JP6317471B2 - ゲッターポンプ - Google Patents

Description

本発明は、複数のゲッターポンプを備える改善されたゲッターポンプに関する。

単独で又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、幅広く使用され、高く評価されており、同一出願人の国際出願番号９８５８１７３号、国際公開第２０１０／１０５９４４号、及び国際公開第２００９／１１８３９８号等の種々の文献に記載されている。

他のタイプの真空ポンプとゲッターポンプの組合せが、表面科学システム及び真空中で動作する分析装置等の特定の用途において明白な利点をもたらすけれども、独立型のゲッターポンプの使用は、このような組み合わされた用途を可能にしないという制約があるときに好ましく、特に、Ｈ_２、ＣＯ、ＣＯ_２等の活性ガスが主たるガス源であり、希ガスのポンピングが問題ではないときに好ましい。

中心支持体上に載置される複数のゲッター材料のディスクを用いた特定のタイプのゲッターポンプは、共に同一の出願人の欧州特許第０７４２３７０号明細書及び欧州特許第０７５３６６３号明細書に記載される一方、このような複数の要素を含むポンプが、同一の出願人の米国特許第６１４９３９２号明細書に記載され、その教示及び内容は、参照することによってここに含まれる。

米国特許第６１４９３９２号明細書において、幾つかの用途において、高いガス吸収容量よりむしろ高いガス吸収速度を有することがより重要であり決定的であり、典型的な例は、全長にわたって十分な真空レベルを与えるために加速器の種々の部分に搭載された複数の真空ポンプがある粒子加速器である。

本発明者は、この問題をさらに調査し、未公開である、本出願人名の国際出願番号ＰＣＴ／ＩＢ２０１３／０５８８０２に記載されるようなポンピング速度をさらに改善することができる代替的な種々の構成を見出した。

国際公開第２０１０／１０５９４４号 国際公開第２００９／１１８３９８号 米国特許第６１４９３９２号明細書

ゲッターポンプの代替的な形状及びカートリッジの配置の問題のさらなる開発、研究において、本発明者は、特定の状況において、上述の出願ＰＣＴ／ＩＢ２０１３／０５８８０２に記載される構成に関する利点を与える異なる解決方法を見出した。特に、本発明は、ケーシングを備えるゲッターポンプであって、その形状が、回転軸を有する回転体であり、ゲッターポンプのケーシング内に載置される複数のゲッターカートリッジを含み、各カートリッジが、直線状の中心支持体、及び、直線状の中心支持体上に載置される、間隔が空けられたゲッター要素を備えるゲッターポンプである。回転軸に直交し、直線状の中心支持体の中点と交差する平面は、ゲッターカートリッジ“位置決め平面”として定義され、ポンプは、直線状の中心支持体と位置決め平面とによって生成される角度が、３５°から７５°の間であり、好ましくは４０°から７０°の間であることを特徴とする。

“回転体”という表現は、“回転軸”とも称される、同一平面にある所定の軸に対して平面領域を回転することによって得られる全てのこれらの立体図形を含むものである。本発明における一般的で最も有用なその実施形態において、回転体は円錐台であり、一方で、他の有用な形状は、錐体又は円筒体又はそれらの組合せである。さらに、本発明の目的において、回転体が理想的な形状であり、ポンプケーシングがその代わりに実物体であることを考慮すると、理想的な形状の回転形状からの微妙な偏差は、依然としてその広がり及び範囲の中に含まれる。

本発明は、以下の図面を参照してさらに示される。

本発明によるゲッターポンプにおける構成要素として以下で使用される、従来技術によるゲッターカートリッジの概略図を示す。 従来技術によるゲッターカートリッジの変形例の概略図を示す。 本発明によるゲッターポンプの実施形態の断面図を示す。 本発明によるゲッターポンプの実施形態の代替的な実施形態の断面図を示す。 本発明によるゲッターポンプの実施形態と同様の実施形態の断面図を示す。 本発明によるゲッターポンプの他の代替的な実施形態の断面図を示す。

図面において、要素の寸法及び比は、正確なものではなく、場合によっては、例えば図１のように、中心のシャフトの直径に対するディスクの形態の、間隔が空けられたゲッター要素の寸法は、図面の理解を改善するために変更される。

本発明によるゲッターポンプは、図１に概略的に示されるような複数のゲッターカートリッジの存在を想定し、各ゲッターカートリッジ１０は、支持体として作用する中心のシャフト１１及び、一般的に最も好ましくは、ディスクの形状を有する複数のゲッター要素１２、１２’、・・・、１２^ｎを有する。図１において、中心のシャフトに対してゲッターディスクを固定する手段は、本発明の理解に必要ではなく、当業者に技術常識の範囲であるので、示されていない。

図１Ａに示されるように、本発明によるゲッターポンプに使用されるのに相応しい代替的なゲッターカートリッジ１００は、不均等に間隔が空けられたゲッターディスクを有し得るが、先端に又はディスクスタック内に間隙／ボイドを有する場合があり、及び／又は、それは、幾つかのディスクを有し得、典型的には、上部及び下部のディスクは、ゲッターカートリッジの挿入／接続を容易にするために減少する直径及び／又は偏心配置を有する。

これらの空間は、カートリッジ自体、又は例えば電源ケーブル又はフィードトラフ等の他の要素によって与えられる妨害を考慮する必要がある場合に有用である。

従って、必須的に等間隔で離隔されている複数のゲッター要素を有するゲッターカートリッジは、本発明によるポンプに使用するのに適したゲッターカートリッジの、限定的ではない好ましい単なる例である。

ゲッターカートリッジの特徴及び特性は、当業者がこの情報を有しているので、詳細には記載されないが、何れにしても、詳細及び情報は、既に言及した欧州特許第０７４２３７０号明細書及び欧州特許第０７５３６６３号明細書に存在する。本発明において、欧州特許第０７４２３７０号明細書、欧州特許第０７５３６６３号明細書及び米国特許第６１４９３９２号明細書の図１に示されるように、ゲッター要素の支持体として作用するシャフト１１が直線状であることが必要であり、一方で、国際公開第９８５８１７３号に示されるような構成は適切ではない。直線状のシャフト／支持体に対して最も有用な形状は、円筒形状である。また、追加的な熱遮蔽等の、幾つかの場合に存在し得る追加の要素は、本発明に含まれる。

本発明が特定のゲッター材料に限定されないことに留意すべきであるが、熱処理の手段によってガスを吸収することができる如何なる適切な材料も使用され得、本発明の範囲及び目的においてゲッター材料の定義の範囲内にある。このような材料の情報及び特性は、当業者に利用可能なものであり、例えば上述の欧州特許第０７４２３７０号等の様々な情報源から容易に取り出すことができる。特に有利なのは、少なくとも３０％の１つ又はそれ以上のチタン、ジルコニウム、イットリウムを含むゲッター金属又は合金である。

本発明は、複数のゲッターカートリッジを用いたゲッターポンプの速度をさらに改善しようとするものであり、米国特許第６１４９３９２号明細書に記載されるものに関して改善をもたらす特定の構成を見出した。

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の断面図を示す。ゲッターポンプ部２０は、２つの側壁２１、２１’によって画定される円筒状のケーシングを有し、その形状は、回転軸２６によってさらに画定される。ケーシング内に４つのゲッターカートリッジ２２、２３、２４、２５が含まれ、各々は、回転軸２６に直交し、カートリッジの直線状の支持体２２１、２３１、２４１、２５１の中点と交差する各々の位置決め平面２２２、２３２、２４２、２５２を有する。各ゲッターカートリッジの直線状の支持体２２１、２３１、２４１、２５１と各位置決め平面２２２、２３２、２４２、２５２とによって形成される角度はそれぞれ、α、α’、α’’、α’’’で示される。本発明によるゲッターポンプにおいて、これらの角度が全て、３５°から７５°の間であり、好ましくはこれらの角度が全て、４０°から７０°の間であることが必要である。図２に概略的に示される実施形態において、カートリッジ２２、２３、２４、２５の全ては、ケーシング壁２１、２１’、及び機械的な支持体を提供する中心の垂直要素２７に接続され、好ましくは回転軸と同軸であり、また、再生中における直線状のカートリッジ支持体２２１、２３１、２４１、２５１の加熱のために、それらにおける電流の通路を可能にするようにケーシング壁２１、２１’との電位差を与えるためにも使用され得る。

図２に示される実施形態は、２つのタイプのカートリッジを有し、カートリッジ２２、２３は、等しい直径のディスクを有する一方で、利用可能な空間の良好な使用を可能にするために、カートリッジ２４、２５は、ケーシングの側壁２１、２１’及び減少する直径を有する接続中心垂直要素２７に接近し、及び／又は偏心配置されたディスクを有する。強制的ではないが、一般的には、ゲッターカートリッジの全てが互いに等しいことがより便利であるので、これは、相応しい代替案の例示のためだけに存在する。

図２に示される実施形態において、全ての角度は互いに等しいが、この場合、これは、最も都合の良い実施形態の１つであるだけであり、この条件は、強制的なものではなく、すなわち、３５°から７５°の間であるという主たる制限を満たす場合には、１つ又はそれ以上の角度α、α’、α’’、α’’’は、他の角度と異なっていてもよいことに留意すべきである。さらに、全てのカートリッジ２２、２３、２４、２５は、同一の中心要素２７に接続されているが、最も一般的な場合には、それらは、異なる内部支持要素に接続され得る。

図２において、ゲッターカートリッジをケーシング及び中心要素に接続する手段は、例えば半田付け等の、当業者に一般的で周知であるので、示されていない。この点に関して、直線状の中心要素の終端部が、ケーシング及び中心要素に対する固定を容易にするために曲げられている場合があり、それによって、中心要素が、少なくともゲッターディスクを保持する部分において直線状であることに留意することが重要である。

本発明によるゲッターポンプは、回転体の形状を有するケーシングに集積されるサブアセンブリを用いて作られる。この方法は、図３Ａ及び図３Ｂの断面図に描かれている。図３Ａにおいて、ゲッターポンプ３１０は、開口３１２を有するケーシング３１１を有し、内部支持体３１７にも取り付けられるゲッターカートリッジに対する外部支持体として作用するサブケーシング３１６に含まれる２つのゲッターカートリッジ３１４、３１５で作られる上部サブアセンブリを含む。外部支持体３１６は、幾何学的制約のみによってケーシング３１１に取り付けられ、動かないようにされている。図３Ａにおいて、２つの等しいサブアセンブリは、同一の配向で積層され、一方で、図３Ｂにおけるポンプ３２０は、上下が反転した第２のサブアセンブリを有する代替的な配置を示す。図３Ａ及び図３Ｂにおいて、同一のグラフ表示及び意味を有する要素は、詳細に記載されていない。

図３Ａ及び図３Ｂに示される実施形態が、より多くのゲッターカートリッジサブアセンブリを本発明によるゲッターポンプに集積する方法に関する、限定的ではない実施例である。

本発明によるゲッターポンプ構造に使用されるべきゲッターカートリッジに関して、これらは、その長さが好ましくは４から３０ｃｍの間である直線状の中心支持体を有し、好ましくはディスク保持部に１ｃｍあたり２から７個のゲッターディスクを保持する。

各ポンプに配置されるゲッターカートリッジの数は、有効的には、２から１００の間であり、より好ましくは４から２５の間であり得る。

さらに、電源及び制御要素等のゲッターポンプに対する外部の追加の要素は、一般的なものであるので、示されていない。それらの目的は、支持体を加熱することによってゲッターディスクが再活性化されるように、典型的には、ゲッターカートリッジの直線状の中心支持体に電流を供給することである。加熱に関して、このシステムが、しばしば、ある場合には、ゲッターポンプを加熱し、活性化するためにも有利に使用され得る焼成システムの存在を想定するので、これは、ゲッターポンプのケーシングを加熱する外部ソースによって代替的に提供され得、このようなソースが、ゲッターポンプが取り付けられたシステム内に既に存在することが可能であり、又はより一般的には、ゲッターカートリッジを制御された方法で加熱するための他のあらゆる適切な手段によって提供され得る。

ケーシングに関して、２つの好ましい実施形態がある。第１の実施形態において、ケーシングは、側壁の材料と同一の材料で通常作られる金属ベースによって一端が閉じられ、標準的な真空フランジによって他端が閉じられ、この構成において、好ましい実施形態は、好ましくは中心に配置される（すなわち、回転軸と同軸である）内部接続要素の存在を想定する。

好ましい第２の実施形態において、ケーシングは、側壁によってのみ画定され、この構成において、ガス分子がゲッターポンプを横切って進むことができるように、ゲッターポンプは、開口端部を有するケーシングを有する。この構成は、例えば、好ましい第２の実施形態によって作られるケーシングを有する、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部分の場合のように、ポンプが、追加の要素である場合よりむしろ、システムに直接的に集積され得るときに有用である。このゲッターポンプの構成は、それに進むあらゆる粒子又は電子ビームに干渉することなく、粒子加速器の主要部分内における大きな吸着速度及び容量の分布を可能にする。

この場合、最も好ましいケーシング形状は、ゲッターカートリッジが円錐の傾斜に続く円錐台であり、すなわち、ゲッターカートリッジの直線状の支持体要素は、円錐台の壁に平行である。ゲッターポンプ４０のこの実施形態は、図４の概略断面図に示される。ゲッターカートリッジ４２、４３は配され、それらの直線状の支持要素４２１、４３１は、側壁４１、４１’に平行に横たわる。ケーシングは、ガス流のための２つの開口４４、４５、及び回転軸４６を有する。この場合はまた、ゲッターカートリッジの直線状の支持要素４２１、４３１と位置決め平面４２２、４３２とによって形成される角度β、β’は、３５°から７５°の間である。この特定の実施形態は、隣接するケーシング壁の熱遮蔽作用によってゲッターカートリッジの良好な（速やかで、より効率的な）加熱を保証するという利点を有する。

カートリッジの直線状の中心支持体とゲッター位置決め平面とによって形成される角度は、常に、図２（α、α’、α’’、α’’’）及び図４（β、β’）においても示されるように、これらの２つの要素によって形成される鋭角となるものである。

本発明によるゲッターポンプが独立型のポンプとして使用されるのに最も相応しいけれども、それらは、例えばターボ分子ポンプ、スパッタイオンポンプ（ＳＩＰ）、クライオポンプ、又は他のＮＥＧ（Non-Evaporable Getter）ポンプ等の他のタイプの真空ポンプに結合されるポンプシステム内で使用され得る。

１０ ゲッターカートリッジ
１１ シャフト
１２、１２’、１２^ｎ ゲッター要素
２０ ゲッターポンプ部
２１、２１’ 側壁
２２ ゲッターカートリッジ
２３ ゲッターカートリッジ
２４ ゲッターカートリッジ
２５ ゲッターカートリッジ
２６ 回転軸
２７ 垂直要素
４０ ゲッターポンプ
４１ ４１’ 側壁
４２ ゲッターカートリッジ
４３ ゲッターカートリッジ
４４ 開口
４５ 開口
４６ 回転軸
１００ ゲッターカートリッジ
２２１ 支持体
２２２ 位置決め平面
２３１ 支持体
２３２ 位置決め平面
２４１ 支持体
２４２ 位置決め平面
２５１ 支持体
２５２ 位置決め平面
３１０ ゲッターポンプ
３１１ ケーシング
３１２ 開口
３１４ ゲッターカートリッジ
３１５ ゲッターカートリッジ
３１６ サブケーシング
３１７ 内部支持体
３２０ ポンプ
４１１ ケーシング
４２１ 支持要素
４２２ 平面
４３１ 支持要素
４３２ 平面
α、α’、α’’、α’’’ 角度
β、β’ 角度

Claims (9)

1. 回転軸を有する回転体として成形されるゲッターポンプケーシングと、
   前記ゲッターポンプケーシング内に載置される複数のゲッターカートリッジと、を備えるゲッターポンプであって、
   各ゲッターカートリッジが、直線状の中心支持体と、前記直線状の中心支持体に載置され、間隔が空けられた複数のゲッター要素と、を備え、
   前記回転軸に直交し、直線状の中心支持体の中点と交差するゲッターカートリッジ位置決め平面に沿って各ゲッターカートリッジが位置し、
   各ゲッターカートリッジにおいて、前記位置決め平面と前記直線状の中心支持体とによって形成される角度が３５°から７５°であることを特徴とする、ゲッターポンプ。
2. 前記直線状の中心支持体の各々が、前記ケーシングの壁に平行である、請求項１に記載のゲッターポンプ。
3. 各ゲッターカートリッジにおいて、前記直線状の中心支持体の少なくとも第１の端部が、前記ケーシングに接触する、請求項１に記載のゲッターポンプ。
4. 前記少なくとも１つのゲッターカートリッジの直線状の中心支持体の第２の端部が、支持体要素に接触する、請求項３に記載のゲッターポンプ。
5. 前記支持体要素が、前記回転軸と同軸である、請求項４に記載のゲッターポンプ。
6. 前記ケーシングが、一端部がベースによって閉じられ、反対側の端部がフランジによって閉じられる、請求項１に記載のゲッターポンプ。
7. 前記ケーシングが開口端部を有する、請求項１に記載のゲッターポンプ。
8. １つのゲッターカートリッジにおける少なくとも１つの角度が、他のゲッターカートリッジにおける１つ又はそれ以上の他の角度と異なる、請求項１に記載のゲッターポンプ。
9. 請求項１に記載のゲッターポンプに結合される真空ポンプを備えるポンプシステム。

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