JPH05172686A

JPH05172686A - リークテスト装置と方法

Info

Publication number: JPH05172686A
Application number: JP33906791A
Authority: JP
Inventors: Koji Yagishita; 浩二柳下
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1991-12-20
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 1993-07-09

Abstract

(57)【要約】【目的】微少な漏れ量を通常市販のリーク検出装置を
使用して精度良く検出できるリークテスト装置を提供す
ること【構成】リークテスト系路を真空ポンプに夫々接続さ
れた粗引排気系と高真空排気系とで構成し、該高真空排
気系にその内部のガス分子を検出するリーク検出装置を
設けたリークテスト装置に於いて、該高真空排気系の上
流側に仕切バルブを介して真空チャンバーを設け、該真
空チャンバーに仕切バルブを介して高真空排気用真空ポ
ンプを接続する【効果】従来は行なえなかった被試験物の微少な漏れ
を検知レベルを上げて精度良く検出することができ、検
出装置の質量分析計は常時、高真空ないし超高真空状態
に置かれ、バックグランドも常に最低のレベルで安定
し、真空チャンバーを超高真空から極高真空にまで排気
する必要もない

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物品の気密性のテスト
のために使用されるリークテスト装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車のラジェーターや原子力設
備の配管等の気密性が要求される内部に空洞を有する物
品をリークテストすることは行なわれており、そのテス
ト方法として、例えば被試験物の内部を真空に排気し、
その外側からＨｅガスを吹き付け、その排気系にＨｅガ
ス分子が検出された場合、リークテスト品に漏れがある
と判定している。そのリークテスト装置は図１に示す如
く構成されており、被試験物ａがジョイントｂを介して
取付けられたリークテスト系路ｃを備え、該リークテス
ト系路ｃは、粗引バルブｄを介してロータリーポンプｅ
に接続された粗引排気系ｆと、メインバルブｇ、ターボ
分子ポンプｈ及び仕切バルブｉを介して前記真空ポンプ
ｅに接続された高真空排気系ｊとで構成され、該高真空
排気系ｊにその内部のガス分子を検出するリーク検出装
置ｋが設けられる。該検出装置ｋとしては、四重極質量
分析計や磁場偏向型質量分析計などの質量分析計が用い
られ、場合によっては、Ｈｅ専用の質量分析計を備えた
公知のいわゆるＨｅリークディテクターが用いられる。
ｌは検出装置ｋの部分の圧力を測定する真空計、ｍは被
試験物ａの内部の圧力を測定する真空計である。

【０００３】図１に示す装置は、被試験物に存在するわ
ずかな穴からの微小な漏れを検出することが可能であ
り、その手順は次のようにして行なわれる。まず、被試
験物ａを装置のジョイントｂに接続する。次に、仕切バ
ルブｉを閉じ、粗引バルブｄを開けてロータリーポンプ
ｅにより被試験物ａの内部を粗引する。その内部は、通
常、大気圧から１０^- ³〜１０^- ¹Ｔｏｒｒまで排気さ
れ、真空計ｍで圧力を確認する。続いて、粗引バルブｄ
を閉じ、仕切バルブｉを開け、更にメインバルブｇを開
ける。これにより、被試験物ａの内部およびこれに連な
る配管内がターボ分子ポンプｈで排気され、高真空にな
る。リーク検出装置ｋには、イオン源を備えた質量分析
計が組み込まれており、そのイオン源では、熱フィラメ
ントから飛び出る熱電子を電気的に加速し、その熱電子
が真空中の気体分子と衝突することにより各種のイオン
を発生する。そして発生した各種イオンを、磁場型、四
重極型等の原理によりイオンの質量数に応じて選別し、
特定のイオンの電流値のみを該検出装置ｋで検出するよ
うになっている。もし、或る組成のガスがイオン源付近
に存在するなら、その組成中のイオンのイオン電流値は
そこに存在するガス量（分圧）と比例する関係にあり、
従って、検出装置ｋへ被試験物ａから漏れてくるガスの
組成が分かっていれば、その組成のガスのイオン電流値
を検出することにより、漏れ量を測定できる。漏れ検出
のためのプローブガス（使用気体）には、通常、Ｈｅガ
スが使用される。メインバルブｇを開けた後、真空計ｌ
により検出装置ｋの作動が可能である圧力にまで排気さ
れたことを確認してから、該検出装置ｋの熱フィラメン
トを点灯する。この時点から、Ｈｅガス等のプローブガ
スに対する出力をモニターし、バックグランドが小さく
なり、出力がゼロ付近で安定するのを待つ。そして、被
試験物ａにＨｅガス等のプローブガスを吹き付けるか
（吹付け法）、あるいは被試験物ａをビニール等の袋状
のもので覆い、その中にプローブガスを充満させる（フ
ード法）。被試験物ａにわずかでも漏れがあれば、プロ
ーブガスが高真空排気系ｊに流れ込み、検出装置ｋにま
で達し、検出装置ｋからの出力が増大するので漏れの判
定を行なえる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のリークテスト装
置は、上記のように、被試験物ａから流れ込んだプロー
ブガスを、検出装置ｋの部分を排気している真空ポンプ
ｅ，ｈで直接引き込む構成になっている。これは、検出
装置ｋの質量分析計が１０^- ⁴Ｔｏｒｒ程度以下の圧力
でないと作動できないためであるが、流れ込んだプロー
ブガスが逐次排気されてしまい、微量の漏れの場合、プ
ローブガスの検出装置ｋの部分における濃度が稀薄にな
って検出装置ｋの質量分析計の検知感度では充分に精度
良く読取ったり表示できなくなる不都合があった。これ
を更に説明すると、ポンプｈの排気速度をＳ（ｌ／
ｓ）、テスト品ａの漏れ量をＱ（Ｔｏｒｒ・ｌ／ｓ）と
すると、検出装置ｋが設けられた高真空排気系ｊのプロ
ーブガスの分圧Ｐは、Ｐ＝Ｑ／Ｓとなる。通常、検出装
置ｋに設けられた質量分析計の最小検知分圧は１０^- ¹²
〜１０^- ¹³（Ｔｏｒｒ）であり、ポンプｈの排気速度は
数１０（ｌ／ｓ）である。仮に、質量分析計の最小検知
分圧を１×１０^- ¹³（Ｔｏｒｒ）、ポンプｈの排気速度
を５０（ｌ／ｓ）とすると、Ｑ＝Ｐ・Ｓ＝５×１０^- ¹²
（Ｔｏｒｒ・ｌ／ｓ）となる。こうした微少な漏れ量
は、市販されているＨｅリークディテクターの中で最高
レベルのものであれば検知可能な量であるとされている
ものの、この検出レベルは、アンプのフルレンジのフル
スケールに対して１〜２％の量にすぎず、従って、従来
のＨｅリークディテクターではこうした微少な漏れ量を
精度良く漏れ量を読取ったり表示したりするのが不可能
になる。更に、電気的ノイズ、温度ドリフト、排気系に
吸着されているプローブガスの再放出等を考慮すると、
上記リークテスト装置で検出できる被試験物ａからの漏
れ量の実用的限界は、１０^- ¹⁰（Ｔｏｒｒ・ｌ／ｓ）の
オーダーになってしまう。

【０００５】本発明は、微小な漏れ量を通常市販の質量
分析計やＨｅリークディテクター等のリーク検出装置を
使用して精度良く検出できるリークテスト装置と方法を
提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、リークテス
トの被試験物に接続されるリークテスト系路を真空ポン
プに夫々接続された粗引排気系と高真空排気系とで構成
し、該高真空排気系にその内部のガス分子を検出するリ
ーク検出装置を設け、該粗引排気系に設けた粗引バルブ
と高真空排気系に設けたメインバルブを順次に開閉して
該被試験物のリークテストを行なうようにしたものに於
いて、該高真空排気系の上流側に仕切バルブを介して真
空チャンバーを設け、該真空チャンバーに仕切バルブを
介して高真空排気用真空ポンプを接続することにより、
上記の目的を達成するようにした。リークテストは、上
記リークテスト系路に於いて、高真空に排気した上記真
空チャンバーを被試験物に連通させた状態で密閉し、被
試験物から流れてくるプローブガスを或る時間真空チャ
ンバー内に溜め込み、その後、該真空チャンバーを上記
高真空排気系と連通させて行なわれる。

【０００７】

【作用】リークテスト系路に被試験物を接続し、真空チ
ャンバー及びこれと被試験物を結ぶ系路を高真空乃至超
高真空（１０^- ⁷〜１０^- ⁹Ｔｏｒｒ）に排気する。そし
て、被試験物の外周面へＨｅガス等のプローブガスを吹
き付けるか（吹付け法）、あるいは被試験物の周囲をプ
ローブガスの雰囲気とする（フード法）。この状態で真
空チャンバーを排気している系のメインバルブを閉じ、
真空チャンバーを被試験物にのみ連通した密閉状態にす
る。被試験物に漏れがある場合、通常、リーク箇所を通
して真空チャンバー内へ流れ込むプローブガスの量は、
単位時間当り一定量になり、そのため、真空チャンバー
内のプローブガスの分圧は、時間に比例して増加する。
該真空チャンバーを密閉して或る程度の時間を保持した
後、仕切バルブを開いて高真空排気系に真空チャンバー
を接続すると、該真空チャンバーのガスが検出装置を構
成する質量分析計へ流れ込み、プローブガスの分圧が増
大した状態での測定が可能になる。従って、微小な漏れ
量であっても質量分析計で精度良く検出することができ
る。質量分析計に流れ込むプローブガスは、該質量分析
計が備える排気系で即時に排気され、また、被試験物の
交換時には、真空チャンバーと質量分析計とが隔絶され
ると共に真空チャンバーは専用の排気系で排気されるの
で、質量分析計に連なる系が常に高真空に保たれ、次の
被試験物の測定を迅速に行なえる。

【０００８】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づき説明すると、
図２に於いて、符号１は内部に中空部を有するリークテ
ストの被試験物、２はリークテスト装置３のリークテス
ト系路を示す。該リークテスト系路２は分岐した粗引排
気系４と高真空排気系５で構成され、該リークテスト系
路の一端には被試験物１が接続されるジョイント６が設
けられる。該粗引排気系４の途中には仕切バルブ７が設
けられ、その先端はロータリーポンプ８に接続される。
また高真空排気系５の途中にはメインバルブ９及び該排
気系５内の特定のガス分子の量を測定するための四重極
質量分析計や磁場偏向型質量分析計から成るリーク検出
装置１０とが設けられ、その先端はターボ分子ポンプ１
１及び仕切バルブ１２を介してロータリーポンプ１３に
接続される。

【０００９】以上の構成は従来のリークテスト装置も備
えるところであるが、本発明では、被試験物１の微少な
漏れ量を安定して検出するために、高真空排気系５のメ
インバルブ９よりも上流側に真空チャンバー１４を介在
させ、該真空チャンバー１４に仕切バルブ１５を介して
高真空に排気する能力のあるターボ分子ポンプ１６を接
続するようにした。該ターボ分子ポンプ１６は仕切バル
ブ１７を介して接続した前記粗引排気系４のロータリー
ポンプ８によりバックアップされる。１８は真空チャン
バーに設けられた電離真空計、１９は被試験物１内が大
気圧或いは被試験物１をロータリーポンプ８により粗引
きしている時に、真空チャンバー１４内の圧力を上昇さ
せないために設けた仕切バルブである。

【００１０】図示実施例の装置を使用してテスト品１の
漏れを検出する場合の作動を説明すると次の通りであ
る。被試験物１をジョイント６に取付けて該被試験物１
の内部の中空部をリークテスト系路２に連通させた後、
粗引排気系４の仕切バルブ７を開け、真空ポンプ８で１
０^- ²Ｔｏｒｒ台まで排気する。次いで該仕切バルブ７
を閉じ、仕切バルブ１５、１７、１９を開け、真空チャ
ンバー１４内を排気する。電離真空計１８により該真空
チャンバー１４内が充分に排気されたことを確認してか
ら、被試験物１の周囲を例えばフード法によりＨｅガス
雰囲気にする。この間、高真空排気系５のメインバルブ
９は閉じられているが、仕切バルブ１２は開かれ、ター
ボ分子ポンプ１１及びロータリーポンプ１３の組み合わ
せで構成された差動排気手段で該高真空排気系５の後方
部分を高真空に排気し続けているので、質量分析計１０
はいつでも作動できる状態にあり、該検出装置１０の質
量分析計をＨｅガスのみを検出できるように予め調整し
ておき、常時該高真空排気系５のＨｅガス分子を検出さ
せ続けるものとする。この後、仕切バルブ１５を閉じて
真空チャンバー１４が被試験物１内にのみ連通した状態
とし、この状態で例えば１０分間保持した後、メインバ
ルブ９を開けて真空チャンバー１４を検出装置１０に接
続する。もし、被試験物１に漏れがあるならば、該真空
チャンバー１４内には被試験物１から漏れたＨｅガスが
溜まり、時間に比例してその分圧が上がるので、微少な
漏れでも検出装置１０の質量分析計に対する検出レベル
が高まり、精度の良い検出を行なえる。該検出装置１０
の質量分析計は１０^- ⁴Ｔｏｒｒ以下の圧力空で作動す
るから、この圧力になるまでの間、真空チャンバー１４
内にＨｅガス等を溜め込める。尚、該ターボ分子ポンプ
１１には５０ｌ／ｓ程度の排気量の小型のものが使用で
きる。

【００１１】真空チャンバー１４は仕切バルブ１９によ
り外部と遮断されるので、被試験物１の交換の際に真空
チャンバー１４内が大気で汚染されることがなく、ま
た、真空チャンバー１４からの放出ガスを真空ポンプ１
６、８で排除でき、真空チャンバー１４内に被試験物１
から漏れるガスを溜め込むときに放出ガスの分圧が小さ
くなり、リークテストを迅速に正確に行なえて有利であ
る。

【００１２】これを更に説明すれば、被試験物１にＱ
（Ｔｏｒｒ・ｌ／ｓ）の漏れがあると、真空チャンバー
１４内をポンプ１６、８でＳ（ｌ／ｓ）の排気速度で排
気している時のプローブガスの分圧Ｐ（Ｔｏｒｒ）は、
前記したようにＰ＝Ｑ／Ｓとなるが、真空チャンバー１
４を被試験物１のみに連通した密閉状態にすると、該真
空チャンバー１４内のプローブガスの分圧Ｐ´（Ｔｏｒ
ｒ）は、Ｐ´＝Ｑ／Ｖ×ｔとなる。ここで、ｔは真空チ
ャンバー１４を密閉している時間（ｓｅｃ）、Ｖは真空
チャンバー１４の容積（ｌ）である。この分圧Ｐ´を真
空チャンバー１４を排気しているときのプローブガスの
分圧Ｐと比較すると、Ｐ´／Ｐ＝Ｓ／Ｖ×ｔとなり、密
閉状態としている時間が長くなる程増大することが分か
る。

【００１３】従って、或る程度の時間、密閉状態を保持
した後、メインバルブ９を開けると、真空チャンバー１
４内のガスが高真空排気系５の検出装置１０を設けた部
分へ流れ込み、プローブガスの分圧が増大した状態で検
出装置１０による検出を行なえることになる。また、検
出装置１０に導入されたガスは、検出装置１０の質量分
析計が備える排気系で即時に排気され、被試験物１の交
換時には、真空チャンバー１４と検出装置１０とが隔絶
されると共に真空チャンバー１４はポンプ１６、８で構
成された専用の排気系で排気されるので、検出装置１０
に連なる系が常に高真空に保たれ、次の被試験物の測定
を迅速に行なえる。

【００１４】本発明装置の効果の確認のために、ジョイ
ント６に被試験物の代わりに２．５×１０^- ⁹Ｔｏｒｒ
・ｌ／ｓの微少な漏れ量の標準リークを取付けて実験し
た結果は図３に示す如くであった。同図のＡがメインバ
ルブ９を開いて検出装置１０へガスを導入した瞬間に該
検出装置１０の質量分析計で検出された検出量、Ｂが真
空チャンバー１４から連続的に高真空排気系５で排気さ
れているときの検出装置１０の質量分析計での検出量
で、この検出量は図１に示す従来装置でリークテストし
たときの状態に相当する。また、Ｃはメインバルブ９が
開かれていないときの検出装置１０での検出量で、バッ
クグランドレベルである。同図の縦軸は疑似対数でＨｅ
のイオン電流値が表されている。

【００１５】Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれ２×１０^- ⁹Ａ、
７×１０^- ¹²Ａ、３×１０^- ¹³Ａとなり、これより従来
の装置では、Ｃ／Ｂ×Ｑ＝１×１０^- ¹⁰Ｔｏｒｒ・ｌ／
ｓの検知レベルにとどまるが、本発明の装置では検知レ
ベルが図のＡになるため、従来の装置よりもＡ／Ｂ＝２
９０倍の感度の向上が１０分間の真空チャンバー１４へ
の溜め込み時間で達成でき、この１０分間の溜め込みに
よる検知レベルはＣ／Ａ＝３．８×１０^- ¹³Ｔｏｒｒ・
ｌ／ｓとなる。

【００１６】この実験のときの真空チャンバー１４の圧
力（到達圧力）は、メインバルブ９を開く前には１０^-
⁷Ｔｏｒｒ台で、該真空チャンバー１４を密閉状態とし
て１０分間溜め込みをした後の圧力は１×１０^- ³Ｔｏ
ｒｒであった。到達圧力を１０^- ⁸〜１０^- ⁹Ｔｏｒｒ台
とし、溜め込み時間を長くすれば、検知レベルを向上さ
せることができる。被試験物に大きな漏れがあるかどう
かを知るために、真空チャンバー１４を密閉して溜め込
みを行なう前に、メインバルブ９を一時的に開いて検出
装置１０でＢのレベルを検知しておくようにしてもよ
い。

【００１７】真空チャンバー１４を密閉してそこにＨｅ
のプローブガスの溜め込みを行なうときに、プローブガ
ス以外のガスが流入してその圧力を高めてしまうことが
考えられるが、このような場合には、該真空チャンバー
１４に液体窒素トラップやカートリッジポンプ等のＨｅ
に対する排気速度が小さいポンプを仕切バルブを介して
取付けておき、このポンプを真空チャンバー１４に上記
溜め込みを行なうときに作動させるようにすれば、溜め
込み時間を更に長くすることができる。リークテスト系
路２に設けられるジョイント６を複数にすれば、複数の
被試験物を同時に或いは順次に短時間でリークテストで
きるようになる。メインバルブ９や仕切バルブを自動操
作で開閉させることも可能である。また、真空チャンバ
ー１４に仕切バルブを介して標準リークを取付けておけ
ば、溜め込み時間と検知レベルの関係が測定でき、漏れ
量の定量測定を行なえる。

【００１８】

【発明の効果】以上のように本発明の装置によれば、リ
ークテスト系路を粗引排気系と高真空排気系とで構成
し、該高真空排気系にその内部のガス分子を検出する検
出装置を設けるようにしたリークテスト装置に於いて、
該高真空排気系の上流側に仕切バルブを介して真空チャ
ンバーを設け、該真空チャンバーに仕切バルブを介して
高真空排気用真空ポンプを接続したので、従来は行なえ
なかった被試験物の微少な漏れを検知レベルを上げて精
度良く検出することができ、検出装置の質量分析計は常
時、高真空ないし超高真空状態に置かれ、バックグラン
ドも常に最低のレベルで安定するので、真空チャンバー
を超高真空から極高真空にまで排気する必要もなく、リ
ークテストされた物品の漏れに対する信頼性を向上させ
得る等の効果がある。また、本発明の方法によれば、高
真空に排気した上記真空チャンバーを被試験物に連通さ
せた状態で密閉し、被試験物から流れてくるプローブガ
スを或る時間溜め込み、その後、該真空チャンバーを上
記高真空排気系と連通させて該被試験体のリークテスト
を行なうので、プローブガスの分圧が増大した状態での
測定が可能になり、微小な漏れ量であっても質量分析計
で精度良く検出することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例の説明図

【図２】本発明の実施例の説明図

【図３】本発明の装置による測定結果の線図

【符号の説明】

１被試験物２リークテスト
系路４粗引排気系５高真空排気系６ジョイント７仕切バルブ８真空ポンプ９メインバルブ１０リーク検出装置１３真空ポンプ１４真空チャンバー１５仕切バルブ１６高真空ポンプ１７仕切バルブ１９仕切バルブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リークテストの被試験物に接続されるリ
ークテスト系路を真空ポンプに夫々接続された粗引排気
系と高真空排気系とで構成し、該高真空排気系にその内
部のガス分子を検出するリーク検出装置を設け、該粗引
排気系に設けた粗引バルブと高真空排気系に設けたメイ
ンバルブを順次に開閉して該リークテスト品のリークテ
ストを行なうようにしたものに於いて、該高真空排気系
の上流側に仕切バルブを介して真空チャンバーを設け、
該真空チャンバーに仕切バルブを介して高真空排気用真
空ポンプを接続したことを特徴とするリークテスト装
置。
【請求項２】上記リークテスト系路に於いて、高真空
に排気した上記真空チャンバーを被試験物に連通させた
状態で密閉し、被試験物から流れてくるプローブガスを
或る時間真空チャンバー内に溜め込み、その後、該真空
チャンバーを上記高真空排気系と連通させて該被試験体
のリークテストを行なうことを特徴とするリークテスト
方法。
【請求項３】上記リークテスト系路の先端には複数の
ジョイントを備えて複数の被試験物を接続可能に構成さ
れていることを特徴とする請求項１に記載のリークテス
ト装置。
【請求項４】上記真空チャンバーに仕切バルブを介し
て標準リークを取付けたことを特徴とする請求項１に記
載のリークテスト装置。
【請求項５】上記真空チャンバーに上記高真空ポンプ
の他に仕切バルブを介してＨｅの排気速度の小さいポン
プを取付けたことを特徴とする請求項１に記載のリーク
テスト装置。