(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング内に、イオン化室とイオン検出室とを設け、該イオン化室にはこれに導入されるプローブガス等のガス原子やガス分子を電子衝撃によりイオン化するイオン化手段及びイオンをイオン検出室へ引き出す引き出し手段を備え、該イオン検出室には該引き出されたイオン中から該検出室の外部の永久磁石からなる磁場偏向型分析器により選別された特定のイオンの量を検出するイオンコレクターを備え、該イオン化室とイオン検出室の中心軸線を該磁場偏向型分析器によるイオン回転半径に従って屈曲させた磁場偏向型質量分析管に於いて、該ケーシングの材料のブロックに、上記磁場偏向型分析器のイオン回転半径に従った中心軸線を有する２つの円形孔を切削により形成し、該中心軸線の交差部の内部に両円形孔に連通する扁平な透孔を切削形成することによって、該ケーシングを該ケーシングの材料のブロックから削り出し加工で作製したことを特徴とする磁場偏向型質量分析管。
【請求項２】
上記ブロックの上記交差部の外周面を扁平に切削して上記磁場偏向型分析器の取付部としたことを特徴とする請求項１に記載の磁場偏向型質量分析管。
【請求項３】
ケーシング内に、イオン化室とイオン検出室とを設け、該イオン化室にはこれに導入されるプローブガス等のガス原子やガス分子を電子衝撃によりイオン化するイオン化手段及びイオンをイオン検出室へ引き出す引き出し手段を備え、該イオン検出室には該引き出されたイオン中から該検出室の外部の永久磁石からなる磁場偏向型分析器により選別された特定のイオンの量を検出するイオンコレクターを備え、該イオン化室とイオン検出室の中心軸線を該磁場偏向型分析器によるイオン回転半径に従って屈曲させた磁場偏向型質量分析管に於いて、上記ケーシングの材料のブロックを２個用意し、その１個のブロックの一端部の外周を扁平に削るとともに他の１個を接続するためのフランジ部を形成し、該フランジ部を持つ面に扁平な透孔を切削形成し、該面と交差する端面に該扁平な透孔に連通する円形孔を形成し、他の１個のブロックに貫通した円形孔を形成してその円形孔の開口端を該フランジ部にネジ止め接合することによって、該ケーシングを該ケーシングの材料の２個のブロックから作製したことを特徴とする磁場偏向型質量分析管。
【請求項４】
ケーシング内に、イオン化室とイオン検出室とを設け、該イオン化室にはこれに導入されるプローブガス等のガス原子やガス分子を電子衝撃によりイオン化するイオン化手段及びイオンをイオン検出室へ引き出す引き出し手段を備え、該イオン検出室には該引き出されたイオン中から該検出室の外部の永久磁石からなる磁場偏向型分析器により選別された特定のイオンの量を検出するイオンコレクターを備え、該イオン化室とイオン検出室の中心軸線を該磁場偏向型分析器によるイオン回転半径に従って屈曲させた磁場偏向型質量分析管に於いて、該ケーシングの材料のブロックを用意し、これに切削加工により該イオン回転半径に従った交差角度の軸線を有する２本の円形孔を形成したのち両円形孔に連通する扁平な透孔を切削形成して該ケーシングを作製したことを特徴とする磁場偏向型質量分析管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、漏洩検知装置等に使用される小型の磁場偏向型質量分析管及びその製作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、中空の漏洩検知対象物の内部を真空に排気し、該対象物の周面にヘリウムガスなどのプローブガスを吹き付け、該対象物に漏れが存在した場合、ヘリウムガス等の漏洩ガスが中空内部へ侵入するのでこれを該対象物の中空部に接続した漏洩検知装置において検出し、漏洩の存在を検知することが行われている。
【０００３】
この漏洩検知装置は、該対象物からの漏洩ガスを分析するために、図１及び図２に示すような構成の小型の磁場偏向型質量分析管ａを備えており、その構成を説明すると次の通りである。該質量分析管ａの小型のケーシングｂ内には、該対象物の内部から導入されるプローブガス等のガス原子やガス分子をイオン化するためのグリッド（エレクトロンコレクター）ｃと熱電子放出フィラメントｄからなるイオン化手段と、そのイオンを引き出す引き出し電極ｅとを備えたイオン化室ｆ、及び、引き出されたイオン中からケーシング外部の永久磁石からなる磁場偏向型分析器ｇにより選別された特定のイオンの量を検出するイオンコレクターｈとを備えたイオン検出室ｉが設けられ、該対象物の内部に漏れたガスがイオン化室ｆに侵入すると、熱電子放出フィラメントｄからの熱電子の衝撃によりガス分子等がイオン化されてイオン検出室ｉへ引き出し電極ｅにより引き出される。そして、磁場偏向型分析器ｇがｒ＝（１．４４×１０-4√Mu×V）／Bの式（ｒ：回転半径、Mu：質量数、B：磁束密度）に基づき特定のイオンを選別し、選別されたイオンがコレクタースリットｊを介してイオンコレクターｈに入射する。該イオンコレクターｈに入射したイオン量は、イオン電流測定器ｋにより測定される。該グリッドｃと該フィラメントｄとの間の電圧は電圧調整器ｌにより調整され、該グリッドｃの加速電圧はイオン加速電源ｍにより調整され、この電圧調整によりイオンコレクターｈに到達するイオンの種類を変化させることができ、漏洩ガスの組成を分析することもできる。ｎはフィラメント電源である。
【０００４】
該ケーシングｂは、図２に示すように、イオン源取付フランジｏとこれを取り付けたイオン源パイプｐ、中間のイオン偏向扁平パイプｑ、イオンコレクターパイプｒ、及びイオンコレクター取付フランジｓの５個の部材を溶接して形成され、頻繁な保守点検を可能にするためイオン化手段（イオン源）を取り付けたプレートｔ及びイオンコレクターｕを取り付けたプレートｖが各フランジｏ、ｓに密着されネジ止めされる。また、該イオン偏向扁平パイプｑの外周にＵ字状断面の永久磁石からなる磁場偏向型分析器ｇが装着固定される。ｗはイオン源パイプｐの側部に設けたフランジを備えた排気ポートで、該排気ポートｗは該漏洩検知対象物の中空内部へと連なる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
該ケーシングｂを構成する各部材はＳＵＳ製で、フランジｏ、ｓが直径５０ｍｍ程度、中心軸線の長さが１８０ｍｍ程度の寸法のもので、各部材はその整形後に溶接して一体に接合される。該イオン偏向扁平パイプｑは、円形のイオン源パイプｐやイオンコレクターパイプｒとは異なる扁平パイプであるから別途に製作しなければならない面倒がある。しかし、このような製作方法では、溶接箇所が多く、溶接による熱歪みや溶接部が冷える前に動かしたり持ち上げたりすることによる変形、さらには部材の製作ミスと溶接工程の歪みとの重奏などにより、角度精度や長さ精度の低下が甚だしい。また、該ケーシングｂの加工精度が安定しないため、特に、小さな回転半径の磁場偏向型質量分析管では個々の分析管の感度、分解能が大幅に異なる不都合があった。
【０００６】
本発明は、一様な感度、分解能が得られ加工精度が高く量産に適した小型の磁場偏向型質量分析管を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、ケーシング内に、イオン化室とイオン検出室とを設け、該イオン化室にはこれに導入されるプローブガス等のガス原子やガス分子を電子衝撃によりイオン化するイオン化手段及びイオンをイオン検出室へ引き出す引き出し手段を備え、該イオン検出室には該引き出されたイオン中から該検出室の外部の永久磁石からなる磁場偏向型分析器により選別された特定のイオンの量を検出するイオンコレクターを備え、該イオン化室とイオン検出室の中心軸線を該磁場偏向型分析器によるイオン回転半径に従って屈曲させた磁場偏向型質量分析管に於いて、該ケーシングの材料のブロックに、上記磁場偏向型分析器のイオン回転半径に従った中心軸線を有する２つの円形孔を切削により形成し、該中心軸線の交差部の内部に両円形孔に連通する扁平な透孔を切削形成することによって、該ケーシングを該ケーシングの材料のブロックから削り出し加工で作製することにより、上記目的を達成するようにした。これによれば製作上有利でもある。該ブロックの該交差部の外周面を扁平に切削して該磁場偏向型分析器の取付部とし、必要な場合は該ケーシングの材料のブロックを２個とするようにしてもよい。その製作方法としては、ブロックに切削加工により該イオン回転半径に従った交差角度の軸線を有する２本の円形孔を形成したのち両円形孔に連通する扁平な透孔を切削形成する方法が好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づき説明すると、図３に於いて符号１は小型のケーシング、２はイオン化室、３はイオン検出室、４は該イオン化室２内に設けられたイオン化手段、５は該イオン化手段により生成したイオンをイオン検出室３へと引き出す引き出し電極を示す。該イオン化手段４の構成は従来のものと同様で、グリッド６と熱電子放出フィラメント７を有し、該イオン化室２の側壁に形成した漏洩検知対象物の中空内部に連なる排気口８から侵入するプローブガス等のガス原子やガス分子を該フィラメント７から放出される熱電子により電子衝撃を与えてイオン化し、生成したイオンを引き出し電極５によりイオン検出室３へと引き出す。イオン検出室３の外側には扇形の永久磁石からなる磁場偏向型分析器９が取り付けられ、引き出されたイオンに偏向磁場を与え、選別された特定のイオンのみがコレクタースリット１０を介してイオンコレクター１１に入射する。該イオンコレクター１１には従来のものと同様にイオン電流検出器が接続される。
【０００９】
該ケーシング１の寸法は、屈曲した中心軸線の長さで約１６０ｍｍ程度、イオン化室２及びイオン検出室３の内径が４０ｍｍ程度であり、従来は該ケーシングを前述のようにSUSのパイプやフランジを整形し溶接して製作していたが、本発明ではケーシング材料のブロックを削り出し加工により製作し、これにより一様な感度、分解能を有し加工精度が高く量産性のある小型の磁場偏向型質量分析管を得るようにした。該ケーシング材料のブロックには、アルミニウムまたはこれに準ずるような比較的柔らかく切削性の良い材料を使用することが好ましい。
【００１０】
９０°偏向型用のケーシングの製作例は図４の如くであり、イオン回転半径に従い角形のブロック１２の屈曲範囲内の余剰部１３を例えば長さ０．１ｍｍ以下、角度０．１度以下の精度を持つＮＣ自動旋盤などで切除してＬ字型の屈曲材１４を作製し、その屈曲コーナー部１５をカット１５ａする。そして該コーナー部１５の表裏を切除して磁場偏向型分析器９の扁平な取付部を削りだし、該屈曲材１４の各端面１６、１７からエンドミル等の切削工具１８によりイオン回転半径に従った中心軸線２１、２２を有する円形孔１９、２０を切削形成する。これらの円形孔１９、２０は扁平な該コーナー部１５に達しない程度の深さに切削され、両中心軸線２１、２２の交差部が存する各円形孔の奥部すなわち該コーナー部１５の内部に、これら円形孔を連通させる扁平な透孔２３が切削形成される。該ケーシング１の肉厚は、図３に示したように、イオン化手段４や引き出し電極５を取り付けたプレート２４、コレクタースリット１０やイオンコレクター１１を取り付けたプレート２５、及び磁場偏向型分析器９をネジ止めできるような厚さで切削時に残される。図５に該ケーシング１の外形を示した。
【００１１】
該ケーシング１の削り出し加工が完了すると、そのまま各プレート２４、２５や磁場偏向型分析器９を取り付けて磁場偏向型質量分析管に組立ることができ、高精度の工作機械で高加工精度で切削することにより溶接の歪みや変形がなく、感度、分解能の均一な磁場偏向型質量分析管を量産できる。
【００１２】
該ケーシング材料のブロックには２個を使用しても良く、この場合には図６に示すように１個のブロック１２ａの一端部の外周を磁場偏向型分析管９の取付のために扁平に削るとともに他の１個のブロック１２ｂを接続するためのフランジ部２６を切削形成し、該フランジ部２６を持つ面２７に扁平な透孔２３を切削形成し、該面２７と交差する端面２８に該透孔２３に連通する円形孔２０を形成し、他の１個のブロック１２ｂにこれを貫通する円形孔１９を形成してその円形孔の開口端を該フランジ部２６にネジ止め接合した。この場合は図７のように両ブロック１２ａ、１２ｂがフランジによる機械的接合されるので、長さ精度及び角度精度が溶接よりも精確で組立も容易になる。この場合もブロック材にはアルミニウム等の切削性のよい材料が使用され、各円形孔１９、２０の端部に図６のようにイオン化手段等を設けたプレート２４、２５を着脱可能に取り付け、磁場偏向型分析器９がコーナー部１５に取り付けされる。図８に該ケーシング１の外形を示した。
【００１３】
図３及び図４に示した本発明の削りだしのケーシングを有する９０°偏向型の磁場偏向型質量分析管で得られた質量スペクトルは図９に示す如くであり、その質量数１７及び１８のピークの分離の様子は、図１０の従来の溶接で製作されたケーシングを有する９０°偏向型の質量分析管の質量スペクトルよりも鋭く、削りだし本発明のケーシングを用いた質量分析管の方が分解能が良好であった。尚、この従来の質量分析管はその製作時に偏向角が２度小さくなったもので、その修正は困難であった。また、該本発明の削りだしのケーシングを有する質量分析管と該従来の溶接のケーシングを有する質量分析管とによりヘリウムスペクトルのみを測定したところ、図１１及び図１２の結果が得られた。図１１は本発明のケーシングを用いた質量分析管のヘリウムスペクトルで、そのピークは図１２の従来のものに比べ約１０ｅＶ低エネルギー側に現れている。前記の式から計算されるヘリウムピークのエネルギーは、磁場強度の実測値０．２１０Ｔと回転半径２ｃｍから約２１３Ｖで、この値は従来のものではなく本発明の質量分析管で得られたヘリウムピークのイオンエネルギーに一致する。その理由は、従来のものが偏向角度の製作精度が悪く、偏向角が図１３に示すように約２度小さく製作されたためにイオンコレクターの位置ずれを生じ、そのためピークが現れる位置や分解能が悪くなったためであり、本発明のものではその偏向角度がほぼ正確に９０°になっているため、ヘリウムイオンピークの現れるエネルギー位置がほぼ計算通りになっているためである。
【００１４】
尚、以上の例では該分析器９がイオンに９０°の偏向を与え、イオン化室２の軸線とイオン検出室２の軸線が９０°で交差する構成のものについて説明したが、６０°や１８０°偏向のものにも本発明は適用可能である。
【００１５】
【発明の効果】
以上のように本発明によるときは、磁場偏向型質量分析管のケーシングをケーシング材料のブロックから削りだし加工で作製したので、従来のものよりも加工精度が高く一様な感度、分解能が得られて均質性が向上し、量産性の良い小型の磁場偏向型質量分析管が得られる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の小型磁場偏向型質量分析管の説明図
【図２】図１の具体的構成の平面図
【図３】本発明の実施の形態を示す切断平面図
【図４】図３のケーシングの製作状態の説明図
【図５】図４のケーシングの外観斜視図
【図６】本発明の他の実施の形態の説明図
【図７】図６のケーシングを使用した小型磁場偏向型質量分析管の切断平面図
【図８】図６のケーシングの外観斜視図
【図９】図３の小型磁場偏向型質量分析管の質量スペクトルの線図
【図１０】従来の小型磁場偏向型質量分析管の質量スペクトルの線図
【図１１】図３の小型磁場偏向型質量分析管のヘリウムスペクトルの線図
【図１２】従来の小型磁場偏向型質量分析管のヘリウムスペクトルの線図
【図１３】従来の小型磁場偏向型質量分析管の偏向角の説明図
【符号の説明】
１  ケーシング、２  イオン化室、３  イオン検出室、４  イオン化手段、５  引き出し電極、９  磁場偏向型分析器、１１  イオンコレクター、１２・１２ａ・１２ｂ  ブロック、１９・２０  円形孔、２１・２２  中心軸線、２３  扁平な透孔、２６  フランジ部、
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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