JP2803039B2 - 多段式クライオポンプおよび多段式クライオポンプの吸着面の再生方法 - Google Patents

多段式クライオポンプおよび多段式クライオポンプの吸着面の再生方法

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JP2803039B2
JP2803039B2 JP4126450A JP12645092A JP2803039B2 JP 2803039 B2 JP2803039 B2 JP 2803039B2 JP 4126450 A JP4126450 A JP 4126450A JP 12645092 A JP12645092 A JP 12645092A JP 2803039 B2 JP2803039 B2 JP 2803039B2
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cryopanel
gas
cryopump
refrigerator
expansion chamber
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克明 金沢
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B37/00Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00
    • F04B37/06Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for evacuating by thermal means
    • F04B37/08Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for evacuating by thermal means by condensing or freezing, e.g. cryogenic pumps
    • F04B37/085Regeneration of cryo-pumps

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は多段式クライオポンプお
よび多段式クライオポンプの吸着面の再生方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】LSIや超LSI等を製造する際等に、
オイルレスの清浄な真空を形成するために用いられる真
空ポンプとして、多段式クライオポンプが用いられてい
る。クライオポンプは、真空容器に連結し、該真空容器
中のガスを極低温面に吸着凝縮させて、真空を作るもの
である。
【0003】冷凍機付きのクライオポンプは、図3に示
すようにヘリウム圧縮機2と、このヘリウム圧縮機2へ
ガス配管13により接続された極低温冷凍機、たとえば
GM(ギフォード・マクマホン)冷凍機1とからなり、
この冷凍機1へ図示しない真空容器を連結する。
【0004】冷凍機1は、第1冷却段3に第1のクライ
オパネル5を取付け、第2冷却段4に第2のクライオパ
ネル6を取り付けている。第2のクライオパネル6上に
は活性炭等の吸着剤が載置されている。
【0005】第1のクライオパネル5はたとえば約80
K程度に冷却され、真空容器中の水蒸気、炭酸ガス等の
沸点が比較的高いガスを固化捕捉する。第2のクライオ
パネル6はたとえば約20Kに冷却され、真空容器中の
窒素、アルゴン等のより低沸点のガスを固化捕捉し、最
も沸点の低い水素、ネオン、ヘリウム等のガスは第2の
クライオパネル6上の吸着剤に吸着される。このように
してクライオポンプは真空容器中の各種のガスを排気し
て高真空をつくる。
【0006】ところが各々のガスに対するクライオポン
プの排気容量は異なっている。すなわち吸着剤の吸着能
力は比較的短時間で失われ、水素、ネオン、ヘリウム等
のガスに対する排気能力は零になる。このため他のガス
に対しては十分排気能力があるにもかかわらず吸着剤を
昇温して吸着ガスを排出する再生作業を行なわなければ
ならない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来、吸着剤の再生作
業は、冷凍機の運転を停止して各クライオパネル5,6
の温度を上げて固化捕捉および吸着されていたガスを放
出することにより行なっている。再生作業が完了すると
冷凍機の運転を再始動して、各クライオパネル5,6を
所定の温度(たとえば約80Kおよび約20K)に冷却
する。
【0008】しかしながら、一旦温度を上げた後の各ク
ライオパネル5,6を再び所定の温度に冷却するために
要する時間はクライオポンプのロスである。この問題を
解決するため、特公平3−64717号には、冷却段あ
るいはクライオパネルにヒータを取付け、再生時にこの
ヒータによりクライオパネルを加熱するようにしたクラ
イオポンプを開示しているが、ヒータの断線等の点で信
頼性が劣る。
【0009】本発明の目的は、クライオパネルの吸着面
の再生を短時間にしかも確実に行なうことができる多段
式クライオポンプを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の多段式クライオ
ポンプは、低温を発生する膨張室と、膨張室により冷却
されるクライオパネルと、クライオパネルの吸着面の再
生時に膨張室と連通するガス室と、膨張室とガス室との
間の弁とを備えることを特徴とする。
【0011】また、本発明の多段式クライオポンプの吸
着面の再生方法は、弁を開いて膨張室とガス室とを連通
してクライオパネルの温度を所定温度に上昇させること
によってクライオパネルに固化捕捉および吸着されてい
たガスを放出させる工程と、弁を閉じる工程とを備え、
上記工程の間、クライオポンプの運転を継続することを
特徴とする。
【0012】
【作用】冷凍機の運転を開始する際には、弁を閉じた状
態とする。冷凍機が定常冷却状態となると、第2のクラ
イオパネルはたとえば約20Kに冷却され、真空容器中
のガスを固化捕捉する。
【0013】第2のクライオパネルの排気能力がなくな
ってくると再生作業を行なうため、弁を開いて膨張室と
ガス室とを連通する。この結果、膨張室の容積が無効空
間として接続されるので膨張室での冷却効率が低下し、
第2のクライオパネルの温度が上昇する。
【0014】第2のクライオパネルの温度が約40K程
度になると、クライオパネル上に固化捕捉および吸着さ
れていたガスは放出される。この再生作業の間冷凍機の
運転は継続されており、他の膨張室および第1のクライ
オパネルの温度は定常の冷却温度に保たれている。
【0015】このようにして、第2のクライオパネルの
再生が終わると弁を閉じる。その後は第2のクライオパ
ネルの温度は短時間のうちに所定の温度、たとえば約2
0Kに戻り、冷凍機は定常冷却状態となる。
【0016】
【実施例】以下、図面に示した一実施例に基づいて本発
明の多段式クライオポンプを説明する。
【0017】図1は本発明の多段式クライオポンプの一
実施例の概略図、図2は図1に示した多段式クライオポ
ンプの一部拡大断面図である。これらの図に示すよう
に、クライオポンプはヘリウム圧縮機2と、このヘリウ
ム圧縮機2へ接続された極低温冷凍機、たとえばGM
(ギフォード・マクマホン)冷凍機1とからなり、この
冷凍機1へ真空容器20が連結されている。
【0018】冷凍機1は、第1冷却段3に第1のクライ
オパネル5を取付け、第2冷却段4に第2のクライオパ
ネル6を取り付けている。第2のクライオパネル6上に
は活性炭等の吸着剤14が取付けられている。また、第
2のクライオパネル6の上方にはシェブロン15が配置
されている。
【0019】上記第1および第2冷却段3,4、第1お
よび第2のクライオパネル5,6は真空外筒12により
囲まれている。この真空外筒12と真空容器20間には
ゲートバルブ21が設けられている。また、真空外筒1
2は、管24およびバルブ22を介して真空ポンプ23
に連結されている。
【0020】冷凍機1の第1冷却段3は、低温を発生す
る図示しない第1膨張室内のヘリウムガスの膨張作用に
より低温となったヘリウムガスにより冷却される。さら
に、ヘリウムガスは、図2に示すように、低温を発生す
る第2膨張室7内で膨張して低温となって冷凍機1の第
2冷却段4を冷却する。なお、図中8は低温のヘリウム
ガスを膨張室内から排出するためのディスプレーサであ
る。
【0021】第2膨張室7は、調整弁10を設けられた
ガス配管9を介してガス室11と接続されている。ガス
室11内にはヘリウムガスが収容されている。冷凍機1
の運転を開始する際には、調整弁10、バルブ22を閉
じた状態とし、ゲートバルブ21は適当な時期に開いた
状態とする。冷凍機1が定常冷却状態となると、第1の
クライオパネル5はたとえば約80K程度に冷却され、
該第1のクライオパネル5の表面(第1吸着面)に真空
容器20中の水蒸気、炭酸ガス等の沸点の比較的高いガ
スを固化捕捉する。
【0022】また、第2のクライオパネル6はたとえば
約20Kに冷却され、該第2のクライオパネル6の表面
に真空容器20中の窒素、アルゴン等のより低沸点のガ
スを固化捕捉する。また、最も沸点の低い水素、ネオ
ン、ヘリウム等のガスは第2のクライオパネル6上の吸
着剤14に吸着される。このようにしてクライオポンプ
は真空容器20中の各種のガスを排気して高真空をつく
る。
【0023】なお、第2のクライオパネル6の吸着面
(第2吸着面)は第2のクライオパネル6自身の表面
と、吸着剤14の吸着面を含む。その後吸着剤14の吸
着能力(第2段クライオパネル6の排気能力)がなくな
ってくると、再生作業を行なう。この再生作業は次のよ
うにして行なわれる。
【0024】まず、ゲートバルブ21を閉めて真空外筒
12の内部を真空容器20から遮断する。次いで調整弁
10を開く。この結果、ガス室11が第2膨張室7の無
効空間部となり、冷却効率が低下し、第2冷却段4の温
度が直ちに上昇し、第2のクライオパネル6の温度も上
昇する。
【0025】次に、バルブ22を開いて真空外筒12を
真空ポンプ23に接続し、真空外筒12内を排気する。
第2のクライオパネル6の温度が40K程度まで上昇す
ると、第2のクライオパネル6の表面および吸着剤に固
化捕捉および吸着されていたガスは放出されて、管24
を経て真空ポンプ23に吸引される。
【0026】このようにして、第2のクライオパネル6
は再生される。この再生作業の間、冷凍機1の運転は継
続されているので第1のクライオパネル5は約80Kの
温度に保たれている。
【0027】第2のクライオパネル6の再生が終わると
調整弁10を閉じ、バルブ22も閉じる。第1のクライ
オパネル5は約80Kの温度に保たれているため、第2
のクライオパネル6は短時間のうち約20Kに冷却され
て冷凍機1は定常冷却状態となり、クライオポンプの運
転が可能となる。
【0028】再生時の第2のクライオパネル6の上昇温
度の値は、調整弁10の開度、ガス室11の容積の大き
さにより調節する。なお、ガス配管9の調整弁10は真
空外筒12内に配置しても真空外筒12外に配置しても
よく、その開閉は手動で行なうことができるが、適当な
開閉手段により、自動的に開閉することもできる。真空
外筒12内に配置したときは自動開閉とするのがよい。
【0029】また、上記の実施例においては、第2のク
ライオパネル6へ吸着剤14を載置した例について説明
したが、本発明はこのような吸着剤14を設けず、第2
のクライオパネル6の面のみで吸着するものについても
適用可能である。この場合は、第2のクライオパネル6
自身の表面の吸着能力がなくなると、上述した再生作業
を行なう。
【0030】さらに、上記の実施例においては第2膨張
室7へガス室11を接続した例について説明したが、第
2膨張室7のみならず第1膨張室へもガス室を接続する
ことができる。
【0031】また、上記実施例では2段のクライオパネ
ルを用いて冷凍を行なうクライオポンプについて説明し
たが、これには限定されず、3段以上のクライオパネル
を用いて冷凍を行なうライオポンプについても用いるこ
とができる。この場合、最終段のクライオパネルを冷凍
する膨張室のみをガス室へ接続することもできるし、2
つ以上の膨張室のそれぞれへ、ガス配管および調整弁を
介してガス室を接続することもできる。
【0032】複数の膨張室へガス室を接続する場合、各
膨張室に接続される調整弁の開閉により、各段のクライ
オパネルの再生を独立に行なうことができる。たとえ
ば、特定のクライオパネルの吸着面の再生のみを行なう
必要が生じた場合、そのクライオパネルおよびより低温
側のクライオパネルに対応する調整弁を開いてその吸着
面に吸着されているガスの放出に必要な温度にまで吸着
面を上昇させる。この間、冷凍機の運転は継続したまま
としておくことにより、より高温のクライオパネルの温
度はほぼ一定温度に保たれているので、再生終了後クラ
イオポンプは短時間のうち定常状態となる。
【0033】また、冷凍機1としては、GM冷凍機のみ
ならず、ソルベーサイクル冷凍機、スターリング冷凍機
等の各種の蓄冷式多段冷凍機を用いることができる。
【0034】
【発明の効果】本発明によれば、クライオポンプの吸着
面の再生を短時間にしかも確実に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のクライオポンプの一実施例の概略図
である。
【図2】 図1に示したクライオポンプの一部拡大断面
図である。
【図3】 従来例のクライオポンプの概略図である。
【符号の説明】
1 冷凍機 2 ヘリウム圧縮機 3 第1冷却段 4 第2冷却段 5 第1のクライオパネル 6 第2のクライオパネル 7 第2膨張室 8 ディスプレーサ 9 ガス配管 10 調整弁(弁) 11 ガス室 12 真空外筒 13 ガス配管 14 吸着剤 15 シェブロン 20 真空容器 21 ゲートバルブ 22 バルブ 23 真空ポンプ 24 管

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 低温を発生する膨張室と、 前記膨張室により冷却されるクライオパネルと、 前記クライオパネルの吸着面の再生時に前記膨張室と連
    通するガス室と、 前記膨張室と前記ガス室との間の弁とを備えることを特
    徴とする多段式クライオポンプ。
  2. 【請求項2】 弁を開いて膨張室とガス室とを連通して
    クライオパネルの温度を所定温度に上昇させることによ
    ってクライオパネルに固化捕捉および吸着されていたガ
    スを放出させる工程と、 弁を閉じる工程とを備え、 上記工程の間、クライオポンプの運転を継続することを
    特徴とする請求項1記載の多段式クライオポンプの吸着
    面の再生方法。
JP4126450A 1992-05-19 1992-05-19 多段式クライオポンプおよび多段式クライオポンプの吸着面の再生方法 Expired - Lifetime JP2803039B2 (ja)

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