JPH0822803A - スパッタイオンポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ ベークアウト時における熱エネルギーロスが
小さく、かつ耐熱性の磁石を必要とせず、通常グレード
の磁石を使用してベークアウトの度毎に取り外す必要の
ないスパッタイオンポンプを提供すること。 ［構成］ 陰極１、２と陽極３を内蔵するポンプケーシ
ング４と永久磁石のＮ極１５、Ｓ極１６との間に空気層
１８、１８’を介在させ、ベークアウト時における永久
磁石５、６の温度上昇を抑制する。または、ポンプケー
シングと永久磁石５、６との間に断熱材２１を介在させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超高真空を得るに使用さ
れるスパッタイオンポンプに関するものであり、更に詳
しくはベークアウトが容易なスパッタイオンポンプに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】構造が簡単で堅牢であ
り、比較的容易にオイルフリーの超高真空が得られるス
パッタイオンポンプは電子管や加速器のビーム系などの
排気に広く使用されている。しかし、このポンプは排気
ガスを溜め込む方式のポンプであり、スパッタされた陰
極材料による気体分子の化学的吸着や埋め込み作用によ
る排気であるから、場合によっては使用途中に既に排気
した気体が放出されるなど使用の履歴によっては性能が
変動する。

【０００３】従って、スパッタイオンポンプの再生のた
めに、陰極、陽極やポンプケーシングの内面を加熱し
て、吸着され、埋め込まれている気体分子を予め放出さ
せ脱ガスさせるためのベークアウト（２５０℃〜３００
℃、５〜２０時間）が行なわれる。

【０００４】図７は従来例の二極式スパッタイオンポン
プの構造の模式図であり、ポンプケーシング４内にステ
ンレス鋼製の円筒を単位とする陽極３と、その両側に間
隔をあけて平板状、チタン製の陰極１、２が配置され、
直流電源８によって両極間に約７．５ｋＶの直流高電圧
が印加される。更には、ヨーク９によって支持固定され
た永久磁石のＮ極５とＳ極６とがポンプケーシング４の
両側に接して対峙して取り付けられており、ポンプケー
シング４内に１０００〜２０００ガウスの磁場が形成さ
れる。そして、ポンプケーシング４は支持部１０を介し
てヨーク９に支持されている。

【０００５】このスパッタイオンポンプの排気機構は次
の如くである。１Ｐａ以下の減圧下での、例えば陰極
１、陽極３間のペニング放電、その他により陰極１に発
生した電子ｅは陽極３内で磁場の方向に螺旋軌道を描き
ながら陰極２の方へ進行するが、この間に陽極３内の気
体分子と衝突する。この衝突によって２次電子と陽イオ
ンが形成され、２次電子はペニング放電を維持し、陽イ
オンは加速されて陰極１、２の表面に衝突して陰極材料
のチタンがスパッタされ、周囲の陰極１、２、陽極３な
いしはポンプケーシング４の内面に付着して新鮮かつ活
性なチタン表面が形成される。このチタン表面によって
気体分子が化学吸着され、また埋め込まれて排気が行な
われる。

【０００６】しかし、上述したように、このスパッタイ
オンポンプには再生のためのベークアウトが必要であ
り、そのためにポンプケーシング４及び陰極１、２、陽
極３を加熱して温度を上げると、必然的に永久磁石のＮ
極５、Ｓ極６にも伝熱されるが、 （イ）永久磁石５、６の熱容量が大きいので、熱エネル
ギのロスが大きい。 （ロ）通常の永久磁石ではベークアウトの温度上昇によ
って性能低下が起こるので、これに耐える耐熱性の永久
磁石を必要とする。 などの問題があり、これらを避けるため、例えば３００
℃以上に温度を上げる場合にはベークアウトの度毎に永
久磁石５、６を取り外し、また組み付けるという煩わし
い作業が必要になる。

【０００７】

【発明が解決しようとする問題点】本発明は上述の問題
に鑑みてなされ、ベークアウト時の熱エネルギロスの小
さいスパッタイオンポンプ、耐熱性の磁石を必要としな
いスパッタイオンポンプ、ないしはベークアウトの度毎
に磁石を取り外す必要のないスパッタイオンポンプを提
供することを目的とする。

【０００８】

【問題点を解決するための手段】以上の目的は、陰極と
陽極とを内蔵するポンプケーシングと、該ポンプケーシ
ングの外壁に取り付けられ、該ケーシング内に磁界を形
成させる磁石とを備え、真空下、前記磁界中での直流放
電を利用するスパッタイオンポンプにおいて、前記ポン
プケーシングと前記磁石との間に空気層を介在させたこ
とを特徴とするスパッタイオンポンプ、によって達成さ
れる。

【０００９】また、以上の目的は、陰極と陽極とを内蔵
するポンプケーシングと、該ポンプケーシングの外壁に
取り付けられ、該ケーシング内に磁界を形成させる磁石
とを備え、真空下、前記磁界中での直流放電を利用する
スパッタイオンポンプにおいて、前記ポンプケーシング
と前記磁石との間に断熱材を介在させたことを特徴とす
るスパッタイオンポンプ、によって達成される。

【００１０】

【作用】内蔵される陰極、陽極と共にポンプケーシング
を加熱するベークアウト時に、ポンプケーシングと磁石
との間に介在させた空気層はポンプケーシングの熱が磁
石へ伝わることを防ぎ、磁石の温度上昇を抑制する。

【００１１】また、ベークアウト時に、ポンプケーシン
グと磁石との間に介在させた断熱材はポンプケーシング
の熱が磁石へ伝わることを防ぎ、磁石の温度上昇を抑制
する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例によるスパッタイオン
ポンプについて、図面を参照して説明する。

【００１３】（第１実施例） 図１は第実施例による二
極式スパッタイオンポンプの構造の模式図である。すな
わち、ポンプケーシング４に陰極１、２と陽極３とが内
蔵され、直流電源８によって両極間に直流高電圧が印加
されることは従来例のスパッタイオンポンプと全く同様
である。また、ヨーク９に支持固定された永久磁石のＮ
極１５、Ｓ極１６がポンプケーシング４の両側に対峙さ
れ、ポンプケーシング４が支持部１０を介してヨーク９
に支持されていることも同様であるが、従来例と異なる
ところは永久磁石１５、１６のポンプケーシング４に相
対する面の四隅に形成された突起１７、１７’によっ
て、ポンプケーシング４との間にそれぞれ空気層１８、
１８’を介在させている。突起１７（１７’）を形成さ
せた永久磁石１５（１６）の斜視図を図２に示した。

【００１４】このスパッタイオンポンプによる排気の機
構は従来例のスパッタイオンポンプと同様であるので、
その説明は省略する。

【００１５】このポンプを再生するためのベークアウト
に際し、図示しないプレートヒータによってポンプケー
シング４の上壁を外部加熱すると、ポンプケーシング４
とそれに内蔵される陰極１、２及び陽極３は所定の温度
に加熱されるが、空気層１８がポンプケーシング４から
永久磁石１５、１６への伝熱を阻害するので、ベークア
ウトの間、永久磁石１５、１６の温度上昇が抑制され
る。従って、熱エネルギは必要以上に消費されることは
なく、永久磁石１５、１６も通常グレードのものを使用
し得る。

【００１６】第１実施例のスパッタイオンポンプについ
てポンプケーシングの温度を２５０℃まで加熱した時、
定格１００Ｖのプレートヒータに電流１Ａを要し、かつ
１５時間のベークアウト期間中、永久磁石１５、１６の
温度は１００℃を越えなかった。これに対し、従来例で
示したスパッタイオンポンプでは、ポンプケーシング４
の２５０℃への加熱に電流１．５Ａを要し、永久磁石
５、６の温度は２５０℃まで上昇した。

【００１７】（第２実施例） 図３は第２実施例による
二極式スパッタイオンポンプの構造の模式図である。す
なわち、ポンプケーシング４に陰極１、２と陽極３とが
内蔵され、直流電源８によって両極間に直流高電圧が印
加されることは従来例のスパッタイオンポンプと全く同
様である。また、ヨーク９に支持固定された永久磁石の
Ｎ極５、Ｓ極６がポンプケーシング４の両側に対峙さ
れ、ポンプケーシング４が支持部１０を介してヨーク９
に支持されていることも同様であるが、従来例と異なる
ところは、永久磁石５、６とポンプケーシング４との間
にそれぞれ綿状ガラス繊維からなる断熱材２１、２１’
が介在されていることにある。

【００１８】本実施例のスパッタイオンポンプによる排
気の機構も従来例のスパッタイオンポンプと同様である
ので、その説明は省略する。このスパッタイオンポンプ
を再生するためにベークアウトを行なった時、ポンプケ
ーシング４を加熱するために要した所要電力、及び永久
磁石５、６の温度上昇は何れも第１実施例と同程度に抑
制された。

【００１９】以上、本発明の実施例について説明した
が、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明
の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

【００２０】例えば、第１実施例において、永久磁石１
５、１６の四隅に形成させた突起１７、１７’によっ
て、ポンプケーシング４との間に空気層１８、１８’を
介在させたが、突起１７、１７’に代えて永久磁石１
５、１６の表面を図４に示すように複数の平行な山形２
２、２２’を形成させた凹凸面としてもよく、また図５
に示すように永久磁石１５、１６の表面に十字状の突起
２３、２３’を設けてもよく、その他種々の形状の突起
があり得る。いづれにしても凸部及び突起では磁束密度
が大となるので、ポンプケーシング４内で局部的に磁場
を必要とする部位に対向させる位置にこれらを形成する
ことが好ましい。

【００２１】また、第１実施例において永久磁石１５、
１６の四隅に形成させた突起１７、１７’に代えて、例
えばテフロン・シートのような耐熱性材料を永久磁石
５、６とポンプケーシング４との間に挿入してスペーサ
としてもよい。

【００２２】また、第２実施例においては耐熱材２１、
２１’として綿状ガラス繊維を永久磁石５、６とポンプ
ケーシング４との間に介在させたが、綿状ガラス繊維に
代えて、永久磁石５、６の表面に例えば発泡フェノール
樹脂や発泡ポリイミド樹脂の塗膜を形成させて断熱材２
１、２１’としてもよい。塗膜は永久磁石５、６のポン
プケーシング４に相対する面に形成させる以外に、図６
に示すようにポンプケーシング４に相対する面とヨーク
９に相対する面との両面に形成させてもよく（１２１、
１２１’として示す）、ヨーク９から永久磁石５、６へ
の伝熱も抑制することができる。図７における符号は第
２実施例を示す図３と同一であるので、それらの説明は
省略する。更には塗装の方法によっては永久磁石５、６
の全面に塗膜を形成させてもよい。

【００２３】また、以上の実施例では、Ｎ極１５及びＳ
極１６は永久磁石でなるものとしたが、勿論、電磁石で
構成してもよく、この場合には磁極１５と磁極１６とを
磁気回路的に接続し、この回路の一部にコイルを巻装
し、これに直流を流すことにより上記実施例と同様な作
用を得る事ができるのは明らかである。

【００２４】また、第１実施例、第２実施例においては
ポンプケーシング４は支持部１０を介してヨーク９に支
持させたが、この支持部１０からの伝熱を抑制するため
には支持面積を可及的に小さくすることが好ましく、更
にはポンプケーシング４と支持部１０との間にポリイミ
ド・シートで作成した断熱板を介在させることは極めて
有効である。

【００２５】また、第１実施例、第２実施例において
は、二極式スパッタイオンポンプについて説明したが、
本発明に希ガスの排気に適した三極式スパッタイオンポ
ンプも含まれることは言うまでもない。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように、第１の発明のスパッ
タイオンポンプによれば、ポンプケーシングと磁石との
間に介在させた空気層は、ベークアウト時において、ポ
ンプケーシングの熱が磁石へ伝熱されることを防ぐので
磁石の温度上昇が抑制され、従ってベークアウトに要す
る熱エネルギのロスが軽減され、磁石も耐熱性のものを
必要としないし、通常グレードの磁石を使用してベーク
アウトの度毎に取り外す必要もない。

【００２７】また、第２の発明のスパッタイオンポンプ
によれば、ポンプケーシングと磁石との間に介在させた
断熱材はベークアウト時において、ポンプケーシングの
熱が磁石へ伝熱されることを防ぐので磁石の温度上昇が
抑制され、従ってベークアウトに要する熱エネルギのロ
スが軽減され、磁石も耐熱性のものを必要としないし、
通常グレードの磁石を使用してベークアウトの度毎に取
り外す必要もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例によるスパッタイオンポンプの構造
の模式図である。

【図２】第１実施例に使用される永久磁石の斜視図であ
る。

【図３】第２実施例によるスパッタイオンポンプの構造
の模式図である。

【図４】第１実施例に使用される永久磁石の変形例を示
す斜視図である。

【図５】第１実施例に使用される永久磁石の他の変形例
を示す斜視図である。

【図６】第２実施例の変形例によるスパッタイオンポン
プの構造の模式図であり、永久磁石のポンプケーシング
及び金具に相対する面に断熱材の塗膜が形成されてい
る。

【図７】従来例のスパッタイオンポンプの構造の模式図
である。

【符号の説明】

１ 陰極 ２ 陰極 ３ 陽極 ４ ポンプケーシング ５ 永久磁石のＮ極 ６ 永久磁石のＳ極 ８ 直流電源 １５ 永久磁石のＮ極 １６ 永久磁石のＳ極１８ 空気層１８’ 空気層 ２１ 断熱材２１’ 断熱材

フロントページの続き (72)発明者 西山 正明 神奈川県茅ケ崎市萩園2500番地 日本真空 技術株式会社内 (72)発明者 藤野 浩一 神奈川県茅ケ崎市萩園2500番地 日本真空 技術株式会社内 (72)発明者 中嶋 克次 神奈川県茅ケ崎市萩園2500番地 日本真空 技術株式会社内 (72)発明者 高木 望 神奈川県茅ケ崎市萩園2500番地 日本真空 技術株式会社内 (72)発明者 沈 国華 神奈川県茅ケ崎市萩園2500番地 日本真空 技術株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陰極と陽極とを内蔵するポンプケーシン
   グと、該ポンプケーシングの外壁に取り付けられ、該ケ
   ーシング内に磁界を形成させる磁石とを備え、真空下、
   前記磁界中での直流放電を利用するスパッタイオンポン
   プにおいて、前記ポンプケーシングと前記磁石との間に
   空気層を介在させたことを特徴とするスパッタイオンポ
   ンプ。
2. 【請求項２】 前記空気層が前記磁石の前記ポンプケー
   シングに相対する面に形成された突起によって介在され
   る請求項１に記載のスパッタイオンポンプ。
3. 【請求項３】 前記空気層が前記磁石と前記ポンプケー
   シングとの間に挿入されたスペーサによって介在される
   請求項１に記載のスパッタイオンポンプ。
4. 【請求項４】 前記空気層を介在させて前記磁石が前記
   ポンプケーシングの外壁へ金具によって取り付けられて
   おり、かつ前記ポンプケーシングが断熱板を介して前記
   金具に支持されている請求項１から請求項３までの何れ
   かに記載のスパッタイオンポンプ。
5. 【請求項５】 陰極と陽極とを内蔵するポンプケーシン
   グと、該ポンプケーシングの外壁に取り付けられ、該ケ
   ーシング内に磁界を形成させる磁石とを備え、真空下、
   前記磁界中での直流放電を利用するスパッタイオンポン
   プにおいて、前記ポンプケーシングと前記磁石との間に
   断熱材を介在させたことを特徴とするスパッタイオンポ
   ンプ。
6. 【請求項６】 前記断熱材が少なくとも前記磁石の前記
   ポンプケーシングに相対する面に塗装して形成された請
   求項５に記載のスパッタイオンポンプ。
7. 【請求項７】 前記断熱材と前記ポンプケーシングとの
   間に空気層を設けて、前記ポンプケーシングと前記磁石
   との間に前記空気層と前記断熱材との組合わせを介在さ
   せた請求項５または請求項６に記載のスパッタイオンポ
   ンプ。
8. 【請求項８】 前記断熱材単独、または前記断熱材と前
   記空気層との組合わせを介在させて、前記磁石が前記ポ
   ンプケーシングの外壁へヨークによって取り付けられて
   おり、かつ前記ポンプケーシングが断熱板を介して前記
   ヨークに支持されている請求項５から請求項７までの何
   れかに記載のスパッタイオンポンプ。