JP7058428B1 - エアリーク検査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】判定値が自動的に設定され、ユーザ側で判定値を設定する必要がないエアリーク検査方法及び装置を提供する。【解決手段】被検査体２のエアリークを検査して合否を判定するエアリーク検査方法において、複数の被検査体２のリークの有無を判断するステップと、リーク無しと判断した被検査体２のリーク流量を演算して記憶するステップと、直前の所定数のリーク流量Ｑの平均値を演算するステップと、被検査体２のリーク流量Ｑが平均値に基づく判定値内にあるときに合格と判定するステップと、を備える。平均値の演算に加えて、標準偏差σを演算し、リーク流量Ｑの判定値は、リーク流量Ｑが所定数に達するまでは、平均値の定数倍、リーク流量Ｑが所定数に達した後は、平均値＋標準偏差σの定数倍とする。【選択図】図１

Description

本発明は、真空機器、加圧機器、密封機器等の被検査体のリークの有無を検査するエアリーク検査方法及び装置に関する。

従来、１×１０^－３Ｐａ・ｍ^３/sec程度までの漏れを検査可能なエアリークデテクタと、１×１０^－１０Ｐａ・ｍ^３/sec程度までの小さな漏れを検査可能なリークデテクタとがある。特許文献１には、従来のエアリークデテクタと価格が同等以下で、扱いやすく、ヘリウムリークデテクタに近い精度で漏れを検査することができるエアリーク検査装置が本発明者により提案されている。

従来の検査装置では、被検査体が必要とする真空度に応じて、ユーザ側で判定値を設定する必要があった。しかし、温度、湿度等の次々変化する検査環境の雰囲気、被検査体に付着した油分、水分、被検査体に吸蔵したガス等の被検査体の状態等の外乱要因により、設定した判定値は必ずしも適正値ではなかった。また、判定値を固定する場合に、厳しい側に決めると偽リーク（疑リーク）が増え、緩い側に決めるとリークのすり抜けが増える、というジレンマに陥る。このジレンマは製造の検査工程全般の宿命的な問題であった。

特許第６２２８２８５号公報

本発明は、判定値が自動的に設定され、ユーザ側で判定値を設定する必要がないエアリーク検査方法及び装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明のエアリーク検査方法は、
（１）被検査体のエアリークを検査して合否を判定するエアリーク検査方法において、
複数の被検査体のリークの有無を判断するステップと、
リーク無しと判断した被検査体のリーク流量を演算し記憶するステップと、
前記リーク無しと判断した被検査体の直前の所定数のリーク流量の平均値と当該平均値に基づく判定値とを演算するステップと、
被検査体のリーク流量が前記平均値に基づく判定値未満であるときに合格と判定するステップと、
を備えることを特徴とする。

（２）前記平均値の演算に加えて、標準偏差σを演算し、
前記リーク流量の判定値は、リーク流量が所定数に達するまでは、平均値の定数倍、リーク流量が所定数に達した後は、平均値＋標準偏差σの定数倍であることが好ましい。

（３）前記リーク流量が所定数に達する前に判定した被検査体に対して、前記判定値を用いて合否を再判定することが好ましい。
（４）前記平均値の演算に加え、前記リーク流量の前記平均値に対する乖離量を演算し、
前記判定値は、前記平均値と同数であり、
前記被検査体のリーク流量が前記判定値未満であるときに合格と判定し、
前記被検査体のリーク流量が前記判定値以上であって、前記乖離量が所定値未満であるときに合格と判定するようにしてもよい。

（５）同一の被検査体に対して検査を反復して行うステップを備えることが好ましい。

（６）被検査体を取り付けないで、又は被検査体とリーク検査装置との接続を断続する弁を閉じた状態で、前記リーク検査装置のエアリークの有無を判断するステップを備えることが好ましい。

（７）前記被検査体のリークの有無を判断するステップは、
被検査体に接続された排気管と、前記排気管より細い径を有する排気細管とで前記被検査体を排気し、
所定時間後に前記被検査体の圧力が第１閾値に到達した後、前記排気管による排気を停止して前記排気細管のみで排気し、
前記被検査体の圧力が前記第１閾値より大きい第２閾値を越えるとリーク有りと判断し、前記被検査体の圧力が前記第２閾値未満であるとリーク無しと判断する、
ことが好ましい。

（８）前記リークの有無の判断の第１閾値は、固定値を用い、
前記リークの有無の判断の第２閾値は、１個目又は２個目の被検査体に対しては固定値を用い、２個目又は３個目以降の被検査体に対しては、リーク流量から逆算した圧力値に基づいて設定することが好ましい。

（９）本発明のエアリーク検査装置は、
排気管と、
排気管の一端に設けられ、被検査体に接続されるワークポートを有する吸気弁と、
排気管の他端に設けられ、真空ポンプに接続される排気ポートを有する排気弁と、
前記排気管の中間に設けられた遮断弁と、
前記遮断弁より上流側の前記排気管に設けられ、上流側排気細管接続ポートを有する開閉弁と、
前記遮断弁より下流側の前記排気管に設けられた下流側排気細管接続ポートと、
前記排気管より細い径を有し、前記上流側排気細管接続ポートと前記下流側排気細管接続ポートとを接続する排気細管と、
前記遮断弁より上流側で前記排気管に接続され、前記被検査体内の圧力を検出する圧力検出手段と、
複数の被検査体のリークの有無を判断するステップと、
リーク無しと判断した被検査体のリーク流量を演算して記憶するステップと、
前記リーク無しと判断した被検査体の直前の所定数のリーク流量の平均値と当該平均値に基づく判定値とを演算するステップと、
被検査体のリーク流量が前記平均値に基づく判定値未満であるときに合格と判定するステップと、を実行する制御手段とを備えることを特徴とする。

（１０）前記上流側排気細管接続ポートに前記排気細管を接続する方向と、前記下流側排気細管接続ポートに前記排気細管を接続する方向とが異なることが好ましい。

（１１）前記排気細管は透明又は半透明であることが好ましい。

（１２）前記排気ポートは、高真空用ポンプに接続される高真空用排気ポートと、低真空用ポンプに接続される低真空用排気ポートとを備えることが好ましい。

本発明によれば、リーク無しと判断した被検査体のリーク流量のうち、直前の所定数のリーク流量の平均値に基づく判定値が演算されるので、次々変化する検査環境や、リーク有りと判断した不良な被検査体の影響を受けない、最適な判定値が自動的に設定される。このため、ユーザ側で判定値を設定する必要がなくなり、最適な判定値により被検査体の検査の信頼性が高まる。また、被検査体の品番別に判定値を設定するという煩雑で膨大な作業も不要になり、量産化作業の大幅な削減にも寄与する。さらに、判定値を固定する場合に、厳しい側に決めると偽リーク（疑リーク）が増え、緩い側に決めるとリークのすり抜けが増える、というジレンマが無くなり、外乱要因の多い被検査体のリーク検査にきわめて有効であるという効果を有する。

本発明のエアリーク検査方法を実施する装置の系統図。 本発明のエアリーク検査装置の平面図（ａ）、断面図（ｂ）及び斜視図（ｃ）。 本発明のエアリーク検査方法のコースと工程を示す図。 エアリーク検査方法の動作を示すフローチャート。 図４に続くエアリーク検査方法の動作を示すフローチャート。 図５に続くエアリーク検査方法の動作を示すフローチャート。 図６に続くエアリーク検査方法の動作を示すフローチャート。 図７の変形例によるエアリーク検査方法の動作を示すフローチャート。 エアリーク検査装置内の各弁の開閉状態及び管内の流れを示す図。 図８に続くエアリーク検査装置内の各弁の開閉状態及び管内の流れを示す図。 図９に続くエアリーク検査装置内の各弁の開閉状態及び管内の流れを示す図。 低真空コースの低真空テスト工程と演算・判定工程の各弁の開閉状態及び管内の流れを示す図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に従って説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るエアリーク検査方法を実施するエアリーク検査装置１
の構成を示す。エアリーク検査装置１は、被検査体２のエアリークを検査して合否を判定するもので、排気管３、排気細管４ａ、４ｂ、圧力検出器５、温度検出器６、及び制御部７を備えている。

被検査体２は、エアリーク検査の検査対象である。本発明では、魔法瓶や真空ジャケット等の真空排気された空間を有する真空機器、圧力容器等の加圧空間を有する加圧機器、気密又は液密の密封部分を有する密封機器等、種々のものを検査対象とすることができる。図１は、真空排気される空間２ａに連通するチップ管２ｂが接続された真空容器を示している。

排気管３は、ステンレス鋼管からなり、８～１００ｍｍの内径を有する。排気管３の内径は、被検査体２の排気容積に応じて選定すればよいが、排気容量が１リットルの場合には２０～２５ｍｍである。排気管３は一端が被検査体２のチップ管２ｂに接続され、他端がロータリポンプ８ａ、分子ターボポンプ８ｂに接続されている。以下、これらのポンプ８ａ又は８ｂにより排気管３を介して被検査体２を排気する場合に、排気管４の排気方向の被検査体側を「上流側」、ポンプ側を「下流側」という。

排気管３の上流側端部は、２つに分岐され、一方には吸気弁ＶＷが接続され、他方にはガス供給弁ＶＧが接続されている。吸気弁ＶＷは、被検査体２が接続されるワークポート９を有している。吸気弁ＶＷとワークポート９の間から分岐する分岐管１０には、開放弁ＶＢが接続され、開放弁ＶＢは、大気導入ポート１１を有している。ガス供給弁ＶＧは、例えば窒素（Ｎ_２）、炭酸ガス（ＣＯ_２）、アルゴン（Ａｒ）等の清浄ガス源１２が接続されるガス導入ポート１３を有している。

排気管３の下流側端部は、２つに分岐され、一方には第１排気弁ＶＲが接続され、他方には第２排気弁ＶＭが接続されている。第１排気弁ＶＲは、ロータリーポンプ８ａが接続されるフランジ付き第１排気ポート１４ａを有している。第２排気弁ＶＭは、分子ターボポンプ８ｂが接続されるフランジ付き第２排気ポート１４ｂを有している。

排気管３の中間には遮断弁ＶＴが設けられている。排気管３の遮断弁ＶＴより上流側には、２つの分岐管１５ａ、１５ｂが設けられ、各分岐管１５ａ、１５ｂには、上流側排気細管第１接続ポート１６ａを有する第１開閉弁ＶＦ１、上流側排気細管第２接続ポート１６ｂを有する第２開閉弁ＶＦ２が接続されている。排気管３の遮断弁ＶＴより下流側には、下流側排気細管第１接続ポート１６ｃと下流側排気細管第２接続ポート１６ｄが設けられている。

遮断弁ＶＴより上流側の排気管３の容積は遮断弁ＶＴより下流側の排気管３の容積より小さくすることが好ましい。これにより、感度が向上するとともに、遮断弁ＶＴより上流側の排気管３に導入する窒素ガスの容量を減少することができ、窒素ガスの使用量を削減することができる。

排気細管４ａ、４ｂは、上流側排気細管第１接続ポート１６ａと下流側排気細管第１接続ポート１６ｃとの間に接続された第１排気細管４ａと、上流側排気細管第２接続ポート１６ｂと下流側排気細管第２接続ポート１６ｄとの間に接続された第２排気細管４ｂとからなる。第１排気細管４ａと第２排気細管４ｂは、シリコン樹脂、フッ素樹脂、ポリウレタン樹脂等からなる透明なチューブ、ステンレス鋼管または銅管からなり、排気管３よりも細く、１～６ｍｍの内径を有する。但し、排気細管４ａ、４ｂからのＨｅの透過が問題になるレベルの検査を行う場合は、銅などの金属製が好ましい。

第１排気細管４ａと第２排気細管４ｂは、同一の外径４．０ｍｍ、内径２．０ｍｍを有するが、長さが異なる。実施例では、第１排気細管４ａの長さは、３２４ｍｍ、第２排気細管４ｂの長さは、６４８ｍｍであるが、これに限るものではない。第１排気細管４ａと第２排気細管４ｂの長さを変えてコンダクタンスを異ならせることで、遮断弁ＶＴを閉じてリークテストを開始するとき、第１排気細管４ａと第２排気細管４ｂとを使用して排気することで、リークテストに要する時間を短縮することができる。

圧力検出器５は、排気管３の遮断弁ＶＴより上流側に設けた圧力検出ポート１７に接続されている。圧力検出器５として、ピラニ真空計、熱電対真空計等の真空計が用いられ、ピラニ真空計が好ましい。ピラニ真空計は、気体分子の衝突により熱を奪われた白金細線の抵抗値の変化から圧力を求めるものである。圧力検出器５は、排気管３内、すなわち、被検査体２の圧力（真空度）を検出して表示するとともに、後述する制御部７に検出圧力のデジタル値を出力する。

温度検出器６は、排気管３の遮断弁ＶＴより上流側に設けた温度検出ポート１８に接続されている。温度検出器６として、熱電対が用いられている。熱電対は、排気管３内の温度を検出して表示するとともに、後述する制御部７に検出温度のデジタル値を出力する。被検査体２に窒素ガスを導入して断熱圧縮させたときの排気管３の温度上昇を温度検出器６で検出し、この検出温度に相当する圧力変化に基づいてリーク判定結果を補正することができる。

制御部７は、シーケンス制御により、圧力検出器５、温度検出器６から出力される検出圧力、検出温度に基づいて、吸気弁ＶＷ、開放弁ＶＢ、ガス供給弁ＶＧ、第１排気弁ＶＲ、第２排気弁ＶＭ、遮断弁ＶＴ，第１開閉弁ＶＦ１、第２開閉弁ＶＦ２を開閉制御するとともに、被検査体２のリークの有無を判断して、表示部１９にリークの有無を表示する。

表示部１９には、準備中、準備完了、検査中をそれぞれ示す検査状態表示用ランプ２０ａ、２０ｂ、２０ｃと、ＮＧ１、ＮＧ２、ＮＧ３、ＯＫをそれぞれ示す検査結果表示ランプ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄが設けられている。

図２は、本発明のエアリーク検査装置１の外観を示す。エアリーク検査装置１の正面側には、ワークポート９、ガス導入ポート１３、上流側排気細管第１接続ポート１６ａ、上流側排気細管第２接続ポート１６ｂが設けられ、背面側には、第１排気ポート１４ａ、第２排気ポート１４ｂが設けられるとともに、下流側排気細管第１接続ポート１６ｃと下流側排気細管第２接続ポート１６ｄが設けられ、左側面側には、温度検出ポート１８、右側面側には、圧力検出ポート１７が設けられている。

下流側排気細管第１接続ポート１６ｃと下流側排気細管第２接続ポート１６ｄは背面側で上方に開口し、上流側排気細管第１接続ポート１６ａと上流側排気細管第２接続ポート１６ｂは正面側で手前方向に開口している。このため、上流側排気細管第１接続ポート１６ａと下流側排気細管第１接続ポート１６ｃの間に接続される第１排気細管４ａと、上流側排気細管第２接続ポート１６ｂと下流側排気細管第２接続ポート１６ｄの間に接続される第２排気細管４ｂの曲がりが多くなって、十分な長さを確保することができるとともに、上方から見やすい位置に配管することができる。このため、排気細管４ａ、４ｂの保守点検、交換作業が容易となる。

また、第１排気細管４ａ及び第２排気細管４ｂは、透明または半透明にすることで、排気細管４ａ、４ｂの汚れや詰まりを視認することができ、適切な時期に排気細管４ａ、４ｂの洗浄や交換を行うことができる。

さらに、排気ポート１４ａ、１４ｂは、低真空用ポンプであるロータリポンプ８ａに接続される低真空用の第２排気ポート１４ａと、高真空用ポンプである分子ターボポンプ８ｂに接続される高真空用の第１排気ポート１４ｂと、とを備えるので、ユーザは被検査体２が要求する真空度に応じて、高真空検査コースと、低真空検査コースのいずれでも選択して設定することができる。

次に、前記実施形態のエアリーク検査装置１によるエアリーク検査方法について説明する。

図３は、エアリーク検査工程の検査コース及び工程を示す。エアリーク検査装置１では、８つのコースを設定することができる。まず、高真空ポンプか低真空ポンプによって、高真空コースと低真空コースがある。また、高真空コースと低真空コースの各コースにおいて、断熱圧縮を真空排気の前後に行うコースＡ、ａ、断熱圧縮を真空排気の後に行うコースＢ、ｂ、断熱圧縮を真空排気の前に行うコースＣ、ｃ、断熱圧縮を行わないコースＤ、ｄの４つのコースがある。ユーザは、被検査体２が必要とする真空度に応じて、高真空コースが低真空コースを設定し、被検査体２の状態、検査環境の雰囲気等を考慮して、断熱圧縮を行うか否か、断熱圧縮を何時行うかによって、コースＡ～Ｄ、ａ～ｄのいずれかを設定することができる。エアリーク検査装置１の標準値（デフォルト値）としては、高真空ポンプを使用する高真空コースで、断熱圧縮を真空排気前に行うコースＣが設定されているが、所望のコースに変更することができる。

本実施形態のエアリーク検査工程は、被検査体２に付着した水分や油分、被検査体２の壁面に吸蔵したガスの影響を排除するために、断熱圧縮の回数や時期を設定することができるようにしている。
断熱圧縮は、清浄ガス源１２から排気管３を介して被検査体２に清浄ガスを導入する工程である。従来、真空ポンプにより被検査体を排気すると、断熱膨張により温度が低下し、その後に周囲の空気により加熱されて圧力が上昇していたが、一旦、被検査体２を１００Ｐａ以下に排気した後、１００,０００～１１０,０００Ｐａまで窒素（Ｎ_２）等の清浄ガスを導入することで、水、油、及び断熱膨張現象の影響を少なくできる。すなわち、清浄ガスの導入により、断熱圧縮を生じさせて被検査体２を加熱し、水、油を蒸発させて、排気する。

コースＡ、ａは、断熱圧縮を２回行うもので、水分や油が多い被検出体のリークテストに適している。
コースＢ、ｂは、真空排気後に断熱圧縮を行うもので、断熱圧縮前に水分を蒸発させることができるので、水分が多い被検査体に適している。
コースＣ、ｃは、真空排気前に断熱圧縮を行うもので、窒素ガスの節約が望まれる場合に適している。
コースＤ、ｄは、断熱圧縮を行わないもので、水分や油を含まない被検出体のリークテストに適している。

本実施形態のエアリーク検査工程は、被検査体２の検査時間を短縮するために、複数の段階でリークの有無を判断している。
すなわち、本実施形態のエアリーク検査工程では、１回目の真空排気１工程、２回目の真空排気１工程、真空排気２工程、テスト工程（リークテスト１）、テスト工程（リークテスト２）、演算・判定工程の６段階でリークの有無を判定する。１回目の真空排気１工程、２回目の真空排気１工程及び真空排気２工程では、検出圧力が５Ｐａ以上となる「漏れ大」の判定を行う。テスト工程（リークテスト１）とテスト工程（リークテスト２）では、検出圧力が５Ｐａ以上となる「漏れ中」の判定を行う。演算・判定工程では、直近の所定数のリーク流量の平均値と標準偏差に基づいて、「漏れ小」か「合格」かの判定を行う。このように、「漏れ大」や「漏れ中」の被検査体２を検査工程の早い段階で発見して、検査から外すことで、検査時間を短縮することができる。

本実施形態のエアリーク検査方法は、特許第６２２８２８５号明細書に記載の排気細管を用いるエアリーク検査方法を利用している。このエアリーク検査方法は、従来のエアリークデテクタと価格が同等以下で、扱いやすく、ヘリウムリークデテクタに近い精度で漏れを検査することができ、水や油をヘリウムリークデテクタの精度維持のために必要なレベルまで十分に除去できていない被検査体でも精度が低下したり、故障することがないエアリーク検査方法を提供することを課題としたものである。

従来のエアリークデテクタは、加圧又は吸引後に直ぐに弁を閉じるので、断熱圧縮又は断熱膨張の影響により大きな漏れ以外は圧力の変化に現れず、隠れてしまう。そこで、本発明者は、排気経路を遮断せずに、排気速度を大流量から微小流量に切り換えることで、微小流量よりも大きいリーク流量（リーク）を検出できるとの知見に基づくものである。

本実施形態のエアリーク検査方法は、排気管３と排気細管４ａ、４ｂとで被検査体２の排気を行い、圧力検出器５の圧力が第１閾値に到達した後、遮断弁ＶＴを閉じると、排気細管４ａ、４ｂのみで排気が継続される。排気細管４ａ、４ｂで排気される流量はそのコンダクタンスと排気細管４ａ、４ｂの両側の圧力とに依存する。被検査体２にリークがあり、そのリーク流量が排気細管４ａ、４ｂの排気速度より大きいと、排気管３の圧力が上昇する。リーク流量が小さいと、排気細管４ａ、４ｂから排気されるので、排気管３の圧力は上昇しない。圧力検出器５の圧力が第２閾値より大きいと、漏れ有り、第２閾値より小さいと漏れ無しと判断できる。

本実施形態のエアリーク検査方法によれば、排気管３より細い排気細管４ａ、４ｂによって被検査体２の小さなリーク流量を逃がし、大きなリーク流量による圧力の変化でリーク有りを検査でき、広範な産業分野における許容リーク流量を検査できるので、安価な真空ポンプを用いることができる。このため、従来のエアリークデテクタと価格が同等以下で、扱いやすく、ヘリウムリークデテクタに近い精度で漏れを検査することができ、微量の水や油の付着した被検査体２でも精度が低下したり、故障することがないという効果を有している。

ここで、排気細管４ａ、４ｂの径Ｄと長さＬの選定方法について説明する。排気中に管内を気体が流れるときに排気抵抗が生じるが、管の流れやすさ示すために、排気抵抗の逆数をとってこれをコンダクタンスという。コンダクタンスをＣ［ｍ^３/ｓ］、配管両端の圧力をＰ_１［Ｐａ］，Ｐ_０［Ｐａ］とすると、流量Ｑ［Ｐａ・ｍ^３/ｓ］は、次式で表される。

Ｑ＝Ｃ（Ｐ_１－Ｐ_０）・・（数１）

配管の気体の流れを粘性流領域とし、Ｐ＝（Ｐ_１＋Ｐ_０）/２［Ｐａ］、配管の径（内径）をＤ［ｍ］、配管の長さをＬ［ｍ］とすると、細くて長い配管のコンダクタンスＣ［ｍ^３/ｓ］は、次式で表される（千田裕彦、「粘性流領域における真空排気の理論計算とその応用」、２０１０年１月・ＳＥＩテクニカルレビュー・第１７６号、２頁参照）。

Ｃ＝１３４９Ｄ^４Ｐ/Ｌ・・(数２)

流量Ｑを被検査体２の許容できる流量とし、排気細管４ａ、４ｂの両端の圧力Ｐ１，Ｐ２を状況に応じて仮定し、排気細管４ａ、４ｂの径Ｄを固定すると、数１と数２から、排気細管４ａ、４ｂの長さＬを決定できる。また、排気細管４ａ、４ｂの長さＬを固定すると、排気細管４ａ、４ｂの径Ｄを決定できる。排気細管４ａ、４ｂの径Ｄ及び配管の長さＬが固定している場合には、許容流量Ｑを決定できる。

例えば、排気細管４ａ、４ｂの両端の圧力Ｐ１，Ｐ２を、それぞれ、１０Ｐａ，１Ｐａと仮定し、排気細管４ａ、４ｂとして、外径４ｍｍ、肉厚０．４５ｍｍ、長さ５０ｃｍを使用すると、
Ｐ＝(１０＋１)/２＝５．５［Ｐａ］
Ｄ＝(４－０．４５×２)×１０^－３＝３．１×１０^－３［ｍ］
Ｌ＝０．５［ｍ］
であるから、コンダクタンスＣ及び流量Ｑは、次の通りになる。

Ｃ＝１３４９×(３．１×１０^－３)^４×５．５/０．５
＝１．３７０×１０^－６［ｍ^３/ｓ］
Ｑ＝１．３７０×１０^－６×(１０－１)
＝１２．３３×１０^－６［Ｐａ・ｍ^３/ｓ］

この場合、流量Ｑ＝１２．３３×１０^－６［Ｐａ・ｍ^３/ｓ］を基準にして、リークの有無を検査できる。すなわち、本実施形態において、排気細管４ａ、４ｂの流量Ｑを超えるリーク流量があれば、排気細管４ａ、４ｂの被検査体２側の圧力Ｐ２の上昇（真空度の低下）がみられ、被検査体２にリーク（漏れ）があると判断できる。逆に、流量Ｑ以下のリーク流量があれば、排気細管４ａ、４ｂを通って排気されるので、排気細管４ａ、４ｂの被検査体２側の圧力Ｐ２の上昇（真空度の低下）がなく、被検査体２にリーク（漏れ）が無いと判断できる。

具体的には、テスト工程において、遮断弁ＶＴの遮断により排気管３による排気は停止するが、開閉弁ＶＦ１、ＶＦ２は開いているので、排気細管４ａ、４ｂによる排気は継続する。しかし、排気細管４ａ、４ｂの複合コンダクタンスは排気管３のコンダクタンスより小さいので、流量が制限される。遮断弁ＶＴを閉じた時点で、被検査体２に全くリークが無ければ、排気細管４ａ、４ｂ内は僅かに残る水や油の蒸発によるガスの流れのみとなり、圧力検出器５が検出する圧力は一定値を維持する。被検査体２にリークがあり、そのリーク流量が排気細管４ａ、４ｂの許容流量以下であれば、そのリーク流量は排気細管４ａ、４ｂを通ってポンプ８ａ、８ｂから排気されるので、圧力検出器５が検出する圧力の変化は小さい。また、被検査体２にリークがあり、そのリーク流量が排気細管５の許容流量以上であれば、そのリーク流量は排気細管４ａ、４ｂを通過しないため、被検査体２及び排気管３内の圧力の変化が大きくなる結果、圧力検出器５が検出する圧力は上昇する。

本実施形態のエアリーク検査方法は、テスト工程において、リーク無しと判断した被検査体２のリーク流量を演算して記憶し、演算・判定工程において、直前の所定数のリーク流量の平均値と標準偏差σを演算し、被検査体２のリーク流量が前記平均値と標準偏差σに基づく判定値内にあるときに合格と判定する。

すなわち、最初の被検査体２から順にリークテストを行い、リーク無しと判断した被検査体２が所定数（実施例では１０）となり、次にリーク無しと判断した被検査体２の演算・判定工程において、直前の１０のリーク流量の平均値と標準偏差σに基づく判定値によって、合否を判定する。

本実施形態のエアリーク検査方法によれば、リーク無しと判断した被検査体２のリーク流量のうち、直前の所定数のリーク流量の平均値と標準偏差σに基づく判定値が演算されるので、次々変化する検査環境や、リーク有りと判断した不良な被検査体２の影響を受けない、最適な判定値が自動的に設定される。このため、ユーザ側で判定値を設定する必要がなくなり、最適な判定値により被検査体２の検査の信頼性が高まる。

なお、この演算・判定工程における方法は、排気細管を用いるエアリー検査方法に適しているが、排気細管を用いない従来のエアリークテスタにも適用することができる。

以下のエアリーク検査方法の実施形態は、高真空コースで、断熱圧縮を真空排気の前後に行うコースＡについて、図４～７及び図８～１１を参照して説明する。なお、図８～１１において、ハッチングを附した弁は、当該弁が閉じていることを示し、ハッチングを附さない弁は、当該弁が開いていることを示す。

準備工程において、ステップ１では、図示しない準備スイッチがオンされると、ステップ２で、図８（ａ）に示すように、第１開閉弁ＶＦ１、第２開閉弁ＶＦ２、遮断弁ＶＴ、第１排気弁ＶＲを開いて、ロータリポンプ８ａにより排気管３内を排気する。ここで、開放弁ＶＢは開いておき、表示部１９に、準備中のランプ２０ａを点灯する。

ステップ３で、圧力検出器５の検出圧力Ｐ１が１０Ｐａ未満であるか否かを判断し、検出圧力Ｐ１が１０Ｐａ未満でなければ、排気を継続し、検出圧力Ｐ１が１０Ｐａ未満であれば、表示部１９に、準備完了のランプ２０ｂを点灯し、ワーク取付工程に移行する。

ワーク取付工程では、ステップ４で、被検査体２が取付けられ、ステップ５で図示しない始動スイッチがオンされると、断熱圧縮１工程に進む。

断熱圧縮１工程では、ステップ６で、図８（ｂ）に示すように、開放弁ＶＢを閉じ、第１開閉弁ＶＦ１、第２開閉弁ＶＦ２、遮断弁ＶＴを閉じ、第１排気弁ＶＲを開いたまま、吸気弁ＶＷ、ガス供給弁ＶＧを開いて、排気管３内及び被検査体２にＮ２ガスを導入する。表示部１９に、検査中のランプ２０ｃを点灯する。ステップ７で、圧力検出器５の検出圧力Ｐ１が１１万Ｐａ以上であるか否かを判断し、検出圧力Ｐ１が１１万Ｐａ以上でなければ、Ｎ２ガスの導入を継続し、検出圧力Ｐ１が１１万Ｐａ以上であれば、ステップ８で、ガス供給弁ＶＧを閉じ、排気管３内及び被検査体２の内部を断熱圧縮状態に置く。ステップ９で、検出圧力Ｐ１が１１万Ｐａ以上になってから２秒経過すれば、真空排気１工程に進む。

真空排気１工程では、ステップ１０で、図８（ｃ）に示すように、ガス供給弁ＶＧを閉じたまま、吸気弁ＶＷ、第１開閉弁ＶＦ１、第２開閉弁ＶＦ２、遮断弁ＶＴ、第１排気弁ＶＲを開いて、ロータリポンプ８ａにより、排気管３及び第１排気細管４ａ、第２排気細管４ｂを介して、被検査体２を真空排気する。ステップ１１で、真空排気開始から１０秒経過した否か判断し、１０秒経過していなければ、真空排気を継続する。１０秒経過すれば、ステップ１２で、圧力検出器５の検出圧力Ｐ１が５Ｐａ未満であるか否かを判断し、検出圧力Ｐ１が５Ｐａ未満でなければ、表示部１９に「漏れ大」のＮＧ１ランプ２１ａを点灯し、ステップ１に戻って、次の被検査体２の検査を開始する。検出圧力Ｐ１が５Ｐａ未満であれば、次の断熱圧縮２工程に進む。

断熱圧縮２工程では、ステップ１３で、図９（ａ）に示すように、第１開閉弁ＶＦ１、第２開閉弁ＶＦ２、遮断弁ＶＴを閉じ、第１排気弁ＶＲを開いたまま、吸気弁ＶＷ、ガス供給弁ＶＧを開いて、排気管３内及び被検査体２にＮ２ガスを導入する。表示部１９に、検査中のランプ２０ｃを点灯する。ステップ１４で、圧力検出器５の検出圧力Ｐ１が１１万Ｐａ以上であるか否かを判断し、検出圧力Ｐ１が１１万Ｐａ以上でなければ、Ｎ２ガスの導入を継続し、検出圧力Ｐ１が１１万Ｐａ以上であれば、ステップ１５で、ガス供給弁ＶＧを閉じ、排気管３内及び被検査体２の内部を断熱圧縮状態に置く。ステップ１６で、検出圧力Ｐ１が１１万Ｐａ以上になってから２秒経過すれば、真空排気１工程に進む。

真空排気１工程では、ステップ１７で、図９（ｂ）に示すように、ガス供給弁ＶＧを閉じたまま、吸気弁ＶＷ、第１開閉弁ＶＦ１、第２開閉弁ＶＦ２、遮断弁ＶＴ、第１排気弁ＶＲを開いて、ロータリポンプ８ａにより、排気管３及び第１排気細管４ａ、第２排気細管４ｂを介して、被検査体２を真空排気する。ステップ１８で、真空排気開始から１０秒経過した否か判断し、１０秒経過していなければ、真空排気を継続する。１０秒経過すれば、ステップ１９で、圧力検出器５の検出圧力Ｐ１が５Ｐａ未満であるか否かを判断し、検出圧力Ｐ１が５Ｐａ未満でなければ、表示部１９に「漏れ大」のＮＧ１ランプを点灯し、ステップ１に戻って、次の被検査体２の検査を開始する。検出圧力Ｐ１が５Ｐａ未満であれば、次の真空排気２工程に進む。

真空排気２工程では、ステップ２０で、図９（ｃ）に示すように、ガス供給弁ＶＧを閉じたまま、第１排気弁ＶＲを閉じ、吸気弁ＶＷ、第１開閉弁ＶＦ１、第２開閉弁ＶＦ２、遮断弁ＶＴ、第２排気弁ＶＭを開いて、分子ターボポンプ８ｂにより、排気管３及び第１排気細管４ａ、第２排気細管４ｂを介して、被検査体２を真空排気する。ステップ２１で、真空排気開始から１０秒経過した否か判断し、１０秒経過していなければ、真空排気を継続する。１０秒経過すれば、ステップ２２で、圧力検出器５の検出圧力Ｐ１が第１閾値（Ｐｓ１）である２Ｅ－２Ｐａ未満であるか否かを判断し、検出圧力Ｐ１が２Ｅ－２Ｐａ未満でなければ、表示部１９に「漏れ大」のＮＧ１ランプを点灯し、ステップ１に戻って、次の被検査体２の検査を開始する。検出圧力Ｐ１が２Ｅ－２Ｐａ未満であれば、次の高真空テスト工程に進む。

高真空テスト工程では、ステップ２３で、所定時間待機し、ステップ２４で、図１０（ａ）に示すように、吸気弁ＶＷを開き、供給弁ＶＧを閉じ、第１開閉弁ＶＦ１と第２開閉弁ＶＦ２を開き、第１排気弁ＶＲを閉じ、第２排気弁ＶＭを開いたまま、遮断弁ＶＴを閉じて、ステップ２５でリークテスト１を行う。ステップ２６で、リークテスト１開始から１０秒経過した否か判断し、１０秒経過していなければ、リークテスト１を継続する。１０秒経過すれば、ステップ２７で、圧力検出器５の検出圧力Ｐ１を第２Ａ閾値Ｐｓ２Ａと比較する。ここで、第２Ａ閾値Ｐｓ２Ａは、被検査体２が最初の１個目（Ｎ＝１）及び２個目（Ｎ＝２）の場合は、仮値として、Ｐｓ２Ａ＝５Ｐａとし、被検査体２が３個目以降（Ｎ＞２）の場合は、テスト済の被検査体２のリーク流量Ｑから演算で求めた後述する第２Ｂ閾値Ｐｓ２Ｂの９０％、すなわち、Ｐｓ２Ａ＝０．９Ｐｓ２Ｂとする。このように、１個目及び２個目の被検査体２に対しては仮値の５Ｐａを使用し、３個目の被検査体２に対してはテスト済の被検査体２の検査圧力Ｐ１に基づいて自動的に閾値を設定する。ここで、第２Ａ閾値Ｐｓ２Ａとして、２個目まで仮値を用いるのは、検査圧力Ｐ１の測定回数が２個以上でないとＰｓ２Ｂが使えないからである。検出圧力Ｐ１がＰｓ２Ａ未満であるか否かを判断し、検出圧力Ｐ１がＰｓ２Ａ未満でなければ、表示部１９に「漏れ中」のＮＧ２ランプ２０ｂを点灯し、ステップ１に戻って、次の被検査体２の検査を開始する。検出圧力Ｐ１がＰｓ２Ａ未満であれば、ステップ２８のリークテスト２に進む。

リークテスト２では、図１０（ｂ）に示すように、第１開閉弁ＶＦ１を閉じ、リークテスト２を行う。ステップ２９で、リークテスト２開始から１０秒経過したか否か判断し、１０秒経過していなければ、リークテスト２を継続する。１０秒経過すれば、ステップ３０で、圧力検出器５の検出圧力Ｐ１を第２Ｂ閾値Ｐｓ２Ｂと比較する。ここで、第２Ｂ閾値Ｐｓ２Ｂは、被検査体２が最初の１個目（Ｎ＝１）の場合は、仮値として、Ｐｓ２Ｂ＝５Ｐａとし、被検査体が２個目以降（Ｎ＞１）の場合は、テスト済の被検査体２のリーク流量Ｑから演算で求めたＰ１の平均値Ｐ１ｍの２倍、すなわち、Ｐｓ２Ｂ＝２ｘＰ１ｍとする。このように、１個目の被検査体２に対しては仮値の５Ｐａを使用し、２個目の被検査体２に対してはテスト済の被検査体２のリーク流量Ｑから求めたＰ１に基づいて自動的に閾値を設定する。検出圧力Ｐ１がＰｓ２Ｂ未満であるか否かを判断し、検出圧力Ｐ１がＰｓ２Ｂ未満でなければ、表示部１９に「漏れ中」のＮＧ２ランプ２０ｂを点灯し、ステップ１に戻って、次の被検査体２の検査を開始する。検出圧力Ｐ１がＰｓ２Ｂ未満であれば、ステップ３１で、リーク流量Ｑを演算し、ステップ３２でリーク流量Ｑを制御装置７の図示しないメモリに記憶する。

リーク流量Ｑは、リーク流量Ｑの演算値（Ｐａ・ｍ^３/ｓ）で、前述した式、Ｑ＝Ｃ（Ｐ_１－Ｐ_０）によって求めることができる。

ステップ３３で、図１０（ｃ）に示すように、吸気弁ＶＷ、ガス供給弁ＶＧを閉じ、第１開閉弁ＶＦ１、第２開閉弁ＶＦ２、遮断弁ＶＴを開き、排気弁ＶＲ，排気弁ＶＭを閉じ、開放弁ＶＢを開いて、被検査体２を大気に開放し、次の演算／判定工程に進む。

演算／判定工程では、ステップ３４で、直前の所定数以内（実施例では１０）のリーク流量Ｑの平均値と標準偏差σを演算し、ステップ３５で、リーク流量Ｑを判定値Ｑｊと比較する。ここで、判定値Ｑｊは、リーク流量Ｑが所定数（実施例では１０）記憶されるまでは、リーク流量Ｑの平均値の定数倍（実施例では２倍であるが、これに限るものではなく、１．２倍にすることもできる。）とし、リーク流量Ｑが所定数（実施例では１０）以上記憶された後は、直前の所定数のリーク流量Ｑの平均値＋標準偏差σの定数倍（実施例では３σであるが、これに限るものではない。）とする。リーク流量Ｑが、Ｑｊ未満でなければ、表示部１９に「漏れ小」のＮＧ３ランプ２１ｃを点灯し、ステップ１に戻って、次の被検査体２の検査を開始する。リーク流量ＱがＱｊ未満であれば、ステップ３６で、表示部１９に「合格」のＯＫランプ２１ｄを点灯し、ステップ１に戻って、次の被検査体２の検査を開始する。

前記実施形態では、リーク流量Ｑの判定値として、リーク流量Ｑの平均値の定数倍、又は直前の所定数のリーク流量Ｑの平均値＋標準偏差σの定数倍としたが、プラス乖離率を考慮することもできる。図７Ａは、このプラス乖離率を考慮した演算判定処理を示す。

図７Ａにおいて、ステップ３４の演算処理で、リーク流量Ｑの平均値（「移動平均」ともいう。）の演算に加えて、リーク流量Ｑの平均値に対する乖離量Ｄを演算する。ステップ３５では、リーク流量Ｑを判定値Ｑｊと比較する、ここで、判定値Ｑｊは平均値と同数である（Ｑj＝平均値）。ステップ３５で、リーク流量Ｑが判定値Ｑｊ（平均値）未満であれば、合格とし、ステップ３７に移行する。ステップ３５で、リーク流量Ｑが判定値Ｑｊ（平均値）以上であれば、ステップ３６で、乖離率Ｄと判定値Ｄｊと比較する。ここで、判定値Ｄｊは、例えば、Ｄｊ＝（リーク流量Ｑの直前Ｎ個の上限値－移動平均）×常数で設定することができる。ステップ３６で、乖離率Ｄが判定値Ｄｊ以上であれば、不合格とし、ステップ３６－１で、表示部１９に「漏れ小」のＮＧ３ランプ２１ｃを点灯し、ステップ１に戻って、次の被検査体２の検査を開始する。ステップ３６で、乖離率Ｄが判定値Ｄｊ未満であれば、合格とし、ステップ３７に移行する。ステップ３７では、表示部１９に「合格」のＯＫランプ２１ｄを点灯し、ステップ１に戻って、次の被検査体２の検査を開始する。

図１１は、低真空コースの低真空テスト工程と演算・判定コースを示すが、真空ポンプとしてロータリポンプを使用する以外は、実質的に低真空コースと同様であるので、説明を省略する。

前記実施形態のエアリーク検査方法によれば、リーク無しと判断した被検査体２のリーク流量のうち、直前の所定数のリーク流量の平均値と標準偏差σに基づく判定値が演算されるので、次々変化する検査環境や、リーク有りと判断した不良な被検査体２の影響を受けない、最適な判定値が自動的に設定される。このため、ユーザ側で判定値を設定する必要がなくなり、最適な判定値により被検査体２の検査の信頼性が高まり、判定値を不当に厳しくしたり、緩めたりする必要がなくなる。

前記実施形態において、所定数（実施例では１０）のリーク流量に達する前にリーク無しと判断した被検査体２、すなわち、ＮＧ１、ＮＧ２、又はＮＧ３と判断した被検査体２に対して、１１のリーク流量を用いて演算した判定値を用いて、合否を再判定することができる。これにより、検査の初期に不合格となった被検査体２でも、合格となる可能性があるので、疑不良品の数を低減することができるだけでなく、すり抜けも減少することができる。

前記実施形態において、漏れがない被検査体２でも、被検査体２又は検査装置１自身の汚れにより検査中の発生するガスによって漏れ有りと判断される恐れがある。そこで、同一の被検査体２に対して検査を反復して行うステップを備えることで、被検査体２又は検査装置１自身の汚れが１回目の検査で除去され、２回目の検査では被検査体２又は検査装置１自身の汚れの影響がなくなり、合格となる可能性があるので、不良品の数を低減することができる。

被検査体２を取り付けないで、又は被検査体２とリーク検査装置１との接続を断続する吸気弁ＶＷを閉じた状態で、前記実施形態のいずれかのコースの検査工程を実施して、リーク検査装置１自体のエアリークの有無を判断するステップを備えてもよい。これにより、リーク検査装置１自身のリークの影響がなくなり、被検査体２が合格となる可能性が増加し、不良品の数を低減することができる。また、検査の途中で生じた接続部の緩みによるリークをタイムリーに発見することにも寄与する。

本発明は、以上に実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で変更することができきる。

例えば、遮断弁ＶＴより上流側の排気管に放熱フィンを備えることにより、被検査体２に窒素ガスを導入して断熱圧縮させたときの排気管３の温度上昇と圧力の増加を防止することができる。

１…エアリーク検査装置
２…被検査体
３…排気管
４ａ、４ｂ…排気細管
５…圧力検出器
６…温度検出器
７…制御部
８ａ…ロータリポンプ
８ｂ…分子ターボポンプ
９…ワークポート
１０…分岐管
１１…大気導入ポート
１２…清浄ガス源
１３…ガス導入ポート
１４ａ…第１排気ポート
１４ｂ…第２排気ポート
１５ａ、１５ｂ…分岐管
１６ａ…上流側排気細管第１接続ポート
１６ｂ…上流側排気細管第２接続ポート
１６ｃ…下流側排気細管第１接続ポート
１６ｄ…下流側排気細管第２接続ポート
１７…圧力検出ポート
１８…温度検出ポート
１９…表示部
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ…検査状態表示ランプ
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ…検査結果表示ランプ
ＶＢ…開放弁
ＶＧ…ガス導入弁
ＶＷ…吸気弁
ＶＦ１…第１開閉弁
ＶＦ２…第２開閉弁
ＶＴ…遮断弁
ＶＲ…第１排気弁
ＶＭ…第２排気弁

Claims (12)

1. 被検査体のエアリークを検査して合否を判定するエアリーク検査方法において、
   複数の被検査体のリークの有無を判断するステップと、
   リーク無しと判断した被検査体のリーク流量を演算して記憶するステップと、
   前記リーク無しと判断した被検査体の直前の所定数のリーク流量の平均値と当該平均値に基づく判定値とを演算するステップと、
   被検査体のリーク流量が前記平均値に基づく判定値未満であるときに合格と判定するステップと、を備えることを特徴とするエアリーク検査方法。
2. 前記平均値の演算に加えて、標準偏差σを演算し、
   前記リーク流量の判定値は、リーク流量が所定数に達するまでは、平均値の定数倍、リーク流量が所定数に達した後は、平均値＋標準偏差σの定数倍であることを特徴とする請求項１に記載のエアリーク検査方法。
3. 前記平均値の演算に加えて、前記リーク流量の前記平均値に対する乖離量を演算し、
   前記判定値は、前記平均値と同数であり、
   前記被検査体のリーク流量が前記判定値未満であるときに合格と判定し、
   前記被検査体のリーク流量が前記判定値以上であって、前記乖離量が所定値未満であるときに合格と判定することを特徴とする請求項１に記載のエアリーク検査方法。
4. 前記リーク流量が所定数に達する前に判定した被検査体に対して、前記判定値を用いて合否を再判定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のエアリーク検査方法。
5. 同一の被検査体に対して検査を反復して行うステップを備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のエアリーク検査方法。
6. 被検査体を取り付けないで、又は被検査体とリーク検査装置との接続を断続する弁を閉じた状態で、前記リーク検査装置のエアリークの有無を判断するステップを備える請求項１から５のいずれかに記載のエアリーク検査方法。
7. 前記被検査体のリークの有無を判断するステップは、
   被検査体に接続された排気管と、前記排気管より細い径を有する排気細管とで前記被検査体を排気し、
   所定時間後に前記被検査体の圧力が第１閾値に到達した後、前記排気管による排気を停止して前記排気細管のみで排気し、
   前記被検査体の圧力が前記第１閾値より大きい第２閾値を越えるとリーク有りと判断し、前記被検査体の圧力が前記第２閾値未満であるとリーク無しと判断する、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のエアリーク検査方法。
8. 前記リークの有無の判断の第１閾値は、固定値を用い、
   前記リークの有無の判断の第２閾値は、１個目又は２個目の被検査体に対しては固定値を用い、２個目又は３個目以降の被検査体に対しては、リーク流量から逆算した圧力値に基づいて設定することを特徴とする請求項７に記載のエアリーク検査方法。
9. 排気管と、
   排気管の一端に設けられ、被検査体に接続されるワークポートを有する吸気弁と、
   排気管の他端に設けられ、真空ポンプに接続される排気ポートを有する排気弁と、
   前記排気管の中間に設けられた遮断弁と、
   前記遮断弁より上流側の前記排気管に設けられ、上流側排気細管接続ポートを有する開閉弁と、
   前記遮断弁より下流側の前記排気管に設けられた下流側排気細管接続ポートと、
   前記排気管より細い径を有し、前記上流側排気細管接続ポートと前記下流側排気細管接続ポートとを接続する排気細管と、
   前記遮断弁より上流側で前記排気管に接続され、前記被検査体内の圧力を検出する圧力検出手段と、
   複数の被検査体のリークの有無を判断するステップと、
   リーク無しと判断した被検査体のリーク流量を演算して記憶するステップと、
   前記リーク無しと判断した被検査体の直前の所定数のリーク流量の平均値と当該平均値に基づく判定値とを演算するステップと、
   被検査体のリーク流量が前記平均値に基づく判定値未満であるときに合格と判定するステップと、を実行する制御手段とを備えることを特徴とするエアリーク検査装置。
10. 前記上流側排気細管接続ポートに前記排気細管を接続する方向と、前記下流側排気細管接続ポートに前記排気細管を接続する方向とが異なることを特徴とする請求項９に記載のエアリーク検査装置。
11. 前記排気細管は透明又は半透明であることを特徴とする請求項９又は１０に記載のエアリーク検査装置。
12. 前記排気ポートは、高真空用ポンプに接続される高真空用排気ポートと、低真空用ポンプに接続される低真空用排気ポートとを備えることを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載のエアリーク検査装置。

Images