JPH0444693B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は小型ガスクロマトグラフ装置、小型
弁、およびそれらのポンプ及び結合装置、特に集
積回路技術によつてエツチングでつくられた（み
ぞ）を有する基板ウエハを用いるガスクロマトグ
ラフ装置に関する。

ガスクロマトグラフイーは業界では周知であ
る。しかし近年ガスクロマトグラフイーの分野に
大きな進歩が見られ、集積回路をつくのに用いる
エツチング法を半導体基板ウエハにガス流路をつ
くるのに用いる。この技術によつて基板ウエハに
おけるガス流路を小さくすることができ、小型ガ
スクロマトグラフ装置をつくることが可能になつ
た。

1977年７月の「ポケツトサイズのガスクロマト
グラフイーによる空気分析器の可能性の研究」と
いう題名の国立職業安全健康協約研究所
（National Institute for Occupational Safety
and Health Contract）NIOSH 2100−76−0140
号の報告書にポケツトサイズのガスクロマトグラ
フ装置が示されている。本発明はこの装置の改良
である。

本発明においては従来のクロマトグラフ装置の
多くの構成要素につき改良を行つているが、小型
化を主眼としている。小型化はしばしば簡単で自
明なものと取られ勝ちであるが、本発明が課題と
する小型化の程度は、現在になつてようやく大学
の研究段階を終りつつあるような、頭髪より小さ
なオリフイス、ナノリツトルの容積を扱う結合装
置、マイクロセカンドの応答時間を持つ検出器等
を対象とするものであつて、極めてむずかしい独
創的な解決策を要する点で決して自明とは言え
ず、本発明で開示される装置は十分時代に先行す
るものである。最も重要な分析速度は系の分解能
に左右される。不必要に大きな成分、容積を伴う
標準ガスクロマトグラフ装置では、分解能が極端
に損われ、標本量、動力の面で時代の要請に答え
られない。

本発明の特殊な改良点につき以下に述べる。入
口バルブ及び標本環状ループをシリコンウエハと
一体化して構成することにより、第１噴射弁を通
して標本を流すことを実現させ、これによつて前
の標本を装置から洗い流すことを可能にしてい
る。又ポンプを標本ループよりも後方端部に設け
ることにより、ポンプと全く接触していない標本
を、標本ループと呼ばれる緩衝容積で保護される
毛細管に噴射することができる。従来のデザイン
に見られるような、作動中に破壊するソレノイド
を排除するために、バルブ駆動方法については極
めて詳細な開示を行つている。更に、標準オーリ
ング、マニホールドは大き過ぎて高分解能計器に
は採用できないが、カラムを別個の構成要素とし
て設けることにより、特殊な結合装置により微少
な容積との結合を可能にしている。

したがつて、本発明によれば、キヤリアガス
溝、キヤリアガス溝に接続されガス流を制御する
弁座装置、および同じく弁座装置を通る試料ガス
溝を持つ基板ウエハが得られる。プレートがウエ
ハおよび溝と共同してガス流路を画定する。弁駆
動装置を弁座装置に取り付けて試料ガス流路から
キヤリアガス流路へのガス流を制御する。ポンプ
装置をウエハに取り付けて試料ガス流路に接続す
る。このポンプは弁駆動装置と協力して試料ガス
を試料ガス流路からキヤリアガス流路へ注入す
る。モジユール毛細管装置をウエハに取り付け、
その一端をキヤリヤガス流路に接続する。検出器
装置を毛細管装置の他端に接続して毛細管装置か
らのガス流の性質を測定する。

本発明はまた弁装置と、弁装置を通るキヤリヤ
ガス流路と、同じく弁装置を通る試料ガス流路と
を持つガスクロマトグラフ装置の改良である。弁
装置は試料ガス流路からキヤリヤガス流路へのガ
ス流を制御するためのものである。毛細管装置を
キヤリヤガス流路に接続する。検出器装置を毛細
管装置に接続して毛細管装置からのガス流の性質
を測定する。本発明の特徴は試料ガス流路に接続
したポンプ装置にある。ポンプ装置は弁装置と協
力してガスを試料ガス流路から弁装置を経てキヤ
リヤガス流路に注入する。弁装置とポンプ装置と
の間の試料ガス流路の容積は、ポンプ装置からキ
ヤリヤガス流路へガスが注入されないようなもの
である。

最後に、本発明は小型弁装置、小型ガス注入ポ
ンプ装置、および外部の管を基板ウエハのガス流
路に取り付ける小型結合装置に関する。

次に図を用いて本発明の実施例を説明する。

第１図に後方ガスクロマトグラフ装置１０を概
略的に示す。装置１０はキヤリヤガスを供給する
ヘリウム供給タンク１２を含む。キヤリヤガスは
タンク１２を出てライン１４にはいる。ライン１
４中にはキヤリヤガスの流量を減少させるのに用
いる制限器１６がある。キヤリヤガスは制限器１
６を通つて第１の弁１８に行く。第１弁１８を通
つた後キヤリヤガスはサージタンク２０にはいる
が、リリーフ弁２２へも行く。リリーフ弁２２は
サージタンク２０に満たすのに必要な圧力を越え
た圧力を抜くのに用いる。サージタンク２０から
のキヤリヤガスは本発明の装置２６の入口２８に
はいる。

本発明の装置２６はエツチングで溝（みぞ穴）
がつくられた基板ウエハ１０２でできている。ウ
エハ１０２の典型的な材料は単結晶シリコンであ
る。典型的にはパイレツクスガラスのプレート１
０４をウエハ１０２の一方の側部に取り付ける。
プレート１０４はウエハ１０２およびその中の溝
と共にガス流路をつくる。プレート１０４の他側
１０５には支持体１０６がある。典型的には支持
体１０６はアルミニウムでつくる。サージタンク
２０はアルミニウム支持体１０６内にある。導管
３０はプレート１０４内を通り、サージタンク２
０をキヤリヤガスの入口２８に接続する。ヘリウ
ムの入口２８から第１流路２９がウエハ１０２の
一側１０３にエツチングでつくられる。第１流路
２９の他端には装置２６内のキヤリヤガスの適正
な動作圧力を決定するのに用いる第１圧力センサ
３４が接続されている。第１圧力センサ３４は装
置２６の外部にあり、装置２６に取り付けてあ
る。第１圧力センサ３４はウエハ１０２の他側１
０７に取り付けてあり、供給管（連通用貫通孔）
によつて第１流路２９に接続されている。ウエハ
１０２内の第２流路３５がヘリウムの入口２８を
第２弁座３８に接続している。第２流路３５内に
第２制限器３６がある。後者の機能は後述する。
第２弁座３８から第３流路４０が出ている。第３
流路４０の他端は外部のカラム４２に接続されて
いる。外部カラム４２から検出器４６に第４流路
４４が延びている。装置２６内の第５流路４８が
検出器４６を排気口に接続している。

ガス源５０は分析すべき試料ガスをガスクロマ
トグラフ装置１０に供給する。試料ガスは第６流
路５２を通つて装置２６の第３弁座５４にはい
る。第７流路５５により第３弁座５４は第２弁座
３８に接続する。第２弁座３８から試料ガスは第
８流路５６を通つてポンプの接続点５８に達す
る。ポンプの接続点５８は高圧ポンプ６４が接続
されている。高圧ポンプ６４は入口６６と出口６
８とがある。入口６６はポンプの接続点５８に接
続されている。出口６８はダイヤフラム真空ポン
プ７０に接続されている。真空ポンプ７０は高圧
ポンプ６４から試料ガスを引いてそれを排気口に
送る。第９流路６０がポンプ接続点５８を第２圧
力センサ６２に接続している。

第２および第３弁座３８，５４はそれぞれ前記
の国立職業安全健康研究所（National Institue
for Occupational Satety and Health）の報告
に示された型のものである。第２および第３弁駆
動装置３８ａ，５４ａ（それぞれ第４および５図
に示す）がそれぞれ第２および３弁座３８，５４
に取り付けられている。第１弁１８も第２弁座３
８上の第２弁駆動装置３８ａと同様に弁座上で作
動する弁駆動装置を持つことができる。弁駆動装
置３８ａ，５４ａは後に詳述する。これらは基板
ウエハ１０２の他側１０７に取り付ける。同じく
基板ウエハ１０２の他側の１０７には第１圧力セ
ンサ３４、第２圧力センサ６２、ポンプ６４、外
部カラム４２、および検出器４６が取り付けてあ
る。基板ウエハ１０２中の供給管により上記各外
部装置はウエハ１０２の一側１０３にエツチング
でつくつた流路と連通する。検出器４６は米国特
許出願第141269号に記載の型のものでよい。第１
および第２センサ３４，６２はキユーライトセミ
コンダクタ社（Kuljte Semiconductor Inc.）の
モデルPTQHのような市販の型のものでよい。
外部カラム４２もヒユーレツトパツカード社製の
溶融シリカ毛細管カラムのような市販の型のもの
でよい。装置２６に用いるポンプ６４は以下に詳
述する。

通常の操作においては、キヤリヤガスはタンク
１２から第１弁１８を経てサージタンク２０には
いる。ひとたびサージタンク２０が充填されると
第１弁は閉じる。その後、キヤリヤガスはサージ
タンク２０から導管３０を経て第２流路３５には
いり制限器３６を通過する。それから第２弁座３
８および第３流路４０を経て外部カラム４２には
いる。それからキヤリヤガスはカラム４２から装
置２６に再びはいり、第４流路４４，検出器４
６、および第５流路４８を通つて排気口に行く。
通常の運転の間に試料ガスは試料ガス源５０から
通常は開いた第３弁座５４および第２弁座３８を
通つてポンプ６４の入口６６にはいる。ポンプ６
４から試料ガスは真空ポンプ７０によつてポンプ
６４の出口６８を通つて引かれて排気口７２に行
く。真空ポンプ７０は試料ガス流路５２，５５，
５６中の試料ガスを排気して新しい試料ガスをガ
ス源５０から試料ガス流路に引き入れる。

外部カラム４２により試験を行うために試料ガ
スをキヤリヤガス流路に入れたいときは、第３弁
駆動装置５４ａによつて第３弁座５４を閉じてガ
ス源５０からの試料ガス流をしや断する。ポンプ
６４を駆動する。第２圧力センサ６２で測定した
第７，８、および９流路５５，５６，６０の中の
圧力が第１圧力センサ３４で測定した第１および
２流路２９，３５中の圧力より所定値だけ高いと
きは、第２弁座３８の駆動装置３８ａを駆動して
第８流路５６から試料ガスをキヤリヤガス流路に
入る。第２弁座３８は所定時間（典型的には数ミ
リ秒程度）開く。第８流路５６からの試料ガスの
注入の間に試料ガスは第２弁座３８を通つてキヤ
リヤガス流路の第２および３流路３５，４０には
いる。第２流路３５中の第２制限器３６は試料ガ
スが上流の方に流れてサージタンク２０にはいり
それを汚染するのを防止する。したがつて、いく
らかの試料ガスが第２流路３５にはいるが、第８
流路５６からの実質的にすべての試料ガスが第３
流路４０および外部カラム４２に注入され、検出
器４６によつて測定される。

ポンプによる汚染の問題即ち、ポンプ６４内か
らの残留試料ガスがキヤリヤガス流路および外部
カラム４２にはいるのを防ぐために、第８流路５
６の容積をそれがポンプ６４と第２弁座３８とか
らの試料ガスの間のバツフアとして作用するよう
に選ぶ。特に、第８流路５６の容積は、ポンプ６
４を駆動したときポンプ６４内にあつた試料ガス
が第２弁座３８に達しないようなものである。第
８流路５６の容積は、ポンプ６４の圧縮比と、第
２弁座３８、第７流路５５、および第３弁座５４
中の第７流路５５と連通するが第３駆動装置５４
ａで閉じられていない部分内のガスの容積との積
より大きくなければならない。このようにしてポ
ンプ６４からガスがキヤリヤガス流路にはいるこ
とが避けられる。

第３弁座５４がその通常の閉じた位置にもどる
やいなやポンプ６４はその注入作用を停止し、そ
の通常の開いた位置になつてガスは入口６６から
出口６８へ流れる。そうすると第３弁座５４が開
いて試料ガスがガス源５０からポンプ６４に行
き、ダイヤフラムポンプ７０によつて排気され
る。

外部カラム４２がウエハ１０２の外にあること
によつて用途の異なるガスクロマトグラフ装置１
０の製作が大巾に簡単になる。外部カラム４２は
試料ガス混合物をその成分に分離する化学的手段
を含む。異なる用途において異なる試料ガスを分
析するためには外部カラム４２は異なつたもので
なければならないであろう。しかしながら異なる
用途に対する装置２６はすべて同じでよい。した
がつて、異なるガスの分析に対して異なるカラム
４２を同じ装置２６に取り付ければよい。このよ
うにして異なる用途に対しては外部カラム４２だ
けが異なる。部品が共通であると在庫品が減るの
で製造費が低下する。

第４図は本発明の装置２６に用いる第２弁駆動
装置３８ａの部分的断面図を示す。弁駆動装置３
８ａはボルト２０２でシリコンウエハ１０２、プ
レート１０４、および支持体１０６に取り付けら
れたハウジング２００を含む。第２図に示すよう
に、駆動装置３８ａを弁座３８に取り付けるボル
ト２０２は３本ある。ハウジング２００の上方に
所望のとき弁３８を駆動するのに用いる電気的に
作動されるソレノイド２０４がある。ソレノイド
２０４はハウジング２００に螺着されナツト２０
６で適所にロツクされている。

ハウジング２００内には弁装置２１０がある。
弁装置２１０はハウジング２００内でシリコンウ
エハ１０２とソレノイド２０４との間に固定され
ている。弁装置２１０内には端２２９を持つスリ
ーブ２２８がある。スリーブ２２８の端２２９に
はオリフイス２２６がある。端２２９の外面に円
形リング２２５がある。リング２２５はダイヤフ
ラム２３０と係合し、ソレノイド２０４をしつか
りと螺着すると、リング２２５はダイヤフラム２
３０とウエハ１０２とに押圧され、密封される。

スリーブ２２８内にはまた第１プランジヤ２０
８がある。第１プランジヤ２０８は第１円形リン
グ２１２内を摺動する。第１円形リング２１２は
ソレノイド２０４とスリーブ２２８との間に締め
付けられている。第１プランジヤ２０８はソレノ
イド２０４内に設けられ、ソレノイド２０４を駆
動すると矢印Ａの方向に動く。スリーブ２２８内
の第１プランジヤ２０８の端部にボデー２１４が
ある。第１ばね２１６がボデー２１４と第１リン
グ２１２との間にある。第１ばね２１６はボデー
２１４をソレノイド２０４の反対方向に偏圧す
る。

ボデー２１４内に第２プランジヤ２１８があ
る。ボデー２１４内には第２プランジヤ２１８を
つかむリツプ２２０がある。ボデー２１４内には
また第２のばね２２２がある。第２ばね２２２は
第２プランジヤの一端を第１プランジヤ２０８か
ら離れる方向に偏圧する。第２プランジヤ２１８
の他端はピン２２４と自由接触している。ピン２
２４はダイヤフラム２３０に突接するように配置
されている。ダイヤフラム２３０は弁座３８を通
るガス流を制御する。ピン２２４はダイヤフラム
２３０の面に実質的に垂直な方向に動くようにな
つている。

弁駆動装置３８ａの操作においては、ソレノイ
ド２０４が駆動されないときには、第１ばね２１
６がボデー２１４を、プランジヤ２０８のシヨル
ダがリング２１２に当つて止まるまでソレノイド
２０４から離れる方向に偏圧する。同様に、第２
ばね２２２は第２プランジヤ２１８を第１プラン
ジヤ２０８から離れる方向に偏圧する。第２ばね
２２２は第２プランジヤ２１８をピン２２４に突
き当ててピンをダイヤフラム２３０に押し付け、
弁座３８に流れるガスを閉じる。

ソレノイド２０４が駆動されたときは、第１プ
ランジヤ２０８は実質的に矢印Ａの方向に引つ張
られる。そのとき第１プランジヤ２０８はボデー
２１４をその方向に引つ張る。ボデー２１４がＡ
の方向に動くと、ボデー２１４のリツプ２２０は
第２プランジヤ２１８を矢印Ａの方向に引つ張
る。ソレノイド２０４が第１プランジヤ２０８を
引つ張ると第１ばね２１６が圧縮される。しかし
ピン２２４は第２プランジヤ２１８と自由接触し
ているだけである。ピン２２４はダイヤフラム２
３０の弾性的復元力とダイヤフラム２３０を押圧
するガスの力によつてだけ動かされる。

ソレノイドの駆動をやめると、第１ばね２１６
はボデー２１４をソレノイド２０４から離れる方
向に押す。プランジヤ２１８の下端がピン２２４
に突き当たると、プランジヤ２１８は矢印Ａと反
対方向の運動を停止し、ボデー２１４のリツプ２
２０から離れる。プランジヤ２０８がさらに矢印
Ａと反対の方向に動くと、ばね２２２は圧縮され
る。第２プランジヤ２１８を押圧する第２ばね２
２２はまたピン２２４をダイヤフラム２３０に押
圧して弁座３８を閉じる。

上記のことからわかるようにソレノイド２０４
による駆動力がないときは弁座３８はガス流に対
して通常閉じる。さらに、ダイヤフラム２３０に
突き当たつて弁３８を開閉するピン２２４は弁装
置２１０によつて矢印Ａの反対方向にだけ動かさ
れる。ソレノイド２０４が駆動されて弁装置２１
０をピン２２４から離れる方向に動かすと、ピン
２２４はダイヤフラム２３０と弁座３８を流れる
ガスの力だけで矢印Ａと反対方向に動かされる。

弁装置２１０の機能は、力伝達装置として働い
て弁座３８が閉じている間ピン２２４にゆるやか
な力を加えることである。事実、ピン２２４に加
えられて弁座３８を閉じる力は第２ばね２２２に
よつて与えられる。第２ばね２２２は50グラム程
度のきわめてゆるやかな力を加えるようにするこ
とができる。力を突然ピン２２４に加えるとピン
２２４が壊れたり、ピン２２４が繰り返しおよび
突然ダイヤフラム２３０に突き当り、ダイヤフラ
ムがウエハ１０２に突き当てられるとダイヤフラ
ム２３０の寿命が大巾に短くなる。最後に、中に
自由ピン２２４があるオリフイス２２６はハウジ
ング２００の一部であり、ハウジング２００はダ
イヤフラム２３０およびウエハ１０２に実質的に
垂直なので、ピン２２４もダイヤフラム２３０お
よびウエハ１０２に垂直である。このため弁駆動
装置３８ａの動力がより正確になる。

第５図は本発明の装置２６に用いる第３弁駆動
装置５４ａの部分的断面図を示す。弁駆動装置５
４ａはボルト２５２でシリコンウエハ１０２、プ
レート１０４、および支持体１０６に取り付けら
れたハウジング２５０を具備する。ここでも、第
２図に示すように、弁駆動装置５４ａを装置２６
に取り付けるボルト２５２が３本ある。ハウジン
グ２５０の上方に電気的に駆動されるソレノイド
２５４があり、所望のとき弁５４を駆動するのに
用いる。ソレノイド２５４はハウジング２５０に
螺着されナツト２５６で適所にロツクされてい
る。

ハウジング２５０内は弁装置２６０がある。弁
装置２６０はシリコンウエハ１０２とソレノイド
２５４との間でハウジング２５０内に固定されて
いる。弁装置２６０にはスリーブ２６２がある。
このスリーブ２６２は第４図の第２弁駆動装置３
８ａのスリーブ２２８と類似のものである。スリ
ーブ２６２の一端２６５にはオリフイス２６４が
ある。オリフイス２６４内には自由ピン２６６が
ある。ハウジング２５０は、オリフイス２６４、
したがつてピン２６６が弁座５４のダイヤフラム
２８０に実質的に垂直になるようにウエハ１０
２、プレート１０４、および支持体１０６に取り
付けてある。スリーブ２６２にはまたダイヤフラ
ム２８０に係合する円形リング２６３がある。ボ
ルト２５２を締めたとき、リング２６３はダイヤ
フラム２８０とウエハ１０６とに押圧されて弁座
５４を密封する。

弁装置２６０内に第１プランジヤ２６８があ
る。第１プランジヤ２６８は弁装置２６０を通つ
てソレノイド２５４内に延びている。ソレノイド
２５４を駆動すると第１プランジヤ２６８は矢印
Ｂの方向に動く。第１リング２７０をソレノイド
２５４の近くで第１プランジヤ２６８に取り付け
る。第２リング２７４をソレノイド２５４と反対
側のプランジヤ２６８の端の近くにＥリング２６
９で取り付ける。第１ばね２７２が第１リング２
７０と第２リング２７４との間にあつて常に圧縮
されている。第２リング２７４は円筒形ボデー２
７６の一端と接触している。ボデー２７６の他端
はピン２６６と自由接触している。第２ばね２７
８がボデー２７６の他端の周りにあつてボデー２
７６をスリーブ２６２の一端２６５から離れる方
向に偏圧している。第２ばね２７８の作用はボデ
ー２７６を第２リング２７４に押圧することであ
る。ボデー２７６は第２リング２７４が止め２８
２で止められるまで第２リング２７４に押圧され
る。

駆動装置５４ａの運転においては、ソレノイド
２５４を駆動したときプランジヤ２６８は矢印Ｂ
の方向に動く。プランジヤ２６８が動くと第１リ
ング２７０を押してばね２７２を圧縮する。そう
するとばね２７２は第２リング２７４を押圧す
る。そうすると第１ばね２７２の力はボデー２７
６に伝達される。この力は第２ばね２７８の圧縮
力に対抗する。したがつて、ホデー２７６に作用
する力は第１ばね２７２と第２ばね２７８の力の
差である。ボデー２７６に作用するこの力はピン
２６６に伝達される。ピン２６６はダイヤフラム
２８０に突き当つて弁座５４を通るガスの流路を
閉じる。

ソレノイド２５４の駆動を停止すると、第２ば
ね２７８はボデー２７６を上向きすなわち矢印Ｂ
と反対方向に偏圧する。そうするとボデー２７６
は第２リング２７４に押圧され、プランジヤを第
５図に示す状態にもどす。ピン２６６はボデー２
７６の一端と自由接触している。ピンは引つ込
み、ダイヤフラム２８０の弾性によつて矢印Ｂと
反対方向に動き、常態位置にもどる。したがつ
て、ピン２６６は弁駆動装置５４ａの駆動力によ
つては矢印Ｂの方向にだけ動かされる。ピン２６
６のその常態へのもどりはソレノイド２５４の駆
動を停止することによつては直接に起こされるも
のではない。

第４図に示す駆動装置３８ａの説明と同様に、
弁装置２６０の機能は力伝達装置として働くこと
であつて、ソレノイド２５４を駆動している間も
つとゆるやかな力をピン２６６、したがつてダイ
ヤフラム２８０に加えることである。ピン２６６
に加わる力は第１ばね２７２と第２ばね２７８と
圧縮力の差である。この差はピン２６６に加わる
力がきわめてゆるやかになるように調節すること
ができる。最後に、ピン２６６が中にあるオリフ
イス２６４はハウジング２５０の一部なので、ハ
ウジング２５０はダイヤフラム２８０とウエハ１
０２とに実質的に垂直にできて弁駆動装置４５ａ
の作動が正確になる。

第６図は本発明の装置２６に用いる高圧注入ポ
ンプ６４の部分的断面図である。ポンプ６４には
ハウジング４０２がある。ハウジング４０２はウ
エハ１０２、プレート１０４、およびアルミニウ
ム支持体１０６にボルト４０４で取り付ける。第
２図に示すように、ポンプ６４を装置２６に取り
付けるボルト４０４は３本ある。ハウジング４０
２にはダイヤフラム真空ポンプ７０に接続するた
めのオリフイス４０３がある。ソレノイド４０６
をハウジング４０２にねじ込んである。ソレノイ
ド４０６にはポンプ６４を駆動する作動部材４２
４がある。ハウジング４０２内にガラス管４１１
がある。

ガラス管４１１内にピストン４０８がある。ピ
ストン４０８はばね止め４１０によつて上向きに
ガラス管４１１から抜けないようになつている。
ピストン４０８にはハウジング４０２のオリフイ
ス４０３と整合したリング状みぞ４０９があつ
て、試料ガスが外部カラム４２に注入されていな
いとき、正常作動の間試料ガスが真空ポンプ７０
に流れることができる。ピストン４０８にはまた
シール４１６があつてピストン４０８とガラス管
４１１との間のガス流を阻止する。ピストン４０
８には穴４２０のある底部４１８がある。

ピストン４０８にはまた弁案内部材４３０がは
まつた穴がある。弁案内部材４３０はピストン４
０８に螺着しており、ピストン４０８の底部４１
８とソレノイドの作動部材４２４との間に延びて
いる。弁案内部材４３０の上部にはばね保持部材
４３２のはまつたリング状みぞがある。ばね保持
部材４３２はナイロン製シヨルダワツシヤ４１２
に突き当つている。ワツシヤ４１２はばねの止め
４１０とともにばね４１４の保持装置となる。

弁案内部材４３０内に弁プランジヤ４３４があ
る。弁プランジヤ４３４はソレノイド４０６の作
動部材４２４から底部４１８まで延びている。弁
プランジヤ４３４の底部近くにＯリング４３６が
はまるリング状みぞ４４２がある。Ｏリング４３
６はガスが流れるのを防止するので、ガスは弁案
内部材４３０と弁プランジヤ４３４との間にはい
らない。弁プランジヤ４３４の端部４４０の周り
には第２のＯリング４３８がある。端部４４０と
第２のＯリング４３８とはオリフイス４２０とシ
ール係合することができる。プランジヤ４３４の
他端には第２のばね４２８を収容する穴がある。
第２ばね４２８は穴の環状棚部とＥリング４２６
とによつて保持されている。

弁案内部材４３０にはピストン４０８の底部４
１８の近くに切り取られた部分があり、ガスは弁
プランジヤ４３４の底部のオリフイス４２０とピ
ストン４０８のリング状みぞ４０９とを通つてハ
ウジング４０２のオリフイス４０３から流れ出
る。

ポンプ４６が作動しているときはソレノイド４
０６は駆動され、作動部材４２４は矢印Ｃの方向
に動き、プランジヤ４３４の第２のＯリング４３
８はオリフイス４２０と密封係合する。この点に
おいてウエハ１０２からのガスはハウジング４０
２のオリフイス４０３との連通からしや断され
る。作動部材４２４が矢印Ｃの方向にさらに進む
と、プランジヤ４３４はピストン４０８の底部４
１８に突き当るので、全弁案内部材４３０の下向
きの運動によつてピストン４０８は矢印Ｃ方向に
動く。そうするとピストン４０８はばねの止め４
１０から離れる。さらに、ばね４１４はこの下向
きの運動の間圧縮される。

ピストン装置４０８全体の運動によつてチヤン
バ４６０内のガスは圧縮されウエハ１０２に注入
される。

チヤンバ４６０内のガスの圧縮によつてガス圧
が増大する。シール４１６とＯリング４３８，４
２２とがチヤンバ４６０内のガスが外部の大気と
連通するのを防止する。ピストン４０８の下向き
の運動はチヤンバ４６０と流路５６との中のガス
圧がウエハ１０２内の流路３５，４０内のキヤリ
ヤガスの圧力より高くなるまで続く。第２弁３８
が開くと試料ガスがキヤリヤガス流路にはいるこ
とができる。ソレノイド４０６はピストン４０８
をソレノイド４０６がその限界に達するまで矢印
Ｃの方向に押す。それからピストン４０８は止ま
る。ピストン４０８の移動距離はソレノイド４０
６のハウジング４０２へのねじ込み量によつて調
節することができる。これはポンプ６４の圧縮比
を調節する。

ポンプ６４の作用を止めるためにソレノイド４
０６の駆動を停止する。そうするとばね４１４は
ピストン４０８を止め４１０まで押し上げる。ば
ね４１４はまたナイロンワツシヤ４１２を第６図
に示す位置に置く。さらに、ばね４２８は弁案内
部材４３０内のリング状の穴を偏圧し、機能部材
４２４を元の位置にもどしてプランジヤ４３４を
ピストン４０８の底部４１８から持ち上げる。こ
れによつて穴４２０が開く。このときガスがウエ
ハ１０２から導管４８０を通つてチヤンバ４６０
にはいり、オリフイス４０３、リング状みぞ４０
９、およびオリフイス４０３を通つて真空ポンプ
７０にはいる。Ｏリング４３６はプランジヤ４３
４と弁案内部材４３０との間をシールする。

第７図は外部カラム４２をシリコンウエハ１０
２、ガラスプレート１０４、および支持体１０６
に取り付ける結合装置５００の部分的側断面図で
ある。結合装置５００はハウジング５０２を持
ち、ボルト５０４でウエハ１０２、プレート１０
４、および支持体に取り付けられている。外部カ
ラム４２を装置２６に取り付けるボルト５０４は
４本ある。ハウジング５０２にはウエハ１０２中
の導管５２２にそう入されたスリーブ５０８があ
る。スリーブ５０８の端５２４は導管５２２内に
延びる。Ｏリング５２０がスリーブ５０８の周り
のリング状みぞにはまつている。Ｏリング５２０
はウエハ１０２の他側１０７と接触している。端
５２４はウエハ１０２内に延びているが、導管５
２２内に残留するガスの容積の問題を起こすほど
大きな容積は導管５２２にはない。外部カラム４
２にはスリーブ５０８にはまる結合端５０６があ
る。エポキシグルーのようなシール材が端５０６
をスリーブ５０８内にシールする。ボルト５０４
は外部カラム４２をハウジング５０２にしつかり
と取り付け、スリーブ５０８をウエハ１０２の導
管５２２内に突き出させる。Ｏリング５２０は密
なシールとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置を備えたガスクロマトグ
ラフ装置の概略図である。第２図は本発明のガス
クロマトグラフ装置の配置の配置図である。第３
図は線３−３に沿つてとつた第２図の装置の断面
図である。第４図は本発明の装置に用いる常態で
は閉じた弁駆動装置の部分的断面図である。第５
図は本発明の装置に用いる通常は開放されている
弁駆動装置の部分的断面図である。第６図は本発
明の装置に用いる注入ポンプの部分的断面図であ
る。第７図は本発明の装置に取り付けた結合装置
の部分的側断面図である。 １２……ヘリウム供給タンク、１６……制限
器、１８……弁、２０……サージタンク、２６…
…本発明の装置、３４……第一圧力センサ、３６
……制限器、３８，５４……弁座、３８ａ……弁
駆動装置、４６……検出器、５０……ガス源、６
２……第二圧力センサ、６４……高圧ポンプ、７
０……真空ポンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 小型ガスクロマトグラフ装置であつて、キヤ
   リアガスを入れるためのキヤリアガス溝と、試料
   ガスを入れるための試料ガス溝と、前記キヤリア
   ガス溝及び前記試料ガス溝を通す弁装置３８とを
   有する基板ウエハと、 前記ウエハ及び前記溝と共に試料ガス流路及び
   キヤリアガス流路を画成するプレイトと、前記試
   料ガス流路から前記キヤリアガス流路への試料ガ
   スの流れを制御するために前記弁装置３８に設け
   る弁駆動装置と、 前記弁駆動装置と共同して試料ガスを前記試料
   ガス流路から前記キヤリアガス流路へ注入するた
   めに、前記ウエハに取り付け且つ該キヤリアガス
   流路に関して該試料ガス流路の試料注入側のガス
   流路と反対側に配置して、該試料ガス流路に接続
   するポンプ装置と、 前記ウエハに取り付けて一端を前記キヤリアガ
   ス流路に接続するモジユール毛細管装置と、 前記毛細管装置から流れるガスの特性を測定す
   るために該毛細管装置の他端に接続する検出器装
   置 とから成り、前記ポンプ内の残留試料ガスによる
   キヤリアガス及び試料ガスの汚染を防止するため
   に、前記弁装置と前記ポンプ装置との間の前記試
   料ガス流路の容積を、該ポンプ装置の圧縮比と該
   弁装置と連通する該弁装置を含む試料側流路内に
   あるガスの容積との積より十分大きくなるように
   設けることを特徴とする小型ガスクロマトグラフ
   装置。