JP2012047651A - リーク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の簡略化と検査時間の短縮化が可能になり、しかも安価なガスの使用によりリークテストに関わるトータルコストの低減が図れるリーク検出装置を提供する。
【解決手段】リーク検出装置１は、フード３内に収容された被検査体（ワーク）２に接続され、その内部を排気して真空状態にするドライポンプ等の真空ポンプ８と、この真空ポンプ８の吐出口１０と吐出弁１１との間に設けられる半導体センサー等からなるガスセンサー１２と、フード３内にトレーサーガスを供給するガス供給部５とを備え、トレーサーガスとして水素ガスと窒素ガスの混合ガスを使用する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、漏洩検知気体（以下、「トレーサーガス」という。）を用いて、検査対象物（以下、「ワーク」または「被検査体」という。）の気密漏れの検査を行うリーク検出装置に関するものである。

従来、容器、機器、配管などの気密性を調べるためのリーク検査方法として、簡易的なものから高精度のものまで種々の方法が行われている。例えば、簡便なものとしては内部を圧縮空気で加圧した状態のワークの表面に石鹸水を塗るか、ワーク自体を水中に沈め、気泡の発生の有無によって気密性を調べる方法がある。さらに、ワークの内圧を測定する圧力計を取り付け、ワーク内部を加圧もしくは減圧した後、ワークの内部を密閉し、内圧の経時的な変化を調べることで気密性を評価する方法もある。しかしながら、これらの方法は、検出精度、操作性、検査後の後処理などの点で改善すべき問題があるものである。

一方、高い気密性が要求される場合には、微少な漏れ検知に適したヘリウムリークディテクタが一般に使用されている。ヘリウムリークディテクタとは、ヘリウムガスをトレーサーガスとし、ヘリウムガスを検出する質量分析管と、これを作動可能な真空状態に保つための真空排気系を内蔵する質量分析計形の漏れ検出器のことである。（特許文献１参照）

ヘリウムリークディテクタの使用方法は、ヘリウムガスを内部に封入したワークを気密チャンバーに収納した後、気密チャンバーの内部を真空ポンプにより真空状態とする。そして、ヘリウム分析管により気密チャンバーの内部にヘリウムが存在するか否かを検査し、ヘリウムが検出されればワークにリーク部が存在すると判定するものである。

上記方法でトレーサーガスとして用いるヘリウムは、空気中に微量（５ｐｐｍ）しか存在しないことから、他のガスと区別しやすく、しかも分子直径が小さいため、微小な孔からもリークしやすいので、その検出が容易である。また、毒性・引火性がなく不活性であるため取り扱いが容易であり、大気中の含有量が微小でバックグラウンドが小さいなどの利点があることから、トレーサーガスとして好都合である。このため、近年は、宇宙開発・原子力・電子通信機器などの一般の産業分野に需要者層が拡大する傾向にある。

しかしながら、この検出法は、トレーサーガスとして使用するヘリウムガスが高価であることから、ランニングコストが嵩むという問題点があった。

さらに、ヘリウムリークディテクタは、ごく微量のヘリウムガスを検出するために使用されるものであるため、そこまでの精度が必要とされない場合には、結局、過剰仕様となるので、経済的でないという問題点があった。

このような実情に鑑み、高価なヘリウムリークディテクタを不要とし、被試験体に粗引きポンプを接続したリークラインにピラニー真空計を接続し、リーク存在時に真空計内に侵入したヘリウムに起因する真空圧測定値の変化によってリークを検知する検査方法が提案されている。（特許文献２参照）

また、高価な圧縮ヘリウムガスを一切使用することなく、空気中に含まれるヘリウムを利用する方法も提案されている。（特許文献３参照）

ところが、特許文献２に開示された方法では、依然として高価なヘリウムガスを使用するばかりか、真空値が安定するまでに時間がかかるといった問題点が残っている。また、特許文献３の方法は、ワーク内の空気排除、窒素充填、再度の空気排除と工数が多いために検査時間が長くならざるを得ないという問題点があった。すなわち、上記従来技術１〜３は、いずれも真空下での測定を必須要件としているため、操作性、検査時間、トータルコストなどの点で改善の余地があった。

特開平０３−４１３３号公報 特開平０５−１１８９４９号公報 特開２００５−３１５７８４号公報

本発明者は、以上のような従来技術の問題点に鑑み、鋭意検討を重ねた結果、検知素子として半導体式センサー等の既存のガスセンサーに着目し、本発明に想到したのである。すなわち、本発明では、大気圧下で使用するガスセンサーを採用することにより、装置の簡略化と検査時間の短縮化が可能になり、しかも安価なガスの使用によりトータルコストの低減が図れるリーク検出装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るリーク検出装置では、被検査体に接続されその内部を排気して真空状態にする真空ポンプ部と、この真空ポンプ部の吐出経路中に設けられるガスセンサーと、前記被検査体の周囲にトレーサーガスを供給するガス供給部とを備えるという技術手段を採用した。

なお、上記構成において、ガスセンサーを真空ポンプの吐出口と吐出弁との間に設けることができ、またトレーサーガスとして水素と窒素を所定比率で混合した混合ガスを使用すると好適である。さらに、被検査体がトレーサーガスを収容する容器で包囲されるようにしてもよい。

本発明に係るリーク検出装置では、上記構成を採用したことにより、以下のような効果が得られる。
（１）比較的安価で、大気下でも使用可能な半導体式等のガスセンサーを検知素子として利用できるため、極めて簡便な装置構成でリークテストを行なうことができる。
（２）真空ポンプの吐出経路中にガスセンサーを内蔵するので、装置の小型化を図ることができる。
（３）検出装置本体の構造の簡略化が容易であって、さらにトレーサーガスとして水素と窒素を所定比率で混合した混合ガスを使用すれば、イニシャルコスト、ランニングコスト共に安価な検出装置とすることができる。
（４）分子ポンプが不要となるので、真空引きの時間もより短時間で済み、検査時間の短縮が可能である。

本発明の実施例１に係わるリーク検出装置の概念図である。 本発明の実施例２に係わるリーク検出装置の概念図である。

本発明において使用するガスセンサーとしては、半導体式ガスセンサーが好適である。このガスセンサーは、酸素を吸着する酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化タングステン（ＷＯ_３）などで多孔質体を構成し、吸着した酸素が還元性物質で消費されると、電気抵抗などの電気的性質が変化することによりガス濃度を測るもので、検知ガスの種類が豊富であるとともに、安価であるという利点がある。また、電気化学式のガスセンサーとして、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）などの固体電解質型、あるいは電解液型の適用も可能である。電気化学式のガスセンサーは、半導体式に比べて選択性に優れるといった利点がある。これらのガスセンサーは、温度補償が必要な場合には、ヒーターと熱電対で温度調節し、一定温度下で測定するのがよい。

また、上記ガスセンサーとともに使用するトレーサーガスの種類としては、特に限定はなく、ヘリウムガスの使用も可能であるが、高価であることから他のガスが好ましい。具体例としては、メタン、プロパン、ブタン、水蒸気、二酸化炭素、水素、エタノール、アンモニア、 フロン、硫化水素、有機塩素などが挙げられる。トレーサーガスは単独での使用ももちろん可能であるが、水素ガスと窒素ガス、ヘリウムガスと窒素ガス、フロンガスと窒素ガスなどのように、混合ガスとして使用することもできる。この中でも、水素と窒素を所定比率で混合した混合ガスが費用対効果の点で特に好適である。以下、図面に示す実施例により、本発明のリーク検出装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではなく、この発明の技術思想内での種々の変更実施はもちろん可能である。

図１は、本発明に係るリーク検出装置の一実施例であり、フード法に適用したときの概念図である。図示のリーク検出装置１において、ワーク（被検査体）２は、エアコンの熱交換器などの気密性が要求される製品である。このワーク２を収容する容器としてのフード３は、所定の大きさを有するは小型形状をなし、気密性を有している。このフード３には、配管４を介してトレーサーガス供給部５が連結されており、配管４の途中にはトレーサーガス供給バルブ６が設けられている。この場合、トレーサーガスとしては、水素ガスと窒素ガスの混合ガスが適用される。

一方、ワーク２には、真空ポンプ部として配管７を介して真空ポンプ８が連結されており、さらに配管７の途中には三方弁９が設けられている。三方弁９は、ワーク２の交換時に真空破壊する弁として使用する。この場合、真空ポンプ８は、ワーク２の内部を中真空程度の到達圧力まで排気できればよく、ドライポンプ等が望ましい。

さらに、真空ポンプ部の吐出経路側である真空ポンプ８の吐出口１０と吐出弁（逆止弁）１１の間には、ガスセンサー１２が設けられている。このガスセンサー１２は、ワーク２の内部に侵入したトレーサーガスを検出するものであり、熱線式半導体センサーなどが用いられる。温度補償が必要な場合は、ヒーター、熱伝対で温調制御して一定温度下で測定を行なう。

次に、上記リーク検出装置１の使用方法について説明する。トレーサーガス供給バルブ６を閉じた状態で、真空ポンプ８によってワーク２の内部を中真空程度の状態とする。そして、トレーサーガス供給バルブ６を開いてフード３の内部にトレーサーガスを導入する。ここで、ワーク２にリーク部が存在した場合には、フード３内のトレーサーガスがワーク２の内部に侵入した後、配管７を介して真空ポンプ８の吐出経路側に到達し、吐出口１０と吐出弁１１の間に存在するガスセンサー１２により検知される。

上記のとおり、本発明に係るリーク検出装置１によれば、ヘリウムガスに比べてはるかに安価なトレーサーガスと安価なガスセンサー１２の使用により、きわめて経済的にリークテストを行うことが可能である。しかも、分子ポンプを使用せずに中真空程度の条件で検査するものであるとともに、ガスセンサー１２を吐出経路中に設置したことによりほぼ大気圧下での検査が可能であることから、取扱いやすく、検査時間が大幅に短縮される。

図２は、本発明の第２実施例に係るリーク検出装置であって、吹きつけ法に適用した事例である。なお、前記第１実施例と重複する部分については、同一符号で示し、その説明を省略する。図示のリーク検出装置１３は、ワーク２を収容するフード３を不要とし、真空ポンプ８により内部を中真空状態に保持したワーク２に対して、トレーサーガスをトレーサーガス供給部５と連結するノズル１４の先端からそのまま吹き付けるものである。本実施例の場合でも前記実施例と同様な効果が得られる。

本発明によれば、真空のリークテストを経済的に行うことができ、しかも検査時間の短縮化も図れる。

１ リーク検出装置
２ 検査対象物（ワーク）
３ フード
４ 配管
５ トレーサーガス供給部
６ トレーサーガス供給バルブ
７ 配管
８ 真空ポンプ
９ 三方弁
１０ 吐出口
１１ 吐出弁（逆止弁）
１２ ガスセンサー
１３ リーク検出装置
１４ ノズル

Claims (4)

1. 被検査体に接続されその内部を排気して真空状態にする真空ポンプ部と、この真空ポンプ部の吐出経路中に設けられるガスセンサーと、前記被検査体の周囲にトレーサーガスを供給するガス供給部とを備えることを特徴とするリーク検出装置。
2. 前記ガスセンサーが、真空ポンプの吐出口と吐出弁との間に設けられていることを特徴とする請求項1に記載のリーク検出装置。
3. 前記トレーサーガスが、水素と窒素を所定比率で混合した混合ガスであることを特徴とする請求項１または２に記載のリーク検出装置。
4. 前記被検査体が、前記トレーサーガスを収容する容器で包囲されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のリーク検出装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

Images