JPS6137468B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、クライオソープシヨンポンプの改良
に関する。

（従来の技術） 一般に、超高真空度を得ようとする場合には真
空ポンプとしてクライオソープシヨンポンプが使
用される。

クライオソープシヨンポンプは、通常、第２図
に示すように構成される。すなわち、真空引きさ
れるべき部屋５１に連通する空間Ｐを容器５２に
よつて形成し、この容器５２の内部にシエブロン
状の冷却体５３を配置する。この冷却体５３の表
面は、液体ヘリウム供給系５４からの液体ヘリウ
ムによつて極低温（約4.2〓）に冷却される。こ
の状態で冷却体５３に向けて例えばAr，NH₃，
CO₂，SF₆などの吸着性ガスを吸着性ガス供給系
５５からガス導入パイプ５６を介して導くと、冷
却体５３の極低温面上に吸着性ガスが付着して凝
縮し、所定厚さの吸着性ガス凝縮層が形成され
る。この吸着性ガス凝縮層は、一般的なクライオ
ポンプでは排気できないヘリウムや水素までをも
吸着するため、結局、部屋５１の内部を超高真空
に保つことができる。

このようなクライオソープシヨンポンプでは、
輻射熱によつて冷却体５３の極低温面へ熱が進入
するのを防止するため、冷却体５３の周囲に熱シ
ールド体５７，５８を設け、熱効率の低下を防止
している。この熱シールド体５７，５８は、液体
窒素導入系５９，６０から液体窒素を供給される
ことにより、その表面が低温状態（約77〓）に保
たれるようになつている。

ところで、上記構成のクライオソープシヨンポ
ンプにあつては、吸着性ガスが冷却体５３にのみ
均一に付着することが排気効率を高める上から望
ましい。このため、ガス導入パイプ５６も冷却体
５３の近傍位置に配置される。

ところが、このガス導入パイプ５６には低温状
態にある熱シールド体５８も近接しているため、
従来は、吸着性ガスの導入時に、この吸着性ガス
が熱シールド体５８に凝縮付着し易く、このた
め、極低温面への吸着性ガス凝縮層の均一形成が
困難になるという問題があつた。

また、ガス導入パイプ５６は熱シールド体５８
や冷却体５３の近傍位置に配置されるため、熱輻
射によつて冷却される。このため、導入された吸
着性ガスがガス導入パイプ５６に付着し易い。そ
こで、ガス導入パイプ５６を、例えば図示しない
ヒータなどによつて暖めて吸着性ガスの沸点以上
の温度に維持すれば、ガスの付着は起こらない
が、この場合には、冷却体５３の極低温面への輻
射熱の進入が非常に大きくなつてしまう。

（発明が解決しようとする問題点） 以上のように、従来のクライオソープシヨンポ
ンプでは、装置の構造上、冷却体の極低温面だけ
に吸着性ガス凝縮層を一様に形成させることが困
難であり、排気効率を高めることができないとい
う問題があつた。

したがつて、本発明は、このような問題がな
く、排気効率に優れたクライオソープシヨンポン
プを提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明では、吸着性ガス凝縮層を均一に形成す
べき極低温面を備えた冷却体と吸着性ガスのガス
導入口との間に熱シールド体を介在させている。
この熱シールド体は、ガス導入口側からの熱進入
に対して上記冷却体を熱シールドするものではあ
るが、上記冷却体の近傍に配置され、温度調節手
段によつて極低温にまで温度調節可能な構成とな
つている。

（作 用） 温度調節手段によつて熱シールド体を極低温に
まで冷却し、ガス導入口から吸着性ガスを導入す
ると、周囲では最も低温である熱シールド体に吸
着性ガスの略全量が凝縮付着する。次に、熱シー
ルド体の温度を温度調節手段によつて徐上に上昇
させると、熱シールド体の表面に付着した吸着性
ガスが蒸発し、隣接する極低温に冷却された冷却
体の表面に再び凝縮付着する。この結果、冷却体
の表面には、吸着性ガス凝縮層が一様に形成され
る。熱シールド体は、熱シールドに必要な温度に
維持されるので、ガス導入口側の温度が高い場合
でも冷却体への輻射熱の進入は抑制される。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら
説明する。

第１図は本実施例に係るクライオソープシヨン
ポンプの断面図である。

図中１は、内部が真空引きされるべき部屋であ
り、この部屋１の壁の一部には孔２が設けられて
いる。そして、上記孔２を介してクライオソープ
シヨンポンプ３が接続されている。

クライオソープシヨンポンプ３は、大きく分け
て、上記孔２に気密に接続された容器４と、この
容器４内に選択的に吸着性ガスを供給するガス供
給系５と、前記容器４内に設けられた排気部６
と、この排気部６の温度を容器４外から選択的に
制御する温度調節部７とから構成されている。

前記容器４は、一端側に前記部屋１の壁に設け
られた孔２と略同径の開口部１１を有し、他端側
に小径の開口部１２を有した筒状体１３と、この
筒状体１３の上記開口部１２を気密に閉塞するよ
うに設けられた板体１４とで構成されている。上
記筒状体１３の開口部１１の外側縁には外側に向
けて突出するフランジ部１５が一体的に形成され
ており、前記孔２と開口部１１とを軸合せさせた
状態下で上記フランジ部１５がボルト１６によつ
て部屋１の壁に締付け固定され、これによつて筒
状体１３と部屋１とが気密に接続されている。ま
た、筒状体１３の開口部１２の外周縁にも外側に
向けて突出するフランジ部１７が形成されてお
り、このフランジ部１７に前記板体１４がボルト
１８によつて気密に取着されている。

前記板体１４の中央部には、この板体１４を気
密に貫通する形にパイプ１９が設けてあり、この
パイプ１９の容器外に位置する端部は前記ガス供
給系５に接続されている。ガス供給系５は、
Ar，NH₃，CO₂，SF₆などの吸着性ガスを収容し
たボンベ２０と、このボンベ２０内のガスを選択
的にパイプ１９を介して前記容器４内に導くバル
ブ２１とで構成されている。

前記排気部６は、次のように構成されている。
すなわち、容器を構成する筒状体１３内に開口部
１１側から開口部１２側にわたつて４段構成にシ
エブロン状の冷却体２２，２３，２４，２５を配
置している。これら、冷却体２２〜２５のうち、
冷却体２４はその極低温面に吸着性ガス凝縮層を
形成してHe，H₂などのガス分子を吸着排気する
機能を有し、冷却体２３は、その表面に吸着性ガ
ス凝縮層があまり形成されず、上記He，H₂ガス
以外のガスを吸着排気する機能を有する。また、
冷却体２２，２５は上記冷却体２３，２４を熱シ
ールドする熱シールド体としての機能を有するも
ので、特に冷却体２５は極低温状態まで温度調節
されるものとなつている。これら冷却体２２，２
３，２４，２５は、それぞれ同様に構成されてお
り、パイプ２６，２７，２８，２９内を通流する
冷媒によつて冷却されるようになつている。各冷
却体２２，２４，２５，２６を冷却するパイプ２
６，２７，２８，２９は、それぞれ筒状体１３の
側部を気密に貫通してその一端部が前記温度制御
部７にそれぞれ接続されている。

温度制御部７は、例えば、冷媒源と，この冷媒
源からの冷媒流量を制御するバルブとを主体とし
て構成されている。すなわち、具体的には、前記
冷却体２２を冷却するパイプ２６をバルブ３０を
介して液体窒素ボンベ３１に接続し、冷却体２３
を冷却するパイプ２７をバルブ３２介して液体ヘ
リウムボンベ３３に接続し、冷却体２４を冷却す
るパイプ２８をバルブ３４介して液体ヘリウムボ
ンベ３５に接続し、冷却体２５を冷却するパイプ
２９をバルブ３６を介して液体ヘリウムボンベ３
７に接続したものとなつている。なお、図中３８
は導入されたガスを拡散するための反射板であ
る。

次に、上記のように構成されたクライオソープ
シヨンポンプの動作について説明する。

まず、公知の真空ポンプで部屋１内の真空度を
ある程度まで上昇させておく。次にバルブ３６を
開放し、冷却体２５を冷却するパイプ２９内に液
体ヘリウムを通流させ、上記冷却体２５を冷却す
る。この場合、バルブ３６の開度を制御すること
によつて液体ヘリウムの流量を調整して冷却体２
５の表面がAr，NH₃，CO₂，SF₆などの吸着性ガ
スの凝縮温度以下の極低温面になるように設定す
る。次にバルブ２１を開放してボンベ２０から吸
着性ガスを容器４内に導入する。導入された上記
吸着性ガスは前記冷却体２５の極低温面に凝縮付
着する。冷却体２５の表面の吸着性ガス凝縮層が
十分厚くなるまで上記吸着性ガスを導入したの
ち、バルブ２１を閉じる。

次にバルブ３０，３２，３４を開放する。この
操作によつて、冷却体２２は液体窒素で冷却さ
れ、また冷却体２３，２４は液体ヘリウムで冷却
される。したがつて、冷却体２３，２４の表面は
極低温に冷却される。上記各冷却体２２，２３，
２４が十分に冷却された後に、バルブ３６の開度
を制御し、液体ヘリウムの流量を減少させること
によつて、前記冷却体２５の温度を徐々に上昇さ
せる。このようにすると冷却体２５の表面に凝縮
付着している吸着性ガスが蒸発し、この蒸発した
吸着性ガスが隣りの極低温に冷却された冷却体２
４の表面に再び凝縮付着し、これによつて冷却体
２４の表面に吸着性ガス凝縮層が一様に形成され
ることになる。

このような状態にあつて、前記部屋１内の残留
ガス分子のうち、He，H₂分子以外の比較的凝縮
し易いガス分子は、極抵温に保たれた冷却体２３
に凝縮付着し、これによつて排気される。また上
記冷却体２３には凝縮付着しないHe，H₂などの
分子は、前記冷却体２４の表面の吸着性ガス凝縮
層に吸着されることによつて排気される。したが
つて、部屋１の真空度は上昇することになる。な
お、この場合、冷却体２２は部屋１側からの輻射
熱の進入を阻止するように機能し、また、冷却体
２５はパイプ１９側からの輻射熱の進入を阻止す
るように機能する。

このように、温度制御可能な熱シールド体、つ
まり冷却体２５を冷却体２４とガス導入口である
パイプ１９との間に設け、吸着性ガス導入時に一
旦、冷却体２５の表面に吸着性ガス凝縮層を形成
された後、これを蒸発させて隣りの冷却体２４の
表面に吸着性ガス凝縮層を形成させるようにして
いる。

したがつて、吸着性ガス導入時には、導入した
ガスの全量を冷却体２５の表面に一旦、凝縮させ
ることが可能となり、他の面への付着を防止でき
るとともに、冷却体２４の表面へ移行させるとき
には、冷却体２５と冷却体２４との温度設定によ
つて、冷却体２５の表面に凝縮付着している吸着
性ガスの全量を冷却体２４の表面へ良好に一様に
凝縮付着させることができ、結局、良好な排気性
能を発揮させることができる。

そして、この場合には、冷却体２５に、パイプ
１９側から冷却体２４へ輻射によつて進入する熱
を遮断する熱シールドの役割を行なわせることが
できるので、上記冷却体２４とガス導入口との間
による熱移動を減少させることができる。このた
め、上記冷却体２４を極低温に維持するための液
体ヘリウムなどの冷媒の消費量を少なくでき、結
局、運転コストを低減させることができる。

また、前記冷却体２５を前記冷却体２４に近い
大きさに設定することによつて、冷却体２４に凝
縮付着する吸着性ガス凝縮層の均一性を大幅に向
上させることができる。したがつて、たとえ大容
量の装置においても、前記ガス導入口を複数に分
割する必要性がなく、この結果、装置全体が複雑
化、大形化、大重量化するのを防止でき、製造費
用も減少させることができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるも
のではない。上述した実施例においては、冷却体
２５（熱シールド体）と冷却体２４とを同一構造
に形成しているが、形状、大きさ等は異なつても
良く、前述の機能を有していれば任意に変更可能
である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、熱シール
ド体をガス導入口と冷却体との間に配置して、か
つ上記熱シールド体の温度を極低温まで制御可能
としているので、まず、熱シールド体のみを他に
比較して極端に低温にでき、この結果、吸着性ガ
スがガス導入口の付近に凝縮付着することがな
く、導入した吸着性のガスの全量を上記熱シール
ド体に凝縮付着させることができる。そして、こ
の熱シールド体の温度を上げ、冷却体の温度を極
低温状態にすることによつて、上記熱シールド体
に凝縮付着した吸着性ガス凝縮層を冷却体の極低
温面に移行させることができるので、結局、冷却
体の表面に一様な吸着性ガス凝縮層を形成するこ
とができる。

従つて、本発明によれば、排気効率を大幅に向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るクライオソー
プシヨンポンプの概略構成を示す断面図、第２図
は従来のクライオソープシヨンポンプの概略構成
を示す断面図である。 ３……クライオソープシヨンポンプ、４，５２
……容器、５，５５……ガス供給系、６……排気
部、７……温度制御部、２２，２３，２４，２
５，５３……冷却体、１９，２６，２７，２８，
２９……パイプ、２１，３０，３２，３４，３６
……バルブ、５６……ガス導入パイプ、５７，５
８……熱シールド体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 真空引きされるべき部屋に連通する空間内に
   配置され、その表面が極低温に冷却される冷却体
   と、この冷却体の周囲に配置され上記冷却体への
   輻射熱を遮断する熱シールド体と、ガス導入口を
   介して上記空間内へ吸着性ガスを導入するガス供
   給系とを具備し、前記冷却体の表面に形成した吸
   着性ガス凝縮層によつて前記部屋内のガスを吸着
   排気するクライオソープシヨンポンプにおいて、
   前記熱シールド体を、前記冷却体と前記ガス導入
   口との間の前記冷却体近傍位置に配置するととも
   に、この位置に配置された前記熱シールド体の表
   面の温度を極低温まで調節できる温度調節手段を
   具備したことを特徴とするクライオソープシヨン
   ポンプ。