JPH0642459A - Cryopump - Google Patents
CryopumpInfo
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- JPH0642459A JPH0642459A JP21652592A JP21652592A JPH0642459A JP H0642459 A JPH0642459 A JP H0642459A JP 21652592 A JP21652592 A JP 21652592A JP 21652592 A JP21652592 A JP 21652592A JP H0642459 A JPH0642459 A JP H0642459A
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- stage
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- cryopump
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- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は真空排気用ポンプとして
のクライオポンプに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cryopump as a vacuum pump.
【0002】[0002]
【従来の技術】小型ヘリウム冷凍機によって冷却される
高温側冷却部と、低温側冷却部とから成るクライオパネ
ルを備えたクライオポンプが、多くの真空排気作業に使
用されている。図4に示すように、この種のクライオポ
ンプ30では、筒形のポンプケース33をヘリウム冷凍
機37に取り付け、ポンプケース33の内部の高温側冷
却部、すなわち第1段クライオパネル31は50K〜1
00Kの温度に冷却され、また低温側冷却部、すなわち
第2段クライオパネル32は10K〜20Kの温度に冷
却される。2. Description of the Related Art A cryopump equipped with a cryopanel composed of a high temperature side cooling section cooled by a small helium refrigerator and a low temperature side cooling section is used for many vacuum exhaust operations. As shown in FIG. 4, in this type of cryopump 30, a tubular pump case 33 is attached to a helium refrigerator 37, and the high temperature side cooling unit inside the pump case 33, that is, the first-stage cryopanel 31 is 50K-. 1
It is cooled to a temperature of 00K, and the low temperature side cooling unit, that is, the second-stage cryopanel 32 is cooled to a temperature of 10K to 20K.
【0003】これら第1段及び第2段クライオパネル3
1、32を冷却するための冷凍サイクルの説明をする
と、図4に示すようにヘリウム冷凍機37には図示され
ていない電動機で矢印a方向に往復運動するディスプレ
ーサー38が収容されており、この内部には金属網や金
属粒が設けられている第1蓄冷器39と第2蓄冷器40
とが設けられ、外部のヘリウム循環用のコンプレッサー
36で圧縮された、冷凍サイクル内の高圧側のヘリウム
は、低圧バルブ42が閉じられ、高圧バルブ41が開か
れることにより冷凍機37内に充満する。そして、ディ
スプレーサー38を第1低温膨張室43及び第2低温膨
張室44の容積を拡げるように移動し、最大容積となっ
た時に高圧バルブ41を閉じ、低圧バルブ42を開く。
ヘリウムは低圧側に放出されることにより、サイモン膨
張で冷却され、各膨張室43、44を冷却し、同時に第
1及び第2蓄冷器39、40を冷却しながら、コンプレ
ッサー36へと戻る。これにより、冷凍機37の内部は
最低圧力となり、ここでディスプレーサー38が第1及
び第2低温膨張室43、44の容積を減少するように上
方へ移動し、低温化したヘリウムは第1及び第2蓄冷器
39、40を冷却しながら逆流する。以上のサイクルで
第1低温膨張室43は第1段クライオパネル31を、第
2低温膨張室44は第2段クライオパネル32を、それ
ぞれ上述した所望の温度に熱伝導により冷却する。These first-stage and second-stage cryopanels 3
To explain the refrigeration cycle for cooling Nos. 1 and 32, as shown in FIG. 4, a helium refrigerator 37 accommodates a displacer 38 that reciprocates in the direction of arrow a by an electric motor (not shown). A first regenerator 39 and a second regenerator 40 in which metal nets and metal grains are provided
Helium on the high pressure side in the refrigeration cycle, which is compressed by the external helium circulation compressor 36, is filled in the refrigerator 37 by closing the low pressure valve 42 and opening the high pressure valve 41. . Then, the displacer 38 is moved so as to expand the volumes of the first low temperature expansion chamber 43 and the second low temperature expansion chamber 44, and when the maximum volume is reached, the high pressure valve 41 is closed and the low pressure valve 42 is opened.
The helium is discharged to the low-pressure side and is cooled by Simon expansion, cooling the expansion chambers 43 and 44 and simultaneously returning to the compressor 36 while cooling the first and second regenerators 39 and 40. As a result, the inside of the refrigerator 37 becomes the minimum pressure, and here the displacer 38 moves upward so as to reduce the volumes of the first and second low temperature expansion chambers 43 , 44 , and the helium whose temperature has been lowered becomes the first and second. Backflow is performed while cooling the second regenerators 39 and 40. Through the above cycle, the first low-temperature expansion chamber 43 cools the first-stage cryopanel 31 and the second low-temperature expansion chamber 44 cools the second-stage cryopanel 32 to the aforementioned desired temperatures by heat conduction.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】クライオポンプは、冷
凍サイクルを駆動させると上述したディスプレーサーの
往復運動や、これを作動させるための電動機などの振動
を受け、例えば表面観察用評価装置や真空電子顕微鏡装
置等の振動を極端に嫌う観察作業では、この振動が真空
装置に伝わり、精密な測定を行なうことができない。こ
のため、クライオポンプの作動を停止して観察を行なう
ようにすると、クライオポンプのクライオパネルは、冷
却効率を上げるために、熱伝導が良く比熱の小さい材
質、例えば無酸素銅、純アルミニウムの薄板材が用いら
れており、これはクライオパネルの冷凍サイクルを停止
した場合に温度上昇がすぐに起こり得る欠点があり、す
でに凝縮されたガスが蒸発し、好適な環境のもとで観察
することができなかった。When a refrigerating cycle is driven, a cryopump receives the above-described reciprocating motion of the displacer and vibration of an electric motor for operating the cryopump. In an observation work in which the vibration of a microscope device is extremely disliked, this vibration is transmitted to the vacuum device, and precise measurement cannot be performed. For this reason, if the operation of the cryopump is stopped and observation is performed, the cryopanel of the cryopump is made of a thin material such as oxygen-free copper or pure aluminum, which has good heat conduction and small specific heat, in order to improve cooling efficiency. Plates are used, which has the drawback that the temperature rise can occur immediately when the cryopanel refrigeration cycle is stopped, the already condensed gas evaporates and can be observed under a suitable environment. could not.
【0005】本発明は以上の問題に鑑みてなされ、クラ
イオポンプの作動を停止しても、長時間の間、所定の冷
却温度を維持することのできるクライオポンプを提供す
ることを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a cryopump capable of maintaining a predetermined cooling temperature for a long time even when the operation of the cryopump is stopped.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】以上の目的は、ポンプ容
器内に冷凍機によって冷却される冷却部を有するクライ
オポンプにおいて、前記冷却部に当接して密閉空間を形
成するための閉空間形成部材を設け、前記密閉空間内に
気体を封入したことを特徴とするクライオポンプによっ
て達成される。In the cryopump having a cooling part cooled by a refrigerator in a pump container, a closed space forming member for contacting the cooling part to form a closed space is provided. And a gas is enclosed in the closed space.
【0007】[0007]
【作用】冷却部に当接して密閉空間を形成し、該密閉空
間内に気体を封入したことから、クライオポンプの作動
時にこれら気体が冷却され、クライオポンプを停止して
も、これらの比熱、蒸発潜熱によりクライオパネルの温
度上昇を押えることができ、所望の冷却温度がクライオ
ポンプ内で長時間維持される。Since the closed space is formed in contact with the cooling part and the gas is enclosed in the closed space, the gases are cooled when the cryopump is operated, and even if the cryopump is stopped, the specific heat The latent heat of vaporization can suppress the temperature rise of the cryopanel, and the desired cooling temperature can be maintained in the cryopump for a long time.
【0008】[0008]
【実施例】以下、本発明の第1実施例によるクライオポ
ンプについて図面を参照して説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A cryopump according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0009】図1において、本実施例によるクライオポ
ンプは全体として1で示され、開口部2aを備えた筒型
のポンプ容器2をヘリウム冷凍機3(従来の冷凍機3と
同一構造)に取り付け、この冷凍機3の低温膨張室が設
けられている第1段冷凍ステージ7と第2段冷凍ステー
ジ8を、ポンプ容器2の内部に挿入させるようにして取
り付けられている。また、ポンプ容器2内には、熱伝導
により上記冷凍ステージ7、8により冷却される薄板状
の無酸素銅又はアルミニウム製の金属板からなる第1段
クライオパネル4と第2段クライオパネル5が配設され
ている。外側の第1段クライオパネル4は、カップ状に
形成され、第1段冷凍ステージ7に上向きに配設され、
この上端部にバッフル6が設けられている。また、第1
段クライオパネル4の内面には、これと同部材で、かつ
相似形状の薄板状の第1段閉空間形成部材4aがクライ
オパネル4と隙間を開けて設けられ、この隙間の上端部
を環状の閉塞部材4bが銀ろう付けにより閉塞して、第
1段側の密閉空間9を形成する。密閉空間9内には窒素
ガスが封入される。In FIG. 1, the cryopump according to this embodiment is designated by 1 as a whole, and a cylindrical pump container 2 having an opening 2a is attached to a helium refrigerator 3 (having the same structure as the conventional refrigerator 3). The first stage freezing stage 7 and the second stage freezing stage 8 in which the low temperature expansion chamber of the refrigerator 3 is provided are attached so as to be inserted into the pump container 2. Further, in the pump container 2, there are provided a first-stage cryopanel 4 and a second-stage cryopanel 5 which are thin plate-shaped oxygen-free copper or aluminum metal plates cooled by the freezing stages 7 and 8 by heat conduction. It is arranged. The outer first-stage cryopanel 4 is formed in a cup shape, and is arranged upward on the first-stage freezing stage 7,
A baffle 6 is provided at this upper end. Also, the first
On the inner surface of the multi-stage cryopanel 4, a first plate closed space forming member 4a, which is the same member as and has a similar shape, is provided with a gap from the cryopanel 4, and the upper end of this gap is formed into an annular shape. The closing member 4b is closed by silver brazing to form the closed space 9 on the first stage side. The closed space 9 is filled with nitrogen gas.
【0010】第1段クライオパネル4の内方には、第2
段クライオパネル5がカップ状に形成され、第2段冷凍
ステージ8上に下向きに配設されている。この第2段ク
ライオパネル5の内面にも、第1段側のクライオパネル
4と同様に薄板状の第2段閉空間形成部材5aがクライ
オパネル5との間に隙間を形成させて設けられており、
この隙間の下端部を環状の閉塞部材5bが銀ろう付けに
より閉塞して、第2段側の密閉空間10を形成する。密
閉空間10内には水素ガスが封入される。また、第2段
閉空間形成部材5aの内周面には、活性炭やモレキュラ
ーシーブス等の吸着剤11が設けられている。Inside the first-stage cryopanel 4, a second
The multi-stage cryopanel 5 is formed in a cup shape, and is arranged downward on the second-stage freezing stage 8. On the inner surface of the second-stage cryopanel 5, a thin-plate-shaped second-stage closed space forming member 5a is provided so as to form a gap between the second-stage cryopanel 5 and the cryopanel 5, similarly to the first-stage cryopanel 4. Cage,
An annular closing member 5b closes the lower end of this gap by silver brazing to form a closed space 10 on the second stage side. Hydrogen gas is enclosed in the closed space 10 . An adsorbent 11 such as activated carbon or molecular sieves is provided on the inner peripheral surface of the second-stage closed space forming member 5a.
【0011】このように構成されているクライオポンプ
1は、ポンプ容器2の開口部2aがメインバルブを介し
て、例えば真空電子顕微鏡が取り付けられている図示さ
れていない真空装置に接続される。尚、クライオポンプ
1の冷凍機3内は従来例と同様な構成であり、またクラ
イオポンプ1の外部には冷媒を循環させるコンプレッサ
(図示せず)が接続されている。In the cryopump 1 thus constructed, the opening 2a of the pump container 2 is connected via a main valve to a vacuum device (not shown) to which, for example, a vacuum electron microscope is attached. The inside of the refrigerator 3 of the cryopump 1 has the same structure as the conventional example, and a compressor (not shown) for circulating a refrigerant is connected to the outside of the cryopump 1.
【0012】本発明の第1実施例によるクライオポンプ
1は、以上のように構成されているが、次にその作用に
ついて説明する。The cryopump 1 according to the first embodiment of the present invention is constructed as described above, and its operation will be described below.
【0013】クライオポンプ1が取り付けられている、
図示されていない真空装置内が所定の圧力に減圧された
後、クライオポンプ1の冷凍サイクルを作動させる。こ
れにより第1段冷凍ステージ7及び第2段冷凍ステージ
8がそれぞれ所定の温度に冷却される。各クライオパネ
ル4、5の望ましい温度は第1段クライオパネル4が7
0K〜90Kであり、第2段クライオパネル5が15〜
30Kであり、本実施例では第1段クライオパネル4を
77K近傍、第2段クライオパネル5を22K近傍に冷
却する。従って、第1段クライオパネル4に当接した密
閉空間9に封入されている窒素は、第1段クライオパネ
ル4が冷却されると共に、熱伝導によりそれとほぼ同じ
温度に冷却される。また、第2段クライオパネル5に当
接した密閉空間10に封入されている水素は、第2段ク
ライオパネル5が冷却されると共に、熱伝導によりそれ
とほぼ同じ温度に冷却される。A cryopump 1 is attached,
After the pressure inside the vacuum device (not shown) is reduced to a predetermined pressure, the refrigeration cycle of the cryopump 1 is operated. As a result, the first stage freezing stage 7 and the second stage freezing stage 8 are each cooled to a predetermined temperature. The desired temperature of each cryopanel 4, 5 is 7 for the first-stage cryopanel 4.
0K to 90K, and the second stage cryopanel 5 is 15 to
In the present embodiment, the first-stage cryopanel 4 is cooled to around 77K, and the second-stage cryopanel 5 is cooled to around 22K. Therefore, the nitrogen enclosed in the closed space 9 in contact with the first-stage cryopanel 4 is cooled to the same temperature as the first-stage cryopanel 4 by heat conduction. In addition, the hydrogen enclosed in the closed space 10 in contact with the second-stage cryopanel 5 cools the second-stage cryopanel 5 and is also cooled to almost the same temperature by heat conduction.
【0014】図3は種々の物質の平衝蒸気圧曲線を示
す。縦軸には圧力を示し、横軸には温度を示す。公知の
ように、窒素、水素は大気圧で室温では気体であり、圧
力にもよるが、温度が極低温となると液化する。従っ
て、第1段クライオパネル4、第2段クライオパネル5
にそれぞれ当接した密閉空間9、10内に封入された窒
素、水素は、条件が図3における平衝蒸気圧曲線の窒
素、水素を示す曲線よりも左側の条件である場合は、気
体が凝縮する傾向となり、液化する。第1段クライオパ
ネル4、第2段クライオパネル5はそれぞれ上述したよ
うな温度に冷却されるので、圧力を考慮すれば充分に液
化されるための条件範囲となり、それらの気体は凝縮し
て液化する。FIG. 3 shows the equilibrium vapor pressure curves for various materials. The vertical axis represents pressure and the horizontal axis represents temperature. As is known, nitrogen and hydrogen are gases at atmospheric pressure at room temperature and liquefy when the temperature becomes extremely low, although it depends on the pressure. Therefore, the first-stage cryopanel 4 and the second-stage cryopanel 5
The nitrogen and hydrogen enclosed in the closed spaces 9 and 10 that are in contact with the gas are condensed when the conditions are on the left side of the curves showing nitrogen and hydrogen in the equilibrium vapor pressure curve in FIG. And tends to liquefy. Since the first-stage cryopanel 4 and the second-stage cryopanel 5 are cooled to the temperatures as described above, the pressure is taken into consideration in the condition range for sufficient liquefaction, and those gases are condensed and liquefied. To do.
【0015】このようにクライオポンプ1が作動する
と、この開口部から流入する気体分子のうちの凝縮温度
の高い水蒸気、二酸化炭素等をバッフル6及び第1段ク
ライオパネル4に凝縮し、これよりも凝縮温度の低い酸
素、窒素、アルゴン等の凝縮性ガスを第2段クライオパ
ネル5が凝縮する。これらの凝縮性ガスよりも凝縮温度
の最も低い水素やヘリウムは、クライオパネル4、5で
凝縮できないので、吸着剤11により吸着して排気を行
なっている。When the cryopump 1 is operated in this way, water vapor, carbon dioxide, etc. having a high condensation temperature among the gas molecules flowing in from the opening are condensed on the baffle 6 and the first-stage cryopanel 4, and more than this. The second-stage cryopanel 5 condenses a condensable gas such as oxygen, nitrogen, or argon having a low condensing temperature. Since hydrogen and helium having the lowest condensation temperature than these condensable gases cannot be condensed by the cryopanels 4 and 5, they are adsorbed by the adsorbent 11 and exhausted.
【0016】図示されていない真空装置内が所定の圧力
に減圧されると、装置内に載置された試料を真空顕微鏡
により観察する。この時クライオポンプ1の振動が真空
装置内に伝わらないように、クライオポンプ1の作動を
停止する。これにより、冷凍サイクル内のヘリウムの循
環が停止させられ、第1段、第2段クライオパネル4、
5はそれぞれ第1段、第2段冷凍ステージ7、8からの
冷却作用を受けなくなり、温度が上昇しようとする。When the inside of the vacuum device (not shown) is depressurized to a predetermined pressure, the sample placed in the device is observed with a vacuum microscope. At this time, the operation of the cryopump 1 is stopped so that the vibration of the cryopump 1 is not transmitted to the vacuum device. As a result, the circulation of helium in the refrigeration cycle is stopped, and the first-stage and second-stage cryopanels 4,
5 does not receive the cooling action from the first and second freezing stages 7 and 8, respectively, and the temperature tends to rise.
【0017】しかし、第1段、第2段クライオパネル
4、5が温度上昇しようとすると、この熱により、各ク
ライオパネル4、5に当接している密閉空間9、10内
に液化されている窒素、水素が平衝状態を越えて蒸発量
が増加する傾向になる。低温下では物質の比熱は常温時
と比べ非常に小さくなり、これに対し窒素、水素の蒸発
潜熱は充分に大きい。第1段、第2段クライオパネル
4、5は液体窒素、水素の蒸発潜熱により、温度が一定
温度を維持し続け、更にそれらの液体、気体が温度上昇
しようするときは比熱(液体の場合は沸点に至るまでの
温度上昇)によりクライオパネル4、5から熱を奪い、
冷却する。従って、各クライオパネル4、5は冷却され
続け、長時間所定の温度内に維持され、更に所定の温度
を維持した後も急激な温度上昇を阻止することができ
る。However, when the temperature of the first-stage and second-stage cryopanels 4 and 5 is about to rise, this heat liquefies the enclosed spaces 9 and 10 in contact with the cryopanels 4 and 5, respectively. Nitrogen and hydrogen tend to exceed the equilibrium state and increase in evaporation. At low temperatures, the specific heat of the substance is much smaller than at room temperature, whereas the latent heats of vaporization of nitrogen and hydrogen are sufficiently large. The first and second cryopanels 4 and 5 maintain a constant temperature due to the latent heat of vaporization of liquid nitrogen and hydrogen, and when the temperature of these liquids and gases is about to rise, the specific heat (in the case of liquid, Heat is taken from the cryopanels 4 and 5 due to the temperature rise up to the boiling point),
Cooling. Therefore, each of the cryopanels 4 and 5 is continuously cooled, is maintained within a predetermined temperature for a long time, and a rapid temperature rise can be prevented even after the predetermined temperature is maintained.
【0018】以上のように、本実施例ではクライオポン
プ1の作動を停止しても、長時間各クライオパネル4、
5の温度を維持することができる。これにより、真空装
置はクライオポンプ1の作動による振動を受けることな
く、精度の高い顕微鏡観察をすることができる。As described above, in this embodiment, even if the operation of the cryopump 1 is stopped, each cryopanel 4,
A temperature of 5 can be maintained. As a result, the vacuum device can perform microscopic observation with high accuracy without being subjected to vibrations due to the operation of the cryopump 1.
【0019】尚、本第1実施例では極端に振動を嫌う作
業に、特に有効であるがクライオポンプ1を停止させな
いで、通常の状態で作動させるときでも、各クライオパ
ネル4、5が冷却されて所定以下の温度になろうとして
も、窒素、水素が液化されるときに熱を吸収するので、
例えばサーモスタットが働き、冷凍サイクルがON−O
FFしたときなどにも、クライオパネル4、5が急激に
温度上昇又は冷却されるのを止めることができ、所定の
温度が維持される効果も有する。The first embodiment is particularly effective for work that is extremely sensitive to vibration, but the cryopanels 4 and 5 are cooled even when the cryopump 1 is operated in a normal state without being stopped. Even if it tries to reach a temperature below a predetermined level, it absorbs heat when nitrogen and hydrogen are liquefied, so
For example, a thermostat works and the refrigeration cycle is ON-O.
Even when the FF is performed, the cryopanels 4 and 5 can be prevented from rapidly increasing in temperature or being cooled, and the predetermined temperature can be maintained.
【0020】次に、本発明の第2実施例によるクライオ
ポンプについて図2を参照して説明する。尚、第1実施
例と同じ構成については、同様の符号を付し、その詳細
な説明は省略する。Next, a cryopump according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【0021】図2において、本実施例によるクライオポ
ンプは全体として20で示され、開口19aを備えた筒
型のポンプ容器19をヘリウム冷凍機29に取り付け、
ポンプ容器19内には、薄板状の無酸素銅又はアルミニ
ウム製の金属板からなる第1段、第2段、第3段クライ
オパネル13、14、15が配設されている。外側の第
1段クライオパネル13はカップ状に形成され、この上
端部にバッフル21が設けられている。また、第1段ク
ライオパネル13の外周面には、これと同部材からな
り、かつ相似形状の薄板状の第1段閉空間形成部材13
aがクライオパネル13と隙間を開けて設けられ、この
隙間の上端部、下端部を環状の閉塞部材13b、13c
が銀ろう付けにより閉塞して、第1段側の密閉空間23
が形成される。この密閉空間23内には窒素ガスが封入
される。また、第1段クライオパネル13の内周面には
これと同材質からなる、薄肉状の冷却パイプ26が螺旋
状に銀ろう付けにより固着されている。In FIG. 2, the cryopump according to the present embodiment is indicated by 20 as a whole, and a cylindrical pump container 19 having an opening 19a is attached to a helium refrigerator 29.
Inside the pump container 19, first-stage, second-stage, and third-stage cryopanels 13, 14, and 15 made of thin plate oxygen-free copper or aluminum metal plates are arranged. The outer first-stage cryopanel 13 is formed in a cup shape, and a baffle 21 is provided at the upper end thereof. In addition, on the outer peripheral surface of the first-stage cryopanel 13, a thin plate-shaped first-stage closed space forming member 13 made of the same member as the first-stage cryopanel 13 and having a similar shape is formed.
a is provided with a gap from the cryopanel 13, and upper and lower ends of this gap are annular closing members 13b and 13c.
Is closed by silver brazing and the closed space 23 on the first stage side
Is formed. Nitrogen gas is enclosed in the closed space 23 . Further, on the inner peripheral surface of the first-stage cryopanel 13, a thin-walled cooling pipe 26 made of the same material as this is spirally fixed by silver brazing.
【0022】第1段クライオパネル13の内方に設けら
れている第2段クライオパネル14はカップ状に形成さ
れ、この上端部にはバッフル22が設けられている。こ
の第2段側のクライオパネル14の外周面にも、第1段
側のクライオパネル13と同様に薄板状の第2段閉空間
形成部材14aがクライオパネル14と隙間を開けて設
けられており、この隙間の上端部、下端部を環状の閉塞
部材14b、14cが銀ろう付けにより閉塞して、第2
段側の密閉空間24が形成される。この密閉空間24内
には水素ガスが封入されている。また、第2段クライオ
パネル14の内周面にはこれと同材質からなる、薄肉状
の冷却パイプ27が螺旋状に銀ろう付けにより固着され
ている。The second-stage cryopanel 14 provided inside the first-stage cryopanel 13 is formed into a cup shape, and a baffle 22 is provided at the upper end thereof. On the outer peripheral surface of the second-stage side cryopanel 14, a thin-plate-shaped second-stage closed space forming member 14a is provided with a gap from the cryopanel 14 like the first-stage side cryopanel 13. The ring-shaped closing members 14b and 14c close the upper and lower ends of the gap by silver brazing,
The closed space 24 on the step side is formed. Hydrogen gas is enclosed in the closed space 24 . A thin-walled cooling pipe 27 made of the same material as the second-stage cryopanel 14 is spirally fixed to the inner peripheral surface of the second-stage cryopanel 14 by silver brazing.
【0023】本実施例によるクライオポンプ20は、更
に第2段クライオパネル14の内方に第3段クライオパ
ネル15が設けられ、このクライオパネル15もまた、
カップ状に形成され、第3段クライオパネル15の外周
面にはこれと同部材で、かつ相似形の薄板状の第3段閉
空間形成部材15aがクライオパネル15と隙間を開け
て設けられている。この隙間の下端部を環状の閉塞部材
15cが銀ろう付けにより閉塞して、第3段側の密閉空
間25が形成される。この密閉空間25内にはヘリウム
ガスが封入されている。また、第3段クライオパネル1
5の内周面には第3段クライオパネル15と同材質から
なる、薄肉冷却パイプ28が螺旋状に銀ろう付けにより
固着されている。The cryopump 20 according to the present embodiment is further provided with a third-stage cryopanel 15 inside the second-stage cryopanel 14, and this cryopanel 15 also
A cup-shaped third-stage cryopanel 15 is provided on the outer peripheral surface thereof with a similar thin plate-shaped third-stage closed space forming member 15a having a similar gap to the cryopanel 15. There is. An annular closing member 15c closes the lower end portion of this gap by silver brazing to form a closed space 25 on the third step side. Helium gas is enclosed in the closed space 25 . Also, the third stage cryopanel 1
A thin cooling pipe 28 made of the same material as that of the third-stage cryopanel 15 is spirally fixed to the inner peripheral surface of 5 by silver brazing.
【0024】図2に示すようにクライオポンプ20の冷
凍機29は第1低温室46、第2低温室47、第3低温
室48が設けられ、各低温室46、47、48のうち、
第1低温室46には第1段クライオパネル13にろう付
けされた冷却パイプ26の両端部が配設され、第2低温
室47には第2段クライオパネル14にろう付けされた
冷却パイプ27の両端部が配設され、第3低温室48に
は第3段クライオパネル15にろう付けされた冷却パイ
プ28の両端部が配設されている。各低温室46、4
7、48に連通して接続された、冷却パイプ26、2
7、28は各低温室46、47、48から低温のヘリウ
ムガスが供給される。これにより、冷凍機29の作動に
よるサイモン膨張を利用して冷却パイプ26、27、2
8が冷却されることから、各クライオパネル13、1
4、15を熱伝導により冷却する。As shown in FIG. 2, the refrigerator 29 of the cryopump 20 is provided with a first low temperature chamber 46 , a second low temperature chamber 47 and a third low temperature chamber 48 , and among the low temperature chambers 46 , 47 and 48 ,
Both ends of the cooling pipe 26 brazed to the first stage cryopanel 13 are provided in the first low temperature chamber 46 , and the cooling pipe 27 brazed to the second stage cryopanel 14 is provided in the second low temperature chamber 47. Both ends of the cooling pipe 28 brazed to the third cryopanel 15 are provided in the third low temperature chamber 48 . Each low temperature chamber 46 , 4
7 , cooling pipes 26, 2 connected in communication with 48
The low temperature helium gas is supplied to the low temperature chambers 7 and 28 from the low temperature chambers 46 , 47 and 48 , respectively. As a result, the cooling pipes 26, 27, 2 are utilized by utilizing the Simon expansion due to the operation of the refrigerator 29.
Since 8 is cooled, each cryopanel 13, 1
4, 15 are cooled by heat conduction.
【0025】本発明の第2実施例によるクライオパネル
20は以上のように構成されているが、次にその作用に
ついて説明する。The cryopanel 20 according to the second embodiment of the present invention is constructed as described above, and its operation will be described below.
【0026】クライオポンプ20が取り付けられてい
る、図示されていない真空装置内が所定の圧力に減圧さ
れた後、クライオポンプ20の冷凍サイクルを作動させ
る。これにより第1段、第2段、第3段の冷却パイプ2
6、27、28がそれぞれ所定の温度に冷却される。本
実施例では第1実施例と同様に第1段クライオパネル1
3が77K近傍、第2段クライオパネル14が22K近
傍に冷却される。また、第3段クライオパネル15は3
〜10Kに冷却されるのが好ましく、本実施例では4K
近傍に冷却される。第1段クライオパネル13に当接し
た密閉空間23内に封入されている窒素ガスは、第1段
クライオパネル13が冷却パイプ26の冷却熱により冷
却されると共に、熱伝導によりそれとほぼ同じ温度に冷
却される。また、第2段クライオパネル14に当接した
密閉空間24内に封入されている水素は、第2段クライ
オパネル14が冷却パイプ27の冷却熱により冷却され
ると共に、熱伝導によりそれとほぼ同じ温度に冷却され
る。更に、第3段クライオパネル15に当接した密閉空
間25内に封入されているヘリウムは、第3段クライオ
パネルが冷却パイプ28により冷却されると共に、熱伝
導によりそれとほぼ同じ温度に冷却される。After the pressure inside the vacuum device (not shown) to which the cryopump 20 is attached is reduced to a predetermined pressure, the refrigeration cycle of the cryopump 20 is operated. As a result, the first, second, and third cooling pipes 2
6, 27 and 28 are each cooled to a predetermined temperature. In this embodiment, like the first embodiment, the first-stage cryopanel 1
3 is cooled to around 77K, and the second stage cryopanel 14 is cooled to around 22K. Also, the 3rd stage cryopanel 15 has 3
It is preferable to cool to ~ 10 K, and in this embodiment, it is 4 K.
It is cooled to the neighborhood. The nitrogen gas sealed in the closed space 23 that is in contact with the first-stage cryopanel 13 cools the first-stage cryopanel 13 by the cooling heat of the cooling pipe 26 and at the same temperature due to heat conduction. To be cooled. In addition, the hydrogen sealed in the closed space 24 in contact with the second-stage cryopanel 14 cools the second-stage cryopanel 14 by the cooling heat of the cooling pipe 27, and at the same temperature as that due to heat conduction. To be cooled. Further, the helium sealed in the closed space 25 that is in contact with the third-stage cryopanel 15 is cooled by the cooling pipe 28 to the third-stage cryopanel and is also cooled to almost the same temperature by heat conduction. .
【0027】これにより、第1実施例と同様に第1段、
第2段側の密閉空間23、24内に封入された窒素、水
素は冷却されることにより、凝縮して液化される。第3
段側の密閉空間25内に封入されているヘリウムは、条
件が図3におけるヘリウムを示す曲線よりも左側である
場合は、気体が凝縮する傾向となり、液化する。第3段
クライオパネル15は上述したような温度に冷却される
ので、ヘリウムガスは圧力を考慮すれば、充分に液化さ
れるための条件範囲となり液化される。As a result, as in the first embodiment, the first stage,
The nitrogen and hydrogen sealed in the closed spaces 23 , 24 on the second stage side are condensed and liquefied by being cooled. Third
When the condition is on the left side of the curve indicating helium in FIG. 3, the helium sealed in the closed space 25 on the step side tends to condense gas and is liquefied. Since the third-stage cryopanel 15 is cooled to the temperature as described above, the helium gas is liquefied within the condition range for being sufficiently liquefied in consideration of the pressure.
【0028】本実施例ではこのような構成でクライオポ
ンプ20の冷凍サイクルの作動を停止すると、第1実施
例と同様に、第1段、第2段クライオパネル13、14
が温度上昇しようとする。この熱により各クライオパネ
ル13、14に当接している密閉空間23、24内に液
化されている窒素、水素が平衝状態を越えて蒸発量が増
加する傾向となり、窒素、水素の蒸発潜熱、比熱によ
り、各クライオパネル13、14は所定の温度を維持し
続けて冷却される。本第2実施例では、更に第3段クラ
イオパネル15が温度上昇しようとすると、この熱によ
り、クライオパネル15に当接している密閉空間25内
に液化されているヘリウムが平衡状態を越えて、蒸発量
が増加する傾向となり、ヘリウムの蒸発潜熱、比熱によ
り、第3段クライオパネル15は所定の温度が維持さ
れ、急激な温度上昇を阻止することができる。In the present embodiment, when the operation of the refrigeration cycle of the cryopump 20 is stopped with such a configuration, the first and second stage cryopanels 13 and 14 are similar to the first embodiment.
Tries to raise the temperature. Due to this heat, the liquefied nitrogen and hydrogen in the closed spaces 23 and 24 in contact with the cryopanels 13 and 14 tend to increase beyond the equilibrium state, and the evaporation amounts of nitrogen and hydrogen increase. Due to the specific heat, the cryopanels 13 and 14 are continuously maintained at a predetermined temperature and cooled. In the second embodiment, when the temperature of the third-stage cryopanel 15 further increases, the heat causes the helium liquefied in the closed space 25 in contact with the cryopanel 15 to exceed the equilibrium state, The evaporation amount tends to increase, the predetermined temperature of the third-stage cryopanel 15 is maintained by the latent heat of evaporation and specific heat of helium, and a rapid temperature rise can be prevented.
【0029】以上のように、本実施例ではクライオポン
プ20の作動を停止しても、長時間各クライオパネル1
3、14、15の冷却温度を維持することができる。こ
れにより、クライオポンプ20の冷凍システムの作動に
よる振動を受けることなく、静止された状態での精度の
高い顕微鏡観察をすることができる。As described above, in this embodiment, even if the operation of the cryopump 20 is stopped, each cryopanel 1 is operated for a long time.
The cooling temperature of 3, 14, 15 can be maintained. As a result, it is possible to perform microscopic observation with high accuracy in a stationary state without being affected by vibrations due to the operation of the refrigeration system of the cryopump 20.
【0030】以上、本発明の各実施例について説明した
が、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発
明の技術的思想に基いて種々の変形が可能である。Although the respective embodiments of the present invention have been described above, needless to say, the present invention is not limited to these, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.
【0031】例えば、以上の第1実施例では第1段側の
密閉空間内と、第2段側の密閉空間内とに異種のガスを
封入して説明したが、これは密閉空間に封入するガスの
圧力を変えることにより、同種のガスで第1段側と第2
段側の冷却温度をコントロールしてもよく、更に密閉空
間に封入されるガスは窒素、水素に限らず、例えば図3
における他のガスを使用してもよい。尚、第2実施例で
も同様に第1、第2、第3段側の密閉空間内に同種のガ
スを封入してもよいし、窒素、水素、ヘリウム以外の他
のガスを封入してもよい。For example, in the above-described first embodiment, different gas is sealed in the closed space on the first step side and the closed space on the second step side, but this is sealed in the closed space. By changing the gas pressure, the same kind of gas can be used for the first and second stages.
The cooling temperature on the stage side may be controlled, and the gas sealed in the closed space is not limited to nitrogen and hydrogen.
Other gases in may be used. In the second embodiment as well, the same kind of gas may be enclosed in the closed spaces on the first, second and third stages, or other gases other than nitrogen, hydrogen and helium may be enclosed. Good.
【0032】また、以上の実施例では密閉空間をクライ
オパネルと薄板状の閉空間形成部材とで形成させたが、
この密閉空間は密封されたパイプ内に上述したガスを封
入し、クライオパネルの内周又は外周部に巻装させて取
り付けてもよい。In the above embodiment, the closed space is formed by the cryopanel and the thin plate-shaped closed space forming member.
In this closed space, the gas described above may be sealed in a sealed pipe, and the pipe may be attached by being wound around the inner or outer peripheral portion of the cryopanel.
【0033】また、第2実施例ではカップ形状の各クラ
イオパネルの内周部に、冷却パイプをろう付けして、ま
たクライオパネルの外周部に閉空間形成部材を取り付け
て密閉空間を形成させたが、この閉空間形成部材を各ク
ライオパネルの内周部に取り付けて密閉空間を形成さ
せ、各クライオパネルの外周部に冷却パイプをろう付け
してもよい。In the second embodiment, a cooling pipe is brazed to the inner peripheral portion of each cup-shaped cryopanel, and a closed space forming member is attached to the outer peripheral portion of the cryopanel to form a closed space. However, the closed space forming member may be attached to the inner peripheral portion of each cryopanel to form a closed space, and the cooling pipe may be brazed to the outer peripheral portion of each cryopanel.
【0034】更に、以上の各実施例ではクライオパネル
の段数を複数としたが、段数を1段としてもよいし、ま
た第2実施例では低温側冷却部を複数としたが、高温側
冷却部が複数であってもよい。Further, in each of the above embodiments, the number of stages of the cryopanel is plural, but the number of stages may be one, and in the second embodiment, the low temperature side cooling unit is plural, but the high temperature side cooling unit. May be plural.
【0035】[0035]
【発明の効果】以上述べたように、本発明のクライオポ
ンプによれば、冷却部に当接した密閉空間内に気体が封
入されているので、冷凍機を停止させても、この蒸発潜
熱及び比熱により冷却部が一定の冷却温度に長時間維持
される。これにより、クライオポンプの冷凍システムを
停止させて、真空装置が振動を受けることなく試料の表
面の精密測定等の作業を真空装置内にてすることができ
る。As described above, according to the cryopump of the present invention, since the gas is enclosed in the closed space in contact with the cooling part, even if the refrigerator is stopped, the evaporation latent heat and The specific heat keeps the cooling unit at a constant cooling temperature for a long time. Thus, the refrigeration system of the cryopump can be stopped, and the vacuum device can be used for operations such as precise measurement of the surface of the sample without vibration of the vacuum device.
【図1】本発明の第1実施例によるクライオポンプの主
要部の概略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of a main part of a cryopump according to a first embodiment of the present invention.
【図2】同第2実施例によるクライオポンプの主要部の
概略断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view of a main part of the cryopump according to the second embodiment.
【図3】各種の気体における平衝蒸気圧曲線を示す図で
ある。FIG. 3 is a diagram showing equilibrium vapor pressure curves for various gases.
【図4】従来におけるクライオポンプの冷凍システム示
す概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a conventional cryopump refrigeration system.
1 クライオポンプ 4 第1段クライオパネル 4a 閉空間形成部材 5 第2段クライオパネル 5a 閉空間形成部材9 密閉空間10 密閉空間 13 第1段クライオパネル 13a 閉空間形成部材 14 第2段クライオパネル 14a 閉空間形成部材 15 第3段クライオパネル 15a 閉空間形成部材 20 クライオポンプ23 密閉空間24 密閉空間25 密閉空間DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cryopump 4 1st stage cryopanel 4a Closed space forming member 5 2nd stage cryopanel 5a Closed space forming member 9 Sealed space 10 Sealed space 13 1st stage cryopanel 13a Closed space forming member 14 2nd stage cryopanel 14a Closed Space forming member 15 Third stage cryopanel 15a Closed space forming member 20 Cryo pump 23 Sealed space 24 Sealed space 25 Sealed space
Claims (1)
る冷却部を有するクライオポンプにおいて、前記冷却部
に当接して密閉空間を形成するための閉空間形成部材を
設け、前記密閉空間内に気体を封入したことを特徴とす
るクライオポンプ。1. A cryopump having a cooling part cooled by a refrigerator in a pump container, wherein a closed space forming member for contacting the cooling part to form a closed space is provided, and a gas is provided in the closed space. A cryopump that is characterized by containing.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21652592A JPH0642459A (en) | 1992-07-22 | 1992-07-22 | Cryopump |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21652592A JPH0642459A (en) | 1992-07-22 | 1992-07-22 | Cryopump |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0642459A true JPH0642459A (en) | 1994-02-15 |
Family
ID=16689800
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21652592A Pending JPH0642459A (en) | 1992-07-22 | 1992-07-22 | Cryopump |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0642459A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009174470A (en) * | 2008-01-25 | 2009-08-06 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Cryopump and vacuum-exhaust method |
JP2011117464A (en) * | 2011-03-24 | 2011-06-16 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Cryopump |
KR20170008160A (en) * | 2015-07-13 | 2017-01-23 | 아루박ㆍ크라이오 가부시키가이샤 | Cryotrap |
-
1992
- 1992-07-22 JP JP21652592A patent/JPH0642459A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009174470A (en) * | 2008-01-25 | 2009-08-06 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Cryopump and vacuum-exhaust method |
JP2011117464A (en) * | 2011-03-24 | 2011-06-16 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Cryopump |
KR20170008160A (en) * | 2015-07-13 | 2017-01-23 | 아루박ㆍ크라이오 가부시키가이샤 | Cryotrap |
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