(57)【要約】      （修正有）【課題】クライオポンプに関し、１段目及び２段目の双方のクライオパネルに対して均一で安定し再生を行う。【解決手段】第１及び第２のシリンダーと、第１及び第２のディスプレーサーと、ディスプレーサーを駆動する正逆回転可能な可逆モーターと、第１のディスプレーサーの往復動に伴い寒冷を発生する第１段膨張室と、第２のディスプレーサーの往復動に伴い寒冷を発生する第２段膨張室と、第１及び第２のクライオパネルと、冷媒ガスが導入されることにより第１のクライオパネル31を昇温する第１段発熱部と、冷媒ガスが導入されることにより第２段クライオパネルを昇温する第２段発熱部とを有しており、可逆モーターを逆方向回転することにより冷媒ガスを各段膨張室内で断熱圧縮させて各クライオパネルを昇温し、かつ、第２段発熱部の容積Ｗ２を第１段発熱部の容積Ｗ１に比べて大きく設定する（Ｗ２＞Ｗ１）。【選択図】図１
2008163882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２のシリンダーと、
該第１及び第２のシリンダー内を往復動する第１及び第２のディスプレーサーと、
前記第１及び第２のディスプレーサーに収容されており、内部を冷媒ガスが通過しうるよう構成された第１及び第２の蓄冷器と、
前記第１及び第２のディスプレーサーを駆動する正逆回転可能な可逆モーターと、
前記第１のシリンダーと前記第１のディスプレーサーとの間に形成され、該第１のディスプレーサーの往復動に伴い寒冷を発生する第１の空間部と、
前記第２のシリンダーと前記第２のディスプレーサーとの間に形成され、該第２のディスプレーサーの往復動に伴い前記第１の空間部よりも低温の寒冷を発生する第２の空間部と、
前記第１のシリンダーに設けられた第１の冷却ステージに熱的に接続させた第１のクライオパネルと、
前記第２のシリンダーに設けられた第２の冷却ステージに熱的に接続させた第２のクライオパネルと、
前記第１のクライオパネルに熱的に接続されており、前記冷媒ガスが導入されることにより発生する断熱圧縮熱により、前記第１のクライオパネルを昇温する第１の発熱部と、
前記第２のクライオパネルに熱的に接続されており、前記冷媒ガスが導入されることにより発生する断熱圧縮熱により、前記第２のクライオパネルを昇温する第２の発熱部とを有しており、
前記可逆モーターを正方向回転することにより前記冷媒ガスを前記第１及び第２の空間部内で断熱膨脹させて寒冷を発生させ、前記第１及び第２のクライオパネルを冷却し、
前記可逆モーターを逆方向回転することにより前記冷媒ガスを前記第１及び第２の空間部内で断熱圧縮させて前記第１及び第２のクライオパネルを昇温し、
かつ、前記第２の発熱部の圧縮空間の容積を、前記第１の発熱部の圧縮空間の容積に比べて大きくしたことを特徴とするクライオポンプ。
【請求項２】
第１及び第２のシリンダーと、
該第１及び第２のシリンダー内を往復動する第１及び第２のディスプレーサーと、
前記第１及び第２のディスプレーサーに収容されており、内部を冷媒ガスが通過しうるよう構成された第１及び第２の蓄冷器と、
前記第１及び第２のディスプレーサーを駆動する正逆回転可能な可逆モーターと、
前記第１のシリンダーと前記第１のディスプレーサーとの間に形成され、該第１のディスプレーサーの往復動に伴い寒冷を発生する第１の空間部と、
前記第２のシリンダーと前記第２のディスプレーサーとの間に形成され、該第２のディスプレーサーの往復動に伴い前記第１の空間部よりも低温の寒冷を発生する第２の空間部と、
前記第１のシリンダーに設けられた第１の冷却ステージに熱的に接続させた第１のクライオパネルと、
前記第２のシリンダーに設けられた第２の冷却ステージに熱的に接続させた第２のクライオパネルと、
前記第１のクライオパネルに熱的に接続されており、前記冷媒ガスが第１の導管を介して導入されることにより発生する断熱圧縮熱により、前記第１のクライオパネルを昇温する第１の発熱部と、
前記第２のクライオパネルに熱的に接続されており、前記冷媒ガスが第２の導管を介して導入されることにより発生する断熱圧縮熱により、前記第２のクライオパネルを昇温する第２の発熱部と、
前記第１の導管に配設された第１の弁装置と、
前記第２の導管に配設された第２の弁装置とを有しており、
前記可逆モーターを正方向回転することにより前記冷媒ガスを前記第１及び第２の空間部内で断熱膨脹させて寒冷を発生させ、前記第１及び第２のクライオパネルを冷却し、
前記可逆モーターを逆方向回転することにより前記冷媒ガスを前記第１及び第２の空間部内で断熱圧縮させて前記第１及び第２のクライオパネルを昇温し、
前記第１の発熱部の圧縮空間の容積を前記第１の空間部の容積と同等或いはそれよりも大きくし、
かつ、前記第２の発熱部の圧縮空間の容積を前記第２の空間部の容積と同等或いはそれよりも大きくしたことを特徴とするクライオポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はクライオポンプに係り、るもので、特にクライオパネルに吸着された気体を除去するため再生装置を有したクライオポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体製造設備においては高真空を実現する必要があり、この高真空を実現しうる真空ポンプとしてクライオポンプが多用されている。このクライオポンプは、真空生成の原理上冷凍機が必要となる。このクライオポンプに用いられる冷凍機としては、ギフォード・マクマホンサイクル型冷凍機（以下ＧＭ型冷凍機という）が知られている。そして、ＧＭ型冷凍機とポンプハウジング内に配設されたクライオパネル等とを熱的に接続しておき、冷却過程においてポンプハウジング内の気体をクライオパネル等に凝縮および吸着させることにより高真空を実現する。
【０００３】
上記構成とされたクライオポンプは、その構造上再生が必要となる。この再生とは、クライオパネル等に冷却過程で凝縮および吸着されたガスに熱を加え、昇温させることにより当該ガスを液化および気化させてポンプ容器の外に放出する処理をいう。
【０００４】
従って、再生時においては、クライオパネル或いはこれと熱的に接続されるＧＭ型冷凍機のステージを昇温させる必要がある。この昇温を行う方法としては、例えば特許文献１〜４に開示された方法が知られている。
【０００５】
特許文献１，２に開示された方法は、冷凍機の冷却サイクルを反転させることによって昇温サイクルを実現し、冷凍機自体を熱源として利用するものである。この方法では、クランク機構を介してシリンダー内でディスプレーサーを往復運動させるためのモーターを逆方向回転すると共に、弁体の動作タイミングを冷却サイクルの場合の動作に比較して１８０°位相を異ならせることにより、冷却サイクルの反転を行って昇温サイクルを作り、熱発生手段として動作させている。この熱発生手段は、特別な設備を必要とせず、冷却サイクルを反転させるだけでよいので、構成が簡単となり、極めて便利である。
【０００６】
また、特許文献２，３に開示された方法は、内部に圧縮空間を内部に有する発熱部をクライオパネルに或いはステージに設け、この発熱部を圧縮機（ＧＭ型冷凍機に圧縮された冷媒ガスを供給する装置）に接続した構成とされている。また、圧縮機と発熱部とを接続する配管の途中には弁装置が設けられており、圧縮された冷媒ガスの供給及び供給停止を行いうる構成とされている。そして昇温時には、弁装置を開弁して高圧の冷媒ガスを圧縮空間内に供給し、これにより発生する断熱昇温によりクライオパネル等を加熱する構成とされている。
【特許文献１】特許第２５６７３６９号公報
【特許文献２】特許第２６１７６８１号公報
【特許文献３】特許第２７２５６８９号公報
【特許文献４】特許第３１１４０９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の特許文献１，２に記載された発明では、冷凍機の冷却サイクルを反転することにより電気ヒーター等を用いることなく昇温を行うことができる。しかしながら、ディスプレーサーが２段構成である場合、１段目と２段目をそれぞれ独立して温度制御することができないという問題点がある。
【０００８】
即ち、各段で発生する圧縮熱は、各段のシリンダー膨張容積に比例しているため、２段目のステージに設けられたクライオパネルの昇温温度が、１段目のステージに取り付けられたクライオパネルの昇温よりも遅くなるという問題点がある。このため、１段目のクライオパネルが所定の再生温度に達しても、２段目のクライオパネルは所定の再生温度に達しておらず、この場合には２段目の再生を適正に行うことができない。一方、２段目のクライオパネルが所定の再生温度に達した時には、２段目のクライオパネルは所定の再生温度を超えており、２段目のクライオパネルの取り付け等に熱による不具合が生じるおそれがある。
【０００９】
また、特許文献３，４に記載された発明では、ＧＭ冷凍機が冷却を行いながら再生できるものの、クライオポンプ全体を室温まで昇温させる方法が開示されていない。また、圧縮空間を内部に有する発熱部のみで昇温を行う構成では、速い昇温速度を要求される場合、必然的に圧縮空間の容積を大きくなることが予想され、装置が大型化するおそれがある。
【００１０】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、１段目及び２段目の双方のクライオパネルに対して均一で安定し再生を行いうるクライオポンプ及び再生方法を提供することを目的とする。
を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項１記載の発明に係るクライオポンプは、
第１及び第２のシリンダーと、
該第１及び第２のシリンダー内を往復動する第１及び第２のディスプレーサーと、
前記第１及び第２のディスプレーサーに収容されており、内部を冷媒ガスが通過しうるよう構成された第１及び第２の蓄冷器と、
前記第１及び第２のディスプレーサーを駆動する正逆回転可能な可逆モーターと、
前記第１のシリンダーと前記第１のディスプレーサーとの間に形成され、該第１のディスプレーサーの往復動に伴い寒冷を発生する第１の空間部と、
前記第２のシリンダーと前記第２のディスプレーサーとの間に形成され、該第２のディスプレーサーの往復動に伴い前記第１の空間部よりも低温の寒冷を発生する第２の空間部と、
前記第１のシリンダーに設けられた第１の冷却ステージに熱的に接続させた第１のクライオパネルと、
前記第２のシリンダーに設けられた第２の冷却ステージに熱的に接続させた第２のクライオパネルと、
前記第１のクライオパネルに熱的に接続されており、前記冷媒ガスが導入されることにより発生する断熱圧縮熱により、前記第１のクライオパネルを昇温する第１の発熱部と、
前記第２のクライオパネルに熱的に接続されており、前記冷媒ガスが導入されることにより発生する断熱圧縮熱により、前記第２のクライオパネルを昇温する第２の発熱部とを有しており、
前記可逆モーターを正方向回転することにより前記冷媒ガスを前記第１及び第２の空間部内で断熱膨脹させて寒冷を発生させ、前記第１及び第２のクライオパネルを冷却し、
前記可逆モーターを逆方向回転することにより前記冷媒ガスを前記第１及び第２の空間部内で断熱圧縮させて前記第１及び第２のクライオパネルを昇温し、
かつ、前記第２の発熱部の圧縮空間の容積を、前記第１の発熱部の圧縮空間の容積に比べて大きくしたことを特徴とするクライオポンプ。
【００１３】
また、請求項２記載の発明に係るクライオポンプは、
第１及び第２のシリンダーと、
該第１及び第２のシリンダー内を往復動する第１及び第２のディスプレーサーと、
前記第１及び第２のディスプレーサーに収容されており、内部を冷媒ガスが通過しうるよう構成された第１及び第２の蓄冷器と、
前記第１及び第２のディスプレーサーを駆動する正逆回転可能な可逆モーターと、
前記第１のシリンダーと前記第１のディスプレーサーとの間に形成され、該第１のディスプレーサーの往復動に伴い寒冷を発生する第１の空間部と、
前記第２のシリンダーと前記第２のディスプレーサーとの間に形成され、該第２のディスプレーサーの往復動に伴い前記第１の空間部よりも低温の寒冷を発生する第２の空間部と、
前記第１のシリンダーに設けられた第１の冷却ステージに熱的に接続させた第１のクライオパネルと、
前記第２のシリンダーに設けられた第２の冷却ステージに熱的に接続させた第２のクライオパネルと、
前記第１のクライオパネルに熱的に接続されており、前記冷媒ガスが第１の導管を介して導入されることにより発生する断熱圧縮熱により、前記第１のクライオパネルを昇温する第１の発熱部と、
前記第２のクライオパネルに熱的に接続されており、前記冷媒ガスが第２の導管を介して導入されることにより発生する断熱圧縮熱により、前記第２のクライオパネルを昇温する第２の発熱部と、
前記第１の導管に配設された第１の弁装置と、
前記第２の導管に配設された第２の弁装置とを有しており、
前記可逆モーターを正方向回転することにより前記冷媒ガスを前記第１及び第２の空間部内で断熱膨脹させて寒冷を発生させ、前記第１及び第２のクライオパネルを冷却し、
前記可逆モーターを逆方向回転することにより前記冷媒ガスを前記第１及び第２の空間部内で断熱圧縮させて前記第１及び第２のクライオパネルを昇温し、
前記第１の発熱部の圧縮空間の容積を前記第１の空間部の容積と同等或いはそれよりも大きくし、
かつ、前記第２の発熱部の圧縮空間の容積を前記第２の空間部の容積と同等或いはそれよりも大きくしたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の発明によれば、第２の発熱部の圧縮空間の容積を第１の発熱部の圧縮空間の容積に比べて大きくしたため、第１及び第２の発熱部に冷媒ガスを導入して断熱圧縮熱を発生させた際、容積が大きい第２の発熱部の方が高い温度となる。
【００１５】
このため、可逆モーターを反転させることにより第１及び第２の空間部に断熱圧縮熱を発生させた際、第２の空間部の昇温が第１の空間部の昇温に対して遅れたとしても、第２の空間部に対応する第２の発熱部は、第１の空間部に対応する第１の発熱部よりも高い温度となるため、よって第１のクライオパネルと第２のクライオパネルを略同じ再生速度で昇温させることが可能となる。
【００１６】
また、請求項２記載の発明によれば、第１の発熱部の圧縮空間の容積が第１の空間部の容積と同等或いはそれよりも大きいため、第１の空間部で発生する寒冷の温度よりも第１の発熱部で発生する断熱圧縮熱の温度を高くすることができ、第１のクライオパネルを確実に昇温することができる。
【００１７】
同様に、第２の発熱部の圧縮空間の容積が第２の空間部の容積と同等或いはそれよりも大きいため、第２の空間部で発生する寒冷の温度よりも第２の発熱部で発生する断熱圧縮熱の温度を高くすることができ、第２のクライオパネルを確実に昇温することができる。
【００１８】
また、この第１及び第２の発熱部で発生する断熱圧縮熱は、第１及び第２の弁体により調整可能であるため、第１及び第２の発熱部の温度を第１及び第２のクライオパネルの再生に適した温度に容易に調整することができる。
【００１９】
更に、請求項１及び請求項２のいずれにおいても、可逆モーターを反転させることにより第１及び第２の空間部で熱を発生させ、かつ、第１及び第２の発熱部で熱を発生させることができるため、第１及び第２の空間部と第１及び第２の発熱部とを合わせた発熱量は、それぞれを別個に設けた従来構成のクライオポンプに比べて大きくなり、よって短時間で再生処理を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施例であるクライオポンプを示す構成図である。同図に示すように、クライオポンプ５０は、ポンプハウジング２と、真空容器３と、蓄冷式冷凍機例えば二段式のＧＭ冷凍機４（ギフォード・マクマホン冷凍機）と、クライオポンプ５０の再生装置５１等を有している。
【００２２】
ポンプハウジング２は、その内部にＧＭ冷凍機４を収容し、大気放出弁６（安全弁）と、窒素ガスなどの再生ガス導入口７とを設けると共に、真空シール８を介して真空容器３を密閉的に取り付けることによりその内部に吸着用ポンプチャンバー９およびテストチャンバー１０をそれぞれ形成してある。
【００２３】
真空容器３は、クライオポンプ５０によりそのテストチャンバー１０内を高真空とするもので、テストチャンバー１０に半導体その他の製造ライン１１を収容可能とし、アルゴンガスなどの製造ライン用ガスを第１の弁１２、流量コントローラー１３、第２の弁１４、ガス導入口１５、およびガス導入管１６を介してテストチャンバー１０内に導入可能としてある。更に真空容器３には、真空弁１７、真空ポンプ１８および真空計１９を設けることにより、吸着用ポンプチャンバー９およびテストチャンバー１０内を粗引きして所定の真空度、例えば１Ｐａ（１０-2Ｔｏｒｒ）まで機械的に排気し、真空引き可能としてある。
【００２４】
ＧＭ冷凍機４は、圧縮機２０と、吸気弁２１及び排気弁２２（本実施例では、ロータリ弁装置７０として構成される）と、可逆モーター２３と、スコッチヨーク２４と、第１段シリンダー２５及び第２段シリンダー２６と、第１段ディスプレーサー２７及び第２段ディスプレーサー２８と、第１段冷却ステージ２９及び第２段冷却ステージ３０と、カップ状の第１段クライオパネル３１（輻射シールド）および第２段クライオパネル３２等を有した構成とされている。
【００２５】
ここで、ＧＭ冷凍機４の詳細について、図２乃至図５を用いて説明する。
【００２６】
圧縮機２０は、冷媒ガスを低圧側２０ａから吸込み圧力を高めると共に、昇圧された冷媒ガスを高圧側２０ｂへ排出する。ＧＭ冷凍機４は、ハウジング９３と上下２段に配置された第１及び第２段シリンダー２５,２６を有した構成とされている。この第１及び第２段シリンダー２５,２６には、第１及び第２の蓄冷器３４，３５内を内蔵した一体の第１及び第２段ディスプレーサー２７，２８が摺動自在に設けられている。
【００２７】
この第１段シリンダー２５と第１段ディスプレーサー２７との間には第１段膨張室４３が形成され、第２段シリンダー２６と第２段ディスプレーサー２８との間には第２段膨張室４４が形成される。また、第１段ディスプレーサー２７の上部にも空間部８３が形成される。
【００２８】
尚、第１及び第２段ディスプレーサー２７，２８は、例えば図中上下方向に２５ｍｍ程度ストロークするし、これに伴い容積が変化する。ここで、後述する説明の便宜上、第１及び第２段ディスプレーサー２７，２８が上死点にある時の第１段膨張室４３の最大容積をＶ１とし、同様に第２段膨張室４４の最大容積をＶ２とするものとする。
【００２９】
この第１段膨張室４３及び第２段膨張室４４の相互間は、蓄冷器３４，３５を内蔵した第１及び第２段ディスプレーサー２７，２８と、第１乃至第５の連通路３８〜４２により接続（連通）された構成とされている。また、第１のシリンダー２５の下部外周には第１段冷却ステージ２９が熱伝導関係に密着され、第２段シリンダー２６の下部外周には第２段冷却ステージ３０が熱伝導関係に密着されている。
【００３０】
第１及び第２段ディスプレーサー２７，２８は、摺動軸受８７ａ，８７ｂに支持されたスコッチヨーク２４に連結されている。この第１及び第２段ディスプレーサー２７，２８は、可逆モーター２３、クランク８４、及びスコッチヨーク２４を介して駆動されて第１及び第２段シリンダー２５,２６内を往復動する。
【００３１】
可逆モーター２３は、正方向回転と逆方向回転を行いうる構成とされている。尚、本実施例では可逆モーター２３が正方向回転する場合に第１及び第２段膨張室４３，４４は寒冷を発生し（冷却モード）、可逆モーター２３が逆方向回転した時に、後述するように第１及び第２段膨張室４３，４４に断熱圧縮熱が発生するよう構成されている（昇温モード）。
【００３２】
圧縮機２０と第１及び第２段シリンダー２５,２６との間には、冷媒ガスの流れを制御するロータリ弁装置７０が配置されている。ロータリ弁装置７０は、図１に示す吸気弁２１及び排気弁２２を構成するものである。このロータリ弁装置７０は、圧縮機２０の高圧側２０ｂから送り出される冷媒ガスを第１及び第２段シリンダー２５,２６内に導き、また、第１及び第２段シリンダー２５,２６内から送り出される断熱膨張後の冷媒ガスを圧縮機２０の低圧側２０ａに導くよう構成されている。
【００３３】
ロータリ弁装置７０は、バルブ本体７８とバルブプレート７９とからなり、バルブ本体７８はハウジング内に固定ピン８９で固定される。また、バルブプレート７９は、図３及び図４に示す如くスコッチヨーク２４を駆動するクランク８４のピン部８４ａに係合する円周方向の係合溝８６を備えている。
【００３４】
そして、クランク８４の正方向、或いは逆方向の回転（実施例では円周角度２８０°の回転）により、ピン部８４ａが係合溝８６の端部８６ａ或いは端部８６ｂに係合した時、クランク８４の運動（即ち可逆モーター軸２３ａの回転）がバルブプレート７９に伝達され、バルブプレート７９が回転する。前記円周方向の係合溝８６とピン部８４ａとは、バルブプレート７９と可逆モーター軸２３ａとをモーターの正方向回転と逆方向回転との間に実施例では角度２８０゜の空動を伴って連結することになる。
【００３５】
バルブ本体７８の中心には圧縮機２０の高圧側２０ｂに接続される冷却ガス吸気孔７８ｂが貫通されており、図５に示す如くバルブプレート側端面７８ａには前記冷却ガス吸気孔７８ｂを中心とする同心円上に円弧状溝７８ｃを設けられている。また、この円弧状溝７８ｃに一端を開口し、バルブ本体７８内を通って他端を側面に開口した吐出孔７８ｅに連通させた通孔７８ｄを穿設し、前記吐出孔７８ｅは通路３３及び空間部８３を介して第１の連通路３８に接続している。また、通路３３には、後述する第１及び第２段発熱部５７，５９に冷媒ガスを供給するための第１及び第２段再生用導管５２，５３が接続されている。
【００３６】
また、バルブプレート７９のバルブ本体側端面７９ａにその中心から半径方向に延びる溝７９ｄを設けると共に、バルブプレート７９のバルブ本体側端面７９ａから反対側端面７９ｂまで貫通させて前記バルブ本体７８の円弧状溝７８ｃと同一円周上の位置に円弧状孔７９ｃを穿設し、冷却ガス吸気孔７８ｂ、溝７９ｄ、円弧状溝７８ｃと通孔７８ｄとで吸気弁が形成され、通孔７８ｄ、円弧状溝７８ｃと円弧状孔７９ｃとで排気弁が形成される。
【００３７】
ここで再び図１に戻り、説明を続ける。
【００３８】
圧縮機２０は、ヘリウムガスなどの冷媒ガスを導管３３を介して、第１段シリンダー２５における第１段ディスプレーサー２７内の第１段蓄冷器３４、および第２段シリンダー２６における第２段ディスプレーサー２８内の第２段蓄冷器３５に供給する。第１段シリンダー２５と第１段ディスプレーサー２７との間には第１段シール３６、第２段シリンダー２６と第２段ディスプレーサー２８との間には第２段シール３７をそれぞれ設けられている。
【００３９】
第１段冷却ステージ２９には、第１段クライオパネル３１を熱的に接触させて設けると共に、第１段クライオパネル３１の先端部には吸着用ポンプチャンバー９とテストチャンバー１０との境界部分にバッフル４５を設けてある。第２段冷却ステージ３０には、第２段クライオパネル３２を熱的に接触させて設けると共に、第２段クライオパネル３２の内壁面には活性炭などの吸着材４６を接着してある。
【００４０】
再生装置５１は、第１の再生機構と第２の再生機構を有した構成とされている。第１の再生機構は、前記のようにＧＭ冷凍機４が有する可逆モーター２３を逆方向回転させることにより昇温モードとし、これにより第１段膨張室４３および第２段膨張室４４をヒーターとして用いて再生処理を行う機構である。また、第２の再生機構は、各クライオパネル３１，３２に設けた第１及び第２段発熱部５７，５９を用いて再生処理を行う機構である。
【００４１】
第２の再生機構は、例えばステンレス製の第１段再生用導管５２および第２段再生用導管５３と、第１段開閉弁５４および第２段開閉弁５５と、所定容積の第１段空間部５６を有する第１段発熱部５７と、所定容積の第２段空間部５８を有する第２段発熱部５９と、例えば白金−コバルトセンサーなどの第１段温度センサー６０および第２段温度センサー６１と、制御回路６２とを有した構成とされている。
【００４２】
第１段再生用導管５２は、導管３３から分岐し、第１段開閉弁５４を設け、常温部から第１段発熱部５７の第１段空間部５６に冷媒ガスを供給可能とする。第２段再生用導管５３は、導管３３から第１段再生用導管５２に並列に分岐し、第２段開閉弁５５を設け、第２段発熱部５９の第２段空間部５８に冷媒ガスを供給可能とする。
【００４３】
第１段発熱部５７は、第１段再生用導管５２に連通し、他端側を閉鎖した、例えば円筒状の部材であって、これを第１段冷却ステージ２９に熱的に接触させてある。第２段発熱部５９は、第２段再生用導管５３に連通し、他端側を閉鎖した、例えば円筒状の部材であって、これを第２段クライオパネル３２の内壁面に熱的に接触させてある。
【００４４】
第１段発熱部５７の第１段空間部５６（圧縮空間）の容積Ｗ１は、前記した第１段膨張室４３の容積Ｖ１と同等か或いはそれよりも大きい構成とされている（Ｗ１≧Ｖ１）。また、第２段発熱部５９の第１段空間部５８（圧縮空間）の容積Ｗ２は、前記した第２段膨張室４４の容積Ｖ２と同等か或いはそれよりも大きい構成とされている（Ｗ２≧Ｖ２）。更に、第２段発熱部５９の第１段空間部５８の容積Ｗ２は、第１段発熱部５７の第１段空間部５６の容積Ｗ１に比べて大きい構成とされている（Ｗ２≧Ｗ１）。
【００４５】
一方、第１段温度センサー６０は、第１段冷却ステージ２９にこれを設けて、再生作業における温度を測定する。第２段温度センサー６１は、第２段冷却ステージ３０にこれを設けて、再生作業における温度を測定する。
【００４６】
制御回路６２は、第１段温度センサー６０および第２段温度センサー６１からの検出信号を受けると共に、第１段開閉弁５４および第２段開閉弁５５、圧縮機２０、可逆モーター２３（スコッチヨーク２４）を駆動制御する。
【００４７】
続いて、上記構成とされたクライオポンプ５０の動作について説明する。
【００４８】
先ず、通常の真空運転時におけるクライオポンプ５０の動作について説明する。この通常の真空運転時においては、第１段開閉弁５４および第２段開閉弁５５は閉鎖状態とし、第１段発熱部５７の第１段空間部５６および第２段発熱部５９の第２段空間部５８にＧＭ冷凍機４の封入圧力と同じ圧力の冷媒ガスを封入した状態としている。
【００４９】
通常の真空運転時においては、真空弁１７を開いて真空ポンプ１８の運転によりテストチャンバー１０（及び吸着用ポンプチャンバー９）を機械的に真空引き（粗引き）して、圧力１０−２Ｔｏｒｒ程度までの真空とする。
【００５０】
ついで、可逆モーター２３を正方向回転させる。可逆モーター２３を正方向回転させることにより、クランク８４のピン部８４ａは、バルブプレート７９の係合溝８６の端部８６ａに係合して、バルブプレート７９を正方向に回転させる（図３乃至図５参照）。これにより、ＧＭ冷凍機４は冷却モードで運転され、よってテストチャンバー１０内を更に高真空とする。
【００５１】
すなわち、ロータリ弁装置７０（吸気弁２１および排気弁２２の開閉）、並びにスコッチヨーク２４による第１及び第２段ディスプレーサー２７，２８の上下往復動運転により、第１段蓄冷器３４および第２段蓄冷器３５に冷媒ガスを往復通過させ、第１段冷却ステージ２９を例えば温度８０Ｋに、第２段冷却ステージ３０を温度２０Ｋ程度に冷却する。
【００５２】
従って、第１段冷却ステージ２９の第１段クライオパネル３１に水蒸気、炭酸ガスその他比較的沸点の高い気体分子などを凝縮固化し、第２段冷却ステージ３０の第２段クライオパネル３２に窒素ガス、アルゴンその他比較的低沸点のガスを吸着する。更に、最も沸点の低い、水素、ネオン、ヘリウムなどのガスは第２段クライオパネル３２の吸着材４６に低温吸着される。
【００５３】
こうして吸着用ポンプチャンバー９内のガスを凝縮、吸着或いは低温吸着することにより、テストチャンバー１０を高真空とした上で製造ライン１１を運転する。しかしながら、運転に伴い気体分子が凝縮吸着され、第２段クライオパネル３２の吸着材４６に低温吸着されて飽和状態となる。従って、この飽和状態のクライオポンプ１からこれらのガス、気体分子を放出させる再生作業が必要となることは前述した通りである。
【００５４】
次に、再生時におけるクライオポンプ５０の動作について説明する。
【００５５】
本実施例では、クライオポンプ５０を構成する第１の再生機構と第２の再生機構とを同時に動作さることを特徴としている。先ず、第１の再生機構の動作について説明する。
【００５６】
再生時ににおいては、制御回路６２は可逆モーター２３を逆方向回転し、これによりＧＭ冷凍機４は昇温モードとなる。この昇温モードでは、冷却モードの場合と異なり、クランク８４のピン部８４ａは、バルブプレート７９の係合溝８６の他端端部８６ｂに係合して、バルブプレート７９を逆方向に回転させる。
【００５７】
第１及び第２段ディスプレーサー２７，２８が上死点UP手前（実施例では３５゜手前）の位置に達すると排気弁２２が閉じ、更に上死点手前（実施例では１５゜手前）の位置に達すると、通孔７８ｄ、円弧状溝７８ｃ、溝７９ｄとの間に流路が形成され（吸気弁２１が開）、高圧の冷媒ガスは蓄冷器３４，３５を通過しながら第１段膨張室４３及び第２段膨張室４４内に充填され、その時の圧縮熱（ガスが詰め込まれる時の断熱圧縮仕事）により低温状態の第１段冷却ステージ２９及び第２段冷却ステージ３０は昇温される。
【００５８】
このように、第１の再生機構により第１段蓄冷器３４及び第２段膨張室４４は断熱圧縮熱により昇温し、これにより第１段冷却ステージ２９に接続された第１段クライオパネル３１、及び第２段冷却ステージ３０に接続された第２段クライオパネル３２等を昇温させて再生処理を行うことができる。これに伴い、各クライオパネル３１，３２に凝縮されているアルゴンガス等は、固相から液相更に気相に移行して大部分のガスは、大気放出弁６から吸着用ポンプチャンバー９外に放出される。また、吸着材４６に低温吸着されている各種のガスも気相となって放出される。
【００５９】
第１及び第２段ディスプレーサー２７，２８が下死点に達する前（実施例では下死点から角度６０゜手前）の位置に達すると吸気弁２１は閉じ、同時に通孔７８ｄ、円弧状溝７８ｃ、円弧状孔７９ｃとの間に流路が形成され（排気弁２２が開）、第１段シリンダー２５の上部に形成される空室８３の冷媒ガスは断熱膨脹して寒冷を発生する。温度の下がった低圧の冷媒ガスは、蓄冷器３４，３５と熱交換せずに直接ハウジング９３内に排出され圧縮機２０の低圧側２０ａに還流する。そして、第１及び第２段ディスプレーサー２７，２８が上死点手前（実施例では３５゜手前）の位置に達すると排気弁２２は閉じて１サイクルを終了する。
【００６０】
上記のように本実施例では、第１の再生機構により第１段蓄冷器３４及び第２段膨張室４４は断熱圧縮熱により昇温し、これにより第１段冷却ステージ２９に接続された第１段クライオパネル３１、及び第２段冷却ステージ３０に接続された第２段クライオパネル３２等を昇温させて再生処理を行うことができる。この際、第２段膨張室４４の容積Ｖ２は第１段膨張室４３の容積Ｖ１よりも小さい（Ｖ２＜Ｖ１）であり、また断熱圧縮熱の発熱量は容積に相関するため、第２段膨張室４４で発生する断熱圧縮熱量は、第１段膨張室４３で発生する断熱圧縮熱量よりも小さくなる。
【００６１】
次に、第２の再生機構の動作について説明する。再生時においては、第２の再生機構を構成する第１段開閉弁５４及び第２段開閉弁５５は、制御回路６２により開弁される。この各開閉弁５４，５５の開弁度は制御回路６２により制御することが可能である。
【００６２】
第１及び第２段開閉弁５４，５５が開弁することにより、圧縮機２０で生成された高圧の冷媒ガスは導管３３から分岐されて第１段再生用導管５２及び第２段再生用導管５３に導入され、そして第１段発熱部５７の第１段空間部５６内、及び第２段発熱部５９の第２段空間部５８内に導入される。この際、冷媒ガスは、第１及び第２段蓄冷器３４，３５に供給される冷媒ガスの周期及び圧力と同じ周期及び圧力で、第１及び第２段発熱部５７，５８に導入される。
【００６３】
このように高圧の冷媒ガスが第１段発熱部５７及び第２段発熱部５９に導入されることにより、第１段空間部５６内及び第２段空間部５８内では断熱圧縮熱が発生し、第１段発熱部５７及び第２段発熱部５９は昇温する。本実施例では、第１段発熱部５７は第１段冷却ステージ２９に配設されているため、第１段発熱部５７が昇温することにより第１段冷却ステージ２９を介して第１段クライオパネル３１も昇温され、よって第１段クライオパネル３１に凝固しているガス等を再生処理することができる。また、第２段発熱部５９は第２段クライオパネル３２に直接配設されているため、第２段発熱部５９が昇温することにより第２段クライオパネル３２も昇温され、これに凝固しているガス等を再生処理することができる。
【００６４】
ところで、前記したように第２段膨張室４４の容積Ｖ２は第１段膨張室４３の容積Ｖ１よりも小さい（Ｖ２＜Ｖ１）であるため、第２段膨張室４４で発生する断熱圧縮熱量は、第１段膨張室４３で発生する断熱圧縮熱量よりも小さくなる。しかしながら、本実施例では、第２段空間部５８の圧縮空間の容積Ｗ２を第１段空間部５６の容積Ｗ１に比べて大きくしたため（Ｗ２＞Ｗ１）、第１及び第２段空間部５６，５７に冷媒ガスを導入して断熱圧縮熱を発生させた際、容積が大きい第２段発熱部５９の方が高い温度となる。
【００６５】
このため、可逆モーター２３を反転させることにより再生モードとし、第１及び第２段膨張室４３，４４に断熱圧縮熱を発生させた場合、容積差により第２段膨張室４４の昇温が第１段膨張室４３の昇温に対して遅れたとしても、第２段膨張室４４に対応する（即ち、熱的に接続された）第２段空間部５８は、第１段膨張室４３に対応する第１段発熱部５７よりも高い温度となる。このため、第１段クライオパネル３１の再生速度と第２段クライオパネル３２の再生速度を略等しくすることができ、これにより第１段クライオパネル３１または第２段クライオパネル３２のいずれか一方に再生不良が発生したり、また必要以上の加熱が行われたりすることを確実に防止することができる。
【００６６】
また、この第１及び第２段発熱部５７，５９で発生する断熱圧縮熱は、第１及び第２段開閉弁５４，５５の弁開度を制御することにより調整可能である。このため、第１及び第２段発熱部５７，５９の温度を再生に最適な温度に調整することができ，第１及び第２段クライオパネル３１，３２の再生を短時間で確実に行うことが可能となる。
【００６７】
また、第１の再生機構と第２の再生機構を同時に駆動するため、各再生機構による各クライオパネル３１，３２に印加される熱量の総量は、各機構を別個に設けた従来構成のクライオポンプに比べて大きくなり、よって短時間で再生処理を行うことが可能となる。
【００６８】
また本実施例では、制御回路６２による制御によっては、ＧＭ冷凍機４を冷却モードとした状態で、第１段発熱部５７及び第２段空間部５８を昇温することも可能である。この場合，第１段発熱部５７の第１段空間部５６の容積Ｗ１が第１段膨張室４３の容積Ｖ１と同等或いはそれよりも大きい（Ｗ１≧Ｖ１）ため、第１段膨張室４３で発生する寒冷の温度よりも第１段発熱部５７で発生する断熱圧縮熱の温度を高くすることができ、第１のクライオパネル３１を確実に昇温することができる。
【００６９】
同様に、第２段発熱部５９の第２段空間部５８の容積Ｗ２が第２段膨張室４４の容積Ｖ２と同等或いはそれよりも大きい（Ｗ２≧Ｖ２）ため、第２段膨張室４４で発生する寒冷の温度よりも第２段発熱部５９で発生する断熱圧縮熱の温度を高くすることができ、第２段クライオパネル３２を確実に昇温することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】図１は、本発明の一実施例であるクライオポンプの構成図である。
【図２】図２は、クライオポンプに設けられるＧＭ冷凍機を示す断面図である。
【図３】図３は、図２におけるII−II線に沿う端面図である。
【図４】図４は、バルブプレートとスコッチヨークの駆動機構の分解斜視図である。
【図５】図５は、ロータリ弁装置を構成するバルブプレートとバルブ本体の分解斜視図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  クライオポンプ
２  ポンプハウジング
３  真空容器
４  ＧＭ冷凍機
６  大気放出弁
９  吸着用ポンプチャンバー
１０  テストチャンバー
１８  真空ポンプ
２０  圧縮機
２１  吸気弁
２２  排気弁
２３  可逆モーター
２３ａ  可逆モーター軸
２４  スコッチヨーク
２５  第１段シリンダー
２６  第２段シリンダー
２７  第１段ディスプレーサー
２８  第２段ディスプレーサー
２９  第１段冷却ステージ
３０  第２段冷却ステージ
３１  第１段クライオパネル
３２  第２段クライオパネル
３４  第１段蓄冷器
３５  第２段蓄冷器
４３  第１段膨張室
４４  第２段膨張室
４５  バッフル
４６  吸着材
４７  第１段発熱部
４８  第２段発熱部
５０  クライオポンプ
５１  再生装置
５２  第１段再生用導管
５３  第２段再生用導管
５４  第１段開閉弁
５５  第２段開閉弁
５６  第１段空間部
５７  第１段発熱部
５８  第２段空間部
５９  第２段発熱部
６０  第１段温度センサー
６１  第２段温度センサー
６２  制御回路
６３  第２段発熱部
７０  ロータリ弁装置
７８  バルブ本体
７８ａ  バルブプレート側端面
７８ｂ  冷却ガス吸気孔
７８ｃ  円弧状溝
７８ｄ  通孔
７８ｅ  吐出孔
７９バルブプレート
７９ａ  バルブ本体側端面
７９ｂ  反対側端面
７９ｃ  円弧状孔
８４  クランク
８６  係合溝
９３  ハウジング
【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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