JPH0815078A

JPH0815078A - 複合分子ポンプを使用した漏洩探知装置

Info

Publication number: JPH0815078A
Application number: JP6148228A
Authority: JP
Inventors: Eijiro Ochiai; 英二郎落合; Akio Umezawa; 明雄梅澤
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1994-06-29
Filing date: 1994-06-29
Publication date: 1996-01-19
Anticipated expiration: 2012-09-17
Also published as: DE19523430A1; DE19523430C2; US5561240A; JP2655315B2

Abstract

(57)【要約】【目的】容量の大きい検査物の漏洩探知を短時間に開始
できると共にその検出感度および反応速度が良く操作の
容易な漏洩探知装置を提供する【構成】分析管１に複合分子ポンプ２及びフォアバルブ
３を介して補助真空ポンプ４を接続し、検査物７に接続
されるテストポート６からの排気管路８を分岐してその
各分岐管路９を該複合分子ポンプの圧縮比の異なる位置
に夫々接続し、各分岐管路に開閉弁１０を介在させた【効果】交代で各分岐管路を開いて検査物の容量やその
放出ガスに左右されずに漏洩探知を迅速に行え、しかも
迅速にクリーンアップを行えるから多数の検査物の漏洩
探知を能率良く行えると共に良好な検出感度が得られ、
経験がなくとも適切な漏洩探知を行え、その構成も比較
的簡単で安価に製作できる

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍機に使用されてい
るコンプレッサー、コンデンサその他の気密を要する機
器のガス漏れを複合分子ポンプを使用して検査する漏洩
探知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、コンプレッサー等の検査物をヘリ
ウム雰囲気に置き或いはヘリウムガスを吹き付け、該検
査物の内部を図１、２に示すような質量分析型の漏洩探
知装置に接続してその内部に漏れ箇所から漏洩するヘリ
ウムガスを検出することにより検査物の漏洩を探知する
ことが行われている。図１の漏洩探知装置は、直接導入
式のもので、検査物ａに漏れがあった場合、該検査物ａ
の内部に漏れたヘリウムガスは、テストポートｂより開
閉弁ｃ、分析管ｄ、ターボ分子ポンプｅ、補助真空ポン
プｆを介して外部へと排気され、該分析管ｄに於いてヘ
リウムガスが検出されるが、この装置ではテストポート
ｂに導入されたヘリウムガスが排気される経路内に分析
管ｄがあるため、検出感度が高く得られ、ヘリウムガス
に対する反応速度も速い。

【０００３】また、図２の漏洩探知装置は、逆拡散式の
もので、ヘリウムガスの分子運動の特徴を利用してお
り、検査物ａの内部に漏れた該ガスは、テストポートｂ
から粗引きバルブｇ及び補助真空ポンプｆへ排気され、
その途中で該ガスの一部がターボ分子ポンプｅを介して
分析管ｄへと逆拡散し、分析管ｄに於いて質量分析され
る。この逆拡散現象は、ターボ分子ポンプ自体の持つ圧
縮比が、ヘリウムガスのような小さく軽い分子に対し小
さいということが原因で起きる現象である。この装置で
は、検査物ａの内部の圧力が１００Ｐａ程度まで排気で
きれば測定が可能であるため、漏洩探知開始までの粗引
き時間が短くて済むという利点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１の直接導入式の装
置では、質量分析に必要な分析管ｄ内の圧力（１０^-3Ｐ
ａ）と検査物ａの内部圧力が同じになるため、検査物ａ
内の圧力を測定可能圧力にするまで時間がかかり、大き
な容量の検査物の漏洩探知には適さない。また、図２の
逆拡散式のものは、漏洩探知の開始までの時間は短い
が、その排気系の特性上、直接導入式のものよりも検出
感度および反応速度が劣る欠点がある。これらの装置は
いずれも一長一短で、漏洩探知に直接導入式を選ぶか逆
拡散式を選ぶかの選択は、作業者の経験に頼っており、
各種の検査物の漏洩探知の経験がなければ適切な選択を
行えなかった。

【０００５】本発明は、容量の大きい検査物の漏洩探知
を短時間に開始できると共にその検出感度および反応速
度が良く操作の容易な漏洩探知装置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、この目的を
達成するために、分析管に複合分子ポンプ及びフォアバ
ルブを介してロータリーポンプその他の補助真空ポンプ
を接続し、検査物に接続されるテストポートからの排気
管路を分岐してその各分岐管路を該複合分子ポンプの圧
縮比の異なる位置に夫々接続し、各分岐管路に開閉弁を
介在させるようにした。該テストポートからの排気管路
に真空計を設け、該真空計を上記の各開閉弁にコントロ
ーラーを介して接続し、該真空計で検出される圧力の変
化に伴い該複合分子ポンプの圧縮比の異なる位置に接続
した分岐管路の開閉弁を順次に該コントローラーからの
信号で開閉することにより、自動操作が可能になり、分
析管に回転数の切換可能な複合分子ポンプ及びフォアバ
ルブを介してロータリーポンプその他の補助真空ポンプ
を接続し、検査物に接続されるテストポートからの排気
管路に真空計を設け、該排気管路を第１分岐管路乃至第
３分岐管路の３本に分岐して各分岐管路に開閉弁を介在
させ、第１分岐管路を該複合分子ポンプの圧縮比の低い
位置に接続し、第３分岐管路を該フォアバルブを介して
該複合分子ポンプの圧縮比の最も高い位置に接続し、こ
れらの中間の圧縮比の位置に第２分岐管路を接続し、該
真空計で検出した圧力が高域にあるときは該第３分岐管
路のみを開き、その圧力が中域にあるときは第２分岐管
路のみを開き、その圧力が低域にあるときは第１分岐管
路のみを開くことによっても、上記の目的を達成でき
る。

【０００７】

【作用】各開閉弁を閉じ、フォアバルブ及びベントバル
ブを開き補助真空ポンプ及び複合分子ポンプを作動させ
た初期状態に於いてヘリウム雰囲気中に置かれた検査物
をテストポートに接続して該検査物の漏洩探査が開始さ
れる。まず、フォアバルブ及びベントバルブを閉じ、次
いで複合分子ポンプの圧縮比の最も大きい位置に接続し
た分岐管路（第３分岐管路）の開閉弁を開く。これによ
り該分岐管路内と検査物内が補助真空ポンプにより排気
され、その圧力が例えば１０００Ｐａになり分析管に於
ける質量分析可能な１０^-3Ｐａを維持できる圧力になっ
たとき、フォアバルブを開き、グロスリークテストが行
われる。このテストでは、該検査物内のガスの大部分
は、該分岐管路から補助真空ポンプへと流れるが、該検
査物に大きな漏れがあってその内部へヘリウムガスの大
量の侵入があると、ガス中のヘリウム分子が複合分子ポ
ンプの排気方向とは逆方向に拡散して分析管で検出され
る。

【０００８】もし、検査物の漏れがないか或いはわずか
な漏れであるときは、ガス中のヘリウムの量もわずかで
あるからこのグロスリークテストで漏れを判断できな
い。この場合、該補助真空ポンプの排気を続行すること
により分岐管路内及び検査物内の圧力を例えば一桁上の
１００Ｐａに低下させ、それまでの分岐管路（第３分岐
管路）の開閉弁を閉じると共に複合分子ポンプの圧縮比
が次ぎに大きい位置に接続した分岐管路（第２分岐管
路）の開閉弁を開き、ミドルリークテストを行う。この
時には、検査物および分岐管路の圧力が低いため、その
内部へ漏れ込んだヘリウムガスの割合が多くなってお
り、複合分子ポンプを逆拡散して分析管でヘリウムガス
分子を捕捉することは容易である。また、排気速度の速
い複合分子ポンプの機能の一部を利用して検査物の排気
を行うので、短時間でこのミドルリークテストを済ます
ことができる。

【０００９】極わずかな漏れの存在或いは漏れのないこ
との確認は、分岐管路内及び検査物内の圧力を更に一桁
上の１０Ｐａに低下させ、それまでの分岐管路（第２分
岐管路）の開閉弁を閉じると共に複合分子ポンプの圧縮
比の小さい位置に接続した分岐管路（第１分岐管路）の
開閉弁を開いたファインリークテストで行う。この時は
更にヘリウムガスの割合が高まっているので、極わずか
な漏れを発見でき、分析管での検出が全く見られないと
きは検査物の漏れがないと判断できる。この時も、排気
速度の速い複合分子ポンプの機能の一部を利用して検査
物の排気を行うので、短時間でファインリークテストを
済ますことができる。

【００１０】各分岐管路を交代で接続することにより、
複合分子ポンプのフォア側の圧力が比較的高い圧力であ
っても漏れを発見することが可能であり、従来のように
フォア側の圧力を所定の低い圧力にまで排気してから漏
洩探知を開始する必要がなくなるから、容量の大きい検
査物の漏洩探知の開始時間が短縮され、開閉弁の操作で
その検出感度および反応速度が向上させることが出来、
精度の高い漏洩探知を行え、開閉弁の制御を真空計と連
動させて自動的に行えるから作業性も向上し、各種検査
物に対する漏洩探知の経験も不要になる。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づき説明すると、
図３に於いて符号１は質量分析管を示し、該分析管１内
を１０^-3Ｐａの高真空に排気するためにその前方に複合
分子ポンプ２及びフォアバルブ３を介してロータリーポ
ンプ等の補助真空ポンプ４が主管路５により接続され
る。該複合分子ポンプ２は、公知のもので、例えば図４
に示すように、分析管１への接続口２ａ及び主管路５へ
の接続口２ｋを設けたポンプケーシング２ｂ内にターボ
分子ポンプ部２ｃとドラックポンプ部２ｄとを備え、各
ポンプ部を構成するロータ２ｅ、２ｆをモータ２ｇで回
転される共通の回転軸２ｈに取り付けると共に各ポンプ
部を構成するステータ２ｉ、２ｊをケーシング２ｂ内に
取り付け、該モータ２ｇの回転でポンプ部が作動すると
接続口２ａから２ｋへガスを排気する。該ドラッグポン
プ部２ｄは、回転軸２ｈの軸方向の３重の円筒体から成
るロータ２ｆと、各ロータ２ｆ間に介入した周面に螺旋
溝２ｌを有する２個のステータ２ｊで構成され、ターボ
分子ポンプ部２ｃで排気されたガスは、ドラッグポンプ
部２ｄの螺旋溝２ｌにより主管路５へと排気される。該
複合分子ポンプ２は、該ドラッグポンプ部の代わりにタ
ーボ分子ポンプ部を設け、或いはねじ溝ポンプを設けた
構成であってもよい。

【００１２】６は冷凍機のコンプレッサーやコンデンサ
等の気密性を必要とする機器の検査物７の内部を接続す
るテストポートで、該テストポート６から延びる排気管
路８を分岐してその各分岐管路９を該複合分子ポンプ２
の圧縮比の異なる位置に夫々開閉弁１０を介して接続し
た。図示の例では、該分岐管路９を第１乃至第３分岐管
路９ａ、９ｂ、９ｃの３本に分岐させたもので、各分岐
管路に夫々第１乃至第３開閉弁１０ａ、１０ｂ、１０ｃ
を介在させ、第１分岐管路９ａを複合分子ポンプ２の２
５００の圧縮比が得られるターボ分子ポンプ部２ｃとド
ラッグポンプ部２ｄの中間の位置に接続し、第２分岐管
路９ｂを１５０００の圧縮比が得られる該ドラッグポン
プ部２ｄの途中の位置に接続し、更に第３分岐管路９ｃ
を１５００００の圧縮比が得られる位置に接続した。

【００１３】分析管１はその内部の圧力が１０^-3Ｐａ以
下でないと平均自由行程の関係より正確な分析を行えな
いものであるが、上記したような複合分子ポンプ２の位
置に接続することで、第１分岐管路９ａの圧力の最大が
２５Ｐａ、第２分岐管路９ｂの圧力の最大が１５０Ｐ
ａ、第３分岐管路９ｃの圧力が１５００Ｐａであっても
分析管１の内部圧力を１０^-3Ｐａに維持できる。図２に
示した従来のものでは、分析管内の圧力を１０^-3Ｐａに
維持するためには、ターボ分子ポンプの背圧側の圧力の
最大を約１００Ｐａにする必要があるが、本発明の場
合、上記のような接続で約１桁高い圧力であってもカウ
ンターフローが得られて漏洩探知を行える。また、本発
明の場合、ヘリウムガスに対する圧縮比は、第１分岐管
路９ａが２５、第２分岐管路９ｂが１５０、第３分岐管
路９ｃが１５００となり、その圧縮比の相違によって各
分岐管路のカウンターフローの特性が異なり、圧縮比の
小さい第１分岐管路９ａでは、図１の直接導入式の場合
と略同等の検出感度が得られる。実際の漏洩探知では、
第１分岐管路９ａでは１０^-11〜１０^-7Ｐａ・ｍ³／se
c 、第２分岐管路９ｂでは１０^-10〜１０^-6Ｐａ・ｍ³
／sec 、第３分岐管路９ｃでは１０^-8〜１０^-4Ｐａ・ｍ
³／sec の検出感度が得られ、１０^-11〜１０^-4Ｐａ・
ｍ³／sec の広範囲の漏洩探知が可能である。

【００１４】また、テストポート６に於ける排気速度に
関しても、図２のような従来の逆拡散式では、ロータリ
ーポンプ等の補助真空ポンプの排気速度に依存している
ため、５ｌ／min 程であるのに対し、第１、第２分岐管
路９ａ、９ｂは複合分子ポンプ２の機能、すなわちドラ
ッグポンプ部の機能を利用しているため、第１、第２分
岐管路９ａで夫々５ｌ／sec 、３ｌ／sec と約１０倍の
排気速度が得られ、実効排気速度でも従来より数倍は向
上する。そのため、図５の曲線Ａで示すようにクリーン
アップの時間が約２０sec に短縮することができ、曲線
Ｂで示した従来のクリーンアップ時間１１６sec よりも
大幅に短縮できる。尚、このクリーンアップ時間は、テ
ストポート６より１×１０^-2Ｐａ・ｍ³／sec のヘリウ
ムガスを一旦導入し、これを止めてヘリウムの残査がな
くなるまでの時間を測定したものである。

【００１５】該排気管路８には、その圧力を検出するた
めにピラニ真空計その他の真空計１１を接続すると共に
石英ガラスによる標準リーク１２を開閉弁１３を介して
接続し、更にベントバルブ１４を接続した。該真空計１
１はその検出した圧力に基づき第１乃至第３開閉弁の開
閉を制御するためのコントローラ１５を設けるようにし
た。尚、コントローラ１５には、フォアバルブ３、開閉
弁１３、ベントバルブ１４も開閉制御できるように電気
接続した。

【００１６】図示の実施例の作動を図６のフローチャー
トを参照しながら説明すると、初期状態では、検査物７
をテストポート６に取り付け、複合分子ポンプ２及び補
助真空ポンプ４を運転状態とし、フォアバルブ３及びベ
ントバルブ１４を開、他の弁を閉とする。漏洩探知開始
の信号をコントローラ１５から出力すると、フォアバル
ブ３とベントバルブ１４が閉、第３開閉弁１０ｃが開と
なり、補助真空ポンプ４により検査物７の内部が粗引き
排気される。圧力監視用のピラニ真空計１１の指示が１
０００Ｐａになったところでフォアバルブ１４が開とな
り、グロスリークテストが行われる。このテストでは、
検査物７内のガスは第３分岐管路９ｃ及び補助真空ポン
プ４を介して外部へ排気されるが、検査物７に大きな漏
れがあってガス中のヘリウムの割合が大きいときにはフ
ォアバルブ１４及び複合分子ポンプ２を介して一部のヘ
リウム分子が逆拡散し、分析管１でこれが捕捉され、漏
れの存在が確認される。もし、漏れを確認できないとき
は、そのままテストを続け、真空計１１の指示が１００
Ｐａになったところでコントローラ１５は第３開閉弁１
０ｃを閉じ、第２開閉弁１０ｂを開く。これにより、検
査物７内のガスは第２分岐管路９ｂから複合分子ポンプ
２のドラッグポンプ部２ｄ、フォアバルブ１４及び補助
真空ポンプ４を介して外部へ排除され、ミドルリークテ
ストが行なわれる。この状態では検査物７に漏れがある
ときはガス中のヘリウムガスの割合が高くなっているの
で、分析管１へヘリウム分子が逆拡散しやすく、従って
大きな漏れでなくても漏れの存在を確認でき、しかも排
気速度の大きい複合分子ポンプ２の一部の機能を利用す
るので短時間に低圧状態とすることができる。ミドルリ
ークテストで漏れを確認できないときは、更にそのまま
テストを続け、真空計１１が１０Ｐａを指示したところ
でコントローラ１５は第２開閉弁１０ｂを閉じ、第１開
閉弁１０ａを開く。これにより、検査物７内のガスは第
１分岐管路９ａから複合分子ポンプ２のドラッグポンプ
部２ｄ、フォアバルブ１４及び補助真空ポンプ４を介し
て外部へ高速で排除され、ファインリークテストが行な
われる。この場合は、検査物７の内部は、図１に示した
直接導入式と同等の低圧状態にあるので、検査物７のわ
ずかな漏れ即ちわずかなヘリウムガスの侵入を探知する
ことができる。該検査物７の容量が大きくても、或いは
該検査物７からの放出ガスが多くても、テスポート６か
ら延びる排気管路８の圧力を測定している真空計１１の
指示によって分岐管路が自動的に選択され、最も適した
管路により漏洩試験を行え、経験に左右されず操作が容
易になる。

【００１７】図３の該複合分子ポンプ２の回転数を、例
えば高・低速の２段に変速することも可能であり、この
場合には、３本の分岐管路に於いて６種類の圧縮比が得
られ、更に広範囲な漏洩探知を行える。具体的には、該
複合分子ポンプ２の回転数を９００００rpm の通常回転
数（ＲＮ）とこれより４０％ダウンさせた減速回転数
（ＲＤ）とに変化させ、その夫々の場合に１０^-7〜１０
^-10Ｐａ・ｍ³／secのヘリウムガスを標準リーク１２
から流し、各分岐管路に於ける検出感度を分析管１で調
べたところ、図７に示すように各分岐管路に標準リーク
量に対応した検出感度が得られ、リニアリティがとれて
いること、及び各分岐管路で検出感度範囲に幅があるこ
とが分かる。

【００１８】また、通常回転数（ＲＮ）と４０％ダウン
の減速回転数（ＲＤ）のときの各分岐管路が複合分子ポ
ンプにつながるポートの窒素ガスに対する圧縮比を調べ
たところ、図８に示すようになった。該複合分子ポンプ
２の分析管１への接続口２ａでは１０^-3Ｐａの圧力が必
要であり、図８の曲線の変移点が各分岐管路の圧力の限
界値となる。この曲線によれば、通常回転数の場合で第
３分岐管路は１０００Ｐａまでの圧力のときに接続可能
であることが分かる。

【００１９】更に、各分岐管路に１０^-8Ｐａ・ｍ³／se
c の標準リークを流しながら窒素ガスを流すことを順次
に行い、複合分子ポンプ２の排気速度が変わりヘリウム
ガスの測定している変移点がどこにあるのかを調べた結
果、図９に示すようになった。この図の縦軸は１０^-8Ｐ
ａ・ｍ³／sec の標準リークのヘリウムガスを測定した
ときの分析管に於けるイオン電流値を示し、横軸は窒素
ガスの導入圧力を示す。この場合の各曲線は図８の場合
と略同じようになるが、各分岐管路に於いて夫々の変移
点があることが分かる。この変移点よりグラフの上左側
がその分岐管路の使用圧力となり、コントローラー１５
で開閉弁を切換えるときのセットポイント値になる。従
って、複合分子ポンプ２の回転数を変速すると、３本の
分岐管路で広範囲な漏洩探知を行える。尚、分岐管路の
本数は３本に限らず２本もしくはそれ以上とすることが
可能である。

【００２０】

【発明の効果】以上のように本発明によるときは、分析
管に複合分子ポンプ及びフォアバルブを介して補助真空
ポンプを接続し、検査物が接続されるテストポートから
の排気管路を分岐してその各分岐管路を開閉弁を介して
該複合分子ポンプの圧縮比の異なる位置に夫々接続した
ので、交代で各分岐管路を開いて検査物の容量やその放
出ガスに左右されずに漏洩探知を迅速に行え、しかも迅
速にクリーンアップを行えるから多数の検査物の漏洩探
知を能率良く行えると共に良好な検出感度が得られ、経
験がなくとも適切な漏洩探知を行え、その構成も比較的
簡単で安価に製作できる等の効果があり、請求項２のよ
うに排気管路の真空計の指示に従い各分岐管路の開閉弁
の作動制御することにより、自動的に漏洩探知を行えて
操作が容易になる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の直接導入式の漏洩探知装置の線図

【図２】従来の逆拡散式の漏洩探知装置の線図

【図３】本発明の実施例の線図

【図４】図３の複合分子ポンプの１例の断面線図

【図５】図３の装置のクリーンアップ時間を示す線図

【図６】図３の装置の作動のフローチャート

【図７】複合分子ポンプの回転数と各分岐管路の検出感
度との関係を示す線図

【図８】複合分子ポンプの回転数と各分岐管路接続部の
圧縮比との関係を示す線図

【図９】複合分子ポンプの回転数と各分岐管路接続部に
於ける使用圧力の関係を示す線図

【符号の説明】

１分析管２複合分子ポンプ３
フォアバルブ４補助真空ポンプ５主管路６
テストポート７検査物８排気管路９
分岐管路９ａ第１分岐管路９ｂ第２分岐管路９ｃ
第３分岐管路１０開閉弁１０ａ第１開閉弁１０ｂ
第２開閉弁１０ｃ第３開閉弁１１真空計１
２標準リーク１３開閉弁１４ベントバルブ１５
コントローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】分析管に複合分子ポンプ及びフォアバルブ
を介してロータリーポンプその他の補助真空ポンプを接
続し、検査物に接続されるテストポートからの排気管路
を分岐してその各分岐管路を該複合分子ポンプの圧縮比
の異なる位置に夫々接続し、各分岐管路に開閉弁を介在
させたことを特徴とする複合分子ポンプを使用した漏洩
探知装置。
【請求項２】上記テストポートからの排気管路に真空計
を設け、該真空計を上記の各開閉弁にコントローラーを
介して接続し、該真空計で検出される圧力の変化に伴い
上記複合分子ポンプの圧縮比の異なる位置に接続した分
岐管路の開閉弁を順次に該コントローラーからの信号で
開閉することを特徴とする請求項１に記載の複合分子ポ
ンプを使用した漏洩探知装置。
【請求項３】上記複合分子ポンプは、多段のターボ分子
ポンプ、ターボ分子ポンプとドラック分子ポンプの一体
の組合わせ、或いはターボ分子ポンプとねじ溝ポンプの
一体の組合わせで構成され、上記テストポートからの排
気管路にベントバルブを設けたことを特徴とする請求項
１に記載の複合分子ポンプを使用した漏洩探知装置。
【請求項４】上記複合分子ポンプはその回転数の切換可
能なポンプであることを特徴とする請求項１に記載の複
合分子ポンプを使用した漏洩探知装置。
【請求項５】分析管に回転数の切換可能な複合分子ポン
プ及びフォアバルブを介してロータリーポンプその他の
補助真空ポンプを接続し、検査物に接続されるテストポ
ートからの排気管路に真空計を設け、該排気管路を第１
分岐管路乃至第３分岐管路の３本に分岐して各分岐管路
に開閉弁を介在させ、第１分岐管路を該複合分子ポンプ
の圧縮比の低い位置に接続し、第３分岐管路を該フォア
バルブを介して該複合分子ポンプの圧縮比の最も高い位
置に接続し、これらの中間の圧縮比の位置に第２分岐管
路を接続し、該真空計で検出した圧力が高域にあるとき
は該第３分岐管路のみを開き、その圧力が中域にあると
きは第２分岐管路のみを開き、その圧力が低域にあると
きは第１分岐管路のみを開くことを特徴とする複合分子
ポンプを使用した漏洩探知装置。