TW201734314A - 低溫泵、低溫泵控制裝置及低溫泵控制方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供低溫泵、低溫泵控制裝置及低溫泵控制方法。本發明的課題為縮短低溫泵的冷卻時間。低溫泵(10)具備：第1段目標溫度選擇部(112)，其具備通常模式用的通常目標溫度、和比通常目標溫度低之降溫模式用的降溫目標溫度，前述通常模式將第1段低溫板及第2段低溫板分別保持在極低溫區域，前述降溫模式將第1段低溫板及第2段低溫板分別從室溫冷卻至極低溫區域，目前運轉模式為通常模式的情況下，選擇通常目標溫度作為第1段目標溫度，目前運轉模式為降溫模式的情況下，至少暫時選擇前述降溫目標溫度作為第1段目標溫度；及第1段溫度控制部(114)，依據所選擇之第1段目標溫度來控制第1段低溫板溫度。

Description

低溫泵、低溫泵控制裝置及低溫泵控制方法

本申請主張基於2016年3月22日申請之日本專利申請第2016-057050號的優先權。該日本申請之全部內容藉由參閱援用於本說明書中。

本發明係有關低溫泵、低溫泵控制裝置及低溫泵控制方法。

在現場安裝新的低溫泵時，將低溫泵從室溫冷卻至極低溫，開始進行真空排氣運轉。並且，眾所周知，低溫泵為氣體積存式真空泵，因此為了向外部排出所積存的氣體，是以一定頻率進行再生。再生處理通常包括升溫製程、排出製程以及冷卻製程。當冷卻製程結束時，再度開始低溫泵的真空排氣運轉。這種作為準備真空排氣運轉的低溫泵的冷卻也被稱為降溫(cool down)。

(先前技術文獻) (專利文獻)

專利文獻1：日本特開2013-170568號公報

低溫泵是極低溫冷凍機的主要用途之一，在冷凍機的高溫段與低溫段之間需要較大的溫度差，這一方面與其它用途不同。但是，冷卻低溫泵時要在短時間內形成這種溫度差並不簡單。例如，當高溫段到達目標冷卻溫度時，如果低溫段尚未到達目標溫度的話，必須將高溫段保持目標溫度並進一步繼續冷卻低溫段。這種降溫最終階段的溫度調整需要一定程度的時間。尤其，在高溫段與低溫段需要較大的溫度差的情況下，溫度調整所需的時間變長。由於降溫成為低溫泵的停機時間，因此在短時間內進行為較佳。

本發明的一態樣的例示性目的之一，是為了縮短低溫泵的冷卻時間。

依本發明的一態樣，低溫泵具備：第1段低溫板；第2段低溫板；第1段目標溫度選擇部，其具備通常模式用的通常目標溫度、和比前述通常目標溫度低之降溫模式用的降溫目標溫度，前述通常模式將前述第1段低溫板及前述第2段低溫板分別保持在極低溫區域，前述降溫模式將前述第1段低溫板及前述第2段低溫板分別從室溫冷卻至極低溫區域，且低於，目前運轉模式為前述通常模式的情況下，選擇前述通常目標溫度作為第1段目標溫度，目前 運轉模式為前述降溫模式的情況下，至少暫時選擇前述降溫目標溫度作為第1段目標溫度；及第1段溫度控制部，依據所選擇之第1段目標溫度來控制第1段低溫板溫度。

依據本發明的一態樣，低溫泵控制裝置具備：第1段目標溫度選擇部，其具備通常模式用的通常目標溫度、和比前述通常目標溫度低之降溫模式用的降溫目標溫度，前述通常模式將第1段低溫板及第2段低溫板分別保持在極低溫區域，前述降溫模式將前述第1段低溫板及前述第2段低溫板分別從室溫冷卻至前述極低溫區域，目前運轉模式為前述通常模式的情況下，選擇前述通常目標溫度作為第1段目標溫度，目前運轉模式為前述降溫模式的情況下，至少暫時選擇前述降溫目標溫度作為第1段目標溫度；及第1段溫度控制部，依據所選擇之第1段目標溫度來控制第1段低溫板溫度。

依據本發明的一態樣，低溫泵控制方法具備：依據目前運轉模式選擇第1段目標溫度的步驟；及依據所選擇之第1段目標溫度控制第1段低溫板溫度的步驟。將第1段低溫板及第2段低溫板分別從室溫冷卻至極低溫區域的降溫模式用的降溫目標溫度，是比將前述第1段低溫板及前述第2段低溫板分別保持在前述極低溫區域的通常模式用的通常目標溫度低，前述目前運轉模式為前述降溫模式的情況下，至少暫時使用前述降溫目標溫度。

另外，在裝置、方法、系統、電腦程式、儲存電腦程式的記錄媒體等之間互相替換以上的構成要件的任意組合 或本發明的構成要件或表現的方式，作為本發明的態樣亦是有效的。

依本發明能夠縮短低溫泵的冷卻時間。

10‧‧‧低溫泵

18‧‧‧第1段低溫板

19‧‧‧第2段低溫板

100‧‧‧控制裝置

112‧‧‧第1段目標溫度選擇部

114‧‧‧第1段溫度控制部

120‧‧‧階段決定部

第1圖概略地表示一實施形態之低溫泵。

第2圖概略地表示一實施形態之低溫泵控制裝置的結構。

第3圖表示一實施形態之第1段目標溫度表。

第4圖係用於說明低溫泵的運轉方法之流程圖。

第5圖例示典型的降溫運轉中的溫度曲線。

第6圖係表示一實施形態之低溫泵控制方法之流程圖。

第7圖例示一實施形態之降溫運轉中的溫度曲線。

第8圖概略地表示另一實施形態之低溫泵控制裝置的結構。

第9圖表示另一實施形態之第1段目標溫度表。

第10圖係表示另一實施形態之低溫泵控制方法之流程圖。

以下，參閱圖式對本發明的實施形態進行詳細說明。 另外，在說明中對相同元件標註相同元件符號並適當省略重複說明。並且，以下所述之結構為示例，並不對本發明的範圍做任何限定。

第1圖係概略地表示一實施形態之低溫泵10之圖。低溫泵10例如安裝於離子植入裝置或濺鍍裝置等的真空腔室，用於使真空腔室內部的真空度提高至所希望的程序中所要求的水準。

低溫泵10具有用於接收氣體的吸氣口12。吸氣口12是進入低溫泵10的內部空間14的入口。從安裝有低溫泵10的真空腔室通過吸氣口12，使待排氣的氣體進入低溫泵10的內部空間14。

另外，以下為了明確表示低溫泵10的構成要件的位置關係，有時使用“軸向”、“徑向”這樣的術語。軸向表示通過吸氣口12的方向，徑向表示沿著吸氣口12的方向。為方便說明，將軸向上相對吸氣口12較近的稱為“上”，將相對較遠的稱為“下”。亦即，將離低溫泵10的底部相對較遠的稱為“上”，將相對較近的稱為“下”。徑向上，有時將靠近吸氣口12的中心的稱為“內”，將靠近吸氣口12的周緣的稱為“外”。另外，這種表現方式與低溫泵10安裝於真空腔室時的配置無關。例如，低溫泵10的吸氣口12亦可在鉛直方向上朝下安裝於真空腔室。

低溫泵10具備冷卻系統15、第1段低溫板18及第2段低溫板19。冷卻系統15構成為冷卻第1段低溫板18及第2段低溫板19。冷卻系統15具備冷凍機16和壓縮 機36。

冷凍機16為例如吉福德-麥克馬洪式冷凍機(所謂GM冷凍機)等極低溫冷凍機。冷凍機16為具備第1冷卻台20、第2冷卻台21、第1缸體22、第2缸體23、第1置換器24以及第2置換器25的二段式冷凍機。藉此，冷凍機16的高溫段具備第1冷卻台20、第1缸體22以及第1置換器24。冷凍機16的低溫段具備第2冷卻台21、第2缸體23以及第2置換器25。因此，以下亦將第1冷卻台20及第2冷卻台21分別稱為高溫段的低溫端及低溫段的低溫端。

第1缸體22與第2缸體23串列連接。第1冷卻台20設置於第1缸體22與第2缸體23的結合部。第2缸體23連結第1冷卻台20和第2冷卻台21。第2冷卻台21設置於第2缸體23的末端。在第1缸體22及第2缸體23各自的內部，將第1置換器24及第2置換器25配設成可沿冷凍機16的長度方向(第1圖中左右方向)移動。第1置換器24與第2置換器25連結成能夠一體地移動。第1置換器24及第2置換器25上分別組裝有第1蓄冷器及第2蓄冷器(未圖示)。

冷凍機16的室溫部設置有驅動機構17。驅動機構17，是以第1置換器24及第2置換器25各自在第1缸體22及第2缸體23的內部能夠往復移動的方式連接於第1置換器24及第2置換器25。並且，驅動機構17包括切換工作氣體的流路的流路切換機構，以便週期性重複工作 氣體的吸入和吐出。流路切換機構包括例如閥部和驅動閥部的驅動部。閥部包括例如旋轉閥，驅動部包括用於使旋轉閥旋轉的馬達。馬達可以為例如AC馬達或者DC馬達。並且，流路切換機構可以為藉由線性馬達驅動的直動式機構。

冷凍機16經由高壓導管34及低壓導管35連接於壓縮機36。冷凍機16使從壓縮機36供給的高壓工作氣體(例如氦氣)在內部膨脹，而在第1冷卻台20及第2冷卻台21產生寒冷。壓縮機36回收在冷凍機16中膨脹的工作氣體並再度加壓以供給至冷凍機16。

具體而言，首先驅動機構17使高壓導管34與冷凍機16的內部空間連通。高壓工作氣體從壓縮機36通過高壓導管34供給至冷凍機16。若冷凍機16的內部空間被高壓工作氣體充滿，則驅動機構17切換流路，以使冷凍機16的內部空間與低壓導管35連通。藉此使工作氣體膨脹。膨脹的工作氣體被回收至壓縮機36。與這種工作氣體的供給/排出同步，第1置換器24及第2置換器25各自在第1缸體22及第2缸體23的內部往復移動。藉由重複這種熱循環，冷凍機16在第1冷卻台20及第2冷卻台21產生寒冷。

冷凍機16構成為，將第1冷卻台20冷卻至第1溫度水準，將第2冷卻台21冷卻至第2溫度水準。第2溫度水準為低於第1溫度水準的低溫。例如，第1冷卻台20冷卻至60K~130K左右，或者65K~120K左右，或者冷 卻至80K~100K為較佳，第2冷卻台21冷卻至10K~20K左右。

冷凍機16構成為，使工作氣體通過高溫段向低溫段流動。亦即，從壓縮機36流入的工作氣體從第1缸體22流入第2缸體23。此時，工作氣體藉由第1置換器24及其蓄冷器被冷卻至第1冷卻台20的溫度。如此般冷卻後的工作氣體被供給至低溫段。因此，從壓縮機36導入到冷凍機16的高溫段的工作氣體溫度不會明顯影響低溫段的冷卻能力是可期待的。

圖示之低溫泵10為所謂的臥式低溫泵。臥式低溫泵通常為將冷凍機16配設成與低溫泵10的軸向交叉(通常為正交)的低溫泵。

第2段低溫板19設置於低溫泵10的內部空間14的中心部。第2段低溫板19包括例如複數個板構件26。板構件26各自具有例如圓錐台的側面形狀，即傘狀的形狀。各板構件26上通常設置有活性碳等的吸附劑(未圖示)。吸附劑黏著在例如板構件26的背面。如此般，第2段低溫板19具備用於吸附氣體分子的吸附區域。

板構件26安裝於板安裝構件28。板安裝構件28安裝於第2冷卻台21。如此般，第2段低溫板19與第2冷卻台21熱連接。藉此，第2段低溫板19被冷卻至第2溫度水準。

第1段低溫板18具備放射屏蔽件30和入口低溫板32。第1段低溫板18以包圍第2段低溫板19的方式設置 於第2段低溫板19的外側。第1段低溫板18與第1冷卻台20熱連接，第1段低溫板18被冷卻至第1溫度水準。

放射屏蔽件30的設置，主要是為了保護第2段低溫板19避免受來自低溫泵10的殼體38的輻射熱。放射屏蔽件30位於殼體38與第2段低溫板19之間，並包圍第2段低溫板19。放射屏蔽件30的軸向上端朝向吸氣口12開放。放射屏蔽件30具有軸向下端被封閉的筒形(例如圓筒)的形狀，而形成為杯狀。放射屏蔽件30的側面具有用於安裝冷凍機16的孔，第2冷卻台21從此處插入到放射屏蔽件30中。在該安裝孔的外周部，第1冷卻台20固定於放射屏蔽件30的外表面。如此般，放射屏蔽件30與第1冷卻台20熱連接。

入口低溫板32設置於第2段低溫板19的軸向上方，在吸氣口12沿徑向配置。入口低溫板32的外周部固定於放射屏蔽件30的開口端，並與放射屏蔽件30熱連接。入口低溫板32例如形成為百葉窗結構或者入字形結構。入口低溫板32也可以形成為以放射屏蔽件30的中心軸為中心的同心圓狀，或者形成為格子狀等的其他形狀。

入口低溫板32的設置，是為了將進入到吸氣口12的氣體進行排氣。在入口低溫板32的溫度下冷凝的氣體(例如水分)，在其表面被捕捉。並且，入口低溫板32的設置，是為了保護第2段低溫板19避免受來自低溫泵10的外部的熱源(例如，安裝有低溫泵10的真空腔室內的熱源)的輻射熱。不僅限制輻射熱亦限制氣體分子的進 入。入口低溫板32佔據吸氣口12的開口面積的一部分，以便將通過吸氣口12進入到內部空間14的氣體流入限制在所期望的量。

低溫泵10具備殼體38。殼體38為用於隔開低溫泵10的內部與外部的真空容器。殼體38構成為氣密地保持低溫泵10的內部空間14的壓力。殼體38中收容有第1段低溫板18和冷凍機16。殼體38設置於第1段低溫板18的外側，包圍第1段低溫板18。並且，殼體38收容冷凍機16。亦即，殼體38為包圍第1段低溫板18及第2段低溫板19的低溫泵容器。

殼體38以與第1段低溫板18及冷凍機16的低溫部非接觸的方式固定於冷凍機16的室溫部(例如驅動機構17)。殼體38的外表面暴露於外部環境，溫度是比被冷卻的第1段低溫板18的溫度高(例如室溫程度)。

並且，殼體38具備從其開口端朝向徑向外側延伸的吸氣口凸緣56。吸氣口凸緣56為用於將低溫泵10安裝於安裝對象的真空腔室的凸緣。在真空腔室的開口設置有閘閥(未圖示)，吸氣口凸緣56安裝於該閘閥。如此般，閘閥位於入口低溫板32的軸向上方。例如將低溫泵10再生時閘閥被關閉，低溫泵10將真空腔室進行排氣時閘閥被開啟。

低溫泵10具備用於測定第1冷卻台20的溫度的第1溫度感測器90和用於測定第2冷卻台21的溫度的第2溫度感測器92。第1溫度感測器90安裝於第1冷卻台20。 第2溫度感測器92安裝於第2冷卻台21。另外，第1溫度感測器90也可以安裝於第1段低溫板18。第2溫度感測器92也可以安裝於第2段低溫板19。

並且，低溫泵10具備低溫泵控制裝置(以下亦稱為控制裝置)100。控制裝置100可以與低溫泵10一體設置，亦可以構成為與低溫泵10不同個體的控制裝置。

控制裝置100，是為了低溫泵10的真空排氣運轉、再生運轉以及降溫運轉而控制冷凍機16。控制裝置100接收包括第1溫度感測器90及第2溫度感測器92的各種感測器的測定結果。控制裝置100依據這樣的測定結果，對給與冷凍機16的控制指令進行運算。

控制裝置100控制冷凍機16，以使冷卻台溫度追隨目標的冷卻溫度。第1冷卻台20的目標溫度通常設定為一定值。第1冷卻台20的目標溫度，例如依據在安裝有低溫泵10的真空腔室進行的程序而決定其規格。另外，在低溫泵的運轉中，可以依據需要變更目標溫度。

例如，控制裝置100藉由反饋控制來控制冷凍機16的運轉頻率，以使第1冷卻台20的目標溫度與第1溫度感測器90的測定溫度的偏差最小化。亦即，控制裝置100藉由控制驅動機構17的馬達轉速來控制冷凍機16的熱循環頻率。

賦予低溫泵10的熱負載增加時，第1冷卻台20的溫度可能會升高。第1溫度感測器90的測定溫度為比目標溫度高溫時，控制裝置100使冷凍機16的運轉頻率增 加。其結果，冷凍機16的熱循環頻率亦增加，第1冷卻台20朝向目標溫度冷卻。相反，第1溫度感測器90的測定溫度為低於目標溫度的低溫時，冷凍機16的運轉頻率減少，第1冷卻台20朝向目標溫度升溫。如此般，能夠使第1冷卻台20的溫度保持在目標溫度附近的溫度範圍。由於能夠依據熱負載適當地調整冷凍機16的運轉頻率，因此這樣的控制有助於減少低溫泵10的耗電。

以下，也將以第1冷卻台20的溫度追隨目標溫度的方式控制冷凍機16稱為“第1段溫度控制”。低溫泵10進行真空排氣運轉時通常執行第1段溫度控制。第1段溫度控制的結果，第2冷卻台21及第2段低溫板19冷卻至依據冷凍機16的規格及來自外部的熱負載所決定的溫度。同樣，控制裝置100亦能夠執行以第2冷卻台21的溫度追隨目標溫度的方式控制冷凍機16之所謂“第2段溫度控制”。

第2圖係概略地表示一實施形態之低溫泵10的控制裝置100的結構之圖。這樣的控制裝置藉由硬體、軟體或者其等的組合來實現。並且，第2圖中概略地表示相關冷凍機16的局部的結構。

冷凍機16的驅動機構17具備驅動冷凍機16的冷凍機馬達80和控制冷凍機16的運轉頻率的冷凍機變頻器82。如上述，冷凍機16為工作氣體的膨脹機，因此冷凍機馬達80及冷凍機變頻器82亦可以分別稱為膨脹機馬達及膨脹機變頻器。

冷凍機16的運轉頻率(亦稱為運轉速度)，表示冷凍機馬達80的運轉頻率或者轉速、冷凍機變頻器82的運轉頻率、熱循環的頻率或者其等的任一種。熱循環的頻率是指冷凍機16中進行的熱循環的每單位時間的次數。

控制裝置100具備冷凍機控制部102、記憶部104、輸入部106以及輸出部108。冷凍機控制部102構成為控制冷凍機16，以便執行低溫泵10的真空排氣運轉及再生運轉。冷凍機控制部102構成為控制冷凍機16，以便執行讓至少1個低溫板(第1段低溫板18及/或第2段低溫板19，以下相同)的溫度從室溫降低到標準運轉溫度的降溫運轉。冷凍機控制部102構成為控制冷凍機16，以便接續於降溫運轉執行將至少1個低溫板的溫度維持在標準運轉溫度的溫度調整運轉。

記憶部104構成為儲存與低溫泵10的控制相關的資料。輸入部106構成為接收來自使用者或者其他裝置的輸入。輸入部106包括：例如用於接收來自使用者的輸入的滑鼠或鍵盤等的輸入機構及/或用於與其他裝置進行通訊的通訊機構。輸出部108構成為輸出與低溫泵10的控制相關的資料，包括顯示器或印表機等的輸出機構。

記憶部104、輸入部106以及輸出部108分別與冷凍機控制部102可通訊地連接。藉此，冷凍機控制部102依據需要能夠從記憶部104讀取資料及/或將資料儲存於記憶部104。並且，冷凍機控制部102能夠從輸入部106接收資料的輸入及/或向輸出部108輸出資料。

冷凍機控制部102具備運轉模式決定部110、第1段目標溫度選擇部112以及第1段溫度控制部114。

運轉模式決定部110構成為決定低溫泵10的運轉模式。運轉模式決定部110構成為依據低溫泵10的現狀判定是否從某一運轉模式切換到另一運轉模式。運轉模式決定部110在滿足這樣的模式切換條件的情況下，切換運轉模式。運轉模式決定部110在不滿足模式切換條件的情況下，繼續執行目前運轉模式。

在低溫泵10預先設定有複數個運轉模式。運轉模式包括：例如將第1段低溫板及第2段低溫板分別從室溫冷卻至極低溫區域的降溫模式、以及將第1段低溫板及第2段低溫板分別保持在極低溫區域的通常模式。運轉模式決定部110構成為，依據所測定的第2段低溫板溫度判定是否從降溫模式切換到通常模式。

運轉模式決定部110亦可以構成為判定低溫泵10的運轉模式。亦可以預先設定分別對應於不同的複數個運轉模式的運轉模式標誌(flag)。記憶部104可以存儲這些運轉模式標誌。運轉模式決定部110亦可以構成為低溫泵10進入某一運轉模式時選擇對應於該運轉模式的運轉模式標誌。運轉模式決定部110可以參照所選擇之運轉模式標誌判定低溫泵10的目前運轉模式。

第1段目標溫度選擇部112具備第1段目標溫度表(table)116。第1段目標溫度選擇部112構成為參照第1段目標溫度表116，依據目前運轉模式選擇第1段目標溫 度。第1段目標溫度表116亦可以預先儲存於記憶部104，依據需要由第1段目標溫度選擇部112讀取。

第1段溫度控制部114構成為依據所選擇之第1段目標溫度控制第1段低溫板溫度。如上述，第1段溫度控制部114構成為，以低溫板的測定溫度與目標溫度的偏差之函數的形式(例如藉由PID控制)決定冷凍機馬達80的運轉頻率。第1段溫度控制部114在預先設定的運轉頻率範圍內決定冷凍機馬達80的運轉頻率。運轉頻率範圍藉由預先設定的運轉頻率的上限及下限來定義。第1段溫度控制部114將所決定的運轉頻率輸出至冷凍機變頻器82。

第1段溫度控制部114亦可以在控制冷凍機馬達80的運轉頻率的同時(或者代替冷凍機馬達80的運轉頻率)，還控制附設於控制冷凍機16的加熱器。

冷凍機變頻器82構成為提供冷凍機馬達80的可變頻率控制。冷凍機變頻器82以具有從第1段溫度控制部114輸入的運轉頻率的方式轉換輸入電力。從冷凍機電源(未圖示)向冷凍機變頻器82供給輸入電力。冷凍機變頻器82將轉換的電力輸出至冷凍機馬達80。這樣，冷凍機馬達80以藉由第1段溫度控制部114決定且從冷凍機變頻器82輸出的運轉頻率來驅動。

第3圖示出一實施形態之第1段目標溫度表116。第1段目標溫度表116構成為，使低溫泵運轉模式對應於第1段目標溫度。如圖示，通常模式用的通常目標溫度T1c1 以及降溫模式用的降溫目標溫度T1c2預先設定於第1段目標溫度表116。本例中，通常目標溫度T1c1為80K，降溫目標溫度T1c2為70K。

降溫目標溫度T1c2低於通常目標溫度T1c1。通常目標溫度T1c1例如為選自80K至130K的範圍的第1既定溫度。降溫目標溫度T1c2例如為選自60K至上述第1既定溫度的範圍的第2既定溫度。降溫目標溫度T1c2亦可以選自65K至上述第1既定溫度的範圍。只要是在該溫度區域，即可防止殼體38內的殘留氣體不希望地冷凝在第1段低溫板18上。並且，由於降溫目標溫度T1c2與通常目標溫度T1c1的溫度差較小，從降溫模式切換至通常模式時，容易將第1段低溫板18從降溫目標溫度T1c2升溫至通常目標溫度T1c1。通常目標溫度T1c1以及降溫目標溫度T1c2是依據實驗或經驗來預先設定。

如此般，第1段目標溫度選擇部112具備通常目標溫度T1c1以及降溫目標溫度T1c2。第1段目標溫度選擇部112構成為，在目前運轉模式為通常模式的情況下，選擇通常目標溫度T1c1作為第1段目標溫度，在目前運轉模式為降溫模式的情況下，至少暫時選擇降溫目標溫度T1c2作為第1段目標溫度。

第4圖係用於說明低溫泵10的運轉方法之流程圖。該運轉方法包括準備運轉(S10)和真空排氣運轉(S12)。上述通常模式相當於真空排氣運轉。準備運轉包括在通常模式之前執行的任意運轉模式。控制裝置100 適時反覆執行該運轉方法。真空排氣運轉結束且開始準備運轉時，慣例是關閉低溫泵10與真空腔室之間的閘閥。

準備運轉(S10)例如為低溫泵10的啟動。低溫泵10的啟動包括將低溫板從設置有低溫泵10的環境溫度(例如室溫)冷卻至極低溫的降溫。降溫的目標冷卻溫度是為了真空排氣運轉而設定的標準運轉溫度。如上述，該標準運轉溫度對於第1段低溫板18而言可選自例如80K至100K左右的範圍，對於第2段低溫板19可選自例如10K至20K左右的範圍。準備運轉(S10)可以包括：利用粗抽閥(未圖示)等將低溫泵10的內部粗抽至動作開始壓力(例如1Pa左右)為止。

準備運轉(S10)可以為低溫泵10的再生。在本次真空排氣運轉結束後，為了下次真空排氣運轉的準備而執行再生。再生是對第2段低溫板19及第1段低溫板18進行再生的所謂完全再生，或者是僅對第2段低溫板19進行再生的部分再生。

再生包括升溫製程、排出製程以及冷卻製程。升溫製程包括將低溫泵10升溫至比上述標準運轉溫度高溫的再生溫度。完全再生的情況下，再生溫度例如為室溫或者稍微高於室溫的溫度(例如約290K至約300K)。用於升溫製程的熱源例如為冷凍機16的逆轉升溫及/或附設於冷凍機16的加熱器。

排出製程包括從低溫板表面向低溫泵10的外部排出再氣化的氣體。再氣化的氣體依據需要與所導入的吹掃氣 體一同從低溫泵10排出。排出製程中，停止冷凍機16的運轉。冷卻製程包括為了重新開始真空排氣運轉而對第2段低溫板19及第1段低溫板18進行再冷卻。冷卻製程中的冷凍機16的運轉模式與用於啟動的降溫相同。但是，冷卻製程中的低溫板的初期溫度，在完全再生時雖處於室溫水準，部分再生時則處於室溫與上述標準運轉溫度的中間(例如100K~200K)。

如第4圖所示，準備運轉(S10)之後接著進行真空排氣運轉(S12)。準備運轉結束且開始真空排氣運轉時，低溫泵10與真空腔室之間的閘閥打開。

入口低溫板32冷卻從真空腔室朝向低溫泵10飛來的氣體。在入口低溫板32的表面，讓在第1冷卻溫度下蒸氣壓充分低的(例如10^-8Pa以下的)氣體冷凝。該氣體可以稱為第1種氣體。第1種氣體例如為水蒸氣。如此般，入口低溫板32能夠將第1種氣體進行排氣。在第1冷卻溫度下蒸氣壓沒有充分變低的氣體的一部分從吸氣口12進入內部空間14。或者，氣體的另一部分藉由入口低溫板32反射，沒有進入內部空間14。

進入內部空間14的氣體藉由第2段低溫板19進行冷卻。在第2段低溫板19的表面，讓在第2冷卻溫度下蒸氣壓充分低的(例如10^-8Pa以下的)氣體冷凝。該氣體可以稱為第2種氣體。第2種氣體例如為氬氣。如此般，第2段低溫板19能夠將第2種氣體進行排氣。

在第2冷卻溫度下蒸氣壓沒有充分變低的氣體，是被 第2段低溫板19的吸附材所吸附。該氣體可以稱為第3種氣體。第3種氣體例如為氫氣。如此般，第2段低溫板19能夠將第3種氣體進行排氣。因此，低溫泵10藉由冷凝或者吸附排出各種氣體，能夠使真空腔室的真空度到達所希望的水準。

第5圖係表示典型的降溫模式中的溫度曲線的一例之圖。第5圖的縱軸和橫軸分別表示溫度及時間。第5圖中概略地示出第1段低溫板溫度T1及第2段低溫板溫度T2的時間變化。開始降溫時的第1段低溫板溫度T1及第2段低溫板溫度T2的初期值均為例如300K。第1段目標溫度T1a例如為80K，第2段目標溫度T2a例如為10K。

降溫開始以後，如圖示，第1段低溫板溫度T1及第2段低溫板溫度T2均降低。由於分別遠離目標溫度，因此冷凍機16以非常高的運轉頻率(例如，容許的最高運轉頻率或者其附近)運轉，藉此，低溫板朝向目標溫度迅速冷卻。如此般，第1段低溫板溫度T1在時刻t1到達第1段目標溫度T1a。在該時刻，第2段低溫板溫度T2冷卻至稍微低於第1段目標溫度T1a的低溫，但仍遠離第2段目標溫度T2a。

時刻t1以後，第1段低溫板溫度T1保持在第1段目標溫度T1a。因此，冷凍機16以低運轉頻率運轉。第2段低溫板溫度T2向第2段目標溫度T2a緩慢降低，在時刻t4到達第2段目標溫度T2a。藉此完成降溫，開始真空排氣運轉。

第6圖係表示一實施形態之低溫泵10的控制方法之流程圖。第6圖中例示第1段目標溫度切換處理。冷凍機控制部102當開始降溫模式之後，週期性地執行第1段目標溫度切換處理。

首先，第1段目標溫度選擇部112依據目前運轉模式選擇第1段目標溫度(S20)。第1段目標溫度選擇部112從運轉模式決定部110獲取目前運轉模式。

第1段目標溫度選擇部112參照第1段目標溫度表116。第1段目標溫度選擇部112在目前運轉模式為通常模式的情況下，選擇通常目標溫度T1c1作為第1段目標溫度(S22)，目前運轉模式為降溫模式的情況下，選擇降溫目標溫度T1c2作為第1段目標溫度(S24)。第1段目標溫度選擇部112將所選擇之第1段目標溫度輸出至第1段溫度控制部114。

第1段溫度控制部114依據所選擇之第1段目標溫度控制第1段低溫板溫度(S26)。第1段溫度控制部114執行上述的第1段溫度控制。這樣，第6圖所示之處理結束。

第7圖係表示一實施形態之降溫模式中的溫度曲線的一例之圖。與第5圖相同地，第7圖的縱軸及橫軸分別表示溫度及時間。第7圖中，為了比較，用虛線表示第5圖所示之溫度曲線。

與第5圖所示之情況相同地，第1段低溫板溫度T1及第2段低溫板溫度T2的初期值均為例如300K。開始降 溫時，設定降溫目標溫度T1c2作為第1段目標溫度。降溫目標溫度T1c2例如為70K。第2段目標溫度T2a例如為10K。

開始降溫以後，第1段低溫板溫度T1及第2段低溫板溫度T2均降低。第1段低溫板溫度T1在時刻t2到達降溫目標溫度T1c2。由於降溫目標溫度T1c2低於第5圖的第1段目標溫度T1a，因此時刻t2比時刻t1慢。在該時刻，第2段低溫板溫度T2尚未到達第2段目標溫度T2a。

時刻t2以後，第1段低溫板溫度T1保持在降溫目標溫度T1c2。第2段低溫板溫度T2朝向第2段目標溫度T2a降低，在時刻t3到達第2段目標溫度T2a。由此從降溫模式切換至通常模式，開始真空排氣運轉。第1段目標溫度變更為通常目標溫度T1c1，第1段低溫板溫度T1追隨該溫度。

重要的是時刻t3比時刻t4快。亦即，第7圖的情況下，與第5圖相比，降溫所需要的時間縮短△t(=t4-t3)。這是因為與第5圖的情況相比，冷凍機16的運轉頻率變高，俾使第1段低溫板溫度T1保持於更低溫。這樣，依據本實施形態，能夠縮短低溫泵10的冷卻時間。

第8圖係概略地表示另一實施形態之低溫泵10的控制裝置100的結構之圖。除了運轉模式決定部110、第1段目標溫度選擇部112及第1段溫度控制部114之外，冷凍機控制部102還具備定時器118以及階段決定部120。 定時器118構成為測定從降溫模式開始起算的經過時間。階段決定部120構成為依據低溫泵10的現狀決定降溫模式中的目前階段。

階段決定部120構成為監控低溫泵10的現狀。階段決定部120例如監控從降溫模式開始起算的經過時間。階段決定部120參照定時器118。階段決定部120構成為，在定時器118所測定的經過時間比閾值時間短的情況下，將目前階段決定為第1階段，當經過時間比閾值時間長的情況下，將目前階段決定為第2階段。第1階段表示降溫模式的前半或者初期，第2階段表示降溫模式的後半或者最終階段。閾值時間亦可以依據實驗或者經驗預先決定，並儲存於記憶部104。

或者，階段決定部120亦可以監控第2段低溫板溫度。階段決定部120，當第2段低溫板溫度高於閾值溫度的情況下，將目前階段決定為第1階段，當第2段低溫板溫度低於閾值溫度的情況下，將目前階段決定為第2階段。閾值溫度可以選自第2段目標溫度至60K的範圍。閾值溫度亦可以依據實驗或經驗預先決定，並儲存於記憶部104。

第9圖示出另一實施形態之第1段目標溫度表116。第1段目標溫度表116具有複數個降溫目標溫度。例如，第1階段用的第1目標溫度T1c21以及第2階段用的第2目標溫度T1c22預先設定於第1段目標溫度表116。與上述實施形態相同地，第1段目標溫度表116具有通常目標 溫度T1c1。第1目標溫度T1c21低於通常目標溫度T1c1，第2目標溫度T1c22高於第1目標溫度T1c21且低於通常目標溫度T1c1。本例中，第1目標溫度T1c21為60K，第2目標溫度T1c22為70K。

第10圖是表示另一實施形態之低溫泵10的控制方法之流程圖。與第6圖中例示的第1段目標溫度切換處理相同地，第1段目標溫度選擇部112依據目前運轉模式選擇第1段目標溫度(S20)。第1段目標溫度選擇部112在目前運轉模式為通常模式的情況下，選擇通常目標溫度T1c1作為第1段目標溫度(S22)。

第1段目標溫度選擇部112在目前運轉模式為降溫模式的情況下，依據藉由階段決定部120決定的目前階段選擇第1段目標溫度(S28)。第1段目標溫度選擇部112在目前階段為第1階段的情況下，選擇第1目標溫度T1c21作為第1段目標溫度(S30)，在目前階段為第2階段的情況下，選擇第2目標溫度T1c22作為第1段目標溫度(S32)。第1段目標溫度選擇部112將所選擇之第1段目標溫度輸出至第1段溫度控制部114。第1段溫度控制部114依據所選擇之第1段目標溫度控制第1段低溫板溫度(S26)。這樣，第10圖所示之處理結束。

如此也能夠縮短低溫泵10的冷卻時間。

以上，依據實施形態對本發明進行了說明。所屬技術領域具有通常知識者可以理解，本發明不限定於上述實施形態，可以進行各種設計變更，可以實現各種變形例，並 且這些變形例亦屬於本發明的範圍。

一實施形態中，第1段目標溫度選擇部112可以構成為，在目前運轉模式為降溫模式的情況下，暫時(例如在降溫模式的初期)選擇降溫目標溫度作為第1段目標溫度。例如，第1段目標溫度選擇部112可以在目前階段為第1階段的情況下，選擇降溫目標溫度T1c2(例如第1目標溫度T1c21)作為第1段目標溫度，在目前階段為第2階段的情況下，選擇通常目標溫度T1c1作為第1段目標溫度。

另外，冷凍機16亦可以為三段的缸體串列連接的三段式冷凍機或者比三段式更多的多段冷凍機。冷凍機16可以為GM冷凍機以外的冷凍機，亦可以利用脈衝管冷凍機或蘇爾(Solvay)冷凍機。

上述說明中例示了臥式低溫泵，但本發明亦可以適用立式或者其他低溫泵。另外，立式低溫泵是指冷凍機16沿低溫泵10的軸向配設的低溫泵。

10‧‧‧低溫泵

100‧‧‧控制裝置

102‧‧‧冷凍機控制部

110‧‧‧運轉模式決定部

112‧‧‧第1段目標溫度選擇部

116‧‧‧第1段目標溫度表

114‧‧‧第1段溫度控制部

108‧‧‧輸出部

106‧‧‧輸入部

104‧‧‧記憶部

16‧‧‧冷凍機

17‧‧‧驅動機構

82‧‧‧冷凍機變頻器

80‧‧‧冷凍機馬達

90‧‧‧第1溫度感測器

92‧‧‧第2溫度感測器

Claims (7)

1. 一種低溫泵，其特徵為，具備：第1段低溫板；第2段低溫板；第1段目標溫度選擇部，其具備通常模式用的通常目標溫度、和比前述通常目標溫度低之降溫模式用的降溫目標溫度，前述通常模式將前述第1段低溫板及前述第2段低溫板分別保持在極低溫區域，前述降溫模式將前述第1段低溫板及前述第2段低溫板分別從室溫冷卻至前述極低溫區域，目前運轉模式為前述通常模式的情況下，選擇前述通常目標溫度作為第1段目標溫度，目前運轉模式為前述降溫模式的情況下，至少暫時選擇前述降溫目標溫度作為第1段目標溫度；及第1段溫度控制部，依據所選擇之第1段目標溫度來控制第1段低溫板溫度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之低溫泵，其中，前述通常目標溫度為選自80K至130K的範圍的既定溫度，前述降溫目標溫度為選自60K至前述既定溫度的範圍。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之低溫泵，其中，前述低溫泵進一步具備：依據低溫泵的現狀決定前述降溫模式中的目前階段的階段決定部， 前述第1段目標溫度選擇部具備：比第1階段用的前述通常目標溫度低的第1目標溫度、和比接續於前述第1階段的第2階段用的前述第1目標溫度高且比前述通常目標溫度低的第2目標溫度，因應前述目前階段選擇第1段目標溫度。
4. 如申請專利範圍第3項所述之低溫泵，其中，前述階段決定部，係監控從開始前述降溫模式起算的經過時間，當前述經過時間比閾值時間短的情況下，將前述目前階段決定為前述第1階段，當前述經過時間比前述閾值時間長的情況下，將前述目前階段決定為前述第2階段。
5. 如申請專利範圍第3項所述之低溫泵，其中前述階段決定部，係監控第2段低溫板溫度，當前述第2段低溫板溫度比閾值溫度高的情況下，將前述目前階段決定為前述第1階段，當前述第2段低溫板溫度比前述閾值溫度低的情況下，將前述目前階段決定為前述第2階段。
6. 一種低溫泵控制裝置，其特徵為，具備：第1段目標溫度選擇部，其具備通常模式用的通常目標溫度、和比前述通常目標溫度低之降溫模式用的降溫目標溫度，前述通常模式將前述第1段低溫板及前述第2段低溫板分別保持在極低溫區域，前述降溫模式將前述第1段低溫板及前述第2段低溫板分別從室溫冷卻至前述極低溫區域，目前運轉模式為前述通常模式的情況下，選擇前 述通常目標溫度作為第1段目標溫度，目前運轉模式為前述降溫模式的情況下，至少暫時選擇前述降溫目標溫度作為第1段目標溫度；及第1段溫度控制部，依據所選擇之第1段目標溫度來控制第1段低溫板溫度。
7. 一種低溫泵控制方法，其特徵為，具備：因應目前運轉模式選擇第1段目標溫度的步驟；及依據所選擇之第1段目標溫度控制第1段低溫板溫度的步驟，將第1段低溫板及第2段低溫板分別從室溫冷卻至極低溫區域的降溫模式用的降溫目標溫度，是比將前述第1段低溫板及前述第2段低溫板分別保持在前述極低溫區域的通常模式用的通常目標溫度低，前述目前運轉模式為前述降溫模式的情況下，至少暫時使用前述降溫目標溫度。