JP4801076B2 - リークテスト方法およびリークテスト装置 - Google Patents

Description

本発明は、テストガスが充填されている中空のテスト対象物を室に取り付け、テスト対象物から流出するテストガスをガスセンサによって検出するリークテスト方法に関する。

ヨーロッパの工業規格であるＤＩＮ（ドイツ工業規格）ＥＮ１３１８５号「シール性テスト」には、シール性テストのための種々様々な方法が記載されている。これにはグループＢの方法：テスト対象物からのテストガス流、が属している。方法Ｂ３は集積による過圧法である。テストガスが圧力下で充填されたテスト対象物が、ガス密なカバー内に置かれている。所定の時間後に、集積されたテストガスが、カバーに接続されているリークディテクタによって測定される。カバーの体積および圧力が公知である場合には、次いで、リーク量が評価され、検出される。方法Ｂ６は真空法である。テストガスが充填されている小さな対象物を室内に置く。次いでこの室を、テスト対象物の内圧よりも低い圧力にまで排気する。リークディテクタを真空室に接続する。テスト対象物からの全テストガス流をこのリークディテクタによって測定する。このようなヨーロッパ規格と、そこで規定されている方法は、ゲルハルト・シュレーダー（Gerhard Schroeder）による「Neue Norm zur Auswahl eines geeigneten Verfahrens zur Lecksuche und Dichtheitspruefung」（ＺｆＰ新聞７４、２００１年４月、３１〜３９頁）で説明されている。方法Ｂ３とＢ６とでは、質量分析計を有したリークディテクタを運転可能にするために、テスト対象物のカバーに高真空を形成しなければならない。質量分析計のためには、高真空を形成する必要があり、このために、ターボ分子ポンプおよび摩擦分子ポンプのようなコストのかかるポンプを要する。しかしながらこのような形式のリークサーチ装置は、極めて敏感ではあるが、極めて大きな真空技術的な手間を要する。

過圧法では、テスト対象物のリークレートｑ_Ｇは以下のような方程式で計算される。

ｑ_Ｇ＝ｐ×Ｖ（Ｃ_１−Ｃ_０）／（ｔ_１−ｔ_０）
この場合、
ｑ_Ｇは、全リークレート、パスカル立方メートル／秒（Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ）、
ｐ，Ｖは、付加的なカバーの圧力と体積、それぞれパスカルと立方メートル、
Ｃ_０，Ｃ_１は、付加的なカバー内での測定の開始および終了である時点ｔ_１とｔ_２おける体積濃度、
ｔ_０，ｔ_１は、測定の開始時および終了時における各時点である。

即ちこの場合、濃度ｃを測定するので、カバー（室）における総圧力ｐを知る必要がある。総圧力と濃度との積によって初めて、テストガスの分圧ｐ^＊が得られる（ｐ×ｃ＝ｐ^＊）。さらに、総圧力を一定に維持しなければならない。さもないと、算出される分圧はリークレートに比例しないからである。

雑誌「ZfP-In Anwendung, Entwicklung und Forschung」には、ScroffとStetterによるDGZfP-Jahrestagung2001（ベルリン）への寄稿についての論文「Laseroptische Messverfahren zur Dichtheitspruefung mit Leckortung」が掲載されている。ここにはレーザ光学的なシールテストが記載されている。テスト対象物を有する室からガスを吸い出し、検出室を通して導く。この室は充填ガスとして空気を有しており、充填対象物はテストガスとして、ＣＯ２導波管レーザの放射を選択的に吸収する六フッ化硫黄（ＳＦ６）を有している。レーザビームは検出室にあるガスを通過して案内され、レーザビームの吸収が測定される。このような形式の方法は手間のかかる検出室とレーザ装置とを必要とする。この検出室は真空ポンプに接続されている。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００３１８８２号明細書（Leybold Vakuum GmbH）には、ヘリウムまたは水素のための分圧センサが記載されている。この分圧センサは、所望の選択的な透過特性を有するシリコン材料から成るダイアフラムに接続されている。センサの室内には、複数の陰極プレートとその間に配置された陽極リングとから成るペニング圧力センサが配置されている。永久磁石が、ペニング放電のために必要な磁界を生ぜしめる。ペニング圧力センサは、陰極プレートと陽極リングとの間に流れる電流に基づき総圧力のための値を送る。ダイアフラムにより、ヘリウムまたは水素のような所定のガスのみがセンサ室に進入することができる。分圧センサについての類似の記載は、特許出願１０２００４０３４３８１号明細書（未公開）にあり、この明細書の内容は参照することにより本願に引用される。

本発明の課題は、簡単に、高真空を生ぜしめる必要なしにリークテストを実行することができるようなリークテスト方法と相応のリークテスト装置とを提供することである。

本発明のリークテスト方法の第１実施例は請求項１に記載されている。この第１の実施例では室は気密に閉じ、これにより室内に不変の充填ガス体積を形成する。ガスセンサとして分圧センサを使用し、分圧センサのダイアフラムを室内に配置する。この方法では、室からはガスは取り出されず、即ち充填ガスも、場合によっては内部に含まれるテストガスも取り出されない。室内に含まれるガス体積は、気密に閉じられた室内にとどまっていて、テストまたは測定目的で室から取り出されることはない。リークテスト法の主要な利点は、リークテストを任意の圧力で行うことができ、即ち、例えば雰囲気圧または僅かな負圧、または時間的に変化する圧力のもとでも行うことができることにある。いずれにせよ真空を生ぜしめる必要はない。質量分析計の運転に必要な圧力はずっと低いものであるが（１０^−４mbar）、本願説明の範囲内では真空とは広く１mbar以下の圧力を意味する。

室のための充填ガスとして空気を使用することができる。この場合、室を真空にせずに密に閉じるだけで良い。テストガスとして、特にヘリウムまたは水素のような希ガスを使用することができる。ヘリウムおよび水素は、比較的簡単な分圧センサによって検出することができ、量的に検出することができるという利点を有している。さらにはヘリウムは、それ自体、ごく微細なリーク個所から流出する軽量ガスであるので特に適している。

本発明の第１の実施例の特別な利点は、室にガス搬送のための導管を接続する必要がないことにある。分圧測定の開始前に室からガスを吸い出すことができるが、実際の測定位相は、室からガスを導出することなしに、または室にガスを導入することなしに行われる。

分圧ｐ^＊はセンサによって直接測定することができるので、総圧力ｐと濃度ｃに基づき、ｐ^＊＝Ｐ×ｃの公式で室内のテストガスの分圧ｐ^＊を計算する必要はない。

本発明の別の構成によれば、室内の充填ガスを循環させる。このような循環は、充填ガス原子を均一に充填ガス内に分配するために有利である。これによりテスト対象物から流出する充填ガスが、テスト対象物表面にとどまっていることは防止される。

リークテストは有利には、テストガスの分圧を測定周期の最初と最後に測定し、その差からリークレートを検出するように行われる。リークレートの絶対値の検出の際には室体積Ｖも考慮される。

本発明によれば、室にバイパス導管を設け、このバイパス導管がベンチレータを有しており、室の一方の個所でガスを吸い込み、他方の個所で再び室内に導入し、室における必要な通気を生ぜしめることもできる。この場合、バイパス導管の体積は、室体積の構成要素である。

本発明は、本発明による方法の第１の実施例を実行するためのリークテスト装置にも関する。このようなリークテスト装置は、室内に、テストガスには反応し、充填ガスに反応しない分圧センサのダイアフラムが配置されていることを特徴とする。

この室は、テスト対象物に関して分圧センサとは反対側に配置されている通気装置を有していて良い。分圧センサは室の壁内に、または壁面に配置されていて良い。

本発明のリークテスト法の第２実施例は請求項９に記載されている。これによると、充填ガスを、室を貫通させるように案内し、室の充填ガス出口に、またはその直後に分圧センサを配置する。充填ガスはこの場合も有利には空気である。室は継続的に貫流され、この場合、出口でテストガスの分圧を測定する。このようにして、充填ガス中のテストガスの存在が検出され、その量とテスト対象物の全リークレートの正確な測定が得られる。公知のリークレートでのテスト対象物の校正が可能である。

第２の変化実施例では、有利には室内に、雰囲気圧よりも小さいが、１ｍｂａｒよりも大きい圧力を維持し、これにより生じる充填ガス流が、非分子流を形成する。充填ガス流により、室内に到る充填ガスの均一な分配が生ぜしめられる。充填ガスは、流出するテストガスを分圧センサに供給する担体ガスとして働く。流れは有利には乱流である。いずれにせよこの流れは、高真空ポンプによって高真空で生ぜしめられ、粘性のガス流の法則は当てはまらない分子流とは異なり、粘性ガス流である。

本発明の第２実施例によるリークテスト装置は、ガス入口とガス出口とを備えた室を有している。ガス出口に、またはその直後に分圧センサが配置されている。ガス出口は、テスト対象物から流出するテストガスを連行するために、室の所要な貫流を生ぜしめる吸込ファンに接続されていて良い。このような形式の吸込ファンは、通常のベンチレータの形式で形成されて良い。通ベンチレータは、ガス流を生ぜしめるためだけに働き、所定の真空を生ぜしめることはない。ガス流は、（吸込ベンチレータを用いずに）過圧による負荷によっても生ぜしめることができる。

テストガスの分圧が測定されるので、ガス流の制御は必要ない。ガス流の変更により総圧力のみが変化し、テストガス分圧の測定のために影響を与えることはない。

以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図面には以下のことが示されている。

図１には、本発明の第１実施例によるリークテスト装置の概略的な図が、
図２には、室の壁内に配置された分圧センサを備えた図１の装置の細部の変化実施例が、
図３には、本発明の第２実施例によるリークテスト装置の概略的な図が示されている。

図１によれば、周囲の雰囲気に対して気密に閉鎖されている室１０内に充填ガス１１が入れられている。この充填ガス１１は通常は空気である。室１０は取り外し可能なカバーを有していて良く、このカバーにより室へのアクセスが可能であり、このカバーはテスト対象物を挿入した後は密に閉鎖される。室１０内には、周囲の雰囲気と同じ圧力を形成することができるが、室内の圧力を低下させても良い。ただし、１mbar以下にはできない。何故ならば、１mbar以下では室内のガス通気が不可能になるからである。

室１０内にはテスト対象物１２が取り付けられる。テスト対象物１２は中空体であって、その中空室１３はテストガス１４、例えばヘリウムが充填されている。テスト対象物１２がリークしている場合、ヘリウムが室１０内に流出する。テストガスの流出はガスセンサ１５によって検出される。この場合、リークレート、即ち、単位時間あたりに流出するテストガスの流量も検出することができる。

室には通気装置１６が組み付けられており、該通気装置１６は充填ガスを駆動し、テスト対象物１２に向けられていて、テスト対象物１２に沿って流れるガス流を生ぜしめる。室の反対側にはガスセンサ１５が配置されている。このガスセンサは分圧センサであって、選択的に、テストガスの存在には反応するが、充填ガスには反応しない。このガスセンサ１５の詳細は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００３１８８２号明細書およびＤＥ１０２００４０３４３８１号明細書に記載されている。このガスセンサ１５はガス密なケーシング１７を有しており、このケーシング１７はコップ状に形成されていて、一方の端面がダイアフラム１８によって閉鎖されている。ケーシング１７は通常、ガラスから成っており、ダイアフラム１８は半導体材料、特に酸化ケイ素から成っている。ダイアフラム上には多数のヒータコイルが形成されていて、これはダイアフラムを加熱するために電源に接続されている。ダイアフラム１８は、同じ基本材料から成っているケーシング１７に接続されているので、ケーシング１７の内室は密に閉鎖されている。ダイアフラム１８は、ヘリウムまたは水素のような個々のガスのために選択的に透過性である。ケーシング１７内にはペニング圧力センサが設けられており、この圧力センサはケーシング１７内の総ガス圧を測定する。テストガスだけがダイアフラム１８を通ってケーシング１７内に進入することができるので、測定されたガス圧は、テストガスの分圧に相当する。ライン１９では、この分圧に相当する電気的な信号が送られる。

記載した装置は、テスト対象物１２におけるリークの存在を検出するのに適している。さらには、リークレートＱの検出も可能である。このために、測定周期ｔｐ内での分圧ｐの変化が算出される。リークレートは次の式により得られる。

Ｑ＝Ｖ×Δｐ^＊／ｔｐ
ここではΔｐ^＊は、測定周期ｔｐ内の分圧ｐ^＊の上昇（変化）であって、Ｖは室１０の体積である。

図１によれば、ガスセンサ１５は室１０の内側に組み付けられているが、図２には、ガスセンサ１５が室の壁に組み込まれている構成が示されており、ダイアフラム１８は室の内室に向かって露出されている。

図３には、本発明の第２実施例が示されている。この場合、テスト対象物１２の形状およびサイズにほぼ適合する室３０が設けられているので、室を貫流するガス流はテスト対象物１２に密に沿って流れる。室３０はフレーム３１に組み付けられていて、フレーム３１は室を支持し、室の種々様々な形状を可能にする。

室３０は一方の端部に充填ガス入口３３を有しており、反対側の端部に充填ガス出口３４を有している。充填ガスは充填ガス入口３３に、固定的な絞り個所３６を有する流入導管３５を介して供給される。充填ガス出口３４は、吸込ファン３８を備えた流出導管３７に接続されている。

吸込ファン３８は周囲の空気を室３０を通して継続的な流れに引き込む。絞り個所３６により室３０内に軽い負圧が生ぜしめられる。負圧は一定に維持される必要はなく、従って制御されなくても良い。

充填ガス出口３４に、またはその直後に、ガスセンサ１５が配置されており、そのダイアフラム１８はガス導管に位置している。ガスセンサ１５は、図１について記載されたものと同様に分圧センサである。

図３のリークテスト装置は次のように働く。

テストガス１４が充填されたテスト対象物１２が室３０内に取り付けられ、室３０は閉じられる。次いで吸込ファン３８が接続され、これにより周囲の空気が充填ガスとして流入導管３５内に吸い込まれ、室３０を通って流れる。テスト対象物１２にリークがある場合には、充填ガスにテストガスが受容される。テストガス１４の存在が、分圧センサであるガスセンサ１５によって検出される。

図３の実施例では、空気流が吸込ファン３８によって室３０を貫通するように吸い込まれる。選択的には、吸込ファン３８の代わりに、流れ方向で室３０の手前に配置されるファンを使用することもできる。この場合、絞り個所は流れ方向で見て室の後方にある。

本発明により、簡単かつ安価なリークテスト方法が提供される。これは特に、工業的に製造されたテスト対象物のテストのために適しており、即ち、個々のテストにも大量テストにも適している。

本発明の第１実施例によるリークテスト装置を概略的に示した図である。 室の壁内に配置された分圧センサを備えた図１の装置の細部の変化実施例を示した図である。 本発明の第２実施例によるリークテスト装置を概略的に示した図である。

Claims (14)

1. リークテスト方法であって、テストガス（１４）が充填されている中空のテスト対象物（１２）を室（１０）内に設け、該室は最初は、テストガスを有していない、充填ガス（１１）から成るガス雰囲気を有しており、テスト対象物（１２）からのテストガス（１４）の流出をガスセンサ（１５）によって検出し、該ガスセンサはテストガスには反応するが充填ガスには反応しない形式のものにおいて、
   室（１０）を気密に閉鎖し、これにより不変の充填ガス体積が形成され、ガスセンサ（１５）として、選択的にテストガス（１４）透過性のダイアフラム（１８）を備えた分圧センサを使用し、この分圧センサのダイアフラム（１８）を室（１０）内に配置し、該分圧センサは、室（１０）内のテストガス分圧に等しい、ダイアフラム（１８）によって閉じられたケーシング（１７）内の総ガス圧を測定することを特徴とする、リークテスト方法。
2. 室（１０）内の充填ガス（１１）を循環させる、請求項１記載のリークテスト方法。
3. 室（１０）内の充填ガス（１１）を、テスト対象物（１２）に沿って流れる流れを生ぜしめ、テスト対象物からテストガス分子を剥離するように駆動する、請求項１又は２記載のリークテスト方法。
4. ガスセンサ（１５）が室（１０）の壁内に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のリークテスト方法。
5. テストガス（１４）の分圧を測定周期（ｔｐ）の最初と最後とで測定し、その差からリークレートＱを検出する、請求項１から４までのいずれか１項記載のリークテスト方法。
6. リークテスト装置であって、充填ガス（１１）を充填可能な気密に閉鎖可能な室（１０）を有しており、該室に、テストガス（１４）が充填されたテスト対象物（１２）が収容されている形式のものにおいて、
   室（１０）内に、分圧センサの選択的にテストガス（１４）透過性のダイアフラム（１８）が配置されていて、この分圧センサは、テストガス（１４）に反応するが充填ガス（１１）には反応しないものであって、該分圧センサは、室（１０）内のテストガス分圧に等しい、ダイアフラム（１８）によって閉じられたケーシング（１７）内の総ガス圧を測定することを特徴とするリークテスト装置。
7. 室（１０）が通気装置（１６）を有しており、該通気装置がテスト対象物（１２）に関して分圧センサ（１５）とは反対側に配置されている、請求項６記載のリークテスト装置。
8. 分圧センサ（１５）が室（１０）の壁内にまたは壁面に配置されている、請求項６から７までのいずれか１項記載のリークテスト装置。
9. リークテスト方法であって、テストガス（１４）が充填されている中空のテスト対象物（１２）を室（３０）内に取付け、該室（３０）は最初は、テストガスを有していない、充填ガス（１１）から成るガス雰囲気を有しており、テスト対象物（１２）からのテストガスの流出をガスセンサ（１５）によって検出する方法において、
   充填ガス（１１）を、室（３０）を貫通させるように案内し、室の充填ガス出口（３４）にまたはその直後に分圧センサ（１５）を配置し、該分圧センサが、選択的にテストガス（１４）透過性のダイアフラム（１８）を有していて、該分圧センサは、室（３０）内のテストガス分圧に等しい、ダイアフラム（１８）によって閉じられたケーシング内の総ガス圧を測定することを特徴とするリークテスト方法。
10. 室（３０）内に、雰囲気圧よりも小さいが、１ｍｂａｒよりも大きい圧力を維持し、これにより生じるガス流が非分子流を形成する、請求項９記載のリークテスト方法。
11. リークテスト装置であって、テストガス（１４）が充填されたテスト対象物（１２）を収容し、充填ガス入口（３３）と充填ガス出口（３４）とを有している室（３０）が設けられている形式のものにおいて、
    充填ガス出口（３４）に、またはその直後に分圧センサ（１５）が配置されていて、該分圧センサが、選択的にテストガス（１４）透過性のダイアフラム（１８）を有していて、該分圧センサは、室（３０）内のテストガス分圧に等しい、ダイアフラム（１８）によって閉じられたケーシング内の総ガス圧を測定することを特徴とするリークテスト装置。
12. 充填ガス出口（３４）が吸込ファン（３８）に接続されている、請求項１１記載のリークテスト装置。
13. 充填ガス入口（３３）に絞り個所（３６）が設けられている、請求項１１又は１２記載のリークテスト装置。
14. 充填ガス入口（３３）が圧力発生器に接続されている、請求項１１記載のリークテスト装置。

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