(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビーム出口を有すると共に内部が負圧とされた真空容器と、
前記真空容器の上流に配置されると共に電子ビームを出射する電子銃と、
前記電子ビーム出口に配置されると共に前記電子ビームを通す電子ビーム通路を有する静圧浮上パッドと、
前記真空容器と前記静圧浮上パッドとの間を柔軟に屈曲可能な真空配管で繋ぐ真空配管装置と、を備え、
前記真空配管装置は、内側の配管と外側の配管との二重構造とし、その内側の配管と外側の配管との間に正圧が供給される
電子ビーム照射装置。
【請求項２】
上記真空配管の状態に応じて上記正圧の供給を制御する制御手段を備えた
請求項１に記載の電子ビーム照射装置。
【請求項３】
上記真空配管の内側の配管と外側の配管の少なくとも一方側の配管を弾性材で構成した
請求項１に記載の電子ビーム照射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空環境間を柔軟に屈曲可能な真空配管で繋ぐ真空配管装置を備えた電子ビーム照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空機器において、真空環境間を繋ぐ場合、例えば金属や樹脂を液圧成形や溶接加工などでベローズ構造とした柔軟に屈曲可能な真空配管が用いられる。
このような真空配管は主に１００〔Ｐａ〕より高真空の真空機器に適用され、例えば真空容器と真空発生源である真空ポンプとを繋ぐ場合に多く用いられている。
【０００３】
真空ポンプには色々な種類があるが、一般には機構の往復運動や回転運動により大気を吸引するようにしたものが多く、振動や騒音を発生するため、真空容器に直接剛体管で繋ぐと振動や騒音が真空容器に伝わり機器の動作に悪影響を与えるので、これを回避するために上記のような柔軟に屈曲可能な真空配管が好適に用いられる。またこの柔軟に屈曲可能な真空配管は、配管のレイアウトも容易に変更、設定できるメリットがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この構成においては、真空ポンプを駆動して真空ポンプ、真空配管、真空容器の内部を真空状態にすると、真空配管は負圧によって管路方向の収縮力を受けることになる。
このとき真空配管は柔軟な構造であるが故に、その収縮に伴なう弾性力と上記収縮力がつり合う長さまで収縮するか、あるいは真空配管の両端が固定的に保持されている場合は真空配管の両端側が引張り合う状態となる。
【０００５】
このような状態では真空配管の柔軟性は相対的にかなり損なわれて真空ポンプの振動が真空容器に伝わり易く、また構造的に真空容器と真空ポンプの間に不要な力がかかってしまう問題点がある。
そのため、真空配管の一部をＵ字型に曲げておき、この部分で収縮変化を吸収する配管構造も考えられるが、直管よりも管長が長く必要で曲がり部も増える為、コンダクタンス（管路抵抗）が大きくなり到達真空度の低下の原因になるなどの問題点があり、実用性は低い。
【０００６】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、柔軟に屈曲可能な真空配管を有し、負圧によって生じる収縮を効果的に回避できる真空配管装置を備えた電子ビーム照射装置を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明は、電子ビーム出口を有すると共に内部が負圧とされた真空容器と、その真空容器の上流に配置されると共に電子ビームを出射する電子銃と、電子ビーム出口に配置されると共に電子ビームを通す電子ビーム通路を有する静圧浮上パッドと、真空容器と静圧浮上パッドとの間を柔軟に屈曲可能な真空配管で繋ぐ真空配管装置と、を備え、真空配管装置は、内側の配管と外側の配管との二重構造とし、その内側の配管と外側の配管との間に正圧が供給されるものである。
【０００８】
この構造では、真空配管内の負圧による収縮力に対し正圧による真空配管の伸長力をつり合わせることで真空配管の収縮を効果的に回避でき、真空配管の両端の位置や力を中立に、または適切な位置関係や力関係に保持することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳述する。
先ず、先行技術による真空配管装置の概念を図１に模式的に示して説明する。
【００１０】
この構成において１は真空容器、２は真空発生源である真空ポンプで、この真空容器１と真空ポンプ２とはベローズ状の柔軟な真空配管３で繋がっている。ここで真空容器１には車輪４が設けられており、これによって真空容器１は床面に対し移動可能で、一方真空ポンプ２は脚５によって床面に固定されているものとする。
【００１１】
この図１において（Ａ）は真空ポンプ２がオフの状態で、この状態では真空容器１、真空ポンプ２、真空配管３は何れも内部が大気圧である。
そしてこの状態から真空ポンプ２を駆動すると、真空ポンプ２、真空配管３、真空容器１の内部は真空状態となり、このとき真空配管３は外気との圧力差即ち負圧によって真空配管３の有効断面積と負圧との積に相当する管路方向の収縮力を受けることになる。
【００１２】
このため（Ｂ）に示す如く真空配管３は、その収縮に伴なう弾性力と上記収縮力とがつり合う長さになるまで収縮し、これと共に真空容器１が移動する。
また、（Ｃ）に示すように真空容器１が脚６によって床面に固定されている場合は、真空配管３の収縮力によって真空容器１と真空ポンプ２が若干の歪を生じながら互いに引張り合う状態となる。
【００１３】
このような状態となると真空配管３の柔軟性が損なわれて真空ポンプ２の振動や騒音が真空容器１に伝わり易く、また構造的に真空容器１と真空ポンプ２の間に不要な力がかかってしまう問題がある。
そこでこれを回避するために、先行技術による真空配管装置では、（Ｄ）に示すように、真空配管３を内側の配管３ａと外側の配管３ｂとで構成した二重構造とし、ここで内側の配管３ａと外側の配管３ｂとの間の空間部３ｃに正圧を供給する。
【００１４】
この構造では、真空配管３は内側の配管３ａの内部の負圧によって内側の配管３ａの有効断面積と負圧との積に相当する収縮力を受けることになるが、これに対し内側の配管３ａと外側の配管３ｂとの間の空間部３ｃに正圧を加え、その圧力と空間部３ｃの有効断面積との積が、内側の配管３ａの有効断面積と負圧との積に等価となるように正圧を調整すれば、真空配管３内の負圧による収縮力と正圧による真空配管３の伸張力とがつり合う状態となるので、真空配管３は収縮することがなく、真空容器１と真空ポンプ２が互いに引張り合う状態となることもない。
以上が先行技術による真空配管装置の基本的な概念である。
【００１５】
次に、本発明による真空配管装置を備えた電子ビーム照射装置の具体的な適用例について説明する。
【００１６】
図２は光ディスクの原盤の作製に用いる電子ビーム照射装置を示しており、即ちこの装置は、電子銃２６から出射される電子ビームｂをディスク原盤１１に照射して信号の記録（信号パターンの記録ピットの形成）を行なうものである。
【００１７】
ここで電子ビームの照射には真空環境が必要であるが、特にこの装置では電子ビームを照射する部分のみを真空状態とし、それ以外の部分は大気中に置く部分真空方式が採用されている。
【００１８】
先ず、この装置において原盤１１を支持する支持機構部１２について説明する。
この支持機構部１２は、装置の基台上に固定されるベース１３と、このベース１３上に備えられた直線案内機構１４と、この直線案内機構１４により直線移動可能に支持され、原盤１が載置される回転テーブル１５とにより構成されている。
【００１９】
直線案内機構１４は、ベース１３上に水平に配置されたガイドレール１６と、このガイドレール１６の左右両端部をベース１３に支持するスタンド１７ａ，１７ｂと、ガイドレール１６に沿って移動可能に支持された移動テーブル１８とから構成されており、この移動テーブル１８はその左右の脚部１８ａ，１８ｂに設けられた例えば静圧空気式の軸受１９によってガイドレール１６に対し低摩擦力で移動可能に支持されている。
【００２０】
回転テーブル１５は直線案内機構１４の移動テーブル１８上に取り付けられており、例えば静圧空気式の回転軸受により低摩擦で回転可能に支持されている。
原盤１１はこの回転テーブル１５上に水平に載置された状態で吸着固定されるようになっており、この原盤１１を回転テーブル１５上で吸着する手段としては、真空吸着方式あるいは静電吸着方式が好適に用いられる。
【００２１】
この回転テーブル１５はその下に配置された電磁駆動型のスピンドルモーター２０によって回転駆動されるようになっている。さらに回転テーブル１５の下には回転検出用のエンコーダーが配置されており、このエンコーダーと制御回路によって回転テーブル１５の回転駆動が制御される。
【００２２】
また移動テーブル１８とベース１３の間には電磁駆動型のリニアモーター２１が構成されており、このリニアモーター２１の駆動によって移動テーブル１８がガイドレール１６に沿って水平方向即ち原盤１１の径方向に移動されるようになっている。さらに、図には表われていないが、直線案内機構１４には移動テーブル１８の移動位置を検出するリニアスケールと、このリニアスケールの値を制御回路によってフィードバックして位置決め制御を行なう駆動制御機構が設けられている。
【００２３】
このように構成される原盤の支持機構部１２に対しその上方には、原盤１１上を部分的に真空状態にして電子ビームを照射する電子ビーム照射手段２３が固定的に配置されている。
２４は原盤１１の上方で懸架支持されている真空容器で、この真空容器２４の内部に電子ビームコラム２５が配置され、この電子ビームコラム２５の上流の電子ビーム励起源である電子銃２６から電子ビームｂが出射される。
【００２４】
電子ビームコラム２５が内蔵される真空容器２４には真空ポンプによりなる排気手段が連結されており、この排気手段によって真空容器２４の内部を吸引することで電子ビームコラム２５内が電子ビームの照射に支障のない程度の真空度（１×１０-4〔Ｐａ〕程度）に保たれるようになっている。
【００２５】
この真空容器２４の下端部の電子ビーム出口には伸縮連結機構２７を介して静圧浮上パッド２８が取り付けられており、この静圧浮上パッド２８が原盤１１に対し５μｍ程度の僅かな隙間をもって非接触で吸着し、その状態で電子銃２６から出射された電子ビームｂが静圧浮上パッド２８の中心部の電子ビーム通路を通って原盤１１に照射される。
【００２６】
図３に静圧浮上パッド２８の詳細な構造を示す。
この静圧浮上パッド２８は、その中心部に電子ビームｂが通る電子ビーム通路２９を有する例えば金属製のブロック３０により構成される。このブロック３０はベローズ状の伸縮連結機構２７によって真空容器２４の下端の固定部２４ａに気密的に連結されており、この伸縮連結機構２７の伸縮によりブロック３０は原盤１１に厚さムラや回転ぶれ等があってもそれに追従して確実に吸着できるようになっている。
【００２７】
そしてこのブロック３０を原盤１１に吸着する手段としてブロック３０には、原盤１１との対向面に開口する第１の吸引溝３１及び第２の吸引溝３２が電子ビーム通路２９を中心とする同心円状に形成されている。
【００２８】
この第１の吸引溝３１と第２の吸引溝３２には夫々排気管３３と３４を介して排気手段が連結されており、この排気手段によって第１の吸引溝３１と第２の吸引溝３２から排気即ち気体の吸引が行なわれる如くなされている。
【００２９】
この排気手段としては真空ポンプが用いられ、この場合、電子ビーム通路２９に近い吸引溝ほど高い真空度に排気できる真空ポンプを連結する。即ち、電子ビーム通路２９に近い第１の吸引溝３１には例えば１×１０-1〔Ｐａ〕程度の真空度が得られる真空ポンプを連結し、これより外側の第２の吸引溝３２には５×１０3 〔Ｐａ〕程度の真空度が得られる真空ポンプを連結する。
【００３０】
さらにブロック３０には、第２の吸引溝３２の外側において原盤１との対向面に露出する通気体３５が埋め込まれている。この通気体３５は通気性を有する多孔質の金属を材料として電子ビーム通路２９を中心とするリング状に形成されており、この通気体３５の裏側においてブロック３０の内部には気体の流路３６が形成されている。
【００３１】
この流路３６には給気管３７を介して給気手段が連結されており、この給気手段から流路３６に例えば５×１０5 〔Ｐａ〕程度の圧縮気体（正圧）が供給され、これが通気体３５から噴出されるようになっている。
【００３２】
このように構成される静圧浮上パッド２８を原盤１１の上に載せた状態で各排気手段及び給気手段を作動させると、通気体３５から噴出される気体によって静圧浮上パッド２８が原盤１１から僅かに浮き上がり、同時に第１及び第２の吸引溝３１及び３２から気体が吸引されて溝内が負圧となることによって静圧浮上パッド２８が原盤１１に吸い付くように作用し、このため静圧浮上パッド２８は原盤１１に対し５μｍ程度の隙間ｄを保ちながら非接触で吸着される状態となるので、原盤１１の回転には支障がない。
【００３３】
このとき通気体３５から噴出される気体は、その周囲に形成されている第１及び第２の吸引溝３１及び３２で吸引されることにより電子ビーム通路２９に至ることが回避され、この場合、通気体３５からの気体は先ず第２の吸引溝３２で吸引され、さらに第１の吸引溝３１で吸引されることになり、ここで第１の吸引溝３１での吸引力は第２の吸引溝３２より強くなっているため、静圧浮上パッド２８の中心部にいくほど真空度を高くでき、これによって真空容器２４の内部即ち電子ビームコラム２５内を電子ビームの照射に支障のない程度の真空度（１×１０-4〔Ｐａ〕程度）に保つことができるものである。
【００３４】
そしてこの静圧浮上パッド２８によって原盤１１上の一部分を真空にした状態で原盤１１に電子ビームｂが照射され、同時に支持機構部１２のモーター１９の駆動により原盤１１が回転されると共にモーター２１の駆動によって原盤１１が径方向に移動されることで所定のトラックに記録が行なわれる。
【００３５】
このように構成される電子ビーム照射装置において、静圧浮上パッド２８と真空容器２４とを連結する伸縮連結機構２７の部分に先行技術による真空配管装置が適用されている。
【００３６】
即ちここで伸縮連結機構２７は内側のベローズ４０ａと外側のベローズ４０ｂとで構成される二重構造を有している。これらのベローズ４０ａ，４０ｂは何れも金属または樹脂製の柔軟に屈曲可能なベローズであり、夫々上端部が真空容器２４側の固定部２４ａに、下端部が静圧浮上パッド２８側の固定部２８ａに気密的に連結固定されている。
【００３７】
そしてこの伸縮連結機構２７における内側のベローズ４０ａと外側のベローズ４０ｂとの間の空間部４０ｃに、給気手段から圧縮気体即ち正圧が供給されるようになっている。
【００３８】
この伸縮連結機構２７においては、内側のベローズ４０ａの内部が負圧状態になるので、内側のベローズ４０ａの有効断面積と負圧との積に相当する力で伸縮連結機構２７が収縮力を受け、静圧浮上パッド２８が真空容器２４側に引き上げられようとする。ここで静圧浮上パッド２８と原盤１１は前述した如く微小の隙間でつり合っており、隙間を広げようとすると吸い付こうとする力が発生するので原盤１１を引き上げようとする。
【００３９】
そこで内側のベローズ４０ａと外側のベローズ４０ｂとの間の空間部４０ｃに給気手段から正圧を供給し、内側のベローズ４０ａの有効断面積と負圧との積による収縮力と、内側のベローズ４０ａと外側のベローズ４０ｂとの間の空間部４０ｃの有効断面積と正圧との積がほぼ等価となるように正圧を与えると、収縮力と伸張力がほぼつり合って中立となり、静圧浮上パッド２８や原盤１１を引き上げる力がキャンセルされ、静圧浮上パッド２８は無負荷で安定して一定の隙間を保ちながら原盤１１の微小な変動に追従できるようになり、より高精度な記録が可能となる。
【００４０】
さらにこの伸縮連結機構２７においては、ベローズの状態に応じて正圧の供給を制御する制御手段としてレベリングバルブ４２が設けられている。
ここでは機械式のレベリングバルブが用いられており、即ちこのレベリングバルブ４２は、正圧の供給路の中途部に介在して真空容器２４の固定部２４ａに固定されるバルブ本体４３と、このバルブ本体４３の下部に上下方向に回動可能に取り付けられるレバー４４とで構成され、このレバー４４の回動によってバルブ本体４３において正圧の供給が制御されるものである。
【００４１】
このレバー４４の先端は静圧浮上パッド２８側の固定部２８ａから水平方向に延びる延長部４５に当接されており、伸縮連結機構２７のベローズの伸縮に伴なって延長部４５が上下することによりレバー４４が回動されて正圧が調整される。
即ちこの場合、伸縮連結機構２７のベローズが伸びすぎれば正圧を弱め、縮みすぎれば正圧を強めるように働くので、真空容器２４が大気圧から真空に遷移する間、あるいはその逆の場合でも真空容器２４内の負圧の変化に応じてレベリングバルブ４２が正圧を調整して適切な力関係を維持し安定して動作させることができる。
【００４２】
尚、ここではレベリングバルブ４２として機械式のレベリングバルブを示しているが、変位計測手段または力計測手段と圧力調整手段とを組み合わせた制御手段によって実現できるものを総称してレベリングバルブとする。例えば、電気マイクロメーターの出力信号がある目標値（例えば０Ｖ）になる位置をベローズの中立位置にセットしておき、電空比例バルブの電圧をフィードバック制御して正圧を調整するようにしてもよいし、その他にも同等の機能を満たす手段は数多く考えられる。
以上が本発明を部分真空方式の電子ビーム照射装置に適用した場合の実施例である。
【００４３】
続いて、先行技術をターボ分子ポンプに適用した例を図４及び図５に示す。
ここで図４に模式的に示した真空容器５０は図には現われていないが装置本体で支えられており、この真空容器５０にダンパー配管５１を介して真空発生源であるターボ分子ポンプ５２が吊り下げられている。ターボ分子ポンプ５２は途中の配管でのロスをなくすためこのように真空容器５０に連結されることが多い。
【００４４】
ダンパー配管５１はターボ分子ポンプ５２の振動を減衰し真空容器５０に伝えないようにするためのものであり、一般にはゴム製のダンパーが用いられる。しかし、ゴム製のダンパーでは、負圧により収縮されて柔軟性が損なわれ充分な振動減衰機能を期待できず、ターボ分子ポンプの駆動停止による伸縮の繰り返しによってひび割れなどの劣化や真空中への大気の放出などが生じるおそれがあり、寿命が短い。
【００４５】
そこで図５に示す如く本例では、このダンパー配管５１の部分に先行技術による真空配管装置が適用されている。
即ちここでダンパー配管５１は、内側のベローズ５３ａと外側のベローズ５３ｂとで構成される二重構造を有している。これらのベローズ５３ａ，５３ｂは何れも金属または樹脂製の柔軟に屈曲可能なベローズが用いられ、夫々上端部が真空容器５０側の固定部５０ａに、下端部がターボ分子ポンプ５２側の固定部５２ａに気密的に連結固定されている。
【００４６】
そしてこのダンパー配管５１における内側のベローズ５３ａと外側のベローズ５３ｂとの間の空間部５３ｃに、給気手段から圧縮気体即ち正圧が供給されるようになっており、これによってこのダンパー配管５１においては、負圧による収縮力に対し正圧による伸縮力がつり合って中立状態が保たれるので、ダンパー配管５１が収縮することはない。
従って、ダンパー配管５１の柔軟性が損なわれることもないので、充分な振動減衰効果が得られるものである。
【００４７】
また、図示はしないが、このダンパー配管５１において正圧の供給を制御する制御手段としてレベリングバルブを設ければ、ベローズの必要以上の伸縮を制限できるので柔軟性が劣化することも少なく長寿命化を図ることができる。
【００４８】
図６は二重構造のダンパー配管５１の外側のベローズ５３ｂを防振ゴムなどの弾性材で構成した例である。このような構成とすることにより、ダンパー配管５１で伝わる振動が弾性材で効果的に吸収されるので、より確かな振動減衰効果を得ることができる。
尚、この例では外側のベローズ５３ｂを弾性材としてあるが、内側のベローズ５３ａを弾性材としてもよく、また両方のベローズ５３ａと５３ｂを弾性材とする構成も可能である。
【００４９】
さらに図７に先行技術を空気ばね式除振装置に適用した場合の実施例を示す。
図において６０は真空容器であって、この真空容器６０は床面に固定される基台６１に複数の空気ばね６２及び６３を介して支持されており、床面から真空容器６０に伝わる振動がこの空気ばね６２及び６３によって減衰（除振）される構造となっている。６４は真空容器６０を真空にするための真空ポンプであり、これは床面に固定されている。
【００５０】
そしてこの真空ポンプ６４と真空容器６０とを繋ぐ真空配管として一つの空気ばね６２に本発明による真空配管装置が適用されている。
即ちこの空気ばね６２は、内側のベローズ６５ａと外側のベローズ６５ｂとで構成される二重構造を有し、この内側のベローズ６５ａと外側のベローズ６５ｂとの間の空間部６５ｃに給気手段から正圧が供給されるようになっている。
【００５１】
この空気ばね６２においては、真空容器６０と真空ポンプ６４とを繋ぐ内側のベローズ６５ａの内部が負圧となることによって空気ばね６２は収縮しようとするが、ここで内側のベローズ６５ａと外側のベローズ６５ｂとの間の空間部６５ｃに正圧が供給されることで負圧による収縮力と正圧による伸張力とがつり合う状態となって空気ばね６２は収縮することなく中立状態に保たれる。
【００５２】
またこの空気ばね６２に正圧を供給する供給路の中途部には、正圧の制御手段としてレベリングバルブ６６が設けられており、真空容器６０が一定の高さ以下になるとこのレベリングバルブ６６が作動して正圧を強め、また真空容器６０が一定の高さ以上となると正圧を弱めるように働いて空気ばね６２を伸縮させることで真空容器６０を一定の高さに保持する構成となっている。
【００５３】
さらにこの空気ばね式除振装置においては、他の空気ばね６３にも給気手段から正圧が供給されるようになっており、この正圧の供給路の中途部にもレベリングバルブ６７が設けられ、真空容器６０を一定の高さに保持する構成となっている。
このように各空気ばね６２及び６３に供給される正圧をレベリングバルブ６６及び６７で制御する構成により、真空容器６０を常に水平状態に維持することが可能である。
【００５４】
以上の如く先行技術を適用した空気ばね式除振装置においては、床面から真空容器６０に伝わる振動を空気ばね６２及び６３で減衰すると共に、真空ポンプ６４から真空容器６０に伝わる振動を二重廃刊構造の空気ばね６２によって効果的に減衰でき、即ち床振動と真空ポンプの振動を同時に減衰させることができるものである。
【００５５】
以上、本発明による真空配管装置を備えた電子ビーム照射装置に適用した実施例について説明したが、本発明はこの実施例に限ることなく他にも種々の装置に有効に適用できるものである。
【００５６】
【発明の効果】
以上の説明で明らかな如く本発明の電子ビーム照射装置では、真空配管を二重構造とし、その内側の配管と外側の配管との間に正圧が供給される構造としたことにより、負圧による収縮力と正圧による伸張力とをつり合わせることで真空配管の収縮を効果的に回避でき、真空配管の両端の位置や力を中立に、または適切な位置関係や力関係に保持することが可能となる。
従って本発明によれば、真空配管の柔軟性が損なわれることはないので、真空配管における振動減衰効果を良好に維持することができる。
【００５７】
さらに本発明では、真空配管の状態に応じて正圧の供給を制御する制御手段を設けることにより、真空配管を最適の状態に安定して保持することができる。
さらに本発明においては、真空配管の内側の配管と外側の配管の少なくとも一方側の配管を弾性材で構成することにより、真空配管で伝わる振動をより効果的に減衰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  先行技術による真空配管装置の構成を説明する模式図である。
【図２】  本発明による真空配管装置が適用される電子ビーム照射装置の構造図である。
【図３】  同、要部の縦断面図である。
【図４】  先行技術による真空配管装置が適用されるターボ分子ポンプの側面図である。
【図５】  同、要部の一部縦断面にした側面図である。
【図６】  同、他の構成例を示す一部縦断面にした側面図である。
【図７】  先行技術による真空配管装置が適用される空気ばね式除振装置の構造図である。
【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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