JPH09317640A - クライオポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 再生時における昇温時間を十分短縮する。 【解決手段】 昇温時には、第３電動弁３７が開放さ
れ、中間圧室２６は常時高圧に保持されてディスプレー
サ２４が下死点に固定される。第１,第２電動弁３０,３
２が交互に開閉されて、圧縮機２５からの高温ガスがデ
ィスプレーサ２４の第１,第２蓄冷室３８,３９に給排さ
れる。このように、ディスプレーサ２４を下死点に固定
して冷却/蓄冷動作を停止すると共に、第１,第２蓄冷室
３８,３９に高温ガスを給排することによって、ディス
プレーサ２４を短時間に昇温させてクライオポンプの再
生時における昇温時間を十分短縮する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、真空排気に使用
されるクライオポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体製造やレンズの蒸着等
の際に使用される真空装置の真空排気に、膨張式冷凍機
を用いたクライオポンプが使用されている。上記クライ
オポンプは、図１１に示すような構造を有している。す
なわち、冷凍機１は、モータ２によって駆動されるディ
スプレーサを内嵌すると共に、２段に形成されたシリン
ダ３を有している。そして、このシリンダ３は、真空チ
ャンバ(図示せず)の開口部に取り付けられるポンプケー
ス４内に収納されている。

【０００３】上記シリンダ３の１段目先端部には第１ス
テージ５が設けられる一方、２段目先端部には第２ステ
ージ６が設けられている。そして、第１ステージ５には
第１ステージコールドパネル７を取り付け、第２ステー
ジ６には第２ステージコールドパネル８を取り付けてい
る。こうして、第１ステージコールドパネル７やその先
端部に取り付けられたバッフル９で水蒸気を凝縮/凍結
して排気し、第１ステージコールドパネル７で排気でき
ない窒素や水素を第２ステージコールドパネル８で凝縮
または吸着して排気するのである。

【０００４】こうして、上記クライオポンプが駆動され
ていると、やがて第１ステージコールドパネル７や第２
ステージコールドパネル８やバッフル９には凝縮/凍結
されたガスが大量に付着して排気能力が低下する。そこ
で、ポンプケース４内を昇温して付着している水や窒素
や水素をガス化して除去することによって、クライオポ
ンプを再生するのである。

【０００５】上記クライオポンプの再生は次のようにし
て行われる。先ず、クライオポンプの冷却動作を停止す
る。そうした後に、以下の何れかの方法、あるいは、そ
の組み合わせによって再生処理を行う。 ポンプケース４に設けられた窒素ガス導入口１０を
開放して、常温または高温の不活性な窒素ガスをポンプ
ケース４内に注入する。こうして、窒素ガスの潜熱で上
記ガス化を図る。 第１ステージ５および第２ステージ６に巻き付けら
れたヒータ１１,１２をオンして、第１ステージコール
ドパネル７,第２ステージコールドパネル８およびバッ
フル９を直接昇温する。 ポンプケース４の外周囲に巻き付けられたバンドヒ
ータ１３をオンして、ポンプケース４内の空間全体を昇
温する。

【０００６】また、上述のようにクライオポンプの冷却
動作を停止せずに、モータを逆回転することによって冷
却サイクルを反転した昇温サイクルでクライオポンプを
運転し、シリンダ内で圧縮機からの高圧ヘリウムガスを
膨張させずに排気して上記再生処理を行う再生方法もあ
る(例えば、特開平７−３５０７０号公報)。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のクライオポンプの再生方法には、以下のような問題
がある。先ず、クライオポンプの冷却動作を停止する場
合には、モータ２が停止されるためにシリンダ３内のヘ
リウムガスは排気されずに滞留することになる。したが
って、ヘリウムガスはシリンダ３からの輻射熱のみによ
って加熱されるのでなかなか昇温せず、延いてはシリン
ダ３そのものの昇温時間が長引くことになる。そのため
に、シリンダ３に取り付けられた第１ステージコールド
パネル７や第２ステージコールドパネル８に付着してい
る水や窒素や水素がガス化するまでには長時間を要する
のである。

【０００８】また、上記モータを逆回転することによっ
て昇温サイクルでクライオポンプを運転する場合には、
ディスプレーサを往復動させるという余分な工程を経る
必要があり、上述のクライオポンプの冷却動作を停止す
る場合よりも早くシリンダが昇温されるものの、クライ
オポンプの冷却・再生のサイクル中における昇温時間に
はかなりの時間を有しており、まだ短縮の余地は十分残
されている。

【０００９】そこで、この発明の目的は、再生時におけ
る昇温時間を十分短縮できるクライオポンプを提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、圧縮機および膨張シリンダ
を有する膨張式冷凍機と上記膨張シリンダのヒートステ
ージに取り付けられたコールドパネルを,ポンプケース
に収納して成るクライオポンプにおいて、上記膨張シリ
ンダに内嵌されて往復動するディスプレーサを上死点あ
るいは下死点に固定するディスプレーサ固定手段と、上
記ディスプレーサ固定手段によって上死点あるいは下死
点に固定されたディスプレーサ内の蓄冷室に,上記圧縮
機からの高圧ガスを給排するガス給排手段を備えたこと
を特徴としている。

【００１１】上記構成において、再生時には、ディスプ
レーサ固定手段によってディスプレーサが上死点あるい
は下死点に固定される。こうして、冷却/蓄冷が停止さ
れた上記ディスプレーサ内の蓄冷室に、ガス給排手段に
よって圧縮機からの高圧ガスが給排される。その結果、
膨張シリンダが急速に昇温され、膨張シリンダに取り付
けられたコールドパネルに付着している水や窒素や水素
が短時間にガス化される。

【００１２】また、請求項２に係る発明は、請求項１に
かかる発明のクライオポンプにおいて、上記ディスプレ
ーサ固定手段は、上記圧縮機の高圧側の圧力と低圧側の
圧力との中間圧に保たれると共に上記膨張シリンダの一
端に連通された中間圧室と、開閉弁が介設されて上記中
間圧室と圧縮機の高圧側とを接続する管を備えているこ
とを特徴としている。

【００１３】上記構成において、中間圧室と圧縮機の高
圧側とを接続する管に介設された開閉弁が開放される
と、上記中間圧室を介して膨張シリンダの一端に上記圧
縮機からの高圧ガスが供給される。こうして、ディスプ
レーサが上死点あるいは下死点に固定される。

【００１４】また、請求項３に係る発明は、請求項１に
かかる発明のクライオポンプにおいて、上記ディスプレ
ーサ固定手段は、上記圧縮機の高圧側の圧力と低圧側の
圧力との中間圧に保たれると共に上記膨張シリンダの一
端に連通された中間圧室と、開閉弁が介設されて上記中
間圧室と圧縮機の低圧側とを接続する管を備えているこ
とを特徴としている。

【００１５】上記構成において、中間圧室と圧縮機の低
圧側とを接続する管に介設された開閉弁が開放される
と、上記中間圧室を介して膨張シリンダの一端の圧力が
低圧になる。こうして、ディスプレーサが上死点あるい
は下死点に固定される。

【００１６】また、請求項４に係る発明は、請求項１に
かかる発明のクライオポンプにおいて、上記ディスプレ
ーサ固定手段は、開閉弁が介設されて、上記膨張シリン
ダの一端と圧縮機の高圧側とを接続する管を備えている
ことを特徴としている。

【００１７】上記構成において、膨張シリンダの一端と
圧縮機の高圧側とを接続する管に介設された開閉弁が開
放されると、上記膨張シリンダの一端に上記圧縮機から
の高圧ガスが供給される。こうして、ディスプレーサが
上死点あるいは下死点に固定される。

【００１８】また、請求項５に係る発明は、請求項１に
かかる発明のクライオポンプにおいて、上記ディスプレ
ーサ固定手段は、開閉弁が介設されて、上記膨張シリン
ダの一端と圧縮機の低圧側とを接続する管を備えている
ことを特徴としている。

【００１９】上記構成において、膨張シリンダの一端と
圧縮機の低圧側とを接続する管に介設された開閉弁が開
放されると、上記膨張シリンダの一端の圧力が低圧にな
る。こうして、ディスプレーサが上死点あるいは下死点
に固定される。

【００２０】また、請求項６に係る発明は、請求項１に
かかる発明のクライオポンプにおいて、上記膨張シリン
ダのヒートステージに巻き付けられたヒータと、上記ポ
ンプケースに巻き付けられたバンドヒータと、上記ポン
プケースに設けられた窒素ガス供給手段の少なくとも一
つを備えたことを特徴としている。

【００２１】上記構成によれば、再生時において、ディ
スプレーサ固定手段によって上死点あるいは下死点に固
定されたディスプレーサ内の蓄冷室にガス給排手段によ
って圧縮機からの高圧ガスを給排するに加えて、ヒート
ステージに巻き付けられたヒータをオンすること、ある
いは、ポンプケースに巻き付けられたバンドヒータをオ
ンすること、あるいは、窒素ガス供給手段によって上記
ポンプケース内に高温の窒素ガスを供給することによっ
て、上記膨張シリンダの昇温時間が更に短縮される。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。 ＜第１実施の形態＞図１は、本実施の形態におけるクラ
イオポンプに用いられる膨張式冷凍機およびその冷凍機
の駆動系を示す。この駆動系は、シリンダ内のディスプ
レーサを圧縮機からのヘリウムガスの圧力によって往復
動させるものである。

【００２３】図１において、冷凍機２１のシリンダ２２
は、大径部と小径部とで２段に形成されている。そし
て、このシリンダ２２内には、ピストン２３とこのピス
トン２３に軸方向に所定距離だけ移動可能に連結されて
大径部と小径部とで２段に形成されたディスプレーサ２
４とが嵌合されている。上記ピストン２３は環状に形成
されており、その中心穴２３aはシリンダ２２の大径部
側の端面２２a中央に設けられた円筒状の凹部２２bに嵌
合されている。また、ディスプレーサ２４のピストン２
３側の端面の中心には所定の長さの棒２４aが突設され
ており、この棒２４aはピストン２３の中心穴２３a内に
挿通されている。そして、棒２４aの先端に設けられた
係合部２７がピストン２３の中心穴２３aのディスプレ
ーサ２４側の端部に設けられた鍔２８に係合するように
なっている。尚、上記ピストン２３およびディスプレー
サ２４とシリンダ２２との間はシールされている。

【００２４】上記シリンダ２２には、シリンダ２２の凹
部２２bとピストン２３の中心穴２３aとピストン２３の
端面２３bとディスプレーサ２４の端面２４bとで仕切ら
れた第１作動室２９を形成している。そして、この第１
作動室２９は、全閉可能な第１電動弁３０が介接された
管３１で圧縮機２５の高圧側に接続されている。また、
管３１における第１電動弁３０の下流側は、全閉可能な
第２電動弁３２が介接された管３３で圧縮機２５の低圧
側に接続されている。また、管３１における第１電動弁
３０の下流側は第１絞り弁３４が介接された管で中間圧
室２６に接続されている。さらに、中間圧室２６は、第
２絞り弁３５が介接された管で、シリンダ２２内をピス
トン２３の端面２３cで仕切って成る第２作動室３６に
接続されている。また、上記中間圧室２６は、全閉可能
な第３電動弁３７が介接された管で管３１における第１
電動弁３０の上流側に接続されている。尚、上記第１作
動室２９と第２作動室３６との間はシールされている。

【００２５】上記ディスプレーサ２４内には、第１作動
室２９および第１膨張室(シリンダ２２の段部とディス
プレーサ２４の段部との間に形成される室)４０に連通
する第１蓄冷室３８と、この第１蓄冷室３８および第２
膨張室(シリンダ２２の小径部をディスプレーサ２４の
端面２４cで仕切って成る室)４１に連通する第２蓄冷室
３９とが設けられ、第１蓄冷室３８と第２蓄冷室３９と
には蓄冷材が充填されている。尚、上記第１膨張室４０
と第２膨張室４１との間はシールされている。

【００２６】上記構成の冷凍機２１は、次のように動作
して冷却サイクルおよび昇温サイクルを実現する。 (１）冷却サイクル 図２(a)には、冷却サイクル中の各工程における電動弁
３０,３２,３７の開閉状態とディスプレーサ２４内の第
１蓄冷室３８および第２蓄冷室３９の圧力状態を示す。
また、図２(b)には、各工程における第１膨張室４０お
よび第２膨張室４１で成る膨張空間の圧力と容積との変
化を示す。本冷却サイクルにおいては、第３電動弁３７
は常時閉鎖される。したがって、中間圧室２６は、第
１,第２電動弁３０,３２の開閉によって高圧と低圧とに
圧力が変換する管３１にのみ第１絞り弁３４を介して接
続されることになる。その結果、管３１の圧力変化が遅
れて中間圧室２６に到達するので、中間圧室２６の圧力
は常時圧縮機２５の高圧側と低圧側との中間圧に保たれ
るのである。

【００２７】 第１工程 上記第１,第２電動弁３０,３２は閉鎖される。この状態
で、第１作動室２９,第１蓄冷室３８および第２蓄冷室
３９は低圧になっており、第２作動室３６は上記中間圧
になっている。その結果、上記ピストン２３およびディ
スプレーサ２４は下死点に位置している。 第２工程 上記第１電動弁３０が開放される。そうすると、第１作
動室２９に圧縮機２５からの高圧ガスが供給される。し
たがって、ディスプレーサ２４の第１,第２蓄冷室３８,
３９にも高圧ガスが供給されて高圧になる。

【００２８】 第３工程 上記圧縮機２５からの高圧ガスが第１作動室２９に供給
され続けると、第１作動室２９におけるピストン２３と
ディスプレーサ２４との間にも高圧ガスが侵入する。一
方、第２作動室３６は中間圧のままであるから、ピスト
ン２３の図中上側の総ての端面に作用する圧力と下側の
端面に作用する圧力との差圧によってピストン２３は上
昇し始める。そして、ピストン２３の中心穴２３aに設
けられた鍔２８が、ディスプレーサ２４の棒２４aの先
端に設けられた係合部２７に係合する。 第４工程 以後は、上記ピストン２３とディスプレーサ２４とは所
定距離を保って一体となって上昇し続けて高圧の膨張空
間４０,４１を形成し、やがてピストン２３およびディ
スプレーサ２４は上死点に到達する。

【００２９】 第５工程 上記第１電動弁３０が閉鎖される一方、第２電動弁３２
が開放される。そうすると、第１作動室２９が圧縮機２
５の低圧側に接続される。したがって、ディスプレーサ
２４の第１,第２蓄冷室３８,３９および膨張空間４０,
４１も低圧になる。 第６工程 上記中間圧室２６に連通している第２作動室３６は中間
圧のままであるから、ピストン２３の図中上側の総ての
端面に作用する圧力と下側の端面に作用する圧力との差
圧によって、ピストン２３のみが下降し始める。そし
て、やがて、ピストン２３はディスプレーサ２４に当接
する。以後は、上記ピストン２３とディスプレーサ２４
とは当接した状態で一体となって下降し続け、ピストン
２３およびディスプレーサ２４は下死点に到達する。そ
して、第２電動弁３２が閉鎖されると第１工程に戻る。

【００３０】こうして、第４工程から第５工程への膨張
過程によってディスプレーサ２４の第１,第２蓄冷室３
８,３９内のヘリウムガスの温度が低下し、発生した冷
熱が第１,第２蓄冷室３８,３９内の蓄冷材に蓄積される
のである。

【００３１】(２）昇温サイクル 図３(a)には、昇温サイクル中の各工程における電動弁
３０,３２,３７の開閉状態とディスプレーサ２４内の第
１蓄冷室３８および第２蓄冷室３９の圧力状態を示す。
また、図３(b)には、各工程における膨張空間４０,４１
のＰＶ曲線を示す。本昇温サイクルにおいては、第３電
動弁３７は常時開放される。したがって、中間圧室２６
は圧縮機２５の高圧側に常時接続されることになり、中
間圧室２６の圧力は常時高圧に保たれて第２作動室３６
も高圧に保たれる。 第１工程 上記第１,第２電動弁３０,３２は閉鎖される。この状態
で、第１作動室２９および第１,第２蓄冷室３８,３９は
低圧になっている。また、ピストン２３およびディスプ
レーサ２４は下死点に位置している。 第２工程 上記第１電動弁３０が開放される。そうすると、第１作
動室２９に圧縮機２５からの高圧ガスが供給される。し
たがって、ディスプレーサ２４の第１,第２蓄冷室３８,
３９にも高圧ガスが供給されて高圧になる。その際に、
第２作動室３６も高圧のままであるからピストン２３お
よびディスプレーサ２４は下死点に固定されている。 第３工程 上記第１電動弁３０が閉鎖される一方、第２電動弁３２
が開放される。そうすると、第１作動室２９が圧縮機２
５の低圧側に接続される。したがって、ディスプレーサ
２４の第１,第２蓄冷室３８,３９も低圧になる。その際
に、第２作動室３６は高圧のままであるから、ピストン
２３およびディスプレーサ２４は下死点に固定されたま
まである。そして、第２電動弁３２が閉鎖される一方、
第１電動弁３０が開放されると、第２工程に戻る。

【００３２】こうして、上記ディスプレーサ２４の往復
動を停止することによって冷却/蓄冷動作を停止し、圧
縮機２５からの高温のヘリウムガスを第１,第２蓄冷室
３８,３９に給排することによってディスプレーサ２４
を短時間に昇温するのである。したがって、上記シリン
ダ２２も短時間に昇温されることになり、シリンダ２２
に取り付けられた第１ステージコールドパネルや第２ス
テージコールドパネル(共に図示せず)に付着している水
や窒素や水素を急速にガス化することができるのであ
る。

【００３３】上記昇温サイクルの効果は、ディスプレー
サ２４を上死点に固定してディスプレーサ２４の往復動
を停止することによっても得ることができる。そこで、
図４に示すように、上記構成の冷凍機２１および中間圧
室２６において、中間圧室２６を全閉可能な第４電動弁
４２が介接された管で管３３における第２電動弁３２の
下流側に接続して、第４電動弁４２を開放することによ
って中間圧室２６を低圧に保持するようにクライポンプ
を構成してもよい。そして、再生時には、第４電動弁４
２を開放することによって、中間圧室２６および第２作
動室３６は低圧に保たれ、第１電動弁３０が開放されて
第１作動室２９が高圧になるとピストン２３およびディ
スプレーサ２４は上死点に至る。そして、第１電動弁３
０と第２電動弁３２とが交互に開閉されてもピストン２
３およびディスプレーサ２４は上死点に保持されるので
ある。

【００３４】上述のように、本実施の形態においては、
上記中間圧室２６を、第３電動弁３７が介設された管で
圧縮機２５の高圧側に、あるいは、第４電動弁４２が介
設された管で圧縮機２５の低圧側に接続する。そして、
昇温時には、第３電動弁３７あるいは第４電動弁４２を
開放して中間圧室２６を常時高圧あるいは低圧に保持す
るのである。こうして、上記ディスプレーサ２４を下死
点あるいは上死点に固定して冷却/蓄冷動作を停止し、
第１,第２電動弁３０,３２を交互に開閉して圧縮機２５
からの高温のヘリウムガスをディスプレーサ２４の第
１,第２蓄冷室３８,３９に給排することによって、ディ
スプレーサ２４を短時間に昇温するのである。したがっ
て、本実施の形態によれば、上記シリンダ２２に取り付
けられた第１ステージコールドパネルや第２ステージコ
ールドパネルに付着している水や窒素や水素を急速にガ
ス化することができ、クライオポンプの再生時における
昇温時間を十分短縮できるのである。

【００３５】＜第２実施の形態＞図５は、本実施の形態
におけるクライオポンプに用いられる膨張式冷凍機およ
びその冷凍機の駆動系を示す。この駆動系も、シリンダ
内のディスプレーサを圧縮機からのヘリウムガスの圧力
によって往復動させるものである。

【００３６】図５において、冷凍機５１のシリンダ５２
内にはディスプレーサ５３が嵌合されている。このディ
スプレーサ５３における端面５３aの中心には円柱状の
突出部５３bが形成されており、この突出部５３bはシリ
ンダ５２の端面５２a中央に設けられた円筒状の凸部５
２bに挿通されている。尚、上記シリンダ５２とディス
プレーサ５３との間はシールされている。

【００３７】上記シリンダ５２の凸部５２bは、ディス
プレーサ５３の突出部５３bで仕切られて第１作動室５
４を形成している。そして、この第１作動室５４は、全
閉可能な第１電動弁５５が介接された管で圧縮機５６の
高圧側に接続されている。同様に、全閉可能な第２電動
弁５７が介接された管で圧縮機５６の低圧側に接続され
ている。また、シリンダ５２は、ディスプレーサ５３の
端面５３aで仕切られて第２作動室５８を形成してい
る。そして、この第２作動室５８は、全閉可能な第３電
動弁５９が介接された管で圧縮機５６の高圧側に接続さ
れている。同様に、全閉可能な第４電動弁６０が介接さ
れた管で圧縮機５６の低圧側に接続されている。尚、上
記第１作動室５４と第２作動室５８との間はシールされ
ている。

【００３８】上記ディスプレーサ５３内には、第２作動
室５８および第３作動室(シリンダ５２をディスプレー
サ２４の端面５３cで仕切って成る室)６２に連通する蓄
冷室６１が設けられ、この蓄冷室６１には蓄冷材が充填
されている。

【００３９】上記構成の冷凍機５１は、次のように動作
して冷却サイクルおよび昇温サイクルを実現する。 (１）冷却サイクル 図６(a)には、冷却サイクル中の各工程における電動弁
５５,５７,５９,６０の開閉状態とディスプレーサ５３
内の蓄冷室６１の圧力を示す。また、図６(b)には、各
工程における第３作動室６２で成る膨張空間のＰＶ曲線
を示す。

【００４０】 第１工程 上記第２,第４電動弁５７,６０は閉鎖される一方、第
１,第３電動弁５５,５９は開放されている。この状態
で、第１作動室５４,第２作動室５８および蓄冷室６１
は高圧になっており、ディスプレーサ５３は下死点に位
置している。 第２工程 上記第１電動弁５５が閉鎖される一方、第２電動弁５７
が開放される。そうすると、第１作動室５４が圧縮機５
６の低圧側に接続されて、第１作動室５４は低圧にな
る。一方、ディスプレーサ５３の蓄冷室６１から第３作
動室６２にも圧縮機５６からの高圧ガスが供給される。
そして、上記ディスプレーサ５３の図中上側の総ての端
面に作用する圧力と下側の端面に作用する圧力との差圧
によってディスプレーサ５３は上昇し始める。

【００４１】 第３工程 上記圧縮機５６からの高圧ガスが第２作動室５８および
蓄冷室６１を介して第３作動室６２へ供給され続けると
ディスプレーサ５３は上昇し続け、やがて上死点に至
る。 第４工程 上記第３電動弁５９が閉鎖される一方、第４電動弁６０
が開放される。そうすると、第２作動室５８が圧縮機２
５の低圧側に接続される。したがって、ディスプレーサ
５３の蓄冷室６１および第３作動室６２も低圧になる。 第５工程 上記第２電動弁５７が閉鎖される一方、第１電動弁５５
が開放される。そうすると、第１作動室５４が圧縮機５
６の高圧側に接続されて、第１作動室５４は高圧にな
る。一方、第２作動室５８は低圧のままである。したが
って、ディスプレーサ５３の図中上側の総ての端面に作
用する圧力と下側の端面に作用する圧力との差圧によっ
てディスプレーサ５３は下降し始める。 第６工程 上記圧縮機５６からの高圧ガスが第１作動室５４に供給
され続けるとディスプレーサ５３は下降し続け、やがて
下死点に到達する。そして、第４電動弁６０が閉鎖され
る一方、第３電動弁５９が開放されると第１工程に戻
る。

【００４２】こうして、第３工程から第４工程への膨張
過程によってディスプレーサ５３の蓄冷室６１内のヘリ
ウムガスの温度が低下し、発生した冷熱が蓄冷室６１内
の蓄冷材に蓄積されるのである。

【００４３】(２）昇温サイクル 図７には、昇温サイクル中の各工程における各電動弁の
開閉状態とディスプレーサ５３内の蓄冷室６１の圧力状
態を示す。本昇温サイクルにおいては、第１電動弁５５
は常時開放される一方、第２電動弁５７は常時閉鎖され
る。したがって、第１作動室５４には圧縮機５６の高圧
ガスが常時供給されて高圧に保たれる。 第１工程 上記第４電動弁６０が閉鎖される一方、第３電動弁５９
が開放される。そうすると、第２作動室５８に圧縮機５
６からの高圧ガスが供給されて、ディスプレーサ５３の
蓄冷室６１にも高圧ガスが供給される。その際に、第１
作動室５４も高圧のままであるからディスプレーサ５３
は下死点に位置している。 第２工程 上記第３電動弁５９が閉鎖される一方、第４電動弁６０
が開放される。そうすると、第２作動室５８が圧縮機５
６の低圧側に接続される。したがって、ディスプレーサ
５３の蓄冷室６１も低圧になる。その際に、第１作動室
５４は高圧のままであるから、ディスプレーサ５３も下
死点に固定されたままである。そして、上記第４電動弁
６０が閉鎖される一方、第３電動弁５９が開放される
と、第１工程に戻る。

【００４４】こうして、上記ディスプレーサ５３の往復
動による冷却/蓄冷動作を停止して圧縮機５６からの高
温のヘリウムガスを給排することによって、ディスプレ
ーサ５３を短時間に昇温する。そして、シリンダ５２に
取り付けられているステージコールドパネルやバッフル
(共に図示せず)に付着している水や窒素や水素を急速に
ガス化するのである。

【００４５】上記昇温サイクルの効果は、図８に示すよ
うに、図７とは逆に、第１電動弁５５を常時閉鎖する一
方、第２電動弁５７を常時開放して、第１作動室５４を
常時低圧にしてディスプレーサ５３を常時上死点に保持
する。そして、第３電動弁５９と第４電動弁６０とを交
互に開閉することによっても得ることができる。

【００４６】尚、上記ディスプレーサ５３の往復動停止
は、冷凍機５１の駆動系を図９あるいは図１０の如く構
成しても得ることができる。すなわち、図９の場合に
は、図５に示す冷凍機５１とその駆動系において、上記
第１作動室５４を全閉可能な第５電動弁７１が介接され
た管で圧縮機５６の高圧側に接続するのである。そし
て、冷却時には、上記第５電動弁７１を常時閉鎖してお
き、第１〜第４電動弁５５,５７,５９,６０を図６に示
すように開閉制御することによって、図６と同様の冷却
サイクルを実現する。これに対して、再生時には、図９
に示すように、第１,第２電動弁５５,５７を常時閉鎖す
る一方、第５電動弁７１を常時開放して、ディスプレー
サ５３を下死点に保持しておく。そして、第３電動弁５
９と第４電動弁６０とを交互に開閉することによって、
圧縮機５６からの高温のヘリウムガスを蓄冷室６１に給
排するのである。

【００４７】また、図１０の場合には、上記第１作動室
５４を全閉可能な第６電動弁７２が介接された管で圧縮
機５６の低圧側に接続するのである。そして、冷却時に
は、上記第６電動弁７２を常時閉鎖しておき、第１〜第
４電動弁５５,５７,５９,６０を図６に示すように開閉
制御することによって、図６と同様の冷却サイクルを実
現する。これに対して、再生時には、図１０に示すよう
に、第１,第２電動弁５５,５７を常時閉鎖する一方、第
６電動弁７２を常時開放して、ディスプレーサ５３を上
死点に保持しておく。そして、第３電動弁５９と第４電
動弁６０とを交互に開閉することによって、圧縮機５６
からの高温のヘリウムガスを蓄冷室６１に給排するので
ある。

【００４８】尚、上記各実施の形態においては、圧縮機
からの高圧ガスによってディスプレーサを駆動するよう
にしているが、例えばクランク機構等による機械駆動の
場合であっても差し支えない。但し、その場合には、デ
ィスプレーサの往復動機構とディスプレーサ内の蓄冷室
への高圧ガスの給排機構とは互いに独立して動作させ
て、ディスプレーサの往復動を停止しても上記蓄冷室へ
の高圧ガスの給排を行うことができるようにしておく必
要がある。

【００４９】また、上記各実施の形態においては、図１
１に示すように、ポンプケースに窒素ガス導入口を設け
て常温または高温の窒素ガスを注入すること、第１ステ
ージあるいは第２ステージにヒータを巻き付けて第１,
第２ステージコールドパネルおよびバッフルを直接昇温
すること、ポンプケースの外周囲にバンドヒータを巻き
付けてポンプケース内の空間全体を昇温することの何れ
かを、併用しても差し支えない。

【００５０】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１に係
る発明のクライオポンプは、再生時には、ディスプレー
サ固定手段によって、ディスプレーサを上死点あるいは
下死点に固定し、ガス給排手段によって、上記固定され
たディスプレーサ内の蓄冷室に圧縮機からの高圧ガスを
給排するので、往復動が停止されて冷却/蓄冷が停止さ
れた状態のディスプレーサ内に高圧ガスを給排すること
ができ、上記ディスプレーサおよびこのディスプレーサ
を内嵌している膨張シリンダを急速に昇温することがで
きる。したがって、上記膨張シリンダのヒートステージ
に取り付けられたコールドパネルを急速に昇温して、付
着している水や窒素や水素を短時間にガス化できる。す
なわち、この発明によれば、再生時における昇温時間を
十分短縮できるのである。

【００５１】また、請求項２に係る発明のクライオポン
プにおけるディスプレーサ固定手段は、中間圧室と圧縮
機の高圧側とを接続する管に介設された開閉弁を開放し
て、上記中間圧室を介して上記膨張シリンダの一端に圧
縮機からの高圧ガスを供給することによって、ディスプ
レーサを上死点あるいは下死点に固定するので、上記デ
ィスプレーサを往復動させる駆動系としての中間圧室を
利用した簡単な流体回路で上記ディスプレーサの往復動
を固定できる。

【００５２】また、請求項３に係る発明のクライオポン
プにおけるディスプレーサ固定手段は、中間圧室と圧縮
機の低圧側とを接続する管に介設された開閉弁を開放し
て、上記中間圧室を介して上記膨張シリンダの一端を低
圧にすることによって、ディスプレーサを上死点あるい
は下死点に固定するので、上記ディスプレーサを往復動
させる駆動系としての中間圧室を利用した簡単な流体回
路で上記ディスプレーサの往復動を固定できる。

【００５３】また、請求項４に係る発明のクライオポン
プにおけるディスプレーサ固定手段は、膨張シリンダの
一端と圧縮機の高圧側とを接続する管に介設された開閉
弁を開放して、上記膨張シリンダの一端に上記圧縮機か
らの高圧ガスを供給することによって、上記ディスプレ
ーサを上死点あるいは下死点に固定するので、冷却時に
上記膨張シリンダに高圧ガスを供給する圧縮機を用いた
簡単な流体回路で上記ディスプレーサの往復動を固定で
きる。

【００５４】また、請求項５に係る発明のクライオポン
プにおけるディスプレーサ固定手段は、膨張シリンダの
一端と圧縮機の低圧側とを接続する管に介設された開閉
弁を開放して、上記膨張シリンダの一端を低圧にするこ
とによって、上記ディスプレーサを上死点あるいは下死
点に固定するので、冷却時に上記膨張シリンダに高圧ガ
スを供給する圧縮機を用いた簡単な流体回路で上記ディ
スプレーサの往復動を固定できる。

【００５５】また、請求項６に係る発明のクライオポン
プは、膨張シリンダのヒートステージに巻き付けられた
ヒータと、上記ポンプケースに巻き付けられたバンドヒ
ータと、上記ポンプケースに設けられた窒素ガス供給手
段の少なくとも一つを備えているので、請求項１に係る
発明の効果に加えて、ヒートステージに巻き付けられた
ヒータをオンすること、あるいは、ポンプケースに巻き
付けられたバンドヒータをオンすること、あるいは、窒
素ガス供給手段によってポンプケース内に高温の窒素ガ
スを供給することによって、再生時における昇温時間を
さらに短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のクライオポンプに用いられる冷凍機
の駆動系を示す図である。

【図２】図１に示す駆動系における冷却サイクル中の各
電動弁の開閉状態とディスプレーサ内の蓄冷室の圧力状
態を示す図、および、膨張空間のＰＶ曲線を示す図であ
る。

【図３】図１に示す駆動系における昇温サイクル中の各
電動弁の開閉状態とディスプレーサ内の蓄冷室の圧力状
態を示す図、および、膨張空間のＰＶ曲線を示す図であ
る。

【図４】図１とは異なる駆動系を示す図である。

【図５】図１および図４とは異なる冷凍機の駆動系を示
す図である。

【図６】図５に示す駆動系における冷却サイクル中の各
電動弁の開閉状態とディスプレーサ内の蓄冷室の圧力状
態を示す図、および、膨張空間のＰＶ曲線を示す図であ
る。

【図７】図５に示す駆動系における昇温サイクル中の各
電動弁の開閉状態とディスプレーサ内の蓄冷室の圧力状
態を示す図である。

【図８】図７とは異なる昇温サイクルにおける各電動弁
の開閉状態とディスプレーサ内の蓄冷室の圧力状態を示
す図である。

【図９】図５とは異なる駆動系における昇温サイクル中
の各電動弁の開閉状態とディスプレーサ内の蓄冷室の圧
力状態を示す図である。

【図１０】図５および図９とは異なる駆動系における昇
温サイクル中の各電動弁の開閉状態とディスプレーサ内
の蓄冷室の圧力状態を示す図である。

【図１１】クライオポンプの構造を示す図である。

【符号の説明】

２１,５１…冷凍機、 ２２,５２…シリ
ンダ、２３…ピストン、 ２４,５３
…ディスプレーサ、２５,５６…圧縮機、
２６…中間圧室、２９,５４…第１作動室、３０,３
２,３７,４２,５５,５７,５９,６０,７１,７２…電動
弁、３４,３５…絞り弁、 ３６,５８…
第２作動室、３８,３９,６１…蓄冷室、 ４０
…第１膨張室、４１…第２膨張室、 ６
２…第３作動室。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機(２５,５６)および膨張シリンダ
   (２２,５２)を有する膨張式冷凍機(２１,５１)と上記膨
   張シリンダ(２２,５２)のヒートステージに取り付けら
   れたコールドパネルを、ポンプケースに収納して成るク
   ライオポンプにおいて、 上記膨張シリンダ(２２,５２)に内嵌されて往復動する
   ディスプレーサ(２４,５３)を上死点あるいは下死点に
   固定するディスプレーサ固定手段と、 上記ディスプレーサ固定手段によって上死点あるいは下
   死点に固定されたディスプレーサ(２４,５３)内の蓄冷
   室(３８,３９,６１)に、上記圧縮機(２５,５６)からの
   高圧ガスを給排するガス給排手段(３０,３２,５９,６
   ０)を備えたことを特徴とするクライオポンプ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のクライオポンプにおい
   て、 上記ディスプレーサ固定手段は、 上記圧縮機(２５)の高圧側の圧力と低圧側の圧力の中間
   圧に保たれると共に、上記膨張シリンダ(２２)の一端に
   連通された中間圧室(２６)と、 開閉弁(３７)が介設されて、上記中間圧室(２６)と圧縮
   機(２５)の高圧側とを接続する管を備えていることを特
   徴とするクライオポンプ。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のクライオポンプにおい
   て、 上記ディスプレーサ固定手段は、 上記圧縮機(２５)の高圧側の圧力と低圧側の圧力の中間
   圧に保たれると共に、上記膨張シリンダ(２２)の一端に
   連通された中間圧室(２６)と、 開閉弁(４２)が介設されて、上記中間圧室(２６)と圧縮
   機(２５)の低圧側とを接続する管を備えていることを特
   徴とするクライオポンプ。
4. 【請求項４】 請求項１に記載のクライオポンプにおい
   て、 上記ディスプレーサ固定手段は、 開閉弁(５５,７１)が介設されて、上記膨張シリンダ(５
   ２)の一端と圧縮機(５６)の高圧側とを接続する管を備
   えていることを特徴とするクライオポンプ。
5. 【請求項５】 請求項１に記載のクライオポンプにおい
   て、 上記ディスプレーサ固定手段は、 開閉弁(５７,７２)が介設されて、上記膨張シリンダ(５
   ２)の一端と圧縮機(５６)の低圧側とを接続する管を備
   えていることを特徴とするクライオポンプ。
6. 【請求項６】 請求項１に記載のクライオポンプにおい
   て、 上記膨張シリンダ(２２,５２)のヒートステージに巻き
   付けられたヒータと、 上記ポンプケースに巻き付けられたバンドヒータと、 上記ポンプケースに設けられた窒素ガス供給手段の少な
   くとも一つを備えたことを特徴とするクライオポンプ。