JP5023716B2 - 蒸発型ゲッター材、ゲッターポンプ、減圧構造、反応装置、発電装置及び電子機器 - Google Patents
蒸発型ゲッター材、ゲッターポンプ、減圧構造、反応装置、発電装置及び電子機器 Download PDFInfo
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Description
図1は、ゲッターポンプ1の断面図である。このゲッターポンプ1は、内部に密閉空間を持つ密閉体内に収容され、ゲッターポンプ1によって密閉体の真空度が向上したり、保たれたりする。その密閉体と、ゲッターポンプ1を備えたものが減圧構造であり、その減圧構造の具体的な構成については後述し、まずゲッターポンプ1の構成について説明する。ここで、減圧とは大気圧よりも低い状態という意味で使うが、主として、実質的には大気圧より十分低いいわゆる真空(数十10Pa以下)を指している。
ゲッターポンプ1が収容された密閉体の内部空間は減圧されており、密閉体の内側が真空(亜真空を含む意である。)に保たれている。例えば、密閉体の内側が数十Pa程度の真空度であり、ゲッターポンプ1の温度が数十℃程度とすると、蒸気圧は10-9Torr未満と十分に低く(図3参照)、ゲッター膜10の蒸発は殆ど発生しない。そして、制御部が温度センサ兼ヒータ8の測定温度をフィードバックにより監視しながら、温度センサ兼ヒータ8の供給電力を上げて温度センサ兼ヒータ8を450℃程度まで昇温させる。すると、ゲッター膜10がサマリウム単体であるので、ゲッター膜10の蒸気圧が10-3Torr程度となり、活発な蒸発がゲッター膜10に発生する。そして、制御部が温度センサ兼ヒータ8の測定温度をフィードバックしながら温度センサ兼ヒータ8の温度を450℃程度に保ち、所定時時間経過後、温度センサ兼ヒータ8の供給電力を下げて温度センサ兼ヒータ8を降温させる。温度センサ兼ヒータ8の温度が450℃程度を保つ時間が短くて、蒸発時間が短時間であると、カバー12の温度は450℃程度よりも十分に低い。そのため、ゲッター膜10から蒸散したサマリウム単体がカバー12や密閉体に蒸着し、サマリウム単体の薄膜がカバー12や密閉体に成膜される。カバー12や密閉体に成膜された膜は比較的純度の高い表面を持つので、密閉体内の残留ガスがゲッター効果によってその蒸着膜に吸着する。そのため、密閉体内の真空度を向上させたり、保ったりすることができる。
図3は、ゲッターポンプ1Aの断面図である。このゲッターポンプ1Aにおいては、基材2Aが絶縁性のガラス基板である。基材2Aが絶縁性であるので、図1に示したゲッターポンプ1とは異なり、基材2Aの表面に絶縁膜が形成されておらず、温度センサ兼ヒータ8及び層間絶縁膜9が基材2Aの表面に直接形成されている。また、図3に示したゲッターポンプ1Aではカバーが設けられていないが、図1に示したゲッターポンプ1と同様に、カバー12が設けられていても良い。
図4は、ゲッターポンプ1Bの断面図である。このゲッターポンプ1Bにおいては、基材2Bが金属基板であり、具体的には基材2Bがクロム及び鉄を含むニッケル系合金(例えば、INCONEL(R))又はニッケルからなる。この基材2Bの表面に絶縁膜3Bが成膜されており、この絶縁膜3Bは熱酸化法によって形成されたものでも良いし、スパッタや蒸着といった気相成長法によって形成されたものでも良い。温度センサ兼ヒータ8及び層間絶縁膜9は絶縁膜3Bに形成されている。また、図4に示したゲッターポンプ1Bではカバーが設けられていないが、図1に示したゲッターポンプ1と同様に、カバー12が設けられていても良い。
ゲッターポンプ1を用いた断熱真空構造(断熱減圧構造)及び反応装置について説明する。
図5は、断熱減圧構造である断熱真空構造50を破断した状態で断熱真空構造50及び反応装置80を示した図面(断面図)である。断熱真空構造50は、密閉体としての断熱パッケージ51と、断熱パッケージ51に収容されたゲッターポンプ1と、断熱パッケージ51の内壁面に成膜された反射膜52とを具備する。反応装置80は、この断熱真空構造50と、断熱パッケージ51内に収容された高温反応部81と、断熱パッケージ51内に収容され、前記高温反応部よりも低温で動作する低温反応部82と、高温反応部81と低温反応部82とに連結された複数の配管83と、低温反応部82に連結されるとともに断熱パッケージ51を貫通して断熱パッケージ51の外に延出した複数の配管84とを備える。
図6は、断熱減圧構造である断熱真空構造50Dを破断した状態で断熱真空構造50D及び反応装置80Dを示した図面(断面図)である。図5に示した断熱真空構造50及び反応装置80ではゲッターポンプ1が断熱パッケージ51の内壁面に搭載されていたのに対し、図6に示した断熱真空構造50D及び反応装置80Dではゲッターポンプ1Bが低温反応部82の表面に搭載されている。ここで、低温反応部82がゲッターポンプ1Bの基材2Bを兼ねており、絶縁膜3Bが低温反応部82の表面に成膜され、その絶縁膜3B上に温度センサ兼ヒータ8がパターニングされ、温度センサ兼ヒータ8及び絶縁膜3Bが層間絶縁膜9によって被覆され、層間絶縁膜9上にゲッター膜10が成膜されている。なお、低温反応部82が基材2Bを兼ねているが、低温反応部82の表面に基材2Bが接合されるようにして、ゲッターポンプ1Bが低温反応部82の表面に搭載されても良い。
図7は、上述の断熱真空構造50及び反応装置80を用いた発電装置90のブロック図である。この発電装置90は、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、PDA(Personal Digital Assistant)、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機、その他の電子機器に備え付けられたものであり、電子機器本体を動作させるための電源として用いられる。
CH3OH+H2O→3H2+CO2・・・(1)
H2+CO2→H2O+CO・・・(2)
2CO+O2→2CO2・・・(3)
H2→2H++2e- …(4)
2H++1/2O2+2e-→H2O …(5)
この発電装置90においては、制御部97はゲッターポンプ1の制御部も兼ねている。制御部は温度センサ兼ヒータ8の測定温度をフィードバックにより監視しながら温度センサ兼ヒータ8に供給する電力を制御することによって、温度センサ兼ヒータ8の温度を制御する。
なお、図7では、燃料としてメタノールを使用する場合について反応物や生成物を示している。また、反応装置80に代えて反応装置80Dを発電装置90に適用しても良い。
なお、上記実施形態では、サマリウム単体の場合について述べたが、にイットリウムを10%以下含むサマリウムの場合においても、蒸気圧が若干低下するが、チタンに比較し十分低温でも蒸発してガスを吸着し得るゲッター効果を得ることができる。
また、上記実施形態では、ゲッター材が膜状の場合について述べたが、バルク状であっても加熱に時間がかかる、温度コントロールが難しいといった点はあるが、同様にゲッター効果を得ることができる。
この装置条件でサマリウムを200nm程度スパッタした場合、同一時間で、大気圧から2×10−4Paまで引くことが可能となった。
これは密閉体にも一部サマリウムがスパッタされ、そのゲッター効果により真空度が上げられたことを示している。
8 温度センサ兼ヒータ
9 層間絶縁膜
10 ゲッター膜
50、50D 断熱真空構造(断熱減圧構造)
51 断熱パッケージ(密閉体)
80、80D 反応装置
81 高温反応部
82 低温反応部
90 発電装置
96 電子機器本体
97 制御部
Claims (17)
- 構成物質がサマリウムを含むことを特徴とする蒸発型ゲッター材。
- 前記蒸発型ゲッター材が膜状に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の蒸発型ゲッター材。
- 蒸発型ゲッター材を有したゲッターポンプであって、
前記蒸発型ゲッター材がサマリウムを含むことを特徴とするゲッターポンプ。 - 前記蒸発型ゲッター材が膜状に設けられていることを特徴とする請求項3に記載のゲッターポンプ。
- 電熱により発熱するヒータを更に備え、
前記蒸発型ゲッター材が前記ヒータに搭載されて前記ヒータにより加熱されることを特徴とする請求項3又は4に記載のゲッターポンプ。 - 前記ヒータが温度センサとしても機能することを特徴とする請求項5に記載のゲッターポンプ。
- 密閉された空間を内部に形成した密閉体と、
前記密閉体内に収容された蒸発型ゲッター材と、を備え、
前記蒸発型ゲッター材がサマリウムを含むことを特徴とする減圧構造。 - 前記蒸発型ゲッター材が膜状に設けられていることを特徴とする請求項7に記載の減圧構造。
- 前記密閉体内に収容され、電熱により発熱するヒータを更に備え、
前記蒸発型ゲッター材が前記ヒータに搭載されて前記ヒータにより加熱されることを特徴とする請求項7又は8に記載の減圧構造。 - 前記ヒータが温度センサとしても機能することを特徴とする請求項9に記載の減圧構造。
- 密閉された空間を内部に形成した密閉体と、
前記密閉体内に収容された蒸発型ゲッター材と、
前記密閉体内に収容された高温反応部と、
前記密閉体内に収容され、前記高温反応部よりも低温で動作する低温反応部と、を備え、
前記蒸発型ゲッター材がサマリウムを含むことを特徴とする反応装置。 - 前記蒸発型ゲッター材が膜状に設けられていることを特徴とする請求項11に記載の反応装置。
- 前記低温反応部の外表面に搭載されて前記密閉体内に収容され、電熱により発熱するヒータを更に備え、
前記蒸発型ゲッター材が前記ヒータに搭載されて前記ヒータにより加熱されることを特徴とする請求項11又は12に記載の反応装置。 - 前記密閉体の内壁面に搭載されて前記密閉体内に収容され、電熱により発熱するヒータを更に備え、
前記蒸発型ゲッター材が前記ヒータに搭載されて前記ヒータにより加熱されることを特徴とする請求項11又は12に記載の反応装置。 - 前記ヒータが温度センサとしても機能することを特徴とする請求項13又は14に記載の反応装置。
- 請求項10〜15の何れか一項に記載の反応装置と、
前記反応装置により生成される生成ガスから電気化学反応により電力を取り出す発電セルと、を備えることを特徴とする発電装置。 - 請求項16に記載の発電装置と、
前記発電装置によって発電された電気により動作する電子機器本体と、を備えることを特徴とする電子機器。
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