TW201945641A - 低溫泵、低溫泵系統、低溫泵的再生方法 - Google Patents

Abstract

本發明的低溫泵(10)具備低溫板(60)、和設置於低溫板(60)並能夠吸附不凝性氣體之吸附區域(64)。吸附區域(64)具備：含有矽膠作為主要成分之不燃性吸附材料。低溫泵(10)的再生方法，具備：向低溫泵(10)供給沖洗氣體；在低溫板溫度超過水的三相點溫度之前，停止沖洗氣體對低溫泵(10)的供給；在沖洗氣體的供給停止之同時，或者在供給停止之後，開始低溫泵(10)的真空排氣；將於低溫泵(10)內凝結之冰藉由昇華進行氣化；及根據低溫泵(10)內的壓力及壓力上升率中的至少一方，停止低溫泵(10)的真空排氣。

Description

低溫泵、低溫泵系統、低溫泵的再生方法

本申請主張基於2018年4月25日申請之日本專利申請第2018-083687號的優先權及2018年12月21日申請之日本專利申請第2018-239174號的優先權。該日本申請的全部內容藉由參閱援用於本說明書中。
本發明係有關一種低溫泵、低溫泵系統、低溫泵的再生方法。

低溫泵係將氣體分子藉由凝結或吸附捕捉到被冷卻至極低溫之低溫板而進行排氣之真空泵。低溫泵通常為了實現在半導體電路製造程序等所要求之潔淨的真空環境而被利用。低溫泵係所謂氣體儲存式真空泵，因此需要進行將捕捉到之氣體定期排出到外部之再生。
(先前技術文獻)
(專利文獻)
專利文獻1：日本特開2016-191374號公報
專利文獻2：日本特開平5-263760號公報

(發明所欲解決之問題)
本發明的一態樣的例示性目的之一，是為了提供一種不凝性氣體進行排氣之創新的低溫泵。

(解決問題之技術手段)
依本發明的一態樣，低溫泵具備低溫板和設置於前述低溫板並能夠吸附不凝性氣體之吸附區域，前述吸附區域具備：含有矽膠作為主要成分之不燃性吸附材料。
依本發明的一態樣，低溫泵系統具備上述低溫泵、至少1個其他低溫泵、在低溫泵和至少1個其他低溫泵共用之粗抽泵、及接收關於各低溫泵的再生開始指令並開始該低溫泵的再生之再生控制器。再生控制器，在低溫泵的再生中，在接收到關於至少1個其他低溫泵的再生開始指令之情況下，使至少1個其他低溫泵的再生開始延遲到低溫泵的再生完成以後。
依本發明的一態樣，低溫泵具備：低溫泵殼體；吸附低溫板，配置於低溫泵殼體內，並具備親水性吸附材料；壓力感測器，生成表示低溫泵殼體的內壓之壓力測定訊號；粗抽閥，安裝於低溫泵殼體，用於將低溫泵殼體連接於粗抽泵；第1壓力上升率監視部，接收壓力測定訊號，當粗抽閥開啟時，根據壓力測定訊號將壓力上升率與第1閾值進行比較；第2壓力上升率監視部，接收壓力測定訊號，以藉由第1壓力上升率監視部判定為壓力上升率大於第1閾值作為條件，當粗抽閥開啟時，根據壓力測定訊號將壓力上升率與小於第1閾值的第2閾值進行比較；及粗抽閥驅動部，以藉由第2壓力上升率監視部判定為壓力上升率小於第2閾值作為條件之一，關閉粗抽閥。
本發明的另一態樣係低溫泵的再生方法。低溫泵具有親水性吸附材料。再生方法具備如下製程：當對低溫泵進行真空排氣時，將壓力上升率與第1閾值進行比較；當對低溫泵進行真空排氣時，以判定為壓力上升率大於第1閾值作為條件，將壓力上升率與小於第1閾值的第2閾值進行比較；及以判定為壓力上升率小於第2閾值作為條件之一，停止低溫泵的真空排氣。
本發明的另一態樣係低溫泵的再生方法。低溫泵具有親水性吸附材料。再生方法具備如下製程：向低溫泵供給沖洗氣體；在低溫板溫度超過水的三相點溫度之前，停止向低溫泵供給沖洗氣體；與停止供給沖洗氣體之同時，或者在停止供給之後，開始低溫泵的真空排氣；將於低溫泵內凝結之冰藉由昇華進行氣化；及根據低溫泵內的壓力及壓力上升率的至少一方而停止低溫泵的真空排氣。
另外，在方法、裝置、系統等之間相互置換以上構成要素的任意組合、本發明的構成要素和表述者，作為本發明的態樣同樣有效。

(發明之效果)
依本發明，能夠提供一種將不凝性氣體進行排氣之創新的低溫泵。

低溫泵，通常是在低溫板上具有吸附材料，以吸附不凝結於低溫板之氫氣等的不凝性氣體。吸附材料通常係活性碳。又，在低溫泵進行排氣之氣體的種類，根據低溫泵的用途而不同，在某些用途中包含氧氣。該情況下，在再生中等使用低溫泵時，可能在活性碳的周圍存在氧氣。活性碳由於係可燃物，因此不可否認的是，在存在氧氣的情況下，有因某些因素而發生意外起火之風險。
本發明的一態樣的例示性目的之一在於，提高低溫泵的安全性。
低溫泵在低溫板上具有吸附材料，以將不凝結之氫氣等的不凝性氣體吸附到低溫板。常用之吸附材料係活性碳，但其為疏水性。
在低溫泵進行排氣之氣體中含有水蒸氣之情況並不罕見。水蒸氣以固體(冰)的形式被捕捉到低溫板。在典型之再生方法中，在冰再度氣化並排出到外部之前，冰先熔化成水。液體水可能向吸附材料流動並弄濕吸附材料。如果吸附材料包含親水性材料的情況，水分子牢固地結合於吸附材料。於是，吸附材料的脫水需要很長時間，並不理想。又由本發明人等認識到之這個課題，並不應被認為係本領域技術人員之一般認知者。
本發明的一態樣的例示性目的之一在於，針對具有親水性吸附材料之低溫泵將再生時間縮短。
以下，參閱附圖對用於實施本發明的形態進行詳細說明。另外，在說明中，對同一要素標註同一符號，並適當省略重複說明。又，以下描述之結構係例示，並非係對本發明的範圍進行任何限定者。又，以下說明中所參閱圖式中，各構成構件的大小或厚度係為了便於說明者，未必係表示實際尺寸或比率者。
圖1概略地顯示一實施形態之低溫泵10。低溫泵10例如安裝於離子植入裝置、濺鍍裝置、蒸鍍裝置或其他真空製程裝置的真空腔室，用於將真空腔室內部的真空度提高至所期望的真空製程所要求之等級。低溫泵10具有：用於從真空腔室接收應排出氣體的吸氣口12。氣體通過吸氣口12進入到低溫泵10的內部空間14。
另外，以下為了清晰易懂地表示低溫泵10的構成要素的位置關係，有時使用“軸向”、“徑向”的用語。軸向表示通過吸氣口12之方向(圖1中沿中心軸A之方向)，徑向表示沿吸氣口12之方向(與中心軸A垂直的方向)。為方便起見，有時關於軸向將靠近吸氣口12稱為“上”，將相對遠離稱為“下”。亦即，有時將相對遠離低溫泵10的底部稱為“上”，將相對靠近稱為“下”。關於徑向，將靠近吸氣口12的中心(圖1中為中心軸A)稱為“內”，將靠近吸氣口12的周緣稱為“外”。另外，該種表現形式與低溫泵10安裝於真空腔室時的配置無關。例如，低溫泵10亦可以以吸氣口12在鉛垂方向朝下之方式安裝於真空腔室。
又，有時將圍繞軸向之方向稱為“周向”。周向為沿吸氣口12之第2方向，且為與徑向正交之切線方向。
低溫泵10具備冷凍機16、第1低溫板單元18、第2低溫板單元20及低溫泵殼體70。第1低溫板單元18亦可稱為高溫低溫板部或100K部。第2低溫板單元20亦可稱為低溫低溫板部或10K部。
冷凍機16例如為吉福德-麥克馬洪式冷凍機(所謂GM冷凍機)等的極低溫冷凍機。冷凍機16為二段式冷凍機。因此，冷凍機16具備第1冷卻台22及第2冷卻台24。冷凍機16構成為將第1冷卻台22冷卻至第1冷卻溫度，並將第2冷卻台24冷卻至第2冷卻溫度。第2冷卻溫度為比第1冷卻溫度低的溫度。例如第1冷卻台22被冷卻至65K～120K左右，80K～100K為較佳，第2冷卻台24被冷卻至10K～20K左右。第1冷卻台22及第2冷卻台24亦可分別稱為高溫冷卻台及低溫冷卻台。
又，冷凍機16具備：結構上由第1冷卻台22支承第2冷卻台24且結構上由冷凍機16的室溫部26支承第1冷卻台22之冷凍機結構部21。因此，冷凍機結構部21具備沿徑向同軸延伸之第1缸體23及第2缸體25。第1缸體23將冷凍機16的室溫部26連接於第1冷卻台22。第2缸體25將第1冷卻台22連接於第2冷卻台24。室溫部26、第1缸體23、第1冷卻台22、第2缸體25及第2冷卻台24依序呈直線狀排成一列。
第1缸體23及第2缸體25各自的內部配設有能夠往復移動之第1置換器及第2置換器(未圖示)。在第1置換器及第2置換器中分別組裝有第1蓄冷器及第2蓄冷器(未圖示)。又，室溫部26具有：用於使第1置換器及第2置換器往復移動的驅動機構(未圖示)。驅動機構包括：以週期性地反覆對冷凍機16的內部進行工作氣體(例如氦氣)的供給和排出之方式切換工作氣體的流路之流路切換機構。
冷凍機16連接於工作氣體的壓縮機(未圖示)。冷凍機16使藉由壓縮機加壓之工作氣體在內部膨脹，而將第1冷卻台22及第2冷卻台24冷卻。膨脹後之工作氣體，由壓縮機回收並再度被加壓。冷凍機16藉由反覆進行熱循環而產生寒冷，該熱循環是包括工作氣體的供排、及與其同步之第1置換器及第2置換器的往復移動。
圖示之低溫泵10為所謂的臥式低溫泵。臥式低溫泵通常是指冷凍機16以與低溫泵10的中心軸A交叉的(通常為正交)方式配設之低溫泵。
第1低溫板單元18具備放射屏蔽件30和入口低溫板32，並包圍第2低溫板單元20。第1低溫板單元18提供極低溫表面，俾保護第2低溫板單元20免受來自低溫泵10的外部或低溫泵殼體70的輻射熱的。第1低溫板單元18熱耦合於第1冷卻台22。藉此，第1低溫板單元18被冷卻為第1冷卻溫度。第1低溫板單元18在與第2低溫板單元20之間具有間隙，第1低溫板單元18不與第2低溫板單元20接觸。第1低溫板單元18亦不與低溫泵殼體70接觸。
第1低溫板單元18亦能夠稱為凝結低溫板。第2低溫板單元20亦能夠稱為吸附低溫板。
放射屏蔽件30為了保護第2低溫板單元20免受低溫泵殼體70的輻射熱而設置。放射屏蔽件30存在於低溫泵殼體70與第2低溫板單元20之間，並包圍第2低溫板單元20。放射屏蔽件30具有用於從低溫泵10的外部向內部空間14接收氣體的屏蔽件主開口34。屏蔽件主開口34位於吸氣口12。
放射屏蔽件30具備：屏蔽件前端36，界定屏蔽件主開口34；屏蔽件底部38，位於與屏蔽件主開口34相反的一側；及屏蔽件側部40，將屏蔽件前端36連接於屏蔽件底部38。屏蔽件側部40在軸向從屏蔽件前端36向與屏蔽件主開口34相反的一側延伸，且以在周向包圍第2冷卻台24之方式延伸。
屏蔽件側部40具有供冷凍機結構部21插入之屏蔽件側部開口44。第2冷卻台24及第2缸體25通過屏蔽件側部開口44從放射屏蔽件30的外部插入到放射屏蔽件30中。屏蔽件側部開口44為形成於屏蔽件側部40之安裝孔，例如為圓形。第1冷卻台22配置於放射屏蔽件30的外部。
屏蔽件側部40具備冷凍機16的安裝座46。安裝座46為用於將第1冷卻台22安裝於放射屏蔽件30的平坦部分，從放射屏蔽件30的外部觀察時稍微凹陷。安裝座46是形成屏蔽件側部開口44的外周。第1冷卻台22安裝於安裝座46，藉此使放射屏蔽件30熱耦合於第1冷卻台22。
代替如此般將放射屏蔽件30直接安裝於第1冷卻台22，在一實施形態中，放射屏蔽件30亦可以經由追加的導熱構件而熱耦合於第1冷卻台22。
圖示之實施形態中，放射屏蔽件30構成為一體的筒狀。取而代之，放射屏蔽件30亦可以以藉由複數個零件而整體呈筒狀的形狀之方式構成。該等複數個零件可以以彼此具有間隙之方式配設。例如，放射屏蔽件30可以在軸向分割為兩個部分。
入口低溫板32為了保護第2低溫板元件20免受來自低溫泵10的外部的熱源(例如，安裝有低溫泵10之真空腔室內的熱源)的輻射熱而設置於吸氣口12(或屏蔽件主開口34，以下相同)。又，在入口低溫板32的冷卻溫度凝結之氣體(例如水分)被捕捉到其表面。
入口低溫板32在吸氣口12處配置於與第2低溫板元件20對應之部位。入口低溫板32占有吸氣口12的開口面積的至少中心部分。入口低溫板32具備配設於吸氣口12之平面結構。入口低溫板32例如可以具備以同心圓狀或格子狀形成之百葉窗或人字形構造，亦可具備平板(例如圓板)的盤。
入口低溫板32經由安裝構件(未圖示)而安裝於屏蔽件前端36。如此，入口低溫板32固定於放射屏蔽件30，並熱連接於放射屏蔽件30。入口低溫板32靠近第2低溫板單元20，但不接觸。
第2低溫板單元20設置於低溫泵10的內部空間14的中心部。第2低溫板單元20具備複數個低溫板60和板安裝構件62。板安裝構件62從第2冷卻台24在軸向朝向上方及下方延伸。第2低溫板單元20經由板安裝構件62而安裝於第2冷卻台24。如此，第2低溫板單元20熱連接於第2冷卻台24。藉此，第2低溫板單元20被冷卻為第2冷卻溫度。
複數個低溫板60沿從屏蔽件主開口34向屏蔽件底部38之方向(亦即，沿中心軸A)排列於板安裝構件62上。複數個低溫板60係分別與中心軸A垂直地延伸之平板(例如圓板)，彼此平行地安裝於板安裝構件62。另外，低溫板60並不限定於平板，其形狀不受特別限定。例如低溫板60可以具有倒圓錐台狀或圓錐台狀的形狀。
複數個低溫板60如圖示般可以分別具有相同之形狀，亦可具有不同之形狀(例如不同直徑)。複數個低溫板60中的某些低溫板60可以具有與其上方相鄰之低溫板60相同之形狀，或者可以比其更大型。又，複數個低溫板60的間隔如圖示般可以恆定，亦可彼此不同。
在第2低溫板單元20中，在至少一部分的表面形成有吸附區域64。吸附區域64是藉由吸附而捕捉不凝性氣體(例如氫氣)。吸附區域64可以以從吸氣口12看不見之方式形成於上方相鄰之低溫板60的背後之部位。例如吸附區域64形成於低溫板60的下表面(背面)的整個區域。又，吸附區域64可以形成於低溫板60的上表面(前面)的至少中心部。
吸附區域64可以藉由將粒狀吸附材料黏著於低溫板60的表面而形成。吸附材料的粒徑例如可以為2mm至5mm。藉此，容易進行製造時的黏著作業。
吸附區域64具備將矽膠作為主要成分而含有之不燃性吸附材料。不燃性吸附材料可以含有：至少約50質量百分比、或至少約60質量百分比、至少約70質量百分比、至少約80質量百分比、至少約90質量百分比的矽膠。不燃性吸附材料可以實質上全部是矽膠。矽膠以二氧化矽作為主要成分，因此不會與氧氣進行化學反應。
如此，形成吸附區域64之吸附材料由無機物之多孔體而形成，且不包含有機物。與典型之低溫泵不同，低溫泵10的吸附區域64不包含活性碳。
作為與多孔體的吸附特性相關之代表性參數，包括平均細孔直徑、填充密度、細孔容積及比表面積。通常能夠取得之矽膠中有幾種類型，例如包括矽膠A型、矽膠B型、矽膠N型、矽膠RD型、矽膠ID型。於是，圖2中示出各類型矽膠的這4個參數。
本發明人藉由將各類型的粒狀矽膠黏著於低溫板60，在低溫板60上形成吸附區域64，並在共用的條件下測定了氫氣的吸留量。關於矽膠A型、矽膠RD型、矽膠N型，判明了與矽膠B型及ID型相比吸附更多的氫氣。關於矽膠A型、矽膠N型、矽膠RD型，以下示出吸附區域64的每單位面積的氫氣吸留量的測定結果。
矽膠A型：251(L/m² )
矽膠RD型：195(L/m² )
矽膠N型：179(L/m² )
從而，矽膠A型、矽膠RD型、矽膠N型被期待可以作為低溫泵10中所使用之不凝性氣體的吸附材料而實際應用。關於矽膠B型及ID型，在所要求之吸留量較少的用途中，亦可作為不凝性氣體的吸附材料而能夠利用。
根據以下兩個理由，一吸附材料之不凝性氣體的吸留量應是，該吸附材料的平均細孔直徑越小則越提高。第1個理由在於，細孔的直徑越小，在吸附材料的表面能夠使每單位面積的細孔數越多。其結果，供氣體吸附之表面積變大，氣體分子變得容易被吸附。
又，吸附是藉由吸附材料的表面與氣體分子的物理相互作用(例如分子間力)而產生。細孔的直徑越小，細孔的尺寸越接近於氣體分子的大小。如此，當氣體分子進入到細孔內時，在以氣體分子為中心可產生相互作用之距離範圍內存在細孔的內壁面之可能性提高。氣體分子與細孔的壁面的相互作用變得容易產生，氣體分子變得容易被吸附。其為第2個理由。
根據這樣的認識，為了得到良好之不凝性氣體的吸附特性，矽膠具有3.0nm以下的平均細孔直徑為較佳。又，氫分子的大小大致為0.1nm，因此矽膠具有比其大的平均細孔直徑，例如0.5nm以上的平均細孔直徑為較佳。
矽膠具有從2.0nm至3.0nm的平均細孔直徑為更佳。由圖2可知，矽膠A型、矽膠RD型、矽膠N型具有該較佳範圍內所包含之平均細孔直徑。矽膠B型及ID型的平均細孔直徑遠大於該範圍。
若比較矽膠A型、矽膠RD型、矽膠N型的平均細孔直徑，則矽膠A型的平均細孔直徑大於其他兩種類型。但如上所述，矽膠A型的每單位面積的氫氣吸留量大。如此，矽膠A型獲得良好之結果之理由是，因為矽膠A型容易取得均勻之形狀的粒狀矽膠。均勻之粒狀矽膠容易緊密地排列並黏著於低溫板表面。因此與無規形狀的粒狀矽膠相比，矽膠A型能夠以高密度設置於低溫板60上，並能夠提高吸留量。
又，矽膠較佳為，不僅具有上述範圍的平均細孔直徑，而且具有0.7～0.9g/mL的填充密度、0.25～0.45mL/g的細孔容積、550～750m2/g。若是具有該種物性之矽膠，則可期待是與矽膠A型、矽膠RD型、矽膠N型同樣地具有良好之吸附特性者。
在第2低溫板單元20的至少一部分表面，形成有用於藉由凝結而捕捉凝結性氣體的凝結區域66。凝結區域66是例如在低溫板表面上欠缺吸附材料之區域，使低溫板基材表面(例如金屬面)露出。例如低溫板60的上表面外周部可以是凝結區域。
低溫泵殼體70是容納第1低溫板單元18、第2低溫板單元20及冷凍機16之低溫泵10的殼體，是構成為保持內部空間14的真空氣密之真空容器。低溫泵殼體70以非接觸的方式包含第1低溫板單元18及冷凍機構造部21。低溫泵殼體70安裝於冷凍機16的室溫部26。
在低溫泵殼體70的前端劃定吸氣口12被分隔。低溫泵殼體70具備：從其前端向徑向外側延伸之吸氣口凸緣72。吸氣口凸緣72設置在低溫泵殼體70的整周。低溫泵10是利用吸氣口凸緣72來安裝於真空排氣對象的真空腔室。
在低溫泵殼體70上安裝有粗抽閥80及沖洗閥84。
粗抽閥80連接於粗抽泵82。藉由粗抽閥80的開閉，使粗抽泵82與低溫泵10連通或阻斷。藉由開啟粗抽閥80，使粗抽泵82與低溫泵殼體70連通，藉由關閉粗抽閥80，使粗抽泵82與低溫泵殼體70阻斷。藉由開啟粗抽閥80且使粗抽泵82進行動作，能夠將低溫泵10的內部進行減壓。
粗抽泵82是用於進行低溫泵10的真空抽吸的真空泵。粗抽泵82是用於將低溫泵10的動作壓力範圍的低真空區域，換言之將低溫泵10的動作開始壓力(亦即基礎壓力等級)提供給低溫泵10的真空泵。粗抽泵82能夠將低溫泵殼體70從大氣壓減壓至基礎壓力等級。基礎壓力等級，在粗抽泵82的高真空區域附近，是包括於粗抽泵82與低溫泵10的動作壓力範圍的重複部分。基礎壓力等級例如為1Pa以上且50Pa以下(例如10Pa左右)的範圍。
粗抽泵82典型地是以與低溫泵10為不同個體的真空裝置之形式設置，例如構成包括供低溫泵10連接之真空腔室之真空系統的一部分。低溫泵10是用於真空腔室的主泵，粗抽泵82是輔助泵。
沖洗閥84連接於包含沖洗氣體源86之沖洗氣體供給裝置。藉由沖洗閥84的開閉，使沖洗氣體源86與低溫泵10連通或阻斷，而控制沖洗氣體對低溫泵10的供給。藉由開啟沖洗閥84，容許從沖洗氣體源86向低溫泵殼體70的沖洗氣體流動。藉由關閉沖洗閥84，從沖洗氣體源86向低溫泵殼體70的沖洗氣體流動被阻斷。藉由開啟沖洗閥84並從沖洗氣體源86將沖洗氣體導入到低溫泵殼體70，能夠將低溫泵10的內部進行升壓。被供給之沖洗氣體通過粗抽閥80而從低溫泵10排出。
沖洗氣體的溫度例如被調整為室溫，但一實施形態中沖洗氣體可以是被加熱為比室溫更高溫之氣體，或者比室溫稍微低溫的氣體。本說明書中室溫是從10℃～30℃的範圍或15℃～25℃的範圍選擇之溫度，例如約為20℃。沖洗氣體例如是氮氣。沖洗氣體可以是已乾燥氣體。
低溫泵10具備：用於測定第1冷卻台22的溫度的第1溫度感測器90；及用於測定第2冷卻台24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22。第2溫度感測器92安裝於第2冷卻台24。藉此，第1溫度感測器90能夠測定第1低溫板單元18的溫度，第2溫度感測器92能夠測定第2低溫板單元20的溫度。
又，在低溫泵殼體70的內部設置有壓力感測器94。壓力感測器94例如設置於第1低溫板單元18的外側且冷凍機16的附近。壓力感測器94能夠測定低溫泵殼體70的內壓。
以下，對上述結構的低溫泵10的動作進行說明。當低溫泵10工作時，首先在綦工作之前，用其他適當的粗抽泵將真空腔室內部粗抽至1Pa左右。之後，使低溫泵10工作。藉由冷凍機16的驅動，第1冷卻台22及第2冷卻台24分別被冷卻為第1冷卻溫度及第2冷卻溫度。藉此，熱耦合於該等之第1低溫板單元18、第2低溫板單元20亦分別被冷卻為第1冷卻溫度及第2冷卻溫度。
入口低溫板32將從真空腔室朝向低溫泵10飛來之氣體進行冷卻。在入口低溫板32的表面，讓在第1冷卻溫度下蒸氣壓力充分低的(例如10^-8 Pa以下的)氣體凝結。該氣體可以稱為第1種氣體。第1種氣體例如是水蒸氣。如此，入口低溫板32能夠將第1種氣體進行排氣。在第1冷卻溫度下蒸氣壓力不夠低的氣體的一部分，從吸氣口12進入到內部空間14。或者氣體的其他一部分在入口低溫板32被反射，不會進入到內部空間14。
進入到內部空間14之氣體藉由第2低溫板單元20而被冷卻。在第2低溫板單元20的表面，讓在第2冷卻溫度下蒸氣壓力充分低的(例如10^-8 Pa以下的)氣體凝結。該氣體可以被稱為第2種氣體。第2種氣體例如是氬氣。如此，第2低溫板單元20能夠將第2種氣體進行排氣。
在第2冷卻溫度下蒸氣壓不夠低的氣體，藉由第2低溫板單元20的吸附材料吸收。該氣體可以稱為第3種氣體。第3種氣體可以稱為不凝性氣體，例如為氫氣。如此，第2低溫板單元20能夠將第3種氣體進行排氣。從而，低溫泵10能夠藉由凝結或吸附而將各種氣體進行排氣，並能夠使真空腔室的真空度達到所期望的等級。
藉由持續排氣運轉，在低溫泵10中逐步蓄積氣體。為了將所蓄積之氣體排出到外部而進行低溫泵10的再生。在再生中，低溫泵10被升溫，氣體從低溫板60被釋放。
以往典型之低溫泵使用活性碳作為吸附材料，在某一用途中，含有氧氣之氣體藉由低溫泵進行排氣。該情況下，在再生中活性碳暴露於氧氣環境中。活性碳由於是可燃物，因次可能因某些因素而發生意外起火。為了減少事故的可能性，避免複數種危險因素併存是非常重要。
依本實施形態，吸附區域64具備：含有矽膠作為主要成分之不燃性吸附材料。從而，例如即使存在氧氣，亦可確實地防止吸附材料的起火及燃燒。與以往不同，能夠避免所謂活性碳和氧氣之複數種危險因素的併存，並能夠消除發生起火的風險。藉此，低溫泵10的安全性提高。能夠提供適用於應排出氣體中含有氧氣之用途之低溫泵10。
作為不燃性吸附材料，亦可考慮使用分子篩等的其他無機多孔體。與此相比，若如本實施形態般使用矽膠，則具有使低溫泵10的再生容易之優點。多孔體的吸附特性通常具有溫度依存性，亦即越高溫則吸附量越降低。亦即，若多孔體被加熱，則被吸附於多孔體之氣體變得容易被釋放。與其他無機多孔體相比，矽膠在高溫下的吸附特性顯著降低。從而，含有矽膠之不燃性吸附材料容易進行再生。
但在低溫泵10進行排氣之氣體中包含水蒸氣之情況下可能產生問題。在低溫泵10的真空排氣運轉中，水蒸氣於第1低溫板單元18凝結而變成冰。在再生中，低溫泵10被加熱為室溫或比其更高溫(例如290K～330K)，因此冰熔化成水。吸附材料可能會沾上大量的水滴。
矽膠是具有OH基之親水性材料的一種。若如此的親水性吸附材料接觸到液體水，則在吸附材料的分子與水分子之間容易形成氫鍵。氫鍵是強鍵結，因此吸附材料的脫水需要很長時間，可預測導致再生時間變長。這並不理想。而且，矽膠若浸漬於液體水中則變脆，之後自然破碎。因此，在親水性吸附材料含有矽膠之情況下，特別期望避免與液體水的接觸。
於是，實施形態之低溫泵10的再生，是藉由昇華將冰不經過液體水而氣化為水蒸氣，並排出到外部。以下，對該種實施例進行描述。
圖3係一實施形態之低溫泵10的方塊圖。低溫泵10具備再生控制器100、記憶部102、輸入部104及輸出部106。
再生控制器100構成為控制低溫泵10的再生運轉。並構成為在再生控制器100中接收包括第1溫度感測器90、第2溫度感測器92及壓力感測器94之各種感測器的測定結果。再生控制器100根據如此的測定結果而運算賦予到冷凍機16及各種閥之控制指令。再生控制器100構成為為了低溫泵10的再生而控制來自低溫泵殼體70的排氣和對低溫泵殼體70的沖洗氣體的供給。再生控制器100在再生中控制粗抽閥80及沖洗閥84的開閉。
第1溫度感測器90定期測定第1低溫板單元18的溫度，並生成表示第1低溫板單元18的測定溫度之第1溫度測定訊號S1。第1溫度感測器90以能夠通訊之方式連接於再生控制器100，並將第1溫度測定訊號S1輸出到再生控制器100。第2溫度感測器92定期測定第2低溫板單元20的溫度，並生成表示第2低溫板單元20的測定溫度之第2溫度測定訊號S2。第2溫度感測器92以能夠通訊之方式連接於再生控制器100，並將第2溫度測定訊號S2輸出到再生控制器100。
壓力感測器94定期測定低溫泵殼體70的內壓，並生成表示低溫泵殼體70的內壓之壓力測定訊號S3。壓力感測器94以能夠通訊之方式連接於再生控制器100，並將壓力測定訊號S3輸出到再生控制器100。
記憶部102構成為儲存與低溫泵10的控制相關之資料。記憶部102可以是半導體記憶體或其他資料記憶媒體。輸入部104構成為接收來自使用者或其他裝置的輸入。輸入部104例如包括用於接收來自使用者的輸入的滑鼠、鍵盤等等輸入手段及/或用於與其他裝置進行通訊的通訊手段。輸出部106構成為輸出與低溫泵10的控制相關之資料，並包括顯示器、印表機等的輸出手段。記憶部102、輸入部104及輸出部106分別以能夠與再生控制器100通訊之方式連接。
再生控制器100具備第1壓力上升率監視部110、第2壓力上升率監視部112、溫度監視部114、壓力監視部116、粗抽閥驅動部118及沖洗閥驅動部120。
第1壓力上升率監視部110接收壓力測定訊號S3，並根據壓力測定訊號S3運算壓力上升率，將壓力上升率與第1閾值進行比較。第1閾值例如設定為正值。當對低溫泵10進行真空排氣時，亦即，當粗抽閥80開啟且沖洗閥84關閉時，第1壓力上升率監視部110進行前述比較。第1閾值預先被設定，並儲存於記憶部102。
第2壓力上升率監視部112接收壓力測定訊號S3，並根據壓力測定訊號S3運算壓力上升率，將壓力上升率與第2閾值進行比較。第2閾值小於第1閾值。第2閾值例如設定為負值。當對低溫泵10進行真空排氣時，第2壓力上升率監視部112進行前述比較。第2閾值預先被設定，並儲存於記憶部102。
溫度監視部114接收第1溫度測定訊號S1，並將第1低溫板單元18的測定溫度與沖洗停止溫度進行比較。或者溫度監視部114可以接收第2溫度測定訊號S2，並將第2低溫板單元20的測定溫度與沖洗停止溫度進行比較。當向低溫泵10供给沖洗氣體時，亦即，當沖洗閥84開啟且粗抽閥80關閉時，溫度監視部114進行前述比較。又，溫度監視部114將低溫泵殼體70內的溫度(例如第1低溫板單元18或第2低溫板單元20中的任一個溫度)與溫度閾值進行比較。當對低溫泵10進行真空排氣時，溫度監視部114進行前述比較。沖洗停止溫度、溫度閾值預先被設定，並儲存於記憶部102。
壓力監視部接收壓力測定訊號S3，並將低溫泵殼體70的內壓與壓力閾值進行比較。當對低溫泵10進行真空排氣時，壓力監視部116進行前述比較。壓力閾值預先被設定，並儲存於記憶部102。
第1壓力上升率監視部110能夠從粗抽閥驅動部118獲得表示粗抽閥80現在是開啟還是關閉之粗抽閥狀態資料。第1壓力上升率監視部110能夠從沖洗閥驅動部120獲得表示沖洗閥84現在是開啟還是關閉之沖洗閥狀態資料。同樣地，第2壓力上升率監視部112、溫度監視部114、壓力監視部116能夠從粗抽閥驅動部118獲得粗抽閥狀態資料，並能夠從沖洗閥驅動部120獲得沖洗閥狀態資料。
粗抽閥驅動部118判定是否滿足粗抽閥閉鎖條件，並生成粗抽閥驅動訊號S4。粗抽閥驅動部118根據第1壓力上升率監視部110、第2壓力上升率監視部112、溫度監視部114、壓力監視部116中的至少1個比較結果來判定是否滿足粗抽閥閉鎖條件。在滿足粗抽閥閉鎖條件之情況下，粗抽閥驅動部118將關閉粗抽閥80之粗抽閥驅動訊號S4輸出到粗抽閥80。在不滿足粗抽閥閉鎖條件之情況下，粗抽閥驅動部118將開啟粗抽閥80之粗抽閥驅動訊號S4輸出到粗抽閥80。又，粗抽閥驅動部118生成粗抽閥狀態資料。
沖洗閥驅動部120判定是否滿足沖洗閥閉鎖條件，並生成沖洗閥驅動訊號S5。沖洗閥驅動部120根據第1壓力上升率監視部110、第2壓力上升率監視部112、溫度監視部114、壓力監視部116中的至少1個比較結果來判定是否滿足沖洗閥閉鎖條件。在滿足沖洗閥閉鎖條件之情況下，沖洗閥驅動部120將關閉沖洗閥84之沖洗閥驅動訊號S5輸出到沖洗閥84。在不滿足沖洗閥閉鎖條件之情況下，沖洗閥驅動部120將開啟沖洗閥84之沖洗閥驅動訊號S5輸出到沖洗閥84。又，沖洗閥驅動部120生成沖洗閥狀態資料。
粗抽閥驅動部118亦可以根據第1壓力上升率監視部110、第2壓力上升率監視部112、溫度監視部114、壓力監視部116中的至少1個比較結果來判定是否滿足粗抽閥開放條件。粗抽閥驅動部118亦可以將粗抽閥80控制成：在滿足粗抽閥開放條件之情況下開啟粗抽閥80，在不滿足粗抽閥開放條件之情況下關閉粗抽閥80。同樣地，沖洗閥驅動部120亦可以將沖洗閥84控制成：在滿足沖洗閥開放條件之情況下開啟沖洗閥84，在不滿足沖洗閥開放條件之情況下關閉。
例如沖洗閥驅動部120可以在開始低溫泵10的再生時開啟沖洗閥84，並以藉由溫度監視部114判定為測定溫度高於沖洗停止溫度作為條件而關閉沖洗閥84。粗抽閥驅動部118可以以藉由溫度監視部114判定為測定溫度高於沖洗停止溫度作為條件而開啟粗抽閥80。
粗抽閥驅動部118亦可以以藉由第2壓力上升率監視部112判定為壓力上升率小於第2閾值作為條件之一而關閉粗抽閥80。粗抽閥驅動部118亦可以以低溫泵殼體70的內壓低於壓力閾值作為追加的條件而關閉粗抽閥80。粗抽閥驅動部118亦可以以低溫泵殼體70內的溫度高於溫度閾值作為追加的條件而關閉粗抽閥80。
再生控制器100、以及第1壓力上升率監視部110、第2壓力上升率監視部112等的再生控制器100的內部結構，在硬體結構上能用以電腦的CPU或記憶體為代表之元件或電路來實現，在軟體結構上能由電腦程式等來實現，圖3中顯示，適當地藉由其等的協作而實現之功能方塊。本領域技術人員應可理解，該等功能方塊能夠藉由硬體及軟體的組合而以各種形式實現。
例如再生控制器100能夠藉由將CPU(Central Processing Unit：中央處理單元)、微電腦等的處理器(硬體)和處理器(硬體)所執行之軟體程式組合。如此的硬體處理器例如可以由FPGA(Field Pro grammable Gate Array：現場可程式閘陣列)等的可程式邏輯元件構成，亦可以是如可程式邏輯控制器(PLC)般的控制電路。軟體程式可以是用於使再生控制器100執行低溫泵10的再生順序的電腦程式。
圖4係顯示一實施形態之低溫泵再生方法的主要部分之流程圖。若再生順序開始，則沖洗閥驅動部120開啟沖洗閥84，粗抽閥驅動部118關閉粗抽閥80 (S10)。從沖洗氣體源86通過沖洗閥84向低溫泵殼體70供给沖洗氣體。
溫度監視部114將第1低溫板單元18的測定溫度與沖洗停止溫度進行比較(S12)。根據溫度監視部114之比較結果，粗抽閥驅動部118控制粗抽閥80，沖洗閥驅動部120控制沖洗閥84。在第1低溫板單元18的測定溫度低於沖洗停止溫度的情況下(S12的否)，維持現在狀態。亦即，沖洗閥84開放，粗抽閥80閉鎖。溫度監視部114在經過既定時間之後，再度將第1低溫板單元18的測定溫度與沖洗停止溫度進行比較(S12)。
在第1低溫板單元18的測定溫度高於沖洗停止溫度的情況下(S12的是)，沖洗閥驅動部120關閉沖洗閥84，粗抽閥驅動部118開啟粗抽閥80(S14)。另外，粗抽閥80亦可以在比沖洗閥84的閉鎖稍晚再開放。
第1壓力上升率監視部110將壓力上升率與第1閾值進行比較(S16)。根據第1壓力上升率監視部110之比較結果，粗抽閥驅動部118控制粗抽閥80，沖洗閥驅動部120控制沖洗閥84。在壓力上升率小於第1閾值的情況下(S16的否)，維持現在狀態。亦即，粗抽閥80開放，沖洗閥84閉鎖。第1壓力上升率監視部110在經過既定時間之後，再度將壓力上升率與第1閾值進行比較(S16)。
在壓力上升率大於第1閾值的情況下(S16的是)，第2壓力上升率監視部112將壓力上升率與第2閾值進行比較(S18)。如此，第2壓力上升率監視部112以藉由第1壓力上升率監視部110判定為壓力上升率大於第1閾值作為條件，將壓力上升率與第2閾值進行比較。
根據第2壓力上升率監視部112之比較結果，粗抽閥驅動部118控制粗抽閥80，沖洗閥驅動部120控制沖洗閥84。在壓力上升率大於第2閾值的情況下(S18的否)，維持現在狀態。亦即，粗抽閥80開放，沖洗閥84閉鎖。第2壓力上升率監視部112在經過既定時間之後，再度將壓力上升率與第2閾值進行比較(S18)。
在壓力上升率小於第2閾值的情況下(S18的是)，判定是否滿足追加的粗抽閥閉鎖條件(S20)。
在該實施形態中，粗抽閥閉鎖條件不僅包括“(1)壓力上升率小於第2閾值”，而且包括以下(2)(3)。
(2)低溫泵殼體70的測定內壓低於壓力閾值。
(3)第2低溫板單元20的測定溫度高於溫度閾值。
從而，壓力監視部116將低溫泵殼體70的測定內壓與壓力閾值進行比較。又，溫度監視部114將第2低溫板單元20的測定溫度與溫度閾值進行比較。根據溫度監視部114及壓力監視部116之比較結果，粗抽閥驅動部118控制粗抽閥80，沖洗閥驅動部120控制沖洗閥84。
在低溫泵殼體70的測定內壓高於壓力閾值的情況下(S20的否)，維持現在狀態。在第2低溫板單元20的測定溫度低於溫度閾值的情況下(S20的否)，亦維持現在狀態。亦即，粗抽閥80開放，沖洗閥84閉鎖。在經過既定時間之後，再度判定是否滿足該等追加的粗抽閥閉鎖條件(S20)。
在滿足追加的粗抽閥閉鎖條件之情況下(S20的是)，亦即，在低溫泵殼體70的測定內壓低於壓力閾值且第2低溫板單元20的測定溫度高於溫度閾值的情況下，粗抽閥80閉鎖(S22)。沖洗閥84亦可以與粗抽閥80的閉鎖同時或稍晚再開放。
壓力閾值例如選自10Pa～100Pa的壓力範圍，例如可以是30Pa。溫度閾值例如選自290K～330K的溫度範圍，例如可以是300K。
在步驟S22中之粗抽閥80閉鎖之後，進行未圖示之進一步之排出製程及降溫製程，再生順序結束。
圖5顯示圖4中所示出之再生方法中之溫度及壓力的歷時變化的一例。圖5中，符號T1、T2分別表示第1低溫板單元18、第2低溫板單元20的測定溫度。溫度值示於左側縱軸上。符號P表示低溫泵殼體70的測定內壓，壓力值以對數形式示於右側縱軸上。
若再生順序開始，則沖洗閥84開啟，粗抽閥80閉鎖。藉由沖洗氣體的供給，低溫泵殼體70的測定內壓P提高至大氣壓程度。
在再生順序的開始時點T0，第1低溫板單元18例如被冷卻為100K左右的極低溫，第2低溫板單元20例如被冷卻為10～20K左右的極低溫。藉由沖洗氣體及設置於低溫泵10之其他熱源，第1低溫板單元18、第2低溫板單元20被朝向沖洗停止溫度Tp加熱。
沖洗停止溫度Tp設定為比水的三相點溫度(亦即273.15K)更低的溫度值。沖洗停止溫度Tp可以在水的三相點溫度的附近設定為比其低的溫度，例如設定於約230K～270K的範圍。沖洗停止溫度Tp可以設定為250K。
在捕捉到低溫泵10之各種氣體中，除了水以外之大部分成分，在低溫泵10升溫為沖洗停止溫度Tp之再生的初始階段進行氣化。與該等其他氣體相比，水不易氣化，在低溫泵10達到沖洗停止溫度Tp之時點，仍以固體冰的狀態殘留於第1低溫板單元18上。
在圖5所示之時刻Ta，第1低溫板單元18的測定溫度T1達到沖洗停止溫度Tp。於是，沖洗閥84閉鎖，停止對低溫泵殼體70的沖洗氣體的供給。如此，在低溫板溫度超過水的三相點溫度之前，停止對低溫泵10的沖洗氣體的供給。
該再生順序是所謂完全再生，第1低溫板單元18和第2低溫板單元20兩者被再生。因此低溫泵10持續被加熱，升溫為室溫或比其高溫的再生溫度(例如290K～330K)。如此，再生中將低溫泵10維持較高的溫度，有助於再生時間的縮短。
圖5中示出第2低溫板單元20的設定溫度T2max。再生中直至開始降溫為止，第2低溫板單元20的溫度T2維持在設定溫度T2max的附近。例如設定溫度T2max可以作為第2低溫板單元20的上限溫度而被使用，第2低溫板單元20的溫度T2可以藉由再生控制器100而維持在設定溫度T2max與下限溫度T2max-ΔT之間。該溫度裕度ΔT例如可以約為5～10K。或者第2低溫板單元20的溫度T2可以維持在T2max±ΔT的溫度範圍。
在時刻Ta，在沖洗閥84閉鎖之同時粗抽閥80開啟。開始低溫泵10的真空排氣。已氣化之各種氣體通過粗抽閥80而往粗抽泵82進行排氣。低溫泵殼體70的測定內壓P急劇減小(壓力上升率成為負值)。低溫泵殼體70的測定內壓P維持在比水的三相點壓力(611Pa)更低的值。
壓力上升率逐步接近零，終於，在圖5所示之時刻Tb成為正值。低溫泵殼體70的測定內壓P從減少變為增加。該壓力上升是將於低溫泵10內凝結之冰藉由昇華進行氣化而產生。
隨著冰的昇華之進展，壓力上升率逐步變小，不久，在圖5所示之時刻Tc成為負值。低溫泵殼體70的測定內壓P再度從增加轉變為減少。在該時點大部分冰應已氣化。已氣化之水蒸氣通過粗抽閥80而往粗抽泵82進行排氣。
再生控制器100偵知由這樣的冰的昇華所產生之壓力變動的“峰值”。第1壓力上升率監視部110偵知壓力變動的“峰值”的開始，第2壓力上升率監視部112偵知壓力變動的“峰值”的結束。
低溫泵10的真空排氣進一步持續，當低溫泵10的內壓變得充分低時，粗抽閥80閉鎖，低溫泵10的真空排氣結束(圖5的時刻Td)。更具體而言，在低溫泵殼體70的測定內壓P低於壓力閾值Pa、且第2低溫板單元20的測定溫度T2高於溫度閾值的情況下，粗抽閥80閉鎖。
接著，如圖5所示，可以進行所謂粗抽及沖洗(rough and purge)。粗抽及沖洗是交替反覆進行對低溫泵10的沖洗氣體的供給和真空排氣之製程。藉由昇華而氣化之水蒸氣的一部分可以藉由吸附材料吸收。粗抽及沖洗有助於將吸附材料上所吸附之水蒸氣排出。在粗抽及沖洗的期間，監視低溫泵10的內壓及壓力上升率，當其等滿足既定值時(圖5中之時刻Te)，開始低溫泵10的降溫。若第1低溫板單元18及第2低溫板單元20分別被冷卻為目標冷卻溫度(圖5中之時刻Tf)，則完成再生。
如以上已說明，依本實施形態，藉由昇華，冰不經過液體水而氣化為蒸氣。藉此，親水性吸附材料在再生中不與液體水接觸。由於在吸附材料上所吸附之水的量變少，因此能夠縮短吸附材料的脫水所需時間。藉此，能夠縮短再生時間。
又，如上所述，矽膠若浸漬於液體水中則變脆，之後自然破碎。然而，依本實施形態，親水性吸附材料在再生中不與液體水接觸。藉此，在親水性吸附材料含有矽膠之情況下，能夠長時間保持親水性吸附材料。
圖6係顯示再生中的低溫板最高溫度與排出完成時間的關係的一例之曲線圖。圖6的橫軸表示第2低溫板單元20的設定溫度T2max，縱軸表示從再生開始至排出完成為止所需時間。在此，排出完成是指低溫泵殼體70的內壓及壓力上升率滿足既定值之時點(例如圖5中之時刻Te)。圖6中顯示，關於設定溫度T2max不同之5種情況(20℃、52℃、72℃、92℃、122℃)，在圖1所示之低溫泵10(亦即，吸附區域64含有矽膠作為主要成分)中導入了一定量的水之情況的排出完成時間的測定結果。
如圖6所示，排出完成時間隨著設定溫度T2max變高而縮短。更詳細而言，在設定溫度T2max為比約70℃更低溫的情況下，排出完成時間沿直線A變化，在設定溫度T2max比約70℃更高溫的情況下，沿直線B變化。直線A、B均具有負的斜率，但直線A的斜率大於直線B。
如此，將設定溫度T2max從室溫(例如20℃)增加時的排出完成時間的縮短量，在設定溫度T2max約為70℃以下時較大，在設定溫度T2max約為70℃以上則不怎麼大。依據圖6可看出，當設定溫度T2max為20℃時，排出完成時間被讀取為約420分鐘，當設定溫度T2max為70℃時，排出完成時間約180分鐘，因此藉由將設定溫度T2max從20℃提高為70℃，排出完成時間可以縮短約240分鐘。又，當設定溫度T2max為120℃時，排出完成時間約130分鐘，因此藉由將設定溫度T2max從70℃提高為120℃，排出完成時間縮短約50分鐘。如此，若設定溫度T2max約為70℃以上，則排出完成時間沒那麼取決於設定溫度T2max。從而，設定溫度T2max至少設為70℃為較佳。
直線A、B的交點的溫度Tx可能根據導入到低溫泵10內之水的量等的多個條件而改變，但依據本發明人的研究，可預測在約65℃至約75℃的溫度範圍。從而，設定溫度T2max可以高於選自該溫度範圍之溫度，例如可以為65℃以上，或70℃以上，或75℃以上。
然而，矽膠的水分吸附能力具有溫度依存性。在室溫或比其低的溫度下，矽膠良好地吸附水分。例如100g的矽膠吸附25g以上的水分(亦即，25wt%的水分吸附量)。但隨著溫度變成高於室溫，矽膠的水分吸附能力顯著降低。例如在80℃下水分吸附量低於5wt%，在90℃下幾乎(或完全)失去水分吸附能力。從而，在吸附區域64含有矽膠之情況下，為了使已吸附之水分從矽膠良好地釋放，設定溫度T2max可以為80℃以上，或90℃以上。
若將設定溫度T2max設為過高，則如上所述，排出完成時間的縮短效果小，反而有導致超過低溫泵10的耐熱溫度之風險。因此設定溫度T2max可以為130℃以下，或120℃以下，或110℃以下，或100℃以下，或95℃以下。
例如在藉由冷凍機16的反向升溫運轉而進行低溫泵10的加熱之情況下，冷凍機16的內部結構構件(例如第2蓄冷器)的溫度有變得比第2低溫板單元20的測定溫度高之傾向。因此在利用冷凍機16的反向升溫運轉之情況下，考慮到冷凍機16的內部結構構件的耐熱溫度，設定溫度T2max可以是較低的溫度，例如為100℃以下，或95℃以下。設定溫度T2max可以是低於水的沸點的溫度。
從而，再生控制器100可以構成為，在再生中將吸附區域64升溫為65℃以上(或70℃以上，或75℃以上，或80℃以上，或90℃以上)。再生控制器100可以構成為，在再生中將吸附區域64升溫為130℃以下(或120℃以下，或110℃以下，或100℃以下，或95℃以下)。
作為一例，溫度監視部114將第2低溫板單元20的測定溫度與再生中的上限溫度(例如設定溫度T2max或T2max+ ΔT)進行比較。在低溫泵10的加熱中測定溫度不超過上限溫度之情況下，溫度監視部114繼續進行低溫泵10(第1低溫板單元18及/或第2低溫板單元20)的加熱。在低溫泵10的加熱中測定溫度超過上限溫度之情況下，溫度監視部114停止低溫泵10的加熱。
又，溫度監視部114將第2低溫板單元20的測定溫度與下限溫度(例如T2max-ΔT)進行比較。在低溫泵10的加熱停止中測定溫度超過下限溫度之情況下，溫度監視部114繼續進行低溫泵10的加熱停止。低溫泵10的加熱停止中測定溫度低於下限溫度之情況下，溫度監視部114進行低溫泵10的加熱。
低溫泵10的加熱是使用設置於低溫泵10之加熱裝置(例如冷凍機16的反向升溫運轉或裝配於冷凍機16之電加熱器等)而進行。再生控制器100將加熱裝置控制成切換低溫泵10的加熱和加熱停止。例如藉由開啟和關閉加熱裝置而切換低溫泵10的加熱和加熱停止。
如此，在再生中藉由將吸附區域64加熱為65℃以上，能夠縮短從低溫泵10的水的排出完成時間，進而，能夠大幅縮短再生時間。
圖7是概略地顯示一實施形態之低溫泵系統之圖。低溫泵系統具備複數個低溫泵，具體而言，具備至少1個第1低溫泵10a和至少1個第2低溫泵10b。在圖7所示例中，低溫泵系統由包括1台第1低溫泵10a和3台第2低溫泵10b之共計4台低溫泵構成，但第1低溫泵10a、第2低溫泵10b的數量並無特別限定。該等複數個低溫泵可以分別設置於不同的真空腔室，亦可設置於同一個真空腔室。
第1低溫泵10a是具有將矽膠作為主要成分而含有之吸附材料之低溫泵，例如是圖1所示之低溫泵10。第2低溫泵10b是具有不含有矽膠之吸附材料(例如活性碳)之低溫泵。第2低溫泵10b除吸附材料以外具有與圖1所示之低溫泵10相同的結構。如此，第1低溫泵10a具備低溫泵殼體70及粗抽閥80。同樣地，第2低溫泵10b具備低溫泵殼體70及粗抽閥80。
低溫泵系統具備粗抽排氣管線130。粗抽排氣管線130具備：在第1低溫泵10a和第2低溫泵10b中共用之粗抽泵82；及從各低溫泵(10a、10b)的粗抽閥80向共用的粗抽泵82進行合流之粗抽配管132。
再生控制器100構成為，接收關於各低溫泵(10a、10b)的再生開始指令S6，並開始該低溫泵的再生。再生開始指令S6例如從輸入部104(參閱圖3)輸入到再生控制器100。
然而，各低溫泵(10a、10b)通過粗抽排氣管線130而彼此連接，因此在幾個低溫泵中並行進行再生之情況下，氣體可能從某一低溫泵(稱為低溫泵A)向其他低溫泵(稱為低溫泵B)逆流。例如粗抽泵82正在進行低溫泵A的粗抽中，若低溫泵B從沖洗轉移到粗抽，則在該轉移時點，低溫泵B的內壓因沖洗氣體而變得高於低溫泵A。因此藉由2個低溫泵的壓力差，氣體可能通過粗抽配管132而從低溫泵B向低溫泵A逆流。
尤其在低溫泵A是第1低溫泵10a之情況下，這樣的氣體的逆流並不理想。其理由在於，第1低溫泵10a因逆流而升壓，內壓可能超過水的三相點壓力。該情況下，在第1低溫泵10a中冰可能液化成水。吸附材料中所包含之矽膠與液體水接觸之風險提高。
又，藉由從粗抽配管132向低溫泵(10a、10b)產生之逆流，亦有顆粒進入到低溫泵的疑慮。
因此再生控制器100在第1低溫泵10a的再生中接收到關於至少1個其他低溫泵(亦即，第2低溫泵10b)的再生開始指令S6之情況下，可以使至少1個其他低溫泵的再生開始延遲到第1低溫泵10a的再生完成以後。
從而，在第1低溫泵10a的再生中，其他低溫泵的粗抽閥80持續被閉鎖，共用的粗抽泵82作為専用的粗抽泵而使用於第1低溫泵10a。藉此，能夠防止從其他低溫泵向再生中的第1低溫泵10a的氣體逆流。
該情況下，再生控制器100可以繼續進行接收到再生開始指令S6後之其他低溫泵的真空排氣運轉(亦即，利用低溫泵之真空腔室的真空排氣)。或者再生控制器100亦可中止接收到再生開始指令S6之其他低溫泵的真空排氣運轉。藉此，該低溫泵的冷凍機16停止冷卻運轉，低溫泵可以自然升溫。
又，再生控制器100在第2低溫泵10b的再生中，關於第1低溫泵10a接收到再生開始指令S6之情況下，可以中斷第2低溫泵10b的再生。如此，第1低溫泵10a的再生可以優先於第2低溫泵10b的再生而進行。第2低溫泵10b的再生可以在完成第1低溫泵10a的再生之後重新開始，或者從頭開始重新進行。
或者再生控制器100在第2低溫泵10b的再生中，關於第1低溫泵10a接收到再生開始指令S6之情況下，可以使第1低溫泵10a的再生開始延遲到第2低溫泵10b的再生完成以後。
再生控制器100在任一第2低溫泵10b的再生中，關於其他第2低溫泵10b接收到再生開始指令S6之情況下，可以並行進行該等第2低溫泵10b的再生。
另外，也會有低溫泵系統具有複數個第1低溫泵10a的情況。該情況下，再生控制器100在某一個第1低溫泵10a的再生中，接收到關於其他第1低溫泵10a的再生開始指令S6之情況下，可以無需並行進行該等第1低溫泵10a的再生，而逐一依序進行再生。
以上，根據實施例對本發明進行了說明。本發明並不限定於上述實施形態，而能夠進行各種設計變更，本領域技術人員可以理解：能夠進行各種變形例，又，如此的變形例亦在本發明的範圍內。與一實施形態相關地已說明之各種特徵亦能夠適用於其他實施形態中。藉由組合而生成之新的實施形態，是兼具所組合之實施形態各自的效果。
在上述實施形態中，粗抽閥閉鎖條件設為滿足以下(1)～(3)全部，但並不限定於此。
(1)壓力上升率小於第2閾值。
(2)低溫泵殼體70的測定內壓低於壓力閾值。
(3)第2低溫板單元20的測定溫度高於溫度閾值。
例如粗抽閥閉鎖條件可以僅為(1)。該情況下，可以省略圖4所示之步驟S20。藉此，在壓力上升率小於第2閾值的情況下(S18的是)，粗抽閥80可以閉鎖(S22)。
或者粗抽閥閉鎖條件可以是(1)及(2)中的至少一方。藉此，能夠根據低溫泵內的壓力及壓力上升率中的至少一方而停止低溫泵的真空排氣。
又，粗抽閥閉鎖條件可以是(2)及(3)。該情況下，可以省略圖4所示之步驟S16、S18。
可以代替條件(3)，或者與條件(3)一同，作為粗抽閥閉鎖條件而使用以下條件(3’)。
(3’)第1低溫板單元18的測定溫度高於溫度閾值。
在上述實施形態中，若開始再生順序，則沖洗氣體同時供給到低溫泵殼體70。但在將於低溫泵10內凝結之冰藉由昇華進行氣化並排出到低溫泵10的外部之方面，沖洗氣體的供給並非是必須的。又，為了昇華而積極加熱低溫泵10亦並非是必須的。代替使加熱裝置進行動作，低溫泵10亦可藉由來自周圍環境的熱流入而自然升溫。以下，對這樣的實施例進行描述。
圖8中示出利用昇華之排水製程的其他例。該例中沖洗閥84關閉，沖洗氣體不會供給到低溫泵殼體70。藉由昇華而氣化之水蒸氣，藉由利用粗抽泵82之通過了粗抽閥80之低溫泵殼體70的真空排氣，從低溫泵殼體70排出。作為粗抽閥閉鎖條件而使用(2)及(3’)。冷凍機16的運轉停止。
首先，溫度監視部114將第1低溫板單元18的測定溫度與粗抽排氣開始溫度進行比較(S24)。粗抽排氣開始溫度可以與上述實施形態中之沖洗停止溫度相等。根據溫度監視部114之比較結果，粗抽閥驅動部118控制粗抽閥80。
在第1低溫板單元18的測定溫度低於粗抽排氣開始溫度的情況下(S24的否)，粗抽閥80閉鎖。溫度監視部114在經過既定時間之後，再度將第1低溫板單元18的測定溫度與粗抽排氣開始溫度進行比較(S24)。在第1低溫板單元18的測定溫度高於粗抽排氣開始溫度的情況下(S24的是)，粗抽閥驅動部118開啟粗抽閥80(S26)。
接著，溫度監視部114將第1低溫板單元18的測定溫度與溫度閾值進行比較(S28)。在低溫泵10不被積極加熱之情況下，低溫泵10的溫度不會超過周圍溫度(例如室溫)。如此，該溫度閾值可以選自周圍溫度或比其低的值，例如260～300K的範圍，例如可以為280K。在第1低溫板單元18的測定溫度低於溫度閾值的情況下(S28的否)，粗抽閥80繼續開放，在經過既定時間之後，再度進行該溫度比較及判定(S28)。
在第1低溫板單元18的測定溫度高於溫度閾值的情況下(S28的是)進行壓力判定。壓力監視部116將低溫泵殼體70的測定內壓與壓力閾值進行比較(S30)。在低溫泵殼體70的測定內壓高於壓力閾值的情況下(S30的否)，粗抽閥80繼續開放，在經過既定時間之後，再度進行壓力比較及判定(S30)。在低溫泵殼體70的測定內壓低於壓力閾值的情況下，粗抽閥80閉鎖(S32)。如此，利用昇華之排水製程結束。
圖9係概略地顯示一實施形態之低溫泵的其他例之圖。低溫泵10具備對冷凍機16供給工作氣體(例如氦氣體)之壓縮機134。壓縮機134從冷凍機16回收工作氣體，並將所回收之工作氣體進行壓縮並加壓，再度供給到冷凍機16。又，與上述實施形態同樣地，低溫泵10具備根據第1溫度測定訊號S1、第2溫度測定訊號S2、壓力測定訊號S3而生成粗抽閥驅動訊號S4之再生控制器100。
然而，壓縮機134因各種因素而可能異常停止，該各種因素例如包括：氣溫或濕度、氣壓等的超出假想的壓縮機134的設置環境之過度變動，或者冷卻水等的冷媒的異常之品質降低等之壓縮機134的冷卻設備的不良情況等。
為了偵知壓縮機134的異常停止，壓縮機134構成為將表示壓縮機134的運轉狀態(例如壓縮機134的開啟和關閉)之壓縮機訊號S7輸出到再生控制器100。作為一例，壓縮機訊號S7例如是DC24V或其他恆定電壓訊號，在壓縮機134的啟動中始終輸出，在異常停止等的停止中不輸出。
從而，再生控制器100，在偵知壓縮機訊號S7之情況下啟動壓縮機134，在未偵知壓縮機訊號S7之情況下判定為壓縮機134異常停止。又，再生控制器100根據壓縮機訊號S7將冷凍機控制訊號S8輸出到冷凍機16。例如再生控制器100在未偵知壓縮機訊號S7之情況下，停止對冷凍機16的電力供給，藉此使冷凍機16的運轉停止。藉此，能夠與壓縮機134的異常停止同步而使冷凍機16的運轉停止。
若伴隨壓縮機134的異常停止而停止了冷凍機16，則熱從周圍環境流入到低溫泵10，藉此第1低溫板單元18及第2低溫板單元20可能升溫。縱使在這樣的事態下，亦期望防止於低溫板上所凝結之冰的熔化、以及其結果可能產生之液體水與吸附材料(例如矽膠)的接觸。於是，低溫泵10，在壓縮機134的異常停止中，以將於低溫泵10內凝結之冰藉由昇華進行氣化並排出的方式進行動作。
圖10係例示出一實施形態之當產生了壓縮機的異常停止時低溫泵執行之處理之流程圖。如圖10所示，當產生了壓縮機134的異常停止時，再生控制器100根據壓縮機訊號S7使冷凍機16的運轉停止(S34)。在低溫泵10與真空腔室之間設置有閘閥之情況下，在冷凍機16停止之同時閘閥閉鎖。
再生控制器100判定有無壓縮機訊號S7 (S36)。在不存在壓縮機訊號S7之情況下(S36的否)，再生控制器100(例如溫度監視部114)將第2低溫板單元20的測定溫度與上限溫度進行比較(S38)。該上限溫度例如設定為低溫泵10的真空排氣運轉之標準運轉溫度的最大值，例如選自20～30K的範圍，例如可以為25K。在第2低溫板單元20的測定溫度低於上限溫度的情況下(S38的否)，再生控制器100進行待機，在經過既定時間之後，再度判定有無壓縮機訊號S7(S36)。
在第2低溫板單元20的測定溫度高於上限溫度的情況下(S38的是)，再生控制器100執行昇華排出順序(S40)。昇華排出順序例如能夠採用圖8所示之利用昇華之排水製程。如此，在產生壓縮機134的異常停止且第2低溫板單元20的溫度超過上限溫度之情況下，能夠將於低溫泵10內凝結之冰藉由昇華進行氣化並排出到低溫泵10的外部。由於從吸附區域64的周圍將水分除去，能夠防止在進行異常停止之壓縮機134的修理或更換之期間將吸附區域64弄濕。若完成昇華排出順序，則低溫泵10就那樣停止冷凍機16的冷卻運轉而進行待機。
另一方面，即使在存在壓縮機訊號S7之情況下(S36的是)，再生控制器100(例如溫度監視部114)亦將第2低溫板單元20的測定溫度與上限溫度進行比較(S42)。在第2低溫板單元20的測定溫度高於上限溫度之情況下(S42的是)，再生控制器100執行昇華再生順序(S44)。昇華再生順序例如能夠採用參閱圖4及圖5所說明之再生順序。若完成再生，則低溫泵10恢復到真空排氣運轉。由於從吸附區域64的周圍將水分除去，能夠防止液體水與吸附材料(例如矽膠)的接觸。
又，再生控制器100在第2低溫板單元20的測定溫度低於上限溫度的情況下(S38的否)，低溫泵10不進行昇華再生，而重新開始冷凍機16的冷卻運轉(S46)，並恢復到真空排氣運轉。吸附區域64保持為極低溫，因此不會與液體水接觸。
另外，實施形態之低溫泵再生適合於在低溫泵10內凝結之水的量少且藉由昇華而低溫泵10的內壓不超過水的三相點壓力之情況。在低溫泵10內凝結有大量水之情況下，藉由昇華而大量的水蒸氣進行氣化，低溫泵10的內壓有可能超過水的三相點壓力。在此情況下，再生控制器100可以將低溫泵10的溫度保持為比水的三相點溫度更低的溫度，以代替將低溫泵10加熱為比室溫更高溫。
根據實施形態，並使用具體的語句對本發明進行了說明，但實施形態僅表示本發明的原理、應用的一個側面，在實施形態，在不脫離申請專利範圍所規定之本發明的思想之範圍內，容許多種變形例及配置的變更。
本發明能夠利用於低溫泵、低溫泵系統、低溫泵的再生方法的領域。

10‧‧‧低溫泵

70‧‧‧低溫泵殼體

80‧‧‧粗抽閥

82‧‧‧粗抽泵

84‧‧‧沖洗閥

86‧‧‧沖洗氣體源

94‧‧‧壓力感測器

100‧‧‧再生控制器

110‧‧‧第1壓力上升率監視部

112‧‧‧第2壓力上升率監視部

114‧‧‧溫度監視部

118‧‧‧粗抽閥驅動部

120‧‧‧沖洗閥驅動部

134‧‧‧壓縮機

S1‧‧‧第1溫度測定訊號

S2‧‧‧第2溫度測定訊號

S3‧‧‧壓力測定訊號

圖1係概略地顯示一實施形態之低溫泵之圖。

圖2係顯示一實施形態之能夠作為形成吸附區域之不燃性吸附材料而能夠使用之矽膠的代表性物性之表。

圖3係一實施形態之低溫泵的方塊圖。

圖4係顯示一實施形態之低溫泵再生方法的主要部分之流程圖。

圖5顯示圖4所示之再生方法中之溫度及壓力的歷時變化的一例。

圖6係顯示再生中的低溫板最高溫度與排出完成時間的關係的一例之曲線圖。

圖7係概略地顯示一實施形態之低溫泵系統之圖。

圖8係顯示一實施形態之利用昇華之排水製程的例子之流程圖。

圖9係概略地顯示一實施形態之低溫泵的其他例之圖。

圖10係例示出一實施形態之產生了壓縮機的異常停止時低溫泵執行之處理之流程圖。

Claims (21)

1. 一種低溫泵，其特徵在於，係具備： 低溫板；及 吸附區域，設置於前述低溫板，能夠吸附不凝性氣體， 前述吸附區域具備：含有矽膠作為主要成分之不燃性吸附材料。
2. 如申請專利範圍第1項所述之低溫泵，其中， 前述矽膠具有0.5nm至3.0nm的平均細孔直徑。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之低溫泵，其中， 前述矽膠具有2.0nm至3.0nm的平均細孔直徑。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之低溫泵，其中， 前述矽膠是矽膠A型、矽膠N型或矽膠RD型。
5. 如申請專利範圍第1或2項所述之低溫泵，其中， 前述吸附區域不包含活性碳。
6. 如申請專利範圍第1或2項所述之低溫泵，其係具備： 低溫泵殼體；將具有前述吸附區域之前述低溫板配置在內部； 壓力感測器，生成表示前述低溫泵殼體的內壓之壓力測定訊號； 粗抽閥，安裝於前述低溫泵殼體，用於將前述低溫泵殼體連接於粗抽泵； 第1壓力上升率監視部，接收前述壓力測定訊號，當前述粗抽閥開啟時，根據前述壓力測定訊號將壓力上升率與第1閾值進行比較； 第2壓力上升率監視部，接收前述壓力測定訊號，以藉由前述第1壓力上升率監視部判定為前述壓力上升率大於前述第1閾值作為條件，當前述粗抽閥開啟時，根據前述壓力測定訊號將前述壓力上升率與小於前述第1閾值的第2閾值進行比較；及 粗抽閥驅動部，以藉由前述第2壓力上升率監視部判定為前述壓力上升率小於前述第2閾值作為條件之一，關閉前述粗抽閥。
7. 如申請專利範圍第6項所述之低溫泵，其中， 前述第1閾值設定為正值，前述第2閾值設定為負值。
8. 如申請專利範圍第6項所述之低溫泵，其進一步具備： 凝結低溫板，配置於前述低溫泵殼體內，被冷卻為比具有前述吸附區域之前述低溫板高的溫度； 溫度感測器，生成表示前述凝結低溫板或具有前述吸附區域之前述低溫板中的任一個的測定溫度之溫度測定訊號； 沖洗閥，安裝於前述低溫泵殼體，用於將前述低溫泵殼體連接於沖洗氣體源； 溫度監視部，接收前述溫度測定訊號，並將前述測定溫度與沖洗停止溫度進行比較；及 沖洗閥驅動部，當開始前述低溫泵的再生時開啟前述沖洗閥，並且以藉由前述溫度監視部判定為前述測定溫度高於前述沖洗停止溫度作為條件，關閉前述沖洗閥， 前述粗抽閥驅動部，以藉由前述溫度監視部判定為前述測定溫度高於前述沖洗停止溫度作為條件，開啟前述粗抽閥， 前述沖洗停止溫度設定為比水的三相點溫度更低的溫度值。
9. 如申請專利範圍第6項所述之低溫泵，其中， 前述粗抽閥驅動部，以前述低溫泵殼體的內壓低於壓力閾值作為追加的條件，關閉前述粗抽閥。
10. 如申請專利範圍第6項所述之低溫泵，其中， 前述粗抽閥驅動部，以前述低溫泵殼體內的溫度高於溫度閾值作為追加的條件，關閉前述粗抽閥。
11. 如申請專利範圍第1或2項所述之低溫泵，其係具備：在再生中將前述吸附區域升溫為65℃以上之再生控制器。
12. 如申請專利範圍第1或2項所述之低溫泵，其進一步具備壓縮機， 前述低溫泵，在前述壓縮機的異常停止中，以將於前述低溫泵內凝結之冰藉由昇華進行氣化並排出的方式進行動作。
13. 一種低溫泵系統，其特徵在於，係具備： 申請專利範圍第1至12項中任一項所述之低溫泵； 至少1個其他低溫泵； 粗抽泵，在前述低溫泵和前述至少1個其他低溫泵中共用；及 再生控制器，接收關於各低溫泵的再生開始指令，並開始該低溫泵的再生， 前述再生控制器在前述低溫泵的再生中，在接收到關於前述至少1個其他低溫泵的再生開始指令之情況下，使前述至少1個其他低溫泵的再生開始延遲到前述低溫泵的再生完成以後。
14. 一種低溫泵，其特徵在於，係具備： 低溫泵殼體； 吸附低溫板，配置於前述低溫泵殼體內，並具備親水性吸附材料， 壓力感測器，生成表示前述低溫泵殼體的內壓之壓力測定訊號； 粗抽閥，安裝於前述低溫泵殼體，用於將前述低溫泵殼體連接於粗抽泵； 第1壓力上升率監視部，接收前述壓力測定訊號，當前述粗抽閥開啟時，根據前述壓力測定訊號將壓力上升率與第1閾值進行比較； 第2壓力上升率監視部，接收前述壓力測定訊號，以藉由前述第1壓力上升率監視部判定為前述壓力上升率大於前述第1閾值作為條件，當前述粗抽閥開啟時，根據前述壓力測定訊號將前述壓力上升率與小於前述第1閾值的第2閾值進行比較；及 粗抽閥驅動部，以藉由前述第2壓力上升率監視部判定為前述壓力上升率小於前述第2閾值作為條件之一，關閉前述粗抽閥。
15. 如申請專利範圍第14項所述之低溫泵，其中， 前述第1閾值設定為正值，前述第2閾值設定為負值。
16. 如申請專利範圍第14或15項所述之低溫泵，其進一步具備： 凝結低溫板，配置於前述低溫泵殼體內，並被冷卻為比前述吸附低溫板高的溫度； 溫度感測器，生成表示前述凝結低溫板或前述吸附低溫板中的任一個的測定溫度之溫度測定訊號； 沖洗閥，安裝於前述低溫泵殼體，用於將前述低溫泵殼體連接於沖洗氣體源； 溫度監視部，接收前述溫度測定訊號，並將前述測定溫度與沖洗停止溫度進行比較；及 沖洗閥驅動部，當開始前述低溫泵的再生時開啟前述沖洗閥，並且以藉由前述溫度監視部判定為前述測定溫度高於前述沖洗停止溫度作為條件，關閉前述沖洗閥， 前述粗抽閥驅動部，以藉由前述溫度監視部判定為前述測定溫度高於前述沖洗停止溫度作為條件，開啟前述粗抽閥， 前述沖洗停止溫度設定為比水的三相點溫度更低的溫度值。
17. 如申請專利範圍第14或15項所述之低溫泵，其中， 前述粗抽閥驅動部，以前述低溫泵殼體的內壓低於壓力閾值作為追加的條件，關閉前述粗抽閥。
18. 如申請專利範圍第14或15項所述之低溫泵，其中， 前述粗抽閥驅動部，以前述低溫泵殼體內的溫度高於溫度閾值作為追加的條件，關閉前述粗抽閥。
19. 如申請專利範圍第14或15項所述之低溫泵，其中， 前述親水性吸附材料含有矽膠作為主要成分。
20. 一種低溫泵的再生方法，前述低溫泵具有親水性吸附材料，其特徵在於，係具備以下步驟： 當將前述低溫泵進行真空排氣時，將壓力上升率與第1閾值進行比較； 當將前述低溫泵進行真空排氣時，以判定為前述壓力上升率大於前述第1閾值作為條件，將前述壓力上升率與小於前述第1閾值的第2閾值進行比較；及 以判定為前述壓力上升率小於前述第2閾值作為條件之一，停止前述低溫泵的真空排氣。
21. 一種低溫泵的再生方法，前述低溫泵具有親水性吸附材料，其特徵在於，係具備以下步驟： 向前述低溫泵供給沖洗氣體； 在前述低溫板溫度超過水的三相點溫度之前，停止向前述低溫泵供給前述沖洗氣體； 與停止供給前述沖洗氣體之同時，或者在停止供給之後，開始前述低溫泵的真空排氣； 將於前述低溫泵內凝結之冰藉由昇華進行氣化；及 根據前述低溫泵內的壓力及壓力上升率中的至少一方而停止前述低溫泵的真空排氣。