JPH03981A - ２段式の冷凍機により作動されるクライオポンプ - 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１ 本発明は２段式の冷凍機により作動されるクライオポン
プであって、該クライオポンプの比較的高温の第１の段
が、鉢形のシールドとして構成されたポンプ面と鉢体開
口の範囲に配置された、平行のストリップを有するバッ
フルとして構成されたポンプ面とを支持しており、前記
シールドの内部に配置された比較的低温の第２の段が、
部分的に吸着材料を被覆されて直方体形の基本形状にま
とめられた複数の薄板を有するポンプ面を支持しており
、この場合直方体の長辺が前記バッフルのストリップの
中心軸線に対して平行に配置されている形式のものに関
する。

［従来の技術］ ２段式の冷凍機により作動されるクライオポンプはます
ます普及している。それというのはこのようなりライオ
ポンプが比較的高い吸込み能力を有しているからである
。温度が約８０Ｋに保持される第一の段のポンプ面は水
蒸気おそびこれに似た沸点を有する気体の凝縮に役立つ
。バッフルはそれと同時に、第２の段のポンプ面を直接
の照射から保護する役目を有している。温度が約２０に
である第２の段のポンプ面には、より低い温度で沸騰す
る気体、たとえばアルゴンおよび特に軽い気体、たとえ
ば水素およびヘリウムが付着するようになっている。水
素およびヘリウムは活性炭または類似の吸着材料への吸
着によってのみ捕獲され得る。したがって、クライオポ
ンプの第２の段のポンプ面は、バッフルを通過した気体
がまず、アルゴン等の気体の凝縮に役立つような面にし
か接触しないように形成されている。それに対して、吸
着材料を被覆された面は遮蔽されていて、間接的にのみ
到達可能である。これによって、凝縮可能な気体を吸着
材料を被覆された面に到達する前に濾過することが可能
となり、これにより吸着材料が凝縮可能な気体で不必要
に負荷されることはなくなる。軽い気体、ひいては運動
し易い気体は吸着面に到達して、この場所に付着する。

２段式の冷凍機により作動されるクライオポンプの第２
の段のポンプ面を形成するためには、既に多くの提案が
なされている。公知の配置構成は２つのグループに分け
ることができる。

第１のグループでは、ポンプ面が円板状または円環状、
円錐状に形成された薄板から成っていて、全体的に１つ
の回転対称的な構造を有している（欧州特許出願公開第
１２８３２３号明細書、同第１３４９４２号明細書およ
び同第１８５７０２号明細書ならびに西ドイツ国特許出
願公開第２８２１２７６号明細書、同第２９１２８５６
号明細書および同第３０３８４１５号明細書参照）。こ
れらの手段は、同じく回転対称的に構成されたバッフル
を必要とする。　第２のグループのポンプ面はほぼ平ら
な複数の薄板区分から成っておりこれらの薄板区分が直
方体形の構造体にまとめられている（欧州特許出願第１
９６２８１号明細書、西ドイツ国特許出願公開第２５２
０８８０号明細書参照）。このような形式のポンプ面配
置構成では、互いに平行に配置された複数の金属ストリ
ップから成るバッフルが使用される。

第１のグループのポンプ面は第１のグループ面に比べて
根本的な欠点を有している。すなわち、このようなポン
プ面の製造および組立ては、特に種々のポンプ寸法にこ
のような形式のポンプ面を装備することを考えると比較
的面倒となり、しかもその回転対称的な構造に基づき、
いっそう面倒となる。

本発明は第２のグループのクライオポンプ、すなわち第
２の段によって支持された、はぼ直方体形の構造を有す
るポンプ面を備えたクライオポンプに関連している。こ
のような形式のポンプは、スパッタ法が実施される設備
においてたびたび使用される。スパッタ法では、大量の
凝縮可能な気体（特にアルゴン）と吸着可能な気体（特
に水素）とが発生する。これらの気体に対する吸込み能
力は（入ロバンフルの案内値を除いて）、ポンプの内部
で各気体に「入口面」として提供される面積に関連して
いる。アルゴンに関して、この「入口面」とはポンプ面
配置構成の外面である。水素に関してこの「入口面」と
は、ポンプ面配置構成の外面が有しているギャップおよ
び開・−”によって与えられており、前記ギャップおよ
び開口を通って水素は活性炭被覆体を備えた、遮蔽され
た範囲に侵入することができる。

第２のグループのポンプ面の前記文献から公知のｗＩＩ
成においては、長手方向に延びる側薄板が設けられてお
り、これらの側薄板の外面は凝縮可能な気体の付着に役
立つ。したがって、アルゴンに対するポンプの吸込み能
力はこれらの外面の大ぎさに関連している。軽い気体は
主として下方からのみ、またはポンプ面配置構成の端面
を通ってのみ、吸着材料を被覆された面に到達すること
かできる。したがって、水素に対する吸込み能力はこれ
らの「入口面」の大きさに関連している。

したがって、はぼ直方体形の構造を有する公知のポンプ
面構成において、両「入口面」は互いに一種の競合状態
にある。すなわち、アンボンの付着のために規定された
面、つまり外面を増大させると、このような増大は軽い
気体のための「入口面」の減少、つまり軽い気体に対す
る吸込み能力の減少につながる。このことば逆の場合に
も言える。すなわち、軽い気体が通過して吸着材料を被
覆された面に到達することのできる面を増大させると、
このことは必然的に外面に減少、つまり凝縮可能な気体
に対する吸込み能力の減少につながる。

［発明が解決しようとする課題１ 本発明の課題は冒頭で述べた形式のクライオポンプを改
良して、第２の段のポンプ面が凝縮可能な気体に対する
改善された吸、込み能力と、軽い気体に対する改善され
た吸込み能力との双方を有するクライオポンプを提供す
ることテする。さらに、第２の段のポンプ面は、このポ
ンプ面構成が種々様々のポンプ形式に合わせて簡単に、
ひいては廉価に製造可能でかつ組立て可能であるという
要件をも満たさなければならない。

［課題を解決するための手段］ この課題を解決するために、本発明の構成では、間隔を
おいて互いに平行に配置された方形の複数の薄板が第２
の段のポンプ面を形成しており、しかも前記薄板がバッ
フルの平面に対してほぼ平行に延びていて、その長辺の
範囲に、前記バッフルから離れる方向に延びる縁曲げ部
を有しており、この場合前記バッフルの平面に対して平
行に延びる前記薄板の遮蔽された表面が少なくとも部分
的に吸着材料を被覆されており、前記縁曲げ部の少なと
も前記バッフルに向けられた表面が凝縮面として構成さ
れているようにした。

［発明の効果１ 本発明によるクライオポンプの第２の段のポンプ面配置
構成では、縁曲げ部の数と大きさが凝縮可能な気体のた
めの吸込み能力を規定しており、薄板の間隔に基づいて
位置するギャップ、つまりこの場合には直方体形の基本
形状の端面の範囲だけでなく、側面の範囲にも位置する
ギャップが軽い気体に対する吸込み能力を規定している
。したがって、本発明による直方体形のポンプ面におい
ては水素に対する吸込み能力が公知技術水準による相応
するポンプ面よりも著しく大きい。ポンプ面が本発明の
ように構成されていると、このようなＨ２−吸込み能力
の改善が必然的に凝縮可能な気体に対する吸込み能力の
減少につながるようなことはない。縁曲げ部の幅が薄板
の間隔に相当するように選択されていると、これらの縁
曲げ部の表面の総和は直方体形のポンプ面の側面に等し
くなる。それ故にこのような特別の場合には、公知技術
水準による直方体形のポンプ面に比べて水素に対する吸
込み能力の著しい増大を得ることができ、しかもこの場
合に凝縮可能な気体に対する吸込み能力は同じままであ
る。さらに、縁曲げ部の幅を薄板の間隔よりも大きく設
定することも可能である。これにより、水素に対する吸
込み能力の改善と共にさらに、凝縮可能な気体に対する
吸込み能力の改善も得られる。

［実施例１ 以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

ケーシング２を備えた、第１図に示したクライオポンプ
ｌは部分的にのみ示された２段式の冷凍機３を有してお
り、この冷凍機の比較的高温の第１の段は符号４で、比
較的低温の第２の段は符号５で示されている。第一の段
４には、鉢形のポンプ面６が良熱伝導性に固定されてし
するので、このポンプ面６は同ポンプ面６によって支持
されたバッフル７と共にポンプの内室８を取り囲んでい
る。内室８にはポンプ面９が位置しており、このポンプ
面は冷凍機３の第２の段５と良熱伝導性に結合されてい
て、はぼ直方体形の構造を有している。クライオポンプ
１のケーシング２は７ランジ１１を備えており、この７
ランジはクライオポンプｌの流入開口１２を形成してお
り、クライオポンプｌはこのフランジで排気鐘（図示し
ない）に、有利には弁を介して接続される。

排気過程の間、比較的高い沸点を有する気体はバッフル
７と鉢形のポンプ面６とに付着する。比較的低い沸点を
有する気体、特にアルゴンと、軽い気体、特に水素とは
バッフル７を通過して内室８に流入する。ポンプ面９は
これらの気体を付着させる役目を有している。

第１図に示したポンプ面９は合計９の薄板から成ってお
り、これらの薄板のうち下側の８つの薄板は符号１３で
、一番上の薄板は符号１４で示されている。全ての薄板
１３および■４は中心の支持体１５に固定されており、
この支持体自体は冷凍機３の第２の段５と良熱伝導性に
結合されている。全ての薄板１３および１４は縁曲げ部
１８を備えており、この縁曲げ部はバッフル７から離れ
る方向に延びている。支持体１５はほぼＵ字形の形状を
有しており、このＵ字形の支持体の脚部は冷凍機３の第
２の段５に対して平行に延びている。両脚部の結合範囲
において、支持体１５は第２の段５に良熱伝導性に固定
されている、 第２の段５のポンプ面９は特にアルゴン（比較的低い沸
点を有する凝縮可能な気体の例として）を凝縮によって
、かつ特に水素を吸着によって付着させる役目を有して
いる。はぼ直方体形のポンプ面構造の外面、つまり薄板
１４のバッフル７に向けられた表面と縁曲げ部１８のパ
ンフル７に向けられた面とはアルゴンの凝縮に役立ち、
それ故にこのために適した表面構造を有している。これ
らの面の総面積はアルゴン吸込み能力を規定する。それ
に対して遮蔽されて配置された薄板１３および１４の面
、つまり特にバッフル７の平面に対して平行に延びる薄
板区分は吸着によって軽い気体をしっかりと保持する。

したがって、これらの面は少なくとも部分的に吸着材料
１９、たとえば活性炭を被覆されている。全体的に活性
体を被覆された面積の大きさは所望の水素排気容量に関
連している。

水素排気容量を極めて大きくしたい場合、縁曲げ部１８
のバッフル７とは反対側の面も、下側のｉ板１３におい
て示したように吸着材料１９、特に活性炭を被覆されて
いてよい。

第１図にはさらに、バッフル７がポンプ面９の真上に山
形のバッフルストリップ２１を、外側範囲に単純なバッ
フルストリップ２２をそれぞれ有していることが示され
ている。ルーババッフルと山形バッフルとのこのような
組み合わせは公知のバッフル手段（中心範囲の完全なカ
バーを備えたルーババッフルのみ）に比べて、さらに吸
込み能力が改善されるという利点を有している。中心範
囲に山形バッフルが存在することにより、この場所には
、たとえその他のストリップ配置に比べて小さくともア
ルゴンおよび水素に対する吸込み能力が生じる。

第２図には個別の薄板１３が示されており、中心の支持
体１５におけるこの薄板の固定形式を知ることができる
。下側の各薄板１３は中心の開口２３を備えている。こ
の間口２３の互いに向かい合って位置する２つの側には
、前記薄板１３の平面に対して垂直に延びる条片２４が
設けられており、これらの条片によって前記薄板１３は
前記支持体１５に固定される。前記開口２３はポンプ面
９の一番上の薄板１４においてのみ不要となり、この薄
板１４は直接にＵ字形の支持体１５の結合部分に接触し
ていて、この結合部分と共に第２の段５に固定されてい
る。下側の薄板１３の中央範囲で見て、条片２４と縁曲
げ部１８とは互いに反対の方向に延びている。このよう
な配置形式には、前記薄板１３を支持体１５に簡単に固
定することができるという利点がある。組立ては下方か
ら上方に向かって行なわれるので、条片２４および結合
ねじまそれぞれ自由に接近可能となる。

第２図から判るように、前記薄板１３は簡単にかつ廉価
に製造され得る。縁曲げ部１８は前記薄板１３の平面と
約４５°の角度ａを成している。この角度は変動可能で
ある。異なる角度αの選択によって水素吸込み能力に影
響を与えることができる。より大きなポンプに、前記形
式のポンプ面９を装備したい場合には、しばしばより大
きな長さＬを選択するだけで充分である。工具が充分に
長ければ、工具を変えることは不要となる。さらに、よ
り大きな幅が望まれる場合には、後で第５図につき説明
するようなこの点に関して変更し易い工具を使用するこ
とができる。

アルゴン吸込み能力を水素吸込み能力に比べて特に大き
くしたい場合には、別の縁曲げ部２５（破線でのみ示す
）を設けることが可能であり、この縁曲げ部２５は前記
縁曲げ部１８に続いていて、薄板１３の中央区分の平面
に対してほぼ垂直にかつ下方に延びている。

第３図には合計１１個の薄板１３．１４を備えた本発明
によるクライオポンプのポンプ面９が示されており、こ
の場合薄板１３．１４は小さな相対間距離を有している
、個々の薄板の極めて密な組立てが行われるこのような
配置形式は、高い水素吸込み能力と高い水素容量とが望
まれるスパッタ法に用いられるクライオポンプに使用す
るために好都合となる。第４図に示した実施例では、個
々の薄板の相対間距離がより大きく選択されている。付
加的に、２つの縁曲げ部１８および２５が設けられてい
る。拡張されたこのような形式の組立ては、重量節約の
理由から密な積み重ねが不可能であるような場所、つま
り特に大型のクライオポンプのだめの比較的大きな冷た
い面において重要となる。

第５図には本発明によるポンプ面９に用いられる薄板１
３．１４を製造するための工具が示されている。押圧工
具２７は上側部分２８と下側部分２９とを有している。

この押圧工具の形状および長さしは、種々様々な寸法お
よび／または性質を有する本発明によるクライオポンプ
の第２の段のポンプ面を製造するために適当となるよう
に選択されている。長さしは最大に所望される長さに相
当している。この押圧工具の形状は、単一の縁曲げ部も
２重の縁曲げ部も構成可能となるように設定されている
ので、このような変化形のために異なる工具は不要であ
る。幅Ｂを変動可能にしたい場合には、抑圧工具２７が
この点で変更可能でなければならない。

この押圧工具が長手方向軸線に関して分割可能であると
有利であるので、中間部材３０が使用可能となる。ポン
プ面の回転対称的な構造において必要となるような完全
に新しい工具は本発明のように構成されたポンプ面にお
いては不要である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるクライオポンプを示す図、第２図
は薄板の斜視図、第３図は本発明によるクライオポンプ
のポンプ面配置構成の斜視図、第４図はポンプ面配置構
成の別の変化形を示す図、第５図は個別薄板を製造する
ための工具の斜視図である。 ■・・・クライオポンプ、２・・・ケーシング、３・・
・冷凍機、４・・・第１の段、５・・・第２の段、６・
・・ポ／７’面、７・・・バッフル、８・・・内室、９
・・・ポンプ面、１１・・・７ランジ、１２・・・流入
開口、１３゜１４、・・・薄板、１５・・・支持体、１
８・・・縁曲げ部１９・・・吸着材料、２１・・・バッ
フルストリップ２３・・・開口、２４・・・条片、２５
・・・縁曲げ部、２７・・・押圧工具、２８・・・上側
部分、２９・・・下側部分、３０・・・中間部材、Ｌ・
・・長さ、Ｂ・・・幅、α地２（ＸＩ 地　１閃 市４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２段式の冷凍機（３）により作動されるクライオポ
   ンプ（１）であって、該クライオポンプの比較的高温の
   第１の段（４）が、鉢形のシールド（６）として構成さ
   れたポンプ面と、鉢体開口の範囲に配置された、平行の
   ストリップ（２２）を有するバッフル（７）として構成
   されたポンプ面とを支持しており、前記シールド（６）
   の内部に配置された比較的低温の第２の段（５）が、部
   分的に吸着材料（１９）を被覆されて直方体形の基本形
   状にまとめられた複数の薄板を有するポンプ面（９）を
   支持しており、この場合直方体の長辺が前記バッフル（
   ７）のストリップ（２２）の中心軸線に対して平行に配
   置されている形式のものにおいて、間隔をおいて互いに
   平行に配置された方形の複数の薄板（１３、１４）が第
   二の段（５）のポンプ面（９）を形成しており、しかも
   前記薄板がバッフル（７）の平面に対してほぼ平行に延
   びていて、その長辺の範囲に、前記バッフル（７）から
   離れる方向に延びる縁曲げ部（１８、２５）を有してお
   り、この場合、前記バッフル（７）の平面に対して平行
   に延びる前記薄板（１３、１４）の遮蔽された表面が少
   なくとも部分的に吸着材料（１９）を被覆されており、
   前記縁曲げ部（１８、２５）の少なくとも前記バッフル
   （７）に向けられた表面が凝縮面として構成されている
   ことを特徴とする、２段式の冷凍機により作動されるク
   ライオポンプ。 ２、冷凍機（３）の第２の段（５）に固定された中心の
   支持体（１５）が設けられており、該支持体に前記薄板
   （１３、１４）が固定されている、請求項１記載のクラ
   イオポンプ。 ３、前記支持体（１５）がほぼＵ字形の形状を有してお
   り、該支持体の脚部が冷凍機（３）の第２の段（５）に
   対して平行に延びており、前記脚部を結合する区分が前
   記第２の段（５）に良熱伝導性に固定されている、請求
   項２記載のクライオポンプ。 ４、薄板（１３）が中心の開口（２３）を有しており、
   該開口（２３）に条片（２４）が配属されており、該条
   片によって前記薄板（１３）が中心の支持体（１５）に
   良熱伝導性に固定されている、請求項２または３記載の
   クライオポンプ。 ５、薄板（１３、１４）が、該薄板の間隔よりも大きい
   幅を有する縁曲げ部（１８）を備えている、請求項１か
   ら４までのいずれか１項記載のクライオポンプ。 ６、薄板（１３、１４）が二重の縁曲げ部（１８、２５
   ）を備えている、請求項１から５までのいずれか１項記
   載のクライオポンプ。 ７、第一の縁曲げ部（１８）が薄板（１３）の中央の範
   囲の平面と約４５゜の角度を成しており、第２の縁曲げ
   部（２５）が前記平面と約９０゜の角度を成している、
   請求項６記載のクライオポンプ。 ８、縁曲げ部（１８、２５）のバッフル（７）とは反対
   側の表面が活性炭または別の吸着材料を被覆されている
   、請求項１から７までのいずれか１項記載のクライオポ
   ンプ。 ９、縁曲げ部（１８、２５）と条片（２４）とが薄板（
   １３）の中央の範囲の平面で見て互いに反対の方向に延
   びている、請求項４記載のクライオポンプ。 １０、組み合わされた山形−ル−ババッフル（７）が設
   けられている、請求項１から９までのいずれか１項記載
   のクライオポンプ。