JPH08500672A - 軽質のガスを用いたテストガス漏れ検査のための真空・漏れ検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 テストガスとしてのヘリウムのような軽質のガスを用いたテストガス漏れ検査のための真空・漏れ検査装置であって、被検査体を備えており、被検査体が一方では真空ポンプへのガス密な接続部及び他方ではガス検出器へのガス密な接続部を有しており、かつテストガスの吹き付けのための手段に配設されている形式のものに、感応度の著しい増大が、ガス検出器（５）と被検査体（１）との間の接続部（４）内に高真空ポンプ（７）を接続してあり、高真空ポンプのテストガスに対する圧縮能力をＮ₂若しくはＨ₂Ｏのような重質のガスに対する圧縮能力よりも小さくして、高真空ポンプ（７）を低真空側（８）で被検査体（１）にかつ高真空側（９）でガス検出器（５）に配置することによって達成される。

Description

【発明の詳細な説明】 軽質のガスを用いたテストガス漏れ検査のための真空・漏れ検査装置 本発明は、テストガスとしてのヘリウムのような軽質のガスを用いたテストガ ス漏れ検査のための真空・漏れ検査装置であって、被検査体を備えており、被検 査体が一方では真空ポンプへのガス密な接続部及び他方ではガス検出器へのガス 密な接続部を有しており、かつテストガスの吹き付けのための手段に配設されて いる形式のものに関する。 公知の方法若しくは公知の装置においては、１つの真空ポンプしか有さない真 空機構の漏れ検査の感応度が不十分なものである。検査準備完了までのポンプ時 間も長く、それというのは実際に効果的な漏れ検査がガス検出器の内部の著しく 低い圧力でしか行われ得ないからである。 ガス検出器としてはマススペクトロメータ若しくはそのような真空測定装置が 用いられ、その表示はガス質に関連している。（Max Wutz，“Theorie und Prax is der Vakuumtechnik”，1965，Verlag Fried-rich Vieweg & Sohn，Braunschw eig，Seite 410：マックス ウッツ著「真空技術の理論と実際」４１０ページ、 １９６５年、出版社フリードリヒ フィヴェク ＆ゾーン、ブラウンシュヴァイク）。 本発明の課題は、テストガスとしてのヘリウムのような軽質のガスを用いたテ ストガス漏れ検査のための真空・漏れ検査装置であって、被検査体を備えており 、被検査体が一方では真空ポンプへのガス密な接続部及び他方ではガス検出器へ のガス密な接続部を有しており、かつテストガスの吹き付けのための手段に配設 されている形式のものを改善して、漏れ検査の際の感応度を高め、漏れ検査準備 完了までのポンプ時間を短くして、漏れ検査を比較的高い圧力で可能にすること である。 前記課題の解決が請求項１の上位概念に記載の形式の真空漏れ検査装置におい て本発明に基づき次のようにして達成され、即ち、ガス検出器と被検査体との間 の接続部内に高真空ポンプを接続してあり、高真空ポンプのテストガスに対する 圧縮能力が窒素若しくは水蒸気のような重質のガスに対する圧縮能力よりも小さ くなっており、高真空ポンプが低真空側で被検査体にかつ高真空側でガス検出器 に配置されている。 本発明により驚くほど簡単に、真空機構の漏れ検査の際の感応度が注目に値す るほど高められ、かつ漏れ検査準備完了までのポンプ時間が著しく短くされる。 さらに、このような改善に基づき漏れ検査結果が既に比較的高い圧力で得られる 。 本発明に基づく真空・漏れ検査装置は該真空・漏れ 検査装置に配設の機能部材に関連して公知の漏れ検査装置よりも著しく複雑でな くかつ安価であり、ガス質に関連した表示の通常の漏れ検査装置と比較して著し く高い感応度を有している。ガス検出器と被検査体との間の接続部に高真空ポン プが接続されており、該高真空ポンプのテストガスに対する圧縮能力が重質のガ スに対するよりも低くなっており、該高真空ポンプが低真空側を被検査体に向け て、かつ高真空側をガス検出器に向けて配置されていることによって、被検査体 とガス検出器との間に漸減的な圧力段が生じる。高真空ポンプのテストガスのヘ リウムに対して著しく低い圧縮能力に基づき、高真空ポンプはヘリウムを、圧力 段を介してガス検出器の方向へ通過させるのに対して、窒素、及び水蒸気のよう に測定を妨害する若しくは歪曲するガスは高真空ポンプによって比較して極端に 高い圧縮能力に基づきガス検出器から被検査体の方向に搬送される。漏れ検査は 、全圧が高真空ポンプの最大可能な低真空圧よりも小さくなっている間、可能で ある。 次に本発明の詳細並びに利点を図面に概略的に示す実施例に基づき述べる。 図１は、テストガス漏れ検査のための従来の真空・漏れ検査装置の配置図であ り、図２は本発明に基づく漏れ検査装置の配置図であり、図３は種々のガスに対 する高真空ポンプの圧縮能力のダイヤフラムであり、 図４は微分段による測定値形成装置を備えた別の実施例の配置図であり、図５は 微分段の回路図である。 図１は、ヘリウムのような軽いテストガスによるテストガス漏れ検査のための 従来の真空・漏れ検査装置の系統を示している。被検査体１は、真空ポンプ３へ のガス密な接続部２、及びガス検出器５へのガス密な接続部４を有している。被 検査体１にはテストガスの吹き付けのためにテストガス・スプレーガン１０が配 属されている。テストガス・スプレーガンを用いて、被検査体は十分な真空化の 後にテストガスを吹き付けられる。被検査体１が気密になっていない、あるいは 漏れる場合には、テストガスが外気圧と真空との間の圧力差に基づき被検査体１ 内に侵入する。テストガスの密度増大がガス検出器５によって検出されて、表示 される。このために、ガス検出器５が任意の表示器６、例えばデジタル表示器、 若しくはアナログ表示器、若しくは両方の表示形式を組み合わせた装置を備えて いる。既に述べたように、図１に示す公知の漏れ検査装置においては感応度が比 較的に低く、したがって不十分なものである。 明瞭な改善が、図２に示す装置においてガス検出器５と被検査体１との間の接 続部４内に高真空ポンプ７を接続することによって行われる。この場合、特に高 真空ポンプ７の構造が重要であり、高真空ポンプの圧縮能力はテストガス、例え ばヘリウムに対しては窒素 若しくは水蒸気のような重質のガスに対してよりも著しく低い。この場合、高真 空ポンプ７は低真空側８を被検査体１に向けてかつ高真空側９をガス検出器５に 向けて配置されている。異なるガス質に対する異なる圧縮能力に基づき、比較的 重質のガスはガス検出器５から接続通路（接続部４）を介して被検査体１へ、か つ被検査体１から真空ポンプ３を通して外部へ搬送されるのに対して、テストガ スのヘリウムは高真空ポンプ７によって形成される真空の漸減的な圧力段を介し てガス検出器５の方向に移動して、そこで密度を増大させて蓄積する。従って、 既に述べたように真空漏れ検査装置の感応度が本発明に基づき著しく高められる 。さらに、漏れ検査準備完了までのポンプ時間（Pump zeit）が短くされ、漏れ 検査結果が比較的高い圧力で得られる。 ヘリウム密度増大の測定は、全圧(Totaldruck)が高真空ポンプの最大可能な低 真空（Vorvakuum）よりも小さい間で可能である。例えば、高真空ポンプ７の低 真空側８の０．１ミリバールの圧力において、高真空側の圧力は１０^-5ミリバー ルである。 図３のダイヤフラムには異なるガス質に対するターボ分子ポンプの回転数に関 連した圧縮能力が示してある。ダイヤフラムのＹ軸に、水素（Ｈ₂）、ヘリウム （Ｈｅ）、水蒸気（Ｈ₂Ｏ)及び窒素（Ｎ₂)の圧縮能力の対数値がプロットしてあ る。この対数値は所定の回転 数においてＨ₂に対して数字的にほぼ２５で、Ｈｅに対して１００で、Ｈ₂Ｏに対 して１８，０００で、かつＮ₂に対して１９０，０００である。これから相対的 な圧縮比は： Ｎ₂ ：Ｈ₂ ＝ ７６００：１ Ｎ₂ ：Ｈｅ ＝ １９００：１ Ｎ₂Ｏ：Ｈ₂ ＝ ７２０：１ Ｎ₂Ｏ：Ｈｅ ＝ １８０：１ さらに明らかなように、圧縮能力の差は回転数の減少に伴って減少し、逆に回 転数の増大に伴って増大する。 高真空ポンプ７は分子ポンプ、ターボ分子ポンプであるか、拡散ポンプである 。さらに、高真空ポンプ７は前記ポンプ形式を組み合わせ構成されていてもよい 。さらに、高真空ポンプ７はできるだけ高い耐真空性で形成しておきたい。 ガス検出器５はマススペクトロメータ（Massen-spektrometer）であるが、ガ ス検出器５は熱伝導真空計(Waermeleitungsvakuummeter)、電離真空計（Ioni-sa tionsvakuummeter)、ペンニング真空計（Penning-vakuummeter)、ダイヤフラム 真空計（Membranvakuum-meter）若しくは摩擦真空計(Reibungsvakuummeter)のよ うな全圧測定装置(Totaldruckmessgeraet)であるか、若しくはこれらの真空計の 組み合わせであってよい。 十分な感度の圧力測定装置は、例えばマススペクトロメータである。マススペ クトロメータがヘリウムの質量に調節されている場合には、マススペクトロメー タはヘリウム・分圧に比例するイオン電流を生ぜしめる。これによって従来の漏 れ検査装置においては漏れ量に比例したイオン電流・信号が生ぜしめられる。然 し乍ら、漏れ検査装置がヘリウム密度増大の測定のために用いられる場合には、 イオン電流は主に経緯、即ち先行の測定中に所定時間にわたって吸引されたヘリ ウム量を表している。ポジチブな測定においてはイオン電流は著しくわずかな量 でしか変動しない。従って、漏れ量ｑ_Heは微分商によって得られ： 従って、マススペクトロメータによって生ぜしめられた電流信号を高感度の電 流／電圧変換器に供給することも有利である。電流／電圧変換器は本発明の枠内 で有利には微分段（Differenzierstufe)として構成されており、微分段の増幅は 周波数の増大に伴って増大する。微分段のパッシブなエレメントは、測定運転中 の特性的な時間若しくはこれに対応する周波数に対して微分条件を十分に満たす ように規定されている。 図４に示す実施例においてはガス検出器５に微分段２０が接続されている。微 分段２０を介して測定値の表示が表示器６で行われる。 微分段２０の実施例が図５に示してある。この微分段はマススペクトロメータ ５の後方に接続されていて、入力（演算）増幅器２４を備えており、この入力（ 演算）増幅器の出力部２５が反転増幅器２６、反転積分器２７及び抵抗器Ｒ₁ ２ ８を介して入力部２２に接続されている。 入力増幅器の出力部２５は（選択可能な）増幅定数Ｖａの増幅器２９を介して 微分段の出力部３０に接続される。この場合式は： Ｕａ＝Ｖａ・Ｕ_I （式１） 入力増幅器２４の比較的に小さい入力電流に基づき、関係Ｕ₂＝Ｒ₁・Ｉ₁（式 ２）が当てはまる。積分器の出力電圧は Ｕ₂ ＝Ｖ_I・Ｕ_I(t)dt （式３） この式の微分によって 式１及び式２を書き換えて代入すると が得られる。 微分段の出力電圧はマススペクトロメータの測定すべき電流の時間微分に等し い。一様に上昇するアルゴン圧力によって同じく連続的に増大する測定電流が微 分段の出力部でコンスタントな電圧として作用し、該 電圧が場合によっては減ぜられる。 場合によって必要な領域切換は分岐３１を介して行われ、このために積分器の 出力電圧の増大に際してＲ₁よりも小さい値の抵抗器Ｒ₂ ３３が微分段の入力部 に接続される。 この接続は例えば電圧に関連してツェナーダイオード３２を介して行われる。 微分段の伝達定数の減少は増幅器２９の増幅の相応の拡大によって行われる。 電流・微分段の前述の実施の利点は、次のように要約される： −感度の高い入力増幅器は全バックグラウンド電流を増幅する必要がない。 −微分素子が直接には高抵抗の入力回路に接続されておらず、従って領域切換 のためのデザインが簡単になる。 −一般的なフィルタとしての増幅器の構成はノイズ、ドリフト及び別の妨害源 に関連して本来の測定条件への著しい適合を可能にする。 明らかなように、本発明により驚くほど簡単に、技術的わずかな費用で真空機 構の漏れ検査の際の感応度が注目に値するほど高められ、漏れ検査準備完了まで のポンプ時間が著しく短くされ、かつ漏れ検査装置の応動が既に比較的高い圧力 で可能であり、従って前に述べた課題が理想的に解決される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．テストガスとしてのヘリウムのような軽質のガスを用いたテストガス漏れ検 査のための真空・漏れ検査装置であって、被検査体を備えており、被検査体が一 方では真空ポンプへの気密な接続部及び他方ではガス検出器への気密な接続部を 有しており、かつテストガスの吹き付けのための手段に配設されている形式のも のにおいて、ガス検出器（５）と被検査体（１）との間の接続部（４）内に高真 空ポンプ（７）を接続してあり、高真空ポンプのテストガスに対する圧縮能力が Ｎ₂若しくはＨ₂Ｏのような重質のガスに対する圧縮能力よりも小さくなっており 、高真空ポンプ（７）が低真空側（８）で被検査体（１）にかつ高真空側（９） でガス検出器（５）に配置されていることを特徴とする、軽質のガスを用いたテ ストガス漏れ検査のための真空・漏れ検査装置。 ２．高真空ポンプ（７）が分子ポンプである請求項１記載の真空・漏れ検査装置 。 ３．高真空ポンプ（７）がターボ分子ポンプである請求項１記載の真空・漏れ検 査装置。 ４．高真空ポンプ（７）が拡散ポンプである請求項１記載の真空・漏れ検査装置 。 ５．高真空ポンプ（７）が前記ポンプのコンビネーションによって形成されてい る請求項１記載の真空・ 漏れ検査装置。 ６．高真空ポンプ（７）が高い耐真空性である請求項１から５のいずれか１項記 載の真空・漏れ検査装置。 ７．ガス検出器（５）がデジタル表示器（６）、若しくはアナログ表示器、若し くは両方を組み合わせた表示器と一緒に構成されている請求項１から６のいずれ か１項記載の真空・漏れ検査装置。 ８．ガス検出器（５）がマススペクトロメータである請求項１から７のいずれか １項記載の真空・漏れ検査装置。 ９．ガス検出器（５）が熱伝導真空計、電離真空計、ペンニング真空計、ダイヤ フラム真空計若しくは摩擦真空計のような全圧測定装置であるか、若しくはこれ らの真空計の組み合わせである請求項１から７のいずれか１項記載の真空・漏れ 検査装置。 10．対向流原理で作動する真空漏れ検査装置であって、テストガス検出器（５） 、該テストガス検出器に接続されていてテストガスによって搬送方向と逆向きに 流過される高真空ポンプ（７）、及び別の真空ポンプ（３）を備えている形式の ものにおいて、漏れを検査しようとする被検査体が高真空ポンプ（７）と真空ポ ンプ（３）との間に配置されていることを特徴とする真空漏れ検査装置。 11．真空ポンプ（３）が低真空ポンプであるか若しく は高真空段と低真空段との組み合わせである請求項１０項記載の真空漏れ検査装 置。 12．テストガス検出記録計（５）が圧力測定装置である請求項１から１１のいず れか１項記載の真空漏れ検査装置。 13．テストガス検出記録計（５）がマススペクトロメータある請求項１から１１ のいずれか１項記載の空漏れ検査装置。 14．テストガス検出記録計（５）の後方に微分段（２０）が接続されている請求 項１から１３のいずれか１項記載の真空漏れ検査装置。