JP3615247B2

JP3615247B2 - Cryopump device

Info

Publication number: JP3615247B2
Application number: JP24809794A
Authority: JP
Inventors: 勝治吉川; 勇治山口
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1994-10-13
Filing date: 1994-10-13
Publication date: 2005-02-02
Anticipated expiration: 2020-02-02
Also published as: JPH08109881A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、ギホード・マクマホンサイクルあるいはスターリングサイクルによる極低温用冷凍装置などに用いるクライオポンプ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のクライオポンプ装置として、図６のような構成のものが周知である。図６のクライオポンプ装置５００において、電動機１０２はクランク機構１０３を駆動し、クランク機構１０３は給気弁１０４・排気弁１１１の開閉動作と往復竿１０９の往復動作を所要の行程位相差をもって往復駆動する。
【０００３】
往復竿１０９には、第１ディスプレーサ１０６と第２ディスプレーサ１０８とが連結してあり、第１ディスプレーサ１０６と第２ディスプレーサ１０８とは、それぞれ、第１シリンダ１０５内と第２シリンダ１０７内を同一の行程位相をもって往復移動する。
【０００４】
第１ディスプレーサ１０５・第２ディスプレーサ１０８は、図の下方側に移動する行程の終点近くから膨張冷却行程を行い、図の上方側に移動する行程において排気行程を行い、その終点近くから吸気圧縮行程を行う。
【０００５】
吸気圧縮行程では、冷媒圧縮部（図示せず）で圧縮したヘリウムなどの加圧冷媒１０１が、吸気弁１０４を介して、第１シリンダ１０５内に入り、第１ディスプレーサ１０６の通気穴２０１から蓄冷材２０２を通って通気穴２０３を通り、第１膨張室２０５側に入る。
【０００６】
第１膨張室２０５の加圧冷媒は、膨張冷却行程において、上記の吸気圧縮行程の冷媒の流れと逆に流れ、排気弁１１１を通って排出されると同時に膨張し、蓄冷材２０２に冷却熱容量を蓄積する。
【０００７】
この第１膨張冷却の行程と同行程中に、第１膨張室２０５の冷媒は、第２ディスプレーサ１０８の通気穴２０６から蓄冷材２０７を通り、通気穴２０８から第２膨張室２０９に入り、その後、逆に流れて排気弁１１１より排出されると同時に膨張して、第２膨張冷却を行い、蓄冷材２０７に冷却熱容量を蓄積する。
【０００８】
排気行程では、第２膨張室２０９内と第１膨張室２０５内の膨張冷却を終えて降圧した冷媒は、上記の膨張冷却動作時とは逆の経路を経て第２ディスプレーサ１０８内と第１ディスプレーサ１０６内とを通り、排気弁１１１を介して、クランク機構１０３の室内を通り、降圧冷媒１１２として排出され、冷媒圧縮部（図示せず）に戻り、再び圧縮して加圧冷媒１０１にするという循環を繰り返すように動作する。
【０００９】
内側遮蔽覆１１６は、第１シリンダ１０５の上端側に設けた第１ステージ１１５の部分から第２シリンダ１０７全体に至る間を覆って冷却室１１７を形成し、この冷却室１１７の開口端側から、冷却負荷４００となる装置からの冷却対象流体３００、例えば、半導体基板製造用チャンバからの循環流体を導入する。なお、この内側遮蔽覆１１６は、ラジエーションシールドとも呼ばれている。
【００１０】
冷却室１１７の開口端側には、平面鎧戸状の通気路をもつ低温側の吸熱フィン、つまり、バッフル１２０を配置し、第２シリンダ１０７の上端側の第２ステージ１１８の部分にも筒形鎧戸状の通気路をもつ極低温側の吸熱フィン、つまり、コールドパネル１１９を配置してあり、第１ステージ１１５と第２ステージ１１８とで生ずる冷却熱容量を、バッフル１２０の各表面とコールドパネル１１９の各表面などを介して、冷却対象流体３００に与えることにより所要の冷却を行っている。
【００１１】
外側遮蔽覆１１３は、第１シリンダ１０５の下端側から冷却室１１７の開口端側までの外側を覆って真空室１１４を形成し、この真空室１１４により、第１シリンダ１０５の外面と冷却室１１７の外面とを外部環境から遮断して、冷却熱容量の放熱損失を防いでいる。
【００１２】
また、各構成部材としては、蓄冷材２０２・２０７の部分には、例えば、粒状鉛・銅製網、または、通気性焼結金属材を用い、コールドパネル１１９・バッフル１２０の部分には薄い銅板を用い、その他の部分にはステンレス鋼、つまり、ＳＵＳ材および銅材による金属材を主体にして形成してある。
【００１３】
そして、冷却対象流体３００に含まれた水蒸気などの普通の低温で凝固する気体成分は低温側のバッフル１２０の表面に凝着させ、アルゴンや水素のような極低温で凝固または吸着する気体成分は極低温側のコールドパネル１１９の表面に凝着または吸着させることにより、冷却対象流体３００から不純物を除去する浄化を行って真空度を高めるなどの作用を行わせている。
【００１４】
上記の凝着と吸着のうち、主としてコールドパネル１１９の表面での凝着と吸着とは、比較的短時間で飽和状態に達するため、冷却対象流体３００の流入口に設けた閉塞用シャッター４０１を閉じて、コールドパネル１１９の表面を再生する再生工程を行うようにしている。
【００１５】
この再生工程は、クライオポンプ装置５００の冷却運転を一時的に停止し、冷却対象流体３００の流路を遮断した状態で、内部に設けた電熱体（図示せず）と外部に設けた電熱体３０１とにより加熱して、上記の凝着成分や吸着成分を蒸発させるとともに、加熱吸気口３０２から加熱排気口３０３に向けて冷却室１１７内部と真空室１４内部との気体を循環させるさせるようにしている。また、コールドパネル１１９は、極低温の冷却を行うパネルを形成しているため、クライオパネルとも呼ばれている。
【００１６】
そして、コールドパネル１１９は、図７のように、平坦部分Ａの周辺に傾斜部分Ｂを連続させた形状の素子板１１・１２を間隔を空けて平行に複数枚を多段状に重ねるとともに、特定の表面部分を上記の凝着を行う素表面部分Ｘ、つまり、素材肌の部分とし、残りの表面部分に上記の吸着を行うための吸着層を施した吸着層部分Ｙとして構成したものを、図６のように、適宜に間隔配置した間柱状の支柱１３を串刺状にすることにより、次段以下の素子板１２を、支柱１３によって、最上段の素子板１１に一体に固定支持させたものを、第２ステージ１１８の上からかぶせるように入れ込んで、ねじ１４により第２ステージ１１８に固定してある。
【００１７】
ここで、素材肌のままの素表面部分Ｘ、つまり、アルゴンなどを凝着させる面の部分は、冷却対象流体３００が降り注ぐ面、つまり、最上段の素子板１１の平坦部分Ａの上面Ａ１と傾斜部分Ｂの上面Ｂ１との上面側全面と、次段以下の各素子板１２の傾斜部分Ｂの上面Ｂ２とに限定してある。
【００１８】
また、水素などを吸着させる吸着層部分Ｙは、吸着層を、例えば、多数の活性炭の粒を接着して構成するとともに、次段以下の各素子板１２の平坦部分Ａの上面のみに限定してある。そして、素子板１１・１２の各下面側は、例えば、下面全面を、素表面部分Ｘ、つまり、素材肌の部分として形成する場合と、必要に応じて、下面全面を吸着層部分Ｙとし、または、平坦部分Ａの範囲内のみに吸着層部分Ｙを施す場合とがある。
【００１９】
そして、アルゴンなどが凝着した凝着層Ｐは、冷却対象流体３００の下降流動に沿った部分にのみしか形成されないので、素子板１１・１２の各下面側には、凝着層Ｐは形成されないことになる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、コールドパネルの素子板にアルゴンなどが凝着して生成される凝着層Ｐは、冷却対象流体の下降流動に沿った部分にのみしか形成されないので、冷却対象流体の状態によっては、凝着層を形成する面が不足するようになり、再生工程を頻繁に行う必要が生ずる。
【００２１】
再生工程のための時間は、冷却対象流体の浄化作用に対しては、実質的には、損失時間になり、機能上から好ましくないので、凝着層Ｐの面積と上記の吸着を行う面積とを増加するために、コールドパネルの外径を大きくし、素子板の積み重ね段数を多くすると、最上段の素子板上に凝着層の極度に増長して、バッフルの通気路を閉塞し、または、コールドパネルと内側遮蔽覆、つまり、ラジエーションシールドとの間の通気路を閉塞してしまい、逆に吸着能力を低減してしまうという不都合が生ずるほか、増長した凝着層の周縁部分が脱落して、温度の高い内側遮蔽覆の底面部分に落下して蒸発し、いわゆるアルゴンのハングアップを起こして、冷却対象流体の真空度に衝撃を与えるなどの不都合が生ずる。
【００２２】
そこで、図８のように、極低温側の吸熱フイン、つまり、コールドパネルを構成する各素子板の傾斜部分の上面を全てずらせた配置にすることにより、傘形に形成したコールドパネルを用いて、凝着面と吸着面とを増加させる試みがなされている。
【００２３】
しかしながら、こうした傘形のコールドパネルを用いる構成では、各素子板の形状が１段ごとに異なるため、全段数分の成形用金型を製作する金型費用を要するほか、１段毎に異なる大きさのもの積み重ねるなどの複雑な工程を要するという不都合があるほか、外径の小さい最上段の素子板に凝着した凝着層の周縁が脱落すると、その下方が全て傾斜面部分の連続になっているため、途中で止まらずに、温度の高い内側遮蔽覆の底面部分、つまり、ラジエーションシールドの底面部分に落下して蒸発するので、上記のハングアップを生じ、冷却対象流体の真空度に衝撃を与えるという不都合を解消し得ない。
【００２４】
このため、こうした不都合のない簡便な構成によるものの提供が望まれているという課題がある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記のような
平坦部分の周辺に傾斜部分を連続させた形状の素子板を多段状に重ね構成したコールドパネルの各前記素子板の上面側に、冷却対象流体中の不純物の凝着と吸着とを行う面を設けたクライオポンプ装置において、
【００２６】
上記の傾斜部分の外径が小さく同一の外径をもつ素子板を複数段重ねた小径ブロック部分を上側に配置し、上記の傾斜部分の外径が前記小径ブロック部分の素子板の外径よりも大きく同一の外径をもつ素子板を複数段重ねた大径ブロック部分を下側に配置することにより、外径の異なる複数のブロック部分を積み重ねて上記のコールドパネルを形成するコールドパネル形成手段と、
【００２７】
上記の小径ブロック部分の外径と上記の大径ブロック部分の外径との差を、大径ブロック部分の周縁における平坦部分の一部と傾斜部分とを含む部分が上記の小径ブロック部分の外径から外側にはみ出す大きさの差をもたせて形成する外径差形成手段と、
【００２８】
上記の大径ブロック部分の最上段に配置された素子板の上面側に施す上記の吸着のための吸着層を、小径ブロック部分の素子板の外径よりも小さい範囲に相当する範囲のみに施して形成する吸着層形成手段と
を設ける第１の構成と、この第１の構成における吸着層形成手段に代えて、
【００２９】
上記の大径ブロック部分の最上段に配置された素子板の上面側に施す上記の吸着のための吸着層を、上記の小径ブロック部分の素子板の平坦部分に相当する範囲内のみに施して形成する吸着層形成手段
設ける第２の構成とによって、上記の課題を解決し得るようにしたものである。
【００３０】
【作用】
外径の小さい素子板を複数段重ねた小径ブロック部分と、外径の大きい素子板を複数段重ねた大径ブロック部分とに分けて構成しているため、素子板を形成する金型としては上段側素子板用と下段側素子板用とのみを製作すればよいので、金型費用を低減するとともに、素子板の積み重ね作業も、同一外径のものを複数積み重ねるので、作業を簡単化することができ、装置を安価に提供し得るように作用する。
【００３１】
また、小径ブロック部分からはみ出した大径ブロック部分の最上段の素子板の平坦部分の一部と傾斜部分との上面が、中段状の広い凝着面部分を形成するので、平坦な凝着面を大きくしたと同様になり、凝着能力を向上し得るように作用し、さらに、この中段状の広い凝着面によって最上段の凝着面から脱落した凝着体を受け止めるので、内側遮蔽覆の底面部分に落下することを防止し得るように作用する。
【００３２】
【実施例】
以下、図１〜図５により実施例を説明する。図１〜図５において、図６〜図８の各符号と同一符号で示す部分は、図６〜図８により説明した同一符号の部分と同一の機能をもつ部分である。
【００３３】
〔第１実施例〕
まず、図１〜図３により第１実施例を説明する。これらの図において、コールドパネル１１９は、小径ブロック部分２１を上側に配置し、大径ブロック部分２２を下側に配置することにより、外径の異なる複数のブロック部分を積み重ねた形態に形成してある。
【００３４】
そして、小径ブロック部分２１は、傾斜部分Ｂの外径Ｄ１が小さく同一の外径Ｄ１をもつ素子板２１Ａを複数段重ねて形成してあり、また、大径ブロック部分２２は、傾斜部分Ｂの外径Ｄ２が小径ブロック部分２１の傾斜部分Ｂの外径Ｄ１よりも大きく同一の外径Ｄ２をもつ素子板２２Ａを複数段重ねて形成してある。つまり、大径ブロック部分２２の傾斜部分Ｂの外径Ｄ２を小径ブロック部分２１の素子板２１Ａの外径Ｄ１よりも大きくしてある。
【００３５】
各素子板２１Ａ・２２Ａのうちの最上段の素子板２１Ａのみを、平坦部分Ａが盲板にするとともに、他の素子板２１Ａ・２２Ａには、中心部分に第２ステージ１１８の部分を通し入れるための通し穴２５を設けて、支柱１３により最上段の素子板２１Ａに一体に形成してある。
【００３６】
また、小径ブロック部分２１の外径Ｄ１と大径ブロック部分の外径Ｄ２との差を、大径ブロック部分２１の周縁における平坦部分Ａの一部Ａ′と傾斜部分Ｂとを含むはみ出し部分Ｕが小径ブロック部分２１の外径Ｄ１から外側にはみ出す大きさの差をもたせて形成してある。
【００３７】
さらに、大径ブロック部分２２の最上段に配置した素子板２２Ａ１の上面側に施す吸着層、つまり、吸着層部分Ｙを、小径ブロック部分２１の素子板２１Ａの外径Ｄ１よりも小さい範囲に相当する範囲Ｙａのみに設けてある。
【００３８】
なお、吸着層は、例えば、活性炭素の粒を樹脂系の接着剤で所定面に固定するすることにより層状に形成してある。
【００３９】
そして、小径ブロック部分２１の最上段の素子板２１Ａ１の上面側は、従来のものと同様に、吸着層を施さずに、全面を素材肌のままの素表面部分Ｘにした凝着面にしてある。
【００４０】
また、小径ブロック部分２１の次段以下の素子板２１Ａの上面側と大径ブロック部分２２の次段以下の素子板２１Ａの上面側は、それぞれ、平坦部分Ａの範囲内のみに吸着層部分Ｙを設けて吸着面にしてあり、残りの傾斜部分Ｂの上面側は吸着層を施さずに、素材肌のままの素表面部分Ｘにした凝着面にしてある。
【００４１】
さらに、全ての素子板２１Ａ・２２Ａの下面側は、全て、全面を素材肌のままの素表面部分Ｘにした凝着面とするか、または、吸着能力を向上するために、一部の下面を吸着層部分Ｙにして残りの下面を凝着面とし、もしくは、下面側の全面を吸着層部分Ｙとして形成する。
【００４２】
〔第１実施例の構成の要約〕
第１実施例の構成を要約すると、
平坦部分Ａの周辺に傾斜部分Ｂを連続させた形状の素子板２１Ａ・２２Ａを多段状に重ねて構成したコールドパネル１１９の各素子板２１Ａ・２２Ａの上面側に、冷却対象流体３００中の不純物の凝着と吸着とを行う面、つまり、アルゴンなどを凝着する素表面部分Ｘと水素などを吸着するための吸着層部分Ｙとを設けたクライオポンプ装置５００において、
【００４３】
上記の傾斜部分Ｂの外径が小さく同一の外径Ｄ１をもつ素子板２１Ａを複数段重ねた小径ブロック部分２１を上側に配置し、上記の傾斜部分Ｂの外径Ｄ２が小径ブロック部分２１の素子板２１Ａの外径Ｄ１よりも大きく同一の外径Ｄ２をもつ素子板２２Ａを複数段重ねた大径ブロック部分２２を下側に配置することにより、外径の異なる複数のブロック部分２１・２２を積み重ねて上記のコールドパネル１１９を形成するコールドパネル形成手段と、
【００４４】
上記の小径ブロック部分２１の外径Ｄ１と上記の大径ブロック部分２２の外径Ｄ２との差を、大径ブロック部分２２の周縁における平坦部分Ａの一部と傾斜部分Ｂとを含む部分が上記の小径ブロック部分２１の外径Ｄ１から外側にはみ出す大きさの差、つまり、はみ出し部分Ｕをもたせて形成する外径差形成手段と、
【００４５】
上記の大径ブロック部分２２の最上段に配置された素子板２２Ａの上面側に施す上記の吸着のための吸着層、つまり、活性炭素の粒を接着して形成する吸着層部分Ｙを、小径ブロック部分２１の素子板２１Ａの外径Ｄ１よりも小さい範囲に相当する範囲のみに施して形成する吸着層形成手段と
を設ける第１の構成を構成していることになるものである。
【００４６】
〔第２実施例〕
次に、図４により第２実施例を説明する。図４において、図３の各符号と同一符号で示す部分は、図３により説明した同一符号の部分と同一の機能をもつ部分である。
【００４７】
図４において、図３と異なる箇所は、大径ブロック部分２２の最上段に配置した素子板２２Ａの上面側に施す吸着層部分Ｙを、小径ブロック部分２１の素子板２１Ａの平坦部分Ａに相当する範囲内のみに施すように構成した箇所のみである。
【００４８】
〔第２実施例の構成の要約〕
第２実施例の構成を要約すると、
上記の第１の構成における吸着層形成手段に代えて、
上記の大径ブロック部分２２の最上段に配置された素子板２２Ａの上面側に施す上記の吸着のための吸着層、つまり、吸着層部分Ｙを、上記の小径ブロック部分２１の素子板２１Ａの平坦部分Ａに相当する範囲内のみに施して形成する吸着層形成手段
設ける第２の構成を構成していることになるものである。
【００４９】
そして、第１実施例の場合には、大径ブロック部分２２の最上段に配置した素子板２２Ａの上面側を、その直上に配置した小径ブロック部分２１の素子板２１Ａの下端側との間を、密着状態に配置する場合と、間隙を設けて配置する場合とのいずれかを選択して構成することができるが、いずれの場合にも、大径ブロック部分２２の各素子板２２Ａを、全て同一の吸着層部分Ｙを施したもので構成できる利点がある。
【００５０】
また、第２実施例の場合には、大径ブロック部分２２の最上段に配置した素子板２２Ａの上面側を、その直上に配置した小径ブロック部分２１の素子板２１Ａの下端側とを、間隙を離して配置することにより、その間隙から小径ブロック部分２１の素子板２１Ａの傾斜部分Ｂの分だけ内側に入り込んだ上面部分までを全体的に見た凝着面の面積として増加させて凝着動作を行わせることができる利点がある。
【００５１】
〔変形実施〕
この発明は次のように変形して実施することを含むものである。
【００５２】
（１）外径の異なる複数のブロック部分を積み重ねてコールドパネル１１９を形成する構成を、図５のように、小さい外径Ｄ１で同一の外径をもつ複数の素子板２１Ａを複数段重ねて形成した小径ブロック部分２１の下側に、外径Ｄ１よりも大きい外径Ｄ２で同一の外径をもつ複数の素子板２２Ａを複数段重ねて形成した大径ブロック部分２２を配置し、さらに、その下側に、外径Ｄ２よりも大きい外径Ｄ３で同一の外径をもつ複数の素子板２３Ａを複数段重ねて形成した大径ブロック部分２３を配置して構成する。
【００５３】
（２）上記（１）の構成において、大径ブロック部分２２の最上段の素子板２２Ａの上面側に施す吸着層部分Ｙと、大径ブロック部分２３の最上段の素子板２３Ａの上面側に施す吸着層部分Ｙとを、第１実施例における吸着層形成手段と同様に形成して構成する。
【００５４】
（３）上記（１）の構成において、大径ブロック部分２２の最上段の素子板２２Ａの上面側に施す吸着層部分Ｙと、大径ブロック部分２３の最上段の素子板２３Ａの上面側に施す吸着層部分Ｙとを、第２実施例における吸着層形成手段と同様に形成して構成する。
【００５５】
（４）上記（１）の構成において、大径ブロック部分２２の最上段の素子板２２Ａの上面側に施す吸着層部分Ｙと、大径ブロック部分２３の最上段の素子板２３Ａの上面側に施す吸着層部分Ｙとを、いずれか一方を第１実施例における吸着層形成手段と同様に形成し、他方を第２実施例における吸着層形成手段と同様に形成して構成する。
【００５６】
（５）間隔配置された複数の第２シリンダに対して共通の１つのコールドパネルを設けた構成のものにおいて、当該コールドパネルの外径を第１実施例または第２実施例におけるコールドパネル１１９の外径として、外径の異なる複数のブロック部分を積み重ねてコールドパネルを形成するように構成する。
【００５７】
【発明の効果】
この発明によれば、各ブロック部分が同一外径の素子板を複数段重ねて構成しているため、素子板を形成する金型を、複数分の１に低減し得るとともに、素子板の積み重ね作業も、作業を簡単化することができるので、装置を安価に提供し得る。
【００５８】
また、大径ブロック部分の最上段の素子板が小径ブロック部分からはみ出した部分の平坦部分の一部と傾斜部分との上面が、中段状の広い凝着面部分を形成するので、凝着能力を向上し得るとともに、最上段の凝着面から脱落した凝着体の内側遮蔽覆の底面部分への落下を途中の中段状の広い凝着面で受け止めることより、凝着体の蒸発による冷却対象流体側の真空度に対する衝撃を防止し得るなどの特長がある。
【図面の簡単な説明】
図面中、図１〜図５はこの発明の実施例を、また、図６〜図８は従来技術を示し、各図の内容は次のとおりである。
【図１】全体構成縦断面図
【図２】要部拡大縦断面図
【図３】要部分解縦断面図
【図４】要部分解縦断面図
【図５】要部分解縦断面図
【図６】全体構成縦断面図
【図７】要部拡大縦断面図
【図８】要部拡大縦断面図
【符号の説明】
１１素子板
１２素子板
１３支柱
１４ねじ
２１小径ブロック部分
２１Ａ素子板
２２大径ブロック部分
２２Ａ素子板
２３大径ブロック部分
２３Ａ素子板
２５通し穴
１０１加圧冷媒
１０２電動機
１０３クランク機構
１０４吸気弁
１０５第１シリンダ
１０６第１ディスプレーサ
１０７第２シリンダ
１０８第２ディスプレーサ
１０９往復竿
１１１排気弁
１１２降圧冷媒
１１３外側遮蔽覆
１１４真空室
１１５第１ステージ
１１６内側遮蔽覆
１１７冷却室
１１８第２ステージ
１１９コールドパネル
１２０バッフル
２０１通気穴
２０２蓄冷材
２０３通気穴
２０５第１膨張室
２０６通気穴
２０７蓄冷材
２０８通気穴
２０９第２膨張室
３００冷却対象流体
３０１電熱体
３０２加熱吸気口
３０３加熱排気口
４００冷却負荷
５００クライオポンプ装置
Ａ平坦部分
Ａ１平坦部分
Ｂ傾斜部分
Ｂ１傾斜部分
Ｐ凝着層
Ｘ素表面部分
Ｙ吸着層部分[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a cryopump apparatus used for a cryogenic refrigeration apparatus using a Gifod-McMahon cycle or a Stirling cycle.
[0002]
[Prior art]
As this type of cryopump device, one having a configuration as shown in FIG. 6 is well known. In the cryopump device 500 of FIG. 6, the electric motor 102 drives the crank mechanism 103, and the crank mechanism 103 reciprocates the opening / closing operation of the supply valve 104 / exhaust valve 111 and the reciprocating operation of the reciprocating rod 109 with a required stroke phase difference. To do.
[0003]
A first displacer 106 and a second displacer 108 are connected to the reciprocating rod 109, and the first displacer 106 and the second displacer 108 are the same in the first cylinder 105 and the second cylinder 107, respectively. Reciprocate with stroke phase.
[0004]
The first displacer 105 and the second displacer 108 perform an expansion / cooling stroke from the vicinity of the end point of the stroke that moves downward in the figure, perform the exhaust stroke in the stroke that moves to the upper side of the figure, and perform the intake compression stroke from the vicinity of the end point. I do.
[0005]
In the intake compression stroke, pressurized refrigerant 101 such as helium compressed by a refrigerant compression section (not shown) enters the first cylinder 105 through the intake valve 104 and cools from the vent hole 201 of the first displacer 106. The material 202 passes through the vent hole 203 and enters the first expansion chamber 205 side.
[0006]
In the expansion and cooling stroke, the pressurized refrigerant in the first expansion chamber 205 flows in the opposite direction to the flow of the refrigerant in the intake and compression stroke, expands at the same time as it is discharged through the exhaust valve 111, and the cooling heat capacity is supplied to the cool storage material 202. Accumulate.
[0007]
During the same process as the first expansion cooling process, the refrigerant in the first expansion chamber 205 passes through the cool storage material 207 from the vent hole 206 of the second displacer 108, enters the second expansion chamber 209 through the vent hole 208, and thereafter. Then, it flows in the opposite direction and is discharged from the exhaust valve 111 and expands at the same time to perform second expansion cooling, and accumulates the cooling heat capacity in the cold storage material 207.
[0008]
In the exhaust stroke, the refrigerant whose pressure has been reduced after the expansion and cooling in the second expansion chamber 209 and the first expansion chamber 205 has passed through the path opposite to that during the expansion and cooling operation described above is passed through the second displacer 108 and the first displacer. 106, passes through the interior of the crank mechanism 103 through the exhaust valve 111, is discharged as the step-down refrigerant 112, returns to the refrigerant compressor (not shown), and is compressed again to be the pressurized refrigerant 101. Operates to cycle.
[0009]
The inner shielding cover 116 forms a cooling chamber 117 so as to cover a portion extending from the first stage 115 provided on the upper end side of the first cylinder 105 to the entire second cylinder 107, and from the opening end side of the cooling chamber 117. Then, a cooling target fluid 300 from an apparatus to be the cooling load 400, for example, a circulating fluid from a semiconductor substrate manufacturing chamber is introduced. The inner shielding cover 116 is also called a radiation shield.
[0010]
On the open end side of the cooling chamber 117, a low-temperature side heat sink fin, that is, a baffle 120 having a flat armor-door-shaped air passage, is arranged, and the second stage 118 on the upper end side of the second cylinder 107 is also cylindrical. A cryogenic heat-absorbing fin having an armor-door-shaped air passage, that is, a cold panel 119 is disposed, and the cooling heat capacity generated by the first stage 115 and the second stage 118 is set to each surface of the baffle 120 and the cold panel 119. The required cooling is performed by giving the fluid to be cooled 300 via each of the surfaces.
[0011]
The outer shielding cover 113 forms a vacuum chamber 114 covering the outer side from the lower end side of the first cylinder 105 to the opening end side of the cooling chamber 117, and the vacuum chamber 114 forms an outer surface of the first cylinder 105 and the cooling chamber 117. The outside surface is shielded from the external environment to prevent the heat dissipation loss of the cooling heat capacity.
[0012]
Moreover, as each component, for example, granular lead / copper net or breathable sintered metal material is used for the regenerator materials 202 and 207, and a thin copper plate is used for the cold panel 119 and the baffle 120. The other parts used are mainly made of stainless steel, that is, a metal material made of SUS material and copper material.
[0013]
Gas components such as water vapor contained in the cooling target fluid 300 that solidify at a low temperature adhere to the surface of the baffle 120 on the low temperature side, and gas components that solidify or adsorb at a cryogenic temperature such as argon and hydrogen are obtained. By adhering or adsorbing to the surface of the cold panel 119 on the cryogenic temperature side, purification such as removing impurities from the cooling target fluid 300 is performed to increase the degree of vacuum.
[0014]
Among the adhesion and adsorption described above, the adhesion and adsorption mainly on the surface of the cold panel 119 reach a saturated state in a relatively short time. Therefore, the closing shutter 401 provided at the inlet of the fluid 300 to be cooled is used. It is closed and a regeneration process for regenerating the surface of the cold panel 119 is performed.
[0015]
In this regeneration step, the cooling operation of the cryopump device 500 is temporarily stopped, and an electric heating element (not shown) provided inside and an electric heating element provided outside are provided with the flow path of the cooling target fluid 300 blocked. 301, the adhering component and the adsorbing component are evaporated, and the gas in the cooling chamber 117 and the vacuum chamber 14 is circulated from the heating inlet 302 to the heating outlet 303. ing. The cold panel 119 is also called a cryopanel because it forms a panel that cools at an extremely low temperature.
[0016]
As shown in FIG. 7, the cold panel 119 includes a plurality of element plates 11 and 12 each having a shape in which an inclined portion B is continuously arranged around a flat portion A and stacked in parallel in a plurality of stages at intervals. The surface portion of the material is a bare surface portion X that performs the above adhesion, that is, a material skin portion, and the remaining surface portion is configured as an adsorption layer portion Y that is provided with an adsorption layer for performing the above adsorption, As shown in FIG. 6, the inter-columnar pillars 13 arranged at appropriate intervals are skewered, so that the element plate 12 in the next stage or lower is integrally fixed and supported to the uppermost element plate 11 by the pillars 13. An object is put over the second stage 118 and fixed to the second stage 118 with screws 14.
[0017]
Here, the raw surface portion X of the raw material skin, that is, the portion of the surface to which argon or the like is adhered is the surface on which the cooling target fluid 300 pours, that is, the upper surface A1 of the flat portion A of the uppermost element plate 11. It is limited to the entire upper surface side of the inclined portion B with the upper surface B1 and the upper surface B2 of the inclined portion B of each element plate 12 at the next level or lower.
[0018]
In addition, the adsorption layer portion Y that adsorbs hydrogen or the like is configured by adhering an adsorption layer, for example, by adhering a large number of activated carbon particles, and is limited only to the upper surface of the flat portion A of each element plate 12 in the following stage. It is. And each lower surface side of the element plates 11 and 12, for example, when the entire lower surface is formed as a bare surface portion X, that is, a material skin portion, and if necessary, the entire lower surface is an adsorption layer portion Y, Alternatively, the adsorption layer portion Y may be applied only within the range of the flat portion A.
[0019]
Then, the adhesion layer P to which argon or the like has adhered is formed only in the portion along the downward flow of the fluid 300 to be cooled, so the adhesion layer P is formed on each lower surface side of the element plates 11 and 12. Will not be.
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the adhesion layer P generated by the adhesion of argon or the like to the element plate of the cold panel is formed only in the portion along the descending flow of the cooling target fluid. However, the surface on which the adhesive layer is formed becomes insufficient, and the regeneration process needs to be frequently performed.
[0021]
The time for the regeneration step is substantially a loss time with respect to the purification action of the fluid to be cooled, which is not preferable from a functional viewpoint. Therefore, the area of the adhesion layer P and the area for performing the above-described adsorption If the outer diameter of the cold panel is increased and the number of stacked element plates is increased, the adhesion layer is extremely increased on the uppermost element plate to block the air passage of the baffle, or In addition to blocking the air passage between the cold panel and the inner shielding cover, that is, the radiation shield, conversely, the adsorption capacity is reduced, and the peripheral portion of the increased adhesive layer falls off. As a result, it drops and evaporates on the bottom surface portion of the inner shield cover where the temperature is high, causing a so-called argon hang-up, and inconveniences such as impacting the degree of vacuum of the fluid to be cooled.
[0022]
Therefore, as shown in FIG. 8, by using an endothermic fin on the cryogenic temperature side, that is, a cold panel formed in an umbrella shape by shifting all the upper surfaces of the inclined portions of the element plates constituting the cold panel. Attempts have been made to increase the adhesion and adsorption surfaces.
[0023]
However, in the configuration using such an umbrella-shaped cold panel, the shape of each element plate is different for each stage, so that it requires a mold cost to manufacture molding dies for all the stages and has a different size for each stage. In addition to the inconvenience of requiring complicated processes such as stacking, if the periphery of the adhesion layer that adheres to the uppermost element plate with a small outer diameter falls off, the lower part becomes a continuous part of the inclined surface. Therefore, it will not stop in the middle, but will drop and evaporate on the bottom part of the high temperature inner shield cover, that is, the bottom part of the radiation shield, causing the above hang-up and impacting the degree of vacuum of the fluid to be cooled The inconvenience of giving
[0024]
For this reason, there exists a subject that provision of the thing by a simple structure without such inconvenience is desired.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, impurities in the fluid to be cooled are condensed on the upper surface side of each element plate of the cold panel in which the element plates having the shape in which the inclined portions are continuously arranged around the flat portion as described above are stacked in multiple stages. In the cryopump device provided with a surface for performing adhesion and adsorption,
[0026]
A small-diameter block portion in which a plurality of element plates having the same outer diameter and a small outer diameter of the inclined portion are stacked is arranged on the upper side, and the outer diameter of the inclined portion is larger than the outer diameter of the element plate of the small-diameter block portion. A cold panel forming means for stacking a plurality of block portions having different outer diameters to form the above-mentioned cold panel by disposing a large-diameter block portion having a plurality of stacked element plates having the same outer diameter on the lower side. When,
[0027]
The difference between the outer diameter of the small-diameter block portion and the outer diameter of the large-diameter block portion is the difference between the flat portion and the inclined portion at the periphery of the large-diameter block portion. An outer diameter difference forming means for forming a difference in size that protrudes outward from the diameter;
[0028]
The adsorption layer for adsorption described above applied to the upper surface side of the element plate arranged at the uppermost stage of the large-diameter block portion is applied only to a range corresponding to a range smaller than the outer diameter of the element plate of the small-diameter block portion. In place of the first configuration in which the adsorption layer forming means is formed and the adsorption layer formation means in the first configuration,
[0029]
Applying the adsorption layer for adsorption to the upper surface side of the element plate arranged at the uppermost stage of the large-diameter block portion only within a range corresponding to the flat portion of the element plate of the small-diameter block portion. The above-described problems can be solved by the second configuration provided with the adsorption layer forming means to be formed.
[0030]
[Action]
Because it is divided into a small-diameter block part in which multiple element plates with a small outer diameter are stacked and a large-diameter block part in which element plates with a large outer diameter are stacked in multiple stages, as a mold to form the element plate Since only the upper element plate and the lower element plate need to be manufactured, the mold cost is reduced, and the stacking of the element plates is simplified by stacking a plurality of elements having the same outer diameter. And can act as an inexpensive device.
[0031]
In addition, since the upper surface of the flat portion of the uppermost element plate of the large-diameter block portion that protrudes from the small-diameter block portion and the upper surface of the inclined portion form a wide adhering surface portion in the middle step, the flat adhesive surface It acts in the same way as increasing the size, and it works to improve the adhesion capacity.In addition, this middle stage-like wide adhesion surface receives the adhesion body that has fallen from the uppermost adhesion surface. It acts so that it can be prevented from falling on the bottom part of the.
[0032]
【Example】
Examples will be described below with reference to FIGS. 1 to 5, the parts denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 6 to 8 are parts having the same functions as the parts having the same reference numerals described with reference to FIGS. 6 to 8.
[0033]
[First embodiment]
First, a first embodiment will be described with reference to FIGS. In these figures, the cold panel 119 is formed in a form in which a plurality of block portions having different outer diameters are stacked by disposing the small-diameter block portion 21 on the upper side and the large-diameter block portion 22 on the lower side. is there.
[0034]
The small-diameter block portion 21 is formed by stacking a plurality of element plates 21A having a small outer diameter D1 of the inclined portion B and the same outer diameter D1, and the large-diameter block portion 22 is formed of the inclined portion B. An element plate 22A having an outer diameter D2 larger than the outer diameter D1 of the inclined portion B of the small-diameter block portion 21 and the same outer diameter D2 is formed in a plurality of stages. That is, the outer diameter D2 of the inclined portion B of the large-diameter block portion 22 is made larger than the outer diameter D1 of the element plate 21A of the small-diameter block portion 21.
[0035]
Of the element plates 21A and 22A, only the uppermost element plate 21A is blinded by the flat part A, and the other element plates 21A and 22A are inserted with the second stage 118 portion in the center. A through hole 25 is provided, and is formed integrally with the uppermost element plate 21 A by the support 13.
[0036]
Further, the difference between the outer diameter D1 of the small-diameter block portion 21 and the outer diameter D2 of the large-diameter block portion is set to a protruding portion U including a part A ′ of the flat portion A and the inclined portion B at the periphery of the large-diameter block portion 21. Is formed with a difference in size that protrudes outward from the outer diameter D1 of the small-diameter block portion 21.
[0037]
Furthermore, the adsorption layer applied to the upper surface side of the element plate 22A1 arranged at the uppermost stage of the large-diameter block portion 22, that is, the adsorption layer portion Y corresponds to a range smaller than the outer diameter D1 of the element plate 21A of the small-diameter block portion 21. It is provided only in the range Ya.
[0038]
In addition, the adsorption layer is formed in a layer shape, for example, by fixing activated carbon particles on a predetermined surface with a resin-based adhesive.
[0039]
Then, the upper surface side of the uppermost element plate 21A1 of the small-diameter block portion 21 is formed as an adhesion surface in which the entire surface is made as a bare surface portion X with no material skin, as in the conventional case, without applying an adsorption layer. is there.
[0040]
Further, the upper surface side of the element plate 21A following the next stage of the small diameter block portion 21 and the upper surface side of the element plate 21A following the next stage of the large diameter block portion 22 are only within the range of the flat portion A, respectively. The upper surface side of the remaining inclined portion B is an adhesion surface that is made of the bare surface portion X as it is without the adsorption layer.
[0041]
Further, the lower surfaces of all the element plates 21A and 22A are all adhesive surfaces with the entire surface being the raw surface portion X with the raw material skin or some lower surfaces in order to improve the adsorption capability. The remaining lower surface is used as an adhesion surface, or the entire lower surface side is formed as the adsorption layer portion Y.
[0042]
[Summary of Configuration of First Embodiment]
To summarize the configuration of the first embodiment,
Impurities in the fluid 300 to be cooled are formed on the upper surface side of the element plates 21A and 22A of the cold panel 119 in which the element plates 21A and 22A having the shape in which the inclined portions B are continuously arranged around the flat portion A are stacked. In the cryopump apparatus 500 provided with a surface for performing the adhesion and adsorption, that is, an element surface portion X for adhering argon and the like and an adsorption layer portion Y for adsorbing hydrogen and the like,
[0043]
A small-diameter block portion 21 in which a plurality of element plates 21 A having the same outer diameter D 1 having a small outer diameter is arranged on the upper side, and the outer diameter D 2 of the inclined portion B is smaller than that of the small-diameter block portion 21. By disposing a large-diameter block portion 22 in which a plurality of element plates 22A having the same outer diameter D2 larger than the outer diameter D1 of the element plate 21A are stacked on the lower side, a plurality of block portions 21 and 22 having different outer diameters are arranged. Cold panel forming means for stacking the above to form the cold panel 119,
[0044]
The difference between the outer diameter D1 of the small-diameter block portion 21 and the outer diameter D2 of the large-diameter block portion 22 is a portion including a part of the flat portion A and the inclined portion B at the periphery of the large-diameter block portion 22. A difference in the size of the small-diameter block portion 21 that protrudes outward from the outer diameter D1, that is, an outer-diameter difference forming means that forms the protruding portion U.
[0045]
The adsorption layer for adsorption described above, that is, the adsorption layer portion Y formed by adhering activated carbon grains is applied to the upper surface side of the element plate 22A disposed on the uppermost stage of the large-diameter block portion 22. This constitutes a first configuration in which an adsorbing layer forming means is formed only on a range corresponding to a range smaller than the outer diameter D1 of the element plate 21A of the block portion 21.
[0046]
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. 4, portions denoted by the same reference numerals as those in FIG. 3 are portions having the same functions as the portions denoted by the same reference numerals described with reference to FIG.
[0047]
In FIG. 4, the portion different from FIG. 3 is equivalent to the flat portion A of the element plate 21 A of the small-diameter block portion 21 on the upper surface side of the element plate 22 A disposed on the uppermost stage of the large-diameter block portion 22. It is only the part comprised so that it may apply only within the range to perform.
[0048]
[Summary of Configuration of Second Embodiment]
To summarize the configuration of the second embodiment,
In place of the adsorption layer forming means in the first configuration,
The adsorption layer for adsorption described above, that is, the adsorption layer portion Y applied to the upper surface side of the element plate 22A arranged at the uppermost stage of the large-diameter block portion 22, is attached to the element plate 21A of the small-diameter block portion 21. This constitutes the second configuration in which the adsorption layer forming means is formed and formed only within the range corresponding to the flat portion A.
[0049]
In the case of the first embodiment, the upper surface side of the element plate 22A arranged at the uppermost stage of the large-diameter block portion 22 is between the lower end side of the element plate 21A of the small-diameter block portion 21 arranged immediately above it. In either case, the element plates 22A of the large-diameter block portion 22 can be all configured by selecting either the case where they are arranged in close contact or the case where they are arranged with a gap. There exists an advantage which can be comprised by what gave the same adsorption layer part Y. FIG.
[0050]
In the case of the second embodiment, the upper surface side of the element plate 22A arranged at the uppermost stage of the large-diameter block portion 22 is connected to the lower end side of the element plate 21A of the small-diameter block portion 21 arranged immediately above the gap. By disposing them, the area from the gap to the upper surface part that has entered the inside by an amount corresponding to the inclined part B of the element plate 21A of the small-diameter block part 21 is increased as the overall area of the adhesion surface. There is an advantage that the operation can be performed.
[0051]
[Modification]
The present invention includes the following modifications.
[0052]
(1) A configuration in which a plurality of block portions having different outer diameters are stacked to form a cold panel 119 is formed by stacking a plurality of element plates 21A having a small outer diameter D1 and the same outer diameter as shown in FIG. A large-diameter block portion 22 formed by stacking a plurality of element plates 22A having a same outer diameter with an outer diameter D2 larger than the outer diameter D1 is disposed below the formed small-diameter block portion 21, On the lower side, a large-diameter block portion 23 formed by stacking a plurality of element plates 23A having an outer diameter D3 larger than the outer diameter D2 and the same outer diameter is arranged.
[0053]
(2) In the configuration of (1), the adsorption layer portion Y applied to the upper surface side of the uppermost element plate 22A of the large diameter block portion 22 and the upper surface side of the uppermost element plate 23A of the large diameter block portion 23 The adsorption layer portion Y to be applied is formed and configured in the same manner as the adsorption layer forming means in the first embodiment.
[0054]
(3) In the configuration of (1) above, the adsorption layer portion Y applied to the upper surface side of the uppermost element plate 22A of the large diameter block portion 22 and the upper surface side of the uppermost element plate 23A of the large diameter block portion 23 The adsorption layer portion Y to be applied is formed and configured in the same manner as the adsorption layer forming means in the second embodiment.
[0055]
(4) In the configuration of (1) above, the adsorption layer portion Y applied to the upper surface side of the uppermost element plate 22A of the large diameter block portion 22 and the upper surface side of the uppermost element plate 23A of the large diameter block portion 23 One of the adsorption layer portions Y to be applied is formed in the same manner as the adsorption layer forming means in the first embodiment, and the other is formed in the same manner as the adsorption layer forming means in the second embodiment.
[0056]
(5) In the configuration in which one common cold panel is provided for the plurality of second cylinders arranged at intervals, the outer diameter of the cold panel is the same as that of the cold panel 119 in the first embodiment or the second embodiment. As the outer diameter, a plurality of block portions having different outer diameters are stacked to form a cold panel.
[0057]
【The invention's effect】
According to the present invention, each block portion is configured by stacking a plurality of element plates having the same outer diameter, so that the number of molds for forming the element plates can be reduced to a plurality and the stacking of the element plates Since the work can be simplified, the apparatus can be provided at low cost.
[0058]
In addition, the upper part of the flat part of the part where the uppermost element plate of the large-diameter block part protrudes from the small-diameter block part and the upper surface of the inclined part form a wide adhesive part of the middle stage, so the adhesion ability In addition, it is possible to cool the adhesion body by evaporating it by receiving the fall of the adhesive body that has fallen off from the uppermost adhesion surface onto the bottom surface of the inner shielding cover on the middle intermediate adhesion surface. It has features such as the ability to prevent impact on the target fluid side vacuum.
[Brief description of the drawings]
In the drawings, FIGS. 1 to 5 show an embodiment of the present invention, and FIGS. 6 to 8 show the prior art. The contents of each figure are as follows.
[Fig. 1] Overall configuration vertical cross-sectional view [Fig. 2] Main part enlarged vertical cross-sectional view [Fig. 3] Main part exploded vertical cross-sectional view [Fig. 4] Main part exploded vertical cross-sectional view [Fig. 6] Overall configuration longitudinal cross-sectional view [FIG. 7] Main part enlarged vertical cross-sectional view [FIG. 8] Main part enlarged vertical cross-sectional view [Explanation of symbols]
11 Element plate 12 Element plate 13 Strut 14 Screw 21 Small diameter block portion 21A Element plate 22 Large diameter block portion 22A Element plate 23 Large diameter block portion 23A Element plate 25 Through hole 101 Pressurized refrigerant 102 Electric motor 103 Crank mechanism 104 Intake valve 105 First 1 cylinder 106 first displacer 107 second cylinder 108 second displacer 109 reciprocating rod 111 exhaust valve 112 step-down refrigerant 113 outer shielding cover 114 vacuum chamber 115 first stage 116 inner shielding cover 117 cooling chamber 118 second stage 119 cold panel 120 baffle 201 Vent hole 202 Cold storage material 203 Vent hole 205 First expansion chamber 206 Vent hole 207 Cold storage material 208 Vent hole 209 Second expansion chamber 300 Fluid to be cooled 301 Heating element 302 Heating inlet 303 Heating outlet 400 Cooling load 500 Class Oponpu apparatus A flat portion A1 flat portion B inclined portion B1 inclined portion P adhesion layer X containing surface portion Y adsorbent layer portion

Claims

Provided on the upper surface side of each element plate of the cold panel in which the element plates having a shape in which the inclined portions are continuously arranged in the periphery of the flat portion are provided on the upper surface side of each of the element plates. A cryopump device,
A small-diameter block portion in which a plurality of the element plates having the same outer diameter and a small outer diameter of the inclined portion are arranged on the upper side, and the outer diameter of the inclined portion is larger than the outer diameter of the element plate of the small-diameter block portion A cold panel forming means for stacking a plurality of block portions having different outer diameters to form the cold panel by disposing a large-diameter block portion having a plurality of stacked element plates having the same outer diameter on the lower side; ,
The difference between the outer diameter of the small-diameter block portion and the outer diameter of the large-diameter block portion is a portion including the part of the flat portion and the inclined portion at the periphery of the large-diameter block portion. An outer diameter difference forming means for forming a difference in size that protrudes outward from the diameter;
The adsorption layer for adsorption applied to the upper surface side of the element plate arranged at the uppermost stage of the large-diameter block portion is limited to a range corresponding to a range smaller than the outer diameter of the element plate of the small-diameter block portion. A cryopump device comprising: an adsorbing layer forming unit formed by applying the same.

Provided on the upper surface side of each element plate of the cold panel in which the element plates having a shape in which the inclined portions are continuously arranged in the periphery of the flat portion are provided on the upper surface side of each of the element plates. A cryopump device,
A small-diameter block portion in which a plurality of the element plates having the same outer diameter and a small outer diameter of the inclined portion are arranged on the upper side, and the outer diameter of the inclined portion is larger than the outer diameter of the element plate of the small-diameter block portion A cold panel forming means for stacking a plurality of block portions having different outer diameters to form the cold panel by disposing a large-diameter block portion having a plurality of stacked element plates having the same outer diameter on the lower side; ,
The difference between the outer diameter of the small-diameter block portion and the outer diameter of the large-diameter block portion is a portion including the part of the flat portion and the inclined portion at the periphery of the large-diameter block portion. An outer diameter difference forming means for forming a difference in size that protrudes outward from the diameter;
The adsorption layer for adsorption applied to the upper surface side of the element plate arranged on the uppermost stage of the large-diameter block portion is applied only within a range corresponding to the flat portion of the element plate of the small-diameter block portion. A cryopump apparatus comprising: an adsorbing layer forming means to be formed.