JPH08315961A - ゲッターポンプ又はガス清浄器のための加熱組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ゲッターポンプのための加熱組立体を提供す
ること。 【解決手段】 発熱体（１４）をポンプチャンバー（１
１２）の壁の一部分で形成された鞘（５０）内に収容す
るタイプのゲッターポンプのための加熱組立体におい
て、発熱体を第１フランジ（１０）に取り付け、発熱体
を収容するための鞘（５０）を形成するポンプチャンバ
ー（１１２）の壁の前記一部分を第２フランジ（４０）
に取り付け、第１フランジと第２フランジを互いに結合
し、両フランジの間に少くとも１つの気密ガスケット
（３０）を介設し、それによって、発熱体を両フランジ
と気密ガスケット（３０）によって画定され、周囲環境
との接触から気密状態に隔絶されたチャンバー（１２
４）内に保持する。第１フランジは、熱硬化性プラスチ
ック材で形成することが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス清浄器又はゲ
ッターポンプ（以下、単に「ポンプ」とも称する）のよ
うな、真空下又は空気以外のガス中で作動する装置のた
めの加熱組立体に関する。ここでは、説明を簡略にする
ために、本発明をガス清浄器又はゲッターポンプに適用
した場合に関連して説明する。

【０００２】

【従来の技術】ゲッターポンプは、真空技術において３
０年来知られており、運動する機械的部品を必要としな
いという点で高く評価されている。ゲッターポンプは、
この特徴の故に、排気すべきチャンバーを汚染するおそ
れのある潤滑剤の使用を必要としないばかりでなく、そ
れに連結されるシステムに望ましくない振動を伝えるこ
とがない。

【０００３】ゲッターポンプの作動は、当該技術分野に
おいて「ＮＥＧ物質」と称される非蒸発性ゲッター物質
による貴ガスを除くあらゆるガスの化学吸着に依存して
いる。主なＮＥＧ物質としては、アルミニウム、バナジ
ウム、鉄、ニッケル等の元素又はその他の遷移元素と組
合わされたジルコニウム又はチタン系合金、又はその他
の組み合わせ合金等がある。当該技術において特に重要
なのは、本出願人の会社からＳｔ１０１^R という名称で
製造販売されているＺｒ ８４重量％−Ａｌ１６重量％
の組成の合金と、やはり本出願人の会社からＳｔ７０７
という名称で製造販売されているＺｒ ８４重量％−Ｖ
２４．６重量％−Ｆｅ ５．４重量％の組成の合金で
ある。

【０００４】ゲッターポンプの活動素子（以下「ゲッタ
ー素子」と称する）は、粉末状のＮＥＧ物質を一般にロ
ール塗により適当な金属製の支持体上に付着させること
によって製造することができる。このタイプのゲッター
ポンプは、例えば、本出願人の米国特許第４，１３７，
０１２号及び新日本製鐵の特開平４−４５４８０号に記
載されている。近年、ＮＥＧ物質の粉末を焼結すること
によって得られた物体でゲッター素子を形成するように
したゲッターポンプが、例えば本出願人の米国特許第号
５，３２０，４９６号及び５，３２４，１７２号に提案
されている。

【０００５】しかしながら、上記いずれの場合にも、ゲ
ッター物質の最善の作動を得るためには、ゲッターポン
プの作動中ポンプを少くとも４００°Ｃの温度に維持す
る必要がある。更に、ＮＥＧ物質に、最高９００°Ｃの
温度で１０〜３０分間初期「活性化」処理を施す必要が
ある。

【０００６】従って、ゲッターポンプの枢要の要素は、
ポンプ自体に一体に的に組み込まれた発熱素子（「発熱
体」とも称する）である。しかも、その発熱素子は、ポ
ンプの全体としての寿命より短い寿命を有する場合があ
るので、できれば簡単な態様で交換できるものでなけれ
ばならない。発熱素子にはいろいろなタイプのものがあ
るが、特に有利なのは、ＩＲ（赤外線）ランプ、又は、
ポンプ本体に埋設される金属製抵抗体である。

【０００７】発熱素子のサイズ及び配置位置は、特に小
型のポンプにおいては、ポンプ作動にとってけっていて
きに重要なパラメータである。実際、できる限り密封度
の高いポンプ構造を可能にし、かつ、発熱素子を交換す
る度にポンプを開放する必要性を回避するために、発熱
素子は、ゲッター素子収容チャンバー（「ポンプチャン
バー」とも称する）の中にではなく外に配置することが
できる。しかしながら、他方、発熱素子とゲッター素子
との間の熱的接触を最大限にする必要がある。それは、
一般に、ゲッター素子収容チャンバー即ちポンプチャン
バーの壁の一部分を、該チャンバーの内部に凸帯域を画
定し、チャンバーの外側に凹部を画定する壁とすること
によって達成される。この凹部が発熱素子を収容する鞘
を構成する。

【０００８】チャンバー内へのゲッター素子の装入は、
例えば粉末から得られた焼結ペレットを単にチャンバー
に充填することによるなどいろいろな態様で行うことが
できるが、一般に、ゲッター素子は、支持体に固定され
ており、その支持体は、チャンバーの壁の一部分をチャ
ンバー内へ突出させることによって形成され、その内部
へ突出された壁部分の外側に画定される凹部内に発熱素
子が収容される。そのような構成は、上記特開平４−４
５４８０号に記載されている。しかしながら、同特許で
は、発熱素子は、ゲッター素子の支持体と一体にされて
おり、発熱素子を交換するには非常に手間がかかる。更
に、発熱素子が収容される凹部即ち鞘が周囲環境に接触
しているという欠点がある。支持体に破損が生じた場
合、チャンバー内のゲッター素子が作動温度で空気に露
呈される。その結果として、大気中のガス、主として酸
素との乱反応が生じ、それによってポンプの作動が破壊
されることになる。鞘の壁の破損は、発熱体のオーバサ
イズ（サイズ、従って容量が過大であること）に随伴す
る現象である過剰加熱による溶融又は機械的な弱体化等
のいろいろな原因で起る。あるいは又、鞘は、その内部
に高温の空気が存在することによって惹起される酸化の
増大によっても破断することがある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、従来技術による加熱組立体の上述した欠点を克服す
ることである。より具体的にいえば、本発明の目的は、
発熱素子を容易に交換することができ、しかも、発熱素
子を収容する鞘の壁の酸化に基因する問題を最少限にす
るとともに、鞘の壁の破断又は溶融に基因する問題を最
少限にすることができるような態様にゲッターポンプの
本体内に導入することができる加熱組立体を提供するこ
とである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、ゲッターポンプのための加熱組立体であ
って、発熱素子を第１フランジに取り付け、発熱素子を
収容するための鞘を形成するポンプチャンバーの壁の一
部分を第２フランジに取り付け、互いに連結された第１
フランジと第２フランジとの間に１つ又はそれ以上のガ
ス密ガスケットを挿入し、前記発熱素子を前記２つのフ
ランジと前記ガスケットによって画定されて周囲環境と
の接触から気密状態に隔絶されたチャンバー内に保持す
ることを特徴とする加熱組立体を提供する。

【００１１】第１フランジは、良好な機械的耐性、発熱
体の作動温度に対する耐性、並びに良好な断熱性を示す
素材で形成される。この目的のために、十分な断熱性を
示す金属、例えばスチールを用いることも可能である
が、プラスチック材の方が軽量で、安価であるという点
で好ましい。更に、プラスチック材は、フランジを発熱
素子に結合するのに、非常に簡単で、後述するように発
熱体を収容し得る鞘を気密密封するという利点を有する
プロセスを使用することを可能にする。本発明の目的に
使用することができる耐熱性プラスチック材としては、
いろいろな種類のものがあるが、例えば、フェノール樹
脂、エポキシ樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂
等がある。

【００１２】第１フランジは、それを第２フランジに締
着するための手段を備えたものとする。更に、第１フラ
ンジは、上記密封ガスケットを正しく位置づけするため
の１つ又は複数の座部を有するものとすることができ
る。

【００１３】第１フランジに一体的に固定される発熱素
子は、いろいろなタイプのものであってよく、例えば、
発熱石英ランプであってよいが、金属製ハウジング内に
収容されたセラミック材内に埋設された金属製抵抗体か
ら成る周知の電気抵抗発熱体を用いることが好ましい。
このタイプの発熱素子は、例えば米国ミズーリ州セント
ルイスのワトロー社によって製造されている。

【００１４】発熱素子は、通常、耐熱性接着剤によっ
て、又は、発熱素子のフランジ（第１フランジ）とハウ
ジングが金属材で形成されている場合は溶接によってフ
ランジに固定することができる。しかしながら、好まし
い実施形態では、第１フランジは、別個に熱硬化性プラ
スチック材で形成されるので、フランジを製造すると
き、フランジを製造するのと同時にフランジを発熱素子
に結合することができる。それは、第１フランジの最終
形状の補完形状（雌雄関係をなす形状）を有する金型内
に発熱素子を同軸的に挿入し、その金型内に液状の熱硬
化性プラスチック材を注入する方法によって達成され
る。次いで、硬化したプラスチック材を加工して、第１
フランジに、該第１フランジを第２フランジに締着する
締着具（一般にねじ）のための座部、及び随意選択とし
てガスケットを受容するための、及び仕上げ加工を施す
ための座部形成する。かくして、最終第１フランジを得
ることができる。１フランジのための熱硬化性プラスチ
ック材としては、エポキシ系樹脂又はアクリル系樹脂を
用いることが好ましい。

【００１５】第２フランジは、常に金属で形成し、その
表面の１つがポンプチャンバーの１つの壁を画定するよ
うな形に構成する。第２フランジを製造するための好ま
しい材料は、ＡＩＳＩ ３１６スチールである。この第
２フランジを発熱素子が収容される鞘に溶接する。この
鞘自体も、先に述べたように、ゲッター素子を支持する
機能を有するものとすることができる。鞘のサイズは、
その内壁と発熱素子との間に最小限の空間を残すような
サイズとするのが好ましい。

【００１６】上記２つのフランジを両方とも金属製とし
た場合は、密封ガスケットも金属製とすることができ
る。その場合、ガスケットの金属は、両フランジの金属
のそれより低い高度のものとする。例えば、ガスケット
は、銅、アルミニウム、ニッケル、又は、スチール製両
フランジより十分に柔らかいその他の金属で形成するこ
とができる。第１フランジをプラスチック材で形成する
好ましい実施形態では、ガスケットは、テフロン又はビ
トン等のプラスチック材で形成する。あるいは、フラン
ジの温度が１５０°Ｃを越えないような用途において
は、インジウム製のガスケットを用いることもできる。

【００１７】本発明の加熱組立体によれば、鞘が破断し
た場合に、空気がポンプチャンバー内へ侵入するおそれ
がほぼ完全に回避される。鞘内への空気の２つの主な侵
入路は、ガスケットによって気密密封されている２つの
フランジ間の接触帯域と、第１フランジを発熱素子自体
の周りに「形成する」上述した方法によって気密密封さ
れている第１フランジと発熱素子との結合帯域である。
空気が鞘内に侵入する可能性のあるもう１つの道は、一
般には気密密封されていない、発熱素子への電源供給ワ
イヤを通しての道である。しかしながら、この道を通る
ガスの量は、極く少量であり、しかも、鞘と発熱体ハウ
ジングとが同時に破断するようにするために、この道を
通ってポンプチャンバーに空気が流入するようにしなけ
ればならない。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明をゲッターポンプ
に適用した場合を例にとって本発明の好ましい実施形態
を説明するが、本発明は、ゲッターポンプのみならず、
ガス清浄器等の他の用途にも適用することができる。図
１を参照して説明すると、本発明の加熱組立体の第１フ
ランジ１０は、発熱素子１４を気密状態に受容する座部
１２を有している。先に述べたように、本発明の好まし
い実施形態では、フランジ１０を形成する同じ工程で形
成される。第１フランジ１０と後述する第２フランジと
を固定する締着手段としてねじが用いられる場合は、フ
ランジ１０に通し孔又は座部１６，１６' を形成してお
くことができる。フランジ１０の、第２フランジとの接
触表面１８には、気密ガスケット３０を受容するための
座部２０が形成されている。図には、発熱素子１４に電
源を供給するための電源供給ワイヤ２２も示されてい
る。

【００１９】第２フランジ４０は、ゲッター素子の支持
体４２と一体である。この構造体は、支持体４２の基部
４４において第２フランジ４０と支持体４２を溶接する
ことによって形成することが好ましい。ゲッター素子
（図１には示されていない）は、支持体の外表面４６に
固定されており、支持体の内表面４８は、発熱素子１４
を収容するための鞘５０を画定する。第２フランジ４０
の、第１フランジ１０の表面１８に対向する表面５２に
は、図２に示されるように第１フランジ１０と第２フラ
ンジ４０とを固定する締着手段としてねじが用いられる
場合のためにフランジ１０の通し孔１６，１６' に整列
する座部５４，５４' を形成しておくことができる。表
面５２には、又、気密ガスケット３０を受容するための
座部５６が形成されている。図示の実施形態では、ガス
ケット３０を受容するための座部２０，５６が両方の表
面１８，５２に形成されているが、一方の表面だけに座
部を形成してもよく、あるいは、座部を全く形成しなく
てもよい場合もある。特に、上下両面に平坦な圧接表面
を有する断面長方形のテフロン製ガスケットの場合は、
通常、座部の形成を必要としない。

【００２０】第２フランジ４０の表面６２及び支持体４
２の表面４６と、図２に示されるハウジング１０２の内
壁とが協同して、ゲッター素子を収容するポンプチャン
バー１１２の壁を画定する。従って、フランジ４０は、
ハウジング１０２に対しても気密状態に結合しなければ
ならない。その目的のために、第２フランジ４０の表面
６２には、第２フランジをハウジング１０２に固定する
締着手段（通常は、ねじ）のための座部６０，６０' が
形成されており、高真空密封ガスケット１２２（図２）
を受容するための座部６４が形成されている。当該技術
において周知のように、高真空密封ガスケットは、金
属、通常、電気銅で形成される。

【００２１】図２は、本発明に従って組み立てられた、
発熱素子を備えたゲッターポンプ１００を概略的に断面
図で示す。ポンプ１００は、排気すべきチャンバーに接
続するための開口１０４を備えたハウジング１０２を有
する。ハウジング１０２の開放端に、通常、溶接によっ
て外部フランジ１０６が固定されており、外部フランジ
１０６には、締着具１１０，１１０' を通すためのフラ
ンジ４０の座部６０，６０' に対応する座部１０８，１
０８' が形成されている。

【００２２】ハウジング１０２の内壁と、第２フランジ
４０の表面６２と支持体４２の表面４６とによって画定
される空間は、ゲッター素子１２０，１２０' ，１２
０″・・・・を収容するポンプチャンバー即ちポンプの
作動チャンバー１１２である。チャンバー１１２は、ガ
スケット１２２によって気密密封される。ゲッター素子
は、支持体４２の内側の上記鞘５０に対応するチャンバ
ー１２４内へ突入した発熱素子１４によって作動温度に
保たれる。

【００２３】図２は、ディスクの形とされたゲッター素
子１２０，１２０' ，１２０″・・・・を支持体４２に
その長手軸線に対して垂直に連結した特定のタイプのポ
ンプを示しているが、ゲッター素子は、支持体にその長
手軸線に対して平行に固定されてポンプチャンバー１１
２内へ半径方向に突出したブレードとして形成してもよ
く、あるいは、例えば焼結ペレットのような支持されな
い態様で単にポンプチャンバー内に装入されたものであ
ってもよい。

【００２４】以上、本発明の加熱組立体は特にゲッター
ポンプに適用されるものとして説明されたが、この加熱
組立体は、特に、発熱体のハウジングが破断した場合機
構全体が破壊されてしまう危険があるというような、ゲ
ッターポンプと同じ問題を有する他の装置にも適用する
ことができる。本発明の加熱組立体を適用することがで
きる他のタイプの装置の例としては、ゲッターポンプに
関連してここに説明されたものと同様の構造及び作動原
理を有する、ゲッター物質の使用に依存するガス清浄器
が挙げられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、発熱素子を担持した第１フランジと、
ポンプチャンバーに固定された第２フランジと、密封ガ
スケットを示す分解断面図である。

【図２】図２は、本発明に従って組み立てられたゲッタ
ーポンプの断面図である。

【符号の説明】

１０：第１フランジ １４：発熱体又は発熱素子 １６，１６' ：座部 ２０：座部 ３０：ガスケット ４０：第２フランジ ４２：支持体 ５０：鞘 ５４，５４' ：座部 ６０，６０' ：座部 ６４：座部 １００：ゲッターポンプ １０２：ハウジング １０６：外部フランジ １０８，１０８' ：座部 １１０，１１０' ：締着具 １１２：ポンプチャンバー １２０，１２０' ，１２０″：ゲッター素子 １２２：高真空密封ガスケット １２４：チャンバー（鞘）

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱体（１４）がポンプチャンバー（１
   １２）の壁の一部分で形成された鞘（５０）内に収容さ
   れているタイプのゲッターポンプ又はガス清浄器のため
   の加熱組立体であって、 前記発熱体（１４）は、第１フランジ（１０）に取り付
   けられており、 発熱体（１４）を収容するための鞘（５０）を形成する
   ポンプチャンバー（１１２）の壁の前記一部分は、第２
   フランジ（４０）に取り付けられており、 第１フランジ（１０）と第２フランジ（４０）は互いに
   結合され、該両フランジの間に１つ又は複数の気密ガス
   ケット（３０）が介設されており、それによって、前記
   発熱体（１４）が該両フランジ（１０，４０）と気密ガ
   スケット（３０）によって画定され、周囲環境との接触
   から気密状態に隔絶されたチャンバー（１２４）内に保
   持されていることを特徴とする加熱組立体。
2. 【請求項２】 第１フランジ（１０）はプラスチック材
   で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の加
   熱組立体。
3. 【請求項３】 前記プラスチック材は、フェノール樹
   脂、エポキシ樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂
   の中から選択されたものであることを特徴とする請求項
   ２に記載の加熱組立体。
4. 【請求項４】 第１フランジ（１０）は、前記発熱体
   （１４）を該第１フランジ（１０）の最終形状の補完形
   状を有する金型内に同軸的に挿入し、該金型内に液状の
   熱硬化性プラスチック材を注入し、硬化したプラスチッ
   ク材を該発熱体一緒に金型から取り出すことによって得
   られたものであり、該第１フランジを加工することによ
   って、第１フランジを第２フランジ（４０）に締着する
   締着具のための座部（１６，１６' ）及び前記ガスケッ
   ト（３０）を受容するための、及び仕上げ加工を行うた
   めの座部が第１フランジに形成されていることを特徴と
   する請求項１に記載の加熱組立体。
5. 【請求項５】 前記熱硬化性プラスチック材は、エポキ
   シ系樹脂又はアクリル系樹脂であることを特徴とする請
   求項４に記載の加熱組立体。
6. 【請求項６】 前記発熱体（１４）は、金属製ハウジン
   グ内でセラミック材内に埋設された電気抵抗体として形
   成されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱組
   立体。
7. 【請求項７】 前記第２フランジ（４０）、及び、発熱
   体を収容するための前記鞘（５０）は、ＡＩＳＩ ３１
   ６スチールで形成されていることを特徴とする請求項１
   に記載の加熱組立体。
8. 【請求項８】 前記第２フランジ（４０）は、前記第１
   フランジの締着具のための前記座部（１６，１６' ）に
   対応する座部（５４，５４' ）を備えていることを特徴
   とする請求項４に記載の加熱組立体。
9. 【請求項９】 前記第２フランジ（４０）は、該第２フ
   ランジと前記ゲッターポンプのハウジング（１０２）の
   外部フランジ（１０６）との間に高真空密封ガスケット
   （１２２）を受容するための座部（６４）と、該第２フ
   ランジ（４０）と外部フランジ（１０６）を締着する締
   着具（１１０，１１０' ）のための外部フランジ（１０
   ６）の座部（１０８，１０８' ）に対応する座部（６
   ０，６０' ）を備えていることを特徴とする請求項１に
   記載の加熱組立体。