JP2010159974A - ヘリウムリークデテクタ - Google Patents

Abstract

【課題】真空ポンプに大きな負荷を長時間かけることなく、極めて大きな漏れの存在を検出することができるヘリウムリークデテクタを提供する。
【解決手段】真空容器１００の内部を排気しているときに油回転ポンプ３に供給される電流を検出する電流検出器２２と、電流検出器２２によって検出された電流が所定値以上である状態が所定時間以上継続する場合、真空容器１００の排気を中止させる閾値判定継続時間測定回路２３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空容器の気密性の検査等に用いられるリークデテクタに関するものである。

試験体を粗引プロセスで排気したときの圧力を測定するためにピラニ真空計を備えたヘリウムリークデタクタが従来技術として知られている（たとえば、特許文献１参照）。このヘリウムリークデテクタでは、試験体を真空に排気するために粗引き用真空ポンプで粗引きを行う。しかし、試験体に極めて大きな漏れが存在したり、試験体とヘリウムリークデテクタとを接続する箇所のシール部に極めて大きな漏れが存在したりする場合は、その粗引きの過程で試験体内の圧力をあまり下げることができない。ところで、このような極めて大きな漏れをピラニ真空計で検知するには、測定圧力レンジの上限が足りない。このため、粗引きを開始してから予め設定しておいた規定時間内にピラニ真空計で検出できる所定圧力以下に試験体内の圧力が到達したか否かによって、上述の極めて大きな漏れの存在を判定している。

特開２００７−１９８８６５号公報

しかし、この規定時間は、試験体によって変わるため、リーク試験を行う都度、規定時間を調整する必要がある。このとき、ある程度の許容度をもって規定時間を設定しないと、単に試験体の容量が大きいために試験体の排気に時間がかかったにもかかわらず、試験体に極めて大きな漏れが存在すると誤判定されるおそれがある。しかし、ある程度の許容度をもって規定時間を設定してしまうと、極めて大きな漏れが存在する場合、粗引き用真空ポンプが大量の空気を排気する時間が長くなり、粗引き用真空ポンプに大変な負荷がかかることになる。そのため、上記規定時間を過度に長く設定できないので、リーク試験を行う試験体が限定され、汎用性の高いリークデテクタを提供できない。

請求項１の発明は、真空ポンプによって内部が排気された被検体からリークされたヘリウムガスを分析管に導いて検出するヘリウムリークデテクタにおいて、被検体の内部を排気しているときに真空ポンプに供給される電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段によって検出された電流が所定値以上である状態が所定時間以上継続する場合、被検体の排気を中止させる排気制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、真空ポンプに大きな負荷を長時間かけることなく、極めて大きな漏れの存在を検出することができる。また、汎用性の高いリークデテクタを提供することができる。

本発明の実施の形態に係るヘリウムリークデテクタを模式的に示す全体構成図である。 本発明の実施形態における粗引きプロセス中止判断処理を説明するためのフローチャートである。 試験体の排気を中止するときの判断基準となる電流値およびその電流値以上である状態の継続時間の算出方法を説明するための図である。

以下、本発明によるヘリウムリークデテクタについて、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態によるヘリウムリークデテクタを模式的に示す全体構成図である。ヘリウムリークデテクタ１は、テストポート２を介してリーク検査の被検体である真空容器１００に配管接続されている。

ヘリウムリークデテクタ１は、油回転ポンプ３，４、機械式ドライポンプ５およびターボ分子ポンプ６の４台の真空ポンプと、排気経路を開閉する６個のバルブＶ１〜Ｖ４，Ｖ６と、排気経路を大気開放する２個のリークバルブＶ７，Ｖ８と、校正部７と、分析管８と、排気経路内の圧力を検出する２個のピラニ真空計Ｐ１，Ｐ２と、電流検出器２２と、閾値判定継続時間測定回路２３と、制御回路２４とを有する。閾値判定継続時間測定回路２３は、時間を計測するタイマ２３ａを内蔵している。

電流検出器２２は、油回転ポンプ３の電源ライン２１を流れる電流を検出する検出装置である。閾値判定継続時間測定回路２３は、電流検出器２２から出力される電流値信号に基づいて、油回転ポンプ３の排気による粗引きプロセスを中止するか否かを判定し、中止と判定した場合、制御回路２４に対して、粗引きプロセスを中止する命令の信号を出力する。制御回路２４は、ヘリウムリークデテクタ１の動作を制御する。

分析管８は、ターボ分子ポンプ６、機械式ドライポンプ５、バルブＶ６を介して油回転ポンプ４に配管接続されている。真空容器１００は、テストポート２、バルブＶ１を介して油回転ポンプ３に配管接続されている。また、真空容器１００は、テストポート２、バルブＶ４を介してターボ分子ポンプ６の排気口６ａに配管接続されている。リーク校正部７は、バルブＶ３、バルブＶ４を介してターボ分子ポンプ６の排気口６ａに配管接続されている。

次に、真空容器１００のリーク検査について説明する。このリーク検査では、真空容器１００のき裂やピンホール等に起因する微量のリークを検出する。真空容器１００のリーク検査は、以下の手順で行う。
（１）バルブＶ１〜Ｖ４およびリークバルブＶ７，Ｖ８を閉じるとともに、バルブＶ６を開いて、分析管８内をターボ分子ポンプ６、機械式ドライポンプ５、油回転ポンプ４の直列構成で所定のバックグランド値（真空度）になるまで排気する。
（２）分析管８内が所定のバックグランド値になった後、バルブＶ１を開いて、真空容器１００内を油回転ポンプ３で真空容器１００内の圧力が所定の値以下になるまで、粗引き排気する（粗引きプロセス）。
（３）バルブＶ１を閉じるともにバルブＶ４を開いて、分析管１０によるリークガス検出を開始し、真空容器１００のリーク試験箇所にヘリウム（Ｈｅ）ガスを吹き付ける。
（４）真空容器１００のリーク試験箇所にリークがあると、真空容器１００内にＨｅガスが侵入し、そのＨｅガスの分圧に応じた量は、開放になっているバルブＶ４、ターボ分子ポンプ６を経て分析管８に到達する。分析管８がＨｅガスを検出することにより、真空容器１００のリーク量が測定される。
（５）リーク量の測定が終わった後は、Ｖ４のバルブを閉じた後、リークバルブＶ７を開いて大気開放する。

リーク量の校正をする場合は、テストポート２を閉じ、バルブＶ３，Ｖ４を開いて、Ｈｅガスをリーク校正部７から分析管８に導く。リーク構成部７からは既定の流量でＨｅガスが流出される。このときの検出値がリーク量の基準値となる。

上述したようにヘリウムリークデテクタは、真空容器１００のき裂やピンホール等に起因する微量のリークを検出するものである。したがって、真空容器１００に極めて大きな漏れが存在したり、真空容器１００とヘリウムリークデテクタ１とを接続する箇所のシール部に極めて大きな漏れが存在したりする場合は、リークガス検出を開始する前、つまり粗引きプロセスの段階でリーク検査を中止する必要がある。次に、本発明の実施形態における粗引きプロセス中止判断処理について、図２のフローチャートを参照して説明する。図２の処理は、粗引きプロセスが開始されるとスタートするプログラムにより、閾値判定継続時間測定回路２３において実行される。

ステップＳ１０１では、タイマ２３をリセットした後、タイマ２３の計測を開始する。粗引きプロセス中止判断処理の開始時は、真空容器１００の圧力が高いため、油回転ポンプ３の排気量は大きく、油回転ポンプ３の電源ライン２１を流れる電流は大きい。ステップＳ１０２では、電流検出器２２を用いて油回転ポンプ３の電源ライン２１を流れる電流を検出する。

ステップＳ１０３では、油回転ポンプ３の電源ライン２１を流れる電流が所定値以上であるか否かを判定する。油回転ポンプ３の電源ライン２１を流れる電流が所定値以上である場合はステップＳ１０３が肯定判定され、ステップＳ１０４へ進む。油回転ポンプ３の電源ライン２１を流れる電流が所定値未満である場合はステップＳ１０３が否定判定され、粗引きプロセス中止判断処理を終了する。

ステップＳ１０４では、タイマ２３ａで計測している計測時間が所定時間以上であるか否かを判定する。計測時間が所定時間以上である場合はステップＳ１０４が肯定判定され、ステップＳ１０５へ進む。計測時間が所定時間未満である場合はステップＳ１０４が否定判定され、ステップＳ１０２に戻る。

ステップＳ１０５では、粗引きプロセスを中止する指令を制御回路２４に出力する。そして、粗引きプロセス中止判断処理を終了する。

制御回路２４は、閾値判定継続時間測定回路２３から出力された粗引きプロセスを中止する指令を入力すると、バルブＶ１を閉じてヘリウムリークデテクタ１の粗引きプロセスを中止させる。

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）被検体である真空容器１００の内部を排気しているときに油回転ポンプ３に供給される電流を検出し、検出された電流が所定値以上である状態が所定時間以上継続する場合、真空容器１００の排気を中止するようにした。この所定時間は、ピラニ真空計を使用して極めて大きな漏れの存在を判定する場合の規定時間に比べて短い時間で済むので、油回転ポンプ３に大きな負荷を長時間かけることなく、大きな漏れの存在を検出することができる。

また、油回転ポンプ３はヘリウムが混ざっている空気を大量に排気すると、ヘリウムが油回転ポンプ３内に残留してしまい、ヘリウム検出時のバックグランドレベルが上昇して測定精度が低下してしまうが、そのようなことがないので、測定精度が低下してしまうことはない。また、粗引きプロセスを開始してから短時間で大きな漏れの存在を検出することができる。さらに、油回転ポンプ３の極端なモーター電流入時間を短縮できるためヘリウムリークデテクタ１の省電力化が図れる。

（２）真空容器１００と油回転ポンプ３との間に設けられたバルブＶ１を閉じることによって真空容器１００の排気を中止するようにした。これにより、バルブＶ１を開いて中止した粗引きプロセスをすぐに再開することができる。

（３）油回転ポンプ３に供給される電流と、その電流が供給され続けている時間とに基づいて真空容器１００のリークを検出するようにした。これにより、真空容器１００内の真空度が低いときに真空容器１００内の圧力を検出する圧力センサを別途設けることなく、大きな漏れの存在を検出することができる。また、新たな圧力センサを取り付けると、分析管８にノイズが入ってしまい、測定精度は低下するが、本実施形態ではそのようなことは起こらない。

以上の実施形態を次のように変形することができる。
（１）大きな漏れの存在を検出できれば、真空容器１００の排気を中止するときの判断基準となる電流値およびその電流値以上である状態が継続する継続時間は、とくに限定されない。たとえば、以下のように、上記の電流値および継続時間を求めるようにしてもよい。

図３を参照して、試験体の排気を中止するときの判断基準となる電流値およびその電流値以上である状態の継続時間の算出方法を説明する。油回転ポンプ３のモータの定格から、油回転ポンプ３が真空状態に排気できる試験体の最大内容量が決まる。その最大内容量の試験体を実際に排気したときに油回転ポンプ３に供給される電流の時間変化特性線図３１、たとえば、油回転ポンプ３のモータに流れる電流の電流値の時間変化特性線図３１を予め調べる。

次に、その試験体の一部を開放状態にした場合に油回転ポンプ３のモータに流れる電流の時間変化特性線図３２を予め調べる。２つの時間変化特性線図３１，３２の電流値の乖離が所定値以上となるときの継続時間３３を検出する。この継続時間３３が試験体の排気を中止するときの判断基準となる継続時間になる。

次に、２つの時間変化特性線図３１，３２における継続時間３３での電流値を求め、その２つの電流値の中間値３４を算出する。この算出した電流値が試験体の排気を中止するときの判断基準となる電流値３４になる。以上より、これらの継続時間３３および電流値３４に基づく点３５が試験体の排気を中止するときの判断基準となる。

なお、２つの時間変化特性線図３１，３２が乖離したと判断できるポイントであれば、継続時間３３および電流値３４に基づくポイント３５は、上記のポイント３５に限定されない。

（２）所定回数、たとえば、３回やり直しても油回転ポンプ３に供給される電流が所定値以上である状態が所定時間以上継続する場合に、大きな漏れの存在をアラームなどでユーザに通知するようにしてもよい。これにより、大きな漏れの存在を確実に検出することができる。

（３）油回転ポンプ３，４に代えてダイヤフラム真空ポンプやスクロールポンプを用いるようにしてもよい。

実施形態と変形例の一つ、もしくは複数を組み合わせることも可能である。変形例同士をどのように組み合わせることも可能である。

以上の説明はあくまで一例であり、発明は、上記の実施形態に何ら限定されるものではない。

１：ヘリウムリークデテクタ
２：テストポート
３，４：油回転ポンプ
５：機械式ドライポンプ
６：ターボ分子ポンプ
８：分析管
２２：電流検出器
２３：閾値判定継続時間測定回路
２３ａ：タイマ
２４：制御回路

Claims (2)

1. 真空ポンプによって内部が排気された被検体からリークされたヘリウムガスを分析管に導いて検出するヘリウムリークデテクタにおいて、
   前記被検体の内部を排気しているときに真空ポンプに供給される電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段によって検出された電流が所定値以上である状態が所定時間以上継続する場合、前記被検体の排気を中止させる排気制御手段とを備えることを特徴とするヘリウムリークデテクタ。
2. 請求項１に記載のヘリウムデテクタにおいて、
   前記被検体と前記真空ポンプとの間に設けられた弁を有し、
   前記排気制御手段は、前記弁を閉じることによって前記被検体の排気を中止させることを特徴とするヘリウムリークデテクタ。
   

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