(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メカニカルブースターポンプ、ターボ分子ポンプ又はドライポンプを構成する部材を、アルミニウム又はアルミニウム合金から構成し、前記部材表面を、アルカリ溶液中に浸漬して、マイクロアーク酸化処理し、前記処理により前記部材表面に形成される酸化皮膜の膜厚を１２μｍ〜１５μｍとすることを特徴とするメカニカルブースターポンプ、ターボ分子ポンプ又はドライポンプを構成する部品の表面処理方法。
【請求項２】
前記アルカリ溶液は、りん酸水素二ナトリウム、トリポリりん酸ナトリウム、りん酸二水素ナトリウム、ウルトラポリりん酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、水酸化カリウム、二リン酸ナトリウム、リン酸三ナトリウム、アルミン酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム及び水酸化ナトリウムの中の１種類又はこれらの中の混合物を水に溶解させて、その濃度０．１質量％〜５質量％としたことを特徴とする請求項１記載の表面処理方法。
【請求項３】
前記マイクロアーク処理における印加電圧を３００Ｖ〜６００Ｖの範囲とし、電流密度を３．０Ａ／ｄｍ２〜１０Ａ／ｄｍ２とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の表面処理方法。
【請求項４】
前記アルカリ溶液の温度を５〜９０℃とすることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の表面処理方法。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の表面処理方法により処理された部材により構成されたことを特徴とするメカニカルブースターポンプ、ターボ分子ポンプ又はドライポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体流路に露出するアルミニウム又はアルミニウム合金から構成されるメカニカルブースターポンプ、ターボ分子ポンプ又はドライポンプの部品の表面処理方法及びこの表面処理方法により処理された部品から構成されるメカニカルブースターポンプ、ターボ分子ポンプ又はドライポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のドライポンプの構造としては、例えば、図１に示されるように、筐体１の側面に対向するようにして配置された吸気口２及び排気口３を接続する流路において、ローター室４を設け、このローター室４内に、モーター５により駆動される回転軸６により軸支されたローター７〜１２を設けることにより構成されるスクリュー型のものが知られている。尚、図示したものでは、ローター室４内に、加熱手段１３により加熱された空気や乾燥窒素等を導入するためのガスバラスト１４が接続され、また、回転軸６の周辺に軸シールガスを導入するための軸シールガス導入路１５が形成されている。
上記構造において、真空チャンバーから吸引された気体は、吸気口２からローター室４を通り、排気口３から排気されることになるが、その間に、気体は、吸気口２、ローター７〜１２、ローター室４や排気口３等の表面と接触し、吸引される気体が腐食性を有する場合には、通常は、各部品の表面にアルマイト処理を行うようにしている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、アルマイト処理の場合には、部材表面にポーラス型の酸化皮膜が形成されるために、該皮膜から放出されるガス量が多く、真空ポンプの排気効率を低下させるという問題があった。また、アルマイト処理された部材は１２０℃程度に加熱されると皮膜にクラックが入り耐食性が低下する可能性があるという問題があった。更に、塩素を含有する気体を吸引するような場合にも短期間で部材が腐蝕するという問題があった。
一方、ワイドバンドギャップ化合物半導体であるＧａＮは、発光ダイオード（ＬＥＤ）やパワーデバイスとして、ＭＢＥやＭＯＣＶＤで製造されており、量産化に伴い、ＭＢＥ原料である金属Ｇａ、或いは、ＭＯＣＶＤ原料有機金属であるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）やトリエチルガリウム（ＴＥＧ）が大量に消費される。ところが、反応性の高いＧａはＡｌに触れると溶けてアマルガム状態になるため、原料および未反応のＧａが流れる配管および構成部品には、アルミニウム製やアルミニウム合金製は使用できないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２５７９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明は、上記課題を解決すべく、耐食性に優れ放出ガスの少ないメカニカルブースターポンプ、ターボ分子ポンプ又はドライポンプを構成する部材の表面処理方法及びこの表面処理方法により処理されたメカニカルブースターポンプ、ターボ分子ポンプ又はドライ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】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明者等は鋭意検討の結果、下記の通り解決手段を見いだした。
即ち、本発明のメカニカルブースターポンプ、ターボ分子ポンプ又はドライポンプを構成する部材の表面処理方法の第１の解決手段は、メカニカルブースターポンプ、ターボ分子ポンプ又はドライポンプを構成する部材を、アルミニウム又はアルミニウム合金から構成し、前記部材表面を、アルカリ溶液中に浸漬して、マイクロアーク酸化処理し、前記処理により前記部材表面に形成される酸化皮膜の膜厚を１２μｍ〜１５μｍとすることを特徴とする。
また、第２の解決手段は、前記アルカリ溶液は、りん酸水素二ナトリウム、トリポリりん酸ナトリウム、りん酸二水素ナトリウム、ウルトラポリりん酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、水酸化カリウム、二リン酸ナトリウム、リン酸三ナトリウム、アルミン酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム及び水酸化ナトリウムの中の１種類又はこれらの中の混合物を水に溶解させて、その濃度０．１質量％〜５質量％としたことを特徴とする。
また、第３の解決手段は、前記マイクロアーク処理における印加電圧を３００Ｖ〜６００Ｖの範囲とし、電流密度を３．０Ａ／ｄｍ２〜１０Ａ／ｄｍ２とすることを特徴とする。
また、第４の解決手段は、前記アルカリ溶液の温度を５〜９０℃とすることを特徴とする。
また、第５の解決手段は、前記処理により部材表面に形成される酸化皮膜の膜厚を１２μｍ〜１５μｍとすることを特徴とする。
また、本発明のメカニカルブースターポンプ、ターボ分子ポンプ又はドライポンプは、上記表面処理方法により処理された部材により構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、メカニカルブースターポンプ、ターボ分子ポンプ又はドライポンプを構成する部材表面を、アルミニウム又はアルミニウム合金により構成してマイクロアーク酸化処理を行うことにより、腐食性を有するガスの排気に対して耐食性に優れ、放出ガス量の少ないドライポンプが得られる。そして、このメカニカルブースターポンプ、ターボ分子ポンプ又はドライポンプによれば、効率的な吸引が可能となる。また、Ｇａを含有するガスに対する耐食性の優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】従来のドライポンプの概略構成図
【図２】メカニカルブースターポンプの概略構成図
【図３】実施例１及比較例１のガス放出特性を測定したグラフ
【図４】実施例１及び比較例１の加熱後の表面ＳＥＭ画像
【図５】実施例１及び比較例１の塩酸に対する耐食性を測定したグラフ
【図６】実施例２及び比較例２のドライポンプを使用して、１ｍ3のチャンバーを排気した時のチャンバー内の圧力の時間変化を示すグラフ
【図７】実施例３及び比較例３の比較試験４の試験前後の表面ＳＥＭ画像
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明において使用するアルカリ溶液の電解液の例としては、りん酸水素二ナトリウム、トリポリりん酸ナトリウム、りん酸二水素ナトリウム、ウルトラポリりん酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、水酸化カリウム、二リン酸ナトリウム、リン酸三ナトリウム、アルミン酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム及び水酸化ナトリウム等の中の１種類又はこれらの中の混合物を、電解液に溶解させたものを用いることができる。その濃度は、０．１％〜５％の範囲とすることが好ましい。
【０００９】
また、母材としては、アルミニウム又はアルミニウム合金を使用する。アルミニウム合金の鋳物材料、ダイキャスト材料はシリコンを代表として、一般的に含有されている元素が多く、ポーラス型アノード酸化皮膜が形成し難いといわれている。
本発明によれば、このようなシリコンが多い鋳物、ダイキャストでも耐食性良好な皮膜を形成することができる。また、展伸材の中でもＡｌ−Ｓｉ合金の４０００番系の処理も同様な理由でポーラス型アノード酸化処理の耐食性は悪いが、本発明によれば、良好な酸化皮膜が形成できる。シリコンが析出していないような展伸材、１０００番〜３０００番、５０００番から７０００番台のアルミニウム合金についても複雑形状の場合や１００℃以上の高温になる場合には効果がある。
【００１０】
本発明では、上記した母材を、メカニカルブースターポンプ、ターボ分子ポンプ又はドライポンプの構成部材として、アルカリ溶液中に浸漬して、マイクロアーク酸化処理を行うものであるが、アルカリ溶液の温度条件としては、特に制限するものではないが、該溶液が凍結乃至沸騰しない範囲（５℃〜９０℃程度）とすることが好ましい。また、印加する電圧は、３００Ｖ〜６００Ｖとすることが好ましい。３００Ｖ未満であると絶縁破壊が起こらず、６００Ｖを超えると皮膜のボイドが大きくなるからである。また、電流密度については、３．０Ａ／ｄｍ2〜１０Ａ／ｄｍ2とすることが好ましい。３．０Ａ／ｄｍ2であると厚膜化できず、１０Ａ／ｄｍ2を超えると電圧が上昇しボイドが大きくなるからである。また、電流に関しては、直流、交流及び直交重畳のいずれであってもよい。
【００１１】
また、母材表面に形成される酸化皮膜の膜厚については特に制限はないが、１２μｍ〜１５μｍの範囲とすることが好ましい。ポンプの作動に支障を与えない範囲で、酸化皮膜としての機能も発揮する範囲であるためである。
【００１２】
本発明に使用するドライポンプは、ポンプ内部のガス通路に油を使用しないものであれば、図１に示される構造に特に制限をするものではないが、構造的には、排気する回転体の形状に応じて、ルーツ型、クロー型、スクリュー型、ターボ型、スクロール型のもの、多段式のものやダイヤフラム型等を挙げることができる。
また、メカニカルブースターポンプの構造に関しても特に制限するものではないが、一例を図２を参照して説明する。図中の符号２１はケーシングであり、ケーシング２１は、上流部を構成する上側ケーシング２１ａと下流部を構成する下側ケーシング２１ｂとを一体化した構成となっている。このケーシング２１には吸気口２２及び排気口２３が設けられ、吸気口２２を設けた上側ケーシング２１ａ側の内部には静翼２５が固定して設けられている。これら静翼２５は、それぞれスペーサ２８によってその位置が固定されている。
ケーシング２１及び静翼２５を備えた静止側に対し、ケーシング２１内には回転体３１が高速回転可能に設置されている。この回転体３１は、回転軸３４と一体的に連結されたロータ部３５に設けられた複数段の動翼３２及びねじ溝部３３を備えており、従って、軸流段及びねじ溝段よりなる二段圧縮構造となっている。回転体３１側の動翼３２は、上述した静翼２５と回転軸３４の軸方向において交互に配設されている。
回転体３１の回転軸３４は、下側ケーシング２１ｂに固定されたステータ２６の内周面に取り付けられている上部軸受としての磁気軸受２９ａと、下部軸受としての磁気軸受２９ｂと、軸方向軸受としての磁気軸受２９ｃとにより支持されて高速回転可能となっている。なお、図中の符号Ｍは、ステータ２６の内周面と回転軸３４との間に設けられているロータ駆動用モータである。
このような構成とすれば、吸気口２２から吸引したガスは静翼２５及び動翼３２の間を通過して軸流段による圧縮を受けた後、ねじ溝部３３と放熱板４１との間を通過してねじ溝段による圧縮を受けるというガス流路の主流を流れて排気口２３から流出する。
上記構造において、回転体３１の動翼３２、ケーシング２１ｂ、スペーサ２８で固定された静翼２５及び回転体３１のねじ溝部３３を、アルミニウム又はアルミニウム合金により構成する。
【００１３】
（実施例１）
以下に、本発明の実施例に関し、比較例とともに説明する。
直径４０ｍｍ、長さ３ｍｍの円盤状のアルミニウム合金鋳物（AC4A）材を、室温下で、水酸化カリウム１ｇ／Ｌ、メタケイ酸ナトリウム２ｇ／Ｌ及びリン酸三ナトリウム３ｇ／Ｌの（0.1%水酸化カリウム、0.1%メタけい酸ナトリウム、0.3%りん酸三ナトリウム）電解液に入れ、５０Ｈｚ交直重畳波形定電流モードでマイクロアーク酸化処理を行い、部材表面に膜厚約１５μｍの酸化皮膜を成長させた。
【００１４】
（実施例２）
図１の構造のドライポンプ（最大排気速度が１．７２×１０-2ｍ3／ｓ（５０Ｈｚ））を構成する、アルミニウム合金鋳物製のローター８〜１２、ローター室４、筐体１、吸気口２及び排気口３の表面を実施例１と同様にマイクロアーク酸化処理を行い、部材表面に膜厚約１２μｍの酸化皮膜を成長させた。尚、処理を行わない部分、即ち、鉄心のローターシャフト部６及びノックピン部は、それぞれ、シリコンシーラー及びシリコンゴム栓によりマスキングを行った。
上記処理の終了後に各部材からドライポンプを組み立てた。
【００１５】
（比較例１）
実施例１と同じアルミニウム合金鋳物製の部材に対して、２０質量％の硫酸溶液を用いてアルマイト処理を行い、部材表面に膜厚約２０μｍのアルマイト皮膜を成長させた。その後、沸騰水に２０分間浸漬して封孔処理を行った。
【００１６】
（比較例２）
実施例２と同じアルミニウム合金鋳物製の部材に対して、比較例１と同じ処理を行った。
【００１７】
（比較試験１）
実施例１及比較例１の部材の室温下でのガス放出特性を測定した結果を図３のグラフに示す。グラフ縦軸は、単位面積当たりのガス放出量（Ｐａ・ｍ・ｓ-1）、横軸は時間（時間）を示す。
このグラフから、比較例１に対して実施例１では、単位面積当たりのガス放出量が約１／１００となることがわかった。
【００１８】
（比較試験２）
実施例１及び比較例１の部材のそれぞれに対して、１２０℃の大気下で３０分間の加熱を３回行った後、各部材の表面ＳＥＭ画像を図４に示す。
図４から実施例１は、加熱前後で皮膜形態は変化が見られず、比較例２では、加熱後にクラックが入ることがわかった。
【００１９】
（比較試験３）
実施例１及び比較例１の部材のそれぞれを、３５〜３８質量％の濃塩酸に浸漬して、激しく発泡するまでの時間を測定した結果を図５のグラフに示す。グラフ縦軸は、時間（分）であり、横軸は膜厚（μｍ）である。
グラフから比較例１に対して、実施例１は約２．５倍の耐食性を有することがわかった。また、大気加熱（比較試験２と同じ）後では、実施例１は耐食性がほぼ変化せず、比較例１は耐食性がないものとなった。比較例１は、皮膜にクラックが生じて、母材の表面が露出したことによるものと考えられる。
【００２０】
（比較試験４）
実施例２及び比較例２のドライポンプを使用して、１ｍ3のチャンバーを排気した時のチャンバー内の圧力の時間変化を図６に示す。
グラフから実施例２及び比較例２のドライポンプを使用し、チャンバー内圧力が１０2Ｐａ以上では、両例とも大差はないが、１０2Ｐａ未満になると実施例２のドライポンプで排気した方が圧力の時間変化量が大きくなった。また、到達圧力も２．５倍程度高くなった。
【００２１】
（実施例３）
直径４０ｍｍ、長さ３ｍｍの円盤状のアルミニウム材を、室温下で、水酸化カリウム１ｇ／Ｌ、メタケイ酸ナトリウム２ｇ／Ｌ及びリン酸三ナトリウム３ｇ／Ｌの電解液に入れ、５０Ｈｚ交直重畳波形定電流モードでマイクロアーク酸化処理を行い、部材表面に膜厚約１５μｍの酸化皮膜を成長させた。
【００２２】
（比較例３）
実施例３で使用した部材に対して、部材表面に処理を施さないものとした。
【００２３】
（比較試験５）
実施例３及び比較例３の部材のＧａに対する耐食性を比較するために、Ｇａ雰囲気（気体）とすることは困難であるため、各部材の温度を１００℃程度に加熱した状態で、液体状のＧａを各部材に擦りつけ、６０時間スライドガラスで上から押さえて密着させた後の各部材の表面ＳＥＭ画像を図７に示す。実施例３の部材表面に腐食等は見られず、比較例３の部材そのものとＧａが接触し、Ａｌを腐食させていると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金を母材としてメカニカルブースターポンプ、ターボ分子ポンプ又はドライポンプを構成される部品に対して耐食性を付与する上で産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【００２５】
１  筐体
２  吸気口
３  排気口
４  ローター室
５  モーター
６  回転軸
７〜１２  ローター
１３  加熱手段
１４  ガスバラスト
１５  軸シールガス導入路
２１  ケーシング
２１ａ  上側ケーシング（上流部）
２１ｂ  下側ケーシング（下流部）
２２  吸気口
２３  排気口
２４  静止体
２５  静翼
２６  ステータ
２８  スペーサ
２９ｃ  磁気軸受
３０  ポンプ機構
３１  回転体
３２  動翼
３３  ねじ溝部
３４  回転軸
４１  放熱板
ＨＩ  断熱部材
Ｈｔ  ヒータ
Ｔ  トラップ部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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