TW202010941A - 低溫泵 - Google Patents

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Abstract

本發明的低溫泵(10)具備：低溫泵殼體(70)，具有吸氣口(12)；放射屏蔽件(30)，以不接觸低溫泵殼體(70)之方式配置於低溫泵殼體(70)內，且被冷卻為屏蔽件冷卻溫度；及隔熱擬板(32)，配置於吸氣口(12)。隔熱擬板(32)以成為比屏蔽件冷卻溫度更高的擬板溫度的方式透過熱阻構件(48)安裝於放射屏蔽件(30)或熱耦合於低溫泵殼體(70)。

Description

低溫泵
本申請主張基於2018年9月6日申請之日本專利申請第2018-167178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。
低溫泵為藉由凝結或吸附將氣體分子捕捉到被冷卻至極低溫之低溫板捕捉以進行排氣之真空泵。低溫泵通常為實現半導體電路製程等所要求之潔淨的真空環境而使用。 (先前技術文獻) (專利文獻) 專利文獻1：日本特開2010-84702號公報
(發明所欲解決之問題) 在低溫泵的吸氣口配置有被冷卻為例如100K左右的極低溫之低溫板。以往的低溫泵的設計中，認為這種吸氣口低溫板是必須的。然而，本發明人對這種通說產生了懷疑，發現還能夠實現不同設計的低溫泵。 本發明的一態樣的例示性目的之一為提供一種具有全新且代替性設計之低溫泵。 (解決問題之技術手段) 依本發明的一態樣，低溫泵具備：低溫泵殼體，具有低溫泵吸氣口；放射屏蔽件，以不接觸前述低溫泵殼體之方式配置於前述低溫泵殼體內，且被冷卻為屏蔽件冷卻溫度；及隔熱擬板，配置於前述低溫泵吸氣口，且以成為比前述屏蔽件冷卻溫度更高的擬板溫度的方式透過熱阻構件安裝於前述放射屏蔽件。 依本發明的一態樣，低溫泵具備：低溫泵殼體，具有低溫泵吸氣口；放射屏蔽件，以不接觸前述低溫泵殼體之方式配置於前述低溫泵殼體內，且被冷卻為屏蔽件冷卻溫度；及隔熱擬板，配置於前述低溫泵吸氣口，且以成為比前述屏蔽件冷卻溫度更高的擬板溫度的方式熱耦合於前述低溫泵殼體。 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，能夠提供一種具有全新且代替性設計之低溫泵。
以下，參閱圖式對用於實施本發明的形態進行詳細說明。說明及圖式中對相同或等同的構成要素、構件、處理標註相同符號，並適當省略重複說明。圖示之各部的比例尺和形狀為便於說明而簡易設定，除非特別指明，則為非限制性解釋。實施形態為示例，對本發明的範圍不做任何限定。實施形態中所描述之所有特徵及其組合，未必為發明的本質。 圖1概略地表示一實施形態之低溫泵10。圖2係圖1所示之低溫泵10的概略立體圖。 低溫泵10例如安裝於離子植入裝置、濺射鍍置、蒸鍍裝置或其他真空處理裝置的真空腔室，用於將真空腔室內部的真空度提高至所希望的真空處理所要求之等級。低溫泵10具有用於從真空腔室接收應排出的氣體之低溫泵吸氣口(以下，亦簡稱為“吸氣口”)12。氣體通過吸氣口12而進入到低溫泵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”這樣的用語。低溫泵10的軸向表示通過吸氣口12之方向(亦即，圖中沿中心軸C之方向)，徑向表示沿吸氣口12之方向(與中心軸C垂直的平面上之第1方向)。為方便起見，有時關於軸向，相對靠近吸氣口12則稱為“上”，相對較遠則稱為“下”。亦即，有時相對遠離低溫泵10的底部則稱為“上”，相對靠近則稱為“下”。關於徑向，靠近吸氣口12的中心(圖中為中心軸C)則稱為“內”，靠近吸氣口12的周緣則稱為“外”。另外，這種表現形式無關於低溫泵10安裝於真空腔室時的配置。例如，低溫泵10亦可以以使吸氣口12在鉛直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(與中心軸C垂直的平面上的第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、放射屏蔽件30、第2段低溫板組件20及低溫泵殼體70。放射屏蔽件30亦可被稱為第1段低溫板、高溫低溫板部或100K部。第2段低溫板組件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冷卻為第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冷卻溫度更低的溫度。例如第1冷卻台22被冷卻為65K～120K左右，80K～100K為較佳，第2冷卻台24被冷卻為10K～20K左右。第1冷卻台22及第2冷卻台24亦可以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支撐第2冷卻台24且結構上由冷凍機16的室溫部26支撐第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。 在第1缸體23及第2缸體25各自的內部配設有能夠往復移動的第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)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與工作氣體的壓縮機(未圖示)連接。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而被再度加壓。冷凍機16藉由反覆進行熱力循環(例如GM循環等的冷凍循環)而產生寒冷，該熱力循環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。臥式低溫泵通常指冷凍機16以與低溫泵10的中心軸C交叉之(通常為正交)方式配設之低溫泵。 放射屏蔽件30包圍第2段低溫板組件20。放射屏蔽件30提供極低溫表面，俾保護第2段低溫板組件20免受來自低溫泵10的外部或低溫泵殼體70的輻射熱的影響。放射屏蔽件30熱耦合於第1冷卻台22。藉此，放射屏蔽件30被冷卻為第1冷卻溫度。放射屏蔽件30在與第2段低溫板組件20之間具有間隙，放射屏蔽件30不與第2段低溫板組件20接觸。放射屏蔽件30亦不與低溫泵殼體70接觸。 放射屏蔽件30為了保護第2段低溫板組件20免受來自低溫泵殼體70的輻射熱的影響而設置。放射屏蔽件30從吸氣口12朝軸向呈筒狀(例如圓筒狀)延伸。放射屏蔽件30位於低溫泵殼體70與第2段低溫板組件20之間，且包圍第2段低溫板組件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例如由銅(例如純銅)等的高導熱性金屬材料形成。又，放射屏蔽件30依據需要為了提高耐腐蝕性，亦可以在表面形成例如包含鎳之金屬的鍍層。 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而從放射屏蔽件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亦可以透過追加的導熱構件而熱耦合於第1冷卻台22。導熱構件例如可以為兩端具有凸緣之中空的短筒。導熱構件可以為藉由其一端的凸緣固定於安裝座46，且藉由另一端的凸緣固定於第1冷卻台22。導熱構件可以包圍冷凍機結構部21而從第1冷卻台22向放射屏蔽件30延伸。屏蔽件側部40可以包括這種導熱構件。 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。 低溫泵10具備配置於吸氣口12之隔熱擬板32。隔熱擬板32以成為比屏蔽件冷卻溫度(例如上述第1冷卻溫度)更高的擬板溫度的方式透過熱阻構件48安裝於放射屏蔽件30。 換言之，隔熱擬板32為了盡可能避開冷凍機16所致之冷卻而配置於吸氣口12。隔熱擬板32不是用於冷卻為極低溫之“低溫板”。因此，隔熱擬板32亦可以被設計成擬板溫度在低溫泵10的運轉中超過0℃。但是，依據熱阻構件48的設計及/或放射屏蔽件30上的隔熱擬板32的安裝方法，擬板溫度亦可以在低溫泵10的運轉中低於0℃。但是，此時擬板溫度仍保持為比屏蔽件冷卻溫度高的溫度。 熱阻擬板32為了保護第2段低溫板組件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)的輻射熱的影響而設置於吸氣口12(或屏蔽件主開口34，以下相同)。隔熱擬板32幾乎或完全不會被冷凍機16冷卻，因此不具有凝結氣體之功能(例如，將水蒸氣等的第1種氣體進行排氣之功能)。 隔熱擬板32在吸氣口12處配置於與第2段低溫板組件20相對應之部位，例如第2段低溫板組件20的正上方。隔熱擬板32佔據吸氣口12的開口面積的中心部分，在與放射屏蔽件30之間形成環狀(例如圓環狀)的開放區域51。 隔熱擬板32配置於吸氣口12的中心部。隔熱擬板32的中心位於中心軸C上。但是，隔熱擬板32的中心亦可以位於稍微偏離中心軸C之位置，此時隔熱擬板32仍可以視為配置於吸氣口12的中心部。隔熱擬板32與中心軸C垂直地配置。 又，在軸向上，隔熱擬板32亦可以配置於比屏蔽件前端36稍微靠上方的位置。此時，能夠將隔熱擬板32配置成更遠離第2段低溫板組件20，因此可減少第2段低溫板組件20對隔熱擬板32之熱作用(亦即冷卻)。或者，隔熱擬板32亦可以配置於與屏蔽件前端36在軸向上大致相同的高度或比屏蔽件前端36在軸向上稍微靠下方的位置。 隔熱擬板32由一片平板形成。隔熱擬板32具有擬板中心部分32a、及從擬板中心部分32a沿徑向外側延伸之擬板安裝部32b。從軸向觀察時的擬板中心部分32a的形狀例如為圓盤狀。擬板中心部分32a的直徑比較小，例如比第2段低溫板組件20的直徑小。擬板中心部分32a可以佔吸氣口12的開口面積的至多1/3或至多1/4。如此，開放區域51可以佔吸氣口12的開口面積的至少2/3或至少3/4。 擬板中心部分32a透過擬板安裝部32b安裝於熱阻構件48。如圖1及圖2所示，擬板安裝部32b沿屏蔽件主開口34的直徑呈直線狀跨設於熱阻構件48。又，擬板安裝部32b在周向分割開放區域51。開放區域51由複數個(例如2個)圓弧狀區域構成。擬板安裝部32b設置於擬板中心部分32a的兩側，但亦可以從軸向觀察時成為十字狀而從擬板中心部分32a朝4個方向延伸或具有其他形狀。另外，隔熱擬板32的擬板中心部分32a與擬板安裝部32b一體形成，但擬板中心部分32a與擬板安裝部32b亦可以由不同的構件提供而彼此接合。 隔熱擬板32不是低溫板，因此無需像低溫板那樣高的導熱率。因此，隔熱擬板32無需由銅等的高導熱率金屬形成，例如可以由不鏽鋼或其他容易取得的金屬材料形成。或者，隔熱擬板32只要適合在真空環境中利用，則可以由金屬材料、樹脂材料(例如聚四氟乙烯等的氟樹脂材料)或其他任意材料形成。又，亦可以是隔熱擬板32的一部分(例如擬板中心部分32a)由金屬材料形成，隔熱擬板32的其他一部分(例如擬板安裝部32b)由樹脂材料形成。 熱阻構件48由導熱率比放射屏蔽件30的材料(如上所述，例如純銅)低的材料或隔熱材料形成。重視減少放射屏蔽件30與隔熱擬板32之間的導熱時，熱阻構件48例如可以由聚四氟乙烯等的氟樹脂材料或其他樹脂材料形成。重視減少熱阻構件48的熱收縮且更確實地固定隔熱擬板32(例如防止螺栓的鬆動)時，熱阻構件48可以由例如不鏽鋼等的金屬材料形成。 熱阻構件48對應隔熱擬板32的擬板安裝部32b而固定於屏蔽件前端36的內周面。如圖所示，在擬板中心部分32a的兩側設置有2條擬板安裝部32b時，設置有2個熱阻構件48。熱阻構件48藉由螺栓等的緊固構件或其他適當的方式固定於屏蔽件前端36。擬板安裝部32b的前端部藉由螺栓等的緊固構件或其他適當的方式固定於熱阻構件48。擬板安裝部32b與熱阻構件48的接觸面積及/或熱阻構件48的截面積及/或熱阻構件48與屏蔽件前端36的接觸面積越小，越能夠減少放射屏蔽件30與隔熱擬板32之間的導熱。 如此，隔熱擬板32與放射屏蔽件30熱絕緣或透過高熱阻連接。隔熱擬板32以不接觸屏蔽件前端36及放射屏蔽件30的其他部位的方式配置於吸氣口12。又，隔熱擬板32靠近第2段低溫板組件20，但不與其接觸。 隔熱擬板32具備朝向低溫泵10的外側之擬板外表面32c、及朝向低溫泵10的內側之擬板內表面32d。擬板外表面32c亦能夠稱為擬板上表面，又，擬板內表面32d亦能夠稱為擬板下表面。 擬板外表面32c的輻射率可以比擬板內表面32d的輻射率高。亦即，擬板外表面32c的反射率可以比擬板內表面32d的反射率低。因此，擬板外表面32c可以具有黑色表面。黑色表面例如可以由黑色塗裝、黑色鍍層或其他黑色化處理形成。或者，擬板外表面32c可以具有粗面。可以在擬板外表面32c例如進行噴砂或其他粗糙化處理。擬板內表面32d可以具有鏡面。可以在擬板內表面32d進行研磨或其他鏡面處理。 作為第1例，考慮擬板外表面32c與擬板內表面32d均為黑色之情況。此時，擬板外表面32c與擬板內表面32d的輻射率均視為1。對低溫泵10的熱輸入中，將對隔熱擬板32的熱輸入設為Q[W]。隔熱擬板32接受熱輸入Q時，擬板外表面32c釋放之輻射熱Wo[W]成為Wo=(1/(1+1))Q=Q/2，擬板內表面32d釋放之輻射熱Wi[W]成為Wi=(1/(1+1))Q= Q/2。亦即，朝外的輻射熱Wo與朝內的輻射熱Wi相等。輻射熱Wo從擬板外表面32c往低溫泵10的外部排出。輻射熱Wi是從擬板內表面32d朝向低溫泵10的內部、亦即放射屏蔽件30及第2段低溫板組件20，但藉由冷凍機16冷卻而從低溫泵10排出。 作為第2例，考慮擬板外表面32c為黑色，擬板內表面32d為鏡面之情況。擬板外表面32c的輻射率視為1。擬板內表面32d的輻射率例如假定為0.1。此時，隔熱擬板32接受熱輸入Q時，擬板外表面32c釋放之輻射熱Wo[W]成為Wo=(1/(1+0.1))Q=(10/11)Q，擬板內表面32d釋放之輻射熱Wi[W]成為Wi=(0.1/(1+0.1))Q=(1/11)Q。 因此，藉由將擬板外表面32c的輻射率設為比擬板內表面32d的輻射率更高，能夠增加從隔熱擬板32朝向低溫泵10的外部排出之熱量。同時，從隔熱擬板32朝向低溫泵10的內部，藉由冷凍機16從低溫泵10排出之熱量減少。因此，能夠減少冷凍機16的耗電量。 第2段低溫板組件20設置於低溫泵10的內部空間14的中心部。第2段低溫板組件20具備上部結構20a和下部結構20b。第2段低溫板組件20具備沿軸向排列之複數個吸附低溫板60。複數個吸附低溫板60沿軸向彼此隔開間隔排列。 第2段低溫板組件20的上部結構20a具備複數個上部低溫板60a和複數個導熱體(亦稱為導熱隔板)62。複數個上部低溫板60a在軸向上配置於隔熱擬板32與第2冷卻台24之間。複數個導熱體62沿軸向呈柱狀排列。複數個上部低溫板60a及複數個導熱體62在吸氣口12與第2冷卻台24之間沿軸向交替積層。上部低溫板60a和導熱體62的中心均位於中心軸C上。如此，上部結構20a相對於第2冷卻台24配置於軸向上方。上部結構20a透過由銅(例如純銅)等的高導熱性金屬材料所形成之導熱塊63固定於第2冷卻台24，且熱耦合於第2冷卻台24。藉此，上部結構20a被冷卻為第2冷卻溫度。 第2段低溫板組件20的下部結構20b具備複數個下部低溫板60b和第2段低溫板安裝構件64。複數個下部低溫板60b在軸向上配置於第2冷卻台24與屏蔽件底部38之間。第2段低溫板安裝構件64從第2冷卻台24沿軸向而朝向下方延伸。複數個下部低溫板60b透過第2段低溫板安裝構件64安裝於第2冷卻台24。如此，下部結構20b熱耦合於第2冷卻台24，且冷被卻為第2冷卻溫度。 第2段低溫板組件20中，至少在一部分表面形成有吸附區域66。吸附區域66是為了藉由吸附而捕捉不凝性氣體(例如氫氣)所設置的。吸附區域66例如藉由將吸附材(例如活性碳)黏著於低溫板表面而形成。 作為一例，複數個上部低溫板60a中軸向上最靠近隔熱擬板32之1個或複數個上部低溫板60a為平板(例如圓盤狀)，且與中心軸C垂直地配置。剩餘的上部低溫板60a為倒圓錐台狀，其圓形的底面與中心軸C垂直地配置。 上部低溫板60a中最靠近隔熱擬板32之低溫板(亦即，軸向上位於隔熱擬板32的正下方之上部低溫板60a，亦被稱為頂部低溫板61)的直徑比隔熱擬板32大。但是，頂部低溫板61的直徑可以與隔熱擬板32的直徑相等，亦可以比其小。頂部低溫板61與隔熱擬板32直接對置，且在頂部低溫板61與隔熱擬板32之間不存在其他低溫板。 複數個上部低溫板60a隨著沿軸向朝向下方而直徑逐漸變大。又，倒圓錐台狀的上部低溫板60a配置成嵌套狀。更靠上方的上部低溫板60a的下部進入到在其下方相鄰之上部低溫板60a中的倒圓錐台狀空間。 每個導熱體62具有圓柱形狀。導熱體62亦可以呈比較短的圓柱形狀，且軸向高度比導熱體62的直徑小。吸附低溫板60等的低溫板通常由銅(例如純銅)等的高導熱性金屬材料形成，必要時，表面由鎳等的金屬層被覆。相對於此，導熱體62可以由與低溫板不同的材料形成。導熱體62例如可以由鋁或鋁合金等的導熱率比吸附低溫板60低但密度小的金屬材料形成。如此一來，某種程度上能夠兼顧導熱體62的導熱性和輕量化，且有助於縮短第2段低溫板組件20的冷卻時間。 下部低溫板60b為平板，例如為圓盤狀。下部低溫板60b的直徑比上部低溫板60a大。但是，為了安裝於第2段低溫板安裝構件64，亦可以在下部低溫板60b形成有從外周的一部分往中心部的缺口部。 另外，第2段低溫板組件20的具體結構並不限於上述結構。上部結構20a可以具有任意片數的上部低溫板60a。上部低溫板60a可以具有平板、圓錐狀或其他形狀。同樣地，下部結構20b可以具有任意片數的下部低溫板60b。下部低溫板60b可以具有平板、圓錐狀或其他形狀。 吸附區域66亦可以以從吸氣口12看不到之方式形成於成為在上方相鄰之吸附低溫板60的背陰之部位。例如，吸附區域66形成於吸附低溫板60的整個下表面。吸附區域66亦可以形成於下部低溫板60b的上表面。又，圖1中為了簡化而省略了圖示，但吸附區域66亦形成於上部低溫板60a的下表面(背面)。依據需要，吸附區域66亦可以形成於上部低溫板60a的上表面。 吸附區域66中，多個活性碳粒子在緊密排列的狀態下以不規則的排列黏著於吸附低溫板60的表面。活性碳粒子例如成形為圓柱形狀。另外，吸附材的形狀不是圓柱形狀亦可，例如可以成形為球狀及其他形狀，或不規則形狀。吸附材在吸附低溫板上的排列可以是規則性排列亦可以是不規則性排列。 又，在第2段低溫板組件20的至少一部分表面形成有用於藉由凝結來捕捉凝結性氣體的凝結區域。凝結區域例如為低溫板表面上未配置吸附材的區域，而讓低溫板基材表面、例金屬面外露。吸附低溫板60(例如，上部低溫板60a)的上表面、上表面外周部、或下表面外周部亦可以是凝結區域。 頂部低溫板61亦可以是上表面及下表面整體均為凝結區域。亦即，頂部低溫板61亦可以不具有吸附區域66。如此，第2段低溫板組件20中不具有吸附區域66的低溫板可以被稱為凝結低溫板。例如，上部構造20a亦可以具備至少1個凝結低溫板(例如，頂部低溫板61)。 如上所述，第2段低溫板組件20具有多數個吸附低溫板60(亦即，複數個上部低溫板60a及下部低溫板60b)，因此對於不凝結氣體具有高排氣性能。例如，第2段低溫板組件20能夠以高排氣速度排出氫氣。 複數個吸附低溫板60分別在從低溫泵10的外部無法目識確認之部位具備吸附區域66。藉此，第2段低溫板組件20構成為吸附區域66的全部或其大部分從低溫泵10的外部完全看不到。低溫泵10亦能夠稱為吸附材非曝露型低溫泵。 低溫泵殼體70為收容放射屏蔽件30、第2段低溫板組件20及冷凍機16之低溫泵10的殼體，且是以保持內部空間14的真空氣密之方式構成之真空容器。低溫泵殼體70以非接觸之方式包含放射屏蔽件30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。 藉由低溫泵殼體70的前端來劃定吸氣口12。低溫泵殼體70具備從其前端朝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使用吸氣口凸緣72來安裝於真空排氣對象的真空腔室。 以下對上述結構的低溫泵10的動作進行說明。低溫泵10在工作時，首先在該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，熱耦合於該等之放射屏蔽件30、第2段低溫板組件20亦分別被冷卻為第1冷卻溫度及第2冷卻溫度。 從真空腔室朝向低溫泵10飛來之氣體的一部分從吸氣口12(例如隔熱擬板32的周圍的開放區域51)進入內部空間14。氣體的另一部分被隔熱擬板32反射而未進入內部空間14。 如上所述，隔熱擬板32透過熱阻構件48安裝於放射屏蔽件30，因此隔熱擬板32與放射屏蔽件30熱絕緣或透過高熱阻連接。因此，隔熱擬板32在低溫泵10的運轉中例如保持為室溫或比0℃高的溫度。隔熱擬板32幾乎或完全不被冷凍機16冷卻，因此與隔熱擬板32接觸之大部分或所有氣體不會在隔熱擬板32上凝結。 在第1冷卻溫度下蒸氣壓充分低的(例如10-8 Pa以下的)氣體凝結在放射屏蔽件30的表面。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，放射屏蔽件30能夠將第1種氣體進行排氣。在第1冷卻溫度下蒸氣壓不夠低的氣體被放射屏蔽件30反射，其一部分朝向第2段低溫板組件20。 進入到內部空間14之氣體藉由第2段低溫板組件20被冷卻。被放射屏蔽件30反射之第1種氣體凝結在吸附低溫板60的凝結區域的表面。而且，在第2冷卻溫度下蒸氣壓充分變低的(例如10-8 Pa以下的)氣體在吸附低溫板60的凝結區域的表面凝結。該氣體可以稱為第2種氣體。第2種氣體例如為氮氣(N2 )、氬氣(Ar)。如此，第2段低溫板組件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被吸附到吸附低溫板60的吸附區域66。該氣體可以稱為第3種氣體。第3種氣體例如為氫氣(H2 )。如此，第2段低溫板組件20能夠將第3種氣體進行排氣。因此，低溫泵10藉由凝結或吸附來將各種氣體進行排氣，藉此能夠使真空腔室的真空度達到所希望的等級。 依實施形態之低溫泵10，隔熱擬板32配置於吸氣口12。隔熱擬板32以成為比屏蔽件冷卻溫度高的擬板溫度的方式透過熱阻構件48安裝於放射屏蔽件30。如此，隔熱擬板32能夠提供保護第2段低溫板組件20免受輻射熱的影響之功能。與將配置於吸氣口的低溫板視為必備條件之典型的低溫泵不同，低溫泵10具有全新且代替性的設計。 熱阻構件48由導熱率比放射屏蔽件30的材料低的材料或隔熱材料形成。藉此，可輕易地透過高熱阻將隔熱擬板32連接於放射屏蔽件30，或使隔熱擬板32與放射屏蔽件30熱絕緣。其結果，能夠使擬板溫度顯著地高於屏蔽件冷卻溫度。 又，藉由將擬板外表面32c的輻射率設為比擬板內表面32d的輻射率高，能夠增加從隔熱擬板32朝向低溫泵10的外部排出之熱量。同時，能夠減少從隔熱擬板32朝向低溫泵10的內部之熱量。 擬板溫度超過0℃。因此，保證隔熱擬板32不提供第1種氣體的排氣能力。避免因水分凝結使冰層覆蓋隔熱擬板32的表面(例如擬板外表面32c)。因此，能夠抑制若在低溫泵10運轉中形成冰層則可能產生之反射率的增加(輻射率的減少)。 隔熱擬板32無需被冷卻，因此無需如以往的低溫泵中的配置於吸氣口的低溫板那樣由純銅等的高導熱率金屬形成。又，亦無需進行鎳等的鍍層處理。而且，基於同一理由，隔熱擬板32可以比低溫板薄。因此，隔熱擬板32能夠使用例如不鏽鋼等的容易取得的材料而藉由一般的加工方法等製作，因此廉價。 又，隔熱擬板32無需被冷卻，因此能夠減少冷凍機16的耗電量。 上述實施形態中，隔熱擬板32透過熱阻構件48安裝於放射屏蔽件30。但是，隔熱擬板32亦可以以成為比屏蔽件冷卻溫度更高的擬板溫度的方式熱耦合於低溫泵殼體70。以下說明這種實施形態。 圖3概略地表示其他實施形態之低溫泵10。如圖所示，配置於吸氣口12之隔熱擬板32是安裝於吸氣口凸緣72。隔熱擬板32與圖1及圖2所示之實施形態同樣地具有：配置於吸氣口12的中心部之擬板中心部分32a、及從擬板中心部分32a向徑向外側延伸之擬板安裝部32b。擬板安裝部32b例如藉由螺栓等的緊固構件或其他適當的方式固定於吸氣口凸緣72的內周。 藉此，隔熱擬板32直接安裝於低溫泵殼體70，且熱耦合於低溫泵殼體70。因此，隔熱擬板32在低溫泵10的運轉中成為比屏蔽件冷卻溫度更高的擬板溫度。因此，隔熱擬板32能夠提供保護第2段低溫板組件20免受輻射熱的影響之功能。 隔熱擬板32熱耦合於低溫泵殼體70，因此容易保持為顯著地高於屏蔽件冷卻溫度的擬板溫度，例如比0℃高的溫度(尤其，室溫)。又，不像圖1及圖2所示之實施形態那樣需要熱阻構件48，因此在可簡化隔熱擬板32的安裝結構這一點是有利的。 隔熱擬板32亦可以透過其他構件安裝於吸氣口凸緣72，且熱耦合於低溫泵殼體70。隔熱擬板32亦可以安裝於供裝設吸氣口凸緣72之對象凸緣，或安裝於被夾在吸氣口凸緣72與對象凸緣之間之中心環(center ring)。以下說明這種實施形態。 圖4係另一實施形態之低溫泵10的概略立體圖。圖5係概略地表示圖4所示之低溫泵10的一部分之局部剖面圖。圖5中示出與圖1同樣地基於包含低溫泵中心軸之平面之低溫泵10的截面的一部分，並示出配置於吸氣口12之隔熱擬板32及其周圍的構件。 圖4及圖5所示之實施形態中，隔熱擬板32安裝於供裝設吸氣口凸緣72之對象凸緣74。對象凸緣74例如可以是供安裝低溫泵10之閘閥的真空凸緣。對象凸緣74亦可以是供安裝低溫泵10之真空腔室的真空凸緣。在吸氣口凸緣72與對象凸緣74之間設置有中心環76。如所知般，吸氣口凸緣72裝設於對象凸緣74時，中心環76被夾在吸氣口凸緣72與對象凸緣74之間。 隔熱擬板32透過對象凸緣74安裝於吸氣口凸緣72，且熱耦合於低溫泵殼體70。藉此，亦可使隔熱擬板32在低溫泵10的運轉中成為比屏蔽件冷卻溫度更高的擬板溫度，例如室溫。因此，隔熱擬板32與上述實施形態同樣地能夠提供保護第2段低溫板組件20免受輻射熱的影響之功能。 圖6係另一實施形態之低溫泵10的概略立體圖。圖7係概略地表示圖6所示之低溫泵10的一部分之局部剖面圖。圖6中示出與圖1同樣地基於包含低溫泵中心軸之平面之低溫泵10的截面的一部分，並示出配置於吸氣口12之隔熱擬板32及其周圍的構件。 圖6及圖7所示之實施形態中，隔熱擬板32安裝於中心環76。吸氣口凸緣72安裝於對象凸緣74時，中心環76被夾在吸氣口凸緣72與對象凸緣74之間。 隔熱擬板32透過中心環76安裝於吸氣口凸緣72，且熱耦合於低溫泵殼體70。藉此，亦可使隔熱擬板32在低溫泵10的運轉中成為比屏蔽件冷卻溫度更高的擬板溫度，例如室溫。因此，隔熱擬板32與上述實施形態同樣地能夠提供保護第2段低溫板組件20免受輻射熱的影響之功能。 在參閱圖4至圖7說明之實施形態，隔熱擬板32可視為構成低溫泵10的一部分。供安裝隔熱擬板32之對象凸緣74、具有該對象凸緣74之閘閥等的真空裝置、中心環76，可以作為低溫泵10的附屬品而由低溫泵製造商提供給用戶。 在隔熱擬板32熱耦合於低溫泵殼體70之實施形態，擬板外表面的輻射率亦可以比擬板內表面的輻射率高。 以上，依據實施例對本發明進行了說明。所屬技術領域中具有通常知識者當然能夠理解本發明並不限定於上述實施形態，且能夠進行各種設計變更而且存在各種變形例，並且這種變形例亦屬於本發明的範圍。 上述實施形態中，擬板溫度被保持為在低溫泵10的運轉中超過0℃，因此隔熱擬板32不提供第1種氣體的排氣能力。但在某實施形態中，亦可以是隔熱擬板32被冷卻為比屏蔽件冷卻溫度高且比第1種氣體(例如水蒸氣)的凝結溫度低的擬板溫度。藉此，雖不如以往的低溫泵中配置於吸氣口之第1段低溫板，但隔熱擬板32可以具有某種程度的第1種氣體的排氣能力。 上述實施形態中，隔熱擬板32由一片板形成為圓盤狀，但隔熱擬板32亦可以是其他形狀。例如，隔熱擬板32可以是例如矩形或其他形狀的板。或者，隔熱擬板32亦可以是形成為同心圓狀或格子狀之百葉窗或人字形結構。 上述說明中例示出臥式低溫泵，但本發明亦能夠應用於立式等的其他低溫泵。另外，所謂立式低溫泵是指冷凍機16沿低溫泵10的中心軸C配設之低溫泵。又，低溫板的配置和形狀、數量等的低溫泵的內部結構並不限於上述特定的實施形態。能夠適當採用各種公知的結構。 本發明能夠在低溫泵的領域中進行利用。
10:低溫泵 12:吸氣口 30:放射屏蔽件 32:隔熱擬板 32c:擬板外表面 32d:擬板內表面 48:熱阻構件 70:低溫泵殼體 72:吸氣口凸緣 74:對象凸緣 76:中心環
圖1係概略地表示一實施形態之低溫泵之圖。 圖2係圖1所示之低溫泵的概略立體圖。 圖3係概略地表示其他實施形態之低溫泵之圖。 圖4係另一實施形態之低溫泵的概略立體圖。 圖5係概略地表示圖4所示之低溫泵的一部分之局部剖面圖。 圖6係另一實施形態之低溫泵的概略立體圖。 圖7係概略地表示圖6所示之低溫泵的一部分之局部剖面圖。
10:低溫泵
12:吸氣口
14:內部空間
16:冷凍機
20:第2段低溫板組件
20a:上部結構
20b:下部結構
21:冷凍機結構部
22:第1冷卻台
23:第1缸體
24:第2冷卻台
25:第2缸體
26:室溫部
30:放射屏蔽件
32:隔熱擬板
32a:擬板中心部分
32b:擬板安裝部
32c:擬板外表面
32d:擬板內表面
34:屏蔽件主開口
36:屏蔽件前端
38:屏蔽件底部
40:屏蔽件側部
44:屏蔽件側部開口
46:安裝座
48:熱阻構件
51:開放區域
60:吸附低溫板
60a:上部低溫板
60b:下部低溫板
61:頂部低溫板
62:導熱體
63:導熱塊
64:第2段低溫板安裝構件
66:吸附區域
70:低溫泵殼體
72:吸氣口凸緣
C:中心軸

Claims (11)

  1. 一種低溫泵，其特徵為，具備： 低溫泵殼體，具有低溫泵吸氣口； 放射屏蔽件，以不接觸前述低溫泵殼體之方式配置於前述低溫泵殼體內，且被冷卻為屏蔽件冷卻溫度；及 隔熱擬板，配置於前述低溫泵吸氣口，以成為比前述屏蔽件冷卻溫度更高的擬板溫度的方式透過熱阻構件安裝於前述放射屏蔽件。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之低溫泵，其中， 前述熱阻構件是由導熱率比前述放射屏蔽件的材料低的材料或隔熱材料所形成。
  3. 一種低溫泵，其特徵為，具備： 低溫泵殼體，具有低溫泵吸氣口； 放射屏蔽件，以不接觸前述低溫泵殼體之方式配置於前述低溫泵殼體內，且被冷卻為屏蔽件冷卻溫度；及 隔熱擬板，配置於前述低溫泵吸氣口，以成為比前述屏蔽件冷卻溫度更高的擬板溫度的方式熱耦合於前述低溫泵殼體。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之低溫泵，其中， 前述低溫泵殼體具備：界定前述低溫泵吸氣口之吸氣口凸緣， 前述隔熱擬板安裝於：前述吸氣口凸緣、供裝設前述吸氣口凸緣之對象凸緣、或被夾在前述吸氣口凸緣與前述對象凸緣之間之中心環。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之低溫泵，其中， 前述隔熱擬板具備：朝向前述低溫泵的外側之擬板外表面、及朝向前述低溫泵的內側之擬板內表面， 前述擬板外表面的輻射率比前述擬板內表面的輻射率高。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之低溫泵，其中， 前述擬板外表面為黑色，前述擬板內表面為鏡面。
  7. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之低溫泵，其中， 前述擬板溫度超過0℃。
  8. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之低溫泵，其中， 前述隔熱擬板是由與前述放射屏蔽件不同的材料所形成。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之低溫泵，其中， 前述隔熱擬板是由導熱率比前述放射屏蔽件低的材料所形成。
  10. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之低溫泵，其進一步具備： 頂部低溫板，被冷卻為比前述放射屏蔽件更低的溫度， 前述頂部低溫板位於前述隔熱擬板的正下方並且與前述隔熱擬板直接對置。
  11. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之低溫泵，其進一步具備： 低溫板組件，被冷卻為比前述放射屏蔽件更低的溫度，且具備複數個低溫板、及沿軸向呈柱狀排列之複數個導熱體，並且前述複數個低溫板及前述複數個導熱體沿軸向積層， 前述隔熱擬板配置於前述低溫板組件的軸向上方。
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