JP6327974B2 - 積層型超高真空作成装置 - Google Patents
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Description
本発明の超高真空作成装置は,少なくとも一つのイオンポンプ100を備える。
ここで,イオンポンプ100は,ケーシング110と,盤状の電極群120と,一対の盤状電極131,132と,一対の盤状磁石141,142と,を含む。
ケーシング110は,少なくとも一つの開口111,112を有する。ケーシング110内には,少なくとも,盤状の電極群120と,一対の盤状電極131,132とが反対極が正対する形で収納される。
盤状の電極群120は,ケーシング110の内部に配置される。電極群120は,所定の中心軸(C)を有し,この中心軸(C)に沿って中心開口120aが形成されている。また,電極群120は,電極121が間隔を空けて連結された構造を含む。その他に,電極群120は,内部に空間を有する中抜き電極123を含み,その中抜き電極123内に電極121を収納したような構造であってもよい。
一対の盤状電極131,132は,ケーシング110の内部のうち,電極群120を挟む位置に配置される。つまり,一対の盤状電極131,132は,電極群120の中心軸方向の両側に配置される。
一対の盤状磁石141,142は,一対の盤状電極131,132を挟む位置に配置される。つまり,一対の盤状磁石141,142は,電極群120を挟む一対の盤状電極131,132の中心軸方向の両側に配置される。一対の盤状磁石141,142は,ケーシング110の内部に配置されていてもよいが,ケーシング110の外部に配置されていることが好ましい。この一対の盤状磁石141,142は,ケーシング110の内部,好ましくは一対の盤状電極131,132の間の空間に垂直方向の磁場を与える。
また,一対の盤状電極131,132は,それぞれ,中心軸(C)上に,中心開口133,134が形成されていることが好ましい。
さらに,一対の盤状磁石141,142は,それぞれ,中心軸(C)上に,中心開口143,144が形成されていることが好ましい。
これにより,本発明の超高真空作成装置は,中心軸(C)に沿って気体の流路および,実験機器を収納あるいは通過させるためのスペースが形成されている。
加熱非蒸発型ゲッターポンプ200は,ケーシング210と,加熱ヒーター220と,一対のゲッター材231,232と,を含む。
ケーシング210は,少なくとも一つの開口211,212を有する。ケーシング210内には,加熱ヒーター220一対のゲッター材231,232が配置される。
加熱ヒーター220は,一対のゲッター材231,232を加熱する。加熱ヒーター220は,盤状であることが好ましい。
一対のゲッター材231,232は,ケーシング210の内部のうち,加熱ヒーター220を上下両側から挟む位置に配置される。ゲッター材231,232は,加熱ヒーター220からの輻射熱によって真空中にて加熱され吸蔵されていたガスを排出することにより活性化され,ポンプとして機能する。
そして,本発明の超高真空作成装置において,加熱非蒸発型ゲッターポンプ200の少なくとも一つの開口211,212は,イオンポンプ100の少なくとも一つの開口111,112に連通している。
加熱非蒸発型ゲッターポンプ200のケーシング210は,中心軸(C)上に,少なくとも一つの開口211,212が形成されていることが好ましい。
また,加熱ヒーター220は,中心軸(C)上に,中心開口221が形成されていることが好ましい。
さらに,一対のゲッター材231,232は,それぞれ,中心軸(C)上に,中心開口233,234が形成されていることが好ましい。
これにより,イオンポンプ100と加熱非蒸発型ゲッターポンプ200を含んで構成された超高真空作成装置は,中心軸(C)に沿って気体の流路および,実験機器を収納あるいは通過させるためのスペースが形成される。
サブリメーションポンプ300は,ケーシング310と,サブリメーションフィラメント320と,シールド330と,を含む。
ケーシング310は,少なくとも一つの開口311,312を有する。ケーシング310の内部には,サブリメーションフィラメント320が配置される。
サブリメーションフィラメント320は,電流を流すことで昇華する環状のフィラメント部材である。
そして,本発明の超高真空作成装置において,サブリメーションポンプ300の少なくとも一つの開口311,312は,イオンポンプ100の少なくとも一つの開口111,112に連通している。
本願明細書において,「環状」とは,中央に開口が形成された形状を意味する。環状には,円環状の他,四角環状などの多角環状が含まれる。
本発明に係る超高真空作成装置1は,イオンポンプ100を含んで構成される。図1〜図9には,本発明に含まれるイオンポンプ100の構成例が示されている。
ケーシング110は,ガス分子を捕集したり,試料や実験機器を収納あるいは通過させるための作業空間を形成する枠体である。図1に示されるように,ケーシング110の内部には,電極群120と一対の盤状電極131,132とが配置される。本発明において,ケーシング110のうち,電極群120と一対の盤状電極131,132とが配置される空間を形成する本体部分は,薄型の円盤状であることが好ましい。すなわち,ケーシング110の本体部分は,中心軸(C)方向の長さ(厚み)よりも,中心軸方向と直交する方向(以下,「直交方向」ともいう)の長さ(幅)の方が長く形成された形状であることが好ましい。このように,ケーシング110の本体部分を薄型の円盤状とすることで,イオンポンプ100全体の中心軸方向のサイズを小さくすることができる。
電極群120は,ケーシング110の内部に配置される複数の電極である。電極群120の極性は,後述する一対の盤状電極131,132と異なっていれば,陽極であってもよいし陰極であってもよい。また,電極群120は,極性を変化させることができるものであってもよい。ただし,本実施形態に係るイオンポンプ100の構成において,電極群120の極性は,陽極であることが好ましい。
盤状電極131,132は,ケーシング110の内部に配置される電極であって,上記の電極群120と電気的に対をなす電極である。つまり,盤状電極131,132は,電極群120と極性が異なることが必要である。また,盤状電極131,132の極性は,電極群120の極性に応じて,適宜変化するものであってもよい。ただし,本実施形態に係るイオンポンプ100の構成において,盤状電極131,132の極性は,陰極であることが好ましい。
一対の盤状磁石141,142は,ケーシング110内部に磁場を与える磁石である。このため,盤状磁石141,142は,図1に示されるように,一対の盤状電極131,132を上下方向(中心軸方向)の両側から挟む位置に配置される。つまり,一方の盤状磁石141は,上側の盤状電極131の上方に配置され,他方の盤状磁石142は,下側の盤状電極132の下方に配置される。盤状磁石141,142は,永久磁石であることが好ましいが,電磁コイルを磁石としたものであってもよい。また,一対の盤状磁石141,142は,それぞれ,一方面側と多方面側とで磁性が異なるものであり,対向する盤状磁石141,142は,向かい合う面の極性が異なるように配置されていることが必要である。
磁気シールド150は,ケーシング110及び盤状磁石141,142を内部に収納し,盤状電極131,132の磁気を外部に漏らさないようにするためのシールド部材であるとともに,盤状磁石141,142とともに閉磁気回路を形成することにより,中心軸周辺の作業スペースへの磁場漏えいを抑制し,電極群120に侵入する磁束の乱れをおさえる働きをする。磁気シールド150は,透磁率の高いミューメタルやパーマロイ材などの公知の素材で形成することができる。また,磁気シールド150は,導電性であることが好ましい。
図5は,上記構成のイオンポンプ100に,電源2を接続する態様の一例を示している。
例えば,図5(a)は,電源2を電極群120に接続し,電極群120に電圧を印加する例を示している。この場合,ケーシング110にアース3を接続することができる。なお,ケーシング110は,一対の盤状電極131,132に接続されている。このため,図5(a)に示した例では,電極群120が陽極となり,盤状電極131,132及びケーシング110が陰極となる。
上記構造のイオンポンプ100は,中心軸(C)方向に,複数段積層することができる点を特徴の一つとしている。つまり,イオンポンプ100は,中心軸方向の拡張性を備えている。
本発明に係る超高真空作成装置1は,イオンポンプ100に加えて,加熱非蒸発型ゲッターポンプ200を備えていてもよい。図10〜図17には,加熱非蒸発型ゲッターポンプ200の構成例が示されている。加熱非蒸発型ゲッターポンプ200は,ケーシング内において,真空中にて加熱ヒーターによる輻射熱にてゲッター材表面を加熱することでゲッター材を活性化することで排気を行う真空ポンプである。加熱非蒸発型ゲッターポンプの動作原理は,Ti−V−Fe等のゲッター材の表面及びガス吸蔵した内部を真空中で加熱することで吸蔵及び吸着ガスを排出させ,その後常温に戻すことによりガス吸蔵に関わる連鎖反応を引き起こし,ポンプとして機能させるというものである。
ケーシング210は,ガス分子を捕集したり,試料や実験機器を収納あるいは通過させるための作業空間を形成する枠体である。加熱非蒸発型ゲッターポンプ200のケーシング210は,基本的に,上述したイオンポンプ100のケーシング110と同様の構造を有している。このため,加熱非蒸発型ゲッターポンプ200のケーシング210の説明は,イオンポンプ100のケーシング110についての説明を適宜援用することができる。
加熱ヒーター220は,ケーシング210内において,ゲッター材231,232を過熱するための発熱源である。加熱ヒーター220は,例えば,電力が加わることで,電熱により発熱する金属製材料で形成すればよい。このため,加熱ヒーター220は,電源(図示省略)に接続されていることが好ましい。加熱ヒーター220は,ゲッター材231,232を輻射熱によって加熱することが可能な程度に昇温される。加熱ヒーター220の昇温温度は,特に限定されないが,例えば300度〜600度である。加熱ヒーター220の昇温温度は,ゲッター材231,232の材料や両者の位置関係等に応じて適宜調節すればよい。
ゲッター材231,232は,真空中で加熱ヒーター220により加熱されることで活性化し,連鎖反応によって水素等のガス分子を連続的に吸蔵する部材である。ゲッター材231,232は,ゲッター作用のある公知の,水素吸蔵作用のある素材を用いることができる。例えば,例えばTi,V,Feなどからなる合金からなるものであってもよい。
熱シールド240は,ケーシング210を内部に収納し,加熱ヒーター220による熱が外部に漏れないようにするためのシールド部材である。熱シールド240は,任意の部材であるが,外部装置に熱の影響を与えないようにするためには設けることが好ましい。熱シールド240は,公知の素材で形成することができる。また,図10に示されるように,熱シールド240には一部に開口が形成されており,その開口から,ケーシング210の外部接続フランジ214,216が突出するようになっている。
上記構成の加熱非蒸発型ゲッターポンプ200は,イオンポンプ100に積層して組み合わせることができる。つまり,本発明の超高真空作成装置1は,一又は複数のイオンポンプ100に,一又は複数の加熱非蒸発型ゲッターポンプ200を組み合わせて構築することが可能である。図12〜図14は,イオンポンプ100と加熱非蒸発型ゲッターポンプ200の組み合わせの例が示されている。
図15〜図17は,参考として,加熱非蒸発型ゲッターポンプ200の多段構造を示している。図15は,加熱非蒸発型ゲッターポンプ200を2段に積み重ねた構造の例を示している。また,図16は,2段構造の加熱非蒸発型ゲッターポンプ200の分解図を示している。図15及び図16に示されるように,2つの加熱非蒸発型ゲッターポンプ200は中心軸(C)を共有しており,この中心軸(C)に沿って流路が形成されている。このため,2つの加熱非蒸発型ゲッターポンプ200のそれぞれに,効率的に気体を供給することができる。
本発明に係る超高真空作成装置1は,イオンポンプ100に加えて,サブリメーションポンプ300を備えていてもよい。また,上記した加熱非蒸発型ゲッターポンプ200をさらに組み合わせることもできる。図18〜図20には,サブリメーションポンプ300の構成例が示されている。サブリメーションポンプ300は,ケーシング内において,サブリメーションフィラメント自体を加熱することで昇華させて,ケーシング内に気体を吸着する活性膜を形成することで排気を行う真空ポンプである。サブリメーションポンプ300の動作原理を簡単に説明すると,まず,チタン材をコートしたフィラメントを真空中で通電加熱することによってフィラメント表面のチタン材が蒸発し,ケーシング310やシールド330の表面に蒸着される。この一連の現象をサブリメーションという。そして,チタンが蒸着された直後のフレッシュな面は,強い分子吸着(ゲッター)能力を有しているため,表面がガス分子で覆い尽くされるまでガスを吸着するポンプとして機能する。
ケーシング310は,ガス分子を捕集したり,試料や実験機器を収納あるいは通過させるための作業空間を形成する枠体である。サブリメーションポンプ300のケーシング310は,基本的に,上述したイオンポンプ100のケーシング110と同様の構造を有している。このため,サブリメーションポンプ300のケーシング310の説明は,イオンポンプ100のケーシング110についての説明を適宜援用することができる。
サブリメーションフィラメント320は,電熱によって昇温されることで昇華し,ケーシング310内に,ゲッター作用を持つ活性膜を形成する部材である。このため,サブリメーションフィラメント320は,電源(図示省略)に接続されている。サブリメーションフィラメント320は,ゲッター作用のある公知の素材を用いることができる。例えば,サブリメーションフィラメント320は,チタン,サマリウム,チタン,イッテルビウム,ガドリニウム,エルビウムからなる金属単体であってもよいし,これらの金属を含む合金からなるものであってもよい。
シールド部材330は,サブリメーションフィラメント320から発生したゲッター作用を持つ金属原子を付着させて,活性膜を形成するための部材である。シールド部材330を設けることで,活性膜の表面積が向上する。図18に示されるように,シールド部材330は,ケーシング310の内部のうち,環状のサブリメーションフィラメント320の内側に配置される。シールド部材330は,フィラメントから放出される部材が中心軸周辺の作業空間に侵入しないように防ぐための機能も提供する。
熱シールド340は,ケーシング310を内部に収納し,サブリメーションフィラメント320の熱が外部に漏れないようにするためのシールド部材である。熱シールド3400は,任意の部材であるが,外部装置に熱の影響を与えないようにするためには設けることが好ましい。熱シールド340は,公知の素材で形成することができる。また,図18に示されるように,熱シールド340には一部に開口が形成されており,その開口から,ケーシング310の外部接続フランジ314,316が突出するようになっている。
上記構成のサブリメーションポンプ300は,イオンポンプ100と加熱非蒸発型ゲッターポンプ200に積層して組み合わせることができる。つまり,本発明の超高真空作成装置1は,一又は複数のイオンポンプ100に,一又は複数の加熱非蒸発型ゲッターポンプ200や,一又は複数のサブリメーションポンプ300を組み合わせて構築することが可能である。図20は,イオンポンプ100と,加熱非蒸発型ゲッターポンプ200と,サブリメーションポンプ300を組み合わせの例が示されている。
3…アース 100…イオンポンプ
110…ケーシング 111…上側の開口
112…下側の開口 113…上側ケーシング部材
114…外部接続フランジ(上側) 115…下側ケーシング部材
116…外部接続フランジ(下側) 117…中継用ケーシング部材
118…くびれ部 120…電極群
120a…中心開口 121…電極
122…導線 123…中抜き電極
123a…上下の平面部分 123b…側面部分
124…中心開口 131…盤状電極(上側)
132…盤状電極(下側) 133…中心開口(上側)
134…中心開口(上側) 141…盤状磁石(上側)
142…盤状磁石(下側) 143…中心開口(上側)
144…中心開口(下側) 145…共用されている盤状磁石
150…磁気シールド 200…加熱非蒸発型ゲッターポンプ
210…ケーシング 211…上側の開口
212…下側の開口 213…上側ケーシング部材
214…外部接続フランジ(上側) 215…下側ケーシング部材
216…外部接続フランジ(下側) 217…中継用ケーシング部材
218…ステー部材 220…加熱ヒーター
221…中心開口 231…ゲッター材(上側)
232…ゲッター材(下側) 233…中心開口(上側)
234…中心開口(下側) 235…凹部
236…凸部 240…熱シールド
300…サブリメーションポンプ 310…ケーシング
311…上側の開口 312…下側の開口
313…上側ケーシング部材 314…外部接続フランジ(上側)
315…下側ケーシング部材 316…外部接続フランジ(下側)
320…サブリメーションフィラメント 330…シールド部材
340…熱シールド
Claims (5)
- 少なくとも一つのイオンポンプ(100)を備える超高真空作成装置であって,
前記イオンポンプ(100)は,
少なくとも一つの開口(111,112)を有するケーシング(110)と,
前記ケーシング(110)の内部に配置され,所定の中心軸(C)に沿って中心開口(120a)が形成されているとともに,電極(121)が間隔を空けて連結された構造を含む盤状の電極群(120)と,
前記ケーシング(110)の内部のうち,前記電極群(120)を両側から挟む位置に配置された一対の盤状電極(131,132)と,
前記一対の盤状電極(131,132)を両側から挟む位置に配置され,前記ケーシング(110)の内部に磁場を与える一対の盤状磁石(141,142)と,を備える
超高真空作成装置であって,
少なくとも一つの加熱非蒸発型ゲッターポンプ(200)をさらに備え,
前記加熱非蒸発型ゲッターポンプ(200)は,
少なくとも一つの開口(211,212)を有するケーシング(210)と,
前記ケーシング(210)の内部に配置された加熱ヒーター(220)と,
前記ケーシング(210)の内部のうち,前記加熱ヒーター(220)を挟む位置に配置され,当該加熱ヒーター(220)からの輻射熱によって真空中にて加熱されることで活性化する一対のゲッター材(231,232)と,を備え,
前記加熱非蒸発型ゲッターポンプ(200)の前記少なくとも一つの開口(211,212)は,前記イオンポンプ(100)の前記少なくとも一つの開口(111,112)に連通している
超高真空作成装置。 - 請求項1に記載の超高真空作成装置であって,
前記イオンポンプ(100)の前記ケーシング(110)は,前記中心軸(C)上に,前記少なくとも一つの開口(111,112)が形成されており,
前記一対の盤状電極(131,132)は,それぞれ,前記中心軸(C)上に,中心開口(133,134)が形成されており,
前記一対の盤状磁石(141,142)は,それぞれ,前記中心軸(C)上に,中心開口(143,144)が形成されており,
これにより,前記中心軸(C)に沿って流路が形成されている
超高真空作成装置。 - 請求項2に記載の超高真空作成装置であって,
前記イオンポンプ(100)は,前記中心軸(C)方向に沿って2段以上に積み重ねられており,
隣接する前記イオンポンプ(100)は,前記一対の盤状磁石(141,142)の一方を共用している
超高真空作成装置。 - 請求項3に記載の超高真空作成装置であって,
前記加熱非蒸発型ゲッターポンプ(200)の前記ケーシング(210)は,前記中心軸(C)上に,前記少なくとも一つの開口(211,212)が形成されており,
前記加熱ヒーター(220)は,前記中心軸(C)上に,中心開口(221)が形成されており,
前記一対のゲッター材(231,232)は,それぞれ,前記中心軸(C)上に,中心開口(233,234)が形成されており,
これにより,前記中心軸(C)に沿って流路が形成されている
超高真空作成装置。 - 請求項1から請求項4のいずれかに記載の超高真空作成装置であって,
前記超高真空作成装置は,少なくとも一つのサブリメーションポンプ(300)をさらに備え,
前記サブリメーションポンプ(300)は,
少なくとも一つの開口(311,312)を有するケーシング(310)と,
前記ケーシング(310)の内部に配置され,電流を流すことで昇華する環状のサブリメーションフィラメント(320)と,を備え,
前記サブリメーションポンプ(300)の前記少なくとも一つの開口(311,312)は,前記イオンポンプ(100)の前記少なくとも一つの開口(111,112)に連通している
超高真空作成装置。
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