JP4182905B2 - Cold trap and vacuum exhaust - Google Patents

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Description

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

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

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

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

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

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

分子流領域の水蒸気の排気速度および吸着量はコールドパネルの表面積の大きさに比例して増大する。しかしながら、単純に表面積を大きくすると、(1)排気抵抗が大きくなる、(2)ケーシングからの放射による熱侵入量が増大し、これを補うため冷凍機の消費電力が大きくなる、という問題点があった。   The water vapor exhaust rate and adsorption amount in the molecular flow region increase in proportion to the surface area of the cold panel. However, if the surface area is simply increased, (1) the exhaust resistance increases, (2) the amount of heat penetration due to radiation from the casing increases, and the power consumption of the refrigerator increases to compensate for this. there were.

そこで、上記した問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、低電力消費および高速度排気を実現するとともに吸着容量を増加させるコールドトラップ、および、このような利点を持つコールドトラップにターボ分子ポンプを併用した真空排気装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention, which has been made in view of the above problems, is to provide a cold trap that realizes low power consumption and high-speed exhaust gas and increases an adsorption capacity, and a turbo molecular pump in a cold trap having such advantages. It is providing the vacuum exhaust apparatus which used together.

上記課題を解決するため、本発明の請求項1に係る発明のコールドトラップは、
ケーシングと、
ケーシング内空間に設置されるコールドパネルと、
圧縮機、膨張機および冷却端を有し、少なくともケーシングの内部空間でこの冷却端がコールドパネルに熱的に接続されて配置される冷凍機と、
を備え、
コールドパネルは、略円筒状で筒壁面が半径方向に沿って凹凸する波状円筒体であって、半径が異なる複数の波状円筒体が同軸上に多重に配置されて複数層にわたり形成され、かつ、内側の波状円筒体の開口部は外側の波状円筒体の開口部よりも中側に位置することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the cold trap of the invention according to claim 1 of the present invention provides:
A casing,
A cold panel installed in the space inside the casing;
A refrigerator having a compressor, an expander, and a cooling end, and arranged at least in the interior space of the casing with the cooling end being thermally connected to the cold panel;
With
The cold panel is a corrugated cylindrical body having a substantially cylindrical shape and a cylindrical wall surface that is uneven along the radial direction, and a plurality of corrugated cylindrical bodies having different radii are coaxially arranged in multiple layers and formed over a plurality of layers, and The opening of the inner corrugated cylindrical body is located in the middle of the opening of the outer corrugated cylindrical body .

この構成によれば、円筒の径はそのままに水分子を凍結捕集するコールドパネルのトラップ面の表面積を大きくするため吸着容量増加および高速度排気を実現させることができる。さらに気体流路方向には対向しないように表面積を大きくするため排気コンダクタンスを増加させることがなく、その結果低電力消費も実現する。   According to this configuration, since the surface area of the trap surface of the cold panel for freezing and collecting water molecules is increased without changing the diameter of the cylinder, an increase in adsorption capacity and high-speed exhaust can be realized. Further, since the surface area is increased so as not to face the gas flow path direction, the exhaust conductance is not increased, and as a result, low power consumption is also realized.

また、この構成によれば、波状円筒体を同軸上に多重に配置し、隣接する波状円筒体間のピッチを最適化することにより、主に円形断面の取り付け空間を有効に活用することができ、排気コンダクタンスの増加を極力防止しつつトラップ面の表面積を大きくすることができる。 In addition, according to this configuration, the mounting space of the circular cross section can be effectively utilized mainly by arranging the undulating cylinders on the same axis in multiple layers and optimizing the pitch between the adjacent undulating cylinders. The trap surface area can be increased while preventing an increase in exhaust conductance as much as possible.

また、この構成によれば、外側の波状円筒体は遮蔽壁として機能し、複数層ある常温の配管管壁または真空チャンバの内壁と対向する内側の波状円筒体パネルの表面積を小さくすることができ、それぞれ温度差の4乗と表面積比の比例する侵入熱量を小さくすることができる。 In addition, according to this configuration, the outer corrugated cylindrical body functions as a shielding wall, and the surface area of the inner corrugated cylindrical panel facing the inner wall of the multi-layered piping pipe wall or vacuum chamber can be reduced. , The amount of intrusion heat proportional to the fourth power of the temperature difference and the surface area ratio can be reduced.

また、本発明の請求項に係る発明のコールドトラップは、
請求項1に記載のコールドトラップにおいて、
前記コールドパネルは、低温域における熱伝導率が大きい純チタンを材料とすることを特徴とする。
The cold trap of the invention according to claim 2 of the present invention is
The cold trap of claim 1 ,
The cold panel is made of pure titanium having a high thermal conductivity in a low temperature region.

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

また、本発明の請求項に係る発明のコールドトラップは、
請求項1に記載のコールドトラップにおいて、
前記コールドパネルは、低温域における熱伝導率が大きい銅または銅合金を材料とすることを特徴とする。
The cold trap of the invention according to claim 3 of the present invention is
The cold trap of claim 1 ,
The cold panel is made of copper or a copper alloy having a high thermal conductivity in a low temperature region.

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

また、本発明の請求項に係る発明のコールドトラップは、
請求項3に記載のコールドトラップにおいて、
前記コールドパネルは、その表面に耐食性を向上させる保護層を形成したことを特徴とする。
The cold trap of the invention according to claim 4 of the present invention is
The cold trap according to claim 3,
The cold panel is characterized in that a protective layer for improving corrosion resistance is formed on the surface thereof.

銅または銅合金にガスが接触しないような保護層を形成することで銅または銅合金の表面の腐食を防止することができる。   By forming a protective layer that prevents gas from coming into contact with copper or a copper alloy, corrosion of the surface of the copper or copper alloy can be prevented.

また、本発明の請求項に係る発明のコールドトラップは、
請求項1〜請求項の何れか一項に記載のコールドトラップにおいて、
前記膨張機は、パルスチューブ膨張機であることを特徴とする。
The cold trap of the invention according to claim 5 of the present invention is
In the cold trap as described in any one of Claims 1-4 ,
The expander is a pulse tube expander.

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

また、本発明の請求項に係る発明のコールドトラップは、
請求項1〜請求項の何れか一項に記載のコールドトラップにおいて、
前記コールドパネルを加熱する加熱手段と、
前記コールドパネルの温度を計測する温度計測手段と、
加熱手段、冷凍機および温度計測手段が接続される温度制御手段と、
を備え、
この温度制御手段は、温度計測手段が計測した前記コールドパネルの温度に基づき、前記コールドパネルの温度を所定温度とするように冷凍機または加熱手段を制御することを特徴とする。
The cold trap of the invention according to claim 6 of the present invention is
In the cold trap as described in any one of Claims 1-5 ,
Heating means for heating the cold panel,
And temperature measuring means for measuring the temperature of the cold panel,
A temperature control means to which the heating means, the refrigerator and the temperature measurement means are connected;
With
The temperature control means, based on the temperature of the cold panel temperature measuring means has measured, and controlling the refrigerator or the heating means to the temperature of the cold panel to a predetermined temperature.

この構成によれば、コールドパネルの温度について、吸着時は、ガスの吸着特性に合わせた効果的な温度を選択して最適な選択吸着を可能とし、再生処理時には、水分の放出に効果的な温度を選択し、コールドパネルのトラップ面の温度が最適となるように制御することができ、コールドパネルの表面温度(トラップ面)を吸着・再生に最適な任意の温度とすることができる。   According to this configuration, the temperature of the cold panel can be optimally selected by selecting an effective temperature according to the gas adsorption characteristics during adsorption, and effective in releasing moisture during the regeneration process. The temperature can be selected and controlled so that the temperature of the trap surface of the cold panel is optimized, and the surface temperature of the cold panel (trap surface) can be set to an arbitrary temperature optimum for adsorption / regeneration.

また、本発明の請求項に係る発明のコールドトラップは、
請求項記載のコールドトラップにおいて、
前記加熱手段は、前記コールドパネルに内蔵されることを特徴とする。
The cold trap of the invention according to claim 7 of the present invention is
The cold trap according to claim 6 ,
The heating means is built in the cold panel.

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

また、本発明の請求項に係る発明の真空排気装置は、
水分子を凍結捕集した残りのガスを流出させる請求項1〜請求項の何れか一項に記載のコールドトラップと、
コールドトラップから流出したガスを排気するターボ分子ポンプと、
を備えることを特徴とする。
An evacuation apparatus according to an eighth aspect of the present invention provides:
The cold trap according to any one of claims 1 to 7 , wherein the remaining gas obtained by freezing and collecting water molecules is discharged.
A turbo molecular pump that exhausts the gas flowing out of the cold trap;
It is characterized by providing.

この構成によれば、コールドパネルのトラップ面の表面積を大きくして水分子を凍結捕集する吸着容量を増加させたコールドパネルとしたので、ターボ分子ポンプと併用して稼働率が高く、ランニングコストの低い真空排気装置を提供することができる。   According to this configuration, the cold panel has a cold panel with an increased surface area of the trap surface to increase the adsorption capacity for freezing and collecting water molecules. A low-pressure evacuation apparatus can be provided.

以上のような本発明によれば、低電力消費および高速度排気を実現するとともに吸着容量を増加させるコールドトラップ、および、このような利点を持つコールドトラップにターボ分子ポンプを併用した真空排気装置を提供することができる。   According to the present invention as described above, a cold trap that achieves low power consumption and high-speed exhaust and increases the adsorption capacity, and a vacuum exhaust device that uses a turbo molecular pump in combination with a cold trap having such advantages. Can be provided.

続いて、本発明を実施するための最良の形態について、図を参照しつつ説明する。図1は本形態のコールドトラップ、ならびに、コールドトラップおよびターボ分子ポンプからなる真空排気装置の側面断面図である。図2はコールドパネルの説明図であり、図2(a)はコールドパネルとパルスチューブ冷凍機の側面図、図2(b)はコールドパネルの平面図である。図3,図4は他のコールドパネルの説明図、図5は本形態の真空排気装置のブロック構成図、図6は温度制御系のブロック図、図7は本形態の真空排気装置のブロック構成図である。   Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side cross-sectional view of the cold trap of the present embodiment, and a vacuum exhaust apparatus including a cold trap and a turbo molecular pump. FIG. 2 is an explanatory view of a cold panel, FIG. 2 (a) is a side view of the cold panel and the pulse tube refrigerator, and FIG. 2 (b) is a plan view of the cold panel. 3 and 4 are explanatory diagrams of another cold panel, FIG. 5 is a block diagram of the vacuum evacuation device of this embodiment, FIG. 6 is a block diagram of a temperature control system, and FIG. 7 is a block configuration of the vacuum evacuation device of this embodiment. FIG.

本形態の真空排気装置100は、図1,図5で示すように、コールドトラップ10とターボ分子ポンプ20とを備えている。図1では具体的構成を、図5では単純化したブロック図として図示している。
コールドトラップ10は、ケーシング11と、コールドパネル12と、ヒータ13と、パルスチューブ冷凍機14と、温度センサ15と、端子部16と、コントローラ17と、電源18と、を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 5, the vacuum exhaust apparatus 100 of this embodiment includes a cold trap 10 and a turbo molecular pump 20. FIG. 1 shows a specific configuration, and FIG. 5 shows a simplified block diagram.
The cold trap 10 includes a casing 11, a cold panel 12, a heater 13, a pulse tube refrigerator 14, a temperature sensor 15, a terminal portion 16, a controller 17, and a power source 18.

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

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

これら外周パネル12a、内周パネル12bは、略円筒状で筒壁面が半径方向に沿って凹凸する波状円筒体として形成され、トラップ面の表面積を大きくしている。具体的には、図2(b)で示すような形状となる。このような波状円筒体では単なる円筒と比べて表面積が増加する。例えば、図2の拡大部で図示するように角度が60°の正三角形による波状円筒体とした場合、単なる円筒ではaの長さが、波状円筒体では2aの長さになることから、表面積も2倍になるというものであり、角度により増減はあるものの、単なる円筒体よりは表面積が増大する。このように表面積が増大したトラップ面に分子流が接触するため、水分子を捕集し易くなる。このようにトラップ面の表面積の増加により分子を効率的に凍結捕集することができる。   The outer peripheral panel 12a and the inner peripheral panel 12b are formed in a substantially cylindrical shape as a waved cylindrical body having a cylindrical wall surface that is uneven in the radial direction, and increases the surface area of the trap surface. Specifically, the shape is as shown in FIG. Such a corrugated cylinder has an increased surface area compared to a simple cylinder. For example, as shown in the enlarged portion of FIG. 2, when the corrugated cylindrical body is an equilateral triangle with an angle of 60 °, the length of a is simply a cylinder and the length of 2a is corrugated cylindrical. However, the surface area increases more than a simple cylindrical body, although there is an increase or decrease depending on the angle. Since the molecular flow comes into contact with the trap surface having an increased surface area in this way, water molecules can be easily collected. Thus, the molecules can be efficiently frozen and collected by increasing the surface area of the trap surface.

また、コールドパネル12では、内周パネル12bの軸方向の長さは、外周パネル12aの軸方向の長さよりも短くし、かつ内周パネル12bの上下の開口部はこれら外周パネル12aの上下の開口部よりも中側に位置するようになされている。これにより、ケーシング11の胴部11a(さらに図示しないが上流・下流にある配管管壁または真空チャンバの内壁)から内周パネル12bへの視野が狭くなる、つまりケーシング11と内周パネル12bとの間を外周パネル12aが遮蔽しており、ケーシング11の胴部11aの内周壁面からの放射熱が内周パネル12bへ到達しないようにする。   In the cold panel 12, the axial length of the inner peripheral panel 12b is shorter than the axial length of the outer peripheral panel 12a, and the upper and lower openings of the inner peripheral panel 12b are located above and below the outer peripheral panel 12a. It is made to be located inside the opening. This narrows the field of view from the body 11a of the casing 11 (further, although not shown, the pipe wall or the inner wall of the vacuum chamber located upstream or downstream) to the inner peripheral panel 12b, that is, between the casing 11 and the inner peripheral panel 12b. The outer peripheral panel 12a shields the gap so that radiant heat from the inner peripheral wall surface of the body 11a of the casing 11 does not reach the inner peripheral panel 12b.

例えば、外周パネル12aがなく内周パネル12bが胴部11aの内周壁面に直接対向すると考えると胴部11aから熱放射が内周パネル12bに到達して冷却能力が低くなることから考えて、逆に上記のように外周パネル12aが遮蔽する構成とすれば、常温であるケーシング11の胴部11aと直接対向して輻射熱が到達する内周パネル12bの表面積を小さくすることができ、それぞれ温度差の4乗と表面積比と比例する侵入熱量を小さくすることができる。
このように多重構造とすることで外部からの輻射による侵入熱量を低減できる。なお、本形態では二重構造であるが、三重以上に構成することにより、外部からの輻射による侵入熱量を低減する効果をより大きくすることができる。
For example, considering that there is no outer peripheral panel 12a and the inner peripheral panel 12b directly faces the inner peripheral wall surface of the trunk portion 11a, heat radiation reaches the inner peripheral panel 12b from the trunk portion 11a, and the cooling capacity is reduced. Conversely, if the outer panel 12a is shielded as described above, the surface area of the inner panel 12b where the radiant heat reaches directly opposite the body 11a of the casing 11 at room temperature can be reduced. The amount of intrusion heat proportional to the fourth power of the difference and the surface area ratio can be reduced.
By adopting such a multiple structure, the amount of intrusion heat due to external radiation can be reduced. In addition, although it is a double structure in this embodiment, the effect of reducing the amount of intrusion heat due to radiation from the outside can be further increased by configuring it to be triple or more.

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

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

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

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

ヒータ13は、本発明の加熱手段の一具体例であり、例えばコールドパネル12の外周面パネル12aおよび内周面パネル12bの内部にサンドイッチ状に密封内蔵され、円筒状となった面状ヒータであり、電流線や絶縁部がコールドパネル12の外周面パネル12aおよび内周面パネル12bのトラップ面から露出しないように構成する。
本形態では、図2(b)の拡大部で示すように、例えば外周パネル12aを更に外パネル121と内パネル122との二層構造とし、これら外パネル121と内パネル122との間にヒータ13を配置している。
なお、ヒータ13は、コールドパネル12の外周面パネル12aおよび内周面パネル12bにほぼ均一に設置できればシーズヒータのような線状ヒータでも良い。また、コールドパネル12の外周面パネル12aおよび内周面パネル12bを鋳物として製造する場合には、鋳込みヒータとしても良く、各種ヒータの採用が可能である。
The heater 13 is one specific example of the heating means of the present invention. For example, the heater 13 is a cylindrical sheet heater that is hermetically sealed in a sandwich shape inside the outer peripheral panel 12a and the inner peripheral panel 12b of the cold panel 12. The current line and the insulating part are configured not to be exposed from the outer peripheral surface panel 12a of the cold panel 12 and the trap surface of the inner peripheral surface panel 12b.
In this embodiment, as shown in the enlarged portion of FIG. 2B, for example, the outer peripheral panel 12a has a two-layer structure of an outer panel 121 and an inner panel 122, and a heater is provided between the outer panel 121 and the inner panel 122. 13 is arranged.
The heater 13 may be a linear heater such as a sheathed heater as long as it can be installed almost uniformly on the outer peripheral panel 12a and the inner peripheral panel 12b of the cold panel 12. Moreover, when manufacturing the outer peripheral surface panel 12a and the inner peripheral surface panel 12b of the cold panel 12 as a casting, it may be a cast-in heater and various heaters can be employed.

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

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

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

コントローラ17は、本発明の温度制御手段の一具体例であり、ケーシング11から外部に引き出された制御線、電流線および信号線と接続されている。コントローラ17は、電流線を介して接続されるヒータ13、制御線を介して接続されるパルスチューブ冷凍機14、さらに信号線を介して接続される温度センサ15に対して後述するような情報の読み出し、各種の制御を行う。
電源18は、コントローラ17を介してヒータ13やパルスチューブ冷凍機14へ電源を供給する。このコールドトラップ10の温度制御系は図6で示すようになる。なお、圧力センサ19については後述する。
コールドトラップ10はこのように構成される。
The controller 17 is a specific example of the temperature control means of the present invention, and is connected to a control line, a current line, and a signal line drawn from the casing 11 to the outside. The controller 17 stores information as described later for the heater 13 connected via the current line, the pulse tube refrigerator 14 connected via the control line, and the temperature sensor 15 connected via the signal line. Read and perform various controls.
The power supply 18 supplies power to the heater 13 and the pulse tube refrigerator 14 via the controller 17. The temperature control system of the cold trap 10 is as shown in FIG. The pressure sensor 19 will be described later.
The cold trap 10 is configured in this way.

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

このようなコールドトラップ10では、特に、コールドパネル12の表面積が増大したため、水分子を凍結捕集するコールドパネルのトラップ面の表面積を大きくして吸着容量増加および高速度排気を実現させることができる。
さらに気体流路方向には対向しないように表面積を大きくするため排気コンダクタンスを増加させることがなく、また、ケーシングからの放射による熱侵入を極力抑止する構造を採用し、これら効果が相俟って低電力消費も実現する。
In such a cold trap 10, in particular, since the surface area of the cold panel 12 has increased, the surface area of the trap surface of the cold panel that freezes and collects water molecules can be increased to realize increased adsorption capacity and high-speed exhaust. .
In addition, since the surface area is increased so as not to face the gas flow path direction, the exhaust conductance is not increased, and a structure that suppresses heat intrusion due to radiation from the casing as much as possible is adopted. Low power consumption is also realized.

なお、コールドパネル12の形状については、本発明以外にも各種考えられ、図3で示すように、同軸に配置したコールドパネル12の外周パネル12aの長さと内周パネル12bの長さを同じとし、外周パネル12aの上下の開口部と内周パネル12bの上下の開口部とが同じ高さに位置するようにしても良い。先に図2で示した形態と比較して、内周パネル12bが常温であるシールド11の胴部11bと対向する面積が増大し輻射熱による侵入熱量が増大してこの点で冷却能力が若干低下するが、それでもコールドパネル12の総表面積は増大して水分子の捕集能力が高まるという利点もある。 Various shapes other than the present invention can be considered for the shape of the cold panel 12, and as shown in FIG. 3, the length of the outer peripheral panel 12a and the length of the inner peripheral panel 12b of the cold panel 12 arranged coaxially are the same. The upper and lower openings of the outer peripheral panel 12a and the upper and lower openings of the inner peripheral panel 12b may be positioned at the same height. Compared with the configuration shown in FIG. 2, the area where the inner peripheral panel 12b faces the body 11b of the shield 11 at room temperature increases, the amount of intrusion heat due to radiant heat increases, and the cooling capacity slightly decreases in this respect. However, there is still an advantage that the total surface area of the cold panel 12 is increased and the ability to collect water molecules is increased.

さらには、本発明以外のコールドパネル12の他の例として、例えば図4で示すように、単体のコールドパネル12としても良い。この場合でも、パネル表面積は単純な円筒形状に比べて約2倍に増大しており、従来技術の単純な円筒のコールドパネルと比較して捕集能力を高めている。また、常温面と対向するコールドパネルの常温面からの視野内の表面積は、単純な円筒形状の場合と変わらないので単純な円筒形状のコールドパネルと比較して放射による侵入熱量は増加しない。 Furthermore, as another example of the cold panel 12 other than the present invention, for example, as shown in FIG. 4, a single cold panel 12 may be used. Even in this case, the surface area of the panel is increased about twice as compared with a simple cylindrical shape, and the collection capacity is enhanced as compared with a simple cylindrical cold panel of the prior art. In addition, since the surface area of the cold panel facing the room temperature surface in the field of view from the room temperature surface is the same as in the case of a simple cylindrical shape, the amount of intrusion heat due to radiation does not increase compared to a simple cylindrical cold panel.

続いて、真空排気装置100を稼働させるときのコールドトラップ10およびターボ分子ポンプ20の動作について説明する。なお、図7で示すような排気システムを想定し、真空チャンバ30、ゲートバルブ40、コールドトラップ10、ターボ分子ポンプ40が接続され、真空チャンバ10内を排気するものとして説明する。   Next, operations of the cold trap 10 and the turbo molecular pump 20 when operating the vacuum exhaust apparatus 100 will be described. It is assumed that an exhaust system as shown in FIG. 7 is assumed, and that the vacuum chamber 30, the gate valve 40, the cold trap 10, and the turbo molecular pump 40 are connected to exhaust the inside of the vacuum chamber 10.

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

コールドトラップ10では、図1,図6で示すように、コントローラ17がパルスチューブ冷凍機14の運転を開始するとともに、温度センサ15が出力する温度計測信号をフィードバック入力することにより、コールドパネル12を所定温度に維持する。
例えば、コールドパネル12の所定温度の一例として水蒸気のみを凍結捕集する最適な温度である120K〜150K(−153℃〜−123℃)の範囲内の温度を選択して制御し、コールドパネル12に水蒸気を凍結捕集して吸着させるようにする。
これにより、真空チャンバ30内の水分が吸着され、水分以外の分子はターボ分子ポンプ20で高い圧縮比に圧縮されて排気される。
In the cold trap 10, as shown in FIGS. 1 and 6, the controller 17 starts the operation of the pulse tube refrigerator 14 and feeds back the temperature measurement signal output from the temperature sensor 15. Maintain at a predetermined temperature.
For example, as an example of the predetermined temperature of the cold panel 12, a temperature within a range of 120 K to 150 K (−153 ° C. to −123 ° C.) which is an optimum temperature for freezing and collecting only water vapor is selected and controlled. Water vapor is frozen and collected.
Thereby, moisture in the vacuum chamber 30 is adsorbed, and molecules other than moisture are compressed by the turbo molecular pump 20 to a high compression ratio and exhausted.

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

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

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

第1の方法(急速再生法)について
本方法では、凝結した氷を急速に高温加熱して全て水蒸気とし、コールドトラップ10内から排気除去して、コールドパネル12を急速に再生するというものである。以下、図1,図6,図7を参照しつつ時系列的に説明する。
About the first method (rapid regeneration method) In this method, the condensed ice is rapidly heated to a high temperature to form all water vapor, exhausted from the inside of the cold trap 10, and the cold panel 12 is rapidly regenerated. . Hereinafter, it will be described in time series with reference to FIG. 1, FIG. 6, and FIG.

(1)図7で示すように、真空チャンバ30とコールドトラップ10との間に設けたゲートバルブ40を閉じる。
(2)図1,図6で示すように、コントローラ17がパルスチューブ冷凍機14の運転を停止するように制御する。
(3)コントローラ17がヒータ13を制御し、コールドパネル12を一気に300℃まで加熱する。コントローラ17は温度センサ15から出力される温度計測信号に基づいて、立ち上がり時間が最短となるように温度制御する。
(4)ケーシング11の胴部11aに設けた図示しない再生排気口から気化した水蒸気を排出する。なお、再生排気口の下流には図示しない真空ポンプが接続され、高速に排気する。
(5)コントローラ17がパルスチューブ冷凍機14の運転を再開するように制御する。
(6)図7で示すように、真空チャンバ30とコールドトラップ10との間に設けたゲートバルブ40を開き、ターボ分子ポンプ20による真空チャンバ40内の排気を継続する。
(1) As shown in FIG. 7, the gate valve 40 provided between the vacuum chamber 30 and the cold trap 10 is closed.
(2) As shown in FIGS. 1 and 6, the controller 17 performs control so as to stop the operation of the pulse tube refrigerator 14.
(3) The controller 17 controls the heater 13 to heat the cold panel 12 to 300 ° C. at once. Based on the temperature measurement signal output from the temperature sensor 15, the controller 17 controls the temperature so that the rise time is the shortest.
(4) Vaporized water vapor is discharged from a regeneration exhaust port (not shown) provided in the body 11a of the casing 11. A vacuum pump (not shown) is connected downstream of the regeneration exhaust port to exhaust at high speed.
(5) The controller 17 controls to restart the operation of the pulse tube refrigerator 14.
(6) As shown in FIG. 7, the gate valve 40 provided between the vacuum chamber 30 and the cold trap 10 is opened, and evacuation in the vacuum chamber 40 by the turbo molecular pump 20 is continued.

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

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

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

(1)図1で示すように、コントローラ17は、真空チャンバ30(またはコールドトラップ10のケーシング11)の内部に設けられた圧力センサ19(図6参照)から圧力計測信号を入力する。例えば圧力センサ19(図6参照)からの圧力計測信号に基づいてコントローラ17が10−8Paと判断したものとする。
(2)コントローラ17は、この圧力計測信号から算出した圧力に対応する水蒸気の飽和温度を図示しないメモリから読み出す。例えば10−8Pa に対応する飽和温度は約130Kである。
(1) As shown in FIG. 1, the controller 17 inputs a pressure measurement signal from a pressure sensor 19 (see FIG. 6) provided inside the vacuum chamber 30 (or the casing 11 of the cold trap 10). For example, it is assumed that the controller 17 determines 10 −8 Pa based on the pressure measurement signal from the pressure sensor 19 (see FIG. 6).
(2) The controller 17 reads the water vapor saturation temperature corresponding to the pressure calculated from the pressure measurement signal from a memory (not shown). For example, the saturation temperature corresponding to 10 −8 Pa is about 130K.

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

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

なお、本実施形態ではコールドトラップ10の下流に直接ターボ分子ポンプ20を直列に配置した構成であるが、他の形態を採用することもできる。図8,図9は他の真空排気装置のブロック構成図である。
例えば、図8で示すように、真空チャンバ30の上流にコールドトラップ10を、また、下流にターボ分子ポンプ20を接続してもよい。
また、図9で示すように真空チャンバ30にそれぞれ多数の真空排気装置100を並列に取り付けても良い。真空チャンバ30の大きさによって接続数が決定される。
In the present embodiment, the turbo molecular pump 20 is directly arranged in series downstream of the cold trap 10, but other forms may be adopted. 8 and 9 are block configuration diagrams of other evacuation apparatuses.
For example, as shown in FIG. 8, the cold trap 10 may be connected upstream of the vacuum chamber 30, and the turbo molecular pump 20 may be connected downstream.
In addition, as shown in FIG. 9, a large number of vacuum exhaust devices 100 may be attached in parallel to the vacuum chamber 30. The number of connections is determined by the size of the vacuum chamber 30.

以上の通り、本発明のコールドトラップ10または真空排気装置100によれば、流れ方向と同じ方向に対しては面積を少なく、また、流れ方向と鉛直方向に対しては面積を多くするような波状円筒体のパネルとしたため、コールドパネル12の表面積を増加させつつガスが流れる際の流体抵抗(排気コンダクタンス)を増加させない構成として、低消費電力および高排気速度であるにも拘らず吸着容量を増加させるコールドトラップとした。さらにこのような利点を持つコールドトラップにターボ分子ポンプを併用した真空排気装置として、真空排気能力を高めることができた。   As described above, according to the cold trap 10 or the vacuum exhaust apparatus 100 of the present invention, the corrugated shape has a small area in the same direction as the flow direction and a large area in the flow direction and the vertical direction. The cylindrical panel increases the surface area of the cold panel 12 and does not increase the fluid resistance (exhaust conductance) when the gas flows, increasing the adsorption capacity despite low power consumption and high pumping speed. A cold trap to be used. Furthermore, as a vacuum exhaust system using a turbo molecular pump in combination with a cold trap having such advantages, the vacuum exhaust capacity could be increased.

本発明を実施するための最良の形態のコールドトラップ、ならびに、コールドトラップおよびターボ分子ポンプからなる真空排気装置の側面断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a side sectional view of a vacuum trap of the best mode for carrying out the present invention, and an evacuation apparatus including a cold trap and a turbo molecular pump. コールドパネルの説明図であり、図2(a)はコールドパネルとパルスチューブ冷凍機の側面図、図2(b)はコールドパネルの平面図である。It is explanatory drawing of a cold panel, Fig.2 (a) is a side view of a cold panel and a pulse tube refrigerator, FIG.2 (b) is a top view of a cold panel. 他のコールドパネルの説明図である。It is explanatory drawing of another cold panel. 他のコールドパネルの説明図である。It is explanatory drawing of another cold panel. 本発明を実施するための最良の形態の真空排気装置のブロック構成図である。It is a block block diagram of the vacuum exhaust apparatus of the best form for implementing this invention. 温度制御系のブロック図である。It is a block diagram of a temperature control system. 本発明を実施するための最良の形態の真空排気装置のブロック構成図である。It is a block block diagram of the vacuum exhaust apparatus of the best form for implementing this invention. 本発明を実施するための最良の形態の他の真空排気装置のブロック構成図である。It is a block block diagram of the other vacuum exhaust apparatus of the best form for implementing this invention. 本発明を実施するための最良の形態の他の真空排気装置のブロック構成図である。It is a block block diagram of the other vacuum exhaust apparatus of the best form for implementing this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100 :真空排気装置
10 :コールドトラップ
11 :ケーシング
11a :胴部
11b :フランジ
12 :コールドパネル
12a :外周パネル
12b :内周パネル
12c :支持部
121 :外パネル
122 :内パネル
13 :ヒータ
14 :パルスチューブ冷凍機
14a :冷却端
14b :膨張機
14c :圧縮機
15 :温度センサ
16 :端子部
17 :コントローラ
18 :電源
19 :圧力センサ
20 :ターボ分子ポンプ
30 :真空チャンバ
40 :ゲートバルブ
100: Vacuum exhaust device 10: Cold trap 11: Casing 11a: Body 11b: Flange 12: Cold panel 12a: Outer panel 12b: Inner panel 12c: Support section 121: Outer panel 122: Inner panel 13: Heater 14: Pulse Tube refrigerator 14a: Cooling end 14b: Expander 14c: Compressor 15: Temperature sensor 16: Terminal unit 17: Controller 18: Power supply 19: Pressure sensor 20: Turbo molecular pump
30: Vacuum chamber 40: Gate valve

Claims (8)

ケーシングと、
ケーシング内空間に設置されるコールドパネルと、
圧縮機、膨張機および冷却端を有し、少なくともケーシングの内部空間でこの冷却端がコールドパネルに熱的に接続されて配置される冷凍機と、
を備え、
コールドパネルは、略円筒状で筒壁面が半径方向に沿って凹凸する波状円筒体であって、半径が異なる複数の波状円筒体が同軸上に多重に配置されて複数層にわたり形成され、かつ、内側の波状円筒体の開口部は外側の波状円筒体の開口部よりも中側に位置することを特徴とするコールドトラップ。
A casing,
A cold panel installed in the space inside the casing;
A refrigerator having a compressor, an expander, and a cooling end, and arranged at least in the interior space of the casing with the cooling end being thermally connected to the cold panel;
With
The cold panel is a corrugated cylindrical body having a substantially cylindrical shape and a cylindrical wall surface that is uneven along the radial direction, and a plurality of corrugated cylindrical bodies having different radii are coaxially arranged in multiple layers and formed over a plurality of layers, and A cold trap, wherein an opening portion of an inner corrugated cylindrical body is positioned inward of an opening portion of an outer corrugated cylindrical body .
請求項1記載のコールドトラップにおいて、
前記コールドパネルは、低温域における熱伝導率が大きい純チタンを材料とすることを特徴とするコールドトラップ。
In the cold trap according to claim 1,
The cold panels, cold trap, wherein to Rukoto and material is large pure titanium thermal conductivity at low temperature range.
請求項1に記載のコールドトラップにおいて、
前記コールドパネルは、低温域における熱伝導率が大きい銅または銅合金を材料とすることを特徴とするコールドトラップ。
The cold trap of claim 1 ,
The cold panel is made of copper or a copper alloy having a high thermal conductivity in a low temperature region .
請求項に記載のコールドトラップにおいて、
前記コールドパネルは、その表面に耐食性を向上させる保護層を形成したことを特徴とするコールドトラップ。
The cold trap according to claim 3 ,
The cold trap is characterized in that a protective layer for improving corrosion resistance is formed on the surface of the cold panel.
請求項1〜請求項の何れか一項に記載のコールドトラップにおいて、
前記膨張機は、パルスチューブ膨張機であることを特徴とするコールドトラップ。
In the cold trap as described in any one of Claims 1-4 ,
The expander, a cold trap, wherein the pulse tube expander der Rukoto.
請求項1〜請求項5の何れか一項に記載のコールドトラップにおいて、
前記コールドパネルを加熱する加熱手段と、
前記コールドパネルの温度を計測する温度計測手段と、
加熱手段、冷凍機および温度計測手段が接続される温度制御手段と、
を備え、
この温度制御手段は、温度計測手段が計測した前記コールドパネルの温度に基づき、前記コールドパネルの温度を所定温度とするように冷凍機または加熱手段を制御することを特徴とするコールドトラップ。
In the cold trap as described in any one of Claims 1-5 ,
Heating means for heating the cold panel ;
Temperature measuring means for measuring the temperature of the cold panel;
A temperature control means to which the heating means, the refrigerator and the temperature measurement means are connected;
With
The temperature control means controls the refrigerator or the heating means so that the temperature of the cold panel is a predetermined temperature based on the temperature of the cold panel measured by the temperature measurement means .
請求項に記載のコールドトラップにおいて、
前記加熱手段は、前記コールドパネルに内蔵されることを特徴とするコールドトラップ。
The cold trap according to claim 6 ,
It said heating means, a cold trap, wherein Rukoto incorporated in the cold panel.
水分子を凍結捕集した残りのガスを流出させる請求項1〜請求項7の何れか一項に記載のコールドトラップと、The cold trap according to any one of claims 1 to 7, wherein the remaining gas obtained by freezing and collecting water molecules is discharged.
コールドトラップから流出したガスを排気するターボ分子ポンプと、A turbo molecular pump that exhausts the gas flowing out of the cold trap;
を備えることを特徴とする真空排気装置。An evacuation apparatus comprising:
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