JPH025773A - クライオポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、ポンプケース内に流入した各ガス成分を寒冷
により凍結排気させて真空状態を得るようにしたクライ
オポンプに関するものである。

（従来の技術） 従来より、この種のクライオポンプには、２段式冷凍機
が用いられ、例えば第５図に示すように、２段式冷凍機
（ｂ）は第１段シリンダ（ｅ）と該第１段シリンダ（Ｃ
）の先端からさらにのびる第２段シリンダ（ｅ）とを備
えると供に、各シリンダ（ｃ）（ｅ）の先端部に第１段
ヒートステーション（ｄ）及び第２段ヒートステーショ
ン（ｆ）が形成されており、該冷凍機（ｂ）は各シリン
ダ（ｃ）（ｅ）及び各ヒートステーション（ｄ）（ｆ）
がポンプケース（ａ）内に配設されるようにポンプケー
ス（ａ）に取り付けられている。前記第２段ヒートステ
ーション（ｆ）にはクライオパネル（ｈ）が接続され、
前記第１段ヒートステーション（ｄ）には、前記クライ
オパネル（ｈ）外周に位置するようにシールドパネル（
ｇ）が接続されている。前記冷凍機（ｂ）の稼動によっ
て、シールドパネル（ｇ）は５０〜８０Ｋに冷却されて
、ポンプケース（ａ）からの輻射熱を防ぐと供に、水蒸
気等の沸点の高いガスを凝縮吸着し、クライオパネル（
ｈ）は１０〜２０Ｋに冷却されて酸素、窒素。

アルゴン等の低沸点ガスを凝縮吸着し、さらに沸点の低
い水素、ヘリウム、ネオン等のガスはクライオパネル（
ｈ）の内面に貼付した吸着媒（＋）により吸着して真空
にされる。（実開昭６３−１４８７８号公報等参照） また従来より、冷凍機として２段式冷凍機よりも構造が
簡単な１段式冷凍機も知られている。

そこで、１段式冷凍機を用いてクライオポンプを構成す
ることが考えられる。

（発明が解決しようとする課り しかし、１段式冷凍機を用いてクライオポンプを構成す
るに当って、次のような問題がある。

すなわち、クライオポンプにおいては、水蒸気等の高沸
点ガスを凝縮吸着し、かつポンプケースからクライオパ
ネルへの輻射熱を防ぐシールドパネルが必要であるが、
１段式冷凍機の有する冷熱源は１つのヒートステーショ
ンのみであり、シールドパネルを該ヒートステーション
に単に接続して構成するならば、シールドパネルは低沸
点ガスを吸着するクライオパネルと同程度の温度まで冷
却されることになる。ところが、シールドパネルの温度
は輻射熱によりクライオパネルよりも高くなり、２０〜
４０Ｋになる。この場合、クライオポンプの運転過程に
おいて、低真空（１０−”〜１０−’　Ｔ。

ｒｒ）のもとで、低沸点ガスがシールドパネルに凝縮す
る。しかし、この凝縮した低沸点ガスは、高真空（］Ｏ
−’　”１０−”　Ｔｏｒｒ）に達した時には沸点がさ
らに低くなっているので、シールドパネルから一旦蒸発
して、その後、クライオパネルに凝縮する。このために
、速やかに高真空に達しないという不都合が起こる。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために、第１請求項の発明において
は、第１図に示すように、１つのシリンダ（３）と１つ
のヒートステーション（４）とを備える１段式冷凍ｆｉ
（２）を、ポンプケース（１）内に前記シリンダ（３）
及び前記ヒートステーション（４）が配設されるように
ポンプケース（１）に取り付け、前記ヒートステーショ
ン（４）にクライオパネル（５）を接続し、前記ポンプ
ケース（１）内に位置し。

前記ポンプケース（１）からクライオパネル（５）への
輻射熱を防ぐシールドパネル（６）を前記ヒートステー
ション（４）に接続し、さらに前記ヒートステーション
（４）の近傍の前記シールドパネル（６）に低熱伝導部
（７）を形成している。

第２請求項の発明においては、第１図に示すように、第
１請求項の発明のクライオポンプの構成において、クラ
イオパネル（５）はカップ状に形成されて、かつシリン
ダ（３）を包囲しており、シールドパネル（６）は、前
記クライオパネル（５）内周と前記シリンダ（３）外周
との間に位置する円筒状の内シールドパネル（６ｂ）と
、前記クライオパネル（５）外周に位置する円筒状の外
シールドパネル（６ｃ）と、前記クライオパネル（５）
の端部と　間隙を置いて位置し、前記内シールドパネル
（６ｂ）と前記外シールドパネル（６ｃ）とを接続する
円環板状の中間シールドパネル（６ｄ）とによって構成
している。

第３請求項の発明においては、第１図に示すように、第
１または第２請求項の発明のクライオポンプの構成にお
いて、シールドパネル（６）の他の部分と比較して熱抵
抗の大きい材料により低熱伝導部（７）を形成している
。

第４請求項の発明１；おいては、第２図に示すように、
第１または第２請求項の発明のクライオポンプの構成に
おいて、シールドパネル（６）の他の部分の厚さと比較
して薄くすることにより低熱伝導部（７）を形成してい
る。

第５請求項の発明においては、第３図に示すように、第
１または第２請求項の発明のクライオポンプの構成にお
いて、シールドパネル（６）に多数の穴（７ａ）・・・
を設けることにより、低熱伝導部（７）を形成している
。

第６請求項の発明においては、第４図に示すように、第
１または第２請求項の発明のクライオポンプの構成にお
いて、線材（７ｂ）により低熱伝導部（７）を形成して
いる。

（作　　用） これらの構成により１本発明においては、２段式冷凍機
よりも構造の簡単な１段式冷凍機を用いてクライオポン
プを構成して、かつポンプケースからクライオパネルへ
の輻射熱を防ぐとともに、低真空下においても低沸点ガ
スを凝縮せず、水蒸気等の高沸点ガスをＷｌ棉するよう
に、シールドパネルを適切な温度に保つことができる。

（実施例） 以下、第１および第２請求項の発明の実施例を第１図に
基づいて説明する。第１図において（１）はポンプケー
スであり、該ポンプケース（１）内に１つのシリンダ（
３）と該シリンダ（３）先端のヒートステーション（４
）とを配設するように、１段式冷凍機（２）が取り付け
られている。該１段式冷凍機（２）は、高圧ヘリウムガ
スを断熱膨張させて。

前記ヒートステーション（４）に１２〜２０にの極低温
を発生するものである。

ヒートステーション（４）にはカップ状のクライオパネ
ル（５）が、シリンダ（３）を包囲するように接続され
ており、該クライオパネル（５）内面には吸着媒（５ａ
）が貼付されている。さらに、ヒートステーション（４
）には前記ポンプケース（１）からの輻射熱を防ぐシー
ルドパネル（６）が接続されており、該シールドパネル
（６）は、前記ヒートステーション（４）から前記クラ
イオパネル（５）内周と前記シリンダ（３）外周との間
において、前記クライオパネル（５）と同方向にのびる
円筒状の内シールドパネル（６ｂ）と、該内シールドパ
ネル（６ｂ）の周縁部から前記クライオパネル（５）の
端部と間隙を持った位置において、クライオパネルの外
側方向にのびる円環板状の中間シールドパネル（６ｂ）
と、該中間シールドパネル（６ｄ）の周縁部から前記ポ
ンプケース（１）に冶って前記クライオパネル（５）と
逆方向にのびて、ポンプケース（１）の開口部まで達す
る円筒状の外シールドパネル（６ｃ）とによって構成さ
れている。そして、前記ヒートステーション（４）の近
傍の前記内シールドパネル（６ｂ）に低熱伝導部（７）
を円筒状に形成している。

尚、前記外シールドパネル（６ｃ）の開口部にはルーバ
（６ａ）が接続されている。

ところで、シールドパネルがその機能を達するのに適し
た温度許容範囲は、低真空下（１０−”〜１０−’　Ｔ
ｏｒｒ）でも酸素、窒素、アルゴン等の低沸点ガスが凝
縮せず、かつ超高真空下（１０−”　Ｔｏｒｒ以下）で
も水蒸気等の高沸点ガスが凝縮するものであればよく、
約４０〜１３０にであると考えられる。

そこで、低熱伝導部（７）はその熱抵抗によりシールド
パネル（６）とヒートステーション（４）との間に温度
差を設けて、シールドパネル（６）の温度を、その機能
に適した温度に設定するものであり。

例えば、１段式冷凍機の最低到達温度が１５にであると
すれば、ヒートステーション（４）とシールドパネル（
６）との間の温度差が少なくとも２５■（となるように
すればシールドパネル（６）は４０に以下となることは
なく、すなわちシールドパネル（６）に低沸点ガスが凝
縮することはなく、また温度差を１１５に以下となるよ
うにすればシールドパネル（６）は１３０に以下となっ
て、超高真空下でも水蒸気の凝縮が可能である。ただし
、本実施例においては、シールドパネル（６）が輻射熱
を充分に防ぐように。

温度差が４０〜６０にとなるように低熱伝導部（７）を
形成する。

上記実施例においては、１段式冷凍機（２）を作動させ
ると、この冷凍機（２）の作動に伴う高圧ヘリウムガス
の断熱膨張により、シリンダ（３）のヒートステーショ
ン（４）に１２〜２０にの温度の寒冷状態が発生して、
該ヒートステーション（４）に熱接触しているクライオ
パネル（５）はヒートステーション（４）と同程度の温
度まで冷却される。一方。

と−１へステーション（４）とシールドパネル（６）と
の間には、低熱伝導部（７）によって、４０〜６０に程
度の温度差が設定されており、シールドパネル（６）は
約５０〜８０にの温度に冷却されて、ポンプケース（１
）からクライオパネル（５）への輻射熱を防いでいる。

この状態で、ポンプケース（１）内に導入されたガスは
上記温度に冷却されているクライオパネル（５）及びシ
ールドパネル（６）に接触して凝縮吸着される。すなわ
ち、５０〜８０Ｋに冷却されているシールドパネル（６
）においてガス中の水蒸気等の沸点の高いガスが凝縮吸
着され、１２〜２０Ｋに冷却されているクライオパネル
（５）においては、酸素。

窒素、アルゴン等の低沸点ガスが凝縮吸着される。

さらに、　１２〜２０にの極低温域でも凍結しない水素
。

ヘリウム、ネオン等のガスはクライオパネル（５）の内
面に貼付されている吸着媒（５ａ）によって吸着される
。

この様にして１本実施例では、１段式冷凍機を用いたク
ライオポンプにおいて、シールドパネル（６）によって
ポンプケース（１）からクライオパネル（５）への輻射
熱を防いで、該クライオパネル（５）で低沸点ガスを凝
縮し、前記シールドパネル（６）で高沸点ガスを凝縮す
ることができる。

次に第３請求項の発明の実施例は、前記第１または第２
請求項の実施例と同一の構成とする外に、低熱伝導部（
７）をシールドパネル（６）の他の部分と比較して熱抵
抗の大きい材料で形成するもので、一般にシールドパネ
ル（６）は熱抵抗の少ない銅製であり、これに対して低
熱伝・４部（７）を樹脂（フェノール樹脂等）によって
形成し、シールドパネル（６）と溶着して接続している
。このとき樹脂の他に酸化アルミニウムのようなセラミ
ックスを低熱伝導部（７）に用いてもよく、また溶着す
るのに代えて、ビス止めとしてもよい。ようするにシー
ルドパネル（６）よりも熱抵抗の大きい材料で低熱伝導
部（７）を構成すればよいのである。

次に第４請求項の発明の実施例は、前記第１または第２
請求項の実施例と同一の構成とする外に。

第２図に示すように、低熱伝導部（７）を、シールドパ
ネル（６）の他の部分よりもその厚さを薄くすることに
より、該低熱伝導部（７）に熱抵抗を持たせている。

第５請求項の発明の実施例は、前記第１または第２請求
項の実施例と同一の構成とする外に、第３図に示すよう
に、シールドパネル（６）のヒートステーション（４）
への取り付は部付近に多数の穴（７ａ）・・・が帯状に
ならんで設けられており、この穴（７ａ）・・・を設け
た部分が熱抵抗を大きくして低熱伝導部（７）を構成し
ている。

第６請求項の発明の実施例は、前記第１または第２ｒＩ
求項の実施例と同一の構成とする外に、第４図に示すよ
うに、低熱伝導部（７）をシールドパネル（６）の低熱
伝導部（７）の上下を線材（７ｂ）・・・により接続す
ることにより形成して、熱抵抗を太き（している。

上記、第４〜第６請求項の実施例においては。

いずれも、シールドパネル（６）における熱伝導方向に
対する垂直断面の断面積を小さくすることによって熱抵
抗を増して低熱伝導部を形成している。

尚、前記各実施例を組み合わせて１例えば、第３および
第４または第５請求項の実施例を組み合わせて、低熱伝
導部（７）を樹脂製とし、かつ厚さを４くする、あるい
は多数の穴を設けるようにして熱低抗を調整することが
可能である。

また、各実施例において、クライオパネルはカップ状と
しているが、従来からクライオポンプにおいて、カップ
状パネルの外周に数枚の円錐形パネルを備えたクライオ
パネル（特公昭６２−４６７１０号公報等参照）など１
種々の形状のクライオパネルが公知であり、第１請求項
におけるクライオパネルがこれを含むことは言うまでも
ない。

（発明の効果） 本発明は、以上に説明した構成を有しているので、２段
式冷凍機よりも構造の簡単な１段式冷凍４＠を用いたク
ライオポンプにおいて、シールドパネルの温度を、輻射
熱を防いで、かつ本然気等の高沸点ガスを凝縮して、さ
らに、低真空下においても低沸点ガスが凝縮しないよう
な温度に設定することができる。

よって、シールドパネルに低沸点ガスが凝縮して、速や
かに高真空に達するのを妨げるという不都合がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第１〜第６請求項の発明の実施例の構成を示
す断面図、第２図は第４請求項の発明の実施例の低熱伝
導部の断面図、第３図は第５請求項の発明の実施例の低
熱伝導部の側面図、第４図は第６請求項の発明の実施例
の低熱伝導部の側面図、第５図は従来例の第１図相当図
である。 ｌ・・・ポンプケース、　　２・・・１段式冷凍機。 ３・・・シリンダ、　　　　４・・・ヒートステーショ
ン、５・・・クライオパネル、　６・・シールドパネル
、６ｂ・・・内シールドパネル、　６ｃ・・・外シール
ドパネル、６ｄ・・・中間シールドパネル。 ７・・・低熱伝導部、　　７ａ・・・穴、　　　７ｂ・
・・線は。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）１つのシリンダ（３）と１つのヒートステーショ
   ン（４）とを備える１段式冷凍機（２）を、ポンプケー
   ス（１）内に前記シリンダ（３）及び前記ヒートステー
   ション（４）が配設されるようにポンプケース（１）に
   取り付け、前記ヒートステーション（４）にクライオパ
   ネル（５）を接続し、前記ポンプケース（１）内に位置
   して、前記ポンプケース（１）からクライオパネル（５
   ）への輻射熱を防ぐシールドパネル（６）を前記ヒート
   ステーション（４）に接続し、さらに前記ヒートステー
   ション（４）の近傍の前記シールドパネル（６）に低熱
   伝導部（７）を形成したことを特徴とするクライオポン
   プ。
2. （２）第１請求項記載のクライオポンプにおいて、クラ
   イオパネル（５）はカップ状に形成されて、かつシリン
   ダ（３）を包囲しており、シールドパネル（６）は、前
   記クライオパネル（５）内周と前記シリンダ（３）外周
   との間に位置する円筒状の内シールドパネル（６ｂ）と
   、前記クライオパネル（５）外周に位置する円筒状の外
   シールドパネル（６ｃ）と、前記クライオパネル（５）
   の端部と間隙を置いて位置し、前記内シールドパネル（
   ６ｂ）と前記外シールドパネル（６ｃ）とを接続する円
   環板状の中間シールドパネル（６ｄ）とによって構成さ
   れていることを特徴とするクライオポンプ。
3. （３）第１または第２請求項記載のクライオポンプにお
   いて、シールドパネル（６）の他の部分と比較して熱抵
   抗の大きい材料により低熱伝導部（７）を形成したこと
   を特徴とするクライオポンプ。
4. （４）第１または第２請求項記載のクライオポンプにお
   いて、シールドパネル（６）の他の部分の厚さと比較し
   て薄くすることにより低熱伝導部（７）を形成したこと
   を特徴とするクライオポンプ。
5. （５）第１または第２請求項記載のクライオポンプにお
   いて、シールドパネル（６）に多数の穴（７ａ）・・・
   を設けることにより、低熱伝導部（７）を形成したこと
   を特徴とするクライオポンプ。
6. （６）第１または第２請求項記載のクライオポンプにお
   いて、線材（７ｂ）により低熱伝導部（７）を形成した
   ことを特徴とするクライオポンプ。