JP2001050160A - ゲッターおよびその製造方法 - Google Patents

ゲッターおよびその製造方法

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JP2001050160A JP11225101A JP22510199A JP2001050160A JP 2001050160 A JP2001050160 A JP 2001050160A JP 11225101 A JP11225101 A JP 11225101A JP 22510199 A JP22510199 A JP 22510199A JP 2001050160 A JP2001050160 A JP 2001050160A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造工程が飛躍的に簡便化され、非常に安価
で安全に製造可能な非蒸発型ゲッターおよびその製造方
法を提供する。 【解決手段】 純度90%以上のジルコニウムまたはチ
タンを水素化粉砕し、さらに微粉砕して得た粉末を圧縮
成形または焼結する。成形後に、脱水素を行なってもよ
い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属製魔法瓶の製
造や、真空管やランプ類の製造、希ガス精製、素粒子分
析用加速器の真空維持等の分野に使用される非蒸発型ゲ
ッターおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、非蒸発型のゲッターには、800
〜900℃で活性化する高温活性化ゲッターと、それ以
下で活性化する低温活性化ゲッターとがある。低温活性
化ゲッターは、金属魔法瓶等の製造で加熱炉の温度を高
くする必要がなく、ステンレスの鋭敏化温度以下で排気
処理できることから、注目されている。このような非蒸
発型の低温活性化ゲッターの製造方法としては、特許第
2649245号のバナジウムと、鉄,ニッケル,マン
ガンおよびアルミニウムのうち1種以上と、ジルコニウ
ムとからなる固体合金体を水素化粉砕するゲッターの製
造方法が知られている。また、特開平10−32493
7号公報には、ジルコニウムと、コバルトと、イットリ
ウム、ランタンまたは希土類元素のうちから選択される
1種ないし複数に成分を含む低温活性型ゲッターが記載
されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
はいずれも、合金を用いるため、前処理を必要とするこ
とから、製造工程が複雑で、ゲッター価格が高価にな
る。また、バナジウムは人体に有毒であり、希土類は反
応性が高く、るつぼ等の容器を浸食するために、危険で
ある。
【0004】本発明は前記従来の問題点に鑑みてなされ
たもので、製造工程が飛躍的に簡便化され、非常に安価
で安全に製造可能な非蒸発型ゲッターおよびその製造方
法を提供することを課題とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】従来は、純ジルコニウム
や純チタンを所謂低温活性型ゲッターとする考えはなか
った。これは、純ジルコニウムや純チタンの活性化に必
要な温度が900℃前後であり、到達真空度が低く(劣
る)、吸着速度および吸着量が低いと考えられていたか
らである。しかし、このような従来の考えは、本発明者
らの研究の結果、誤認に基づくものであることが判明し
た。これは、従来、「活性化」の概念の把握が未熟であ
り、現在までほどんど再考されてこなかったことに起因
している。
【0006】本発明にかかる第1のゲッターは、純度9
0%以上のジルコニウムまたはチタンを水素化粉砕して
なるものである。ここで、水素は、10000ppm以
上含有することが好ましい。
【0007】本発明にかかる第2のゲッターは、純度9
0%以上のジルコニウムまたはチタンを水素化粉砕した
後、脱水素してなるものである。ここで、水素は、10
0ppm以上含有することが好ましい。
【0008】前記ジルコニウムまたはチタンは純度99
%であることが好ましい。
【0009】本発明にかかる第1のゲッターの製造方法
は、純度90%以上のジルコニウムまたはチタンを水素
化粉砕し、さらに微粉砕して得た粉末を成形することを
特徴とするものである。ここで、前記水素は、1000
0ppm以上であることが好ましい。
【0010】本発明にかかる第2のゲッターの製造方法
は、前記成形の後に脱水素し、100ppm以上の水素
を含有するようにしたことを特徴とするものである。
【0011】前記ジルコニウムまたはチタンが純度99
%であることが好ましい。また、前記粉末の粒度が30
〜250メッシュであることが好ましい。さらに、ジル
コニウムまたはチタンの成形後のかさ比重がそれぞれ、
4から5、2.5から4であることが好ましい。
【0012】前記本発明にかかる第1のゲッターを使用
する魔法瓶の製造方法としては、純度90%以上のジル
コニウムまたはチタンを水素化粉砕してなるゲッター
を、内瓶と外瓶の間の真空にすべき空間内に設置して該
空間を排気した後、前記ゲッターの脱水素を行なうとと
もに該ゲッターを活性化させた状態で、前記空間を封じ
ることが好ましい。
【0013】前記本発明にかかる第2のゲッターを使用
する魔法瓶の製造方法としては、純度90%以上のジル
コニウムまたはチタンを水素化粉砕した後、脱水素して
なるゲッターを、内瓶と外瓶の間の真空にすべき空間内
に設置して該空間を排気した後、前記ゲッターを活性化
させた状態で、前記空間を封じることが好ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に従って説明する。
【0015】<ゲッター>本発明の第1実施形態にかか
るゲッターは、純度90%以上、好ましくは99%以
上、のジルコニウムまたはチタンを水素化粉砕し、水素
を10000ppm以上含有する。
【0016】本発明の第2実施形態にかかるゲッター
は、純度90%以上、好ましくは99%以上、のジルコ
ニウムまたはチタンを水素化粉砕した後、脱水素して、
水素を100ppm以上含有する。
【0017】<ゲッターの製造方法>本発明の第1実施
形態にかかるゲッターの製造方法は、図1(A)に示す
ように、純度90%以上、好ましくは99%のジルコニ
ウムまたはチタン(以下、これらをまとめて単にジルコ
ニウムという。)の隗を水素化する工程と、水素化され
たジルコニウム隗を微粉砕する工程と、微粉砕されたジ
ルコニウムを成形する工程とからなる。
【0018】ジルコニウム塊は純度が高いので、水素化
工程に先だつ前処理は特に行う必要はない。水素化工程
では、ジルコニウム塊を容器に入れて密閉し、該容器内
にアルゴンやヘリウム等の不活性ガスをパージするか真
空ポンプで排気することによって内部の空気を排出す
る。次に、1kgf/cm2の水素を容器に導入し、7
00℃の雰囲気で1時間維持して、ジルコニウム塊に水
素を約2%吸蔵させる。この水素化工程により、ジルコ
ニウム塊は微粉状態とはならないが、クラックが入る程
度に粉砕される。
【0019】微粉砕工程では、水素化されたジルコニウ
ム塊を、スタンプミルやボールミル等の機械的手段によ
り、ArやHe等の不活性ガス雰囲気下で微粉砕し、粉
末の粒度を30〜250メッシュとする。30メッシュ
以下では、粉の流動性が悪く、成形が困難になり、25
0メッシュ以上では、比表面積が小さくなり、ゲッター
性能が著しく低下するからである。
【0020】成形工程では、微粉砕されたジルコニウム
粉に潤骨材として炭素を0.5〜1.0%添加し、所望
形状のダイ中でプレスしたり、金型に詰めて、ArやH
e等の不活性ガス雰囲気下で所望の形状に成形し、焼結
する。成形後のかさ比重は4から5が好ましい。
【0021】前記第1実施形態により得られたジルコニ
ウム成形品は、水素を2%含有するが、この水素は、ゲ
ッターが利用される魔法瓶等の製造時に放出される。こ
の水素含有ジルコニウム成形品からなるゲッターは、水
素化粉砕により結晶の軸長が広げられ、水素放出時に形
成される水素通過サイトにより、ゲッター活性化直後の
水素吸着速度が大幅に改善される。
【0022】本発明の第2実施形態にかかるゲッターの
製造方法は、図1(B)に示すように、前記第1実施形
態の製造方法における、成形工程の後に、脱水素工程を
設ける。この脱水素工程では、ジルコニウム成形品を容
器に入れて密閉し、真空状態に排気した状態で、500
℃の雰囲気で1時間維持する。これにより、外形が約1
0%収縮するが、特性に悪影響はない。なお、この脱水
素工程を、水素化工程の後に行うことも考えられるが、
そうすると粗砕、微粉砕とも非常に困難になる。
【0023】前記第2実施形態により得られたジルコニ
ウム成形品からなるゲッターは、脱水素されているが、
水素化粉砕により結晶の軸長が広げられ、水素放出時に
形成される水素通過サイトにより、ゲッター活性化直後
の水素吸着速度が大幅に改善される。
【0024】<魔法瓶の製造方法>前記第1実施形態の
ゲッターを用いる魔法瓶の製造方法について、図2
(A)に従って、説明する。このゲッターは、その製造
工程における水素化により10000ppm以上の十分
な水素を吸収しているので、このままでは、魔法瓶の内
瓶や外瓶から遊離する水素等の遊離ガスを受け入れるこ
とができない。そこで、魔法瓶の製造工程中にゲッター
の脱水素を行なう。
【0025】まず、内瓶と底無しの外瓶をそれぞれ形成
して、内瓶の外面の適当な位置にゲッターを設置し、あ
るいは外瓶の底板内面にゲッターを設置する。そして、
内瓶を外瓶に挿入してそれらの口部を接合した後、外瓶
に底板を取り付けて、二重瓶を形成する。
【0026】次に、この二重瓶を250〜600℃で3
分以上加熱しつつ、外瓶の底板に設けた排気孔を通し
て、内瓶と外瓶の間の真空にすべき空間から空気を排出
して減圧しつつ、ゲッターの脱水素を行なう。ここで、
図3に示すPCT曲線において、仮に製造後のゲッター
の水素量がA点で示す位置にあるとすると、上記脱水素
により、図中破線で示す軌跡をたどって水素が放出され
てB点に至る。
【0027】やや遅れてゲッターが400〜600℃に
加熱されて活性化し、図3中実線で示す軌跡をたどって
水素が吸収され、プラトー領域のC点で水素圧が平衡す
る。この後、、排気孔を封止板、ろう等の適宜手段で封
じる。真空封止後に、内瓶と外瓶の間の空間に残留して
いた空気や、ゲッターからの放出水素、内瓶や外瓶から
遊離する水素は、活性化したゲッターに吸収される。こ
の結果、内瓶と外瓶の間の空間は、真空に維持され、高
真空の魔法瓶が得られる。
【0028】前記第2実施形態のゲッターを用いる魔法
瓶の製造方法について、図2(B)に従って説明する
と、このゲッターは既に脱水素が行なわれているので、
前記製造方法のように、魔法瓶の製造工程中にゲッター
の脱水素を行なう必要がないだけで、それ以外の工程は
前記製造方法と同一である。
【0029】<ゲッターの基本特性>本発明者らは、種
々の実験を行なって本発明にかかるゲッターの基本特性
を確認した。
【0030】まず、本発明にかかるゲッターの活性化温
度と吸着特性の関係を確認するために、原料粉粒度:3
25メッシュ(44μm)、重量:240mg、外径:
6mm、厚さ:2.0mmの試料ゲッターを、温度:室
温、圧力:3.0×10-4の水素ガス雰囲気に設置し、
300℃、450℃、600℃の各活性化温度で、10
分間活性化させ、ゲッターの水素吸着量を測定した。こ
の結果、表1に示すように、本発明にかかるゲッターの
吸着特性は、活性化温度を上げることで水素ガスの吸着
量が増加することが判明した。
【0031】
【表1】
【0032】次に、本発明にかかるゲッターの活性化時
間と吸着特性の関係を確認するために、原料粉粒度:3
25メッシュ(44μm)、重量:240mg、外径:
6mm、厚さ:2.0mmの試料ゲッターを、温度:室
温、圧力:3.0×10-4の水素ガス雰囲気に設置し、
450℃の活性化温度で、活性化時間を0、1、2、
5、10、60分の6段階に変化させ、ゲッターの吸着
速度と吸着量を測定した。この結果、表2に示すよう
に、活性化時間が1分から10分の間では吸着特性は変
化しないが、活性化時間が60分になると吸着特性が大
幅に向上した。
【0033】
【表2】
【0034】次に、本発明にかかるゲッターの原料粉粒
度と吸着特性の関係を確認するために、原料粉粒度が表
3の6種類で、重量:240mg、外径:6mm、厚
さ:2.0mmの試料ゲッターを準備し、温度:室温、
圧力:3.0×10-4の水素ガス雰囲気に設置し、45
0℃の活性化温度で、10分間活性化させ、各ゲッター
の吸着速度と吸着量を測定した。この結果、表4に示す
ように、最も平均粒径が大きく、非表面積が小さい原料
粉(42メッシュ)の初期特性が最も吸着特性が良いこ
とが判明した。
【0035】
【表3】 * 100−250メッシュと250メッシュを50%
づつ混合
【0036】
【表4】
【0037】<ゲッターの評価>本発明者らは、種々の
実験を行なって本発明にかかるゲッターの性能を評価し
た。
【0038】測定試料として、表に示すように、本発明
にかかるジルコニウムゲッターa)のほか、Zr−V系
ゲッターb)、St707(サエス社製)ゲッターc)
を、各127mg準備した。d)はブランクである。そ
して、各ゲッターを、真空層内容積:920cc、真空
層内表面積1015cm2の装置に設置して、圧力:
3.0×10-4の水素ガス雰囲気に晒し、450℃の活
性化温度で、10分間活性化させ、各ゲッターの吸着量
と60分後の到達真空度を確認した。この結果、表5に
示すように、到達真空度は、St707とZr−Vが同
程度で、次いで本発明品の順になったが、本発明品は、
十分な性能を有していることが分かった。なお、本発明
品の活性化時の吸着量は、水素ガスの放出現象が見られ
たため、測定していない。
【0039】
【表5】
【0040】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、純度90%以上のジルコニウムまたはチタン
を用いるため、前処理が不要であるうえ、水素化粉砕に
より簡単に微粉化されるので、非蒸発型ゲッターの製造
工程が飛躍的に簡便化され、非常に安価になる。また、
有毒物質であるバナジウムや反応性の高い希土類金属を
含まないので、安全に製造可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明にかかるゲッターの製造工程を示す
図。
【図2】 本発明にかかるゲッターを用いた真空二重瓶
の製造工程を示す図。
【図3】 水素量と平衡水素圧の関係を示すグラフ。

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 純度90%以上のジルコニウムまたはチ
    タンを水素化粉砕してなることを特徴とするゲッター。
  2. 【請求項2】 水素を10000ppm以上含有するこ
    とを特徴とする請求項1に記載のゲッター。
  3. 【請求項3】 純度90%以上のジルコニウムまたはチ
    タンを水素化粉砕した後、脱水素してなることを特徴と
    するゲッター。
  4. 【請求項4】 水素を100ppm以上含有することを
    特徴とする請求項3に記載のゲッター。
  5. 【請求項5】 前記ジルコニウムまたはチタンが純度9
    9%であることを特徴とする請求項1から4のいずれか
    に記載のゲッター。
  6. 【請求項6】 純度90%以上のジルコニウムまたはチ
    タンを水素化粉砕し、さらに微粉砕して得た粉末を成形
    することを特徴とするゲッターの製造方法。
  7. 【請求項7】 前記水素が10000ppm以上である
    ことを特徴とする請求項6に記載のゲッターの製造方
    法。
  8. 【請求項8】 前記成形の後に脱水素し、100ppm
    以上の水素を含有するようにしたことを特徴とする請求
    項6または7に記載のゲッターの製造方法。
  9. 【請求項9】 前記ジルコニウムまたはチタンが純度9
    9%であることを特徴とする請求項6から8のいずれか
    に記載のゲッターの製造方法。
  10. 【請求項10】 前記粉末の粒度が30〜250メッシ
    ュであることを特徴とする請求項6から9のいずれかに
    記載のゲッターの製造方法。
  11. 【請求項11】 前記ジルコニウムの成形後のかさ比重
    が4から5であることを特徴とする請求項6から10の
    いずれかに記載のゲッターの製造方法。
  12. 【請求項12】 前記チタンの成形後のかさ比重が2.
    5から4であることを特徴とする請求項6から11のい
    ずれかに記載のゲッターの製造方法。
  13. 【請求項13】 純度90%以上のジルコニウムまたは
    チタンを水素化粉砕してなるゲッターを、内瓶と外瓶の
    間の真空にすべき空間内に設置して該空間を排気した
    後、前記ゲッターの脱水素を行なうとともに該ゲッター
    を活性化させた状態で、前記空間を封じることを特徴と
    する魔法瓶の製造方法。
  14. 【請求項14】 純度90%以上のジルコニウムまたは
    チタンを水素化粉砕した後、脱水素してなるゲッター
    を、内瓶と外瓶の間の真空にすべき空間内に設置して該
    空間を排気した後、前記ゲッターを活性化させた状態
    で、前記空間を封じることを特徴とする魔法瓶の製造方
    法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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