JP3759879B2 - ゲッターポンプとターボポンプの間に一直線に接続された温度応答可動型遮へい装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は高真空装置に使用される、ゲッターポンプおよびターボポンプの間に一直線に配列された温度応答可動型遮へい装置に関する。
【０００２】
以下のことは公知であって、ゲッターポンプの運転が、非蒸発性の吸着材料（従来技術においてＮＥＧとして公知である）とで作られた装置による、酸素とか水素とか水とか炭素酸化物のような活性ガスの化学的な吸着に基づいており、一般に該装置はチャンバーの高真空度を作り維持するために他のポンプと組合せて使われている。真空引きの第一段階は通常機械式ポンプ（例えばロータリーポンプ）により行なわれ、高真空は化学イオンポンプまたは低温ポンプまたはターボポンプと組合せたゲッターポンプにより得られる。大気ガスまたは排気するガスに関して異なる作用の組合せであるゲッターポンプとターボポンプの組合せには利点があって；とくに室温で使用されるゲッターポンプは、ターボポンプで排気するには最も困難なガスである水素に対して、非常にすぐれた吸着能力を有している。そのような組合せは、特に粒子加速器とか半導体産業における加工機械用チャンバーのような、高真空運転に使われる作業用チャンバーの真空引きに特に役に立つ。
【０００３】
また以下のことは公知であって、ゲッターポンプをターボポンプの上流に、かつ両者を同一軸上でお互いに直列に配列された、二つのポンプを取付けることにより高真空を達成することが出来る。しかしながらそのような配列は欠点を招き、装置にとって最も重要な点は以下の事実である。非蒸発性ゲッタ材料は、内面からの輻射加熱またはゲッター要素に電流を流すことにより約５００〜６００℃の温度で活性化されねばならず；さらに使用にあたってはゲッター材料は約２００〜３００℃の温度に維持されている（ところが、前述したように水素の最もすぐれた吸着能力を得るにはゲッター材料は室温で運転されねばならない）。ゲッターポンプの加熱はターボポンプの間接加熱（主に輻射による）の結果である。これは、ターボポンプを安全に運転するべくブレードを許容公差（無視出来るが）を広げるように伸ばすために行なわれる。この不具合をさけるために、二つのポンプ間の距離を広げるとか、ポンプ間に固定型の熱遮へい装置を取り付けるとか、ポンプをエルボ形状の要素を介してお互いに非同軸状に接続するとかの可能性はあるけれど、しかしながら、これらのすべての解決法はガス流のコンダクタンスの不要な低下を招く。そのため一般に、二つのポンプはフランジにより真空にする容器の二つの異なる開口部に取りつけられているので、二つのポンプをお互いに一直線上に並べて同一軸上に配列することにより得られる利点がない。
【０００４】
同一の出願人による国際公開第９８／５８１７３号（ＷＯ ９８／５８１７３）において、前述の不具合をさける試みがなされていて、ゲッターポンプがターボポンプの近くの上流で同軸上に配列されており、ターボポンプの直接加熱を最小とする構造とし同時にＮＥＧポンプからの粒子のもれる可能性を最小にして、コンダクタンスの低下を小さくしている。しかしながらポンプの構造は、ジグザグ形状のワイアのような伸ばされた金属要素で形成されていて、金属要素表面に非蒸発性でポーラス状のゲッター材料が焼結により取り付けられており、さらにゲッターポンプのサポートである円筒カートリッジの外縁区域はキャップ形状をしているので、ゲッターポンプをターボポンプと組合せて使用しようとすると、特別なゲッターポンプをわざわざ製造する必要があり、より低価で効率はよいが、ターボポンプと組合せた運転に特別使用するために設計されていない、一般に製造されているＮＥＧポンプが使用出来なくなる。
【０００５】
それゆえ本発明の目的は、高真空装置のゲッターポンプとターボポンプの間にはさんで取付けるための可動遮へい装置を提供することで、前述の不具合なしに二つのポンプの間に一直線に配列することを可能にしている。
【０００６】
本発明におけるもう一つの目的は、ＮＥＧポンプとターボポンプの間で一直線に配列される可動型遮へい装置を提供することであり、その装置は、ゲッターポンプからターボポンプに向けての輻射による温度が作用するとき、完全な遮へい形態形状から二つのポンプ間の流路断面を十分に確保する形態形状に自動的に移行し、最大のコンダクタンスを得る。
【０００７】
本発明におけるさらなる目的は、前述の型式の遮へい装置を提供するもので、その装置は、一般商品でこの目的のために設計する必要のないターボポンプおよびＮＥＧポンプに、直接接続して使用することが可能である。
【０００８】
これらの目的はＮＥＧポンプとターボポンプの間の接続フランジに取り付けられた可動型遮へい装置により実現され、その装置は二つの形態形状の間で装置自身の温度により形状または方向を自動的に変化する多数の遮へい金属部材を備えている。二つの形態形状のうち、第一の形態形状は遮へい部材がほぼ平面形状でＮＥＧポンプとターボポンプの間でほぼ連続的な遮へいを形成していて、第二の形態形状において遮へい部材が最大のコンダクタンスを保証するように二つのポンプの間の流路の断面に対し最小の抵抗を備えている。遮へい部材が、よく知られている温度に応答して第一の形状から第二の形状に変化する形状記憶を有する材料の要素を備えており、第一の形状は、形状記憶材料の作動温度範囲におけるより高い温度に対応していて、遮へい部材の第一の形態形状に相応しており、第二の形状は、同一の作動温度範囲におけるより低い温度に対応していて、遮へい部材の第二の形態形状に相応している。
【０００９】
本発明における遮へい装置において、これらおよび他の目的、利点、および特徴は、図面を参照した本例だけに制限されない好適な実施の形態に関する、以下の詳細な説明によりはっきりと明確になる。
【００１０】
本発明による遮へいは、全体的または部分的に形状記憶を備えた材料で作られた部材で形成されている。これらの材料はすでに他の分野における応用で公知であり、以下の特性を有する。その特性とは、この材料で作られた物が、温度変化により前もって決められ製造段階であてがわれた一つの形状から他の形状へ、中間的な平衡状態はなく短時間で変わることである。本発明における遮へい装置は、ゲッターポンプが５００〜６００℃の温度に加熱されると、本質的に輻射で加熱されて、遮へい装置は“閉”状態となり、ゲッターポンプとターボポンプの間の光学的通路はさえぎられ、ターボポンプが加熱されるのを防止していて；ゲッターポンプが冷えると、本発明による遮へいは逆に冷却され“開”状態となり、遮へいを形成する部材が二つのポンプの間で光学的通路の方向に可能な限り表面を最小とし、ターボポンプ方向へのガスの最大のコンダクタンスを保証する。
【００１１】
形状記憶材料は第一の種類の材料で作られていて、前もって決められた第一の形状から第二の形状への移行は温度変化により生じ、反対の第二の形状から第一の形状への移行には機械的な力の作用を伴なう外的な介在を必要とする。本発明の目的に役立つのは第二の種類の材料であって、その材料はいわゆる“二方向性形状記憶”機構を示し、正方向と逆方向双方への移行は温度変化で生じる。これらの材料は微晶質構造を、低温で安定なマルテンサイト型から高温で安定なオーステナイト型に、またはその逆に変えると考えられている。二つの微晶質構造間の変態はヒステリシスサイクルと同様な四段階の温度で特性づけられるサイクルにより行なわれる。四段階とは：加熱の間、マルテンサイト相が安定な低温から出発し、オーステナイト相への変態が始まる温度Ａｓに到達し、オーステナイト相への変態の終了に対応する温度Ａｆとなり；冷却時、オーステナイト相が安定な温度域から出発し、まずマルテンサイト相への変態が始まる温度Ｍｓに到達し、マルテンサイトへの変態が終了する温度Ｍｆとなる。前述の変態の正確な温度は材料の種類および製造される過程により変わるが、どの材料においてもこれらの温度はいつもＭｆ＜Ｍｓ＜Ａｓ＜Ａｆの順である。本発明の目的にとって、二方向性形状記憶材料を評価するのに最も重要なパラメーターは、温度ＭｆおよびＡｆである。ターボポンプは可動部品の温度が１２０℃を超えない範囲で運転出来るので、使われる形状記憶材料が１２０℃を超えないＡｆ値、好ましくは１００℃を超えない値を有していて、温度がターボポンプの限界値に到達するとその結果形態形状が変化しおよび遮へい装置の閉状態への移行が完了する。熱遮へい装置が完全に開く温度Ｍｆは、好ましくは室温より高くて、このことが適切な冷却手段を備えることなしに、ゲッターポンプの冷却の結果生じる単なる遮へい装置自身の自然冷却による遮へい装置の開状態を可能にする。本発明の目的に役立つ材料の遷移温度は主にＮｉ−Ｔｉ合金で、詳しくはＮｉが重量比で５４と５６％の間で残りはチタニウムである。より好ましくは、合金のＮｉ成分が５５．１と５５．５％の間で残りがチタニウムである。これらの合金はＡｆ値として約９０℃と１１５℃の間の値を示し、Ｍｆ値として約５０℃と８０℃の間の値を示す。またＣｕ−Ａｌ−Ｎｉ合金のような銅の三元合金を使ってもよくて、より好ましくはＣｕ−Ａｌ−Ｚｎ合金で、重量比で約７０と７７％の間の銅と、約５％と８％の間のアルミニウムと、約１５％と２５％の間の亜鉛を含んでいる。
【００１２】
図１を説明する。非蒸発型ゲッターポンプＧＰとターボポンプＴＭＰと組立てられる熱遮へい装置１０の好適な実施の形態が示されていて、その組立品はたとえば半導体産業における加工機械用のチャンバーを高真空にしかつ維持するためのアセンブリーを形成する。遮へい部材１１についてより詳細を以下に説明する。遮へい部材に取り付けられる高真空用フランジ１３が示されている。フランジ１３は周囲に貫通穴１２，１２ａを備えていて、その穴は適切な手段（図示されていない）で二つのポンプの隣接する端部に形成された対応する周囲の穴と結合される。ＧＰポンプは対向面に貫通穴のもう一つのセットを備えていて、真空にするチャンバーに固定される。
【００１３】
フランジ１３は標準のフランジで、二重シールの真空用で、特殊鋼で作られており、一般に銅の真空用ガスケットと共に使われている。注意点は以下のとうりであって、図に示されるゲッターポンプは中心のサポートに非蒸発性ゲッター材料の円板のスタックを備えており、前述したようにゲッターポンプはどのような型式でもよくて、本発明による中間の遮へい装置１０を使う際、ターボポンプと一直線に配列して使用するのに何の制限もない。
【００１４】
図１において以下の点に注意すべきであって、遮へい部材１１は閉状態でＶ形状を有するように概略的に表わされており、ＧＰとＴＭＰの間の光学的通路をさえぎっていて、同様に二つのポンプ間の特にゲッターポンプからターボポンプへのどのような入熱をも妨げている。
【００１５】
本発明による同一の遮へい装置１０が概略的に今度は図１ａに示されている。部材１１は断面でＶ型の形態形状ではなくて二つのポンプＧＰとＴＭＰの間の断熱のために魚骨形パターンをしているが、開の形態形状においてすべての部材がお互いに平行していて、フランジ１３の内部面積に一致する流路断面において単に部材の厚みを減ずることにより抵抗を最小にすることを可能にしている。
【００１６】
図２および２ａに好適な実施の形態における遮へい材料についてより明確に説明する。遮へい部材１１，１１′，１１″…１１ⁿ がすべて形状記憶合金で作られていて、各々遮へい装置の開状態を示しており、すべての部材１１，１１′，…は平面形状をしていて、図１における二つのポンプＧＰとＴＭＰの間で流路断面に垂直な方向にお互いに平行している。各々の部材はたとえばねじとボルトとかスポット溶接のような係合手段で金属帯金１４，１４′，１４″，…１４ⁿ に固定されている。これらの帯金は、例えば鋼のような形状記憶材料ではない金属で作られていて、遮へい部材のサポートおよび軸を形成しており、その軸の周りを遮へい部材が回転し図２ａに示される“閉”または“Ｖ”型の形態形状を形成する。すべての帯金１４は端部で支持フランジ１３に固定されていて、そのフランジは図２および２ａには示されていないが、図２に形状を概略的に曲った破線で示されている。各々の部材１１における中央の平行な二本の破線は、サポート帯金の形状だけを表わしているのではなく、この二本の線にそって部材が形状変化の際に折りたたまれる二本の線もまた表わしている。既に図１に概略的に示したが図２ａにより詳しく見られるように、Ｖ型の形態形状における中央の一対の遮へい部材に到るまでの遮へい部材が示されていて、その中央の一対の遮へい部材はフランジ１３の内径全体にわたり伸びていて、対向面にもＶ型の形態形状を伴ない、同一のサポート帯金１４ⁿ に取り付けられている。
そのような形態形状において、ゲッターポンプ（ＧＰ）とＴＭＰポンプの間の光学的通路は完全に遮へいされる。
【００１７】
本発明による装置の遮へい部材の代りの実施の形態における、開および閉状態の二つの形態形状が各々図３および図３ａに示されている。この場合遮へい部材３１，３１′，３１″は全体が形状記憶材料で作られていなくて、形状記憶合金で作られた要素（３３，３３ａ）をその各々の端部に有する金属帯板３２，３２′，３２″…で形成されている。各々の要素３３，３３ａは前述したように温度に従い一点鎖線で示される中心軸にそって折りたたまれるのに適している。そのような中心の折りたたみ線は、各々の要素３３，３３ａを二つの部分３４，３５に区切っており、その一方の部分がフランジ１３（図示されていないけれど、その形状が楕円状に破線で概略的に示されている）に、例えば、スポット溶接または他の係合手段３４′で固定されている。各々の要素３３，３３ａのもう一方の部分３５が、遮へい部材３１，３１′，…に対応する帯板３２，３２′，…に、同じくスポット溶接または他の係合手段３５′で固定されている。その結果、温度上昇により要素３３，３３ａがその形態形状を図３に示すほぼＬ形状から図３ａに示すほぼ平面形状に変化し、その結果すべての遮へい部材が同時に回転し、図３ａに示す閉の形態形状を形成して、遮へい部材はその端面をお互いに重ね合わせて一体の平面となり、二つのポンプの間の通路を完全に遮へいする。好ましくは帯金３２，３２′，…が鋼で作られている。以下の点に注意すべきであって、前述の図面における実施の形態とは反対にこの場合形状記憶要素の角度のある形態形状は遮へいの開状態に対応していて、そのため温度が下がると記憶形状要素が平面形態形状を示し、遮へい部材がほぼ閉の形態形状となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明による可動型遮へい装置を閉状態で間にはさんで、ゲッターポンプ（ＮＥＧ）とターボポンプで構成されるユニットの各部を分離した軸方向断面の略図である。
【図１ａ】 図１ａは図１と同様な遮へい装置の開状態での断面図である。
【図２】 図２および図２ａは本発明による図１および１ａの実施の形態における遮へい装置の開および閉状態各々の部分斜視図である。
【図３】 図３は本発明による別の実施の形態における、装置の三つの遮へい部材の開および閉状態各々の、拡大詳細図を含む部分斜視図である。

Claims (5)

1. 非蒸発性のゲッターポンプ（ＧＰ）およびターボポンプ（ＴＭＰ）に一直線に接続された真空フランジ（１３）に取り付けられた可動型遮へい装置（１０）において、
   可動型遮へい装置が、二つの形態形状の間で装置自身の温度により形状または方向を自動的に変化する少なくとも二つの遮へい金属部材（１１，１１′，…；３１，３１′…）を備えていて、
   該遮へい金属部材が、二つの形態形状のうちの第一の形態形状において同一平面上にあって該二つのポンプの間で連続的な遮へいを形成しており、第二の形態形状において該遮へい部材（１１，１１′，…；３１，３１′…）が最大のコンダクタンスを保証するように該二つのポンプの間の通路の断面に対し可能な限り最小の抵抗を備えていて、
   該遮へい金属部材が、温度に応答して第一の形状から第二の形状に変化するよく知られている形状記憶を有する材料の要素を備えており、第一の形状は該形状記憶材料の作動温度範囲におけるより高い温度に対応していて、該遮へい金属部材の該第一の形態形状に相応しており、第二の形状は該同一の作動温度範囲におけるより低い温度対応していて、該遮へい金属部材の該第二の形態形状に相応している、
   ことを特徴とする可動型遮へい装置。
2. 該遮へい部材（１１，１１′，…１１ⁿ ）が該形状記憶材料で形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の可動型遮へい装置。
3. 該遮へい部材（１１，１１′，…）が、一列ずつ該フランジ（１３）の直径に平行に配列されていて、各々が該記憶形状型式でない金属の中央部の帯金の端部に結合されており、該帯金（１４，１４′，…）相互間の距離は、開状態における該遮へい金属部材（１１，１１′，…）間の該遮へい金属部材の巾の半分より小さい距離に一致していて、そのため該第一の閉の形態形状において、お互いに隣接するどの二つの該遮へい金属部材でも十分に重なっていることを特徴とする、請求項２に記載の可動型遮へい装置。
4. 該遮へい金属部材（３１，３１′，…）が金属羽根（３２，３２′…）により形成されていて、各々の該羽根は少なくとも一方の端部で該形状記憶型要素（３３，３３′，…；３３ａ，３３′ａ…）に継合しているところの、請求項１に記載の可動型遮へい装置。
5. 該金属羽根（３２，３２′，…）が該フランジ（１３）の直径にお互いに平行に配置されていて、該形状記憶要素（３３，…；３３ａ…）により該フランジ（１３）に継合されているところの、請求項４に記載の可動型遮へい装置。

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