JPH10311770A - ヘリウム気密試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベルジャ法によって試験体のリーク検査を行
うにあたり、ヘリウムの消費量を低減してランニングコ
ストを削減できるヘリウム気密試験装置を提供する。 【解決手段】 ベルジャＴ内に収容された試験体Ｓ内を
真空引きする試験体排気経路１０１と、試験体内に所定
圧力のヘリウムを供給するヘリウム供給経路１０２と、
ベルジャ内を真空引きして試験体からのヘリウムのリー
ク量を測定するためのヘリウムリークディテクタ１４を
有する測定経路１０４と、リーク量測定後の試験体内の
ヘリウムを圧力差によって回収する回収容器２６を有す
るヘリウム回収経路１０５と、試験体内及びベルジャ内
を大気圧に戻すための空気導入経路１０９と、試験体内
に回収容器内のヘリウムを圧力差によって導入する回収
ヘリウム導入経路１０６とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヘリウム気密試験
装置に関し、例えば、気密性を必要とする機械部品，容
器等の気密性能や、鋳造品の状態あるいは溶接部の状態
等をヘリウムのリーク量によって判定するためのヘリウ
ム気密試験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、コンプレッサーのハウジング部
品等は、圧縮圧力における気密性とともに、高圧に耐え
得る所定の強度が要求される。このような部品を、例え
ばアルミニウム鋳造品で製造する場合は、鋳造時の
「す」の発生によって気密性の低下や強度の低下を生じ
ることがある。このような鋳造品の「す」や極微細なひ
び，溶接不良等の存在の有無をチェックするための装置
の一つとして、ヘリウム気密試験装置が用いられてい
る。

【０００３】ヘリウム気密試験装置は、一般に、試験体
をベルジャと呼ばれる治具内にセットし、試験体の内部
側及び試験体の外部側であるベルジャの内部を真空引き
した後、試験体内に所定圧力のヘリウムを充填し、試験
体を通してベルジャ内にリークするヘリウム量をヘリウ
ムリークディテクタで測定することによって試験体の気
密試験を行うものであって、試験体内やベルジャ内を真
空排気する経路、試験体内にヘリウムを充填する経路、
ベルジャ内にリークしたヘリウム量を測定する経路等が
設けられている。

【０００４】図６は、従来のヘリウム気密試験装置の一
例を示す系統図である。このヘリウム気密試験装置は、
５系統の試験回路を有するもので、各試験回路には、試
験体Ｓを収容するベルジャＴがそれぞれ設けられてい
る。

【０００５】例えば、図６において一番上に示す第１の
試験回路のベルジャＴ内にセットした試験体Ｓの試験を
行う場合は、まず、自動弁１と自動弁２とが開き、真空
ポンプ３によって試験体Ｓ内の真空排気が行われる。所
定の真空排気が完了すると、自動弁１が閉じて自動弁４
が開き、高圧ヘリウム容器５内のヘリウムが、手動弁
６，手動弁７，圧力調整器８及び自動弁４から自動弁２
を経て試験体Ｓ内に供給される。試験体Ｓ内への所定圧
力のヘリウムの充填が完了すると、自動弁２と自動弁４
とが閉じて自動弁９が開き、自動弁２と自動弁４との間
の配管内のヘリウムを放出する。

【０００６】試験体Ｓ内を所定圧力のヘリウムで加圧し
た状態を所定時間保持し、圧力低下を生じないことが確
認されると、自動弁１０が開いて真空ポンプ１１による
ベルジャＴ内の真空排気が行われる。ベルジャＴ内が所
定の真空度に達すると、自動弁１０が閉じて自動弁１２
が開き、真空ポンプ１３によってベルジャＴ内のガスが
吸引され、ヘリウムリークディテクタ１４によるヘリウ
ムのリーク量の測定が行われ、試験体Ｓの合否が判定さ
れる。

【０００７】合否の判定が完了すると、自動弁１２が閉
じて自動弁１５が開き、ベルジャＴ内に空気が導入され
るとともに、自動弁１６及び自動弁１７が開いて試験体
Ｓ内のヘリウムが放出され、次いで自動弁１７が閉じて
自動弁１８が開き、真空ポンプ１９によって試験体Ｓ内
に残るヘリウムが排気される。最後に、自動弁２０が開
き、圧力調整器２１から自動弁２０，自動弁１６を経て
試験体Ｓ内に空気が導入される。その後、ベルジャＴを
開放して試験体Ｓを交換し、次の試験体Ｓの試験が行わ
れる。

【０００８】図６に示すように５系統の試験回路を有す
るヘリウム気密試験装置では、所定時間間隔で各試験回
路について上記操作が行われ、連続的に試験体のリーク
検査が行われる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のヘリ
ウム気密試験装置では、試験体内に充填したヘリウムを
リーク検査後に全て外部に放出しているため、試験体の
体積及び加圧圧力に応じた量のヘリウムを消費する。例
えば、ベルジャにセットした状態における試験体内部側
の体積が０．１リットルで、加圧圧力が１７ｋｇ／ｃｍ
² Ｇの場合は、一つの試験体について１．８リットルの
ヘリウムが必要となり、ランニングコストに大きな影響
を与えていた。

【００１０】そこで本発明は、上述のようなベルジャ法
（加圧法）によって試験体のリーク検査を行うヘリウム
気密試験装置におけるヘリウムの消費量を低減すること
ができ、ランニングコストを大幅に削減することができ
るヘリウム気密試験装置を提供することを目的としてい
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のヘリウム気密試験装置は、ベルジャ内に収
容された試験体内を真空引きする真空ポンプを有する試
験体排気経路と、前記試験体内に所定圧力のヘリウムを
供給するヘリウム供給経路と、前記ベルジャ内を真空引
きして試験体からのヘリウムのリーク量を測定するため
のヘリウムリークディテクタ及び真空ポンプを有する測
定経路と、リーク量測定後の試験体内のヘリウムを圧力
差によって回収する回収容器を有するヘリウム回収経路
と、前記試験体内及びベルジャ内を大気圧に戻すための
空気導入経路と、前記試験体内に前記回収容器内のヘリ
ウムを圧力差によって導入する回収ヘリウム導入経路と
を備えたことを特徴としている。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明のヘリウム気密試験
装置の一形態例を示す系統図であって、前記同様に５系
統の試験回路を有するヘリウム気密試験装置である。な
お、図６に示した従来のヘリウム気密試験装置における
構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して詳細な
説明は省略する。

【００１３】まず、図１に示すように、本形態例に示す
ヘリウム気密試験装置も、前記同様に、５系統の試験回
路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを有するもので、各試験回路に
は、試験体Ｓを収容するベルジャＴがそれぞれ設けられ
ている。

【００１４】各試験回路Ａ〜Ｅには、共通の経路とし
て、ベルジャＴ内に収容された各試験体Ｓから自動弁２
ａ〜２ｅ及び自動弁１を経て真空ポンプ３に接続し、試
験体Ｓ内を真空引きするための試験体排気経路１０１
と、高圧ヘリウムが充填されている高圧ヘリウム容器５
から手動弁６，手動弁７，圧力調整器８，自動弁４及び
前記自動弁２ａ〜２ｅを経て各試験体Ｓ内に接続し、各
試験体Ｓ内に所定圧力のヘリウムを供給充填するための
ヘリウム供給経路１０２と、該ヘリウム供給経路から分
岐した自動弁９を有する配管内ヘリウム放出経路１０３
と、前記各ベルジャＴ内から自動弁１２ａ〜１２ｅを介
してヘリウムリークディテクタ１４及び真空ポンプ１３
に接続し、各ベルジャＴ内を真空引きして試験体Ｓから
のヘリウムのリーク量を測定するための測定経路１０４
と、各試験体Ｓ内から自動弁１６ａ〜１６ｅ及び自動弁
２５を経て回収容器２６に接続し、リーク量測定後の試
験体Ｓ内のヘリウムを圧力差によって回収するためのヘ
リウム回収経路１０５と、前記回収容器２６から自動弁
２７及び前記自動弁２ａ〜２ｅを経て各試験体Ｓ内に接
続し、各試験体Ｓ内に前記回収容器２６内のヘリウムを
圧力差によって導入するための回収ヘリウム導入経路１
０６と、各試験体Ｓ内から前記自動弁１６ａ〜１６ｅ及
び自動弁１７を経て試験体Ｓ内に残るヘリウムを大気圧
付近まで排気するためのヘリウム排気経路１０７と、該
ヘリウム排気経路の自動弁１７の上流から分岐して自動
弁１８から真空ポンプ１９に接続し、試験体Ｓ内に残る
ヘリウムを真空排気するためのヘリウム真空排気経路１
０８と、圧力調整器２１から自動弁２０及び前記自動弁
１６ａ〜１６ｅを経て各試験体Ｓ内に接続し、各試験体
Ｓ内に空気を導入するための空気導入経路１０９とが設
けられている。また、各ベルジャＴには、自動弁１０ａ
〜１０ｅ及び真空ポンプ１１ａ〜１１ｅを有するベルジ
ャ内真空排気経路１１０ａ〜１１０ｅと、自動弁１５ａ
〜１５ｅを有するベルジャ内空気導入経路１１１ａ〜１
１１ｅとがそれぞれ設けられている。

【００１５】次に、一つの試験回路Ａにおける操作手順
に基づいて装置の説明を行う。なお、説明の最初の状態
では、各自動弁は閉じ状態、各手動弁は開状態であり、
圧力調整器は所定の圧力に設定され、各真空ポンプ及び
ヘリウムリークディテクタは作動状態、また、回収容器
内には適当な圧力のヘリウムが充填されているものとす
る。

【００１６】まず、ベルジャＴ内に試験体Ｓがセットさ
れると、自動弁１と自動弁２ａとが開き、真空ポンプ３
によって試験体Ｓ内が、例えば１０^-2Ｔｏｒｒになるま
で真空排気が行われる。所定の真空排気が完了すると、
自動弁１が閉じて自動弁２７が開き、回収容器２６内の
ヘリウムが自動弁２７から自動弁２ａを介して試験体Ｓ
内に導入される。この回収容器２６から試験体Ｓへのヘ
リウムの導入は、回収容器２６と試験体Ｓとの圧力差に
よって行われ、両者の圧力が略均衡するまで行われる。

【００１７】次に、自動弁２７が閉じて自動弁４が開
き、高圧ヘリウム容器５内のヘリウムが、手動弁６，手
動弁７，圧力調整器８，自動弁４及び自動弁２ａを経て
試験体Ｓ内に供給される。試験体Ｓ内への所定圧力、例
えば１７ｋｇ／ｃｍ² Ｇのヘリウムの充填が完了する
と、自動弁２ａと自動弁４とが閉じて自動弁９が開き、
自動弁２ａと自動弁４との間の配管内のヘリウムが放出
される。

【００１８】試験体Ｓ内を所定圧力のヘリウムで加圧し
た状態を所定時間保持し、圧力低下を生じないことが確
認されると、自動弁１０ａが開いて真空ポンプ１１ａに
よるベルジャＴ内の真空排気が行われる。ベルジャＴ内
が所定の真空度，例えば１０^-3Ｔｏｒｒに達すると、自
動弁１０ａが閉じて自動弁１２ａが開き、真空ポンプ１
３によってベルジャＴ内のガスが吸引され、ヘリウムリ
ークディテクタ１４によるヘリウムのリーク量の測定が
行われ、試験体Ｓの合否が判定される。

【００１９】合否の判定が完了すると、自動弁１２ａが
閉じて自動弁１５ａが開き、ベルジャＴ内に空気が導入
されてベルジャＴ内が大気圧に復帰するとともに、自動
弁１６ａ及び自動弁２５が開いて試験体Ｓ内のヘリウム
が回収容器２６に回収される。この試験体Ｓから回収容
器２６へのヘリウムの回収も、試験体Ｓと回収容器２６
との圧力差によって行われ、両者の圧力が略均衡するま
で行われる。

【００２０】回収容器２６へのヘリウムの回収が終了す
ると、自動弁２５が閉じるとともに自動弁１７が開き、
試験体Ｓ内に残存するヘリウムが自動弁１６ａ，自動弁
１７を経て大気圧付近まで放出され、次いで自動弁１７
が閉じて自動弁１８が開き、真空ポンプ１９によって試
験体Ｓ内に残るヘリウムが排気される。最後に、自動弁
２０が開き、圧力調整器２１から自動弁２０，自動弁１
６ａを経て試験体Ｓ内に空気が導入される。

【００２１】その後、試験回路ＡではベルジャＴを開放
して試験体Ｓの交換が行われるとともに、次の試験回路
Ｂにおける試験体Ｓのリーク検査が行われる。この試験
回路Ｂにおける試験体Ｓのリーク検査では、試験体Ｓ内
に充填するヘリウムとして、中間圧力までは前記回収容
器２６内に回収されているヘリウムが再利用され、中間
圧力から所定圧力までの範囲で高圧ヘリウム容器５内の
ヘリウムが新たに用いられる。以後、各試験回路Ａ〜Ｅ
において試験体Ｓのリーク検査が行われる。なお、試験
体Ｓ内等の真空引きやガスの導入は、圧力を検出して終
了するようにしてもよく、時間設定で行ってもよい。

【００２２】上述のように、リーク検査後に試験体Ｓ内
のヘリウムを回収容器２６内に回収して再利用すること
により、リーク検査に要するヘリウムの消費量を大幅に
低減することができる。例えば、前記同様に、試験体内
部側の体積が０．１リットルで、加圧圧力が１７ｋｇ／
ｃｍ² Ｇの場合、約１リットルの回収容器を設けてヘリ
ウムの再利用を行うと、計算上は、一つの試験体につい
て必要とするヘリウム量を約０．８９リットルにするこ
とができる。したがって、従来の約半分の量のヘリウム
で従来と同様のリーク検査を行うことができ、ヘリウム
消費量の大幅な削減が図れる。

【００２３】なお、回収容器の容積は、試験体内部側の
体積や充填圧力、さらには、一度に試験を行う試験体の
数、配管の長さ等の各種条件に応じて設定すればよい。
また、回収容器内には、初期充填としてあらかじめヘリ
ウムを適当な圧力で充填しておくことが好ましいが、圧
力は１０ｋｇ／ｃｍ² Ｇ程度にすることが望ましい。

【００２４】図２及び図３は、本発明のヘリウム気密試
験装置でリーク検査を行う試験体及び該試験体を収容す
るベルジャの一例を示すもので、図２はベルジャを開放
した状態を示す断面図、図３はベルジャを閉じた状態を
示す断面図である。

【００２５】ここに示す試験体Ｓは、コンプレッサーの
回転軸を挿通する軸孔３１を有するアルミニウム鋳造品
からなるキャップ材であって、コンプレッサー本体部に
嵌着される大径部３２と、前記軸孔３１を有する小径部
３３と、外周のフランジ３４とを備えている。この試験
体Ｓを収容するベルジャＴは、下部固定治具４１と上部
固定治具５１とからなるもので、下部固定治具４１は、
前記試験体Ｓの大径部３２を挿入する上方が開口したリ
ング状の挿入溝４２を有するとともに、その周囲上面
に、試験体Ｓのフランジ３４に当接するＯリング４３
と、上部固定治具５１の下面に当接するＯリング４４と
が設けられ、さらに、挿入溝４２の内周側には、ガスガ
イドブロック４５が設けられている。

【００２６】また、上部固定治具５１は、下部固定治具
４１の上面から突出する試験体Ｓを気密に覆う蓋付の筒
状体からなるもので、筒体部５２の下部外周には、下面
が前記Ｏリング４４に当接するフランジ５３が設けら
れ、蓋部５４には、中央に試験体Ｓの内部側に連通する
内部連通管５５と、試験体Ｓの外部側に連通する外部連
通管５６とが気密に貫通して設けられるとともに、該蓋
部５４の下面には、試験体Ｓを下部固定治具４１方向に
押圧するスプリング５７及びリング状の押し板５８が設
けられ、筒体部５２の下部には、試験体Ｓのフランジ３
４を下部固定治具４１に圧着させるためのリング状の押
し板５９が設けられている。さらに、前記内部連通管５
５には、試験体Ｓの軸孔３１内に進入する突出部６０が
設けられており、該突出部６０の外周には、軸孔３１の
内周面に当接する２個のＯリング６１が設けられ、突出
部６０内には、前記ガスガイドブロック４５が嵌入する
嵌合孔６２が設けられている。なお、前記スプリング５
７は、押し板５８を介して試験体Ｓを均等に押圧できる
ように、複数個が同一円周上に等間隔に設けられてい
る。

【００２７】上記ベルジャＴを使用して試験体Ｓのリー
ク検査を行う際には、まず、図２に示すように、下部固
定治具４１と上部固定治具５１とを開放した状態で、下
部固定治具４１の挿入溝４２に試験体Ｓの大径部３２を
挿入するようにしてセットする。次に、下部固定治具４
１と上部固定治具５１とを合体させ、図３に示すよう
に、両治具間に試験体Ｓを挟着する。これにより、ベル
ジャＴの内外が前記Ｏリング４４によって気密に仕切ら
れ、Ｏリング４３及びＯリング６１によりベルジャＴ内
における試験体Ｓの内部側と外部側とが気密に仕切られ
た状態となる。

【００２８】この状態で、内部連通管５５及びガスガイ
ドブロック４５を介して試験体Ｓ内の真空引きや試験体
Ｓ内へのヘリウムの充填等を行い、外部連通管５６を介
して試験体外部側の真空引きを行ってリーク検査等を行
う。

【００２９】リーク検査終了後に下部固定治具４１を上
部固定治具５１から分離すると、前記スプリング５７の
作用によって試験体Ｓが上部固定治具５１から離れ、下
部固定治具４１上に載置された状態となる。したがっ
て、ベルジャＴ内への試験体Ｓのセットは、上部固定治
具５１から離れた下部固定治具４１上に試験体Ｓを載置
するだけの作業で行うことができ、また、試験体Ｓの抜
き取りも下部固定治具４１から上方に抜き取るようにす
るだけでよいため、試験体Ｓの着脱を極めて容易に行う
ことができ、多数の試験体Ｓの試験を行う際の作業性を
大幅に向上させることができる。

【００３０】図４及び図５は、ヘリウム気密試験装置に
おけるリーク検査部の構成例を示すもので、図４は概略
平面図、図５は作動順序を説明するための概略正面図で
ある。このヘリウム気密試験装置は、試験体Ｓを収容す
るベルジャＴを２個一組として試験を行うようにしたも
ので、前述のように下部固定治具４１と上部固定治具５
１とにより形成されたベルジャＴの上部固定治具５１を
上部固定板７１に２個固着するとともに、下部固定治具
４１は、５枚の下部可動板７２ａ〜７２ｅに各２個ずつ
設置している。また、上部固定板７１の下方には、下部
可動板７２ａ〜７２ｅに設置されている下部固定治具４
１を、上部固定板７１に固着されている上部固定治具５
１に向けて上昇させるためのシリンダー（図示せず）が
設けられ、各下部可動板７２ａ〜７２ｅには、下部固定
治具４１を上部固定治具５１の直下に移動させるための
シリンダー（図示せず）がそれぞれ設けられている。

【００３１】前記上部固定治具５１には、前記同様に内
部連通管５５と外部連通管５６とがそれぞれ設けられて
おり、内部連通管５５には、前記試験体排気経路１０
１，ヘリウム供給経路１０２，ヘリウム回収経路１０
５，回収ヘリウム導入経路１０６，ヘリウム排気経路１
０７，ヘリウム真空排気経路１０８及び空気導入経路１
０９が接続され、外部連通管５６には、前記測定経路１
０４，ベルジャ内真空排気経路及びベルジャ内空気導入
経路が接続されている。

【００３２】このように形成したヘリウム気密試験装置
は、下部可動板７２ａ〜７２ｅ上の下部固定治具４１に
試験体Ｓを載置し、図５（ａ）に示すように、一つの下
部可動板７２ａを前進させて下部固定治具４１を上部固
定治具５１の直下に移動させ（図５（ｂ））、下部固定
治具４１を上昇用シリンダーのピストン７３により上昇
させて上部固定治具５１と合体させた後（図５
（ｃ））、内部連通管５５及び外部連通管５６を介して
前述の所定のリーク検査を２個の試験体について同時に
行う。１回のリーク検査が終了したら、下部固定治具４
１を下降させ（図５（ｄ））、下部可動板７２ａを元の
位置に後退させた後（図５（ｅ））、次の下部可動板７
２ｂを前進させて同じ動作を繰り返す。

【００３３】このように、上部固定板７１に上部固定治
具５１を固設するとともに、複数の下部可動板７２に下
部固定治具４１をそれぞれ設置し、下部固定治具４１を
順次移動させて試験を行うことにより、下部固定治具４
１への試験体Ｓのセットと試験体Ｓのリーク検査とを並
行して行うことができ、試験効率を高めることができ
る。また、複数の下部固定治具４１に対して１個、本例
では５個に対して１個の上部固定治具５１を用意すれば
よく、さらに、各配管を上部固定治具５１にのみ接続す
ることにより、設備の大幅な簡略化が図れる。特に、下
部固定治具４１の移動を直線的に移動する下部可動板７
２によって行うので、位置精度も容易に向上させること
ができる。

【００３４】なお、ベルジャの形状は、試験体の形状に
応じた任意の形状で形成することが可能であり、ヘリウ
ム気密試験装置における各配管経路も、試験回路の数や
試験体の状態等に応じて適宜最適な構成を選択すること
ができる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のヘリウム
気密試験装置によれば、ヘリウムの消費量を大幅に低減
することができ、ランニングコストの削減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のヘリウム気密試験装置の一形態例を
示す系統図である。

【図２】 試験体を収容するベルジャを開放した状態を
示す断面図である。

【図３】 同じくベルジャを閉じた状態を示す断面図で
ある。

【図４】 ヘリウム気密試験装置におけるリーク検査部
の構成例を示す概略平面図である。

【図５】 同じく作動順序を説明するための概略正面図
である。

【図６】 従来のヘリウム気密試験装置の一例を示す系
統図である。

【符号の説明】

５…高圧ヘリウム容器、１４…ヘリウムリークディテク
タ、２６…回収容器、１０１…試験体排気経路、１０２
…ヘリウム供給経路、１０３…配管内ヘリウム放出経
路、１０４…測定経路、１０５…ヘリウム回収経路、１
０６…回収ヘリウム導入経路、１０７…ヘリウム排気経
路、１０８…ヘリウム真空排気経路、１０９…空気導入
経路、Ｓ…試験体、Ｔ…ベルジャ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベルジャ内に収容された試験体内を真空
   引きする真空ポンプを有する試験体排気経路と、前記試
   験体内に所定圧力のヘリウムを供給するヘリウム供給経
   路と、前記ベルジャ内を真空引きして試験体からのヘリ
   ウムのリーク量を測定するためのヘリウムリークディテ
   クタ及び真空ポンプを有する測定経路と、リーク量測定
   後の試験体内のヘリウムを圧力差によって回収する回収
   容器を有するヘリウム回収経路と、前記試験体内及びベ
   ルジャ内を大気圧に戻すための空気導入経路と、前記試
   験体内に前記回収容器内のヘリウムを圧力差によって導
   入する回収ヘリウム導入経路とを備えたことを特徴とす
   るヘリウム気密試験装置。