CN107218196A - 低温泵、低温泵控制装置及低温泵控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低温泵、低温泵控制装置及低温泵控制方法。本发明的课题在于缩短低温泵的冷却时间。低温泵(10)具备：一级目标温度选择部(112)，其具备使一级低温板的温度及二级低温板的温度保持在超低温区域的通常模式用的通常目标温度和使一级低温板及二级低温板从室温冷却至超低温区域的降温模式用的降温目标温度，并且降温目标温度低于通常目标温度，一级目标温度选择部(112)在当前运行模式为通常模式时选择通常目标温度作为一级目标温度，在当前运行模式为降温模式时选择所述降温目标温度并将其至少暂时作为一级目标温度；及一级温度控制部(114)，其根据所选择的一级目标温度来控制一级低温板温度。

Description

低温泵、低温泵控制装置及低温泵控制方法

本申请主张基于2016年3月22日申请的日本专利申请第2016-057050号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

技术领域

本发明涉及一种低温泵、低温泵控制装置及低温泵控制方法。

背景技术

在现场安装了新的低温泵时，低温泵从室温冷却至超低温，并开始真空排气运行。并且，众所周知，由于低温泵是气体捕集式真空泵，因此为了向外部排出蓄积的气体，需要以一定频率进行再生。再生处理通常包括升温工序、排出工序以及冷却工序。若冷却工序结束，则重新开始低温泵的真空排气运行。作为这种真空排气运行的准备工序的低温泵的冷却有时还被称作降温工序。

专利文献1：日本特开2013-170568号公报

低温泵是超低温制冷机的主要用途之一，其与其它用途的不同点在于：在制冷机的高温级与低温级需要具有较大的温度差。但是，使低温泵冷却时不容易在短时间内形成这种温度差。例如，若高温级到达目标冷却温度时低温级尚未到达目标温度，则必须在使高温级保持目标温度的同时继续冷却低温级。这种降温工序末期中的温度调整需要一定程度的时间。尤其，在高温级与低温级之间需要存在较大的温度差时，温度调整所需的时间会变长。由于降温工序为低温泵的停机时间，因此优选在短时间内完成降温工序。

发明内容

本发明的一种实施方式的例示性目的之一在于缩短低温泵的冷却时间。

根据本发明的一种实施方式，低温泵具备：一级低温板；二级低温板；一级目标温度选择部，其具备使所述一级低温板的温度及所述二级低温板的温度保持在超低温区域的通常模式用的通常目标温度和使所述一级低温板及所述二级低温板从室温冷却至超低温区域的降温模式用的降温目标温度，并且所述降温目标温度低于所述通常目标温度，所述一级目标温度选择部在当前运行模式为所述通常模式时选择所述通常目标温度作为一级目标温度，在当前运行模式为所述降温模式时选择所述降温目标温度并将其至少暂时作为一级目标温度；及一级温度控制部，其根据所选择的一级目标温度来控制一级低温板温度。

根据本发明的一种实施方式，低温泵控制装置具备：一级目标温度选择部，其具备使所述一级低温板的温度及二级低温板的温度保持在超低温区域的通常模式用的通常目标温度和使所述一级低温板及所述二级低温板从室温冷却至所述超低温区域的降温模式用的降温目标温度，并且所述降温目标温度低于所述通常目标温度，所述一级目标温度选择部在当前运行模式为所述通常模式时选择所述通常目标温度作为一级目标温度，在当前运行模式为所述降温模式时选择所述降温目标温度并将其至少暂时作为一级目标温度；及一级温度控制部，其根据所选择的一级目标温度来控制一级低温板温度。

根据本发明的一种实施方式，低温泵控制方法具备如下工序：根据当前运行模式选择一级目标温度；根据所选择的一级目标温度控制一级低温板温度。使一级低温板及二级低温板从室温冷却至超低温区域的降温模式用的降温目标温度低于使所述一级低温板的温度及所述二级低温板的温度保持在所述超低温区域的通常模式用的通常目标温度，并且，至少暂时在所述当前运行模式为所述降温模式时使用所述降温目标温度。

另外，上述构成要件的任意组合或本发明的构成要件或表现在装置、方法、系统、计算机程序、存储有计算机程序的存储介质等之间的互相置换也作为本发明的实施方式而有效。

根据本发明，能够缩短低温泵的冷却时间。

附图说明

图1是示意性地表示一种实施方式所涉及的低温泵的图。

图2是示意性地表示一种实施方式所涉及的低温泵控制装置的结构的图。

图3是一种实施方式所涉及的一级目标温度表。

图4是用于说明低温泵的运行方法的流程图。

图5是表示典型的降温运行中的温度分布的图。

图6是表示一种实施方式所涉及的低温泵控制方法的流程图。

图7是表示一种实施方式所涉及的降温运行中的温度分布的图。

图8是示意性地表示另一种实施方式所涉及的低温泵控制装置的结构的图。

图9是另一种实施方式所涉及的一级目标温度表。

图10是表示另一种实施方式所涉及的低温泵控制方法的流程图。

图中：10-低温泵，18-一级低温板，19-二级低温板，100-控制装置，112-一级目标温度选择部，114-一级温度控制部，120-阶段确定部。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，在以下的说明中，对相同要件标注相同的符号并适当省略重复说明。并且，以下所述的结构为示例，并不对本发明的范围作任何限定。

图1是示意性地表示一种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的真空腔室，并用于使真空腔室内部的真空度提高至所希望的真空处理中要求的水平。

低温泵10具有用于接收气体的进气口12。进气口12是低温泵10的内部空间14的入口。应排气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，以下为了更通俗易懂地表示低温泵10的构成要件之间的位置关系，有时使用“轴向”、“径向”等术语。轴向表示通过进气口12的方向，径向表示沿着进气口12的方向。为了方便起见，有时将轴向上相对靠近进气口12的一侧称作“上”，相对远离进气口12的一侧称作“下”。即，有时将相对远离低温泵10底部的一侧称作“上”，相对靠近低温泵10底部的一侧称作“下”。关于径向，有时将靠近进气口12的中心的一侧称作“内”，将靠近进气口12的周边的一侧称作“外”。另外，这种表达方式与低温泵10安装于真空腔室时的配置无关。例如，低温泵10也可以以进气口12沿鉛垂方向朝下的方式安装于真空腔室。

低温泵10具备冷却系统15、一级低温板18及二级低温板19。冷却系统15构成为对一级低温板18及二级低温板19进行冷却。冷却系统15具备制冷机16和压缩机36。

制冷机16例如为吉福德-麦克马洪式制冷机(所谓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以及第2置换器25的二级式制冷机。因此，制冷机16的高温级具备第1冷却台20、第1缸体22以及第1置换器24。制冷机16的低温级具备第2冷却台21、第2缸体23以及第2置换器25。因此，以下还可以将第1冷却台20及第2冷却台21分别称作高温级的低温端及低温级的低温端。

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和第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，以沿制冷机16的长度方向(图1中的左右方向)能够移动的方式分别配设有第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连结在一起以便能够一体地移动。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)。

在制冷机16的室温部设置有驱动机构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分别在第1缸体22及第2缸体23的内部能够进行往复移动。并且，驱动机构17包括流路切换机构，该流路切换机构切换工作气体的流路以便周期性地重复工作气体的供给和排出。流路切换机构例如包括阀部及驱动阀部的驱动部。阀部例如包括回转阀，驱动部包括用于使回转阀旋转的马达。马达可以是例如AC马达或者DC马达。并且，流路切换机构也可以是被直线马达驱动的直动式的机构。

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使从压缩机36供给过来的高压工作气体(例如氦气)在制冷机16的内部膨胀从而使第1冷却台20及第2冷却台21产生寒冷。压缩机36回收在制冷机16中膨胀的工作气体并再次加压后供给至制冷机16。

具体而言，首先，驱动机构17使高压导管34与制冷机16的内部空间连通。高压工作气体从压缩机36通过高压导管34供给至制冷机16。若制冷机16的内部空间被高压工作气体充满，则驱动机构17切换流路，使制冷机16的内部空间与低压导管35连通。由此，工作气体进行膨胀。膨胀的工作气体回收至压缩机36。与这样的工作气体的供排气同步，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的内部进行往复移动。通过重复这种热循环，制冷机16使第1冷却台20及第2冷却台21产生寒冷。

制冷机16构成为，将第1冷却台20冷却至第1温度水平，将第2冷却台21冷却至第2温度水平。第2温度水平为低于第1温度水平的温度。例如，第1冷却台20冷却至60K～130K左右，或者65K～120K左右，或者优选冷却至80K～100K，第2冷却台21冷却至10K～20K左右。

制冷机16构成为使工作气体通过高温级流向低温级。即，从压缩机36流入的工作气体从第1缸体22流向第2缸体23。此时，工作气体被第1置换器24及其蓄冷器冷却至第1冷却台20的温度。如此冷却的工作气体供给至低温级。因此，从压缩机36导入到制冷机16的高温级的工作气体的温度不会明显影响低温级的冷却能力。

图1所示的低温泵10为所谓的卧式低温泵。卧式低温泵通常是指制冷机16配设成与低温泵10的轴向交叉(通常为正交)的低温泵。

二级低温板19设置于低温泵10的内部空间14的中心部。二级低温板19例如包括多个板部件26。板部件26例如分别具有圆锥台的侧面形状，即伞状形状。在各个板部件26上通常设置有活性炭等吸附剂(未图示)。吸附剂例如粘结在板部件26的背面。由此，二级低温板19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，二级低温板19与第2冷却台21热连接。因此，二级低温板19冷却至第2温度水平。

一级低温板18具备放射屏蔽件30和入口低温板32。一级低温板18以包围二级低温板19的方式设置于二级低温板19的外侧。一级低温板18与第1冷却台20热连接，因此，一级低温板18冷却至第1温度水平。

放射屏蔽件30主要是为了从来自低温泵10的壳体38的辐射热保护二级低温板19而设置的。放射屏蔽件30位于壳体38与二级低温板19之间，并且包围二级低温板19。放射屏蔽件30的轴向上端朝向进气口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，即形成为杯状。在放射屏蔽件30的侧面开有用于安装制冷机16的孔，第2冷却台21从该安装孔插入到放射屏蔽件30内。第1冷却台20固定在该安装孔的外周部且固定在放射屏蔽件30的外表面。由此，放射屏蔽件30与第1冷却台20热连接。

入口低温板32设置于二级低温板19的轴向上方，并且在进气口12中沿径向配置。入口低温板32的外周部固定于放射屏蔽件30的开口端，从而与放射屏蔽件30热连接。入口低温板32例如形成为百叶窗结构或者锯齿结构。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，或者也可以形成为格子状等其他形状。

入口低温板32是为了将进入进气口12的气体进行排气而设置的。在入口低温板32的温度下能够冷凝的气体(例如水分)捕捉于入口低温板32的表面。并且，入口低温板32是为了从来自低温泵10外部的热源(例如，安装有低温泵10的真空腔室内的热源)的辐射热保护二级低温板19而设置的。入口低温板32除了限制辐射热的进入之外还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，以便将通过进气口12流入到内部空间14的气体限制为所希望的量。

低温泵10具备壳体38。壳体38是用于隔开低温泵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。在壳体38中容纳有一级低温板18和制冷机16。壳体38设置于一级低温板18的外侧，并且包围一级低温板18。并且，壳体38容纳制冷机16。即，壳体38是包围一级低温板18及二级低温板19的低温泵容器。

壳体38以不与一级低温板18及制冷机16的低温部接触的方式固定在制冷机16的室温部(例如驱动机构17)。壳体38的外表面暴露于外部环境中，其温度高于被冷却的一级低温板18的温度(例如室温程度)。

并且，壳体38具备从其开口端朝向径向外侧延伸的进气口凸缘56。进气口凸缘56是用于将低温泵10安装于真空腔室的凸缘。在真空腔室的开口设置有闸阀(未图示)，进气口凸缘56安装于该闸阀上。因此，闸阀位于入口低温板32的轴向上方。例如，在使低温泵10再生时，关闭闸阀，而在低温泵10对真空腔室进行排气时，打开闸阀。

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以及用于测定第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上。第2温度传感器92安装于第2冷却台21上。另外，第1温度传感器90也可以安装于一级低温板18上。第2温度传感器92也可以安装于二级低温板19上。

并且，低温泵10具备低温泵控制装置(以下，有时称为控制装置)100。控制装置100可以与低温泵10一体地设置，也可以是与低温泵10分体设置的控制装置。

控制装置100构成为控制制冷机16以使低温泵10进行真空排气运行、再生运行以及降温运行。控制装置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。控制装置100根据这样的测定结果来运算出发送给制冷机16的控制指令。

控制装置100控制制冷机16以使冷却台温度达到目标冷却温度。第1冷却台20的目标温度通常设定为恒定值。第1冷却台20的目标温度例如按照安装有低温泵10的真空腔室中进行的工艺来规定为规格参数。另外，在低温泵的运行中，可以根据需要改变目标温度。

例如，控制装置100通过反馈控制来控制制冷机16的运行频率，以使第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变得最小。即，控制装置100通过控制驱动机构17的马达转速来控制制冷机16的热循环频率。

在低温泵10的热负载增加的情况下，第1冷却台20的温度可能会升高。在第1温度传感器90的测定温度高于目标温度时，控制装置100使制冷机16的运行频率增加。其结果，制冷机16的热循环频率也增加，第1冷却台20向目标温度冷却。相反，在第1温度传感器90的测定温度低于目标温度时，控制装置100使制冷机16的运行频率减少，从而使第1冷却台20向目标温度升温。如此，能够使第1冷却台20的温度保持在目标温度附近的温度范围。由于根据热负载能够适当地调整制冷机16的运行频率，因此这种控制有助于减少低温泵10的耗电。

以下，将控制制冷机16以使第1冷却台20的温度达到目标温度的工序称为“一级温度控制”。在低温泵10进行真空排气运行时，通常执行一级温度控制。进行一级温度控制的结果，第2冷却台21及二级低温板19冷却至由制冷机16的规格参数及来自外部的热负载确定的温度。同样，控制装置100也能够执行控制制冷机16以使第2冷却台21的温度达到目标温度的所谓的“二级温度控制”。

图2是示意性地表示一种实施方式所涉及的低温泵10的控制装置100的结构的图。这种控制装置通过硬件、软件或者它们的组合来实现。并且，图2中示意性地示出了相关制冷机16的局部结构。

制冷机16的驱动机构17具备驱动制冷机16的制冷机马达80及控制制冷机16的运行频率的制冷机变频器82。如上所述，制冷机16为工作气体的膨胀机，因此，也可以将制冷机马达80及制冷机变频器82分别称作膨胀机马达及膨胀机变频器。

制冷机16的运行频率(也可称为运行速度)表示制冷机马达80的运行频率或者转速、制冷机变频器82的运行频率、热循环的频率，或者其中之一。热循环的频率是指在制冷机16中进行的热循环在每单位时间内的次数。

控制装置100具备制冷机控制部102、存储部104、输入部106以及输出部108。制冷机控制部102构成为控制制冷机16以使低温泵10进行真空排气运行及再生运行。制冷机控制部102构成为控制制冷机16以执行降温运行，该降温运行使至少一个低温板(一级低温板18和/或二级低温板19，以下相同)的温度从室温向标准运行温度下降。制冷机控制部102构成为控制制冷机16以在降温运行之后执行温度调整运行，该温度调整运行使至少一个低温板的温度维持在标准运行温度。

存储部104构成为存储与低温泵10的控制相关的数据。输入部106构成为接收来自用户或者其他装置的输入。输入部106例如包括用于接收来自用户的输入的鼠标或键盘等输入机构和/或用于与其他装置进行通信的通信机构。输出部108构成为输出与低温泵10的控制相关的数据，其包括显示器或打印机等输出机构。

存储部104、输入部106以及输出部108分别与制冷机控制部102以能够通信的方式连接。由此，制冷机控制部102能够根据需要从存储部104读取数据和/或将数据存储于存储部104。并且，制冷机控制部102能够从输入部106接收数据的输入和/或向输出部108输出数据。

制冷机控制部102具备运行模式确定部110、一级目标温度选择部112以及一级温度控制部114。

运行模式确定部110构成为确定低温泵10的运行模式。运行模式确定部110构成为根据低温泵10的现状判定是否将运行模式从某一运行模式切换到另一运行模式。运行模式确定部110在满足这样的模式切换条件的情况下切换运行模式。运行模式确定部110在不满足模式切换条件的情况下继续执行当前的运行模式。

在低温泵10预先设定有多个运行模式。运行模式例如包括使一级低温板及二级低温板分别从室温冷却至超低温区域的降温模式以及使一级低温板及二级低温板分别保持在超低温区域的通常模式。运行模式确定部110构成为，根据测定出的二级低温板的温度判定是否将运行模式从降温模式切换到通常模式。

运行模式确定部110也可以构成为判定低温泵10的运行模式。针对不同的多个运行模式也可以分别设定相对应的运行模式标志。存储部104可以存储这些运行模式标志。运行模式确定部110也可以构成为在低温泵10进入某一运行模式时选择与该运行模式相对应的运行模式标志。运行模式确定部110也可以参照所选择的运行模式标志来判定低温泵10的当前运行模式。

一级目标温度选择部112具备一级目标温度表116。一级目标温度选择部112构成为参照一级目标温度表116并根据当前的运行模式选择一级目标温度。一级目标温度表116可以预先存储于存储部104，并根据需要被一级目标温度选择部112读取。

一级温度控制部114构成为根据所选择的一级目标温度控制一级低温板温度。如上所述，一级温度控制部114构成为，作为低温板的测定温度与目标温度之间的偏差的函数，(例如通过PID控制)确定制冷机马达80的运行频率。一级温度控制部114在预先设定的运行频率范围中确定制冷机马达80的运行频率。运行频率范围由预先设定的运行频率的上限及下限来定义。一级温度控制部114将所确定的运行频率输出至制冷机变频器82。

一级温度控制部114也可以在控制制冷机马达80的运行频率的同时(或者代替对制冷机马达80的运行频率的控制)控制附设于制冷机16的加热器。

制冷机变频器82构成为提供制冷机马达80的可变频率控制。制冷机变频器82将输入电力转换为具有从一级温度控制部114输入过来的运行频率的电力。输入电力从制冷机电源(未图示)供给到制冷机变频器82。制冷机变频器82将转换后的电力输出至制冷机马达80。如此，制冷机马达80以由一级温度控制部114确定且从制冷机变频器82输出过来的运行频率进行驱动。

图3示出了一种实施方式所涉及的一级目标温度表116。一级目标温度表116构成为，使低温泵的运行模式对应于一级目标温度。如图3所示，在一级目标温度表116中预先设定有通常模式用的通常目标温度T1c1以及降温模式用的降温目标温度T1c2。在本例子中，通常目标温度T1c1为80K，降温目标温度T1c2为70K。

降温目标温度T1c2低于通常目标温度T1c1。通常目标温度T1c1例如为选自80K至130K的范围的第1规定温度。降温目标温度T1c2例如为选自60K至上述第1规定温度的范围的第2规定温度。降温目标温度T1c2也可以是选自65K至上述第1规定温度的范围的温度。只要在该温度区域，就能够防止壳体38内的残留气体在一级低温板18上的不必要的冷凝。并且，由于降温目标温度T1c2与通常目标温度T1c1的温度差较小，因此在从降温模式切换至通常模式时，容易使一级低温板18从降温目标温度T1c2升温至通常目标温度T1c1。可以根据实验或经验预先设定通常目标温度T1c1以及降温目标温度T1c2。

如此，一级目标温度选择部112具备通常目标温度T1c1以及降温目标温度T1c2。一级目标温度选择部112构成为，在当前运行模式为通常模式时，选择通常目标温度T1c1作为一级目标温度，在当前运行模式为降温模式时，选择降温目标温度T1c2并将其至少暂时作为一级目标温度。

图4是用于说明低温泵10的运行方法的流程图。该运行方法包括准备运行(S10)和真空排气运行(S12)。上述通常模式相当于真空排气运行。准备运行包括在通常模式之前执行的任意运行模式。控制装置100适时反复执行该运行方法。真空排气运行结束后开始准备运行时，通常关闭低温泵10与真空腔室之间的闸阀。

准备运行(S10)例如为低温泵10的启动。低温泵10的启动包括使低温板从设置有低温泵10的环境温度(例如室温)冷却至超低温的降温工序。降温工序的目标冷却温度为为了进行真空排气运行而设定的标准运行温度。如上所述，就该标准运行温度而言，一级低温板18的标准运行温度选自例如80K至100K左右的范围，二级低温板19的标准运行温度选自例如10K至20K左右的范围。准备运行(S10)也可以包括利用粗抽阀(未图示)等将低温泵10的内部粗抽至工作开始压力(例如1Pa左右)的工序。

准备运行(S10)可以是低温泵10的再生。在本次真空排气运行结束后，为了准备下次真空排气运行而执行再生。再生为对二级低温板19及一级低温板18均进行再生的所谓完全再生或者仅对二级低温板19进行再生的部分再生。

再生包括升温工序、排出工序以及冷却工序。升温工序包括使低温泵10升温至高于上述标准运行温度的再生温度的工序。在完全再生的情况下，再生温度例如为室温或者稍微高于室温的温度(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。

排出工序包括向低温泵10的外部排出从低温板表面再气化的气体的工序。再气化的气体根据需要与导入的吹扫气体一同从低温泵10排出。在排出工序中，制冷机16处于停止运行的状态。冷却工序包括为了重新开始真空排气运行而再次冷却二级低温板19及一级低温板18的工序。冷却工序中的制冷机16的运行模式与用于启动的降温工序相同。但是，冷却工序中的低温板的初始温度在完全再生时处于室温水平，但在部分再生时处于室温与上述标准运行温度之间(例如100K～200K)。

如图4所示，准备运行(S10)之后接着进行真空排气运行(S12)。在准备运行结束后开始真空排气运行时，打开低温泵10与真空腔室之间的闸阀。

入口低温板32冷却从真空腔室朝向低温泵10飞来的气体。在第1冷却温度下蒸气压充分降低的(例如10^-8Pa以下的)气体在入口低温板32的表面冷凝。该气体也可称作第1种气体。第1种气体例如为水蒸气。如此，入口低温板32能够排出第1种气体。在第1冷却温度下蒸气压未充分降低的气体的一部分从进气口12进入到内部空间14。或者，气体的另一部分被入口低温板32反射而未进入内部空间14。

进入到内部空间14的气体被二级低温板19冷却。在第2冷却温度下蒸气压充分降低的(例如10^-8Pa以下的)气体在二级低温板19的表面冷凝。该气体也可称作第2种气体。第2种气体例如为氩气。如此，二级低温板19能够排出第2种气体。

在第2冷却温度下蒸气压未充分降低的气体吸附于二级低温板19的吸附材料上。该气体也可称作第3种气体。第3种气体例如为氢气。如此，二级低温板19能够排出第3种气体。因此，低温泵10通过冷凝或者吸附来排出各种气体，从而能够使真空腔室的真空度达到所希望的水平。

图5是表示典型的降温模式中的温度分布的一例的图。图5的纵轴及横轴分别表示温度及时间。图5中示意性地示出了一级低温板温度T1及二级低温板温度T2随时间的变化。开始降温时的一级低温板温度T1的初始值及二级低温板温度T2的初始值均为例如300K。一级目标温度T1a例如为80K，二级目标温度T2a例如为10K。

如图5所示，开始降温以后，一级低温板温度T1及二级低温板温度T2均下降。由于一级低温板温度T1及二级低温板温度T2均远离目标温度，因此制冷机16以非常高的运行频率(例如，允许的最高运行频率或者其附近频率)运行，由此，低温板朝向目标温度迅速冷却。如此，一级低温板温度T1在时刻t1到达一级目标温度T1a。在该时刻t1，二级低温板温度T2冷却至稍低于一级目标温度T1a的温度，但还远不及二级目标温度T2a。

时刻t1以后，一级低温板温度T1保持在一级目标温度T1a。因此，制冷机16以较低的运行频率运行。二级低温板温度T2向二级目标温度T2a缓慢下降，并在时刻t4到达二级目标温度T2a。由此完成降温，并开始真空排气运行。

图6是表示一种实施方式所涉及的低温泵10的控制方法的流程图。图6中例示了一级目标温度切换处理。制冷机控制部102在降温模式开始之后周期性地执行一级目标温度切换处理。

首先，一级目标温度选择部112根据当前的运行模式选择一级目标温度(S20)。一级目标温度选择部112从运行模式确定部110获取当前的运行模式。

一级目标温度选择部112参照一级目标温度表116。一级目标温度选择部112在当前的运行模式为通常模式时选择通常目标温度T1c1作为一级目标温度(S22)，在当前的运行模式为降温模式时选择降温目标温度T1c2作为一级目标温度(S24)。一级目标温度选择部112将所选择的一级目标温度输出至一级温度控制部114。

一级温度控制部114根据所选择的一级目标温度控制一级低温板温度(S26)。一级温度控制部114执行上述的一级温度控制。如此结束图6所示的处理。

图7是表示一种实施方式所涉及的降温模式中的温度分布的一例的图。与图5相同，图7的纵轴及横轴也分别表示温度及时间。在图7中，为了与图5进行比较，用虚线表示了图5所示的温度分布。

与图5所示的情况相同，一级低温板温度T1的初始值及二级低温板温度T2的初始值均为例如300K。开始降温时，作为一级目标温度，设定降温目标温度T1c2。降温目标温度T1c2例如为70K。二级目标温度T2a例如为10K。

开始降温以后，一级低温板温度T1及二级低温板温度T2均下降。一级低温板温度T1在时刻t2到达降温目标温度T1c2。由于降温目标温度T1c2低于图5的一级目标温度T1a，因此时刻t2比时刻t1晚。在该时刻t2，二级低温板温度T2还未到达二级目标温度T2a。

时刻t2以后，一级低温板温度T1保持在降温目标温度T1c2。二级低温板温度T2向二级目标温度T2a下降，并在时刻t3到达二级目标温度T2a。此时，从降温模式切换为通常模式，并开始真空排气运行。一级目标温度改变为通常目标温度T1c1，一级低温板温度T1追随该通常目标温度T1c1。

重要的是，时刻t3比时刻t4早。即，在图7的情况下，与图5相比，降温所需要的时间缩短Δt(＝t4-t3)。这是因为，与图5的情况相比，为了使一级低温板温度T1保持在更低的温度，制冷机16的运行频率变得更高。如此，根据本实施方式，能够缩短低温泵10的冷却时间。

图8是示意性地表示另一种实施方式所涉及的低温泵10的控制装置100的结构的图。制冷机控制部102除了具备运行模式确定部110、一级目标温度选择部112及一级温度控制部114之外还具备定时器118以及阶段确定部120。定时器118构成为测定开始降温模式后的经过时间。阶段确定部120构成为根据低温泵10的现状确定降温模式中的当前阶段。

阶段确定部120构成为监控低温泵10的现状。阶段确定部120例如监控开始降温模式后的经过时间。阶段确定部120参照定时器118。阶段确定部120构成为，当定时器118所测定的经过时间比阈值时间短时，将当前阶段确定为第1阶段，当经过时间比阈值时间长时，将当前阶段确定为第2阶段。第1阶段表示降温模式的前半或者初期，第2阶段表示降温模式的后半或者末期。可以根据实验或者经验预先确定阈值时间，并将其存储于存储部104。

或者，阶段确定部120也可以监控二级低温板温度。阶段确定部120可以构成为，当二级低温板温度高于阈值温度时，将当前阶段确定为第1阶段，当二级低温板温度低于阈值温度时，将当前阶段确定为第2阶段。阈值温度可以选自二级目标温度至60K的范围。也可以根据实验或经验预先确定阈值温度，并将其存储于存储部104。

图9中示出另一种实施方式所涉及的一级目标温度表116。一级目标温度表116具有多个降温目标温度。例如，第1阶段用的第1目标温度T1c21以及第2阶段用的第2目标温度T1c22预先设定于一级目标温度表116。与上述实施方式相同，一级目标温度表116具有通常目标温度T1c1。第1目标温度T1c21低于通常目标温度T1c1，第2目标温度T1c22高于第1目标温度T1c21且低于通常目标温度T1c1。在本例子中，第1目标温度T1c21为60K，第2目标温度T1c22为70K。

图10是表示另一种实施方式所涉及的低温泵10的控制方法的流程图。与图6中例示的一级目标温度切换处理相同，一级目标温度选择部112根据当前的运行模式选择一级目标温度(S20)。一级目标温度选择部112在当前的运行模式为通常模式时选择通常目标温度T1c1作为一级目标温度(S22)。

一级目标温度选择部112在当前运行模式为降温模式时根据由阶段确定部120确定的当前阶段选择一级目标温度(S28)。一级目标温度选择部112在当前阶段为第1阶段时选择第1目标温度T1c21作为一级目标温度(S30)，在当前阶段为第2阶段时选择第2目标温度T1c22作为一级目标温度(S32)。一级目标温度选择部112将所选择的一级目标温度输出至一级温度控制部114。一级温度控制部114根据所选择的一级目标温度控制一级低温板温度(S26)。如此，结束图10所示的处理。

如此，也能够缩短低温泵10的冷却时间。

以上，根据实施方式对本发明进行了说明。本发明并不限定于上述实施方式，可以进行各种设计变更，可以存在各种变形例，并且这种变形例也属于本发明的范围，这对本领域技术人员来说是可以理解的。

在一种实施方式中，一级目标温度选择部112也可以构成为，在当前运行模式为降温模式时，选择降温目标温度并将其暂时(例如在降温模式的初期)作为一级目标温度。例如，一级目标温度选择部112可以构成为，在当前阶段为第1阶段时，选择降温目标温度T1c2(例如第1目标温度T1c21)作为一级目标温度，在当前阶段为第2阶段时，选择通常目标温度T1c1作为一级目标温度。

另外，制冷机16也可以是三级的缸体串联连接而成的三级式制冷机或者比三级更多的多级式制冷机。制冷机16也可以是GM制冷机以外的制冷机，即，可以使用脉冲管制冷机或苏尔威制冷机。

在上述说明中例示了卧式低温泵，但本发明也可以适用于立式低温泵等其他低温泵。另外，立式低温泵是指制冷机16沿低温泵10的轴向配设的低温泵。

Claims (7)

1.一种低温泵，其特征在于，具备：

一级低温板；

二级低温板；

一级目标温度选择部，其具备使所述一级低温板的温度及所述二级低温板的温度保持在超低温区域的通常模式用的通常目标温度和使所述一级低温板及所述二级低温板从室温冷却至所述超低温区域的降温模式用的降温目标温度，并且所述降温目标温度低于所述通常目标温度，所述一级目标温度选择部在当前运行模式为所述通常模式时选择所述通常目标温度作为一级目标温度，在当前运行模式为所述降温模式时选择所述降温目标温度并将其至少暂时作为一级目标温度；及

一级温度控制部，其根据所选择的一级目标温度来控制一级低温板温度。

2.根据权利要求1所述的低温泵，其特征在于，

所述通常目标温度为选自80K至130K的范围的规定温度，

所述降温目标温度是选自60K至所述规定温度的范围的温度。

3.根据权利要求1或2所述的低温泵，其特征在于，

所述低温泵还具备阶段确定部，所述阶段确定部根据低温泵的现状确定所述降温模式中的当前阶段，

所述一级目标温度选择部具备第1阶段用的第1目标温度和所述第1阶段之后的第2阶段用的第2目标温度，所述第1目标温度低于所述通常目标温度，所述第2目标温度高于所述第1目标温度且低于所述通常目标温度，所述一级目标温度选择部根据所述当前阶段选择一级目标温度。

4.根据权利要求3所述的低温泵，其特征在于，

所述阶段确定部监控所述降温模式开始后的经过时间，当所述经过时间比阈值时间短时，将所述当前阶段确定为所述第1阶段，当所述经过时间比所述阈值时间长时，将所述当前阶段确定为所述第2阶段。

5.根据权利要求3所述的低温泵，其特征在于，

所述阶段确定部监控二级低温板温度，当所述二级低温板温度高于阈值温度时，将所述当前阶段确定为所述第1阶段，当所述二级低温板温度低于所述阈值温度时，将所述当前阶段确定为所述第2阶段。

6.一种低温泵控制装置，其特征在于，具备：

一级目标温度选择部，其具备使所述一级低温板的温度及所述二级低温板的温度保持在超低温区域的通常模式用的通常目标温度和使所述一级低温板及所述二级低温板从室温冷却至所述超低温区域的降温模式用的降温目标温度，并且所述降温目标温度低于所述通常目标温度，所述一级目标温度选择部在当前运行模式为所述通常模式时选择所述通常目标温度作为一级目标温度，在当前运行模式为所述降温模式时选择所述降温目标温度并将其至少暂时作为一级目标温度；及

一级温度控制部，其根据所选择的一级目标温度来控制一级低温板温度。

7.一种低温泵控制方法，其特征在于，具备如下工序：

根据当前运行模式选择一级目标温度；及

根据所选择的一级目标温度控制一级低温板温度，

使一级低温板及二级低温板从室温冷却至超低温区域的降温模式用的降温目标温度低于使所述一级低温板的温度及所述二级低温板的温度保持在所述超低温区域的通常模式用的通常目标温度，并且，至少暂时在所述当前运行模式为所述降温模式时使用所述降温目标温度。