JP2000249057A - クライオポンプの評価方法および評価装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クライオポンプを迅速、かつ確実に評価でき
る評価方法の提供。 【解決手段】 各ヒータ３７，３８の入力熱負荷に対す
る各冷却部５２，５３の実際の測定温度と、良好な性能
状態（本来の性能を有している状態）にある時の前記入
力熱負荷に対する基準温度とを比較してクライオポンプ
１０を評価する。従って、クライオポンプ１０が設置さ
れる装置等を真空にする必要がなく、評価に要する時間
を格段に短縮できる。また、クライオポンプ１０のみに
係るパラメータで評価できるので、純粋にクライオポン
プ１０を評価でき、よって評価結果の信憑性を向上させ
ることができるうえ、従来のような再評価を不要にでき
る。以上により、クライオポンプ１０を迅速、かつ確実
に評価できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クライオポンプの
評価方法および評価装置に関する。

【０００２】

【背景技術】従来より、Ｇ−Ｍサイクル冷凍機や、スタ
ーリングサイクル冷凍機、変形ソルベイサイクル冷凍
機、およびパルス管式冷凍機等の極低温冷凍機を利用し
たクライオポンプが知られている。このようなクライオ
ポンプとして、特開平１−３０５１７３号公報に記載さ
れたものが知られている。

【０００３】この従来のクライオポンプでは、長期の運
転によって性能が低下することがあるため、１万時間程
度の運転毎に定期メンテナンスを行っている。定期メン
テナンス時には、メンテナンス作業の前あるいは終了後
に、クライオポンプが設置されている例えばスパッタリ
ング装置内を該クライオポンプで真空にし、その真空度
を測定（目標とする真空度が得られるか否かを確認）す
ることでクライオポンプの性能を評価し、この評価結果
に基づいて適切な処置を施したり、あるいはメンテナン
ス作業終了後の性能確認を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、定期メ
ンテナンスにおいては、クライオポンプ自身の他、スパ
ッタリング装置内を実際に真空にする必要があるので、
そのために長時間を要し、クライオポンプの評価、ひい
てはメンテナンスに手間がかかるという問題がある。

【０００５】また、従来の評価方法では、スパッタリン
グ装置内が目標とする真空度に達しない場合、その原因
が本当にクライオポンプ側にあるのか、あるいはスパッ
タリング装置側にあるのかを見極める必要がある。つま
り、スパッタリング装置側にも異常があった時には、ク
ライオポンプを純粋に評価したことにはならないため、
装置側を修繕した後に再評価を行わなければならなず、
この点からも手間がかかるという問題がある。

【０００６】本発明の一つの目的は、クライオポンプを
迅速、かつ確実に評価できる評価方法および評価装置を
提供することにある。

【０００７】ところで、クライオポンプのなかには、そ
の個性の違いから、メーカー側が保証する運転時間（例
えば前述した１万時間）を超えて正常に運転できるもの
がある。従って、このようなクライオポンプについて
も、他のクライオポンプと同じようなサイクルで定期メ
ンテナンスを行ったのでは、過剰メンテナンスになって
しまい、メンテナンス費用がかさむ原因となる。

【０００８】しかし、一方で、そのような長時間運転可
能なクライオポンプにおいて、メンテナンス時期を安易
に延ばしたのでは、突然運転不良になるなどの故障に至
ることがあり、クライオポンプ自身の他、クライアント
側、およびメーカー側にとってもよくない状況に陥ると
いう問題がある。

【０００９】本発明のもう一つの目的は、前述の目的に
加え、メンテナンス時期を的確に予測でき、従来のよう
な定期メンテナンスに依らずにメンテナンスできるクラ
イオポンプの評価方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１段および
第２段のクライオパネル面と、これらの第１段および第
２段のクライオパネル面を冷却する第１段および第２段
の冷却部とを備えるクライオポンプの評価方法であっ
て、前記第１段の冷却部に、第１の加熱装置および第１
の温度センサを設け、前記第２段の冷却部に、第２の加
熱装置および第２の温度センサを設け、前記第１段およ
び第２段の冷却部の前記各加熱装置の入力熱負荷に対す
る温度を前記各温度センサで測定し、その実際の測定温
度と、前記各加熱装置の入力熱負荷に対する前記各冷却
部の既知の基準温度との比較に基づいて前記クライオポ
ンプの性能を評価することを特徴とする。

【００１１】このような本発明によれば、評価対象であ
るクライオポンプについて、各加熱装置の入力熱負荷に
対する各冷却部の測定温度と、良好な性能状態（本来の
性能を有している状態）にある時の前記加熱装置の入力
熱負荷に対する基準温度とを比較するだけでよいから、
クライオポンプが設置される装置を真空にする必要がな
く、評価に要する時間が格段に短縮される。また、クラ
イオポンプのみに係るパラメータで評価されるので、純
粋にクライオポンプが評価されることになり、よって評
価結果の信憑性が向上するうえ、従来のような再評価が
不要になる。以上により、クライオポンプを迅速、かつ
確実に評価でき、前記目的が達成される。

【００１２】この際、前記各加熱装置の入力熱負荷を無
負荷にした状態で、前記測定温度と前記基準温度との比
較を行ってもよい。このような場合には、入力熱負荷を
無負荷にすることで加熱装置の制御が容易になるから、
各冷却部の温度がより安定し、測定温度のばらつきが減
少する。

【００１３】また、これとは逆に、前記各加熱装置の入
力熱負荷を複数段階に設定した状態で、前記測定温度と
前記基準温度との比較を行ってもよい。このような場合
には、測定温度と基準温度とがより幅広い温度範囲にわ
たって比較されるから、実運転に近い用いられ方での評
価が可能である。

【００１４】また、本発明のクライオポンプの他の評価
方法は、第１段および第２段のクライオパネル面と、こ
れらの第１段および第２段のクライオパネル面を冷却す
る第１段および第２段の冷却部とを備えるクライオポン
プの評価方法であって、前記第１段の冷却部に、第１の
加熱装置および第１の温度センサを設け、前記第２段の
冷却部に、第２の加熱装置および第２の温度センサを設
け、前記各温度センサで測定される前記第１段および第
２段の冷却部の温度を一定に制御し、その際の前記各加
熱装置の実際の入力熱負荷と、前記各冷却部を前記一定
温度にするための前記各加熱装置の既知の基準熱負荷と
の比較に基づいて前記クライオポンプの性能を評価する
ことを特徴とするものである。

【００１５】前述までの評価方法に対して本評価方法
は、各冷却部の温度を所定温度に一定に制御し、その際
の各加熱装置の実際の入力熱負荷と、同様な温度条件に
ある良好な性能状態のクライオポンプでの各加熱装置の
基準熱負荷とを比較するものであり、やはり、前述の評
価方法と同じように、クライオポンプが設置される装置
を真空にする必要がなく、評価に要する時間が格段に短
縮される。また、クライオポンプのみに係るパラメータ
で評価されるので、純粋にクライオポンプが評価される
ことになり、よって評価結果の信憑性が向上するうえ、
従来のような再評価が不要になる。

【００１６】以上において、前記クライオポンプの実運
転中を利用して前記測定温度と前記基準温度との比較ま
たは前記入力熱負荷と基準熱負荷との比較を行ってもよ
い。クライオポンプの実運転中には、各加熱装置を無負
荷状態にするときもあれば、前記複数段階に設定した入
力熱負荷と同じ熱負荷を入力することもある。つまり、
実運転中において、それらの入力熱負荷が発生した時を
温度測定の時とすれば、評価のための評価運転をわざわ
ざ行う必要がなく、評価を効率よく行える。また、クラ
イオポンプの実運転中には、各冷却部の温度を一定に制
御することも考えられる。つまり、実運転中において、
温度が一定に制御されている時を加熱装置の入力熱負荷
検出の時とすれば、前記他の評価方法についても、やは
り、特別な評価運転が不要になる。

【００１７】これに対して、前記クライオポンプの評価
運転中に前記測定温度と前記基準温度との比較または前
記入力熱負荷と基準熱負荷との比較を行ってもよい。実
運転と分けて評価運転を行うことは、クライオポンプが
特に製造物の流れ生産ライン中に設置されている場合な
どに有効である。すなわち、温度測定中または入力熱負
荷検出中に生産ラインが不意に停止するなどの心配がな
いため、クライオポンプの評価が生産ラインの稼働状況
に左右されずに確実に行われる。

【００１８】さらに、以上説明した評価方法において
は、前記測定温度と基準温度との比較または前記入力熱
負荷と基準熱負荷との比較を一定周期で行ってその評価
データを蓄積し、この評価データの時間経過に伴う傾向
性から、前記クライオポンプのメンテナンス時期を予測
することが望ましい。すなわち、蓄積される評価データ
の時間経過に伴う傾向性を見ることにより、クライオポ
ンプの性能がいずれの時期に実運転に支障を来すに至る
かを把握でき、メンテナンスの時期を的確に予測可能で
ある。このことにより、前記もう一つの目的が達成され
る。

【００１９】また、本発明の評価方法では、前記測定温
度と基準温度との比較または前入力熱負荷と基準熱負荷
との比較を一定周期で行ってその評価データを蓄積し、
前記比較の結果、前記クライオポンプが異常状態にある
と判断された場合には、判断された時点までの前記評価
データの履歴に基づき前記異常状態が突発的なものか、
あるいはメンテナンスの必要性を意味するものかを予測
することが望ましい。このような場合には、クライオポ
ンプの異常状態が如何なる理由に起因するものかが確実
に予測されるので、異常状態を解除するための手だてを
早急かつ的確に講じることができる。

【００２０】そして、本発明の評価方法では、前記クラ
イオポンプを複数台設置するとともに、各クライオポン
プの前記評価データを集中管理し、通信手段により当該
集中管理元と前記各クライオポンプの設置先との間で評
価データをやり取りすることが望ましい。このような場
合には、評価データの集中管理により、例えば部署内、
工場内、あるいは会社内に設置されたクライオポンプが
全て効率よく管理されるうえ、さらには、ディーラー
（メーカー）とクライアントとの間をオンライン等で結
び、評価データを双方で共有することにより、異常時の
迅速な対応を実現できる。

【００２１】一方、本発明のクライオポンプの評価装置
は、以上説明した評価方法を実施するための装置であっ
て、具体的には、第１段および第２段のクライオパネル
面と、これらの第１段および第２段のクライオパネル面
を冷却する第１段および第２段の冷却部とを備えるクラ
イオポンプの評価装置であって、前記第１段および第２
段の冷却部にそれぞれ設けられた第１および第２の加熱
装置と、前記第１段および第２段の冷却部にそれぞれ設
けられた第１および第２の温度センサと、前記第１段お
よび第２段の冷却部の前記各加熱装置の入力熱負荷に対
する温度を前記各温度センサで測定し、その実際の測定
温度と、前記各加熱装置の入力熱負荷に対する前記各冷
却部の既知の基準温度との比較に基づいて前記クライオ
ポンプの性能を評価する評価手段とを備えることを特徴
とするものである。このようなクライオポンプの評価装
置により、前記評価方法の特に測定温度と基準温度との
比較に基づく評価方法を実現でき、前述した本発明の目
的を達成できる。

【００２２】また、本発明の別の評価装置は、第１段お
よび第２段のクライオパネル面と、これらの第１段およ
び第２段のクライオパネル面を冷却する第１段および第
２段の冷却部とを備えるクライオポンプの評価装置であ
って、前記第１段および第２段の冷却部にそれぞれ設け
られた第１および第２の加熱装置と、前記第１段および
第２段の冷却部にそれぞれ設けられた第１および第２の
温度センサと、前記各温度センサで測定される前記第１
段および第２段の冷却部の温度を一定に制御し、その際
の前記各加熱装置の実際の入力熱負荷と、前記各冷却部
を前記一定温度にするための前記各加熱装置の既知の基
準熱負荷との比較に基づいて前記クライオポンプの性能
を評価する評価手段とを備えることを特徴とするもので
ある。このようなクライオポンプの評価装置により、前
記評価方法の特に入力熱負荷と基準熱負荷との比較に基
づく評価方法を実現でき、前述した本発明の目的を達成
できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施の形態を図
面に基づいて説明する。 〔第１実施形態〕図１は、第１実施形態に係る評価方法
の対象となるクライオポンプ１０の運転制御装置３０の
概略構成図が示されている。運転制御装置３０は、クラ
イオポンプ１０およびコンプレッサ２０の運転を制御す
るものであり、そのまま本発明の評価装置を兼ねてい
る。本実施形態では、６台のクライオポンプ１０と、２
台のコンプレッサ（ガス供給装置）２０とが設けられて
おり、１台のコンプレッサ２０に対して３台のクライオ
ポンプ１０が接続されている。

【００２４】運転制御装置３０は、制御部として、各ク
ライオポンプ１０に対応してそれぞれ設けられた計６台
のコントロールボックス３１と、これらのコントロール
ボックス３１に接続された１台のクライオポンプコント
ローラ３２とを備えて構成されている。そして、このク
ライオポンプコントローラ３２が、後述するように、本
発明に係る評価手段としても用いられる。

【００２５】クライオポンプ１０は、図２および図３に
も示すようにＧ−Ｍ（Gifford−McMahon）サイクル冷凍
機からなる冷凍ユニット５１を備えている。そして、こ
の各冷凍ユニット５１に対してコンプレッサ２０から作
動ガス（冷媒ガス）であるヘリウムガスを供給し、また
コンプレッサ２０に戻すための配管２１，２２が設けら
れている。

【００２６】また、クライオポンプ１０には、図２にも
示すように、パージガスの供給用および排気用の配管１
１，１２が接続されるとともに、粗引き排気用の配管１
３が接続されている。これらの各配管１１〜１３は、各
クライオポンプ１０に対して分岐して設けられており、
各分岐配管部分には、流路を開閉するバルブ１４〜１６
が各クライオポンプ１０に対応して設けられている。

【００２７】具体的には、各配管１１，１２には、コン
トロールボックス３１で制御される電磁弁１４，１５が
設けられ、配管１３には、駆動用圧縮ガスで作動される
空気式弁１６が設けられている。この際、駆動用圧縮ガ
スは、コントロールボックス３１で制御される電磁弁１
７によって供給される。また、配管１３には空気式弁１
６を挟んで第１および第２の圧力計１８，１９が設けら
れ、この圧力計１８，１９からの信号はコントロールボ
ックス３１を介してクライオポンプコントローラ３２に
伝達されている。

【００２８】また、各コンプレッサ２０も、コントロー
ルボックス３１を介してクライオポンプコントローラ３
２で制御されている。

【００２９】各クライオポンプ１０に設けられた冷凍ユ
ニット５１は、図３，４に示すように、第１段冷却部
（ファーストヒートステーション）５２と、この第１段
冷却部５２の上部に設けられ、かつ第１段冷却部５２よ
りも低温となる第２段冷却部（セカンドヒートステーシ
ョン）５３とを備えている。

【００３０】第１段冷却部５２の上端外周部には、ニッ
ケルメッキで表面処理された放熱遮蔽部材である有底筒
状のラジエーションシールド６０が取り付けられてお
り、このラジエーションシールド６０の上方の開口部に
は、７０〜１００Ｋ程度に冷却される第１クライオパネ
ル面を形成するためのバッフル６１が取り付けられ、こ
のラジエーションシールド６０で第２段冷却部５３が囲
まれている。

【００３１】一方、第２段冷却部５３には、１０〜２０
Ｋ程度に冷却される第２クライオパネル面を形成するた
めのコールドパネル６２が取り付けられ、コールドパネ
ル６２には、１０〜２０Ｋ程度では十分に凝結されない
気体を吸収排気するための粒状のチャコール６３が貼設
されている。そして、各冷却部（ヒートステーション）
５２，５３、およびラジエーションシールド６０等の各
部材全体は、ステンレス製の真空チャンバ６４内に納め
られている。

【００３２】第１段冷却部５２および第２段冷却部５３
には、図４に示すように、それぞれ第１および第２の温
度センサ３５，３６と、第１および第２の加熱装置であ
るヒータ３７，３８とが取り付けられている。温度セン
サ３５，３６としては、例えば熱電対やシリコンダイオ
ードセンサなどからなる極低温用温度センサが用いら
れ、その測定データは、各コントロールボックス３１を
介してクライオポンプコントローラ３２に伝達されてい
る。

【００３３】また、ヒータ３７，３８は、パイプ等で被
覆された電線などからなるシース型ヒータなどが用いら
れ、前記各コントロールボックス３１を介してクライオ
ポンプコントローラ３２で制御されている。これらのヒ
ータ３７，３８のうち、第１段冷却部５２側のヒータ３
７には、クライオポンプ１０の実運転中に、０（無負
荷）〜１５Ｗ程度の熱負荷（消費電力に同じ）が一定周
期で繰り返し入力され、第２冷却部５３側のヒータ３８
には、クライオポンプ１０の実運転中に、０（無負荷）
〜６Ｗ程度の熱負荷が一定周期で繰り返し入力され、こ
れによって各冷却部５２，５３の冷却温度を調整した
り、あるいは、クライオポンプ１０が設置される例えば
スパッタリング装置（図示せず）内の真空度の調整、お
よびスパッタリング装置の動作サイクルに合わせて再生
を行っている。

【００３４】なお、前記クライオポンプ１０および各配
管１１〜１３のバルブ１４〜１７等でクライオポンプユ
ニット１が構成されている。また、図示を省略するが、
通常クライオポンプ１０とスパッタリング装置との間に
も仕切弁が設けられており、クライオポンプ１０のみを
真空にすることが可能である。

【００３５】クライオポンプコントローラ３２は、電話
回線などの適宜な通信回線およびモデム等からなる通信
手段を利用してホストコンピュータ３３にオンラインで
接続されていている。このホストコンピュータ３３は、
例えば、工場の生産ライン等において、クライオポンプ
コントローラ３２で制御される１セット（６台のクライ
オポンプ１０）を、複数セット配置している場合、つま
り複数のクライオポンプコントローラ３２が設けられて
いる場合に、これらの各セットをそれぞれ統括して制御
したり、全国の各地に配置されている各セットを統括し
て制御したり、さらには、クライオポンプメーカーに置
かれることで、クライアント先の各クライオポンプ１０
を集中管理している。

【００３６】このような本実施形態においては、ホスト
コンピュータ３３あるいはクライオポンプコントローラ
３２を作動させ、各コントロールボックス３１を介して
各コンプレッサ２０およびクライオポンプユニット１を
実運転状態に駆動させる。そして、この実運転中にクラ
イオポンプ１０の性能評価を行う。

【００３７】以下には、クライオポンプ１０の評価方法
について説明する。クライオポンプコントローラ３２
は、各コントロールボックス３１を介し、それぞれのク
ライオポンプ１０の実運転中における各冷却部５２，５
３の温度を各温度センサ３５，３６によって測定する。
具体的には、各ヒータ３７，３８へ入力される熱負荷は
実運転中に前述のように変化するが、クライオポンプコ
ントローラ３２は、各ヒータ３７，３８への熱負荷が無
負荷の時、すなわち第１のヒータ３７への入力熱負荷Ｗ
１＝０Ｗ、第２のヒータ３８への入力熱負荷Ｗ２＝０Ｗ
の時を検出し、この時毎に各冷却部５２，５３の温度を
測定温度Ｋ１，Ｋ２として測定する。そして、この測定
温度Ｋ１，Ｋ２は、クライオポンプコントローラ３２内
に設けられたＲＡＭ等の記憶手段に記憶される。

【００３８】一方、前記記憶手段には、図５に示す温度
・熱負荷曲線および図６に示す第２冷却部熱負荷特性に
基づく数値データ、すなわち各冷却部５２，５３の基準
温度ｋ１，ｋ２とこれに対応した各ヒータ３７，３８の
基準熱負荷ｗ１，ｗ２の数値データが記憶されている。
これらの数値データは、クライオポンプ１０が良好な性
能状態の場合に得られるデータであり、従って、各図の
グラフは、クライオポンプ１０が本来有する性能曲線と
いってよい。また、特に図６は、第２のヒータの入力熱
負荷ｗ２に対する第２冷却部５３の基準温度ｋ２の特性
であり、図５のグラフの左端部分に相当する。

【００３９】そこで、クライオポンプコントローラ３２
は、各ヒータ３７，３８の入力熱負荷Ｗ１＝Ｗ２＝０Ｗ
を図５、図６の基準熱負荷ｗ１，ｗ２に置き換え（Ｗ１
＝ｗ１＝０Ｗ、Ｗ２＝ｗ２＝０Ｗ）、この時の数値デー
タである基準温度ｋ１，ｋ２と、実際の前記測定温度Ｋ
１，Ｋ２とを比較する。つまり本実施形態では、図５
（一点鎖線参照）、図６に示すように、第１冷却部５２
の基準温度ｋ１≒５０Ｋと、実際の測定温度Ｋ１とを比
較することになり、第２冷却部５３の基準温度ｋ２≒１
０Ｋと、実際の測定温度Ｋ２とを比較することになる。

【００４０】比較の結果、測定温度Ｋ１と基準温度ｋ１
との差分および測定温度Ｋ２と基準温度ｋ２との差分の
うち、両方の差分が予め設定された管理限界内であれ
ば、クライオポンプ１０の性能は良好と評価され、その
旨クライオポンプコントローラ３２に表示される。反対
に、少なくともいずれか一方の差分が管理限界を越えて
いる場合には、クライオポンプ１０の性能に異常がある
か、あるいは近い将来に異常を起こすおそれがあると評
価され、その越えた度合いに応じた警告をクライオポン
プコントローラ３２に表示したり、あるいはコントロー
ラ３２が警報等を発する。

【００４１】なお、以上の一連の評価は、クライオポン
プコントローラ３２内のＲＯＭ等に記憶された評価プロ
グラムによって実行される。そして、この評価プログラ
ムにより、特定のクライオポンプ１０を選択的に評価し
たり、全てのクライオポンプ１０を並行して評価するこ
とも可能である。また、前記管理限界は、クライオポン
プ１０の性能のばらつきや、各温度センサ３５，３６で
の測定誤差等を考慮して決められるが、それらの誤差分
は温度にして、第１冷却部５２では±５Ｋ以下、第２冷
却部５３では±３Ｋ以下である。

【００４２】ところで、各測定温度Ｋ１，Ｋ２、比較結
果（差分の具体的な数値）、および評価結果などは、ク
ライオポンプ１０を評価する度に評価データとして記憶
蓄積され、この蓄積は、例えば少なくとも、クライオポ
ンプ１０の性能が異常と評価されるまで行われる。そし
て、このような評価データは、クライオポンプコントロ
ーラ３２やこれに接続されたホストコンピュータ３３か
ら出力可能であり、この評価データの時間経過に伴う傾
向性を見ることで、クライオポンプ１０のメンテナンス
時期を予測している。また、評価データは、ホストコン
ピュータ３３で集中管理され、ホストコンピュータ３３
を介して各工場（サイト）間やクライオポンプメーカー
およびクライアント間で共有され、互いにやり取りされ
る。

【００４３】さらに、クライオポンプ１０が異常と評価
された時、異常に至るまでの評価データの履歴から、発
生した異常が突発的なものか、あるいはメンテナンスを
必要とするものかを予測している。例えば測定温度Ｋ
１，Ｋ２と基準温度ｋ１，ｋ２との差分が時間経過に伴
って上限の管理限界側に近づく傾向にあった場合、その
延長のように上限の管理限界を超えて生じた異常は、メ
ンテナンスを必要とするものと判断され、逆に、そのよ
うな傾向があったにもかかわらず、下限の管理限界を著
しく超えて生じた異常は、突発的なものと判断される。

【００４４】このような本実施形態によれば以下のよう
な効果がある。 １）クライオポンプ１０を評価するにあたっては、各ヒ
ータ３７，３８の入力熱負荷Ｗ１，Ｗ２に対する各冷却
部５２，５３の実際の測定温度Ｋ１，Ｋ２と、良好な性
能状態（本来の性能を有している状態）にある時の前記
入力熱負荷Ｗ１，Ｗ２に対する基準温度ｋ１，ｋ２とを
比較するだけでよいから、クライオポンプ１０が設置さ
れるスパッタリング装置等を真空にする必要がなく、評
価に要する時間を格段に短縮できる。また、クライオポ
ンプ１０のみに係るパラメータで評価できるので、純粋
にクライオポンプ１０を評価でき、よって評価結果の信
憑性を向上させることができるうえ、従来のような再評
価を不要にできる。以上により、クライオポンプ１０を
迅速、かつ確実に評価できる。

【００４５】２）クライオポンプ１０の評価は、各ヒー
タ３７，３８の入力熱負荷Ｗ１，Ｗ２が無負荷の時の測
定温度Ｋ１，Ｋ２に基づいて行われるから、評価中のヒ
ータ３７，３８を容易に制御でき、各冷却部５２，５３
の温度をより安定させて測定温度Ｋ１，Ｋ２のばらつき
を減少させることができる。

【００４６】３）クライオポンプ１０の評価は、クライ
オポンプ１０の実運転中を利用して行われるので、評価
のための評価運転をわざわざ行う必要がなく、生産ライ
ンを止めずに効率よく評価できる。

【００４７】４）また、クライオポンプ１０の評価デー
タを蓄積し、この評価データの時間経過に伴う傾向性か
ら、クライオポンプ１０のメンテナンス時期を予測する
ため、クライオポンプ１０の性能がいずれの時期に実運
転に支障を来すに至るかを把握でき、メンテナンスの時
期を的確に予測できる。

【００４８】５）さらに、測定温度Ｋ１，Ｋ２と基準温
度ｋ１，ｋ２との比較の結果、クライオポンプ１０が異
常状態にあると評価された場合には、評価された時点ま
での評価データの履歴に基づき、異常状態が突発的なも
のか、あるいはメンテナンスの必要性を意味するものか
を予測するので、クライオポンプ１０の異常状態が如何
なる理由に起因するものかを確実に予測でき、異常状態
を解除するための手だてを早急かつ的確に講じることが
できる。

【００４９】６）クライオポンプ１０は複数台設置され
ているとともに、各クライオポンプ１０の評価データを
ホストコンピュータ３３で集中管理したり、オンライン
で当該集中管理元と各クライオポンプ１０の設置先との
間で評価データをやり取りするため、工場内、あるいは
会社内に設置されたクライオポンプ１０を全て効率よく
管理でき、さらには、ディーラー（メーカー）とクライ
アントとの間で評価データを双方で共有でき、異常時に
迅速に対応できる。

【００５０】〔第２実施形態〕次に、本発明の第２実施
形態に係るクライオポンプ１０の評価方法を説明する。
前記第１実施形態での評価方法は、測定温度Ｋ１，Ｋ２
と基準温度ｋ１，ｋ２との比較によるものであったが、
本実施形態の評価方法は、各冷却部５２，５３の温度を
一定に制御した場合の実際の入力熱負荷Ｗ１′，Ｗ２′
と、その温度を同様に一定に制御するための本来の基準
熱負荷ｗ１，ｗ２との比較に基づくものである。また、
前記第１実施形態では、クライオポンプ１０の評価が実
運転中に行われたが、本実施形態では、実運転とは別に
設定された評価運転中に行われる。なお、このような評
価運転は、生産ラインの停止日等にクライオポンプコン
トローラ３２内の評価プログラムを実行して定期的に行
われる。

【００５１】具体的には、クライオポンプコントローラ
３２は、各コントロールボックス３１を介し、各冷却部
５２，５３の温度を任意な一定温度Ｋ１′，Ｋ２′に制
御し、その際の各ヒータ３７，３８へ入力される実際の
入力熱負荷Ｗ１′，Ｗ２′を検出する。そして、この検
出した入力熱負荷Ｗ１′，Ｗ２′は、クライオポンプコ
ントローラ３２内の記憶手段に記憶される。

【００５２】一方、この記憶手段には、図５に示すクラ
イオポンプの温度・熱負荷曲線に基づく基準温度ｋ１，
ｋ２、基準熱負荷ｗ１，ｗ２の数値データが記憶されて
いる。

【００５３】そこで、クライオポンプコントローラ３２
は、一定温度Ｋ１′、Ｋ２′を図５の基準温度ｋ１，ｋ
２に置き換え、この時の数値データである基準熱負荷ｗ
１，ｗ２と、実際の入力熱負荷Ｗ１′，Ｗ２′とを比較
する。つまり例えば、第１冷却部５２を６４Ｋ、第２冷
却部５３を１７Ｋに一定に制御する場合でいえば、一定
温度Ｋ１′＝６４Ｋ＝ｋ１、Ｋ２′＝１７Ｋ＝ｋ２とな
るから、その時の基準熱負荷は、図５（二点鎖線参照）
に示すように、第１のヒータ３７の基準熱負荷ｗ１≒４
Ｗ、第２のヒータ３８の基準熱負荷ｗ２≒５Ｗとなり、
これらの基準熱負荷ｗ１，ｗ２と実際に検出された入力
熱負荷Ｗ１′、Ｗ２′とを比較することになる。

【００５４】比較の結果、入力熱負荷Ｗ１′と基準熱負
荷ｗ１との差分および入力熱負荷Ｗ２′と基準熱負荷ｗ
２との差分のうち、両方の差分が予め設定された管理限
界内であれば、クライオポンプ１０の性能は良好と評価
され、その旨クライオポンプコントローラ３２に表示さ
れる。反対に、少なくともいずれか一方の差分が管理限
界を越えている場合には、クライオポンプ１０の性能に
異常があるか、あるいは近い将来に異常を起こすおそれ
があると評価され、その越えた度合いに応じた警告をク
ライオポンプコントローラ３２に表示したり、あるいは
コントローラ３２が警報等を発する。

【００５５】また、各入力熱負荷Ｗ１′，Ｗ２′、比較
結果（差分の具体的な数値）、および評価結果などは、
クライオポンプ１０を評価する度に評価データとして記
憶蓄積され、このような評価データは、ホストコンピュ
ータ３３等を用いて前期第１実施形態と同様に扱われ
る。

【００５６】このような本実施形態によれば、以下の効
果がある。 ７）各冷却部５２，５３の温度を所定温度（例えば前記
Ｋ１′，Ｋ２′）に一定に制御し、その際の各ヒータ３
７，３８の実際の入力熱負荷Ｗ１′，Ｗ２′と、同様な
温度条件にある各ヒータ３７，３８の本来の基準熱負荷
ｗ１，ｗ２とを比較するので、やはり、第１実施形態と
同じように、クライオポンプ１０が設置される装置を真
空にする必要がなく、評価に要する時間を格段に短縮で
きる。また、クライオポンプ１０のみに係るパラメータ
で評価されるので、純粋にクライオポンプ１０を評価で
き、よって評価結果の信憑性を向上させることができる
うえ、従来のような再評価を不要にできる。

【００５７】８）また、本実施形態では、クライオポン
プ１０の評価を実運転と分けて行うため、入力熱負荷Ｗ
１′、Ｗ２′の検出中に生産ラインが不意に停止するな
どの心配がなく、クライオポンプ１０の評価を生産ライ
ンの稼働状況に左右されずに確実に行える。

【００５８】その他、第１実施形態と同じ様に評価デー
タを蓄積したり、あるいはオンライン接続されたホスト
コンピュータ３３を用いることで、前述した４）〜６）
の効果を同様に得ることができる。

【００５９】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等
を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記第１実施形態では、各ヒータ３７，３８の
入力熱負荷Ｗ１，Ｗ２が無負荷（図５において、Ｗ１＝
ｗ１＝０Ｗ、Ｗ２＝ｗ２＝０Ｗ）の時の測定温度Ｋ１，
Ｋ２に基づいて評価していたが、これに限らず、各ヒー
タ３７，３８の入力熱負荷Ｗ１，Ｗ２を複数段階（例え
ば、図５において、Ｗ１＝ｗ１＝０Ｗ，５Ｗ，１０Ｗ，
１５Ｗ、Ｗ２＝ｗ２＝０Ｗ，２Ｗ，４Ｗ，６Ｗ）に設定
した状態で、これらに対応した測定温度Ｋ１，Ｋ２と基
準温度ｋ１，ｋ２とを比較して評価してもよい。このよ
うな場合には、測定温度Ｋ１，Ｋ２と基準温度ｋ１，ｋ
２とをより幅広い温度範囲にわたって比較でき、実運転
に近い用いられ方での評価を行える。

【００６０】一方、前記第２実施形態では、実運転とは
別に設定された評価運転を行って評価していたが、例え
ば実運転中に各冷却部５３，５３を一定に制御する時期
があれば、そのタイミングに合わせて入力熱意負荷Ｗ
１′，Ｗ２′と基準熱負荷ｗ１，ｗ２との比較に基づく
評価を行ってもよい。反対に、第１実施形態のような測
定温度Ｋ１，Ｋ２と基準温度ｋ１，ｋ２との比較に基づ
く評価を評価運手中に行っても勿論よい。

【００６１】また、前記各実施形態では、クライオポン
プコントローラ３２が本発明に係る評価手段であった
が、この評価手段の機能を各コントロールボックス３１
やホストコンピュータ３３に持たせてもよい。

【００６２】さらに、前記実施形態では、１台のコンプ
レッサ２０に対して３台のクライオポンプ１０を接続し
ていたが、１台のコンプレッサ２０に対して１台あるい
は２台、さらには４台以上のクライオポンプ１０を接続
してもよく、これらはコンプレッサ２０の能力などを考
慮して適宜設定すればよい。

【００６３】また、コントロールボックス３１を設けず
に、各クライオポンプ１０に直接クライオポンプコント
ローラ３２を接続して制御してもよい。さらに、１台の
クライオポンプコントローラ３２が制御するクライオポ
ンプ１０の数も、前記実施形態の６台に限らず、１〜５
台あるいは７台以上でもよい。この制御対象台数は、ク
ライオポンプコントローラ３２の能力やクライオポンプ
１０の配置状態等に応じて適宜設定すればよい。

【００６４】さらに、前記実施形態では、冷凍ユニット
５１がＧ−Ｍサイクル冷凍機であったが、本発明は、ス
ターリングサイクル冷凍機や変形ソルベイサイクル冷凍
機、およびパルス管式冷凍機を採用したクライオポンプ
にも適用できる。

【００６５】

【発明の効果】このような本発明のクライオポンプの評
価方法および評価装置によれば、一定の入力熱負荷に対
する実際の測定温度と既知の基準温度とを比較したり、
または、一定の温度に制御した場合における実際の入力
熱負荷と既知の基準熱負荷とを比較するだけでよいか
ら、クライオポンプが設置される装置を真空にする必要
がなく、評価に要する時間を格段に短縮できる。また、
クライオポンプのみに係るパラメータで評価されるの
で、純粋にクライオポンプを評価でき、よって評価結果
の信憑性を向上させることができるうえ、従来のような
再評価を不要にできるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るクライオポンプの
評価装置を示す概略構成図である。

【図２】前記実施形態のクライオポンプの評価装置の詳
細を示す図である。

【図３】前記実施形態のクライオポンプを示す一部破断
の全体斜視図である。

【図４】前記実施形態のクライオポンプの要部を示す断
面図である。

【図５】クライオポンプの温度と熱負荷との関係を示す
図である。

【図６】クライオポンプの熱負荷特性を示す図である。

【符号の説明】 １ クライオポンプユニット １０ クライオポンプ １１〜１３ 配管 １４〜１７ バルブ １８，１９ 圧力計 ２０ コンプレッサ ２１，２２ 配管 ３０ 評価装置である運転制御装置 ３１ コントロールボックス ３２ クライオポンプコントローラ ３３ ホストコンピュータ ３５ 第１の温度センサ ３６ 第２の温度センサ ３７ 第１の加熱装置であるヒータ ３８ 第２の加熱装置であるヒータ ５１ 冷凍ユニット ５２ 第１段冷却部 ５３ 第２段冷却部 ６０ ラジエーションシールド ６１ バッフル ６２ コールドパネル ６４ 真空チャンバ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１段および第２段のクライオパネル面
   と、これらの第１段および第２段のクライオパネル面を
   冷却する第１段および第２段の冷却部とを備えるクライ
   オポンプの評価方法であって、 前記第１段の冷却部に、第１の加熱装置および第１の温
   度センサを設け、 前記第２段の冷却部に、第２の加熱装置および第２の温
   度センサを設け、 前記第１段および第２段の冷却部の前記各加熱装置の入
   力熱負荷に対する温度を前記各温度センサで測定し、そ
   の実際の測定温度と、前記各加熱装置の入力熱負荷に対
   する前記各冷却部の既知の基準温度との比較に基づいて
   前記クライオポンプの性能を評価することを特徴とする
   クライオポンプの評価方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のクライオポンプの評価
   方法において、前記各加熱装置の入力熱負荷を無負荷に
   設定した状態での前記測定温度と前記基準温度との比較
   を行うことを特徴とするクライオポンプの評価方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のクライオポンプの評価
   方法において、前記各加熱装置の入力熱負荷を複数段階
   に設定した状態での前記測定温度と前記基準温度との比
   較を行うことを特徴とするクライオポンプの評価方法。
4. 【請求項４】 第１段および第２段のクライオパネル面
   と、これらの第１段および第２段のクライオパネル面を
   冷却する第１段および第２段の冷却部とを備えるクライ
   オポンプの評価方法であって、 前記第１段の冷却部に、第１の加熱装置および第１の温
   度センサを設け、 前記第２段の冷却部に、第２の加熱装置および第２の温
   度センサを設け、 前記各温度センサで測定される前記第１段および第２段
   の冷却部の温度を一定に制御し、その際の前記各加熱装
   置の実際の入力熱負荷と、前記各冷却部を前記一定温度
   にするための前記各加熱装置の既知の基準熱負荷との比
   較に基づいて前記クライオポンプの性能を評価すること
   を特徴とするクライオポンプの評価方法。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載のクライ
   オポンプの評価方法において、前記クライオポンプの実
   運転中を利用して前記測定温度と前記基準温度との比較
   または前記入力熱負荷と基準熱負荷との比較を行うこと
   を特徴とするクライオポンプの評価方法。
6. 【請求項６】 請求項１〜４のいずれかに記載のクライ
   オポンプの評価方法において、前記クライオポンプの評
   価運転中に前記測定温度と前記基準温度との比較または
   前記入力熱負荷と基準熱負荷との比較を行うことを特徴
   とするクライオポンプの評価方法。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載のクライ
   オポンプの評価方法において、前記測定温度と基準温度
   との比較または前記入力熱負荷と基準熱負荷との比較を
   一定周期で行ってその評価データを蓄積し、この評価デ
   ータの時間経過に伴う傾向性から、前記クライオポンプ
   のメンテナンス時期を予測することを特徴とするクライ
   オポンプの評価方法。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれかに記載のクライ
   オポンプの評価方法において、前記測定温度と基準温度
   との比較または前記入力熱負荷と基準熱負荷との比較を
   一定周期で行ってその評価データを蓄積し、前記比較の
   結果、前記クライオポンプが異常状態にあると判断され
   た場合には、判断された時点までの前記評価データの履
   歴に基づき前記異常状態が突発的なものか、あるいはメ
   ンテナンスの必要性を意味するものかを予測することを
   特徴とするクライオポンプの評価方法。
9. 【請求項９】 請求項１〜８のいずれかに記載のクライ
   オポンプの評価方法において、前記クライオポンプを複
   数台設置するとともに、各クライオポンプの前記評価デ
   ータを集中管理し、通信手段により当該集中管理元と前
   記各クライオポンプの設置先との間で前記評価データを
   やり取りすることを特徴とするクライオポンプの評価方
   法。
10. 【請求項１０】 第１段および第２段のクライオパネル
    面と、これらの第１段および第２段のクライオパネル面
    を冷却する第１段および第２段の冷却部とを備えるクラ
    イオポンプの評価装置であって、 前記第１段および第２段の冷却部にそれぞれ設けられた
    第１および第２の加熱装置と、 前記第１段および第２段の冷却部にそれぞれ設けられた
    第１および第２の温度センサと、 前記第１段および第２段の冷却部の前記各加熱装置の入
    力熱負荷に対する温度を前記各温度センサで測定し、そ
    の実際の測定温度と、前記各加熱装置の入力熱負荷に対
    する前記各冷却部の既知の基準温度との比較に基づいて
    前記クライオポンプの性能を評価する評価手段と、 を備えることを特徴とするクライオポンプの評価装置。
11. 【請求項１１】 第１段および第２段のクライオパネル
    面と、これらの第１段および第２段のクライオパネル面
    を冷却する第１段および第２段の冷却部とを備えるクラ
    イオポンプの評価装置であって、 前記第１段および第２段の冷却部にそれぞれ設けられた
    第１および第２の加熱装置と、 前記第１段および第２段の冷却部にそれぞれ設けられた
    第１および第２の温度センサと、 前記各温度センサで測定される前記第１段および第２段
    の冷却部の温度を一定に制御し、その際の前記各加熱装
    置の実際の入力熱負荷と、前記各冷却部を前記一定温度
    にするための前記各加熱装置の既知の基準熱負荷との比
    較に基づいて前記クライオポンプの性能を評価する評価
    手段と、 を備えることを特徴とするクライオポンプの評価装置。