JP4156287B2 - スパッタイオンポンプの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電子顕微鏡や加速器などにおける電子ビームが通る空間を排気するのに用いられ得るスパッタイオンポンプの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
公知のように、スパッタイオンポンプは、真空チャンバ内に配置されたアノード電極とカソード電極を有し、両電極間に高電圧が印加され、磁場の作用で螺旋運動している電子に排気されるべき残留気体分子が衝突してイオン化され、カソード電極をスパッタして、アノード電極表面などに吸着されることにより、排気が行われる。
【0003】
このようなスパッタイオンポンプの公知例として、実公平3−48838号公報に電子顕微鏡用のイオンポンプが開示されており、このイオンポンプにおいては、アノードとして機能するイオン吸着用セルを上下に挟む二つのドーナツ状磁石がヨーク材に取付けられ、これらドーナツ状磁石の漏洩磁束の磁路に磁極片が配置され、中心軸方向の漏洩磁束のほとんどが磁極片を通ることになり漏洩磁束を集中させることができるようにしている。
【0004】
また、特公平7−59943号公報には別の公知のスパッタイオンポンプが開示されており、このスパッタイオンポンプにおいては、円筒状の真空容器内に多数の円筒体を結合して成る環状アノード電極を上下に挟んで二つの環状カソード電極が対向して配置され、これら環状カソード電極及び環状アノード電極に相応した形状の二つの環状の永久磁石が真空容器の外側に真空容器を上下に挟んで設けられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
これらの公知のスパッタイオンポンプにおいては、環状アノード電極を上下に挟んで二つの環状の永久磁石が配置されており、中心軸に平行な相当大きな磁場が存在し、また、中心軸に垂直な径方向の磁場に関しては、二つのドーナツ状永久磁石が同一の大きさ及び同一の特性をもち、しかも完全に同軸に組立てられれば、中心軸上の径方向の磁場はゼロになるが、中心軸から少し(例えば0.5〜1mm)離れると、相当大きな磁場が存在している。しかし、実際には、磁石には特性にばらつきがあるため中心軸上の径方向の磁場はゼロにならず相当大きい。
【0006】
また、実公平3−48838号公報に開示された構造ではヨーク回路が存在するので、ポンプ自体が重くなるという問題がある。 また、磁石が対向配列しているので、漏洩磁場が大きく、ビーム偏向に悪影響するという問題がある。すなわち、漏洩磁場が大きくなると、加速器や電子顕微鏡の中の電子ビームが曲げられ、その結果電子像がぼけたり電子ビームの電流値が減少するなどの問題が生じる。特に特公平7−59943号公報に記載されたようにヨーク部材を使用していない構造では、上記の問題に加えて永久磁場の発生する磁場が周囲の計測器に悪影響を及ぼすことになる。
【0007】
さらに、ポンプの特性上、極高真空を達成するためには、真空容器内に内蔵された各部材の表面積をできるだけ少なくすることが重要であるが、上述のような従来のスパッタイオンポンプにおいては、カソード電極及び真空容器の内壁の表面積が比較的大きくそこから放出されるガスの量が比較的多くなるためポンプの到達圧力が制限されることになる。
【0008】
このような性能上の問題点に加えて、製造上も複雑で面倒な工程が伴い製造コストが高くなるという問題点がある。
【0009】
そこで、本発明は、これら従来技術の問題点を解決して、構造が簡単かつ小型軽量化でき、中心軸付近の磁場を径方向及び軸方向ともゼロにでき、ポンプの到達圧力を高くできるスパッタイオンポンプを低コストで簡単に製作できるスパッタイオンポンプの製造方法を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、両端壁を画定している二枚の端壁部材間に中心軸線に対して同心的かつ平行にのびる筒状側面壁部材を挟持して構成したポンプハウジング内にアノード電極とカソード電極を設け、両電極間に高電圧を印加して電子を磁場の作用で螺旋運動させ、螺旋運動している電子に残留気体分子が衝突してイオン化され、カソード電極をスパッタして、アノード電極表面などに吸着することにより排気するように構成したスパッタイオンポンプの製造方法において、
二枚の端壁部材間に挟持される筒状側面壁部材を凹凸横断面形状となるように形成し、筒状側面壁部材の凹凸横断面形状に合致した凹凸形状の溝をそれぞれの端壁部材の内面にポンプハウジングの中心軸線に対して同心的に設け、一方の端壁部材の内面に設けた溝に筒状側面壁部材の一方の端部を嵌め込み、筒状側面壁部材の内側に画定された各凹部にアノード電極を取付け、筒状側面壁部材の外側に画定された各凹部に永久磁石を取付けた後、筒状側面壁部材の他方の端部を他方の端壁部材の内面に設けた溝に嵌め込み、筒状側面壁部材の両端部とそれぞれの端壁部材の溝との嵌め合部を溶接して構成したことを特徴としている。
【0011】
二枚の端壁部材はステンレス鋼から成り、筒状側面壁部材がチタンから成なり、筒状側面壁部材はカソード電極として形成され得る。この場合、好ましくは、二枚の端壁部材の内面に設けた溝の表面にコーティング材が施され得る。そしてコーティング材としてはニッケルが用いられ得る。
【0012】
代りに、二枚の端壁部材及び筒状側面壁部材はステンレス鋼から成り、この場合に筒状側面壁部材の内面上にはカソード電極を構成するチタン板が取り付けられ得る。
【0013】
好ましくは二枚の端壁部材の内面に設けた溝は平坦な底面及び底面より広い開口をもつように形成され得、そして溝の底面から開口の縁部までの側面は直線状又は段状或いは円弧状に形成され得る。
【0014】
また、本発明の方法においては、二枚の端壁部材の内面に設けた溝に充填物を充填して溝と筒状側面壁部材の端部との間を溶接するようにすることもできる。
【0015】
筒状側面壁部材は板状部材を屈曲させるか、板状部材を押出し成形するか、又は鋳造により形成され得る。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1及び図2には、本発明の製造方法で製造したスパッタイオンポンプの一つの実施の形態を示し、1はポンプハウジングを成す真空チャンバで、各々中央に開口2aを備えた二枚の円形端壁部材2と、これらの円形端壁部材2間に挟持され、凹凸横断面形状となるように形成された筒状側面壁部材3とを有している。筒状側面壁部材3は外側凹部3aと内側凹部3bとが交互に画定されている。二枚の円形端壁部材2には図3に拡大して示すように、筒状側面壁部材3の凹凸横断面形状に合致した凹凸形状の溝2bがそれぞれポンプハウジングの中心軸線に対して同心的に設けられ、各端壁部材2の内面に設けた溝2bには筒状側面壁部材3の対応した端部が嵌め込まれる。
【0017】
筒状側面壁部材3の凹凸横断面形状は例えば板状部材を屈曲させて形成され得る。又は、筒状側面壁部材3の凹凸横断面形状は板状部材を圧延処理することにより形成され得る。代りに、筒状側面壁部材3は鋳造により形成することもできる。
【0018】
各端壁部材2の内面に設けた溝2bの断面形状は、図4、図5、図6、図7及び図8に示すように、平坦な底面及び底面より広い開口をもつように形成される。
図4に示す溝2bの断面形状では、溝の底面から開口の縁部までの側面は直線状を成している。図5及び図6に示す溝2bの断面形状では、段状に形成されている。又図7に示す溝2bの断面形状は、ラッパ型に形成されている。さらに、図8に示す溝2bの断面形状では、円弧状に形成されている。
【0019】
次に図示スパッタイオンポンプの組立方法について説明する。
まず二枚の円形端壁部材2及び凹凸横断面形状の筒状側面壁部材3を用意する。各円形端壁部材2には、筒状側面壁部材3の凹凸横断面形状に合わせて又は予め設計したパターンに合わせて図4〜図8のいずれかに示す断面形状の溝2bを適当な切削手段を用いて形成する。
【0020】
次に、一方の端壁部材2の内面に設けた溝2bに筒状側面壁部材3の一方の端部を嵌め込む。しかる後、筒状側面壁部材3の外側凹部3aに永久磁石4を同一円周上に軸対称に配置する。各永久磁石4は真空チャンバ1の中心軸線方向に垂直な横断面が外方に向って広がったすなわち内周辺4aが外周辺4bより狭い楔型をした柱状体を成し、同一形状、同一特性をもつ。またこれらの永久磁石4は図9に示すように同一磁極方向に向けて配列される。すなわち隣接した永久磁石4のN極とS極が互いに対向するように配列される。
【0021】
また、内側に画定された各内側凹部3bには導電性材料から成る筒状のアノード電極5を図示したように真空チャンバ1の筒状側面壁部材3から離間して同一円周上に、その開口を円周方向を向けて配置する。各アノード電極5は真空チャンバ1の中心軸線方向の投影図が外方に向って広がった楔型をした円筒体を成し、同一形状、同一寸法に構成されている。またこれらのアノード電極5は導電性の支持材6を介して共通の環状部材7に接続する。この環状部材7は高電圧導入端子8に接続される。
【0022】
また、環状に配列したアノード電極5の内側の真空空間には、磁性材料で構成した円筒状磁気シールド8が同心的に配置される。この円筒状磁気シールド8には図2に示すように多数の排気孔8aが設けられる。
【0023】
このようにして各構成部品を内部に組み付けた後、他方の端壁部材2を、それの内面に設けた溝2bが筒状側面壁部材3の他方の端部に嵌まり込むように取付ける。このようして組立てたポンプ組立体は溶接工程において筒状側面壁部材3の両端部とそれぞれの端壁部材2の溝2bとの嵌め合部をそれぞれ溶接され、完成される。
【0024】
溶接工程において、それぞれの端壁部材2と筒状側面壁部材3と気密性を確実にするため、それぞれの端壁部材2の溝2bに充填材を予め充填することができ、その場合の充填材としては好ましくはAgが用いられ得る。
【0025】
また、それぞれの端壁部材2と筒状側面壁部材3とがステンレス鋼とチタンというように異なる材質から成る場合には、それぞれの端壁部材2の溝2bの内表面にコーティング材、例えばニッケルが施される。
【0026】
また、筒状側面壁部材3を端壁部材2と同じステンレス鋼(SUS)で構成することもでき、その場合には、筒状側面壁部材3の各内側凹部3bの壁面に図10に示すようにチタン板9を取付け、カソード電極として機能させるようにする。
このように構成した場合には、高い圧力で連続運転する際に、チタン板9がスパッタされて、チタン板9に穴が開いても真空が破れることがなくなる。
【0027】
ところで、図示実施の形態では、真空チャンバ1の形状は円筒形であるが、代りに、正多角形に構成することもできる。また、真空チャンバ1内に配置される永久磁石及びアノード電極の形状についても、例えばそれぞれ多角形又は円形の柱状体及び多角形の筒状体であってもよい。
【0028】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によるスパッタイオンポンプの製造方法においては、二枚の端壁部材間に挟持される筒状側面壁部材を凹凸横断面形状となるように形成し、筒状側面壁部材の凹凸横断面形状に合致した凹凸形状の溝をそれぞれの端壁部材の内面にポンプハウジングの中心軸線に対して同心的に設け、一方の端壁部材の内面に設けた溝に筒状側面壁部材の一方の端部を嵌め込み、筒状側面壁部材の内側に画定された各凹部にアノード電極を取付け、筒状側面壁部材の外側に画定された各凹部に永久磁石を取付けた後、筒状側面壁部材の他方の端部を他方の端壁部材の内面に設けた溝に嵌め込み、筒状側面壁部材の両端部とそれぞれの端壁部材の溝との嵌め込み部を溶接して構成しているので、構造が簡単で小型軽量化(重量は従来の約半分)できるスパッタイオンポンプを低コストで簡単かつ作業効率よく製造することができるようになる。
その結果、本発明の方法によれば、加速器や電子顕微鏡に使用した場合に、加速器や電子顕微鏡の中の電子ビームは漏洩磁場の影響を受けず、電子像がぼけたり電子ビームの電流値が減少するなどの問題が生ぜず、しかも真空チャンバ内に内蔵された各部材の表面積を従来技術の構造に比べて少なくでき、放出されるガスの量を比較的少なく抑えることができ、それにより到達圧力を向上させることができるスパッタイオンポンプが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による製造方法で製造されたスパッタイオンポンプの一実施の形態を示す概略横断面図。
【図2】図1の矢印A−Aに沿ったスパッタイオンポンプの概略線縦断面図。
【図3】図1に示すスパッタイオンポンプにおけるポンプハウジングの端壁部材の一部を示す概略拡大平面図。
【図4】図1に示すスパッタイオンポンプにおけるポンプハウジングの筒状側面壁部材の端部を受ける端壁部材の溝の一例を示す概略拡大断面図。
【図5】図1に示すスパッタイオンポンプにおけるポンプハウジングの筒状側面壁部材の端部を受ける端壁部材の溝の別の例を示す概略拡大断面図。
【図6】図1に示すスパッタイオンポンプにおけるポンプハウジングの筒状側面壁部材の端部を受ける端壁部材の溝の別の例を示す概略拡大断面図。
【図7】図1に示すスパッタイオンポンプにおけるポンプハウジングの筒状側面壁部材の端部を受ける端壁部材の溝の別の例を示す概略拡大断面図。
【図8】図1に示すスパッタイオンポンプにおけるポンプハウジングの筒状側面壁部材の端部を受ける端壁部材の溝の別の例を示す概略拡大断面図。
【図9】図1に示すスパッタイオンポンプにおける永久磁石の配列を示す概略斜視図。
【図10】図1に示すスパッタイオンポンプにおけるカソード電極の変形例を示す概略部分断面図。
【符号の説明】
1 :真空チャンバ(ポンプハウジング)
2 :端壁部材
2a:端壁部材2の中央開口
2b:端壁部材2の溝
3 :筒状側面壁部材
3a:筒状側面壁部材3の外側凹部
3b:筒状側面壁部材3の内側凹部
4 :永久磁石
5 :アノード電極
6 :導電性の支持材
7 :環状部材
8 :円筒状磁気シールド
8a:排気孔
Claims (13)
- 両端壁を画定している二枚の端壁部材間に中心軸線に対して同心的かつ平行にのびる筒状側面壁部材を挟持して構成したポンプハウジング内にアノード電極とカソード電極を設け、両電極間に高電圧を印加して電子を磁場の作用で螺旋運動させ、螺旋運動している電子に残留気体分子が衝突してイオン化され、カソード電極をスパッタして、アノード電極表面などに吸着することにより排気するように構成したスパッタイオンポンプの製造方法において、
二枚の端壁部材間に挟持される筒状側面壁部材を凹凸横断面形状となるように形成し、筒状側面壁部材の凹凸横断面形状に合致した凹凸形状の溝をそれぞれの端壁部材の内面にポンプハウジングの中心軸線に対して同心的に設け、一方の端壁部材の内面に設けた溝に筒状側面壁部材の一方の端部を嵌め込み、筒状側面壁部材の内側に画定された各凹部にアノード電極を取付け、筒状側面壁部材の外側に画定された各凹部に永久磁石を取付けた後、筒状側面壁部材の他方の端部を他方の端壁部材の内面に設けた溝に嵌め込み、筒状側面壁部材の両端部とそれぞれの端壁部材の溝との嵌め込み部を溶接して構成したことを特徴とするスパッタイオンポンプの製造方法。 - 二枚の端壁部材がステンレス鋼から成り、筒状側面壁部材がチタンから成るなり、筒状側面壁部材をカソード電極として形成したことを特徴とする請求項1に記載のスパッタイオンポンプの製造方法。
- 二枚の端壁部材の内面に設けた溝の表面にコーティング材が施されることを特徴とする請求項2に記載のスパッタイオンポンプの製造方法。
- コーティング材がニッケルから成ることを特徴とする請求項3に記載のスパッタイオンポンプの製造方法。
- 二枚の端壁部材及び筒状側面壁部材がステンレス鋼から成り、筒状側面壁部材の内面上にカソード電極を構成するチタン板が取り付けられることを特徴とする請求項1に記載のスパッタイオンポンプの製造方法。
- 二枚の端壁部材の内面に設けた溝が平坦な底面及び底面より広い開口をもつように形成されることを特徴とする請求項1に記載のスパッタイオンポンプの製造方法。
- 二枚の端壁部材の内面に設けた溝の底面から開口の縁部までの側面が直線状に形成されることを特徴とする請求項6に記載のスパッタイオンポンプの製造方法。
- 二枚の端壁部材の内面に設けた溝の底面から開口の縁部までの側面が段状に形成されることを特徴とする請求項6に記載のスパッタイオンポンプの製造方法。
- 二枚の端壁部材の内面に設けた溝の底面から開口の縁部までの側面が円弧状に形成されることを特徴とする請求項6に記載のスパッタイオンポンプの製造方法。
- 二枚の端壁部材の内面に設けた溝に充填物を充填して溝と筒状側面壁部材の端部との間を溶接することを特徴とする請求項1に記載のスパッタイオンポンプの製造方法。
- 筒状側面壁部材が板状部材を屈曲させて形成されることを特徴とする請求項1に記載のスパッタイオンポンプの製造方法。
- 筒状側面壁部材が板状部材を押出し成形して形成されることを特徴とする請求項1に記載のスパッタイオンポンプの製造方法。
- 筒状側面壁部材が鋳造により形成されることを特徴とする請求項1に記載のスパッタイオンポンプの製造方法。
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