KR102364146B1 - 크라이오펌프 - Google Patents

Abstract

크라이오펌프의 흡장한계를 향상시킨다.
크라이오펌프(10)는, 방사실드(30), 톱크라이오패널(41), 및 보텀크라이오패널(44)을 구비한다. 방사실드(30)는, 실드외측 간극(20)을 실드공동(33)에 연통시키는 실드 주슬릿(36)을 갖는다. 톱크라이오패널(41)은, 축방향으로 실드 주슬릿(36)의 상방에 위치하는 톱크라이오패널 외주단(41a)을 구비한다. 보텀크라이오패널(44)은, 축방향으로 실드 주슬릿(36)의 하방에 위치하는 보텀크라이오패널 외주단(44a)을 구비한다. 톱크라이오패널 외주단(41a)은, 보텀크라이오패널 외주단(44a)과의 사이에 환형상 공간부를 형성하고, 환형상 공간부를 사이에 두고 보텀크라이오패널 외주단(44a)과 직접 마주본다.

Description

크라이오펌프{Cryopump}

본 출원은 2015년 3월 31일에 출원된 일본 특허출원 제2015-073196, 2015-073197호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.

본 발명은, 크라이오펌프에 관한 것이다.

크라이오펌프는, 극저온으로 냉각된 크라이오패널에 가스를 응축 또는 흡착에 의하여 포착하는 진공펌프이다. 이렇게 하여 크라이오펌프는, 그것이 장착된 진공챔버를 배기한다.

크라이오펌프는 통상, 소정의 온도로 냉각되는 제1 크라이오패널과 그것보다 낮은 온도로 냉각되는 제2 크라이오패널을 구비한다. 제1 크라이오패널에는 방사실드가 포함된다. 크라이오펌프의 사용에 따라 제2 크라이오패널 상에 가스의 응축층이 성장한다. 응축층은, 방사실드에, 또는 제1 크라이오패널의 소정의 부분에, 어느 곳엔가는 접촉할 수 있다. 그렇게 하면, 그 접촉부위에서 가스는 다시 기화되어, 크라이오펌프 내부의 압력이 상승하게 된다. 그 이후 크라이오펌프는 진공챔버의 배기라는 본래의 역할을 충분히 다할 수 없다.

따라서, 응축층이 제1 크라이오패널에 접촉하는 시점에서의 가스흡장량이 크라이오펌프의 흡장한계를 부여한다.

특허문헌 1: 국제공개공보 제2005/050018호

본 발명의 일 양태의 예시적인 목적의 하나는, 크라이오펌프의 흡장한계를 향상시키는 것에 있다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 크라이오펌프 흡기구를 갖는 크라이오펌프 용기와, 상기 크라이오펌프 용기에 수용되는 고온냉각스테이지 및 저온냉각스테이지를 구비하는 냉동기와, 상기 크라이오펌프 흡기구에 실드 주개구를 갖고 상기 실드 주개구로부터 축방향으로 연속하는 실드공동을 정하여, 상기 고온냉각스테이지에 열적으로 결합되며 또한 상기 저온냉각스테이지를 상기 실드공동에 수용하는 방사실드로서, 상기 크라이오펌프 용기와의 사이에 실드외측 간극을 형성하는 방사실드와, 각각이 상기 저온냉각스테이지에 열적으로 결합되며 또한 상기 방사실드와 비접촉으로 상기 실드공동에 배치되는 복수의 크라이오패널을 구비하고, 상기 방사실드는, 상기 실드외측 간극을 상기 실드공동에 연통하는 실드 주슬릿을 가지며, 상기 복수의 크라이오패널은, 상기 축방향으로 상기 실드 주슬릿의 상방에 위치하는 톱크라이오패널 외주단을 구비하는 톱크라이오패널과, 상기 축방향으로 상기 실드 주슬릿의 하방에 위치하는 보텀크라이오패널 외주단을 구비하는 보텀크라이오패널을 포함하고, 상기 톱크라이오패널 외주단은, 상기 보텀크라이오패널 외주단과의 사이에 환형상 공간부를 형성하여, 상기 환형상 공간부를 사이에 두고 상기 보텀크라이오패널 외주단과 직접 마주보는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프가 제공된다.

다만, 본 발명의 구성요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 서로 치환한 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.

본 발명에 의하면, 크라이오펌프의 흡장한계를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프의 주요 부분을 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 2는 도 1에 나타나는 크라이오펌프의 A-A선 단면을 개략적으로 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프의 일 구조적 특징을 개략적으로 나타내는 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프의 일 구조적 특징을 개략적으로 나타내는 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프의 일 구조적 특징을 개략적으로 나타내는 부분 단면도이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 다만, 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙여, 중복되는 설명을 적절히 생략한다. 또, 이하에 설명하는 구성은 예시이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

먼저, 본 발명의 일 실시형태에 이른 경위와 그 개요를 설명한다.

복수의 제2 크라이오패널을 갖는 크라이오펌프에 있어서는, 개개의 제2 크라이오패널의 배치장소에 의존하여, 제2 크라이오패널마다 응축층의 성장의 속도는 상이하다. 한 제2 크라이오패널이 크라이오펌프 흡기구 등의 가스입구에 가까우면, 가스입구로부터 그 제2 크라이오패널에 많은 가스가 도달할 수 있으므로 그 제2 크라이오패널에 퇴적되는 응축층은 빠르게 성장할 수 있다. 반대로, 가스입구로부터 먼 다른 제2 크라이오패널에 퇴적되는 응축층은 느리게 성장할 수 있다.

복수의 제2 크라이오패널은, 크라이오펌프 흡기구에 대면하는 톱크라이오패널을 포함해도 된다. 톱크라이오패널은, 방사실드 내의 공동을 크라이오펌프 흡기구측의 공동 상부와 그 반대측의 공동 하부로 구획하도록 당해 공동에 배치된 대형의 평판형상부재여도 된다. 단, 톱크라이오패널은, 특히 톱크라이오패널의 외주는, 온도차를 유지하기 위하여 방사실드에 비접촉한다. 공동 상부는 흡기구로부터 가스를 직접 수용하므로, 톱크라이오패널의 전면(前面)에는 응축층이 빠르게 성장된다. 한편, 공동 하부에서는 응축층의 성장이 느리다. 따라서, 공동 상부에 성장한 응축층이 방사실드에 접촉할 때, 공동 하부에는 응축층의 주위에 공소(空所)가 아직 남아 있을지도 모른다.

이렇게 하여, 한 장소에 성장한 응축물의 덩어리가 제1 크라이오패널에 접촉할 때, 다른 장소에는 응축층과 제1 크라이오패널의 사이에 공소가, 즉 응축층을 수용 가능한 용적이, 아직 남아 있을지도 모른다. 이것은, 크라이오펌프가 그 흡장한계에 있어서 잠재적인 여력을 갖는 것을 의미한다.

미이용의 공소를 줄이고, 크라이오펌프 내부공간의 이용률을 높임으로써, 크라이오펌프의 흡장한계를 향상시킬 수 있다. 이상적으로는, 모든 장소에서 응축물이 동시에 제1 크라이오패널에 접촉하면, 그때 미이용의 공소는 전혀 없어져(즉, 크라이오펌프 내는 완전히 응축물로 채워져), 크라이오펌프의 흡장한계가 최대화된다.

공소를 줄이려면, 제2 크라이오패널마다의 응축층의 성장의 속도의 차를 작게 하는 것, 즉 응축층 성장속도의 균일화가 요망된다. 그것과 함께 또는 그것을 대신하여, 제2 크라이오패널마다에 인접하는 응축물 수용용적을 그 제2 크라이오패널로의 응축층 성장속도에 따라 조정하는 것이 요망된다.

소정의 제2 크라이오패널로의 응축층 성장속도를 결정하는 주된 인자에는, 그 제2 크라이오패널에 대응하는 가스입구의 개구면적이 있다. 예를 들면, 가스입구가 넓으면, 응축층은 빠르게 성장한다. 또, 응축층 성장속도는, 가스입구와 제2 크라이오패널의 상대적인 위치관계(예를 들면, 가스입구와 제2 크라이오패널의 거리, 및/또는, 가스입구에 대한 제2 크라이오패널의 각도위치)에도 영향을 받는다. 예를 들면, 제2 크라이오패널이 가스입구에 가까우면, 응축층은 빠르게 성장한다. 제2 크라이오패널의 각도위치가 가스입구의 법선에 가까우면, 응축층은 빠르게 성장한다.

따라서, 본 발명의 일 실시형태에 의하면, 크라이오펌프는, 한 제2 크라이오패널과 별도의 제2 크라이오패널에 소정의 실질적으로 균일화된 속도로 응축층이 성장하도록 설계되어 있다. 예를 들면, 균일화된 응축층 성장속도가 톱크라이오패널과 실드공동 하부에 배치된 한 제2 크라이오패널에 초래된다. 혹은, 균일화된 응축층 성장속도가 실드공동 하부에 배치된 한 제2 크라이오패널과 별도의 제2 크라이오패널에 초래된다. 예를 들면, 일 실시형태에 있어서는, 실드공동 하부로의 가스진입경로 및/또는 실드공동 하부에 있어서의 크라이오패널 배치가 응축층의 성장을 균일화하도록 설계되어 있다.

또, 한 제2 크라이오패널로의 응축층 성장속도가 크면, 그 제2 크라이오패널의 주위에 넓은 응축층 수용용적이 형성되어도 된다. 그것을 실현하도록, 그 제2 크라이오패널과 다른 크라이오패널(제1 크라이오패널, 및/또는 별도의 제2 크라이오패널)의 기하학적인 상대배치(예를 들면, 크라이오패널 간의 거리, 및/또는 크라이오패널 간에서 이루는 각도)가 결정되어도 된다.

이와 같이 하면, 크라이오펌프의 미이용의 여력을 현실적으로 사용하여, 크라이오펌프 내부공간의 이용률을 높일 수 있다. 따라서, 크라이오펌프의 흡장한계를 향상시킬 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)의 일부를 개략적으로 나타내는 상면도이다. 도 2는, 도 1에 나타나는 크라이오펌프(10)의 A-A선 단면을 개략적으로 나타낸다.

크라이오펌프(10)는, 예를 들면, 진공처리장치의 진공챔버에 장착되어, 진공챔버 내부의 진공도를 원하는 프로세스로 요구되는 레벨까지 높이기 위하여 사용된다. 크라이오펌프(10)가 장착되는 진공처리장치는, 예를 들면, 스퍼터링장치이다.

크라이오펌프(10)는, 가스를 수용하기 위한 흡기구(12)를 갖는다. 크라이오펌프(10)가 장착된 진공챔버로부터 흡기구(12)를 통하여, 배기되어야 하는 가스가 크라이오펌프(10)의 내부공간에 진입한다.

다만 이하에서는, 크라이오펌프(10)의 구성요소의 위치관계를 알기 쉽게 나타내기 위하여, “축방향”, “직경방향”이라는 용어를 사용하는 경우가 있다. 축방향은 흡기구(12)를 통과하는 방향(도 2에 있어서 중심축(C)을 나타내는 일점쇄선을 따르는 방향)을 나타내고, 직경방향은 흡기구(12)를 따르는 방향(중심축(C)에 수직인 방향)을 나타낸다. 편의상, 축방향에 관하여 흡기구(12)에 상대적으로 가까운 것을 “상”, 상대적으로 먼 것을 “하”라고 부르는 경우가 있다. 즉, 크라이오펌프(10)의 바닥부로부터 상대적으로 먼 것을 “상”, 상대적으로 가까운 것을 “하”라고 부르는 경우가 있다. 직경방향에 관해서는, 흡기구(12)의 중심(도 2에 있어서 중심축(C))에 가까운 것을 “내”, 흡기구(12)의 둘레가장자리에 가까운 것을 “외”라고 부르는 경우가 있다. 다만, 이러한 표현은 크라이오펌프(10)가 진공챔버에 장착되었을 때의 배치와는 관계되지 않는다. 예를 들면, 크라이오펌프(10)는 연직방향으로 흡기구(12)를 하향으로 하여 진공챔버에 장착되어도 된다.

또, 축방향을 둘러싸는 방향을 “둘레방향”이라고 부르는 경우가 있다. 둘레방향은, 흡기구(12)를 따르는 제2 방향이며, 직경방향에 직교하는 접선방향이다.

크라이오펌프(10)는, 냉동기(16)와, 적어도 하나의 제1 크라이오패널과, 적어도 하나의 제2 크라이오패널과, 크라이오펌프 용기(18)를 구비한다.

냉동기(16)는, 예를 들면 기포드·맥마흔식 냉동기(이른바 GM냉동기) 등의 극저온 냉동기이다. 냉동기(16)는, 제1 스테이지(22), 제1 실린더(23), 제2 스테이지(24), 및 제2 실린더(25)를 구비하는 2단식 냉동기이다. 제1 실린더(23)는, 냉동기(16)의 실온부를 제1 스테이지(22)에 접속한다. 제2 실린더(25)는, 제1 스테이지(22)를 제2 스테이지(24)에 접속하는 접속부분이다.

도시되는 크라이오펌프(10)는, 이른바 가로형의 크라이오펌프이다. 가로형의 크라이오펌프란 일반적으로, 냉동기(16)가 크라이오펌프(10)의 중심축(C)에 교차하도록(통상은 직교하도록) 배치되어 있는 크라이오펌프이다. 냉동기(16)의 제1 실린더(23), 제1 스테이지(22), 제2 실린더(25), 및 제2 스테이지(24)가 이 순서대로 크라이오펌프(10)의 직경방향을 따라 나열되도록 냉동기(16)는 배치되어 있다.

다만, 본 발명은 이른바 세로형의 크라이오펌프에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 세로형의 크라이오펌프란, 냉동기가 크라이오펌프의 축방향을 따라 배치되어 있는 크라이오펌프이다.

냉동기(16)는, 제1 스테이지(22)를 제1 냉각온도로 냉각하고, 제2 스테이지(24)를 제2 냉각온도로 냉각하도록 구성되어 있다. 제2 냉각온도는 제1 냉각온도보다 낮다. 따라서, 제1 스테이지(22) 및 제2 스테이지(24)는 각각, 고온냉각스테이지 및 저온냉각스테이지라고도 칭할 수 있다.

제1 스테이지(22)는, 제1 크라이오패널에 열적으로 결합되어 있으며, 제1 크라이오패널을 제1 냉각온도로 냉각한다. 제2 스테이지(24)는, 제2 크라이오패널에 열적으로 결합되어 있으며, 제2 크라이오패널을 제2 냉각온도로 냉각한다. 제1 스테이지(22) 및 제1 크라이오패널은 예를 들면 65K~120K 정도, 바람직하게는 80K~100K로 냉각된다. 제2 스테이지(24) 및 제2 크라이오패널은 예를 들면 10K~20K 정도로 냉각된다.

크라이오펌프 용기(18)는, 제1 크라이오패널 및 제2 크라이오패널을 수용하는 크라이오펌프(10)의 케이스이다. 또, 크라이오펌프 용기(18)는, 냉동기(16)의 저온부, 즉 제1 실린더(23), 제1 스테이지(22), 제2 실린더(25), 및 제2 스테이지(24)를 수용한다. 크라이오펌프 용기(18)는, 그 내부공간을 기밀하게 유지하는 진공용기이다. 크라이오펌프 용기(18)는, 냉동기(16)의 실온부에 장착된다.

크라이오펌프 용기(18)는, 흡기구(12)를 획정하는 흡기구 플랜지(19)를 구비한다. 흡기구 플랜지(19)는, 크라이오펌프 용기(18)의 전단으로부터 전체둘레에 걸쳐서 직경방향 외측으로 뻗어 있다. 흡기구 플랜지(19)를 이용하여 크라이오펌프(10)가 진공챔버에 장착된다.

제1 크라이오패널은, 방사실드(30)와, 입구 크라이오패널(예를 들면 플레이트부재(32))을 구비한다. 방사실드(30)는 실드 주개구(31)를 갖는다. 실드 주개구(31)는, 평면에서 보았을 때 흡기구(12)에 포함된다. 방사실드(30)는 그 내부에 실드공동(33)을 정한다. 실드공동(33)은, 실드 주개구(31)로부터 축방향으로 연속된다. 방사실드(30)는, 축방향에 있어서 실드 주개구(31)와 반대측에 실드바닥부(34)를 구비한다. 실드공동(33)은, 실드바닥부(34)에서 종단된다. 방사실드(30)의 상세는 후술한다.

입구 크라이오패널은, 크라이오펌프(10)의 외부의 열원에서의 복사열로부터 제2 크라이오패널을 보호하기 위하여, 실드 주개구(31)에 배치되어 있다. 크라이오펌프(10)의 외부의 열원은, 예를 들면, 크라이오펌프(10)가 장착되는 진공챔버 내의 열원이다. 또, 입구 크라이오패널의 표면에는 제1 냉각온도에서 응축되는 가스(예를 들면 물)가 포착된다.

입구 크라이오패널은, 복사열뿐만 아니라 실드공동(33)으로의 가스분자의 진입도 제한한다. 입구 크라이오패널은, 실드 주개구(31)를 통과한 실드공동(33)으로의 가스유입을 원하는 양으로 제한하도록 흡기구(12)의 개구면적의 일부(예를 들면 대부분)를 점유한다.

입구 크라이오패널은, 실드 주개구(31)에 입구 개구부를 형성하는 유공(有孔)부재를 구비한다. 입구 개구부는, 유공부재에 형성되어 있는 적어도 하나의 개구(예를 들면 소공(小孔)(32a))이다. 유공부재는, 실드 주개구(31)를 덮는 단일의 플레이트부재(32)여도 된다. 단일의 플레이트부재(32)를 대신하여, 입구 크라이오패널은, 예를 들면, 복수의 소형 플레이트를 구비해도 되고, 혹은, 동심원형상 또는 격자형상으로 형성된 루버 또는 셰브런을 구비해도 된다.

방사실드(30)는, 축방향 상방에 흡기구 플랜지(19)를 넘어 뻗어 있으며, 따라서 입구 크라이오패널은, 축방향으로 흡기구 플랜지(19)의 상방에 위치한다. 따라서, 방사실드(30)의 전단 및 입구 크라이오패널은, 크라이오펌프 용기(18) 외부에 위치한다. 이렇게 하여, 방사실드(30)는, 크라이오펌프(10)가 장착되는 진공챔버를 향하여 연장되어 있다. 방사실드(30)를 상방으로 뻗게 함으로써, 실드공동(33) 즉 응축층의 수용용적을 축방향으로 넓게 할 수 있다. 단, 이 연장부분의 축방향 길이는, 진공챔버(또는 진공챔버와 크라이오펌프(10) 사이의 게이트밸브)에 간섭하지 않도록 정해져 있다.

플레이트부재(32)는, 실드 주개구(31)를 횡단하는 1매의 평판(예를 들면 원판)이다. 플레이트부재(32)의 치수(예를 들면 직경)는, 실드 주개구(31)의 치수와 거의 동일하다. 방사실드(30)의 전단과 플레이트부재(32)의 사이에는 축방향 및/또는 직경방향으로 약간의 간극이 있어도 된다.

플레이트부재(32)의 전면이 크라이오펌프(10)의 외부공간에 노출되어 있다. 플레이트부재(32)에는 크라이오펌프(10)의 밖에서 안으로의 가스흐름을 허용하는 다수의 소공(32a)이 관통한다. 도시되는 플레이트부재(32)는 그 중심부에 소공(32a)을 갖고 외주부에는 소공(32a)을 갖지 않는다. 그러나, 소공(32a)은 플레이트부재(32)의 외주부에 형성되어 있어도 된다. 소공(32a)은 규칙적으로 배열되어 있다. 소공(32a)은, 직교하는 2개의 직선방향 각각에 있어서 등간격으로 마련되어, 소공(32a)의 격자를 형성한다. 대안으로서, 소공(32a)은, 직경방향 및 둘레방향 각각에 있어서 등간격으로 마련되어 있어도 된다.

소공(32a)의 형상은 예를 들면 원형이지만, 이에 한정되지 않고, 소공(32a)은, 직사각형과 기타 형상을 갖는 개구, 직선형상 또는 곡선형상으로 뻗는 슬릿, 또는 플레이트부재(32)의 외주부에 형성된 노치여도 된다. 소공(32a)의 크기는 명백히 실드 주개구(31)보다 작다.

플레이트부재(32)는 그 외주부에서 조인트블록(29)에 장착되어 있다. 조인트블록(29)은, 방사실드의 전단으로부터 직경방향 내측으로 돌출되는 볼록부이며, 둘레방향으로 등간격(예를 들면 90° 간격)으로 형성되어 있다. 플레이트부재(32)는 적절한 수법으로 조인트블록(29)에 고정된다. 예를 들면, 조인트블록(29) 및 플레이트부재(32)는 각각 볼트구멍(도시하지 않음)을 갖고, 플레이트부재(32)가 조인트블록(29)에 볼트체결된다.

플레이트부재(32)의 이면 및 방사실드(30)의 내면에는, 복사율을 높이는 표면처리 예를 들면 흑체처리가 되어 있어도 된다. 이로써, 플레이트부재(32)의 이면 및 방사실드(30)의 내면의 복사율은 거의 1과 동일하다. 흑색표면은, 예를 들면 구리인 기재의 표면에 흑색크로뮴도금을 함으로써 형성되어도 되고, 흑색도장에 의하여 형성되어도 된다. 이러한 흑색표면은, 크라이오펌프(10)에 진입한 열의 흡수에 기여한다.

한편, 플레이트부재(32)의 전면 및 제2 크라이오패널에는, 외부로부터의 복사열을 반사시키기 위하여, 복사율을 낮게 하는 표면처리가 이루어져 있어도 된다. 이러한 저복사율의 표면은, 예를 들면, 구리인 기재의 표면에 니켈도금을 함으로써 형성되어도 된다.

제2 크라이오패널은, 상세는 후술하는데, 톱크라이오패널(41), 제1 하방 크라이오패널(42), 제2 하방 크라이오패널(43), 보텀크라이오패널(44), 및 접속 크라이오패널(45)을 구비한다. 이들 제2 크라이오패널은, 각각이 제2 스테이지(24)에 열적으로 결합되며, 또한 방사실드(30) 및 플레이트부재(32)와 비접촉으로 실드공동(33)에 배치된다. 톱크라이오패널(41)은, 실드공동(33)을 실드공동 상부(33a)와 실드공동 하부(33b)로 구획한다.

냉동기(16)의 제1 스테이지(22)는, 방사실드(30)의 측부 외면에 직접 장착되어 있다. 이렇게 하여, 방사실드(30)는, 제1 스테이지(22)에 열적으로 결합되며, 따라서 제1 냉각온도로 냉각된다. 다만 방사실드(30)는 적절한 전열부재를 통하여 제1 스테이지(22)에 장착되어도 된다. 또, 냉동기(16)의 제2 스테이지(24) 및 제2 실린더(25)가 방사실드(30)의 측부로부터 실드공동(33)에 삽입되어 있다. 이렇게 하여, 방사실드(30)는, 제2 스테이지(24)를 실드공동(33)에 수용한다.

방사실드(30)는, 크라이오펌프 용기(18)의 복사열로부터 제2 크라이오패널을 보호하기 위하여 마련되어 있다. 방사실드(30)는, 크라이오펌프 용기(18)와 제2 크라이오패널의 사이에 있으며, 제2 크라이오패널을 내포한다. 방사실드(30)는, 크라이오펌프 용기(18)보다 약간 작은 직경을 갖는다. 따라서, 방사실드(30)와 크라이오펌프 용기(18)의 사이에 실드외측 간극(20)이 형성되어, 방사실드(30)는 크라이오펌프 용기(18)와 접촉하고 있지 않다.

방사실드(30)는 그 측부에 적어도 하나의 부개구를 갖는다. 부개구는, 실드외측 간극(20)을 실드공동(33)에 연통시킨다. 예를 들면, 방사실드(30)는, 실드 주슬릿(36)과, 적어도 하나의 실드 보조슬릿(37)을 갖는다. 실드 보조슬릿(37)은, 축방향에 있어서 실드 주슬릿과 상이한 위치에 형성되어 있다. 실드 주슬릿(36) 및 실드 보조슬릿(37)은, 각각 개별적으로 실드외측 간극(20)을 실드공동 하부(33b)에 연통시킨다. 이들 복수의 가스유입구는, 실드공동 하부(33b)에 있어서의 응축층 성장속도의 균일화를 돕는다.

실드 주슬릿(36)은, 방사실드(30)의 소정의 축방향 위치에 형성된 1 이상의 둘레방향으로 가늘고 긴 개구여도 된다. 복수의 가늘고 긴 개구가 둘레방향으로 이산적으로 형성되어 있어도 된다. 마찬가지로, 실드 보조슬릿(37)은, 방사실드(30)의 소정의 축방향 위치에 형성된 1 이상의 둘레방향으로 가늘고 긴 개구여도 된다.

실드 보조슬릿(37)은, 축방향에 있어서 톱크라이오패널(41)과 실드 주슬릿(36)의 사이에 형성되어 있다. 이와 같은 보조적인 가스유입구는, 톱크라이오패널(41)의 바로 아래에 형성되는 빈 스페이스(즉, 실드공동 하부(33b) 중 상방영역)에 실드외측 간극(20)으로부터 가스를 안내한다. 실드 보조슬릿(37)은, 실드공동 하부(33b)에 있어서의 응축층 성장속도의 균일화를 돕는다.

방사실드(30)는, 복수의 파츠에 의하여 전체적으로 통형상의 형상을 이룬다. 방사실드(30)는, 실드 상부(38) 및 실드 하부(40)를 구비한다. 실드 상부(38)는, 양단이 개방된 원통이며, 실드공동 상부(33a)를 포위한다. 실드 하부(40)는, 실드바닥부(34)를 갖는 바닥이 있는 원통이며, 실드공동 하부(33b)를 포위한다. 다만 방사실드(30)는, 실드 주슬릿(36)을 갖는 단일의 바닥이 있는 원통부재여도 된다.

실드 주슬릿(36)은, 실드 상부(38)의 하단과 실드 하부(40)의 상단의 사이로 정해져 있다. 실드 주슬릿(36)은, 축방향 중앙부에 위치하며, 냉동기(16)의 제2 스테이지(24)를 둘레방향으로 둘러싼다.

실드 주슬릿(36)은 주슬릿폭을 갖고, 실드 보조슬릿(37)은 보조슬릿폭을 갖는다. 주슬릿폭은 보조슬릿폭보다 넓다. 여기에서, 슬릿폭이란, 둘레방향에 직교하는 방향에 있어서의 슬릿의 치수(예를 들면, 도 2에 양 화살표로 나타나는 슬릿폭)이다. 예를 들면, 주슬릿폭은, 실드 상부(38)의 하단과 실드 하부(40)의 상단의 거리여도 된다. 보조슬릿폭은, 실드 보조슬릿(37)의 축방향의 치수여도 된다.

실드 상부(38)의 직경은, 실드 하부(40)의 직경보다 조금 작다. 또, 실드 상부(38)의 하단은, 실드 하부(40)의 상단보다 축방향 상방에 있다. 이와 같이 하면, 실드 주슬릿(36)이 흡기구(12)에 노출된다. 이로 인하여, 흡기구(12)로부터 실드외측 간극(20)을 통하여 실드 주슬릿(36)에 들어가는 가스를 늘릴 수 있다. 이것은, 실드공동 하부(33b)에 있어서의 응축층의 성장을 빠르게 하므로, 실드공동 하부(33b)에 있어서의 응축층 성장속도를 실드공동 상부(33a)에서의 그것에 근접시킬 수 있다.

다만, 실드 상부(38)는 실드 하부(40)와 동일 직경이어도 되고, 실드 상부(38)가 큰 직경이어도 된다. 또, 실드 상부(38)가 실드 하부(40)에 들어가, 실드 상부(38)의 하단이 실드 하부(40)의 상단보다 축방향 하방에 있어도 된다. 실드 주슬릿(36)은, 냉동기(16)에 대하여 축방향 상방 또는 하방에 위치해도 된다.

실드 상부(38)는, 2개의 부재, 실드 상부본체(38a)와 실드 링부재(38b)로 분할되어 있다. 실드 링부재(38b)는, 실드 상부본체(38a)의 축방향 하단에 장착되며, 둘레방향으로 뻗어 있다. 실드 링부재(38b)는, 실드 상부본체(38a)를 실드 하부(40)에 축방향으로 접속하는 접속부재이다. 실드 보조슬릿(37)은, 실드 링부재(38b)에 관설(貫說)되어 있다. 이와 같은 분할구성은, 제조 상의 이점을 부여할 수 있다. 예를 들면, 실드 보조슬릿(37)을 갖지 않는 방사실드에 실드 링부재(38b)를 장착함으로써, 실드 보조슬릿(37)을 추가할 수 있다.

다만 실드 상부(38)는 단일의 부재여도 된다. 실드 보조슬릿(37)은 실드 하부(40)에 형성되어 있어도 된다. 실드 상부(38) 및 실드 하부(40) 중 적어도 일방에 복수의 실드 보조슬릿(37)이 마련되어 있어도 된다.

톱크라이오패널(41)은, 축방향에 수직으로 배치된 원판형상의 부재이다. 톱크라이오패널(41)의 전면이 실드공동 상부(33a)를 사이에 두고 플레이트부재(32)의 이면에 대면한다. 톱크라이오패널(41)의 중심부는 냉동기(16)의 제2 스테이지(24)의 상면에 직접 장착되어 있다. 제2 스테이지(24)는 크라이오펌프(10)의 실드공동(33)의 중심부에 위치한다. 이렇게 하여, 실드공동 상부(33a)는 넓은 응축층 수용용적을 부여한다. 톱크라이오패널(41)의 전면에는 활성탄 등의 흡착제는 마련되어 있지 않다. 다만, 톱크라이오패널(41)의 이면에 흡착제가 마련되어 있어도 된다.

톱크라이오패널(41)은 비교적 크다. 톱크라이오패널(41)의 중심으로부터 톱크라이오패널 외주단(41a)으로의 직경방향거리(46)는, 실드 주개구(31)의 중심으로부터 방사실드(30)의 전단으로의 직경방향거리의 70% 이상이다. 즉 톱크라이오패널(41)의 반경은 실드 주개구(31)의 반경의 70% 이상이다. 또, 톱크라이오패널(41)의 직경은 실드 주개구(31)의 직경의 98% 이하이다. 이렇게 하여, 톱크라이오패널(41)이 방사실드(30)에 확실하게 비접촉이 될 수 있다. 톱크라이오패널(41)의 축방향 투영면적은, 실드 주개구(31)의 50%에서 95%까지의 면적, 바람직하게는 73%에서 90%까지의 면적이어도 된다.

톱크라이오패널(41)은, 방사실드(30)와의 사이에 직경방향 간극(50)을 형성한다. 직경방향 간극(50)은, 톱크라이오패널 외주단(41a)과 실드 상부(38)(예를 들면 실드 상부본체(38a))의 사이에 형성되어 있다. 톱크라이오패널 외주단(41a)은, 축방향으로 실드 주슬릿(36)의 상방에 위치한다. 톱크라이오패널(41)은 축방향에 수직인 평판이므로, 톱크라이오패널(41)의 전체가 축방향으로 실드 주슬릿(36)의 상방에 있다.

톱크라이오패널(41)을 제외한 다른 제2 크라이오패널, 즉 제1 하방 크라이오패널(42), 제2 하방 크라이오패널(43), 보텀크라이오패널(44), 및 접속 크라이오패널(45)은, 실드공동 하부(33b)에 배치되어 있다.

톱크라이오패널(41), 제1 하방 크라이오패널(42), 제2 하방 크라이오패널(43), 및 보텀크라이오패널(44) 각각의 중심은, 크라이오펌프(10)의 중심축(C) 상에 있다. 톱크라이오패널(41), 제1 하방 크라이오패널(42), 제2 하방 크라이오패널(43), 및 보텀크라이오패널(44)은 동일축에 배치되어 있다. 접속 크라이오패널(45)은, 중심축(C)의 양측에서 중심축(C)을 따라 배치되어 있다.

제1 하방 크라이오패널(42) 및 제2 하방 크라이오패널(43)이 톱크라이오패널(41)의 하방에 배열되어 있다. 제1 하방 크라이오패널(42)은, 축방향으로 톱크라이오패널(41)과 보텀크라이오패널(44)의 사이에 배치되어 있다. 제2 하방 크라이오패널(43)은, 축방향으로 제1 하방 크라이오패널(42)과 보텀크라이오패널(44)(또는 실드바닥부(34))의 사이에 배치되어 있다.

이들 2개의 크라이오패널은 톱크라이오패널(41)과 형상이 상이하다. 제1 하방 크라이오패널(42)은 원뿔대의 측면의 형상, 이른바 우산형상의 형상을 갖는다. 제2 하방 크라이오패널(43)도 마찬가지로 우산형상이다. 각 하방 크라이오패널에는 활성탄 등의 흡착제가 마련되어 있다. 흡착제는 예를 들면 하방 크라이오패널의 이면에 접착되어 있다. 따라서, 하방 크라이오패널의 전면은 응축면, 이면은 흡착면으로서 기능한다.

제1 하방 크라이오패널(42)은 제1 직경(47)을 갖고, 제2 하방 크라이오패널(43)은 제2 직경(48)을 갖는다. 제2 직경(48)은 제1 직경(47)보다 크다. 즉, 제2 하방 크라이오패널(43)은, 제1 하방 크라이오패널(42)보다 대형의 우산형상 크라이오패널이다.

단, 제1 하방 크라이오패널(42) 및 제2 하방 크라이오패널(43)은 모두, 톱크라이오패널(41)보다 소경이다. 제1 하방 크라이오패널(42)은, 톱크라이오패널 외주단(41a)에 대한 축방향에 평행인 접선(축방향에 평행인 톱크라이오패널(41)에 대한 투영선)(66)보다 직경방향으로 내측에 배치된다(도 4 참조). 제2 하방 크라이오패널(43)은, 톱크라이오패널 외주단(41a)에 대한 축방향에 평행인 접선(66)보다 직경방향으로 내측에 배치된다. 마찬가지로, 제1 하방 크라이오패널(42) 및 제2 하방 크라이오패널(43)은 모두, 보텀크라이오패널(44)보다 소경이다.

제1 하방 크라이오패널(42)은, 방사실드(30)와의 사이에 제1 직경방향 간격(52)을 형성한다. 제1 직경방향 간격(52)은, 제1 하방 크라이오패널 외주단(42a)과 실드 상부(38)(예를 들면 실드 링부재(38b))의 사이에 형성되어 있다. 제1 직경방향 간격(52)은 직경방향 간극(50)보다 넓다. 이렇게 하여, 비교적 넓은 환형상의 응축층 수용용적이 톱크라이오패널(41)의 축방향 바로 아래에 형성된다. 이 용적은 실드공동 하부(33b)의 일부이다.

이 빈 스페이스는 그 상부에서 직경방향 간극(50)을 통하여 실드공동 상부(33a)에 연통되고, 당해 스페이스의 축방향 중앙부에서 실드 보조슬릿(37)을 통하여 실드외측 간극(20)에 연통되며, 당해 스페이스의 하부에서 실드 주슬릿(36)을 통하여 실드외측 간극(20)에 연통된다. 또, 이 스페이스는, 축방향 상방에서 톱크라이오패널(41)의 이면에 인접하고, 직경방향 외측에서 실드 상부(38)에 인접하며, 직경방향 내측에서 제1 하방 크라이오패널측 표면(42b)에 인접한다.

제1 하방 크라이오패널측 표면(42b)은 원뿔형상의 경사면이며, 제1 하방 크라이오패널측 표면(42b)의 직경방향으로 가장 외측에 제1 하방 크라이오패널 외주단(42a)이 있다. 제1 하방 크라이오패널 외주단(42a)은, 제1 하방 크라이오패널(42)의 축방향 하단이기도 하다. 다만 제1 하방 크라이오패널측 표면(42b)은 원통면이어도 된다. 제1 하방 크라이오패널측 표면(42b)의 축방향 상단으로부터 직경방향 내측에는 제1 하방 크라이오패널 중심부(42c)가 있다. 제1 하방 크라이오패널 중심부(42c)는, 냉동기(16)의 제2 스테이지(24)의 상면에 직접 장착되고, 제2 스테이지(24)에 열적으로 결합된다.

제1 하방 크라이오패널 외주단(42a)은, 실드 주개구(31)로부터 시인 불능이도록 톱크라이오패널(41)에 가려 있다. 이와 같이, 제1 하방 크라이오패널 외주단(42a)은, 톱크라이오패널 외주단(41a)에 대하여 직경방향으로 상당히 내측에 위치한다. 이로써, 톱크라이오패널(41) 바로 아래의 스페이스를 넓게 할 수 있다.

제1 하방 크라이오패널 외주단(42a)은, 축방향에 있어서 톱크라이오패널(41)과 실드 주슬릿(36)의 사이에 위치한다. 따라서 제1 하방 크라이오패널(42)은, 실드 보조슬릿(37)과 마찬가지로, 실드 주슬릿(36)의 상방에 위치한다. 이로써, 제1 하방 크라이오패널(42)은, 실드 보조슬릿(37)으로부터 들어오는 가스를 효율적으로 수용할 수 있다. 또, 실드 주슬릿(36)으로부터 실드공동 하부(33b)로 비스듬하게 하향으로 들어오는 가스의 대부분이 제1 하방 크라이오패널 외주단(42a)의 하측을 통과한다. 따라서, 이 가스를 제2 하방 크라이오패널(43)로 향하게 할 수 있다.

제2 하방 크라이오패널(43)은, 방사실드(30)와의 사이에 제2 직경방향 간격(54)을 형성한다. 제2 직경방향 간격(54)은, 제2 하방 크라이오패널 외주단(43a)과 실드 하부(40)의 사이에 형성되어 있다. 제2 직경방향 간격(54)은 직경방향 간극(50)보다 넓다. 이렇게 하여, 비교적 넓은 환형상의 응축층 수용용적이 형성된다. 이 용적은 실드공동 하부(33b)의 일부이며, 톱크라이오패널(41) 바로 아래의 스페이스와 함께 환형상 공간부(60)를 형성한다.

이 빈 스페이스는 그 상부에서 직경방향 외측에 실드 주슬릿(36)을 통하여 실드외측 간극(20)에 연통되고, 당해 스페이스의 상부에서 직경방향 내측으로 중심공간부(56)에 연통되며, 당해 스페이스의 하부에서 바닥부 간극(58)에 연통된다. 이 스페이스는, 직경방향 외측에서 실드 하부(40)에 인접하고, 직경방향 내측에서 제2 하방 크라이오패널측 표면(43b) 및 접속 크라이오패널(45)에 인접하며, 축방향 하방에서 보텀크라이오패널(44) 및 실드바닥부(34)에 인접한다.

제2 하방 크라이오패널측 표면(43b)은 원뿔형상의 경사면이며, 제2 하방 크라이오패널측 표면(43b)의 직경방향으로 가장 외측에 제2 하방 크라이오패널 외주단(43a)이 있다. 제2 하방 크라이오패널측 표면(43b)의 축방향 상단으로부터 직경방향 내측에는 제2 하방 크라이오패널 중심부(43c)가 있다. 제2 하방 크라이오패널 중심부(43c)는, 제2 하방 크라이오패널(43)의 축방향 상단이기도 하다. 제2 하방 크라이오패널 중심부(43c)는, 접속 크라이오패널(45)에 장착되어 있다. 제2 하방 크라이오패널(43)은, 접속 크라이오패널(45)을 통하여 제2 스테이지(24)에 열적으로 결합된다.

보텀크라이오패널(44)은, 축방향에 수직으로 배치된 원판형상의 부재이다. 보텀크라이오패널(44)은 그 양면에 흡착제를 구비해도 된다. 보텀크라이오패널(44)은, 실드바닥부(34)와의 사이에 바닥부 간극(58)을 형성한다.

보텀크라이오패널(44)은, 축방향으로 실드 주슬릿(36)의 하방에 위치하는 보텀크라이오패널 외주단(44a)을 구비한다. 보텀크라이오패널(44)은 실드바닥부(34)에 근접하다. 보텀크라이오패널 외주단(44a)으로부터 방사실드(30)(예를 들면 실드바닥부(34))로의 거리(65)는, 실드 주슬릿(36)의 폭과 동일한 정도(예를 들면 2배 이내)이다. 이로써, 어느 정도의 가스를 바닥부 간극(58)으로 유도할 수 있다. 또, 보텀크라이오패널(44)은, 보텀크라이오패널 중심개구(44b)를 갖는다.

접속 크라이오패널(45)은, 제2 스테이지(24)로부터 보텀크라이오패널(44)로 뻗어 있고 보텀크라이오패널(44)을 제2 스테이지(24)에 열적으로 결합한다. 접속 크라이오패널(45)의 상단이 제2 스테이지(24)에 장착되며, 하단이 보텀크라이오패널(44)에 장착되어 있다.

접속 크라이오패널(45)은, 제2 스테이지(24)의 직경방향 양측을 축방향으로 뻗어 있는 1세트의 가늘고 긴 판형상부재이다. 그들 판형상부재의 서로 마주보는 내면의 사이에 중심공간부(56)가 형성되어 있다. 중심공간부(56)는, 접속 크라이오패널(45)의 내면에 직경방향으로 인접하고 또한 제2 스테이지(24)의 하방에 축방향으로 인접한다. 중심공간부(56)도 또한, 응축층 수용용적으로서 이용 가능하다.

상술한 설명에 더하여, 크라이오펌프(10)는, 또한 몇 개의 현저한 구조적 특징을 실장하고 있다. 이들 특징도 또한 흡장한계의 향상에 기여한다. 그러한 특징을 도 3 내지 도 5를 참조하여 다음에 설명한다.

도 3에 나타나는 바와 같이, 제1 하방 크라이오패널(42)의 축방향 하단과 제2 하방 크라이오패널(43)의 축방향 상단의 축방향 크라이오패널 간격(62)은, 톱크라이오패널(41)의 중심으로부터 톱크라이오패널 외주단(41a)으로의 직경방향거리의 40% 이상이다. 즉 축방향 크라이오패널 간격(62)은, 톱크라이오패널(41)의 직경의 20% 이상이다. 이와 같이 2개의 크라이오패널을 이간함으로써, 실드공동 하부(33b)에 있어서 축방향으로 비교적 넓은 응축층 수용용적을 제공할 수 있다.

환형상 공간부(60)는, 톱크라이오패널 외주단(41a)과 보텀크라이오패널 외주단(44a)의 사이에 형성되어 있다. 톱크라이오패널 외주단(41a)은, 환형상 공간부(60)를 사이에 두고 보텀크라이오패널 외주단(44a)과 직접 마주본다. 톱크라이오패널(41)은 실드 주슬릿(36)의 상방에 위치하기 때문에, 환형상 공간부(60)는 실드 주슬릿(36)의 축방향 양측으로 넓어지는 비교적 넓은 응축층 수용용적을 초래한다.

톱크라이오패널 외주단(41a)으로부터 보텀크라이오패널 외주단(44a)으로의 축방향 간극(63)은, 톱크라이오패널(41)의 중심으로부터 톱크라이오패널 외주단(41a)으로의 직경방향거리(예를 들면 톱크라이오패널(41)의 반경) 이상이다. 이것은, 환형상 공간부(60)를 넓게 하는 것을 돕는다. 또, 축방향 간극(63)은, 톱크라이오패널 외주단(41a)으로부터 실드바닥부(34)로의 축방향거리보다 짧다. 이렇게 하여, 보텀크라이오패널(44)을 실드바닥부(34)와 비접촉으로 배치할 수 있다.

중심공간부(56)는, 제1 하방 크라이오패널(42)과 제2 하방 크라이오패널(43)의 축방향 크라이오패널 간격(62)을 통하여 환형상 공간부(60)에 연통된다. 중심공간부(56)에 환형상 공간부(60)로부터 가스를 수용할 수 있으므로, 중심공간부(56)를 응축층 수용용적으로서 유효하게 이용할 수 있다.

또, 중심공간부(56)는, 보텀크라이오패널 중심개구(44b)를 통하여 바닥부 간극(58)에 연통된다. 이것도, 중심공간부(56)로의 가스유입에 기여한다.

도 4에 나타나는 바와 같이, 환형상 공간부(60)는, 크라이오패널 무배치영역(cryopanel-less zone)(64)을 포함한다. 직경방향에 대해서는, 크라이오패널 무배치영역(64)은, 제2 하방 크라이오패널 외주단(43a)에 대한 축방향에 평행인 접선(67)과 톱크라이오패널 외주단(41a)에 대한 축방향에 평행인 접선(66)의 사이에 획정된다. 축방향에 대해서는, 크라이오패널 무배치영역(64)은, 톱크라이오패널(41)과, 보텀크라이오패널(44)(또는 제2 하방 크라이오패널(43))의 사이에 획정된다. 크라이오패널 무배치영역(64)은, 둘레방향으로 뻗어 있는 환형상의 구역이다.

제1 하방 크라이오패널 외주단(42a)은 크라이오패널 무배치영역(64)보다 직경방향으로 내측에 위치하며, 따라서 제1 하방 크라이오패널(42)은 크라이오패널 무배치영역(64)보다 직경방향으로 내측에 위치한다. 접속 크라이오패널(45)도 또한, 크라이오패널 무배치영역(64)보다 직경방향으로 내측에 위치한다. 크라이오펌프(10)에 있어서는, 크라이오패널 무배치영역(64)에 삽입되는 크라이오패널은 존재하지 않는다.

전형적인 크라이오펌프는, 가스흡장량을 늘리기 위하여, 다수의 크라이오패널이 조밀하게 배열된다. 그 경우, 크라이오패널끼리의 간극은 상당히 좁아진다. 응축층이 크라이오패널 상에 성장될 때, 크라이오패널 간극의 입구에 응축이 집중되기 쉽다. 입구가 응축층에 의하여 막혀, 크라이오패널 간극의 심부에 공소가 남겨진다. 따라서, 다수의 크라이오패널을 조밀하게 배열한다는 상식적인 설계에 근거하는 한, 크라이오펌프 내부공간의 이용효율을 충분히 향상시킬 수 없다.

이에 대하여, 크라이오펌프(10)에 있어서는, 크라이오패널 무배치영역(64)을 확보하도록, 소수의 제2 크라이오패널이 크라이오패널 무배치영역(64)의 외부에 배치되어 있다. 이로써, 크라이오펌프 내부공간의 이용률을 높여, 크라이오펌프(10)의 흡장한계를 향상시킬 수 있다.

다만, 크라이오패널 무배치영역(64)은, 제1 하방 크라이오패널 외주단(42a)에 대한 축방향에 평행인 접선(68)과 톱크라이오패널 외주단(41a)에 대한 축방향에 평행인 접선(66)의 사이에 획정되어도 된다. 제2 하방 크라이오패널 외주단(43a)은, 크라이오패널 무배치영역(64)보다 직경방향으로 내측에 위치해도 된다.

소정의 제2 크라이오패널로의 응축층 성장속도는, 그 제2 크라이오패널의 근방에 위치하는 가스유입구의 크기(예를 들면 슬릿폭)에 상관이 있다. 예를 들면, 슬릿폭이 크면, 그 슬릿에 대면하는 제2 크라이오패널에 응축층은 빠르게 성장한다. 또, 응축층 성장속도는, 가스유입구와 제2 크라이오패널의 거리에도 영향을 받는다. 거리가 가까우면 그 제2 크라이오패널에 가스응축이 집중되어, 응축층은 빠르게 성장한다.

따라서, 소정의 가스유입구로부터 제2 크라이오패널까지의 거리를 그 가스유입구의 크기에 따라 조정함으로써, 그 제2 크라이오패널로의 응축층 성장속도를 조정할 수 있다. 예를 들면, 넓은 가스유입구에 대면하는 제2 크라이오패널은 그 넓은 가스유입구로부터 멀리 배치되고, 다른 좁은 가스유입구에 대면하는 다른 제2 크라이오패널은 그 좁은 가스유입구의 근처에 배치된다. 이와 같이 하면, 가스유입구의 크기의 차에 의한 2개의 제2 크라이오패널의 응축층 성장속도차가, 거리에 따른 응축층 성장속도차와 서로 상쇄된다. 이렇게 하여, 2개의 제2 크라이오패널의 응축층 성장속도를 균일화할 수 있다.

실드 주슬릿(36)으로부터 제2 하방 크라이오패널(43)로의 제2 거리(예를 들면, 도 3에 나타나는 실드 주슬릿(36)의 법선(70))는, 실드 보조슬릿(37)으로부터 제1 하방 크라이오패널(42)로의 제1 거리(예를 들면, 도 2에 나타나는 제1 직경방향 간격(52))보다 길다. 이에 더하여, 상술과 같이, 실드 주슬릿(36)은 실드 보조슬릿(37)보다 폭넓다. 이와 같이 하면, 제1 하방 크라이오패널(42)과 제2 하방 크라이오패널(43)에서 응축층의 성장속도의 차를 작게 할 수 있다.

가스유입구에 대한 제2 크라이오패널의 각도위치도 또한, 제2 크라이오패널로의 응축층 성장속도에 영향을 준다. 예를 들면, 제2 크라이오패널이 슬릿의 법선 상에 위치하면(즉 크라이오패널이 슬릿에 대면하면), 응축층은 빠르게 성장한다. 반대로, 제2 크라이오패널이 슬릿의 법선으로부터 벗어난 장소에 위치하면, 응축층은 느리게 성장한다.

도 3에 나타나는 바와 같이, 제2 하방 크라이오패널(43)은, 실드 주슬릿(36)의 법선(70)에 교차하도록 배치되어 있다. 이와 같이 하여, 제2 하방 크라이오패널(43)은, 실드 주슬릿(36)의 정면에 배치되어 있다. 이것은, 제2 하방 크라이오패널(43)의 가스응축을 촉진시키는 것에 기여한다. 다만 제1 하방 크라이오패널(42)이 실드 보조슬릿(37)의 법선에 교차하도록 배치되어 있어도 된다.

직경방향에 대한 실드 보조슬릿(37)의 법선의 각도(도시한 실시형태의 경우, 법선은 직경방향과 일치하고, 각도는 제로)는, 직경방향에 대한 실드 주슬릿(36)의 법선(70)의 각도보다 작다. 이와 같이 하여, 실드 보조슬릿(37)의 법선은, 직경방향 또는 직경방향에 가까운 방향을 향하고, 실드 주슬릿(36)의 법선(70)은, 직경방향으로부터 먼 방향 또는 축방향을 향하고 있다. 이로써, 실드 보조슬릿(37)으로부터 들어오는 가스를 제1 하방 크라이오패널(42)로 향하게 하고, 실드 주슬릿(36)으로부터 들어오는 가스를 제2 하방 크라이오패널(43)로 향하게 할 수 있다.

또, 실드 주슬릿(36)의 법선(70)과 제2 하방 크라이오패널측 표면(43b)의 법선의 각도(도시한 실시형태의 경우, 양자는 일치하고, 각도는 제로)는, 실드 주슬릿(36)의 법선(70)과 제1 하방 크라이오패널측 표면(42b)의 법선의 각도보다 작아도 된다. 또, 실드 보조슬릿(37)의 법선과 제1 하방 크라이오패널측 표면(42b)의 법선의 각도는, 실드 보조슬릿(37)의 법선과 제2 하방 크라이오패널측 표면(43b)의 법선(도시한 실시형태의 경우, 실드 주슬릿(36)의 법선(70))의 각도보다 작아도 된다. 이와 같이 하여, 실드 보조슬릿(37)의 정면에 제1 하방 크라이오패널(42)이 배치되며, 실드 주슬릿(36)의 정면에 제2 하방 크라이오패널(43)이 배치되어도 된다.

“흡장한곗값(gas capacity limit value)”인 파라미터가, 크라이오패널끼리의 응축층 성장속도의 균일화의 설계를 위하여 이용되어도 된다. 흡장한곗값은, 슬릿폭, 슬릿과 크라이오패널의 거리, 및 슬릿에 대한 크라이오패널의 각도위치에 근거하여 계산된다.

소정의 크라이오패널과 소정의 가스유입구의 조합에 대한 흡장한곗값은, 다음 식으로 계산되어도 된다.

흡장한곗값=L/(S·cosθ)

여기에서, L은 슬릿폭, S는 슬릿과 크라이오패널의 대표점의 거리, θ는 슬릿에 대한 크라이오패널의 대표점의 각도위치를 나타낸다.

이 흡장한곗값이 크면, 그 크라이오패널에서의 응축층 성장속도는 크다. 각 크라이오패널에 대하여 흡장한곗값이 동일한 정도이면, 각 크라이오패널에 응축층이 균일하게 성장하게 된다.

예로서, 실드 주슬릿(36)과 제2 하방 크라이오패널(43)의 조합에 대한 제2 주슬릿 흡장한곗값은, 도 5를 참조하여 다음의 순서로 계산된다. 먼저 실드 주슬릿(36)의 단면 양단을 선분(L)으로 연결한다. 선분(L)의 중심(즉 실드 주슬릿(36)의 중심)으로부터 법선(R)(즉 실드 주슬릿(36)의 법선)을 긋는다. 중심이 직선(R) 상에 있고, 선분(L)의 양단을 통과하며, 제2 하방 크라이오패널(43)에 접하는 원(P)을 만든다. 제2 하방 크라이오패널(43)과 원(P)의 접점을 제2 하방 크라이오패널(43)의 “대표점”으로 한다. 선분(L)의 중심과 제2 하방 크라이오패널(43)의 대표점을 연결하는 선분(S)을 긋는다.

이때, 제2 주슬릿 흡장한곗값은, 다음 식으로 정의되어도 된다.

제2 주슬릿 흡장한곗값=l/(s·cosθ)

여기에서, l은 선분(L)의 길이(즉 주슬릿폭), s는 선분(S)의 길이(즉 실드 주슬릿(36)과 제2 하방 크라이오패널(43)의 대표점의 거리), θ는 법선(R)과 선분(S)의 각도(즉 실드 주슬릿(36)에 대한 제2 하방 크라이오패널(43)의 대표점의 각도위치)를 나타낸다. 다만 도 5의 경우, 선분(S)은 법선(R)과 일치하므로, θ=90°이다.

다만, 소정의 크라이오패널의 “대표점”은, 그 크라이오패널의 끝점 또는 중앙점 등, 임의의 위치여도 된다.

실드 주슬릿(36)과 제1 하방 크라이오패널(42)의 조합에 대한 제1 주슬릿 흡장한곗값도 동일한 방법으로 계산된다. 이 경우, 중심이 직선(R) 상에 있으며, 선분(L)의 양단을 통과하여, 제1 하방 크라이오패널(42)에 접하는 원(P’)을 만든다. 제1 하방 크라이오패널(42)과 원(P’)의 접점을 제1 하방 크라이오패널(42)의 “대표점”으로 한다. 선분(L)의 중심과 제1 하방 크라이오패널(42)의 대표점을 연결하는 선분(S’)을 긋는다. 도시한 실시형태의 경우, 대표점은 제1 하방 크라이오패널 외주단(42a)에 일치한다. 제1 주슬릿 흡장한곗값은, 다음 식으로 정의되어도 된다.

제1 주슬릿 흡장한곗값=l/(s’·cosθ’)

여기에서, s’는 선분(S’)의 길이(즉 실드 주슬릿(36)과 제1 하방 크라이오패널(42)의 대표점의 거리), θ’는 법선(R)과 선분(S’)의 각도(즉 실드 주슬릿(36)에 대한 제1 하방 크라이오패널(42)의 대표점의 각도위치)를 나타낸다. 다만, 간명화를 위하여 도 5에 있어서, 원(P’) 및 선분(S’)의 도시를 생략한다.

마찬가지로 하여, 실드 보조슬릿(37)과 제1 하방 크라이오패널(42)의 조합에 대한 제1 보조슬릿 흡장한곗값은, 보조슬릿폭, 실드 보조슬릿(37)으로부터 제1 하방 크라이오패널(42)로의 거리, 및 실드 보조슬릿(37)에 대한 제1 하방 크라이오패널(42)의 각도위치에 근거하여 계산된다. 실드 보조슬릿(37)과 제2 하방 크라이오패널(43)의 조합에 대한 제2 보조슬릿 흡장한곗값은, 보조슬릿폭, 실드 보조슬릿(37)으로부터 제2 하방 크라이오패널(43)로의 거리, 및 실드 보조슬릿(37)에 대한 제2 하방 크라이오패널(43)의 각도위치에 근거하여 계산된다.

크라이오펌프(10)에 있어서는, 제1 합계 흡장한곗값이 제2 합계 흡장한곗값과 실질적으로 동일하다. 제1 합계 흡장한곗값은, 제1 보조슬릿 흡장한곗값과 제1 주슬릿 흡장한곗값의 합이다. 제2 합계 흡장한곗값은, 제2 보조슬릿 흡장한곗값과 제2 주슬릿 흡장한곗값의 합이다. 이와 같이 각 크라이오패널의 흡장한곗값의 합이 동일해지도록 크라이오펌프를 설계함으로써, 크라이오패널 간에서 응축층 성장속도를 균일화할 수 있다.

제1 합계 흡장한곗값과 제2 합계 흡장한곗값의 차는, 제1 합계 흡장한곗값의 예를 들면 5% 이내, 3% 이내, 또는 1% 이내여도 된다.

상기의 구성의 크라이오펌프(10)에 의한 동작을 이하에 설명한다. 크라이오펌프(10)의 작동 시에는, 먼저 그 작동 전에 다른 적당한 러핑펌프로 진공챔버 내부를 예를 들면 1Pa 정도까지 러프펌핑한다. 그 후 크라이오펌프(10)를 작동시킨다. 냉동기(16)의 구동에 의하여 제1 스테이지(22) 및 제2 스테이지(24)가 냉각되고, 이들에 열적으로 결합되어 있는 제1 크라이오패널 및 제2 크라이오패널도 냉각된다. 제1 크라이오패널 및 제2 크라이오패널은 각각, 제1 냉각온도 및 제2 냉각온도로 냉각된다.

진공챔버로부터 크라이오펌프(10)를 향하는 가스의 일부는 플레이트부재(32)에 충돌하고, 다른 일부는 플레이트부재(32)의 소공(32a)을 통하여 실드공동 상부(33a)에 진입한다. 또, 가스의 다른 일부는, 플레이트부재(32)의 주위의 실드외측 간극(20)으로부터 실드 주슬릿(36) 또는 실드 보조슬릿(37)을 통하여 실드공동 하부(33b)에 진입한다.

제1 냉각온도에서 증기압이 충분히 낮아지는 제1종 가스(예를 들면 물)는 제1 크라이오패널의 표면에 응축된다. 제2 냉각온도에서 증기압이 충분히 낮아지는 제2종 가스(예를 들면 아르곤)는 제2 크라이오패널의 표면에 응축된다. 제2 냉각온도에서도 증기압이 충분히 낮아지지 않는 제3종 가스(예를 들면 수소)는 제2 크라이오패널 상에서 냉각된 흡착제에 흡착된다. 이렇게 하여 크라이오펌프(10)는 진공챔버를 배기하여, 원하는 진공도를 실현할 수 있다.

크라이오펌프(10)에 있어서는, 다양한 구조적 특징을 실장함으로써, 제2종 가스의 응축층 성장속도가 균일화되어 있다. 따라서, 특정 크라이오패널(예를 들면 톱크라이오패널(41))에만 집중적으로 제2종 가스가 응축되는 것이 회피된다. 각각의 크라이오패널에 균일하게 제2종 가스가 응축되어, 크라이오펌프 내부공간의 이용률이 매우 높다. 제2종 가스의 응축층이 성장하여 제1 크라이오패널에 접촉할 때, 실드공동(33)에 공소는 거의 남아 있지 않다. 따라서, 크라이오펌프(10)의 흡장한계가 향상된다.

이상, 본 발명을 실시예에 근거하여 설명했다. 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 다양한 설계 변경이 가능하며, 다양한 변형예가 가능한 것, 또 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은, 당업자에게 이해되는바이다.

예를 들면, 톱크라이오패널과 입구 크라이오패널의 사이에 적어도 하나의 추가되는 제2 크라이오패널이 마련되어 있어도 된다. 보텀크라이오패널과 실드바닥부의 사이에 적어도 하나의 추가되는 제2 크라이오패널이 마련되어 있어도 된다. 추가되는 제2 크라이오패널은, 톱크라이오패널 및/또는 보텀크라이오패널보다 소형(예를 들면 소경)이어도 된다.

톱크라이오패널과 이것에 인접하는 적어도 하나의 제2 크라이오패널(예를 들면 제1 하방 크라이오패널)이 일체의 크라이오패널부재를 형성해도 된다. 보텀크라이오패널과 이것에 인접하는 적어도 하나의 제2 크라이오패널(예를 들면 제2 하방 크라이오패널)이 일체의 크라이오패널부재를 형성해도 된다.

보텀크라이오패널 및 제2 하방 크라이오패널 중 일방이 마련되어 있지 않아도 된다. 제2 하방 크라이오패널이 보텀크라이오패널을 겸해도 된다. 혹은, 보텀크라이오패널 및 제2 하방 크라이오패널의 양방이 마련되어 있지 않아도 된다. 그것과 함께 또는 그것을 대신하여, 제1 하방 크라이오패널이 마련되어 있지 않아도 된다.

방사실드(30) 등의 제1 크라이오패널, 및/또는 톱크라이오패널(41) 등의 제2 크라이오패널의 축방향에 수직인 단면은, 비원형이어도 되고, 예를 들면, 직사각형 등의 다각형 또는 타원이어도 된다.

본 발명의 실시형태는 이하와 같이 표현할 수도 있다.

1. 크라이오펌프 흡기구를 갖는 크라이오펌프 용기와,

상기 크라이오펌프 용기에 수용되는 고온냉각스테이지 및 저온냉각스테이지를 구비하는 냉동기와,

상기 크라이오펌프 흡기구에 실드 주개구를 갖고 상기 실드 주개구로부터 축방향으로 연속하는 실드공동을 정하여, 상기 고온냉각스테이지에 열적으로 결합되며 또한 상기 저온냉각스테이지를 상기 실드공동에 수용하는 방사실드로서, 상기 크라이오펌프 용기와의 사이에 실드외측 간극을 형성하는 방사실드와,

각각이 상기 저온냉각스테이지에 열적으로 결합되며 또한 상기 방사실드와 비접촉으로 상기 실드공동에 배치되는 복수의 크라이오패널을 구비하고,

상기 방사실드는, 상기 실드외측 간극을 상기 실드공동에 연통시키는 실드 주슬릿을 가지며,

상기 복수의 크라이오패널은, 상기 축방향으로 상기 실드 주슬릿의 상방에 위치하는 톱크라이오패널 외주단을 구비하는 톱크라이오패널과, 상기 축방향으로 상기 실드 주슬릿의 하방에 위치하는 보텀크라이오패널 외주단을 구비하는 보텀크라이오패널을 포함하고,

상기 톱크라이오패널 외주단은, 상기 보텀크라이오패널 외주단과의 사이에 환형상 공간부를 형성하여, 상기 환형상 공간부를 사이에 두고 상기 보텀크라이오패널 외주단과 직접 마주보는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.

2. 상기 톱크라이오패널 외주단으로부터 상기 보텀크라이오패널 외주단으로의 축방향거리는, 상기 톱크라이오패널의 중심으로부터 상기 톱크라이오패널 외주단으로의 직경방향거리 이상인 것을 특징으로 하는 실시형태 1에 기재된 크라이오펌프.

3. 상기 방사실드는, 상기 실드 주개구를 획정하는 실드전단을 구비하고,

상기 톱크라이오패널의 중심으로부터 상기 톱크라이오패널 외주단으로의 직경방향거리는, 상기 실드 주개구의 중심으로부터 상기 실드전단으로의 직경방향거리의 70% 이상인 것을 특징으로 하는 실시형태 1 또는 2에 기재된 크라이오펌프.

4. 상기 보텀크라이오패널 외주단으로부터 상기 방사실드로의 거리는, 상기 실드 주슬릿의 폭의 2배 이내인 것을 특징으로 하는 실시형태 1 내지 3 중 어느 하나에 기재된 크라이오펌프.

5. 상기 복수의 크라이오패널은, 상기 축방향으로 상기 톱크라이오패널과 상기 보텀크라이오패널의 사이에 배치되는 제1 하방 크라이오패널과, 상기 축방향으로 상기 제1 하방 크라이오패널과 상기 보텀크라이오패널의 사이에 배치되는 제2 하방 크라이오패널을 더 포함하고,

상기 제1 하방 크라이오패널의 축방향 하단과 상기 제2 하방 크라이오패널의 축방향 상단의 축방향 크라이오패널 간격은, 상기 톱크라이오패널의 중심으로부터 상기 톱크라이오패널 외주단으로의 직경방향거리의 40% 이상인 것을 특징으로 하는 실시형태 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 크라이오펌프.

6. 상기 제1 하방 크라이오패널은, 상기 실드 주개구로부터 시인 불능이도록 상기 톱크라이오패널에 가려 있는 것을 특징으로 하는 실시형태 5에 기재된 크라이오펌프.

7. 상기 제2 하방 크라이오패널은, 상기 톱크라이오패널 외주단에 대한 축방향에 평행인 접선보다 직경방향으로 내측에 배치되는 것을 특징으로 하는 실시형태 5 또는 6에 기재된 크라이오펌프.

8. 상기 냉동기는, 직경방향을 따라 배치되며,

상기 복수의 크라이오패널은, 상기 저온냉각스테이지로부터 상기 보텀크라이오패널로 뻗어 있어 상기 보텀크라이오패널을 상기 저온냉각스테이지에 열적으로 결합하는 접속 크라이오패널을 더 포함하고,

상기 접속 크라이오패널의 내면에 직경방향으로 인접하고 또한 상기 저온냉각스테이지의 하방에 상기 축방향으로 인접하는 중심공간부가 형성되는 것을 특징으로 하는 실시형태 1 내지 7 중 어느 하나에 기재된 크라이오펌프.

9. 상기 복수의 크라이오패널은, 상기 축방향으로 상기 톱크라이오패널과 상기 보텀크라이오패널의 사이에 배치되는 제1 하방 크라이오패널과, 상기 축방향으로 상기 제1 하방 크라이오패널과 상기 보텀크라이오패널의 사이에 배치되는 제2 하방 크라이오패널을 더 포함하고,

상기 중심공간부는, 상기 제1 하방 크라이오패널의 축방향 하단과 상기 제2 하방 크라이오패널의 축방향 상단의 축방향 크라이오패널 간격을 통하여 상기 환형상 공간부에 연통되는 것을 특징으로 하는 실시형태 8에 기재된 크라이오펌프.

10. 상기 방사실드는, 상기 축방향에 있어서 상기 실드 주개구와 반대측에 실드바닥부를 구비하고,

상기 보텀크라이오패널은, 보텀크라이오패널 중심개구를 가지며,

상기 중심공간부는, 상기 보텀크라이오패널 중심개구를 통하여 상기 실드바닥부와 상기 보텀크라이오패널의 바닥부의 간극에 연통되는 것을 특징으로 하는 실시형태 8 또는 9에 기재된 크라이오펌프.

11. 상기 복수의 크라이오패널은, 상기 축방향으로 상기 톱크라이오패널과 상기 보텀크라이오패널의 사이에 배치되는 제1 하방 크라이오패널과, 상기 축방향으로 상기 제1 하방 크라이오패널과 상기 보텀크라이오패널의 사이에 배치되는 제2 하방 크라이오패널을 더 포함하고,

상기 톱크라이오패널 외주단은, 상기 방사실드와의 사이에 직경방향 간극을 형성하며,

상기 제1 하방 크라이오패널은, 상기 방사실드와의 사이에 상기 직경방향 간극보다 넓은 제1 직경방향 간격을 형성하는 제1 하방 크라이오패널 외주단을 구비하고, 상기 제2 하방 크라이오패널은, 상기 방사실드와의 사이에 상기 직경방향 간극보다 넓은 제2 직경방향 간격을 형성하는 제2 하방 크라이오패널 외주단을 구비하며,

상기 환형상 공간부는, 상기 제1 하방 크라이오패널 외주단과 상기 제2 하방 크라이오패널 외주단 중 일방에 대한 상기 축방향에 평행인 접선과 상기 톱크라이오패널 외주단에 대한 상기 축방향에 평행인 접선의 사이에 획정되는 크라이오패널 무배치영역을 포함하고,

상기 제1 하방 크라이오패널 외주단과 상기 제2 하방 크라이오패널 외주단 중 타방은, 상기 크라이오패널 무배치영역보다 직경방향으로 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 실시형태 1 내지 10 중 어느 하나에 기재된 크라이오펌프.

12. 상기 톱크라이오패널은, 상기 실드공동을 실드공동 상부와 실드공동 하부로 구획하고,

상기 방사실드는, 상기 축방향에 있어서 상기 실드 주슬릿과 상이한 위치에 형성되어 상기 실드외측 간극을 상기 실드공동 하부에 연통시키는 실드 보조슬릿을 더 갖는 것을 특징으로 하는 실시형태 1 내지 11 중 어느 하나에 기재된 크라이오펌프.

13. 상기 실드 보조슬릿은, 상기 축방향에 있어서 상기 톱크라이오패널과 상기 실드 주슬릿의 사이에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실시형태 12에 기재된 크라이오펌프.

14. 상기 방사실드는, 상기 실드공동 상부를 포위하는 실드 상부와, 상기 실드공동 하부를 포위하는 실드 하부를 구비하고,

상기 실드 주슬릿은, 상기 실드 상부의 하단과 상기 실드 하부의 상단의 사이로 정해지며,

상기 실드 보조슬릿은, 상기 실드 상부의 하단에 관설되어 있는 것을 특징으로 하는 실시형태 13에 기재된 크라이오펌프.

15. 상기 톱크라이오패널은, 상기 방사실드와의 사이에 직경방향 간극을 형성하고,

상기 복수의 크라이오패널은, 상기 실드공동 하부에 배치되는 제1 하방 크라이오패널을 더 포함하며,

상기 제1 하방 크라이오패널은, 상기 방사실드와의 사이에 제1 직경방향 간격을 형성하는 제1 하방 크라이오패널 외주단을 구비하고, 상기 제1 직경방향 간격은 상기 직경방향 간극보다 넓은 것을 특징으로 하는 실시형태 12 내지 14 중 어느 하나에 기재된 크라이오펌프.

16. 상기 제1 하방 크라이오패널 외주단은, 상기 실드 주개구로부터 시인 불능이도록 상기 톱크라이오패널에 가려 있는 것을 특징으로 하는 실시형태 15에 기재된 크라이오펌프.

17. 상기 제1 하방 크라이오패널 외주단은, 상기 축방향에 있어서 상기 톱크라이오패널과 상기 실드 주슬릿의 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 실시형태 15 또는 16에 기재된 크라이오펌프.

18. 상기 방사실드는, 상기 축방향에 있어서 상기 실드 주개구와 반대측에 실드바닥부를 구비하고,

상기 복수의 크라이오패널은, 상기 축방향에 있어서 상기 제1 하방 크라이오패널과 상기 실드바닥부의 사이에 배치되는 제2 하방 크라이오패널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시형태 15 내지 17 중 어느 하나에 기재된 크라이오펌프.

19. 상기 실드 주슬릿은 주슬릿폭을 갖고, 상기 실드 보조슬릿은 보조슬릿폭을 가지며, 상기 주슬릿폭은 상기 보조슬릿폭보다 넓고,

상기 실드 주슬릿으로부터 상기 제2 하방 크라이오패널로의 제2 거리는, 상기 실드 보조슬릿으로부터 상기 제1 하방 크라이오패널로의 제1 거리보다 긴 것을 특징으로 하는 실시형태 18에 기재된 크라이오펌프.

20. 상기 보조슬릿폭, 상기 제1 거리, 및 상기 실드 보조슬릿에 대한 상기 제1 하방 크라이오패널의 각도위치에 근거하는 제1 보조슬릿 흡장한곗값과, 상기 주슬릿폭, 상기 실드 주슬릿으로부터 상기 제1 하방 크라이오패널로의 거리, 및 상기 실드 주슬릿에 대한 상기 제1 하방 크라이오패널의 각도위치에 근거하는 제1 주슬릿 흡장한곗값의 합인 제1 합계 흡장한곗값이, 상기 주슬릿폭, 상기 제2 거리, 및 상기 실드 주슬릿에 대한 상기 제2 하방 크라이오패널의 각도위치에 근거하는 제2 주슬릿 흡장한곗값과, 상기 보조슬릿폭, 상기 실드 보조슬릿으로부터 상기 제2 하방 크라이오패널로의 거리, 및 상기 실드 보조슬릿에 대한 상기 제2 하방 크라이오패널의 각도위치에 근거하는 제2 보조슬릿 흡장한곗값의 합인 제2 합계 흡장한곗값과 동일한 것을 특징으로 하는 실시형태 19에 기재된 크라이오펌프.

21. 상기 제1 하방 크라이오패널은 제1 직경을 갖고, 상기 제2 하방 크라이오패널은 제2 직경을 가지며, 상기 제2 직경은 상기 제1 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 실시형태 18 내지 20 중 어느 하나에 기재된 크라이오펌프.

22. 상기 제2 하방 크라이오패널은, 상기 실드 주슬릿의 법선에 교차하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 실시형태 18 내지 21 중 어느 하나에 기재된 크라이오펌프.

23. 상기 제1 하방 크라이오패널은, 제1 하방 크라이오패널측 표면을 갖고, 상기 제2 하방 크라이오패널은, 제2 하방 크라이오패널측 표면을 가지며,

상기 실드 주슬릿의 법선과 상기 제2 하방 크라이오패널측 표면의 법선의 각도는, 상기 실드 주슬릿의 법선과 상기 제1 하방 크라이오패널측 표면의 법선의 각도보다 작고,

상기 실드 보조슬릿의 법선과 상기 제1 하방 크라이오패널측 표면의 법선의 각도는, 상기 실드 보조슬릿의 법선과 상기 제2 하방 크라이오패널측 표면의 법선의 각도보다 작은 것을 특징으로 하는 실시형태 18 내지 22 중 어느 하나에 기재된 크라이오펌프.

24. 직경방향에 대한 상기 실드 보조슬릿의 법선의 각도는, 직경방향에 대한 상기 실드 주슬릿의 법선의 각도보다 작은 것을 특징으로 하는 실시형태 12 내지 23 중 어느 하나에 기재된 크라이오펌프.

25. 상기 톱크라이오패널은, 상기 실드공동을 실드공동 상부와 실드공동 하부로 구획하고,

상기 복수의 크라이오패널은, 상기 실드공동 하부에 배치되는 제1 하방 크라이오패널을 포함하며,

상기 톱크라이오패널은, 상기 방사실드와의 사이에 직경방향 간극을 형성하고,

상기 제1 하방 크라이오패널은, 상기 방사실드와의 사이에 제1 직경방향 간격을 형성하는 제1 하방 크라이오패널 외주단을 구비하며, 상기 제1 직경방향 간격은 상기 직경방향 간극보다 넓은 것을 특징으로 하는 실시형태 1 내지 11 중 어느 하나에 기재된 크라이오펌프.

26. 상기 제1 하방 크라이오패널 외주단은, 상기 실드 주개구로부터 시인 불능이도록 상기 톱크라이오패널에 가려 있는 것을 특징으로 하는 실시형태 25에 기재된 크라이오펌프.

27. 상기 제1 하방 크라이오패널 외주단은, 상기 축방향에 있어서 상기 톱크라이오패널과 상기 실드 주슬릿의 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 실시형태 25 내지 26에 기재된 크라이오펌프.

28. 상기 방사실드는, 상기 축방향에 있어서 상기 실드 주슬릿과 상이한 위치에 형성되어 상기 실드외측 간극을 상기 실드공동 하부에 연통시키는 실드 보조슬릿을 더 갖는 것을 특징으로 하는 실시형태 25 내지 27 중 어느 하나에 기재된 크라이오펌프.

29. 상기 실드 보조슬릿은, 상기 축방향에 있어서 상기 톱크라이오패널과 상기 실드 주슬릿의 사이에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실시형태 28에 기재된 크라이오펌프.

30. 상기 방사실드는, 상기 실드공동 상부를 포위하는 실드 상부와, 상기 실드공동 하부를 포위하는 실드 하부를 구비하고,

상기 실드 주슬릿은, 상기 실드 상부의 하단과 상기 실드 하부의 상단의 사이로 정해지며,

상기 실드 보조슬릿은, 상기 실드 상부의 하단에 관설되어 있는 것을 특징으로 하는 실시형태 29에 기재된 크라이오펌프.

31. 직경방향에 대한 상기 실드 보조슬릿의 법선의 각도는, 직경방향에 대한 상기 실드 주슬릿의 법선의 각도보다 작은 것을 특징으로 하는 실시형태 28 내지 30 중 어느 하나에 기재된 크라이오펌프.

32. 상기 방사실드는, 상기 축방향에 있어서 상기 실드 주개구와 반대측에 실드바닥부를 구비하고,

상기 복수의 크라이오패널은, 상기 축방향에 있어서 상기 제1 하방 크라이오패널과 상기 실드바닥부의 사이에 배치되는 제2 하방 크라이오패널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시형태 28 내지 31 중 어느 하나에 기재된 크라이오펌프.

33. 상기 실드 주슬릿은 주슬릿폭을 갖고, 상기 실드 보조슬릿은 보조슬릿폭을 가지며, 상기 주슬릿폭은 상기 보조슬릿폭보다 넓고,

상기 실드 주슬릿으로부터 상기 제2 하방 크라이오패널로의 제2 거리는, 상기 실드 보조슬릿으로부터 상기 제1 하방 크라이오패널로의 제1 거리보다 긴 것을 특징으로 하는 실시형태 32에 기재된 크라이오펌프.

34. 상기 보조슬릿폭, 상기 제1 거리, 및 상기 실드 보조슬릿에 대한 상기 제1 하방 크라이오패널의 각도위치에 근거하는 제1 보조슬릿 흡장한곗값과, 상기 주슬릿폭, 상기 실드 주슬릿으로부터 상기 제1 하방 크라이오패널로의 거리, 및 상기 실드 주슬릿에 대한 상기 제1 하방 크라이오패널의 각도위치에 근거하는 제1 주슬릿 흡장한곗값의 합인 제1 합계 흡장한곗값이, 상기 주슬릿폭, 상기 제2 거리, 및 상기 실드 주슬릿에 대한 상기 제2 하방 크라이오패널의 각도위치에 근거하는 제2 주슬릿 흡장한곗값과, 상기 보조슬릿폭, 상기 실드 보조슬릿으로부터 상기 제2 하방 크라이오패널로의 거리, 및 상기 실드 보조슬릿에 대한 상기 제2 하방 크라이오패널의 각도위치에 근거하는 제2 보조슬릿 흡장한곗값의 합인 제2 합계 흡장한곗값과 동일한 것을 특징으로 하는 실시형태 33에 기재된 크라이오펌프.

35. 상기 제1 하방 크라이오패널은 제1 직경을 갖고, 상기 제2 하방 크라이오패널은 제2 직경을 가지며, 상기 제2 직경은 상기 제1 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 실시형태 32 내지 34 중 어느 하나에 기재된 크라이오펌프.

36. 상기 제2 하방 크라이오패널은, 상기 실드 주슬릿의 법선에 교차하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 실시형태 32 내지 35 중 어느 하나에 기재된 크라이오펌프.

37. 상기 제1 하방 크라이오패널은, 제1 하방 크라이오패널측 표면을 갖고, 상기 제2 하방 크라이오패널은, 제2 하방 크라이오패널측 표면을 가지며,

상기 실드 주슬릿의 법선과 상기 제2 하방 크라이오패널측 표면의 법선의 각도는, 상기 실드 주슬릿의 법선과 상기 제1 하방 크라이오패널측 표면의 법선의 각도보다 작고,

상기 실드 보조슬릿의 법선과 상기 제1 하방 크라이오패널측 표면의 법선의 각도는, 상기 실드 보조슬릿의 법선과 상기 제2 하방 크라이오패널측 표면의 법선의 각도보다 작은 것을 특징으로 하는 실시형태 32 내지 36 중 어느 하나에 기재된 크라이오펌프.

10 크라이오펌프
12 흡기구
16 냉동기
18 크라이오펌프 용기
20 실드외측 간극
22 제1 스테이지
24 제2 스테이지
30 방사실드
31 실드 주개구
32 플레이트부재
33 실드공동
33a 실드공동 상부
33b 실드공동 하부
34 실드바닥부
36 실드 주슬릿
37 실드 보조슬릿
38 실드 상부
40 실드 하부
41 톱크라이오패널
41a 톱크라이오패널 외주단
42 제1 하방 크라이오패널
42a 제1 하방 크라이오패널 외주단
42b 제1 하방 크라이오패널측 표면
43 제2 하방 크라이오패널
43a 제2 하방 크라이오패널 외주단
43b 제2 하방 크라이오패널측 표면
44 보텀크라이오패널
44a 보텀크라이오패널 외주단
44b 보텀크라이오패널 중심개구
45 접속 크라이오패널
50 직경방향 간극
52 제1 직경방향 간격
54 제2 직경방향 간격
56 중심공간부
58 바닥부 간극
60 환형상 공간부
62 축방향 크라이오패널 간격

Claims (11)

1. 크라이오펌프 흡기구를 갖는 크라이오펌프 용기와,
   상기 크라이오펌프 용기에 수용되는 고온냉각스테이지 및 저온냉각스테이지를 구비하는 냉동기와,
   상기 크라이오펌프 흡기구에 실드 주개구를 갖고 상기 실드 주개구로부터 축방향으로 연속하는 실드공동을 정하여, 상기 고온냉각스테이지에 열적으로 결합되며 또한 상기 저온냉각스테이지를 상기 실드공동에 수용하는 방사실드로서, 상기 크라이오펌프 용기와의 사이에 실드외측 간극을 형성하는 방사실드와,
   각각이 상기 저온냉각스테이지에 열적으로 결합되며 또한 상기 방사실드와 비접촉으로 상기 실드공동에 배치되는 복수의 크라이오패널을 구비하고,
   상기 방사실드는, 상기 실드외측 간극을 상기 실드공동에 연통시키는 실드 주슬릿을 가지며,
   상기 복수의 크라이오패널은, 상기 축방향으로 상기 실드 주슬릿의 상방에 위치하는 톱크라이오패널 외주단을 구비하는 톱크라이오패널과, 상기 축방향으로 상기 실드 주슬릿의 하방에 위치하는 보텀크라이오패널 외주단을 구비하는 보텀크라이오패널과, 상기 축방향으로 상기 톱크라이오패널과 상기 보텀크라이오패널의 사이에 배치되는 제1 하방 크라이오패널과, 상기 축방향으로 상기 제1 하방 크라이오패널과 상기 보텀크라이오패널의 사이에 배치되는 제2 하방 크라이오패널을 포함하고,
   상기 톱크라이오패널 외주단은, 상기 보텀크라이오패널 외주단과의 사이에 환형상 공간부를 형성하여, 상기 제1 하방 크라이오패널과 상기 제2 하방 크라이오패널 각각의 외주단이 상기 환형상 공간부보다 직경방향 내측에 있으며, 상기 환형상 공간부를 사이에 두고 상기 보텀크라이오패널 외주단과 직접 마주보는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 톱크라이오패널 외주단으로부터 상기 보텀크라이오패널 외주단으로의 축방향거리는, 상기 톱크라이오패널의 중심으로부터 상기 톱크라이오패널 외주단으로의 직경방향거리 이상인 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 방사실드는, 상기 실드 주개구를 획정하는 실드전단을 구비하고,
   상기 톱크라이오패널의 중심으로부터 상기 톱크라이오패널 외주단으로의 직경방향거리는, 상기 실드 주개구의 중심으로부터 상기 실드전단으로의 직경방향거리의 70% 이상인 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 보텀크라이오패널 외주단으로부터 상기 방사실드로의 거리는, 상기 실드 주슬릿의 폭의 2배 이내인 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
5. 크라이오펌프 흡기구를 갖는 크라이오펌프 용기와,
   상기 크라이오펌프 용기에 수용되는 고온냉각스테이지 및 저온냉각스테이지를 구비하는 냉동기와,
   상기 크라이오펌프 흡기구에 실드 주개구를 갖고 상기 실드 주개구로부터 축방향으로 연속하는 실드공동을 정하여, 상기 고온냉각스테이지에 열적으로 결합되며 또한 상기 저온냉각스테이지를 상기 실드공동에 수용하는 방사실드로서, 상기 크라이오펌프 용기와의 사이에 실드외측 간극을 형성하는 방사실드와,
   각각이 상기 저온냉각스테이지에 열적으로 결합되며 또한 상기 방사실드와 비접촉으로 상기 실드공동에 배치되는 복수의 크라이오패널을 구비하고,
   상기 방사실드는, 상기 실드외측 간극을 상기 실드공동에 연통시키는 실드 주슬릿을 가지며,
   상기 복수의 크라이오패널은, 상기 축방향으로 상기 실드 주슬릿의 상방에 위치하는 톱크라이오패널 외주단을 구비하는 톱크라이오패널과, 상기 축방향으로 상기 실드 주슬릿의 하방에 위치하는 보텀크라이오패널 외주단을 구비하는 보텀크라이오패널을 포함하고,
   상기 톱크라이오패널 외주단은, 상기 보텀크라이오패널 외주단과의 사이에 환형상 공간부를 형성하여, 상기 환형상 공간부를 사이에 두고 상기 보텀크라이오패널 외주단과 직접 마주보며,
   상기 복수의 크라이오패널은, 상기 축방향으로 상기 톱크라이오패널과 상기 보텀크라이오패널의 사이에 배치되는 제1 하방 크라이오패널과, 상기 축방향으로 상기 제1 하방 크라이오패널과 상기 보텀크라이오패널의 사이에 배치되는 제2 하방 크라이오패널을 더 포함하고,
   상기 제1 하방 크라이오패널의 축방향 하단과 상기 제2 하방 크라이오패널의 축방향 상단의 축방향 크라이오패널 간격은, 상기 톱크라이오패널의 중심으로부터 상기 톱크라이오패널 외주단으로의 직경방향거리의 40% 이상인 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제1 하방 크라이오패널은, 상기 실드 주개구로부터 시인 불능이도록 상기 톱크라이오패널에 가려 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
   상기 제2 하방 크라이오패널은, 상기 톱크라이오패널 외주단에 대한 축방향에 평행인 접선보다 직경방향으로 내측에 배치되는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 냉동기는, 직경방향을 따라 배치되며,
   상기 복수의 크라이오패널은, 상기 저온냉각스테이지로부터 상기 보텀크라이오패널로 뻗어 있어 상기 보텀크라이오패널을 상기 저온냉각스테이지에 열적으로 결합하는 접속 크라이오패널을 더 포함하고,
   상기 접속 크라이오패널의 내면에 직경방향으로 인접하고 또한 상기 저온냉각스테이지의 하방에 상기 축방향으로 인접하는 중심공간부가 형성되는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 복수의 크라이오패널은, 상기 축방향으로 상기 톱크라이오패널과 상기 보텀크라이오패널의 사이에 배치되는 제1 하방 크라이오패널과, 상기 축방향으로 상기 제1 하방 크라이오패널과 상기 보텀크라이오패널의 사이에 배치되는 제2 하방 크라이오패널을 더 포함하고,
   상기 중심공간부는, 상기 제1 하방 크라이오패널의 축방향 하단과 상기 제2 하방 크라이오패널의 축방향 상단의 축방향 크라이오패널 간격을 통하여 상기 환형상 공간부에 연통되는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 방사실드는, 상기 축방향에 있어서 상기 실드 주개구와 반대측에 실드바닥부를 구비하고,
    상기 보텀크라이오패널은, 보텀크라이오패널 중심개구를 가지며,
    상기 중심공간부는, 상기 보텀크라이오패널 중심개구를 통하여 상기 실드바닥부와 상기 보텀크라이오패널의 바닥부의 간극에 연통되는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
11. 크라이오펌프 흡기구를 갖는 크라이오펌프 용기와,
    상기 크라이오펌프 용기에 수용되는 고온냉각스테이지 및 저온냉각스테이지를 구비하는 냉동기와,
    상기 크라이오펌프 흡기구에 실드 주개구를 갖고 상기 실드 주개구로부터 축방향으로 연속하는 실드공동을 정하여, 상기 고온냉각스테이지에 열적으로 결합되며 또한 상기 저온냉각스테이지를 상기 실드공동에 수용하는 방사실드로서, 상기 크라이오펌프 용기와의 사이에 실드외측 간극을 형성하는 방사실드와,
    각각이 상기 저온냉각스테이지에 열적으로 결합되며 또한 상기 방사실드와 비접촉으로 상기 실드공동에 배치되는 복수의 크라이오패널을 구비하고,
    상기 방사실드는, 상기 실드외측 간극을 상기 실드공동에 연통시키는 실드 주슬릿을 가지며,
    상기 복수의 크라이오패널은, 상기 축방향으로 상기 실드 주슬릿의 상방에 위치하는 톱크라이오패널 외주단을 구비하는 톱크라이오패널과, 상기 축방향으로 상기 실드 주슬릿의 하방에 위치하는 보텀크라이오패널 외주단을 구비하는 보텀크라이오패널을 포함하고,
    상기 톱크라이오패널 외주단은, 상기 보텀크라이오패널 외주단과의 사이에 환형상 공간부를 형성하여, 상기 환형상 공간부를 사이에 두고 상기 보텀크라이오패널 외주단과 직접 마주보며,
    상기 복수의 크라이오패널은, 상기 축방향으로 상기 톱크라이오패널과 상기 보텀크라이오패널의 사이에 배치되는 제1 하방 크라이오패널과, 상기 축방향으로 상기 제1 하방 크라이오패널과 상기 보텀크라이오패널의 사이에 배치되는 제2 하방 크라이오패널을 더 포함하고,
    상기 톱크라이오패널 외주단은, 상기 방사실드와의 사이에 직경방향 간극을 형성하며,
    상기 제1 하방 크라이오패널은, 상기 방사실드와의 사이에 상기 직경방향 간극보다 넓은 제1 직경방향 간격을 형성하는 제1 하방 크라이오패널 외주단을 구비하고, 상기 제2 하방 크라이오패널은, 상기 방사실드와의 사이에 상기 직경방향 간극보다 넓은 제2 직경방향 간격을 형성하는 제2 하방 크라이오패널 외주단을 구비하며,
    상기 환형상 공간부는, 상기 제1 하방 크라이오패널 외주단과 상기 제2 하방 크라이오패널 외주단 중 일방에 대한 상기 축방향에 평행인 접선과 상기 톱크라이오패널 외주단에 대한 상기 축방향에 평행인 접선의 사이에 획정되는 크라이오패널 무배치영역을 포함하고,
    상기 제1 하방 크라이오패널 외주단과 상기 제2 하방 크라이오패널 외주단 중 타방은, 상기 크라이오패널 무배치영역보다 직경방향으로 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.

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