特許 6133821 非蒸発型ゲッター及び非蒸発型ゲッターポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6133821

(24)【登録日】2017年4月28日

(45)【発行日】2017年5月24日

(54)【発明の名称】非蒸発型ゲッター及び非蒸発型ゲッターポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04B 37/02 20060101AFI20170515BHJP

   H01J 7/18 20060101ALI20170515BHJP

   F04B 37/04 20060101ALI20170515BHJP

【ＦＩ】

   F04B37/02 A

   H01J7/18

   F04B37/04

【請求項の数】11

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2014-162078(P2014-162078)

(22)【出願日】2014年8月8日

(65)【公開番号】特開2016-37910(P2016-37910A)

(43)【公開日】2016年3月22日

【審査請求日】2015年11月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】503008974

【氏名又は名称】有限会社真空実験室

(74)【代理人】

【識別番号】100091672

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 啓三

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 文夫

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 励起

【審査官】 佐藤 秀之

(56)【参考文献】

【文献】 特公昭４０−００２９６２（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開２００４−２０２３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５２０８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１１８９４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭５０−０２７６０３（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 米国特許第０３９６１８９７（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６１０６２３７（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｂ ３７／０２

Ｆ０４Ｂ ３７／０４

Ｈ０１Ｊ ７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中心軸が一致するように配置された内側の円筒と外側の円筒、及び前記内側の円筒と前記外側の円筒とを連結する複数の連結板を有する枠と、
前記内側の円筒の上端縁から前記外側の円筒の上端縁にわたって張られた第１のメッシュと、
前記内側の円筒の下端縁から前記外側の円筒の下端縁にわたって張られた第２のメッシュと、
前記第１のメッシュと前記第２のメッシュと前記枠とに包囲された粉末状のゲッター材料の収納部と、
前記収納部に収納された、粒径が前記第１のメッシュ及び前記第２のメッシュの網目より大きな前記粉末状のゲッター材料と
を有することを特徴とする非蒸発型ゲッター。

【請求項2】

前記枠の前記外側の円筒に形成された雌ねじと、前記雌ねじに栓をする雄ねじとを有することを特徴とする請求項１に記載の非蒸発型ゲッター。

【請求項3】

上の輪と、前記上の輪から間隔を空けて配置された下の輪と、前記上の輪と前記下の輪とを連結する複数の支柱とを有する枠と、
前記上の輪の外縁から前記下の輪の外縁にわたって張られた第１のメッシュと、
前記上の輪の内縁から前記下の輪の内縁にわたって張られた第２のメッシュと、
前記第１のメッシュと前記第２のメッシュと前記枠とに包囲された粉末状のゲッター材料の収納部と、
前記収納部に収納された、粒径が前記第１のメッシュ及び前記第２のメッシュの網目より大きな前記粉末状のゲッター材料と
を有することを特徴とする非蒸発型ゲッター。

【請求項4】

前記枠の前記上の輪に形成された雌ねじと、前記雌ねじに栓をする雄ねじとを有することを特徴とする請求項３に記載の非蒸発型ゲッター。

【請求項5】

メッシュと、
前記メッシュに取り付けられて該メッシュの変形を抑制する枠と、
前記メッシュと前記枠とで包囲され、粒径が前記メッシュの網目より大きな粉末状のゲッター材料と、
前記枠に取り付けられ、複数の非蒸発型ゲッターを連結する連結部材とを有することを特徴とする非蒸発型ゲッター。

【請求項6】

前記枠に形成された雌ねじと、前記雌ねじに栓をする雄ねじとを有することを特徴とする請求項５に記載の非蒸発型ゲッター。

【請求項7】

前記連結部材は、前記ゲッター材料を活性化するヒーターを含む棒が挿入される筒であり、
前記筒と前記棒によって回転可能に支持されることを特徴とする請求項５に記載の非蒸発型ゲッター。

【請求項8】

中心軸が一致するように配置された内側の円筒と外側の円筒、及び前記内側の円筒と前記外側の円筒とを連結する複数の連結板を有する枠と、前記内側の円筒の上端縁から前記外側の円筒の上端縁にわたって張られた第１のメッシュと、前記内側の円筒の下端縁から前記外側の円筒の下端縁にわたって張られた第２のメッシュと、前記第１のメッシュと前記第２のメッシュと前記枠とに包囲された粉末状のゲッター材料の収納部と、前記収納部に収納された、粒径が前記第１のメッシュ及び前記第２のメッシュの網目より大きな前記粉末状のゲッター材料とを有する非蒸発型ゲッターと、
前記内側の円筒に挿入されたヒーターと
を有することを特徴とする非蒸発型ゲッターポンプ。

【請求項9】

上の輪と、前記上の輪から間隔を空けて配置された下の輪と、前記上の輪と前記下の輪とを連結する複数の支柱とを有する枠と、前記上の輪の外縁から前記下の輪の外縁にわたって張られた第１のメッシュと、前記上の輪の内縁から前記下の輪の内縁にわたって張られた第２のメッシュと、前記第１のメッシュと前記第２のメッシュと前記枠とに包囲された粉末状のゲッター材料の収納部と、前記収納部に収納された、粒径が前記第１のメッシュ及び前記第２のメッシュの網目より大きな前記粉末状のゲッター材料とを有する非蒸発型ゲッターと、
前記収納部の中央の穴に設置されたヒーターと
を有することを特徴とする非蒸発型ゲッターポンプ。

【請求項10】

相互に対向する開口を有する円筒状の枠と、前記相互に対向する開口を塞ぐように前記枠に張られたメッシュと、前記メッシュと前記枠とで包囲され、粒径が前記メッシュの網目より大きい粉末状のゲッター材料とを有する非蒸発型ゲッターと、
複数の前記非蒸発型ゲッターが収納された輪状の籠と、
中心軸を前記籠の中心軸に一致させて設けられ、前記ゲッター材料を活性化するヒーターと
を有することを特徴とする非蒸発型ゲッターポンプ。

【請求項11】

相互に対向する開口を有する枠と、前記相互に対向する開口を塞ぐように前記枠に張られたメッシュと、前記枠に取り付けられた筒からなる連結部材と、前記メッシュと前記枠とで包囲され、粒径が前記メッシュの網目より大きい粉末状のゲッター材料とを有する複数の非蒸発型ゲッターと、
前記ゲッター材料を活性化するヒーターを含む棒とを有し、
複数の前記非蒸発型ゲッターの相互の前記筒が中心軸を一致させて重ねられ、前記相互の筒に前記ヒーターを含む棒が挿入されて、複数の前記非蒸発型ゲッターが回転可能に連結されたことを特徴とする非蒸発型ゲッターポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、非蒸発型ゲッター及びこれを有する非蒸発型ゲッターポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

真空チャンバーに取り付けて排気を行うことによって真空状態を実現するための真空ポンプには、様々な種類がある。その一つに、種々の気体分子を吸着する性質を有するゲッターを用いて、真空チャンバー内に残留している気体を取り除くゲッターポンプがある。ゲッターには、金属のゲッター材料を蒸発（昇華）させて用いる蒸発型ゲッターと、蒸発させる必要のない非蒸発型ゲッターがある。

【0003】

非蒸発型ゲッターには、例えば気体分子を吸着する合金を粉砕して粉末状にして用いるものや、或いはこの粉末状のゲッター材料を圧縮してピル状（錠剤状）に成形して用いるものがあり、多くは後者である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２００９−５４１５８６号公報

【特許文献2】特開２００４−２０２３０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

粉末状のゲッター材料が飛散することを防ぐことができる非蒸発型ゲッター及びこれを有する非蒸発型ゲッターポンプを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

開示の技術の一観点によれば、中心軸が一致するように配置された内側の円筒と外側の円筒、及び前記内側の円筒と前記外側の円筒とを連結する複数の連結板を有する枠と、前記内側の円筒の上端縁から前記外側の円筒の上端縁にわたって張られた第１のメッシュと、前記内側の円筒の下端縁から前記外側の円筒の下端縁にわたって張られた第２のメッシュと、前記第１のメッシュと前記第２のメッシュと前記枠とに包囲された粉末状のゲッター材料の収納部と、前記収納部に収納された、粒径が前記第１のメッシュ及び前記第２のメッシュの網目より大きな前記粉末状のゲッター材料とを有することを特徴とする非蒸発型ゲッターが提供される。
開示の技術の他の観点によれば、中心軸が一致するように配置された内側の円筒と外側の円筒、及び前記内側の円筒と前記外側の円筒とを連結する複数の連結板を有する枠と、前記内側の円筒の上端縁から前記外側の円筒の上端縁にわたって張られた第１のメッシュと、前記内側の円筒の下端縁から前記外側の円筒の下端縁にわたって張られた第２のメッシュと、前記第１のメッシュと前記第２のメッシュと前記枠とに包囲された粉末状のゲッター材料の収納部と、前記収納部に収納された、粒径が前記第１のメッシュ及び前記第２のメッシュの網目より大きな前記粉末状のゲッター材料とを有する非蒸発型ゲッターと、前記内側の円筒に挿入されたヒーターとを有することを特徴とする非蒸発型ゲッターポンプが提供される。

【発明の効果】

【0007】

上記の一観点によれば、粒径がメッシュの網目より大きな粉末状のゲッター材料は、非蒸発型ゲッターの外に漏出しない。また、枠がメッシュの変形を抑制するので、ゲッター材料の微粉末の発生が抑えられ、微粉末が漏出して飛散することを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１（ａ）は、第１実施形態の非蒸発型ゲッターを表す斜視図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の平面Ｉに沿う断面を表す斜視図である。

【図2】図２は、第１実施形態の非蒸発型ゲッターの枠にメッシュを取り付ける方法の一例を表し、図２（ａ）は取り付け前を表す断面図、図２（ｂ）は取り付け後を表す断面図である。

【図3】図３は、複数の第１実施形態の非蒸発型ゲッターを入れるための籠を表す斜視図である。

【図4】図４は、複数の第１実施形態の非蒸発型ゲッターを備えた非蒸発型ゲッターポンプを表す断面図である。

【図5】図５は、第１及び第３実施形態の非蒸発型ゲッターを備えた非蒸発型ゲッターポンプの性能を調査するための真空装置の構成を表す図である。

【図6】図６は、図５の真空装置を用いて第１実施形態の非蒸発型ゲッターを備えた非蒸発型ゲッターポンプの性能を調査した結果を表すグラフである。

【図7】図７は、第２実施形態の非蒸発型ゲッターを表す斜視図である。

【図8】図８は、複数の第２実施形態の変形例の非蒸発型ゲッターを連結する方法を表す斜視図である。

【図9】図９は、複数の第２実施形態の変形例の非蒸発型ゲッターを連結した状態を表す平面図である。

【図10】図１０は、第３実施形態の非蒸発型ゲッターを表す斜視図である。

【図11】図１１は、図５の真空装置を用いて第３実施形態の非蒸発型ゲッターを備えた非蒸発型ゲッターポンプの性能を調査した結果を表すグラフである。

【図12】図１２は、第４実施形態の非蒸発型ゲッターを表す斜視図である。

【図13】図１３は、複数の第４実施形態の非蒸発型ゲッターを備えた非蒸発型ゲッターポンプを表す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

まず、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。

【0010】

非蒸発型ゲッターは、ゲッター材料の比表面積（単位質量当たりの表面積）が大きいほど、多くの気体分子を吸着することができる。そのため、ゲッター材料を粉末状や、一旦粉末状にしてから圧縮して固めてピル状に加工することが望ましい。しかし、粉末状のゲッター材料は飛散しやすく、ピル状に成形しても、運搬時や使用中に振動を受けたり擦れたりすると粉末がこぼれ落ちて飛散し、非蒸発型ゲッターポンプを使用する真空装置に悪影響を及ぼす恐れがある。

【0011】

特許文献２では、粉末状のゲッター材料を、その粒径より小さな網目を有するメッシュで包囲した非蒸発型ゲッターが開示されている。しかし、このような非蒸発型ゲッターのメッシュでは、網目が非常に細かくなり、線径も非常に小さくなるため、形状を維持することが難しく、運搬時などに加わる外圧や非蒸発型ゲッターの自重によって容易に変形してしまうという問題がある。メッシュが変形すると、メッシュと内部の粉末状のゲッター材料が、またゲッター材料同士が、互いに擦り合わされることによって、粒径がより小さい微粉末が発生する可能性がある。よって、この微粉末がメッシュの外に漏出して飛散し、やはり真空装置に悪影響を及ぼす恐れがある。また、微粉末が漏出しないようにメッシュの網目をさらに小さくした場合は、気体分子の流入が妨げられ、非蒸発型ゲッターポンプの排気速度が低下するという問題がある。

【0012】

以下に述べる実施形態は、このような問題を解決するものである。

【0013】

（第１実施形態）
第１実施形態の非蒸発型ゲッターについて説明する。以下、非蒸発型ゲッター（Non-Evaporable Getter）をＮＥＧ、非蒸発型ゲッターポンプをＮＥＧポンプと表記する。
図１（ａ）は、第１実施形態のＮＥＧを表す斜視図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の平面Ｉに沿う断面を表す斜視図である。

【0014】

第１実施形態のＮＥＧ１では、図１に示すように、短い円筒状のステンレス製の枠２に、枠２の開口を塞ぐように枠２の両側からステンレス製のメッシュ３を張り、これを粉末状のゲッター材料４を入れるための容器５とする。メッシュ３は、平織り、エッチング、パンチングメタルなどのタイプを用いることができる。

【0015】

図２は、第１実施形態のＮＥＧの枠にメッシュを取り付ける方法の一例を表し、図２（ａ）は取り付け前を表す断面図、図２（ｂ）は取り付け後を表す断面図である。

【0016】

枠２にメッシュ３を取り付ける方法は、粉末状のゲッター材料４が容器５から漏れないようにすることができればどのような方法でも良いが、例えばスポット溶接により取り付ければ良い。その他の方法として、図２に示すように、枠２に断面が台形の溝６を形成し、メッシュ３を溝６にあてがい、輪にした金属製の針金７でメッシュ３を溝６内に押し込むことで、枠２にメッシュ３を取り付ける方法もある。針金７の直径を溝６の開口の幅（台形の上辺）よりわずかに大きくしておけば、枠２にメッシュ３を固定することができる。

【0017】

枠２には枠２を貫通する雌ねじ（貫通孔）８を形成し、この雌ねじ８から粉末状のゲッター材料４を容器５内に入れた後、ステンレス製の雄ねじ９でゲッター材料４が漏れないように栓をする。

【0018】

メッシュ３と枠２とに包囲された粉末状のゲッター材料４は、容器５からの漏出を防ぐため、ふるいで選り分けて粒径がメッシュ３の網目より大きいものに限定しておく。具体的には、メッシュ３の目開き寸法は気体分子の流入を妨げないように３０μｍ以上にすることが好ましく、ゲッター材料４の粒径はメッシュ３の目開き寸法より１０μｍ前後以上大きくすることが好ましい。同時に、ゲッター材料４の比表面積を増大させるために、ゲッター材料４が漏出する恐れのない範囲で、ゲッター材料４の粒径の上限を小さくすることが好ましい。具体的には、ゲッター材料４の粒径の上限を２００μｍ程度にすることが好ましい。上限をこの程度にとどめるのは、合金を粉砕して粉末状にするとゲッター材料の粒径は数μｍ〜３００μｍに分散するため、この粉末をできるだけ無駄なく使うためである。しかし比表面積の増大を重視する場合は、ゲッター材料４の粒径の上限をさらに小さくしても良い。

【0019】

例えば目開き寸法が４１μｍの場合、ゲッター材料４の粒径を５０μｍ以上１８０μｍ以下（上記の通り上限をさらに小さくすることも可能である）にすると良い。このようにゲッター材料４を選別するためには、例えば、上の網目の目開き寸法が１８０μｍ、下の網目の目開き寸法が４９μｍの二重のふるいを用いれば良い。さらに、摩擦によって破片などが生じにくいように、ブラスト処理などを行って一つ一つの粒子をできるだけ丸い形にしておくことが好ましい。これにより、破片や微粉末がメッシュ３の外に漏出することを防ぐことができる。

【0020】

粉末状のゲッター材料４は、種々の合金や純金属であって良いが、例えばジルコニウムとバナジウムと鉄の合金を用いることができる。また、枠２とメッシュ３と雄ねじ９の材料は、高温でゲッター材料４と接触した時に劣化しない物が好ましいが、ステンレス鋼以外のモリブデンやタングステンなどの高融点金属やセラミックスであっても良い。

【0021】

以上の第１実施形態のＮＥＧ１によれば、枠２がメッシュ３の変形を抑制するので、ゲッター材料４の微粉末の発生が抑えられ、微粉末が漏出して飛散することを防ぐことができる。また、枠２を挟んで移動させればメッシュ３は変形しないため、扱いやすいという利点もある。また、雄ねじ９の軸を枠２の厚さより長くして、ゲッター材料４の隙間を詰め、容器５内でゲッター材料４が動きにくいようにすることで、微粉末の発生を抑える効果を増すこともできる。また、粉末を圧縮してピル状に成形する高コストの工程が不要になるため、コストを大幅に抑えることもできる。

【0022】

次に、第１実施形態のＮＥＧ１を備えたＮＥＧポンプの一例について説明する。

【0023】

図３は、複数の第１実施形態のＮＥＧを入れるための籠を表す斜視図である。

【0024】

図４は、複数の第１実施形態のＮＥＧを備えたＮＥＧポンプを表す断面図である。

【0025】

図４に示すように、第１実施形態のＮＥＧ１を備えたＮＥＧポンプ１０は、円盤状の真空フランジ１１を介して不図示の真空チャンバーに接続されるものである。真空フランジ１１には、不図示の固定用のボルトを通すための穴１２、不図示のガスケットを挟み込むためのエッジ１３が形成されている。

【0026】

図３及び図４に示すように、ステンレス製の円筒状の二つの金網１４ａ、１４ｂを重ね、内側の金網１４ａと外側の金網１４ｂの間を、下側は金網１４ｃで閉じ、上側は開放した籠１４を製作し、この籠１４の中に多数のＮＥＧ１を縦にして入れる。内側の金網１４ａと外側の金網１４ｂの間隔はＮＥＧ１の厚さと同程度であり、籠１４を横から見た時にＮＥＧ１が最密充填構造となるように籠１４が一杯になるまで入れる。

【0027】

ＮＥＧ１を入れた籠１４を真空フランジ１１の上に設置する。真空フランジ１１の円柱状の中央部１５には、中央部１５を貫通し、電源に接続する２本の棒状の端子１７、１９に螺旋状の発熱部１８を接合した輻射式のヒーター１６を固定している。

【0028】

このヒーター１６で籠１４の内側からＮＥＧ１を加熱し、ゲッター材料４の表面に吸着した気体分子を内部に吸収させる活性化と言われる処理を行うことによって、ＮＥＧ１を初回及びそれ以後繰り返し使用することができる。ヒーター１６の発熱部１８と籠１４は中心軸が一致しており、籠１４に入っているＮＥＧ１のメッシュ３はヒーター１６に対向しているため、ヒーター１６からの熱を各々のＮＥＧ１のゲッター材料４に均等に、効率良く伝えることが可能である。

【0029】

籠１４の直径と高さは自由に設計可能であり、籠１４に入れるＮＥＧ１の数を増やすことで、大きな排気速度のＮＥＧポンプを提供することができる。

【0030】

第１実施形態のＮＥＧ１及びこれを備えたＮＥＧポンプ１０は、加速器や電子顕微鏡などの電子源部に用いることができる。ここでは電極に極めて高い電圧がかかるため、電極の近くに粉末状のゲッター材料４があると、粉末が帯電し、電極に飛んで衝突し、電極を損傷する恐れがある。しかし第１実施形態のＮＥＧ１によれば、メッシュ３が静電シールドとなるため、粉末状のゲッター材料４の帯電を防止することができる。メッシュ３の網目を細かくし、メッシュ３を接地すれば、静電シールドの効果をより高めることができる。

【0031】

（第１実施形態のＮＥＧポンプの性能の調査）
第１実施形態のＮＥＧ１及びこれを備えたＮＥＧポンプ１０を以下の条件で製作し、性能を調査した。

【0032】

円筒状のステンレス製の枠２の外径は１０ｍｍ、内径は９ｍｍ、軸方向の長さは３ｍｍとした。ステンレス製のメッシュ３は平織りで、目開き寸法は４１μｍである。粉末状のゲッター材料４は、ジルコニウム７０％とバナジウム２４．６％と鉄５．４％の合金とし、粒径は５０μｍ以上１８０μｍ以下とした。

【0033】

ＮＥＧポンプ１０の排気速度を大きくするためには、できるだけ多くの粉末状のゲッター材料４をＮＥＧ１の容器５に封入することが好ましい。調査で製作したＮＥＧ１の容器５には、約０．９３ｇの粉末状のゲッター材料４を入れることが可能であった。比較のために述べると、粒径が数μｍ〜３００μｍに分布する粉末を全て混ぜ合わせ、圧縮して上記のＮＥＧ１と同じサイズの直径１０ｍｍ、厚さ３ｍｍのピル状に成形したＮＥＧの重さは、緩く圧縮した場合が１．０ｇ、強く圧縮した場合が１．２ｇである。よって、ピル状のＮＥＧに比べて若干少ないものの、大差ない量のゲッター材料４を容器５に入れることができる。

【0034】

また、粒径を５０μｍ以上１８０μｍ以下にした粉末状のゲッター材料４は、砂時計の砂のようにさらさらとして塊を生じにくく、粒径が数μｍ〜３００μｍの粉末状のゲッター材料に比べ、小さな雌ねじ８から容器５内に入れることが容易であることも確認できた。

【0035】

ＮＥＧポンプ１０の籠１４は、１０メッシュで目開き寸法は２．５ｍｍとした。この籠１４の中に、籠１４の周に沿って並ぶ８個のＮＥＧ１を５層にして計４０個配置した。真空フランジ１１は外径７０ｍｍのコンフラットフランジの規格品ＣＦ７０を使用した。
図５は、第１及び第３実施形態のＮＥＧを備えたＮＥＧポンプの性能を調査するための真空装置の構成を表す図である。

【0036】

この真空装置では、ターボ分子ポンプ２０とダイアフラムポンプ２１が接続された第１チャンバー２２と、性能を調査するＮＥＧポンプ１０が接続された第２チャンバー２３とが、オリフィス板２４を介して接続されている。第１チャンバー２２には四重極型質量分析計２５も接続されている。

【0037】

ターボ分子ポンプ２０とダイアフラムポンプ２１を作動させて排気を開始し、真空装置の脱ガスのためのベーキングの直後にＮＥＧ１の活性化を４５０℃で３０分間行い、その後室温の環境に放置すると、約１０^−９Ｐａの真空状態に達した。

【0038】

この状態から、第１チャンバー２２に接続されたリークバルブ２６を緩めてガスボンベ２７から試料の水素ガスを導入した。第１チャンバー２２に接続された第１真空計２８で第１チャンバー２２内の圧力Ｐ１を測定し、第２チャンバー２３に接続された第２真空計２９で第２チャンバー２３内の圧力Ｐ２を測定した。そしてＰ２に対するＮＥＧポンプ１０の排気速度Ｓ（Ｈ_２）を、導管のコンダクタンスをＣ、試料の水素ガスを導入する直前の第１チャンバー２２と第２チャンバー２３の圧力をそれぞれＰ１ｂ、Ｐ２ｂとした時の計算式Ｓ（Ｈ_２）＝Ｃ［（Ｐ１−Ｐ１ｂ）／（Ｐ２−Ｐ２ｂ）−１］から求めてグラフにした。

【0039】

また、第１チャンバー２２と第２チャンバー２３を開放して内部に乾燥した空気を導入し、一度活性化を行ったＮＥＧ１を空気にさらした状態から、初回と同じように排気と活性化を行ってＮＥＧポンプ１０の排気速度Ｓ（Ｈ_２）を調べてグラフにした。結果は図６にそれぞれ△印と▲印で示すようになった。

【0040】

図６は、図５の真空装置を用いて第１実施形態のＮＥＧを備えたＮＥＧポンプの性能を調査した結果を表すグラフである。図６において、△印は水素に対する初回の調査の排気速度Ｓ（Ｈ_２）であり、▲印は水素に対する２回目の調査の排気速度Ｓ（Ｈ_２）である。使用したゲッター材料４はＮＥＧ１が４０個で約３７．２ｇである。

【0041】

ＮＥＧポンプの性能を評価する上で最も重要なのが最大排気速度Ｓ_ｍａｘ（Ｈ_２）であり、初回のこの値は約１２０Ｌ／Ｓであった。二番目に重要なのが、初回以降、上記の大気暴露とＮＥＧの活性化を繰り返してＮＥＧポンプを使用する際、初回の最大排気速度Ｓ_ｍａｘ（Ｈ_２）がどの程度維持されるか、即ちＮＥＧの劣化の程度であり、これはＮＥＧの寿命の指標となる。２回目の調査における最大排気速度Ｓ_ｍａｘ（Ｈ_２）は約１１０Ｌ／Ｓであり、初回からの劣化の程度は約８．３％であった。

【0042】

比較のために、同じ合金で粒径が数μｍ〜３００μｍに分布する粉末を全て混ぜ合わせ、圧縮して直径１０ｍｍ、厚さ３ｍｍ、重さ１．２ｇのピル状に成形したＮＥＧを４０個（４８ｇ）、同じように用いてＮＥＧポンプを製作し、同様の方法で排気速度を調査した。結果は初回のＳ_ｍａｘ（Ｈ_２）が約１７０Ｌ／Ｓ、２回目のＳ_ｍａｘ（Ｈ_２）が約１２３Ｌ／Ｓとなった。この結果を第１実施形態と同じ３７．２ｇ当たりに換算すると、初回のＳ_ｍａｘ（Ｈ_２）が約１３２Ｌ／Ｓ、２回目のＳ_ｍａｘ（Ｈ_２）が約９５Ｌ／Ｓであり、初回からの劣化の程度は約２７．６％であった。

【0043】

第１実施形態のＮＥＧ１の最大排気速度は、ＮＥＧの初回の使用においてはピル状のＮＥＧより若干小さいものの、ＮＥＧの２回目の使用においてはピル状のＮＥＧを既に上回っている。２回目の使用以降も第１実施形態のＮＥＧ１が８．３％、ピル状のＮＥＧが２７．６％ずつ劣化し続けるとすれば、２回目以降は第１実施形態のＮＥＧ１の方が最大排気速度が大きくなる。そして第１実施形態のＮＥＧ１は、最大排気速度が初回の半分の６０Ｌ／Ｓになるまで初回から数えて９回使用できるのに対し、ピル状のＮＥＧは、最大排気速度が初回の半分の６６Ｌ／Ｓになるまで初回から数えて３回である。第１実施形態のＮＥＧ１はピル状のＮＥＧの３倍の長寿命を有し、寿命の観点からは格段に優れていると言うことができる。

【0044】

（第２実施形態）
第２実施形態のＮＥＧについて説明する。第２実施形態のＮＥＧは、形状のみが第１実施形態と相違する。よって、この部分のみを説明し、第１実施形態と同じ部材には同一の符号を付け、重複する説明は省略する。

【0045】

図７は、第２実施形態のＮＥＧを表す斜視図である。

【0046】

第２実施形態のＮＥＧ３０では、図７に示すように、細長いステンレス製の板を折り曲げ、四角く短い筒状の枠３１にし、枠３１の開口を塞ぐように枠３１の両側からステンレス製のメッシュ３２を張り、粉末状のゲッター材料４を入れるための容器３３とする。第１実施形態と同様、枠３１にはゲッター材料４を入れるための雌ねじ３４が形成され、雄ねじ３５で栓をするようになっている。

【0047】

第２実施形態のＮＥＧ３０によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0048】

ここで、第１実施形態の調査結果を参考にして、第２実施形態のＮＥＧ３０を備えたＮＥＧポンプの水素に対する排気速度を概算すると、次のようになる。

【0049】

例えば、四角い筒状の枠３１は、厚さを０．５ｍｍ、軸方向の長さを３ｍｍ、内側の長辺の長さを１００ｍｍ、内側の短辺の長さを１２ｍｍとする。メッシュ３２は平織り、目開き寸法は４１μｍとする。粉末状のゲッター材料４は、第１実施形態と同じ合金とし、粒径は５０μｍ以上１８０μｍ以下とする。

【0050】

４０個の第１実施形態の容器５内の体積は、１個の第２実施形態の容器３３内の体積の約２．１倍である。排気速度が容器内の体積に比例すると仮定すれば、第２実施形態のＮＥＧ３０を備えたＮＥＧポンプの最大排気速度Ｓ_ｍａｘ（Ｈ_２）は、１個のＮＥＧ３０につき１２０Ｌ／Ｓを２．１で割った約５７Ｌ／Ｓになる。

【0051】

例えば、コンフラットフランジの規格品ＣＦ１５２が接続される真空チャンバーの内径は１００ｍｍ程度あるので、この真空チャンバーの内周（周長約３１４ｍｍ）に沿ってＮＥＧ３０（短辺１３ｍｍ）を２０本程度配置することができる。ここで、真空チャンバーの内壁に対向するＮＥＧ３０のメッシュ３２からも気体を取り込めるように、ＮＥＧ３０は真空チャンバーの内壁から若干離して配置することが望ましい。そして中央に図４に示すような輻射式のヒーター１６を設置すれば、水素に対して１１４０Ｌ／Ｓ程度の大きな排気速度のＮＥＧポンプを提供することができる。

【0052】

（第２実施形態の変形例）
第２実施形態の変形例のＮＥＧについて説明する。第２実施形態の変形例のＮＥＧは、複数の第２実施形態のＮＥＧを連結可能にしたものである。

【0053】

図８は、複数の第２実施形態の変形例のＮＥＧを連結する方法を表す斜視図である。

【0054】

図９は、複数の第２実施形態の変形例のＮＥＧを連結した状態を表す平面図である。

【0055】

図８に示すように、第２実施形態の変形例のＮＥＧ３６では、各々のＮＥＧ３６の枠３１の両側に、連結部材として２つずつ、計４つの筒３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄが接合されている。筒３７ａと筒３７ｃ、筒３７ｂと筒３７ｄは、高さ方向の位置がずれており、矢印で示す方向にＮＥＧ３６を移動させ、筒３７ｃ、３７ｄと隣のＮＥＧ３６の筒３７ａ、３７ｂとの中心軸を一致させる。中心軸を一致させたこれらの筒３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄに、矢印で示すように上からセラミックス製の棒３８を差し込むことで、隣合わせになっているＮＥＧ３６を蝶番のように回転可能に支持し一体化することができる。

【0056】

棒３８には中心軸に沿う２つの平行な長孔が開いており、これらの長孔にＵ字状のタンタルヒーター３９を差し込むことで、棒３８にヒーターの機能を持たせ、ＮＥＧ３６のゲッター材料４を活性化することができる。

【0057】

図９にはＮＥＧ３６を５つ連結した例を示しているが、連結するＮＥＧ３６の数に特に制限はない。第２実施形態の変形例のＮＥＧ３６によれば、多数のＮＥＧ３６を連結することができるため、各々のＮＥＧ３６を真空チャンバーに個別に固定する必要がない。また、隣合わせになっているＮＥＧ３６同士の角度θを自由に調節することができるため、連結した多数のＮＥＧ３６を、例えば加速器や電子顕微鏡などの内壁の形状に合わせて配置することができる。また、中央は空いているため、電子ビームやＸ線ビームを通過させることも可能である。

【0058】

（第３実施形態）
第３実施形態のＮＥＧについて説明する。第３実施形態のＮＥＧは、形状のみが第１実施形態と相違する。よって、この部分のみを説明し、第１実施形態と同じ部材には同一の符号を付け、重複する説明は省略する。

【0059】

図１０は、第３実施形態のＮＥＧを表す斜視図である。

【0060】

第３実施形態のＮＥＧ４０では、図１０に示すように、ステンレス製の上の輪４１ａと下の輪４１ｂとこれらをつなぐ四角柱の支柱４１ｃとからなる枠４１の内側と外側からメッシュ４２を張り、粉末状のゲッター材料４を入れるための容器４３とする。支柱４１ｃは２本にし、それぞれ上の輪４１ａと下の輪４１ｂに溶接する。容器４３は対向する支柱４１ｃで仕切られた２つの半円筒状の空間に分かれており、上の輪４１ａに形成した雌ねじ４４ａ、４４ｂから粉末状のゲッター材料４を入れた後、雄ねじ４５ａ、４５ｂで栓をする。支柱４１ｃの本数を増してメッシュ４２の変形を抑制する効果を増すこともできる。

【0061】

第３実施形態のＮＥＧ４０によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。特に第３実施形態の円筒状のＮＥＧ４０によれば、中央の穴（輪４１ａ、４１ｂの内側）に図４に示すような輻射式のヒーター１６を設置すれば、この１つのＮＥＧ４０だけを用いたＮＥＧポンプを提供することができる。

【0062】

（第３実施形態のＮＥＧポンプの性能の調査）
第３実施形態のＮＥＧ４０及びこれを備えたＮＥＧポンプを以下の条件で製作し、性能を調査した。

【0063】

枠４１の上下の輪４１ａ、４１ｂの外径は３６ｍｍ、内径は３０ｍｍ、厚さは３ｍｍとした。支柱４１ｃは正四角柱で、底面の一辺の長さは３ｍｍ、高さは４４ｍｍとした。ステンレス製のメッシュ４２は平織りで、目開き寸法は４１μｍである。第１実施形態と同じ粉末状のゲッター材料４を用いる。このＮＥＧ４０の容器４３には、４１ｇの粉末状のゲッター材料４を入れることが可能であった。

【0064】

このＮＥＧ４０の中央に第１実施形態と同様のヒーター１６を設置してＮＥＧポンプを構成し、水素と一酸化炭素に対する排気速度Ｓ（Ｈ_２）とＳ（ＣＯ）を、第１実施形態と同じ方法で調査してグラフにすると、図１１に示すような結果が得られた。

【0065】

図１１は、図５の真空装置を用いて第３実施形態のＮＥＧを備えたＮＥＧポンプの性能を調査した結果を表すグラフである。図１１において、△印は水素に対する排気速度Ｓ（Ｈ_２）であり、○印は一酸化炭素に対する排気速度Ｓ（ＣＯ）である。

【0066】

水素に対する最大排気速度Ｓ_ｍａｘ（Ｈ_２）は約２００Ｌ／Ｓ、一酸化炭素に対する最大排気速度Ｓ_ｍａｘ（ＣＯ）は約１８０Ｌ／Ｓであった。第３実施形態のＮＥＧ４０によれば、水素と一酸化炭素の両方に対して、測定した圧力の範囲の全体にわたって従来のピル状のＮＥＧより大幅に大きい排気速度を得ることができた。

【0067】

（第４実施形態）
第４実施形態のＮＥＧについて説明する。第４実施形態のＮＥＧは、形状のみが第１実施形態と相違する。よって、この部分のみを説明し、第１実施形態と同じ部材には同一の符号を付け、重複する説明は省略する。

【0068】

図１２は、第４実施形態のＮＥＧを表す斜視図である。

【0069】

第４実施形態のＮＥＧ４６では、図１２に示すように、ステンレス製の枠４７は、中心軸が一致する内側の短い円筒４７ａと外側の短い円筒４７ｂと、これらをつなぐ３つの板４７ｃとからなり、車輪のような形にしている。このような枠４７を製作するには、例えば厚さ３ｍｍの板をレーザー切断で加工すれば良い。

【0070】

２つの円筒４７ａ、４７ｂの間の３つの扇形の開口を塞ぐように円筒４７ａ、４７ｂの両側からステンレス製のメッシュ４８を張り、粉末状のゲッター材料４を入れるための容器４９とする。容器４９は、内側の円筒４７ａの周りに約１２０度の角度ごとに設けた板４７ｃで仕切られた３つの空間に分かれている。外側の円筒４７ｂに形成した雌ねじ５０ａ、５０ｂから粉末状のゲッター材料４を入れた後、雄ねじ５１ａ、５１ｂで栓をする。なお、雌ねじと雄ねじはもう一対あるが、図１２では背面にあるので図示していない。

【0071】

第４実施形態のＮＥＧ４６によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0072】

次に、第４実施形態のＮＥＧ４６を備えたＮＥＧポンプの一例について説明する。

【0073】

図１３は、複数の第４実施形態のＮＥＧを備えたＮＥＧポンプを表す断面図である。

【0074】

図１３に示すように、第４実施形態のＮＥＧ４６を備えたＮＥＧポンプ５２は、円盤状の真空フランジ５３を介して不図示の真空チャンバーに接続されるものである。真空フランジ５３には、不図示のガスケットを挟み込むためのエッジ５４が形成されている。

【0075】

真空フランジ５３の厚さを増した円柱状の中央部５５には、電熱線５６を金属製の管５７で包んだシースヒーター５８を貫通させて固定している。

【0076】

シースヒーター５８の管５７の外径をＮＥＧ４６の内側の円筒４７ａの内径に一致させておけば、管５７に内側の円筒４７ａを嵌めるだけで、シースヒーター５８に多数のＮＥＧ４６を直接、簡単に取り付けることができる。図１３ではシースヒーター５８に例として６つのＮＥＧ４６を取り付けた状態を示している。シースヒーター５８が内側からＮＥＧ４６を加熱して、ＮＥＧ４６のゲッター材料４を活性化する仕組みである。シースヒーター５８は各々の車輪状のＮＥＧ４６の中央の穴を通るため、シースヒーター５８からの熱を各々のＮＥＧ４６のゲッター材料４に均等に、効率良く伝えることが可能である。

【0077】

ＮＥＧ４６の直径や厚さ、シースヒーター５８の長さは自由に設計可能であり、例えば長さ１０ｍのシースヒーター５８に厚さ３ｍｍのＮＥＧ４６を１０ｍｍ間隔で嵌めていけば、７００個以上のＮＥＧ４６をシースヒーター５８に取り付けることができる。このように構成した大きな排気速度のＮＥＧポンプは、加速器のビームダクト側面に取り付けて用いるＮＥＧポンプとして好適である。

【0078】

ＮＥＧ４６の別の用途として、半導体の分野で使用するガス精製装置を製作することもできる。金属製の円筒の中に、この円筒の内径に直径が一致する例えば１０個のＮＥＧ４６をシースヒーター５８に２〜３ｍｍ間隔で嵌めた状態で入れ、円筒の両端を閉じて密閉容器とする。シースヒーター５８は円筒と中心軸を一致させ、円筒の一端に固定する。円筒の一端にはガスを容器内に導入するための開閉可能な入口を設け、円筒の他端にはガスを容器内から取り出すための開閉可能な出口を設ける。容器内の排気とＮＥＧ４６の活性化を行って容器内を真空状態にしてから、ヘリウムガスやアルゴンガスなどの精製するべきガスを入口から導入する。このガスは多数のＮＥＧ４６を通過する間に酸素、水、一酸化炭素、二酸化炭素、水素などの不純物が１ｐｐｂレベルまで除去され、出口から高純度に精製されたガスを取り出すことができる。シースヒーター５８の替わりに容器の外に設けたヒーターによってＮＥＧ４６を活性化するようにしても良い。

【0079】

なお、以上の諸実施形態の他にも、ＮＥＧは用途に応じた様々な形態にすることができる。

【0080】

以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

【0081】

（付記１）メッシュと、
前記メッシュに取り付けられて該メッシュの変形を抑制する枠と、
前記メッシュと前記枠とで包囲され、粒径が前記メッシュの網目より大きな粉末状のゲッター材料と
を有することを特徴とする非蒸発型ゲッター。

【0082】

（付記２）更に、前記枠に貫通孔が形成され、
前記貫通孔を塞ぐ栓を有することを特徴とする付記１に記載の非蒸発型ゲッター。

【0083】

（付記３）更に、前記枠に取り付けられ、複数の前記非蒸発型ゲッターを連結する連結部材を有することを特徴とする付記１又は２に記載の非蒸発型ゲッター。

【0084】

（付記４）前記連結部材は、前記ゲッター材料を活性化するヒーターを含む棒が挿入される筒であり、
前記筒と前記棒によって回転可能に支持されることを特徴とする付記３に記載の非蒸発型ゲッター。

【0085】

（付記５）前記ゲッター材料を活性化するヒーターを挿入可能な穴が前記枠に形成されていることを特徴とする付記１又は２に記載の非蒸発型ゲッター。

【0086】

（付記６）メッシュと、前記メッシュに取り付けられて該メッシュの変形を抑制する枠と、前記メッシュと前記枠とで包囲され、粒径が前記メッシュの網目より大きな粉末状のゲッター材料とを有する非蒸発型ゲッターと、
前記ゲッター材料を活性化するヒーターと
を有することを特徴とする非蒸発型ゲッターポンプ。

【符号の説明】

【0087】

１，３０，４０，４６…ＮＥＧ、２，３１，４１，４７…枠、３，３２，４２，４８…メッシュ、４…ゲッター材料、５，３３，４３，４９…容器、８，３４，４４ａ，４４ｂ，５０ａ，５０ｂ…雌ねじ、９，３５，４５ａ，４５ｂ，５１ａ，５１ｂ…雄ねじ、１０，５２…ＮＥＧポンプ、１４…籠、１６…ヒーター、３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄ…筒、３８…棒、３９…タンタルヒーター、４１ａ…上の輪、４１ｂ…下の輪、４１ｃ…支柱、４７ａ…内側の円筒、４７ｂ…外側の円筒、４７ｃ…板、５８…シースヒーター。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】