JPH06299966A - 極低温トラップ - Google Patents

極低温トラップ

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JPH06299966A
JPH06299966A JP11106493A JP11106493A JPH06299966A JP H06299966 A JPH06299966 A JP H06299966A JP 11106493 A JP11106493 A JP 11106493A JP 11106493 A JP11106493 A JP 11106493A JP H06299966 A JPH06299966 A JP H06299966A
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pulse tube
room temperature
refrigerator
cryogenic trap
radiator
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JP11106493A
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Junpei Yuyama
純平 湯山
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Ulvac Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 極低温トラップの本体から突出する冷凍機の
全長を小さくすることを目的とする。 ［構成］ パルス管冷凍機３３のパルス管３９及び蓄冷
器４０はコールドステージ３５を介してパイプ３８によ
り接続され、パルス管３９及び蓄冷器４０の他端側から
はその中心軸に対してそれぞれ連結パイプ３７ｂ、３７
ａがほぼ垂直に接続され、連結パイプ３７ａ、３７ｂの
他端側は取り付けフランジ４３ａを貫通して室温部４２
を取り付けている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、機械式冷凍機によって
冷却される極低温トラップに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】極低温トラップ２０は図９で示されるよ
うにターボ分子ポンプ２の上流側と図示しないが被排気
装置との間に取り付けられ、水分に対する排気速度を向
上させ、又、油分等の不純物の逆流を防止する働きを有
するものである。従来の極低温トラップ２０の本体１の
冷却には機械式冷凍機であるシングルステージのギフォ
ード・マクマホン冷凍機４が用いられており、これによ
り、図１０に示すように極低温トラップ本体１であるコ
ールドパネル６は１００Ｋ程度以下の極低温に冷却され
るので、ここに衝突した水分子はパネル面上に凝固し、
又、ターボ分子ポンプ２の下流側から飛び込んでくる油
分等の不純物分子も同じくパネル面上に凝固して排除さ
れる。ギフォード・マクマホン冷凍機４は図１１で示さ
れるようにコールドステージ５に薄肉のシリンダ７を介
して室温部１２が取り付けられている。室温部１２はデ
ィスプレーサ駆動機構９、圧力切り替えバルブ１６及び
モータ１１を含んでおり、ディスプレーサ駆動機構９は
シリンダ７内のディスプレーサ８に連結している。シリ
ンダ７内のディスプレーサ８はモータ１１で駆動される
ディスプレーサ駆動機構９により図１１に示される矢印
方向に往復動をくり返し、それにつれてシリンダ７内の
気体が移動することにより気体の膨脹仕事を利用してコ
ールドステージ５は冷却される。コールドパネル６はこ
のコールドステージ５に取り付けられており、上述した
ように極低温に冷却される。尚、コールドパネル６、コ
ールドステージ５及びシリンダ７は、図９で示されるよ
うに外筒１４に一体的に取り付けられた管１５内に設置
され、管１５の先端に取り付けられた取り付けフランジ
１３ｂと室温部１２側に取り付けられた取り付けフラン
ジ１３ａとを締結することによりギフォード・マクマホ
ン冷凍機４のほぼ全長がシリンダ７の中心軸の延長方向
に位置することになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、極
低温トラップ２０の本体１の冷却にはギフォード・マク
マホン冷凍機４を用いているが、その冷凍機４の室温部
１２のディスプレーサ駆動機構９はシリンダ７内のディ
スプレーサ８を駆動するものなので、上述したようにシ
リンダ７の中心軸の延長方向に配設されることになる。
従って、ギフォード・マクマホン冷凍機４を用いた場合
の冷凍機の全長は、必然的に、取り付けフランジ１３ａ
上の室温部１２の高さ（シリンダ７の中心軸の延長方向
の長さ）と取り付けフランジ１３ａからコールドステー
ジ５までの長さの和となる。
【０００４】一方、シリンダ７がターボ分子ポンプ２の
吸気口内に突き出すと、排気速度を減少させるので、や
はり、ギフォード・マクマホン冷凍機４は極低温トラッ
プ本体１の側方からほぼその全長が突出していることに
なり邪魔になることが多い。
【０００５】又、ディスプレーサ８の往復動のため振動
があり、振動を嫌う表面分析装置などの排気系には用い
られない、或は、ディスプレーサ８やそれに付随する図
示しないシール部には高分子材料が用いられているの
で、高温でのベークアウト（脱ガス処理）を行うことが
できないなど、その応用範囲は広くはなかった。
【０００６】本発明は上述の問題に鑑みてなされ、ディ
スプレーサを必要とするギフォード・マクマホン冷凍機
の代わりにディスプレーサを必要としないパルス管冷凍
機を用いた極低温トラップを提供することを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】以上の目的は、真空排気
ポンプの上流側に接続され機械式冷凍機によって冷却さ
れる極低温トラップにおいて、該機械式冷凍機はパルス
管冷凍機であり、そのパルス管及び蓄冷器の中心軸に対
してほぼ垂直に各々連結パイプの一端を前記パルス管及
び蓄冷器に接続し、前記各連結パイプの他端部に室温部
を取り付けたことを特徴とする極低温トラップによって
達成される。
【０００８】
【作用】極低温トラップはパルス管冷凍機を用い、その
パルス管冷凍機のパルス管及び蓄冷器と、冷凍機の室温
部とを連結パイプで接続することにより、室温部をパル
ス管及び蓄冷器の中心軸の延長方向ではなくほぼ垂直方
向に配設することができるので、冷凍機の全長が短くな
り、邪魔になることがなく、取り付け時の空間的制約を
緩和することができる。また、ディスプレーサの往復動
がないので、振動が発生しない。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の第１実施例によるダブルイン
レット型のパルス管冷凍機を用いた極低温トラップにつ
いて図面を参照して説明する。
【００１０】図１において、極低温トラップは全体とし
て３０で示され、ターボ分子ポンプ３２の上流側に取り
付けられている。又、極低温トラップ３０は本体３１と
機械式冷凍機であるパルス管冷凍機３３とで構成され、
図３で示されるようにパルス管冷凍機３３のコールドス
テージ３５に本体３１内に収納されるコールドパネル３
６が取り付けられており、パルス管冷凍機３３により極
低温に冷却されているので、ここに衝突した水分子はパ
ネル面上に凝固し、又、ターボ分子ポンプ３２の下流側
から飛び込んでくる油分等の不純物分子も同じくパネル
面上に凝固する。
【００１１】本実施例によるダブルインレット型のパル
ス管冷凍機３３は図４で示されるようにパルス管３９と
蓄冷器４０はコールドステージ３５を介してパイプ３８
により接続され、コールドステージ３５には上述したよ
うにコールドパネル３６が取り付けられる。又、パルス
管３９と蓄冷器４０の他端では、これらと連結パイプ３
７ｂ、３７ａとが図３で示されるように下方に向かって
それぞれ接続され、取り付けフランジ４３ａを貫通して
この下方に配設されている室温部４２へと延びている。
【００１２】以上のように構成される極低温トラップ３
０のコールドパネル３６は図２に示すように外筒４４内
に配設され、パルス管冷凍機３３の一部であるコールド
ステージ３５、パルス管３９及び蓄冷器４０は図１に示
すように外筒４４に一体的に取り付けられた枝管４５の
内部に配設されており、取り付けフランジ４３ａ、４３
ｂを締結することによりその内部を真空槽としている。
又、取り付けフランジ４３ａを貫通する連結パイプ３７
ａ、３７ｂと接続されるパルス管冷凍機３３の室温部４
２は真空槽外の大気中に配設される。
【００１３】パルス管冷凍機３３の室温部４２は流路抵
抗用オリフィス５３、バイパス流路抵抗用バルブ５４、
圧力切り替えバルブ５２（図示しない駆動モータを含
む）、バッファ容器５１及び放熱器５０とで構成され、
これらと連結パイプ３７ａ、３７ｂによる配管を図５を
参照して説明すると、蓄冷器４０は連結パイプ３７ａに
より真空槽外で圧力切り替えバルブ５２を介して圧縮機
４９と接続される。蓄冷器４０は真空槽内に配設されて
おり、同じく真空槽内に配設されるパルス管３９と、こ
こでは図示していないがコールドステージ３５を介して
パイプ３８により接続されている。パルス管３９は、真
空槽外の放熱器５０と連結パイプ３７ｂにより接続さ
れ、放熱器５０はバッファ容器５１と流量調整バルブで
ある流路抵抗用オリフィス５３を介して接続されてい
る。又、連結パイプ３７ａから分岐して、流量調整バル
ブであるバイパス流路抵抗用バルブ５４を介して、放熱
器５０と流路抵抗用オリフィス５３との間のパイプに接
続される。
【００１４】以上、ダブルインレット型のパルス管冷凍
機についてその構成を説明したが、次にこの作用につい
て図５を参照して説明する。
【００１５】圧力切り替えバルブ５２が高圧側に切り替
わると、圧縮機４９で圧縮された高圧の作業気体は連結
パイプ３７ａを通り蓄冷器４０を通過しつつ温度が下が
って、パイプ３８を通りパルス管３９に入る。又、同時
にバイパス流路抵抗用バルブ５４を通過して、高圧の作
業気体の一部が放熱器５０を通ってパルス管３９内の放
熱器５０側端部に流入する。パルス管３９内ではこのと
き、もともとパルス管３９内に存在した気体は蓄冷器４
０側から流入してきた作業気体により圧縮されて放熱器
５０側に向かって移動する。その結果、パルス管３９内
の圧力がバッファ容器５１内の圧力に比べて高くなるの
で流路抵抗用オリフィス５３を通過して気体がバッファ
容器５１内へ流れ込む。次に圧力切り替えバルブ５２が
低圧側に切り替わると、パルス管３９内の気体は、蓄冷
器４０を通過しつつ温度が上昇して、圧縮機４９へ向か
って流れる。このときは、逆に、パルス管３９内の圧力
がバッファ容器５１内の圧力より低くなるので、バッフ
ァ容器５１内の気体が流路抵抗用オリフィス５３を通過
して、パルス管３９内へ流れ込む。流路抵抗用オリフィ
ス５３を通過する気体がなく、気体と管壁との熱交換が
無視できるほど小さければ、パルス管３９内の気体は断
熱的に圧縮、膨張を繰り返すだけである。この際、圧力
変動と気体の変位との位相は一致している。一方、流路
抵抗用オリフィス５３を通過する気体がある場合は、位
相が変化し、圧力変動と気体の変位との位相差が９０度
である成分が発生する。この成分のため、パルス管３９
内にエンタルピー流が生じ、パルス管３９内の低温端で
ある蓄冷器４０側端部での気体の膨脹仕事が、反対側の
放熱器５０側端部へ伝えられ、流路抵抗用オリフィス５
３で熱に代えられて、放熱器５０（本実施例においては
空冷式）で運び去られる。このようにしてパルス管３９
の蓄冷器側端部には気体の膨脹に伴う冷凍が発生する。
【００１６】以上述べたように、真空槽内にあるパルス
管３９及び蓄冷器４０と真空槽外の室温部４２とをそれ
ぞれ連結パイプ３７ｂ、３７ａによりＬ字型に接続する
ことにより、図５においては平面的にのみ示されている
が、図１でその側面図が示されているように冷凍機の全
長（パルス管３９及び蓄冷器４０の中心軸の延長方向の
長さ）を短くすることができる。
【００１７】次に、本発明の第２実施例によるオリフィ
ス型のパルス管冷凍機を用いた極低温トラップについて
図６を参照して説明する。尚、極低温トラップ３０の構
成は第１実施例と同一であるのでその詳細な説明は省略
し、オリフィス型のパルス管冷凍機の構成について、以
下説明する。
【００１８】オリフィス型のパルス管冷凍機の室温部は
流路抵抗用オリフィス５３、圧力切り替えバルブ５２、
バッファ容器５１及び放熱器５０とで構成され、これら
と連結パイプ３７ａ、３７ｂによる配管を図６を参照し
て説明すると、蓄冷器４０は連結パイプ３７ａにより真
空槽外で圧力切り替えバルブ５２を介して圧縮機４９と
接続される。蓄冷器４０は真空槽内に配設されており、
同じく真空槽内に配設されるパルス管３９と、ここでは
図示していないがコールドステージ３５内においてパイ
プ３８を介して接続されている。パルス管３９は、真空
槽外の放熱器５０と連結パイプ３７ｂにより接続され、
放熱器５０はバッファ容器５１と流量調整バルブである
流路抵抗用オリフィス５３を介して接続されている。
尚、本実施例におけるパルス管冷凍機３３の作用につい
ては第１実施例と基本的には同じであるので、その説明
を省略する。
【００１９】以上述べたように、真空槽内にあるパルス
管３９及び蓄冷器４０と真空槽外の室温部４２とをそれ
ぞれ連結パイプ３７ｂ、３７ａによりＬ字型に接続する
ことにより、図６においては平面的にのみ示されている
が、図１でその側面図が示されているように冷凍機の全
長（パルス管３９及び蓄冷器４０の中心軸の延長方向の
長さ）を短くすることができる。
【００２０】次に、本発明の第３実施例によるダブルバ
ルブ型のパルス管冷凍機を用いた極低温トラップについ
て図７を参照して説明する。尚、極低温トラップ３０の
構成は第１実施例と同一であるのでその詳細な説明は省
略し、ダブルバルブ型のパルス管冷凍機の構成につい
て、以下説明する。
【００２１】ダブルバルブ型のパルス管冷凍機の室温部
は圧力切り替えバルブ５２、位相調整バルブ５５及び放
熱器５０とで構成され、これらと連結パイプ３７ａ、３
７ｂによる配管を図７を参照して説明すると、蓄冷器４
０は連結パイプ３７ａにより真空槽外で圧力切り替えバ
ルブ５２を介して圧縮機４９と接続される。蓄冷器４０
は真空槽内に配設されており、同じく真空槽内に配設さ
れるパルス管３９と、ここでは図示していないがコール
ドステージ３５を介してパイプ３８により接続されてい
る。パルス管３９は、真空槽外の放熱器５０と連結パイ
プ３７ｂにより接続され、放熱器５０は位相調整バルブ
５５を介して圧縮機４９と接続されている。尚、本実施
例におけるパルス管冷凍機３３の作用については第１実
施例と基本的には同じであるが、位相調整バルブ５５は
圧力切り替えバルブ５２と位相をずらして開閉を制御
し、パルス管３９内の圧縮、膨張領域の移動調整を行う
ものである。即ち、第１、第２実施例におけるバッファ
容器５１と流路抵抗用オリフィス５３の働きと同等の働
きを代行するものである。
【００２２】以上述べたように、真空槽内にあるパルス
管３９及び蓄冷器４０と真空槽外の室温部４２とをそれ
ぞれ連結パイプ３７ｂ、３７ａによりＬ字型に接続する
ことにより、図７においては平面的にのみ示されている
が、図１でその側面図が示されているように冷凍機の全
長（パルス管３９及び蓄冷器４０の中心軸の延長方向の
長さ）を短くすることができる。
【００２３】次に、本発明の第４実施例による室温ピス
トン型のパルス管冷凍機を用いた極低温トラップについ
て図８を参照して説明する。尚、極低温トラップ３０の
構成は第１実施例と同一であるのでその詳細な説明は省
略し、室温ピストン型のパルス管冷凍機の構成につい
て、以下説明する。
【００２４】室温ピストン型のパルス管冷凍機の室温部
は圧力切り替えバルブ５２、室温ピストン５６、室温ピ
ストン５６を駆動するモータ５７及び放熱器５０とで構
成され、これらと連結パイプ３７ａ、３７ｂによる配管
を図８を参照して説明すると、蓄冷器４０は連結パイプ
３７ａにより真空槽外で圧力切り替えバルブ５２を介し
て圧縮機４９と接続される。蓄冷器４０は真空槽内に配
設されており、同じく真空槽内に配設されるパルス管３
９と、ここでは図示していないがコールドステージ３５
を介してパイプ３８により接続されている。パルス管３
９は、真空槽外の放熱器５０と連結パイプ３７ｂにより
接続され、放熱器５０は室温ピストン５６と接続されて
いる。尚、本実施例におけるパルス管冷凍機３３の作用
については第１実施例と基本的には同じであるが、室温
ピストン５６をモータ５７により移動させることで、第
１実施例におけるバッファ容器５１と流路抵抗用オリフ
ィス５３の働きと同等の働きを代行するものである。
【００２５】又、室温ピストン５６は、従来のギフォー
ド・マクマホン冷凍機４のディスプレーサ８のようにシ
リンダ７内の空間そのものをを広げたり狭くしたりする
ものではないので、パルス管３９の延長線方向に配列す
る必要がなく、やはり上記第１〜３実施例と同様にパル
ス管冷凍機３３の真空槽内にあるパルス管３９及び蓄冷
器４０と真空槽外の室温部４２とをそれぞれ連結パイプ
３７ｂ、３７ａによりＬ字型に接続することにより、図
８においては平面的にのみ示されているが、図１でその
側面図が示されているように冷凍機の全長（パルス管３
９及び蓄冷器４０の中心軸の延長方向の長さ）は図１で
示されるように短くすることができる。
【００２６】以上、本発明の実施例について説明した
が、勿論、本発明はこれに限定されることなく本発明の
技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００２７】本実施例では極低温トラップを排気系のポ
ンプとしてターボ分子ポンプに取り付けたが、拡散ポン
プ等の真空排気ポンプに取り付けてもよい。本発明を排
気系に応用することが有効な真空装置としては、スパッ
タ装置をはじめとする成膜装置や表面分析装置などがあ
る。
【００２８】本実施例においては、室温部４２を下向き
の姿勢に配設したが、周辺の状況によっては横向き、或
は、上向きの姿勢で配設してもよい。
【００２９】又、本実施例においては、Ｌ字型の枝管４
５を用いたが、従来例と同様な直管を用い、連結パイプ
３７ａ、３７ｂは取り付けフランジ４３ａを貫通させ、
貫通した連結パイプ３７ａ、３７ｂを真空槽外でＬ字型
に曲げて室温部４２と接続する構成であってもよい。
【００３０】
【発明の効果】本発明の極低温トラップによれば、冷凍
機にディスプレーサがないため、振動がなく表面分析装
置の排気系に用いることができ、冷凍機の全長を短くす
ることができるので取り付け時の空間的制限を緩和する
ことができる。又、駆動部がほとんどなく、シール部も
ないためメンテナンス間隔を永くすることができる。
又、室温部以外は全て金属性なので高温での脱ガス処理
が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるパルス管冷凍機を用いた極低温
トラップの側面図である。
【図２】本発明におけるパルス管冷凍機を用いた極低温
トラップの平面図である。
【図３】本発明における極低温トラップの外筒及び枝管
を取り除いた側面図である。
【図４】本発明における極低温トラップの外筒及び枝管
を取り除いた平面図である。
【図５】本発明の第１実施例におけるダブルインレット
型パルス管冷凍機の配管系統図である。
【図６】本発明の第２実施例におけるオリフィス型パル
ス管冷凍機の配管系統図である。
【図７】本発明の第３実施例におけるダブルバルブ型パ
ルス管冷凍機の配管系統図である。
【図８】本発明の第４実施例における室温ピストン型パ
ルス管冷凍機の配管系統図である。
【図９】従来のギフォード・マクマホン冷凍機を用いた
極低温トラップの側面図である。
【図１０】従来のギフォード・マクマホン冷凍機を用い
た極低温トラップの平面図である。
【図１１】従来の極低温トラップの外筒及び管を取り除
いた平面図である。
【符号の説明】
３０ 極低温トラップ ３３ パルス管冷凍機 ３７ａ 連結パイプ ３７ｂ 連結パイプ ４２ 室温部

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 真空排気ポンプの上流側に接続され機械
    式冷凍機によって冷却される極低温トラップにおいて、
    該機械式冷凍機はパルス管冷凍機であり、そのパルス管
    及び蓄冷器の中心軸に対してほぼ垂直に各々連結パイプ
    の一端を前記パルス管及び蓄冷器に接続し、前記各連結
    パイプの他端部に室温部を取り付けたことを特徴とする
    極低温トラップ。
  2. 【請求項２】 前記パルス管冷凍機はダブルインレット
    型であり前記室温部は流路抵抗用オリフィスとバイパス
    流路抵抗用バルブと圧力切り替えバルブとバッファ容器
    と放熱器とから成る第１項に記載の極低温トラップ。
  3. 【請求項３】 前記パルス管冷凍機はオリフィス型であ
    り前記室温部は流路抵抗用オリフィスと圧力切り替えバ
    ルブとバッファ容器と放熱器とから成る第１項に記載の
    極低温トラップ。
  4. 【請求項４】 前記パルス管冷凍機はダブルバルブ型で
    あり前記室温部は圧力切り替えバルブと位相調整バルブ
    と放熱器とから成る第１項に記載の極低温トラップ。
  5. 【請求項５】 前記パルス管冷凍機は室温ピストン型で
    あり前記室温部は圧力切り替えバルブと室温ピストンと
    放熱器とから成る第１項に記載の極低温トラップ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100852399B1 (ko) * 2007-02-07 2008-08-14 주식회사 지우기술 승화정제장치용 콜드트랩

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