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魔法のニップル

"魔法のニップル"は、弊社が独自に開発した0.2%BeCu合金材料の特性を生かしたアイディア商品です。 ヌードBAゲージまたはEXゲージのヘッドを 本品に入れてチャンバに取り付けるだけで様々な特性が得られます。

魔法のニップルの特性

1.真空計のガス放出が1/7に減る
2.到達真空が1桁程度良くなる
3.消費電力が1/2以下に減る
4.0.2%BeCu合金製(AlCuも有)
5.銅表面は不動態化処理
6.300℃までのベーキング可能
7.銅ガスケットが使える

ガス放出速度 魔法のニップル ステンレス製のニップル
BAゲージ(1/4) 2.1E-11 Pa・m3/s  8.9E-11 Pa・m3/s
EXゲージ(1/7) 5.6E-12 Pa・m3/s  3.9E-11 Pa・m3/s

熱陰極ゲージを使うときの悩み

BAゲージなどの熱陰極ゲージは、超高真空、極高真空環境で、 しばしば、大きなガス源になります。 ゲージ点灯中に、ゲージポート付近に触ってみると、かなり温かくなっているはずです。 中は相当高温です。「真空を下げるために、熱陰極電離真空計を切ってしまいたい」と 誰もが一度は考えるでしょう。 しかし真空計が無ければ、中の真空はわかりません。 どうしようもないと、諦めることも多いはずです。

魔法のニップルで悩み解消

そんな時、"魔法のニップル"を試してください。 今お使いのBAGやEXGを"魔法のニップル"に差し込んでから、 ステンレスのゲージポートに付けると、「あら不思議」真空計には何もしていないのに、 真空計からのガス放出は魔法のように下がります。 このからくりは、ステンレス(チタンも同じ)と、 弊社の0.2%BeCu合金の輻射率と熱伝導性の大きな違い(全く正反対)にあります。

ステンレス製ゲージポートの欠点

ステンレス(チタンも同じ)は熱線(赤外線~可視光)の吸収率が非常に大きく、 一回の反射で約36%の熱線が表面で吸収されます。 ゲージのグリッドやフィラメントは細い針金で出来ていますから、 この線材に当たる確率よりも、ステンレスの壁に当たる確率の方が圧倒的に高く、 7~8回も反射を繰り返せば、熱線は吸収されて無くなってしまいます。 結果、フィラメントからはどんどん輻射熱が放射され冷え続け、 フィラメントを加熱するために、大きな電力が必要になります。
また、ステンレスやチタンは、多々ある金属の中でも、最も熱が伝わりにくい金属です。 そのため、一旦熱が吸収されると、熱が逃げにくく真空端子やフランジなどの温度が上昇し、 結果、ガス放出が大きくなってしまうのです。

魔法のニップルはエコ

0.2%BeCu合金材料で製作した"魔法のニップル"でゲージ周囲を囲むと、 フィラメントから放射された熱線は、壁の表面で97%の割合で反射されるようになります (壁を鏡面に磨けばより効果的です)。 熱線は100回以上反射を繰り返し、フィラメントに再入射する熱線量も増えます。
実際にゲージの真空端子に電流計と電圧計を付けて、ステンレスと魔法のニップルで比較してみると、 魔法のニップルの方が、消費電力が1/3まで小さくなることが分かりました。
一方、真空端子やフランジなどに伝わった熱は、銅の高い熱伝導性により、 ニップル側に速やかに拡散するため、真空端子やフランジからのガス放出を 大きく抑えることができるのです。

どんな金属のゲージポートなら良いの?

金、銀、銅、アルミニウムの4つの金属は、輻射率(吸収率)が3%以下と非常に小さく、 熱伝導は逆に13倍~25倍まで大きいのが特長です。 この性質を利用すれば、熱陰極ゲージからのガス放出を劇的に下げることが可能になります。 しかし、金や銀でゲージポートを作る訳には行きません。 アルミニウムはやわらかすぎますし、熱膨張係数が合わないのが実用上大きな問題です。 銅が最も有力なのですが、銅もガスケットに使うくらいですから柔らかいのが欠点です。 これを解決したのが弊社で開発した0.2%BeCu合金極高真空構造材です。 この合金は特殊表面不動態化処理を施すことにより、 実用材料としては最も低いガス放出率を持たせることができ、 熱伝導率は純アルミニウムとほぼ同等でありながら、 硬度はステンレス鋼より固く、熱膨張係数は銅とステンレスに一致しております。

一般的なコンフラットシール用の銅のガスケットを用いて既存のステンレスコンポーネントと 高温のベーキングに耐えうる信頼性の高い真空シールが可能です。 従って、0.2%BeCu合金を用いてゲージポートを製作すれば、 ニップルひとつで、ガス放出を大きく下げることが可能になるのです。

原 理

輻射率が0.36と大きいのでフィラメントから放射される赤外線 (グリッドからの軟X線吸収も大きい)がステンレスの壁に吸収され易く、 フィラメントに戻らないため、フィラメントから電子を放出できる温度まで 加熱する電力を大きくする必要がある。

沢山の熱を吸収した上、熱伝導が悪いので吸収した熱が真空壁に滞留する。

真空壁の温度が上昇し、ガス放出が大きくなる。

輻射率が小さいのでフィラメントから放射される赤外線が壁に吸収され難い。 壁で反射された赤外線はフィラメントにもどり、 電子を放出できる温度まで加熱する電力が小さい。

熱伝導が良いので吸収された熱は速やかに壁内に拡散し、 壁の温度が低くなる。吸収される赤外線の量も少ない。

壁の温度が上昇しないのでガス放出が小さい。 さらに0.2%BeCu合金材料自体のガス放出が極めて小さい。

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