JPH0830466B2 - クライオポンプの再生方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は真空装置の真空排気に使用されるクライオポ
ンプの再生方法に関するものである。

〔従来の技術及びその問題点〕

クライオポンプは極度に冷却した面に気体を物理的に
凝縮又は収着させて排除する真空ポンプである。第３図
を参照して以下にクライオポンプの原理を説明する。高
真空クライオポンプ（21）では、圧縮機（22）で圧縮さ
れたヘリウムを冷凍機（23）内で循環させ、１段目のク
ライパネル（24）を100K以下、例えば50Kに、又、２段
目のクライオパネル（25）を10K〜20Kに冷却する。さら
に２段目のクライオパネル（25）の一部に活性炭などの
吸着体（26）を接着する。クライオポンプ（21）と真空
室（27）との間にはバッフル（28）を設ける。第４図と
して添付した低温における各種物質の飽和蒸気圧のグラ
フからわかるように、１段目のクライオパネル（24）に
水蒸気と炭酸ガスが、２段目のクライオパネル（25）に
アルゴン、窒素、酸素などが凝縮する。10K〜20Kでなお
凝縮で排気できない水素、ヘリウム、ネオンは吸着体
（26）に収着される。クライオポンプは溜め込み式であ
るので、ポンプが飽和したら再生のために運転を止め、
加熱などによって凝縮物、収着物を蒸発させ、除去しな
ければならない。

従来のクライオポンプの再生方法の中でもより短時間
で済む方法を第５図を参照して以下に説明する。

冷凍機（46）を止めてクライオポンプ（48）の運転を
停止した後、真空室（44）に接続する主バルブ（45）を
閉じる。窒素ガス導入バルブ（37）を開き、減圧弁（3
5）を通して窒素ガスを導入する。大気圧確認器（38）
で確認しながらポンプ内が大気圧になったら窒素ガス放
出バルブ（39）を開いて窒素ガスを放出する。この時使
用する窒素ガスは室温の場合もあり、又、加熱器（36）
で約70℃に加熱する場合もある。あるいは又、窒素ガス
導入と同時にポンプケース（31）の周囲に設けたバンド
ヒータ（33）に通電してポンプケース（31）の側面を加
熱し、輻射熱やガスの熱伝導によってポンプ内のクライ
オパネルなどの昇温を促進する場合もある。温度計（4
7）でポンプ内部の部品類の温度が室温になったことを
確認したら、窒素ガス導入バルブ（37）及び窒素ガス放
出バルブ（39）を閉じて窒素ガスの導入と昇温とを停止
し、粗引バルブ（40）を開いて粗引ポンプ（41）で粗引
きを行う。圧力計（42）でポンプ内部の圧力が所定値ま
で下がったことを確認したら、ポンプ内にガス放出源が
ないか、又はリークがないかを確認し、いずれもなけれ
ば冷凍機（46）を起動させてクライオポンプ（48）を冷
却する。

以上の方法によればポンプ内の全ての部品類、すなわ
ち１段目及び２段目のクライオパネル、バッフル等が全
て室温まで昇温され、これら全体の熱容量は大きいの
で、昇温時間が長くなる。又、逆に冷却する時には、全
てが室温まで昇温されているので、特にポンプケース
（31）まで加熱される場合には熱容量がさらに大きくな
り、非常に長い冷却時間を要することになる。又、室温
まで昇温した後に粗引きするので、それによる時間ロス
も大きい。従って全体としてポンプの再生に要する時間
は４乃至５時間にもなっていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は以上のような問題に鑑みてなされ、短時間で
済むクライオポンプの再生方法を提供することを目的と
している。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、高温側冷却部と低温側冷却部とを備えた
クライオポンプの再生方法において、前記低温側冷却部
の温度を検出する温度検知手段を設け、前記低温側冷却
部に近接して設けた加熱手段で前記低温側冷却部のみ
を、再生時に100K〜200Kの温度に集中的に加熱しなが
ら、クライオポンプ内部を粗引ポンプ排気することを特
徴とするクライオポンプの再生方法によって達成され
る。

〔作用〕

本発明のクライオポンプ再生方法は加熱手段を低温側
冷却部に近接して配設しているので、低温側冷却部のみ
が加熱手段によって集中的に昇温され、100K〜200Kに保
たれる。更に、このような温度の集中的加熱を行ないな
がら、クライオポンプ内部を粗引ポンプで排気するよう
にしているので、クライオポンプ内の圧力を大気圧以下
に保ったまま低温側冷却部を選択的に再生でき、高温側
冷却部の温度上昇を低くおさえることができる。

〔実 施 例〕

次に実施例について図面を参照しながら説明する。第
１図は本発明の再生法を行うためのクライオポンプ及び
それに接続する真空室、その他の部品の構成例を示し、
第２図は、第１図のクライオポンプの内部構成例を示
す。クライオポンプ（１）の冷凍機の高温側冷却部であ
る１段側は１段ステージ（15）、シールド（10）、バッ
フル（11）から成り、低温側冷却部である２段側は２段
ステージ（12）、クライオパネル（13）、活性炭（14）
から成る。各段側の構成部品はそれぞれ各ステージと熱
的に接続しており、クライオポンプの作動時には１段側
は80K、２段側は15Kに冷却される。２段ステージ（12）
には、２段側を昇温させる為のヒータ（16）が取り付け
てあり、コード（17）でコンセント（18）に接続され
る。又、２段ステージ（12）には、幅広い温度域を測定
可能な金−鉄／クロメル熱電対（19a）を取り付け、外
部の温度計（19b）で読みとる。すなわち、温度検出手
段は、金−鉄／クロメル熱電対（19a）と温度計（19b）
とから成る。粗引ポンプ（8a）（8b）が粗引バルブ（9
a）（9b）を介してクライオポンプ（１）のマニホール
ド（２）に接続される。粗引ポンプ（8a）はオイルフリ
ーのポンプでなくても良く、クライオポンプ（１）内を
0.1Torr程度まで粗引き可能なポンプであれば良い。実
施例ではロータリーポンプとメカニカルブースターポン
プの組合せを用いた。他にターボモレキュラーポンプで
も良い。粗引ポンプ（8b）はオイルフリーで、10^-3Torr
以下まで排気可能でかつ水素に対する排気能力のあるポ
ンプであれば良い。実施例ではターボモレキュラーポン
プを用いたが、クライオポンプでも良い。クライオポン
プ（１）内の圧力を測定するために、圧力計（7a）（7
b）がマニホールド（２）に取り付けられる。一方の圧
力計（7a）は10^-3Torr台以上の高い圧力を測定可能なも
ので、他方の圧力計（7b）はそれ以下の圧力を測定可能
なものである。クライオポンプ（１）は主バルブ（５）
を介して真空室（６）に接続される。（３）は冷凍機
で、ヘリウム配管（４）によって図示しない圧縮機に接
続される。（20）は安全弁である。

クライオポンプ（１）を再生する時には主バルブ
（５）、粗引バルブ（9a）（9b）を閉じた状態で冷凍機
（３）を止めてクライオポンプの運転を停止した後に、
ヒータ（16）に通電して２段側のみを加熱した。クライ
オパネル（13）等に凝縮していたアルゴン、窒素、酸素
などの物質がガス化してクライオポンプ（１）内の圧力
が上昇するので、圧力計（7a）が0.3Torrを示した時点
で粗引バルブ（9a）を開き、粗引ポンプ（8a）で粗引き
した。ポンプ内の圧力がさらに上昇して最大値に達した
後に降下して再び0.3Torrになったら粗引ポンプ（8b）
に切り換えて１×10^-3Torrまで粗引きした。ヒータ（1
6）への通電は、温度計（19b）で確認しながら２段側が
200Kになるまで行い、目標値になったら通電を停止し
た。その後、圧力の上昇がないことを確認してから、ク
ライオポンプを作動させた。

以上述べた方法によって、従来の再生法では約５時間
を要していた再生時間が、約1.5時間に短縮された。ク
ライオポンプを再起動した時の到達圧は、従来の再生法
で行った時とほゞ同じであった。従って本実施例では、
短時間で従来法と同じ効果が得られたと言える。

又、クライオポンプ作動時に活性炭（14）に収着され
るアルゴンガスはほとんど無いので、活性炭（14）への
収着によって排気される水素等のガスの収着速度や収着
容量、すなわち排気速度や排気容量への影響は全く無か
った。

本発明は、クライオポンプによって排気される真空室
のガスが、主としてアルゴン、窒素、酸素等の、冷凍機
の２段側に凝縮されるガスである場合に特に有効であ
る。これらは再生時には100K以上でガス化し、クライポ
ンプ外へ容易に排気される。このような場合の再生には
２段側のみを昇温させれば充分な訳である。

本実施例において、２段側のみを昇温させてポンプ内
圧が0.3Torr程度になった時に大きな排気速度を持つ粗
引ポンプ（8a）で粗引きするのは、１段側の昇温をでき
るだけ低く抑え、再生する時の時間を短くする為であ
る。さらに10^-3Torr以下まで排気可能なオイルフリーポ
ンプを別に粗引ポンプ（8b）として使用するのは、ポン
プ内圧をできるだけ早く真空断熱の状態になる圧力まで
排気する為である。

以上、本発明の実施例について説明したが、勿論、本
発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想
に基づき種々の変形が可能である。

例えば、２段側の昇温には電気ヒータを用いたが、代
りに冷凍機の２段側にキャピラリーチューブを熱的接触
を良くして巻きつけ、その中を加熱媒体を循環させるこ
とによって行っても良いし、又は例えば光ファイバを用
いて２段ステージに局部的に赤外線を照射することによ
って行っても良い。

２段側の昇温は200Kまで行ったが、クライオポンプ作
動中に２段側に凝縮、収着されたアルゴン、窒素、酸素
などがガス化脱離する温度以上であれば良い。この時、
一度ガス化した分子が再び２段側に凝縮、収縮し、温度
に応じた飽和蒸気圧又は平衡圧力に達するので、２段側
への凝縮量、収着量が無視できる程度の平衡になる温度
以上であれば良い。さらに量が無視できる温度以上であ
れば良く、かつ冷却降下時間を短くするためにできるだ
け室温より低い温度であれば良い。これは粗引ポンプ
（8a）の排気速度とのかね合いによる。

なお、本発明でいうクライオポンプにはソープション
ポンプも含まれる。

〔発明の効果〕

本発明は以上のような構成になっており、クライオポ
ンプの再生時に２段側だけが集中的に昇温され、100K〜
200Kの温度と１段側の温度上昇が低く抑えられるので、
再生終了後に再起動する際の冷却降下が早くなる。しか
も、２段側を昇温させながら粗引きを行ない、大気圧以
下の圧力で再生を行なうので、再起動時の圧力降下が早
くなり、再生・再起動に要する時間は従来法の1/3乃至1
/4に短縮される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成例、第２図は本実施例の
クライオポンプの内部構成例を示す拡大断面図、第３図
はクライオポンプの原理を示す図、第４図は低温におけ
る各種物質の飽和蒸気圧のグラフ、第５図は従来法によ
りクライオポンプの再生方法を示す。 なお、図において、 （１）……クライオポンプ （8a）（8b）……粗引ポンプ （10）……シールド （11）……バッフル （12）……２段ステージ （13）……クライオパネル （14）……活性炭 （15）……１段ステージ （16）……ヒータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高温側冷却部と低温側冷却部とを備えたク
   ライオポンプの再生方法において、前記低温側冷却部の
   温度を検出する温度検知手段を設け、前記低温側冷却部
   に近接して設けた加熱手段で前記低温側冷却部のみを、
   再生時に100K〜200Kの温度に集中的に加熱しながら、ク
   ライオポンプ内部を粗引ポンプ排気することを特徴とす
   るクライオポンプの再生方法。
2. 【請求項２】前記加熱手段が電気抵抗加熱ヒータである
   請求項（１）に記載のクライオポンプの再生方法。
3. 【請求項３】前記加熱手段が、前記低温側冷却部に巻装
   させたキャピラリーチューブであり、該キャピラリーチ
   ューブの中を加熱媒体を循環させる請求項（１）に記載
   のクライオポンプの再生方法。
4. 【請求項４】前記加熱手段が赤外線照射のための光ファ
   イバである請求項（１）に記載のクライオポンプの再生
   方法。