JP2011505553A - 気密性を検査するための方法及び装置 - Google Patents

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Abstract

【解決手段】試験ガスが充填された検査対象(13)が、排気可能な検査室(10)に置かれる。キャリアガスが検査室(10)に導入されて、検査室内にキャリアガス及び試験ガスからなるガス混合物が形成される。ガス混合物が、圧縮ポンプ(15)により検査室(10)から取り出される。試験ガスセンサ(17)が、圧縮ポンプ(15)の出口に接続されている。試験ガスが、圧縮比分増大した分圧で圧縮されたガス混合物に含まれている。このようにして、試験ガスの検出感度が向上して、及び／又は測定の時定数が短縮される。

Description

本発明は、試験ガスが充填された検査対象が検査室に収容されて、検査室から取り出された試験ガスとキャリアガスとからなるガス混合物が、試験ガスセンサを用いて試験ガスの存在を検査される気密性を検査するための方法に関する。
本発明は、更に、排気された検査対象が試験ガスの外部作用に晒されて、検査室から取り出された試験ガスとキャリアガスとからなるガス混合物が、試験ガスセンサを用いて試験ガスの存在を検査される気密性を検査するための方法に関する。
必須である気密性を検査するための公知の方法では、試験ガスが充填された検査対象は検査室に置かれる。検査室は、真空システムによって排気されており、試験ガスセンサは前記真空システムと一体化されている。一般的な試験ガスは、ヘリウムであり、現在、質量分析計を用いて検出される。ヘリウムの検査には高真空の条件が必要であり、圧力p が10-4mbar未満である必要がある。
必須である気密性を検査するための更なる方法では、検査対象が、排気されて試験ガスの外部作用に晒される。検査対象に接続された真空システムを用いることにより、試験ガスの質量分光検出を行なうことが可能になる。
気密性を検査するシステムは、通常、適用によって規定される時定数を有する。時定数は、安定した信号状態に達するまでの時間を示す。時定数は、以下に示すように、検査室の体積と検査室での試験ガス吸引能力とによって決定される。
τ= V/S
τ：システムの時定数（63%−時間）
V ：検査室の体積
S ：ポンプの試験ガスの吸引能力
システムによって測定可能な最小の漏れ速度が、システムが検出可能な最小の試験ガス分圧によって決まる。夫々の適用において一般的な試験ガス圧力は、以下に示すように決定される。
p = Q/S
p ：試験ガスの分圧
Q ：検査対象からの試験ガスの漏れ速度
S ：試験ガスのためのポンプの吸引能力
国際公開第２００５／０５４８０６号パンフレット
しかしながら、逆の作用もある。試験ガス分圧を増大させて、同時に時定数を減少することは不可能である。大きな試験ガス吸引能力は、信号の反応時間を減少させるのに確かに効果的であるが、試験ガス圧力、ひいてはシステムの感度も低減させる。
国際公開第２００５／０５４８０６号パンフレット（センシスター（Sensistor ））には、夫々の請求項の前提部に記載された真空検査システムが述べられており、該システムでは試験ガスが検査室又は検査対象に導入される。２つの空隙部の内のもう一方に、キャリアガスが導入される。漏口が検査対象に存在する場合、試験ガスは、キャリアガス流に流れ込み、キャリアガスと共に圧縮ポンプに送られる。ポンプの出口には、大気圧下で作動する試験ガスセンサが接続されている。キャリアガス法を適用することにより、凝縮されたガス混合物の試験ガス分圧が、ポンプの下流側で測定される。従って、ポンプの後の凝縮されたガスの試験ガス分圧が高いので、高いシステム感度が達成され得る。圧縮ポンプによって、検査室と検査対象の内部とに存在する全圧力が、ポンプの出口で1000mbarに増大される。
本発明は、必要な試験ガス量が低減される気密性を検査するための方法を提供することを目的とする。
本発明の第１変形例は、請求項１に定義されている。本変形例によれば、キャリアガスが、検査対象を収容する検査室の下流側で試験ガスの流れに供給される。
試験ガスは、例えば、試験ガス流の方向に見たときの検査室の後の第１ポンプ、又は第１ポンプと該第１ポンプの後の第２ポンプとの間の位置に供給され得る。
本発明では、キャリアガス流が低く維持されながら、試験ガスの高い検出感度が達成される。
本発明の第２変形例は、請求項４に定義されている。本変形例によれば、試験ガスセンサが、多段ポンプ配置の最終段階、又は多段ポンプ配置の最終段階の上流側に配置されている。試験ガスセンサが大気圧下でポンプ配置の端部に配置されている最新技術とは対照的に、本発明では、多段ポンプ配置内で、検査室により近い位置に試験ガスセンサが配置されている。このようにして、検査室から、測定する試験ガスセンサまでの試験ガスの搬送時間が短縮されるので、測定時間の短縮という利点が達成される。
本発明の方法の第３変形例が、請求項５に定義されている。本請求項には、周囲の検査室なしでの検査対象の周囲大気への露出と、試験ガスを含む大気を生成するための試験ガス噴射器の使用とが定義されている。本請求項における利点は、検査室が必要ではないことにある。更に、試験ガスを含む大気が、検査対象の限られた表面積で生成されており、従って、漏口が検出された位置の識別を容易にする。
本発明の方法の第４変形例が、請求項８に定義されている。本変形例によれば、気密性を検査するための装置において、ポンプ配置が大気圧を超える高圧を生成し、試験ガスセンサが前記高圧に通じている。有利には、ガス混合物が、大気圧を超える圧力に凝縮されており、その結果、試験ガスの凝縮度が同様に更に高くなる。このため、試験ガス分圧がより高くなり、その結果、圧力測定がより高い感度で行なわれる。
一般的には、本発明では、凝縮されたガス混合物の試験ガス分圧が、ガスを圧縮するために設けられた搬送部の下流側で測定されるキャリアガス法が用いられている。凝縮されたガスの試験ガス分圧が高いので、高いシステム感度に達することが可能になる。試験ガスセンサが、試験ガスの全圧力と無関係に、試験ガス分圧の検出が可能でなければならないということが、本発明の方法の必須条件である。全圧力と無関係に分圧を測定するためのこのような選択的な試験ガスセンサが、例えば、石英窓センサの形態で既に公知である。
凝縮ポンプは、検査室と検査対象の内部との全圧力を、ポンプ出口で1,000mbar に増大させるべく作動する。ポンプの上流側の圧力と下流側の圧力との比が、圧縮比である。圧縮ステップでは、送る媒体の濃度が維持される。従って、圧縮中に、送られるガス混合物中の試験ガス分圧が、圧縮比分増大する。
試験ガスセンサに導かれるガス流量がキャリアガス流量を超過しない場合、及びキャリアガス流量が可能な限り小さく選択される場合、最適な感度が達成される。任意には、送られるガスは、全圧力が1,000mbar を超えるように圧縮器によって更に凝縮され得る。従って、試験ガス分圧も更に増大される。
本発明は、速いシステム反応時間（低い時定数）を可能にし、同時に高いシステム感度も可能にする。
前記増大された試験ガス分圧は、システムの検出限界を向上するために、又は測定時間を短縮するために使用され得る。検査室内の圧力は、必要に応じて低減されることが可能であり、このような低減は、凝縮ポンプの後の試験ガスセンサの上流側の動作圧力に影響を及ぼす危険性がない。このため、感度の低下を引き起こすことなく、圧力を低下させることにより検査室内の交換時間を低減する可能性が与えられる。最後に、検査室内の動作圧力を低減することにより、キャリアガス流量も同時に比例して低下させながら、交換時間に悪影響を及ぼすことなく、検出システムの感度を高めることが可能になる。
試験ガスは、全圧力と無関係に作動され得る試験ガスセンサが利用可能なら、どんなガスのタイプであってもよい。試験ガスとして用いられる適切なガスは、ヘリウム又は水素である。
キャリアガスは、既知の試験ガス濃度によって汚染されたガスも含め全てのガスから選択されることが可能である。適切なキャリアガスは、例えば窒素又は空気である。
本発明の第１変形例に係る方法を示す概略図である。 本発明の第３変形例及び第４変形例に係る方法を示す概略図である。 本発明の第１変形例、第３変形例及び第４変形例に係る修正された法を示す概略図である。 本発明の第２変形例及び第３変形例に係る変形例を示す図である。
本発明の実施形態を、図面を参照して以下に更に詳細に説明する。
図１に示された本発明の変形例では、真空気密に閉じられる検査室10が設けられている。
前記検査室10に、検査対象13が収容される。検査対象13は、漏れに関する気密性を検査されるべき中空体である。この目的のために、検査対象13に試験ガス、例えばヘリウムが充填される。ここでは、検査対象13が漏口14を有しており、試験ガスが前記漏口14から、排気された検査室10に漏れていると仮定する。漏れる試験ガス流はQleak と示されている。
検査室10には、吸込管19を介して、ガスを除去するために吸引する凝縮ポンプ15が接続されている。前記凝縮ポンプ15は、ガス出口16が大気に通じている圧縮器であり、1,000barの全圧力Ptotを供給する。吸込管19は、流れセンサ12と直列に配置されているキャリアガス入口11に接続されている。キャリアガス入口11におけるキャリアガス流はQcarrierと示されている。吸込管19内で試験ガスは、キャリアガスと混合されてガス混合物になる。ガス混合物中の試験ガスの割合は、以下に示す式により求められる。
c = Qleak/Qcarrier
ヘリウム分圧pHe は、以下に示す式により求められる。
PHe = C*Ptot
全圧力が高いため、ヘリウム分圧pHe も相対的に高いことは明らかである。試験ガスセンサ17は、凝縮ポンプ15の出口に接続されている。前記試験ガスセンサ17は、大気圧（1,000mbar ）で作動するタイプであり、例えば、本出願人の商標である「ワイズ テクノロジー（Wise Technology ）」のヘリウムセンサである。別の選択肢は、例えば出願人の漏れ検出装置HLD 5000に使用されている放射分光センサ、又は化学試験ガスセンサである。このようなセンサは、独国特許出願公開第１０２００４０３４３８１号明細書に述べられている。
検査室10の出口での吸引能力S は、前記出口16に接続されて凝縮ポンプ15と並行して作動する補助ポンプによって増大され得る。従って、測定時間及び反応時間は、感度を低下することなく短縮され得る。
図２は、検査室が設けられていない第３変形例に係る方法の一例を示す。本例では、漏れに関する気密性を検査されるべき検査対象は、管路、例えばコイル管である。この目的のために、排気された検査対象20は、検査室に収容されずに、試験ガスの外部作用に晒される。試験ガス、例えばヘリウム(He)が、試験ガス源21から可撓性管22を介して試験ガス噴射器23に供給される。試験ガス噴射器23は、検査対象20に噴射するために円錐状の噴霧24を生成すべく作動する。従って、試験ガスを含む大気が、検査対象20の外側に生成される。
検査対象20の一端部がキャリアガス源25に接続されており、キャリアガス源25は、本例ではキャリアガスとして窒素N2を供給する。検査対象20の反対側の端部が、吸引する凝縮ポンプ26に接続されており、凝縮ポンプ26は、1,000mbar の出力圧力を生成して、該圧力を大気に送る。本変形例でも、第１実施形態の試験ガスセンサ17に対応する試験ガスセンサ27が、凝縮ポンプ26の出力に接続されている。
以下の表に、試験ガスセンサが真空状態下で作動する従来の真空漏れ検出法と、試験ガスセンサが凝縮ポンプの圧縮側に接続されている本発明のキャリアガス法との比較が示されている。
Figure 2011505553
上記の表から、示されたパラメータに基づくと、本発明の方法における試験ガス分圧が100 倍高く、従って感度も対応して増大することが推測され得る。一方、感度が同一である状態では、応答時間を示す時定数が短縮され得る。
図３に示された変形例では、検査対象20は、気密に閉じられ得ることが求められる被検査室である。前記被検査室は真空ポンプ30によって排気されて、試験ガス噴射器23を用いることにより、試験ガスを含む大気が検査対象20の外側で生成される。図示された例では、10-6mbarの真空である。前記真空ポンプ30は、ポンプ配置18の一構成要素であり、ポンプ配置18は、直列に配置された複数のポンプ30,31 を備えている。真空ポンプ30の出口に、予備真空ポンプ31が接続されている。予備真空ポンプ31での予備真空は10-3mbarである。前記予備真空ポンプ31は、大気圧（1000mbar）下でガスを供給する。図示された例では、凝縮ポンプ26が、大気圧を超えた圧力に前記ガスを更に濃縮するために、予備真空ポンプ31の出口に接続されている。試験ガスセンサ27は、前記凝縮ポンプ26の出口に接続されている。
キャリアガスは、コネクタA1を備える前記吸込管19に必ずしも供給される必要はない。キャリアガスは、吸引されたガスの搬送経路に沿ったあらゆる所望の位置に供給されることが可能であり、例えば、真空ポンプ30のハウジングに設けられたコネクタA2、真空ポンプ30の出口に設けられたコネクタA3、又はポンプ31のコネクタA4に供給され得る。
図４に示された変形例は、図３に示された変形例に相当するが、ここでは、キャリアガスコネクタA4が検査対象20に設けられている。試験ガスセンサ27は、コネクタS1又はコネクタS2に接続され得る。試験ガスセンサ27が圧縮されたガス混合物を評価するように、試験ガスセンサ27は、多段ポンプ配置18の最終段階又は多段ポンプ配置18の最終段階の上流側に配置されることが重要なだけである。本例では、キャリアガスがコネクタA5を介して検査対象20に供給されているが、代案として、キャリアガスが、図３に示されたコネクタA1-A4 の内のいずれか１つに供給されてもよい。

Claims (8)

  1. 試験ガスが充填された検査対象(13)が検査室(10)に収容されて、該検査室から取り出された試験ガスとキャリアガスとからなるガス混合物の流れにある試験ガスセンサ(17)が、凝縮ポンプ(15,30) の下流側に配置され、前記ガス混合物が前記試験ガスセンサ(17)を用いて試験ガスの存在を検査される気密性を検査するための方法において、
    前記キャリアガスは、前記検査室(10)の下流側で前記試験ガスの流れに供給されることを特徴とする方法。
  2. 前記キャリアガスは、前記試験ガスの流れにおける前記検査室(10)の後の第１ポンプ(30)で供給されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記キャリアガスは、前記試験ガスの流れにおける前記検査室(10)の後の第１ポンプ(30)と該第１ポンプの後の第２ポンプ(31)との間に供給されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 検査対象(20)を収容する検査室(10)又は検査対象(20)からガスを送るためのポンプ配置(18)と、該ポンプ配置に接続された試験ガスセンサ(27)とを備えた気密性を検査するための装置において、
    前記試験ガスセンサ(27)は、多段の前記ポンプ配置(18)の最終段階(26)、又は前記多段ポンプ配置(18)の最終段階(26)の上流側に配置されていることを特徴とする装置。
  5. 排気された検査対象(20)が試験ガスの外部作用に晒されて、試験ガスセンサ(27)が、前記検査対象から取り出された試験ガスとキャリアガスとからなる圧縮されたガス混合物を分析するために、前記ガス混合物の流れ方向に見たとき、凝縮ポンプ(26)の下流側に配置され、前記ガス混合物が前記試験ガスセンサ(27)を用いて試験ガスの存在を検査される気密性を検査するための方法において、
    前記検査対象(20)は、検査室に収容されることなく周囲大気に晒され、試験ガス噴射器(23)が、前記試験ガスを含む前記大気を生成するために設けられていることを特徴とする方法。
  6. 前記キャリアガスは、前記試験ガスの流れにおける前記検査対象(20)の後に供給されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
  7. 排気された検査対象(20)の外側で試験ガスを含む大気を生成する手段と、前記検査対象(20)と直接に又は別の要素と直列に接続可能な凝縮ポンプ(26)と、該凝縮ポンプ(26)の出口に接続された試験ガスセンサ(27)とを備えた気密性を検査するための装置において、
    前記検査対象(20)は、検査室に収容されずに周囲大気に晒されて、試験ガス噴射器(23)が、前記試験ガスを含む前記大気を生成するために設けられていることを特徴とする装置。
  8. 検査対象(20)を収容する検査室(10)又は検査対象(20)からガスを送るためのポンプ配置(18)と、該ポンプ配置に接続された試験ガスセンサ(27)とを備えた気密性を検査するための装置において、
    前記ポンプ配置は大気圧を超える高圧を生成し、前記試験ガスセンサ(27)は前記高圧に通じていることを特徴とする装置。
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