入江工研は常にお客様のニーズにお応えする製品の改良を進めております。今回はその取り組みの中で「真空排気効果をもつ成形ベローズ」についてご紹介いたします。
入江工研が高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所の間瀬一彦准教授とともに開発した真空排気効果を持つ成形ベローズの特長は下記３点です。
①超高真空中において133～176℃で1.5～12時間加熱して活性化してから、室温に戻すと真空に排気しま
す。
②大気導入と活性化を繰り返しても排気性能が低下しません。
③伸縮性、気密性、バネ性は従来の成形ベローズと同じです。
このような真空排気効果をもつ成形ベローズは今後、半導体製造装置や電子顕微鏡、加速器など超高真空を必要とする真空システムに広く活用できます。
では、成形ベローズはどのようなメカニズムで真空を排気しているのでしょうか。真空排気効果をもつ成形ベローズでは内面に非蒸発型ゲッター（non-evaporable getter、NEG）を成膜しております。非蒸発型ゲッターとは超高真空中で加熱すると蒸発せずに反応性が高い表面が生成し（この工程を活性化と呼びます）、水素（H2）、一酸化炭素（CO）などの残留ガスを排気する性質を持つ金属のことです。代表的な非蒸発ゲッターは、チタン（Ti）、ジルコニウム（Zr）、バナジウム（V）、ZrVFe合金（Feは鉄）、TiZrV合金です。真空排気効果をもつ成形ベローズでは内面に無酸素パラジウム/チタン（Pd/Ti）という間瀬准教授らが開発した新しい非蒸発型ゲッターが成膜されております（間瀬一彦、菊地貴司、「非蒸発型ゲッタコーティング部品、容器、製法、装置」（出願番号：特願2016-230510、出願日2016年11月28日、審査請求中）。無酸素Pd/Ti薄膜のH2、CO排気メカニズムを図1に示します。
図１．ベローズ内面に成膜された無酸素Pd/Ti薄膜がH2、COを排気するメカニズム
成形ベローズは電子顕微鏡や半導体製造装置、フラットパネルディスプレイ製造装置、加速器、放射光施設、光電子分光装置などの表面分析装置において、真空装置間の接続、設置誤差の吸収、振動吸収などに使用されております。こうした成形ベローズの内面に無酸素Pd/Tiを成膜して非蒸発型ゲッターポンプとしての機能を付加すると、他の真空ポンプを設置しなくても、超高真空が保てます。また大型装置では非蒸発ゲッターポンプやスパッターイオンポンプの設置数を減らすことができますので装置製作コストの削減にも繋がります。
現在、成形ベローズだけでなく、SUS304箔に無酸素Pd/Tiを成膜して、真空排気効果を持つSUS304箔を製造する取組みを進めております。真空排気効果を持つSUS304箔を真空装置内に設置すれば既存の真空装置でもベーキング後に超高真空を実現することができます。
今後の展望
当社が製造している成形ベローズに無酸素Pd/Tiを成膜する事により「真空装置間の接続」、「設置誤差の吸収」、「振動吸収」に加え「排気特性」の付加価値も有することになります。応用が期待される装置は以下の通りです。
①電子顕微鏡
【電子銃の寿命を延ばす】、【無振動、無騒音の実現】、【無電源での真空排気】
②半導体製造装置、フラットパネルディスプレイ製造装置
【製品の歩留まり改善】、【無振動、無騒音の実現】、【無電源での真空排気】
③加速器、放射光施設
【荷電粒子ビームの寿命を延ばす】、【光学素子の汚染を防ぐ】、【無振動、無騒音の実現】、
【無電源での真空排気】
④光電子分光装置など表面分析装置
【試料表面の汚染を防ぐ】、【無振動、無騒音の実現】、【無電源での真空排気】
本製品の開発にあたっては、東京都中小企業振興公社新製品・新技術開発助成事業からのご支援をいただいております。2019年度中に製品化できるように計画を進めております。
共同研究者
・高エネルギー加速器研究機構 准教授 間瀬 一彦 様
参照論文
“Oxygen-free palladium/titanium coating, a novel nonevaporable getter coating with an activation temperature of 133 °C”,Tetsuya Miyazawa, Masashi Kurihara, Shinya Ohno,Naoya Terashima, Yuto Natsui, Hiroo Kato, Yoshihiro Kato,Ayako Hashimoto, Takashi Kikuchi, and Kazuhiko Mase,J. Vac. Sci. Technol. A 36, 051601 (2018).DOI: 10.1116/1.5037023