JPS60228779A - クライオジエネレ−タポンプの改良 - 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】 この発明はクライオジェネレータ （ｃｒｙｏｇｅｎｅｒａｔｏｒ）に関し、特に限られる
わけではないがイオンスパッタリング（ｉｏｎ　ｓｐｕ
ｔｔｅｉｎｇ）装置又は同様な装置内に高真空を生じさ
せるようになったクライオジェネレータに関する。

本発明は特に比較的高温および低温で作動するのに有効
なりライオパネル（ｃｒｙｏｐａｎｅｌ）に少なくとも
２つの冷却段階を夫々実施しているクライオジェネレー
タに関する。

クライオジェネレータは現在、密封室内に高真空をつく
るために完全に確立されている。このようなクライオジ
ェネレータは、クライオジェネレータ本体と関係なく設
けられかつ物理的に独立した適当なポンプによって通常
供給されるガスの圧力の一定な減少により作動する。ガ
スポンプはクライオジェネレータをもつ閉鎖されたガス
回路を備え、ガス、通常ヘリウムを周囲温度および代表
的には２０バールの圧力でジェネレータに供給するよう
に構成される。

クライオジェネレータに供給されたガスの圧力は、直列
に連結された協働するシリンダ内を移動する２つのピス
トンの行程容積内の夫々２つの膨張段階によって一定な
方法で内部的に減圧される。

膨張は、クライオジェネレータ内のガス導管に導入され
た制限オリフィスによりおよびガス減圧サイクルの一部
の間にガス圧力を蓄積するのに有効なガス溜めにより、
シリンダのストロークを間接的に制動することによって
制御される。

各ガス減圧段階と熱交換関係をなしたクライオパネルが
、クライオジェネレータ本体の外側に設けられ、かつガ
ス圧力の一定な減圧によって冷却される。代表的には、
第一の高い減圧段階と関連したクライオパネルは約−２
３３〜−１７３℃（４０〜１００’Ｋ）の温度で作動し
、第二の低い減圧段階と関連したクライオパネルは約−
２６３℃（１０８Ｋ）の温度で作動する。

クライオパネルは、冷却されたクライオパネル面上に室
内のガスの凝縮を行なわせることによって室内のガス圧
力を減圧するポンプとして有効である。一般に水および
揮発性炭化水素のような汚染物は高温パネル上に凝縮さ
れ、窒素、酸素およびアルゴンのような凝縮性ガスは低
温パネル上に凝縮され、そして集められる。

添付図面の第１図に示すような代表的なポンプ構造では
、クライオジェネレータの本体に取付けられたクライオ
パネルは囲い内に配置され、この囲いは一端がクライオ
ジェネレータ本体に密封されかつ他端が排気すべき室（
ｔｈｅ　ｃｈａｍｈｅｒ　ｔｏ　ｂｅｐｕｍｐｅｄ）と
連通ずるようになった開口部を有する。

囲いのクライオジェネレータ側の端部にある適当な弁材
人口は、低圧荒引き用の機械的ポンプ又は他のポンプの
連結を可能にする。

第１図の構造におけるクライオパネルの形体は、代表的
に−２３３〜−１７３℃（４０〜１００°Ｋ）の範囲内
の温度で作動する半径方向外方の高温パネル上に水蒸気
および揮発性汚染物を例えば二酸化炭素とともに凝縮さ
せる。窒素、酸素、アルゴンおよび他の凝縮性ガスは、
外側のパネルの内側に置かれ、代表的には約−２５８℃
（１５’Ｋ）の温度で作動する低温パネル上に凝縮され
てその外側に保持される。

加えるに、−２５８℃（１５°Ｋ）で約１トール（ｔｏ
ｒｒ）の蒸気圧によって特徴づけられる水素、ヘリウム
およびネオンのような非凝縮性ガスは、凝縮できず、低
温パネルの内面に適当に密着した木炭の層に吸収されな
ければならない。

例えばガスおよび他の微粒子の比較的高い放出を起すイ
オンスパッタリング装置又は同様な装置を囲む室内に高
真空をつくりかつ維持するために使用される時、クライ
オジェネレータは、そのような装置の作動中、こうして
つくられた１０−２〜１０−’）−ル程度の圧力で効果
的に排気（ｐｕｍｐｉｎｇ）できなければならない。

これらの比較的高い圧力では、高温クライオパネルは、
中間のガス空間を介して伝導および対流によって熱を周
囲の容器から比較的迅速に受けとる。この熱増加および
その結果クライオジェネレータにかかる高い熱負荷によ
って両タライオパネル、特に凝縮性ガスおよび非凝縮性
ガスを排気するのに有効な低温クライオパネルの温度が
上昇する。これらの非凝縮性ガスを排気するこの低温パ
ネルの能力は、決定的に温度に左右されるので、比較的
小さな圧力で引起された温度の上昇が特にパネルからこ
れらの非凝縮性ガスを脱離させて排気される真空室へ導
く。これはこれらのガスの排気速度を減じ、その結果得
られる真空を滅じてしまう。

増加する圧力に関係なく細筒クライオパネル温度を維持
するのに有効な１つの手段は、動力を向上させ、それに
よってクライオジェネレータのポンプ能力を向上させる
ことだが、これは資本並びにクライオジェネレータを含
むポンプ装置の運転経費の両方を著しく増大させる。

従って本発明の目的は、比較的高圧で効果的な排気を維
持できるクライオジェネレータポンプをつくることであ
る。

本発明の最も広い観点によれば、本発明は、囲い内に維
持された少なくとも２つのクライオパネルを有し、囲い
が排気されるべき室に取付けられるようになった開口端
を有し、クライオパネルが比較的高温および低温で夫々
作動するのに有効であり、高温パネルが囲いに隣接して
これらから間隔を保ちかつ低温パネルを取り囲んでおり
、低温パネルは囲いの開口部を介して室と連通でき、か
つまた囲いと高温パネルと澗の空間と連通可能である。

ある好ましい態様では、直接的なガス流に対する絞り部
分を低温パネルと排気される室との間に設けて、低温パ
ネルに隣接した容積従って高温パネルと囲いとの間の空
間を室内の圧力よりも低い圧力に維持できるようにする
。この手段によって、室の比較的高い圧力から生ずる熱
の影響を一層克服できる。

本発明のある態様では、低温パネルは、クライオジェネ
レータ本体に隣接した高温パネルの基部に設けられた一
連の開口部を介して空間と連通ずる。適当には、開口部
は間隔を隔てた重なり合うルーバー又はパネルの形態で
あり、ルーバー又はパネルは排気されたガス流の方向に
傾けられ、また囲いと低温パネルとの間の輻射熱交換を
防ぐのに有効である。

理想的には、開口部のコンダクタンスは高温パネルと囲
いとの間の空間内のコンダクタンスとつり合い、従って
一般に空間および特に開口部に隣接したガスの圧力は、
低温パネルに隣接したガスの圧力にできるだけ近く維持
するようにする。この手段によって、ガス圧力の増加に
より起る囲いから高温パネルへの熱伝達は減少し、両タ
ライオパネルの温度はクライオジェネレータの冷却能を
増大させることなしに維持できる。

都合よく、高温パネルと囲いとの間の空間のコンダクタ
ンスを、囲いの壁に隣接したパネルの長さの全体又は一
部にわたって高温パネルと囲いとの間の空間を減少させ
ることによって減少させる。

変形態様として、コンダクタンスを高温パネルの長さに
沿う別々の箇所での空間を小さくして又は空間の入口端
部に渦巻状のガス路を導入することによって減少させる
ことができる。

今、本発明の態様を、例として添付図面を参照して特に
説明する。

第１図を参照すると、これは室、例えばイオンスパッタ
リング装置等を備えた室内に低圧を発生させるようにな
った在来のクライオジェネレータを示す。

クライオジェネレータは本体部分２を有し、この本体部
分はクライオジェネレータと独立して設けられた別個の
圧縮機（図示せず）から高圧ヘリウムを受け入れるため
の入口と、吐出す■ための出口とを夫々有する。

ポンプ囲いの一部を形成しかつ例えばＯリングによって
、排気される室に密封的に取付けられるようになったフ
ランジ付上端部６を有する囲い４が本体２に取付けられ
ている。囲い４に設けられたフランジ付開口部に隣接し
て開口端をもつ、円筒体の形をした高温クライオパネル
８が囲い４内に配置され、かつクライオジェネレータの
高温段階と熱交換関係をなして取付けられている。クラ
イオパネル８の開口端に設けられたルーバー付可変絞り
１２によって排気するべき室と１つの通路を介して連通
ずる低温クライオパネルＩＯが、高温クライオパネルの
内側に、クライオジェネレータの低温段階と熱交換関係
をなして置かれている。

囲い内の空間を、真空装置を荒く真空引きするための機
械式ポンプ又は他のポンプに連結しうる開口部（図示せ
ず）がクライオジェネレータ本体２に隣接して囲い４に
設けられている。

クライオジェネレータの使用中、高温クライオパネル８
は約−２３３〜−１７３℃（４０〜１００　’Ｋ　）の
温度で作動し、かつ水蒸気と揮発性炭化水素とを凝縮さ
せ、又、もし存在すれば同様の凝縮性汚染物と二酸化炭
素とを凝縮させるのに有効である。

クライオパネルＩＯは約−２６１℃（１２°Ｋ）で作動
し、かつ窒素および酸素と他の凝縮性ガスとを半径方向
外側面で凝縮させるのに有効である。

またクライオパネル１０は非凝縮性ガスをパネルの半径
方向内面に設けられた木炭層で吸収し、可変絞り１２を
開けてポンプ室内に１Ｏ−１ｌトールの大きさの圧力を
発生させる。

排気される室内のイオンスパッタリング装置又は同様の
装置の作動によって発生するｌｏ−３ト一ル程度の比較
的高い圧力で、クライオパネル８と囲い４との間の空間
を通る高圧誘導熱伝達は代表的には２７℃（３００’Ｋ
）の温度でクライオパネル８．１０の両方の作動温度を
上昇させる傾向があり、クライオジェネレータのポンプ
効率をひどく損なう。

この熱伝達を減少させてこのような比較的高い圧力でク
ライオパネルの効率を維持するために、本体部分２に隣
接した高温パネル８の領域は、この例では、ガス流の方
向に傾けられた重なりルーパー１４の形の開口部を備え
る。ルーパー１４は、高温パネル８と囲い４との間の空
間内の圧力を減少させ従ってクライオパネル８から囲い
への熱伝達を実質的に減少させるためにこの空間１６を
排気するのに有効である。またルーパー１４は、囲い４
と低温パネル１０との間の輻射熱交換を減少させるのに
有効である。

ルーパー１４による排気作用で空間１６内に低圧を維持
できるようにするためには、空間１６と排気される室と
の間のコンダクタンスを、普通減少させてルーパー１４
を通るガス流量が室から空間１６へ流入するガス流量よ
り多いようにしなければならない。

第２図に示すように、このコンダクタンスの減少は開口
部６に隣接した上部領域においてクライオパネル８と囲
い４との間の分離を狭くすることによって得られる。

ルーパー１４によって作られた、本発明の追加の排気路
は、特に可変絞りを閉じて排気に役立つクライオパネル
の領域を増やしてポンプ囲い４への熱損失を減少させ、
従ってポンプの能力を向上させる必要なくクライオジェ
ネレータのポンプ効率を増大させる。

第２図のクライオジェネレータの変形態様が第３図に示
される。この図面では、クライオパネル８と囲い４との
間のコンダクタンスはパネル８に設けられた間隔の隔っ
たリブ３０によって減少し、リブ３０は空間内のガスの
流れに対する絞り部分を形成するのに有効である。第４
図の態様では、低コンダクタンスは重なりフランジ４ｏ
、４２によって生じ、フランジ４０．４２は、囲い４の
開口部およびクライオパネルの隣接縁部に夫々設けられ
て渦巻状のガス路をつくる。

第５図の態様では、囲い４の隣接した外縁部とクライオ
パネル８との間のギャップを部分的に橋渡しする断熱パ
ネル５０は、コンダクタンスの要求された減少を生しさ
せるのに有効である。

変形態様において、クライオパネル８と囲い４との間の
環状部分のコンダクタンスの増加は、パネル８および囲
い４の表面に平行に配置された、複数の間隔を隔てた熱
シールドによって得られる（図示せず）。これらの熱シ
ールドによってつくられたコンダクタンスの増加は設け
られたシールドの数、それらの分離およびそれらの軸線
方向の長さによって決まり、またシールドは減少するコ
ンダクタンスに加えてクライオポンプの囲い４に対し熱
損失の減少をもたらす。

第６図の態様において、第１図乃至第５図の低温パネル
は円錐台状の延長部６ｏを備える。この態様では、延長
部の内面は囲い４と高温パネル８設けられたバッフル６
４は、排気される室がら空間へのガス流を制限し、それ
によって室の圧力の増加に関係なく空間内の低い排気圧
力を維持するのに有効である。

円錐台状の延長部６０とバッフル６４との間の環状の空
間６２は、バッフルから伝導による熱の増加を制限する
のに有効である。変形態様としてギャップ２２を、第５
図の絶縁体により例示された方法で、断熱カラーによっ
て橋渡ししてもよい。

本発明のこの態様では、空間と排気される室との間の差
圧を、第１図乃至第５図の態様の可変絞り１２の必要な
く維持できる。

開示した態様の各々の、例えばルーパー１４によってつ
くられた追加の排気路と、パネル８と囲い４との空間と
の相対的なコンダクタンスは、空間１６内に必要な圧力
が生じるように選択されるのがよいことが判る。このガ
ス圧自体は、排気される装置に従ってクライオジェネレ
ータの最適な排気特性を与えるように決定することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１歯はタライオパネルを備え、室を排気するための周
知のクライオジェネレータの側断面図である。 第２図は高温クライオパネルと囲いとの間の空間と低温
タライオバネルとの間に排気路を備え、室を排気するた
めの本発明によるクライオジェネレータの側断面図であ
る。 第３図は第２図に示しかつ高温タライオパネルとポンプ
囲いとの間のコンダクタンスを減少させるための１つの
変形装置を示しているクライオジェネレータの一部分の
側断面図である。 第４図はコンダクタンスを減少させるための装置の別の
態様である。 第５図は第３図に示した、コンダクタンスを減少させる
ための装置のさらに別の態様である。 第６図は低温パネルが高温パネルと囲いとの間の空間を
排気できるように別の構造を備えた、室を排気するため
のクライオジェネレータのさらに別の態様の側断面図で
ある。 〈部分の名称〉 ２・・・クライオジェネレータ本体（又は本体部分）、
４・・・囲い、８・・・高温タライオパネル、１０・・
・低温タライオパネル、１２・・・可変絞り（又は絞り
部分）、１４・・・ルーバー（又はパネル）、１６・・
・空間、３０・・・リブ、４０．４２・・・フランジ、
５０・・・断熱パネル、６０・・・パネル（又は延長部
）。 図面の浄書（内容に変更なし） Ｆｌ（ｉ、３．　Ｆｌ（ｉ、４゜ Ｈ２Ｓ。 Ｆ／（ｉ、　６゜ 特許庁長官　志　賀　学　殿 １、事件の表示　昭和６０年特許願第７５５号２、発明
の名称　クライオジェネレータポンプの改良３、補正を
する者 事件との関係　出願人 ４、代理人 ５、補正命令の日付　昭和６０年４月３０日６、補正の
対象　全図面

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. （１）排気されるべき室に取付けられるようになった開
   口端を有する囲い内に維持された少なくとも２つのタラ
   イオパネルを有し、タライオパネルは、比較的高温およ
   び低温で夫々作動するのに有効であり、高温パネルは囲
   いに隣接してこれから間隔を隔てておりかつ低温パネル
   を取り囲み、低温パネルは囲いに設けられた開口部を介
   して室と、および囲いと高温パネルとの間の空間と連通
   することができることを特徴とするクライオジェネレー
   タポンプ。
2. （２）パネルおよび囲いはほぼ円筒の形態のものである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載のク
   ライオジェネレータポンプ。
3. （３）直接的なガス流に対する絞り部分が低温パネルと
   排気される室との間に設けられていることを特徴とする
   特許請求の範囲第（１）項又は第（２）項のいずれか１
   項に記載のクライオジェネレータポンプ。
4. （４）絞り部分は囲いの開口部に配置されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第（３）項に記載のクライオ
   ジェネレータポンプ。
5. （５）絞り部分は可変できることを特徴とする特許請求
   の範囲第（４）項に記載のクライオジェネレータポンプ
   。
6. （６）低温パネルは高温パネルに設けられた開口部によ
   って空間と連通ずることを特徴とする特許請求の範囲第
   （１）項乃至第（５）項のうちいずれか１項に記載のク
   ライオジェネレータポンプ。
7. （７）開口部は高温パネルの基部に設けられていること
   を特徴とする特許請求の範囲第（６）項に記載のクライ
   オジェネレータポンプ。
8. （８）開口部は、ガス流の方向に傾けられたパネルの間
   隔を隔てて重なり合うルーバーの形態であることを特徴
   とする特許請求の範囲第（６）項又は第（７）項のうち
   いずれか１項に記載のクライオジェネレータポンプ。
9. （９）ルーバー又はパネルは、囲いと低温パネルとの間
   の熱交換を防くようになっていることを特徴とする特許
   請求の範囲第（８）項に記載のクライオジェネレータポ
   ンプ。
10. （１０）開口部は高温パネルと囲いとの間の空間のコン
    ダクタンスにつり合うコンダクタンスを有し、それによ
    って空間と低温パネルに隣接した領域との間のつり合っ
    たガス圧力を保証することを特徴とする特許請求の範囲
    第（６）項乃至第（９）項のうちいずれか１項に記載の
    クライオジェネレータポンプ。
11. （１１）高温パネルと囲いとの間の空間のコンダクタン
    スを減少させるための装置を備えていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第（１０）項に記載のクライオジェネ
    レータポンプ。
12. （１２）コンダクタンスを減少させるための装置は、囲
    いの開口部に隣接した高温パネルの領域に設けられた直
    径の大きい領域からなることを特徴とする特許請求の範
    囲第（１１）項に記載のクライオジェネレータポンプ。
13. （１３）コンダクタンスを減少させるための装置は、囲
    いと高温パネルとの間の平行な空間内に配置された複数
    の間隔を隔てた熱シールドからなることを特徴とする特
    許請求の範囲第（１１）項に記載のクライオジェネレー
    タポンプ。
14. （１４）コンダクタンスを減少させるための装置は、高
    温パネルに設けられかつ囲いの方に向って勉びる間隔を
    隔てたリブからなることを特徴とする特許請求の範囲第
    （１１）項に記載のクライオジェネレータポンプ。
15. （１５）コンダクタンスを減少させるための装置は、高
    温パネルおよび囲いの隣接した端部に夫々設けられ、か
    つ重なり合って渦巻状のガス流路をつくるフランジから
    なることを特徴とする特許請求の範囲第（１１）項に記
    載のクライオジェネレータポンプ。
16. （１６）コンダクタンスを減少させるための装置は、囲
    いと高温パネルとの間に配置された断熱パネルからなる
    ことを特徴とする特許請求の範囲第（１１）項に記載の
    クライオジェネレータポンプ。
17. （１７）低温パネルは、高温パネルに向って延びかつ囲
    いと高温パネルとの間の空間のポンプ率を高めるのに有
    効な追加のパネルを備えることを特徴とする特許請求の
    範囲第（１）項乃至第（１６）項のうちいずれか１項に
    記載のクライオジェネレータポンプ。
18. （１８）追加のパネルは実質的に円錐台状であることを
    特徴とする特許請求の範囲第（１７）項に記載のクライ
    オジェネレータポンプ。
19. （１９）低い熱コンダクタンス路は追加のパネルに設け
    られることを特徴とする特許請求の範囲第（１８）項に
    記載のクライオジェネレータポンプ。
20. （２０）低い熱コンダクタンス路はパネルの不連続部か
    らなることを特徴とする特許請求の範囲第（１９）項に
    記載のクライオジェネレータポンプ。
21. （２１）不連続部は中実の断熱材料を有することを特徴
    とする特許請求の範囲第（２０）項に記載のクライオジ
    ェネレータポンプ。