特許 7162952 エアリーク検査装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-21

(45)【発行日】2022-10-31

(54)【発明の名称】エアリーク検査装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   G01M 3/26 20060101AFI20221024BHJP

【ＦＩ】

G01M3/26 N

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2022122388

(22)【出願日】2022-07-30

【審査請求日】2022-08-03

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】516343136

【氏名又は名称】藤山 守

(74)【代理人】

【識別番号】100100170

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 厚司

(74)【代理人】

【識別番号】100121924

【弁理士】

【氏名又は名称】後藤 昌彦

(72)【発明者】

【氏名】藤山 守

【審査官】奥野 尭也

(56)【参考文献】

【文献】特許第７０５８４２８（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特許第６２２８２８５（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開平０８－０１５０７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３０４６４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２３５３８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３３０５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０７７３１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｍ ３／００－ ３／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検査体に接続される排気管と、
前記排気管から開閉弁を介して分岐し、前記排気管より細い径を有する排気細管と、
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真空計と、
前記排気管に遮断弁を介して接続された第１真空ポンプと、
前記排気細管に接続された第２真空ポンプとを備え、
前記開閉弁を閉じ、前記遮断弁を開いて、前記第１真空ポンプにより前記排気管を介して前記被検査体及び前記排気管内を排気するとともに、前記第２真空ポンプにより前記排気細管内を排気して、
前記開閉弁を開き、前記遮断弁を閉じたとき、前記真空計の検出圧力が所定の閾値を越えるとリーク有りと判定する検査工程を行う制御部を備えることを特徴とするエアリーク検査装置。

【請求項2】

前記開閉弁は、前記排気細管の排気方向の上流側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のエアリーク検査装置。

【請求項3】

前記第２真空ポンプの到達可能圧力は、前記第１真空ポンプの到達可能圧力と同等又はそれ以下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装置。

【請求項4】

前記排気細管は、コンダクタンスが異なる複数の排気細管が並列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のエアリーク検査装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記検査工程の前に、前記遮断弁及び前記開閉弁を開いて、前記第１真空ポンプにより前記排気細管及び前記排気管内を排気するとともに、前記第２真空ポンプにより前記排気細管内を排気する準備工程を行うことを特徴とする請求項１に記載のエアリーク検査装置。

【請求項6】

前記制御部は、前記検査工程でリーク有と判定したとき、前記遮断弁及び前記開閉弁を開いて、前記第１真空ポンプにより前記排気細管及び前記排気管内を排気するとともに、前記第２真空ポンプにより前記排気細管内を排気する細管排気工程を行うことを特徴とする請求項１に記載のエアリーク検査装置。

【請求項7】

被検査体に接続される排気管と、
前記排気管から開閉弁を介して分岐し、前記排気管より細い径を有する排気細管と、
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真空計と、
前記排気管に遮断弁を介して接続された第１真空ポンプと、
前記排気細管に接続された第２真空ポンプとを備え、
前記開閉弁を閉じ、前記遮断弁を開いて、前記第１真空ポンプにより前記排気管を介して前記被検査体及び前記排気管内を排気するとともに、前記第２真空ポンプにより前記排気細管内を排気する排気工程と、
前記排気工程の後、前記開閉弁を開き、前記遮断弁を閉じたとき、前記真空計の検出圧力が所定の閾値を越えるとリーク有りと判定する検査工程とを有することを特徴とするエアリーク検査方法。

【請求項8】

前記検査工程の前に、前記遮断弁及び前記開閉弁を開いて、前記第１真空ポンプにより前記排気細管及び前記排気管内を排気するとともに、前記第２真空ポンプにより前記排気細管内を排気する準備工程を有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。

【請求項9】

前記検査工程でリーク有と判定したとき、前記遮断弁及び前記開閉弁を開いて、前記第１真空ポンプにより前記排気細管及び前記排気管内を排気するとともに、前記第２真空ポンプにより前記排気細管内を排気する細管排気工程を有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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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装置及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、リーク検査には、水没式検査のほか、エアリークデテクタ、ヘリウムリークデテクタを用いる検査がある。エアリークデテクタには、加圧式と、吸引式（負圧式）とがある。加圧式は、被検査体に検出ガスを充填して加圧し、圧力の低下により漏れを検査する。吸引式は、被検査体を真空に排気し、圧力の上昇により漏れを検査する。これらのエアリークデテクタは、１×１０^－３Ｐａ・ｍ^３/sec（圧力差１気圧に換算）程度までの漏れを検査可能である。ヘリウムリークデテクタは、被検査体にヘリウムを充填し、漏れ出たヘリウムを検出するもので、製造ライン等で許容リーク量未満であるか否かのみを検査する場合には、検査時間短縮および感度維持時間の延長等の理由から１×１０^－６Ｐａ・ｍ^３/sec程度までの漏れ検査を行い、研究・調査・解析等に於いては、１×１０^－１０Ｐａ・ｍ^３/sec程度までの小さな漏れを検査可能である。

【0003】

エアリークデテクタは、安価で扱いやすいが、精度は低い。ヘリウムリークデテクタは、高精度であるが、価格が非常に高く、ヘリウムガスを用いるためにランニングコストも高い。また、近年ではヘリウムガスの枯渇化に対応して、高価な回収設備の併用も普通に行われる。更に、分析管、高真空ポンプ、液体窒素冷却器等の精密で汚れに弱い構成機器を有するので、漏れ量が多く水や油の付着した被検査体を検査すると、精度が低下したり、故障しやすく、修復に非常な手間を要する等の問題がある。

【0004】

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（製造ライン等で許容リーク量未満であるか否かのみを検査するレベル）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。特許文献１のエアリーク検査装置は、真空ポンプにより排気管を介して被検査体を所定圧力まで排気した後、排気管の遮断弁を閉じて排気細管のみにより排気している間に、排気管の圧力が上昇するか否かによってリークを検出している。

【0005】

特許文献１のエアリーク検査装置では、真空ポンプの到達可能圧力に極力近づくまで排気して遮断弁を閉じることで、排気細管の下流側の圧力が真空ポンプの到達可能圧力になっていると推定していた。また、特許文献１のエアリーク検査装置では、被検査体及び装置内部を検査可能な所定圧力まで排気するのに時間がかかるという問題がある。これは、大気圧から１０～１Ｐａ程度の領域まで排気する場合、到達可能圧力が０．５～１Ｐａの真空ポンプを使用するのが一般的であるが、到達可能圧力に近づくほど排気速度が遅くなり、特に１０Ｐａから１Ｐａに下がるのに非常に時間がかかるからである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特許第６２２８２８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、斯かる従来の問題点に鑑みてなされたもので、被検査体及び装置内部を検査可能な所定圧力までの排気するために必要な時間を短縮することができるエアリーク検査装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
（１）被検査体に接続される排気管と、
前記排気管から開閉弁を介して分岐し、前記排気管より細い径を有する排気細管と、
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真空計と、
前記排気管に遮断弁を介して接続された第１真空ポンプと、
前記排気細管に接続された第２真空ポンプとを備え、
前記開閉弁を閉じ、前記遮断弁を開いて、前記第１真空ポンプにより前記排気管を介して前記被検査体及び前記排気管内を排気するとともに、前記第２真空ポンプにより前記排気細管内を排気して、
前記開閉弁を開き、前記遮断弁を閉じたとき、前記真空計の検出圧力が所定の閾値を越えるとリーク有りと判定する検査工程を行う制御部を備えることを特徴とするエアリーク検査装置。

【0009】

前記（１）の手段では、第１真空ポンプにより排気管を介して被検査体及び排気管内を排気するとともに、第２真空ポンプにより排気細管内を排気して、排気細管の排気方向の下流側を上流側より低い圧力に排気した後、排気管と排気細管を連通させて、排気細管の上流側と下流側の圧力差により排気細管に微小流量を発生させる。被検査体にリークがあり、その漏れ量が排気細管の排気速度より大きいと、排気管の圧力が上昇する。漏れ量が小さいと、排気細管から排気されるので、排気管の圧力は上昇しない。真空計の圧力が所定の閾値より大きいと、漏れ有り、当該閾値より小さいと漏れ無しと判断できる。

【0010】

第１真空ポンプによる被検査体及び排気管内の排気は、従来のように系全体を１つの真空ポンプで所定の真空度まで排気するのに比べて、短時間で済む。また、第２真空ポンプによる排気細管の排気は、排気細管の内容積が被検査体及び排気管の内容積より小さいので、第１真空ポンプよりも小型で安価なポンプで済む。したがって、遮断弁を閉じ、開閉弁を開いた時点では、既に排気細管の下流側は上流側より低い圧力になっているので、排気細管の上流側と下流側にリーク検査に必要な圧力差を発生させるまでに要する排気時間が速くなり、検査時間を短縮することができる。複数の被検査体について検査が連続して複数回行われる場合には、検査が終了した時点で開閉弁を閉じて排気細管内を排気状態に維持しておくことで、次の検査を行う毎に排気細管内を排気する必要がなく、排気管内を排気するだけでよいので、検査全体の検査時間を大幅に短縮することができる。

【0011】

（２）前記開閉弁は、前記排気細管の排気方向の上流側に設けられていることを特徴とする（１）に記載のエアリーク検査装置。

【0012】

前記（２）の手段では、開閉弁が排気細管の上流側に設けられているので、検査が終了した時点で開閉弁を閉じることで、複数の被検査体を連続して検査している間、常に排気細管内を排気状態にしておくことができる。一方、特許文献１の方法では、排気細管の上流側に開閉弁を設けた場合でも、Ｖ０、Ｖｗを開くや否や、下流側から大量のエアーが排気細管内に侵入するため、新たに被検査物の検査を始める毎に、細管内の排気という手間のかかることを行う必要があった。

【0013】

（３）前記第２真空ポンプの到達可能圧力は、前記第１真空ポンプの到達可能圧力と同等又はそれ以下であることを特徴とする（１）又は（２）に記載のエアリーク検査装置。

【0014】

前記（３）の手段では、第２真空ポンプは、被検査体及び排気管より内容積が小さい排気細管内を排気するので、第１真空ポンプの到達可能圧力より低くても、第１真空ポンプよりも小型で比較的安価なポンプを採用できる。

【0015】

（４）前記排気細管は、コンダクタンスが異なる複数の排気細管が並列に接続されていることを特徴とする（１）～（３）のいずれかに記載のエアリーク検査装置。

【0016】

前記（４）の手段では、コンダクタンスが異なる複数の排気細管のいずれか又は幾つかを組み合わせて選択することで、複数のリークレベルの判定が可能になる。また、コンダクタンスが良い排気細管で被検査値をスクリーニングすることで、排気細管にリークガスが進入したときでも、排気細管内の真空度の回復時間を短縮することができる。

【0017】

（５）前記制御部は、前記検査工程の前に、前記遮断弁及び前記開閉弁を開いて、前記第１真空ポンプにより前記排気細管及び前記排気管内を排気するとともに、前記第２真空ポンプにより前記排気細管内を排気する準備工程を行うことを特徴とする（１）～（４）のいずれかに記載のエアリーク検査装置。

【0018】

前記（５）の手段では、検査工程の前に排気管及び排気細管内を排気する準備工程を行うので、検査工程で最初から排気する必要がなく、直ちに検査を行うことができる。

【0019】

（６）前記制御部は、前記検査工程でリーク有と判定したとき、前記遮断弁及び前記開閉弁を開いて、前記第１真空ポンプにより前記排気細管及び前記排気管内を排気するとともに、前記第２真空ポンプにより前記排気細管内を排気する細管排気工程を行うことを特徴とする（１）～（５）のいずれかにエアリーク検査装置。

【0020】

前記（６）の手段では、リーク有りとなった被検査体内のエアーが排気細管に進入するので、排気細管内を排気して、次の被検査体の検査に影響がないように備えることができる。

【0021】

（７）被検査体に接続される排気管と、
前記排気管から開閉弁を介して分岐し、前記排気管より細い径を有する排気細管と、
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真空計と、
前記排気管に遮断弁を介して接続された第１真空ポンプと、
前記排気細管に接続された第２真空ポンプとを備え、
前記開閉弁を閉じ、前記遮断弁を開いて、前記第１真空ポンプにより前記排気管を介して前記被検査体及び前記排気管内を排気するとともに、前記第２真空ポンプにより前記排気細管内を排気する排気工程と、
前記排気工程の後、前記開閉弁を開き、前記遮断弁を閉じたとき、前記真空計の検出圧力が所定の閾値を越えるとリーク有りと判定する検査工程とを有することを特徴とするエアリーク検査方法。

【0022】

（８）前記検査工程の前に、前記遮断弁及び前記開閉弁を開いて、前記第１真空ポンプにより前記排気細管及び前記排気管内を排気するとともに、前記第２真空ポンプにより前記排気細管内を排気する準備工程を有することを特徴とする（７）に記載のエアリーク検査方法。

【0023】

（９）前記検査工程でリーク有と判定したとき、前記遮断弁及び前記開閉弁を開いて、前記第１真空ポンプにより前記排気細管及び前記排気管内を排気するとともに、前記第２真空ポンプにより前記排気細管内を排気する細管排気工程を有することを特徴とする（７）又は（８）に記載のエアリーク検査方法。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、第１真空ポンプによる被検査体及び排気管内の排気は、従来のように系全体を１つの真空ポンプで所定の真空度まで排気するのに比べて、短時間で済む。また、第２真空ポンプによる排気細管の排気は、排気細管の内容積が被検査体及び排気管の内容積より小さいので、第１真空ポンプよりも小型で安価なポンプで済む。したがって、排気細管の上流側と下流側にリーク検査に必要な圧力差を発生させるまでに要する排気時間が速くなり、検査時間を短縮することができ、また、次の検査を行う毎に、排気細管内を排気状態にして待機し、排気管内を排気するだけで検査を開始できるので、検査全体の検査時間を大幅に短縮することができるという効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の実施形態に係るエアリーク検査装置の系統図。

【図2A】図１のエアリーク検査装置の準備工程の動作を示すフローチャート。

【図2B】図１のエアリーク検査装置の検査工程の動作を示すフローチャート。

【図2C】図１のエアリーク検査装置の細管排気工程の動作を示すフローチャート。

【図3】図１のエアリーク検査装置と従来のエアリーク検査装置の排気時間の差を示す図。

【図4】図１のエアリーク検査装置による検出圧力の時間的変化を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本発明の実施形態を添付図面に従って説明する。

【0027】

図１は本発明の実施形態に係るエアリーク検査装置１を示す。このエアリーク検査装置１は、被検査体２のリークを検査するもので、第１真空ポンプ３ａ及び第２真空ポンプ３ｂ（両者を合わせて、真空ポンプ３という。）と、排気管４と、第１排気細管５ａ及び第２排気細管５ｂ（両者を合わせて、排気細管５という。）と、真空計６と、制御部７とを備えている。

【0028】

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。

【0029】

第１真空ポンプ３ａは、被検査体２及び排気管４内を０．５～１Ｐａ程度の真空に排気できるロータリポンプでよく、メカニカルブースターポンプや拡散ポンプは必要でない。

【0030】

第２真空ポンプ３ｂは、第１排気細管５ａ、第２排気細管５ｂ内を０．５～１Ｐａ程度の真空に排気できる真空ポンプであり、ロータリポンプでよい。但し、より感度を高める場合や排気細管の内径を比較的太くしたい場合には、小型の分子ターボポンプ等の高真空ポンプを使用してもよい。

【0031】

排気管４は、ステンレス鋼管からなり、１０～１００ｍｍの内径を有する。排気管４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４は一端が被検査体２のチップ管２ｂに接続され、他端が第１真空ポンプ３ａに接続されている。以下、第１真空ポンプ３ａにより排気管４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」、真空ポンプ側を「下流側」という。排気管４の上流側にはフィルタ８と、フィルタ８の下流側にワーク弁Ｖｗとが設けられ、下流側には遮断弁Ｖ０と、遮断弁Ｖ０の下流側にリーク弁ＶＬとが設けられている。ワーク弁Ｖｗは、被検査体２の付け替えの際等に閉じることで、排気管４内へ大気等が不用意に進入して排気管４の内面に水や油が付着するのを防止するものである。リーク弁ＶＬは、ロータリポンプである第１真空ポンプ３ａの運転を停止する際に開放して、ポンプの作動油が排気管４内に逆流するのを防止するものである。ワーク弁Ｖｗより下流側には枝管４ａが設けられている。排気管４の遮断弁Ｖ０より上流側には、排気管４、すなわち、被検査体２に清浄ガスとして例えば窒素（Ｎ_２）、炭酸ガス（ＣＯ_２）、アルゴン（Ａｒ）等を導入する清浄ガス導入部９が設けられている。

【0032】

第１排気細管５ａと、第２排気細管５ｂは、ステンレス鋼管または銅管からなり、排気管４よりも細く、１～６ｍｍの内径を有する。実施例では、第１排気細管５ａは、内径３ｍｍ、長さ５０ｃｍで、第２排気細管５ｂは、内径１ｍｍ、長さ１ｍであるが、これに限るものではない。第１排気細管５ａと第２排気細管５ｂは、並列に設けられている。すなわち、第１排気細管５ａの一端は排気管４の枝管４ａに第１開閉弁Ｖ１を介して接続され、他端は集合管４ｂを介して第２真空ポンプ３ｂに接続されている。また、第２排気細管５ｂの一端は排気管４の枝管４ａに第２開閉弁Ｖ２を介して接続され、他端は集合管４ｂを介して第２真空ポンプ３ｂに接続されている。枝管４ａを設けずに、第１排気細管５ａと第２排気細管５ｂをそれぞれ第１開閉弁Ｖ１、第２開閉弁Ｖ２を介して、排気管４に直接接続してもよい。

【0033】

真空計６は、ピラニ真空計、熱電対真空計が採用できるが、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。真空計６のセンサ部６ａはフィルタ８より下流側で枝管４ａの近傍に接続されている。真空計６の本体６ｂは、排気管４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。集合管４ｂにも、真空計６と同様に、センサ部１１ａと本体１１ｂからなる真空計１１が設けられている。真空計１１は、第１排気細管５ａ、第２排気細管５ｂの下流側の圧力を検出する。なお、真空計６と真空計１１は、センサ部６とセンサ部１１の２つのセンサ部を設け、本体部６ｂと本体部１１ｂを共通にして切り替えて制御部７と通信するようにしてもよい。

【0034】

制御部７は、シーケンス制御により、真空計６から出力される検出圧力に基づいて、遮断弁Ｖ０、第１開閉弁Ｖ１、第２開閉弁Ｖ２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１０にリークの有無を表示する。

【0035】

ここで、排気細管５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）

【0036】

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

【0037】

流量Ｑを被検査体２の許容できる漏れ量とし、排気細管５の両端の圧力Ｐ_１，Ｐ_０を状況に応じて仮定し、排気細管５の径Ｄを固定すると、前記２式から、排気細管５の長さＬを決定できる。また、排気細管５の長さＬを固定すると、排気細管５の径Ｄを決定できる。排気細管５の径Ｄ及び配管の長さＬが固定している場合には、許容漏れ量Ｑを決定できる。

【0038】

例えば、排気細管５の両端の圧力Ｐ_１，Ｐ_０を、それぞれ、１０Ｐａ，１Ｐａと仮定し、排気細管５として、内径１ｍｍ、長さ５０ｃｍを使用すると、
Ｐ＝(１０＋１)/２＝５．５［Ｐａ］
Ｄ＝１．０×１０^－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×(１．０×１０^－３)^４×５．５/０．５
＝１．４８×１０^－８［ｍ^３/ｓ］
Ｑ＝１．４８×１０^－８×(１０－１)
＝１．３４×１０^－７［Ｐａ・ｍ^３/ｓ］

【0039】

この場合、流量Ｑ＝１．３４×１０^－７［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、本発明において、排気細管５の流量Ｑを超える漏れ量があれば、排気細管５の被検査体２側の圧力Ｐ_１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以下の漏れ量があれば、排気細管５を通って排気されるので、排気細管５の被検査体２側の圧力Ｐ_１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。

【0040】

表１は、排気細管の下流側の圧力Ｐ_０が１Ｐａのとき、排気細管の長さＬ、内径Ｄ、排気細管の上流側の圧力Ｐ_１を変化させたときの、排気細管の流量Ｑを計算したものである。排気細管の流量Ｑは、排気細管の長さＬを長く、内径Ｄを小さくするほど、小さくなり、－７乗台、－８乗台のリーク検出が可能となることを示している。

【0041】

【表1】

【0042】

本実施形態のリーク検査装置は、Ｈｅリーク標準を用いた定期点検を行い、精度を担保する必要がある。細くて長い配管のコンダクタンスＣ［ｍ^３/ｓ］と流量Ｑ［Ｐａ・ｍ^３/ｓ］を表す上記算式は、気体分子を窒素（Ｎ_２）とした場合であるので、Ｎ_２をＨｅに換算するピラニ補正を行って、表１と同一条件で排気細管の流量Ｑを計算すると、表２に示す通りとなる。表２から、Ｈｅリーク標準を用いて、－７乗台のリーク検出が可能となることを示している。つまり、Heリーク標準による定期点検を行うことで、高価なHeガスを検査ガスとして用いることなくHeリークディテクタと同等の尺度で漏れ検査を行うことができる。

【0043】

【表2】

【0044】

排気細管５として、複数の排気細管５ａ、５ｂが並列に接続されている場合、合成コンダクタンスＣは、次式で表され、複数の排気細管を組み合わせることで、合成コンダクタンスを大きくすることができる。
Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２

【0045】

次に、前記実施形態のエアリーク検査装置１の動作を図２Ａ、２Ｂ、２Ｃのフローチャート、図３、４の圧力変化図に基づき説明する。

【0046】

まず、図２Ａに示すように、被検査体２のエアリーク検査の前に、準備工程を行う。
図２Ａにおいて、ステップ００１で遮断弁Ｖ０、第１開閉弁Ｖ１及び第２開閉弁Ｖ２を開き、ワーク弁Ｖｗ及びリーク弁ＶＬを閉じて、ステップ００２で第１真空ポンプ３ａ、第２真空ポンプ３ｂを駆動する。これにより、排気管４内の空気は、排気管４を通って第１真空ポンプ３ａから外部に排気され、第１排気細管５ａ、第２排気細管５ｂ内の空気は、枝管４ａ及び排気管４を通って第１真空ポンプ３ａから外部に排気されるとともに、集合管４ｂを通って第２真空ポンプ３ｂから外部に排気される。

【0047】

図３に従来と本発明の排気時間の差を示す。従来は、一つの真空ポンプで系内全体の空気を排気していたので、排気細管の下流側が１Ｐａになるには系全体の圧力が１Ｐａになるまで待たざるを得ず、ｔｊ時間を要していた。また、検査毎に、排気細管と排気管の両方を排気していたので、図３中１点鎖線で示すように、検査毎に排気時間が長くなっていた。
これに対し、本発明では、第１真空ポンプ３ａにより、第１排気細管５ａと第２排気細管５ｂの上流側の空気を排気し、第２真空ポンプ３ｂにより、第１排気細管５ａと第２排気細管５ｂを含むそれらの下流側の空気を排気するので、図３中実線で示すように、従来のｔｊより短いｔｐ時間で、第１排気細管５ａと第２排気細管５ｂの上流側が２Ｐａに達する。また、第１排気細管５ａと第２排気細管５ｂを含む下流側は、上流側より内容積がはるかに小さいので、図３中破線で示すように、高真空ポンプである第２真空ポンプ３ｂにより、第１真空ポンプ３ａの排気時間ｔｐ１よりも短い時間ｔｐ０で、第１排気細管５ａと第２排気細管５ｂの下流側が１Ｐａに達する。このため、第１排気細管５ａと第２排気細管５ｂの上流側が２Ｐａに達したｔｐ１時点から、検査工程で直ちに検査を開始することができる。検査工程では、被検査体及び排気管の排気を毎回行うが、排気細管は排気しないので、ｔｐ１に相当する時間が短くなるだけである。

【0048】

また、検査工程で被検査体を取り付けることで、第１排気細管５ａと第２排気細管５ｂの上流側（第１開閉弁Ｖ1と第２開閉弁Ｖ２は閉じられているので、それらの弁部より上流側）の圧力は急激に上昇するが、第１排気細管５ａと第２排気細管５ｂの下流側は１Ｐａを維持したままである。したがって、検査工程では、第１排気細管５ａと第２排気細管５ｂの上流側の圧力上昇分だけ排気すればよいため、検査工程に要する時間を短縮することができる。

【0049】

複数の被検査体について検査が連続して複数回行われる場合には、検査が終了した時点で第１開閉弁Ｖ１及び第２開閉弁Ｖ２を閉じて、第１排気細管５ａと第２排気細管５ｂ内を排気状態に維持しておくことで、次の検査を行う毎に第１排気細管５ａと第２排気細管５ｂ内を排気する必要がなく、排気管４内を排気するだけでよいので、検査全体の検査時間を大幅に短縮することができる。

【0050】

ステップ００３で、真空ポンプ３を駆動してからｔ０１秒（例えば、１０秒）が経過したか否かを判断し、経過していなければ第１真空ポンプ３ａと第２真空ポンプ３ｂによる排気を継続する。ｔ０１秒が経過していれば、ステップ１０４で、真空計６の圧力Ｐ１を読み取る。ステップ００５で圧力Ｐ１が２Ｐａ以下であるか否かを判断する。圧力Ｐ１が２Ｐａを超える場合、装置内のリーク又は第２真空ポンプ３ｂ等の異常のために排気が不十分になっていると考えられ、ステップ００６で装置リーク有り（リークレベル：Ｌ０）と判断し、準備工程を終える。また、ステップ００５で圧力Ｐ１が２Ｐａ以下である場合、装置内が漏れなく、排気されていると判断する。さらに、ステップ００７で、第１排気細管５ａと第２排気細管５ｂの下流側に設けた真空計１１の圧力Ｐ０を読み取り、ステップ００８で、圧力Ｐ０が１Ｐａ以下であるか否かを判断する。圧力Ｐ０が１Ｐａを越える場合、第２真空ポンプ３ｂが不調であると判断し、ステップ００９でアラーム等で報知する。また、ステップ００８で圧力Ｐ０が１Ｐａ以下である場合、第２真空ポンプ３ｂにより正常に排気できていると判断し、ステップ０１０で真空ポンプ３を駆動してからｔ０２秒（例えば、２０秒）が経過した時点で準備工程を終える。

【0051】

次に、図２Ｂに示すように、被検査体２のエアリーク検査の検査工程を行う。
図２Ｂにおいて、ステップ１０１で、第１開閉弁Ｖ１及び第２開閉弁Ｖ２を閉じ、ステップ１０２で被検査体２を取り付けた後、ステップ１０３でワーク弁Ｖｗを開く。このｔ０時点では、前述の準備工程で第１真空ポンプ３ａと第２真空ポンプ３ｂの排気により排気管４と排気細管５ａ、５ｂ内は既に２Ｐａまで排気されているので、直ちに被検査体２のリーク検査を行うことができる。排気管４と排気細管５ａ、５ｂ内は、引き続き第１真空ポンプ３ａと第２真空ポンプ３ｂにより排気されるので、図４に示すように、真空計６が検出する圧力は低下してゆく。ステップ１０４で、ワークバルブＶｗを開いてからｔ０３秒（例えば、３０秒）が経過したか否かを判断し、経過していなければ第１真空ポンプ３ａと第２真空ポンプ３ｂによる排気を継続する。ｔ０３秒が経過していれば、ステップ１０５で、真空計６の圧力Ｐ１を読み取る。ステップ１０６で圧力Ｐ１が所定の第１閾値Ｐth１以下であるか否かを判断する。第１閾値Ｐth１は、本実施形態では、１．５Ｐａである。図４中２点鎖線ｘで示すように圧力Ｐ１が第１閾値Ｐth１を超える場合、被検査体２のリーク（漏れ）のために排気が不十分になっていると考えられ、ステップ１０７でリーク有り（リークレベル：Ｌ１）と判断し、当該被検査体２の検査を終了し、次の被検査体の検査に移行する。圧力Ｐ１が第１閾値Ｐth１以下である場合、大きな漏れがなく排気が十分に行われていることになるので、ステップ１０８以降において、排気細管５ａと５ｂの微小流量によるリークテストを行う。

【0052】

ステップ１０８で、第２開閉弁Ｖ２を閉じたまま第１開閉弁Ｖ１を開き、ステップ１０９で遮断弁Ｖ０を閉じる。ｔ１時点で遮断弁Ｖ０を閉じると、被検査体２の内部の断熱膨張により冷却されるが、その後周囲の空気により加熱されて被検査体２の空間２ａの水分や油分が蒸発するので、図４に示すように、しばらくの間（ｔａ）、真空計６の検出圧力が上昇する。

【0053】

遮断弁Ｖ０の遮断により排気管４による排気は停止するが、第１開閉弁Ｖ１は開いているので、第２真空ポンプ３ｂと排気細管５ａによる排気は継続する。しかし、排気細管５ａのコンダクタンスは排気管４のコンダクタンスより小さいので、流量が制限される。圧力Ｐ１に到達し、遮断弁Ｖ０を閉じた時点で、被検査体２に全くリークが無ければ、第１排気細管５ａに流れが無く、図４中２点鎖線ｙで示すように、真空計６が検出する真空度はＰ１＋αを維持する。被検査体２にリークがあり、その漏れ量が第１排気細管５ａの許容流量以下であれば、その漏れ量は第１排気細管５ａを通って第２真空ポンプ３ｂから排気されるので、真空計６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、その漏れ量が第１排気細管５ａの許容流量以上であれば、その漏れ量は第１排気細管５ａを通過しないため、被検査体２及び排気管４内の圧力の変化が大きくなる結果、図４中２点鎖線ｚで示すように真空計６が検出する圧力は上昇する。

【0054】

そこで、ステップ１１０で、遮断弁Ｖ０を閉じてからｔ０４秒が経過したか否かを判断し、経過していなければそのまま待機し、ｔ０４秒が経過していれば、ステップ１１１で、真空計６の圧力Ｐ２を読み取る。ステップ１１２で圧力Ｐ２が所定の第２閾値Ｐth２以下であるか否かを判断する。図２中２点鎖線ｚで示すように、圧力Ｐ２が第２閾値Ｐth２を超える場合、被検査体２のリーク（漏れ）のために圧力が増加し、真空度が悪くなっていると考えられ、ステップ１１３でリーク有り（リークレベル：Ｌ２）と判断する。圧力Ｐ２が第２閾値Ｐth２以下である場合、ステップ１１４以降の排気細管５ｂの微小流量によるリークテストに移行する。

【0055】

ステップ１１４で、第１開閉弁Ｖ１を閉じ、第２開閉弁Ｖ２を開く。ステップ１１５で、第１開閉弁Ｖ１を閉じてからｔ０５秒が経過したか否かを判断し、経過していなければそのまま待機し、ｔ０５秒が経過していれば、ステップ１１６、真空計６の圧力Ｐ３を読み取る。ステップ１１７で圧力Ｐ３が所定の第３閾値Ｐth３以下であるか否かを判断する。圧力Ｐ３が第３閾値Ｐth３を超える場合、被検査体２のリーク（漏れ）のために圧力が増加し、真空度が悪くなっていると考えられ、ステップ１１８でリーク有り（リークレベル：Ｌ２）と判断する。圧力Ｐ３が第３閾値Ｐth３以下である場合、ステップ１１９で被検査体２のリーク（漏れ）が許容以下であるとし、リーク無と判断し、ステップ１２０で、第１開閉弁Ｖ１と第２開閉弁Ｖ２を閉じて、当該被検査体１の検査を終了し、次の被検査体の検査に移行する。

【0056】

ステップ１１３でリーク有り（リークレベル：Ｌ２）と判断し、またステップ１１８で、リーク有り（リークレベル：Ｌ３）と判断すると、ステップ１１３－１、ステップ１１８－１で、それぞれ図２Ｃに示す細管排気工程を行い、次の被検査体の検査に移行する。これは、リーク有りとなった原因がワーク弁Ｖｗを開いたときに被検査体２内のエアーが進入したと考えられるので、排気細管５ａ、５ｂ内を排気して、次の被検査体の検査に影響がないように備えるためである。

【0057】

図２Ｃに示すように、細管排気工程では、ステップ２０１で、遮断弁Ｖ０、第１開閉弁Ｖ１及び第２開閉弁Ｖ２を開き、ワーク弁Ｖｗ及びリーク弁ＶＬを閉じる。これにより、第１真空ポンプ３ａ、第２真空ポンプ３ｂにより、第１排気細管５ａ、第２排気細管５ｂ及び排気管４内の空気は枝管４ａ及び排気管４を通って第１真空ポンプ３ａから外部に排気され、第１排気細管５ａ、第２排気細管５ｂ内の空気は集合管４ｂを通って第２真空ポンプ３ｂから外部に排気される。

【0058】

ステップ２０２で、ステップ２０１の各弁を開閉してからｔ０１秒（例えば、１０秒）が経過したか否かを判断し、経過していなければ第１真空ポンプ３ａと第２真空ポンプ３ｂによる細管排気を継続する。ｔ０１秒が経過していれば、ステップ２０３で、真空計６の圧力Ｐ１を読み取る。ステップ２０４で圧力Ｐ１が２Ｐａ以下であるか否かを判断する。圧力Ｐ１が２Ｐａを超える場合、装置内のリーク又は第２真空ポンプ３ｂ等の異常のために排気が不十分になっていると考えられ、ステップ２０５で装置リーク有り（リークレベル：Ｌ０）と判断し、細管排気工程を終える。また、ステップ２０６で圧力Ｐ１が２Ｐａ以下である場合、装置内が漏れなく、排気されていると判断し、ステップ２０６で、ステップ２０４のＰ１が２Ｐａに都達してからｔ０２秒（例えば、２０秒）が経過すると、ステップ２０７で第１開閉弁Ｖ１及び第２開閉弁Ｖ２を閉じて、細管排気工程を終える。

【0059】

最初の被検査体についてのリーク検査（１回目）に続き、次の被検査体についてリーク検査（２回目以降）を行う。最初の被検査体についてのリーク検査が終了した時点で、第１開閉弁Ｖ１と第２開閉弁Ｖ２を閉じ、第1真空ポンプ３ａと第２真空ポンプ３ｂは駆動したままとする。また、ワーク弁Ｖｗを閉じたままの状態で、最初の被検査体を次の検査体に取り換える。これにより、次の被検査体の検査のスタート時点では、排気管４内は、大気圧又はそれに近い圧力となるが、大気暴露はごく短時間で済む。また、第１排気細管５ａと第２排気細管５ｂ内は、１Ｐａを維持している。仮に、第１開閉弁Ｖ１と第２開閉弁Ｖ２を開いていると、被検査体の交換時に排気管４だけでなく第１排気細管５ａと第２排気細管５ｂ内にも大気が進入し、次の被検査体の排気に多大な時間を有する。本実施形態では、前の被検査体の検査の終了時に、第１開閉弁Ｖ１と第２開閉弁Ｖ２を閉じて、第１排気細管５ａと第２排気細管５ｂ内を１Ｐａに維持しているので、次の被検査体の検査スタート時には、遮断弁Ｖ０を開いて、第１真空ポンプ３ａにより被検査体及び排気管４内を排気するだけでよく、大幅に時間を短縮することができる。被検査体及び排気管４内を排気した後の工程は、図２Ｂのフローチャートに示す同様のステップを繰り返す。

【0060】

仮に、従来のように加圧又は減圧して一定時間後の圧力変化で判定する場合、排気管の遮断弁を閉じた後、本発明に比べて非常に長い時間をかけても同レベルの精度は得られない。更に問題をこじらせるのが断熱膨張又は断熱圧縮の現象であり、リークが無くても圧力が影響を受けるので、短時間で正確な判定は困難であった。しかし、本発明では、第１排気細管５ａと第２排気細管５ｂにより許容リーク以下のときは漏れ量が第１排気細管５ａと第２排気細管５ｂから排気されるので、真空計６の検出圧力は上昇せず、リークなしと判断される。したがって、許容されるリークがあるものでも不良品と判断されていた従来のリーク検査装置に比べて、本発明のリーク検査装置は、許容リーク以下のものを良品と判断することができるという点で、検査精度が高い。

【0061】

被検査体２の空間２ａに水や油が付着している場合は、図４中点線で示すように、第１真空ポンプ３ａにより、一旦、被検査体２を１００Ｐａ以下に排気した後、清浄ガス導入部９を作動させて、排気管４を介して被検査体２に、１００,０００～１１０,０００Ｐａまで窒素（Ｎ_２）、炭酸ガス（ＣＯ_２）、アルゴン（Ａｒ）等の清浄ガスを導入することができる。清浄ガスの導入により、被検査体２は断熱圧縮により加熱されて、水、油が蒸発し、排出される結果、圧力Ｐ１に到達した後の断熱膨張の影響による圧力の上昇を少なくすることができる。

【0062】

本実施形態では、第１真空ポンプ３ａによる被検査体２及び排気管４内の排気は、従来のように系全体を１つの真空ポンプで所定の真空度まで排気するのに比べて、短時間で済む。また、第２真空ポンプ３ｂによる排気細管５の排気は、排気細管５の内容積が被検査体２及び排気管４の内容積より小さいので、第１真空ポンプ３ａによる被検査体２及び排気管４内の排気に比べ小型で比較的安価な真空ポンプで済む。したがって、遮断弁Ｖ０を閉じ、開閉弁Ｖ１，Ｖ２を開いた時点では、既に排気細管５の下流側は上流側より低い圧力なっているので、排気細管５の上流側と下流側にリーク検査に必要な圧力差を発生させるまでに要する排気時間が速くなり、検査時間を短縮することができる。

【0063】

また、第２真空ポンプ３ｂの到達可能圧力は、第１真空ポンプ３ａの到達可能圧力と同等又はそれ以下であり、被検査体２及び排気管４より内容積が小さい排気細管５内を排気するので、第１真空ポンプ３ａの到達可能圧力より低い圧力まで排気できる高真空ポンプであっても、第１真空ポンプ３ａよりも小型で比較的安価なポンプを採用できる。

【0064】

排気細管５ａ、５ｂに大気が入らないように封止することで、排気細管５ａ、５ｂ自体の劣化、及び第２真空ポンプ３ｂの性能低下に伴うメンテナンス周期を伸ばすことができる。

【0065】

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。

【0066】

例えば、前記実施形態では、排気細管５として、第１排気細管５ａと第２排気細管５ｂとを設けたが、１本でも、３本でもよい。この場合、コンダクタンスが異なる複数の排気細管のいずれか又は幾つかを組み合わせて選択することで、複数のリークレベルの判定が可能になる。また、コンダクタンスが良い排気細管でスクリーニングすることで、前の検査で他の排気細管にリークガスが進入したときでも、次の検査の待機中に第２真空ポンプによる排気細管内の真空度の回復時間を短縮することができる。

【0067】

また、前記実施形態では、排気細管５の微小流量と同等以下のリークを合格と判定するべく、排気細管５のコンダクタンスおよび検査圧力Ｐ１、Ｐ０を設定したが、信頼性が確保できる範囲であれば、時間短縮化のために排気細管５の微小流量を超えるリークを合格とするべく、それらを設定することができる。信頼性が確保できるとは、その合否判定ラインよりも、所定のＨｅリーク標準の点検での流量が明確に有意差があり、大きいことを指す。所定のＨｅリーク標準とは、単体のリーク標準に限らず、複数個の複合値でもよく、個々の検査ラインの許容リーク量に近くて超えない値が望ましい。

【符号の説明】

【0068】

１…エアリーク検査装置
２…被検査体
２ａ…空間
２ｂ…チップ管
３ａ…第１真空ポンプ
３ｂ…第２真空ポンプ
４…排気管
４ａ…枝管
４ｂ…集合管
５…排気細管
５ａ…第１排気細管
５ｂ…第２排気細管
６…真空計
７…制御部
８…フィルタ
９…清浄ガス導入部
１０…表示部
Ｖ０…遮断弁
Ｖ…開閉弁
Ｖ１…第１開閉弁
Ｖ２…第２開閉弁
Ｖｗ…ワーク弁

【要約】

【課題】被検査体及び装置内部を検査可能な所定圧力までの排気するために必要な時間を短縮することができるエアリーク検査装置を提供する。
【解決手段】被検査体２に接続される排気管４と、排気管から開閉弁Ｖ１，Ｖ２を介して分岐し、排気管より細い径を有する排気細管５ａ、５ｂと、排気管に接続され、被検査体内の圧力を検出する真空計６と、排気管に遮断弁Ｖ０を介して接続された第１真空ポンプ３ａと、排気細管に接続された第２真空ポンプ３ｂとを備える。遮断弁Ｖ０を開き、開閉弁Ｖ１，Ｖ２を閉じて、第１真空ポンプ３ａにより排気管４を介して被検査体２及び排気管４内を排気するとともに、第２真空ポンプ３ｂにより排気細管５ａ、５ｂ内を排気する。遮断弁Ｖ０を閉じ、開閉弁Ｖ１、Ｖ２を開いて排気管４と排気細管５ａ、５ｂを連通させたとき、真空計の検出圧力が所定の閾値を越えるとリーク有りと判定する。
【選択図】図１

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】