JP2008163882A

JP2008163882A - Cryopump

Info

Publication number: JP2008163882A
Application number: JP2006355784A
Authority: JP
Inventors: Tama Ri; 瑞李
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2008-07-17

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To uniformly and stably perform regeneration to both cryopanels of a first stage and a second stage, in a cryopump. <P>SOLUTION: This cryopump has first and second cylinders, first and second displacers, a reciprocally rotatable reversible motor for driving the displacers, a first stage expansion chamber for generating the cold in response to the reciprocating motion of the first displacer, a second stage expansion chamber for generating the cold accompanied by the reciprocating motion of the second displacer, the first and second cryopanels, a first stage heating part for raising the temperature of the first cryopanel 31 by introducing refrigerant gas, and a second stage heating part for raising the temperature of the second stage cryopanel by introducing the refrigerant gas. The respective cryopanels are raised in temperature by adiabatically compressing the refrigerant gas in the respective stage expansion chambers by rotating the reversible motor in the inverse direction. The volume W2 of the second stage heating part is also set larger than the volume W1 of the first stage heating part (W2 > W1). <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明はクライオポンプに係り、るもので、特にクライオパネルに吸着された気体を除去するため再生装置を有したクライオポンプに関するものである。 The present invention relates to a cryopump, and more particularly to a cryopump having a regenerator for removing gas adsorbed on a cryopanel.

例えば、半導体製造設備においては高真空を実現する必要があり、この高真空を実現しうる真空ポンプとしてクライオポンプが多用されている。このクライオポンプは、真空生成の原理上冷凍機が必要となる。このクライオポンプに用いられる冷凍機としては、ギフォード・マクマホンサイクル型冷凍機（以下ＧＭ型冷凍機という）が知られている。そして、ＧＭ型冷凍機とポンプハウジング内に配設されたクライオパネル等とを熱的に接続しておき、冷却過程においてポンプハウジング内の気体をクライオパネル等に凝縮および吸着させることにより高真空を実現する。 For example, it is necessary to realize a high vacuum in a semiconductor manufacturing facility, and a cryopump is frequently used as a vacuum pump that can realize this high vacuum. This cryopump requires a refrigerator on the principle of vacuum generation. As a refrigerator used for this cryopump, a Gifford-McMahon cycle type refrigerator (hereinafter referred to as a GM type refrigerator) is known. A GM refrigerator and a cryopanel disposed in the pump housing are thermally connected, and a high vacuum is achieved by condensing and adsorbing the gas in the pump housing to the cryopanel and the like in the cooling process. Realize.

上記構成とされたクライオポンプは、その構造上再生が必要となる。この再生とは、クライオパネル等に冷却過程で凝縮および吸着されたガスに熱を加え、昇温させることにより当該ガスを液化および気化させてポンプ容器の外に放出する処理をいう。 The cryopump configured as described above needs to be regenerated due to its structure. This regeneration refers to a process in which heat is applied to a gas condensed and adsorbed on a cryopanel or the like in the course of cooling, and the temperature is raised to liquefy and vaporize the gas and release it outside the pump container.

従って、再生時においては、クライオパネル或いはこれと熱的に接続されるＧＭ型冷凍機のステージを昇温させる必要がある。この昇温を行う方法としては、例えば特許文献１〜４に開示された方法が知られている。 Therefore, at the time of regeneration, it is necessary to raise the temperature of the cryopanel or the stage of the GM refrigerator that is thermally connected thereto. For example, methods disclosed in Patent Documents 1 to 4 are known as methods for increasing the temperature.

特許文献１，２に開示された方法は、冷凍機の冷却サイクルを反転させることによって昇温サイクルを実現し、冷凍機自体を熱源として利用するものである。この方法では、クランク機構を介してシリンダー内でディスプレーサーを往復運動させるためのモーターを逆方向回転すると共に、弁体の動作タイミングを冷却サイクルの場合の動作に比較して１８０°位相を異ならせることにより、冷却サイクルの反転を行って昇温サイクルを作り、熱発生手段として動作させている。この熱発生手段は、特別な設備を必要とせず、冷却サイクルを反転させるだけでよいので、構成が簡単となり、極めて便利である。 The methods disclosed in Patent Documents 1 and 2 realize a temperature rising cycle by reversing the cooling cycle of the refrigerator, and use the refrigerator itself as a heat source. In this method, the motor for reciprocating the displacer in the cylinder via the crank mechanism is rotated in the reverse direction, and the operation timing of the valve body is changed by 180 ° compared to the operation in the cooling cycle. As a result, the cooling cycle is reversed to create a temperature raising cycle, which is operated as a heat generating means. This heat generating means does not require any special equipment and only needs to reverse the cooling cycle, so that the configuration is simple and extremely convenient.

また、特許文献２，３に開示された方法は、内部に圧縮空間を内部に有する発熱部をクライオパネルに或いはステージに設け、この発熱部を圧縮機（ＧＭ型冷凍機に圧縮された冷媒ガスを供給する装置）に接続した構成とされている。また、圧縮機と発熱部とを接続する配管の途中には弁装置が設けられており、圧縮された冷媒ガスの供給及び供給停止を行いうる構成とされている。そして昇温時には、弁装置を開弁して高圧の冷媒ガスを圧縮空間内に供給し、これにより発生する断熱昇温によりクライオパネル等を加熱する構成とされている。
特許第２５６７３６９号公報特許第２６１７６８１号公報特許第２７２５６８９号公報特許第３１１４０９２号公報 In addition, the methods disclosed in Patent Documents 2 and 3 are provided with a heat generating part having a compression space inside a cryopanel or a stage, and the heat generating part is provided with a compressor (refrigerant gas compressed in a GM refrigerator). The device is connected to a device that supplies In addition, a valve device is provided in the middle of the pipe connecting the compressor and the heat generating portion, so that the compressed refrigerant gas can be supplied and stopped. When the temperature rises, the valve device is opened to supply a high-pressure refrigerant gas into the compression space, and the cryopanel or the like is heated by the adiabatic temperature rise generated thereby.
Japanese Patent No. 2567369 Japanese Patent No. 2617681 Japanese Patent No. 2,725,689 Japanese Patent No. 3114092

しかしながら、上記の特許文献１，２に記載された発明では、冷凍機の冷却サイクルを反転することにより電気ヒーター等を用いることなく昇温を行うことができる。しかしながら、ディスプレーサーが２段構成である場合、１段目と２段目をそれぞれ独立して温度制御することができないという問題点がある。 However, in the inventions described in Patent Documents 1 and 2 above, the temperature can be raised without using an electric heater or the like by reversing the cooling cycle of the refrigerator. However, when the displacer has a two-stage configuration, there is a problem that the first stage and the second stage cannot be temperature controlled independently.

即ち、各段で発生する圧縮熱は、各段のシリンダー膨張容積に比例しているため、２段目のステージに設けられたクライオパネルの昇温温度が、１段目のステージに取り付けられたクライオパネルの昇温よりも遅くなるという問題点がある。このため、１段目のクライオパネルが所定の再生温度に達しても、２段目のクライオパネルは所定の再生温度に達しておらず、この場合には２段目の再生を適正に行うことができない。一方、２段目のクライオパネルが所定の再生温度に達した時には、２段目のクライオパネルは所定の再生温度を超えており、２段目のクライオパネルの取り付け等に熱による不具合が生じるおそれがある。 That is, since the compression heat generated in each stage is proportional to the cylinder expansion volume of each stage, the temperature rise of the cryopanel provided in the second stage is attached to the first stage. There is a problem that it is slower than the temperature rise of the cryopanel. For this reason, even if the first-stage cryopanel reaches a predetermined regeneration temperature, the second-stage cryopanel does not reach the predetermined regeneration temperature. In this case, the second-stage regeneration is appropriately performed. I can't. On the other hand, when the second-stage cryopanel reaches a predetermined regeneration temperature, the second-stage cryopanel exceeds the predetermined regeneration temperature, and there is a possibility that a problem due to heat may occur in mounting the second-stage cryopanel. There is.

また、特許文献３，４に記載された発明では、ＧＭ冷凍機が冷却を行いながら再生できるものの、クライオポンプ全体を室温まで昇温させる方法が開示されていない。また、圧縮空間を内部に有する発熱部のみで昇温を行う構成では、速い昇温速度を要求される場合、必然的に圧縮空間の容積を大きくなることが予想され、装置が大型化するおそれがある。 In addition, in the inventions described in Patent Documents 3 and 4, although the GM refrigerator can be regenerated while cooling, a method for raising the temperature of the entire cryopump to room temperature is not disclosed. Further, in the configuration in which the temperature is raised only by the heat generating part having the compression space inside, when a high temperature rise rate is required, it is expected that the volume of the compression space is inevitably increased, and the apparatus may be increased in size. There is.

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、１段目及び２段目の双方のクライオパネルに対して均一で安定し再生を行いうるクライオポンプ及び再生方法を提供することを目的とする。
を目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a cryopump and a regeneration method capable of performing uniform and stable regeneration on both the first-stage and second-stage cryopanels. To do.
With the goal.

上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention is characterized by the following measures.

請求項１記載の発明に係るクライオポンプは、
第１及び第２のシリンダーと、
該第１及び第２のシリンダー内を往復動する第１及び第２のディスプレーサーと、
前記第１及び第２のディスプレーサーに収容されており、内部を冷媒ガスが通過しうるよう構成された第１及び第２の蓄冷器と、
前記第１及び第２のディスプレーサーを駆動する正逆回転可能な可逆モーターと、
前記第１のシリンダーと前記第１のディスプレーサーとの間に形成され、該第１のディスプレーサーの往復動に伴い寒冷を発生する第１の空間部と、
前記第２のシリンダーと前記第２のディスプレーサーとの間に形成され、該第２のディスプレーサーの往復動に伴い前記第１の空間部よりも低温の寒冷を発生する第２の空間部と、
前記第１のシリンダーに設けられた第１の冷却ステージに熱的に接続させた第１のクライオパネルと、
前記第２のシリンダーに設けられた第２の冷却ステージに熱的に接続させた第２のクライオパネルと、
前記第１のクライオパネルに熱的に接続されており、前記冷媒ガスが導入されることにより発生する断熱圧縮熱により、前記第１のクライオパネルを昇温する第１の発熱部と、
前記第２のクライオパネルに熱的に接続されており、前記冷媒ガスが導入されることにより発生する断熱圧縮熱により、前記第２のクライオパネルを昇温する第２の発熱部とを有しており、
前記可逆モーターを正方向回転することにより前記冷媒ガスを前記第１及び第２の空間部内で断熱膨脹させて寒冷を発生させ、前記第１及び第２のクライオパネルを冷却し、
前記可逆モーターを逆方向回転することにより前記冷媒ガスを前記第１及び第２の空間部内で断熱圧縮させて前記第１及び第２のクライオパネルを昇温し、
かつ、前記第２の発熱部の圧縮空間の容積を、前記第１の発熱部の圧縮空間の容積に比べて大きくしたことを特徴とするクライオポンプ。 The cryopump according to the invention of claim 1 is:
First and second cylinders;
First and second displacers that reciprocate in the first and second cylinders;
First and second regenerators housed in the first and second displacers and configured to allow refrigerant gas to pass through;
A reversible motor capable of rotating forward and reverse to drive the first and second displacers;
A first space that is formed between the first cylinder and the first displacer and that generates cold as the first displacer reciprocates;
A second space portion formed between the second cylinder and the second displacer, and generating cold at a temperature lower than that of the first space portion as the second displacer reciprocates; ,
A first cryopanel thermally connected to a first cooling stage provided in the first cylinder;
A second cryopanel thermally connected to a second cooling stage provided in the second cylinder;
A first heat generating part that is thermally connected to the first cryopanel and heats the first cryopanel by adiabatic compression heat generated by introducing the refrigerant gas;
A second heat generating part that is thermally connected to the second cryopanel and heats the second cryopanel by adiabatic compression heat generated by introducing the refrigerant gas. And
The refrigerant gas is adiabatically expanded in the first and second spaces by rotating the reversible motor in the forward direction to generate cold, and the first and second cryopanels are cooled;
The refrigerant gas is adiabatically compressed in the first and second space portions by rotating the reversible motor in the reverse direction, and the first and second cryopanels are heated.
The cryopump is characterized in that the volume of the compression space of the second heat generating part is larger than the volume of the compression space of the first heat generating part.

また、請求項２記載の発明に係るクライオポンプは、
第１及び第２のシリンダーと、
該第１及び第２のシリンダー内を往復動する第１及び第２のディスプレーサーと、
前記第１及び第２のディスプレーサーに収容されており、内部を冷媒ガスが通過しうるよう構成された第１及び第２の蓄冷器と、
前記第１及び第２のディスプレーサーを駆動する正逆回転可能な可逆モーターと、
前記第１のシリンダーと前記第１のディスプレーサーとの間に形成され、該第１のディスプレーサーの往復動に伴い寒冷を発生する第１の空間部と、
前記第２のシリンダーと前記第２のディスプレーサーとの間に形成され、該第２のディスプレーサーの往復動に伴い前記第１の空間部よりも低温の寒冷を発生する第２の空間部と、
前記第１のシリンダーに設けられた第１の冷却ステージに熱的に接続させた第１のクライオパネルと、
前記第２のシリンダーに設けられた第２の冷却ステージに熱的に接続させた第２のクライオパネルと、
前記第１のクライオパネルに熱的に接続されており、前記冷媒ガスが第１の導管を介して導入されることにより発生する断熱圧縮熱により、前記第１のクライオパネルを昇温する第１の発熱部と、
前記第２のクライオパネルに熱的に接続されており、前記冷媒ガスが第２の導管を介して導入されることにより発生する断熱圧縮熱により、前記第２のクライオパネルを昇温する第２の発熱部と、
前記第１の導管に配設された第１の弁装置と、
前記第２の導管に配設された第２の弁装置とを有しており、
前記可逆モーターを正方向回転することにより前記冷媒ガスを前記第１及び第２の空間部内で断熱膨脹させて寒冷を発生させ、前記第１及び第２のクライオパネルを冷却し、
前記可逆モーターを逆方向回転することにより前記冷媒ガスを前記第１及び第２の空間部内で断熱圧縮させて前記第１及び第２のクライオパネルを昇温し、
前記第１の発熱部の圧縮空間の容積を前記第１の空間部の容積と同等或いはそれよりも大きくし、
かつ、前記第２の発熱部の圧縮空間の容積を前記第２の空間部の容積と同等或いはそれよりも大きくしたことを特徴とするものである。 The cryopump according to the invention of claim 2 is:
First and second cylinders;
First and second displacers that reciprocate in the first and second cylinders;
First and second regenerators housed in the first and second displacers and configured to allow refrigerant gas to pass through;
A reversible motor capable of rotating forward and reverse to drive the first and second displacers;
A first space that is formed between the first cylinder and the first displacer and that generates cold as the first displacer reciprocates;
A second space portion formed between the second cylinder and the second displacer, and generating cold at a temperature lower than that of the first space portion as the second displacer reciprocates; ,
A first cryopanel thermally connected to a first cooling stage provided in the first cylinder;
A second cryopanel thermally connected to a second cooling stage provided in the second cylinder;
The first cryopanel is thermally connected to the first cryopanel, and the first cryopanel is heated by adiabatic compression heat generated when the refrigerant gas is introduced through the first conduit. Heat generation part of
The second cryopanel, which is thermally connected to the second cryopanel, raises the temperature of the second cryopanel by adiabatic compression heat generated when the refrigerant gas is introduced through the second conduit. Heat generation part of
A first valve device disposed in the first conduit;
A second valve device disposed in the second conduit;
The refrigerant gas is adiabatically expanded in the first and second spaces by rotating the reversible motor in the forward direction to generate cold, and the first and second cryopanels are cooled;
The refrigerant gas is adiabatically compressed in the first and second space portions by rotating the reversible motor in the reverse direction, and the first and second cryopanels are heated.
The volume of the compression space of the first heat generating part is equal to or larger than the volume of the first space part,
In addition, the volume of the compression space of the second heat generating portion is equal to or larger than the volume of the second space portion.

請求項１記載の発明によれば、第２の発熱部の圧縮空間の容積を第１の発熱部の圧縮空間の容積に比べて大きくしたため、第１及び第２の発熱部に冷媒ガスを導入して断熱圧縮熱を発生させた際、容積が大きい第２の発熱部の方が高い温度となる。 According to the first aspect of the present invention, since the volume of the compression space of the second heat generating portion is made larger than the volume of the compression space of the first heat generating portion, the refrigerant gas is introduced into the first and second heat generating portions. Then, when adiabatic compression heat is generated, the second heat generating portion having a larger volume has a higher temperature.

このため、可逆モーターを反転させることにより第１及び第２の空間部に断熱圧縮熱を発生させた際、第２の空間部の昇温が第１の空間部の昇温に対して遅れたとしても、第２の空間部に対応する第２の発熱部は、第１の空間部に対応する第１の発熱部よりも高い温度となるため、よって第１のクライオパネルと第２のクライオパネルを略同じ再生速度で昇温させることが可能となる。 Therefore, when adiabatic compression heat is generated in the first and second space portions by reversing the reversible motor, the temperature rise in the second space portion is delayed with respect to the temperature rise in the first space portion. However, since the second heat generating portion corresponding to the second space portion has a higher temperature than the first heat generating portion corresponding to the first space portion, the first cryopanel and the second cryogenic portion are accordingly formed. It becomes possible to raise the temperature of the panel at substantially the same regeneration speed.

また、請求項２記載の発明によれば、第１の発熱部の圧縮空間の容積が第１の空間部の容積と同等或いはそれよりも大きいため、第１の空間部で発生する寒冷の温度よりも第１の発熱部で発生する断熱圧縮熱の温度を高くすることができ、第１のクライオパネルを確実に昇温することができる。 According to the second aspect of the present invention, since the volume of the compression space of the first heat generating portion is equal to or larger than the volume of the first space portion, the temperature of the cold generated in the first space portion. As a result, the temperature of the adiabatic compression heat generated in the first heat generating portion can be increased, and the temperature of the first cryopanel can be reliably increased.

同様に、第２の発熱部の圧縮空間の容積が第２の空間部の容積と同等或いはそれよりも大きいため、第２の空間部で発生する寒冷の温度よりも第２の発熱部で発生する断熱圧縮熱の温度を高くすることができ、第２のクライオパネルを確実に昇温することができる。 Similarly, since the volume of the compression space of the second heat generating portion is equal to or larger than the volume of the second space portion, it is generated in the second heat generating portion than the cold temperature generated in the second space portion. The temperature of the adiabatic compression heat to be increased can be increased, and the temperature of the second cryopanel can be reliably increased.

また、この第１及び第２の発熱部で発生する断熱圧縮熱は、第１及び第２の弁体により調整可能であるため、第１及び第２の発熱部の温度を第１及び第２のクライオパネルの再生に適した温度に容易に調整することができる。 In addition, since the adiabatic compression heat generated in the first and second heat generating parts can be adjusted by the first and second valve bodies, the temperatures of the first and second heat generating parts are set to the first and second temperatures. Can be easily adjusted to a temperature suitable for the regeneration of the cryopanel.

更に、請求項１及び請求項２のいずれにおいても、可逆モーターを反転させることにより第１及び第２の空間部で熱を発生させ、かつ、第１及び第２の発熱部で熱を発生させることができるため、第１及び第２の空間部と第１及び第２の発熱部とを合わせた発熱量は、それぞれを別個に設けた従来構成のクライオポンプに比べて大きくなり、よって短時間で再生処理を行うことが可能となる。 Further, in any one of claims 1 and 2, heat is generated in the first and second space portions by reversing the reversible motor, and heat is generated in the first and second heat generating portions. Therefore, the combined heat generation amount of the first and second space portions and the first and second heat generating portions is larger than that of a cryopump having a conventional configuration in which the first and second space portions are separately provided. It becomes possible to perform the reproduction process.

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。 Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の一実施例であるクライオポンプを示す構成図である。同図に示すように、クライオポンプ５０は、ポンプハウジング２と、真空容器３と、蓄冷式冷凍機例えば二段式のＧＭ冷凍機４（ギフォード・マクマホン冷凍機）と、クライオポンプ５０の再生装置５１等を有している。 FIG. 1 is a block diagram showing a cryopump according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the cryopump 50 includes a pump housing 2, a vacuum vessel 3, a regenerative refrigerator, for example, a two-stage GM refrigerator 4 (Gifford McMahon refrigerator), and a cryopump 50 regeneration device. 51 etc.

ポンプハウジング２は、その内部にＧＭ冷凍機４を収容し、大気放出弁６（安全弁）と、窒素ガスなどの再生ガス導入口７とを設けると共に、真空シール８を介して真空容器３を密閉的に取り付けることによりその内部に吸着用ポンプチャンバー９およびテストチャンバー１０をそれぞれ形成してある。 The pump housing 2 accommodates the GM refrigerator 4 therein, and is provided with an atmospheric discharge valve 6 (safety valve) and a regeneration gas introduction port 7 such as nitrogen gas, and the vacuum vessel 3 is hermetically sealed through a vacuum seal 8. The adsorption pump chamber 9 and the test chamber 10 are respectively formed in the inside by attaching them.

真空容器３は、クライオポンプ５０によりそのテストチャンバー１０内を高真空とするもので、テストチャンバー１０に半導体その他の製造ライン１１を収容可能とし、アルゴンガスなどの製造ライン用ガスを第１の弁１２、流量コントローラー１３、第２の弁１４、ガス導入口１５、およびガス導入管１６を介してテストチャンバー１０内に導入可能としてある。更に真空容器３には、真空弁１７、真空ポンプ１８および真空計１９を設けることにより、吸着用ポンプチャンバー９およびテストチャンバー１０内を粗引きして所定の真空度、例えば１Ｐａ（１０-2Ｔｏｒｒ）まで機械的に排気し、真空引き可能としてある。 The vacuum chamber 3 is a vacuum chamber 50 in which the inside of the test chamber 10 is set to a high vacuum. The test chamber 10 can accommodate a semiconductor or other production line 11, and a gas for production line such as argon gas is supplied to the first valve. 12, the flow rate controller 13, the second valve 14, the gas introduction port 15, and the gas introduction pipe 16 can be introduced into the test chamber 10. Further, the vacuum vessel 3 is provided with a vacuum valve 17, a vacuum pump 18 and a vacuum gauge 19, so that the inside of the adsorption pump chamber 9 and the test chamber 10 is roughed to have a predetermined degree of vacuum, for example, 1 Pa (10 −2 Torr). It can be evacuated mechanically and evacuated.

ＧＭ冷凍機４は、圧縮機２０と、吸気弁２１及び排気弁２２（本実施例では、ロータリ弁装置７０として構成される）と、可逆モーター２３と、スコッチヨーク２４と、第１段シリンダー２５及び第２段シリンダー２６と、第１段ディスプレーサー２７及び第２段ディスプレーサー２８と、第１段冷却ステージ２９及び第２段冷却ステージ３０と、カップ状の第１段クライオパネル３１（輻射シールド）および第２段クライオパネル３２等を有した構成とされている。 The GM refrigerator 4 includes a compressor 20, an intake valve 21 and an exhaust valve 22 (configured as a rotary valve device 70 in this embodiment), a reversible motor 23, a Scotch yoke 24, and a first stage cylinder 25. The second stage cylinder 26, the first stage displacer 27 and the second stage displacer 28, the first stage cooling stage 29 and the second stage cooling stage 30, and the cup-shaped first stage cryopanel 31 (radiation shield). ) And the second stage cryopanel 32 and the like.

ここで、ＧＭ冷凍機４の詳細について、図２乃至図５を用いて説明する。 Here, the detail of the GM refrigerator 4 is demonstrated using FIG. 2 thru | or FIG.

圧縮機２０は、冷媒ガスを低圧側２０ａから吸込み圧力を高めると共に、昇圧された冷媒ガスを高圧側２０ｂへ排出する。ＧＭ冷凍機４は、ハウジング９３と上下２段に配置された第１及び第２段シリンダー２５,２６を有した構成とされている。この第１及び第２段シリンダー２５,２６には、第１及び第２の蓄冷器３４，３５内を内蔵した一体の第１及び第２段ディスプレーサー２７，２８が摺動自在に設けられている。 The compressor 20 sucks the refrigerant gas from the low pressure side 20a, increases the pressure, and discharges the pressurized refrigerant gas to the high pressure side 20b. The GM refrigerator 4 includes a housing 93 and first and second stage cylinders 25 and 26 arranged in two upper and lower stages. The first and second stage cylinders 25, 26 are slidably provided with integral first and second stage displacers 27, 28 incorporating the first and second regenerators 34, 35. Yes.

この第１段シリンダー２５と第１段ディスプレーサー２７との間には第１段膨張室４３が形成され、第２段シリンダー２６と第２段ディスプレーサー２８との間には第２段膨張室４４が形成される。また、第１段ディスプレーサー２７の上部にも空間部８３が形成される。 A first stage expansion chamber 43 is formed between the first stage cylinder 25 and the first stage displacer 27, and a second stage expansion chamber is formed between the second stage cylinder 26 and the second stage displacer 28. 44 is formed. A space 83 is also formed on the upper portion of the first stage displacer 27.

尚、第１及び第２段ディスプレーサー２７，２８は、例えば図中上下方向に２５ｍｍ程度ストロークするし、これに伴い容積が変化する。ここで、後述する説明の便宜上、第１及び第２段ディスプレーサー２７，２８が上死点にある時の第１段膨張室４３の最大容積をＶ１とし、同様に第２段膨張室４４の最大容積をＶ２とするものとする。 The first and second stage displacers 27 and 28 stroke, for example, about 25 mm in the vertical direction in the drawing, and the volume changes accordingly. Here, for convenience of explanation to be described later, the maximum volume of the first stage expansion chamber 43 when the first and second stage displacers 27 and 28 are at the top dead center is V1, and similarly, the second stage expansion chamber 44 Let the maximum volume be V2.

この第１段膨張室４３及び第２段膨張室４４の相互間は、蓄冷器３４，３５を内蔵した第１及び第２段ディスプレーサー２７，２８と、第１乃至第５の連通路３８〜４２により接続（連通）された構成とされている。また、第１のシリンダー２５の下部外周には第１段冷却ステージ２９が熱伝導関係に密着され、第２段シリンダー２６の下部外周には第２段冷却ステージ３０が熱伝導関係に密着されている。 Between the first-stage expansion chamber 43 and the second-stage expansion chamber 44, first and second-stage displacers 27, 28 having built-in regenerators 34, 35, and first to fifth communication paths 38-- 42 is connected (communication). The first stage cooling stage 29 is in close contact with the lower outer periphery of the first cylinder 25 in a heat conduction relationship, and the second stage cooling stage 30 is in close contact with the lower outer periphery of the second stage cylinder 26 in a heat conduction relationship. Yes.

第１及び第２段ディスプレーサー２７，２８は、摺動軸受８７ａ，８７ｂに支持されたスコッチヨーク２４に連結されている。この第１及び第２段ディスプレーサー２７，２８は、可逆モーター２３、クランク８４、及びスコッチヨーク２４を介して駆動されて第１及び第２段シリンダー２５,２６内を往復動する。 The first and second stage displacers 27 and 28 are connected to a scotch yoke 24 supported by sliding bearings 87a and 87b. The first and second stage displacers 27 and 28 are driven via the reversible motor 23, the crank 84 and the scotch yoke 24 to reciprocate in the first and second stage cylinders 25 and 26.

可逆モーター２３は、正方向回転と逆方向回転を行いうる構成とされている。尚、本実施例では可逆モーター２３が正方向回転する場合に第１及び第２段膨張室４３，４４は寒冷を発生し（冷却モード）、可逆モーター２３が逆方向回転した時に、後述するように第１及び第２段膨張室４３，４４に断熱圧縮熱が発生するよう構成されている（昇温モード）。 The reversible motor 23 is configured to perform forward rotation and reverse rotation. In this embodiment, when the reversible motor 23 rotates in the forward direction, the first and second stage expansion chambers 43 and 44 generate cold (cooling mode), and will be described later when the reversible motor 23 rotates in the reverse direction. In addition, adiabatic compression heat is generated in the first and second stage expansion chambers 43 and 44 (temperature increase mode).

圧縮機２０と第１及び第２段シリンダー２５,２６との間には、冷媒ガスの流れを制御するロータリ弁装置７０が配置されている。ロータリ弁装置７０は、図１に示す吸気弁２１及び排気弁２２を構成するものである。このロータリ弁装置７０は、圧縮機２０の高圧側２０ｂから送り出される冷媒ガスを第１及び第２段シリンダー２５,２６内に導き、また、第１及び第２段シリンダー２５,２６内から送り出される断熱膨張後の冷媒ガスを圧縮機２０の低圧側２０ａに導くよう構成されている。 A rotary valve device 70 for controlling the flow of the refrigerant gas is disposed between the compressor 20 and the first and second stage cylinders 25 and 26. The rotary valve device 70 constitutes the intake valve 21 and the exhaust valve 22 shown in FIG. The rotary valve device 70 guides the refrigerant gas sent out from the high-pressure side 20b of the compressor 20 into the first and second stage cylinders 25 and 26, and also sends out the refrigerant gas from the first and second stage cylinders 25 and 26. The refrigerant gas after adiabatic expansion is configured to be guided to the low pressure side 20 a of the compressor 20.

ロータリ弁装置７０は、バルブ本体７８とバルブプレート７９とからなり、バルブ本体７８はハウジング内に固定ピン８９で固定される。また、バルブプレート７９は、図３及び図４に示す如くスコッチヨーク２４を駆動するクランク８４のピン部８４ａに係合する円周方向の係合溝８６を備えている。 The rotary valve device 70 includes a valve main body 78 and a valve plate 79, and the valve main body 78 is fixed in the housing by a fixing pin 89. Further, as shown in FIGS. 3 and 4, the valve plate 79 includes a circumferential engagement groove 86 that engages with a pin portion 84 a of a crank 84 that drives the Scotch yoke 24.

そして、クランク８４の正方向、或いは逆方向の回転（実施例では円周角度２８０°の回転）により、ピン部８４ａが係合溝８６の端部８６ａ或いは端部８６ｂに係合した時、クランク８４の運動（即ち可逆モーター軸２３ａの回転）がバルブプレート７９に伝達され、バルブプレート７９が回転する。前記円周方向の係合溝８６とピン部８４ａとは、バルブプレート７９と可逆モーター軸２３ａとをモーターの正方向回転と逆方向回転との間に実施例では角度２８０゜の空動を伴って連結することになる。 Then, when the pin portion 84a is engaged with the end portion 86a or the end portion 86b of the engagement groove 86 by rotation in the forward direction or the reverse direction of the crank 84 (rotation at a circumferential angle of 280 ° in the embodiment), 84 movement (that is, rotation of the reversible motor shaft 23a) is transmitted to the valve plate 79, and the valve plate 79 rotates. The circumferential engaging groove 86 and the pin portion 84a cause the valve plate 79 and the reversible motor shaft 23a to move freely at an angle of 280 ° between the forward rotation and the reverse rotation of the motor. Will be connected.

バルブ本体７８の中心には圧縮機２０の高圧側２０ｂに接続される冷却ガス吸気孔７８ｂが貫通されており、図５に示す如くバルブプレート側端面７８ａには前記冷却ガス吸気孔７８ｂを中心とする同心円上に円弧状溝７８ｃを設けられている。また、この円弧状溝７８ｃに一端を開口し、バルブ本体７８内を通って他端を側面に開口した吐出孔７８ｅに連通させた通孔７８ｄを穿設し、前記吐出孔７８ｅは通路３３及び空間部８３を介して第１の連通路３８に接続している。また、通路３３には、後述する第１及び第２段発熱部５７，５９に冷媒ガスを供給するための第１及び第２段再生用導管５２，５３が接続されている。 A cooling gas intake hole 78b connected to the high pressure side 20b of the compressor 20 passes through the center of the valve body 78. As shown in FIG. 5, the valve plate side end surface 78a is centered on the cooling gas intake hole 78b. An arcuate groove 78c is provided on the concentric circle. One end of the arc-shaped groove 78c is opened, and a through hole 78d is formed through the valve body 78 and communicated with a discharge hole 78e having the other end opened on the side surface. It is connected to the first communication path 38 via the space 83. The passage 33 is connected to first and second stage regeneration conduits 52 and 53 for supplying refrigerant gas to first and second stage heat generating portions 57 and 59 described later.

また、バルブプレート７９のバルブ本体側端面７９ａにその中心から半径方向に延びる溝７９ｄを設けると共に、バルブプレート７９のバルブ本体側端面７９ａから反対側端面７９ｂまで貫通させて前記バルブ本体７８の円弧状溝７８ｃと同一円周上の位置に円弧状孔７９ｃを穿設し、冷却ガス吸気孔７８ｂ、溝７９ｄ、円弧状溝７８ｃと通孔７８ｄとで吸気弁が形成され、通孔７８ｄ、円弧状溝７８ｃと円弧状孔７９ｃとで排気弁が形成される。 Further, a groove 79d extending in the radial direction from the center of the valve plate 79 is provided on the valve body side end surface 79a of the valve plate 79 and penetrates from the valve body side end surface 79a of the valve plate 79 to the opposite end surface 79b. An arc-shaped hole 79c is formed at a position on the same circumference as the groove 78c, and an intake valve is formed by the cooling gas intake hole 78b and the groove 79d, and the arc-shaped groove 78c and the through-hole 78d. An exhaust valve is formed by the groove 78c and the arc-shaped hole 79c.

ここで再び図１に戻り、説明を続ける。 Here, returning to FIG. 1 again, the description will be continued.

圧縮機２０は、ヘリウムガスなどの冷媒ガスを導管３３を介して、第１段シリンダー２５における第１段ディスプレーサー２７内の第１段蓄冷器３４、および第２段シリンダー２６における第２段ディスプレーサー２８内の第２段蓄冷器３５に供給する。第１段シリンダー２５と第１段ディスプレーサー２７との間には第１段シール３６、第２段シリンダー２６と第２段ディスプレーサー２８との間には第２段シール３７をそれぞれ設けられている。 The compressor 20 supplies a refrigerant gas such as helium gas via a conduit 33 to the first stage regenerator 34 in the first stage displacer 27 in the first stage cylinder 25 and the second stage display in the second stage cylinder 26. The second stage regenerator 35 in the sir 28 is supplied. A first stage seal 36 is provided between the first stage cylinder 25 and the first stage displacer 27, and a second stage seal 37 is provided between the second stage cylinder 26 and the second stage displacer 28. Yes.

第１段冷却ステージ２９には、第１段クライオパネル３１を熱的に接触させて設けると共に、第１段クライオパネル３１の先端部には吸着用ポンプチャンバー９とテストチャンバー１０との境界部分にバッフル４５を設けてある。第２段冷却ステージ３０には、第２段クライオパネル３２を熱的に接触させて設けると共に、第２段クライオパネル３２の内壁面には活性炭などの吸着材４６を接着してある。 The first-stage cooling stage 29 is provided with a first-stage cryopanel 31 in thermal contact with the front-end portion of the first-stage cryopanel 31 at the boundary between the adsorption pump chamber 9 and the test chamber 10. A baffle 45 is provided. A second stage cryopanel 32 is provided in thermal contact with the second stage cooling stage 30, and an adsorbent 46 such as activated carbon is bonded to the inner wall surface of the second stage cryopanel 32.

再生装置５１は、第１の再生機構と第２の再生機構を有した構成とされている。第１の再生機構は、前記のようにＧＭ冷凍機４が有する可逆モーター２３を逆方向回転させることにより昇温モードとし、これにより第１段膨張室４３および第２段膨張室４４をヒーターとして用いて再生処理を行う機構である。また、第２の再生機構は、各クライオパネル３１，３２に設けた第１及び第２段発熱部５７，５９を用いて再生処理を行う機構である。 The playback device 51 is configured to have a first playback mechanism and a second playback mechanism. As described above, the first regeneration mechanism makes the temperature increase mode by rotating the reversible motor 23 of the GM refrigerator 4 in the reverse direction, whereby the first stage expansion chamber 43 and the second stage expansion chamber 44 are used as heaters. This is a mechanism for performing reproduction processing. The second regeneration mechanism is a mechanism for performing regeneration processing using the first and second stage heat generating portions 57 and 59 provided in the respective cryopanels 31 and 32.

第２の再生機構は、例えばステンレス製の第１段再生用導管５２および第２段再生用導管５３と、第１段開閉弁５４および第２段開閉弁５５と、所定容積の第１段空間部５６を有する第１段発熱部５７と、所定容積の第２段空間部５８を有する第２段発熱部５９と、例えば白金−コバルトセンサーなどの第１段温度センサー６０および第２段温度センサー６１と、制御回路６２とを有した構成とされている。 The second regeneration mechanism includes, for example, a first stage regeneration conduit 52 and a second stage regeneration conduit 53 made of stainless steel, a first stage on-off valve 54 and a second stage on-off valve 55, and a first stage space having a predetermined volume. A first stage heat generation part 57 having a part 56, a second stage heat generation part 59 having a second stage space part 58 having a predetermined volume, a first stage temperature sensor 60 such as a platinum-cobalt sensor, and a second stage temperature sensor. 61 and a control circuit 62.

第１段再生用導管５２は、導管３３から分岐し、第１段開閉弁５４を設け、常温部から第１段発熱部５７の第１段空間部５６に冷媒ガスを供給可能とする。第２段再生用導管５３は、導管３３から第１段再生用導管５２に並列に分岐し、第２段開閉弁５５を設け、第２段発熱部５９の第２段空間部５８に冷媒ガスを供給可能とする。 The first-stage regeneration conduit 52 is branched from the conduit 33 and is provided with a first-stage opening / closing valve 54 so that the refrigerant gas can be supplied from the normal temperature section to the first-stage space section 56 of the first-stage heat generating section 57. The second-stage regeneration conduit 53 branches in parallel from the conduit 33 to the first-stage regeneration conduit 52, is provided with a second-stage opening / closing valve 55, and refrigerant gas is provided in the second-stage space 58 of the second-stage heat generating section 59. Can be supplied.

第１段発熱部５７は、第１段再生用導管５２に連通し、他端側を閉鎖した、例えば円筒状の部材であって、これを第１段冷却ステージ２９に熱的に接触させてある。第２段発熱部５９は、第２段再生用導管５３に連通し、他端側を閉鎖した、例えば円筒状の部材であって、これを第２段クライオパネル３２の内壁面に熱的に接触させてある。 The first stage heat generating section 57 is a cylindrical member that communicates with the first stage regeneration conduit 52 and has the other end closed, for example, and is in thermal contact with the first stage cooling stage 29. is there. The second-stage heat generating portion 59 is a cylindrical member that communicates with the second-stage regeneration conduit 53 and has the other end closed, for example, and is thermally connected to the inner wall surface of the second-stage cryopanel 32. It is in contact.

第１段発熱部５７の第１段空間部５６（圧縮空間）の容積Ｗ１は、前記した第１段膨張室４３の容積Ｖ１と同等か或いはそれよりも大きい構成とされている（Ｗ１≧Ｖ１）。また、第２段発熱部５９の第１段空間部５８（圧縮空間）の容積Ｗ２は、前記した第２段膨張室４４の容積Ｖ２と同等か或いはそれよりも大きい構成とされている（Ｗ２≧Ｖ２）。更に、第２段発熱部５９の第１段空間部５８の容積Ｗ２は、第１段発熱部５７の第１段空間部５６の容積Ｗ１に比べて大きい構成とされている（Ｗ２≧Ｗ１）。 The volume W1 of the first stage space part 56 (compression space) of the first stage heat generating part 57 is configured to be equal to or larger than the volume V1 of the first stage expansion chamber 43 described above (W1 ≧ V1). ). Further, the volume W2 of the first stage space 58 (compression space) of the second stage heat generating part 59 is equal to or larger than the volume V2 of the second stage expansion chamber 44 described above (W2). ≧ V2). Further, the volume W2 of the first stage space 58 of the second stage heat generating part 59 is larger than the volume W1 of the first stage space 56 of the first stage heat generating part 57 (W2 ≧ W1). .

一方、第１段温度センサー６０は、第１段冷却ステージ２９にこれを設けて、再生作業における温度を測定する。第２段温度センサー６１は、第２段冷却ステージ３０にこれを設けて、再生作業における温度を測定する。 On the other hand, the first stage temperature sensor 60 is provided in the first stage cooling stage 29 to measure the temperature in the regeneration operation. The second stage temperature sensor 61 is provided in the second stage cooling stage 30 to measure the temperature in the regeneration operation.

制御回路６２は、第１段温度センサー６０および第２段温度センサー６１からの検出信号を受けると共に、第１段開閉弁５４および第２段開閉弁５５、圧縮機２０、可逆モーター２３（スコッチヨーク２４）を駆動制御する。 The control circuit 62 receives detection signals from the first stage temperature sensor 60 and the second stage temperature sensor 61, and also includes the first stage on-off valve 54 and the second stage on-off valve 55, the compressor 20, the reversible motor 23 (Scotch yoke). 24) is driven and controlled.

続いて、上記構成とされたクライオポンプ５０の動作について説明する。 Next, the operation of the cryopump 50 configured as described above will be described.

先ず、通常の真空運転時におけるクライオポンプ５０の動作について説明する。この通常の真空運転時においては、第１段開閉弁５４および第２段開閉弁５５は閉鎖状態とし、第１段発熱部５７の第１段空間部５６および第２段発熱部５９の第２段空間部５８にＧＭ冷凍機４の封入圧力と同じ圧力の冷媒ガスを封入した状態としている。 First, the operation of the cryopump 50 during normal vacuum operation will be described. During this normal vacuum operation, the first stage opening / closing valve 54 and the second stage opening / closing valve 55 are closed, and the first stage space 56 of the first stage heating part 57 and the second stage heating part 59 of the second stage heating part 59 are closed. A refrigerant gas having the same pressure as that of the GM refrigerator 4 is sealed in the step space 58.

通常の真空運転時においては、真空弁１７を開いて真空ポンプ１８の運転によりテストチャンバー１０（及び吸着用ポンプチャンバー９）を機械的に真空引き（粗引き）して、圧力１０^−２Ｔｏｒｒ程度までの真空とする。 During normal vacuum operation, the vacuum valve 17 is opened, and the vacuum pump 18 is operated to mechanically evacuate (roughly) the test chamber 10 (and the suction pump chamber 9), so that the pressure is about 10 ⁻² Torr. Up to vacuum.

ついで、可逆モーター２３を正方向回転させる。可逆モーター２３を正方向回転させることにより、クランク８４のピン部８４ａは、バルブプレート７９の係合溝８６の端部８６ａに係合して、バルブプレート７９を正方向に回転させる（図３乃至図５参照）。これにより、ＧＭ冷凍機４は冷却モードで運転され、よってテストチャンバー１０内を更に高真空とする。 Next, the reversible motor 23 is rotated in the forward direction. By rotating the reversible motor 23 in the forward direction, the pin portion 84a of the crank 84 engages with the end portion 86a of the engagement groove 86 of the valve plate 79, thereby rotating the valve plate 79 in the forward direction (FIGS. 3 to 3). (See FIG. 5). As a result, the GM refrigerator 4 is operated in the cooling mode, so that the inside of the test chamber 10 is further evacuated.

すなわち、ロータリ弁装置７０（吸気弁２１および排気弁２２の開閉）、並びにスコッチヨーク２４による第１及び第２段ディスプレーサー２７，２８の上下往復動運転により、第１段蓄冷器３４および第２段蓄冷器３５に冷媒ガスを往復通過させ、第１段冷却ステージ２９を例えば温度８０Ｋに、第２段冷却ステージ３０を温度２０Ｋ程度に冷却する。 That is, the first stage regenerator 34 and the second stage reciprocating operation of the first and second stage displacers 27 and 28 by the rotary valve device 70 (opening and closing of the intake valve 21 and the exhaust valve 22) and the scotch yoke 24 are performed. The refrigerant gas is reciprocated through the stage regenerator 35 to cool the first stage cooling stage 29 to a temperature of 80K, for example, and the second stage cooling stage 30 to a temperature of about 20K.

従って、第１段冷却ステージ２９の第１段クライオパネル３１に水蒸気、炭酸ガスその他比較的沸点の高い気体分子などを凝縮固化し、第２段冷却ステージ３０の第２段クライオパネル３２に窒素ガス、アルゴンその他比較的低沸点のガスを吸着する。更に、最も沸点の低い、水素、ネオン、ヘリウムなどのガスは第２段クライオパネル３２の吸着材４６に低温吸着される。 Accordingly, water vapor, carbon dioxide gas, and other gas molecules having a relatively high boiling point are condensed and solidified in the first stage cryopanel 31 of the first stage cooling stage 29, and nitrogen gas is applied to the second stage cryopanel 32 of the second stage cooling stage 30. Adsorbs argon and other gases with relatively low boiling points. Further, the gas having the lowest boiling point such as hydrogen, neon, and helium is adsorbed at a low temperature on the adsorbent 46 of the second stage cryopanel 32.

こうして吸着用ポンプチャンバー９内のガスを凝縮、吸着或いは低温吸着することにより、テストチャンバー１０を高真空とした上で製造ライン１１を運転する。しかしながら、運転に伴い気体分子が凝縮吸着され、第２段クライオパネル３２の吸着材４６に低温吸着されて飽和状態となる。従って、この飽和状態のクライオポンプ１からこれらのガス、気体分子を放出させる再生作業が必要となることは前述した通りである。 In this way, the production line 11 is operated after the test chamber 10 is set to a high vacuum by condensing, adsorbing, or adsorbing at a low temperature the gas in the adsorption pump chamber 9. However, the gas molecules are condensed and adsorbed with the operation, and are adsorbed at a low temperature on the adsorbent 46 of the second stage cryopanel 32 and become saturated. Therefore, as described above, a regeneration operation for releasing these gases and gas molecules from the saturated cryopump 1 is required.

次に、再生時におけるクライオポンプ５０の動作について説明する。 Next, the operation of the cryopump 50 during regeneration will be described.

本実施例では、クライオポンプ５０を構成する第１の再生機構と第２の再生機構とを同時に動作さることを特徴としている。先ず、第１の再生機構の動作について説明する。 In the present embodiment, the first regeneration mechanism and the second regeneration mechanism constituting the cryopump 50 are operated simultaneously. First, the operation of the first reproduction mechanism will be described.

再生時ににおいては、制御回路６２は可逆モーター２３を逆方向回転し、これによりＧＭ冷凍機４は昇温モードとなる。この昇温モードでは、冷却モードの場合と異なり、クランク８４のピン部８４ａは、バルブプレート７９の係合溝８６の他端端部８６ｂに係合して、バルブプレート７９を逆方向に回転させる。 At the time of reproduction, the control circuit 62 rotates the reversible motor 23 in the reverse direction, whereby the GM refrigerator 4 enters the temperature raising mode. In this temperature raising mode, unlike the cooling mode, the pin portion 84a of the crank 84 is engaged with the other end 86b of the engagement groove 86 of the valve plate 79 to rotate the valve plate 79 in the reverse direction. .

第１及び第２段ディスプレーサー２７，２８が上死点UP手前（実施例では３５゜手前）の位置に達すると排気弁２２が閉じ、更に上死点手前（実施例では１５゜手前）の位置に達すると、通孔７８ｄ、円弧状溝７８ｃ、溝７９ｄとの間に流路が形成され（吸気弁２１が開）、高圧の冷媒ガスは蓄冷器３４，３５を通過しながら第１段膨張室４３及び第２段膨張室４４内に充填され、その時の圧縮熱（ガスが詰め込まれる時の断熱圧縮仕事）により低温状態の第１段冷却ステージ２９及び第２段冷却ステージ３０は昇温される。 When the first and second stage displacers 27 and 28 reach the position before the top dead center UP (35 ° before) in the embodiment, the exhaust valve 22 is closed, and further before the top dead center (15 ° before) in the embodiment. When the position is reached, a flow path is formed between the through-hole 78d, the arc-shaped groove 78c, and the groove 79d (the intake valve 21 is opened), and the high-pressure refrigerant gas passes through the regenerators 34 and 35 while being in the first stage. The first-stage cooling stage 29 and the second-stage cooling stage 30 in a low temperature state are heated by the compression heat at that time (adiabatic compression work when the gas is packed) filled in the expansion chamber 43 and the second-stage expansion chamber 44. Is done.

このように、第１の再生機構により第１段蓄冷器３４及び第２段膨張室４４は断熱圧縮熱により昇温し、これにより第１段冷却ステージ２９に接続された第１段クライオパネル３１、及び第２段冷却ステージ３０に接続された第２段クライオパネル３２等を昇温させて再生処理を行うことができる。これに伴い、各クライオパネル３１，３２に凝縮されているアルゴンガス等は、固相から液相更に気相に移行して大部分のガスは、大気放出弁６から吸着用ポンプチャンバー９外に放出される。また、吸着材４６に低温吸着されている各種のガスも気相となって放出される。 As described above, the first stage regenerator 34 and the second stage expansion chamber 44 are heated by adiabatic compression heat by the first regeneration mechanism, and thereby the first stage cryopanel 31 connected to the first stage cooling stage 29. In addition, the regeneration process can be performed by raising the temperature of the second stage cryopanel 32 or the like connected to the second stage cooling stage 30. Along with this, the argon gas or the like condensed in the cryopanels 31 and 32 moves from the solid phase to the liquid phase and further to the gas phase, and most of the gas is discharged from the atmospheric discharge valve 6 to the outside of the adsorption pump chamber 9. Released. Various gases adsorbed at low temperature on the adsorbent 46 are also released in the gas phase.

第１及び第２段ディスプレーサー２７，２８が下死点に達する前（実施例では下死点から角度６０゜手前）の位置に達すると吸気弁２１は閉じ、同時に通孔７８ｄ、円弧状溝７８ｃ、円弧状孔７９ｃとの間に流路が形成され（排気弁２２が開）、第１段シリンダー２５の上部に形成される空室８３の冷媒ガスは断熱膨脹して寒冷を発生する。温度の下がった低圧の冷媒ガスは、蓄冷器３４，３５と熱交換せずに直接ハウジング９３内に排出され圧縮機２０の低圧側２０ａに還流する。そして、第１及び第２段ディスプレーサー２７，２８が上死点手前（実施例では３５゜手前）の位置に達すると排気弁２２は閉じて１サイクルを終了する。 When the first and second stage displacers 27 and 28 reach a position before reaching the bottom dead center (in the embodiment, 60 degrees before the bottom dead center), the intake valve 21 is closed, and at the same time, the through hole 78d and the arc-shaped groove are closed. A flow path is formed between 78c and the arc-shaped hole 79c (exhaust valve 22 is opened), and the refrigerant gas in the vacant chamber 83 formed at the top of the first cylinder 25 adiabatically expands to generate cold. The low-pressure refrigerant gas that has fallen in temperature is discharged directly into the housing 93 without heat exchange with the regenerators 34 and 35, and is returned to the low-pressure side 20 a of the compressor 20. When the first and second stage displacers 27 and 28 reach a position before top dead center (in the embodiment, before 35 °), the exhaust valve 22 is closed to complete one cycle.

上記のように本実施例では、第１の再生機構により第１段蓄冷器３４及び第２段膨張室４４は断熱圧縮熱により昇温し、これにより第１段冷却ステージ２９に接続された第１段クライオパネル３１、及び第２段冷却ステージ３０に接続された第２段クライオパネル３２等を昇温させて再生処理を行うことができる。この際、第２段膨張室４４の容積Ｖ２は第１段膨張室４３の容積Ｖ１よりも小さい（Ｖ２＜Ｖ１）であり、また断熱圧縮熱の発熱量は容積に相関するため、第２段膨張室４４で発生する断熱圧縮熱量は、第１段膨張室４３で発生する断熱圧縮熱量よりも小さくなる。 As described above, in the present embodiment, the first regeneration mechanism 34 and the second stage expansion chamber 44 are heated by adiabatic compression heat by the first regeneration mechanism, and thereby the first stage connected to the first stage cooling stage 29. Regeneration processing can be performed by raising the temperature of the first-stage cryopanel 31 and the second-stage cryopanel 32 connected to the second-stage cooling stage 30. At this time, the volume V2 of the second stage expansion chamber 44 is smaller than the volume V1 of the first stage expansion chamber 43 (V2 <V1), and the heat generation amount of the adiabatic compression heat correlates with the volume. The adiabatic compression heat generated in the expansion chamber 44 is smaller than the adiabatic compression heat generated in the first stage expansion chamber 43.

次に、第２の再生機構の動作について説明する。再生時においては、第２の再生機構を構成する第１段開閉弁５４及び第２段開閉弁５５は、制御回路６２により開弁される。この各開閉弁５４，５５の開弁度は制御回路６２により制御することが可能である。 Next, the operation of the second reproduction mechanism will be described. At the time of regeneration, the first stage on-off valve 54 and the second stage on-off valve 55 constituting the second regeneration mechanism are opened by the control circuit 62. The degree of opening of the on-off valves 54 and 55 can be controlled by the control circuit 62.

第１及び第２段開閉弁５４，５５が開弁することにより、圧縮機２０で生成された高圧の冷媒ガスは導管３３から分岐されて第１段再生用導管５２及び第２段再生用導管５３に導入され、そして第１段発熱部５７の第１段空間部５６内、及び第２段発熱部５９の第２段空間部５８内に導入される。この際、冷媒ガスは、第１及び第２段蓄冷器３４，３５に供給される冷媒ガスの周期及び圧力と同じ周期及び圧力で、第１及び第２段発熱部５７，５８に導入される。 When the first and second stage opening / closing valves 54 and 55 are opened, the high-pressure refrigerant gas generated by the compressor 20 is branched from the conduit 33 to be supplied to the first stage regeneration conduit 52 and the second stage regeneration conduit. 53 and introduced into the first stage space part 56 of the first stage heat generating part 57 and the second stage space part 58 of the second stage heat generating part 59. At this time, the refrigerant gas is introduced into the first and second stage heat generating units 57 and 58 at the same cycle and pressure as the cycle and pressure of the refrigerant gas supplied to the first and second stage regenerators 34 and 35. .

このように高圧の冷媒ガスが第１段発熱部５７及び第２段発熱部５９に導入されることにより、第１段空間部５６内及び第２段空間部５８内では断熱圧縮熱が発生し、第１段発熱部５７及び第２段発熱部５９は昇温する。本実施例では、第１段発熱部５７は第１段冷却ステージ２９に配設されているため、第１段発熱部５７が昇温することにより第１段冷却ステージ２９を介して第１段クライオパネル３１も昇温され、よって第１段クライオパネル３１に凝固しているガス等を再生処理することができる。また、第２段発熱部５９は第２段クライオパネル３２に直接配設されているため、第２段発熱部５９が昇温することにより第２段クライオパネル３２も昇温され、これに凝固しているガス等を再生処理することができる。 By introducing the high-pressure refrigerant gas into the first stage heat generating part 57 and the second stage heat generating part 59 in this way, adiabatic compression heat is generated in the first stage space part 56 and the second stage space part 58. The first stage heat generating part 57 and the second stage heat generating part 59 are heated. In the present embodiment, since the first stage heat generating part 57 is disposed on the first stage cooling stage 29, the first stage heat generating part 57 rises in temperature, so that the first stage heating stage 57 passes through the first stage cooling stage 29. The temperature of the cryopanel 31 is also raised, so that the gas solidified in the first stage cryopanel 31 can be regenerated. In addition, since the second stage heat generating portion 59 is directly disposed on the second stage cryopanel 32, the second stage heat generating portion 59 is heated to raise the temperature of the second stage cryopanel 32 and is solidified therewith. It is possible to regenerate the gas that is being regenerated.

ところで、前記したように第２段膨張室４４の容積Ｖ２は第１段膨張室４３の容積Ｖ１よりも小さい（Ｖ２＜Ｖ１）であるため、第２段膨張室４４で発生する断熱圧縮熱量は、第１段膨張室４３で発生する断熱圧縮熱量よりも小さくなる。しかしながら、本実施例では、第２段空間部５８の圧縮空間の容積Ｗ２を第１段空間部５６の容積Ｗ１に比べて大きくしたため（Ｗ２＞Ｗ１）、第１及び第２段空間部５６，５７に冷媒ガスを導入して断熱圧縮熱を発生させた際、容積が大きい第２段発熱部５９の方が高い温度となる。 By the way, since the volume V2 of the second stage expansion chamber 44 is smaller than the volume V1 of the first stage expansion chamber 43 (V2 <V1) as described above, the adiabatic compression heat generated in the second stage expansion chamber 44 is It becomes smaller than the adiabatic compression heat quantity generated in the first stage expansion chamber 43. However, in the present embodiment, since the volume W2 of the compression space of the second stage space 58 is larger than the volume W1 of the first stage space 56 (W2> W1), the first and second stage spaces 56, When refrigerant gas is introduced into 57 to generate adiabatic compression heat, the second stage heat generating portion 59 having a larger volume has a higher temperature.

このため、可逆モーター２３を反転させることにより再生モードとし、第１及び第２段膨張室４３，４４に断熱圧縮熱を発生させた場合、容積差により第２段膨張室４４の昇温が第１段膨張室４３の昇温に対して遅れたとしても、第２段膨張室４４に対応する（即ち、熱的に接続された）第２段空間部５８は、第１段膨張室４３に対応する第１段発熱部５７よりも高い温度となる。このため、第１段クライオパネル３１の再生速度と第２段クライオパネル３２の再生速度を略等しくすることができ、これにより第１段クライオパネル３１または第２段クライオパネル３２のいずれか一方に再生不良が発生したり、また必要以上の加熱が行われたりすることを確実に防止することができる。 For this reason, when the reversible motor 23 is reversed to enter the regeneration mode and adiabatic compression heat is generated in the first and second stage expansion chambers 43 and 44, the temperature of the second stage expansion chamber 44 is increased by the volume difference. Even if the temperature of the first stage expansion chamber 43 is delayed, the second stage space 58 corresponding to the second stage expansion chamber 44 (that is, thermally connected) is connected to the first stage expansion chamber 43. The temperature is higher than that of the corresponding first stage heat generating portion 57. For this reason, the playback speed of the first stage cryopanel 31 and the playback speed of the second stage cryopanel 32 can be made substantially equal, so that either the first stage cryopanel 31 or the second stage cryopanel 32 can be set. It is possible to reliably prevent the occurrence of regeneration failure and the heating more than necessary.

また、この第１及び第２段発熱部５７，５９で発生する断熱圧縮熱は、第１及び第２段開閉弁５４，５５の弁開度を制御することにより調整可能である。このため、第１及び第２段発熱部５７，５９の温度を再生に最適な温度に調整することができ，第１及び第２段クライオパネル３１，３２の再生を短時間で確実に行うことが可能となる。 The adiabatic compression heat generated in the first and second stage heat generating portions 57 and 59 can be adjusted by controlling the valve opening degree of the first and second stage opening / closing valves 54 and 55. Therefore, the temperature of the first and second stage heat generating portions 57 and 59 can be adjusted to the optimum temperature for regeneration, and the first and second stage cryopanels 31 and 32 can be reliably reproduced in a short time. Is possible.

また、第１の再生機構と第２の再生機構を同時に駆動するため、各再生機構による各クライオパネル３１，３２に印加される熱量の総量は、各機構を別個に設けた従来構成のクライオポンプに比べて大きくなり、よって短時間で再生処理を行うことが可能となる。 In addition, since the first regeneration mechanism and the second regeneration mechanism are driven simultaneously, the total amount of heat applied to each cryopanel 31 and 32 by each regeneration mechanism is a cryopump having a conventional configuration in which each mechanism is provided separately. Therefore, the reproduction process can be performed in a short time.

また本実施例では、制御回路６２による制御によっては、ＧＭ冷凍機４を冷却モードとした状態で、第１段発熱部５７及び第２段空間部５８を昇温することも可能である。この場合，第１段発熱部５７の第１段空間部５６の容積Ｗ１が第１段膨張室４３の容積Ｖ１と同等或いはそれよりも大きい（Ｗ１≧Ｖ１）ため、第１段膨張室４３で発生する寒冷の温度よりも第１段発熱部５７で発生する断熱圧縮熱の温度を高くすることができ、第１のクライオパネル３１を確実に昇温することができる。 Further, in the present embodiment, depending on the control by the control circuit 62, it is possible to raise the temperature of the first stage heat generating part 57 and the second stage space 58 while the GM refrigerator 4 is in the cooling mode. In this case, the volume W1 of the first stage space 56 of the first stage heat generating part 57 is equal to or larger than the volume V1 of the first stage expansion chamber 43 (W1 ≧ V1). The temperature of the adiabatic compression heat generated in the first stage heat generating part 57 can be made higher than the temperature of the generated cold, and the temperature of the first cryopanel 31 can be reliably raised.

同様に、第２段発熱部５９の第２段空間部５８の容積Ｗ２が第２段膨張室４４の容積Ｖ２と同等或いはそれよりも大きい（Ｗ２≧Ｖ２）ため、第２段膨張室４４で発生する寒冷の温度よりも第２段発熱部５９で発生する断熱圧縮熱の温度を高くすることができ、第２段クライオパネル３２を確実に昇温することができる。 Similarly, the volume W2 of the second stage space 58 of the second stage heat generating part 59 is equal to or larger than the volume V2 of the second stage expansion chamber 44 (W2 ≧ V2). The temperature of the adiabatic compression heat generated in the second stage heat generating portion 59 can be made higher than the temperature of the generated cold, and the second stage cryopanel 32 can be reliably heated.

図１は、本発明の一実施例であるクライオポンプの構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a cryopump according to an embodiment of the present invention. 図２は、クライオポンプに設けられるＧＭ冷凍機を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a GM refrigerator provided in the cryopump. 図３は、図２におけるII−II線に沿う端面図である。FIG. 3 is an end view taken along the line II-II in FIG. 図４は、バルブプレートとスコッチヨークの駆動機構の分解斜視図である。FIG. 4 is an exploded perspective view of the drive mechanism for the valve plate and the scotch yoke. 図５は、ロータリ弁装置を構成するバルブプレートとバルブ本体の分解斜視図である。FIG. 5 is an exploded perspective view of a valve plate and a valve main body constituting the rotary valve device.

Explanation of symbols

１クライオポンプ
２ポンプハウジング
３真空容器
４ＧＭ冷凍機
６大気放出弁
９吸着用ポンプチャンバー
１０テストチャンバー
１８真空ポンプ
２０圧縮機
２１吸気弁
２２排気弁
２３可逆モーター
２３ａ可逆モーター軸
２４スコッチヨーク
２５第１段シリンダー
２６第２段シリンダー
２７第１段ディスプレーサー
２８第２段ディスプレーサー
２９第１段冷却ステージ
３０第２段冷却ステージ
３１第１段クライオパネル
３２第２段クライオパネル
３４第１段蓄冷器
３５第２段蓄冷器
４３第１段膨張室
４４第２段膨張室
４５バッフル
４６吸着材
４７第１段発熱部
４８第２段発熱部
５０クライオポンプ
５１再生装置
５２第１段再生用導管
５３第２段再生用導管
５４第１段開閉弁
５５第２段開閉弁
５６第１段空間部
５７第１段発熱部
５８第２段空間部
５９第２段発熱部
６０第１段温度センサー
６１第２段温度センサー
６２制御回路
６３第２段発熱部
７０ロータリ弁装置
７８バルブ本体
７８ａバルブプレート側端面
７８ｂ冷却ガス吸気孔
７８ｃ円弧状溝
７８ｄ通孔
７８ｅ吐出孔
７９バルブプレート
７９ａバルブ本体側端面
７９ｂ反対側端面
７９ｃ円弧状孔
８４クランク
８６係合溝
９３ハウジング DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cryo pump 2 Pump housing 3 Vacuum container 4 GM refrigerator 6 Atmospheric discharge valve 9 Suction pump chamber 10 Test chamber 18 Vacuum pump 20 Compressor 21 Intake valve 22 Exhaust valve 23 Reversible motor 23a Reversible motor shaft 24 Scotch yoke 25 First Stage cylinder 26 Second stage cylinder 27 First stage displacer 28 Second stage displacer 29 First stage cooling stage 30 Second stage cooling stage 31 First stage cryopanel 32 Second stage cryopanel 34 First stage regenerator 35 Second stage regenerator 43 First stage expansion chamber 44 Second stage expansion chamber 45 Baffle 46 Adsorbent 47 First stage heat generating section 48 Second stage heat generating section 50 Cryopump 51 Regeneration device 52 First stage regeneration conduit 53 Second Stage regeneration conduit 54 First stage on-off valve 55 Second stage on-off valve 56 First stage space 57 First stage Heating part 58 Second stage space part 59 Second stage heating part 60 First stage temperature sensor 61 Second stage temperature sensor 62 Control circuit 63 Second stage heating part 70 Rotary valve device 78 Valve body 78a Valve plate side end face 78b Cooling gas Intake hole 78c Arc-shaped groove 78d Through-hole 78e Discharge hole 79 Valve plate 79a Valve body side end face 79b Opposite side end face 79c Arc-shaped hole 84 Crank 86 Engagement groove 93 Housing

Claims

First and second cylinders;
First and second displacers that reciprocate in the first and second cylinders;
First and second regenerators housed in the first and second displacers and configured to allow refrigerant gas to pass through;
A reversible motor capable of rotating forward and reverse to drive the first and second displacers;
A first space that is formed between the first cylinder and the first displacer and that generates cold as the first displacer reciprocates;
A second space portion formed between the second cylinder and the second displacer, and generating cold at a temperature lower than that of the first space portion as the second displacer reciprocates; ,
A first cryopanel thermally connected to a first cooling stage provided in the first cylinder;
A second cryopanel thermally connected to a second cooling stage provided in the second cylinder;
A first heat generating part that is thermally connected to the first cryopanel and heats the first cryopanel by adiabatic compression heat generated by introducing the refrigerant gas;
A second heat generating part that is thermally connected to the second cryopanel and heats the second cryopanel by adiabatic compression heat generated by introducing the refrigerant gas. And
The refrigerant gas is adiabatically expanded in the first and second spaces by rotating the reversible motor in the forward direction to generate cold, and the first and second cryopanels are cooled;
The refrigerant gas is adiabatically compressed in the first and second space portions by rotating the reversible motor in the reverse direction, and the first and second cryopanels are heated.
The cryopump is characterized in that the volume of the compression space of the second heat generating part is larger than the volume of the compression space of the first heat generating part.

First and second cylinders;
First and second displacers that reciprocate in the first and second cylinders;
First and second regenerators housed in the first and second displacers and configured to allow refrigerant gas to pass through;
A reversible motor capable of rotating forward and reverse to drive the first and second displacers;
A first space that is formed between the first cylinder and the first displacer and that generates cold as the first displacer reciprocates;
A second space portion formed between the second cylinder and the second displacer, and generating cold at a temperature lower than that of the first space portion as the second displacer reciprocates; ,
A first cryopanel thermally connected to a first cooling stage provided in the first cylinder;
A second cryopanel thermally connected to a second cooling stage provided in the second cylinder;
The first cryopanel is thermally connected to the first cryopanel, and the first cryopanel is heated by adiabatic compression heat generated when the refrigerant gas is introduced through the first conduit. Heat generation part of
The second cryopanel, which is thermally connected to the second cryopanel, raises the temperature of the second cryopanel by adiabatic compression heat generated when the refrigerant gas is introduced through the second conduit. Heat generation part of
A first valve device disposed in the first conduit;
A second valve device disposed in the second conduit;
The refrigerant gas is adiabatically expanded in the first and second spaces by rotating the reversible motor in the forward direction to generate cold, and the first and second cryopanels are cooled;
The refrigerant gas is adiabatically compressed in the first and second space portions by rotating the reversible motor in the reverse direction, and the first and second cryopanels are heated.
The volume of the compression space of the first heat generating part is equal to or larger than the volume of the first space part,
The cryopump is characterized in that the volume of the compression space of the second heat generating portion is equal to or larger than the volume of the second space portion.