JP4016927B2 - 気密漏れ検査方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヘリウムガス等の漏洩検査媒体（トレーサガス）を用いて、大気圧下で検査対象物の気密漏れ検査を行う方法及び装置に関する。

検査対象物の微少な気密漏れに対する検査方法には、従来技術として、検査対象物から漏れ出たトレーサガスの量を検出するヘリウムリークディテクタ（ヘリウム漏洩検出器）を用いた検査法があり、この方法として、真空式ヘリウムリーク検査方法とスニファ式ヘリウムリーク検査方法の２つの方法がある。

真空式ヘリウムリーク検査方法は、トレーサガスであるヘリウムを検査対象物中に封入し、排気ポンプにより排気され真空下にある真空容器内に該検査対象物を収容し、この検査対象物から真空容器内に漏れ出たヘリウムを検出器（ヘリウムリークディテクタ）に導入し、ヘリウムの質量分析を利用して漏れ出たヘリウム量を検出するという手法である。
しかし、この方法で微少量の漏れを高速、高精度に検出しようとした場合、検査対象物を真空容器内に入れ、検査対象物の周囲、即ち真空容器内を真空化した上で検出器を接続して使用しなければならない。また、真空容器の内部は、繰り返し使用時にヘリウムの吸着を可能な限り減らすように面精度の高いものにする必要があった。

また、この方法で大型のもの、複雑な形状のものを検査しようとする場合、真空容器が大型となり、その耐久性や面精度を確保するために多大な労力やコストを必要とするという問題がある。また、検査時間を短縮するためには大容量の真空容器内をできるだけ短時間で真空引きするために、真空引きのためのポンプを高能力のものにする必要があり、更なるコストアップとなるという問題もある。
更には、この真空式の検査方法を利用するには、検査対象物の形状は真空容器に入るものに制限されるという問題がある。

一方、もう１つの従来技術であるスニファ式ヘリウムリーク検査方法は、ヘリウムを加圧封入された検査対象物は大気下に晒されたままの状態に置かれ、検出器（ヘリウムリークディテクタ）に接続されたスニファプローブを検査対象物の外面に当接させて走査し、検査対象物の内部からのヘリウムの漏れを検出するという手法である。
このスニファ式による方法は、検査対象物の漏れ位置や大雑把な漏れ量を知るには有効な手法であるが、漏れ量の定量化や高精度化の実現は困難であるという問題がある。

また、スニファプローブの走査による往復運動の途中が壁や管やワイヤ等で複雑に入り込んだ状態になっている場合には、スニファプローブが検査対象物の検査部近傍にまで近づくことができず正確な検査ができないという問題があった。

上記した問題を解決するものとして、本出願人は、先に図５に示す流路系を有する気密漏れ検査装置及び検査方法を提案している。即ち、この従来の検査装置は、第１〜第５のバルブ１２〜１６を適宜切り替え操作することで、検査対象物１０からのトレーサガスの漏れをカバー１１からヘリウム検出器１７に第２排気ポンプ１９によって導入するテスト流路系と、カバー１１内の大気の定常流れ及びヘリウム検出器１７内に同様な大気の定常流れとを第１及び第２排気ポンプ１８，１９によってそれぞれ独立に形成する二系統の初期流路系と、機器（流量計２１、圧力計２０、圧力・流量制御機器２２，２３及びバルブ）等及び流路内のクリーンアップを第１及び第２排気ポンプ１８，１９によって図る浄化流を作る浄化流路系を形成することができ、二系統の初期流路系を使用する検査準備運転と、テスト流路系を使用する漏れ検査運転と、浄化流路系を使用する掃気運転の３段階の工程によって漏れ検査を行うものである。

しかしながら、この出願人が先に提案した従来技術においては、（１）検査準備運転、（２）漏れ検査運転、（３）掃気運転の３段階の工程に分かれ、それぞれの工程で時間が必要であるため、サイクルタイムの短縮に限界がある。また、使用するバルブ数も多く、バルブの切替え制御が複雑であるという問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、検査装置のサイクルタイムの短縮が可能で、装置の処理能力の向上を図ることができると共に、配管経路の簡略化、使用機器の低減及び制御の簡略化を図ることができ、コストダウンが可能な気密漏れ検査方法及び装置を提供することである。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の気密漏れ検査方法及び装置を提供する。
請求項１に記載の気密漏れ検査方法は、準備・掃気運転時に、カバーから第１バルブを経由して第１排気ポンプに至る経路の流路系と、第１大気吸引口から第２バルブを経由して第１バルブを経て第１排気ポンプに至る経路の流路系と、第２大気吸引口から第２バルブを経由して検出器を経て第２排気ポンプに至る流路系との３つの流路系が確立され、第１及び第２排気ポンプを駆動することによって、検査対象物を囲むカバー内及び検出器内に気体の定常流れを発生する準備運転と、検査後に気体の流路系を形成する流路及び機器類をクリーンアップする掃気運転とを同時に行う準備・掃気運転段階と、検査時に、第１及び第２バルブの切り替え操作により、カバーから第１バルブ及び第２バルブを経由して検出器を経て第２排気ポンプに至る経路の流路系が確立され、検査対象物内に封入されたトレーサガスの漏れを含む気体を検出器に導入して漏れを検査する検査運転段階とを具備するようにしたものである。これにより、従来では、準備運転、検査運転及び掃気運転の３つの段階の工程を必要としていたものを、準備運転と掃気運転とを同時に行うことにより２つの段階の工程で気密漏れ検査を行うことができ、そのサイクルタイムの短縮が可能となり、作業効率を向上できる。

請求項２に記載の気密漏れ装置は、請求項１の該検査方法を行うための装置であって、カバー、第１バルブ及び第１排気ポンプとから構成される流路系と、第１大気吸引口、第２バルブ、第１バルブ及び第１排気ポンプとから構成される流路系と、第２大気吸引口、第２バルブ、検出器及び第１排気ポンプとから構成される流路系の３つの流路系からなる、準備・掃気運転のための流路系と、カバー、第１バルブ、第２バルブ、検出器及び第２排気ポンプとから構成される、検査対象物からのトレーサガスの漏れ検査運転のための流路系とを有していて、第１、第２バルブを切り替えることにより、検査対象物を囲むカバー内及び検出器内に気体の定常流れを発生させる掃気運転と、気体の流路系を形成する流路及び機器類をクリーンアップする掃気運転とを同時に行う準備・掃気運転の流路系から検査対象物から漏れたトレーサガスを検出器に導入して行う漏れ検査運転の流路系に切り替えることができるようにしたものである。これにより、２つのバルブの切替操作のみで漏れ検査を行うことができ、装置のサイクルタイムの短縮、処理能力の向上が図れると共に、バルブ数の低減及び制御の簡略化を図ることができる。
請求項３の気密漏れ装置は、カバーが検査対象物の検査部位を囲うものとしたものであり、これにより、中・大物製品の局所検査を可能としたものである。

請求項４の気密漏れ装置は、カバーが検査対象物全体を囲うものとしたものであり、これにより、中物製品の全体検査を可能としたものである。
請求項５の気密漏れ装置は、カバーに接続する第３排気ポンプを更に設けたものであり、これにより、中物製品の全体検査を行うに必要な吸引エア量を確保することができる。

請求項６の気密漏れ装置は、カバーを複数個並列に設けたものであり、これにより、複数の検査部位を同時に漏れ検査を行うことができ、作業の効率化が図れる。
請求項７の気密漏れ装置は、並列配置の複数個のカバーがまとめられて、接続する第３排気ポンプを更に設けたものであり、これにより、複数の検査部位を同時に漏れ検査を行うのに必要な吸入エア量を確保することができる。

請求項８の気密漏れ装置は、複数個のカバーにはそれぞれ個別に接続する切替弁が設けられていて、任意の検査部位及びその数が選択できるようになっているものであり、これにより、多数個所の検査を切替弁を切り替えることにより、連続して行うことができる。
請求項９の気密漏れ装置は、第１及び第２バルブとして４ポートボールバルブを使用するようにしたものであり、これにより、バルブ数の低減及び配管経路の簡略化を図ることができる。

以下、図面に従って本発明の実施の形態の気密漏れ検査方法及び装置について説明する。図１は、本発明の第１実施形態の気密漏れ検査装置の全体構成を示す図である。本発明の気密漏れ検査装置は、検査対象物１の検査部位を囲むカバー２、気体の流路を切り替え制御する第１及び第２バルブ３Ａ，３Ｂ、検査対象物１から漏れたヘリウム（トレーサガス）の質量分析を行うヘリウム検出器（ヘリウムリークディテクタ）４、流路内に気体の流れを生み出すための第１及び第２排気ポンプ５Ａ，５Ｂ、流路内の気体の流れを管理するための圧力計６Ａ及び流量計６Ｂとそれらの出力をもとに気体の流れの状態を制御する圧力制御機器７Ａ及び流量制御機器７Ｂ、検査対象物１内部を真空引きした後にトレーサガス（ヘリウム）を加圧封入するための真空装置（図示せず）及び加圧装置（図示せず）、及び装置全体の一連の動作制御やデータ処理等を行うための制御機器８とから構成されている。

カバー２は、検査対象物１が小型のものであればその全体を、大型のものであればその検査対象部位１ａだけを囲うことができ、カバー２の一方は検出器４へ通ずる流路へ接続され、他方は大気に開口している。したがって、開口された方から積極的にカバー２内に空気を流すことで、検査対象物１から漏れ出たトレーサガスを逃がさないようにして検出器４に導くことができる。

第１及び第２バルブ３Ａ，３Ｂは、例えば、４ポートボールバルブであり、本発明の気密漏れ検査装置においては、図１に示すように制御機器８により第１及び第２バルブ３Ａ，３Ｂを適宜切り替え操作することで、実線の矢印で示すような準備・掃気運転時の気体の流れを生じる流路系と、点線の矢印で示すような漏れ検査運転時の気体の流れを生じる流路系とを形成することができる。即ち、準備・掃気運転時においては、第１排気ポンプ５Ａ及び第２排気ポンプ５Ｂを駆動することによって、カバー２→第１バルブ３Ａ→流量計６Ｂ→第１排気ポンプ５Ａという経路の流路系と、第１大気吸引口ａ→第２バルブ３Ｂ→第１バルブ３Ａ→流量計６Ｂ→第１排気ポンプ５Ａという経路の流路系と、第２大気吸引口ｂ→第２バルブ３Ｂ→圧力制御機器７Ａ→圧力計６Ａ→検出器４→流量計６Ｂ→流量制御機器７Ｂ→第２排気ポンプ５Ｂという経路の流路系という３つの流路系が形成され、カバー２内及び検出器４内に大気の定常流れを形成する準備運転を行うと同時に、機器及び流路内のクリーンアップを図る掃気運転が行われる。
漏れ検査運転時においては、カバー２→第１バルブ３Ａ→第２バルブ３Ｂ→圧力制御機器７Ａ→圧力計６Ａ→検出器４→流量計６Ｂ→流量制御機器７Ｂ→第２排気ポンプ５Ｂという経路の流路系が形成され、検査対象物１から漏れたトレーサガスが気体の流れによって運ばれ検出器４によって計測される漏れ検査運転が行われる。

以下、本発明の気密漏れ検査装置の作動について説明する。
まず、制御機器８により、第１バルブ３Ａ及び第２バルブ３Ｂを操作して、図１の実線の矢印で示すような流路系になるようにすると共に、第１排気ポンプ５Ａ及び第２排気ポンプ５Ｂとを駆動する。これにより、カバー２から吸引された気体は、第１バルブ３Ａ及び流量計６Ｂを経由して第１排気ポンプ５Ａから排気される。一方、第２大気吸引口ｂから吸引された大気は、第２バルブ３Ｂ、圧力制御機器７Ａ及び圧力計６Ａを通り、ヘリウム検出器４を経由して流量計６Ｂ及び流量制御機器７Ｂを通って第２排気ポンプ５Ｂから排気される。更に、第１大気吸引口ａから吸引された大気は、第２バルブ３Ｂ及び第１バルブ３Ａを通り、カバー２から吸引された気体と合流して流量計６Ｂを通って第１排気ポンプ５Ａから排気される。このようにして、気密漏れ検査装置の準備・掃気運転が行われる。

第１排気ポンプ５Ａ及び第２排気ポンプ５Ｂの手前には、それぞれ流量計６Ｂが設けられており、流量制御機器７Ｂからの指令によって、カバー２内を流れる気体の流量とヘリウム検出器４内を流れる気体の流量とが略同じになるように調整されることが好ましい。初期状態において、このような定常流れを予め作っておくことにより、検査の高精度化、高速化を図ることができる。このようにして、初期状態において、このような定常流れを予め作っておく準備運転と、機器及び流路内のクリーンアップを図る掃気運転とが同時に行われる。

検査対象物１からのトレーサガスの漏れ検査時においては、第１バルブ３Ａと第２バルブ３Ｂとが切り替え操作される。これにより、カバー２から吸引された気体は、第１バルブ３Ａ及び第２バルブ３Ｂを通り、ヘリウム検出器４を経由して第２排気ポンプ５Ｂから排出される経路のみが確立される。このとき、検査対象物１にトレーサガス（ヘリウム）を封入する前であれば、周囲の環境の大気中（バックグラウンド）のヘリウム量を計測し、検査対象物１にトレーサガスを加圧封入後であれば、大気中のヘリウムに加えて検査対象物１からの漏れによるヘリウム量を計測することになる。このときも、気体の流量は初期状態のときと同じになるように調整されている。このようにして、検査対象物１の気密漏れ検査運転が行われる。
こうして、気密漏れ検査装置の準備・掃気運転と漏れ検査運転とが繰り返し行われる。

図２は、本発明の第２実施形態の気密漏れ検査装置の全体構成を示す図である。この第２実施形態では、カバー２が、検査対象物１全体を包囲するように形成されていて、大気の吸入側の前面には、フィルタ２ａが設けられており、吸引流路と接続する側である後面は、吸引流路に向って勾配をつけてすぼめる構造２ｂである漏斗形状又は多数の四角錘体形状２ｂに形成されている。この四角錘体形状２ｂの頂角θは、略３０度以下とすることが好ましい。また、この第２実施形態では、カバー２内に大量の大気を吸引する必要があるため、カバー２に接続される第３排気ポンプ５Ｃが設けられている。その他の構成は、第１実施形態と同様の構成を有している。

このようにして、第２実施形態では、カバー２の前面にフィルタ２ａが設けられることにより、外部の風の影響がカバー２内に及ぶのを防止する外乱防止作用を奏する。また、カバー２の後面を勾配をつけてすぼめる構造２ｂとすることにより、大気をカバー２内に均等に吸引することができ、流れの拡散防止を図ることができる。また、第３排気ポンプ５Ｃを設けることにより、カバー２内に大流量の大気を吸引することができ、中・大物製品の気密漏れ検査を行うことができる。

図３は、本発明の第３実施形態の気密漏れ検査装置の全体構成を示す図である。第３実施形態では、複数のカバー２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄが並列に配置されていて、複数の検査部位１ａ〜１ｄを同時に検査することができる。この並列配置の複数のカバー２Ａ〜２Ｄは、まとめられて第３排気ポンプ５Ｃに接続している。この第３排気ポンプ５Ｃも大容量のものとすることにより、複数のカバー２Ａ〜２Ｄの吸引量を十分にカバーすることができる。その他の構成は、第１実施形態と同様である。こうして、多数個所の検査を同時に行うことができる。

図４は、本発明の第４実施形態の気密漏れ検査装置の全体構成を示す図である。この第４実施形態では、並列配置された複数のカバー２Ａ〜２Ｄのそれぞれの後方に切替弁９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄが設けられていて、これら切替弁９Ａ〜９Ｄをそれぞれ切り替え操作することで、図４に実線で示された流路から点線で示された流路に切り替えることができる。これらの複数のカバー２Ａ〜２Ｄ及び切替弁９Ａ〜９Ｄは、まとめられて第３排気ポンプ５Ｃに接続している。この点線で示された流路が第３排気ポンプ５Ｃへの流路に結合する点Ｓは、各カバー２Ａ〜２Ｄが第３排気ポンプ５Ｃへと接続する流路が、第１バルブ３Ａに分岐する分岐点Ｔよりも下流に設けられている。その他の構成は、第１実施形態と同様である。こうして、多数の検査部位１ａ〜１ｄを適宜選択して連続して検査を行うことができる。

上記構成よりなる第２、第３及び第４実施形態の気密漏れ検査装置の作動について説明する。準備・掃気運転においては、第１バルブ３Ａ及び第２バルブ３Ｂとが第１実施形態と同様に実線の矢印で示す流路を形成するように切り替えられる。同時に、第１、第２及び第３排気ポンプ５Ａ，５Ｂ，５Ｃが駆動される。この場合、第３排気ポンプ５Ｃは、第１及び第２排気ポンプ５Ａ，５Ｂに比べて大容量のポンプであるので、カバー２又は２Ａ〜２Ｄ内に吸引された大気は、大部分（大流量）が第３排気ポンプ５Ｃ側に流れ、一部（小流量）が第１排気ポンプ５Ａ側に流れる。カバー２又は２Ａ〜２Ｄ内に吸引された大気が、第１バルブ３Ａを通って第１排気ポンプ５Ａによって排気される流れ、及び第１大気吸引口ａから吸引された大気が、第２バルブ３Ｂ及び第１バルブ３Ａを経由して第１排気ポンプ５Ａから排気される流れ、及び第２大気吸引口ｂから吸引された大気が第２バルブ３Ｂを通り、ヘリウム検出器４を経由して第２排気ポンプ５Ｂから排気される流れは、第１実施形態の準備・掃気運転と同様である。このようにして、初期状態におけるカバー２又は２Ａ〜２Ｄ内及びヘリウム検出器４内に定常流れを予め作っておく準備運転と、機器及び流路内のクリーンアップを図る掃気運転とが同時に行われる。

次に漏れ検査運転においては、第１実施形態と同様に第１及び第２バルブ３Ａ，３Ｂを切り替えて点線の矢印で示される流路を形成するようにする。こうして、カバー２又は２Ａ〜２Ｄ内に吸引された大気は、大部分は第３排気ポンプ５Ｃから排気されるが、その一部が第１バルブ３Ａ及び第２バルブ３Ｂを通り、ヘリウム検出器４を経由して第２排気ポンプ５Ｂから排気される。この過程で検査対象物１から漏れ出たトレーサガスが、吸引された大気中に含有するようになり検出器４によって検出される。このようにして、漏れ検査運転が行われる。検出器４内を流れる流量は、準備・掃気運転の段階と、漏れ検査運転の段階とで略同じ流量であるようにする。

第４実施形態においては、今回の検査対象から外す場合、例えば、検査部位１ｄを今回の検査対象から外す場合は、切替弁９Ｄを切り替えて図４において点線で示す流路を形成するようにする。これにより、カバー２Ｄに吸引された大気は、結合点Ｓを通って全て第３排気ポンプ５Ｃから排出されることになり、検査部位１ｄの漏れ検査が行われることはない。このようにして、切替弁９Ａ〜９Ｄを適宜切替操作することが、必要な検査部位１ａ〜１ｄが選択できる。

以上説明したように、本発明の気密漏れ検査方法及び装置においては、従来、（１）準備運転、（２）漏れ検査運転、（３）掃気運転の３段階であった工程を、（１）準備・掃気運転、（２）漏れ検査運転の２工程に統合してサイクルタイムの短縮を可能にすると共に、装置の能力向上を図ることができる。また、従来においては、５個のバルブを必要としていたものを、４ポートのボールバルブ２個で構成することができ、配管経路の簡略化・使用機器の低減及び制御の簡略化によるコストダウンが図れる。

本発明の第１実施形態の気密漏れ検査装置の全体構成を示す図である。 本発明の第２実施形態の気密漏れ検査装置の全体構成を示す図である。 本発明の第３実施形態の気密漏れ検査装置の全体構成を示す図である。 本発明の第４実施形態の気密漏れ検査装置の全体構成を示す図である。 従来の気密漏れ検査装置の全体構成を示す図である。

符号の説明

１…検査対象物
２，２Ａ〜２Ｄ…カバー
３Ａ，３Ｂ…第１及び第２バルブ
４…ヘリウム検出器（検出器）
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ…第１〜第３排気ポンプ
６Ａ…圧力計
６Ｂ…流量計
７Ａ…圧力制御機器
７Ｂ…流量制御機器
８…制御機器
９Ａ〜９Ｄ…切替弁

Claims (9)

1. 検査対象物中にトレーサガスを加圧封入し、大気圧下で該検査対象物からのトレーサガスの漏れを検査する気密漏れ検査方法において、この方法が以下の各段階、
   （１）準備・掃気運転時に、該検査対象物を囲むカバーから第１バルブを経由して第１排気ポンプに至る経路の流路系と、第１大気吸引口から第２バルブを経由して前記第１バルブを経て前記第１排気ポンプに至る経路の流路系と、第２大気吸引口から前記第２バルブを経由して検出器を経て第２排気ポンプに至る経路の流路系との３つの流路系が確立され、前記第１及び第２排気ポンプを駆動することによって、前記カバー内及び前記検出器の気体の定常流れを形成する準備運転と、検査後に気体の流路を形成する流路及び機器類のクリーンアップを図る掃気運転とが同時に行われる準備・掃気運転段階と、
   （２）検査運転時に、前記第１及び第２バルブの切り替え操作により、前記カバーから前記第１バルブ及び前記第２バルブとを経由して前記検出器を経て前記第２排気ポンプに至る経路の流路系が確立され、前記第２排気ポンプを駆動することによって、該検査対象物から漏れたトレーサガスを前記検出器に導入して漏れを検査する検査運転段階と、
   を具備することを特徴とする気密漏れ検査方法。
2. 請求項１に記載の気密漏れ検査方法を行うための気密漏れ検査装置が、検査対象物を囲むカバー、第１バルブ及び第１排気ポンプとから構成される流路系と、第１大気吸引口、第２バルブ、前記第１バルブ及び前記第１排気ポンプとから構成される流路系と、第２大気吸引口、前記第２バルブ、検出器及び第２排気ポンプとから構成される流路系との３つの流路系からなる準備・掃気運転のための流路系と、
   前記カバー、前記第１バルブ、前記第２バルブ、前記検出器及び前記第２排気ポンプとから構成される流路系からなる、検査対象物からのトレーサガスの漏れ検査運転のための流路系と、
   を有し、
   前記第１バルブ及び前記第２バルブを切り替えることにより、前記カバー内及び前記検出器内に気体の定常流れを発生させる掃気運転と、気体の流路系を形成する流路及び機器類をクリーンアップする掃気運転とを同時に行う、準備・掃気運転のための流路系から検査対象物から漏れたトレーサガスを検出器に導入して行う漏れ検査運転のための流路系に切り替えることができることを特徴とする気密漏れ検査装置。
3. 前記カバーが検査対象物の検査部位を囲うものであることを特徴とする請求項２に記載の気密漏れ検査装置。
4. 前記カバーが検査対象物全体を囲うものであることを特徴とする請求項２に記載の気密漏れ検査装置。
5. 前記カバーに接続する第３排気ポンプが更に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の気密漏れ検査装置。
6. 前記カバーが複数個並列に設けられていて、複数の検査部位を同時に検査することができることを特徴とする請求項２に記載の気密漏れ検査装置。
7. 並列配置の前記複数個のカバーがまとめられて、接続する第３排気ポンプが更に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の気密漏れ検査装置。
8. 前記複数個のカバーには、それぞれ個別に接続する切替弁が設けられていて、複数の検査部位の内の任意の検査部位及びその数が選択可能であることを特徴とする請求項６又は７に記載の気密漏れ検査装置。
9. 前記第１バルブ及び前記第２バルブが、４ポートボールバルブであることを特徴とする請求項２〜８のいずれか一項に記載の気密漏れ検査装置。

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