JPH04363855A - 高真空装置及び該高真空装置を用いた真空ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高真空装置及び該高真空
装置を用いた真空ポンプ装置に係り、特に真空容器内の
気体をイオン化して吸引することにより真空容器内に高
真空を発生する高真空装置と、該高真空装置に真空ポン
プを組み合わせることにより前記吸引気体を大気中に放
出する真空ポンプ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２は従来の真空排気法を示す説明図で
ある。同図において、符号１は真空に排気すべき容器（
以下、真空容器という）であり、この真空容器１は排気
孔３を介して真空ポンプ２に接続されている。真空ポン
プ２は例えばターボ分子ポンプ、油拡散ポンプ、イオン
ポンプなどで構成される。

【０００３】上記構成において、真空容器１内のガス分
子の内、排気孔３に飛び込んだ分子だけが、真空ポンプ
２によって外部に排出される。

【０００４】上記従来の方法においては、真空ポンプ２
がターボ分子ポンプの場合は、圧縮比が大きく取れない
水素ガス、ヘリウムガス等がターボ分子ポンプから逆拡
散して真空容器１に戻り、真空度の低下を来すという問
題がある。また、油拡散ポンプの場合には、同様の理由
で水素等が真空容器１に逆拡散するほか、作動油の蒸気
も逆拡散して真空度の低下を招くという問題がある。油
拡散ポンプの場合には、この作動油の逆拡散を防止する
ために、液体窒素によるコールドトラップを併用する方
法があるが、この方法はコストが高く、又、液体窒素供
給の問題等で長時間運転が困難であるという問題がある
。さらにイオンポンプにおいては、チタン壁に吸収され
た気体分子が脱離して真空容器１に逆戻りして真空度を
低下させるという問題がある。

【０００５】そこで、本件出願人は、先に特願平２−２
０５２２４号において、高真空装置及び該高真空装置を
用いた真空ポンプ装置を提案した。前記提案の真空ポン
プ１００は、図３に示されるように高真空装置５０と、
この高真空装置５０の背圧側に設けた任意の真空ポンプ
３１とを組み合わせて構成される。

【０００６】前記高真空装置５０は、真空ポンプ３１と
真空容器３２とを接続する容器２５を有し、容器２５の
中心部にはヘアピン状の熱電子放出フィラメント２１が
配設されており、このフィラメント２１を同心円状に取
り囲んで電子加速グリッド２２が設けられている。また
、外側電極を構成する円筒電極２３は電子加速グリッド
２２を同心円状に取り囲んで設けられており、この円筒
電極２３の軸線に直交し、かつこの円筒電極２３よりや
や離間してイオン加速グリッド２４が配設されている。

【０００７】一方、容器２５の外側には電磁石２６が配
設されており、この電磁石２６は円筒電極２３の軸線に
ほぼ並行に直流磁界を発生するようになっている。また
、容器２５の外側には３個の電源２８，２９，３０が設
けられており、各電源２８，２９，３０の電流、電圧は
容器２５の一部に設置された電流導入端子を経て各要素
２１，２２，２３，２４に伝達されるようになっている
。

【０００８】電源２８はフィラメント２１を加熱する加
熱電源であり、直流電源２９はフィラメント２１と電子
加速グリッド２２、円筒電極２３の間に、フィラメント
２１が負になるように電圧を印加する。直流電源３０は
円筒電極２３とイオン加速グリッド２４の間に、イオン
加速グリッド２４が負になるように電圧を印加する。

【０００９】動作は以下のとおりである。フィラメント
２１から放出した熱電子は、電子加速グリッド２２に向
かって加速され十分なエネルギを得て電子加速グリッド
２２を通過する。電子加速グリッド２２と円筒電極２３
の空間には電子の運動方向に直交して磁界が印加されて
いるから、電子は円筒電極２３の中心軸に垂直な面内で
円運動しつつ円筒電極２３に向かって移動する。電子は
円運動するために、円筒電極２３に到達するまでのパス
が非常に長くなり、その間に多数のガス分子と衝突して
多量にイオンを生成する。発生したイオンはイオン加速
グリッド２４に向かって加速され、これを通過して真空
ポンプ３１に捕捉され排気される。

【００１０】真空ポンプ３１から逆拡散、脱離して来て
真空度低下の原因となる気体分子は、このポンプによっ
て、イオン化・加速されて、再び真空ポンプ３１に送り
返されるために、高度の真空が達成される。また真空ポ
ンプ３１のみでは、気体分子の内、排気孔に飛び込んだ
ものが排気されるだけであるが、高真空装置を併用する
ことによって、積極的に気体分子をイオン化・加速して
真空ポンプ３１に送り込むために、排気能率が向上して
高度の真空が達成される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た高真空装置及び該高真空装置を用いた真空ポンプ装置
は、ガス分子との衝突を果たした電子は運動エネルギを
大量に失うために、以後気体分子のイオン化に参加でき
なくなるという問題がある。

【００１２】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的とする処は、衝突によってエネルギを失
った電子を再度加速することによって、ガス分子の電離
確率の向上を図り、さらに高度の真空を達成する高真空
装置を提供することにある。

【００１３】また、本発明の他の目的は、背圧側に設け
られる補助ポンプとして作用する任意の真空ポンプと組
み合わされて、該真空ポンプから逆流、脱離してくる気
体分子をイオン化加速して真空ポンプに戻すと同時に、
真空容器内の気体分子をイオン化加速して積極的に前記
真空ポンプに送り込むことにより、高度の真空度を達成
する高真空装置を用いた真空ポンプ装置を提供すること
にある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の高真空装置は、熱電子源と、該熱電子源を
取り囲む電子加速グリッドと、該電子加速グリッドを取
り囲む外側電極と、該外側電極の軸線と交差し且つ該外
側電極から離間して設けられたイオン加速グリッドと、
前記各グリッド及び前記各電極を収める容器と、該容器
の外側に配置されて前記外側電極の軸線にほぼ並行な磁
界を発生する磁石と、前記熱電子源に電流を供給する熱
電子源用電源と、前記電子加速グリッドおよび前記外側
電極と前記熱電子源との間に、前記熱電子源側が負にな
るように電圧を印加する直流電源と、前記電子加速グリ
ッドに対して負から正にわたる任意の電圧を前記外側電
極に印加する可変直流電源と、前記外側電極と前記イオ
ン加速グリッドの間に、該外側電極側が正になるように
電圧を印加する直流電源とを備えたことを特徴とするも
のである。

【００１５】また、本発明の真空ポンプ装置は、上記高
真空装置に任意の真空ポンプを組み合わせたものである
。

【００１６】

【作用】本発明の高真空装置によれば、気体分子との衝
突によってエネルギを失った電子を再度加速することに
よって真空容器内の気体分子を効率的にイオン化して加
速し、吸引することにより気体分子が排気されて高真空
を達成できる。本発明の真空ポンプ装置によれば、真空
ポンプから逆拡散、脱離してきた気体分子をイオン化加
速して真空ポンプに戻すことができるとともに、真空容
器内の気体分子をイオン化加速して積極的に真空ポンプ
に送り込むことができ、排気能率が向上し真空容器に高
度の真空度を達成することができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明に係る高真空装置及び該高真空
装置を用いた真空ポンプ装置の実施例を図面を参照して
説明する。

【００１８】図１は本発明の実施例を示し、同図におい
て符号５０は本発明の高真空装置、符号１００は高真空
装置５０を用いた、同じく本発明の真空ポンプ装置を示
している。前記真空ポンプ装置１００は高真空装置５０
と、この高真空装置５０の背圧側に設けた任意の真空ポ
ンプ３１とを組み合わせて構成される。

【００１９】前記高真空装置５０は、真空ポンプ３１と
真空容器３２とを接続する容器２５を有し、容器２５の
中心部にはヘアピン状の熱電子放出フィラメント２１が
配設されており、このフィラメント２１を同心円状に取
り囲んで外側電極を構成する円筒電極２３が設けられて
いる。また、円筒電極２３の軸線に直交し、かつこの円
筒電極２３よりやや離間してイオン加速グリッド２４が
配設されている。

【００２０】また、容器２５の外側には電磁石２６が配
設されており、この電磁石２６は円筒電極２３の軸線に
ほぼ並行に直流磁界を発生するようになっている。一方
、容器２５の外側には３個の電源２８，２９，３０が設
けられており、各電源２８，２９，３０の電流、電圧は
容器２５の一部に設置された電流導入端子を経て各要素
２１，２２，２３，２４に伝達されるようになっている
。

【００２１】電源２８はフィラメント２１を加熱する加
熱電源であり、直流電源２９はフィラメント２１と電子
加速グリッド２２、円筒電極２３の間に、フィラメント
２１が負になるように電圧を印加する。直流電源３０は
円筒電極２３とイオン加速グリッド２４の間に、イオン
加速グリッド２４が負になるように電圧を印加する。

【００２２】さらに、本実施例においては、円筒電極２
３の電位を、電子加速グリッド２２に対して負から正ま
で変化させることができる可変直流電源４１が設けられ
ている。

【００２３】なお、前記容器２５は真空容器３２の排気
孔と連通する構造、或いはこの排気孔を兼ねた構造とし
て構成されている。

【００２４】次に、上述のように構成された本発明の高
真空装置及び該高真空装置を用いた真空ポンプ装置の動
作を説明する。

【００２５】前記フィラメント２１が、加熱電源２８に
より加熱されることにより、熱電子を放出する。この放
出された熱電子は、電子加速グリッド２２に向かって加
速され十分なエネルギを得て電子加速グリッド２２を通
過する。電子加速グリッド２２と円筒電極２３の空間に
は電子の運動方向に直交して磁界が印加されているから
、電子は円筒電極２３の中心軸に垂直な面内で円運動し
つつ円筒電極２３に向かって移動する。電子は円運動す
るために、円筒電極２３に到達するまでのパスが非常に
長くなり、その間に多数のガス分子と衝突して多量にイ
オンを生成する。発生したイオンはイオン加速グリッド
２４に向かって加速され、これを通過して既成の真空ポ
ンプ３１に捕捉され排気される。ここまでの動作は図３
の場合と同一である。しかし、電子はガス分子との衝突
によって運動エネルギを大量に失うために、その電子は
以後ガス分子のイオン化ができなくなる。そこで本実施
例のように、電源４１によって、円筒電極２３が電子加
速グリッド２２に対して正の電位になるように電圧を印
加しておけば、電子は再びエネルギを得て、多数のガス
分子をイオン化するようになり、ポンプの排気効率が向
上することになる。

【００２６】また、電子加速グリッド２２を通過した電
子の運動エネルギが大きすぎる場合には、電子とガス分
子との衝突断面積が低下して、イオンの発生効率が悪く
なるために、排気効率が低下する。この場合には、電源
４１によって、円筒電極２３が電子加速グリッド２２に
対して負の電位になるように電圧を印加する。これによ
って、電子は円筒電極２３に近づくにしたがって運動エ
ネルギを減じるために、ガス分子との衝突断面積が増加
するようになり、ポンプの排気効率が向上する。　　上
述の動作において、ポンプ排気効率の向上が、電子の損
失エネルギの補填に由来するか、衝突断面積の増加に由
来するかは、排気するガスの種類、電子加速グリッド２
２を通過する時の電子の運動エネルギなどによって決ま
る。そこで電源４１を可変電源にして、円筒電極２３の
電位を、電子加速グリッド２２に対して負から正まで変
化させ、ポンプの排気効率が最も良くなる点を探すよう
にする。かくして高度の真空が達成されるものである。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の高真空装置によれば、気体分子との衝突によってエネ
ルギを失った電子を再度加速することによって真空容器
内の気体分子の電離確率の向上を図り、真空容器内に高
真空を達成することができる。また、本発明の真空ポン
プ装置によれば、真空ポンプから逆拡散、脱離してきた
気体分子をイオン化加速して真空ポンプに戻すことがで
きるとともに、真空容器内の気体分子をイオン化加速し
て積極的に真空ポンプに送り込むことができ、排気能率
が向上し真空容器に高度の真空度を達成することができ
る。また真空ポンプとして油拡散ポンプを使用した場合
には、液体窒素によるコールドトラップを併用する必要
がないためコスト低減を図ることができるとともに液体
窒素供給の問題がないため長時間運転が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高真空装置及び該高真空装置を用いた
真空ポンプ装置の実施例を示す説明図。

【図２】従来の真空排気法の説明図。

【図３】特願平２−２０５２２４号に記載された高真空
装置及び該高真空装置を用いた真空ポンプ装置の説明図
。

【符号の説明】

１　　真空容器 ２　　真空ポンプ ３　　排気孔 ２１　　フィラメント ２２　　電子加速グリッド ２３　　円筒電極 ２４　　イオン加速グリッド ２５　　容器 ２６　　電磁石 ２８　　加熱電源 ２９　　直流電源 ３０　　直流電源 ３１　　真空ポンプ ３２　　真空容器 ４１　　円筒電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱電子源と、該熱電子源を取り囲む電子加
   速グリッドと、該電子加速グリッドを取り囲む外側電極
   と、該外側電極の軸線と交差し且つ該外側電極から離間
   して設けられたイオン加速グリッドと、前記各グリッド
   及び前記各電極を収める容器と、該容器の外側に配置さ
   れて前記外側電極の軸線にほぼ並行な磁界を発生する磁
   石と、前記熱電子源に電流を供給する熱電子源用電源と
   、前記電子加速グリッドおよび前記外側電極と前記熱電
   子源との間に、前記熱電子源側が負になるように電圧を
   印加する直流電源と、前記電子加速グリッドに対して負
   から正にわたる任意の電圧を前記外側電極に印加する可
   変直流電源と、前記外側電極と前記イオン加速グリッド
   の間に、該外側電極側が正になるように電圧を印加する
   直流電源とを備えたことを特徴とする高真空装置。
2. 【請求項２】任意の真空ポンプと、該真空ポンプと真空
   に排気すべき容器との間に、請求項１記載の高真空装置
   を設置したことを特徴とする真空ポンプ装置。