JP2002361072A

JP2002361072A - アルミニウム合金製真空装置および真空容器

Info

Publication number: JP2002361072A
Application number: JP2002037940A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiko Ota; 暢彦大田; Mitsuaki Ikeda; 満昭池田; Koji Kamimura; 浩司上村; Shinji Shinabe; 慎治品部; Yoshifusa Tsubone; 嘉房坪根
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2002-12-17

Abstract

(57)【要約】【課題】ベーキング時間が短かく、短時間で超高真空が
得られる寿命の真空装置を得る。【解決手段】本発明のアルミニウム合金製真空装置は、
真空側表面に形成された陽極酸化皮膜33の微細孔中に充
填された陰電極と、陽極酸化皮膜の表面に被覆され導電
性物質からなる引出し電極37とを有するアルミニウム合
金製真空容器３と、陰電極に通電する陰電極用端子41
と、引出し電極に通電する引出し電極用端子42と、両電
極に電圧を印加する電源６とからなるもので、引出し電
極は、直列または並列に接続された少なくとも２個の領
域を有するグループを少なくとも２つ備え、このグルー
プはそれぞれ個別の引出し電極用端子に接続している。
また、陰電極および引出し電極を形成後，封孔処理によ
って形成される微細孔内の封孔処理部の内径をｂ、微細
孔の底部付近の内径をａとしたとき微細孔内径ａに対す
る封孔処理部の内径ｂの比が０．０５〜０．９としたも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空熱処理炉、各
種分析装置、加速器、半導体製造装置等に使用される真
空装置に関し、特に真空容器全体が真空ポンプとしての
機能を有するアルミニウム合金製の真空装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】小型軽量化を目的としてアルミニウム合
金が真空容器に使用されるようになった。真空容器とし
て使用する場合、排気中にベーキングと呼ばれる加熱脱
ガス処理が施される。ベーキングを行う理由は、真空容
器をポンプで排気するだけでは、高真空に到達するまで
に長時間を要するためである。圧力は真空容器中の残存
ガス量によって決まるが、その残存ガスのほとんどは、
真空容器表面に吸着した水分などのガスの放出が主な原
因である。真空容器表面の吸着ガスは、真空容器を加熱
することにより、ガス分子のエネルギーを容器との結合
エネルギーより大きくして脱離させ、短時間で高真空に
到達させることが可能となる。アルミニウム合金製真空
容器の場合、ベーキング温度が高すぎると変形が生じる
ため、通常リボンヒータを真空容器に巻いて約150 ℃以
下に加熱される。リボンヒータを装着してベーキングす
る方法は、装着に手間がかかる上、温度分布が悪いとい
う問題が有った。この対策として、リボンヒータの装着
が不要な真空容器が提案された（特開平10-228880 ）。
図７は、このアルミニウム合金製真空装置を示す断面
図、図８は図７の真空容器の断面を拡大した断面の構造
を示す模式図である。図において、１はアルミニウム合
金製真空容器３を搭載する架台、２は絶縁体、３１は基
体、３２はバリヤ層、３３は陽極酸化皮膜（真空側）、
３４は陽極酸化皮膜（大気側）、３５は微細孔、３６は
陰電極、３７は引出し電極である。また、４１は陰電極
用端子、４２は引出し電極用端子、５はイオン電極、６
は電源、７は熱電対である。アルミニウム合金製真空容
器３は、真空側の陽極酸化皮膜３３、大気側の陽極酸化
皮膜３４からなる。真空側表面に形成された陽極酸化皮
膜３３の中の微細孔３５中に金属を針状に含浸させ、こ
の針状の陰電極３６を形成している。陰電極用端子４１
に電源６から電圧を印加すると、陰電極３６から電子が
放出する。この時流れる電流によってジュール熱が発生
し真空容器が加熱されて、ベーキングが行なわれる。さ
らに、引出し電極用端子４２に電圧を印加することによ
り、陰電極３６から放出された電子を引き出すので、電
流が流れやすくなる。また、イオン電極５に電圧を印加
することにより、発生した電子によってイオン化された
ガス分子を回収するので、短時間に高真空が得られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
アルミニウム合金製真空装置においては、発生したジュ
ール熱は熱伝導度の低い陽極酸化皮膜を通して真空容器
の真空側表面に伝わるために、真空側表面の温度上昇は
遅くなる。その結果、真空容器の真空側表面に吸着して
いるガスが逃げ難く排気時間が長くなる。また、ベーキ
ング中は陰電極である針状金属に大電流を流すために長
期間使用すると、針状金属の劣化による排気能力が低下
するといった問題もある。また、陰電極である針状金属
と微細孔の間に隙間が有るので、この部分にガスが吸着
する。このために，電圧印加によるベーキングを行なっ
てもガスが逃げ難く、長時間のベーキングが必要とな
る。その結果、短時間で超高真空が得られないといった
問題があった。さらにバリア層が十分厚い場合には、Ｍ
ＩＭ（Metal-Insulator-Metal）構造となるため、極め
て微量の電流しか得られず、また十分な電流を得ようと
すれば引き出し電圧を極めて高くする必要があり実用性
を極めて狭くしていた。そこで、本発明はベーキング時
間が短かく、短時間で超高真空が得られる高寿命の真空
装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明は真空側表面に形成された陽極酸化皮膜の微
細孔中に充填された電界放射によって電子を放出する陰
電極と、前記陽極酸化皮膜の表面に被覆され導電性物質
からなる引出し電極とを有するアルミニウム合金製真空
容器と、前記陰電極に通電する陰電極用端子と、前記引
出し電極に通電する引出し電極用端子と、前記両電極に
電圧を印加する電源とからなるアルミニウム合金製真空
装置において、前記引出し電極は、直列または並列に接
続された少なくとも２個の領域を有するグループを少な
くとも２つ備え、前記グループはそれぞれ個別の前記引
出し電極用端子に接続された構成にしている。この構成
により、直接、引出し電極を加熱できるので、真空容器
真空側の表面温度がすぐに高くなりベーキング時間の短
縮の高効率化がはかれる。また，陰電極の針状金属に電
流を流すことなくベーキングできるので針状金属の劣化
が起こらずに排気能力も向上する。また、真空側表面に
形成された陽極酸化皮膜の微細孔中に充填された電界放
射によって電子を放出する陰電極と、前記陽極酸化皮膜
の表面に被覆された導電性物質からなる引出し電極とが
形成されているアルミニウム合金製真空容器において、
前記陰電極および前記引出し電極を形成後，封孔処理に
よって形成される前記微細孔内の封孔処理部の内径を
ｂ、前記微細孔の底部付近の内径をａとしたとき、微細
孔内径ａに対する封孔処理部の内径ｂの比を０．０５〜
０．９としている。この構成により、微細孔中の陰電極
と基体若しくは引出し電極との隙間が無くなるので、微
細孔部へのガスの吸着も無くなり、排気能力が向上す
る。さらに、前記陰電極用端子と接するバリア層を極め
て薄くすることにより、放出電子の量が増えるので排気
すべきイオン化ガス分子量が増え、前述の効果をより良
くし、排気がより速くなる。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を実施例に示
す図に基づいて詳細に説明する。（第１実施例）本発明の第１実施例を図１〜図２に示
す。図１は本発明のアルミニウム合金製真空装置を示す
断面図、図２は、図１のアルミニウム合金製真空容器の
断面Ｘの部分を拡大した模式図である。図において、６
１は陰電極に電圧を印加するためのスイッチ、６２は引
出し電極に電流を流すためのスイッチである。他の符号
は従来技術で述べた部品と同じであるため説明を省略す
る。基体３１はＡ５０５２のアルミニウム合金からな
り、その内外周面に陽極酸化処理を施している。陽極酸
化層の厚さは１０μｍで、微細孔３５の直径は５００オ
ングストロームである。陰電極３６は、真空側の陽極酸
化皮膜３３の微細孔３５の中に金属鉄を析出させて形成
した。引出し電極３７は、陽極酸化皮膜３３の上にアル
ミニウム皮膜を真空中で線爆溶射して形成した。鉄の条
でマスクして１０個の領域に分割し、５個を１グループ
としそれぞれ直列になるように接続している。アルミニ
ウム合金製真空容器３を架台１の上に設けた絶縁体２の
上に配置して、真空排気装置を組み立てた。引出し電極
用端子４２は、基体３１などから絶縁して設けている。
さらに、真空排気装置内の排気口の近くに、イオン回収
用のイオン電極５を配置し、排気用ポンプにはロータリ
ポンプとターボ分子ポンプを使用した。このようにして
作製したアルミニウム合金製真空装置の効果を調べた。
比較のため、従来と同じく分割していないアルミニウム
合金製真空容器を加えた。先ず、本実施例のアルミニウ
ム合金製真空装置を作動して１時間排気した後、引出し
電極３７に印加するスイッチ６２を閉じて引出し電極３
７に5Aの電流を流し、陰電極用端子41に−500Vの電圧を
印加して真空容器内周面の温度を測定した。真空表面の
温度および昇温速度を測定した。その結果を図３に示
す。図３から分かるように、本実施例のアルミニウム合
金製真空装置は、従来例に比べて１５０°Ｃまでの昇温
時間が著しく短く、優れた効果を有することが分かる。
つぎに、スイッチ62を開放し、スイッチ61を閉じて引出
し電極３７と陰電極３６間の電位差を60V 、排気口近く
のイオン電極５に６００Ｖを印加した状態に切替えた。
真空容器全体が真空ポンプとしての機能を発揮し、短時
間に超高真空を得る事ができた。なお、本実施例では１
０個に分割した引出し電極のグループ内の各領域を直列
に接続し、ベーキング時に電流を流すための電極用端子
を２個としたが、これに限らずグループ内の引出し電極
の各領域を並列に接続してもよいし、３個以上のグルー
プにして電極用端子を３個以上設けてもよい。

【０００６】（第２実施例）本発明の第２実施例を図４
〜図５に示す。図４は本発明のアルミニウム合金製真空
装置を示す断面図、図５は、図４のアルミニウム合金製
真空容器の断面Ｙの部分を拡大した模式図である。図に
おいて、３８は封孔処理形成物質である。基体３１およ
び陰電極３６の材質、陽極酸化皮膜３３の厚さおよび微
細孔３５の内径は、第１実施例と同じである。引出し電
極３７はニッケル皮膜を真空中で線爆溶射により形成し
た。封孔処理は、沸騰水中に浸漬する時間を種々変える
ことにより封孔処理形成物質３８の皮膜厚さを変えた。
処理後の皮膜断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察
したところ、微細孔３５中に封孔処理形成物質３８であ
るアルミニウム酸化物の成長が確認された。ＴＥＭ断面
写真から封孔処理後の微細孔３５の底部の孔径ａに対す
る封孔処理部の内径の比（ｂ／ａ）を測定したところ、
３個の各試料についてそれぞれ０．０５，０．３，
０．９であった。封孔処理の方法は、沸騰水封孔だけで
なく、蒸気封孔でもよい。作製したアルミニウム合金製
真空容器３を第１実施例と同様にして真空排気装置を組
み立てて効果を調べた。なお、比較のため、従来と同じ
封孔処理を施していないアルミニウム合金製真空容器も
加えた。先ず、本実施例の陰電極用端子４１に−60V を
印加し、排気口近くのイオン電極５に＋600Vを印加した
状態で排気時間に対する真空容器内の圧力変化を測定し
た。その結果、図６に示すように、ベーキング前の圧力
変化は、本実施例のほうが短時間で圧力が減少してお
り、封孔処理の効果があることがわかった。つぎに、電
源6 により−500Vの電圧を印加し、約150 ℃でベーキン
グを実施した。ベーキングを約5 時間実施後の圧力変化
を見ても、本実施例の方が優れていることが分かる。す
なわち、本実施例のものは、従来例に比べ短時間で超高
真空が得られることが分かった。（第３実施例）本発明の第３実施例について説明する。
本実施例の真空装置の構造は、概観および断面構造とも
第１実施例と同じである。異なる点は、バリア層３２の
厚さを１０ｎｍとしていることである。比較のため従来
の厚さ１００ｎｍのバリア層を形成したものを準備し
た。第１の実施例と同様に排気駆動させ、排気特性を比
較した。その結果、従来のものよりも本実施例のものは
１０倍程度排気速度が向上し、良好な結果であることが
分かった。（第４実施例）本発明の第４実施例について説明する。
本実施例の真空装置の構造は、概観および断面構造とも
第２実施例と同じである。異なる点は、バリア層３２の
厚さを１ｎｍ以下としていることである。比較のため従
来の厚さ１００ｎｍのバリア層を形成したものを準備し
た。第２の実施例と同様に排気駆動させ、排気特性を比
較した。その結果、従来のものよりも本実施例のものは
７０倍程度排気速度が向上し、良好な結果であることが
分かった。

【０００７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、引
出し電極を直列または並列に接続した少なくとも２個の
領域を有するグループを少なくとも２つ備え、各グルー
プはそれぞれ個別の引出し電極用端子に接続したので、
２個以上の引出し電極用端子から直接各領域に電流を流
すことができる。したがって、ベーキングのための加熱
時間を短縮でき、短時間で超高真空を得ることができ
る。また、針状金属からなる陰電極に大電流を流さなく
てベーキングできるために、陰電極の寿命も伸びる。ま
た、陰電極および引出し電極を形成後，封孔処理によっ
て形成される微細孔内の封孔処理部の内径をｂ、微細孔
の底部付近の内径をａとしたとき微細孔内径ａに対する
封孔処理部の内径ｂの比を０．０５〜０．９としたの
で、封孔処理により微細孔部に隙間がなくなる。したが
って、微細孔中のガス吸着量が殆どないうえに、吸着ガ
スが少なく電子の放出効率も大きくなる。その結果、排
気効率が向上する。さらに、陰電極と陰電極に電圧を印
加する陰電極用端子間にあるバリア層を１０ｎｍ以下と
することで陰電極から放出される電子の量が増えるの
で、排気すべきイオン化ガス分子が増加し、また陰電極
に付着したガスを充分飛ばすことができるようになり、
真空装置の排気速度をさらに著しく向上できる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示すアルミニウム合
金製真空装置の断面図である。

【図２】図１の断面Ｘを拡大した模式図である。

【図３】本発明品とベーキング時の昇温特性を示すグラ
フである。

【図４】本発明の第２の実施形態を示すアルミニウム合
金製真空装置の断面図である。

【図５】図４の断面Ｙを拡大した模式図である。

【図６】本発明の第２の実施形態による排気特性を示す
グラフである。

【図７】従来のアルミニウム合金製真空装置を示す断面
図である。

【図８】従来のアルミニウム合金製真空装置を拡大した
断面の模式図である。

【符号の説明】

１：架台４：端子２：絶縁体４１：陰
電極用端子３：アルミニウム合金製真空容器４２：引
出し電極用端子３１：基体５：イオ
ン電極３２：バリヤ層６：電源３３：陽極酸化皮膜（真空側）７：熱電
対３４：陽極酸化皮膜（大気側）３５：微細孔３６：陰電極３７：引出し電極３８：封孔処理形成物質

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２５Ｄ 11/18 ３０８Ｃ２５Ｄ 11/18 ３０８Ｆ１６Ｊ 12/00 Ｆ１６Ｊ 12/00 ＢＨ０１Ｊ 37/16 Ｈ０１Ｊ 37/16 37/18 37/18 49/18 49/18 Ｈ０５Ｈ 7/14 Ｈ０５Ｈ 7/14 // Ｇ２１Ｋ 5/04 Ｇ２１Ｋ 5/04 Ｍ (72)発明者品部慎治福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号株式会社安川電機内 (72)発明者坪根嘉房福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号株式会社安川電機内Ｆターム(参考） 2G085 BA16 BD01 BD08 EA01 3J046 BA03 BD10 CA01 DA03 EA02 4K044 AA06 AB08 AB10 BA06 BA10 BB08 BC14 CA04 5C033 KK03 KK04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空側表面に形成された陽極酸化皮膜の微
細孔中に充填された電界放射によって電子を放出する陰
電極と、前記陽極酸化皮膜の表面に被覆され導電性物質
からなる引出し電極とを有するアルミニウム合金製真空
容器と、前記陰電極に通電する陰電極用端子と、前記引
出し電極に通電する引出し電極用端子と、前記両電極に
電圧を印加する電源とからなるアルミニウム合金製真空
装置において、前記引出し電極は、直列または並列に接続された少なく
とも２個の領域を有するグループを少なくとも２つ備
え、前記グループはそれぞれ個別の前記引出し電極用端
子に接続されたことを特徴とするアルミニウム合金製真
空装置。
【請求項２】真空側表面に形成された陽極酸化皮膜の微
細孔中に充填された電界放射によって電子を放出する陰
電極と、前記陽極酸化皮膜の表面に被覆された導電性物
質からなる引出し電極とが形成されているアルミニウム
合金製真空容器において、前記陰電極および前記引出し電極を形成後，封孔処理に
よって形成される前記微細孔内の封孔処理部の内径を
ｂ、前記微細孔の底部付近の内径をａとしたとき、微細
孔内径ａに対する封孔処理部の内径ｂの比が０．０５〜
０．９であることを特徴とするアルミニウム合金製真空
容器。
【請求項３】前記陰電極と陰電極用端子間のバリア層が
１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２
記載のアルミニウム合金製真空容器。