JP2018087713A - ヘリウムリークディテクタ用ノズルおよびヘリウムリークディテクタシステム - Google Patents

Abstract

【課題】パージガスによるヘリウムガスの置換効率を向上させることができるヘリウムリークディテクタ用ノズルを提供する。【解決手段】ヘリウム充填空間の、パージガスによって置換された置換後ヘリウムガスを流通させるガス流通管体８２と、ガス流通管体８２の管内部に貫通され、ヘリウム充填空間に吹き付けるためのヘリウムガスおよびパージガスを流通させるガス導入管体８１とを備えた。【選択図】図２

Description

この発明は、ヘリウムリークディテクタによるヘリウムリークテストにて用いられるヘリウムリークディテクタ用ノズル、および、ヘリウムリークディテクタシステムに関するものである。

従来から、ヘリウムリークディテクタを用いて部材の気密性を判定するヘリウムリークテストに関する技術が知られている。ヘリウムリークテストでは、リークチェック箇所において検出されるヘリウムガス量を計測することでリークチェックを行うが、当該ヘリウムガスのリークチェック後は、ヘリウムリークディテクタ内のヘリウム濃度を速やかに下げるようにしている。
例えば、半導体圧力センサの気密試験において、ヘリウムリークディテクタを用いて加圧室をヘリウム加圧することでヘリウムガスのリーク量を計測した後、窒素を供給して窒素置換を行い、ヘリウム濃度を低下させる技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

また、従来から、吹き付け法を適用したリーク検出装置において、真空ポンプにより内部を中真空状態にしたワークに対して、トレーサーガスを、トレーサーガス供給部と連結するノズルの先端から吹き付ける技術が開示されている（例えば、特許文献２）。

特開平６−３３７２３２号公報 特開２０１２−４７６５１号公報

従来の技術では、例えば、ヘリウムガスをリークチェック箇所に吹き付けてヘリウムガス量を計測することでリークチェックを行う内部真空吹き付け法においては、ヘリウムガス供給部と連結するノズルから、リークチェック箇所にヘリウムガスを吹き付けてリークチェックを行い、当該ノズルから、パージガスである窒素等をリークチェック箇所に供給してヘリウム濃度を低下させることになる。
すなわち、１箇所の導入口から、ヘリウムガスとパージガスの２系統のガスを供給または排出することになる。
そのため、ノズル内部でのパージガスの経路が複雑になり、当該パージガスの流れる方向が規制されず、ヘリウムガスの置換効率が悪くなってヘリウム濃度の低下に時間を要するという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ガスの経路を規制することで、パージガスによるヘリウムガスの置換効率を向上させることができるヘリウムリークディテクタ用ノズルを提供することを目的とする。

この発明に係るヘリウムリークディテクタ用ノズルは、被検査体のヘリウムリークテストを実施するヘリウムリークディテクタに用いられるヘリウムリークディテクタ用ノズルであって、ヘリウム充填空間の、パージガスによって置換された置換後ガスを流通させるガス流通管体と、ガス流通管体の管内部に貫通され、ヘリウム充填空間に吹き付けるためのヘリウムガスおよびパージガスを流通させるガス導入管体とを備えたものである。

この発明によれば、ガスの経路を規制することで、パージガスによるヘリウムガスの置換効率を向上させることができるヘリウムリークディテクタ用ノズルを提供することができる。

この発明の実施の形態１におけるヘリウムリークディテクタシステムの構成の一例を説明する図である。 実施の形態１のヘリウムリークディテクタシステムにおいて、ガス供給部と連結するノズルの構成の一例を説明する図である。 図３Ａ，図３Ｂは、実施の形態１において、ガス導入管体におけるヘリウム充填空間側の一端を、ガス流通管体のヘリウム充填空間側の端部より、ヘリウム充填空間側に対して突出させた場合の、突出割合と置換効率の関係についての実験結果を示す図である。 一般的なノズル構造の一例を説明するための図である。 この実施の形態１のヘリウムリークシステムにおいてヘリウムリークテストが実施されるプロセスの一例について説明するフローチャートである。 実施の形態１におけるヘリウムリークディテクタシステムの構成のその他の一例を説明する図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるヘリウムリークディテクタシステムの構成の一例を説明する図である。
ヘリウムリークディテクタシステムでは、被検査体（ワーク）１００に漏れ（リーク）が生じていないかどうかを判定するヘリウムリークテストを行う。
なお、ヘリウムリークディテクタシステムを構成する各部は、例えば、ネットワークと介して各部と接続される制御装置（図１においては図示省略）の制御に基づいて動作する。
また、この実施の形態１において、ヘリウムリークテストは、内部真空吹き付け法によって実施されるものとする。

ヘリウムリークディテクタシステムは、図１に示すように、治具１と、ヘリウムリークディテクタ２と、ヘリウム供給源３と、ＭＣＦ（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）４，６と、ヘリウム供給バルブ４ａ，４ｂと、パージガス供給源５と、パージガス供給バルブ６ａ，６ｂと、ガス供給部８と、排気バルブ７ａとを備える。

治具１は、被検査体１００を収納し、真空室１ａとヘリウム充填室１ｂとを有する。真空室１ａとヘリウム充填室１ｂとは独立している。真空室１ａは、少なくとも被検査体１００のリークチェック箇所を収納する。
ヘリウムリークテストが実施される際、真空室１ａの内部は、真空引きが行われ、真空状態である真空引き空間となり、ヘリウム充填室１ｂの内部は、ヘリウムガスが充填されるヘリウム充填空間となる。

ヘリウムリークテストが実施される際は、ヘリウム充填空間において被検査体１００のリークチェック箇所にヘリウムガスが吹き付けられ、ヘリウム充填室１ｂにヘリウムガスが充填される。そして、ヘリウム充填室１ｂに充填されたヘリウムガスについて、被検査体１００を介して真空引き空間に漏れるヘリウムガスの漏れ量をヘリウムリークディテクタ２が検出して、当該検出結果に基づき、制御装置が、被検査体１００に漏れが生じていないかどうかを判定する。
なお、被検査体１００と真空室１ａとはシールされているので、真空室１ａへ漏れたヘリウムガスはヘリウム充填室１ｂに流出することはない。

ヘリウムガスの吹き付けは、ガス供給部８から、当該ガス供給部８と連結するノズル１０によって行われる。ノズル１０の詳細については、図２を用いて後述する。

ヘリウムリークディテクタ２は、分析管（図示省略）によって、ヘリウム充填室１ｂに充填されたヘリウムガスの、真空室１ａへの漏れ量を検出する。なお、ヘリウムリークディテクタ２は、一般的に知られているヘリウムリークディテクタとすればよい。ヘリウムリークディテクタ２と真空室１ａとは、例えば、配管で接続される。

ヘリウム供給源３は、ヘリウムリークテストの際に、ヘリウム充填空間に吹き付けられるヘリウムガスを供給する。ヘリウム供給源３から供給されたヘリウムガスは、ヘリウムガス導入管３１を流通し、ガス供給部８から、当該ガス供給部８と連結するノズル１０を介してヘリウム充填空間に吹き付けられる。具体的には、ヘリウムガスは、ノズル１０内のガス導入管体８１から、ヘリウム充填空間に吹き付けられる。ガス導入管体８１の詳細については、図２を用いて後述する。

ＭＣＦ４は、ヘリウム供給源３から供給されるヘリウムガスの流量制御を行う。
ヘリウム供給バルブ４ａ，４ｂは、ＭＣＦ４の制御に基づき、ヘリウム供給源３から供給されるヘリウムガスの流路を開放または閉鎖する。

パージガス供給源５は、ヘリウムリークテストの際に、ヘリウム充填空間に充填されたヘリウムガスを置換し、ヘリウム濃度を下げるためのパージガスを供給する。なお、この実施の形態１では、パージガスとして窒素ガスを使用し、ヘリウムガスが窒素ガスに置換されるものとする。当該窒素ガスのように、パージガスによって置換された後の、ヘリウム充填空間内のヘリウムガスを、置換後ガスともいうものとする。
パージガス供給源５から供給されたパージガスは、パージガス導入管５１を流通し、ガス供給部８から、当該ガス供給部８と連結するノズル１０を介して、ノズル１０内のガス導入管体８１からヘリウム充填空間に導入される。
ＭＣＦ６は、パージガス供給源５から供給されるパージガスの流量制御を行う。

パージガス供給バルブ６ａ，６ｂは、ＭＣＦ６の制御に基づき、パージガス供給源５から供給されるパージガスの流路を開放または閉鎖する。
パージガスが吹き付けられることで置換された置換後ガスは、ノズル１０内のガス流通管体８２を流通して、当該ガス流通管体８２と接続される排気管７より排出される。

パージガスによる置換は、ヘリウムリークテストを繰り返すことによりヘリウム充填空間から真空引き空間に漏れて蓄積されていくヘリウムガスを極力取り除くために行われる。
真空引き空間にヘリウムガスが漏れると、ヘリウムリークディテクタ２内の検知管等において当該漏れたヘリウムガスが蓄積されていく。漏れたヘリウムガスが蓄積されていくと、ヘリウムガスの漏れ量の正しい検出が行われなくなってしまう。
そこで、パージガスを吹き付け、ヘリウムガスを置換して、置換後ガスを大気開放することで、真空引き空間に漏れて蓄積されていくヘリウムガスを極力取り除くようにする。

排気管７は、ノズル１０内のガス流通管体８２を流通するヘリウム充填空間からの置換後ガスを排出する。
排気バルブ７ａは、排気管７における置換後ガスの流路を開放または閉鎖する。
接続部８１ａは、ヘリウムガス導入管３１とパージガス導入管５１とを接続し、当該接続部８１ａにおいて、ヘリウムガス導入管３１とパージガス導入管５１とが１本のガス導入管体８１となる。

図２は、実施の形態１のヘリウムリークディテクタシステムにおいて、ガス供給部８と連結するノズル１０の構成の一例を説明する図である。
図２に示すように、ノズル１０は、内部に、ガス導入管体８１とガス流通管体８２とを有する。
ガス流通管体８２は、管内部において、ヘリウム充填空間からの置換後ガスを流通させる（図２の矢印Ｃ）。
ガス流通管体８２の管内部を流通した置換後ガスは、排気管７から排出され、大気開放される。

ガス導入管体８１は、ガス流通管体８２の管内部に貫通され、ガス導入管体８１の管内部において、ヘリウム充填空間に吹きつけるためのヘリウムガス（図２の矢印Ａ）およびパージガス（図２の矢印Ｂ）を流通させる。
図２で明らかなように、ガス流通管体８２の内周面とガス導入管体８１の外周面との間には隙間８３が設けられ、当該隙間８３を、パージガスがヘリウム充填空間に導入されることでヘリウムガスから置換された、置換後ガスが流通する。

また、図２に示すように、排気管７には排気ポンプ１１を設置するようにしてもよい。排気ポンプ１１を設置することで、コンダクタンスが大きい配管でも置換後ガスの吸引効果を大きくしてヘリウム濃度の低下を促進させることができる。
なお、排気ポンプ１１は設置されない構成としてもよい。

また、図２に示すように、ガス導入管体８１におけるヘリウム充填空間側の一端は、ガス流通管体８２のヘリウム充填空間側の端部より、ヘリウム充填空間側に対して突出させるようにすると、置換効率を向上させることができる。
なお、この実施の形態１では、図２に示すように、ガス導入管体８１におけるヘリウム充填空間側の一端は、ガス流通管体８２のヘリウム充填空間側の端部より、ヘリウム充填空間側に対して突出させるようにしたが、これに限らず、ガス導入管体８１におけるヘリウム充填空間側の端部は、ガス流通管体８２のヘリウム充填空間側の端部と揃うようにしてもよい。

ここで、図３Ａ，図３Ｂは、実施の形態１において、ガス導入管体８１におけるヘリウム充填空間側の一端を、ガス流通管体８２のヘリウム充填空間側の端部より、ヘリウム充填空間側に対して突出させた場合の、突出割合と置換効率の関係についての実験結果を示す図である。
当該実験は、ヘリウムリークディテクタ２で検出されるヘリウムリーク量の減少が最も大きくなる置換開始後１０秒間のグラフを式ｙ＝ａｘ＋ｂと線形近似し、傾きａの絶対値が大きいほど置換効率はよくなるとして評価を行ったものである（図３Ａ参照）。
実験は、ガス導入管体８１の端部とガス流通管体８２の端部とが揃っている状態をノズルの長さ０％、ガス導入管体８１がガス流通管体８２の端部から突出して、リークチェック箇所（図２のＤ）に接する状態をノズルの長さ１００％とし、ノズルの長さ０％、３０％、１００％の場合を例にとって行っている。

図３Ｂは、ノズルの長さと傾きａとの関係を示している。
図３Ｂに示すように、ノズルの長さが長いほど、すなわち、ガス導入管体８１の一端がヘリウム充填空間側に突出すればするほど、置換効率はよくなることがわかった（図３Ｂのａ）。
また、ヘリウムガス吹き付け効率も、ノズルの長さが長いほど改善することがわかった。

図４は、一般的なノズル構造の一例を説明するための図である。
一般的なノズル構造は、ノズル内部が一重構造となっており、ヘリウムガスのヘリウム充填空間への導入と、ヘリウム充填空間からのパージガスによって置換された置換後ガスの排出が同一経路内で行われるため、ヘリウムガスおよびパージガスの経路が複雑であった。これにより、充填空間内のヘリウムガスが希薄化し、ヘリウムガスの吹き付け量の増大につながっていた。
また、パージガスの流れ方向が規制されていないため、ヘリウム充填空間においてパージガスが撹乱し、置換効率が悪くなって、ヘリウム濃度を低下させるのに時間がかかっていた。
図３Ｂにも示すように、上述したような一般的な一重管のノズル（図３Ｂのｂ）では、この実施の形態１のノズル１０のように二重管としたノズル（図３Ｂのａ）と比べると、置換効率が悪い。

このように、ガス導入管体８１が、ガス流通管体８２に貫通されるようにし、ノズル１０を二重管としたことで、ヘリウムガスまたはパージガス等、流体の流通する経路は規制され、吹き付けられるヘリウムガスまたはパージガスと、パージガスによって置換された後排出される置換後ガスの流路とは別の流路となるため、パージガスによるヘリウムガス置換効率を向上させることができる。また、ヘリウムガスの吹き付け量を無用に増大させることなく、ヘリウムガスの吹き付け量および吹き付け時間を減少させることができる。

図５は、この実施の形態１のヘリウムリークシステムにおいてヘリウムリークテストが実施されるプロセスの一例について説明するフローチャートである。
まず、真空引き空間の真空引きを行う（ステップＳＴ５０１）。具体的には、例えば、制御装置からの制御に基づき、真空室１ａに、例えば配管で接続された真空引きポンプ（図１においては図示省略）が、真空室１ａの真空引きを行う。なお、真空引きポンプはヘリウムリークディテクタ２が備えるようにしてもよい。

パージガスを導入する（ステップＳＴ５０２）。具体的には、例えば、制御装置からの制御に基づき、ＭＣＦ６がパージガス供給源５から供給されるパージガスの流量を制御し、当該パージガスがノズル１０を介して導入される。導入されるパージガスは、例えば、２．０Ｌ／ｍｉｎ程度とすればよい。
このとき、制御装置は、排気バルブ７ａを開放させるようにする。これにより、パージガスにより置換された置換後ガスが排気管７から大気開放される。
また、制御装置は、排気ポンプ１１を稼働させるようにする。これにより、排気管７から排出される置換後ガスの吸引効果を大きくしてヘリウム濃度の低下を促進させることができる。

真空室１ａの圧力が予め設定された値になり真空状態となると、制御装置は真空引きを完了し、ヘリウムリークテストを開始させる（ステップＳＴ５０３）。
上述のとおり、ノズル１０は二重構造であり、パージガス供給源５から供給されたパージガスは、ノズル１０内のガス導入管体８１からヘリウム充填空間に導入され、ヘリウムガスを置換後、置換後ガスがノズル１０内のガス流通管体８２から排出される。
ノズル１０内を流通する流体の経路は規制され、置換効率が向上するため、より短い時間でヘリウム濃度を低下させることができる。すなわち、当該ステップＳＴ５０３において真空引き完了とするまでの時間を、従来の一般的な一重構造のノズルを採用した場合よりも短縮させることができる。

ヘリウムリークテストを開始すると、ヘリウムガスの吹き付けを行う（ステップＳＴ５０４）。具体的には、例えば、制御装置からの制御に基づき、ＭＣＦ４がヘリウム供給源３から供給されるヘリウムガスの流量を制御し、当該ヘリウムガスがノズル１０を介して吹き付けられる。

ステップＳＴ５０４でヘリウムガスの吹き付けが開始されてから、予め設定された時間が経過すると、制御装置は、排気バルブ７ａを閉鎖させ、吹き付けられたヘリウムガスがヘリウム充填空間に封止されるようにする（ステップＳＴ５０５）。ヘリウムガスの吹き付け開始から排気バルブ７ａを閉鎖させるまでの時間は、例えば、５秒等、予め、ユーザ等が設定しておくようにすればよい。
上述のとおり、ノズル１０は二重構造であり、ヘリウム供給源３から供給されたヘリウムガスは、ノズル１０内のガス導入管体８１から、ヘリウム充填空間に吹き付けられる。流体の流通する経路は規制され、導入されるヘリウムガスは、排出される流体の経路とは別の経路となるため、ヘリウムガスの吹き付け量および吹き付け時間を減少させることができる。

ヘリウムリークディテクタ２は、分析管（図示省略）によって、ヘリウム充填室１ｂに充填されたヘリウムガスの、真空室１ａへの漏れ量を検出し、制御装置は、リークチェック箇所にリークが生じていないかどうかの判定を行う（ステップＳＴ５０６）。

リークが生じていないかどうかの判定が完了すると、パージガスを導入する（ステップＳＴ５０７）。具体的な動作はステップＳＴ５０２と同様であるため重複した説明を省略する。

なお、ここでは、ステップＳＴ５０７の後、処理終了するものとしているが、検査対象の被検査体が複数存在する場合は、全ての被検査体のヘリウムリークテストが完了するまで、被検査体を入れ替えて、図５で説明したステップが繰り返される。
上述のとおり、この実施の形態１では、ノズル１０を二重構造とし、パージガスによる置換効率を向上させ、また、ヘリウムガスの吹き付け量および吹き付け時間を減少させることができるので、例えば１日等、決められた期間内での被検査体のヘリウムリークテストの作業時間を短くすることができる。

また、ここでは、図１で説明したように、ヘリウムリークディテクタシステムにおいてヘリウムリークテストを実施する被検査体１００のヘリウムリークチェック箇所は１箇所とする例を示したが、これに限らない。例えば、図６に示すように、真空室１ｃ，１ｄを２つ備え、被検査体を、２つのワッシャ２００ａ，２００ｂが溶接により接合された導圧管２００として、ヘリウムリークディテクタ２は、当該導圧管２００とワッシャ２００ａ，２００ｂそれぞれとの溶接部分の漏れ量を検出するようなヘリウムリークディテクタシステムとしてもよい。

以上のように、この実施の形態１によれば、ノズル１０を、被検査体のヘリウムリークテストを実施するヘリウムリークディテクタ２に用いられるヘリウムリークディテクタ用ノズルであって、ヘリウム充填空間の、パージガスによって置換された置換ガスを流通させるガス流通管体８２と、ガス流通管体８２の管内部に貫通され、ヘリウム充填空間に吹き付けるためのヘリウムガスおよびパージガスを流通させるガス導入管体８１とを備えるようにしたので、ノズル１０内部で流体の流通する経路が規制され、パージガスによるヘリウムガスの置換効率を向上させることができる。また、ヘリウムガスの吹き付け量および吹き付け時間を減少させることができる。

また、この実施の形態１によれば、ガス導入管体８１におけるヘリウム充填空間側の一端は、ガス流通管体８２のヘリウム充填空間側の端部より、ヘリウム充填空間側に対して突出するように構成したので、さらに置換効率を向上させることができる。

また、この実施の形態１によれば、ガス流通管体８２に接続され、パージガスによって置換された置換後ガスを排出する排気管７と、排気管７に設置される排気ポンプ１１とを備えるようにしたので、置換後ガスを大気開放する際の吸引力をあげることができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ 治具
１ａ 真空室
１ｂ ヘリウム充填室
２ ヘリウムリークディテクタ
３ ヘリウム供給源
３１ ヘリウムガス供給管
４，６ ＭＣＦ
４ａ，４ｂ ヘリウム供給バルブ
５ パージガス供給源
５１ パージガス供給管
６ａ，６ｂ パージガス供給バルブ
７ 排気管
７ａ 排気バルブ
８ ガス供給部
１０ バルブ
１１ 排気ポンプ
８１ ガス導入管体
８１ａ 接続部
８２ ガス流通管体
８３ 隙間
１００ ワーク
２００ 導圧管
２００ａ，２００ｂ ワッシャ

Claims (4)

1. 被検査体のヘリウムリークテストを実施するヘリウムリークディテクタに用いられるヘリウムリークディテクタ用ノズルであって、
   ヘリウム充填空間の、パージガスによって置換された置換後ガスを流通させるガス流通管体と、
   前記ガス流通管体の管内部に貫通され、前記ヘリウム充填空間に吹き付けるためのヘリウムガスおよびパージガスを流通させるガス導入管体
   とを備えたヘリウムリークディテクタ用ノズル。
2. 前記ガス導入管体における前記ヘリウム充填空間側の一端は、前記ガス流通管体の前記ヘリウム充填空間側の端部より、当該ヘリウム充填空間側に対して突出する
   ことを特徴とする請求項１記載のヘリウムリークディテクタ用ノズル。
3. 前記ガス流通管体に接続され、前記パージガスによって置換された大気を排出する排気管と、
   前記排気管に設置される排気ポンプとを備えた
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のヘリウムリークディテクタ用ノズル。
4. 被検査体を収納する治具と、前記治具内のヘリウム充填空間において前記被検査体に吹き付けるヘリウムガスを供給するヘリウムガス供給源と、前記ヘリウムガスを置換するためのパージガスを供給するパージガス供給源と、前記治具内の真空空間における前記被検査体のヘリウムリークテストを実施するヘリウムリークディテクタと、前記ヘリウムガス、前記パージガス、または、当該パージガスによる置換後ガスを流通させるノズルとを備えたリークディテクタシステムであって、
   前記ノズルは、
   前記ヘリウム充填空間の、前記パージガスによって置換された置換後ガスを流通させるガス流通管体と、
   前記ガス流通管体の管内部に貫通され、前記ヘリウム充填空間に吹き付けるための前記ヘリウムガスおよび前記パージガスを流通させるガス導入管体
   とを備えたことを特徴とするヘリウムリークディテクタシステム。

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