JPS6119832B2

JPS6119832B2 -

Info

Publication number: JPS6119832B2
Application number: JP7014781A
Authority: JP
Inventors: Masaki Saito
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1981-05-12
Filing date: 1981-05-12
Publication date: 1986-05-19
Also published as: JPS57186075A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はクライオポンプの作動法に関し、また
この作動法に使用するのに適した構造のクライオ
ポンプにも関する。

真空を得るのに用いられるクライオポンプは古
くから知られている。従来のクライオポンプにお
いて、クライオポンプの排気面（クライオ面とも
言われ、極低温で気体の凝縮により排気させ、ま
た収着剤を存在させた場合には、吸着作用によつ
ても気体を除去して排気する作用を行うパネル構
造をもつのが普通である）と、これと熱伝導的に
接続し且つこれを支持すると共に所期の極低温に
まで排気面を冷却する冷凍機冷却端シリンダー
（この内部では、冷凍機から送られた高圧低温ヘ
リウムガムが断熱膨張することにより低温を発生
し、通常は２段階で断熱膨張を行わさせるので、
第１段ステージ部と第２段ステージ部とに分けら
れるのが普通である）と、上記の排気面を周囲か
らの熱放射線による加熱から遮蔽するために排気
面を包囲して設けられる液体窒素冷却式のシール
ドとを有する型式のものが知られている。

クライオポンプを作動するためには、排気面を
所期の低温（通常は20〓以下）に冷却する準備が
先づ必要である。従来、この冷却は液体窒素冷却
式シールドによる放射冷却と冷凍機を作動してそ
の冷却端シリンダーを介して行われる。大型のク
ライオポンプでは20〓以下の超低温を得るには、
12時間以上を要する場合もあり、仕事の能率が悪
い。発明者は、その排気面の準備的な冷却（予
冷）を、冷凍機の冷却作用と別箇に、排気面を包
囲する液体窒素冷却式シールドの低温を利用して
達成することを着想し、冷凍機を作動させる以前
又は同時に、排気面の冷凍機冷却端シリンダーを
該シールドと熱伝導的に接続することによつて排
気面の予冷をすることを試みた。そのように該シ
ールドへ熱伝導的な接続をするためには、上記排
気面を支持する冷凍機冷却端シリンダーを移動し
てシールドと物理的に接続させ熱伝導が起る状態
を作る装置的工夫をすれば良いことを認めた。

すなわち、第一の本発明は、クライオポンプの
排気面（クライオ面）と、これと熱伝導的に接続
し且つこれを支持すると共に所期の極低温にまで
排気面を冷却する冷凍機冷却端シリンダーと、上
記の排気面を包囲する液体窒素冷却式シールドと
を有するクライオポンプにおいて、上記の排気面
及びこれを支持する冷凍機冷却端シリンダーを移
動することにより該シリンダーを液体窒素冷却式
シールドと熱伝導的に接続させて予冷し、排気面
を所望の温度に予冷させた後に、再び上記排気面
及び該シリンダーを液体窒素冷却式シールドとの
熱伝導的の接続状態から切離してクライオポンプ
の定常作動位置に戻し、排気面と液体窒素冷却式
シールドが完全に離れた状態にて冷凍機の作動に
より排気面を最終の極低温にまで冷却することを
特徴とする、クライオポンプ作動法を要旨とする
ものである。

また、上記の本発明の方法に使用するに適する
クライオポンプとして、第２の本発明は、クライ
オポンプの排気面と、これと熱伝導的に接続し且
つこれを支持すると共に所期の極低温にまで排気
面を冷却する冷凍機冷却端シリンダーと、上記の
排気面を包囲して設けられた液体窒素冷却式シー
ルドと、前記の冷却端シリンダーが貫通する前記
シールド底面の開口部と、前記の排気面及びシー
ルドを収容すると共に、冷凍機冷却端シリンダー
が貫通する開口部を底面に有するポンプケース
と、ポンプケースの底面開口部に取付けられ且つ
該開口部から突出する前記シリンダーの部分を包
囲する第１フランジ付筒部と、前記の第１フラン
ジ付筒部にフランジ同志が向き合う形で前記シリ
ンダーの基部に取付られた第２フランジ付筒部
と、第１及び第２のフランジ付筒部の各フランジ
を連結し且つ前記シリンダー及びその周囲空間を
気密的に包囲するように設けた伸縮性の蛇腹管
と、第１及び第２のフランジ付筒部の各フランジ
が向き合う距離を加減させることにより第２のフ
ランジ付筒部及びこれに固定された前記シリンダ
ーの位置を上下に移動させる駆動装置と、前記シ
リンダーの上方移動に際して前記シールド開口部
の周壁と接触して熱伝導するように且つ前記シリ
ンダーの下方移動に際して該周壁から離れるよう
に適当位置で前記シリンダーに取付けられた熱伝
導用フランジとを有することを特徴とする、クラ
イオポンプを提供するものである。

本発明によれば、排気面は室温から20〓程度ま
で２〜３時間の短時間で予冷されるので、能率の
向上が得られる。

本発明の方法及び装置を添付図面に例示した装
置例について説明する。

図面について、クライオポンプの定常作動時に
は、排気面２はヘリウム冷凍機１から延びる冷却
端シリンダーの第２段冷却ステージ４（この中で
は、第１段冷却ステージ３で冷却させられたヘリ
ウムが更に膨張させられることにより第１段より
も低い低温を作り出して冷却を行う）に固定、支
持されて熱伝導的に接続されている。排気面２は
導管６′から導入された液体窒素のプール５で約
80〓に冷却されたジヤケツト型シールド６により
包囲され、さらにそれら全体がクライオポンプ・
ケース７で包囲される。このケースには、排気す
べき真空槽の排気口に取付けるためのフランジ７
ａが設けられ、またシールド６が真空槽に向き合
うシールド開口には、バツフル８が設けられるの
が普通である。

排気面２の予冷を、液体窒素冷却式シールド６
の低温液体窒素により行うために排気面をシール
ド６と熱伝導的に接続することが必要であり、ま
たこのためには、排気面２と一体に冷凍機の冷却
端シリンダー３ａ，４ａを移動してシールド６と
物理的に接触させることが必要である。これを行
うための装置的工夫として、該シリンダーの適当
箇所にフランジ９が設け（図面では、冷却端シリ
ンダーの第２段ステージの箇所に）られ、排気面
の予冷時には、排気面２及び冷却端シリンダー３
ａ，４ａが上方に移動され、フランジ９がシール
ド６の底面開口部の周壁６″に接触させられる。
予冷時に、排気面２、冷却端シリンダー３ａ，４
ａを上方に移動させ、また予冷終了後に冷凍機を
定常作動させる際には上記の接触状態を解消する
ために排気面２、冷却端シリンダー３ａ，４ａを
下方に移動させると共に、ポンプ内部空間を外方
から気密に封ずる手段として、ポンプケース底面
の開口部７ｂに第１フランジ付筒部１０を取付
け、この筒部１０にフランジ同志が向き合う形で
第２フランジ付筒部１１をシリンダー３ａ，４ａ
の基部（冷凍機側）に取付け、さらに筒部１０，
１１の各フランジを伸縮性の蛇腹管（ベローズ）
１２で気密に連結する。さらに筒部１０，１１の
各フランジにまたがつて、ネジ式の駆動装置１３
を取付ける。この装置１３のネジの回転により、
各フランジ間の距離を短縮すれば、ベローズ１２
は縮み、冷却端シリンダー３ａ，４ａ及びフラン
ジ９を押し上げて、フランジ９がシールド６の開
口部周壁６″と接触して、冷却端シリンダー４ａ
及び排気面２がシールド６との熱伝導により予冷
される。予冷終了後は、装置１３のネジを反対方
向に回転させることによつて、筒１０，１１の各
フランジ間の距離を増大させれば、ベローズ１２
は伸び、シリンダー３ａ，４ａ及びフランジ９を
押し下げられ、フランジ９と周壁６″との接触は
切れる。駆動装置１３は図面ではネジ式で示した
が、空圧式、等の適当な型式のものでよい。

上記の如く液体窒素冷却式シールド６との接続
で排気面２を予冷するに当つて、冷凍機シリンダ
ーの第１段ステージ４は液体窒素温度80〓にな
り、排気面は液体窒素によつて短時間に室温から
80〓に予冷される。続いて冷凍機を起動する。駆
動機構６によつて接続部を離す。冷凍機と排気面
はすでに80〓になつているので、排気面と冷凍機
シリンダー第２段ステージは比較的短時間でクラ
イオポンプの作動温度である20〓に到達する。

冷却式シールドとの接続により排気面の予冷を
すると同時に冷凍機を起動することも可能であ
り、このようにすれば、さらに短時間で到達温度
を得ることができる。

冷凍機シリンダーの第１段ステージの到達温度
は、液体窒素シールドとの接続を利用しなくとも
50〜40〓である。第１段ステージを液体窒素シー
ルドとの接触により冷却すると、冷凍機が到達温
度付近で作動しているときは、液体窒素から第１
段ステージに熱流入があることになり、接続部を
離した場合に比べて、第２段ステージの冷凍能力
は低下するから排気面が所期の超低温まで予冷さ
れた後は、冷凍機シリンダーと液体窒素シールド
との接続部を切離すことが必要である。

この発明の効果は、排気面の熱容量が大きな大
型のクライオポンプにおいて特に有効である。例
えば、排気面が銅12Kgで構成されているとき、液
体窒素シールドを有するが、上述のような予冷を
行なわない場合では、冷凍機起動後、排気面が室
温から20〓に到達する時間は、12時間かかる場合
に対して本発明によれば2.5時間ですむ。以上は
クライオポンプでのシールドとの接続部と第１段
ステージに位置させる場合についての説明である
が、シールドとの接続部を、都合によつて排気面
や第２段ステージに位置させてもさしつかえな
い。

液体ヘリウムあるいは冷却ヘリウムガスを冷媒
として使用するクライオポンプでは、ヘリウムを
貯蔵あるいは通過させる空間に、液体窒素を導入
して予冷し、続いて液体窒素を排出、排気し液体
ヘリウムを導入する場合がしばしばある。しか
し、液体窒素の排出は完全に行なわれることは難
かしく、液体ヘリウムの導入によつて固体窒素が
生成したり、ヘリウム自身が窒素によつて汚染さ
れ、故障の原因になる。

本発明によれば、これらの原因をまつたく除去
することができるので冷却時間の短縮が行なえ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明のクライオポンプの一部断面図解
図である。１……ヘリウム冷凍機、２……クライオポンプ
排気面、３，４……冷却端シリンダーの第１段、
第２段ステージ、５……液体窒素プール、６……
液体窒素冷却式シールド、７……ポンプ・ケー
ス、１２……ベローズ、１３……ネジ式駆動装
置。

Claims

【特許請求の範囲】１クライオポンプの排気面（クライオ面）と、
これと熱伝導的に接続し且つこれを支持すると共
に所期の極低温にまで排気面を冷却する冷凍機冷
却端シリンダーと、上記の排気面を包囲する液体
窒素冷却式シールドとを有するクライオポンプに
おいて、上記の排気面及びこれを支持する冷凍機
冷却端シリンダーを移動することにより該シリン
ダーを液体窒素冷却式シールドと熱伝導的に接続
させて予冷し、排気面を所望の温度に予冷させた
後に、再び上記排気面及び該シリンダーを液体窒
素冷却式シリンダーとの熱伝導的の接続状態から
切離してクライオポンプの定常作動位置に戻し、
排気面と液体窒素冷却式シールドが完全に離れた
状態にて冷凍機の作動により排気面を最終の極低
温にまで冷却することを特徴とする、クライオポ
ンプ作動法。２クライオポンプの排気面と、これと熱伝導的
に接続し且つこれを支持すると共に所期の極低温
にまで排気面を冷却する冷凍機冷却端シリンダー
と、上記の排気面を包囲して設けられた液体窒素
冷却式シールドと、前記の冷却端シリンダーが貫
通する前記シールド底面の開口部と、前記の排気
面及びシールドを収容すると共に、冷凍機冷却端
シリンダーが貫通する開口部を底面に有するポン
プケースと、ポンプケースの底面開口部に取付ら
れ且つ該開口部から突出する前記シリンダーの部
分を包囲する第１フランジ付筒部と、前記の第１
フランジ付筒部にフランジ同志が向き合う形で前
記シリンダーの基部に取付られた第２フランジ付
筒部と、第１及び第２のフランジ付筒部の各フラ
ンジを連結し且つ前記シリンダー及びその周囲空
間を気密的に包囲するように設けた伸縮性の蛇腹
管と、第１及び第２のフランジ付筒部の各フラン
ジが向き合う距離を加減させることにより第２の
フランジ付筒部及びこれに固定された前記シリン
ダーの位置を上下に移動させる駆動装置と、前記
シリンダーの上下移動に際して前記シールド開口
部の周壁と接触して熱伝導するように且つ前記シ
リンダーの下方移動に際して該周壁から離れるよ
うに適当位置で前記シリンダーに取付けられた熱
伝導用フランジとを有することを特徴とするクラ
イオポンプ。