イオンを変更できるものであれば同様に適用できる。

以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、操作部７１は選択手段を、加速電圧はキャリアガスイオンを検出するためのパラメータを、制御部７は変更手段，設定手段および検出感度取得手段をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。

本発明に係るリークディテクタの一実施の形態を示す図である。 分析管５の構成を示す図である。 加速電圧を連続的に変化させたときに得られるイオン強度を示す模式的図である。

符号の説明

１：リークディテクタ、２：テストポート、３：粗引きポンプ、４：ターボ分子ポンプ、５：分析管、６：校正用標準リーク、７：制御部、９：配管、１２：加速スリット、７１：操作部、７２：記憶部、７３：表示部

Claims (3)

1. 被検体からのキャリアガスを分析管に導いて検出し、前記キャリアガスの検出感度に基づいて前記被検体のリーク量を算出するリークディテクタにおいて、
   複数のキャリアガスに対する各々の検出感度を記憶する記憶部と、
   前記複数のキャリアガスからリーク量測定に用いるキャリアガスを選択する選択手段と、
   前記選択手段で選択されたキャリアガスに応じて、前記分析管のキャリアガスイオンを検出するためのパラメータを変更する変更手段と、
   前記選択手段で選択されたキャリアガスに応じて、前記記憶部に記憶されている複数の検出感度のいずれか一つをリーク量算出用検出感度に設定する設定手段とを備えたことを特徴とするリークディテクタ。
2. 請求項１に記載のリークディテクタにおいて、
   前記複数のキャリアガスから成る混合ガスが充填され、着脱可能に設けられた校正用標準リークと、
   前記分析管の検出可能イオンを変更しつつ前記校正用標準リークからリークされる前記複数のキャリアガスを前記分析管でそれぞれ検出し、前記複数のキャリアガスの各々の検出感度を取得する検出感度取得手段とを備え、
   前記検出感度取得手段で取得された複数の検出感度を前記記憶部にそれぞれ記憶することを特徴とするリークディテクタ。
3. 請求項１または２に記載のリークディテクタにおいて、
   前記複数のキャリアガスをヘリウムガスおよび水素ガスとしたことを特徴とするリークディテクタ。

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