JPH0245320B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は静電荷の集積によつて生じる障害をさ
ける機能が表面の帯電によつて損なわれる、金属
材料からなる構造部材に関する。本発明は、殊に
表面の静電電位が真空装置中の荷電粒子線の進路
に影響を与える、高真空装置用の金属材料からな
る構造部材に関するが、それのみに関するもので
はない。

屡々、帯電により生じた妨害静電場が、荷電粒
子の不所望な偏向の原因になるので、荷電粒子線
で作動する高真空装置の絶縁表面の帯電がこのよ
うな装置の機能を著しく損なうことが公知であ
る。

しかし、真空にさらされる高真空装置の構造部
材の表面上の妨害となる表面静電荷の局部的蓄積
は、構造部材がガラス又はセラミツクのような絶
縁材料からなる場合だけでなく、その表面に製造
の間又は作動中に絶縁表面層が形成された金属か
らなる構造部材の場合にも生じうる。殊に高真空
装置中の構造部材に使用される多くの金属、例え
ばアルミニウム、銅、タンタル、クロム及び金属
鉄の酸化物は、既に極めて薄い層厚で良好に絶縁
し、殊に単位時間あたり比較的多くの荷電粒子が
その表面に当る場合に、構造部材の表面に妨害荷
電を蓄積する酸化層を形成する。

他の多くの装置の場合にも、特に表面が該装置
の作動中に電場と相互作用をする場合及び／又は
表面の局部的帯電が妨害の原因となりうる場合
に、装置の作動中に大気又は大気圧以上のガスに
さらされる金属表面が酸化又は他の変化により電
気的絶縁性又は少なくとも低い導電性になること
により問題が生じうる。この例は可変コンデンサ
ーの電極、電磁波殊に超短波用又はマイクロ波用
放射器及びアンテナ、例えばラツパ放射器、パラ
ボラアンテナ、導波管、空胴共振器、更に遠心機
（殊に超遠心機）又はターボ分子ポンプの固定子
又は回転子の接触面及び表面、即ち運転中に高い
速度（例えば10ｍ／ｓ以上）で相互に動く表面で
ある。

従つて、本発明の課題は、金属からなる構造部
材の表面を、不所望な表面帯電が生じえないよう
に、または通常該表面に作用する影響にもかかわ
らず、十分な表面導電率が維持されるように形成
することである。この課題は本発明により、表面
が構造部材の金属材料と直接に電気的に接触し、
かつ構造部材の使用の際に表面に作用する影響に
対して大体において安定である導体又は半導体の
金属化合物からなる層を備えていることにより解
決される。該化合物は比較的良好な導電体の窒化
物、例えば窒化ジルコニウム又は窒化チタンであ
るのが有利である。

該化合物は、有利に構造部材の金属材料に含ま
れている少なくとも１種の金属の化合物である。

金属材料は全部又は一部がチタン及び／又はジ
ルコニウムから成り、かつ表面を形成する化合物
が窒化チタン及び／又は窒化ジルコニウムである
のが有利である。

本発明による表面層は、妨害となる局部的帯電
及び該構造部材とその周囲との境界の電気的に不
安の状態の出現を阻止し、更にこれは例えば酸化
に対する保護層として作用する。さらに本発明に
よる表面層は、電極表面上及び電極表面前方にお
ける分極及び感応帯電の構成及び解消が起きない
ので、電極装置の応答の電気的遅延も減少する。

高真空装置用構造部材を低いスパツタリング速
度及び極めて小さな脱着速度を有する金属、例え
ばチタン、ジルコン及び同様の材料及びその合金
から製造できることが西ドイツ国特許公開公報第
2639033号から公知ではあるが、ここでは表面の
電気的状態にはふれていない。同じことは西ドイ
ツ国特許公開公報第2500339号についてもあては
まり、これからは相互に結合する多数の自由ライ
ンを形成し、かつ黒鉛、銅、ニツケル、クロム、
鉄、チタン、タングステン、コバルト、モリブデ
ン等からなることのできる３次元的網目構造から
なる、分子、原子又は次原子粒子の粒子トラツプ
が公知である。しかし、この粒子トラツプの場合
帯電しない表面は重要でなく、表面電荷によつて
荷電粒子の蓄積が困難になるかまたはむしろ阻止
される。これとは反対に、本発明により形成され
た表面を有する構造部材、殊に特別な表面構成を
行なわない西ドイツ国特許公開公報第2639033号
から公知であるような多数の狭い孔を有する構造
部材は、帯電粒子に対して長時間安定な粒子トラ
ツプとして使用することができる。

次に本発明の実施例を図面につき詳説する。こ
の図面は特殊であるが、これのみではない本発明
の使用例として、高真空装置の板状金属構造部材
の一部を示す。

図面に部分的にかつ著しく拡大して図示した構
造部材１０は、高真空装置用の絞り、隔壁、及び
その電位が真空装置中で生じる略示した荷電粒子
線１４に影響を与えることのできる表面１２を有
する他の構造部材である。これは一般に、荷電粒
子線の進路から明らかである表面であるが、粒子
線がその進路から明らかでない表面上の電荷から
発する電場により影響されるような場合もある。

例えばアルミニウム又は鉄族金属からなる普通
の構造部材の場合には、製造、焼鈍又はむしろ作
動中に、極めて良好に絶縁し、従つて局部的な表
面電荷の発生を可能にする表面層、例えば酸化物
層が形成する。これは、本発明によれば、表面が
導体又は半導体の金属化合物からなる層１６を有
することによつて阻止される。該化合物はこれが
導体又は半導体特性を構造部材１０の通常の使用
の際、即ち真空装置を通気する際、粒子線進路か
ら散乱する帯電粒子線が当たる際に維持されるよ
うに選択しなければならない。

有利に、構造部材１０は付加的になお、前記の
西ドイツ国特許公開公報第2639033号が教示する
ように構成されている。また、図示したように通
路孔として（又は袋孔として）構成されていても
よい、多数の密に相並んだ大体において円筒状の
開口１８を有することができる（しかし必要では
ない）。開口もしくは孔は、大体において表面１
２に対して垂直に延び、この場合「大体において
垂直」という概念はあまり狭く解釈すべきでな
く、図示したように粒子線の進路から見て開口を
通つてまつすぐに見通せないが、もしくは粒子線
の進路から進行方向で前方へ散乱する粒子が開口
をまつすぐに通過しえない特定の傾斜位置をも一
緒に包含するものとする。開口の深さは、一般に
その直径よりも大きく、直経は有利に0.5mmより
小さく、開口は表面の65〜86％を占めるのが有利
である。

孔の断面積は構造部材の表面からの距離が増大
するにつれて小さくなり、表面層１６は孔中へ延
び、孔壁を完全に又は部分的に被覆することがで
きる。

層１６は例えば窒化チタン又は珪化チタンから
なる。構造部材１０がチタンからなる場合、窒化
チタン又は珪化チタン層はその場で形成すること
ができる。

窒化チタンは、極めて安定であり、金属チタン
よりも約係数２だけ小さい固定電気抵抗を有する
という特別な利点を有する。これに反して、窒化
チタン層により形成が阻止される酸化チタンは金
属チタンよりも極めて高い固有電気抵抗を有す
る。

チタンからなる構造部材１０上の窒化チタンか
らなる層１６は例えば化学的に製造され、この場
合には例えば公知の鋼の窒化と同様に行なうこと
ができる。TiNは水素プラズマ中でTiCl₄とN₂と
の反能によるか又は成長法等によつても製造する
ことができる。同じことは、チタンの代りにジル
コニウムである場合にもあてはまる。

屡々窒化物層は、完成した真空装置中で、真空
装置を窒素を満たし適当な低圧下に運転し、所望
の構造部材の表面を粒子線ないしは粒子線から散
乱する荷電粒子と窒素との間の相互作用により表
面に生成させることにより製造することもでき
る。この手段は数回繰り返えすことができ（「装
置の構造部材表面の周期的化成」）かつ窒化物層
が一般に、必要とされるところではどこでも自動
的に生じるという利点を有する。勿論、構造部材
は、十分低い導電性の窒化物を形成する窒化物形
成体、例えばチタン又はジルコニウムを含有する
ことが前提である。

表面層は一般に10⁷Ω／cmよりも小さい表面抵
抗を有すべきである。しかし表面抵抗は、著しく
低く、例えば10²Ω／cm以下であるのが有利であ
る。

層の厚さは臨界的なものでなく、例えば約10n
ｍ〜1μｍであつてもよい。構造部材１０がチタ
ンのようなゲツター金属からなり、それ自体接触
ゲツターとしても作用すべき場合には、層厚は、
所望の表面導電性を保持するために必要である程
度だけの大きさであるべきである。これに反し
て、容積ゲツター作用を避ける場合、例えばH₂
−サイラトロン、電気的ポンピングのガスレーザ
ーなどのようなガス充填系においては、チタン上
のより厚い窒化チタン層が必要である。

本発明の表面層を製造する場合には、表面のメ
ツキ処理（例えば銅の金メツキ）の際に基体と分
離層との間に生じるような付加的な絶縁層が生じ
ないことが明らかに重要である。また、この層は
きれいな金属表面上に設けるか又はこの上に形成
させねばならず、かつ粒子線、窒素及び例えばチ
タンの相互作用によりその場で形成する場合に
は、高絶縁性酸化物層が生じないようにするため
に酸素の存在は避けねばならない。

表面層１６は、不所望の表面帯電の発生だけで
なく、真空装置の運転の際に起きる表面スパツタ
リングが減少しかつその高い溶融温度（窒化チタ
ン及び窒化ジルコニウムの場合2500℃以上のため
に、有効な溶融保護を示す。

重要な構造部分は純枠なチタン及び／又はジル
コニウムからなる必要はなく、むしろ任意の材料
からなつていてもよく、かつ例えばチタン及び／
又はジルコニウムからなる、本発明による表面層
を備えていて、本発明における「構造部材」であ
る例えば層状の表面領域のみを有していてもよ
い。

最後に、TiN及び他の適当な化合物からなる
表面層は完全に非磁性でもあり、このことは多く
の使用に有利である。

上述したように、本発明による構造部材は、た
とえば真空装置、殊に表面層が運転中真空にさら
される荷電粒子線装置、部材表面に運転中電場が
作用する電気装置：または１対の相対する面を有
し、運転中これらの面が高速で相対的に運動する
ような装置、殊に遠心機または分子ポンプにおい
て、または荷電粒子線にさらされ荷電粒子線の粒
子トラツプとして働く構造部材としてまたはとく
に有利にスイツチ接点として使用される。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による帯電の危険にさらされる表
面を有する金属材料からなる構造部材の断面図で
ある。 １０……構造部材、１２……表面、１４……荷
電粒子線、１６……導体又は半導体の金属化合物
からなる層、１８……孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガス−又は真空雰囲気中に存在する、静電荷
   の集積によつて生じる障害をさける機能が表面の
   帯電によつて損なわれる、金属材料からなる構造
   部材において、表面１２が構造部材の金属材料と
   直接に電気的に接触していて、構造部材の所定の
   使用の際に酸素に対して安定で、表面スパツタリ
   ングを減少しかつ溶融に対して保護する、導体又
   は半導体の金属化合物からなる層１６を備えてい
   ることを特徴とする、静電荷の集積によつて生じ
   る障害をさける機能が表面の帯電によつて損なわ
   れる、金属材料からなる構造部材。 ２ 金属化合物が、金属材料中に含まれている少
   なくとも１種の金属の化合物である、特許請求の
   範囲第１項記載の構造部材。 ３ 金属材料が少なくとも１部はチタン及び／又
   はジルコニウムからなる、特許請求の範囲第１項
   又は第２項記載の構造部材。 ４ 層が窒化チタンからなる、特許請求の範囲第
   ３項記載の構造部材。 ５ 層が珪化チタンからなる、特許請求の範囲第
   ３項記載の構造部材。 ６ 層が窒化ジルコニウムからなる、特許請求の
   範囲第３項記載の構造部材。 ７ 多数の孔を有する、特許請求の範囲第１項か
   ら第６項までのいずれか１項に記載の構造部材。 ８ 孔が表面の少なくとも65％を占める、特許請
   求の範囲第７項記載の構造部材。 ９ 表面の孔の直径が0.5mmより小さい、特許請
   求の範囲第７項又は第８項記載の構造部材。 １０ 層が孔１８の壁を少なくとも部分的に覆
   う、特許請求の範囲第７項から第９項までのいず
   れか１項に記載の構造部材。