JPH037587Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 この考案は、クライオポンプに係り、特にクラ
イオポンプの再生，予冷に費す時間を大幅に短縮
するようにしたクライオポンプに関する。

《考案の背景》 クライオ排気とは、冷却された表面上に弱いフ
アン・デル・ワールス力あるいは分散力によつ
て、分子を凝縮させ溜め込むことである。表面温
度が充分低くて表面に貼着した分子が運動エネル
ギーを充分失つて表面上にとどまつているなら
ば、原理的には如何なる気体をも排気することが
できる。

この原理をポンプに適用したものがクライオポ
ンプであり、このクライオポンプは高真空の環境
を作るため、例えば薄膜を作成するために材料を
蒸発させたり、凝縮させる場合に多く用いられて
いる。

第４図に基づきクライオポンプの構成と作用に
ついて簡単に説明する。

すなわち、クライオポンプは、一面を真空チヤ
ンバ１側へ開口した有底状のポンプケース２と、
このポンプケース２の底面を貫通してケース内に
配置される冷凍機のエキスパンシヨンヘツド３
と、このエキスパンシヨンヘツド３に接合され、
ケース１内を超低温に保つシールドパネル４，ク
ライオパネル５、バツフルパネル６等のパネル類
から構成されている。

そして上記冷凍機のエキスパンシヨンヘツド３
の超低温（図示したものは20K，70Kのそれぞれ
の冷却ステージをもつ２段式冷凍機である）に応
じてシールドパネル４，バツフルパネル６が70K
（−203℃）に、クライオパネル５が20K（−253
℃）の超低温状態に冷却されている。

この超低温のため、空気中の水蒸気はバツフル
パネル６並びにシールドパネル４面に凍結し、か
つチツ素，酸素及びアルゴンは、クライオパネル
５の外面に凍結する（これら凍結現象をクライオ
コンゼンセーシヨンと称する）。

そして、水素，ヘリウム，ネオン等、20Kにお
いても凍結しないガスは、クライオパネル５の内
面に設けられた活性炭等の吸着剤７に吸着させる
（この吸着現象をクライオソープシヨンと称す
る）。

従つて、空気中のガスは、クライオコンゼンセ
ーシヨン並びにクライオソープシヨンにより凍
結，吸着され、真空チヤンバ１側からポンプケー
ス２内に吸気され、結果的に真空チヤンバ１内に
高真空状態を呈する。これがクライオポンプの構
成と作用である。

ところで、係るクライオポンプにあつては、ポ
ンプ内が飽和状態（例えば、クライオソープシヨ
ンの場合、パネル面上に吸着分子が２，３層積も
ると、吸着容量の限界であり、通常この吸着容量
限界は10¹⁵原子／cm²である）になれば、ポンプの
運転を停止した後、ポンプケース内を暖め、凝縮
物を蒸発させ、これら蒸発ガスを安全弁８を介し
て外部へ排出するようにしている。

従来では、ポンプケース２の外周面をヒータ９
により加熱し、ケース２内の温度を上昇させる方
法や、加熱ガスを外部からポンプケース２内に導
入する方法等が試みられており、ケース２内部の
温度上昇により、ガス蒸発が活発に行なうように
させ、これら蒸発ガスを図示しないメカニカルポ
ンプにより外部へ粗引きするようにしている。

しかしながら、これらの方法は、ポンプケース
２内の加温ガスの熱伝導により凝縮物を蒸発させ
るというものであり、更にメカニカルボンプで排
気しながら行なうため、これらの熱伝達量が小さ
く再生処理時間をさほど短縮できるものではなか
つた。

よつて、これらクライオポンプの再生処理時間
をより短縮させ、ポンプ効率を上げることが急務
であつた。

また、クライオポンプの運転開始に当たり、ポ
ンプケース内のパネル類を所望の超低温域に到達
させるのに長時間費しており、これらクライオポ
ンプの予冷時間の短縮化も解決課題であつた。

《考案の目的》 この考案は、上記の事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、クライオポンプの
再生時間を大幅に短縮するとともに、ポンプ運転
開始時の予冷時間の短縮を可能にしたクライオポ
ンプを提供することにある。

《考案の構成》 前記目的を達成するために、本考案は、ポンプ
ケース内に配設された冷凍機のエキスパンシヨン
ヘツドと、このヘツドに接合され、ポンプケース
内を超低温状態に保つシールドパネル、クライオ
パネル等のパネル類とを備え、 上記超低温に冷却されたパネル表面上に空気中
のガスを凍結，吸着させることにより、真空チヤ
ンバ側からポンプケース側へ吸気を行なうクライ
オポンプにおいて、 前記エキスパンシヨンヘツドの外周部には、金
属パイプが巻装されているとともに、該ポンプ内
に加熱もしくは冷却媒体が供給されることを特徴
とする。

《実施例の説明》 以下、本考案に係るクライオポンプの一実施例
について添付図面を参照しながら詳細に説明す
る。

第１図，第２図はクライオポンプの再生処理状
態を示す縦断面図、第３図はクライオポンプの再
生処理状態もしくは予冷処理状態を示す縦断面図
である。

図中クライオポンプ１０は、一面に開口部１１
ａを有した有底状のポンプケース１１と、このポ
ンプケース１１の底面１１ｂの中央部を貫通して
ポンプケース１１内に突出させた冷凍機１２のエ
キスパンシヨンヘツド１３，１４と、上記エキス
パンシヨンヘツド１３に接合され、ポンプケース
１１よりもやや小型で、開口部１５ａを備えた有
底状のシールドパネル１５と、エキスパンシヨン
ヘツド１４の先端に取付けられたクライオパネル
１６と、上記シールドパネル１５の開口部１５ａ
に取付けられたバツフルパネル１７とから構成さ
れている。上記フライオパネル１６内面には活性
炭やゼオライト等の吸着剤１８が全面に亘つて接
着されている。そして上記ポンプケース１１の開
口部１１ａは、高真空バルブ１９を介して真空チ
ヤンバ２０につながつている。

なお上記冷凍機１２は、ヘリウムガスを用いた
２段式冷凍機であり、一方のエキスパンシヨンヘ
ツド１３は70K（−203℃）、他方のエキスパンシ
ヨンヘツド１４は20K（−253℃）にそれぞれ冷却
されており、これらエキスパンシヨンヘツド１
３，１４と上記パネル１５，１６とはほとんど冷
却損失がなく接合されているので、一方のエキス
パンシヨンヘツド１３に接合されるシールドパネ
ル１５並びにこのシールドパネル１５に取付けら
れたバツフルパネル１７はそれぞれ70Kの超低温
状態に維持され、かつ他方のエキスパンシヨンヘ
ツド１４に接合されたクライオパネル１６は20k
の超低温状態を呈する。

係る超低温状態に維持されたシールドパネル１
５，クライオパネル１６，バツフルパネル１７ク
ライオパネル１６によりポンプケース１１内のガ
スを凍結，吸着することにより、真空チヤンバ２
０側からポンプケース１１側へ吸気を行ない、真
空チヤンバ２０を高真空状態に保つのである。

更に本考案のクライオポンプ１０においては、
上記エキスパンシヨンヘツド１３，１４の外周部
には、上記冷凍機１２のエキスパンシヨンヘツド
１３，１４を冷却する冷却系統とは独立した別系
統の金属パイプ２１が直接密に巻装されており、
このパイプ２１の一方側は吸入バルブ２２を介し
てコンプレツサ２３に接続され、かつ他方側は排
出バルブ２４を介してメカニカルポンプ２５に接
続されている。

なお、図中符号２６は、クライオポンプ１０の
再生処理に当たつて、ポンプケース１１内の蒸発
ガスを外部に粗引き排気するメカニカルポンプで
あり、符号27はこのメカニカルポンプ２６に接続
された排出バルブを示す。

本考案に係るクライオポンプ１０は、クライオ
ポンプの運転を一旦停止し、パネル類に凍結，吸
着されたガスを蒸発させ外部に排出する、すなわ
ち再生処理に特に好適なものであつて、以下その
再生処理について説明する。

まずクライオポンプ１０の正常運転が停止され
ると、吸入バルブ２２を開放して、コンプレツサ
２３から加熱されたチツ素ガスを上記金属パイプ
２１内に送り込む。この金属パイプ２１は、エキ
スパンシヨンヘツド１３，１４の外周部に密に巻
装されているので、エキスパンシヨンヘツド１
３，１４は短時間で効率よく加熱される。

そして加熱により熱損失を受けたチツ素ガス
は、排出バルブ２４を通じてメカニカルポンプ２
５で吸引される。

このように熱容量の大きいエキスパンシヨンヘ
ツド１３，１４の外周部に巻装されて金属パイプ
２１内に加熱チツ素ガスを供給，排出を行なうこ
とにより、実際にガスが凍結，吸着しているシー
ルドパネル１５，クライオパネル１６，バツフル
パネル１７を効率よく加温することができ、これ
らガスの蒸発を早めることができ、この蒸発した
ガスは、排出バルブ２７を介してメカニカルポン
プ２６により粗引き排気することにより、ポンプ
ケース１１外部に排出される。

なお、クライオポンプ１０の駆動時には、メカ
ニカルポンプ２５の吸引作用により、金属パイプ
２１内を真空断熱状態にしておけば、クライオポ
ンプ１０の正視の運転に支障を来たすことはな
い。

第２図に示す実施例は、クライオポンプ１０再
生用に使用する加熱チツ素ガス等の加熱媒体を循
環させる閉サイクルを示すもので、省資源の面か
ら有利である。符号２８は、ヒータ等の加熱手段
である。

次に、本考案に係るクライオポンプをポンプの
冷却効率を高めるために使用した実施例について
第３図を基に説明する。

本実施例では、上記冷凍機１２のエキスパンシ
ヨンヘツド１３，１４を冷却する冷却系統とは独
立した別系統の金属パイプ２１は、ウオームステ
ージのエキスパンシヨンヘツド１３のみに巻装固
定されている。この金属パイプ２１の一方側には
吸入バルブ２２を介してコンプレツサ２３が接続
され、他方側には排出バルブ２４を介してメカニ
カルポンプ２５に接続されている点は上述実施例
と同一である。

しかし、本実施例ではこの金属パイプ２１内に
は液体チツ素（−210℃）が送り込まれ、冷凍機
12のエキスパンシヨンヘツド１３が予備冷却さ
れ、冷凍機１２のエキスパンシヨンヘツド１３の
冷却系統によつて、エキスパンシヨンヘツド１
３，１４が冷却されるため、この２系統の冷却機
能により、エキスパンシヨンヘツド１３を短時間
に、効率よく冷却するというものである。このよ
うに本実施例にあつては、クライオポンプの運転
開始から、所望の超低温状態までに到達する時間
を大幅に短縮させることを可能とする。

《考案の効果》 以上説明したように、本考案に係るクライオポ
ンプにあつては、ポンプケース内に配設された冷
凍機のエキスパンシヨンヘツドの外周部に、上記
冷凍機のエキスパンシヨンヘツドを冷却する冷却
系統とは独立した別系統の金属パイプが直接密に
巻装され、このパイプ内に加熱もしくは冷却媒体
を供給するように構成したものであるから、２系
統の冷却機構によりポンプケース内を冷却でき
る。特に熱容量の大きいエキスパンシヨンヘツド
の外周に金属パイプを巻装したものであるから、
これに冷却媒体として液体窒素等を供給すること
により予備冷却が可能であり、また加熱媒体とし
て加熱窒素ガス等を供給することも可能であるた
め、冷却・ポンプ再生時間を従来に比し、大幅に
短縮でき、この種クライオポンプの効率を大幅に
向上せしめることができる。

また、上記の如き構成によれば、予備冷却もし
くは再出処理が終了後のクライオポンプ正常運転
中には、メカニカルポンプ等を介して金属パイプ
内を真空排気して真空断熱保持することが可能で
あるため、金属パイプの熱伝導率を下げることが
でき、そのため金属パイプから発散する熱量を小
さくできるので、冷凍機によるエキスパンシヨン
ヘツド，シールドパネル，クライオパネルの冷却
作用を妨げることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係るクライオポンプの再生処
理に使用した状態を示す縦断面図、第２図は同ク
ライオポンプの再生処理の変形例を示す縦断面
図、第３図は本考案に係るクライオポンプを再生
処理もしくは予冷処理に使用した状態を示す縦断
面図、第４図は従来のクライオポンプの再生処理
を説明する断面図である。 １０……クライオポンプ、１１……ポンプケー
ス、１２……冷凍機、１３，１４……エキスパン
シヨンヘツド、１５……シールドパネル、１６…
…クライオパネル、１７……バツフルパネル、１
８……吸着剤、１９……高圧真空バルブ、２０…
…真空チヤンバ、２１……金属パイプ、２２……
吸入バルブ、２３……コンプレツサ、２４……排
出バルブ、２５，２６……メカニカルポンプ、２
７……排出バルブ、２８……加熱手段。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 ポンプケース内に配設された冷凍機のエキスパ
   ンシヨンヘツドと、このヘツドに接合され、ポン
   プケース内を超低温状態に保つシールドパネル，
   クライオパネル等のパネル類を備え、上記超低温
   に冷却されたパネル表面上に空気中のガスを凍
   結，吸着させることにより、真空チヤンバ側から
   ポンプケース側へ吸気を行なうクライオボンプに
   おいて、 前記エキスパンシヨンヘツドの外周部には、上
   記冷凍機のエキスパンシヨンヘツドを冷却する冷
   却系統とは独立した別系統の金属パイプが直接密
   に巻装されているとともに、該パイプ内に加熱も
   しくは冷却媒体が供給されることを特徴とするク
   ライオポンプ。