JPS6364734B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ターボ分子ポンプを用いて排気を行
なうようにしたリークデテクタに関するものであ
る。

従来のこの種リークデテクタは、第１図に示す
ような構成をなしている。すなわち、ターボ分子
ポンプ１と補助真空ポンプ２とを直列に介挿して
なる真空排気系路３の始端を被試験体４内に臨ま
せておき、前記両ポンプ１，２を運転することに
よつて該真空排気系路３内を２×10^-4Torr〜
10^-9Torrの高真空、または、超高真空状態にす
るようにしている。そして、この真空排気系路３
の前記ターボ分子ポンプ１よりも前段側に質量分
析計管５の被分析ガス取入口５ａを開口させてい
る。なお、６はこの質量分析計管５の圧力を測定
する真空計である。この真空計６は２×
10^-4Torr以上の圧力になつたときに質量分析計
管５のイオン源のフイラメントへの通電を遮断す
る保護機能をも有している。また、７は、前記真
空排気系路３の始端近傍部に介挿したスロツトル
バルブ、８は、バルブ９を介して前記真空排気系
路３のスロツトルバルブ７よりも前段部に接続さ
れた粗引ポンプである。

しかして、このような構成のものであれば、次
のようにしてリークテストを行なうことができ
る。すなわち、まず、粗引ポンプ８を用いて大気
圧から１〜10−²Torrの圧力領域まで予備排気を
行なつた後、バルブ９を閉じてスロツトルバルブ
７を開成させ、しかる後にプローブガスであるヘ
リウムガスを被試験体のクラツク状になつたリー
ク個所に吹付ける。そうすると、被試験体４の内
外の圧力差によつて前記ヘリウムガスがリーク個
所を通して被試験体４内に漏入する。そして、こ
のヘリウムガスは、スロツトルバルブ７を経由し
て質量分析計管５に流入すると同時にターボ分子
ポンプ１と補助真空ポンプ２とによつて大気中に
排出される。なお、前記質量分析計管５に流入し
たヘリウムガスは、他の気体分子とともにイオン
源内で熱電子衝撃によつて陽イオン化され、周知
の磁場偏向形質量分析の原理に従つて、イオンの
ｍ／ｅ（ｍ＝気体の原子質量数、ｅ＝イオンの荷
電量）ごとに分離される。すなわち、ヘリウムリ
−クデテクタの質量分析計管５は、ｍ／ｅ＝４の
ヘリウムイオンのみがイオンコレクタに到達する
ように設計されているので、ヘリウムイオンはこ
こで自由電子を受け取り元の中性の分子にもど
る。したがつて、イオンコレクタではヘリウムイ
オン量に比例したいわゆるイオン電流が得られる
こととなり、このイオン電流を測定することによ
つてヘリウムガスのリーク量を察知することがで
きるわけである。

ところで、前記質量分析計管５におけるイオン
源での熱電子放射量、すなわち、電子電流を一定
とすると、生成ヘリウムイオンの量は、イオン源
に入射するヘリウムガス分子の量、つまり、ヘリ
ウムガスの圧力に比例する。したがつて、かかる
質量分析計管５の個有感度Ｒは、ヘリウムガスの
分圧をＰ（Torr）とし、イオン電流をＩ(A)とする
と、 Ｒ＝Ｉ／Ｐ（Ａ／Torr） ……(1) なる式で表わされる。また、前記質量分析計管５
は、本質的に２×10^-4Torr以下の圧力、すなわ
ち高真空領域でなければ動作しないため、前記タ
ーボ分子ポンプ１等を用いて高真空に排気するわ
けであるが、ここで、ターボ分子ポンプ１の排気
速度をＳ（／sec）、ヘリウムガスのリーク量を
Ｑ（Torr ／sec）とすると、前述したヘリウ
ムガスの分圧Ｐは、 Ｐ＝Ｑ／Ｓ（Torr） ……(2) なる式で表わされる。したがつて、これらの式
(1)，(2)から明らかなように、ヘリウムガスのリー
ク量Ｑを一定とすると、前記排気速度Ｓが小さく
なるほど質量分析計管５部でのヘリウムガスの分
圧Ｐが上昇し、リークデテクタとしての感度が向
上する。喚言すれば、かかるリークデテクタの感
度はターボ分子ポンプ１の排気速度Ｓに支配され
ることになる。しかしながら、前記排気速度Ｓを
小さくしすぎると、高真空空間を構成している壁
面からの放出ガスが排気し切れなくなり、質量分
析計管５部の全圧が上昇してしまうので、前記排
気速度Ｓを無制限に小さくして感度を向上させる
というわけにはいかない。質量分析計管５部の全
圧が高真空領域を保つ程度に排気速度を設定する
必要が有るわけである。したがつて、質量分析計
管５の被分析ガス取入口５ａを真空排気系路３の
ターボ分子ポンプ１よりも前段側に開口させた従
来のリークデテクタの感度は、この点に限界があ
る。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもの
で、ターボ分子ポンプによる気体分子圧縮系路の
途中に質量分析計の被分析ガス取入口を開口させ
るという独特な構成によつて飛躍的な感度の向上
を図ることができるようにしたリークデテクタを
提供するものである。

以下、本発明の一実施例を第２図、第３図を参
照して説明する。なお、第１図に示す従来例と同
一の部分には同一の記号を付して説明を省略す
る。

ターボ分子ポンプ１１と補助真空ポンプ２とを
直列に介挿した真空排気系路３を有してなるリー
クデテクタにおいて、前記ターボ分子ポンプ１１
による気体分子圧縮系路の途中に質量分析計５の
被分析ガス取入口５ａを開口させている。詳述す
れば、ターボ分子ポンプ１１は、第２図に示すよ
うにベースフレーム２１にモータ２２を支持さ
せ、このモータ２２の出力軸２２ａにロータ２３
を固着している。ロータ２３は前記モータ２２の
上半部を囲繞する円筒状のもので、その外周に
は、多数枚のロータ翼２４ａ…を円周方向に等角
間隔をあけて配列してなるロータ翼群２４を多段
に設けている。また、下端部を前記ベースフレー
ム２１に気密に連着させて前記ロータ２３を囲繞
する円筒状のケーシング２５を設けこのケーシン
グ２５の内周に、多数枚のステータ翼２６ａ…を
円周方向に等角間隔をあけて配列してなるステー
タ翼群２６を、前記ロータ翼群２４，２４間にそ
れぞれ位置させて多段に設けている。そして、こ
のケーシング２５の上端開口部を吸気口２７とす
るとともに、前記ベースフレーム２１に前記補助
真空ポンプ２に連通する排気口２８を設けてい
る。しかして、このターボ分子ポンプ１１のロー
タ２３を高速で回転させると、自由運動によつて
吸気口２７に入射した気体分子が初段のロータ翼
２４ａにたたかれて初段のステータ翼２６ａに送
られ、このステータ翼２６ａに当つて跳ね返つた
気体分子が次段のロータ翼２４ａにたたかれて更
に次段のステータ翼２６ａに当るという具合にし
て入射したガスが１段毎に圧縮されるようになつ
ている。そして、前記排気口２７に達したときに
は、チツソガスで１×10⁸、ヘリウムガス１×10⁴
程度に圧縮されるようにしてある。このようにし
てなるターボ分子ポンプ１１のケーシング２５の
中間部分、つまり、ヘリウムガスの圧縮化が10¹
〜10³程度になる部分に透孔２５ａを設けるとと
もに該透孔２５ａに対応する部位のステータ翼２
６ａを取り除き、この透孔２５ａに前記質量分析
計５の被分析ガス取入口５ａを連着している。

このような構成のものであれば、従来のリーク
デテクタと同様な操作によつてリークテストを行
なうことができるわけであるが、本発明によれ
ば、質量分析計５の被分析ガス取入口５ａをター
ボ分子ポンプ１１による気体分子圧縮系路の途中
に開口させて、圧力の高くなつたヘリウムガスを
前記質量分析計５へ流入させるようにしているの
でリークデテクタとしての感度を飛跳的に向上さ
せることができるものである。

具体的に説明すれば、例えば、次のようにな
る。すなわち、ターボ分子ポンプ１１は補助真空
ポンプ２の到達圧力に一定の支配を受け、仮に補
助真空ポンプ２の到達圧力を１×10^-2Torrとす
ると、前記ターボ分子ポンプ１１の吸気口２７で
圧縮比だけ圧力が低下するので、およそ１×
10^-10Torrが全圧での到達圧力となる。したがつ
て、全圧を構成するガスをN₂と仮定すると、全
圧縮比が1/2になる点に質量分析計５の分析ガス
取入口５ａを開口させた場合、ここでの全圧は１
×10^-6Torrになり質量分析計５が動作するのに
十分な圧力となる。また、この点でのヘリウムガ
スの圧縮比も1/2となるので、吸気口２７部より
もヘリウムガスの圧力が10²上昇する。しかして、
この実施例を第１図に示す従来例と比較した場合
次のようになる。すなわち、ターボ分子ポンプ
１，１１の排気速度Ｓを100（／sec）とし、被
試験体４のリーク量Ｑを１×10^-9（Torr ／
sec）とすると、従来例における質量分析計５部
で得られるヘリウム分圧Ｐは１×10^-9（Torr
／sec）／100（／sec）＝１×10^-11（Torr）と
なる。これに対して、本発明に係る実施例では、
ターボ分子ポンプ１１の圧縮作用によつて質量分
析計５に流入するヘリウムガスの圧力が10²上昇
する。つまり、この実施例では、 （１×10^-11）×（１×10²）＝１×10^-9（Torr）と
100倍のヘリウム分圧Ｐが得られることになる。
したがつて、従来のものに比べて100倍以上の高
感度を得ることが可能になる。

なお、前記実施例では、１台のターボ分子ポン
プを用いて排気を行なうようにした場合について
説明したが、本発明はかならずしもこのようなも
のに限られないのは勿論であり、例えば、第４図
に示すように、２台のターボ分子ポンプ１１′，
１１″を直列に接続して排気を行なうようにした
ものであつてもよい。しかして、この場合には、
前記両ターボ分子ポンプ１１′，１１″の排気速度
を適当に選定することによつて、前段のターボ分
子ポンプ１１′の排気口と後段のターボ分子ポン
プ１１″の吸気口とを接続する管路２９の途中に
質量分析計５の被分析ガス取入口５ａを開口させ
てもよい。なお上記説明で、質量分析計について
は、磁場偏向方式を実施態様として説明したが、
質量分析計にはカドラポール形質量分析計など
種々の形式のものがあり、本発明は、これら種々
の質量分析計が適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す回路説明図である。第２
図は本発明の一実施例を示す回路説明図、第３図
は同実施例におけるターボ分子ポンプ部を示す正
断面図である。第４図は本発明の他の実施例を示
す正面図である。 ５……質量分析計、５ａ……被分析ガス取入
口、１１，１１′，１１″……ターボ分子ポンプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ターボ分子ポンプを用いて排気を行なうリー
   クデテクタにおいて、前記ターボ分子ポンプによ
   る気体分子圧縮系路の途中に質量分析計の被分析
   ガス取入口を開口させたことを特徴とするリーク
   デテクタ。