(57)【要約】      （修正有）【課題】優れた利便性及び実用性を有し、かつ、高い排気速度を兼備する真空排気装置を提供すること。【解決手段】本発明の真空排気装置は、熱電子を放出する陰極１１と、正電位を印加可能とされるとともに陰極１１の全体又は一部を覆うように配される網状のグリッド電極１２とを有し、グリッド電極１２により加速される前記熱電子と気体分子とを衝突させて陽イオンを発生させる電子シャワー発生部１０と、負電位を印加可能とされるイオン誘導電極２０と、前記陽イオンを前記気体分子に中和可能とされるイオン中和器２１と、内部空間が形成されるとともに前記気体分子が排気される排気口（排気口フランジ４１）が形成され、かつ、前記内部空間側に対し前記排気口から遠い順に電子シャワー発生部１０、イオン誘導電極２０及びイオン中和器２１が配されるハウジング部４０と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電子を放出する陰極と、正電位を印加可能とされるとともに前記陰極の全体又は一部を覆うように配される網状のグリッド電極とを有し、前記グリッド電極により加速される前記熱電子と気体分子とを衝突させて陽イオンを発生させる電子シャワー発生部と、
負電位を印加可能とされるイオン誘導電極と、
前記陽イオンを前記気体分子に中和可能とされるイオン中和器と、
内部空間が形成されるとともに前記気体分子が排気される排気口が形成され、かつ、前記内部空間側に対し前記排気口から遠い順に前記電子シャワー発生部、前記イオン誘導電極及び前記イオン中和器が配されるハウジング部と、
を有することを特徴とする真空排気装置。
【請求項２】
イオン中和器が、イオン誘導電極に印加される負電位からみて正の側の負電位を印加可能とされる請求項１に記載の真空排気装置。
【請求項３】
イオン中和器が、熱電子を放出する陰極部及び陽イオンに電子を与える電極部のいずれかで構成される放電部と、前記放電部の全体又は一部を覆うように配されるとともに少なくともイオン誘導電極側と排気口側とが網状に形成される全体筒状の静電シールド部とを有する請求項１から２のいずれかに記載の真空排気装置。
【請求項４】
ハウジング部が、函状体で構成される本体部と、前記本体部と連通されるとともに前記本体部から細首状に突出され、かつ、突出端側に排気口が形成される案内部とを有し、
イオン誘導電極が前記本体部と前記案内部との連通位置又はその近傍に配されるとともに少なくとも一部が前記本体部側に存するように配され、かつ、イオン中和器が前記案内部に配される請求項１から３のいずれかに記載の真空排気装置。
【請求項５】
陰極が第１電位から前記第１電位よりも負の側の負電位である第２電位に切換え可能とされる請求項１から４のいずれかに記載の真空排気装置。
【請求項６】
ハウジング部に吸気口が形成される請求項１から５のいずれかに記載の真空排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体分子に電子を衝突させて陽イオン化するタイプの真空排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空容器内の気体を排気するための各種の真空ポンプは、対象とする気体の圧力によって使い分けられる。中真空の粘性流領域ではドライポンプやロータリポンプが使用されており、排気速度に特段の問題はないが、高真空以上の分子流領域に入ると排気速度が急速に低下する。
前記分子流領域で一般的に使用されるターボ分子ポンプやイオンポンプなどの排気速度は、ポンプの最大差圧を別とすれば概ねポンプの口径で決まるが、口径を大きくすることは容易ではない。
【０００３】
超高真空を得るための非常に有効な手段である前記イオンポンプについて考察すると、機械的な可動部分がなく振動などの問題はないが、最大の欠点は、強力な磁場を必要とする点である。前記イオンポンプから漏れる磁場が、例えば、電子顕微鏡などの電子軌道や四重極質量分析計のイオン軌道に影響を与えるので、厳密な磁気遮蔽が必要であるし、更に、大排気量の前記イオンポンプでは、強力な磁場を形成するための磁石とヨークが非常に重く、その取扱いが容易ではない。
【０００４】
また、前記イオンポンプでは、陽極と陰極に囲まれた狭い領域でのみイオンが生成し、隣り合った陽極間の空間ではイオンは発生せず、イオン生成の効率は高くない。気体分子が分子流の状態である高真空領域では、気体分子の任意の飛行方向の中から、偶然、飛行方向とポンプに向かう方向とが一致する気体分子のみが排気される。圧力が低下する程、こうした飛行方向を持つ気体分子の発生確率が減少することから、前記イオンポンプでは、排気速度を高速化させることが難しい。
【０００５】
また、前記イオンポンプは、気体分子を陰極にぶつけて溶け込ませること、陰極材料をスパッタして気体分子をポンプ内壁に固着させることなどによって排気を行う溜込み型であり、前記陰極などに溶け込んだ気体が一定の量を超えると排気能力が急速に低下するので、溜込まれた気体を放出するなどの再生処理が必要になる。
【０００６】
前記再生処理が不要で到達真空度を向上させる真空排気装置としては、紫外線照射装置又はＸ線照射装置と、真空容器と、負電位が印加される回転翼を持つ構造のターボ分子ポンプとで構成され、紫外線又はＸ線を照射して前記真空容器内で陽イオン化された気体分子を前記ターボ分子ポンプの翼側に引きつけて排気する装置が提案されている（特許文献１，２参照）。
しかしながら、この提案では、前記ターボ分子ポンプの回転翼に高い負電位を印加して陽イオンを引きつけることから、前記ターボ分子ポンプと絶縁されていない前記真空容器、前記ターボ分子ポンプの各種制御部や各種配管に作業者が触れて感電する危険性が生じる。そのため、前記ターボ分子ポンプとの絶縁性が要求されるが、前記ターボ分子ポンプとの絶縁性が要求される箇所が多岐に及ぶことから装置の構造が煩雑となる問題がある。
また、気体分子の陽イオン化に必要な高出力の前記紫外線照射装置や前記Ｘ線照射装置としては、高額なものが多く、装置が高額となる問題がある。
よって、より利便性及び実用性が高い真空排気装置の開発が求められる。
【０００７】
また、前記紫外線照射装置や前記Ｘ線照射装置と比較して、より安価な気体分子の陽イオン化手段として、熱電子を放出する１つ目のフィラメントと、正電位が印加され、前記熱電子を加速させるグリッド電極とを用い、加速された前記熱電子を気体分子に衝突させて陽イオンを発生させる手段が提案されている（特許文献３参照）。
この提案では、更に、発生させた陽イオンを負電位が印加されたイオンコレクタ電極を用いて前記ターボ分子ポンプに誘導するとともに、前記ターボ分子ポンプに吸引される前の陽イオンを２つ目のフィラメントから供給される熱電子で中性化し、前記ターボ分子ポンプが帯電する問題を解消している。
しかしながら、真空容器から前記ターボ分子ポンプに向けて、前記１つ目のフィラメント、前記グリッド電極及び前記イオンコレクタ電極がこの順で配されるため、前記真空容器内で気体分子を陽イオン化させる領域、つまり、気体分子に衝突させて陽イオン化させる熱電子の移動領域が、ほぼ前記グリッド電極−前記イオンコレクタ電極間の狭い領域に限られ、前記真空容器の他の領域に存在する気体分子や前記真空容器と接続される別の真空容器内に存在する気体分子を陽イオン化させることができない。
したがって、到達真空度が改善されるとしても、排気速度は改善されない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−２７２６３４号公報
【特許文献２】特開平７−２７２６７０号公報
【特許文献３】特開平９−  ５５１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、従来技術における前記諸問題を解決し、優れた利便性及び実用性を有し、かつ、高い排気速度を兼備する真空排気装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞  熱電子を放出する陰極と、正電位を印加可能とされるとともに前記陰極の全体又は一部を覆うように配される網状のグリッド電極とを有し、前記グリッド電極により加速される前記熱電子と気体分子とを衝突させて陽イオンを発生させる電子シャワー発生部と、負電位を印加可能とされるイオン誘導電極と、前記陽イオンを前記気体分子に中和可能とされるイオン中和器と、内部空間が形成されるとともに前記気体分子が排気される排気口が形成され、かつ、前記内部空間側に対し前記排気口から遠い順に前記電子シャワー発生部、前記イオン誘導電極及び前記イオン中和器が配されるハウジング部と、を有することを特徴とする真空排気装置。
＜２＞  イオン中和器が、イオン誘導電極に印加される負電位からみて正の側の負電位を印加可能とされる前記＜１＞に記載の真空排気装置。
＜３＞  イオン中和器が、熱電子を放出する陰極部及び陽イオンに電子を与える電極部のいずれかで構成される放電部と、前記放電部の全体又は一部を覆うように配されるとともに少なくともイオン誘導電極側と排気口側とが網状に形成される全体筒状の静電シールド部とを有する前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の真空排気装置。
＜４＞  ハウジング部が、函状体で構成される本体部と、前記本体部と連通されるとともに前記本体部から細首状に突出され、かつ、突出端側に排気口が形成される案内部とを有し、イオン誘導電極が前記本体部と前記案内部との連通位置又はその近傍に配されるとともに少なくとも一部が前記本体部側に存するように配され、かつ、イオン中和器が前記案内部に配される前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の真空排気装置。
＜５＞  陰極が第１電位から前記第１電位よりも負の側の負電位である第２電位に切換え可能とされる前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の真空排気装置。
＜６＞  ハウジング部に吸気口が形成される前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の真空排気装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、従来技術における前記諸問題を解決することができ、優れた利便性及び実用性を有し、かつ、高い排気速度を兼備する真空排気装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る真空排気装置１００の概要を説明するための説明図である。
【図２】グリッド電極の構成例を示す説明図である。
【図３】傍熱型陰極の概要を説明するための説明図である。
【図４】複数のグリッド電極を用いる構成例を説明するための説明図である。
【図５】真空排気装置１００の作用を説明するための説明図である。
【図６】第１の変形例の概要を示す説明図である。
【図７】第２の変形例の概要を示す説明図である。
【図８】第２実施形態に係る真空排気装置２００の概要を説明するための説明図である。
【図９】真空排気装置２００の作用を説明するための説明図（１）である。
【図１０】真空排気装置２００の作用を説明するための説明図（２）である。
【図１１】真空排気装置２００の作用を説明するための説明図（３）である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の真空排気装置の実施形態を図面を参照しつつ、説明する。
【００１４】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る真空排気装置１００を図１に示す。なお、図１は、第１実施形態に係る真空排気装置１００の概要を説明するための説明図である。
図１に示すように真空排気装置１００は、主として電子シャワー発生部１０、イオン誘導電極２０、イオン中和器２１及びハウジング部４０を有する。
【００１５】
電子シャワー発生部１０は、熱電子を放出する陰極１１と、正電位を印加可能とされるとともに陰極１１を覆うように配される網状のグリッド電極１２とを有し、グリッド電極１２により加速される熱電子と気体分子とを衝突させて陽イオンを発生させる。
この電子シャワー発生部１０では、グリッド電極１２が陰極１１を覆うように配されるため、陰極１１から放出される熱電子がグリッド電極１２で覆われる全方位に向けて加速され、電子シャワー発生部１０外方にシャワー状に放出される。
そのため、排気対象のハウジング部４０における内部空間の広い範囲で気体分子と衝突する機会が得られ、延いては、短時間で気体分子を陽イオン化させることができる。
【００１６】
陰極１１は、電源１５からの電力供給に基づく通電加熱により熱電子を放出可能とされ、例えば、公知のフィラメント部材等で構成される。
また、陰極１１は、切換スイッチ１８により、第１電位から前記第１電位よりも負の側の負電位である第２電位に切換可能とされる。具体的には、切換スイッチ１８を図中、右に倒して陰極１１に前記第１電位を印加し、切換スイッチ１８を図中、左に倒して陰極１１に電源１７による前記第２電位を印加する。こうした陰極１１に対する電位切換により、真空排気装置１００を気体分子の陽イオン化モードから壁面脱ガスモードに切換ることが可能となる。なお、前記気体分子の陽イオン化モード及び前記壁面脱ガスモードについては、図５を用いて後述する。
また、陰極１１に対しては、電位を与えず、ハウジング部４０と同じ接地電位としてもよいが、前記第１電位として負電位を与える場合及び負電位である前記第２電位を与える場合、陰極１１から放出される熱電子に斥力が作用し、グリッド電極１２による加速作用を向上させることができる。
なお、図面を用いた簡便な説明を行うため、前記第１電位−前記第２電位間の電位切換として切換スイッチ１８を用いた例を挙げたが、電位の切換方法としては、電子スイッチを用いて上位のコントローラから制御する方法や、電源電圧を直接制御する方法が一般的であり、こうした方法を適用することができる。また、グリッド電極１２、イオン誘導電極２０、イオン中和器２１等の電位調整においても、同様の方法を適用することができる。
【００１７】
グリッド電極１２は、電源１６からの電圧印加に伴い正電位を印加可能とされ、例えば、１００Ｖ〜２００Ｖの正電位が印加される。つまり、気体分子を陽イオン化するためには、２５ｅＶ程度のエネルギが必要であるが、効率的な気体分子の陽イオン化には、１００ｅＶ程度のエネルギが必要とされる。グリッド電極１２と陰極１１との間にこの程度の電位差を与えることで、気体分子を効率的に陽イオン化させることができる。
また、グリッド電極１２としては、正電位から負電位に切換えて電位を印加可能とされることが好ましい。電子シャワー発生部１０は、例えば、ＩＣＦ規格品であるＩＣＦ７０などの小型ポートを電子シャワーフランジ１４として用い、電子シャワーフランジ１４に支持された状態で電子シャワーフランジ１４をハウジング部４０に取付けることで、ハウジング部４０内に挿入される。ここで、陽イオンは、グリッド電極１２の外方のみならず、グリッド電極１２の周りを周回する熱電子と衝突してグリッド電極１２と電子シャワーフランジ１４との間の空間においても発生する。この空間で発生した陽イオンも排気側に誘導できると、排気速度の向上を図ることができる。
今、グリッド電極１２と電子シャワーフランジ１４との間の空間に窒素分子イオンが発生し、グリッド電極１２に１００Ｖのグリッド電圧が印加され、また、発生時の窒素分子イオンと電子シャワーフランジ１４のフランジ面との距離が５０ｍｍであると仮定すると、常温時における窒素分子イオンが前記フランジ面と衝突するまでの平均飛行時間を３．８μｓと見積もることができる。この飛行時間内に前記グリッド電圧を一瞬だけ負の電圧に切換れば、グリッド電極１２からの吸引作用により窒素分子イオンをグリッド電極１２外に誘導させ、延いては、イオン誘導電極２０に誘導させることができる。図面の煩雑さを避けるため図示しないものの、公知のスイッチ回路に基づき容易に前記グリッド電圧の切換時間を２００ｎｓ以下とすることができることから、こうしたスイッチ回路を適用し、切換を一定時間毎に繰り返すことでグリッド電極１２と電子シャワーフランジ１４との間の空間で発生した陽イオンを排気側に誘導させることができる。
【００１８】
グリッド電極１２としては、公知の金属細線の網により形成することができる。グリッド電極１２の構成例を図２に示す。なお、図２は、グリッド電極の構成例を示す説明図である。
図２に示す例では、陰極１１の全体を覆うようにグリッド電極１２が陰極１１の形状に合わせ円錐台形の網カゴとして構成される。ここで、グリッド電極１２を構成する網が細く目が粗い程、熱電子を捕捉することなく、グリッド電極１２の周りを周回させることができ、効率的に気体分子を陽イオン化させることができる。
なお、図示の例では、グリッド電極１２が陰極１１の側面全体を覆うこととしているが、一部を覆うこととしてもよい。
【００１９】
真空排気装置１００では、陰極１１に代えて傍熱型陰極１１’を用いることができる。傍熱型陰極１１’の構成例を図３に示す。なお、図３は、傍熱型陰極の概要を説明するための説明図である。
図３に示すように傍熱型陰極１１’は、管状陰極１１ａと管状陰極１１ａに内挿される加熱用ヒータ１１ｂとで形成され、加熱用ヒータ１１ｂの加熱により管状陰極１１ａが間接的に加熱され、管状陰極１１ａから熱電子が放出される。
なお、陰極１１及び傍熱型陰極１１’としては、図３中に例示する管状陰極１１ａのように加熱により熱電子を放出させるものであれば、形状を問うことなく適用することができる。また、材質としても公知の材料から適宜選択して適用することができる。
【００２０】
また、真空排気装置１００では、複数のグリッド電極を用いてもよい。図４に複数のグリッド電極を用いる構成例を示す。なお、図４は、複数のグリッド電極を用いる構成例を説明するための説明図である。
図４に図示される例では、図２に示すグリッド電極１２を第１グリッド電極とし、更にグリッド電極１２を覆う第２グリッド電極１２’を配してグリッド電極が構成される。このグリッド電極では、陰極１１の側面全体がグリッド電極１２で覆われ、陰極１１の頂部側が第２グリッド電極１２’で覆われ、結果として陰極１１の全体がグリッド電極１２と第２グリッド電極１２’とで覆われる。
このように前記グリッド電極としては、陰極１１を覆うものであれば、様々な形で構成することができる。
【００２１】
再び、図１を参照しつつ、説明を続ける。
図１に示すように陰極１１及びグリッド電極１２としては、ハウジング部４０の本体部４２に密閉状態で取付けられる電子シャワーフランジ１４に支持され、ハウジング部４０の内部空間に導入される。
電子シャワーフランジ１４としては、例えば、ＩＣＦ規格の小型ポート、ＩＣＦ７０等を適用することができる。
【００２２】
イオン誘導電極２０は、負電位を印加可能とされるように構成され、例えば、電源２５からの電圧印加に伴い、負電位が印加される。
イオン誘導電極２０としては、公知の電極材料で形成することができる。
なお、電源２５とイオン誘導電極２０とを繋ぐ配線を挿通させるハウジング部４０の配線箇所は、公知のシール部材（不図示）により気密性が確保される。
【００２３】
イオン中和器２１は、放電部としての陰極部２２と、静電シールド部２３とで構成され、陽イオンを気体分子に中和可能とされる。
陰極部２２は、熱電子を放出する陰極部として構成され、電源２６からの電力供給に伴い、熱電子を放出させる。この陰極部２２としては、公知のフィラメント部材により構成される。
イオン中和器２１としては、更に、イオン誘導電極２０に印加される負電位からみて正の側の負電位が印加される電極部として構成されることが好ましい。このような電極部の構成としては、例えば、電源２７により陰極部２２及び静電シールド部２３に電位を与える構成が挙げられる。このような構成によれば、イオン誘導電極２０から高速入射される陽イオンをイオン中和器２１で減速させ、排気側の補助ポンプ６０等が排出される気体分子の運動エネルギにより損傷を受けることを抑制することができる。
また、陰極部２２（放電部）の具体的構成としては、陰極１１について説明した事項と同様の事項を適用することができる。また、イオン中和器２１に適用される前記陰極部としては、陽イオンを中和するものであればよく、後述のリボン状電極部３２のように公知の電極材料から適宜選択して、陰極部２２に代えることができる。
なお、本明細書において、「中和」とは、気体分子と熱電子とが衝突して発生される陽イオンが電子を得て元の気体分子に中性化されることを意味する。
【００２４】
静電シールド部２３は、陰極部２２の全体又は一部を覆うように配されるともに、少なくともイオン誘導電極２０側と排気口フランジ４１（排気口）側とが網状に形成される全体筒状の部材として構成される。
静電シールド部２３としては、陰極部２２から放出される熱電子がハウジング部４０やイオン誘導電極２０の電位に誘導されて移動することを抑制する目的で配され、公知の金属材料で形成される。陰極部２２から放出される熱電子は、数ｅＶのエネルギしか持たず、静電シールド部２３内に充満する。
イオン誘導電極２０により誘導された陽イオンは、静電シールド部２３のイオン誘導電極２０側の網を通過して陰極部２２側に移動し、熱電子により中和された状態で排気口フランジ４１側の網を通過する。
したがって、イオン中和器２１に入射される陽イオンは、イオン中和器２１内に充満する熱電子により中和されて気体分子に戻り、イオン中和器２１に印加される負電圧によって規定される速度を持って排気口フランジ４１に向かって飛行する。
【００２５】
ハウジング部４０は、内部空間が形成されるとともに気体分子が排気される排気口が排気口フランジ４１により形成され、かつ、前記内部空間側に対し排気口フランジ４１から遠い順に電子シャワー発生部１０、イオン誘導電極２０及びイオン中和器２１が配される。
ハウジング部４０としては、図１に示すように、排気口フランジ４１、本体部４２及び案内部４３により構成される。また、ハウジング部４０は、接地される。
【００２６】
排気口フランジ４１としては、公知の真空容器用のフランジを用いることができ、ハウジング部４０としては、排気口フランジ４１を介してターボ分子ポンプ等の補助ポンプ６０と接続される。
【００２７】
本体部４２は、函状体として構成され、案内部４３は、本体部４２と連通されるとともに本体部４２から細首状に突出され、かつ、突出端側に排気口フランジ４１が形成されて構成される。
本体部４２及び案内部４３としては、公知の真空容器用の壁材を適用して形成される。
【００２８】
イオン誘導電極２０としては、本体部４２と案内部４３との連通位置又はその近傍に配されるとともに少なくとも一部が本体部４２側に存するように配される。また、イオン中和器２１としては、案内部４３に配される。
このような配置により、ハウジング部４０内に発生した陽イオンをイオン誘導電極２０に向けて効果的に誘導でき、また、イオン中和器２１により中和された気体分子を排気口フランジ４１から効果的に排出させることができる。
【００２９】
次に、真空排気装置１００の作用を図５を参照しつつ説明する。なお、図５は、真空排気装置１００の作用を説明するための説明図である。
【００３０】
先ず、陰極１１を加熱して熱電子（図中、「ｅ」で示す）を放出させる。グリッド電極１２に正電位を印加すると、放出された熱電子は、グリッド電極１２により加速され、グリッド電極１２の網目を通じて電子シャワー発生部１０の周囲を周回しつつ、排気対象のハウジング部４０の内部空間に存在する気体分子と衝突して陽イオン（図中、「＋」で示す）を発生させる（陽イオン化モード）。グリッド電極１２は、陰極１１を覆うように配されることから、陰極１１から放出された熱電子は、陰極１１からグリッド電極１２に向けて加速され、電子シャワー発生部１０からシャワー状に放出されることとなる。よって、ハウジング部４０内の広い範囲で熱電子が加速移動されることとなり、気体分子との衝突機会、つまり、イオン化効率を増加させる。
この時、陰極１１に負電位を印加すると、陰極１１から放出される熱電子に斥力が作用し、グリッド電極１２による加速作用を向上させることができる。
また、グリッド電極１２に印加される電位を、正電位から負電位に切換えると、グリッド電極１２と電子シャワーフランジ１４との間の空間において発生した陽イオンをグリッド電極１２からの吸引作用によりグリッド電極１２外に誘導されることとなる。
そのため、必要に応じて、グリッド電極１２に印加される電位を正電位から瞬時的に負電位に切換える処理を繰返し行う。
【００３１】
次に、必要に応じて、ハウジング部４０の内壁に吸着等された分子を離脱させる壁面脱ガスを行う。
具体的には、陰極１１の電位を、前記陽イオン化モードの第１電位から前記第１電位よりも負の側の負電位である第２電位に切換え、グリッド電極１２で加速させる熱電子の加速作用を向上させ、熱電子をハウジング部４０の内壁に衝突させる。この際、内壁に吸着等された気体分子は、熱電子の衝突エネルギを受けて壁面から離脱される（壁面脱ガスモード）。離脱に必要な電子のエネルギとしては、離脱させる気体分子の種類により異なるものの、数ｅＶ〜数１０ｅＶ程度である。
なお、前記陽イオン化モードと前記壁面脱ガスモードとの各処理は、交互に繰り返し行ってもよい。
【００３２】
１０−５Ｐａ以下の超高真空を得るためには、いわゆる“水の壁”を突破しなければならない。そのため、ハウジング部４０の内壁に吸着等された分子、特に水分子を、壁材の加熱により活性化させて排気する、いわゆるベーキング処理を実施することも考えられる。
しかしながら、ハウジング部４０内に高温に耐えられない部分が存在するとベーキング温度に限界が生じることから、低温で長期間、場合によっては数十日間に亘り、前記ベーキング処理を続ける必要がある。また、ハウジング部４０が大型である程、前記ベーキング処理が困難となる。別の手段として、ハウジング部４０の壁面を液体窒素などで冷却し、分子を壁面に吸着させて遊離させない固定化処理の手段も存在するが、高コストとなる。
一方、前記壁面脱ガスモードによる処理を実施すれば、前記ベーキング処理や前記固定化処理を行わなくても同様の真空状態が得られるため、極めて優れた利便性と実用性が得られる。また、ハウジング部４０の内壁に吸着等された分子が自然に脱離することを待つ必要がなく、結果として排気速度を向上させることができる。
【００３３】
次に、イオン中和器２１の陰極部２２を加熱して熱電子を放出させる。この熱電子の放出により、静電シールド部２３内の空間が熱電子で充満される状態となる。
また、イオン誘導電極２０に負電位を印加し、ハウジング部４０内に発生した陽イオンをイオン誘導電極２０に向けて誘導させる。この誘導により得た運動エネルギにより、陽イオンは、排気口フランジ４１に向けて移動する。即ち、真空排気装置１００によれば、気体分子が自ら排気口フランジ４１に飛込むのを待つ必要がない。したがって、排気口の口径に依存することなく排気速度を高められる。
イオン誘導電極２０により誘導された陽イオンは、イオン中和器２１に移動され、陰極部２２から放出された熱電子を得て中和される。また、イオン中和器２１により中和された陽イオンは、中性の気体分子として排気口フランジ４１から排出される。よって、排気先である補助ポンプ６０等の帯電現象が抑制される。
この時、イオン中和器２１にイオン誘導電極２０に印加される負電位からみて正の側の負電位を印加すると、イオン誘導電極２０から高速入射される陽イオンが減速されて気体分子へと中和される。よって、排気先の補助ポンプ６０等が気体分子の運動エネルギにより損傷を受けることが抑制される。
なお、イオン誘導電極２０に負電位を印加する処理及び陰極部２２から熱電子を放出させる処理としては、前記陽イオン化モード及び前記壁面脱ガスモードの各処理と並行して実施することができるが、イオン誘導電極２０に負電位を印加すると、電子シャワー発生部１０から放出される熱電子がイオン誘導電極２０からの電界の影響を受け、場合によりイオン誘導電極２０の近傍領域への移動が規制されることとなるため、前記陽イオン化モード及び前記壁面脱ガスモードの各処理に後続する処理として実施することもできる。
【００３４】
次に、本発明の第１実施形態に係る真空排気装置１００の第１の変形例について、図６を参照しつつ説明する。なお、図６は、第１の変形例の概要を示す説明図である。
図６に示すように、第１の変形例では、真空排気装置１００と異なり、イオン誘導電極２０と対向する位置に電子シャワー発生部１０が配される。
この第１の変形例に示すように、ハウジング部４０に対して電子シャワー発生部１０を配する位置としては、目的に応じて適宜設定することができる。
【００３５】
次に、本発明の第１実施形態に係る真空排気装置１００の第２の変形例について、図７を参照しつつ説明する。なお、図７は、第２の変形例の概要を示す説明図である。
図７に示すように、第２の変形例では、真空排気装置１００と異なり、電子シャワー発生部１０Ａと電子シャワー発生部１０Ｂとで電子シャワー発生部が複数配される。
この第２の変形例に示すように、目的に応じて排気対象のハウジング部４０に対して複数の電子シャワー発生部を配することができる。
【００３６】
次に、図６，７を参照しつつ、イオン誘導電極２０に印加する負電位の設定について説明する。なお、この設定は、真空排気装置１００についても該当する。
図６では、イオン誘導電極２０に弱い負電位を印加するときの様子が示されている。即ち、イオン誘導電極２０に弱い負電位を印加する場合、陽イオン化のための熱電子（図中、「ｅ」で示す）がイオン誘導電極２０からの電界による影響を受けにくく、ハウジング部４０内の広い範囲で移動する。
また、図７では、イオン誘導電極２０に強い負電位を印加するときの様子が示されている。即ち、イオン誘導電極２０に強い負電位を印加する場合、陽イオン化のための熱電子（図中、「ｅ」で示す）がイオン誘導電極２０からの電界による影響を受け、イオン誘導電極２０からの電界の影響が及ぶ範囲に対し、移動規制を受けることがある。
一方で、イオン誘導電極２０に強い負電位を印加すると、陽イオン（図中、「＋」で示す）を誘導させるための電界が遠くまで及び、イオン誘導電極２０による陽イオンの誘導を効果的に行うことができる。
したがって、イオン誘導電極２０に印加する負電位の設定としては、ハウジング部４０のサイズ等に応じて適宜設定される。
【００３７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る真空排気装置２００について、図８を参照しつつ説明する。なお、図８は、第２実施形態に係る真空排気装置２００の概要を説明するための説明図である。
第１の実施形態に係る真空排気装置１００は、排気対象となるハウジング部４０を有する真空容器としての機能を持つが、第２の実施形態に係る真空排気装置２００は、排気対象となる他の真空容器と接続される真空ポンプとしての機能を持つ。
【００３８】
図８に示すように、真空排気装置２００は、主として、電子シャワー発生部１０、イオン誘導電極３０、イオン中和器３１及びハウジング部５０により構成される。
なお、電子シャワー発生部１０は、真空排気装置１００における電子シャワー発生部１０と共通の部材であるため、同一符号を付して説明を省略する。
【００３９】
また、イオン誘導電極３０、電源３５，３６は、真空排気装置１００におけるイオン誘導電極２０、電源２５，２６に相当するため、重複した説明を省略する。
イオン中和器３１は、放電部としてのリボン状電極部３２と、静電シールド部３３とで構成される。つまり、イオン中和器３１は、イオン中和器の変形例とされ、イオン中和器２１の陰極部２２に代えてリボン状電極部３２を用いた構成とされる。
リボン状電極部３２は、複数のリボン状（短冊状）電極が方向を揃えられた状態で並設されて構成される。また、リボン状電極部３２としては、ハウジング部５０に対し、並設の方向と直交するリボン（短冊）の長さ方向がイオン誘導電極３０からイオン中和器３１に向けて移動する陽イオンの移動方向と略平行となるように配設される。また、リボン状電極部３２は、電源３６から負電位が印加される。
リボン状電極部３２による陽イオンの中和は、イオン誘導電極３０から誘導される陽イオンが前記リボン状電極の近傍を通過する際、陽イオンの移動軌道を変化させ、陽イオンを前記リボン状電極に接触させることで行われる。
つまり、イオン誘導電極３０からイオン中和器３１に向けて飛来する陽イオンは、前記リボン状電極近傍等を通過する際、負電位により引き寄せられて軌道が変化し、前記リボン状電極に対し、低入射角度で接触する。前記リボン状電極と接触した陽イオンは、前記リボン状電極から電子を受け取り、中和される。中和された陽イオンは、速度を持ったまま中性の気体分子として排気口フランジ５１へ移動し、排気される。この時の気体分子の速度は、電源３６からリボン状電極部３２（電極部）に負電位を印加することで制御可能とされる。
なお、リボン状電極部３２は、陰極部２２の変形例であり、真空排気装置１００に対しても、適用することができる。また、陰極部２２及びリボン状電極部３２は、飛来する陽イオンを中和させる目的で配される放電部であり、このような目的を達成するものであれば、陰極部２２及びリボン状電極部３２に代えて、公知の放電部材を適用することができる。
【００４０】
ハウジング部５０は、真空ポンプとして位置付けられる真空排気装置２００に特有の構成とされ、排気口フランジ５１、本体部５２及び案内部５３に加え、吸気口フランジ５４を有して構成される。なお、ハウジング部５０は、接地される。
吸気口フランジ５４は、排気の対象となる真空容器と接続され、この真空容器から排出される気体分子の吸気口を構成する。
吸気口フランジ５４としては、公知の真空容器用のフランジを用いることができるが、排気口よりも大きな開口径で形成されるフランジが好ましい。
また、吸気口フランジ５４としては、図示の通り、排気口フランジ５１と対向する位置に形成されることが好ましい。
【００４１】
なお、排気口フランジ５１及び案内部５３としては、真空排気装置１００においける排気口フランジ４１及び案内部４３と同様に構成することができる。
また、真空排気装置２００は、電子シャワー発生部１０が本体部５２に配され、イオン誘導電極３０が本体部５２と案内部５３との連通位置又はその近傍に配されるとともに少なくとも一部が本体部５２側に存するように配され、かつ、イオン中和器３１が案内部５３に配され、ハウジング部５０に対し、排気口フランジ５１から遠い順に電子シャワー発生部１０、イオン誘導電極３０及びイオン中和器３１が配される点で、ハウジング部４０に対し、排気口フランジ４１（排気口）から遠い順に電子シャワー発生部１０、イオン誘導電極２０及びイオン中和器２１が配される真空排気装置１００と共通する。
【００４２】
本体部５２としては、本体部４２と同様に矩形状のものを適用することもできるが、図示の通り、排気口フランジ５１から吸気口フランジ５４に向けて逆テーパ状（漏斗状）の形状部を有することが好ましい。
このような形状部を有すると、吸気口フランジ５４から取り込まれる陽イオンをイオン誘導電極３０により誘導させ易く、延いては、気体分子を排気口フランジ５１に案内して排気させ易い。    
【００４３】
次に、真空排気装置２００の作用を図９〜１１を参照しつつ説明する。ここでは、真空排気装置１００と相違する作用を中心に説明する。
なお、図９は、真空排気装置２００の作用を説明するための説明図（１）であり、図１０は、真空排気装置２００の作用を説明するための説明図（２）であり、図１１は、真空排気装置２００の作用を説明するための説明図（３）である。
【００４４】
先ず、図９に示すように、陰極１１を加熱して熱電子（図中、「ｅ」で示す）を放出させるとともに、熱電子をグリッド電極１２で加速させる。加速された熱電子は、電子シャワー発生部１０からシャワー状に放出され、ハウジング部５０の内部空間に加え、吸気口フランジ５０を介してハウジング部５０と気密状態で接続される真空容器２５０の内部空間まで移動し、各内部空間に存在する気体分子と衝突して陽イオン（図中、「＋」で示す）を発生させる。この時、熱電子を真空容器２５０の内部空間にまで送り込むため、陰極１１に負電位を印加し、グリッド電極１２による加速作用を向上させることも有効となる（陽イオン化モード）。
【００４５】
次に、図１０に示すように、必要に応じて、ハウジング部５０及び真空容器２５０の内壁に吸着等された分子を離脱させる壁面脱ガスを行う。具体的には、陰極１１の電位を、前記陽イオン化モードの第１電位から前記第１電位よりも負の側の負電位である第２電位に切換え、グリッド電極１２で加速させる熱電子の加速作用を向上させ、熱電子をハウジング部５０及び真空容器２５０の各内壁に衝突させる。この際、各内壁に吸着等された気体分子は、熱電子の衝突エネルギを受けて壁面から離脱される（壁面脱ガスモード）。
【００４６】
本例では、前記陽イオン化モード及び前記壁面脱ガスモードの各処理を、イオン誘導電極３０に負電位を印加しない状況で実施する例とする。
イオン誘導電極３０に負電位を印加した状況で実施すると、イオン誘導電極３０側への熱電子の移動が規制されるおそれがある（図１１参照）。
【００４７】
次に、図１１に示すように、イオン誘導電極３０に負電位を印加し、ハウジング部５０及び真空容器２５０の各内部空間に発生した陽イオンをイオン誘導電極３０に向けて誘導させる。
以降の陽イオンの中和処理及び中和された気体分子の排気処理の各処理については、真空排気装置１００について説明した事項及びリボン状電極部３２について説明した事項と重複するため、説明を省略する。
また、この他の真空排気装置２００について説明がない事項について、真空排気装置１００について説明した事項を適用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１０      電子シャワー発生部
１１，１１’  陰極
１１ａ    管状陰極
１１ｂ    加熱用ヒータ
１２      グリッド電極
１２’    第２のグリッド電極
１４      電子シャワーフランジ
１５，１６，１７，２５，２６，２７，３５，３６  電源
１８      切換スイッチ
２０，３０  イオン誘導電極
２１，３１  イオン中和器
２２      陰極部（放電部）
２３，３３  静電シールド部
３２      リボン状電極部（放電部）
４０，５０  ハウジング部  
４１，５１  排気口フランジ
４２，５２  本体部
４３，５３  案内部
５４      吸気口フランジ
６０      ターボ分子ポンプ
１００，２００  真空排気装置
２５０    真空容器
【図１】
2020053125.tif 000003
【図２】
2020053125.tif 000004
【図３】
2020053125.tif 000005
【図４】
2020053125.tif 000006
【図５】
2020053125.tif 000007
【図６】
2020053125.tif 000008
【図７】
2020053125.tif 000009
【図８】
2020053125.tif 000010
【図９】
2020053125.tif 000011
【図１０】
2020053125.tif 000012
【図１１】
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