(57)【要約】【課題】ポンプ構造を簡単かつ軽量にでき、中心軸付近の磁場を径方向及び軸方向ともゼロにでき、ポンプの到達圧力を高くできるスパッタイオンポンプを低コストで簡単に効率良く製造できる方法を提供する。【解決手段】本スパッタイオンポンプの製造方法は、二枚の端壁部材間に挟持される筒状側面壁部材を凹凸横断面形状となるように形成し、筒状側面壁部材の凹凸横断面形状に合致した凹凸形状の溝をそれぞれの端壁部材の内面にポンプハウジングの中心軸線に対して同心的に設け、一方の端壁部材の内面に設けた溝に筒状側面壁部材の一方の端部を嵌め込み、筒状側面壁部材の内側に画定された各凹部にアノード電極を取付け、筒状側面壁部材の外側に画定された各凹部に永久磁石を取付けた後、筒状側面壁部材の他方の端部を他方の端壁部材の内面に設けた溝に嵌め込み、筒状側面壁部材の両端部とそれぞれの端壁部材の溝との嵌め込み部を溶接して構成したことを特徴としている。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端壁を画定している二枚の端壁部材間に中心軸線に対して同心的かつ平行にのびる筒状側面壁部材を挟持して構成したポンプハウジング内にアノード電極とカソード電極を設け、両電極間に高電圧を印加して電子を磁場の作用で螺旋運動させ、螺旋運動している電子に残留気体分子が衝突してイオン化され、カソード電極をスパッタして、アノード電極表面などに吸着することにより排気するように構成したスパッタイオンポンプの製造方法において、
二枚の端壁部材間に挟持される筒状側面壁部材を凹凸横断面形状となるように形成し、筒状側面壁部材の凹凸横断面形状に合致した凹凸形状の溝をそれぞれの端壁部材の内面にポンプハウジングの中心軸線に対して同心的に設け、一方の端壁部材の内面に設けた溝に筒状側面壁部材の一方の端部を嵌め込み、筒状側面壁部材の内側に画定された各凹部にアノード電極を取付け、筒状側面壁部材の外側に画定された各凹部に永久磁石を取付けた後、筒状側面壁部材の他方の端部を他方の端壁部材の内面に設けた溝に嵌め込み、筒状側面壁部材の両端部とそれぞれの端壁部材の溝との嵌め込み部を溶接して構成したことを特徴とするスパッタイオンポンプの製造方法。
【請求項２】
二枚の端壁部材がステンレス鋼から成り、筒状側面壁部材がチタンから成るなり、筒状側面壁部材をカソード電極として形成したことを特徴とする請求項１に記載のスパッタイオンポンプの製造方法。
【請求項３】
二枚の端壁部材の内面に設けた溝の表面にコーティング材が施されることを特徴とする請求項２に記載のスパッタイオンポンプの製造方法。
【請求項４】
コーティング材がニッケルから成ることを特徴とする請求項３に記載のスパッタイオンポンプの製造方法。
【請求項５】
二枚の端壁部材及び筒状側面壁部材がステンレス鋼から成り、筒状側面壁部材の内面上にカソード電極を構成するチタン板が取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のスパッタイオンポンプの製造方法。
【請求項６】
二枚の端壁部材の内面に設けた溝が平坦な底面及び底面より広い開口をもつように形成されることを特徴とする請求項１に記載のスパッタイオンポンプの製造方法。
【請求項７】
二枚の端壁部材の内面に設けた溝の底面から開口の縁部までの側面が直線状に形成されることを特徴とする請求項６に記載のスパッタイオンポンプの製造方法。
【請求項８】
二枚の端壁部材の内面に設けた溝の底面から開口の縁部までの側面が段状に形成されることを特徴とする請求項６に記載のスパッタイオンポンプの製造方法。
【請求項９】
二枚の端壁部材の内面に設けた溝の底面から開口の縁部までの側面が円弧状に形成されることを特徴とする請求項６に記載のスパッタイオンポンプの製造方法。
【請求項１０】
二枚の端壁部材の内面に設けた溝に充填物を充填して溝と筒状側面壁部材の端部との間を溶接することを特徴とする請求項１に記載のスパッタイオンポンプの製造方法。
【請求項１１】
筒状側面壁部材が板状部材を屈曲させて形成されることを特徴とする請求項１に記載のスパッタイオンポンプの製造方法。
【請求項１２】
筒状側面壁部材が板状部材を押出し成形して形成されることを特徴とする請求項１に記載のスパッタイオンポンプの製造方法。
【請求項１３】
筒状側面壁部材が鋳造により形成されることを特徴とする請求項１に記載のスパッタイオンポンプの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電子顕微鏡や加速器などにおける電子ビームが通る空間を排気するのに用いられ得るスパッタイオンポンプの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
公知のように、スパッタイオンポンプは、真空チャンバ内に配置されたアノード電極とカソード電極を有し、両電極間に高電圧が印加され、磁場の作用で螺旋運動している電子に排気されるべき残留気体分子が衝突してイオン化され、カソード電極をスパッタして、アノード電極表面などに吸着されることにより、排気が行われる。
【０００３】
このようなスパッタイオンポンプの公知例として、実公平３−４８８３８号公報に電子顕微鏡用のイオンポンプが開示されており、このイオンポンプにおいては、アノードとして機能するイオン吸着用セルを上下に挟む二つのドーナツ状磁石がヨーク材に取付けられ、これらドーナツ状磁石の漏洩磁束の磁路に磁極片が配置され、中心軸方向の漏洩磁束のほとんどが磁極片を通ることになり漏洩磁束を集中させることができるようにしている。
【０００４】
また、特公平７−５９９４３号公報には別の公知のスパッタイオンポンプが開示されており、このスパッタイオンポンプにおいては、円筒状の真空容器内に多数の円筒体を結合して成る環状アノード電極を上下に挟んで二つの環状カソード電極が対向して配置され、これら環状カソード電極及び環状アノード電極に相応した形状の二つの環状の永久磁石が真空容器の外側に真空容器を上下に挟んで設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これらの公知のスパッタイオンポンプにおいては、環状アノード電極を上下に挟んで二つの環状の永久磁石が配置されており、中心軸に平行な相当大きな磁場が存在し、また、中心軸に垂直な径方向の磁場に関しては、二つのドーナツ状永久磁石が同一の大きさ及び同一の特性をもち、しかも完全に同軸に組立てられれば、中心軸上の径方向の磁場はゼロになるが、中心軸から少し（例えば０．５〜１ｍｍ）離れると、相当大きな磁場が存在している。しかし、実際には、磁石には特性にばらつきがあるため中心軸上の径方向の磁場はゼロにならず相当大きい。
【０００６】
また、実公平３−４８８３８号公報に開示された構造ではヨーク回路が存在するので、ポンプ自体が重くなるという問題がある。　また、磁石が対向配列しているので、漏洩磁場が大きく、ビーム偏向に悪影響するという問題がある。すなわち、漏洩磁場が大きくなると、加速器や電子顕微鏡の中の電子ビームが曲げられ、その結果電子像がぼけたり電子ビームの電流値が減少するなどの問題が生じる。特に特公平７−５９９４３号公報に記載されたようにヨーク部材を使用していない構造では、上記の問題に加えて永久磁場の発生する磁場が周囲の計測器に悪影響を及ぼすことになる。
【０００７】
さらに、ポンプの特性上、極高真空を達成するためには、真空容器内に内蔵された各部材の表面積をできるだけ少なくすることが重要であるが、上述のような従来のスパッタイオンポンプにおいては、カソード電極及び真空容器の内壁の表面積が比較的大きくそこから放出されるガスの量が比較的多くなるためポンプの到達圧力が制限されることになる。
【０００８】
このような性能上の問題点に加えて、製造上も複雑で面倒な工程が伴い製造コストが高くなるという問題点がある。
【０００９】
そこで、本発明は、これら従来技術の問題点を解決して、構造が簡単かつ小型軽量化でき、中心軸付近の磁場を径方向及び軸方向ともゼロにでき、ポンプの到達圧力を高くできるスパッタイオンポンプを低コストで簡単に製作できるスパッタイオンポンプの製造方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、両端壁を画定している二枚の端壁部材間に中心軸線に対して同心的かつ平行にのびる筒状側面壁部材を挟持して構成したポンプハウジング内にアノード電極とカソード電極を設け、両電極間に高電圧を印加して電子を磁場の作用で螺旋運動させ、螺旋運動している電子に残留気体分子が衝突してイオン化され、カソード電極をスパッタして、アノード電極表面などに吸着することにより排気するように構成したスパッタイオンポンプの製造方法において、
二枚の端壁部材間に挟持される筒状側面壁部材を凹凸横断面形状となるように形成し、筒状側面壁部材の凹凸横断面形状に合致した凹凸形状の溝をそれぞれの端壁部材の内面にポンプハウジングの中心軸線に対して同心的に設け、一方の端壁部材の内面に設けた溝に筒状側面壁部材の一方の端部を嵌め込み、筒状側面壁部材の内側に画定された各凹部にアノード電極を取付け、筒状側面壁部材の外側に画定された各凹部に永久磁石を取付けた後、筒状側面壁部材の他方の端部を他方の端壁部材の内面に設けた溝に嵌め込み、筒状側面壁部材の両端部とそれぞれの端壁部材の溝との嵌め合部を溶接して構成したことを特徴としている。
【００１１】
二枚の端壁部材はステンレス鋼から成り、筒状側面壁部材がチタンから成なり、筒状側面壁部材はカソード電極として形成され得る。この場合、好ましくは、二枚の端壁部材の内面に設けた溝の表面にコーティング材が施され得る。そしてコーティング材としてはニッケルが用いられ得る。
【００１２】
代りに、二枚の端壁部材及び筒状側面壁部材はステンレス鋼から成り、この場合に筒状側面壁部材の内面上にはカソード電極を構成するチタン板が取り付けられ得る。
【００１３】
好ましくは二枚の端壁部材の内面に設けた溝は平坦な底面及び底面より広い開口をもつように形成され得、そして溝の底面から開口の縁部までの側面は直線状又は段状或いは円弧状に形成され得る。
【００１４】
また、本発明の方法においては、二枚の端壁部材の内面に設けた溝に充填物を充填して溝と筒状側面壁部材の端部との間を溶接するようにすることもできる。
【００１５】
筒状側面壁部材は板状部材を屈曲させるか、板状部材を押出し成形するか、又は鋳造により形成され得る。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１及び図２には、本発明の製造方法で製造したスパッタイオンポンプの一つの実施の形態を示し、１はポンプハウジングを成す真空チャンバで、各々中央に開口２ａを備えた二枚の円形端壁部材２と、これらの円形端壁部材２間に挟持され、凹凸横断面形状となるように形成された筒状側面壁部材３とを有している。筒状側面壁部材３は外側凹部３ａと内側凹部３ｂとが交互に画定されている。二枚の円形端壁部材２には図３に拡大して示すように、筒状側面壁部材３の凹凸横断面形状に合致した凹凸形状の溝２ｂがそれぞれポンプハウジングの中心軸線に対して同心的に設けられ、各端壁部材２の内面に設けた溝２ｂには筒状側面壁部材３の対応した端部が嵌め込まれる。
【００１７】
筒状側面壁部材３の凹凸横断面形状は例えば板状部材を屈曲させて形成され得る。又は、筒状側面壁部材３の凹凸横断面形状は板状部材を圧延処理することにより形成され得る。代りに、筒状側面壁部材３は鋳造により形成することもできる。
【００１８】
各端壁部材２の内面に設けた溝２ｂの断面形状は、図４、図５、図６、図７及び図８に示すように、平坦な底面及び底面より広い開口をもつように形成される。
図４に示す溝２ｂの断面形状では、溝の底面から開口の縁部までの側面は直線状を成している。図５及び図６に示す溝２ｂの断面形状では、段状に形成されている。又図７に示す溝２ｂの断面形状は、ラッパ型に形成されている。さらに、図８に示す溝２ｂの断面形状では、円弧状に形成されている。
【００１９】
次に図示スパッタイオンポンプの組立方法について説明する。
まず二枚の円形端壁部材２及び凹凸横断面形状の筒状側面壁部材３を用意する。各円形端壁部材２には、筒状側面壁部材３の凹凸横断面形状に合わせて又は予め設計したパターンに合わせて図４〜図８のいずれかに示す断面形状の溝２ｂを適当な切削手段を用いて形成する。
【００２０】
次に、一方の端壁部材２の内面に設けた溝２ｂに筒状側面壁部材３の一方の端部を嵌め込む。しかる後、筒状側面壁部材３の外側凹部３ａに永久磁石４を同一円周上に軸対称に配置する。各永久磁石４は真空チャンバ１の中心軸線方向に垂直な横断面が外方に向って広がったすなわち内周辺４ａが外周辺４ｂより狭い楔型をした柱状体を成し、同一形状、同一特性をもつ。またこれらの永久磁石４は図９に示すように同一磁極方向に向けて配列される。すなわち隣接した永久磁石４のＮ極とＳ極が互いに対向するように配列される。
【００２１】
また、内側に画定された各内側凹部３ｂには導電性材料から成る筒状のアノード電極５を図示したように真空チャンバ１の筒状側面壁部材３から離間して同一円周上に、その開口を円周方向を向けて配置する。各アノード電極５は真空チャンバ１の中心軸線方向の投影図が外方に向って広がった楔型をした円筒体を成し、同一形状、同一寸法に構成されている。またこれらのアノード電極５は導電性の支持材６を介して共通の環状部材７に接続する。この環状部材７は高電圧導入端子８に接続される。
【００２２】
また、環状に配列したアノード電極５の内側の真空空間には、磁性材料で構成した円筒状磁気シールド８が同心的に配置される。この円筒状磁気シールド８には図２に示すように多数の排気孔８ａが設けられる。
【００２３】
このようにして各構成部品を内部に組み付けた後、他方の端壁部材２を、それの内面に設けた溝２ｂが筒状側面壁部材３の他方の端部に嵌まり込むように取付ける。このようして組立てたポンプ組立体は溶接工程において筒状側面壁部材３の両端部とそれぞれの端壁部材２の溝２ｂとの嵌め合部をそれぞれ溶接され、完成される。
【００２４】
溶接工程において、それぞれの端壁部材２と筒状側面壁部材３と気密性を確実にするため、それぞれの端壁部材２の溝２ｂに充填材を予め充填することができ、その場合の充填材としては好ましくはＡｇが用いられ得る。
【００２５】
また、それぞれの端壁部材２と筒状側面壁部材３とがステンレス鋼とチタンというように異なる材質から成る場合には、それぞれの端壁部材２の溝２ｂの内表面にコーティング材、例えばニッケルが施される。
【００２６】
また、筒状側面壁部材３を端壁部材２と同じステンレス鋼（ＳＵＳ）で構成することもでき、その場合には、筒状側面壁部材３の各内側凹部３ｂの壁面に図１０に示すようにチタン板９を取付け、カソード電極として機能させるようにする。
このように構成した場合には、高い圧力で連続運転する際に、チタン板９がスパッタされて、チタン板９に穴が開いても真空が破れることがなくなる。
【００２７】
ところで、図示実施の形態では、真空チャンバ１の形状は円筒形であるが、代りに、正多角形に構成することもできる。また、真空チャンバ１内に配置される永久磁石及びアノード電極の形状についても、例えばそれぞれ多角形又は円形の柱状体及び多角形の筒状体であってもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によるスパッタイオンポンプの製造方法においては、二枚の端壁部材間に挟持される筒状側面壁部材を凹凸横断面形状となるように形成し、筒状側面壁部材の凹凸横断面形状に合致した凹凸形状の溝をそれぞれの端壁部材の内面にポンプハウジングの中心軸線に対して同心的に設け、一方の端壁部材の内面に設けた溝に筒状側面壁部材の一方の端部を嵌め込み、筒状側面壁部材の内側に画定された各凹部にアノード電極を取付け、筒状側面壁部材の外側に画定された各凹部に永久磁石を取付けた後、筒状側面壁部材の他方の端部を他方の端壁部材の内面に設けた溝に嵌め込み、筒状側面壁部材の両端部とそれぞれの端壁部材の溝との嵌め込み部を溶接して構成しているので、構造が簡単で小型軽量化（重量は従来の約半分）できるスパッタイオンポンプを低コストで簡単かつ作業効率よく製造することができるようになる。
その結果、本発明の方法によれば、加速器や電子顕微鏡に使用した場合に、加速器や電子顕微鏡の中の電子ビームは漏洩磁場の影響を受けず、電子像がぼけたり電子ビームの電流値が減少するなどの問題が生ぜず、しかも真空チャンバ内に内蔵された各部材の表面積を従来技術の構造に比べて少なくでき、放出されるガスの量を比較的少なく抑えることができ、それにより到達圧力を向上させることができるスパッタイオンポンプが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による製造方法で製造されたスパッタイオンポンプの一実施の形態を示す概略横断面図。
【図２】図１の矢印Ａ−Ａに沿ったスパッタイオンポンプの概略線縦断面図。
【図３】図１に示すスパッタイオンポンプにおけるポンプハウジングの端壁部材の一部を示す概略拡大平面図。
【図４】図１に示すスパッタイオンポンプにおけるポンプハウジングの筒状側面壁部材の端部を受ける端壁部材の溝の一例を示す概略拡大断面図。
【図５】図１に示すスパッタイオンポンプにおけるポンプハウジングの筒状側面壁部材の端部を受ける端壁部材の溝の別の例を示す概略拡大断面図。
【図６】図１に示すスパッタイオンポンプにおけるポンプハウジングの筒状側面壁部材の端部を受ける端壁部材の溝の別の例を示す概略拡大断面図。
【図７】図１に示すスパッタイオンポンプにおけるポンプハウジングの筒状側面壁部材の端部を受ける端壁部材の溝の別の例を示す概略拡大断面図。
【図８】図１に示すスパッタイオンポンプにおけるポンプハウジングの筒状側面壁部材の端部を受ける端壁部材の溝の別の例を示す概略拡大断面図。
【図９】図１に示すスパッタイオンポンプにおける永久磁石の配列を示す概略斜視図。
【図１０】図１に示すスパッタイオンポンプにおけるカソード電極の変形例を示す概略部分断面図。
【符号の説明】
１　：真空チャンバ（ポンプハウジング）
２　：端壁部材
２ａ：端壁部材２の中央開口
２ｂ：端壁部材２の溝
３　：筒状側面壁部材
３ａ：筒状側面壁部材３の外側凹部
３ｂ：筒状側面壁部材３の内側凹部
４　：永久磁石
５　：アノード電極
６　：導電性の支持材
７　：環状部材
８　：円筒状磁気シールド
８ａ：排気孔
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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