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JP5386319B2 - 漏洩検知システム - Google Patents

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Description

本発明は、気密容器、配管やバルブ等の試験体のリーク(漏洩)の有無を連続して検知することができる漏洩検知システムに関する。
気密容器、配管やバルブ等の試験体からの微小なリークの有無を検知(検査)するリークテスト(漏洩検知)にリークディテクタを用いることが従来から知られている(例えば、特許文献1参照)。リークディテクタは、真空中のガス分子をイオン化し、ヘリウムイオンのみを選別してイオンコレクタに入射させ、イオン電流として真空中に漏れるヘリウムガスを定量的に検知できるように構成した質量分析管を備える。質量分析管は、真空雰囲気の形成が可能な真空チャンバから真空ポンプに通じる排気管から分岐した分岐管に、開閉弁を介して取り付けられる。
ここで、上記従来例のリークディテクタを用い、タンク等の気密容器を真空雰囲気の形成が可能なテストチャンバ(真空チャンバ)内に配置してリークテストする場合を例に説明すると、先ず、試験体たる気密容器をテストチャンバ内に収容した後、この試験体内にヘリウムガスを封止し、併せてテストチャンバを真空排気して真空雰囲気とする。そして、試験体からのリークがあった場合には、真空雰囲気に混入するヘリウムガスの有無がリークディテクタで検出される。
一般に、試験体内ヘのヘリウムガスの封入は、試験体内に窒素やエア等の気体を導入して試験体内を加圧して所謂粗リークテストを行い、引き続き、試験体内からこの気体を真空排気した後に行われる。このような試験体へのヘリウムの封入操作は、通常、真空チャンバの真空排気と並行して行われる。
ところで、試験体には、容積の異なる種々のものがあり、しかも、排気用や気体供給用の接続口の径が小さいものもある。このため、気体の供給や気体の排気に大幅な時間を要する場合がある。このような場合には、粗リークテストからヘリウムガスの封入までのヘリウム封入操作によって律速され、漏洩検知のサイクルタイムが長くなるという不具合がある。
特開平10−38746公報
本発明は、以上の点に鑑み、サイクルタイムが長くなることを抑制でき、複数の試験体に対して連続して漏洩検知を行う場合に効率良くリークテストを行い得る漏洩検知システムを提供することをその課題とするものである。
上記課題を解決するために、本発明の漏洩検知システムは、真空ポンプに接続されたテストチャンバと、試験体にヘリウムガスを封入する封入手段と、テストチャンバに試験体を移送し得る検知準備位置と、封入手段によるヘリウムガスの封入操作が行われる封入操作位置との間で試験体を搬送する搬送手段と、検知準備位置からテストチャンバ内の検知位置に試験体を移送する移送手段と、ヘリウムガス封入済みの試験体が検知位置に存する状態でテストチャンバを密閉する密閉手段と、密閉手段によりテストチャンバを密閉した後、真空ポンプによりテストチャンバを所定圧力まで真空引きしたときに、この試験体から漏洩するヘリウムを検知する漏洩検知手段と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、封入操作位置にて試験体にヘリウムガスを封入した後、搬送手段及び移送手段によってテストチャンバ内の検知位置まで試験体が移送され、このテストチャンバを真空排気して所定圧力に達すると、リークテストが行われる。他方、封入操作位置では、他の試験体に対してヘリウムガスの封入が行われる。
ここで、封入操作位置では、通常、ヘリウムガスの封入に先立って粗リークテストが行われ、試験体の種類によっては、粗リークテストたる試験体への気体の供給及び排気と、気体排気後の試験体へのヘリウムガスの封入までの一連の操作(これらを「封入操作」という)に時間を要する場合がある。本発明では、試験体に対するヘリウムガスの封入操作と試験体のリークテストとが、封入操作位置及び検知位置とに別個に分けて行い得る構成を採用したため、一の試験体への封入操作に時間を要する場合であっても、他の試験体へのリークテストが完了するまでの時間内で封入操作が完了すれば、律速されることはない。従って、複数の試験体に対して連続してリークテストする場合に、サイクルタイムが長くなることを抑制でき、しかも、搬送手段と移送手段とを備えたことで効率良く試験体を移送してリークテストを行うことができる。
本発明においては、前記テストチャンバの下面が開口しているものとし、前記搬送手段は回転駆動自在な回転テーブルであり、前記移送手段は、回転テーブルの上面にその周方向に所定間隔で配置された、試験体を支持する少なくとも2つの支持板と、前記回転テーブルを貫通して支持板を持ち上げ、支持板のうち試験体の周囲に位置する部分をテストチャンバの下面に当接させる駆動手段とを有し、前記支持板がテストチャンバを密閉する密閉手段を兼ねるように構成を採用すれば、サイクルタイムが長くなることを抑制できて効率が良く、しかも、部品点数も削減された漏洩検知システムを実現できる。
また、本発明においては、前記封入手段は、閉止機能付きカップリングと、カップリングに配管を介して接続されたマニホールドとを備え、このマニホールドに、ヘリウムの供給管、粗漏洩検査用の気体の供給管及び試験体内の排気用の排気管の少なくとも1つが開閉弁を介して接続されている構成を採用すれば、開閉弁を操作するだけで、封入操作を簡単に行うことができ、しかも、カップリングを離脱するだけで、ヘリウムガスが封入された試験体の検知位置への移送準備ができるため、リークテストの更なる効率化を図ることができる。
さらに、本発明においては、前記漏洩検知手段は、試験体が配置されるテストチャンバから真空ポンプに通じる排気管内に挿設され、この排気管内の流線方向に対して開口する開口部を備えたガイド管と、このガイド管に開閉弁を介して接続され、ヘリウムを検知する質量分析管とを備えたものであることが好ましい。
これによれば、ヘリウムガスを封入された試験体を真空チャンバ内に配置した後、真空チャンバ内を真空排気して真空雰囲気を形成する。その際、試験体にリークがあると、この試験体から漏洩したヘリウムが真空チャンバを経て排気管へと導かれる。その際、排気管にガイド管が挿設されているため、真空排気を開始した直後から排気管に導かれたヘリウムの一部がガイド管内へと導かれる。この状態で、真空チャンバ内の圧力が所定値まで減圧された後に開閉弁を開弁すると、ガイド管内のヘリウムは質量分析管へと導かれるようになる。このため、試験体から漏洩したヘリウムの自由拡散を待つことなしに、所定感度でのリークテストが行い得る量のヘリウムが質量分析管へと到達することになる。その結果、ヘリウムの自由拡散を待つ従来技術のものと比較して、リークテスト開始までの時間を短縮でき、ひいては、試験体のリークテストに要する時間を大幅に短縮できる。
本発明の漏洩検知システムの構成を模式的に説明する図。 リークディテクタの質量分析管の構成を説明する拡大図。
以下、図面を参照して、タンク等の気密容器を試験体TPとし、この試験体TPを真空雰囲気の形成が可能なテストチャンバ(真空チャンバ)内に設置してリークテストを行う場合を例として、本発明の実施形態の漏洩検知システムを説明する。
図1を参照して、Sは、漏洩検知システムであり、漏洩検知システムSは、開口を有するテストチャンバ1と、試験体TPにヘリウムガスを封入する封入手段2と、テストチャンバ1に試験体TPを移送し得るようにテストチャンバ1の開口と対向した検知準備位置と、封入手段2により試験体TPに対して封入操作が行われる封入操作位置との間で試験体TPを搬送する搬送手段3と、試験体TPの検知準備位置から試験体TPをテストチャンバ1内の検知位置に移送する移送手段4と、テストチャンバ1の開口を閉塞して密閉する密閉手段42a、42bと、ヘリウム封入済みの試験体TPが検知位置に存する状態でテストチャンバ1を真空排気し、テストチャンバ1内の圧力が所定値に達したときに、この試験体TPから漏洩するヘリウムを検知する漏洩検知手段5と、上記各手段を統括制御する制御手段6とを備えている。
テストチャンバ1は、下面が開口されたベルジャー式のものである。テストチャンバ1には排気口1aが形成され、また、ベントバルブ1bが設けられている。排気口1aには、開閉弁V1が介設された排気管11が接続され、この排気管11が真空ポンプP1に連通している。真空ポンプP1としては、テストチャンバ1の容積やリークテスト時のテストチャンバ1内の圧力範囲に応じてロータリーポンプやターボ分子ポンプ等から適宜選択される。また、テストチャンバ1には、ピラニ真空計やイオンゲージ等のテストチャンバ用の真空計G1が設けられている。
封入手段2は、閉止機能付きカップリング21とマニホールド22とを備える。カップリング21は、特に図示しないが、内部にガス通路とこの通路を開閉する開閉弁とを有するカップリング本体21aと、カップリング本体21aのガス通路に着脱自在に挿設されるソケット21bとから構成されている。ソケット21bは、上下動自在なエアーシリンダ等の駆動手段23の駆動軸23a先端に連結されている。このソケット21b内にもまた、特に図示しないが、ガス通路が開設され、ガス通路の一端にはマニホールド22に通じる第1の配管24aが接続されている。他方、カップリング本体21aのガス通路には、後述の支持板に固定された第2の配管24bが接続され、その他端が支持板で支持された試験体TPの接続口に接続されるようになっている。なお、駆動手段23の駆動軸23aが、後述する回転テーブルに形成した開口の一方に対向する位置を封入操作位置という。
第2の配管24bが接続された試験体TPが存する状態で駆動手段23を上動させると、カップリング本体21aとソケット21bとが連結され、カップリング21を介して第1及び第2の両配管24a、24bが連通する。これにより、試験体TPへのヘリウムガスの供給等が可能となる。次に、この状態から駆動手段23を下動させると、カップリング本体21aからソケット21bが離脱し、カップリング本体21a内の開閉弁が閉弁して、試験体TP及び第2の配管24bが封止される。
マニホールド22には、粗リークテストを行うべく、エアや希ガス等の気体を試験体TP内に供給する気体供給用の配管25が開閉弁25aを介して接続され、その他端から粗リークテスト用の気体が供給されるようになっている。また、マニホールド22には、粗リークテスト終了後の気体を試験体TPから排気する排気用の配管26が開閉弁26aを介して接続され、その他端が、ロータリーポンプ等の真空ポンプP2に接続され、試験体TP内を真空引きできるようになっている。さらに、マニホールド22には、ヘリウムガス供給用の供給管27が開閉弁27aを介して接続され、ヘリウムガスを試験体TPに導入(供給)できるようになっている。
搬送手段3は、モータ等の駆動手段31と、この駆動手段31の回転軸31aの先端に連結された回転テーブル32とを備える。回転テーブル32は、所定面積の円板から構成され、同一円周上でかつ180度の間隔をおいて2個の開口32a、32bが形成されている。そして、この開口32a、32bの一方がテストチャンバ1の下面開口と対向し、後述の支持板(ひいては、試験体TP)が回転テーブル32上に存する検知準備位置と封入操作位置との間でスワップ動作するように、回転テーブル32が駆動手段31により回転駆動される。
移送手段4は、検知準備位置にて回転テーブル32の下方に設置された上下動自在なエアーシリンダ等の駆動手段41と、開口32a、32b及びテストチャンバ1の下面開口の径より大きな径を有する円板状の2枚の支持板42a、42bとを備える。この支持板42a、42bの上面略中央に試験体TPが載置されて支持される。
そして、回転テーブル32の開口32a、32bをそれぞれ塞ぐように両支持板42a、42bが位置決め配置された状態で、駆動手段41の上動により回転テーブル32の開口32a(32b)を貫通して上動する駆動軸41aにより検知準備位置に存する支持板42a(42b)を持ち上げると、支持板42a(42b)の外周縁部(試験体TPの周囲に位置する部分)が、テストチャンバ1の下面開口に形成したフランジ部1cに当接し、テストチャンバ1を隔絶(密閉)する。このとき、支持板42a(42b)上の試験体TPがテストチャンバ1内の検知位置に達する。このように本実施形態では、試験体TPを支持する移送手段4の支持板42a、42b自体が密閉手段を兼ねる。なお、フランジ部1cとの当接する箇所にはOリング等のシール手段(図示せず)が設けられている。また、密閉手段は、上記支持板42a、42bとは別部材で構成することもできる。
漏洩検知手段(リークディテクタ)5は、筐体5aを有し、この筐体5a内には、質量分析管51と、この質量分析管51に排気管52を介して接続されたターボ分子ポンプ(真空ポンプ)P3とが内蔵され、これらの部品を含むリークディテクタ5の作動は、マイクロコンピュータ等を備えた制御手段53により統括制御されるようになっている。なお、ターボ分子ポンプたる真空ポンプP3には、ロータリーポンプ等のバックポンプP4が接続されている。
質量分析管51は、テストチャンバ1からの排気管11に設けられている。質量分析管51は、図2に示すように、略L字状に屈曲させた本体51aを備える。本体51a内には、後述の導入管に連通するガス導入口51bを介して導入された真空中のガス分子をイオン化するイオンソース51cと、このイオンソース51cから一定の加速電圧下で放出されたイオンを質量数に応じて偏向させる磁場を形成するためのマグネット51dと、ヘリウムイオンのイオン電流を検出するイオンコレクタ51eとを備える。そして、マグネット51dで偏向させたガスイオンのうちヘリウムイオンのみがスリット板51fを経てイオンコレクタ51eに達するように構成され、イオンコレクタ51eにて検出したイオン電流が制御手段53に出力される。このときのイオン電流値からヘリウムの漏洩量が検知される。この場合、ディスプレイ54を設け、ヘリウムの漏洩量を表示できるようにしてもよい(図1参照)。なお、図1中、一点鎖線は、制御手段53と各部品との制御信号線である。
また、質量分析管51のガス導入口51bには、開閉弁V2が介設された配管55が接続され、この配管55には、排気管11内に挿設され、この排気管11内の流線方向(図1中、矢印で示す方向)に対して開口する開口部56aを備えたガイド管56が接続されている。配管55には、ピラニ真空計やイオンゲージ等の真空計G2が設けられ、質量分析管51に通じる配管55内の圧力を測定できるようになっている。ガイド管56は、排気管11に同心に配置された所定長さの筒部56bを有し、この筒部56bの一側は屈曲され、排気管11を貫通してこの排気管11外側まで延びている。また、筒部56bの他側たる開口部56aは、その先端方向に向かって、つまり、排気口1a方向に向かって拡径されている。これにより、テストチャンバ1を真空排気したときに排気管11へと導かれたヘリウムガスが質量分析管53へと積極的に導かれるようになっている。この場合、ガイド管56の筒部56bの外径は、排気管11の内径の1/5〜1/4倍程度の範囲(例えば、1/4倍)が好ましく、また、開口部56a先端の外径は、排気管11の内径の1/4〜1/3倍程度が好ましい。
制御ユニット6は、コンピュータ、シーケンサー、メモリ、やドライバー等を備えたものである。また、制御ユニット6は、リークディテクタ5の制御手段53と通信自在に接続され、その作動を制御すると共に、上記各手段だけでなく、真空ポンプP1、P2の作動や開閉弁V1、25a、26a、27aの作動も統括制御できるようになっている。
以下に、本発明の漏洩検知システムSによる試験体TPのリークテスト(漏洩検査)について説明する。
回転テーブル32の所定位置に2枚の支持板42a、42bを位置決め配置した状態で、封入操作位置に存する支持板42bの上面中央に試験体TPを位置決めして支持させる。この試験体TPに第2の配管24bの一端を、シール手段(図示せず)を介して接続する。この接続作業は、例えば手作業で行なわれる。そして、駆動手段23の駆動軸23aを上動させてカップリング本体21aとソケット21bとを連結する。この状態で、開閉弁25aを開弁して第1の配管24aを介して試験体TP内に気体を供給し、所謂粗リークテストを行う。この粗リークテストは、試験体TP内を加圧し、その際、導入する気体の圧力変動を利用して行われる。
次に、粗リークテストが終了すると、開閉弁25aが閉弁されると共に、試験体TP排気用の真空ポンプP2が作動されて開閉弁26aが開弁され、試験体TP内が所定圧力まで真空排気される。試験体TP内の圧力が所定値に達すると、開閉弁26aが閉弁される。そして、開閉弁27aが開弁され、ヘリウムガスが試験体TP内に導入(供給)される。所定量のヘリウムガスが試験体TP内に導入される。開閉弁27aの閉弁後、駆動手段23の駆動軸23aを下動させてカップリング本体21aとソケット21bとが離脱され、ヘリウムガスが試験体TP内に封入される。このとき、リークディテクタ5は、開閉弁V2の閉弁状態で真空ポンプP3、P4を作動させて質量分析管51内を排気した後、制御手段53により公知の方法で質量分析管51の校正が行われ、スタンバイ状態に維持される。
次に、搬送手段3の駆動手段31により回転テーブル32が回転駆動され、試験体TPを支持する支持板42bが検知準備位置に搬送される。検知準備位置に達すると、駆動手段41の駆動軸41aの上動により支持板42bが持ち上げられて、支持板42b上面のうち試験体TPの周囲に位置する部分が、テストチャンバ1の下面開口に形成したフランジ部1cに当接し、テストチャンバ1が隔絶される。これにより、試験体TPがテストチャンバ1内の検知位置に達する。
試験体TPが検知位置に達すると、開閉弁V1の閉弁状態で真空ポンプP1によりテストチャンバ1内が真空排気される。そして、テストチャンバ1が所定圧力に達すると、開閉弁V2を開弁してリークテストが開始される。なお、リークテスト開始時(つまり、開閉弁V3を開弁するとき)のテストチャンバ1の圧力は、100〜10Paの範囲、好ましくは100Pa程度とする。これらの圧力範囲外では、真空ポンプP3たるターボ分子ポンプに過負荷が生じる。そして、試験体TPからヘリウムが漏洩していると、テストチャンバ1の真空排気開始直後から、排気管11へと導かれたヘリウムが質量分析管51へと積極的に導かれ、質量分析管51のイオンコレクタ51eにて検出したイオン電流が制御手段53に出力され、このときのイオン電流値からヘリウムの漏洩量が検知される。
他方、上記手順で試験体TPのリークテストが行われている間、回転テーブル32の回転駆動により封入操作位置に達した支持板42aには、別の試験体TPが位置決め支持され、上記と同じ手順で封入操作が行われ、別の試験体TPへのリークテストの準備が行われる。
次に、試験体TPのリークテストが終了すると、開閉弁V2を閉弁し、リークディテクタ5はスタンバイ状態に戻る。他方で、テストチャンバ1では、配管11の開閉弁V1が閉弁された後、ベントバルブ1bが作動して大気状態に戻され、リークテストが終了する。
リークテストが終了すると、駆動手段41の駆動軸41aの下動により支持板42bが回転テーブル32上の所定位置に戻り、試験準備位置に達する。そして、別の試験体TPへのリークテストの準備が終了していることが確認された後、回転テーブル32が回転駆動され、リークテスト済みの試験体TPとリークテスト行う試験体TPとのスワップ動作が行われる。そして、リークテスト済みの試験体TPが封入操作位置に戻ると、駆動手段23の駆動軸23aを上動させてカップリング本体21aとソケット21bとを連結する。
この状態で、開閉弁26aが開弁され、真空ポンプP2によりリークテスト済みの試験体TPからヘリウムガスが排気される。そして、駆動手段23の駆動軸23aを下動させてカップリング本体21aとソケット21bとが離脱されて終了する。上記操作を繰り返し、複数個の試験体に対して連続してリークテストが行われる。
以上、説明したように、本発明の実施形態の漏洩検知システムSによれば、試験体TPに対する封入操作と試験体TPのリークテストとが、封入操作位置及び検知位置とに別個に分けて行い得る構成を採用したため、一の試験体TPに対する封入操作に時間を要する場合であっても、他の試験体TPへのリークテストが完了するまでの時間内でこの封入操作が完了すれば、律速されることはない。従って、複数の試験体TPに対して連続してリークテストを行う場合に、サイクルタイムが長くなることを抑制でき、しかも、搬送手段3と、密閉手段42a、42bを兼用する移送手段4とを備えたことで効率良く試験体を移送してリークテストを行うことができる。
また、本発明の実施形態によれば、搬送手段3が回転駆動自在な回転テーブル32を備え、移送手段4が、2枚の支持板42a、42bと駆動手段41とを備える構成としたため、封入操作位置に存するヘリウムガス封入済みの試験体TPをテストチャンバ1へと移送すれば、テストチャンバ1での試験体TPのリークテストの準備が完了している。その結果、サイクルタイムが長くなることを抑制できて効率が良く、しかも、部品点数も削減された漏洩検知システムSが実現できる。
また、本発明の実施形態によれば、封入手段2として、閉止機能付きカップリング21とマニホールド22とを備えたものを用いたため、開閉弁を操作するだけで、粗リークテスト及びヘリウムガス封入操作が簡単にでき、しかも、カップリング21を離脱するだけで、ヘリウムガスが封入された試験体TPを検知位置へと移送できるため、リークテストの更なる効率化を図ることができる。
さらに、本発明の実施形態によれば、リークディテクタ5として、排気管11内に挿設され、この排気管11内の流線方向に対して開口する開口部56aを備えたガイド管56に質量分析管51を接続したものを用いるため、ヘリウムガス封入済みの試験体TPをテストチャンバ1内に配置して真空排気したとき、試験体TPにリークがあると、真空排気を開始直後から排気管11に導かれたヘリウムの一部がガイド管56内へと導かれる。その結果、試験体から漏洩したヘリウムの自由拡散を待つことなしに、所定感度でのリークテストが行い得る量のヘリウムが質量分析管へと到達することになる。その結果、ヘリウムの自由拡散を待つ従来技術のものと比較して、リークテスト開始までの時間を短縮でき、ひいては、試験体のリークテストに要する時間を大幅に短縮できる。
以上、本発明の実施形態の漏洩検知システムSについて説明したが、本発明は上記に限定されるものではない。上記実施形態では、搬送手段として回転テーブルを用いるものを例に説明したが、ヘリウムガス封入済みの試験体TPとリークテスト済みの試験体TPとのスワップ動作ができるものであれば、その形態は問わない。また、上記実施形態では、テストチャンバ1を1個とすると共に、1個の試験体TPに対してヘリウム封入操作を行うように構成したものを例に説明したが、複数を設けることもできる。
S…漏洩検知システム、1…テストチャンバ、2…封入手段、21…カップリング(封入手段)、22…マニホールド(封入手段)、3…搬送手段、31…駆動手段(搬送手段)、32…回転テーブル(搬送手段)、4…移送手段、41…駆動手段(移送手段)、42…回転テーブル(移送手段)、5…リークディテクタ(漏洩検知移送手段)、53…質量分析管、56…ガイド管、56a…分析管

Claims (3)

  1. 真空ポンプに接続されたテストチャンバと、
    試験体にヘリウムガスを封入する封入手段と、
    テストチャンバに試験体を移送し得る検知準備位置と、封入手段によるヘリウムガスの封入操作が行われる封入操作位置との間で試験体を搬送する搬送手段と、
    検知準備位置からテストチャンバ内の検知位置に試験体を移送する移送手段と、
    ヘリウムガス封入済みの試験体が検知位置に存する状態でテストチャンバを密閉する密閉手段と、
    密閉手段によりテストチャンバを密閉した後、真空ポンプによりテストチャンバを所定圧力まで真空引きしたときに、この試験体から漏洩するヘリウムを検知する漏洩検知手段と、を備え
    前記漏洩検知手段は、試験体が配置されるテストチャンバから真空ポンプに通じる排気管内に挿設され、この排気管内の流線方向に対して開口する開口部を備えたガイド管と、このガイド管に開閉弁を介して接続され、ヘリウムを検知する質量分析管とを備えたことを特徴とする漏洩検知システム。
  2. 前記テストチャンバの下面が開口しているものとし、前記搬送手段は回転駆動自在な回転テーブルであり、
    前記移送手段は、回転テーブルの上面にその周方向に所定間隔で配置された、試験体を支持する少なくとも2つの支持板と、前記回転テーブルを貫通して支持板を持ち上げ、支持板のうち試験体の周囲に位置する部分をテストチャンバの下面に当接させる駆動手段とを有し、
    前記支持板がテストチャンバを密閉する密閉手段を兼ねるように構成したことを特徴とする請求項1記載の漏洩検知システム。
  3. 前記封入手段は、閉止機能付きカップリングと、カップリングに配管を介して接続されたマニホールドとを備え、このマニホールドに、ヘリウムの供給管、粗漏洩検査用の気体の供給管及び試験体内の排気用の排気管の少なくとも1つが開閉弁を介して接続されていることを特徴とする請求項1または請求項2記載の漏洩検知システム
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