(57)【要約】【課題】処理室の冷却速度を速めるのに有利な低温トラップ装置を提供する。【解決手段】低温トラップ装置は、真空断熱室１０を形成する真空槽１と、真空槽１の真空断熱室１０に配置された低温生成要素２（蓄冷器２８、シリンダ装置２１）と、低温生成要素２で低温を生成できるように冷媒を低温生成要素２に供給する冷媒供給部３と、冷凍を出力する冷凍出力部４３をもつ冷媒配管４とを具備する。処理室５は冷凍出力部４３を有し、冷凍出力部４３による冷凍により処理室５の水蒸気等の気体分子を除去する。処理室５は真空断熱室１０に対して非連通状態に形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空状態に維持される真空断熱室を有する真空断熱槽と、
前記真空槽の前記真空断熱室に配置され低温を生成する低温生成要素と、
前記低温生成要素で低温を生成できるように冷媒を前記低温生成要素に供給する冷媒供給部と、
冷凍を出力する冷凍出力部をもち前記冷媒供給部と前記低温生成要素と前記冷凍出力部とを繋ぐと共に冷媒を流す冷媒配管とを具備する低温トラップ装置において、
前記冷凍出力部が配置され前記冷凍出力部による冷凍により気体分子を捕捉すると共に処理物が配置される処理室が設けられ、
前記処理室は前記真空断熱室に対して非連通状態に形成されていることを特徴とする低温トラップ装置。
【請求項２】
請求項１において、前記冷凍出力部を昇温する昇温要素が設けられていることを特徴とする低温トラップ装置。
【請求項３】
請求項２において、前記昇温要素は前記処理室に設けられた電気ヒータであることを特徴とする低温トラップ装置。
【請求項４】
請求項２において、前記昇温要素は、前記冷凍出力部を加熱可能な高温流体が流れる昇温用配管で形成されており、前記昇温要素の一部は前記処理室内に挿入されていることを特徴とする低温トラップ装置。
【請求項５】
請求項４において、前記昇温用配管には、開状態で前記昇温用配管に高温流体を流す開閉弁が設けられていることを特徴とする低温トラップ装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか一項において、前記真空断熱室と前記処理室とは隣設されており、前記真空断熱室と前記処理室とを仕切る仕切部材が設けられていることを特徴とする低温トラップ装置。
【請求項７】
請求項６において、前記冷媒配管は前記仕切部材を貫通しており、前記仕切部材は当該貫通部分において、前記真空断熱室及び前記処理室のうちのいずれか一方に膨出する膨出部を有することを特徴とする低温トラップ装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のうちのいずれか一項において、前記冷凍出力部は伝熱フィンを有することを特徴とする低温トラップ装置。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のうちのいずれか一項において、前記低温生成要素は、ＧＭ冷凍機、ＧＭ型パルス管冷凍機、スターリング冷凍機、またはスターリング型パルス管冷凍機を構成する低温生成要素であることを特徴とする低温トラップ装置。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のうちのいずれか一項において、前記低温生成要素は、膨張空間を形成するシリンダと前記シリンダ内に往復移動可能に設けられた移動に伴い膨張空間を形成して低温を出力する可動体とを有するシリンダ装置と、前記シリンダ装置の前記膨張空間により生成された低温出力を蓄冷する蓄冷器とを備えていることを特徴とする低温トラップ装置。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０のうちのいずれか一項において、前記冷凍出力部を冷却しないとき、前記冷媒配管内の冷媒が前記冷凍出力部に向けて流れることを抑制する冷媒供給抑制手段が設けられていることを特徴とする低温トラップ装置。
【請求項１２】
請求項１１において、前記冷媒供給抑制手段は、前記処理室内の冷凍出力部を迂回させ前記冷凍出力部に冷媒が流れることを抑えるバイパス通路と、前記バイパス通路の開放及び閉鎖を切り替える第１開閉切替要素と、前記冷媒配管の冷凍出力部への冷媒の通過及び遮断を切り替える第２開閉切替要素とを備えていることを特徴とする低温トラップ装置。
【請求項１３】
請求項１〜請求項１２のいずれか一項において、前記冷媒供給部は、冷媒を圧縮して昇圧すると共に吐出口及び吸込口をもつコンプレッサと、前記コンプレッサの前記吐出口を開閉させる高圧側開閉弁と、前記コンプレッサの前記吸込口を開閉させる低圧側開閉弁とを備えていることを特徴とする低温トラップ装置。
【請求項１４】
請求項１〜請求項１３のいずれか一項において、前記処理室は、互いに空間的に独立した第１処理室と第２処理室とで構成されており、前記冷凍出力部は、前記第１処理室に設けられた第１冷凍出力部と、前記第２処理室に設けられた第２冷凍出力部とで構成されており、
前記冷媒配管は前記第１冷凍出力部に冷媒を流す第１形態と、前記第２冷凍出力部に冷媒を流す第２形態とに切り替え可能な切替手段を備えていることを特徴とする低温トラップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水蒸気等の気体分子を低温により凝結させて除去する低温トラップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１には、真空槽に含まれている水蒸気を低温により凝結させて除去する低温トラップ装置が開示されている。このものによれば、ＧＭ冷凍機を搭載している。ＧＭ冷凍機の冷凍部は大きく、冷凍部の熱容量が大きいため、低温生成行程の冷却速度、昇温行程の昇温速度はあまり速くない。また特許文献１によれば、単一の真空槽の内部にトラップ面が設けられている。
【０００３】
特許文献２はＧＭ冷凍機の基本構造を示す。このものによれば、蓄冷器と低温生成用の膨張空間とが互いに離間しつつ、チューブにより連結されている。
【０００４】
特許文献３では、１つの真空室に蓄冷器とパルス管が配置され、コールドヘッドは蓄冷器に対して分離されていない。作業フランジまたは液体窒素タンクの内壁はコールドヘッドに設けられている。
【特許文献１】特開平０６−３４１３７５号公報
【特許文献２】米国特許公報３０４５４３６
【特許文献３】特開２００１−２６４２１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した特許文献１によれば、単一の真空槽の内部にトラップ面が設けられている。従って真空槽に配置されている処理物を交換するときには、単一の真空槽の真空状態を解除する必要がある。このため処理物を交換するときには、単一のトラップ面の低温状態を解除（昇温）し、真空槽の真空状態を解除し、処理物を交換した後に、再び、単一の真空槽を真空状態に設定する必要がある。このため所要冷却温度まで再度コールドヘッドを冷却するための冷却所要時間が長くなり、生産性が上がらない。冷却所要時間を短縮させるためには、シリンダ装置のシリンダ径、ディスプレーサの径を大きくし、冷凍能力を高めればよいが、冷凍出力部も大型化するため、好ましくない。
【０００６】
また処理物を交換するときには、コールドヘッドの低温状態を解除して再生化する必要があるが、その所要昇温時間が長くなり、生産性が充分ではない。特許文献２，３に係る技術を低温トラップ装置に適用したときにも同様である。
【０００７】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、様相１に係る本発明は冷却速度を速めるのに有利な低温トラップ装置を提供することを課題とするにある。また様相２に係る本発明は冷却速度を速めると共に昇温速度を速めるのに有利な低温トラップ装置を提供することを課題とするにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
様相１に係る低温トラップ装置は、真空状態に維持される真空断熱室を有する真空断熱槽と、真空槽の真空断熱室に配置され低温を生成する低温生成要素と、低温生成要素で低温を生成できるように冷媒を低温生成要素に供給する冷媒供給部と、冷凍を出力する冷凍出力部をもち冷媒供給部と低温生成要素と冷凍出力部とを繋ぐと共に冷媒を流す冷媒配管とを具備する低温トラップ装置において、
冷凍出力部が配置され冷凍出力部による冷凍により気体分子を捕捉すると共に処理物が配置される処理室が設けられ、処理室は真空断熱室に対して非連通状態に形成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
様相１に係る低温トラップ装置によれば、処理物が配置される処理室が設けられており、処理室は真空断熱室に対して非連通状態に形成されている。このため、処理室内に配置されている処理物を交換するとき、処理室の真空の維持は停止されるものの、低温生成要素を配置する真空断熱室の真空断熱状態及び低温状態は維持される。このため処理室に存在する水蒸気等のガス分子を捕捉させるトラップ操作を再び行うときには、真空断熱室と独立している処理室内の冷凍出力部を低温にすればよく、従って冷凍出力部の冷却速度を速めることができる。故に処理室の処理物を交換するのに有利となる。
【００１０】
様相２に係る低温トラップ装置によれば、真空断熱室と独立している処理室内の冷凍出力部を昇温させる昇温要素が設けられているため、冷凍出力部の昇温速度を速くでき、冷凍出力部の再生化を速やかに行うことができる。故に、処理室の処理物を交換するのに有利となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係る低温トラップ装置は、真空状態に維持される真空断熱室を形成する真空槽と、真空槽の真空断熱室に配置された低温生成要素と、低温生成要素で低温を生成できるように冷媒を低温生成要素に供給する冷媒供給部と、冷凍を出力する冷凍出力部をもち冷媒供給部と低温生成要素と冷凍出力部とを繋ぐと共に冷媒を流す冷媒配管とを備える。真空槽は、真空状態に維持される真空断熱室を形成する。より減圧されていれば、真空断熱室の断熱性がより高まる。冷媒配管は、熱伝導損失を低減させるため、ステンレス鋼等の熱伝導性が低い材料で形成されていることが好ましい。冷媒としてはヘリウム、窒素等を例示できる。
【００１２】
低温生成要素は、ＧＭ冷凍機、ＧＭ型パルス管冷凍機、スターリング冷凍機、またはスターリング型パルス管冷凍機を構成する低温生成要素である形態を例示できる。あるいは、他の冷凍機とすることもできる。ここで、低温生成要素は、膨張空間を形成するシリンダとシリンダ内に往復移動可能に設けられ移動に伴い膨張空間を形成して低温を出力する可動体とを有するシリンダ装置と、シリンダ装置の膨張空間により生成された低温出力を蓄冷する蓄冷器とを備えている形態を例示できる。
【００１３】
低温生成要素は、真空槽の真空断熱室に配置されているため、低温生成要素は断熱状態に維持される。冷凍を出力する冷凍出力部は処理室内に配置されている。処理室は、真空ブロア等によって真空状態とされると共に、処理室内に配置されている冷凍出力部が冷凍を出力している。冷凍出力部は、処理室内に浮遊する水分子等が衝突してきた際にその運動エネルギーを奪い、それ以上の運動を阻害することにより、これらの分子を吸着する作用を行う。この吸着作用によって、真空ブロア等では引き込むことのできない分子をも処理室から除去することができ、処理室内をより高真空状態とすることができる。処理室は真空断熱室に対して非連通状態に形成されているため、処理室の低温状態を解除したとしても、真空断熱室の低温状態は維持される。また処理室の真空状態（真空状態を含む）を解除したとしても、真空断熱室の真空状態（真空状態を含む）は維持される。
【００１４】
真空断熱室と処理室とを仕切る仕切部材が設けられている形態を例示できる。特に、真空断熱室と処理室とは隣設されており、真空断熱室と処理室とを互いに隣設するように仕切る仕切部材が設けられている形態を例示できる。この場合、真空断熱室と処理室との非連通状態を仕切部材により確保できる。冷媒配管は仕切部材を貫通しており、仕切部材は当該貫通部分において、真空断熱室及び処理室のうちのいずれか一方に膨出する膨出部を有する形態を例示できる。この膨出部により、仕切部材から冷媒配管への熱侵入が効果的に抑制される。
【００１５】
冷媒配管の冷凍出力部は、冷凍出力面積を増加させるべく、複数本に分岐されている形態を例示できる。冷凍出力部は伝熱部材を有する形態を例示できる。この場合、冷凍出力面積が増加し、効率的に基体分子をトラップできる。伝熱部材としてはフィン、シート、テープ等を例示できる。伝熱部材により冷凍出力部と昇温要素とを熱的に接触させることが好ましい。この場合、冷凍出力部を短時間に加熱でき、再生化を速めるのに有利となる。
【００１６】
昇温要素としては、処理室に設けられた電気ヒータである形態を例示できる。この場合、電気ヒータを作動させれば、処理室内の冷凍出力部の低温状態を短時間に解除できる。また昇温要素としては、加熱された高温流体が流れる昇温用配管で形成されており、昇温用配管の一部は処理室内に挿入されている形態を例示できる。高温流体としては、冷凍系で使用される冷媒を高温に加熱して用いることができるが、場合によっては、熱水または温水でも良い。
【００１７】
昇温用配管には、開状態により昇温用配管に高温流体を流す開閉弁が設けられている形態を例示できる。この場合、開閉弁の開閉作用により、昇温用配管に高温流体を流したり、昇温用配管に高温流体を流すことを停止したりできる。
【００１８】
処理室でのコールドトラップを行わないとき、冷媒配管内の冷媒が冷凍出力部に向けて流れることを抑制する冷媒供給抑制手段が設けられている形態を例示できる。冷媒供給抑制手段は、処理室内の冷凍出力部を迂回させ冷凍出力部に冷媒が流れることを抑えるバイパス通路と、バイパス通路の開放及び閉鎖を切り替える第１開閉切替要素と、冷媒配管の冷凍出力部への冷媒の通過及び遮断を切り替える第２開閉切替要素とを備えている形態を例示できる。
【００１９】
冷媒供給部は、冷媒を圧縮すると共に吐出口及び吸込口をもつコンプレッサと、コンプレッサの吐出口を開閉させる高圧側開閉弁と、コンプレッサの吸込口を開閉させる低圧側開閉弁とを備えている形態を例示できる。
【００２０】
本発明によれば、処理室は、互いに独立した第１処理室と第２処理室とで構成されている形態を例示できる。この場合、冷凍出力部は、第１処理室に設けられた第１冷凍出力部と、第２処理室に設けられた第２冷凍出力部とで構成できる。更に、冷媒配管は第１冷凍出力部に冷媒を流す第１形態と、第２冷凍出力部に冷媒を流す第２形態とにを切り替え可能な切替手段を備えている形態を例示できる。この場合、第１処理室で冷却、第２処理室で加熱を同時に行うことができる。また、第１処理室で加熱、第２処理室で冷却を同時に行うことができる。従って第１処理室及び第２処理室の双方を有効に利用でき、生産性の向上に寄与できる。
【００２１】
本明細書において『真空』とは、完全真空以外にも、断熱的な状態となるような一定の減圧下の状態をも含むものとする。一般的には、１０-5ｔｏｒｒ程度の圧力とすれば、断熱的な状態としても十分である。
【実施例１】
【００２２】
本発明を具体化した実施例１を図１を参照して説明する。本実施例に係る低温トラップ装置は、図１に示すように、真空状態（減圧状態）に維持される真空断熱断熱室１０を形成する真空槽１（真空槽）と、真空槽１の真空断熱室１０に配置された低温生成要素２と、低温生成要素２で低温を生成できるように冷媒を低温生成要素２に供給する冷媒供給部３と、冷凍を出力する冷凍出力部４３をもつと共に冷媒を流す通路を形成する冷媒配管４とを具備する。
真空断熱室１０は真空ポンプ等の排気要素１３により排気されて高真空状態に維持されている。冷凍出力部４３は配管構造をもち、熱容量が小さい。
【００２３】
図１に示すように、冷媒供給部３は冷媒配管４に冷媒（ヘリウム）を供給するものである。この冷媒供給部３は、冷媒を圧縮すると共に吐出口３０及び吸込口３１をもつコンプレッサ３２と、コンプレッサ３２の吐出口３０に繋がり高圧の冷媒が流れる高圧通路３３と、高圧通路３３を開閉させる高圧側開閉弁３４と、コンプレッサ３２の吸込口３１に繋がり低圧の冷媒が流れる低圧通路３５と、低圧通路３５を開閉させる低圧側開閉弁３６とを備えている。
【００２４】
低温生成要素２はＧＭ冷凍機を構成する低温生成要素である。この低温生成要素２は、低温を生成する膨張空間２０を形成するシリンダ装置２１と、シリンダ装置２１の膨張空間２０により生成された低温出力を蓄冷する蓄冷器２８とを備えている。蓄冷器２８及びシリンダ装置２１は真空槽１の真空断熱室１０の内部に配置されており、外気から断熱状態とされている。蓄冷器２８は、ステンレス鋼、リン青銅等で形成されたメッシュまたは球体の集合体等の蓄冷材を収容している。蓄冷器２８は、冷媒供給部３側の高温端２８ｈと、冷凍出力部４３側に設けられ高温端２８ｈよりも低温に維持される低温端２８ｐとを有する。
【００２５】
シリンダ装置２１は、膨張空間２０及び室温側掃気空間２３を形成するシリンダ２２と、シリンダ２２内に往復移動可能に設けられ移動に伴い膨張空間２０を形成して膨張空間２０において低温を出力する可動体としてのピストン２４と、ピストン２４を駆動させる駆動ロッド２５とを有する。膨張空間２０は低温を生成する。駆動ロッド２５は駆動機構２７に接続されている。駆動機構２７により駆動ロッド２５を介してピストン２４が上下方向つまり矢印Ｙ１，Ｙ２方向に往復移動可能とされており、膨張空間２０で膨張作用を行う。ピストン２４とシリンダ２２との間にはピストンシール部材２４ａが設けられている。これにより膨張空間２０と室温側掃気空間２３とが気密的にシールされている。駆動ロッド２５の外周面にはロッドシール部材２５ａが設けられている。
【００２６】
冷媒配管４は、途中部に冷凍を出力するコールドヘッドとも呼ばれる冷凍出力部４３をもつ。この冷媒配管４は、冷媒供給部３と蓄冷器２８と冷凍出力部４３とシリンダ装置２１とを順に直列的に繋いでいる。冷媒配管４は、ステンレス鋼等の熱伝導性が低く且つ強度を有する材料で形成されていることが好ましい。この冷媒配管４は第１配管４１と第２配管４２とを有する。第１配管４１は、冷媒供給部３の高圧通路３３と第１配管４１との分岐部４１ｍ、蓄冷器２８を介して冷凍出力部４３の一端に繋がる。第２配管４２は、冷凍出力部４３の他端からシリンダ装置２１の膨張空間２０に繋がる。第１配管４１の途中部と第２配管４２の途中部とは連結管４４で連結されている。連結管４４は、第１配管４１のうち蓄冷器２８の高温端２８ｈと冷媒供給部３との間の部分４ｎと、シリンダ装置２１の室温側掃気空間２３とを連通させている。連結管４４は真空槽１の外方に配置されている。
【００２７】
本実施例によれば、真空状態で処理される処理物５３が配置される処理室５をもつ作業部６が設けられている。図１に示すように、真空断熱室１０と処理室５とは上下方向において隣設されている。具体的には真空断熱室１０の下方に処理室５が配置されている。真空断熱室１０と処理室５とを仕切る仕切部材としての仕切部材６０が設けられている。真空断熱室１０と処理室５とは仕切部材６０により非連通状態に分離されている。従って真空断熱室１０と処理室５とは互いに空間的に独立している。仕切部材６０は断熱性が高いものを採用できる。仕切部材６０は断熱材を基材としていても良い。
【００２８】
処理室５は、真空隔壁５０と、開閉可能な蓋５ｘとをもつ。処理室５の空気などのガスは図略の真空ポンプ等の排気要素により排気される。処理室５には、冷媒配管４で構成される冷凍出力部４３が配置されている。真空ポンプ等の排気要素では排気できずに処理室５内に浮遊している水分子等の微小分子は、ブラウン運動によって冷凍出力部４３に衝突するが、この際に分子の運動エネルギーが冷凍出力部４３に奪われる。このため、冷凍出力部４３に衝突した分子はそれ以上の運動をすることができなくなり、冷凍出力部４３に吸着される。この吸着作用によって、真空ポンプでは引き込むことのできない微小分子をも処理室から除去することができ、処理室内をより高真空状態とすることができる。
【００２９】
作業部６の処理室５は、処理物５３に対して処理を行う作業室として機能するものである。具体的には、処理物５３に対して処理するときには、不純物の混入防止等のため処理室５内を高い真空状態に維持する必要がある。そこで、真空ポンプ等の排気要素により真空引き及び冷凍出力部４３によるコールドトラップにより、処理室５を高真空状態に維持しつつ、処理物５３の処理を行う。
【００３０】
次の処理物５３に対して処理を行うため、処理室５内の処理物５３を交換するときには、処理室５の真空状態を解除することにより大気圧まで昇圧し、大気に開放するると共に、冷凍出力部４３を常温または常温付近に戻す必要がある。したがって処理物５３に対する生産性を向上させるためには、冷凍出力部４３５を昇温させる昇温速度を速めることも要請されている。本実施例は上記した２つの要請に基づいて開発されたものである。なお処理物５３としては、真空状態での処理が要請されるものであれば、特に限定されず、例えば、成膜処理が行われる成膜物、半導体素子、液晶等が例示される。
【００３１】
本実施例によれば、前述した処理室５は、仕切部材６０により真空断熱室１０に対して非連通状態に形成されており、真空断熱室１０に対して独立している。従って処理室５が大気に開放されたとしても、蓄冷器２８及びシリンダ装置２１を収容する真空断熱室１０の真空状態、低温状態は良好に維持される。
【００３２】
図１に示すように、冷媒配管４の第１配管４１は仕切部材６０を貫通している。仕切部材６０は、当該貫通部分において処理室５側に膨出する第１空間６１ｍを有する筒形状の第１膨出部６１を有する。また冷媒配管４の第２配管４２は仕切部材６０を貫通している。仕切部材６０は、当該貫通部分において処理室５側に膨出する第２空間６２ｍを有する筒形状の第２膨出部６２を有する。
【００３３】
仕切部材６０は、処理室５と真空断熱室１０とを仕切る部材であるが、両室５，１０の圧力差に耐え得る強度を担保するため、例えば約１０ミリメートル程度の厚みが必要である。この程度の厚みがあると、仕切部材６０の外縁側の室温が熱伝導により仕切部材６０の全体に伝わり、それ故、仕切部材６０は、ほぼ全体が室温程度の温度となる。一方、第１配管４１及び第２配管４２は、寒冷冷媒が流通するために例えば約１００Ｋ程度の低温になっている。従って、これらの第１配管４１及び第２配管４２を直接的に仕切部材６０に接触させると、大きな熱損失を生じる。そのため本例においては、上記第１膨出部６１及び第２膨出部６２を設けている。
【００３４】
即ち、各膨出部６１，６２の筒状壁の厚みを例えば０．５ミリメートル程度の薄い厚みにしておけば、その薄さ故に熱伝導が低減され、各膨出部６１，６２の筒状壁における基端側と先端側とで温度勾配を生じさせることができる。従って、各膨出部６１，６２の筒状壁における基端側端部の温度が例えば３００Ｋ程度とすれば、筒状壁における先端側端部の温度を１５０Ｋ程度の低温とすることができ、この先端側端部の側を各配管と連結するようにしておけば、過大な温度差による熱損失を抑制することができる。
【００３５】
仕切部材６０の厚みとしては、両室の圧力差によって設定厚みが変わるため一概には言えないが、原理的には、両室の圧力差により変形しない程度の厚みが有ればよいと言え、一般的には５ミリメートル〜８ミリメートル程度の厚みが好ましいと言える。また、各膨出部６１，６２の筒状壁の厚みは、両室の温度差によって設定厚みが変わるため一概には言えないが、原率的には、筒状部の一端側と他端側とで温度勾配が生じる程度の厚みがあれば良いと言え、一般的には０．２ミリメートル〜０．５ミリメートル程度の厚みが好ましいと言える。
【００３６】
作業部６の処理室５には、冷凍出力部４３を加熱する昇温要素として機能する電気ヒータ５２が設けられている。電気ヒータ５２には、処理室５の外方に延設された給電線５２ｒが接続されている。電気ヒータ５２であるため、発熱量の制御が容易であり、冷凍出力部４３の昇温速度の制御が容易である。冷媒配管４に繋がる冷凍出力部４３はフィン４６を有する。フィン４６は、ガス凝結時の熱交換用の伝熱面積を増加させるための伝熱部材として機能する。電気ヒータ５２と冷凍出力部４３とは熱的に接続されている。ここで冷凍出力部４３は配管構造で形成されており比較的熱容量が少ないため、冷凍出力部４３を加熱するとき、低温状態の冷凍出力部４３を電気ヒータ５２により短時間に加熱でき、処理室５における昇温速度を速めることができる。また、冷凍出力部４３上に形成されたトラップ面を冷却するとき、低温状態の冷凍出力部４３の吸熱面積をフィン４６により増加でき、トラップ面の冷却速度を速めることができ、トラップ面の冷却時間の短縮化に貢献できる。
【００３７】
使用の際には、処理室５が密閉された状態で、コンプレッサ３２が作動してコンプレッサ３２内の冷媒を圧縮させる。低圧側開閉弁３６が閉鎖するものの、高圧側開閉弁３４が開放するため、コンプレッサ３２で圧縮された高温高圧のガス状の冷媒は、高圧通路３３を経て冷媒配管４の第１配管４１に供給される。更に、冷媒は、第１配管４１、蓄冷器２８、冷凍出力部４３を経て第２配管４２に至る。ここで、高圧側開閉弁３４の開閉タイミングに対して所定の位相差をもってピストン２４が矢印Ｙ１方向（膨脹方向）に移動してシリンダ装置２１に膨張空間２０が形成される。ここで、高圧側開閉弁３４が閉鎖され、更に、ピストン２４が矢印Ｙ１方向に移動することで、全体の圧力は低下し、それに続けて低圧側開閉弁３６が開放され、圧力はより下がる。この断熱膨張行程により、シリンダ装置２１の膨張空間２０で低温が生成される。ピストン２４が矢印Ｙ２方向に移動すると、低温となった冷媒は第２配管４２、冷凍出力部４３、第１配管４１、蓄冷器２８を通り、低圧通路３５、ガス状の冷媒の一部は開放状態の低圧側開閉弁３６を経てコンプレッサ３２の吸込口３１に戻る。このとき高圧側開閉弁３４は閉鎖している。上記した操作が繰り返される。
【００３８】
上記のようにして冷媒配管４の冷凍出力部４３において冷凍が出力される。このように冷媒配管４の冷凍出力部４３において冷凍が出力されると、トラップ面温度が低下し、前述したように、処理室５に存在する水蒸気等の気体分子が冷凍出力部４３のトラップ面にトラップされ、処理室５の真空度が次第に高くなる。このように処理室５の真空度が高くなった状態で、処理室５の処理物５３に対して処理が行われる。
【００３９】
処理が終了し、次の処理物５３に対して処理を行うときには、処理室５の真空状態は解除され、処理室５は大気に開放される。このときＧＭ冷凍機の運転は停止されるため、冷媒配管４の冷凍出力部４３には冷媒はほとんど通らず、冷凍出力部４３は蓄冷器２８及びシリンダ装置２１から概ね熱絶縁されることになる。冷媒の熱伝達率、第１配管４１、第２配管４２の熱伝導率が低いためである。更に電気ヒータ５２を作動させると、電気ヒータ５２の熱は冷凍出力部４３に伝達されるので、放置による自然加熱に比較して、冷凍出力部４３の昇温速度を速くすることができる。故に、冷凍出力部４３の低温状態を早期に解除し、再生化を早めることができる。そして、次の処理物５３を処理室５に配置し、その状態で処理室５を再び排気して真空状態に設定する。このときＧＭ冷凍機の運転を再開すべく、コンプレッサ３２の運転を再開させて冷凍サイクルを行い、冷媒配管４の冷凍出力部４３を冷却する。このようにすれば、前述同様に、処理室５の水蒸気等の気体分子は冷凍出力部４３にトラップされ、処理室５の真空度が高まり、処理物５３に対する処理が良好になされる。ＧＭ冷凍機の運転を再開するとき、真空断熱室１０に収容されている蓄冷器２８、シリンダ装置２１の膨張空間２０は低温に維持されているため、冷凍出力部４３の冷却速度を速めることができる。
【００４０】
以上説明したように本実施例によれば、冷凍出力部４３が配置され冷凍出力部４３による冷凍により気体分子をトラップ（捕捉）する処理室５が設けられている。処理室５は真空断熱室１０に対して仕切部材６０により非連通状態に形成されている。このため処理室５に対して処理物５３を出し入れするために、処理室５の真空状態が解除されるときであっても、真空槽１の真空断熱室１０の真空状態及び低温状態は良好に維持される。即ち、真空槽１の真空断熱室１０は連続的に真空状態及び低温状態に維持される。このような本実施例によれば、冷凍出力部４３を再度冷却するとき、真空断熱室１０と独立している処理室５内の冷凍出力部４３のみを冷却すればよい。従って処理室５の処理物５３が交換されるときであっても、冷凍出力部４３を冷却させる冷却速度を速くでき、生産性を向上させることができる。
【００４１】
更に本実施例によれば、冷凍出力部４３を加熱する電気ヒータ５２が設けられており、更に冷凍出力部４３の熱容量が小さいので、処理室５の処理物５３の交換等のため、冷凍出力部４３を加熱昇温するときには、冷凍出力部４３を昇温する昇温速度を速くでき、生産性を向上させることができる。更に電気ヒータ５２と冷凍出力部４３がフィン４６により熱的に接触しているため、伝熱部材として機能するフィン４６を介しての熱伝達を期待でき、冷凍出力部４３を効率よく加熱できる。
【００４２】
更に本実施例によれば、仕切部材６０は、当該貫通部分において処理室５側に膨出する筒形状の第１膨出部６１及び第２膨出部６２を有する。仕切部材６０は、その外縁側からの熱により室温程度の温度となるが、第１膨出部６１、第２膨出部６２の筒状壁部の温度勾配によって、冷媒配管４の第１配管４１及び第２配管４２に接触する部分の温度を室温よりも低くすることができる。このため熱損失を低減することができる。
【実施例２】
【００４３】
図２は実施例２を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。本実施例においても、図２に示すように冷媒配管４の第１配管４１は仕切部材６０を貫通している。仕切部材６０は、当該貫通部分において真空断熱室１０側に膨出する第１空間６１ｍを有するドーム形状の第１膨出部６１Ｂを有すると共に、当該貫通部分において真空断熱室１０側に膨出する第１空間６１ｍを有するドーム形状の第２膨出部６２Ｂを有する。ドーム形状の第１膨出部６１Ｂ及び第２膨出部６２Ｂの存在によって、仕切部材部６０からの熱侵入を抑制でき、この膨出部６１Ｂ，６２Ｂで温度勾配をもたせることができる。このため、第１配管４１，第２配管４２と各膨出部６１Ｂ，６２Ｂとの接続部分における温度格差を減らすことができ、熱損失を効果的に抑制することができる。なお第１膨出部６１，第２膨出部６２はドーム状であるため、強化されており、第１配管４１，第２配管４２の貫通部分を強化できる。
【実施例３】
【００４４】
図３は実施例３を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。図３に示すように冷媒配管４の第１配管４１と第２配管４２とを繋ぐバイパス通路４７と、バイパス通路４７に設けられバイパス通路４７を開閉させるバイパス開閉弁４５と、第１配管４１のうち蓄冷器２８の低温端２８ｐと冷凍出力部４３との中間部分に設けられた開閉弁４８Ａと、第２配管４２のうちシリンダ装置２１の膨張空間２０と冷凍出力部４３との中間部分に設けられた開閉弁４８Ｂとが設けられている。バイパス開閉弁４５は、バイパス通路４７を開放及び閉鎖を切り替える第１開閉切替要素として機能できる。開閉弁４８Ａ及び開閉弁４８Ｂは、冷媒配管４の冷凍出力部４３への冷媒の通過及び遮断を切り替える第２開閉切替要素として機能できる。
【００４５】
バイパス開閉弁４５が開放した状態で開閉弁４８Ａ，開閉弁４８Ｂが閉鎖すれば、冷媒は冷凍出力部４３を流れず、バイパス通路４７を流れるため、冷凍出力部４３を冷却することができなくなる。故に開閉弁４８Ａ，開閉弁４８Ｂ、バイパス通路４７及びバイパス開閉弁４５は、冷凍出力部４３による冷却を停止させる冷却停止手段として機能できる。なお図３に示すように開閉弁４８Ａ，開閉弁４８Ｂ、バイパス通路４７及びバイパス開閉弁４５は、真空断熱室１０に配置されている。
【００４６】
本実施例によれば、冷媒配管４の冷凍出力部４３で冷凍を出力し、気体分子をトラップするときには、開閉弁４８Ａ及び開閉弁４８Ｂを開放させると共に、バイパス開閉弁４５を閉鎖させる。これによりコンプレッサ３２で圧縮された高温高圧の冷媒を、実施例１の場合と同様に、第１配管４１、冷凍出力部４３、第２配管４２に介して、シリンダ装置２１の膨張空間２０に供給する。前述同様に、高圧側開閉弁３４の開閉タイミングと所定の位相差をもって作動するピストン２４により、膨張空間２０の冷媒が膨張し、低温が生成される。
【００４７】
また、処理室５の処理物５３を交換するために、冷凍出力部４３を加熱するときには、開閉弁４８Ａ及び開閉弁４８Ｂが閉鎖して、冷媒配管４の冷凍出力部４３に冷媒が流れることが停止されると共に、バイパス開閉弁４５が開放する。これにより第１配管４１と第２配管４２とがバイパス通路４７を経て連通するため、コンプレッサ３２で圧縮された高温高圧の冷媒が蓄冷器２８を通過すると、バイパス通路４７を通り、シリンダ装置２１の膨張空間２０に至る。そして、前述同様に、高圧側開閉弁３４の開閉タイミングと所定の位相差をもって作動するピストン２４により、膨張空間２０の冷媒が膨張して、低温が生成される。また、膨張により低温となった冷媒は、第２配管４２からバイパス通路４７、第１配管４１を経て蓄冷器２８に至る。このため処理室５の処理物５３を交換するために冷凍出力部４３を昇温するときであっても、ＧＭ冷凍機の運転を停止させずとも良く、つまり、冷媒供給部３を構成するコンプレッサ３２の運転を停止させずとも良い。従ってＧＭ冷凍機を連続運転させることができるため、真空断熱室１０の低温状態を良好に維持することができ、生産性の向上に寄与できる。
【００４８】
本実施例においても、実施例１と同様に、処理物５３が配置される処理室５は、真空断熱室１０に対して仕切部材６０により非連通状態に形成されている。このため処理室５に対して処理物５３を出し入れするとき、真空槽１の真空断熱室１０の真空状態及び低温状態は連続的に良好に維持される。このため新たな処理物を処理する際には、真空断熱室１０と独立している処理室５内の冷凍出力部４３を冷却すればよい。従って処理室５の処理物５３が交換されるときであっても、冷凍出力部４３を冷却させる冷却速度を速くでき、生産性を向上させることができる。更に冷凍出力部４３を加熱する電気ヒータ５２が設けられているため、処理室５の処理物５３を交換するとき、冷凍出力部４３を加熱して再生する昇温速度を速くでき、生産性を向上させることができる。なお、開閉弁４８Ａ及び開閉弁４８Ｂを真空断熱室１０ではなく、処理室５に設けることにしても良い。
【実施例４】
【００４９】
図４は実施例４を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。本実施例はパルス管冷凍機に適用した場合である。図４に示すように、冷媒配管４の第２配管４２の先端にはパルス管７０が設けられている。パルス管７０は、ステンレス鋼等の熱伝導性が低い材料で形成された中空チューブで形成されており、真空断熱室１０に配置されている。パルス管７０は、真空断熱室１０に配置された低温生成要素の一部として機能する。パルス管７０は下側の低温端７０ｐと上側の高温端７０ｈとを有する。流路径変動部となるパルス管７０の上側には、冷媒を整流させる第１ディストリビュータ７１ｆが配置されている。流路径変動部となるパルス管７０の下側には、冷媒を整流させる第２ディストリビュータ７１ｓが収容されている。パルス管７０の高温端７０ｈには、通路７２を経てバッファタンク７３が接続されている。バッファタンク７３は真空断熱室１０の外方に配置されている。通路７２には、オリフィスバルブ７４がバッファタンク７３とパルス管７０の高温端７０ｈとの間に設けられている。オリフィスバルブ７４は流量絞り要素として機能するものであり、バッファタンク７３とパルス管７０の高温端７０ｈとの間において単位時間当たり流れる冷媒の流量を絞る絞り流量絞り機能を有する。
【００５０】
本実施例においても、実施例１と同様に、処理物５３が配置される処理室５は、真空断熱室１０に対して非連通状態に形成されている。このため処理室５に対して処理物５３を出し入れするとき、真空槽１の真空断熱室１０の真空状態及び低温状態は良好に維持される。このため処理室５の処理物５３が交換されるときであっても、処理室５内の冷凍出力部４３のみを冷却させるだけで良く、冷却速度を速くでき、生産性を向上させることができる。更に処理室５内の冷凍出力部４３を加熱する電気ヒータ５２が設けられているため、処理室５の処理物５３を交換するとき、冷凍出力部４３を加熱する昇温速度を速くでき、生産性を向上させることができる。
【実施例５】
【００５１】
図５は実施例５を示す。本実施例は実施例４と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。冷媒配管４の第１配管４１と第２配管４２とを繋ぐバイパス通路４７と、バイパス通路４７に設けられバイパス通路４７を開閉させるバイパス開閉弁４５と、第１配管４１のうち蓄冷器２８の低温端２８ｐと冷凍出力部４３との間に設けられた開閉弁４８Ａと、第２配管４２のうちパルス管７０の低温端７０ｐと冷凍出力部４３との間に設けられた開閉弁４８Ｂとが設けられている。バイパス開閉弁４５が開放した状態で開閉弁４８Ａ，開閉弁４８Ｂが閉鎖すれば、冷媒は冷凍出力部４３を流れず、バイパス通路４７を流れるため、冷凍出力部４３を冷却することができなくなる。故に開閉弁４８Ａ，開閉弁４８Ｂ、バイパス通路４７及びバイパス開閉弁４５は、冷凍出力部４３による冷却を停止または低減させる冷却停止手段として機能できる。
【実施例６】
【００５２】
図６は実施例６を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。本実施例はパルス管冷凍機に適用した場合である。図６に示すように、実施例１に係るシリンダ装置２１に代えて、冷媒配管４の第２配管４２の先端にはパルス管７０が設けられている。パルス管７０の高温端７０ｈには、通路７２Ｆを経て第１バッファタンク７３Ｆと、通路７２Ｓを経て第２バッファタンク７３Ｓと、通路７２Ｔを経て第３バッファタンク７３Ｔとが並列に接続されている。図６に示すように通路７２Ｆには、第１バッファタンク７３Ｆとパルス管７０の高温端７０ｈとを連通させる開閉弁７５Ｆが設けられている。通路７２Ｓには、第２バッファタンク７３Ｓとパルス管７０の高温端７０ｈとを連通させる開閉弁７５Ｓが設けられている。通路７２Ｔには、第３バッファタンク７３Ｔとパルス管７０の高温端７０ｈとを連通させる開閉弁７５Ｔが設けられている。なお、図６に示すように、通路７２Ｆ、開閉弁７５Ｆ、第１バッファタンク７３Ｆ、通路７２Ｓ、開閉弁７５Ｓ、第２バッファタンク７３Ｓ、通路７２Ｔ、開閉弁７５Ｔ、第３バッファタンク７３Ｔは、真空断熱室１０の外方つまり外気に配置されている。
【００５３】
コンプレッサ３２が駆動すると、高温高圧の冷媒は、開放状態の高圧側開閉弁３４、高圧通路３３、第１配管４１、蓄冷器２８、冷凍出力部４３、第２配管４２を経てパルス管７０に流れる。パルス管７０の低温端７０ｐで冷媒ガスは膨張して低温を生成する。その後、冷媒は第２配管４２、冷凍出力部４３、蓄冷器２８を通って、低圧通路３５、低圧側開閉弁３６からコンプレッサ３２の吸込口３１に戻る。
【００５４】
本実施例においても、実施例１と同様に、処理物５３が配置される処理室５は、真空断熱室１０に対して非連通状態に形成されている。このため処理室５に対して処理物５３を出し入れするとき、真空槽１の真空断熱室１０の真空状態及び低温状態は良好に維持される。このため処理室５の処理物５３が交換されるときであっても、処理室５内の冷凍出力部４３を冷却させるのみで良く、冷却速度を速くでき、生産性を向上させることができる。更に冷凍出力部４３を加熱する電気ヒータ５２が設けられているため、処理室５の処理物５３を交換するとき、冷凍出力部４３を加熱する際の昇温速度を速くでき、生産性を向上させることができる。
【実施例７】
【００５５】
図７は実施例７を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。本実施例は図７に示すように、真空断熱室１０には、段付き構造のシリンダ２２Ｃが配置されている。シリンダ２２Ｃの内部には、筒体８５を有するディスプレーサ８０が設けられている。高圧側開閉弁３４の開閉タイミングに対して所定の位相差をもって、ディスプレーサ８０は駆動機構２７により矢印Ｙ１，Ｙ２方向に往復移動される。ディスプレーサ８０は蓄冷器２８を内蔵している。ディスプレーサ８０の外壁面とシリンダ２２Ｃの内壁面との間には、第１シール部材８１、第２シール部材８２が介在している。ディスプレーサ８０は、一端側に第１開口８３を有すると共に、他端側に第２開口８４を有する。第１開口８３は蓄冷器２８の高温端２８ｈに対面して冷媒流路を形成すると共に、第２開口８４は蓄冷器２８の低温端２８ｐに対面して冷媒流路を形成する。冷媒配管４は第１配管４１及び第２配管４２を有しており、更に第１配管４１と第２配管４２との間に冷凍出力部４３を有する。第１配管４１はディスプレーサ８０の筒体８５の通路８６、蓄冷器２８、第２開口８４、第１開口８３に連通しており、冷媒が流れるようにされている。第２配管４２はシリンダ２２Ｃの膨張空間２０に連通する。
【００５６】
コンプレッサ３２が駆動すると、高温高圧の冷媒が生成される。高圧側開閉弁３４が開放しているため、高温高圧の冷媒は、高圧通路３３を経てディスプレーサの第１開口８３、蓄冷器２８、第２開口８４、筒体８５の通路８６、第１配管４１、冷凍出力部４３、第２配管４２を経てシリンダ２２Ｃの膨張空間２０に至り、膨張により低温を生成する。更に、ディスプレーサ８０が矢印Ｙ２方向に移動するため、低温となった冷媒はリターンし、第２配管４２、冷凍出力部４３、第１配管４１、筒体８５の通路８６、第２開口８４、蓄冷器２８、第１開口８３を経て更に、低圧通路３５、低圧側開閉弁３６を介してコンプレッサ３２の吸込口３１に戻る。
【００５７】
本実施例においても、実施例１と同様に、図７に示すように、処理室５は真空断熱室１０に対して非連通状態に形成されている。このため処理室５に対して処理物５３を出し入れするとき、真空槽１の真空断熱室１０の真空状態及び低温状態は良好に維持される。このため処理室５の処理物５３が交換されるときであっても、処理室５内の冷凍出力部４３のみを冷却させるだけで良く、冷却速度を速くでき、生産性を向上させることができる。更に冷凍出力部４３を加熱する電気ヒータ５２が設けられているため、処理室５の処理物５３を交換するとき、冷凍出力部４３を加熱する際の昇温速度を速くでき、生産性を向上させることができる。
【実施例８】
【００５８】
図８は実施例８を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。本実施例においても、図８に示すように、冷媒供給部３は、冷媒を圧縮すると共に吐出口３０及び吸込口３１をもつコンプレッサ３２と、コンプレッサ３２の吐出口３０に繋がり高温高圧の冷媒が流れる高圧通路３３と、高圧通路３３を開閉させる高圧側開閉弁３４と、コンプレッサ３２の吸込口３１に繋がり低温低圧の冷媒が流れる低圧通路３５と、低圧通路３５を開閉させる低圧側開閉弁３６とを備えている。
【００５９】
図８に示すように、処理室５を加熱する昇温要素として機能する昇温用配管９が設けられている。昇温用配管９の一端９ａは冷媒供給部３のコンプレッサ３２の吐出口３０に連通する。昇温用配管９の他端９ｃは冷媒供給部３のコンプレッサ３２の吸込口３１に連通する。昇温用配管９の一端（コンプレッサ３２の吐出口３０側）には、昇温用配管９に高温流体を流す第１加熱弁９１（開閉弁）が設けられている。昇温用配管９の他端（コンプレッサ３２の吸込口３１側）には、昇温用配管９に高温流体を流す第２加熱弁９２（開閉弁）が設けられている。第１加熱弁９１及び第２加熱弁９２は真空断熱室１０の外方に配置されている。昇温用配管９の中間部を構成する加熱部９ｍは、処理室５に挿入されており、冷凍出力部４３を加熱する。昇温用配管９の加熱部９ｍは、冷媒配管４の冷凍出力部４３の近傍に位置しており、冷凍出力部４３に並走している。昇温用配管９の加熱部９ｍは、熱交換用の伝熱部材として機能するフィン４６により冷媒配管４の冷凍出力部４３に熱的に接触している。
【００６０】
使用の際には、図８において、コンプレッサ３２が駆動して冷媒を圧縮させる。高圧側開閉弁３４が開放しているため、コンプレッサ３２で圧縮された高温高圧のガス状の冷媒は、高圧通路３３を経て冷媒配管４の第１配管４１に供給される。冷媒は、蓄冷器２８、冷凍出力部４３を経て第２配管４２に至る。ここで、高温側開閉弁の開閉のタイミングとある位相差をもって、ピストン２４が矢印Ｙ１方向に移動して膨張空間２０が形成される。このため、膨張空間２０で低温が生成される。低温となった冷媒は冷凍出力部４３、蓄冷器２８を通り、低圧通路３５、低圧側開閉弁３６を経てコンプレッサ３２の吸込口３１に戻る。このようにして冷凍出力部４３において冷凍が出力される。このように冷凍出力部４３において冷凍が出力されるときには、第１加熱弁９１及び第２加熱弁９２は閉鎖されている。このように冷凍出力部４３において冷凍が出力されると、前述したように、処理室５の水蒸気等の気体分子が冷凍出力部４３に捕捉され、処理室５の真空度が高くなる。このように処理室５の真空度が高くなった状態で、処理室５の処理物５３に対して処理が行われる。このように処理室５で処理するときには、第１加熱弁９１及び第２加熱弁は閉鎖されているため、コンプレッサ３２で加熱された高温高圧の冷媒は昇温用配管９に流れない。
【００６１】
これに対して冷凍出力部４３を加熱再生するときには、コンプレッサ３２の運転を継続させたまま、高圧側開閉弁３４及び低圧側開閉弁３６を閉鎖すると共に、第１加熱弁９１及び第２加熱弁９２を開放状態に切り替える。すると、コンプレッサ３２で圧縮された高温高圧の冷媒（高温流体）は昇温用配管９の加熱部９ｍに流れる。従って昇温用配管９の加熱部９ｍにより冷凍出力部４３は加熱され昇温される。このようにコンプレッサ３２で圧縮された高温の冷媒を流れる昇温用配管９を利用して冷凍出力部４３を加熱昇温することにすれば、実施例１に係る電気ヒータ５２を廃止できる。あるいは電気ヒータ５２を設けるにしても、小型化できる。なお、図８に示すように、昇温用配管９の加熱部９ｍは、伝熱部材として機能するフィン４６により冷媒配管４の冷凍出力部４３に熱的に接触しているため、冷凍出力部４３を効率よく加熱することができる。
【実施例９】
【００６２】
図９及び図１０は実施例９を示す。本実施例は実施例８と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。図９に示すように、冷媒供給部３において、高圧通路３３において高圧側開閉弁３４の下流に第１補助弁９５ｆを設けると共に、低圧通路３５において低圧側開閉弁３６の上流に第２補助弁９５ｓを設けている。そして、冷凍出力部４３を冷却するときには、第１補助弁９５ｆ及び第２補助弁９５ｓの双方が開放される。更に、冷凍出力部４３を加熱する昇温要素として機能する昇温用配管９が設けられている。昇温用配管９の一端９ａはコンプレッサ３２の吐出口３０に連通している。昇温用配管９の他端９ｃはコンプレッサ３２の吸込口３１に連通している。昇温用配管９には、昇温用配管９に高温流体（高温冷媒）を流す第１加熱弁９１（開閉弁）が設けられている。昇温用配管９には、昇温用配管９に高温流体（高温冷媒）を流す第２加熱弁９２（開閉弁）が設けられている。昇温用配管９は処理室５に挿入されており、第１配管４１の先端４１ｘ、第２配管４２の先端４２ｘに連通している。従って昇温用配管９の中間部は、冷凍出力部４３と加熱部９ｍとを兼用する。昇温用配管９には、昇温用配管９の冷媒（流体）を加熱する補助ヒータ９ｈを必要に応じて設けることができる。
【００６３】
処理室５内の冷凍出力部４３を冷却させるときには、第１加熱弁９１及び第２加熱弁９２を閉鎖させておき、高温高圧の冷媒が昇温用配管９に流れることが阻止されている。そして、コンプレッサ３２が駆動して冷媒を圧縮させる。高圧側開閉弁３４が開放しているため、コンプレッサ３２で圧縮された高温高圧のガス状の冷媒は、高圧通路３３を経て冷媒配管４の第１配管４１に供給される。冷媒は、蓄冷器２８、冷凍出力部４３を経て第２配管４２に至る。ここで、高圧側開閉弁３４の開閉のタイミングとある位相差をもってピストン２４が矢印Ｙ１方向に移動して膨張空間２０が形成される。このため、シリンダ装置２１の膨張空間２０で低温が生成される。低温となった冷媒は第２配管４２、冷凍出力部４３、第１配管４１、蓄冷器２８を通り、低圧通路３５、低圧側開閉弁３６を経てコンプレッサ３２の吸込口３１に戻る。このようにして冷凍出力部４３において冷凍が出力される。このように冷凍出力部４３において冷凍が出力されると、前述したように、処理室５に存在する水蒸気等の気体分子が捕捉され、処理室５の真空度が高くなる。このように処理室５の真空度が高くなった状態で、処理室５の処理物５３に対して処理が行われる。このように冷凍出力部４３を冷却させるときには、第１加熱弁９１及び第２加熱弁９２は閉鎖されているため、コンプレッサ３２で加熱された高温高圧の冷媒は昇温用配管９の通路部分９ｋ、９ｐには流れない。
【００６４】
これに対して冷凍出力部４３を加熱するときには、高圧側開閉弁３４及び低圧側開閉弁３６を閉鎖すると共に、第１加熱弁９１及び第２加熱弁９２を開放状態に切り替える。すると、コンプレッサ３２からの高温高圧の冷媒は昇温用配管９に流れる。従って昇温用配管９の加熱部９ｍにより冷凍出力部４３は加熱昇温される。このように高温の冷媒を流れる昇温用配管９を利用して冷凍出力部４３を加熱昇温することにすれば、処理室５に設ける実施例１に係る電気ヒータ５２を廃止できる。あるいは電気ヒータ５２を設けるにしても、小型化できる。
【００６５】
また前述したように冷凍出力部４３を加熱するときには、高圧側開閉弁３４及び低圧側開閉弁３６を閉鎖させるが、高圧側開閉弁３４及び低圧側開閉弁３６がロータリバルブ等のように弁構造を採用する場合には、高圧側開閉弁３４及び低圧側開閉弁３６のうちのいずれか一方が開放しているおそれがある。この場合、高温の冷媒を昇温用配管９の加熱部９ｍに供給する効率が低下するおそれがある。そこで、図９に示すように、高圧通路３３において高圧側開閉弁３４の下流に第１補助弁９５ｆが設けられていると共に、低圧通路３５において低圧側開閉弁３６の上流に第２補助弁９５ｓが設けられている。そして冷凍出力部４３を加熱するときには、第１補助弁９５ｆ及び第２補助弁９５ｓの双方が閉鎖される。これによりコンプレッサ３２で加圧された高温高圧の冷媒を冷媒配管４の第１配管４１に供給することを確実に停止できる。
【００６６】
本実施例によれば、図１０に示すように、処理室５に配置されている冷凍出力部４３は複数本の分岐配管４３ｋに分岐されており、熱交換面積が増加している。複数本の分岐配管４３ｋは並走しており、伝熱部材として機能できるシート部材９７に熱的に接触している。これにより冷凍出力部４３が低温に維持されるときには、気体分子の吸着効率を高めることができる。また高温高圧の冷媒が流れるため、冷凍出力部４３が高温に維持されるときには、冷凍出力部４３の昇温速度を速めることができる。
【実施例１０】
【００６７】
図１１は実施例１０を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。本実施例はスターリング型パルス管冷凍機に適用した場合である。図１１に示すように、低温トラップ装置は、真空状態に維持される真空断熱室１０を形成する真空槽１と、真空槽１の真空断熱室１０に配置された低温生成要素２Ｅと、低温生成要素２Ｅで低温を生成できるように冷媒を低温生成要素２Ｅに供給する冷媒供給部３Ｅと、冷凍を出力する冷凍出力部４３をもつ冷媒配管４とを備えている。低温生成要素２Ｅは、真空断熱室１０に配置されたパルス管７０と蓄冷器２８とを備えている。冷媒供給部３Ｅは真空断熱室１０の外方に配置されており、駆動源として機能するリニアモータ３００と、ボディ３０１と、ボディ３０１に配置されリニアモータ３００により往復移動される可動体としてのピストン３０２と、ボディ３０１内に形成され冷媒を圧縮させる圧縮空間３０３と、圧縮空間３０３と蓄冷器２８とを繋ぐ接続管４９とを有する。蓄冷器２８は高温端２８ｈと低温端２８ｐと蓄冷材とを有する。接続管４９は冷媒供給部３Ｅの圧縮空間３０３と蓄冷器２８とを分離させるものである。パルス管７０は真空断熱室１０に配置されている。パルス管７０は、上側の高温端７０ｈと下側の低温端７０ｐとを有すると共に、冷媒の整流作用を有する第１ディストリビュータ７１ｆ及び第２ディストリビュータ７２ｓを有する。パルス管７０の高温端７０ｈはイナータンスチューブ７７を介してバッファタンク７３に連通されている。
【００６８】
リニアモータ３００によりピストン３００が作動すると、冷媒ガスの圧力が圧縮空間３０３で圧縮される。これにより冷媒ガスは蓄冷器２８、冷媒配管４の第１配管４１、冷凍出力部４３、パルス管７０に流れ、冷凍出力部４３により冷凍を生成させる。イナータンスチューブ７７はパルス管７０における位相を制御させるものである。図１１によれば、パルス管７０における膨張仕事に伴いイナータンスチューブ７７において熱が放出される。ここで、イナータンスチューブ７７を冷却する冷却能力が充分でないと、イナータンスチューブ７７が熱をもち、冷凍機の冷凍出力を低下させるおそれがある。そこで、イナータンスチューブ７７を一定温度に保つため、図１１に示すように、イナータンスチューブ７７を冷却させる冷却要素として機能できる放熱フィン４６をイナータンスチューブ７７の外周面に熱的に接触させることが好ましい。また、図１２に示すように、イナータンスチューブ７７を冷却させる冷却要素として機能する冷却管７８をイナータンスチューブ７７の外周面にスパイラル状に巻回させることが好ましい。冷却管７８には冷却媒体（例えば冷却用の水、冷却用の空気、他のガス等）を流すことが好ましい。
【実施例１１】
【００６９】
図１３及び図１４は実施例１１を示す。本実施例は実施例１１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。前述したようにパルス管７０における膨張仕事に伴いイナータンスチューブ７７において熱が放出される。ここで、イナータンスチューブ７７を冷却する冷却能力が充分でないと、イナータンスチューブ７７が熱をもつ。そこで図１３及び図１４に示すように第２の冷却管７８Ｂをイナータンスチューブ７７の外周面にほぼ平行に併走させつつ、ろう付け等の接合部７７ｒで結合し、第２の冷却管７８Ｂとイナータンスチューブ７７とを熱的に接触させている。第２の冷却管７８Ｂには冷却媒体（例えば冷却用の水、冷却用の空気、他のガス等）を流すことが好ましい。
【実施例１２】
【００７０】
図１５は実施例１２を示す。本実施例は実施例１〜１１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。図１５に示すように、処理室５に配置されている冷凍出力部４３は、Ｓ字形状及び逆Ｓ字形状を繰り返すように蛇行して配置されており、冷凍出力部４３の熱交換面積が増加している。これにより冷凍出力部４３における気体分子の吸着効率を高めることができる。また冷凍出力部４３を加熱させるときの加熱速度を速めることができる。更に、冷凍出力部４３には、伝熱面積を増加させるためのシート部材９７がろう付けまたは溶接等の接合手段により一体的に接合されており、熱交換面積が更に増加している。更に、電気ヒータ５２がろう付けまたは溶接等の接合手段でシート部材９７に冷凍出力部４３と共に一体的に接合されている。これにより冷凍出力部４３の昇温速度を速めることができる。なお、シート部材９７は銅、アルミ等の熱伝導性が良好な材料で形成されていることが好ましい。
【実施例１３】
【００７１】
図１６は実施例１３を示す。本実施例は実施例１〜１１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。図１６に示すように、処理室５に配置されている冷凍出力部４３は、分岐部を介して第１冷凍出力部４３ｆｏと第２冷凍出力部４３ｓｏとに分岐されている。第１冷凍出力部４３ｆと第２冷凍出力部４３ｓとは複数の中間連通路４３ｍにより互いに連通している。これにより冷凍出力部４３の熱交換面積が増加している。これにより冷凍出力部４３における気体分子の吸着効率を高めることができる。かかる冷凍出力部４３には、伝熱面積を増加させるための伝熱部材として機能するシート部材９７がろう付けまたは溶接等の接合手段によりで一体的に接合されている。更に、電気ヒータ５２がろう付けまたは溶接等でシート部材９７に冷凍出力部４３と共に接合されている。これにより冷凍出力部４３の昇温速度を速めることができる。
【実施例１４】
【００７２】
図１７は実施例１４を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。本実施例によれば、図１７に示すように、第１処理室５ｆ及び第２処理室５ｓが真空断熱室１０に、仕切部材としての仕切部材を６介して非連通となるように設けられている。第１処理室５ｆ及び第２処理室５ｓは互いに非連通状態であり、互いに独立している。図１７に示すように、第１処理室５ｆには第１冷凍出力部４３ｆが設けられている。第１処理室５ｆには、第１電気ヒータ５２ｆが第１フィン４６ｆを介して第１冷凍出力部４３ｆと熱的に接触するように設けられている。第２処理室５ｓには第２冷凍出力部４３ｓが設けられている。第２処理室５ｓには、第２電気ヒータ５２ｓが第２フィン４６ｓを介して第２冷凍出力部４３ｓと熱的に接触するように設けられている。
【００７３】
図１７に示すように、冷媒配管４は、蓄冷器２８の低温端２８ｐと第１冷凍出力部４３ｆとシリンダ装置２１の膨張空間２０とを第１処理室５ｆを介してつなぐ第１通路４ｆをもつと共に、蓄冷器２８の低温端２８ｐと第２冷凍出力部４３ｓとシリンダ装置２１の膨張空間２０とを第２処理室５ｓを介してつなぐ第２通路４ｓをもつ。第１通路４ｆと第２通路４ｓとの接合部分には第１流路切替弁９８ｆ及び第２流路切替弁９８ｓが設けられている。第１流路切替弁９８ｆ及び第２流路切替弁９８ｓは、第１処理室５ｆの第１冷凍出力部４３ｆに冷媒を流す第１形態と、第２処理室５ｓの第２冷凍出力部４３ｓに冷媒を流す第２形態とを切り替える切替手段として機能できる。
【００７４】
第１冷凍出力部４３ｆが冷却されるときには、第２冷凍出力部４３ｓが加熱される。即ち、第１流路切替弁９８ｆ及び第２流路切替弁９８ｓは、冷媒を第１通路４ｆ及び第１冷凍出力部４３ｆに流すように切り替えられるため、蓄冷器２８、第１通路４ｆ、第１冷凍出力部４３ｆ、シリンダ装置２１の膨張空間２０が連通するため、第１冷凍出力部４３ｆが低温に維持される。このとき第１流路切替弁９８ｆ及び第２流路切替弁９８ｓは、冷媒を第２通路４ｓ及び第２冷凍出力部４３ｓに流すことを遮断するため、第２冷凍出力部４３ｓは基本的には冷却されない。更に第２電気ヒータ５２ｓが発熱し、第２冷凍出力部４３ｓが加熱される。
【００７５】
これに対して第２冷凍出力部４３ｓが冷却されるときには、第１冷凍出力部４３ｆが加熱される。即ち、第１流路切替弁９８ｆ及び第２流路切替弁９８ｓは、冷媒を第２通路４ｓ及び第２冷凍出力部４３ｓに流すように切り替えられるため、蓄冷器２８、第２通路４ｓ、第２冷凍出力部４３ｓ、シリンダ装置２１の膨張空間２０が連通するため、第２冷凍出力部４３ｓが低温に維持される。このとき第１流路切替弁９８ｆ及び第２流路切替弁９８ｓは、冷媒を第１通路４ｆ及び第１冷凍出力部４３ｆに流すことを遮断するため、第１冷凍出力部４３ｆは基本的には冷却されない。更に第１電気ヒータ５２ｆが発熱し、第１冷凍出力部４３ｆが加熱される。
【００７６】
このように本実施例によれば、第１冷凍出力部４３ｆが冷却されるときには第２冷凍出力部４３ｓが加熱され、且つ、第２冷凍出力部４３ｓが冷却されるときには第１冷凍出力部４３ｆが加熱される。従って第１処理室５ｆの処理物５３、第２処理室５ｓの処理物５３の双方に対して交互に処理を行うことができ、生産性の向上を図り得る。
【００７７】
（他の実施例）
実施例１では、真空断熱室１０と処理室５とは上下方向において隣設されており、真空断熱室１０の下方に処理室５が配置されているが、これに限らず、真空断熱室１０の横方に処理室５が配置されていても良い。実施例１では、電気ヒータ５２が設けられているが、放置により処理室５を自然加熱させることにしても良い。実施例１では、第１膨出部６１及び第２膨出部６２が仕切部材６０に設けられているが、これに限らず、第１膨出部６１及び第２膨出部６２は仕切部材６０に設けられていなくても良い。実施例１では、冷凍出力部４３と電気ヒータ５２とがフィン４６により熱的に接触しているが、これに限らず、冷凍出力部４３と電気ヒータ５２とが離れていても良い。その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、必要に応じて適宜変更して実施できる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は水蒸気等の気体分子をトラップさせる低温トラップ装置に利用できる。本発明は半導体素子等の電子機器、液晶等のディスプレス装置の組付工程、成膜装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】実施例１に係り、低温トラップ装置の概念を模式的に示す構成図である。
【図２】実施例２に係り、低温トラップ装置の概念を模式的に示す構成図である。
【図３】実施例３に係り、低温トラップ装置の概念を模式的に示す構成図である。
【図４】実施例４に係り、低温トラップ装置の概念を模式的に示す構成図である。
【図５】実施例５に係り、低温トラップ装置の概念を模式的に示す構成図である。
【図６】実施例６に係り、低温トラップ装置の概念を模式的に示す構成図である。
【図７】実施例７に係り、低温トラップ装置の概念を模式的に示す構成図である。
【図８】実施例８に係り、低温トラップ装置の概念を模式的に示す構成図である。
【図９】実施例９に係り、低温トラップ装置の概念を模式的に示す構成図である。
【図１０】実施例９に係り、低温トラップ装置の冷凍出力部付近を模式的に示す構成図である。
【図１１】実施例１０に係り、低温トラップ装置の概念を模式的に示す構成図である。
【図１２】実施例１０に係り、低温トラップ装置のイナータンスチューブ付近を模式的に示す構成図である。
【図１３】実施例１１に係り、低温トラップ装置のイナータンスチューブ付近を模式的に示す構成図である。
【図１４】実施例１１に係り、低温トラップ装置のイナータンスチューブ付近の断面図である。
【図１５】実施例１２に係り、低温トラップ装置の冷凍出力部付近を模式的に示す構成図である。
【図１６】実施例１３に係り、低温トラップ装置の冷凍出力部付近を模式的に示す構成図である。
【図１７】実施例１４に係り、低温トラップ装置の冷凍出力部付近を模式的に示す構成図である。
【符号の説明】
【００８０】
図中、１は真空槽（真空槽）、１０は真空断熱室（真空断熱室）、２は低温生成要素、２０は膨張空間、２１はシリンダ装置、２２はシリンダ、２４はピストン（可動体）、２８は蓄冷器、３は冷媒供給部、３０は吐出口、３１は吸込口、３２はコンプレッサ、３３は高温通路、３４は高圧側開閉弁、３５は低圧通路、３６は低圧側開閉弁、４は冷媒配管、４１は第１配管、４２は第２配管、４３は冷凍出力部、４６はフィン（伝熱部材）、４７はバイパス通路、５はトラップ、５２は電気ヒータ（昇温要素）、５３は処理物、６は作業部、６０は仕切部材（仕切部材）、６１は第１膨出部、６２は第２膨出部、７０はパルス管、７３はバッファタンク、７４はオリフィスバルブ、７５は開閉弁、７７はイナータンスチューブ、７８は冷却管、９は昇温用配管（昇温要素）、９１は第１加熱弁、９２は第２加熱弁、９７はシート部材を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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