JPS5920875B2 - モジユ−ル式ゲツタポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、基質中に埋設された非蒸発性ゲッタ物質を使
用するモジュール式型式の改善されたゲッタポンプに関
するものである。

本発明に従うモジュール型ゲッタポンプは、高真空状態
を発生しそして維持することが所望される例えば融解反
応炉、粒子加速器、貯蔵リング、中性子放射器等の閉成
された容器内のガスを収着する為に単独で或いは多数の
配列体として使用するに特に適当である。

モジュール式というのは一つの基本単位体を多数個集合
することにより多配列体を容易に構成しうるという意味
である。

、基質中に埋設された非蒸発性ゲッタ材料を使用するゲ
ッタポンプは既に知られておりそして閉成された容器内
に真空を創生じそして維持する為に広（使用されている
。

例えば、米国特許第３６０９０６２号、第３６６２５２
２号及び第３７８０５０１号を参照されたい。

特に、高いオーム抵抗を持つ基質と基質中に埋設された
非蒸発性ゲッタポンプ物質とを使用するゲッタポンプが
米国特許第３６０９０６４号に記載されている。

このようなゲッタポンプは一般に、米国特許第３６５２
３１７号に記載されているように、非蒸発性ゲッタ金属
粒子であらかじめ被覆された長尺のリボンの形態をなす
基質を使用する。

その後、長尺のリボンは前後に反覆的に折曲げられてひ
だ付きの基質を形成し、その後一つの中心軸線のまわり
に周回的に配置される。

抵抗加熱器が中心軸線と一致してしばしば設けられる。

高オーム抵抗の基質から成るゲッタポンプの場合のよう
に別個の加熱器が設けられない場合でも、基質の好まし
い形態はひだ付きストリップである。

しかし残念ながら、このような装置は多くの欠点を呈す
る。

必要とされる別個の抵抗加熱器の存在は製造コストを増
大する。

ゲッタ金属の一様な加熱は不可能でないにせよ困難であ
る。

何故なら、被覆された基質の部位によって別個の抵抗加
熱器からの距離が異るからである。

更に、別個の加熱器は、加熱されることが意図されない
部品への過剰の熱損失をどうしても生じることに由り非
効率であり、従ってゲッタポンプの電力所要量の無駄な
増大を招く。

更に、もし大きな表面積がガスの収着を可能ならしめる
ように為されねばならないなら、この全表面を先行技術
の非蒸発性ゲッタポンプで覆うことは困難となる。

所望されざるガスをポンピング（真空度を高める為にガ
スを雰囲気から除去すること）する別の方法は、それら
ガスを冷媒温度に冷却されたパネル上に凝縮せしめるこ
とによる。

しかし、これは高価な冷媒の使用及び取扱いを要する。

非常にしばしば、この冷却表面は、凝縮ガスの再蒸発を
防止する為山形邪魔板により遮蔽されねばならずそして
エネルギー粒子の衝突を防止するようスクリーンで遮え
ぎられる。

このような邪魔板はパネルのポンピング速度を所望され
ざる程に制限する恐れがある。

更に、冷媒式ポンプは、もしシステムの破損或いは洩れ
によりもたらされる圧力増大に曝されるなら、既に収着
したガスを急激に脱着し、これは爆発性空気−水素混合
物の生成につながる。

冷媒が液体であるという事実によって凝縮パネルの配置
とりに制限が課せられる。

従って、本発明の目的は、別個の加熱器を必要とせず、
従って所要電力及び排気コストを減少しうるゲッタポン
プを提供することである。

本発明のまた別の目的は、大きな表面を覆って自在に組
立テることができそして冷媒ポンピングユニットと交換
しうるゲッタポンプを提供することである。

本発明の更に別の目的は、任意の所望される空間配向に
おいて真空容器の内面に沿うよう互いに所望数集合して
置かれうるモジュール式ゲッタポンプを提供することで
ある。

本発明のこれらの目的は、第１及び第２の支持電極を具
備しそしてそこに少く共１つの高オーム抵抗材料のスト
リップが連結されるようなモジュール式ゲッタポンプを
提供することにより達成される。

この場合、ストリップはその巾に較べてはるかに長い長
さとごく僅かの厚さを持つものとされる。

ストリップは、互いに同間隔で離間される複数の偏平な
実質上平行な帯域にひだ付げされる即ち反覆的に折曲げ
られる。

ひだ付けされたストリップは、そこに少（共部分的に埋
設される非蒸発性のゲッタ金属に対する基質を構成する
。

棒手段が、隣りあう平行帯域間の間隔を維持する為にひ
だ付きストリップの巾に対して直交して位置づけられる
。

隣りあう平行帯域間の間隔の維持は高いポンピング（ガ
ス収着）速度を保証する。

一般に、棒手段はその両外端においてひだ付き基質を支
持する電極に固定される絶縁棒を含んでいる。

一つの特定の具体例において、棒手段は、偏平な平行帯
域を緊張下に維持する為の偏倚手段を含む。

別の具体例において、棒手段は平行帯域を直角に貫いて
装通されそして隣りあう平行帯域間に絶縁棒を取巻いて
連接する環状の絶縁スペーサ要素を含んでいる。

好ましくは、本発明のモジュール式ゲッタポンプは隣り
あう偏平な平行帯域間の離間距離対ストリップ巾の比率
が１／６〜１／６０、好ましくは１／１０〜１／３０の
時好適に作動しうろことが見出された。

秀れた性能は、２０℃で測定して５〜１５０μΩ−αの
抵抗率を持つ基質を使用することからもたらされること
が見出された。

適当な基質材料の例としては、特に１８％Ｃｒ及び８％
Ｎｉ を含みそして残部が実質上鉄から成るステンレス
鋼、並びに１ニクロム」の商品名の下で得られる広範に
使用される高抵抗材料が挙げられる。

他の適当な材料も当業者には明らかであろう。

「コンスタンクン」或いはチタンは非磁性基質カ必要と
されるなら特に有用である。

本発明のもつとも広い様相において、本発明では、チタ
ン、ジルコニウム、タンタル或いはニオブ並びに上述の
２つ以上の合金及び（或いは）混合物或いは上述のもの
と他の物質との合金及び（或いは）混合物が使用されう
る。

これら合金及び混合物は収着容量を相当に減じてしまう
ものであってはならない。

このような使用しうる合金の例はＺｒ２Ｎｊである。

希土類金属及びインドリウムもまた使用されうる。

好ましい非蒸発性ゲッタ材料は５〜３０重量％Ａ １−
Ｚ ｒの合金である。

特に有効な合金は１６％Ａｌ−Ｚｒであり、これはイタ
リヤ５ＡＥＳ ゲッタ社から「５ｔｌＯＩＪの商品名
の下で市販入手されうる。

本発明のモジュール式ゲッタポンプは単独でも使用され
うるが、例えば真空容器の内壁全体を覆うよう複数のこ
のようなモジュール式ポンプが相並べて置かれうる。

これらは、真空容器内で許容される電位乃至電流の条件
に依存して並列でも直列でも電気的に接続されうる。

電流が高抵抗の基質に適用される時、基質を通しての通
電は、そこに組込まれているゲッタ物質を初期の活性化
の為の所望の温度にまたその作動温度にまで加熱する。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の好ましい具体例に
ついて説明しよう。

本発明に従うモジュール式ゲッタポンプは高オーム抵抗
の材料から成るス） ＩＪツブ１０を使用し、このスト
リップはその巾Ｗに較べてはるかに長へ・長さＬとごく
わずかの厚さｔを具備しているにストリップ１０は、そ
の片面乃至両面に少（庇部分的に埋設される非蒸発性ゲ
ッタ金属１２を含んでいる。

ストリップ１０は複数の偏平な実質上平行な帯域１４に
ひだ付は即ち屈曲され、そしてこれら帯域は一定の間隔
ｄだげ離間されている。

２組の架橋帯域１６及び１８がこれら平行帯域を互いに
繋いで連続ストリップ１０を形成している。

ゲッタ金属１２はストリップの長さに沿って連続的に適
用されうるが、ひだ付は後のストリップが各折曲げ部位
においてゲッタ金属を持たないよう第１図に例示される
ように選択的にも被覆されうる。

第２及び３図に例示される第１の好ましい具体例におい
て、本発明に従うモジュール式ゲッタポンプ２０は第１
の支持電極２２と第２の支持電極２４を包含する。

第１電極２２はひだ付きストリップ２６の第１組の架橋
帯域２３を支持し、他方第２電極２４は第１組とは反対
側の第２組の架橋帯域２５を支持する。

棒手段２８が、その軸線２９がひだ付きスｌ、 ＩＪツ
ブの巾方向Ｗに直角となるよう配置されて、隣りあう平
行帯域間の間隔を維持している。

棒手段２８は、両外端において支持電極２２及び２４に
固定される絶縁棒３０を含んでいる。

偏平な平行帯域を張力下に維持する為に偏倚手段３２が
含められる。

第３図に例示されるように、偏倚手段３２は支持電極２
４と関連して設けられる引張りばね３４から成る。

基質２６には、加熱に際しての基質２６の一様な伸長を
保証する為に或いは基質の電気抵抗を機械的に増大する
為に応力解放穴３６が装備されうる。

第２図に例示された棒手段２８は、２つの支持腕４０及
び４２を備える枠３８から成り、これら支持腕に支持電
極２２及び２４が付設される。

偏倚手段３２は、基質がそこを通しての通電によりもた
らされる加熱により膨張した場合でさえ基質２６を緊張
下に維持する。

斯（して、棒手段は隣りあう平行帯域間の離間を維持し
、それによりポンピングされるべきガスの容量への望ま
しい充分なる曝露面積の存在及び維持を保証する。

使用に当って、一つ乃至それ以上のモジュール式ゲッタ
ポンプ２０が排気されるべき容器の内部に適当な手段に
より付設される。

容器は、機械的ポンプ或いは斯界で良く知られた他の真
空ポンプのような都合の良い手段により排気される。

電極２２及び２４が交流乃至直流電源に接続され、それ
により電流が平面状基質２６を通して流れそれにより基
質中にオーム熱を発生してそこに埋設されているゲッタ
物質を活性化し、以ってゲッタ物質の各粒の内部にガス
の収着を可能ならしめる状態となる。

電流は、ゲッタ材料の温度がそれを活性化するべ（６０
０〜９００℃、好ましくは７００〜８００℃において５
分から数時間保持されるよう平面状基質に通される。

ひとたび活性化が達成されると、ゲッタ材料１２は室温
でもガス収着性であるが、ガス収着速度及び容量はゲッ
タ材料を、上述したように加熱することにより、一層好
ましくは充分に高い水素収着速度と充分に低い平衡圧力
を持つ為には２００〜４００℃の温度において加熱する
ことにより増大されうる。

例えば、１４０メツシュ／インチ篩を通り抜けそして６
００メツシュ／インチ篩上に保持された微粒の”Ｓｔｌ
°０１１′非蒸発性ゲッタ材料が、米国特許第３６５２
３１７号に記載された方法を使用して約０．２ｍｍの公
称厚さｔを有するコンスタンタン基質中に少く共部分的
に埋設された。

この基質ストリップは、５０ｃＩＩＬの振巾ａ及び５ｃ
ｒｆＬの巾Ｗでもって第１〜３図に例示したモジュール
式ゲッタポンプを形成するのに使用された。

各平面部間の平行間隔ｄは０．５ｃｍ妻された。

前述したようなモジュール式ゲッタポンプ１０個がトー
ラス式融解機の外側真空シェル内に置かれた。

そこは機械的ポンプにより１ｏ−６トール以下まで真空
引きされた。

基質に通電が為されて、ゲッタ材料を７５０℃まで１５
分間加熱しその後電流は基質の温度が２００℃になるま
で落された。

真空水準はモジュールゲッタポンプにより１０−６トー
ル以下に維持された。

このモジュール式ゲッタポンプは前述した実験的な融解
機のトーラスの排気システムにおいて冷媒式ポンピング
パネルと好適に置換された。

別の試験において、第２及び°３図に例示したような構
成のモジュール式ゲッタポンプの配列体が実験用融解機
の中性子ゲーム放射器の内部自由表面上に取付けられた
。

これらは、高い排気効率を好都合に提供しそして放射器
圧力勾配を作動眼内に維持したままトーラス内への高い
中性粒子貫通量の維持を許容した。

本発明に従うモジュール式ゲッタポンプの第２の好まし
い具体例が第４及び５図に例示されている。

モジュール式ゲッタポンプ４４は一対のストリップ４６
及び４８を使用し、その各々が第１図に例示したように
して構成されたものである。

ストリップ４６及び４８の基質は一般に２０℃で測定し
て１〜２００１好ましくは５〜１５０μΩ−σの抵抗率
を持つ材料から形成される。

ストリップ４６及び４８はそこに少く共部分的に埋設さ
れる非蒸発性ゲッタ金属を具備しそして複数の実質上平
行な帯域５０にひだ付けされる。

これら平行帯域５０は距離ｄ離間され、それによりゲッ
タポンプの全体直線寸法りを減縮化している。

棒手段５２が、隣りあう平行帯域５０間に間隔ｄを維持
する為ひだ付はストリップの巾Ｗに対して直交関係で位
置づけられている。

棒手段５２は、両外端において一対の支持電極５６及び
５８に固定される一対の絶縁棒５４から成る。

絶縁棒５４は偏平な平行帯域５０を直角に貫いて装通さ
れる。

第５図に明示されるように、棒手段５２は；隣りあう平
行帯域５０間に位置づけられそして絶縁棒５４を取巻い
て連接して位置づけられる複数の環状絶縁スペーサ要素
６０を含む。

第４及び５図に例示されるモジュール式ゲッタポンプは
、第２及び３図に例示したものに較べて追加的利点を持
つことが見出された。

ゲッタ材料被覆工程中基質１０内に誘起される応力の熱
による解放に由り或いは第２及び３図に示されるモジュ
ール式ゲッタポンプの両外端での不均一な係止により一
様ならざる張力の発生に由り、基質２６は加熱後幾分歪
み、幾つかの状況においてはもはや平行でなしうる。

緊張手段３２の力を増すことによりこの歪みをおおよそ
矯正することは可能であるが、熱解放に由る反りを最小
限としての秀れた性能は第４及び５図に例示された構造
体を使用することにより達成しうろことが見出された。

加熱用電流がひだ付けされた基質を通して流れるように
する為には棒５４はそれが電導性材料から作製されてい
るのなら電極５６及び５８から電気的に絶縁されねばな
らないことが理解されよう。

ひだ付はストリップ４６及び４８の平行帯域５０の最初
と最後のものは、第１及び第２支持電極５６及び５８そ
れぞれと電気的に接続される。

第４及び５図に例示したモジュール式ゲッタポンプは単
独でも使用されうるし、また真空容器の内面壁を充分に
覆うよう例えば相並べて多数個集合して配列することも
できる。

この型式のモジュール式ゲッタポンプがパネル内に群集
して置かれる時、これらポンプモジュール間の電気的接
続は、真空容器内に容認されうる電気的ポテンシャルの
状態に応じて並列でも直列でも接続されうる。

第６図において、多数のモジュール式ゲッタポンプ４４
を納めたパネル６２が例示されており、その電源は単一
の入力電極６４により与えられる。

作動中、一つ以上のモジュール式ゲッタポンプ４４が、
一つ以上のパネル６２と共にパネル６２の壁７０内に位
置づけられる母線板６６及び６８によって電力要件に応
じて並列或いは直列に接続される。

その後、２つの母線板６６及び６８が、電流が各モジュ
ールのストリップ４６及び４８を通して流れて電気抵抗
熱を発生しそれにより前述したようにゲッタ材料を活性
化するよう交流乃至直流電源に接続される。

第７図は、第６図に示したようなパネル６２を複数個内
蔵した真空容器７２を例示する。

これらパネルは、その母線板がジャンパ７４により繋が
れそしてパネルが最終的に入力電極７６に接続されるよ
うに配列されている。

本発明のモジュール式ゲッタポンプの重要な特性は、基
質の平行帯域間の距離ｄとそれらの巾Ｗとの比率ｄ／ｗ
である。

一対のストリップ４６及び４８が巾方向に隣り合わせに
取付けられる第４及び５図に例示される具体例の場合、
２つのストリップ間の中間ギャップ４７がそれを含む２
つのストリップの全中の約１０％以上寄与しないならば
、パラメータＷは２つのストリップの全中に等しいもの
とみなされる。

さて第８図を参照すると、ゲッタモジュールの唯−側が
露出される時モジュールゲッタポンプの露出表面積の単
位ｃｙｓｔ当り、水素に対するｌ／秒単位でのポンピン
グ速度の幾つかの値を比ｄ／ｗの関数として示しである
。

これらの実験結果は、第４及び５図に示した形態での約
２０帯域の基質を使用して第６図に示されるようにパネ
ル内に組立てられたものから得られたものである。

グラフかられかるように、最大ポンピング速度は、比ｄ
／ ｗが１／６０〜１／６、好ましくは１／３０〜１
／１０の時に得られる。

以上、本発明の好ましい具体例幾つかに言及して詳しく
説明したが、本発明の精神内で多くの改変を為しうろこ
とを銘記されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従うモジュール式ゲッタポンプにお
いて使用されるストリップ型基質を部分的に実質上平行
な帯域にひだ付けした状態で示す斜視図である。 第２図は、第１図に示したひだ付は基質を使用して本発
明に従い作製されたモジュール式ゲッタポンプの一具体
例の正面図である。 第３図は、第２図の３−３線に沿う断面図である。 第４図は、本発明に従うモジュール式ゲッタポンプの別
の具体例の斜視図である。 第５図は、第４図の５−５線に沿う断面図である。 第６図は、第４図に示したモジュール式ゲッタポンプを
複数個使用したパネルの斜視図である。 第７図は、第６図に示したパネルを複数個使用した真空
容器の斜視図である。 第８図は、様々の活性化時間においてｄ ７ｗ比に対し
て本発明に従うゲッタモジュールの単位露出面積当りの
水素ポンピング速度を示すグラフである。 １０ニストリツプ、Ｗ：巾、Ｌ：長さ、ｔ：厚み、１２
ニゲツタ物質、１４：平行帯域、１６゜１８：架橋帯域
、２０ニゲツタポンプ、２２゜２４：第１及び第２支持
電極、２８：棒手段、３０：絶縁棒、３２：偏倚手段、
３４：ばね、４４ニゲツタポンプ、４６ 、４８ ニス
トリップ、５０：平行帯域、５２：棒手段、５６，５８
：支持電極、５４：絶縁棒、６０ニスペーサ要素、６２
：パネル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １（ａ）第１及び第２の支持電極と、（ｂ）該第１及び
   第２支持電極に連結されそしてそれらにより支持される
   高オーム抵抗材料製の少く共１つのストリップであって
   、巾よりはるかに大きな長さと微小の厚さを有しそして
   互いに一様に離間される偏平な実質上平行な帯域にひだ
   付けされそれによりストリップの有効長を減縮し、そし
   て非蒸発性ゲッタ物質を少の共部分的に埋設する基質を
   形成するストリップと、（ｃ）隣りあう平行帯域間の間
   隔を維持する為、ひだ付はス） ＩＪツブの巾方向に直
   交して配置される棒手段とを包含するモジュール式ゲッ
   タポンプ。 ２ 棒手段が外端において支持電極に固定される絶縁棒
   と偏平平行帯域を緊張下に維持する為の偏倚手段とから
   成る特許請求の範囲１項記載のゲッタポンプ。 ３ 第１電極が隣りあう平行帯域対間に位置づけられる
   ひだ付きストリップ架橋帯域の第１組を支持しそして第
   ２電極が第１組とは反対の架橋帯域の第２組を支持する
   特許請求の範囲２項記載のゲッタポンプ。 ４ 偏倚手段が支持電極の一方に付設される引張ばねで
   あるような特許請求の範囲２項記載のゲッタポンプ。 ５ ひだ付ストリップが応力解放用孔を含んでいるよう
   な特許請求の範囲２項記載のゲッタポンプ。 ６ 棒手段が外端において支持電極に固定されるそして
   平行帯域を直角に貫いて装通される絶縁棒、から成る特
   許請求の範囲１項記載のゲッタポンプ。 ７ ひた付きストリップの平行帯域の第１のものと最後
   のものが第１及び第２支持電極にそれぞれ電気的に接続
   される特許請求の範囲６項記載のゲッタポンプ。 ８ 棒手段が隣りあう平行帯域間に絶縁棒を取巻いて位
   置づけられる環状絶縁スペーサ要素を備える特許請求の
   範囲６項記載のゲッタポンプ。 ９ 平行帯域間の離間距離対ス） ＩＪツブ巾の比率が
   １／６〜１／６０でありそして巾が巾方向に隣りあうス
   トリップ間に存在するギャップをそれが巾測定値に１０
   ％以下しか寄与しないなら含めるように測定される特許
   請求の範囲１項記載のゲッタポンプ。 １０ 比率が１／１０〜１／３０であるような特許請
   求の範囲９項記載のゲッタポンプ。 １１ ひた付きストリップが各折曲げ部においてゲッ
   タ物質を具備していないような特許請求の範囲１項記載
   のゲッタポンプ。 １２ ひだ付きス） ＩＪツブが２０℃で測定して５
   〜１５０μΩ］漂の抵抗率を有するような特許請求の範
   囲１項記載のゲッタポンプ。 １３ 非蒸発性ゲッタ金属が５〜３０重量％のアルミ
   ニウムージルコニウムの合金であるような特許請求の範
   囲１項記載のゲッタポンプ。 １４ 非蒸発性ゲッタ金属が１６重量％アルミニウム
   ージルコニウムを含む特許請求の範囲１３項記載のゲッ
   タポンプ。