JPH04101076A - 超真空装置 - 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】

本発明は、クライオポンプを用いて真空チャンバ内を気
圧の極めて低い超真空状態にする超真空装置に関するも
のである。

【従来の技術】

超真空装置の主なものとして従来は第３図に示すような
ものがあった。 この超真空装置は第３図ａのように排気ポンプＭを起動
させて、真空チャンバＡ内を粗引して低真空状態にした
後、同図すのようにクライオポンプＢを起動させて、同
真空チャンバＡ内を木用して超真空状態にするものであ
る。 前記クライオポンプＢは第４図のように、超低温冷媒供
給装置Ｃから迭り込まれる液化ヘリウム等の超低温冷媒
りにより超低温に冷却されたコールドヘッドＥにより、
同クライオポンプＢ内のシールドＦ及びバッフルＧが約
４０〜６０Ｋに、同クライオポンプＢ内の凝縮パネルＨ
と収着パネルＪが約ｌＯ〜１５にという超低温に冷却さ
れ、それらに大気中の水分子や窒素等の気体分子が凝縮
・収着（以下トラップと記す）されて、真空チャンバＡ
内を例えば１０−”Ｔｏｒｒ以下という気圧の極めて低
い超真空状態にするものである。 しかし、前記クライオポンプＢは気体分子のトラップ量
が多くなり過ぎるとトラップ能力が低下し、超真空状態
を得にくくなる。 そこで従来は次のようにして前記シールドＦや凝縮パネ
ルＨ等のトラップ能力を再生させる作業（リジェネ）を
行なっている。即ち、第５図の超真空装置において、気
体分子のトラップがある程度進行したら超真空装置の作
動を停止して第５図ａのメインバルブＮを閉し、その状
態で同図図ａのテープヒータ等の加熱装置Ｋによりクラ
イオポンプＢ内にトラップされている気体分子を液化し
、その一部をドレインしから抜き取る。次に第５図すの
ようにタライオポンブＢ内に残っている液化された又は
凝縮状態の気体分子を加熱して完全に気化し、これを排
気ポンプＭで脱気及び脱温して乾燥させる作業（ベーキ
ング作業）を行なっている。

【発明が解決しようとする課題】 通常、前記クライオポンプＢ内のパネルＨ，Ｊは、限ら
れた容積でより多くの気体分子をトラップできるように
、活性炭のような多孔質材を用いてその表面積を大きく
しであるので、それらの孔の中にトラップされている気
体分子までをリジェネにより完全にベーキングするには
多大な熱量と時間とを必要とし、例えば２５０℃以上で
３０時間以上もかかることがあった。 しかもこのリジエネ作業中は真空チャンバＡ内を真空化
することができないため、真空化効率が極端に低下する
。 このリジエネ作業の時間を短縮するため、従来は前記加
熱装置にの加熱温度を上げることが行なわれているが、
そのようにするとクライオポンプＢ内の部材に加熱歪が
生しるという新たな問題があった。 また従来は、真空化効率を向上させるために、ノジエネ
をできるだけ行なわずにクライオポンプＢを連続稼動さ
せることが考えられるが、そのようにするとクライオポ
ンプＢの気体分子のトラップ能力が大幅に低下してしま
い、得られる真空度が低く　（気圧が高（）なってしま
う。しかもこのようになってからリジェネを行なうと、
リジェネに要する時間がかえって長くなり、むしろ頻繁
にノジエネする場合よりも真空化効率が低下する。

【発明の目的】

本発明の目的は前記諸問題を解決し、クライオポンプの
リジエネにかかる時間を短縮して、気圧の極めて低い超
高真空状態を短時間に効率よ（実現し得る超真空装置を
提供することにある。

【問題点を解決するための手段］ 本発明の超真空装置は、第１図、第２図のように真空チ
ャンバＡと、同真空チャンバＡ内に設けら真だ凝縮部３
と、同凝縮部３に極低温冷媒１ｂと高温冷媒１ａとを同
時に又は別々に供給可能な冷媒供給部４と、真空チャン
バＡ内の気体分子を凝縮・収着（トラップ）しながら同
真空チャンバＡ内を超真空状態にするクライオポンプＢ
と、同クライオポンプＢ内に凝縮・収着された気体分子
を加熱して気化又は液化させる加熱部２とが備えられ、
同加熱部２は前記クライオポンプＢ内に設けられ且つ前
記冷媒供給部４から高温冷媒１ａが供給されるようにし
たものである。 【作用】 本発明の超真空装置により超真空状態を得るには、先ず
第２図ａのように排気ポンプＭを起動して真空チャンバ
Ａ内を粗引し、同チャンバＡ内を低真空状態にする。 次に第２図すのようにメインバルブＮを開いてからクラ
イオポンプＢを起動して真空チャンバＡ内を本引きして
超真空状態にする。 これによりクライオポンプＢ内に気体分子がある程度ト
ラップされたら、第２図Ｃのように同クライオポンプＢ
内に設けられた加熱部２に冷媒供給部４から高温冷媒１
ａを供給して、クライオポンプＢにトラップされている
水分子等の気体分子を加熱する。これにより気体分子の
一部の一部が気化し、一部が液化し、気化した気体分子
は第２図ＣのようにメインバルブＮを通過して真空チャ
ンバＡ内に戻る。 方、前記加熱部２に高温冷媒１ａを供給するのと同時に
又はその後に、第２図Ｃのように真空チャンバＡ内に設
けられている凝縮部３に前記冷媒供給部４から極低温冷
媒１ｂを供給して、同凝縮部３を極低温に冷却する。こ
の冷却により、先にクライオポンプＢから真空チャンバ
Ａ内に戻ってきた気体分子が同チャンバＡ内の凝縮部３
に再びトラップされる。この凝縮部３にトラップされた
気体分子は、凝縮部３に冷媒供給部４から高温冷媒１ａ
を供給してペーパー化する。 これによりクライオポンプＢ内のりジェネが迅速且つ簡
易に行なわれる。 このようにしてクライオポンプＢ内のりジェネが完了し
たら、第２図ｄのように再びクライオポンプＢを起動し
て真空チャンバーＡ内の本引きを再開して、真空チャン
バーＡ内を超真空状態にする。

【実施例】

第１図、第２図は本発明の超真空装置の一実施例である
。 これらの図に示すＡは真空チャンバ、Ｂはクライオポン
プ、Ｃは超低温冷媒供給装置、Ｍは排気ポンプである。 第１図、第２図に示す３は真空チャンバＡ内に設置され
た凝縮部である。この凝縮部３は冷却可能なものであり
１例えば本件発明者が先に開発した「クライオパネル」
　（株式会社マックの商品名）が使用される。この凝縮
部３はその内部に通路３ａが形成され、同通路３ａが真
空チャンバＡの外部に設置された冷媒供給部４に接続さ
れている。 第１図に示す２は加熱部であり、これは前記クライオポ
ンプＢ内に設けられ、同クライオポンプＢの内部を加熱
するためのものである。この実施例の加熱部２は金属製
の管路２ａをコイル状に巻いたものであり、同管路２ａ
の両端は前記冷媒供給部４に接続されている。 前記冷媒供給部４は前記凝縮部３内に極低温冷媒１ｂを
、前記加熱部２に高温冷媒１ａを一基で同時に又は別々
に供給可能としたものである。このような冷媒供給部４
としては、本件発明者が先に開発した三元式冷凍機ｌＯ
（［マッククライオＪ　０株式会社マックの商品名）が
使用される。 この三元式冷凍機１０は第１図に示されるように元冷凍
機１２ａを備えた高温側冷凍回路１１ａと、二元冷凍機
１２ｂを備えた低温側冷凍回路１１ｂとが二次熱交換機
１３ｂを介して接続され、同低温側伶凍回路１１ｂと、
三元冷凍機１２Ｃを備えた極低温側冷凍回路１１ｃとが
三次熱交換機１３ｃを介して接続されたものである。ち
なみに夫々の冷凍回路１１は各熱交換機１３によって各
回路ｌｌ内の冷媒を低温高圧にし、更に膨張弁１４によ
ってこの冷媒を膨張させて極低温低圧−にするものであ
る。この三元式冷凍ｌ１１０は外部の冷却水に接続され
た一次熱交換機１３ａによって高温側冷凍回路１１ａ内
の冷媒が冷却され、前記二次熱交換機１３ｂによって低
温側冷凍回路１１ｂ内の冷媒が冷却され、前記三次熱交
換機１３ｃによって極低温側冷凍回路１１ｃ内の冷媒が
冷却され且つ膨張弁１４ｃによって極低温化され、最終
的に同極低温側冷凍回路１１ｃから前記凝縮部３の通路
３ａ内に流れる冷媒が約−１４０℃程度の極低温冷媒１
ｂになるようにしである。 またこの三元式冷凍１１１１０では、前記三次熱交換機
１３ｃの凝縮器の前方に設けられた第一バルブ１５を閉
し、第一バイパス回路１７の第二バルブ１６を開くと、
極低温側冷凍回路１１ｃ内の高温高圧の冷媒が、同三次
熱交換機１３ｃ及び膨張弁１４ｃをバイパスする第一バ
イパス回路１７内に流れ、この冷媒が前記加熱部２の管
路２ａ内に５０℃程度の高温冷媒１ａとして流れるよう
にしである。 そしてこの実施例の超真空装置により、前記冷媒供給部
４（三元式冷凍機１０）により得られる高温冷媒１ａを
第２図ＣのようにクライオポンプＢ内の加熱部２に供給
して同クライオポンプＢ内にトラップされている気体分
子が気化又は液化し、それと同時に又はその後に極低温
冷媒１ｂを第２図Ｃのように前記真空チャンバＡ内の凝
縮部３の通路３ａに供給して前記気化した気体分子が同
凝縮部３の上にトラップし、それに伴って前記液化した
気体分子を次々に気化させて同凝縮部３の上にトラップ
するようにして、クライ才ボンブＢをリジェネしたとこ
ろ、わずか数時間でクライオポンプＢのリジェネを完了
した。 なお、前記三元式冷凍機１０では、前記三次熱交換機１
３ｃの凝縮器の直前に設けられた第三バルブ１８を閉じ
、第二バイパス回路１９の第四バルブ２０を開くと、前
記凝縮部３に流れていた極低温冷媒１ｂに切替えて、同
回路１１ｃ内の高温高圧の冷媒を前記凝縮部３の通路３
ａ内に供給することもできる。そしてそのようにすれば
前記凝縮部３上にトラップされた気体分子が急速に加納
されて気化・拡散（ベーパ）される。この実施例では前
記操作により僅か１．２分間でベーパを完了して真空チ
ャンバＡ内を低真空状態に戻すことができた。

【発明の効果】

本発明の超真空装置は以下のような効果がある。 ■　タライオポンブＢ内を加熱部２に供給される高温冷
媒１ａにより加熱するので、同ポンプＢ内にトラップさ
れている気体分子が短時間で気化又は液化される。しか
もクライオポンプＢ内がヒターで加熱される場合のよう
に必要以上に高温で加熱されないので、クライオポンプ
Ｂ内の部材に加熱歪が生じない。 ■−、クライオポンプＢ内で２気化又は液化された気体
分子が、極低温冷媒１ｂで極低温に冷却された真空チャ
ンバＡ内の凝縮部３に強力にトラップされ、それが同凝
縮部３に供給される高温冷媒ｌａにより短時間にベーパ
化されるので、クライオポンプＢ内を短時間で迅速にリ
ジェネすることができる。このため真空チャンバＡ内の
真空化を効率良く行なうことができる。 ■、クライオポンプＢのリジェネ時間が大幅に短縮され
るので、真空装置の作動を頻繁に停止させて同クライオ
ポンプＢ内を’Ｍ［にリシヱネしても、そのリジェネに
要する時間が格別長くなることがない。このため頻繁に
リジェネをしてもｒ↓空化効率は低下せず、むしろ頻繁
にリジェネを行なうことによりクライオポンプＢのトラ
ップ能力が低下しないので、効率よく超真空状態を得る
ことができる。 ■、冷冷媒供給部上して三元式冷凍機ｌＯを用いれば、
前記高温冷媒１ａと極低温冷媒１ｂとを同時に又は別々
に容易に供給することができるので、構造が簡潔になり
、設備費を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超真空装置の一実施例を示す全体説明
図、第２図ａ　−ｄは同装置の使用説明図、第３図ａ、
ｂは従来の超真空装置の使用説明図、第４図は同装置に
使用されているクライオポンプの動作説明図、第５図ａ
、ｂは同クライオポンプのリジェオの説明図である。 ｌａは高温冷媒 ｌｂは極低温冷媒 ２は加熱部 ３は凝縮部 ４は冷媒供給部 Ａは真空チャンバ Ｂはタライ才ポンブ 第４図 手続補正書 平成２年９月ｌＯ日 事件の表示 発明の名称 特願平２−２１６５１６号 超真空装置 名称 株式会社マック 補正命令の日付 自発

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 真空チャンバＡと、同真空チャンバＡ内に設けられた凝
   縮部３と、同凝縮部３に極低温冷媒１ｂと高温冷媒１ａ
   とを同時に又は別々に供給可能な冷媒供給部４と、真空
   チャンバＡ内の気体分子を凝縮・収着しながら同真空チ
   ャンバＡ内を超真空状態にするクライオポンプＢと、同
   クライオポンプＢ内に凝縮・収着された気体分子を加熱
   して気化又は液化させる加熱部２とが備えられ、同加熱
   部２は前記クライオポンプＢ内に設けられ且つ前記冷媒
   供給部４から高温冷媒１ａが供給されるようにしたこと
   を特徴とする超真空装置。