JPS5941270B2

JPS5941270B2 - 放電洗浄装置

Info

Publication number: JPS5941270B2
Application number: JP54140667A
Authority: JP
Inventors: 賀都鴻影山
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-10-31
Filing date: 1979-10-31
Publication date: 1984-10-05
Also published as: JPS5665446A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、ＰＩＧ放電を利用して真空装置の壁面の放
電洗浄を行うようにした放電洗浄装置に関する。

従来、超高真空装置を実現する場合、一般に真空容器の
壁面を加熱し、この壁面から吸着分子を脱離させて真空
容器外に排出或いは真空容器内の蓄積形ポンプ内に蓄積
する等の、所謂ペイキング処理が行われる。

しかしながら、このペイキング処理では脱離の活性化エ
ネルギの大きな吸着分子を真空容器壁面から脱離させる
ことが非常に困難であり、このため十分な脱ガス処理を
行うことができなかった。

また、核融合装置や粒子加速器等では、ペイキング処理
を行なった後も高エネルギの粒子照射により多量の残存
分子の放出が見られる。

さらに、真空容器（例えばトーラス容器）の材料、構造
及び取扱い技術等により前記ペイキング処理を行い得な
い場合があった。

そこで近年、低気圧グ冶−放電や高周波放電等を利用し
た放電洗浄が行なわれるようになっている。

この放電洗浄は、真空容器の内壁面に対向配置した電極
を用いて、内壁面と電極との間に放電を生起させて上記
内壁面の脱ガス処理を行うもので、比較的簡易にかつ十
分な脱ガス処理を行い得る。

ところが、この種の放電洗浄装置にあっては、生成され
るプラズマの特性により真空容器壁面に入射する粒子束
が不均一となり、放電洗浄にむらができると云う問題が
あった。

また、プラズマの生成のため作動気体の圧力を低真空領
域まで上げる必要があり、このため、真空表面カザ「動
気体によって汚染される虞れがあった。

さらに、真空容器壁面に入射する粒♀の持つエネルギは
放電に消費されるエネルギの一部であるため、エネルギ
効率が非常に悪いと云う欠点があった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、ＰＩＧ放電を利用して核融合装
置や粒子加速器等の超高真空装置の真空表面をむらなく
安定に放電洗浄することができ、かつ上記放電洗浄を高
いエネルギ効率で行い得る放電装置を提供することにあ
る。

まず、この発明の詳細な説明する。

この発明は、磁場発生装置の内部に設けられ上記磁場発
生装置の磁場発生方向に貫通した開口部を有した陽極と
、この陽極の両端開口部に離間対向配置された陰極との
間に放電を生起させる、所謂ＰＩＧ（ペニング、アイオ
ナイゼーション、ゲージ）放電を利用したものであるっ
すなわち、超高真空中での使用に適した気密容器内に上
記磁場発生装置を収容し、かつこの磁場発生装置を冷却
水等で冷却することにより、超高真空を乱すことなくＰ
ＩＧ放電に必要な強磁場を生成させ、この強磁場内に配
置されたＰＩＧ電極の一方の陰極に設けた前記陽極の開
口部中心から外側に向かう方向の開口部を、真空容器の
内壁面等に近接配置させ、前記ＰＩＧ放電により粒子ビ
ームを−り記真空容器の内壁面に照射することによって
、真空容器の内壁面の放電洗浄を安定に行おうとするも
のである。

さらに、前記磁場発生装置とＰＩＧ電極とを相互に固定
し一体化して、真空容器内を任意に移動でき得る構成に
することによって、前記放電洗浄をむらなく効率良く行
い得るようにしたものである。

以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は同実施例の概略構造を示す断面図である。

図中１はコの字形断面を有した円環状の容器で、この容
器１の一端開口には中空円板状の蓋体２が気密に取着さ
れている。

上記容器１及び蓋体２はそれぞれ超高真空中での使用に
適した非磁性ステンレス鋼からなるもので、これらの容
器１及び蓋体２から気密容器旦が形成されている。

この気密容器３［は後述する磁場発生装置４が収容され
ている。

また、上記気密容器旦の一端（蓋体２側）近傍の内周面
には、円板状の第１の陰極５が気密に取着されている。

この第１の陰極５は、非磁性ステンレス鋼等からなり、
かつ中央部をモリブデン等の高融点金属５ａで形成した
ものであり、かつ陰極５と高融点金属５ａとは気密に固
着されている。

そして、上記陰極５、容器１及び蓋体２で囲まれ空間に
前記気密容器Ｊ内と連通した冷却水流路６が形成されて
いる。

また、前記気密容器各の他端内周面には円環状の第２の
陰極７が気密に取着されている。

この第２の陰極７は非磁性ステンレス鋼等からなり、か
つ中央部をモリブデン等の高融点金属７ａで形成したぢ
のである。

さらに、前記気密容器品の内周面の前記第１及び第２の
陰極５，７間には、円筒状のアルミナ磁器製絶縁管８が
取着されている。

この絶縁管８は後述するＰＩＧ放電に寄生する逆マグネ
トロン形の寄生放電を防止するものである。

一方、前詰気密容器各の内側空間、つまり前記容器１の
外壁で囲まれた空間には、非磁性ステンレス鋼等からな
る円筒状の陽極９が前記気密容器品と同軸的に設置され
ている。

上記陽極９には、前記蓋体２及び第１の陰極５の各透孔
を挿通した電流リード部材１０の一端が接続されている
。

上記電流リード部材１０はアルミナ磁器製絶縁管１１と
この絶縁管１１内を貫通した導体線１２とからなるもの
で、絶縁管１１の外周面はコバール製環１３等を介して
前記蓋体２及び第１の陰極５の各透孔に取着されている
。

また、前記電流リード部材１０の一端は導電性の接続部
材１４により前記陽極９に堅固に固定されている。

そして、これらコバール製環１３及び接続部材１４の取
着により、前記陽極９は位置決め固定されている。

なお、前記電流リード部材１０の他端側の端子１５は図
示しない給電部に接続されるものとなっている。

また、前記蓋体２の外周近傍の一側面には、長さを調節
する超高真空適合金属製板２１、棒体２２及びフランジ
２３からなる支持脚２４の一端側（上記金属製板２１）
が取着されている。

そして、この支持脚２４の他端側（上記フランジ２３）
は真空装置の壁面から挿入され同真空装置内を自由に移
動する真空内案内装置等に固定される。

また、前記蓋体２の中空部には、非磁性ステンレス鋼製
の冷却水配管３１の一端が気密に取着されている。

そして、この冷却水配管３１は前記冷却水流路６に連通
される。

また、上記冷却水配管３１の他端は超高真空用フランジ
３２を介して前記真空内案内装置等に気密に取着され、
図示しない冷却器等から冷却水を供給されるものとなっ
ている。

さらに、前記夢体２の外周近傍の一側面には、ベローズ
管３３を有した非磁性ステンレス鋼製の冷却水配管３４
の一端が気密に取着されている。

そして、この冷却水配管３４は前記気密容器各自と連通
される。

また、上記冷却水配管３４の他端は超高真空用フランジ
３５を介して前記真空内案内装置等に気密に取着されて
いる。

そして、前記冷却水配管３１及び冷却水流路６を介して
前記気密容器各自に供給され、この気密容器１内を通流
した冷却水を排出するものとなっている。

さて、前記磁場発生装置４は、例えば巻線容器４１、空
心電磁石４２及びエポキシ樹脂等から構成されている。

上記巻線容器４１は径の異なる複数の容器４１ａ、４１
ｂ、４１ｃからなるもので、それぞれ前記容器１内に内
側から外側に順次収容されている。

また、上記各容器４１ａ、４１ｂ。４１ｃはそれぞれ矩
形断面を有した円環状の非磁性ステンレス鋼からなるも
のである。

上記各容器４１ａ、４１ｂ、４１ｃ内には、それぞれ導
体巻線４２ａ、４２ｂ、４２ｃが巻回収容されている。

そして、これらの導体巻線４２ａ、４２ｂ、４２ｃを直
列に接続して空心電磁石４２が形成される。

この電磁石４２のリード端はアルミナ磁器製絶縁管で絶
縁を施し、上記絶縁管と前記蓋体２とをコバール製環で
気密に接続した電流リード部材を介して、それぞれ端子
４３ａ、４３ｂに接続されている。

そして、上記端子４３ａ、４３ｂを介して前記電磁石
４２が励磁され、前記第１の陰極５から第２の陰極７の
方向に磁場が形成されるものとなっている。

なお、前記巻線容器４１ａ、４ｌｂ。４１ｃ
内にはそれぞれエポキシ樹脂が充填され、さらに前記電
磁石４２のリード端等はエポキシ樹脂ニて一体にモール
ドされている。

かくして、気密容器旦内の磁場発生装置４の空心電磁石
４２は、前記冷却水とは電気的に絶縁され、前記冷却水
により冷却されるものとなっている。

このように構成された本装置によれは、前記端子４３ａ
、４３ｂｌ／ｉｃ励磁電源を接続し、陽極９と第１及
び第２の陰極５，７との間に放電用電源を接続すること
によって、第１の陰極５から第２の陰極７に向かう方向
に磁場が生成され、前記陽極９と第１及び第２の陰極５
，７との間１ｃＰＩＧ放電を生起させることができる。

このため、真空内案内装置等により前記第２の陰極７を
真空容器の壁面に近接配置すれは、上記ＰＩＧ放電によ
り上記壁面に第２の陰極７の開口部を介して粒子ビーム
が照射される。

したがって、真空容器の壁面の放電洗浄を行うことがで
きる。

そしてこの場合、従来の放電洗浄装置と異なり、洗浄す
べき真空容器の壁面を放電の電極として用いることなく
、陽極９と陰極５，７との間に放電を生起し、この放電
による粒子ビームを真空容器内に導入し該容器の壁面を
洗浄するようにしているので、放電に要する電力を著し
く小さくでき、また作動ガスの量を極めて少なくできる
等の利点がある。

また、前記ＰＩＧ放電は超高真空或いは高真空細極で安
定なものであるため、従来のグ七−放電や高周波放電を
利用したものに比べ非常に安定した放電洗浄を行い得て
、かつ良好な清浄表面を得ることができる。

さらに、ＰＩＧ放電では放電に消費されるエネルギの大
半をイオンの加速に用いることができるため、放電洗浄
に関与するエネルギの割合、つまりエネルギ効率を大き
くすることができる。

また、前記磁場発生装置４は冷却水により冷却され、か
つ冷却水と絶縁されているため、ＰＩＧ放電に必要な磁
場を安定に発生することができる。

さらに、真空内に露出する真空表面は全て超高真空に適
合した材料で形成されるため、超高真空或いは高真空中
での使用に好適となる等の利点がある。

第２図は他の実施例の概略構造を示す断面図である。

この実施例が先に説明した第１の実施例と異なる点は、
磁場発生装置を収容した気密容器の壁面を陽極として利
用し、かつ陰極を前記真空容器と絶縁するようにしたこ
とにある。

すなわち、前記磁場発生装置４を収容した気密容器ｉ土
は、一端方向に広がった開口を有した円環状に形成され
ている。

そしてこの気密容器ｉ上は、その他端側に一端を中空円
板状の超高真空用フランジ５２に取着した第１の筒体５
３の他端を取着して固定されている。

上記第１の筒体５３は前記気密容器１１の外径と同径の
外径を有するもので、非磁性ステンレス鋼から形成され
ている。

したがって、前記気密容器ｉ土は前記フランジ５２と同
電位となる。

そして、前記気密容器ｉ土の開口部壁面が陽極５１ａと
して用いられる。

また、前記気密容器ｉ土の他端側には、前記磁場発生装
置（の電流リード部材５４及び２個の冷却水給排管５５
が取着されている。

一方、第１の陰極５６は前記気密容器ｉ土の他端開口面
に近接して対向配置されている。

この第１の陰極５６はその一端側（上記容器ｉ上側）に
凹部を設け、さらに中央部に透孔を穿設したもので、上
記凹部には外周面に溝５６ｂを設けた円板状の高融点金
属５６ａが嵌め込まれ固着されている。

そして、上記第１の陰極５６の他端側には非磁性ステン
レス鋼製の配管５７が取着されいる。

この配管５７は超高真空用フランジ５８を介して流体供
給管等に接続されている。

そして、上記配管５７、陰極５６の透孔及び高融点金属
５６ａの溝５６ｂを介して前記気密容器５１の開口内に
放電作動気体が導入されるものとなっている。

なお、前記第１の陰極５６はコバール製環５９、アルミ
ナ磁器製絶縁管６０及びコバール製環６１を介して、前
記気密容器５１の他端側に取着された前記第１の配管５
３より小径の第２の配管６２に取着され固定されている
。

また、第２の陰極６３は前記気密容器５１の一端開口面
に近接して対向配置されている。

この第２の陰極６３の内周面の高融点金属６３ａには上
記容器ｉ上側を小径とする開口が設けられている。

そして、上記第２の陰極６３は前記フランジ５２を貫通
した電流リード部材６４の一端に取着されて固定されて
いる。

上記電流リード部材６４は外周面をアルミナ磁器製絶縁
管等により絶縁処理を施されたもので、前記フランジ５
２とは絶縁されている。

しかして、第２の陰極６３は前記気密容器５１と絶縁さ
れる。

このような構成によれば、前記陽極５１ａが真空容器の
壁面等と同電位となるため、上記真空容器の壁面と前記
フランジ５８及び電流リード部材６４との間に放電用電
源を接続することによって、前記陽極５１ａと第１及び
第２の陰極５６、６３との間にＰＩＧ放電を生起させ
ることができる。

そして、このＰＩＧ放電により前記真空容器の壁面に粒
子ビームを照射することによって、上記壁面の放電洗浄
を行うことができる。

このため、先の実施例と同様の効果を奏する。

また、前記配管５７及び高融点金属５６ａの透孔５６ｂ
を介して前記放電空間内に放電作動気体が供給されるた
め、放電洗浄される壁面の上記放電作動気体による汚染
を少なくすることができる。

さらに、前記気密容器５１１Ｃ収容された磁場発生装置
Ａはハーフミラ−形の磁場を作り、放電で形成されたイ
オンを有効に外部へ導くことができる。

このため、放電洗浄のエネルギ効率のより一層の向上を
はかり得る。

また、気密容器５１の壁面を陽極５１ａとして用いるた
め、格別陽極を設ける必要がなく構成の簡易化をはかり
得る等の利点がある。

なお、この発明は上述した実施例に限定されるものでは
ない。

例えば、前記気密容器内に収容された磁場発生装置は、
上記容器内を通流する冷却水と電気的に絶縁され、かつ
この冷却水との熱的伝導性を大きく形成されたものであ
ればよい。

また、前記陽極及び陰極等の形状は仕様に応じて適宜室
めればよいのは勿論である。

さらに、各部材は超高真空中での使用に適したものであ
れば、適宜変更することができる。

要するにこの発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、種
々変形して実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の概略構造を示す断面図、
第２図は他の実施例の概略構造を示す断面図である。１・・・気密容器、（・・・磁場発生装置、５・・・第
１の陰極、７・・・第２の陰極、９・・・陽極、４１・
・・巻線容器、４２・・・空心電磁石。

Claims

【特許請求の範囲】１放電洗浄すべき真空容器内に収容され強制水冷され
て通電される磁場発生装置と、この磁場発生装置の内部
に設けられ上記磁場発生装置の磁場発生方向に貫通した
開口部を有した陽極と、この陽極の両端開口部にそれぞ
れ離間して対向配置され、かつ少なくとも一方に前記陽
極の開口部中心から外部に向かう方向に開口部を設けた
複数の陰極とを具備し、上記陽極及び陰極間のＰＩＧ放
電による粒子ビームを前記真空容器の内壁面に照射して
該壁面を洗浄することを特徴とする放電洗浄装置。２磁場発生装置は、外周面を超高真空中での使用に適
した気密容器内に収容されたもので、かつ上記気密容器
内の冷却水と電気的に絶縁されたものである特許請求の
範囲第１項記載の放電洗浄装置。３陽極は、気密容器の壁面と一体的に形成されたもの
である特許請求の範囲第２項記載の放電洗浄装置。４陰極は、高融点金属で形成されたものである特許請
求の範囲第１項記載の放電洗浄装置。