JP2005024449A - ヘリウムリークディテクタ - Google Patents

Abstract

【課題】検出感度の低下やバックグランド値の増加を抑制し、測定精度の高いヘリウムリークディテクタを提供すること。
【解決手段】ヘリウムリークディテクタは、被検体からリークされたヘリウムガスを分析管に導いて検出するものであり、次のような分析管１０を有している。すなわち、分析管１０は、イオンソース１１と、イオンソース１１で生成されるイオンビームを磁場偏向させる永久磁石１３と、永久磁石１３により軌道偏向された磁場偏向軌道Ａのイオンビームを選択して通過させ、通過したイオンをイオン電流として検出するイオンコレクタ１７を有し、イオンソース１１からイオンコレクタ１７までの部材は、密閉容器１８内に気密を保って収納されている。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空容器の気密性の検査等に用いられるリークディテクタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
真空容器の気密性の検査を行う有力な検査機器の一つとしてヘリウムリークディテクタがある。従来、ヘリウムリークディテクタの分析管には、ガスを電離するフィラメント（イオンソース）、電離したイオンを一方向に加速する加速スリット、磁場偏向軌道上を進行するイオンビーム中のヘリウムイオンを選択し通過させるアーススリットおよびアーススリットを通過したイオンを集めるイオンコレクタが収納されている。そして、真空に保持された分析管内部に磁場空間を形成するマグネットが分析管ケースに外付けされている。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−３０８０８８号公報（第２頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
分析管内の磁場偏向軌道上を進行する各種イオンのうち、油回転ポンプのオイルが発生原因であるハイドロカーボンなどの重いイオンは、分析管の内面に付着し易く汚染の原因となる。分析管の内面にハイドロカーボンが付着すると、ヘリウムイオン本来の磁場偏向軌道に歪みを生じさせるので、検出感度の低下やバックグランド値の増加を招き、正確なリーク量の測定ができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、検出感度の低下やバックグランド値の増加を抑制し、測定精度の高いヘリウムリークディテクタを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１のヘリウムリークディテクタは、被検体からリークされたヘリウムガスを分析管に導いて検出するものであり、分析管は、イオン源部と、イオン源部で生成されるイオンビームを磁場偏向させる磁性体と、磁性体により軌道偏向されたヘリウムイオンビームを選択して通過させるスリット部材と、スリット部材を通過したイオンをイオン電流として検出するイオンコレクタ部と、これらのイオン源部、磁性体、スリット部材およびイオンコレクタ部を気密を保って収納する密閉容器とを備えることを特徴とする。
このヘリウムリークディテクタは、分析管の内部を高真空に排気する高真空排気系と、被検体の内部を低真空に排気する低真空排気系とを備えることができる。また、上記の磁性体のイオンビームに対向する面に、着脱自在なカバーを設けることが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるヘリウムリークディテクタについて、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態によるヘリウムリークディテクタを模式的に示す全体構成図である。ヘリウムリークディテクタ１は、テストポート２を介してリーク検査の被検体である真空容器１００に配管接続されている。
【０００８】
ヘリウムリークディテクタ１は、油回転ポンプ３、機械式ドライポンプ４およびターボ分子ポンプ５の３台の排気ポンプと、排気経路を開閉するバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の４個のバルブと、リーク校正部６と、分析管１０とを有する。分析管１０は、ターボ分子ポンプ５、機械式ドライポンプ４、バルブＶ２を介して油回転ポンプ３に配管接続されている。真空容器１００は、テストポート２、バルブＶ１を介して油回転ポンプ３に配管接続されている。また、真空容器１００は、テストポート２、バルブＶ４を介してターボ分子ポンプ５の排気口５ａに配管接続されている。リーク校正部６は、バルブＶ３、バルブＶ４を介してターボ分子ポンプ５の排気口５ａに配管接続されている。
【０００９】
真空容器１００のリーク検査は、以下の手順で行う。
（１）バルブＶ１、Ｖ３、Ｖ４を閉じるとともに、バルブＶ２を開いて、分析管１０内をターボ分子ポンプ５、機械式ドライポンプ４、油回転ポンプ３の直列構成で所定のバックグランド値（真空度）になるまで排気する。
（２）分析管１０内が所定のバックグランド値まで低下した後に、バルブＶ２を閉じるともにバルブＶ１を開いて、真空容器１００内を油回転ポンプ３で排気（粗引き排気）する。このとき、ターボ分子ポンプ５と機械式ドライポンプ４は運転を止める。
（３）バルブＶ１を閉じるともにバルブＶ４を開いて、分析管１０によるリークガス検出を開始する。すなわち、真空容器１００のリーク試験箇所にヘリウム（Ｈｅ）ガスを吹き付ける。
【００１０】
（４）真空容器１００のリーク試験箇所にリークがあると、真空容器１００内にＨｅガスが侵入し、そのＨｅガスの分圧に応じた量は、開放になっているバルブＶ４、ターボ分子ポンプ５を経て分析管１０に到来する。分析管１０がＨｅガスを検出することにより、真空容器１００のリーク量が測定される。リーク量の校正をする場合は、テストポート２を閉じ、バルブＶ３，Ｖ４を開いて、Ｈｅガスをリーク校正部６から分析管１０に導き、その検出値を基準値とする。
【００１１】
続いて、図２〜４を用い、ヘリウムリークディテクタの分析管の構成と動作をさらに詳細に説明する。
図２は、本発明の実施の形態によるヘリウムリークディテクタの分析管の構成と動作を模式的に示す透視図であり、直交座標で方向が表されている。図３（ａ）は、図２の分析管の中央部をＸＹ平面で切断したときの断面図、図３（ｂ）は、図２の分析管のイオンソース１１の中央部をＸＺ平面で切断したときの断面図であり、直交座標で方向が表されている。図３においては、図２と同じ構成部品には同一符号を付し、説明を省略する。図４は、図３に対応する従来の分析管の断面図であり、図３と比較するために用いられるものである。
【００１２】
図２に示されるように、分析管１０は、イオンソース１１、加速スリット１２、永久磁石１３、第１のアーススリット１４、サブレッサスリット１５、第２のアーススリット１６およびイオンコレクタ１７を有する。永久磁石１３は、コの字型（馬蹄形）の形状であり、Ｎ極からＳ極に向かう磁場をＺ方向に形成する。分析管１０に導入されたＨｅガスは、イオンソース１１のフィラメント１１ａから放出される熱電子の流れ（エミッション電流）の作用を受け、イオン化される。Ｈｅイオンは、加速スリット１２によりイオンビームとして、加速スリット１２の開口１２ａから永久磁石１３が形成する磁場空間に入射する。このイオンビーム中にはＨｅイオンだけではなく、水素（Ｈ）イオン、ハイドロカーボン（Ｃ_ｍＨ_ｎ）イオン等が含まれる場合がある。
【００１３】
分析管１０は、Ｈｅイオンが磁場空間により曲げられ、偏向軌道Ａを通って第１のアーススリット１４の開口１４ａへ入射するように構成されている。一方、Ｈｅイオンより軽いＨイオンは、磁場空間による偏向が大きく、偏向軌道Ｂを通るので、開口１４ａへは入射しない。Ｈｅイオンより重いＣ_ｍＨ_ｎイオンは、磁場空間による偏向が小さく、偏向軌道Ｃを通るので、開口１４ａへは入射しない。
【００１４】
従って、ほぼ完全にＨｅイオンのみのビームが第１のアーススリット１４を通過し、更にサブレッサスリット１５、第２のアーススリット１６を通過してイオンコレクタ１７に入射する。なお、偏向軌道Ａ，Ｂ，Ｃは、実際には立体的な弧状の軌道である。イオンコレクタ１７は、入射したＨｅイオンについてイオン電流を検出し、不図示の測定部は、このイオン電流値により被検体である真空容器１００のリーク量を測定する。
【００１５】
ここで、図４を用いて、従来の分析管の問題点を述べる。図４（ａ）に示されるように、Ｈｅイオンは、加速スリット２２の開口２２ａから射出し、アーススリット２４の開口２４ａへ入射する偏向軌道Ａを通る。一方、Ｃ_ｍＨ_ｎイオンは、偏向軌道Ｃを通過中に、コの字型の永久磁石２３の偏向軌道Ｃに対向する面Ｓ´にカーボンとして付着する。対向面Ｓ´に付着したカーボンは、イオンの作用により帯電し、この静電力によりＨｅイオンの偏向軌道Ａに歪を生じさせる。Ｈｅイオンは、確実に第１のアーススリット２４の開口２４ａへ入射しなくなるとともに、Ｈｅイオン以外のイオンが開口２４ａへ入射してしまう。その結果、Ｈｅイオンのイオン電流の検出値が不正確、つまり感度が低下するとともに、バックグランド値が増加してしまう。
【００１６】
対向面Ｓ´に付着するカーボン量も、帯電したカーボンが偏向軌道Ａに及ぼすクーロン力も、対向面Ｓ´と偏向軌道Ａとの距離に逆比例する。この観点からは、対向面Ｓ´を偏向軌道Ａから遠くすればする程、望ましいことになる。しかし、永久磁石２３は、磁場空間に適切な磁場の強さを提供しなければならないので、その寸法形状を変えることは適切ではない。また、磁束密度の大きい高性能磁石を用いることは、コスト面から望ましくない。
【００１７】
そこで、永久磁石１３と２３の寸法形状を同一として、図３の本実施の形態による分析管１０と図４の従来の分析管２０とを比較する。イオンソース１１と２１、加速スリット１２と２２、永久磁石１３と２３では、それぞれ寸法形状、配置は同じであるが、真空容器たる密閉容器１８と２８では、寸法形状が異なる。図３の密閉容器１８は、永久磁石１３を内包しているのに対し、図４の密閉容器２８は、永久磁石２３を内包していない。
【００１８】
図３における対向面Ｓと偏向軌道Ａとの距離Ｄは、図４における対向面Ｓ´と偏向軌道Ａとの距離Ｄ´に密閉容器２８の肉厚ｄを加えたものである。すなわち、密閉容器１８の方が密閉容器２８よりも密閉容器２８の肉厚分だけ距離Ｄを大きくすることができる。さらに、Ｚ方向では、密閉容器１８の方が密閉容器２８よりも距離（２×ｄ）だけ大きくすることができる。なお、密閉容器１８と２８はいずれも真空状態に保持されるので、大気圧との差圧に耐えるだけの肉厚が必要である。
【００１９】
このように、磁場空間の容積を大きくした結果、カーボンの付着量が減少し、偏向軌道に及ぼす静電力の影響も小さくなり、Ｈｅイオンの検出感度が向上するとともにバックグランド値が減少するという効果が得られる。
また、永久磁石１３は、密閉容器１８内、すなわち真空中にあるので外界の温度変化の影響を受け難くなり、磁束密度の変動も低減する。その結果、磁場空間の磁場の強さが安定し、偏向軌道Ａが安定し、Ｈｅの検出感度が向上するとともにバックグランド値が減少するという効果が得られる。
【００２０】
また、本実施の形態では、図３（ｂ）に示されるように、永久磁石１３の磁場空間に接する面に、着脱自在のカバー３０を設けることができる。カバー３０としては、厚さ０．３ｍｍ程度のカップ状の非磁性金属（例えば、ステンレス鋼薄板）やプラスチック薄板等を用いることができる。カバー３０は、着脱自在であるから、カーボンの付着により汚染された場合は、永久磁石１３から取り外し、洗浄後に再度取り付ければよい。
【００２１】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、検出感度の低下やバックグランド値の増加を抑制できるので、測定精度の高いヘリウムリークディテクタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るヘリウムリークディテクタを模式的に示す全体構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るヘリウムリークディテクタの分析管の構成と動作を模式的に示す透視図である。
【図３】図２の分析管の中央部をＸＹ平面で切断したときの断面図（ａ）と、図２の分析管のイオンソース１１の中央部をＸＺ平面で切断したときの断面図（ｂ）である。
【図４】従来の分析管の断面図であり、図３に対応する図である。
【符号の説明】
１：ヘリウムリークディテクタ
２：テストポート
３：油回転ポンプ
４：機械式ドライポンプ
５：ターボ分子ポンプ
１０：分析管
１１：イオンソース
１２：加速スリット
１３：永久磁石
１４：第１のアーススリット
１５：サブレッサスリット
１６：第２のアーススリット
１７：イオンコレクタ
１８：密閉容器
３０：カバー
１００：真空容器（リーク検査の被検体）
Ａ，Ｂ，Ｃ：偏向軌道
Ｓ，Ｓ´：対向面

Claims (3)

1. 被検体からリークされたヘリウムガスを分析管に導いて検出するヘリウムリークディテクタにおいて、
   前記分析管は、
   イオン源部と、
   前記イオン源部で生成されるイオンビームを磁場偏向させる磁性体と、
   前記磁性体により軌道偏向されたヘリウムイオンビームを選択して通過させるスリット部材と、
   前記スリット部材を通過したイオンをイオン電流として検出するイオンコレクタ部と、
   前記イオン源部、磁性体、スリット部材およびイオンコレクタ部を気密を保って収納する密閉容器とを備えることを特徴とするヘリウムリークディテクタ。
2. 請求項１に記載のヘリウムリークディテクタにおいて、
   前記分析管の内部を高真空に排気する高真空排気系と、
   前記被検体の内部を低真空に排気する低真空排気系とを備えることを特徴とするヘリウムリークディテクタ。
3. 請求項１または２に記載のヘリウムリークディテクタにおいて、
   前記磁性体の前記イオンビームに対向する面に、着脱自在なカバーを設けたことを特徴とするヘリウムリークディテクタ。

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