JPWO2008099612A1 - 真空運搬システム - Google Patents
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Abstract
Description
2 陽極
3 陰極
4 磁石
5 接続部
6 イオンポンプ
図1は,本発明のイオンポンプを説明するための概略図である。図1(a)は,ケーシングが第2の電極を兼ねるものの断面図を示す。図1(b)は,外面から,ケージング(1),円筒状磁石(4),第2の電極(3)が設けられるものの断面図を示す。図1(c)は,ケージングの形状が磁石を収容するための凹凸を有しており,その凹凸内に磁石が設置されるものの断面図を示す。図1に示されるように,本発明の第1の側面に係るイオンポンプは,ケーシング(1)と,第1の電極(2)と,第2の電極(3)と,円筒状磁石(4)と,接続部(5)とを具備するイオンポンプ(6)に関する。第1の電極(2)は,ケーシング(1)の内側に設けられる。第2の電極(3)は,ケーシング(1)の内壁に固定される。また,第2の電極(3)は,第1の電極(2)の外周に設置される。そして,第1の電極と第2の電極とは極性が異なる。すなわち,第1の電極と第2の電極の一方が陽極で残りが陰極である。円筒状磁石(4)は,第2の電極(3)の外周を囲うように設置される。この磁石は,ケーシング(1)の外に設けられても良い。接続部(5)は,ケーシング(1)を他の装置と接続するための機構である。
ケーシングは,イオンポンプの枠体である。この枠体内に,各種電極などが形成されていればよい。なお,磁石は通常ケーシング内に設けられるが,ケーシング外に設けられても構わない。なお,ケーシングの材質として,アルミニウム,チタン,又はステンレスなど公知のものを用いることができる。これらの中では,表面にチタンが蒸着されたアルミニウムが好ましい。表面にチタンが蒸着されたアルミニウムからなるケーシングは,ケーシング内壁そのものを第2の電極として用いることできる。このようにすることで,イオンポンプを軽くすることができるとともに,構造をシンプルにして,小さくすることもできる。もっとも,第2の電極とケーシングとが,たとえば,同心円状に設けられ,それらの隙間に複数の磁石が設けられるとともに,それら複数の磁石間に第2の電極とケーシングとを接続する第2の電極固定部が設けられてもよい。そのようにすることで,第2の電極を効果的にケーシングと固定することができる。
第1の電極に用いられる材質として,公知のものを適宜採用することができる。第1の電極(2)はケーシングの中心軸上に設けられる棒状電極であるか,又はケーシングと同心円状の円筒状の電極であるものが好ましい。第1の電極は,たとえば,陽極であるが,陰極であっても構わない。また,第1の電極の極性を変えることができるような極性制御装置を具備するものは本発明の好ましい態様である。
第1の電極に用いられる材質として,公知のものを適宜採用することができる。第2の電極(3)は,ケーシングと同心円状の円筒状の電極であるものが好ましい。第2の電極は,第1の電極と極性が異なる。すなわち,第1の電極が陽極の場合,第2の電極は陰極である。
本発明では円筒状磁石(4)として,ケーシングの中心軸方向に空間を空けて並んだ複数の円筒状磁石を用いる。本発明では,リング状の永久磁石を複数並べたものを用いることが好ましい。このリング状の永久磁石は,それぞれ同一の幅を有するものであることが好ましい。また,リング状の永久磁石は,等間隔に配置されることが好ましい。この態様のイオンポンプでは,ひとつの円筒状の磁石を用いるのではなく,複数個の円筒状磁石に分割し,所定のスペースをあけてそれらを設置するので,イオンポンプを軽くすることができるとともに,効率的な磁場を得ることができる。なお,永久磁石の代わりに電磁石を用いても良い。
接続部(5)は,ケーシングを他の装置と接続するための部位である。「他の装置」として,真空チャンバや試料室などの真空状態にする対象があげられる。具体的な接続部(5)として,フランジがあげられる。
イオンポンプの動作原理は公知である。イオンポンプの動作原理を,以下簡単に説明する。イオンポンプの第2の電極−第1の電極間に数kV程度の電圧を印加すると,第2の電極から一次電子が放出される。第2の電極から放射された一次電子は,第1の電極に引きつけられつつ,永久磁石から与えられる磁場の影響を受けるため,旋回して長い螺旋運動を描き,第1の電極に至る。この途中で,一時電子は中性のガス分子と電離衝突を起こして,多数の正イオンと二次電子を生成する。生成した二次電子は更に螺旋運動を行って,他のガス分子と衝突して正イオンと電子を生成する。そして,各イオンなどは電極に吸着される。
図8は,本発明の真空運搬装置を説明するための概念図である。図8(a)は背面図を示し,図8(b)は側面図を示す。図8に示されるように,本発明の第2の側面に係る真空運搬装置(33)は,試料室(31)と,イオンポンプ(6)とを含む。試料室(31)は,試料を出し入れするとともに,他の装置と接続可能なゲート部(34)と,イオンポンプと接続するための接続部(35)を含む。そして,イオンポンプ(6)として,先に説明したイオンポンプを適宜利用することができる。なお,図中符号36は電源(電池)を示し,符号37はビューポートを示す。
図14は,収容ケースの例を示す,図面に代わる写真である。図14に示されるように,収容ケース(21)は,収容ケースの枠体(23)と,前記枠体内部に設けられ,前記試料室及び前記イオンポンプの形状に相当する空隙が設けられ,前記空隙に前記試料室及び前記イオンポンプを設置できる収容部(24)と,を具備する。
収容ケースの枠体(23)として,公知の枠体を適宜採用できる。本発明の真空運搬システムは,空輸などにより長距離の輸送を行うことが好ましいため,枠体として,アルミニウム,ジュラルミンなどのものがあげられる。枠体の大きさは,航空機に手荷物として持ち運ぶことができる程度の大きさが好ましい。
収容部は,前記試料室及び前記イオンポンプの形状に相当する空隙が設けられ,前記空隙に前記試料室及び前記イオンポンプを設置できるものであれば特に限定されない。
電圧又は交流電圧に変換して用いればよい。
[0018]
本発明において,円筒状磁石(4)は,ケーシングの中心軸方向に空間を空けて並んだ複数の円筒状磁石であることが好ましい。
[0019]
磁石は一般に重量が大きい。この態様のイオンポンプでは,ひとつの円筒状の磁石を用いるのではなく,複数個の円筒状磁石に分割し,所定のスペースをあけてそれらを設置する。これにより,イオンポンプを軽くすることができるとともに,効率的な磁場を得ることができる。さらには形状加工に手間のかかる大型磁石ではなく,形状加工の容易な小型磁石を複数用いることにより,ポンプケーシングの形状や大きさに対する加工上の困難さが大きく改善される。
[0020]
本発明の第1の側面の好ましい態様は,磁石の移動機構を有するものである。移動機構(14)は,複数の円筒状磁石を,ケーシング(1)の長手方向へ向けて移動する。このような移動機構(14)を有することで,磁場の集中する部位を変化させることができる。これにより,システムの劣化を防止できるとともに,システムの効率を上げることができる。この構成は,先に説明したいずれのイオンポンプにおいても採用できる。なお,移動機構は,磁石の移動を手動で行うものであっても良い。
[0021]
本発明の第1の側面の好ましい態様は,円筒状磁石が,ケーシング(1)から取り外しできるものに関する。このように円筒状磁石を取り除くことができるので,生産性が向上し,メンテナンスが容易になる。
[0022]
本発明の第1の側面の好ましい態様は,複数の円筒状磁石は,隣接する円筒状磁石の面が同じ極性を有する面となるように構成される。隣接する磁石の間には,さらに磁性材料挿入される場合も含む。この磁性材料は,隣接する面からケーシング(1)の中心軸方向へ向かう磁場が強くなるように配置される。このように隣接する磁石の間に磁性材料が置かれるので,磁束の空間分布を整え,電極方向への磁束進入を促進することができる。このような磁性材料として,永久磁石,電磁石,軟鉄,鉄,フェライトなど,磁束整流効果を有するものがあげられる。この構成は,先に説明したいずれのイオン
ためセラミックスなどの絶縁物を多用する必要が無くなり,効率的に真空度を上げることができることとなる。
[0029]
本発明の第1の側面の好ましい態様は,第1の電極(2)の一端がケーシングに固定される。そして,ケーシングに固定された一端と逆側の領域には,スペーサ(8)が設けられる。スペーサは,第1の電極(2)をケーシングに固定する。この構成は,先に説明したいずれのイオンポンプにおいても採用できる。
[0030]
通常のイオンポンプなどでは,第2の電極と第1の電極とを絶縁するため,セラミックスなどが絶縁物として多く用いられる。この態様のイオンポンプでは,第1の電極をケーシングに固定するので,イオンポンプを稼動している際にも,第1の電極が振れて第2の電極と接触する事態を効果的に防止できる。そのためセラミックスなどの絶縁物を多用する必要が無くなり,効率的に真空度を上げることができることとなる。また,スペーサにより,第1の電極がさらに強固に固定されるので,イオンポンプが稼動していても,第1の電極が振れて第2の電極と接触する事態を更に効果的に防止できる。
[0031]
本発明の第1の側面の好ましい態様は,前記試料室(11)は,試料を搭載するための試料基板(41)を具備し,前記試料基板(41)は,複数種類の試料台(43)を搭載するための試料据付ステージ(42)を,試料室(11)の長手方向に一列に複数有する上記いずれかに記載の真空運搬システム(22)である。
[0032]
このように複数種類の試料台(43)を搭載するための試料据付ステージ(42)を具備する試料基板(41)を有するので,真空チャンバによって試料台が異なっていても,運搬した試料を新しい真空チャンバ内で用いることが可能となる。
[0033]
本発明の第1の側面の好ましい態様は,前記試料基板(41)は,前記複数種類の試料台(43)を重ねて配置するための試料台配置移送部と,前記試料台配置移送部により重ねて配置された複数の試料台(43)を固定するための固定機構と,を具備する上記いずれかに記載の真空運搬システム(22
に磁性材料を含む。その磁性材料は,隣接する面から前記ケーシング(1)の中心軸方向へ向かう磁場が強くなるように配置される。このように隣接する磁石の間に磁性材料が置かれるので,磁束の空間分布を整え,電極方向への磁束進入を促進することができる。このような磁性材料として,永久磁石,電磁石,軟鉄,鉄,フェライトなど,磁束整流効果を有するものがあげられる。
[0058]
図7は,隣接する磁石間に磁性材料を含むイオンポンプにおける,外部磁石による磁場を示す概念図である。図7は,磁性材料として磁石を用いたものの例である。図7に示されるように,このイオンポンプは,外部円筒状磁石(4)の間にさらに磁石を配置することで,ケーシング内に形成される磁場をより強化することができる。これにより,システムの効率を上げることができる。このような磁石間の磁石は,円筒状の磁石であってもよい。
[0059]
たとえば,隣接する円筒状磁石(4)がN極を向け合って配置されているとする。この場合,円筒状磁石の間には,N極の磁場が形成される。この隣接した円筒状磁石の間であって,それらの磁石の上方に,新たな磁石を設置する。この円筒状磁石の間の磁石(24)は,下方向がN極を向くように設置される。このようにすることで,隣接する円筒状磁石(4)が形成するN極の磁場を強化することができる。この円筒状磁石の間の磁石も,円筒状又はリング状であることが好ましい。このリング状の磁石は,隣接する円筒状磁石の間に設けられ,かつ,円筒状磁石よりも直径が大きなものが好ましい。
[0060]
接続部(5)
接続部(5)は,ケーシングを他の装置と接続するための部位である。「他の装置」として,真空チャンバや試料室などの真空状態にする対象があげられる。具体的な接続部(5)として,フランジがあげられる。
[0061]
イオンポンプ(6)
イオンポンプの動作原理は公知である。イオンポンプの動作原理を,以下簡単に説明する。イオンポンプの第2の電極−第1の電極間に数kV程度の
が移動する事態を効果的に防止できる。
[0068]
このように複数種類の試料台を搭載するための試料据付ステージ(42)を具備する試料基板(41)を有するので,真空チャンバによって試料台が異なっていても,運搬した試料を新しい真空チャンバ内で用いることができる。
[0069]
図10は,試料が搭載された試料基板の例を示す概念図である。図10(a)は,全ての試料据付ステージにそれぞれの試料台が搭載されたものを示し,図10(b)は試料台のひとつが他の試料台に搭載されたものの例を示す。図10(c)は,重ねられた試料台を固定した様子を示す。図10に示されるように,本発明の好ましい態様は,試料基板(41)が,試料据付ステージ(42)を,試料室(11)の長手方向に一列に複数有する。
[0070]
このように複数種類の試料台(43)を搭載するための試料据付ステージ(42)を具備する試料基板(41)を有するので,真空チャンバによって試料台が異なっていても,運搬した試料を新しい真空チャンバ内で用いることができることとなる。
[0071]
本発明の好ましい態様は,試料室が,試料台配置移送部と,固定機構とを含むものである。試料台配置移送部は,複数種類の試料台(43)を重ねて配置するための機構を含む。そして,固定機構は,試料台配置移送部により重ねて配置された複数の試料台(43)を固定するための機構を含む。たとえば,試料室は,その天井部分にレールが設けられている。そして,試料台配置移送部は,レールに沿って移動できる。試料台配置移送部は,昇降機構(44)を含む。昇降機構は,たとえば,2本の伸縮できるアームを含む。そして,2本のアームの先端には,横方向に移動できる把持部(45)が設けられている。または,2本のアームの先端には,下方に移動できる把持部(45)が設けられている。そして,昇降機構は,把持部を天井から試料台へ移動できる。また,昇降機構は,把持部を試料台の位置から天井付近へ移動できる。
[0072]
ある試料台Aを他の試料台Bに搭載する場合は,たとえば,以下のように
Claims (16)
- 試料を収容するための試料室(11)と,前記試料室(11)の内部を真空にするためのイオンポンプ(6)とを含む,持ち運びできる真空運搬システム(22)であって,
前記試料室(11)は,
他の装置と接続するためのゲート部(14)と,
前記イオンポンプ(6)と接続するための,イオンポンプとの接続部(15)とを含み,
前記イオンポンプ(6)は,
ケーシング(1)と,
前記ケーシング(1)の内部に設けられる第1の電極(2)と,
前記ケーシング(1)の内壁に固定され,前記第1の電極(2)の外周に設置される第2の電極(3)であって,前記第1の電極(2)と前記第2の電極とは極性が異なるものと,
前記第2の電極(3)の外周を囲うように設置される磁石(4)と,
前記ケーシング(1)を他の装置と接続するための接続部(5)と,
を含む,
真空運搬システム。 - 請求項1に記載の真空運搬システム(22)であって,
前記試料室(11)及び前記イオンポンプ(6)を収容する収容ケース(21)をさらに含み,
前記収容ケース(21)は,
収容ケースの枠体(23)と,
前記枠体内部に設けられた収容部(24)であって,前記試料室及び前記イオンポンプの形状に相当する空隙を含み,前記空隙に前記試料室及び前記イオンポンプを設置できる,
システム。 - 請求項1に記載の真空運搬システム(22)であって,
前記磁石(4)は,
前記第2の電極(3)の外周を囲うように設置される複数の円筒状磁石(4)であって,前記ケーシング(1)の中心軸方向に空間を空けて並んだものである,
システム。 - 請求項3に記載の真空運搬システム(22)であって,
前記複数の円筒状磁石を移動するための移動機構(14)をさらに含み,
前記移動機構(14)は,前記複数の円筒状磁石を前記ケーシング(1)の長手方向へ向けて移動させる,
システム。 - 請求項4に記載の真空運搬システム(22)であって,
前記円筒状磁石(4)は,前記ケーシング(1)から取り外しできる,
システム。 - 請求項3に記載の真空運搬システム(22)であって,
前記複数の円筒状磁石は,
隣接する円筒状磁石の面が同じ極性を有する面となるように構成される,
システム。 - 請求項6に記載の真空運搬システム(22)であって,
前記複数の円筒状磁石のうち隣接する磁石の間に,さらに磁性材料を含み,
前記磁性材料は,前記隣接する面から前記ケーシング(1)の中心軸方向へ向かう磁極が強くなるように配置される,
システム。 - 請求項3に記載の真空運搬システム(22)であって,
前記ケーシング(1)は,前記第2の電極(3)である,システム。 - 請求項3に記載の真空運搬システム(22)であって,
前記ケーシング(1)は,表面にチタンが蒸着されたアルミニウムからなり,前記第2の電極(3)として機能する,システム。 - 請求項3に記載の真空運搬システム(22)であって,
前記ケーシング(1)は,円筒状であり,
前記第1の電極(2)は,前記ケーシング(1)の中心軸上に設けられる棒状電極であるか,又は前記ケーシング(1)と同心円状の円筒状の電極であり,
前記第2の電極(3)は,前記ケーシング(1)と同心円状の円筒状の電極であり,
前記円筒状磁石(4)は,前記ケーシング(1)と同心円状の円筒状である,
システム。 - 請求項3に記載の真空運搬システム(22)であって,
前記第1の電極(2)は,その一端がケーシング(1)に固定される,
システム。 - 請求項3に記載の真空運搬システム(22)であって,
前記第1の電極(2)は,その一端がケーシング(1)に固定され,ケーシング(1)に固定される一端と逆側の領域には,前記第1の電極(2)を前記ケーシング(1)に固定するためのスペーサ(8)が設けられる,
システム。 - 請求項1に記載の真空運搬システム(22)であって,
前記試料室(11)は,試料を搭載するための試料基板(41)を具備し,
前記試料基板(41)は,複数種類の試料台(43)を搭載するための試料据付ステージ(42)を,試料室(11)の長手方向に一列に複数有する,
システム。 - 請求項1に記載の真空運搬システム(22)であって,
前記試料室(11)は,
前記複数種類の試料台(43)を重ねて配置するための試料台配置移送部と,
前記試料台配置移送部により重ねて配置された複数の試料台(43)を固定するための固定機構と,
を具備する,
システム。 - 請求項1に記載の真空運搬システム(22)であって,
前記試料室(11)は,
前記試料基板(41)を駆動する駆動機構(51)を有し,
前記駆動機構は,前記試料基板(41)を前記試料室(11)の内部から外部へ移動するとともに,前記試料基板(41)を前記試料室(11)の外部から内部へ移動することができる,
システム。 - 前記駆動機構(51)は,
マグネットカップリング式の駆動機構である,
請求項15に記載のシステム。
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