(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空室と、大気圧又は大気圧よりも低い圧力もしくは大気圧よりも高い圧力に維持された大気室とを隔てる隔壁に両者を連絡する通路を形成し、該隔壁内で複数の穴が形成された回転可能な回転体を回転させ、該回転体の周囲を真空排気させ、前記回転体の穴の一つを前記連絡する通路と整合させて、前記真空室と大気室とを連通させ、前記回転体の回転により前記大気室から真空室に侵入しようとするガスの流れを防止し、それにより、前記真空室及び大気室の圧力を安定に維持すると共に前記両室の連絡を確保することを可能とする、差動排気方法。
【請求項２】
真空室と、大気圧又は大気圧よりも低い圧力もしくは大気圧よりも高い圧力に維持された大気室と、前記真空室及び大気室を隔てる隔壁と、該隔壁内に配置された回転可能な回転体と、前記隔壁に設けられ、前記回転体の周囲を真空排気する排気手段に接続された流路と、前記隔壁に設けられていて前記真空室及び大気室を連絡する通路とを備え、前記回転体には複数の穴を形成し、前記回転体の穴の一つが前記連絡する通路と整合したときに前記真空室及び大気室が連通するようにし、前記回転体を回転することにより前記大気室から侵入しようとするガスの流れを防止し、前記真空室及び大気室の圧力を安定に維持すると共に前記両室の連絡を確保することを可能とする差動排気装置。
【請求項３】
前記回転体の穴が、前記回転体の円周方向に仕切り板で区分されていて連続的に配置された貫通孔である、請求項２に記載の差動排気装置。
【請求項４】
前記回転体は前記ガスの侵入を阻止する排気作用を行う溝を有している、請求項２又は３に記載の差動排気装置。
【請求項５】
前記回転体の穴は、前記回転体に作用する回転摩擦トルクが小さくなるように流線型の断面形状に形成されている、請求項２ないし４のいずれかに記載の差動排気装置。
【請求項６】
前記複数の穴が形成された回転可能な回転体を有する単一の差動排気装置を複数段組み合わせたことを特徴とする、請求項２ないし５のいずれかに記載の差動排気装置。
【請求項７】
前記隔壁の連絡する通路には差動排気用空間及び排気ポンプに接続された排気口が設けられている、請求項２ないし６のいずれかに記載の差動排気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高真空中で発生された各種の粒子線を大気圧中に取り出す装置に使用するのに適した差動排気方法及び装置に関し、詳述すれば、真空室の真空度を維持しかつ真空室からの粒子線を通過させるために必要とされる窓を使用せずに、粒子線を取り出すことができる装置に適した差動排気方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
高真空中で発生された各種の粒子線を差動排気機構を利用して数Ｔｏｒｒの水蒸気中に取り出す装置は、刊行物のＧ．Ｄ．Ｄａｒｉａｌａｔｏｏ，ＳＣＡＮＮＩＮＧ，Ｖｏ１７（１９８５）cＦＡＣＭ  Ｐａｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏ．，Ｉｎｃ．に記載されているように既に公知である。この装置は粒子線を発生する真空の電子光学的コラムと、電子光学的コラムに隣接する試料室と、中心部に穴が設けられていてこれら電子光学的コラムと試料室を隔てる電極と、同様に中心部に穴が設けられていてこの電極の試料室側に取り付けられた検出器とを備え、電子光学的コラムと試料室の間で差動排気をしながら試料からの二次粒子線を検出するものである。
【０００３】
上記刊行物に記載された公知技術においては、比較的低い圧力の試料室にしか粒子線を取り出すことができないか、又は大気圧中に取り出す場合には極端に短い作動距離でしか取り出すことができない。従って特殊な用途でしか利用できず汎用性に乏しかった。また、穴の直径は１mm以下の小さい値でなければならず、大口径の粒子線を取り出すことは困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする一つの課題は、大気圧中において粒子線を取り出すことが可能な差動排気方法及び装置を提供することである。
本発明が解決しようとする別の課題は、大気圧中において比較的長い作動距離を保って粒子線の取り出しが可能な差動排気方法及び装置を提供することである。
本発明が解決しようとする更に別の課題は、粒子線取出し用の穴径を大きくすることができて大口径の粒子線を取り出すことの出来る、差動排気方法及び装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願の差動排気方法の発明は、真空室と、大気圧又は大気圧よりも低い圧力もしくは大気圧よりも高い圧力に維持された大気室とを隔てる隔壁に両者を連絡する通路を形成し、該隔壁内で複数の穴が形成された回転可能な回転体を回転させ、該回転体の周囲を真空排気させ、前記回転体の穴の一つを前記連絡する通路と整合させて、前記真空室と大気室とを連通させ、前記回転体の回転により前記大気室から真空室に侵入しようとするガスの流れを防止するように、それにより、真空室及び大気室の圧力を安定に維持すると共に両室の連絡を確保することが可能となる。
また、本願の差動排気装置の一つの発明は、真空室と、大気圧又は大気圧よりも低い圧力もしくは大気圧よりも高い圧力に維持された大気室と、前記真空室及び大気室を隔てる隔壁と、該隔壁内に配置された回転可能な回転体と、前記隔壁に設けられていて前記真空室及び大気室を連絡する通路とを備え、前記回転体には複数の穴を形成し、前記回転体の穴の一つが前記連絡する通路と整合したときに前記真空室及び大気室が見通せるようにし、前記回転体を回転することにより前記大気室から侵入しようとするガスの流れを防止し、前記真空室及び大気室の圧力を安定に維持すると共に前記両室の連絡を確保するようにされている。これにより、大気圧中において粒子線を取り出すことが可能となり、また、大気圧中において比較的長い作動距離を保って粒子線の取り出しが可能となり、更に、粒子線取出し用の穴径を大きくすることもできる。
本願の他の発明は、上記差動排気装置において、回転体の穴が前記回転体の円周方向に仕切り板で区分されていて連続的に配置された貫通孔として形成されている。これにより、粒子線を取り出す効率が向上する。
本願の他の発明は、上記差動排気装置において、回転体がガスの侵入を阻止する排気作用を行う溝を有している。これにより、大気室から真空室へのガスの侵入を最小限にすることが可能となる。
本願の他の発明は、上記差動排気装置において、回転体の穴が、前記回転体に作用する回転摩擦トルクが小さくなるような断面形状に形成されている。これにより、ガスと回転体との摩擦が軽減されて騒音及び振動の発生が抑止される。
本願の他の発明は、上記差動排気装置において、複数の穴が形成された回転可能な回転体を有する単一の差動排気装置を複数段組み合わせている。これにより、大気室から真空室へのガスの侵入を更に減少させることが可能となる。
本願の他の発明は、上記差動排気装置において、隔壁の連絡する通路には差動排気用空間及び排気ポンプに接続された排気口が設けられている。これにより、大気室から真空室へ侵入しようとするガスを排気ポンプで効率よく排除することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明について詳細に説明する。なお以下に示す本発明の各種実施形態において、同一の形状の構成要素については同一の符号を付することとする。
図１は、本発明による差動排気装置の一つの実施形態１を断面図で示す図である。符号２は公知の形態の真空室であり、その一部のみが示されている。符号３は公知の形態の大気室であり、その一部のみが図示されている。この大気室３は大気圧又は大気圧よりも低い圧力もしくは大気圧よりも高い圧力に維持されている。真空室２及び大気室３の間にはこれら両室を仕切る隔壁４が配置されている。
隔壁４の内部には、例えば取り付け具５等により公知の方法で支持された電動モータ６が配置されており、電動モータ６の軸には公知の方法で円板７が連結されている。隔壁４内に円板７及び電動モータ６を配置するため、隔壁４は２つ又はそれ以上のブロック（本発明では例えば４１，４２）に分割されており、これらブロック４１，４２は公知の締結手段により気密に締結されている。隔壁４には円板７の中心７１から距離Ｌだけ離れた位置に第１の連絡穴８が形成されており、この第１の連絡穴８の直径は真空室側に向かってテーパ状に拡大している。また、第１の連絡穴８の中間部には差動排気用の空間９が設けられている。差動排気用の空間９は流路１０により隔壁４の外部に配置されたターボ分子ポンプ（図示されていない）と連通している。隔壁４にはまた、第１の連絡穴８と整合する位置に第２の連絡穴１１が形成されている。第１の連絡穴８と第２の連絡穴１１は真空室２及び大気室３を連絡する通路を形成する。
隔壁４の内面と円板７の間にはクリアランス１２が設けられている。このクリアランス１２は、隔壁４の内部に形成された差動排気溝１３に連通し、更に、隔壁内に形成された流路１４を介して隔壁４の外部に配置されたメカニカルブースタポンプ（図示されていない）に接続されている。
【０００７】
図２に示されているように、円板７にはその中心７１から距離Lだけ離れて円周方向等間隔に円板を貫通する複数の穴７２が設けられている。各々の穴７２は、円板７が回転することにより、隔壁４の第１及び第２の連絡穴８及び１１と一列に整合することができる。従って、円板が回転して複数の穴７２のいずれか一つが隔壁４の第１及び第２の連絡穴８及び１１と整合したときに、粒子線１５が穴７２を通って大気室へ飛来するが、穴７２が第１及び第２の連絡穴８及び１１と整合していないときには、粒子線は円板により遮断されることとなる。
なお、本図において差動排気溝と円板との平面配置を明確にするため、円板７に重ねて差動排気溝１３を一点鎖線で示している。
【０００８】
上記構成において、電動モータ６を付勢して円板７を矢印Ｒの方向に回転させる。この場合、円板７は穴７２の位置における周速度が４００m／ｓ以上となるような回転速度で駆動され、穴７２の位置における周速度は超音速となる。大気室内のガス（例えば空気）の流れは音速を超えることはできないので、ごく小量のガスしか大気室側から穴７２を介して真空室側へ流れることはない。円板７と隔壁４の内面との間のクリアランス１２を通って大気室側から侵入するガスは差動排気溝１３及び流路１４を介して隔壁４の外部へ排気される。更に、ガスが差動排気溝１３から漏れて第１の流路８内に侵入した場合でも、後段の差動排気用空間９及び流路１０を介して隔壁４の外部へ排気される。このように、差動排気溝１３を介しての差動排気及び差動排気用空間９を介しての差動排気により、真空室は極めて高い真空度に維持される。
一方、粒子線１５はほぼ光の速度で進むので、穴７２のいずれか一つが第１及び第２の連絡穴８及び１１と整合している時間がごく短時間であっても、確実に大気室側に送られる。
【０００９】
図３は、本発明による差動排気装置の第２の実施形態１′を示している。この実施形態では、隔壁４′は図１に示されたものとは異なり、差動排気溝１３を設ける代わりに円板を収容する比較的大きな空間１６を設け、かつ空間１６と連通する流路１４′を流路１０とは反対側に設けている。流路１４′も図１に示された流路１４と同様にメカニカルブースタポンプ（図示されていない）に接続されている。
図４は、図３に示された第２の実施形態における円板７′の平面図である。円板７′には、図２のような離散的に配置された穴７２の代わりに、仕切板７Ａで仕切られた貫通孔７３が連続的に円周方向に配置されている。従って、隔壁４′の第１及び第２の連絡穴８及び１１と円板の貫通孔７３が整合する時間的割合が大きくなり、粒子線を大気室に取り出す効率が向上する。
【００１０】
図５は、本発明による差動排気装置の第３の実施形態１″を示している。この実施形態では、隔壁４″は図１に示されたものとほぼ同様であるが、流路１４″は差動排気用の空間９と連通する流路１０とは反対側に設けられている。流路１４″も図１に示された流路１４と同様にメカニカルブースタポンプ（図示されていない）に接続されている。
図６は、図５に示された第３の実施形態における円板７″の平面図である。円板７″には図７に断面図で示されているように、円板の周縁部の上下両側にネジ溝７４が形成されており、ネジ溝７４の螺旋方向が上下で相互に逆向きとなっている。このようなネジ溝の構成は渦巻きポンプのインペラと同様な作用を行う。即ち、円板７″が回転したとき、隔壁内面と円板との間のクリアランス１２を介して大気室側から真空室へ侵入するガスの流れを、円板の上側のネジ溝で外向き（図５の矢印F）の流れにする一方、円板の下側のネジ溝で内向き（図５及び図６の矢印G）の流れにしてガスを大気室側へ環流させるようにし、真空室へ侵入しようとするガスの流れを妨げる。従って、差動排気性能を更に向上させることができる。
なお、円板７″の穴は図１に示されているような離散した穴７２若しくは図４に示されているような連続した貫通孔７３でもよく、又は、図６に示されているように貫通孔７３をネジ状に形成した貫通孔７３′であってもよい。
【００１１】
図８は、本発明による差動排気装置の第４の実施形態１″′を示している。この実施形態では、隔壁は図３に示されたものと同じ形態である。即ち、差動排気溝１３を設ける代わりに円板を収容する比較的大きな空間１６を設け、流路１４′を流路１０とは反対側に設けている。この流路１４′も図１に示された流路１４と同様にメカニカルブースタポンプ（図示されていない）に接続されている。図９は、図８に示された第４の実施形態における円板７″′の平面図である。円板７″′には図１の円板７と同様に円周方向に等間隔に配置された複数の穴７５が形成されているが、各穴７５の間の仕切り部の円周方向断面形状が流線型に形成されている。図１０に穴７５の断面を拡大して示す。穴７５の間の仕切り部をこのような流線型の断面形状にすることにより、円板が回転するときのガスと円板の間に生じる摩擦を軽減し、回転トルク、騒音及び円板の振動を低減させることが可能となる。
【００１２】
上記各実施形態では単一の差動排気装置を使用するものであるが、例えば図１に示された単一の差動排気装置を二段に構成して排気性能を向上させることにより、真空室と大気室の間の圧力比を更に大きく設定することができる。従って、大気室の圧力を大気圧よりも大きな圧力にすることができ、加圧された室でも粒子線を取り出すことができる。また、円板７の厚さを２０ｍｍとし、穴７２の直径を５ｍｍ程度の大きな直径とした場合でも真空室２の真空度は低下しない。
また、二段の差動排気装置を設ける代わりに、差動排気用空間９及び流路１０を回転可能な円板による差動排気機構に変えてもよい。
更に、円板の穴７２の位置での周速を４００ｍ／ｓとなるように円板を回転させた場合、円板の振動や騒音は発生しないが音速を超えるとき大きな衝撃音が発生する。従って、上記周速を３５０ｍ／ｓ程度に抑制してもよい。
また、図１の実施形態において、円板７の穴７２の直径をｄ、その深さをＬ、空気中の音速をＶ（ｍ／ｓ）、穴７２の位置での円板の周速をν（ｍ／ｓ）とすると、円板の穴７２が第１及び第２の連絡穴８及び１１を横断する時間（ｔ1＝ｄ／ν）を、ガスが音速で穴７２の深さの距離を移動する時間（ｔ2＝Ｌ／Ｖ）よりも短くすれば（ｔ1 ＜ｔ2）、ガスが穴７２を通過する前に円板の穴７２が第１及び第２の連絡穴８及び１１とずれた位置に進んでいるため、ガスは穴７２を通過することはできない。穴７２内に残留したガスはクリアランス１２を通り差動排気溝１３及び流路１４を介して排気される。
なお、上記説明においては、本発明による差動排気装置を粒子線を取り出す装置に使用する場合について説明したが、この差動排気装置はそれに限定されるものではなく、例えば、円板の回転による差動排気を排ガス装置に適用することも考えられる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような効果を奏することが可能である。
（１）真空室の真空度を維持するために必要な気密用の窓を使用せずに、差動排気機構を利用して大気中で粒子線を取り出すことができるので、窓部における粒子線の損失や熱発生、及び窓部の加熱による損傷が解消される。
（２）大気圧中において比較的長い作動距離を保って粒子線の取り出しが可能となる。
（３）粒子線取出し用の穴径を大きくすることができて５mmφという大口径の粒子線を取り出すことが可能となる。
（４）排気性能が向上するため真空室と大気室の間の圧力比を大きく設定でき、加圧された室でも粒子線を取り出すことができる。例えば、真空室と大気室の間の圧力比を１０ー7トル対３気圧とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による差動排気装置の一つの実施形態を示した図である。
【図２】図１の実施形態における円板の詳細を示した平面図である。
【図３】本発明による差動排気装置の第２の実施形態であって、図１の実施形態における差動排気溝の代わりに円板を収容する空間を設けた形態を示す図である。
【図４】図３の実施形態における円板の詳細を示した平面図である。
【図５】本発明による差動排気装置の第３の実施形態であって、図１の実施形態における差動排気溝用の流路の位置を変更した形態を示す図である。
【図６】図５の実施形態における円板の詳細を示した平面図である。
【図７】図６に示された円板をＡ−Ａ線に沿って切り取った、ネジ溝の断面を示す図である。
【図８】本発明による差動排気装置の第４の実施形態を示した図である。
【図９】図８の実施形態における円板の詳細を示した図である。
【図１０】図９に示された円板をＢ−Ｂ線に沿って切り取った、穴の断面を示す図である。
【符号の説明】
１：差動排気装置                ２：真空室
３：大気室                          ４：隔壁
６：電動モータ                      ７：円板
８：第１の連絡穴                    ９：差動排気用空間
１０：流路                          １１：第２の連絡穴
１２：クリアランス                  １３：差動排気溝
１４：流路                          １５：粒子線
１６：円板を収容する空間            ７２：穴
７３：貫通孔                        ７４：ネジ溝
７５：穴
【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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【図６】
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【図７】
0003787278.tif 000008
【図８】
0003787278.tif 000009
【図９】
0003787278.tif 000010
【図１０】
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