JPH11211604A - ヘリウムリークデテクタ - Google Patents

ヘリウムリークデテクタ

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JPH11211604A
JPH11211604A JP2508698A JP2508698A JPH11211604A JP H11211604 A JPH11211604 A JP H11211604A JP 2508698 A JP2508698 A JP 2508698A JP 2508698 A JP2508698 A JP 2508698A JP H11211604 A JPH11211604 A JP H11211604A
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JP
Japan
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molecular pump
turbo
leak detector
helium
helium leak
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JP2508698A
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English (en)
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Masashi Iguchi
昌司 井口
Kiyoshi Murosaku
喜代志 室作
Takahiro Uehara
孝浩 上原
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Osaka Vacuum Ltd
Original Assignee
Osaka Vacuum Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/05Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/051Axial thrust balancing
    • F04D29/0513Axial thrust balancing hydrostatic; hydrodynamic thrust bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00Axial-flow pumps
    • F04D19/02Multi-stage pumps
    • F04D19/04Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F04D19/042Turbomolecular vacuum pumps

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Examining Or Testing Airtightness (AREA)
  • Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ターボ分子ポンプのカウンタフローを利用し
て被検査容器の漏洩検査を行なう方式のヘリウムリーク
デテクタにおいて、高感度で安定してヘリウムの漏洩を
計測できるヘリウムリークデテクタを提供する。 【解決手段】 ターボ分子ポンプ部4の吸入口6a側に
分析室3を設置し、該ターボ分子ポンプ部4の排出口6
b側を被検査容器2に接続すると共に該排出口6b側に
ねじシール部5を設置し、該ねじシール部5が該ターボ
分子ポンプ部4に対して小さなコンダクタンスを持った
補助ポンプとなるように形成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、気密性が要求され
る容器などの漏洩の有無の検査に最適なヘリウムリーク
デテクタに関する。
【0002】
【従来の技術】極く微量の漏洩も許されない原子力施設
などでは、容器の気密性の検査にヘリウムリークデテク
タが用いられている。
【0003】典型的なカウンタフロー式ヘリウムリーク
デテクタの排気系統図を図8に示す。
【0004】即ち、被検査容器Vをヘリウムガス雰囲気
中に置き、該被検査容器V内に周囲のヘリウムガスが漏
洩して浸入してきているがどうかを調べるために、ター
ボ分子ポンプaと補助真空ポンプbと分析室cとを接続
してヘリウムリークデテクタを形成している。
【0005】該ターボ分子ポンプaは分析室cから補助
真空ポンプbの方向へ排気を行なっているが、ターボ分
子ポンプの特性として排気の方向とは逆の方向に流れる
カウンタフローが存在し、前記被検査容器V内にヘリウ
ムガスが漏洩していれば、該漏洩ガスはこのカウンタフ
ローに乗って分析室cへ浸入する。そこでこの分析室c
内でヘリウムが検出されれば、該被検査容器Vに漏洩個
所の有ることが判る。
【0006】この従来のヘリウムリークデテクタの検出
感度を更に高めるために、前記ターボ分子ポンプaの排
気側と補助真空ポンプbとの間に流量調節弁を介在させ
て該ターボ分子ポンプaの背圧側に極めて小さなコンダ
クタンスを与えるようにした例が知られている。これ
は、該補助真空ポンプbの排気速度を極めて小さくする
ことによって、前記カウンタフローの流量の増大を図っ
たものである。
【0007】尚、前記補助真空ポンプbには、一般に油
回転真空ポンプが使用されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】前記ターボ分子ポンプ
aの背圧側のコンダクタンスを流量調節弁の絞り作用に
よって得ようとした場合、絞りのコンダクタンスは流れ
るガスの分子量の平方根に反比例するという事実があ
る。
【0009】空気とヘリウムの混合ガスが該流量調節弁
を通過する場合、分子量4のヘリウムのコンダクタンス
は分子量29の空気のコンダクタンスの約2.7倍とな
り、該流量調節弁を通って前記補助真空ポンプbへ流れ
るヘリウムガスの割合が増えるので、前記カウンタフロ
ーに乗って分析室cに送られるガスではノイズ源である
空気の割合が増えて、ヘリウムリークデテクタの感度を
低下させるという問題があった。
【0010】又、前記流量調節弁の絞り作用によって前
記コンダクタンスを得ようとする場合、該コンダクタン
スの値を一定に保つために該流量調節弁の絞り設定値を
変化させないようにする必要があるが、この絞り値を微
妙に調節して一定に保つことは非常に難しいという問題
があった。
【0011】更に又、前記補助真空ポンプで一般に使用
されている油回転真空ポンプは、油の一部がシリンダ内
に導入される構造となっているため、排気中のヘリウム
ガスが油に溶け込み、この溶け込んだヘリウムガスが少
しずつ或いは急に油から離脱するときに前記分析室cの
バックグランド圧力が変動してデテクタの計測値が不安
定になるという問題があった。
【0012】本発明はこれらの問題点を解消し、高感度
で安定してヘリウムの漏洩を計測できるヘリウムリーク
デテクタを提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するべく、ターボ分子ポンプのカウンタフローを利用
して容器等の漏洩の検査を行う方式のヘリウムリークデ
テクタにおいて、ターボ分子ポンプの吸入口側に分析室
を設置し、該ターボ分子ポンプの排出口側を被検査容器
に接続すると共に該排出口側にねじシールを設置し、該
ねじシールを該ターボ分子ポンプに対して小さなコンダ
クタンスを持った補助ポンプに形成したことを特徴とす
る。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の第1の実施の形態を図1
乃至図5により説明する。
【0015】図1の第1の実施の形態の排気系統図にお
いて、1はヘリウムリークデテクタ、2は被検査容器を
示す。
【0016】ヘリウムリークデテクタ1は、分析室3、
ターボ分子ポンプ部4、ねじシール部5等よりなる。
【0017】被検査容器2の漏洩の有無を検査するため
のプローブガスとしてヘリウムを使用するので、前記分
析室3にはヘリウム検出器(図示せず)を設置する。
【0018】そして該分析室3をターボ分子ポンプ部4
の吸入口側に接続すると共に該ターボ分子ポンプ部4の
排出口側6bを被検査容器2に接続する。
【0019】ターボ分子ポンプ部4とねじシール部5と
は一体に組合わされてポンプアッセンブリ6を形成して
いる。。
【0020】図2に該ポンプアッセンブリ6の縦断面図
を示す。
【0021】即ち、ターボ分子ポンプ部4は多数の動翼
4aと多数の静翼4b等からなり、4cは前記動翼4a
を周囲に係着した回転体で回転軸4dに嵌入固定されて
おり、更に該回転軸4dには前記回転体4cに引き続い
てねじ溝5aを設置し、後述する排出口6cと共に前記
ねじシール部5を形成している。
【0022】又、該回転軸4dには前記ねじシール部5
に引き続いてヘリングボーン動圧型気体軸受によるジャ
ーナル軸受7とスパイラルグルーブ動圧型気体軸受によ
るスラスト軸受8とが順次設置されている。
【0023】尚、6a及び6bはそれぞれターボ分子ポ
ンプ部4の吸入口及び排出口で、吸入口6aは前記分析
室3に接続しており、排出口6bは前記被検査容器2に
接続している。
【0024】6cも排出口で、前記ねじシール部5より
の僅かな排気を排出すると共に、給気口6dより前記気
体軸受へ供給された大気の一部を該排出口6cより排出
する。
【0025】尚、前記ねじシール部5は前記気体軸受へ
流入した大気がハウジング6h内へ浸入するのを防止す
る役目も果たしている。
【0026】6eは円筒体で、前記ねじシール部5及び
前記ジャーナル軸受7のブッシュ側を形成している。
【0027】6f及び6gは、それぞれ前記スラスト軸
受8の前後のスラスト受面を示す。
【0028】又、9はモータ、10は固定用ナットであ
る。
【0029】前記ジャーナル軸受7を構成するヘリング
ボーン動圧型気体軸受の軸部の構造の1例を図3に示
し、又、前記スラスト軸受8を構成するスパイラルグル
ーブ動圧型気体軸受の構造の1例を図4に示す。
【0030】即ち、図3において、7aは回転方向に対
してハの字状に形成された多数の溝を示す。又、図4に
おいて、8aはスラスト軸受8の上面に形成されたスパ
イラル状の多数の溝を示し、該スラスト軸受8の下面に
も同様のスパイラル状の多数の溝が形成されている。
【0031】尚、前記ターボ分子ポンプ部4は、ヘリウ
ムガスに対する圧縮比を10乃至1000の範囲に設定
すると共に前記ねじシール部5の排気速度を0.001
乃至0.1L/sの範囲に設定して、該ねじシール部5
がターボ分子ポンプ部4に対して充分小さなコンダクタ
ンスを持った補助の真空ポンプとなるように形成した。
【0032】次に本第1の実施の形態の作動及び効果に
ついて説明する。
【0033】図1の排管系統図に示すヘリウムリークデ
テクタ1において、前記ターボ分子ポンプ部4とねじシ
ール部5とを一体に組合せた構造のポンプアッセンブリ
6の運転を行なうと、ターボ分子ポンプ部4の排気作用
によって分析室3内が真空となると共に、ねじシール部
5の補助ポンプとしての排気作用によって、該ターボ分
子ポンプ部4の排出口6bが負圧となり、又、この排出
口6bに接続した被検査容器2内の圧力も負圧となる。
【0034】そこで、この被検査容器2をヘリウムガス
雰囲気中に置くと、もし該被検査容器2に漏洩個所があ
れば、そこから浸入したヘリウムガスは前記ターボ分子
ポンプ部4の排出口側に達し、更にその1部が該ターボ
分子ポンプ部4のカウンタフローに乗って前記分析室3
へ到達し、前記ヘリウム検出器によって該被検査容器2
に漏洩個所のあることが高精度で検出される。
【0035】この理由を次の論理式によって説明する。
【0036】Q:被検査容器2の内壁からの放出ガス量
[P a・L/s] q:分析室3の内壁からの放出ガス量及び該分析室3で
のリーク量[P a・L/s] M:被検査容器2へのリーク量[Pa・L/s] C:被検査容器2とヘリウムリークデテクタ1との間の
配管コンダクタンス[L/s] S:ターボ分子ポンプ部4の排気速度[L/s] S´:ねじシール部5の排気速度[L/s] R:ターボ分子ポンプ部4の圧縮比 P 1:被検査容器2内の圧力[Pa] P2:ターボ分子ポンプ部4の背圧[Pa] P3:分析室3内の圧力[Pa] とする。
【0037】S、S´、R、C、Q、qの各パラメータ
と各圧力P1、P2、P3との関係は数1で支配される。
【0038】
【数1】
【0039】この連立1次方程式の解は、数2〜数4で
与えられる。
【0040】
【数2】
【数3】
【数4】
【0041】ここでリーク量Mはヘリウムと空気からな
るのに対しQ及びqにはヘリウムが含まれないことか
ら、数4の右辺の第1項が第2項より優勢となるように
すれば、分析室3内の圧力P3のうち、ヘリウムガスの
分圧が向上することが判る。このためにはSは大きく、
RS´は小さい方が良い。
【0042】然るにターボ分子ポンプのカウンタフロー
効果を大きくするためにターボ分子ポンプ4の圧縮比R
は大きくすることが望ましく、従ってねじシール部5の
排気速度S´は極めて小さい値とする必要がある。
【0043】かくして本発明のヘリウムリークデテクタ
1ではターボ分子ポンプ部4の圧縮比を大きくすると共
にねじシール部5の補助ポンプとしての排気速度を極め
て小さくして、該ねじシール部5がターボ分子ポンプ部
4に対して小さなコンダクタンスとなるように形成し
た。
【0044】尚、ねじシールは流量調節弁等の絞り機構
とは違って、微小な排気速度を安定して発生させると共
に、ガスの種類や分子量の違いに関係なく、ほぼ一定の
排気速度を発生させる特徴を持っている。
【0045】図5の表1に示す一般的なQ、q、Mの値
に対して、従来の一般的なカウンタフロー式ヘリウムリ
ークデテクタの排気系に対する数2、数3による計算結
果を図5の表2に示し、又、本実施の形態のヘリウムリ
ークデテクタの排気系に対する計算結果を図5の表3に
示した。
【0046】本実施の形態の排気系の場合のP3のヘリ
ウム分圧は、従来の排気系の場合のそれの100倍近く
になっており、また漏洩検知の際ノイズとなる容器内の
残留空気と容器内壁からの放出ガスの主成分である水の
分圧のヘリウム分圧に対する比が従来よりも遥かに小さ
くなっていることから前記漏洩検知により高感度の得ら
れることが判る。
【0047】又、本実施の形態では、ターボ分子ポンプ
部4に動圧型気体軸受を採用すると共に従来の補助真空
ポンプの様な油回転真空ポンプは使用せず、従って分析
室3の排気系に油などの液体が一切使われていないの
で、該分析室3のバックグランド圧力が変動したりする
不具合がない。
【0048】更に又、本実施の形態ではターボ分子ポン
プ部4とねじシール部5とを一体化した構造とすると共
に該ねじシール部5が前記気体軸受からハウジング6h
内への気体の浸入を防止する役目も兼ねるように形成し
たので、ポンプアッセンブリ6を含む装置の小型コンパ
クト化が達成された。
【0049】尚、本実施の形態ではターボ分子ポンプ部
4に動圧型気体軸受を採用したが、これは玉軸受を用い
ても、又は磁気軸受式としてもよい。
【0050】本発明の第2の実施の形態を図6の排気系
統図により説明する。
【0051】本実施の形態では、前記ヘリウムリークデ
テクタ1と被検査容器2との間にターボ分子ポンプ11
を設けた点が前記第1の実施の形態とは異なる。
【0052】このように前記ターボ分子ポンプ部4と前
記ねじシール部5の間にターボ分子ポンプ11の排出口
側を接続したので、該ターボ分子ポンプ11の運転によ
って被検査容器2内の排気を行なうことができ、前記ね
じシール部5による微小な排気作用を補えるので、前記
第1の実施の形態に較べてヘリウムリークデテクタ1の
応答性が向上する。
【0053】本発明の第3の実施の形態を図7の排気系
統図により説明する。
【0054】本実施の形態では、前記第2の実施の形態
において、前記被検査容器2の粗引きのための真空ポン
プ12を追加して設置した。
【0055】該粗引き用の真空ポンプ12は、ターボ分
子ポンプでも又は油回転式真空ポンプでもよく、この真
空ポンプ12によって予め被検査容器2を真空にしてお
くことによって、ヘリウムリークデテクタ1の立ち上り
を早めることができる。
【0056】
【発明の効果】このように本発明によれば、高感度で安
定してヘリウムの漏洩を計測できると共に小型コンパク
トなヘリウムリークデテクタを提供できる効果を有す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態の排気系統図である。
【図2】ポンプアッセンブリの縦断面図である。
【図3】ヘリングボーン動圧型気体軸受の要部の形状説
明図である。
【図4】スパイラルグルーブ動圧型気体軸受の要部の形
状説明図である。
【図5】ヘリウムリークデテクタの性能計算の結果を比
較した表である。
【図6】第2の実施の形態の排気系統図である。
【図7】第3の実施の形態の排気系統図である。
【図8】従来のヘリウムリークデテクタの排気系統図で
ある。
【符号の説明】
1 ヘリウムリークデテクタ 2 被検査容器 3 分析室 4、11 ターボ分子ポンプ 4c 回転体 4d 回転軸 5 ねじシール 6a 吸入口 6b 排出口 6h ハウジング 7 ジャーナル軸受 8 スラスト軸受 12 粗引き用真空ポンプ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ターボ分子ポンプのカウンタフローを利
    用して容器等の漏洩の検査を行う方式のヘリウムリーク
    デテクタにおいて、ターボ分子ポンプの吸入口側に分析
    室を設置し、該ターボ分子ポンプの排出口側を被検査容
    器に接続すると共に該排出口側にねじシールを設置し、
    該ねじシールを該ターボ分子ポンプに対して小さなコン
    ダクタンスを持った補助ポンプに形成したことを特徴と
    するヘリウムリークデテクタ。
  2. 【請求項2】 前記ターボ分子ポンプはハウジング内で
    高速回転する回転体を有すると共に該回転体の回転軸に
    前記ねじシールを形成し、これらターボ分子ポンプとね
    じシールとを一体にして前記ハウジング内に内蔵させた
    ことを特徴とする請求項1に記載のヘリウムリークデテ
    クタ。
  3. 【請求項3】 前記ターボ分子ポンプのヘリウムガスに
    対する圧縮比を10乃至1000の範囲に設定すると共
    に前記ねじシールの排気速度を0.001乃至0.1L
    /sの範囲に設定したことを特徴とする請求項1に記載
    のヘリウムリークデテクタ。
  4. 【請求項4】 前記ターボ分子ポンプの排出側と前記被
    検査容器との間に第2のターボ分子ポンプを介在させた
    ことを特徴とする請求項1に記載のヘリウムリークデテ
    クタ。
  5. 【請求項5】 前記被検査容器に粗引き用の真空ポンプ
    を併設したことを特徴とする請求項4に記載のヘリウム
    リークデテクタ。
JP2508698A 1998-01-22 1998-01-22 ヘリウムリークデテクタ Withdrawn JPH11211604A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009235923A (ja) * 2008-03-26 2009-10-15 Ebara Corp ターボ型真空ポンプ
JP2021116814A (ja) * 2020-01-27 2021-08-10 プファイファー・ヴァキューム・テクノロジー・アクチエンゲゼルシャフト 分子真空ポンプ及び分子真空ポンプの排気速度に影響を及ぼす方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009235923A (ja) * 2008-03-26 2009-10-15 Ebara Corp ターボ型真空ポンプ
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Legal Events

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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20050405