JP2015531457A - ゲッターポンプ - Google Patents

Abstract

回転軸（２４）を備えた回転体の形状を有する筐体（２１，２１?）と、ゲッターポンプ筐体（２１，２１?）内に搭載された複数のゲッターカートリッジ（２２，２３）であって、各カートリッジはリニア中心サポート（２２１，２３１）と、リニア中心サポート（２２１，２３１）に搭載された、離間されたゲッター要素と、を具備した複数のゲッターカートリッジと、を具備したゲッターポンプであって、リニア中心サポート（２２１，２３１）を含み且つ回転軸（２４）に平行な面が、ゲッターカートリッジ配向平面を形成し、回転軸（２４）に直交し且つリニア中心サポート（２２１，２３１）の中点と交差した面が、ゲッターカートリッジ配置平面（２２２，２３２）を形成し、配置平面（２２２，２３２）とリニア中心サポート（２２１，２３１）とによって形成された角度（α，α?）は３０?以下であるゲッターポンプ。

Description

本発明は、複数のゲッターカートリッジを具備した、改良されたゲッターポンプに関する。

単独で、または他のタイプのポンプと組み合わせて使用されるゲッターポンプは広く使用されており、本願出願人名義の国際出願である特許文献１、特許文献２、および特許文献３のように、様々な文献に記載されている。

ゲッターポンプの、他のタイプの真空ポンプとの組み合わせは、表面科学システムおよび真空下における解析作業のような特定の応用において目立った利点を提供し、ゲッターポンプの単独使用は、そのような組み合わせの使用が可能でない制約がある場合、特にＨ_２、ＣＯ、ＣＯ_２のような活性ガスが主ガス源であり且つ希ガスのポンピングが課題でない場合に好適である。

中心サポートに組み付けられた複数のゲッター材料のディスクを使用した、特別なタイプのゲッターポンプは、特許文献４および特許文献５に開示されており、いずれも本願出願人の名義である。一方で、そのような複数の要素を含んだポンプは、本願出願人の名義である特許文献６に開示されており、その文献の教示および内容は、参照によってここに統合されている。

特許文献６は、いくつかの出願に関して、高い気体吸収能力よりもむしろ高い気体吸収速度を有することが重要且つ不可欠であると認識されており、典型的な例は粒子加速器の場合であり、粒子加速器には加速器の異なったセクションに搭載された複数の真空ポンプが存在し、全長を通じて正確な真空レベルを提供している。

国際公開第９８／０５８１７３号パンフレット 国際公開第２０１０／１０５９４４パンフレット 国際公開第２００９／１１８３９８パンフレット 欧州特許出願公開第０ ７４２ ３７０号明細書 欧州特許出願公開第０ ７５３ ６６３号明細書 米国特許第６，１４９，３９２号明細書

本発明は、改良されたゲッターポンプを提供するものである。

発明者は、この問題をさらに調査し、ポンピング速度のさらなる改良が可能な代替の且つ異なった構造を見出した。その第１の態様において、本発明は回転体の形状を有する筐体と、ゲッターポンプ筐体内に搭載された複数のゲッターカートリッジであって、各カートリッジはリニア中心サポートと、リニア中心サポートに搭載された、離間されたゲッター要素と、を具備した複数のゲッターカートリッジと、を具備したゲッターポンプから成る。リニア中心サポートを含み且つ回転体の軸に平行な面が、ゲッターカートリッジ「配向平面」を形成し、筐体の軸に直交し且つリニア中心サポートの中点と交差した面が、ゲッターカートリッジ「配置平面」を形成し、ポンプは、配置平面とリニア中心サポートとによって形成された角度が３０°以下、好適に１０°以下であるとの特徴を備えている。

用語「回転体」は、平面領域を「回転軸」としても定義された、同一平面内にある所与の軸の周りに回転させることによって得られたすべての立体図形を含むことが意図されている。その共通の且つ本発明のための最も有用な実施形態においては、回転体は円筒形であり、一方で他の有用な形状は円錐もしくは円錐台、またはその組み合わせである。さらに、本発明の目的に関して、回転体が理想の形状であり、且つポンプ筐体がむしろ実在の対象であることを考慮すると、理想の幾何的回転形状からのわずかな逸脱は、その広さ且つ範囲内にある。

最も好適な実施形態において、回転体が円筒形であることの観点から、以下の実施例の説明における特別な参照は、ゲッターポンプの筐体のためのそのような形状に合わせて形成されているが、これはゲッターポンプの外部筐体のための適切な幾何形状として、回転体のより広い概念の非限定的な実施形態とのみ見なされる。

本発明は、以下の図の補助とともにさらに記載されている。

先行技術によるゲッターカートリッジを概略的に示した図であり、ここでは本発明によるゲッターポンプ内の構成要素として使用されている。 本発明によるゲッターカートリッジの変形を概略的に示した図である。 本発明によるゲッターポンプの実施形態の断面を示した図である。 本発明によるゲッターポンプの実施形態を示した上面図である。 図３の実施形態の変形を示した上面図である。

図において、要素の寸法および寸法比は、ある場合には正確でなく、例えば、図１において、離間されたディスク形状のゲッター要素の直径は、中心シャフトの直径に対して変化されており、これは図の理解を改善するためである。

本発明によるゲッターポンプは、１つが図１に概略的に示されたような複数のゲッターカートリッジの存在を想定しており、各ゲッターカートリッジ１０はサポートとして作用する中心シャフト１１、および離間された複数のゲッター要素１２、１２´、・・・、１２^ｎを備え、一般的におよび最も好適にはゲッター要素はディスク形状を有する。図１においては、ゲッターディスクを中心シャフトに固定する要素は示されておらず、これは、それらの要素が本発明の理解のために必要ではなく、且つ当業者に公知だからである。

図１Ａに示されたように、本発明によるゲッターポンプに使用されることに適した代替のゲッターカートリッジ１００は、均一に離間されたのではなく、先端またはディスク積層体内にいくらかのギャップ／空洞が存在し得るゲッターディスクを備えることが可能である。それらの空間は、カートリッジ自身または例えば電力供給ケーブルもしくはフィードスルーのような他の要素によって与えられることを考慮される障害が存在する場合に、有用である。したがって、基本的に等間隔に離間された複数のゲッター要素を備えたゲッターカートリッジはまさに好適であり、本発明によるポンプに使用される適切なゲッターカートリッジの非限定的な例である。

ゲッターカートリッジの特徴および性質は、より詳細には記載されておらず、それは、この知識が当業者の所有するところであり、ともかく、いくらかの詳細および情報は、すでに述べた特許文献４および特許文献５に記載されているためである。本発明においては、特許文献４、特許文献５および特許文献６の図１に示されたような、ゲッター要素を直線状にするサポートとして作用するシャフト１１を必要としており、一方で特許文献１に示されたもののような構造は適切ではない。リニアシャフト／サポートのために最も有用な形状は、円筒形である。

本発明は特定のゲッター材料に限定されるものではなく、気体を吸収し且つ熱処理を利用して再活性されることが可能な任意の適切な材料が、本発明の範囲および目的のためにゲッター材料の形成に採用され且つ収まり得ることも注目すべきである。そのような材料の知識および性質は、当業者には利用可能であり、例えば前述の特許文献４に記載されたように、多様な情報源から容易に検索され得る。特に有利なものは、チタン、ジルコニウム、またはイットリウムの１つ以上を少なくとも３０％含んだゲッター材料または合金である。

本発明は、複数のゲッターカートリッジを使用したゲッターポンプの速度をさらに改善しようとしており、特許文献６に記載されたものに対して改善された特別な構造を見出した。

特に、図２は本発明によるゲッターポンプの一部の長手方向断面を示している。ゲッターポンプ部２０は、２つの側壁２１および２１´によって形成された円筒筐体を備え、その幾何形状は回転軸２４によってさらに画定されている。筐体内には２つのゲッターカートリッジ２２および２３が収容されており、各々が回転軸２４に直交し且つカートリッジサポート２２１および２３１の中点と交差した独自の配置平面２２２および２３２を有する。各配置平面と各ゲッターカートリッジリニアサポート２２１および２３１とによって形成された角度は、個々にαおよびα´によって示されている。本発明によるゲッターポンプに関して、それらの角度は３０°よりも小さく、好適に１０°よりも小さいことが必要である。

図２に示されたゲッターポンプは、２つの異なった配置平面を備えた、すなわちそれらの距離が１．５ｃｍよりも大きい配置平面を備えた２つのゲッターカートリッジを備え、配置平面が互いに平行に形成されているとの理由のために、配置平面の距離は容易に決定され得る。

配置平面が１．５ｃｍよりも小さい距離を有するゲッターカートリッジは、ゲッターカートリッジが原則的に同一平面内にあると考えられ、その平面はゲッター「サブアセンブリ平面」として定義され、原則的に同一平面内にあるゲッターカートリッジの最低配置平面（すなわち流れ方向に対して上流の平面）と一致している。

図２においては、ゲッターカートリッジを筐体に接続した手段は示されておらず、これは、それらが従来通りであり、例えばはんだ付けのように当業者に広く知られているためである。この点に関して、リニア中心サポートのターミナル部は、場合によっては容易に曲げられて筐体に固定されてもよく、そのために中心サポートは少なくともゲッターディスクを保持した部位において直線状でなければならないことが、強調されるように重要である。

本発明によるゲッターポンプ構造において使用されることに適切なゲッターカートリッジに関して、それらは直線状の中心サポートを備え、その長さは４〜３０ｃｍの間に含まれ、ディスク保持部において１ｃｍあたり２〜７枚のゲッターディスクを保持する。

さらに、電力供給および制御要素のような、ゲッターポンプ外部の追加要素は、それらが従来通りであるので、図示されていない。それらの目的は、一般的に電流をゲッターカートリッジのリニア中心サポートに供給して、ゲッターディスクがサポートを加熱することによって再活性させることである。加熱に関して、熱はゲッターポンプの筐体を加熱する外部熱源によって代替的に供給されてもよく、そのような熱源は場合によってはゲッターポンプが設置されるシステム内に既に存在している。なぜならば、そのようなシステムは焼結システムの存在を頻繁に想定しており、ある場合にはゲッターポンプの暖めおよび作動にも有利に使用され得るためである。

筐体に関して、筐体は好適に円筒形であり、２つの好適な実施形態がある。第１実施形態においては、筐体は、通常は側壁と同様の材料から形成された金属ベースによって一端において閉鎖され、且つ標準真空フランジによって他端において閉鎖されている。

第２の好適な実施形態においては、筐体は側壁によってのみ形成されており、この構造においては、ゲッターポンプは開放端筐体を備え、気体分子はゲッターポンプを横切って移動可能である。この構造は、ポンプが追加の要素とするよりもむしろ、例えば本発明によるゲッターポンプと置換され得る粒子加速器の壁セクションである場合に、例えば同軸にシステム内に直接統合された場合に有用であり、そのゲッターポンプは第２の好適な実施形態により形成された筐体を備えている。このゲッターポンプの構造は、高い収着速度、ならびに筐体を通じて移動する任意の粒子または電子ビームと干渉することの無い粒子加速器の主セクション内の能力を分布させることを可能にしている。

本発明によるゲッターポンプは独立ポンプとして最も適切に使用されるが、それらは他のタイプのポンプと連結されたポンプシステムにおいて使用されることも可能であり、他のタイプのポンプは、例えばターボ分子ポンプ、スパッタイオンポンプ（ＳＩＰ）、低温ポンプ、またはたのＮＥＧ（非蒸発性ゲッター）ポンプである。

同一のゲッターサブアセンブリ平面内のゲッターカートリッジを備えたゲッターポンプの上面図は、図３に示されている。ゲッターポンプ３０は、円筒筐体３１および三角形に配置された同一のゲッターサブアセンブリ平面内のゲッターカートリッジ３２、３３、３４を備えている。カートリッジ３２および３３に関するゲッターカートリッジ配向平面は、角度βを形成し、カートリッジ３２および３４に関しては、角度β´を形成し、カートリッジ３３および３４に関しては、角度β´´を形成している。図３に示された実施形態では、およそβ＝β´＝β´´＝６０°である。

三角形は等辺でなくてもよいので、図３は代表しているのみであることに注目される。このことは、同一のゲッターサブアセンブリ平面内にあるゲッターカートリッジサイズおよび数にもあてはまり、例えばそれらの長さは異なっていてもよく、ゲッターカートリッジ配向平面のすべての生じ得る交点によって形成された頂点とともに、異なった幾何形状の多角形を形成してもよい。そのような多角形は、同一のサブアセンブリ平面内にあるゲッターカートリッジに関する配向平面によって形成されたすべての角度が１３０°よりも小さく、より好適には９０°以下である好適な状態を満足している。

図３に示された実施形態の興味深い変形は、図３Ａに示されており、図３Ａは、２つのカートリッジ３３０、３４０とともに形成されたゲッターポンプ３００の上面図を示しており、そのポンプでは、ゲッターディスクは存在しておらず（それらは図１Ａにおいて示されている。）、ディスクが原則的に均等／均一に離間された１つの標準ゲッターカートリッジ３２０を示している。

同一数のカートリッジを使用するシステムと比較すると、このことは標準カートリッジに対して能力および速度を減少させる結果となるだろう。しかしながら、ゲッターカートリッジの配置に関してより柔軟性があるとの利点が存在し、筐体または幾何形状の制約を考慮することが可能であり、したがって、ポンプ内により多数のカートリッジを配置することが可能となり、その結果、最終的にはポンプの技術的特徴を全体的に改善することになる。

本発明によるゲッターポンプにおいては、複数のゲッターサブアセンブリ平面内に複数のカートリッジを備えることは、特に有用である。ゲッターサブアセンブリ平面の数はゲッターポンプ筐体の長さによって決定され、そのような数は好適に１ｍあたり４０〜８０の間に含まれ、したがって、長さが１ｍよりも小さい筐体に関して縮小する。

各サブアセンブリ平面は、異なった構造に従って配置された、異なった数のゲッターカートリッジを備えていてもよい。この場合、異なったゲッターサブアセンブリ平面内の隣接した多角形の頂点は、回転軸に対して平行に整列されていないが、むしろ異なったサブアセンブリ平面内にある隣接した多角形の頂点を接続した線は、（互いに平行な）サブアセンブリ平面自身とともに８０°以下、好適に６０°よりも小さい角度を形成している。

本発明は、以下の非限定的な実施例の補助とともに、さらに記載される。

実施例１
一式のゲッターカートリッジが準備され、各カートリッジは１．３ｍｍの間隔で３９枚のディスクを具備している。ディスクに使用されたゲッター材料は、Ｚｒ（８２重量％）−Ｖ（１４．８重量％）−Ｆｅ（３．２重量％）の合金であり、商品面「Ｓｔ１７２」として出願人によって販売されている。ディスクは厚さ１ｍｍであり、直径２５．４ｍｍである。カートリッジのターミナル部において、２４．８ｍｍのゲッター要素の自由度が存在し、それによってリニアサポートの全長は１４０ｍｍである。

本発明によるポンプのポンピング速度の評価が行われ、そのポンプは高さ１４０ｍｍおよび直径１６０ｍｍの円筒筐体から成り、筐体はベースによって一端が閉鎖され、真空フランジによって反対端が閉じられている。６つのカートリッジが２つの明確に異なったサブアセンブリ平面内に配置され、それらの平面の間の距離は３ｃｍであり、同一のサブアセンブリ平面内のカートリッジに関するゲッターカートリッジ配向平面は、正三角形を形成し、一方で異なったゲッターサブアセンブリ平面内にある隣接した多角形の頂点を接続した線によって形成された角度は、約２３°である。評価の結果は、２５００リットル／ｓよりも高いポンピング速度を提供した。

実施例２
実施例１と同じセットからの他のゲッターカートリッジは、先行技術によるゲッターポンプのポンピング速度を評価するために使用される。閉鎖されたゲッターポンプ筐体は、実施例１の筐体と同一の直径および高さを有するが、配置平面とリニア中心サポートとによって形成された角度は９０°であるように、すなわちリニアサポートが筐体の壁に平行であり、カートリッジが筐体の周の周りに且つ互いの間で均等に離間されて配置されるように搭載されたカートリッジを備えている。この場合、評価の結果は、２２００リットル／ｓよりも低いポンピング速度を提供した。

１０、２２、２３、３２、３３、３４、１００ ・・・ゲッターカートリッジ
１１ ・・・中心シャフト
１２、１２´、・・・、１２ｎ ・・・ゲッター要素
２０ ・・・ゲッターポンプ部
２１、２１´ ・・・側壁
２４ ・・・回転軸
３０、３００ ・・・ゲッターポンプ
３１ ・・・
２２１、２３１ ・・・カートリッジサポート
２２２、２３２ ・・・配置平面

Claims (14)

1. 回転軸（２４）を備えた回転体の形状を有する筐体（２１，２１´；３１）と、該ゲッターポンプ筐体（２１，２１´；３１）内に搭載された複数のゲッターカートリッジ（１０；２２，２３；３２，３３，３４；３２０，３３０，３４０）であって、各カートリッジはリニア中心サポート（１１；２２１，２３１）と、該リニア中心サポート（１１；２２１，２３１）に搭載された、離間されたゲッター要素（１２，１２´，・・・，１２^ｎ）と、を具備した複数のゲッターカートリッジと、を具備したゲッターポンプであって、
   リニア中心サポート（１１；２２１，２３１）を含み且つ前記回転軸（２４）に平行な面が、ゲッターカートリッジ配向平面を形成し、前記回転軸（２４）に直交し且つ前記リニア中心サポート（１１；２２１，２３１）の中点と交差した面が、ゲッターカートリッジ配置平面（２２２，２３２）を形成したゲッターポンプにおいて、
   前記配置平面（２２２，２３２）と前記リニア中心サポート（１１；２２１，２３１）とによって形成された角度（α，α´）は３０°以下、好適に１０°以下であることを特徴とするゲッターポンプ。
2. 前記回転体は、円筒、円錐、円錐台のグループから選択されていることを特徴とする請求項１に記載のゲッターポンプ。
3. 前記離間されたゲッター要素（１２，１２´，・・・，１２^ｎ）は、チタン、ジルコニウム、イットリウムの１つ以上を少なくとも３０％含んだ金属または合金から形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のゲッターポンプ。
4. 前記リニア中心サポート（１１；２２１，２３１）は、４ｃｍ〜３０ｃｍの間に含まれた長さを有し、好適に１ｃｍあたり２〜７個の前記ゲッター要素（１２，１２´，・・・，１２^ｎ）を担持していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のゲッターポンプ。
5. 前記筐体（３１）は、ベースによって一端において閉鎖され、真空フランジによって反対端において閉鎖されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のゲッターポンプ。
6. 前記筐体（２１，２１´；３１）は開放端であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のゲッターポンプ。
7. 少なくとも２つのゲッターカートリッジの前記配置平面は、１．５ｃｍよりも小さい距離を有し、それによって前記２つのゲッターカートリッジは基本的に同一の配置平面内にあり、ゲッターサブアセンブリ平面として形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のゲッターポンプ。
8. 同一のゲッターサブアセンブリ平面内にあるゲッターカートリッジに関する配向平面によって形成された多面体の頂点における角度（β，β´，β´´）は、１３０°以下であり、好適に９０°以下であることを特徴とする請求項７に記載のゲッターポンプ。
9. 同一のゲッターサブアセンブリ平面は、三角形構造に配置された３つのゲッターカートリッジ（３２，３３，３４）を含んでいることを特徴とする請求項８に記載のゲッターポンプ。
10. 同一のゲッターサブアセンブリ平面は、正方形構造に配置された４つのゲッターカートリッジを含んでいることを特徴とする請求項８に記載のゲッターポンプ。
11. 異なったゲッターサブアセンブリ平面内にある隣接した多角形の頂点を接続した線は、前記ゲッターサブアセンブリ平面自身とともに８０°以下、好適に６０°よりも小さい角度を形成していることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載のゲッターポンプ。
12. 前記ゲッターサブアセンブリ平面の数は、前記ポンプ筐体（３１）の長さの１ｍあたり４０〜８０の間に含まれていることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一項に記載のゲッターポンプ。
13. 異なったタイプの真空ポンプを具備したポンプシステムにおける、請求項１に記載のゲッターポンプの使用。
14. 前記真空ポンプは、スパッタイオンポンプ、ターボ分子ポンプ、低温ポンプ、ＮＥＧポンプのグループから選択された真空ポンプを具備していることと特徴とする、請求項１３に記載のポンプシステムにおける請求項１に記載のゲッターポンプの使用。

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