(57)【要約】  真空チャンバー内に置かれた機器の脱ガスを数量化するための装置は、固定端（１１）及び自由端（１２）を含む、強磁性物質で作られた金属薄板（１０）を備え、薄板は冷却装置（１３）及び、薄板の固有の温度を測定する装置（１４、２２）、薄板（１０）を励磁するための電磁石（１５）、測定値を取得する装置（２０）に接続された、薄板の自由端（１２）の励磁を測定するための、そして薄板の自由端の少なくとも１つの振動周波数を計算（２１）するための測定センサー（１６、１７）を備え、取得及び計算手段（２０、２１）は、薄板上に堆積された質量の表面密度を計算する装置（２４）に接続されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバー内に置かれた機器の脱ガスを数量化するための装置であって、固定端（１１）及び自由端（１２）を含む、強磁性物質で作られた金属薄板（１０）を備え、前記薄板が冷却装置（１３）と、前記薄板の固有の温度を測定する装置（１４、２２）と、前記薄板（１０）を励磁するための電磁石（１５）と、前記薄板の自由端（１２）の励磁を測定するための測定センサー（１６、１７）であって、測定値を取得する（２０）装置及び前記薄板の前記自由端の少なくとも１つの振動周波数を計算（２１）する装置を含む信号調整装置（３１）に接続された測定センサーとを備え、前記取得及び計算装置（２０、２１）が、前記薄板上に堆積された質量の表面密度を計算する装置（２４）に接続されることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記電磁石（１５）が周期的に給電されるコイルを含むことを特徴とする、請求項１に記載の数量化装置。
【請求項３】
前記薄板の前記自由端の前記励磁を測定する前記センサーが、前記薄板（１０）の前記自由端（１２）の反対側に置かれた磁石（１７）、及びコイル（１６）から成り、前記磁石（１７）が前記コイル（１６）の中央に置かれていることを特徴とする、請求項２に記載の数量化装置。
【請求項４】
前記薄板の前記自由端の前記励磁を測定するセンサーが、前記薄板（１０）の前記固定端に直接置かれた１つ又は２つの磁石（１７）、及び前記薄板（１０）の前記自由端（１２）の反対側に置かれたコイル（１６）から成ることを特徴とする、請求項２に記載の数量化装置。
【請求項５】
前記薄板の前記自由端の振動周波数を取得する前記装置（２０）が、アナログ・デジタル変換器及び四次チェビシェフ・フィルターを備えることを特徴とする、請求項２〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記振動周波数が測定される前記薄板（１０）に対応する温度値と同じ温度値に対する、前記真空チャンバー内における前記薄板のみの前記振動周波数を決定する装置（２３）をさらに備えることを特徴とする、請求項２〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記薄板のみの前記振動周波数を決定する前記装置（２３）が、前記薄板の温度の関数としての、前記薄板のみの前記振動周波数の較正曲線を含むことを特徴とする、請求項２〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記薄板のみの前記振動周波数が、ケーソン内の残留圧力が１０−３ｈＰａを超えるとき、前記残留圧力に応じて修正されることを特徴とする、請求項２〜７のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空チャンバー内に配置された機器の脱ガスを数量化する装置に関する。それは特に真空環境における機器の試験の分野、及びとりわけ人工衛星用の宇宙機器の真空脱ガス試験に適用される。
【背景技術】
【０００２】
真空下での機器の脱ガス試験の間、試験の継続期間を終わらせるか、又は延長するのに適切な時であるかどうかを決定し、或いは機器の脱離割合が許容できるレベルに達していることを確認するために、機器の受動的又は能動的脱ガスの終わりを確認できることが望ましい。脱ガスの終わりの確認は、機器によって脱気され、専用の測定センサーによって与えられた表面上に収集された粒子の質量が、真空の持続にもかかわらずもはや時間と共に変化しない事実を確実にすることにある。そのような測定のために知られている唯一の機器は、結果として生じる水晶の共振周波数の変化から、水晶上の堆積物の質量を測定する水晶の微量天秤である。行なわれる測定は非常に精密であるが、取得のために水晶の微量天秤が役立つデータは、収集された堆積物の質量が非常に小さく、典型的には約１００μｇ／ｃｍ２未満である場合にのみ満足でき、従って明確に識別された物質が一様に整えられた層として堆積されているとき、そこから堆積物の厚さを決定することが可能であるようなものである。堆積物の厚さの決定は、例えば金属化、酸化、又はエピタキシーのプロセスの間に堆積物の厚さを考慮しなければならない、半導体産業に関連してのみ重要である。この場合、堆積物の厚さは数百Å（オングストローム）を決して超えない。それとは反対に、熱真空の下での脱ガス試験の間は、この厚さの評価は余り重要ではなく、試験されているシステムの様々な地点における、単位面積当たりに堆積した汚染物質の質量を数量化することが、より有利である。例えば太陽電池パネルのような、熱真空の下で強度の脱ガスを経験する機器に関して、この機器はその高い感度のために余りに速く飽和する。そのとき、収集された堆積物を蒸発させることにより、非常にしばしばそれを再生させる必要がある。これらの頻繁な再生により引き起こされる動作的な制限は、大部分の熱真空試験に対して、そして特に数十ｍｇ／ｃｍ２と算定される規模の堆積物を発生し得る試験であるために、接着剤や溶剤を放出する機器の脱ガスに専用の熱真空試験に対して、微量天秤を不適合なものにする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、水晶の微量天秤の欠点を緩和し、堆積した質量の表面密度をおよそ数μｇ／ｃｍ２の精度で測定し、変わり得る厚さの密集した堆積物に適用できる、真空下で機器の脱ガスを数量化するための装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このために、本発明によれば、真空チャンバー内に置かれた機器の脱ガスを数量化するための装置は、固定端及び自由端を含む、強磁性物質で作られた金属薄板を備え、薄板が冷却装置と、薄板の固有の温度を測定する装置と、薄板を励磁するための電磁石と、薄板の自由端の励磁を測定するための測定センサーであって、測定値を取得する装置及び薄板の自由端の少なくとも１つの振動周波数を計算する装置に接続された測定センサーとを備え、取得及び計算手段が、薄板上に堆積された質量の表面密度を計算する装置に接続されている。
【０００５】
有利には、電磁石は周期的に給電されるコイルを含む。
【０００６】
有利には、薄板の自由端の励磁を測定するセンサーは、薄板の自由端の反対側に置かれた磁石、及びコイルから成り得る。磁石はコイルの中央に置かれている。
【０００７】
代わりに、薄板の自由端の励磁を測定するセンサーは、薄板の固定端に直接置かれた１つ又は２つの磁石、及び薄板の自由端の反対側に置かれたコイルから成り得る。
【０００８】
有利には、薄板の自由端の振動周波数を取得する装置は、アナログ・デジタル変換器及び四次チェビシェフ・フィルター（Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ  ｆｉｌｔｅｒ）を備える。
【０００９】
有利には、数量化装置は、振動周波数が測定される薄板に対応する温度値と同じ薄板の温度値に対する、真空チャンバー内における薄板のみの振動周波数を決定する装置をさらに備える。
【００１０】
有利には、薄板のみの振動周波数を決定する装置は、薄板の温度の関数としての、薄板のみの振動周波数の較正曲線を含む。
【００１１】
薄板の温度は１つ又は２つのペルチェ効果（Ｐｅｌｔｉｅｒ  ｅｆｆｅｃｔ）モジュールを用いて制御され得る。
【００１２】
有利には、薄板のみの振動周波数は、ケーソン内の残留圧力が１０−３ｈＰａ（ヘクトパスカル）を超えるとき、前記残留圧力に応じて修正され得る。
【００１３】
本発明のその他の特徴及び利点は、添付の概略図に関連して、純粋に説明的で制限されない例として与えられている、明細書の残り部分から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による、真空下での機器の脱ガスを数量化する装置の一例の概略側面図である。
【図２】本発明による、装置の測定値の取得を例証しているクロノグラムの一例である。
【図３】本発明による、図１の脱ガス数量化装置の概略平面図である。
【図４】本発明による、真空下での機器の脱ガスを数量化する装置の代替実施形態の概略側面図である。
【図５】本発明による、図４の脱ガス数量化装置の概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
真空チャンバー内に置かれた装置の脱ガスの間に脱気される主な汚染物質は、基本的に低温の表面で凝結する水及び溶剤である、粒子から成る。機器によって溶解される粒子の割合は、真空試験の継続時間が増えるにつれて減少する。真空下での機器の脱ガスを数量化するために、本発明は従って冷却された薄板から成る低温の表面に堆積される汚染物質の量を測定することにある。凝固点が大気圧と６ｈＰａの間で０℃に近く、１０−３ｈＰａに近づくと−７４℃に近く、１０−６ｈＰａに近づくと約−１１０℃に近い、例えば水のような汚染粒子の凝固温度のために、薄板の温度はこの−１１０℃の最低温度値よりも低くなければならない。
【実施例】
【００１６】
図１及び３〜５に示す、真空下での機器の脱ガスを数量化する装置は、試験される機器の存在下で、真空チャンバーの内側に置かれるように意図されている。装置は強磁性の特性を有する、すなわち例えば０．１よりも大きい透磁率であり、鋼の薄片は０．１％〜２％の炭素を含む、フレキシブルなステンレスの金属薄板１０を備える。例えば、薄板１０は約０．１ｍｍの厚さ、１２．７ｍｍの標準幅、及び約１５ｃｍの長さを有し得る。薄板１０は、図示されていない固定支持体に取り付けられた固定端１１と、自由端１２とを含む。薄板１０は冷却装置１３及び、その固有の温度を測定する装置、例えば熱電対を備える。薄板１０を冷却する装置１３は、例えば固定支持体を真空チャンバーの内側の冷熱源に接続する熱的編組線、又は薄板に対して押し付けられた１つ又は２つのペルチェ効果モジュールであって、例えば熱的編組線３０により給電されて、放出された熱を除去するのに役立つ冷熱源へと熱的に接続されている１つ又は２つのペルチェ効果モジュールを備え得る。薄板１０の隣に設置され得る電磁石１５は、薄板１０を励磁するために役立つ。電磁石１５は周期的に給電されるコイルを含み、その期間Ｔは、数十分の１秒の持続時間Ｔ１を有する電流パルスにより、例えば１分に等しい。電気パルスの影響下で、薄板の自由端１２はその質量に依存する振動周波数で自由に振動する。
【００１７】
固定の剛性定数を有する薄板１０に関して、薄板の質量が大きい程、その振動周波数は低い。清浄な薄板の振動周波数と、真空下での機器の脱ガス試験中の薄板の振動周波数とを測定することにより、従って薄板１０の単位面積当たりの堆積した汚染物質の質量を決定できる。薄板１０の振動周波数は、温度に応じたそのヤング率の変化のために、その温度にも依存するため、その温度に応じた清浄な薄板の周波数変化の曲線をプロットするために、予備的な較正を行なうことが必要である。較正は真空チャンバー内に何の機器も無い状態で、薄板のみの様々な温度に対して真空下で行なわれ、得られた較正曲線は記録される。
【００１８】
薄板１０の振動周波数は多数の巻数、例えば１０，０００巻を含むコイル１６を用いて測定される。冷却された薄板１０は強磁性であるため、その自由端は、図１及び３に示すようなコイルの中央に置かれた永久磁石１７の影響によるか、又は図４及び５に示すような薄板１２に対して押し付けられた１つ又は２つの磁石１３によって、磁化される。中央の永久磁石１７を備えるか、或いは備えないコイル１６は、薄板１０の自由端１２の前方に置かれる。冷却された薄板１０は強磁性であるため、永久磁石１７はその自由端が磁化されている薄板に影響を与える。磁化された薄板が振動するとき、それはレンツ効果（Ｌｅｎｚ  ｅｆｆｅｃｔ）により、コイル１６の端子において起電力を発生させる。コイル１６の端子における起電力は、薄板の磁化された端部の運動に応じて、及びそれゆえ薄板１０の振動周波数に応じて変化する電圧値を有する。図２に示すように、コイル１６の端子を横断する電圧は、薄板の励磁に続く待ち時間の期間Ｔ２後に測定され、例えばＴ２は約１秒であってもよく、それによって振動の型がその間に確立される移行期間を克服するため、及び薄板の振動周波数の推定を妨害するであろう好ましくない影響を避けるために役立つ。この予防措置はまた、薄板の自由振動の始まりを妨げ得る残留磁気のために、低温においても有用である。待ち時間の期間Ｔ１の経過後に、薄板の自由振動の型が達成され、コイル１６により供給される電圧の取得が、例えば１５０００の測定ポイントに対応する、約１００００Ｈｚで１５秒間の、選定されたサンプリング周波数及び所定の持続時間Ｔ３で始まる。コイル１６の端子を横断する電圧は信号調整装置３１に伝えられ、それはそこで妨害信号を除去するためにコンデンサー１８によってフィルタリングされ、次に測定増幅器１９の入力に加えられる。測定増幅器１９の出力は、増幅された信号をデジタル化するためのアナログ・デジタル変換器を含む測定値取得装置２０、及び特定の振動モードを選択してその他のモードを除去するための低域フィルターに接続される。例えば、選択されるモードは第一モード、すなわち主要モードであり得る。信号の位相は使用されないため、選択されたフィルターは、例えばフィルターの中心周波数の両側で、その６０％に位置するカットオフ周波数を含む、四次のチェビシェフ・フィルターであり得る。フィルタリングの後で、デジタル化された信号は、汚染された薄板の振動周波数を計算するための装置２１に伝送される。
【００１９】
薄板１０の温度は、例えば電圧測定値の取得に対応する、持続期間Ｔ３の終了の際に取得され得る。このために、薄板上に置かれた熱電対は、薄板の温度を取得するための装置２２に接続される。熱電対は薄板から電気的に絶縁されねばならず、このために、それは５ｍｍの最大直径を有する接着性カプトンの２つのペレット間に置かれるか、又は薄板上でシリコン接着剤の点によって保持される。温度取得装置２２の出力は、この温度に相当する清浄な薄板の周波数を決定するための装置２３に接続される。清浄な薄板の周波数は、予備の較正段階において用意された較正曲線から決定される。
【００２０】
同じ薄板温度に対応する、汚染された薄板の振動周波数と清浄な薄板の振動周波数は、薄板１０上に堆積された質量の表面密度を計算する装置２４に伝送される。
【００２１】
薄板上に堆積された質量の表面密度σは、次の方程式：
【数１】
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から得られる。ここで、σは単位面積当たりに堆積された質量、ｆ０は温度Ｔにおける清浄な薄板の振動周波数、ｆｍは温度Ｔにおける汚染された薄板の振動周波数、そしてαは較正係数である。
この方程式は、真空が１０−３ｈＰａ未満の圧力であるチャンバー内のみに有効である。圧力がこの値よりも高い場合、薄板の振動周波数及び堆積された質量の表面密度は、その圧力と残留ガスの成分とを考慮して修正されねばならない。この修正は、機器が１０−３ｈＰａと大気圧の間の中間圧力においても、動作できるようにする。
【００２２】
本発明は特定の実施形態に関連して記述されているが、それは制限されることなく、そしてそれらが本発明の範囲内にある場合には、記述されている手段の技術的に等価な全てのもの、及びそれらの組合せを含むことは明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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