CN103994050B - 低温泵及低温泵的运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低温泵及低温泵的运行方法，其目的在于缩短低温泵的冷却时间。本发明的低温泵（10）具备高温低温板（19）、低温低温板（18）及冷却系统（15）。冷却系统（15）具备：制冷机（16）及控制部（100），所述制冷机（16）具备用于冷却高温低温板（19）的第1冷却台（20）、及用于冷却低温低温板（18）的第2冷却台（21），所述控制部（100）用于控制为了开始进行低温泵（10）的真空排气运行而对第1冷却台（20）及第2冷却台（21）进行冷却的降温运行。冷却系统（15）构成为在降温运行中至少暂时对第1冷却台（20）选择性地赋予冷却缓和作用。

Description

低温泵及低温泵的运行方法

技术领域

本申请主张基于2013年2月18日申请的日本专利申请第2013-028723号的优先权。其申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

本发明涉及一种低温泵及低温泵的运行方法。

背景技术

现场安装有新型低温泵时，低温泵从室温冷却至超低温并开始进行真空排气运行。并且，众所周知，由于低温泵为气体捕集式真空泵，因此为了将捕集到的气体排出到外部而以一定频率进行再生。再生处理通常包括升温工序、排出工序及冷却工序。冷却工序一结束，重新开始进行低温泵的真空排气运行。有时，作为这种真空排气运行的准备的低温泵的冷却还被称为降温。

专利文献1：日本特开2012-219730号公报

低温泵为超低温制冷机的主要用途之一，而从制冷机的高温段与低温段之间需要比较大的温差这一点来看，不同于其他用途。然而，在冷却低温泵时在短时间内生成这种温差并不容易。例如，若高温段达到目标冷却温度时低温段还未达到目标温度，则需要在将高温段保持在目标温度的同时继续对低温段进行进一步冷却。并且，有时还会出现在低温段达到目标温度时高温段已经冷却至低于目标温度的温度的情况。此时，需要将高温段的温度提高至目标温度。在这种降温的最后阶段的调温需要一段时间。尤其，要求高温段与低温段具有较大的温差时，调温所需的时间会延长。降温成为低温泵的停机时间，因此要求在短时间内进行降温。

发明内容

本发明的一方式的例示性目的之一在于缩短低温泵的冷却时间及提供这种低温泵的运行方法。

根据本发明的一方式提供一种低温泵，该低温泵具备高温低温板、低温低温板及冷却系统，其中，所述冷却系统具备：制冷机，具备用于冷却所述高温低温板的高温段及用于冷却所述低温低温板的低温段；及控制部，用于控制降温运行，该降温运行为了开始进行所述低温泵的真空排气运行而对所述高温段及所述低温段进行冷却，所述冷却系统构成为在所述降温运行中至少暂时对所述高温段选择性地赋予冷却缓和作用。

根据本发明的一方式提供一种低温泵的运行方法，其中，该方法包括如下工序：利用制冷机将低温板从温度比真空排气运行所需的超低温高的初期温度冷却至该超低温的工序；及在进行所述冷却工序之后开始进行真空排气运行的工序，所述冷却工序包括对所述制冷机的高温段选择性地赋予冷却缓和作用的工序。

另外，任意组合以上构成要件或在方法、装置、系统等之间相互置换本发明的构成要件或表现形式，作为本发明的方式同样有效。

根据本发明，能够缩短低温泵的冷却时间及提供一种这种低温泵的运行方法。

附图说明

图1为示意表示本发明的一实施方式所涉及的低温泵的图。

图2为示意表示本发明的一实施方式所涉及的压缩机的图。

图3为用于说明一实施方式所涉及的低温泵的运行方法的流程图。

图4为表示典型的降温运行中的温度特性曲线的一例的图。

图5为用于说明本发明的一实施方式所涉及的压缩机中的流路切换控制的流程图。

图6为表示本发明的一实施方式所涉及的降温运行中的温度特性曲线的一例的图。

图7为示意表示本发明的另一实施方式所涉及的低温泵的图。

图中：10-低温泵，15-冷却系统，16-制冷机，18-低温低温板，19-高温低温板，20-第1冷却台，21-第2冷却台，40-第1加热器，42-第2加热器，100-控制部。

具体实施方式

根据本发明的一实施方式，在降温运行中对高温段选择性地赋予冷却缓和作用。此时，通过降温运行低温段被继续冷却，因此能够扩大高温段与低温段的温差。即，能够加大高温段与低温段的温差的增加速度。如此一来，能够缩短高温段（或低温段）冷却至目标温度时的低温段（或高温段）距目标温度之间的差距。因此，能够缩短在降温的最终阶段进行调温所需的时间。其结果，能够缩短低温泵的降温时间。

图1为示意表示本发明的一实施方式所涉及的低温泵10的图。低温泵10例如安装于离子注入装置或溅射装置等真空腔室，用于将真空腔室内部的真空度提高至所需工艺所要求的级别。

低温泵10具有用于接收气体的进气口12。进气口12为通往低温泵10的内部空间14的入口。应被排出的气体从安装有低温泵10的真空腔室通过进气口12进入低温泵10的内部空间14。

另外，以下为了明确表示低温泵10的构成要件之间的位置关系，有时使用“轴向”、“径向”之类的术语。轴向表示通过进气口12的方向，径向表示沿进气口12的方向。轴向上，为方便起见有时将离进气口12相对较近的称为“上”，相对较远的称为“下”。即，有时将离低温泵10的底部相对较远的称为“上”，相对较近的称为“下”。径向上，将离进气口12的中心较近的称为“内”，离进气口12的周缘较近的称为“外”。另外，这种表现形式与低温泵10安装在真空腔室时的配置无关。例如，低温泵10可以以进气口12沿铅垂方向朝下的方式安装到真空腔室。

低温泵10具备冷却系统15、低温低温板18及高温低温板19。冷却系统15构成为对高温低温板19及低温低温板18进行冷却。冷却系统15具备制冷机16及压缩机36。

制冷机16例如为吉福德-麦克马洪式制冷机（所谓的GM制冷机）等超低温制冷机。制冷机16为具备第1冷却台20、第2冷却台21、第1缸体22、第2缸体23、第1置换器24及第2置换器25的二级式制冷机。因此，制冷机16的高温段具备第1冷却台20、第1缸体22及第1置换器24。制冷机16的低温段具备第2冷却台21、第2缸体23及第2置换器25。因此，以下能够将第1冷却台20及第2冷却台21分别称为高温段的低温端及低温段的低温端。

第1缸体22与第2缸体23串联连接。第1冷却台20设置于第1缸体22与第2缸体23的结合部。第2缸体23连结第1冷却台20及第2冷却台21。第2冷却台21设置于第2缸体23的末端。在第1缸体22及第2缸体23各自的内部以能够沿制冷机16的长边方向（图1中为左右方向）移动的方式配设有第1置换器24及第2置换器25。第1置换器24与第2置换器25以能够一体移动的方式连结。在第1置换器24及第2置换器25上分别组装有第1蓄冷器及第2蓄冷器（未图示）。

制冷机16具备设置于第1缸体22的高温端的驱动机构17。驱动机构17与第1置换器24及第2置换器25连接，以使第1置换器24及第2置换器25分别能够在第1缸体22及第2缸体23的内部往复移动。并且，驱动机构17包括切换工作气体的流路的流路切换机构，以便周期性反复进行工作气体的吸入或吐出。流路切换机构例如包括阀部与驱动阀部的驱动部。阀部例如包括旋转阀，驱动部包括用于使旋转阀回转的马达。马达例如可以是AC马达或DC马达。并且，流路切换机构可以是被线性马达驱动的直动式机构。

制冷机16经由高压导管34及低压导管35与压缩机36连接。制冷机16在内部使从压缩机36供给的高压的工作气体（例如氦）膨胀以在第1冷却台20及第2冷却台21生成寒冷。压缩机36回收在制冷机16中膨胀后的工作气体并再次对其加压以供给到制冷机16。

具体而言，首先驱动机构17使高压导管34和制冷机16的内部空间连通。高压的工作气体从压缩机36通过高压导管34供给到制冷机16。若制冷机16的内部空间充满高压的工作气体，则驱动机构17将切换流路，以使制冷机16的内部空间与低压导管35连通。藉此，工作气体膨胀。膨胀的工作气体被回收到压缩机36。与这种工作气体的供给/排出同步，第1置换器24及第2置换器25分别在第1缸体22及第2缸体23的内部往复移动。通过反复这种热循环，制冷机16在第1冷却台20及第2冷却台21生成寒冷。

制冷机16构成为将第1冷却台20冷却至第1温度级别，并将第2冷却台21冷却至第2温度级别。第2温度级别的温度低于第1温度级别的温度。例如，第1冷却台20被冷却至65K～120K左右，优选被冷却至80K～100K，第2冷却台21被冷却至10K～20K左右。

制冷机16构成为使工作气体通过高温段流向低温段。即，从压缩机36流入的工作气体从第1缸体22向第2缸体23流动。此时，工作气体通过第1置换器24及其蓄冷器被冷却至第1冷却台20（即高温段的低温端）的温度。如此被冷却的工作气体供给到低温段。因此预计从压缩机36导入到制冷机16的高温段的工作气体温度不会对低温段的冷却能力产生显著影响。

另外，制冷机16可以是三级缸体串联连接的三级式制冷机或比三级更多级的多级制冷机。制冷机16可以是GM制冷机以外的制冷机，也可使用脉冲管制冷机或苏尔威制冷机。

图1表示包括低温泵10的内部空间14的中心轴和制冷机16的中心轴的截面。图1所示低温泵10是所谓卧式低温泵。卧式低温泵通常是指制冷机16以与低温泵10的内部空间14的中心轴交叉（通常为正交）的方式配设的低温泵。本发明同样能够应用于所谓的立式低温泵。所谓立式低温泵是指制冷机沿低温泵的轴向配设的低温泵。

低温低温板18设于低温泵10的内部空间14的中心部。低温低温板18例如包括多个板部件26。各个板部件26例如具有圆锥台的侧面形状的所谓伞状形状。各板部件26上通常设有活性碳等吸附剂（未图示）。吸附剂例如粘结在板部件26的背面。如此一来，低温低温板18具备用于吸附气体分子的吸附区域。

板部件26安装于板安装部件28。板安装部件28安装于第2冷却台21。如此一来，低温低温板18与第2冷却台21热连接。因此，低温低温板18被冷却至第2温度级别。

高温低温板19具备放射屏蔽件30与入口低温板32。高温低温板19以包围低温低温板18的方式设于低温低温板18的外侧。高温低温板19与第1冷却台20热连接，高温低温板19被冷却至第1温度级别。

放射屏蔽件30主要为保护低温低温板18免受来自低温泵10的壳体38的辐射热而设。放射屏蔽件30位于壳体38与低温低温板18之间，并包围低温低温板18。放射屏蔽件30的轴向上端朝进气口12开放。放射屏蔽件30具有轴向下端被封闭的筒形（例如圆筒）形状，并形成为杯状。在放射屏蔽件30的侧面有用于安装制冷机16的孔，第2冷却台21从此处插入放射屏蔽件30中。在该安装孔的外周部，第1冷却台20固定于放射屏蔽件30的外表面。以此，放射屏蔽件30与第1冷却台20热连接。

入口低温板32设于低温低温板18的轴向上方，在进气口12沿径向配置。入口低温板32的外周部固定于放射屏蔽件30的开口端，并与放射屏蔽件30热连接。入口低温板32例如形成为百叶窗结构或人字形结构。入口低温板32可以形成为以放射屏蔽件30的中心轴为中心的同心圆状，或者也可形成为格子状等其他形状。

入口低温板32为排出进入到进气口12的气体而设。通过入口低温板32的温度冷凝的气体（例如水分）被捕捉在其表面。并且，入口低温板32为保护低温低温板18免受来自低温泵10的外部的热源（例如安装有低温泵10的真空腔室内的热源）的辐射热而设。不仅限制辐射热也限制气体分子的进入。入口低温板32占据进气口12的开口面积的一部分，以将通过进气口12进入内部空间14的气体量限制在所期望的量上。

低温泵10具备壳体38。壳体38为用于分隔低温泵10的内部与外部的真空容器。壳体38构成为气密地保持低温泵10的内部空间14的压力。高温低温板19与制冷机16容纳于壳体38之中。壳体38设于高温低温板19的外侧，并包围高温低温板19。并且，壳体38容纳制冷机16。即，壳体38为包围高温低温板19及低温低温板18的低温泵容器。

壳体38以与高温低温板19及制冷机16的低温部非接触的方式固定于外部环境温度的部位（例如制冷机16的高温部）。壳体38的外表面暴露在外部环境，其温度高于被冷却的高温低温板19的温度（例如相当于室温）。

并且，壳体38具备从其开口端向径向外侧延伸的进气口凸缘56。进气口凸缘56为用于将低温泵10安装于安装目标的真空腔室的凸缘。在真空腔室的开口设有闸阀（未图示），进气口凸缘56安装于该闸阀。以此，闸阀位于入口低温板32的轴向上方。例如，在再生低温泵10时闸阀被关闭，当低温泵10对真空腔室进行排气时被开启。

低温泵10具备用于测定第1冷却台20的温度的第1温度传感器90及用于测定第2冷却台21的温度的第2温度传感器92。第1温度传感器90安装于第1冷却台20。第2温度传感器92安装于第2冷却台21。另外，第1温度传感器90可以安装于高温低温板19。第2温度传感器92也可安装于低温低温板18。

并且，低温泵10具备控制部100。控制部100可以与低温泵10一体设置，也可构成为独立于低温泵10的控制装置。

控制部100构成为为进行低温泵10的真空排气运行、再生运行及降温运行而控制制冷机16。控制部100构成为接收包括第1温度传感器90及第2温度传感器92在内的各种传感器的测定结果。控制部100根据这种测定结果运算向制冷机16发出的控制指令。

控制部100控制制冷机16，以使冷却台温度追踪目标冷却温度。第1冷却台20的目标温度通常被设定为恒定值。第1冷却台20的目标温度例如根据在安装有低温泵10的真空腔室所进行的工艺作为规格而确定。另外，在低温泵的运行过程中可以根据需要改变目标温度。

例如，控制部100通过反馈控制来控制制冷机16的运行频率，以便将第1冷却台20的目标温度与第1温度传感器90的测定温度之间的偏差最小化。即，控制部100通过控制驱动机构17的马达转速来控制制冷机16中的热循环频率。

当施加于低温泵10的热负荷增加时第1冷却台20的温度会变高。当第1温度传感器90的测定温度为高于目标温度的温度时，控制部100会增加制冷机16的运行频率。其结果，制冷机16中的热循环频率也增加，第1冷却台20朝目标温度冷却。相反，当第1温度传感器90的测定温度为低于目标温度的温度时，制冷机16的运行频率会减少，第1冷却台20会朝目标温度进行升温。以此，能够将第1冷却台20的温度保持在接近目标温度的温度范围。根据热负荷能够适当调整制冷机16的运行频率，因此这种控制有利于减少低温泵10的耗电。

以下，控制制冷机16以将第1冷却台20的温度设成目标温度的工序称为“一级温度控制”。当低温泵10进行真空排气运行时，通常执行一级温度控制。通过进行一级温度控制，使得第2冷却台21及低温低温板18被冷却至由制冷机16的规格及来自外部的热负荷而定的温度。同样，控制部100也能够执行以将第2冷却台21的温度设成目标温度的方式控制制冷机16的所谓“二级温度控制”。

图2为示意表示本发明的一实施方式所涉及的压缩机36的图。压缩机36为使工作气体在包括低温泵10的封闭的流体回路中循环而设。压缩机36从低温泵10回收并压缩工作气体，并再次送到低温泵10。压缩机36具备对气体进行升压的压缩机主体140、用于将从外部供给来的低压气体供给到压缩机主体140的低压配管142、及用于将被压缩机主体140压缩的高压气体送到外部的高压配管144。

压缩机36通过吸入端口146接收来自低温泵10的回流气体。工作气体从吸入端口146被送到低压配管142。吸入端口146在低压配管142的末端中设于压缩机36的框体。低压配管142连接吸入端口146与压缩机主体140的吸入口。

低压配管142的中间部分具备用于去除包含在回流气体中的脉动的作为容积的储罐150。储罐150设于吸入端口146与朝向后述旁通机构152的分支之间。储罐150中被去除脉动的工作气体通过低压配管142供给到压缩机主体140。也可在储罐150的内部设有用于清除气体中不需要的微粒等的过滤器。储罐150与吸入端口146之间可以连接用于从外部补充工作气体的接收端口及配管。

压缩机主体140例如为涡旋方式或旋转式的泵，发挥对所吸入的气体进行升压的作用。压缩机主体140将升压后的工作气体送到高压配管144。压缩机主体140为利用油来进行冷却的结构，使油循环的油冷却配管附随压缩机主体140而设。因此，升压的工作气体以混入少许该油的状态被送到高压配管144。

因此，在高压配管144的中间部分设有油分离器154。在油分离器154从工作气体分离的油返回到低压配管142，并可以通过低压配管142返回到压缩机主体140。在油分离器154上可以设有用于释放过于高压的安全阀。

在连接压缩机主体140与油分离器154的高压配管144的中间部分设有用于对从压缩机主体140送出的高压工作气体进行冷却的热交换器145。热交换器145例如通过冷却水（以虚线表示）冷却工作气体。并且，该冷却水也可用于冷却对压缩机主体140进行冷却的油。高压配管144中在热交换器的上游或及下游中的至少一方可以设有测定工作气体的温度的温度传感器153。

为连接压缩机主体140与油分离器154而设有2个路径。即，设有经由热交换器145的主流路147和迂回热交换器145的旁通路149。旁通路149在热交换器145的上游（压缩机主体140的下游）从主流路147分岔，并在热交换器145的下游（油分离器154的上游）与主流路147汇合。

在主流路147与旁通路149的汇合位置设有三通阀151。通过切换三通阀151，能够将工作气体的流路切换成主流路147与旁通路149中的任一流路。三通阀151可以替换成其他相同流路结构，例如可以通过在主流路147与旁通路149分别设置二通阀，也能够对主流路147与旁通路149进行切换。

经由油分离器154的工作气体通过高压配管144被送到吸附器156。吸附器156例如为从工作气体中去除未被储罐150内的过滤器或油分离器154等的流路上的去污部件取净的污染成分而设。吸附器156例如通过吸附来去除气化的油成份。

吐出端口148在高压配管144的末端中设于压缩机36的框体。即，高压配管144连接压缩机主体140与吐出端口148，在其中间部分设有热交换器145、油分离器154及吸附器156。经由吸附器156的工作气体通过吐出端口148被送到低温泵10。

压缩机36具备旁通机构152，该旁通机构具有连接低压配管142与高压配管144的旁通配管158。在图示实施例中，旁通配管158在储罐150与压缩机主体140之间从低压配管142分岔。并且，旁通配管158在油分离器154与吸附器156之间从高压配管144分岔。

旁通机构152具备用于控制不送到低温泵10而从高压配管144向低压配管142迂回的工作气体流量的控制阀。在图示实施例中，在旁通配管158的中间部分并列设有第1控制阀160及第2控制阀162。一实施例中，第1控制阀160为常开型电磁阀，而第2控制阀162为常闭型电磁阀。第1控制阀160为使运行停止时的高压侧和低压侧的压力均匀而设，而第2控制阀162用作旁通配管158的流量控制阀。

压缩机36具备用于测定来自低温泵10的回流气体的压力的第1压力传感器164及用于测定送往低温泵10的气体的压力的第2压力传感器166。第1压力传感器164例如设置于储罐150中，测定在储罐150中被去除脉动的回流气体的压力。第2压力传感器166例如设于油分离器154与吸附器156之间。

图3为用于说明本发明的一实施方式所涉及的低温泵10的运行方法的流程图。该运行方法包括准备运行（S10）、真空排气运行（S12）。真空排气运行为低温泵10的常规运行。准备运行包括在常规运行之前执行的任意运行状态。控制部100适时反复执行该运行方法。当真空排气运行结束并开始准备运行时，位于低温泵10与真空腔室之间的闸阀通常被关闭。

准备运行（S10）例如为起动低温泵10。低温泵10的起动包括将低温板18、19从设置有低温泵10的环境温度（例如室温）冷却至超低温的降温。降温过程中的目标冷却温度是为真空排气运行而设定的标准运行温度。如上所述，该标准运行温度就高温低温板19而言可从例如80K至100K左右的范围选择，而就低温低温板18而言，可从例如10K至20K左右的范围中选择。准备运行（S10）可以包括利用粗抽阀（未图示）等将低温泵10的内部粗抽至动作开始压力（例如1Pa左右）的粗抽。

准备运行（S10）也可以是低温泵10的再生。再生为在本次真空排气运行结束之后准备下一次的真空排气运行而执行。再生为再生低温低温板18及高温低温板19的所谓完全再生或仅再生低温低温板18的部分再生。

再生包括升温工序、排出工序及冷却工序。升温工序包括将低温泵10的温度提高到高于上述标准运行温度的高温即再生温度的工序。在完全再生时，再生温度例如为室温或稍高于室温的温度（例如约290K至约300K）。用于升温工序的热源例如为制冷机16的逆转升温和/或附设于制冷机16的加热器40、42（参考图7）。

排出工序包括将从低温板表面再气化的气体排到低温泵10的外部的工序。再气化的气体与根据需要而被导入的吹扫（purge）气体一同从低温泵10排出。排出工序中，制冷机16处于停止运行状态。冷却工序包括为重新开始真空排气运行而再次对低温低温板18及高温低温板19进行冷却的工序。冷却工序中的制冷机16的运行状态与用于起动的降温相同。但是，完全再生时，冷却工序中的低温板的初始温度相当于室温水平，而部分再生时介于室温与上述标准运行温度之间（例如100K～200K）。

如图3所示，继准备运行（S10）之后进行真空排气运行（S12）。准备运行结束并开始真空排气运行时，位于低温泵10与真空腔室之间的闸阀被开启。

真空排气运行（S12）为将从真空腔室朝低温泵10飞来的气体分子通过冷凝或吸附而捕捉于冷却成超低温的低温板表面的运行状态。在高温低温板19（例如入口低温板32）上冷凝通过其冷却温度使蒸汽压充份变低的气体（例如水分等）。通过入口低温板32的冷却温度而未使蒸汽压充份变低的气体通过入口低温板32进入到放射屏蔽件30。在低温低温板18上冷凝通过其冷却温度使蒸汽压充份变低的气体（例如氩等）。通过低温低温板18的冷却温度也未使蒸汽压充份变低的气体（例如氢等）吸附于低温低温板18的吸附剂上。以此，低温泵10能够使真空腔室的真空度达到所希望的级别。

真空排气运行为保持标准运行温度的稳定的运行状态。另一方面，准备运行期间相当于低温泵10的停机时间（即停止真空排气运行期间），因此尽量短为佳。因此，在准备运行中要求制冷机16具有高于常规运行的制冷能力。通常情况下，在准备运行中制冷机16以相当高的运行频率（例如所允许的最高的运行频率或接近其的频率）运行。

图4为表示典型的降温运行中的温度特性曲线的一例的图。图4中的纵轴及横轴分别表示温度及时间。图4中概略示出第1冷却台20的温度T1及第2冷却台21的温度T2随时间的变化。开始降温时的第1冷却台20的温度T1及第2冷却台21的温度T2的初始值均为例如300K，第1冷却台20及第2冷却台21的目标冷却温度分别为例如100K、15K。并且，在图4的下方示出制冷机16的运行频率特性曲线的一例。

在图4所示的降温运行中，制冷机16以全功率运行，直到第1冷却台20的温度T1达到目标温度100K。此时，制冷机16的运行频率固定在所允许的最大值（例如运行频率95Hz）。藉此第1冷却台20迅速冷却至目标温度100K。从降温运行开始起经过时间Ta时，第1冷却台20的温度T1达到目标温度100K。此时，制冷机16从全功率运行切换成上述一级温度控制。之后，第1冷却台20的温度T1维持在目标温度100K。由于被切换成一级温度控制，制冷机16的运行频率例如大幅降至40Hz左右。

第2冷却台21与第1冷却台20相同，通过制冷机16的全功率运行被冷却。由于第2冷却台21的冷却速度稍快于第1冷却台20的冷却速度，因此当第1冷却台20的温度T1达到目标温度100K时，第2冷却台21被冷却至稍低于此的温度（例如80K）。然而，此时还远不及第2冷却台21的目标温度15K。制冷机16从全功率运行切换成一级温度控制之后，第2冷却台21缓慢地冷却至目标温度15K。从降温运行开始起经过时间Tb时，第2冷却台21的温度T2达到目标温度15K。此时第1冷却台20及第2冷却台21均达到各自的目标冷却温度，并结束降温。

如此，降温运行可以包括将制冷机16的高温段及低温段的朝向各自的目标温度降温的初期冷却阶段及继初期冷却阶段之后将制冷机16的高温段及低温段调整到各自的目标温度的调温阶段。在初期冷却阶段制冷机16可以以相对较高的运行频率运行，在调温阶段，制冷机16则可以以相对较低的运行频率运行。因此，初期冷却阶段可以是高输出降温（骤冷阶段），调温阶段可以是低输出降温（或者缓冷阶段）。

如上所述，降温运行的控制由控制部100根据第1温度传感器90及第2温度传感器92的测定温度而执行。控制部100可以从降温初期到高温段的低温端温度达到目标温度或接近目标温度的判定阈值温度为止执行初期冷却阶段。初期冷却阶段结束时，低温段的低温端温度可以为高于其目标温度的温度。控制部100可在结束初期冷却阶段之后开始调温阶段。控制部100可以以将高温段的低温端温度维持在目标温度，并且将低温段的低温端温度降至目标温度的方式执行调温阶段。控制部100可以将调温阶段执行至低温段的低温端温度达到目标温度或接近该温度的判定阈值温度为止。

如此，例如在低温低温板18的质量较大时，低温段的冷却迟于高温段结束。板越重越难以冷却。被设计成主要排出非冷凝性气体（例如氢）的低温泵具有低温低温板18的质量变大的趋势。因此，本实施方式所涉及的低温泵10尤其适合主要用于排出氢气的低温泵。

在另一实施方式中，控制部100也可以从降温初期开始执行初期冷却阶段直至低温段的低温端温度达到目标温度或接近目标温度的判定阈值温度为止。初期冷却阶段结束时，高温段的低温端温度可以为低于其目标温度的温度。控制部100可以从初期冷却阶段结束起开始调温阶段。控制部100可以以将低温段的低温端温度维持在目标温度，并将高温段的低温端温度提高到目标温度的方式执行调温阶段。控制部100可以将调温阶段执行至高温段的低温端温度达到目标温度或接近目标温度的判定阈值温度为止。

本实施方式中，冷却系统15构成为在降温运行中至少暂时对制冷机16的高温段选择性地赋予冷却缓和作用。例如，冷却系统15独立于制冷机16的热循环频率的控制，而仅降低高温段的冷却能力。因此，冷却系统15构成为在降温运行中至少暂时对制冷机16的高温段供给与真空排气运行相比温度更高的工作气体。

冷却系统15通过压缩机36中的流路切换控制提高供给到制冷机16的工作气体温度。控制部100根据制冷机16的运行状态切换压缩机36中的工作气体的流路。当制冷机16不处于降温运行状态时（例如为常规真空排气运行时），控制部100使工作气体流向经由热交换器145的主流路147，当处于降温运行状态时切换流路，以使工作气体流向旁通路149。

图5为用于说明本发明的一实施方式所涉及的压缩机36中的流路切换控制的流程图。该处理通过控制部100以规定周期反复进行。首先，控制部100判定制冷机16的运行状态（S20）。当制冷机16不进行降温运行时（S20为“否”），控制部100切换三通阀151，以使工作气体在压缩机36中经由主流路147（S22）。在上一次的主判定中为不进行降温运行时，继续保持经由主流路147的状态。

另一方面，制冷机16进行降温运行时（S20为是），控制部100切换三通阀151，以使工作气体在压缩机36中经由旁通路149（S24）。在上一次的判定中进行降温运行时，持续保持经由旁通路149的状态。

控制部100可以使工作气体例如仅限在降温运行的初期冷却阶段在压缩机36中经由旁通路149。或者，控制部100可以使工作气体经由旁通路149直至降温运行结束为止。控制部100切换三通阀151，以使工作气体在开始进行真空排气运行之前返回到主流路147。

通过这种三通阀151的切换动作，工作气体在真空排气运行中经由主流路147即热交换器145，另一方面，工作气体在降温运行中不经由热交换器145而经由旁通路149。因此，在真空排气运行中被热交换器145冷却的低温的工作气体被供给到制冷机16。另一方面，在降温运行中工作气体不经由热交换器145，因此在压缩机主体140获得压缩热而成为高温的工作气体直接被供给到制冷机16。

图6为表示本发明的一实施方式所涉及的降温运行中的温度特性曲线的一例的图。在该降温运行中，通过压缩机36的流路切换控制，高温的工作气体从开始降温运行到结束降温运行期间持续供给到制冷机16。如同图4，图6的纵轴及横轴分别表示温度及时间。开始降温时的第1冷却台20的温度T1及第2冷却台21的温度T2的初始值例如均为300K，第1冷却台20及第2冷却台21的目标冷却温度例如分别为100K、15K。图6中为进行比较，以虚线表示图4所示的温度特性曲线。并且，在图6的下方示出制冷机16的运行频率特性曲线的一例。同样为进行比较，以虚线表示图4所示的运行频率特性曲线。

在图6所示的降温运行中，制冷机16以全功率运行，直至第1冷却台20的温度T1达到目标温度100K。此时制冷机16的运行频率固定在所允许的最大值（例如运行频率95Hz）。藉此，第1冷却台20迅速冷却至目标温度100K。

然而，由于高温的工作气体供给到制冷机16而使得高温段的冷却能力下降。因此，第1冷却台20的降温速度也随之下降（如图所示温度梯度变缓）。因此，从开始降温运行起经过时间Ta＋ΔTa时，第1冷却台20的温度T1达到目标温度100K。此时，制冷机16从全功率运行切换成上述一级温度控制。之后，第1冷却台20的温度T1维持在目标温度100K。通过被切换成一级温度控制，制冷机16的运行频率例如大幅降至40Hz左右。如此，通过将高温的工作气体供给到制冷机16，从而初期冷却阶段仅延长了时间ΔTa。

另一方面，如图6所示，初期冷却阶段中的第2冷却台21的降温速度不下降。如上所述，这是因为能够看做本实施方式中的冷却缓和作用不对制冷机16的低温段的冷却能力造成影响。换言之，降温运行与真空排气运行的工作气体的温差被设定成不对制冷机16的低温段冷却能力造成影响。

因此，第1冷却台20与第2冷却台21的温差急剧扩大。因此，如图6所示，从开始降温运行起经过时间Ta时的温差与图4所例示的典型的降温相比变大。并且，通过对高温段的冷却缓和作用切换成一级温度控制仅推迟了ΔTa，藉此该时间ΔTa中的第2冷却台21的降温速度变大。如此一来，能够进一步降低第1冷却台20的温度T1达到目标温度100K时的第2冷却台21的温度T2。

图6所例示的温度特性曲线中，从开始降温运行起经过时间Tb-ΔTb时第2冷却台21的温度T2达到目标温度15K。该例子中，降温运行被调整成在第1冷却台20的温度T1达到目标温度100K时，使第2冷却台21的温度T2也达到目标温度15K。第1冷却台20及第2冷却台21同时达到各自的目标冷却温度，并结束降温。在图6所示的例子中，与图4所示的典型情况相比，降温运行时间缩短了时间ΔTb。

根据本实施方式，通过将温度比较高的工作气体供给到降温运行中的制冷机16能够缩短降温时间。因此，能够缩短低温泵的停机时间（例如再生时间）。

作为为缩短降温时间而提高制冷机的冷却能力的直接性方法可以考虑加大制冷机的容积和/或加大压缩机的回收侧与供给侧的差压。然而，这种方法需要对制冷机和/或压缩机中加以大规模的设计变更，因此会导致产品价格上涨。本实施方式还具有无需加以这种大的设计变更就能够缩短降温时间的优点。

上述实施方式中，高温的工作气体在降温运行期间继续供给到制冷机16。然而，冷却系统15可以构成为在降温运行中暂时或断续地对制冷机16的高温段选择性地赋予冷却缓和作用。显然，即便如此也能够获得相同的缩短降温时间的效果。

因此，冷却系统15例如可以构成为至少在初期冷却阶段期间对制冷机16的高温段赋予冷却缓和作用。此时，通过延长初期冷却阶段能够使得制冷机16维持或延长高运行频率的状态。或者可以构成为至少在调温阶段期间对制冷机16的高温段赋予冷却缓和作用。此时，制冷机16的运行频率变高，以使对于高温段的冷却缓和作用相抵消。其结果，能够提高低温段的冷却能力。

上述实施方式中，降温运行被调整为，在第1冷却台20的温度T1达到目标温度时第2冷却台21的温度T2也达到目标温度。然而，如同图4所示的典型情况，降温运行可以被调整为，在第1冷却台20的温度T1达到目标温度时第2冷却台21的温度T2变成高于目标温度的温度。或者降温运行可以被调整为，在第1冷却台20的温度T1达到目标温度时第2冷却台21的温度T2变成低于目标温度的温度。

并且，在上述实施方式中，在降温运行的初期，制冷机16以全功率运行，之后被切换成一级温度控制。然而，控制部100可以在降温运行中从一开始就执行一级温度控制。此时，随着第1冷却台20的降温，从高输出的降温逐渐过渡到低输出的降温。或者，控制部100也可在降温运行中执行二级温度控制。例如，控制部100还可以在降温运行的初期冷却阶段执行二级温度控制，并在第2冷却台21被冷却至接近目标温度时切换成一级温度控制。

图7为示意表示本发明的另一实施方式所涉及的低温泵10的图。低温泵10具备构成为对制冷机16的高温段赋予热负荷的热负荷生成要件。控制部100使热负荷生成要件工作，以在降温运行中至少暂时对制冷机16的高温段选择性地赋予热负荷。通过热负荷生成要件制冷机16的高温段选择性地获得冷却缓和作用。该热负荷生成要件可以是用于通过辐射或传导来对高温段的低温端或其冷却对象进行加热的加热装置。

低温泵10可以具备用于加热壳体38的第1加热器40。第1加热器40通过加热壳体38从壳体38对放射屏蔽件30赋予辐射热。以此，能够暂时增加对放射屏蔽件30的热负荷。第1加热器40例如可以是覆盖壳体38的表面（例如侧面）的带式加热器。或者，第1加热器40可以构成为向壳体38的外表面喷吹高温气体。

低温泵10可以具备用于加热第1冷却台20和/或放射屏蔽件30的第2加热器42。第2加热器42可以直接安装于第1冷却台20和/或放射屏蔽件30。第2加热器42例如可以在放射屏蔽件30的外侧安装于第1冷却台20。

以上，根据实施例对本发明进行了说明。本发明不限于上述实施方式，可以有各种设计变更、各种变形例，并且这种变形例也属于本发明范围，本领域技术人员应该理解这一点。

例如，为了提高供给工作气体温度，也可在升温工序中减弱热交换器145的冷却能力来代替设置旁通路149及切换流路。例如可以减少热交换器145的制冷剂（冷却水）的流量，或可以提高冷却水温度。或者，可以在热交换器145的制冷剂流路上设置与工作气体进行热交换的主流路和不与其进行热交换的旁通路，并如同上述实施例根据制冷机16的运行状态进行切换。

上述实施方式中，为了使工作气体流动而选择性地使用主流路147与旁通路149，但并不限于此。通过调整主流路147与旁通路149的流量比可以稍微调整工作气体温度。

冷却系统15可以在工作气体循环回路（例如制冷机16、低压导管35、压缩机36或高压导管34）上具备用于控制工作气体温度的加热要件和/或冷却要件。

Claims (6)

1.一种低温泵，具备高温低温板、低温低温板及冷却系统，该低温泵的特征在于，所述冷却系统具备：

制冷机，具备用于冷却所述高温低温板的高温段及用于冷却所述低温低温板的低温段；及

控制部，用于控制降温运行，该降温运行为了开始进行所述低温泵的真空排气运行而对所述高温段及所述低温段进行冷却，

所述冷却系统构成为在所述降温运行中至少暂时对所述高温段选择性地赋予冷却缓和作用。

2.根据权利要求1所述的低温泵，其特征在于，

所述冷却系统构成为在所述降温运行中至少暂时对所述高温段供给与所述真空排气运行相比更高温的工作气体。

3.根据权利要求1或2所述的低温泵，其特征在于，

所述低温泵还具备热负荷生成要件，该热负荷生成要件构成为对所述高温段赋予热负荷。

4.根据权利要求1或2所述的低温泵，其特征在于，

所述降温运行包括将所述高温段及所述低温段的温度向各自的目标温度降温的初期冷却阶段，

所述冷却系统构成为在所述初期冷却阶段至少暂时对所述高温段选择性地赋予冷却缓和作用。

5.根据权利要求4所述的低温泵，其特征在于，

所述降温运行包括继初期冷却阶段之后将所述高温段及所述低温段的温度调整到各自的目标温度的调温阶段，所述初期冷却阶段结束时所述低温段的冷却温度高于目标温度，

所述控制部以在所述调温阶段将所述高温段冷却到目标温度的方式控制所述制冷机的热循环频率，

所述冷却系统构成为在所述调温阶段至少暂时对所述高温段选择性地赋予冷却缓和作用。

6.一种低温泵的运行方法，其特征在于，包括如下工序：

利用制冷机将低温板从温度比真空排气运行所需的超低温高的初期温度冷却至该超低温的工序；及

在进行所述冷却工序之后开始进行真空排气运行的工序，

所述冷却工序包括对所述制冷机的高温段选择性地赋予冷却缓和作用的工序。