JP2004308642A - Cold trap and evacuation device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cold trap capable of shortening time required for regeneration and reducing running costs, and to provide an evacuation device using the cold trap together with a turbo molecular pump. <P>SOLUTION: In the cold trap 10, a heater 13 heating a cold panel 12 placed in a casing 11, a pulse tube refrigerator 14 thermally connected to the cold panel 12, and a temperature sensor 15 measuring the temperature of the cold panel 12 are connected to a controller 17 to control the temperature of the cold panel 12. The turbo molecular pump 20 is arranged downstream of the cold trap 10 in the evacuation device 100. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、コールドトラップ、および、このコールドトラップとターボ分子ポンプとを併用した真空排気装置に関する。   The present invention relates to a cold trap and an evacuation apparatus using the cold trap and a turbo molecular pump in combination.

真空チャンバ内を排気する真空排気装置の一例としてターボ分子ポンプがある。このターボ分子ポンプは、排出しようとする気体分子の分子量(分子の大きさ)により排気性能が異なる。特に分子量が小さい水蒸気の排気が困難であり、例えば、ターボ分子ポンプにより真空チャンバ内の気体を排気し、10−6Pa〜10−12Pa程度まで排気した場合、真空チャンバ内における残留ガスは、その大部分が水蒸気である。このような水蒸気が真空チャンバ内に残留すると、真空度および真空環境に悪影響を及ぼす。 As an example of a vacuum exhaust device that exhausts the inside of the vacuum chamber, there is a turbo molecular pump. The exhaust performance of this turbo-molecular pump differs depending on the molecular weight (molecular size) of gas molecules to be discharged. In particular, it is difficult to evacuate water vapor having a small molecular weight. For example, when the gas in the vacuum chamber is evacuated by a turbo molecular pump and evacuated to about 10 −6 Pa to 10 −12 Pa, the residual gas in the vacuum chamber becomes: Most of it is water vapor. If such water vapor remains in the vacuum chamber, it adversely affects the degree of vacuum and the vacuum environment.

そこでターボ分子ポンプの上流(一般には真空チャンバとターボ分子ポンプとの間)にコールドトラップが設けられる。
このコールドトラップは、極低温に冷却された面(以下、コールドパネルという)と接するようにガスを通過させ、このような通過するガスに含まれる水蒸気を冷却して氷に凍結して捕集する装置であり、真空チャンバ内に水蒸気の少ない真空環境を得ることができる。
コールドトラップの水蒸気除去により、ターボ分子ポンプに水蒸気をあらかじめ取り除いたガスを流入させて、真空チャンバの排気速度を向上させることができる。また、コールドトラップは冷却温度を適宜設定することにより、他のガス(例えば、Br,NH,Cl,CO等)も凍結捕集することができる。
Therefore, a cold trap is provided upstream of the turbo molecular pump (generally between the vacuum chamber and the turbo molecular pump).
This cold trap allows a gas to pass through so as to come into contact with a surface cooled to a very low temperature (hereinafter referred to as a cold panel), cools water vapor contained in such a passing gas, freezes it on ice, and collects it. The apparatus is capable of obtaining a vacuum environment with less water vapor in a vacuum chamber.
By removing the water vapor from the cold trap, a gas from which water vapor has been removed in advance can flow into the turbo molecular pump, and the evacuation speed of the vacuum chamber can be improved. The cold trap can also freeze and collect other gases (eg, Br 2 , NH 3 , Cl 2 , CO 2, etc.) by appropriately setting the cooling temperature.

なお、本来は固体(氷)から気体(水蒸気)への変化、および、気体(水蒸気)から固体(氷)への変化をともに昇華というが、混乱を招きやすいことに鑑み、本明細書中では特に気体(水蒸気)から固体(氷)への変化を凍結といい、固体(氷)から気体(水蒸気)への変化を昇華と呼んで区別する。   It should be noted that the change from solid (ice) to gas (water vapor) and the change from gas (water vapor) to solid (ice) are both called sublimation, but in the present specification, In particular, the change from gas (water vapor) to solid (ice) is called freezing, and the change from solid (ice) to gas (water vapor) is called sublimation and distinguished.

さて、このようなコールドトラップには各種の従来技術がある。他の従来技術として、例えば、特許文献1(ターボ分子ポンプ)、または、特許文献2(コールドトラップおよび真空排気装置)に記載された発明が知られている。
特許文献1には、液体窒素により冷却するコールドトラップについて記載されており、また、特許文献2には、GM方式(ギフォード・マクマホン方式)のヘリウム冷凍機を利用するコールドトラップについて記載されている。
Now, there are various conventional techniques for such a cold trap. As other conventional techniques, for example, the invention described in Patent Literature 1 (turbo molecular pump) or Patent Literature 2 (cold trap and vacuum exhaust device) is known.
Patent Document 1 describes a cold trap cooled by liquid nitrogen, and Patent Document 2 describes a cold trap using a GM (Gifford McMahon) helium refrigerator.

特開平9−317688号公報 (段落番号0022〜0036,図1〜図4)JP-A-9-317688 (paragraphs 0022 to 0036, FIGS. 1 to 4) 特開平11−294330号公報 (段落番号0032〜0049,図1〜図3)JP-A-11-294330 (paragraph numbers 0032 to 0049, FIGS. 1 to 3)

コールドトラップは、冷却されたコールドパネルに気体分子を凍結吸着させて、コールドパネル全面が氷で覆われるまで溜めるという溜め込み方式であるため、一定の運転時間ごとにコールドパネルから氷を除去する再生を行う必要がある。
コールドパネルの再生には、外部ヒータによる加熱方法や、または、コールドパネル近傍に配管を配置しておき、ガスなどの冷媒を加熱して流すことにより、コールドパネルの温度を上昇させるようにする方法が行われている。しかし、コールドパネルの再生に関し、従来技術によるコールドトラップには以下のような課題がある。
The cold trap is a storage system in which gas molecules are frozen and adsorbed on a cooled cold panel and stored until the entire surface of the cold panel is covered with ice.Therefore, regeneration that removes ice from the cold panel at regular intervals of operation is performed. There is a need to do.
To regenerate the cold panel, a heating method using an external heater or a method in which a pipe is arranged near the cold panel and a coolant such as a gas is heated and allowed to flow to raise the temperature of the cold panel. Has been done. However, the cold trap according to the related art has the following problems regarding the regeneration of the cold panel.

<特許文献1記載の液体窒素により冷却するコールドトラップ>
(1)冷媒として使用する液体窒素の補給、保管設備が必要であり、ランニングコストも高い。
(2)特許文献1の図1で示すように、コールドパネル(コールドトラップ50)の再生に液体窒素を加熱した窒素ガスを用いているが、間接的な加熱のためコールドパネル(コールドトラップ50)の温度上昇に時間を要し、生成の立ち上がりが遅い。
<Cold trap cooled by liquid nitrogen described in Patent Document 1>
(1) Replenishment and storage facilities for liquid nitrogen used as a refrigerant are required, and running costs are high.
(2) As shown in FIG. 1 of Patent Document 1, a cold panel (cold trap 50) is regenerated using nitrogen gas obtained by heating liquid nitrogen, but the cold panel (cold trap 50) is used for indirect heating. It takes time for the temperature to rise, and the generation rises slowly.

<特許文献2記載のGM方式のヘリウム冷凍機を利用するコールドトラップ>
(1)GM方式のヘリウム冷凍機3(特許文献2の図1,図2参照)は、配管8(低温端)が低温になるまでの立ち下がり時間が長いため、一旦立ち下げたら負荷に関係なく定格で連続運転する必要がある。また、原理的に冷凍機の効率が低いため消費電力が大きい。
(2)特許文献2の図1,図2で示すように、コールドパネル(パネル6)の再生は、GM式のヘリウム冷凍機を運転したまま行うため、冷凍機3の配管8(冷却端部)の温度を上げるための加熱手段に容量が大きなものが必要となる。
(3)冷凍機3には機械的な膨張ピストンが存在するため、シリンダ内を封止するガスシールを使用している。このガスシールに使用される樹脂部分の耐熱温度、および、ガス放出等の諸条件により、再生温度が100℃以下程度に制限され、再生の効率が悪くなり、再生時間がかかる。
<Cold trap using GM helium refrigerator described in Patent Document 2>
(1) The GM type helium refrigerator 3 (see FIGS. 1 and 2 of Patent Document 2) has a long fall time until the temperature of the pipe 8 (low temperature end) becomes low. It is necessary to operate continuously with the rating. In addition, power consumption is large because the efficiency of the refrigerator is low in principle.
(2) As shown in FIG. 1 and FIG. 2 of Patent Document 2, the regeneration of the cold panel (panel 6) is performed while the GM type helium refrigerator is operating, so the piping 8 (cooling end portion) of the refrigerator 3 is used. The heating means for increasing the temperature in the step (1) requires a large capacity.
(3) Since the refrigerator 3 has a mechanical expansion piston, a gas seal for sealing the inside of the cylinder is used. The regeneration temperature is limited to about 100 ° C. or less due to various conditions such as the heat-resistant temperature of the resin portion used for the gas seal and gas release, and the regeneration efficiency is deteriorated and the regeneration time is increased.

そこで、上記した問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、再生に要する時間(以下、再生時間という)が短く、かつ、ランニングコストを低減するコールドトラップ、および、このような利点を持つコールドトラップにターボ分子ポンプを併用した真空排気装置を提供することにある。   An object of the present invention, which has been made in view of the above problems, is to provide a cold trap that requires a short time for regeneration (hereinafter, referred to as a regeneration time) and reduces running costs, and a cold trap having such advantages. An object of the present invention is to provide a vacuum exhaust device using a turbo molecular pump in combination with a trap.

上記課題を解決するため、本発明の請求項1に係る発明のコールドトラップは、
ケーシングと、
ケーシング内に設置されるコールドパネルと、
コールドパネルを加熱する加熱手段と、
圧縮機、膨張機および冷却端を有し、少なくともケーシングの内部に冷却端がコールドパネルに熱的に接続されて配置される冷凍機と、
コールドパネルの温度を計測する温度計測手段と、
加熱手段、冷凍機および温度計測手段が接続される温度制御手段と、
を備えるコールドトラップであって、
この温度制御手段は、温度計測手段が計測したコールドパネルの温度に基づき、コールドパネルの温度を所定温度とするように冷凍機または加熱手段を制御することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, a cold trap according to the first aspect of the present invention includes:
A casing,
A cold panel installed in the casing,
Heating means for heating the cold panel;
A refrigerator having a compressor, an expander, and a cooling end, wherein the cooling end is disposed at least inside the casing while being thermally connected to the cold panel;
Temperature measurement means for measuring the temperature of the cold panel;
Heating means, a temperature control means to which the refrigerator and the temperature measurement means are connected,
A cold trap with
The temperature control means controls the refrigerator or the heating means based on the temperature of the cold panel measured by the temperature measurement means so that the temperature of the cold panel becomes a predetermined temperature.

この構成によれば、冷凍機または加熱手段を温度制御することで、コールドパネルの表面温度(トラップ面)を吸着・再生に最適な任意の温度とすることができる。   According to this configuration, by controlling the temperature of the refrigerator or the heating means, the surface temperature (trap surface) of the cold panel can be set to an arbitrary temperature that is optimal for adsorption and regeneration.

また、本発明の請求項2に係る発明のコールドトラップは、
請求項1記載のコールドトラップにおいて、
前記コールドパネルの温度制御範囲は、最低60K(−213℃)から最高573K(+300℃)までの範囲であることを特徴とする。
Further, the cold trap according to the second aspect of the present invention includes:
The cold trap according to claim 1,
The temperature control range of the cold panel ranges from a minimum of 60K (−213 ° C.) to a maximum of 573K (+ 300 ° C.).

この構成によれば、コールドパネルの温度について、吸着時は、ガスの吸着特性に合わせた効果的な温度を選択して最適な選択吸着を可能とし、再生処理時には、水分の放出に効果的な温度を選択し、コールドパネルのトラップ面の温度が最適となるように制御することができる。   According to this configuration, with regard to the temperature of the cold panel, at the time of adsorption, an effective temperature according to the gas adsorption characteristics is selected to enable optimal selective adsorption, and at the time of regeneration processing, effective at releasing moisture. The temperature can be selected and controlled so that the temperature of the trap surface of the cold panel becomes optimal.

また、本発明の請求項3に係る発明のコールドトラップは、
請求項1または請求項2記載のコールドトラップにおいて、
前記加熱手段は、コールドパネルに内蔵されることを特徴とする。
Further, the cold trap according to the third aspect of the present invention includes:
In the cold trap according to claim 1 or 2,
The heating means is built in a cold panel.

この構成によれば、コールドパネルを均一に素早く加熱できるとともにヒータ等の構成部材からのアウトガスを真空チャンバ内に放出することがない。   According to this configuration, the cold panel can be heated uniformly and quickly, and outgas from components such as a heater is not released into the vacuum chamber.

また、本発明の請求項4に係る発明のコールドトラップは、
請求項1〜請求項3の何れか一項に記載のコールドトラップにおいて、
前記膨張機は、パルスチューブ膨張機であることを特徴とする。
Further, the cold trap of the invention according to claim 4 of the present invention is:
In the cold trap according to any one of claims 1 to 3,
The expander is a pulse tube expander.

この構成によれば、パルスチューブ冷凍機の膨張機(以下、単にパルスチューブ膨張機という)には、GM式の冷凍機のように非金属の摺動材などの可動部がなく、全て金属製とすることができるため、再生処理時の加熱温度を、可動部のあるGM冷凍機に比べて大幅に高く設定することができるとともにヒートショックに対する信頼性も向上させることができる。   According to this configuration, the expander of the pulse tube refrigerator (hereinafter simply referred to as a pulse tube expander) does not have a movable part such as a nonmetallic sliding member unlike a GM type refrigerator, and is entirely made of metal. Therefore, the heating temperature at the time of the regeneration process can be set to be much higher than that of the GM refrigerator having the movable portion, and the reliability against the heat shock can be improved.

また、本発明の請求項5に係る発明のコールドトラップは、
請求項1〜請求項4の何れか一項に記載のコールドトラップにおいて、
前記コールドパネルは、低温域でステンレスより熱伝導率の大きな純チタンを材料とすることを特徴とする。
Further, the cold trap of the invention according to claim 5 of the present invention is:
In the cold trap according to any one of claims 1 to 4,
The cold panel is made of pure titanium having a higher thermal conductivity than stainless steel in a low temperature range.

この構成によれば、コールドパネルの表面温度分布を、通常用いられるステンレス材に比べて均一にすることができるので、コールドパネルの有効表面積を大きくすることができる。   According to this configuration, the surface temperature distribution of the cold panel can be made more uniform than that of a commonly used stainless steel material, so that the effective surface area of the cold panel can be increased.

また、本発明の請求項6に係るコールドトラップは、
請求項1〜請求項4の何れか一項に記載のコールドトラップにおいて、
前記コールドパネルは、低温域における熱伝導率が大きい銅または銅合金を材料とすることを特徴とする。
The cold trap according to claim 6 of the present invention is:
In the cold trap according to any one of claims 1 to 4,
The cold panel is characterized by using copper or a copper alloy having a high thermal conductivity in a low temperature range as a material.

この構成によれば、純チタン同様にコールドパネル全体の表面温度分布を、通常用いられるステンレス材に比べて均一にすることができるため、コールドパネルの有効表面積を大きくすることができる。   According to this configuration, similarly to pure titanium, the surface temperature distribution of the entire cold panel can be made uniform as compared with a commonly used stainless steel material, so that the effective surface area of the cold panel can be increased.

また、本発明の請求項7に係るコールドトラップは、
請求項6に記載のコールドトラップにおいて、
前記コールドパネルは、その表面に耐食性を向上させる保護層を形成したことを特徴とする。
The cold trap according to claim 7 of the present invention is:
The cold trap according to claim 6,
The cold panel is characterized in that a protective layer for improving corrosion resistance is formed on the surface thereof.

銅または銅合金にガスが接触しないような保護層を形成することで銅または銅合金の表面の腐食を防止することができる。   By forming a protective layer such that gas does not come into contact with copper or copper alloy, corrosion of the surface of copper or copper alloy can be prevented.

また、本発明の請求項8に係る発明のコールドトラップは、
請求項1〜請求項7の何れか一項に記載のコールドトラップにおいて、
前記コールドパネルは、水分子を凍結捕集するトラップ面の表面積を大きくし、トラップ面以外の外表面を光沢面とすることを特徴とする。
Further, the cold trap of the invention according to claim 8 of the present invention is:
In the cold trap according to any one of claims 1 to 7,
The cold panel is characterized in that the surface area of a trap surface for freezing and trapping water molecules is increased, and the outer surface other than the trap surface is made glossy.

この構成によれば、低温側であるトラップ面として、例えば、なし地状の面、突起体による凹凸面を採用することでガスを吸着できる表面積を大きくすることができる。また、トラップ面以外の外表面を逆に放射率の小さな光沢面として常温側から侵入する熱量を低減できる。   According to this configuration, by adopting, for example, a plain surface or an uneven surface formed by protrusions as the trap surface on the low temperature side, it is possible to increase the surface area capable of adsorbing gas. In addition, the outer surface other than the trapping surface can be conversely made a glossy surface having a low emissivity to reduce the amount of heat entering from the room temperature side.

また、本発明の請求項9に係る発明の真空排気装置は、
水分子を凍結捕集した残りのガスを流出させる請求項1〜請求項8の何れか一項に記載のコールドトラップと、
コールドトラップから流出したガスを排気するターボ分子ポンプと、
を備えることを特徴とする。
Further, the vacuum evacuation apparatus according to the ninth aspect of the present invention includes:
The cold trap according to any one of claims 1 to 8, which causes the remaining gas obtained by freeze-trapping water molecules to flow out,
A turbo molecular pump for exhausting gas flowing out of the cold trap,
It is characterized by having.

この構成によれば、ガス吸着時は冷凍機の入力及び出力をコールドパネルの負荷に応じて変化させることができ、再生時は冷凍機を停止して加熱手段で高温まで均一に加熱することができるので、ターボ分子ポンプと併用して稼働率が高く、ランニングコストの低い真空排気装置を提供することができる。   According to this configuration, the input and output of the refrigerator can be changed according to the load on the cold panel during gas adsorption, and during regeneration, the refrigerator can be stopped and the heating means can be uniformly heated to a high temperature. Therefore, it is possible to provide a vacuum evacuation apparatus having a high operation rate and a low running cost when used in combination with a turbo molecular pump.

以上のような本発明によれば、再生時間が短く、かつ、ランニングコストを低減するコールドトラップ、および、このような利点を持つコールドトラップにターボ分子ポンプを併用した真空排気装置を提供することができる。   According to the present invention as described above, it is possible to provide a cold trap that has a short regeneration time and reduces running costs, and a vacuum exhaust device that uses a cold trap having such advantages and a turbo molecular pump in combination. it can.

続いて、本発明を実施するための最良の形態について、図を参照しつつ説明する。図1は本形態のコールドトラップ、ならびに、コールドトラップおよびターボ分子ポンプからなる真空排気装置の側面断面図、図2は本形態の真空排気装置のブロック構成図、図3は温度制御系のブロック図、図4は本形態の真空排気装置のブロック構成図である。   Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side cross-sectional view of a cold trap of the present embodiment, and a vacuum exhaust device including a cold trap and a turbo molecular pump. FIG. 2 is a block diagram of the vacuum exhaust device of the present embodiment. FIG. 3 is a block diagram of a temperature control system. FIG. 4 is a block diagram of the vacuum exhaust device of the present embodiment.

本形態の真空排気装置100は、図1,図2で示すように、コールドトラップ10とターボ分子ポンプ20とを備えている。図1では具体的構成を、図2では単純化したブロック図として図示している。
コールドトラップ10は、ケーシング11と、コールドパネル12と、ヒータ13と、パルスチューブ冷凍機14と、温度センサ15と、端子部16と、コントローラ17と、電源18と、を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the evacuation apparatus 100 of this embodiment includes a cold trap 10 and a turbo molecular pump 20. FIG. 1 shows a specific configuration, and FIG. 2 shows a simplified block diagram.
The cold trap 10 includes a casing 11, a cold panel 12, a heater 13, a pulse tube refrigerator 14, a temperature sensor 15, a terminal unit 16, a controller 17, and a power supply 18.

ケーシング11は、胴部11aと、フランジ11bと、を備えている。胴部11aは円筒状であり、フランジ11bはこの胴部11aの上下の開口部の周縁に連接して形成されている。   The casing 11 includes a body 11a and a flange 11b. The body 11a has a cylindrical shape, and the flange 11b is formed so as to be connected to the periphery of the upper and lower openings of the body 11a.

コールドパネル12は、外周パネル12a、内周パネル12b、支持部12cを備えている。
外周パネル12aは略円筒体であり、その内側に棒やパイプなどである支持部12cが取り付けられる。内周パネル12bは、外周パネル12aの内側に収納できる大きさの略円筒体であり、支持部12cに支持固定されている。これら外周パネル12a、内周パネル12b、支持部12cは熱的に接続されている。このコールドパネル12は、ケーシング11内の略中央に設置される。
The cold panel 12 includes an outer peripheral panel 12a, an inner peripheral panel 12b, and a support portion 12c.
The outer peripheral panel 12a is a substantially cylindrical body, and a support portion 12c such as a rod or a pipe is attached to the inside thereof. The inner peripheral panel 12b is a substantially cylindrical body large enough to be housed inside the outer peripheral panel 12a, and is supported and fixed to the support portion 12c. The outer peripheral panel 12a, the inner peripheral panel 12b, and the support portion 12c are thermally connected. The cold panel 12 is installed at substantially the center in the casing 11.

このようなコールドパネル12は、70K(−203℃)程度の極低温でステンレスよりも熱伝導率の大きな純チタンを材料として製作される。純チタンを材料とするコールドパネル12を使用することにより、表面温度分布を通常用いられるステンレス材に比べて均一にすることができ、コールドパネル12の有効表面積を大きくすることができる。
また、純チタンは水蒸気・ガスに対して錆びないため耐食性が高いという利点もある。
Such a cold panel 12 is manufactured using pure titanium having a higher thermal conductivity than stainless steel at a cryogenic temperature of about 70 K (−203 ° C.). By using the cold panel 12 made of pure titanium as a material, the surface temperature distribution can be made uniform as compared with a commonly used stainless steel material, and the effective surface area of the cold panel 12 can be increased.
Pure titanium also has the advantage of high corrosion resistance because it does not rust against water vapor or gas.

また、このコールドパネル12は、70K(−203℃)程度の極低温域においてステンレスよりも熱伝導率が大きい銅または銅合金を材料としても良い。このように熱伝導率が大きいため、冷却端14aの熱が直ちにコールドパネル12全体に熱伝導されて短時間でコールドパネル12全体が冷却端14aと同じ温度となる。この場合、コールドパネル12全体の表面温度分布が均一な状態となり、通常用いられる熱伝導率が小さいステンレス材のように不均一な温度分布とならないため、コールドパネル12の有効表面積を大きくすることができ、コールドパネル12の全面で水分子を捕集できる。   The cold panel 12 may be made of copper or a copper alloy having a higher thermal conductivity than stainless steel in a very low temperature range of about 70 K (−203 ° C.). Since the thermal conductivity is high as described above, the heat of the cooling end 14a is immediately conducted to the entire cold panel 12, and the entire cold panel 12 becomes the same temperature as the cooling end 14a in a short time. In this case, the surface temperature distribution of the entire cold panel 12 is uniform and does not have a non-uniform temperature distribution unlike a stainless steel material having a small thermal conductivity that is generally used, so that the effective surface area of the cold panel 12 can be increased. Thus, water molecules can be collected on the entire surface of the cold panel 12.

さらに銅または銅合金を材料とするコールドパネル12は、その表面に耐食性を向上させる保護層(具体的にはニッケルメッキ層)を形成し、ガスが銅・銅合金と接触しないようにしている。これにより、腐食(つまり酸化)しやすい銅または銅合金に対して、耐食性を向上させてガス(特に水蒸気)により緑青等が生じないように配慮している。銅または銅合金の熱伝導性とニッケルの耐腐食性により、コールドトラップ10特有の用途(水分子の凍結捕集)に適したものとしている。   Further, the cold panel 12 made of copper or a copper alloy is provided with a protective layer (specifically, a nickel plating layer) for improving corrosion resistance on the surface thereof so that the gas does not come into contact with the copper / copper alloy. Thereby, corrosion resistance is improved for copper or copper alloy which is easily corroded (that is, oxidized) so that gas (particularly water vapor) does not cause patina or the like. The thermal conductivity of copper or a copper alloy and the corrosion resistance of nickel make it suitable for use unique to the cold trap 10 (freeze collection of water molecules).

さらに、外周パネル12aおよび内周パネル12bの内側面(トラップ面)は、例えばブラスト加工やピーニング加工によりなし地状に形成して表面積を拡大するように構成する。なお、表面積を拡大できれば良く突起体を多数形成した凹凸面としてもよい。
また、外周パネル12aおよび内周パネル12bの外側面(ケーシング11の胴部11aに相対向する面)ではできるだけ放射率の小さな鏡面(光沢面)に仕上げて放射率を小さくするように構成する。これにより常温側から侵入する熱量を低減できる。
Further, the inner side surfaces (trap surfaces) of the outer peripheral panel 12a and the inner peripheral panel 12b are formed in a plain shape by, for example, blasting or peening to increase the surface area. It is sufficient that the surface area can be increased, and an uneven surface formed with a large number of protrusions may be used.
Further, the outer surfaces of the outer peripheral panel 12a and the inner peripheral panel 12b (surfaces facing the body 11a of the casing 11) are mirror-finished (glossy surfaces) with as low an emissivity as possible to reduce the emissivity. Thus, the amount of heat entering from the room temperature side can be reduced.

ヒータ13は、本発明の加熱手段の一具体例であり、例えばコールドパネル12の外周面パネル12aおよび内周面パネル12bの内部にサンドイッチ状に密封内蔵され、円筒状となった面状ヒータであり、電流線や絶縁部がコールドパネル12の外周面パネル12aおよび内周面パネル12bのトラップ面から露出しないように構成する。
なお、ヒータ13は、コールドパネル12の外周面パネル12aおよび内周面パネル12bにほぼ均一に設置できればシーズヒータのような線状ヒータでも良い。また、コールドパネル12の外周面パネル12aおよび内周面パネル12bを鋳物として製造する場合には、鋳込みヒータとしても良く、各種ヒータの採用が可能である。
The heater 13 is a specific example of the heating means of the present invention. For example, the heater 13 is a cylindrical planar heater that is hermetically sealed in a sandwich inside the outer peripheral panel 12a and the inner peripheral panel 12b of the cold panel 12. In addition, the configuration is such that current lines and insulating portions are not exposed from the trap surfaces of the outer peripheral panel 12a and the inner peripheral panel 12b of the cold panel 12.
The heater 13 may be a linear heater such as a sheathed heater as long as it can be installed substantially uniformly on the outer peripheral panel 12a and the inner peripheral panel 12b of the cold panel 12. When the outer peripheral panel 12a and the inner peripheral panel 12b of the cold panel 12 are manufactured as a casting, a cast heater may be used, and various heaters can be used.

パルスチューブ冷凍機14は、本発明の冷凍機の具体例であり、冷却端14a、膨張機14b、圧縮機14cを備えている。パルスチューブ冷凍機14は、ヘリウムガスを冷媒としたクローズドタイプの冷凍機であり、膨張機14bおよび圧縮機14cのスターリングサイクルにより冷却端14aが冷却されるように構成されている。通常のスターリング型冷凍機では膨張機がピストンとシリンダとにより機械的に構成されるが、パルスチューブ冷凍機14では可動部がなく、パルスチューブ(図示せず)内のガス(ガスピストン)がその役割を担っている。   The pulse tube refrigerator 14 is a specific example of the refrigerator of the present invention, and includes a cooling end 14a, an expander 14b, and a compressor 14c. The pulse tube refrigerator 14 is a closed type refrigerator using helium gas as a refrigerant, and is configured such that the cooling end 14a is cooled by a Stirling cycle of the expander 14b and the compressor 14c. In a normal Stirling type refrigerator, an expander is mechanically constituted by a piston and a cylinder. However, the pulse tube refrigerator 14 has no moving parts, and gas (gas piston) in a pulse tube (not shown) is supplied to the expander. Has a role.

パルスチューブ冷凍機14は、ケーシング11の胴部11aの外側面に圧縮機14cおよび膨張機14bが取り付けられ、また、ケーシング11の胴部11aの内部に少なくとも冷却端14aが配置されるように取り付けられる。
外周パネル12aは、このパルスチューブ冷凍機14の冷却端14aに熱的に接続されており、外周パネル12a、支持部12c、内周パネル12bという経路を経てコールドパネル12全体が、パルスチューブ冷凍機14により冷却される。
The pulse tube refrigerator 14 is mounted such that the compressor 14c and the expander 14b are mounted on the outer surface of the body 11a of the casing 11, and at least the cooling end 14a is disposed inside the body 11a of the casing 11. Can be
The outer panel 12a is thermally connected to the cooling end 14a of the pulse tube refrigerator 14, and the entire cold panel 12 passes through the outer panel 12a, the support portion 12c, and the inner panel 12b. It is cooled by 14.

温度センサ15は、本発明の温度計測手段の一具体例であり、図1で詳述していないが、シーズタイプのものをコールドパネル12の外周パネル12aや内周パネル12bに取り付け、コールドパネル12の主要部の温度を計測できるようにする。
端子16は、ヒータ13に接続された電流線および温度センサ15に接続された信号線をケーシング11から引き出すために設けられる。この端子16は真空下で使用できるものであり、例えばハーメチック等が用いられる。
The temperature sensor 15 is a specific example of the temperature measuring means of the present invention, and although not shown in detail in FIG. 1, a sheath type sensor is attached to the outer peripheral panel 12a or the inner peripheral panel 12b of the cold panel 12, and the cold panel Twelve main parts can be measured.
The terminal 16 is provided for drawing out a current line connected to the heater 13 and a signal line connected to the temperature sensor 15 from the casing 11. The terminal 16 can be used under vacuum, and for example, a hermetic or the like is used.

コントローラ17は、本発明の温度制御手段の一具体例であり、ケーシング11から外部に引き出された制御線、電流線および信号線と接続されている。コントローラ17は、電流線を介して接続されるヒータ13、制御線を介して接続されるパルスチューブ冷凍機14、さらに信号線を介して接続される温度センサ15に対して後述するような情報の読み出し、各種の制御を行う。
電源18は、コントローラ17を介してヒータ13やパルスチューブ冷凍機14へ電源を供給する。このコールドトラップ10の温度制御系は図3で示すようになる。なお、圧力センサ19については後述する。
コールドトラップ10はこのように構成される。
The controller 17 is a specific example of the temperature control unit of the present invention, and is connected to a control line, a current line, and a signal line drawn out of the casing 11 to the outside. The controller 17 transmits information to a heater 13 connected via a current line, a pulse tube refrigerator 14 connected via a control line, and a temperature sensor 15 connected via a signal line, as will be described later. Performs reading and various controls.
The power supply 18 supplies power to the heater 13 and the pulse tube refrigerator 14 via the controller 17. The temperature control system of the cold trap 10 is as shown in FIG. The pressure sensor 19 will be described later.
The cold trap 10 is configured as described above.

ターボ分子ポンプ20は、周知技術であるが、多数の動翼と多数の固定翼を交互に配置し、動翼を数万rpmという極めて高速で回転させて、分子を移動させて排気するポンプである。クリーンな真空が得られる、という利点がある。
これらコールドトラップ10およびターボ分子ポンプ20により真空排気装置100が構成される。
The turbo-molecular pump 20 is a well-known technology, and is a pump that disposes a large number of moving blades and a large number of fixed blades alternately, rotates the moving blade at an extremely high speed of tens of thousands of rpm, and moves and exhausts molecules. is there. There is an advantage that a clean vacuum can be obtained.
The cold trap 10 and the turbo molecular pump 20 constitute a vacuum exhaust device 100.

続いて、真空排気装置100を稼働させるときのコールドトラップ10およびターボ分子ポンプ20の動作について説明する。なお、図4で示すような排気システムを想定し、真空チャンバ30、ゲートバルブ40、コールドトラップ10、ターボ分子ポンプ40が接続され、真空チャンバ10内を排気するものとして説明する。   Subsequently, the operation of the cold trap 10 and the turbo molecular pump 20 when operating the evacuation apparatus 100 will be described. In addition, assuming an exhaust system as shown in FIG. 4, a description will be given assuming that the vacuum chamber 30, the gate valve 40, the cold trap 10, and the turbo molecular pump 40 are connected to exhaust the inside of the vacuum chamber 10.

上記構成の真空排気装置100において、ターボ分子ポンプ20の排気とともにコールドトラップ10を動作させる。
真空チャンバ30内のガスが排気され始めると、真空チャンバ30内のガスの圧力が低下し始める。真空チャンバ30内のガスの圧力の低下とともに真空チャンバ30の水分は水蒸気へと気化する。これらの水蒸気を含むガスが、ゲートバルブ40を経てコールドトラップ10を通過する。
In the evacuation apparatus 100 having the above configuration, the cold trap 10 is operated together with the evacuation of the turbo molecular pump 20.
When the gas in the vacuum chamber 30 starts to be exhausted, the pressure of the gas in the vacuum chamber 30 starts to decrease. As the pressure of the gas in the vacuum chamber 30 decreases, the moisture in the vacuum chamber 30 evaporates into water vapor. These gases containing water vapor pass through the cold trap 10 via the gate valve 40.

コールドトラップ10では、図1,図3で示すように、コントローラ17がパルスチューブ冷凍機14を運転を開始するとともに、温度センサ15が出力する温度計測信号をフィードバック入力することにより、コールドパネル12を所定温度に維持する。
例えば、コールドパネル12の所定温度の一例として水蒸気のみを凍結捕集する最適な温度である120K〜150K(−153℃〜−123℃)の範囲内の温度を選択して制御し、コールドパネル12に水蒸気を凍結捕集して吸着させるようにする。
これにより、真空チャンバ30内の水分が吸着され、水分以外の分子はターボ分子ポンプ20で高い圧縮比に圧縮されて排気される。
In the cold trap 10, as shown in FIGS. 1 and 3, the controller 17 starts the operation of the pulse tube refrigerator 14 and feeds back a temperature measurement signal output from the temperature sensor 15, thereby causing the cold panel 12 to operate. Maintain at a given temperature.
For example, as an example of the predetermined temperature of the cold panel 12, a temperature within a range of 120K to 150K (−153 ° C. to −123 ° C.), which is an optimum temperature for freezing and collecting only steam, is selected and controlled. The water vapor is collected by freezing.
As a result, moisture in the vacuum chamber 30 is adsorbed, and molecules other than moisture are compressed to a high compression ratio by the turbo molecular pump 20 and exhausted.

このようなコールドトラップ10について以下のような利点がある。
例えば、従来技術のGM式の冷凍機では、一旦稼働させたならば負荷に関係なく定格で連続運転していたが、本形態のコールドトラップ10では、パルスチューブ冷凍機14の運転を、コールドパネル10の吸着能力に応じた最適な温度となるような電力とするだけでよく、無駄な電力消費を回避できる。
Such a cold trap 10 has the following advantages.
For example, in the conventional GM type refrigerator, once operated, continuous operation was performed at a rated value regardless of the load. However, in the cold trap 10 of the present embodiment, the operation of the pulse tube refrigerator 14 is controlled by a cold panel. It is only necessary to set the electric power so as to have an optimum temperature according to the adsorption capacity of the power supply 10, and unnecessary power consumption can be avoided.

また、コールドトラップ10は、冷却ではパルスチューブ冷凍機14を用いたり、加熱ではヒータ13を用いたり、または、パルスチューブ冷凍機14およびヒータ13を併用したりすることで、コールドパネル12に直接に冷却・加熱の両方が可能となり、60K〜573K(−213℃〜300℃)という広範囲の任意の温度に制御でき、水蒸気だけでなく任意のガス(例えばBr,NH,Cl,CO等)を選択吸着することも可能である。 Further, the cold trap 10 is directly connected to the cold panel 12 by using the pulse tube refrigerator 14 for cooling, using the heater 13 for heating, or using the pulse tube refrigerator 14 and the heater 13 in combination. Both cooling and heating are possible, and it is possible to control a wide range of arbitrary temperature of 60K to 573K (−213 ° C. to 300 ° C.), and not only water vapor but also any gas (for example, Br 2 , NH 3 , Cl 2 , CO 2) , Etc.) can be selectively adsorbed.

さて、このようなコールドトラップ10のコールドパネル12の全面が氷に覆われて吸着効率が落ち、排気速度が低下した場合は、以下の第1の方法(便宜上、急速再生法と呼ぶ。)および第2の方法(便宜上、緩速再生法と呼ぶ。)によりコールドパネル12から氷を取り除いて再生することができる。以下、第1,第2の方法について説明する。   In the case where the entire cold panel 12 of the cold trap 10 is covered with ice and the adsorption efficiency is reduced and the exhaust speed is reduced, the following first method (for convenience, called the rapid regeneration method) and The cold panel 12 can be regenerated by removing ice from the cold panel 12 by a second method (for convenience, referred to as a slow regeneration method). Hereinafter, the first and second methods will be described.

第1の方法(急速再生法)について
本方法では、凝結した氷を急速に高温加熱して全て水蒸気とし、コールドトラップ10内から排気除去して、コールドパネル12を急速に再生するというものである。以下、図1,図3,図4を参照しつつ時系列的に説明する。
Regarding the first method (rapid regeneration method) In this method, the condensed ice is rapidly heated to a high temperature to form all water vapor, exhausted and removed from the cold trap 10, and the cold panel 12 is rapidly regenerated. . Hereinafter, a description will be given in chronological order with reference to FIGS.

(1)図4で示すように。真空チャンバ30とコールドトラップ10との間に設けたゲートバルブ40を閉じる。
(2)図1,図3で示すように、コントローラ17がパルスチューブ冷凍機14の運転を停止するように制御する。
(3)コントローラ17がヒータ13を制御し、コールドパネル12を一気に300℃まで加熱する。コントローラ17は温度センサ15から出力される温度計測信号に基づいて、立ち上がり時間が最短となるように温度制御する。
(4)ケーシング11の胴部11aに設けた図示しない再生排気口から気化した水蒸気を排出する。なお、再生排気口の下流には図示しない真空ポンプが接続され、高速に排気する。
(5)コントローラ17がパルスチューブ冷凍機14の運転を再開するように制御する。
(6)図4で示すように、真空チャンバ30とコールドトラップ10との間に設けたゲートバルブ40を開き、ターボ分子ポンプ20による真空チャンバ40内の排気を継続する。
(1) As shown in FIG. The gate valve 40 provided between the vacuum chamber 30 and the cold trap 10 is closed.
(2) As shown in FIGS. 1 and 3, the controller 17 controls the pulse tube refrigerator 14 to stop operating.
(3) The controller 17 controls the heater 13 to heat the cold panel 12 to 300 ° C at a stretch. The controller 17 controls the temperature based on the temperature measurement signal output from the temperature sensor 15 so that the rise time is shortest.
(4) The vaporized steam is discharged from a regeneration exhaust port (not shown) provided in the body 11a of the casing 11. In addition, a vacuum pump (not shown) is connected downstream of the regeneration exhaust port, and the exhaust is performed at high speed.
(5) The controller 17 controls the pulse tube refrigerator 14 to restart the operation.
(6) As shown in FIG. 4, the gate valve 40 provided between the vacuum chamber 30 and the cold trap 10 is opened, and the evacuation of the vacuum chamber 40 by the turbo molecular pump 20 is continued.

このような急速再生方法の採用は、従来技術では困難であった。従来のGM式冷凍機の膨張機は、樹脂材による耐摩耗性シールが存在するため、上限温度が100℃以下に制限されている。最近では180℃程度で再生できるものも出現しているが、本質的に高温加熱はできない構成である。   The adoption of such a rapid reproduction method has been difficult in the prior art. The expander of the conventional GM refrigerator has an abrasion-resistant seal made of a resin material. Therefore, the upper limit temperature is limited to 100 ° C. or lower. Recently, a material that can be regenerated at about 180 ° C. has appeared, but the structure cannot be essentially heated at a high temperature.

一方、本形態では、特に、パルスチューブ冷凍機14のパルスチューブ膨張機は可動部がなく、全て金属で構成されている。これにより温度の上限が緩和され、短時間で300℃まで加熱することができる。これにより再生時間を大幅に短縮できる。   On the other hand, in the present embodiment, in particular, the pulse tube expander of the pulse tube refrigerator 14 has no moving parts and is entirely made of metal. Thereby, the upper limit of the temperature is relaxed, and heating to 300 ° C. can be performed in a short time. As a result, the reproduction time can be significantly reduced.

第2の方法(緩速再生法)について
本方法では、真空排気装置100を通常運転している最中に、コールドパネル12に凍結した氷を少しづつ水蒸気に昇華し、コールドトラップ10内からターボ分子ポンプ20を経て少しづつ排気除去して、コールドパネル12を緩速(ゆっくり)に再生するというものである。
Regarding the second method (slow regeneration method) In this method, during normal operation of the evacuation apparatus 100, ice frozen in the cold panel 12 is sublimated little by little into steam, and a turbo is discharged from the cold trap 10. In this case, the cold panel 12 is slowly and slowly regenerated by evacuating and removing the gas slowly through the molecular pump 20.

(1)図1で示すように、コントローラ17は、真空チャンバ30(またはコールドトラップ10のケーシング11)の内部に設けられた圧力センサ19(図3参照)から圧力計測信号を入力する。例えば圧力センサ19(図3参照)からの圧力計測信号に基づいてコントローラ17が10−8Paと判断したものとする。
(2)コントローラ17は、この圧力計測信号から算出した圧力に対応する水蒸気の飽和温度を図示しないメモリから読み出す。例えば10−8Pa に対応する飽和温度は約130Kである。
(1) As shown in FIG. 1, the controller 17 inputs a pressure measurement signal from a pressure sensor 19 (see FIG. 3) provided inside the vacuum chamber 30 (or the casing 11 of the cold trap 10). For example, it is assumed that the controller 17 determines that the pressure is 10 −8 Pa based on a pressure measurement signal from the pressure sensor 19 (see FIG. 3).
(2) The controller 17 reads from a memory (not shown) the saturation temperature of water vapor corresponding to the pressure calculated from the pressure measurement signal. For example, the saturation temperature corresponding to 10 −8 Pa is about 130K.

(3)コントローラ17は、コールドパネル12の温度が飽和温度より少し低い温度となるように制御する。この場合コントローラ17の制御は、温度センサ15から出力される温度計測信号をフィードバック入力し、目標温度に近づくようにヒータ13(またはパルスチューブ冷凍機14)の温度を制御する。ここに目標温度とは例えば飽和温度130Kを下回る約125Kであるものとする。コールドパネル12に直接接触する位置にある氷は飽和温度を上回ることはないが、コールドパネル12から離れた箇所にある氷は飽和温度を超える。 (3) The controller 17 controls the temperature of the cold panel 12 to be slightly lower than the saturation temperature. In this case, the controller 17 controls the temperature of the heater 13 (or the pulse tube refrigerator 14) so as to approach the target temperature by feedback-inputting the temperature measurement signal output from the temperature sensor 15. Here, it is assumed that the target temperature is, for example, about 125K which is lower than the saturation temperature 130K. Ice located directly in contact with the cold panel 12 does not exceed the saturation temperature, but ice located away from the cold panel 12 exceeds the saturation temperature.

(4)飽和温度に到達した氷は、この低温度下では液化することなく、直ちに水蒸気へと昇華する。
(5)以下、コールドパネル12の温度を飽和温度130Kに近づけるように徐々に上昇させて、コールドパネル12を徐々に再生する。ここで温度上昇時間は予め実験等により最適な時間を図示しないメモリに登録するようにしても良い。
なお、温度上昇が急激すぎると、水蒸気分子の増大により真空チャンバ30内の真空度が低下するため、コントローラ17は、圧力センサ19から出力される圧力計測信号から得られる圧力値を監視し、圧力が急激に上昇しないようにヒータ13(またはパルスチューブ冷凍機14)の温度を上昇させていき、圧力値が上昇(真空度が低下)したならば、ヒータ13を停止させる(またはパルスチューブ冷凍機14による冷却温度の低下させる)ような制御を行うようにしてもよい。
(4) The ice that has reached the saturation temperature immediately sublimes to water vapor at this low temperature without liquefaction.
(5) Thereafter, the temperature of the cold panel 12 is gradually increased so as to approach the saturation temperature 130K, and the cold panel 12 is gradually regenerated. Here, as the temperature rise time, an optimal time may be registered in a memory (not shown) in advance by an experiment or the like.
If the temperature rise is too rapid, the degree of vacuum in the vacuum chamber 30 decreases due to an increase in water vapor molecules. Therefore, the controller 17 monitors a pressure value obtained from a pressure measurement signal output from the pressure sensor 19, and The temperature of the heater 13 (or the pulse tube refrigerator 14) is increased so that the pressure does not rise sharply, and if the pressure value increases (the degree of vacuum decreases), the heater 13 is stopped (or the pulse tube refrigerator). 14 to lower the cooling temperature).

なお、本実施形態ではコールドトラップ10の下流に直接ターボ分子ポンプ20を直列に配置した構成であるが、他の形態を採用することもできる。図5,図6は他の真空排気装置のブロック構成図である。
例えば、図5で示すように、真空チャンバ30の上流にコールドトラップ10を、また、下流にターボ分子ポンプ20を接続してもよい。
In the present embodiment, the turbo molecular pump 20 is directly arranged in series downstream of the cold trap 10, but other forms can be adopted. FIGS. 5 and 6 are block diagrams of other evacuation devices.
For example, as shown in FIG. 5, the cold trap 10 may be connected upstream of the vacuum chamber 30, and the turbo molecular pump 20 may be connected downstream.

また、図6で示すように真空チャンバ30にそれぞれ多数の真空排気装置100を並列に取り付けても良い。真空チャンバ30の大きさによって接続数が決定される。   In addition, as shown in FIG. 6, a plurality of vacuum evacuation devices 100 may be attached to the vacuum chamber 30 in parallel. The number of connections is determined by the size of the vacuum chamber 30.

以上の通り、本発明のコールドトラップ10または真空排気装置100によれば、最適な電力でコールドパネル12の表面温度を吸着に最適な任意の温度に一定に保つことができる。このため、ヒータ13の加熱による余分な電力を必要としないのでランニングコストを大幅に低減することができる。   As described above, according to the cold trap 10 or the evacuation device 100 of the present invention, the surface temperature of the cold panel 12 can be kept constant at an optimum temperature for adsorption by using the optimum power. For this reason, running power can be greatly reduced because no extra power is required by heating the heater 13.

また、コールドパネル12の温度を最低60K(−213℃)から最高573K(+300℃)までに制御できるので、水蒸気以外にも、吸着しようとするガスの吸着特性に合わせた最適温度による選択吸着を可能とし、さらに再生時には、水分の放出を短時間で効果的にコントロールすることができる。   In addition, since the temperature of the cold panel 12 can be controlled from a minimum of 60K (−213 ° C.) to a maximum of 573K (+ 300 ° C.), in addition to water vapor, selective adsorption at an optimal temperature according to the adsorption characteristics of a gas to be adsorbed can be performed. This makes it possible to effectively control the release of water in a short time during regeneration.

また、加熱手段であるヒータ13をコールドパネル12に内蔵したため、コールドパネル12を均一に素早く加熱できるとともにヒータ13の構成部材からのアウトガスを真空チャンバ30内に放出することがないので、信頼性の高いクリーンな環境を提供できる。   Further, since the cold panel 12 is provided with the heater 13 serving as a heating means, the cold panel 12 can be uniformly and quickly heated, and the outgas from the components of the heater 13 is not discharged into the vacuum chamber 30. High clean environment can be provided.

また、冷凍機として高効率でコンパクトなパルスチューブ冷凍機14を採用した。このパルスチューブ冷凍機14が内蔵するパルスチューブ膨張機には、樹脂など非金属の摺動材などの可動部がなく、全て金属製の部品で構成されており、再生処理時の加熱温度を可動部のあるGM冷凍機に比べて大幅に高く設定することができるとともにヒートショックに対する信頼性も向上させることができる。   In addition, a highly efficient and compact pulse tube refrigerator 14 was employed as the refrigerator. The pulse tube expander built in the pulse tube refrigerator 14 has no moving parts such as non-metallic sliding materials such as resin, and is entirely composed of metal parts, and can control the heating temperature during the regeneration process. It can be set to be much higher than a GM refrigerator having a section, and the reliability against heat shock can be improved.

また、コールドパネル12の表面材質を低温域における熱伝導率がステンレスよりも大きい純チタンや、銅または銅合金としたため、コールドパネル12の表面温度分布を通常用いられるステンレス材に比べて均一にすることができ、コールドパネル12の有効表面積を大きくすることができ、吸着速度を大きくすることができる。
なお、銅または銅合金のコールドパネルには水蒸気による錆を発生させないように保護層を形成して耐食性を向上させ、装置寿命を長くしている。
Further, since the surface material of the cold panel 12 is made of pure titanium, copper, or a copper alloy having a higher thermal conductivity than stainless steel in a low temperature range, the surface temperature distribution of the cold panel 12 is made uniform as compared with a commonly used stainless steel material. As a result, the effective surface area of the cold panel 12 can be increased, and the adsorption speed can be increased.
In addition, a protection layer is formed on a cold panel made of copper or a copper alloy so as not to generate rust due to water vapor, thereby improving corrosion resistance and extending the life of the apparatus.

また、コールドパネル12の表面のうち、トラップ面をなし地の面とすることでガスを吸着できる表面積を大きくし、また、トラップ面以外の外表面の表面積と放射率を小さくしたため、常温側から侵入する熱量を低減でき、効率のよいコールドトラップとすることができる。   Also, of the surface of the cold panel 12, the trapping surface is made a plain ground surface to increase the surface area capable of adsorbing gas, and the surface area and emissivity of the outer surface other than the trapping surface are reduced, so that from the room temperature side. The amount of heat entering can be reduced, and an efficient cold trap can be obtained.

また、水分子を凍結捕集した後の気体を流出させるコールドトラップ10と、気体分子を圧縮して排出するターボ分子ポンプ20と、を備えたため、ガス吸着時はコールドパネル12の負荷に応じて温度制御し、再生時はパルスチューブ冷凍機14を停止してヒータ13により均一に高温で加熱することができるので、ターボ分子ポンプ20と併用して稼働率が高く、ランニングコストの低い真空排気装置100を提供することができる。   In addition, since a cold trap 10 for discharging gas after freezing and collecting water molecules and a turbo-molecular pump 20 for compressing and discharging gas molecules are provided, according to the load on the cold panel 12 during gas adsorption. Since the temperature can be controlled and the pulse tube refrigerator 14 can be stopped at the time of regeneration and the heater 13 can be uniformly heated at a high temperature, the vacuum exhaust device having a high operation rate and low running cost can be used in combination with the turbo molecular pump 20. 100 can be provided.

本発明を実施するための最良の形態のコールドトラップ、ならびに、コールドトラップおよびターボ分子ポンプからなる真空排気装置の側面断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a side sectional view of the cold trap of the best form for implementing this invention, and the evacuation apparatus which consists of a cold trap and a turbo molecular pump. 本発明を実施するための最良の形態の真空排気装置のブロック構成図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block configuration diagram of a vacuum evacuation apparatus according to a best mode for carrying out the present invention. 温度制御系のブロック図である。It is a block diagram of a temperature control system. 本発明を実施するための最良の形態の真空排気装置のブロック構成図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block configuration diagram of a vacuum evacuation apparatus according to a best mode for carrying out the present invention. 本発明を実施するための最良の形態の他の真空排気装置のブロック構成図である。FIG. 7 is a block configuration diagram of another evacuation apparatus according to the best mode for carrying out the present invention. 本発明を実施するための最良の形態の他の真空排気装置のブロック構成図である。FIG. 7 is a block configuration diagram of another evacuation apparatus according to the best mode for carrying out the present invention.

符号の説明Explanation of reference numerals

100 :真空排気装置
10 :コールドトラップ
11 :ケーシング
11a :胴部
11b :フランジ
12 :コールドパネル
12a :外周パネル
12b :内周パネル
12c :支持部
13 :ヒータ
14 :パルスチューブ冷凍機
14a :冷却端
14b :膨張機
14c :圧縮機
15 :温度センサ
16 :端子部
17 :コントローラ
18 :電源
19 :圧力センサ
20 :ターボ分子ポンプ
30 :真空チャンバ
40 :ゲートバルブ
100: Vacuum exhaust device 10: Cold trap 11: Casing 11a: Body 11b: Flange 12: Cold panel 12a: Outer peripheral panel 12b: Inner peripheral panel 12c: Supporting part 13: Heater 14: Pulse tube refrigerator 14a: Cooling end 14b : Expander 14c: Compressor 15: Temperature sensor 16: Terminal 17: Controller 18: Power supply 19: Pressure sensor 20: Turbo molecular pump
30: vacuum chamber 40: gate valve

Claims (9)

ケーシングと、
ケーシング内に設置されるコールドパネルと、
コールドパネルを加熱する加熱手段と、
圧縮機、膨張機および冷却端を有し、少なくともケーシングの内部に冷却端がコールドパネルに熱的に接続されて配置される冷凍機と、
コールドパネルの温度を計測する温度計測手段と、
加熱手段、冷凍機および温度計測手段が接続される温度制御手段と、
を備えるコールドトラップであって、
この温度制御手段は、温度計測手段が計測したコールドパネルの温度に基づき、コールドパネルの温度を所定温度とするように冷凍機または加熱手段を制御することを特徴とするコールドトラップ。
A casing,
A cold panel installed in the casing,
Heating means for heating the cold panel;
A refrigerator having a compressor, an expander, and a cooling end, wherein the cooling end is disposed at least inside the casing while being thermally connected to the cold panel;
Temperature measurement means for measuring the temperature of the cold panel;
Heating means, a temperature control means to which the refrigerator and the temperature measurement means are connected,
A cold trap with
The temperature control unit controls the refrigerator or the heating unit based on the temperature of the cold panel measured by the temperature measurement unit so that the temperature of the cold panel is set to a predetermined temperature.
請求項1記載のコールドトラップにおいて、
前記コールドパネルの温度制御範囲は、最低60K(−213℃)から最高573K(+300℃)までの範囲であることを特徴とするコールドトラップ。
The cold trap according to claim 1,
A cold trap, wherein a temperature control range of the cold panel ranges from a minimum of 60K (−213 ° C.) to a maximum of 573K (+ 300 ° C.).
請求項1または請求項2記載のコールドトラップにおいて、
前記加熱手段は、コールドパネルに内蔵されることを特徴とするコールドトラップ。
In the cold trap according to claim 1 or 2,
The said heating means is built in the cold panel, The cold trap characterized by the above-mentioned.
請求項1〜請求項3の何れか一項に記載のコールドトラップにおいて、
前記膨張機は、パルスチューブ膨張機であることを特徴とするコールドトラップ。
In the cold trap according to any one of claims 1 to 3,
The said expander is a pulse tube expander, The cold trap characterized by the above-mentioned.
請求項1〜請求項4の何れか一項に記載のコールドトラップにおいて、
前記コールドパネルは、低温域における熱伝導率が大きい純チタンを材料とすることを特徴とするコールドトラップ。
In the cold trap according to any one of claims 1 to 4,
A cold trap, wherein the cold panel is made of pure titanium having a high thermal conductivity in a low temperature range.
請求項1〜請求項4の何れか一項に記載のコールドトラップにおいて、
前記コールドパネルは、低温域における熱伝導率が大きい銅または銅合金を材料とすることを特徴とするコールドトラップ。
In the cold trap according to any one of claims 1 to 4,
A cold trap, wherein the cold panel is made of copper or a copper alloy having a high thermal conductivity in a low temperature range.
請求項6に記載のコールドトラップにおいて、
前記コールドパネルは、その表面に耐食性を向上させる保護層を形成したことを特徴とするコールドトラップ。
The cold trap according to claim 6,
A cold trap, wherein a protective layer for improving corrosion resistance is formed on a surface of the cold panel.
請求項1〜請求項7の何れか一項に記載のコールドトラップにおいて、
前記コールドパネルは、水分子を凍結捕集するトラップ面の表面積を大きくし、トラップ面以外の外表面を放射率の小さな光沢面とすることを特徴とするコールドトラップ。
In the cold trap according to any one of claims 1 to 7,
The cold panel is characterized in that the cold panel increases the surface area of a trap surface for freezing and collecting water molecules, and makes the outer surface other than the trap surface a glossy surface having a low emissivity.
水分子を凍結捕集した残りのガスを流出させる請求項1〜請求項8の何れか一項に記載のコールドトラップと、
コールドトラップから流出したガスを排気するターボ分子ポンプと、
を備えることを特徴とする真空排気装置。
The cold trap according to any one of claims 1 to 8, which causes the remaining gas obtained by freeze-trapping water molecules to flow out,
A turbo molecular pump for exhausting gas flowing out of the cold trap,
A vacuum evacuation device comprising:
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