JP2002070737A

JP2002070737A - クライオポンプの再生方法

Info

Publication number: JP2002070737A
Application number: JP2000262749A
Authority: JP
Inventors: Shinji Furuya; 新治降矢; Hiroyuki Kajiwara; 裕之梶原; Toshihiro Takeda; 敏博武田
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2000-08-31
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2002-03-08

Abstract

(57)【要約】【課題】クライオポンプを簡単且つ迅速に再生する方法
を提供する。【解決手段】クライオポンプ１の２段式の機械式冷凍機
３にシールド６とクライオパネル７とを取付け、該クラ
イオパネルに活性炭の層９を設け、冷却された該層に吸
着したＨ₂その他のガス分子を再蒸発させてこれを粗引
きポンプ２７により該クライオポンプ外へ排除するクラ
イオポンプの排気能力の再生方法に於いて、該シールド
とクライオパネルを夫々個別に加熱するヒーター２４、
２５を設け、該シールドおよびクライオパネルの温度が
ほぼ同温度になるように各ヒーターへの通電を制御しな
がら該粗引きポンプで再蒸発ガス分子を排除する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高真空ないし超高
真空を生成するために使用されるクライオポンプの再生
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、高真空或いは超高真空に排気する
ポンプとして、図１に示したように、筒型のポンプケー
スａの内部に、機械式冷凍機ｂを構成するコールドヘッ
ド１段ｃとコールドヘッド２段ｄを設け、該コールドヘ
ッド１段ｃに該ポンプケースａの内側に沿った筒型のシ
ールドｅを取り付けると共に該コールドヘッド２段ｄに
クライオパネルｆを取り付けた構成を有するクライオポ
ンプが知られている。該機械式冷凍機ｂはヘリウム出入
口ｇ、ｈを備えており、その一方にヘリウム圧縮機ｉか
ら圧縮されたヘリウムガスが供給され、他方から機械式
冷凍機ｂの各コールドヘッドｃ、ｄで仕事を終えて膨張
したヘリウムガスが圧縮機ｉへと戻り、例えば該コール
ドヘッド１段ｃは８０Ｋ程度の低温に冷却され、コール
ドヘッド２段ｄは１２Ｋ程度の超低温に冷却される。該
シールドｅにはポンプケースａの開口部と同方向を向い
た開口部を有し、その開口部にバッフルｊを設けてこれ
を該シールドｅと同温度に冷却し、これに比較的凝縮温
度が高いＨ₂Ｏなどの気体分子が凝縮されて排気され
る。また、コールドヘッド２段ｄに設けたクライオパネ
ルｆには凝縮温度の低いＡｒ、Ｎ₂、Ｈ₂などが凝縮又は
吸着されて排気され、特にＨ₂などの凝縮温度の低い気
体分子を吸着して排気するために活性炭の層ｍが該クラ
イオパネルｆの内面に設けられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】クライオポンプは、水
に対する排気速度が大きいので成膜装置に好都合に使用
されているが、その内部に凝縮されたガス量が増えると
排気能力が低下するため、適当な運転時間の経過後に、
その運転を停止して凝縮或いは吸着したガスを排除する
再生処理を行なう必要がある。この再生処理は常温下に
ポンプを放置しておくことでも行えるが、これには長時
間を要して運転効率が低下するので、従来より、該ポン
プケースａから液体として水を排出する方法も考えられ
実施されている例もある。この方法では、ポンプの機種
によっても異なるが、５０ｃｃ〜１００ｃｃの水がシー
ルドｅの下面に表面張力で付着したり、活性炭の層ｍに
吸着されて残存するので、これを粗引きポンプの真空排
気により排出しなければならない。しかし、この真空排
気に伴い蒸発潜熱でシールドｅの温度が降下し、活性炭
の層ｍはこれから脱離する水やガスの脱離吸熱作用で温
度が低下するため、蒸発量、脱離量が益々少なくなり、
粗引き時間が長引いてしまう。ポンプケースａの開口部
は、再生の際、バルブｎで閉じられ、ポンプケース内部
は粗引きポンプｏにより粗引きされる。ｌは温度計であ
る。

【０００４】この粗引きポンプによる真空排気中に、ポ
ンプケース内に加熱されたＮ₂ガスを導入したり、図１
のようにポンプケースの外周にバンド状の再生用ヒータ
ーｐを巻き付けて該ケースの内部を間接的に加熱するこ
とで、蒸発潜熱などによる温度降下を抑制し、多少とも
蒸発量が得られる状態としている。こうした再生用ヒー
ターｐなどによる加熱方法は、間接的なので粗引き時の
蒸発潜熱等による温度降下を十分に防止できないため粗
引き時間にまだ長い時間を要してしまう。

【０００５】本発明は、クライオポンプを簡単且つ迅速
に再生する方法を提供することを目的とするものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記の目的
を達成すべく、クライオポンプの２段式の機械式冷凍機
にシールドとクライオパネルとを取付け、該クライオパ
ネルに活性炭の層を設け、冷却された該層に吸着したＨ
₂その他のガス分子を再蒸発させてこれを粗引きポンプ
により該クライオポンプ外へ排除するクライオポンプの
再生方法に於いて、該シールドとクライオパネルを夫々
個別に加熱するヒーターを設け、該シールドおよびクラ
イオパネルの温度がほぼ同温度になるように各ヒーター
への通電を制御しながら該粗引きポンプで再蒸発ガス分
子を排除した。各ヒーターは調温器により該機械式冷凍
機の損傷温度以下に温度調整することが好ましい。

【０００７】

【発明の実施の形態】図面に基づき本発明の実施の形態
を説明すると、図２に於いて符号１は、筒型のポンプケ
ース２とその内部に設けられた機械式冷凍機３を備えた
クライオポンプを示す。該機械式冷凍機３は、コールド
ヘッド１段４とコールドヘッド２段５とで構成され、該
コールドヘッド１段４には該ポンプケース２の内側に沿
った筒型のシールド６が取り付けられ、該コールドヘッ
ド２段５にはクライオパネル７が取り付けられる。該シ
ールド６の開口部にはコールドヘッド１段４と同温度に
冷却されるバッフル８が設けられ、クライオパネル７の
裏面には、水素ガス吸着用の活性炭の層９が設けられ
る。

【０００８】こうした構成は従来のものと変わりがな
く、該ポンプケース２の開口を開閉弁１１を介して真空
排気すべき真空室１２に取付け、該機械式冷凍機３のヘ
リウム出入口１３、１４にヘリウム圧縮機１５からヘリ
ウムガスが送り込まれると、コールドヘッド１段４及び
これにシールド６を介して取り付けられたバッフル８が
８０Ｋ程度に冷却され、熱負荷がないときはコールドヘ
ッド２段５及びクライオパネル７は１２〜１５Ｋにまで
冷却され、これらヘッド等に該真空室１２内のガス分子
が凝縮或いは吸着されて排気が行われる。該機械式冷凍
機３は、サイモン膨張の原理により冷凍作動を行うもの
で、その一般的構成は図３に示す如くであり、コールド
ヘッド１段及び２段の内部には、１段蓄冷器１８と１段
膨張室１９および２段蓄冷器２０と２段膨張室２１を備
えたティスプレーサー１６が電動機１７により往復動自
在に設けられる。そして、高圧バルブ２２を開いて圧縮
されたヘリウムガスを圧縮機１５から該ディスプレイサ
ー１６へ送り込んだのち、各膨張室１９、２１を膨張さ
せるように移動させると、蓄冷器１８、２０で冷却され
ながら高圧ガスが各膨張室に流入する。次いで高圧バル
ブ２２を閉じて低圧バルブ２３を開き、各膨張室を縮小
するようにディスプレーサー１６を移動させると、膨張
室のガスはサイモン膨張で蓄冷器１８、２０を冷却しな
がら圧縮機１５へと戻る。該真空室１２に存在するガス
分子のうち、凝縮温度の高いＨ₂Ｏなどは８０Ｋのバッ
フル８やシールド６に凝縮し、凝縮温度の低いＡｒ、Ｎ
₂などは１２〜１３Ｋのクライオパネル７に凝縮して排
気され、Ｈ₂は活性炭の層９に吸着される。

【０００９】排気作動の時間が経過すると、クライオパ
ネル７やバッフル８の表面に形成されるガス分子の層が
厚くなり、排気能力が低下するので、開閉弁１１を閉じ
て再生を行う必要があるが、この再生に要する時間を短
くするため、本発明では、該クライオパネル７およびシ
ールド６とに夫々ヒーター２４、２５をねじ込みなどに
より取り付け、これらヒーター２４、２５に通電してポ
ンプの再生を行うようにした。

【００１０】これを更に説明すると、クライオパネル７
には、例えば５０〜１００Ｗのヒーター２４を取り付
け、これよりも出力の大きい例えば１００〜２００Ｗの
ヒーター２５をシールド６に取り付けておき、調温器２
６によるＯＮ／ＯＦＦ制御やＰＩＤ制御により該クライ
オパネル７及びシールド６を２９０〜３２０Ｋの室温程
度を維持するように各ヒーター２４、２５で加熱する。
この加熱によりクライオパネル７およびシールド６に凝
縮・吸着されていたガス分子が次第に蒸発し、室温程度
になったところで粗引きポンプ２７を作動させ、ポンプ
ケース２内から蒸発したガス分子を排除する。最終的に
ポンプケース２内の圧力が例えば４０Ｐａの粗引き圧力
になると各ヒーター２４、２５への通電を止める。２
８、２９は温度計、３０は真空計である。

【００１１】粗引きポンプ２７により排気作動を行う
と、蒸発ガス分子（主に水）の蒸発潜熱や活性炭からの
脱離熱によりクライオパネル７やシールド６の温度が低
下してしまう。温度が下がると蒸発ガスの蒸気圧も下が
るので蒸発速度が低下する。そのため粗引き時間が長く
なってしまう。本発明の場合は、クライオパネル７やシ
ールド６に夫々ヒーターを設けて温調加熱することで温
度低下を防ぎ、常に蒸発ガスの蒸気圧を高くして蒸発速
度を上げるので粗引き時間を短縮できる。加熱により蒸
発・脱離したガス分子の粗引きポンプ２７による排除で
ポンプケース２内の真空が例えば４０Ｐａになったら、
ヒーター２４、２５への通電を止め、この後、ポンプケ
ース２内の圧力上昇試験を行い、これに合格したらクラ
イオポンプを起動させ、クライオパネル７およびシール
ド６が所定の低温になったところで再生が完了する。

【００１２】本発明の具体的実施例を、Ａｒガスを３２
００ｓｔｄ・Ｌ溜め込むと共に、水を１００ｃ．ｃ溜め
込み、クライオパネル７に１００Ｗのヒーター２４を取
り付け、シールド６に１５０Ｗのヒーター２５を取り付
けた図２の構造を有する口径（ポンプケースの直径）１
２インチのクライオポンプを再生する場合につき説明す
ると、まず、開閉弁１１を閉じてポンプケース２内を密
閉し、各ヒーター２４、２５に通電した。クライオパネ
ル７とシールド６は、これらに凝縮・吸着されたガス分
子の蒸発・脱離の量が相違しても３１０〜３２０Ｋにな
るように温度計２８、２９を接続した調温器２６により
ＰＩＤ制御し、クライオパネル７およびシールド６が３
００Ｋを超えたときから粗引きポンプ２７を作動して蒸
発・脱離するガス分子をポンプケース内から排除した。
通電開始から８０分経ったところで真空計３０が４０Ｐ
ａになり、粗引き排気の限度に達したので、各ヒーター
２４、２５への通電を止め、圧力上昇試験を行い、圧力
上昇値が所定の値以内であることを確認してから機械式
冷凍機３にヘリウム圧縮機１５からヘリウムを供給し、
クライオパネル７が２０Ｋ、シールド６が８０Ｋになっ
たところでその再生を終了した。再生終了までに要した
時間は１５５分で、機械式冷凍機３のコールドヘッド２
段５についての再生状態を図４に曲線Ａで示した。同図
４の曲線Ｂは、前記と同じ溜め込み状態のクライオポン
プを従来のバンド状のヒーターをポンプケースに巻き付
けて再生したときのコールドヘッド２段の再生状態を示
すもので、この場合は粗引き開始できる温度にまで上昇
する時間が長く、しかも粗引きを開始してから吸着ガス
の脱離吸熱作用により温度低下するため粗引き排気が終
了するまでに時間が掛かり、再生終了まで２８３分を要
した。

【００１３】尚、ヒーター２４、２５はコールドヘッド
１段４やコールドヘッド２段５に直接取り付けるように
してもよい。

【００１４】

【発明の効果】以上のように本発明によるときは、クラ
イオポンプのシールドとクライオパネルがほぼ同温度に
なるようにその夫々を通電制御された個別のヒーターに
より加熱して再生するようにしたので、簡単且つ迅速に
クライオポンプを再生することが出来、その構成も比較
的簡単で安価に実施できる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のクライオポンプの再生方法の説明図

【図２】本発明の実施の形態を示す説明図

【図３】図２の要部の説明図

【図４】本発明の方法による再生状態の線図

【符号の説明】

１クライオポンプ、２ポンプケース、３機械式冷
凍機、４コールドヘッド１段、５コールドヘッド２
段、６シールド、７クライオパネル、８バッフ
ル、９活性炭の層、２４・２５ヒーター、２６調
温器、２７粗引きポンプ、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】クライオポンプの２段式の機械式冷凍機に
シールドとクライオパネルとを取付け、該クライオパネ
ルに活性炭の層を設け、冷却された該層に吸着したＨ₂
その他のガス分子を再蒸発させてこれを粗引きポンプに
より該クライオポンプ外へ排除するクライオポンプの排
気能力の再生方法に於いて、該シールドとクライオパネ
ルを夫々個別に加熱するヒーターを設け、該シールドお
よびクライオパネルの温度がほぼ同温度になるように各
ヒーターへの通電を制御しながら該粗引きポンプで再蒸
発ガス分子を排除することを特徴とするクライオポンプ
の再生方法。
【請求項２】上記ヒーターを調温器により上記機械式冷
凍機の損傷温度以下に温度調整することを特徴とする請
求項１に記載のクライオポンプの再生方法。