(57)【要約】【課題】ガスセルのメンテナンス作業等における作業性の向上と、コストダウンを図る。【解決手段】ガスセルを構成する２枚の平面鏡を、筒状部材または３個以上の同寸法の支柱の両端に平行に固定する平面鏡ユニットとして構成し、測定空間内に配置する。さらに１枚の蓋を外すだけで平面鏡ユニットがつかめるように平面鏡ユニットを設置深さより高くする。また平面鏡ユニットの回転方向の位置決め機構を備えるとともに板ばねによる押し付けにより固定する構成とする。【選択図】          図１
2013127431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端が開放されるとともに、側面に外部と連通するガス導入口またはガス排出口を１箇所以上備え、内部にガスを流通させる測定空間を有する筒状部材と、前記測定空間に反射面を対向させて設置される２枚の平面鏡と、前記測定空間内のガスに照射される光を出射させる光源と、前記照射光を前記平面鏡の間で１回以上往復させた後の光を導入させる光検出器と、から構成されるガスセルを備えた吸光分析装置において、前記２枚の平面鏡が、中間部材の両端に平行に固定された平面鏡ユニットを構成するとともに、前記平面鏡ユニットを前記測定空間内に配置することを特徴とする吸光分析装置。
【請求項２】
前記中間部材が、筒状部材または３個以上の同寸法の支柱によって構成されたことを特徴とする請求項１に記載の吸光分析装置。
【請求項３】
前記平面鏡ユニットが、前記測定空間を構成する部材の一端に弾性体によって押し付けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の吸光分析装置。
【請求項４】
前記平面鏡ユニットが装着される前記測定空間の挿入深さより、平面鏡ユニットの高さが高いことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の吸光分析装置。
【請求項５】
前記平面鏡ユニットが装着される前記測定空間に、回転方向の位置決め機構を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の吸光分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式のガス分析で使用されるガスセルを備えた吸光分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定室に光を照射し、前記測定室に存在するガス分子による光の吸収を測定することにより、測定室内のガスの定量分析及び／又は定性分析を行う光学式の吸光分析装置が知られている。こうした光学式の吸光分析装置は、通常、測定対象ガスが導入されるガスセル、該ガスセル内に光を照射するための光源、及びガスセルから外部に出た光を検出する検出器等から構成されており、ガスが流れる配管（例えば、半導体製造装置のガス流路や自動車の排ガス管等）の途中に取り付けて使用されることが多い。
【０００３】
光学式の吸光分析装置では、ランバートベールの法則により感度は光路長に比例するので、ガスセル内における光路長が大きくなるほど高い検出感度が得られる。そのため、高感度を必要とする装置では、ガスセルの内部で光を多重反射させることにより光路長を大きくすることのできる光反射型のガスセルが採用される。
【０００４】
図５は、吸光分析装置における一般的な光反射型ガスセルの構成を示す縦断面図である。ガスセル４００は、両端が開放された筒状部材４１１並びに筒状部材４１１の側面に形成されたガス導入口４１２及びガス排出口４１３を備えたセル本体４１０と、筒状部材４１１の両端にそれぞれねじ４７０、４６０によって固定された上蓋４２０及びベース４３０と、上蓋４２０及びベース４３０の対向面上にそれぞれ配置された第１反射鏡４４０及び第２反射鏡４５０とを備えている。
【０００５】
ベース４３０には、光源（図示略）からの光をガスセル内に導入するための窓板４３３ａ光導入口４３２ａおよび貫通孔４５１ａと、ガスセル内から外部へ光を導出するための窓板４３３ｂ、光導出口４３２ｂおよび貫通孔４５１ｂが設けられており、窓板４３３ｂからガスセル外に出射した光は検出器（図示略）によって検出される。なお、図５では第１反射鏡４４０および第２反射鏡４５０を平面鏡としたが、特許文献１に記載のように凹面鏡を用いる場合もある。なお、図５において、実際の構成ではガス漏れを防ぐための気密シール材としてＯリングやガスケット等を各部材間に使用するが、本図においては省略する。
【０００６】
上記のような光反射型のガスセルでは、第１反射鏡４４０、第２反射鏡４５０が、ガスセル内の試料ガスが流通する空間に露出して配置されているため、使用するうちに第１反射鏡４４０、第２反射鏡４５０の表面にガス分子が吸着したり、第１反射鏡４４０、第２反射鏡４５０の表面被膜が変質したりする。こうしたガス分子の吸着や皮膜の変質は、反射鏡の反射率を低下させ、測定精度低下の原因となることから、光反射型のガスセルでは一定期間使用するごとに反射鏡を交換する必要がある。
【０００７】
図５に示す従来の光反射型ガスセルにおいて第１反射鏡４４０、第２反射鏡４５０を交換する際には、まず、ガスセルの両側からネジ４７０、４６０を取り外し、セル本体４１０から上蓋４２０、第１反射鏡４４０、およびベース４３０、第２反射鏡４５０を取り外す。そして、第１反射鏡４４０及び第２反射鏡４５０を新しいものと交換した後、取り外しの際と逆の手順で上蓋４２０、第１反射鏡４４０、およびベース４３０、第２反射鏡４５０をセル本体４１０に取り付ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００７−５１４１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、例えば、半導体製造装置のガス配管等に上記のようなガスセル４００を取り付ける場合、一般的に、セル本体４１０は配管に組み込まれて容易に取り外せない状態となる。また、半導体製造装置等を小型化する観点から、一般に、セル本体４１０が取り付けられた配管の周辺は種々の配管や装置が密集した状態となっており、セル本体４１０の両側（図５中では上側と下側）に広い作業空間を確保するのは困難である。
【００１０】
そのため、従来の光反射型ガスセルを備えた吸光分析装置において上記反射鏡の交換等のメンテナンス作業を行う際には、作業者が、セル本体４１０の両側の狭い空間内でドライバー等の工具を用いて上蓋４２０固定用のネジ４７０及びベース４３０固定用のネジ４６０の取り付け及び取り外しを行わなければならないため、作業負担が大きかった。
【００１１】
また、セル本体４１０および上蓋４２０が強度的に弱い場合、例えば、セル内を真空にした場合セル本体４１０および上蓋４２０に変形が生じ、２枚の平面鏡の距離および平行位置関係がずれることが想定されるためセル本体４１０および上蓋４２０等に充分な強度が必要であった。
【００１２】
本発明は、上記の点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、上述のごときガス分析装置の設置環境において、反射鏡や板状部材の着脱作業を行う作業者の負担を軽減すること、並びに、セル本体に要求される加工精度や強度要求を緩和できるガスセルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明は、両端が開放されるとともに、側面に外部と連通するガス導入口またはガス排出口を１箇所以上備え、内部にガスを流通させる測定空間を有する筒状部材と、前記測定空間に反射面を対向させて設置される２枚の平面鏡と、前記測定空間内のガスに照射される光を出射させる光源と、前記照射光を前記平面鏡の間で１回以上往復させた後の光を導入させる光検出器と、から構成されるガスセルを備えた吸光分析装置において、前記２枚の平面鏡が、中間部材の両端に平行に固定された平面鏡ユニットを構成するとともに、前記平面鏡ユニットを前記測定空間内に配置するものである。
【００１４】
本発明は、前記中間部材が、筒状部材または３個以上の同寸法の支柱によって構成されてもよい。
【００１５】
本発明は、前記平面鏡ユニットが、前記測定空間を構成する部材の一端に弾性体によって押し付けられることが望ましい。
【００１６】
また、本発明は、前記平面鏡ユニットが装着される前記測定空間の挿入深さより、平面鏡ユニットの高さが高いことが望ましい。
【００１７】
本発明は、前記平面鏡ユニットが装着される前記測定空間に、回転方向の位置決め機構を備えることが望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
あらかじめ平面鏡を２枚組み合わせた平面鏡ユニットを着脱作業時の最終単位とすることにより、セル本体を外すことなく、上蓋を外すのみで片側から平面鏡ユニットの着脱が可能となる。また、平面鏡ユニットは、ねじによる固定ではなくばねによる押し付け力でセットされているため、上蓋を外すと同時にフリーとなり、即着脱作業に入ることができる。
【００１９】
さらに、平面鏡ユニットは、装着個所の挿入深さより高さが高いため上蓋を外すと同時に、平面鏡ユニットの一端が頭を出している（図１中の寸法ｈ）ためその個所を把持しての作業が可能となる。また、平面鏡ユニットは、装着個所に挿入後ゆっくりと回転させていくと、回転方向位置決めピンにはまり込み所定位置へセットできるため、作業者への作業負担が軽減される。
【００２０】
また、本発明では、あらかじめ２枚の平面鏡の距離および平行度が高精度に保持された平面鏡ユニットを作っておき、その平面鏡ユニットが基準面（図１中の面Ｓ）に一定のばね押し付け力により装着されるため、例えば、セル内を真空にした場合でも、セル本体の変形の影響を受けることなく、２枚の平面鏡の高い精度の寸法および平行位置関係を保持することができる。したがって、セル本体に対する寸法精度要求、強度要求を緩和することができるのでコストダウンが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施例に係るガスセルを備えた吸光分析装置の構成の概要を示す。（ａ）に縦断面図、（ｂ）に上面図（Ａ−Ａ断面図）を示す。
【図２】同実施例に係るガスセルにおいて、上蓋を外した状態を示す。
【図３】本発明の変形実施例に係るガスセルに装着される平面鏡ユニットの構成の概要を示す。（ａ）に正面図（Ａ−Ａ断面図）、（ｂ）に上面図に（Ｂ−Ｂ断面図）を示す。
【図４】本発明に係るガスセルを備えた吸光分析装置の構成の変形例を示す。
【図５】吸光分析装置における一般的な光反射型ガスセルの構成を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明に係るガスセルを備えた吸光分析装置の構成の概要を示したものであり、（ａ）に縦断面図、（ｂ）に上面図（Ａ−Ａ断面図）を示す。なお、以下では、図１を基準に上下前後左右を定義するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２３】
本実施例に係る吸光分析装置１０１は、ガスセル１００内でレーザ光の多重反射を行い、該レーザ光の減衰からガス中の所定成分（例えば水分）の濃度を計測するものである。本実施例に係る吸光分析装置は、大きく分けてガスセル１００と光学ユニット２００から構成されており、更に、ガスセル１００は、セル本体１１０、上蓋１２０、ベース１３０、および平面鏡ユニット１６０を含む。
【００２４】
セル本体１１０は、上端及び下端が開放された筒状部材１１１と、筒状部材１１１の周面両側に接続されたガス導入口１１２及びガス排出口１１３を備える。筒状部材１１１の空間がガスセル１００における測定空間１１４として機能する。
【００２５】
平面鏡ユニット１６０は、第１反射鏡１４０、第２反射鏡１５０およびパイプ状中間部材１８０によって形成され、測定空間１１４に装着される。第１反射鏡１４０及び第２反射鏡１５０は、いずれも円形の平面鏡であり、両端面の距離および平行度が高精度に保持されたパイプ状中間部材１８０の両端面に皿ねじ１７３により固定されている。
【００２６】
平面鏡ユニット１６０は、ベース１３０に設置された位置決めピン１３５、１３６が第２反射鏡１５０の嵌め合い孔１５３ａ、１５３ｂに嵌まり込むことにより回転方向の所定角度に拘束され、さらに、板ばね１９０によってベース１３０の面Ｓに押し付けられ所定位置に保持される。すなわち、位置決めピン１３５、１３６と嵌め合い孔１５３ａ、１５３ｂは平面鏡ユニット１６０を、回転方向の決まった位置に設置するための位置決め機構となる。
【００２７】
したがって、例えば、セル内を真空引圧してセル本体１１０に変形が生じた場合でも、その変形は板ばね１９０により吸収されるため、セル本体１１０の変形による影響を受けることなく、平面鏡ユニット１６０の、第１反射鏡１４０及び第２反射鏡１５０の距離および平行位置関係は保持される。
【００２８】
ガス導入口１１２及びガス排出口１１３は測定空間１１４と連通しており、ガス導入口１１２から導入されて測定空間１１４を通過した測定対象ガスが、パイプ状中間部材１８０の孔１８０ａおよび１８０ｂを通ってガス排出口１１３より排出される構成となっている。
【００２９】
上蓋１２０及びベース１３０は、それぞれ筒状部材１１１の上方及び下方に配置される円盤状の部材であり、ねじ１７０、１７１でそれぞれ筒状部材１１１と結合されている。ベース１３０には、測定空間１１４に光を導入するための光導入口１３２ａ、及び測定空間１１４から光を導出するための光導出口１３２ｂが形成されており、第２反射鏡１５０には、前記光導入口１３２ａ及び光導出口１３２ｂに対応する位置にそれぞれ貫通孔１５１ａ、１５１ｂが形成されている。光導入口１３２ａ及び光導出口１３２ｂには、シール用に透明な窓板１３３ａ、１３３ｂが設置されており、窓板１３３ａ、１３３ｂは押さえリング１３４ａ、１３４ｂによってベース１３０に固定されている。
【００３０】
光学ユニット２００は、半導体レーザ等から成る光源２１０、光検出器２２０、及びこれらを収容する筐体２３０を備えており、筐体２３０は図示しないネジ等によってベース１３０の下面に固定される。
【００３１】
以上のような構成から成るガス分析装置において、光源２１０から出射された光は窓板１３３ａ、光導入口１３２ａ、及び貫通孔１５１ａを通って測定空間１１４内に入り、対向配置された第１反射鏡１４０と第２反射鏡１５０の間で多重反射された後、貫通孔１５１ｂ、光導出口１３２ｂ、及び窓板１３３ｂを通ってガスセル１００の外に出て光検出器２２０に入射する。光検出器２２０では、入射した光が電気信号に変換され、該電気信号は公知の信号処理回路（図示略）によって処理される。
【００３２】
続いて、上記ガスセル１００における平面鏡ユニット１６０の交換手順について説明する。図２は、前記実施例に係るガスセルにおいて、上蓋１２０を外した状態を示す。図１に示すガスセルから、ねじ１７１、上蓋１２０および板ばね１９０を取り外すと平面鏡ユニット１６０がセル本体１１０より寸法ｈ（図２参照）だけ頭を出した状態となる。この突出部分をつかんで平面鏡ユニット１６０の着脱作業が可能である。また、図示していないが平面鏡ユニット１６０の持ち運びのため第１反射鏡１４０の上面に凸部や取手部を設けてもよい。
【００３３】
図３は、本発明の変形実施例に係るガスセルに装着される平面鏡ユニットの構成の概要を示したものである。（ａ）に正面図（Ａ−Ａ断面図）、（ｂ）上面図に（Ｂ−Ｂ断面図）を示す。平面鏡ユニット１６５は、第１反射鏡１４２、第２反射鏡１５２および支柱１８１ａ、１８１ｂ、１８１ｃおよび１８１ｄ、皿ねじ１７２によって形成される。４個の前記支柱は、同時に一体加工され、支柱の両端面の距離および平行度は同一に保持されている。
【００３４】
なお、第２反射鏡１５２は、貫通穴１５２ａ、１５２ｂおよび嵌め合い孔１５４ａ、１５４ｂを備えている。平面鏡ユニット１６５は、前記平面鏡ユニット１６０と同様に、あらかじめ一体型のユニットとして形成され、セル本体１１０への着脱作業が行われる。なお、支柱の数は４個に限定するものではなく３個以上であればよく、形状も角形に限定するものではない。
【００３５】
以上、実施例を用いて本発明を実施するための形態について説明を行ったが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で適宜変更が許容されるものである。例えば、セルのガス導入口は必ずしも入口と出口と２箇所必要ではなく、チャンバーなどの側面に直に取り付ける場合は１箇所でも良い。図４に本発明に係るガスセルを備えた吸光分析装置の構成の変形例として、ガス導入口が１箇所の場合を示す。吸光分析装置３０１の一部を構成するガスセル３００、ガスセル３００の一部を構成するセル本体３１０、セル本体３１０の一部を構成する筒状部材３１１は１箇所のガス導入口３１２を備えている。また板ばね１９０は、板状のばねに限定するものではなく、他の弾性体でもよい。なお、図１〜図４において同一符号を付したものは、同一物を表わし同一機能を有するものである。また、図１〜図４において、実際の構成ではガス漏れを防ぐための気密シール材としてＯリングやガスケット等を各部材間に使用するが、本図においては省略している。
【符号の説明】
【００３６】
１００、３００、４００  ガスセル
１０１、３０１  吸光分析装置
１１０、３１０、４１０  セル本体
１１１、３１１、４１１  筒状部材
１１２、３１２、４１２  ガス導入口
１１３、４１３  ガス排出口
１１４          測定空間
１２０、４２０  上蓋
１３０、４３０  ベース
１３２ａ、４３２ａ  光導入口
１３２ｂ、４３２ｂ  光導出口
１３３ａ、１３３ｂ、４３３ａ、４３３ｂ  窓板
１３４ａ、１３４ｂ  押さえリング
１３５、１３６      位置決めピン
１４０、１４２、４４０      第１反射鏡
１５０、１５２、４５０      第２反射鏡
１５１ａ、１５１ｂ、１５２ａ、１５２ｂ、４５１ａ、４５１ｂ  貫通孔
１５３ａ、１５３ｂ、１５４ａ、１５４ｂ  嵌め合い孔
１６０、１６５  平面鏡ユニット
１７０、１７１、４６０、４７０  ねじ
１７２、１７３  皿ねじ
１８０          パイプ状中間部材
１８０ａ、１８０ｂ  孔
１８１ａ、１８１ｂ、１８１ｃ、１８１ｄ  支柱
１９０  板ばね
２００  光学ユニット
２１０  光源
２２０  光検出器
２３０  筐体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2013127431.tif 000006
【図５】
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