(57)【要約】【課題】本発明は冷凍機を逆転運転することにより再生処理を行うクライオポンプ及びその再生方法に関し、第１及び第２段ステージのそれぞれを目標温度に確実に昇温しつつ、かつ再生に要する時間の短縮を図ることを課題とする。【解決手段】シリンダー１４，１５と、ディスプレーサー１４Ａ，１５Ａを駆動する正逆回転可能な可逆モーター１６と、冷却ステージ８，９とを有し、クライオパネルと熱的に接続される冷凍機５を有するクライオポンプであって、第１段冷凍ステージ７の温度を検出する第１段用温度センサ１８と、第２段冷凍ステージ８の温度を検出する第２段用温度センサ１９と、第２段用温度センサ１９により検出される温度に基づき可逆モーター１６の制御を行なうことにより第２段冷凍ステージ８の温度制御を行うと共に、第１段冷凍ステージ７が危険温度となった場合に可逆モーター１６の逆方向回転を停止する構成とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２段ディスプレーサーが内部で往復動する第１及び第２段シリンダーと、前記第１及び第２段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及び第２段シリンダーに設けられた第１及び第２段冷却ステージとを有する冷凍機と、
前記第１及び第２ステージに熱的に接続させた第１及び第２のクライオパネルとを有し、
前記可逆モーターを正方向回転することにより前記第１及び第２段冷却ステージを冷却し、前記可逆モーターを逆方向回転することにより前記第１及び第２段冷却ステージを昇温するクライオポンプであって、
前記可逆モーターの逆方向回転時に、前記第１段ステージの温度を検出する第１の温度検出手段と、
前記可逆モーターの逆方向回転時に、前記第２段ステージの温度を検出する第２の温度検出手段と、
該第２の温度検出手段により検出される温度に基づき、前記可逆モーターの逆方向回転制御を行なうことにより、前記第２段ステージの温度制御を行う第１の制御手段と、
前記第１段ステージが前記第１段ディスプレーサーの危険温度となった場合に前記可逆モーターの逆方向回転を抑制或いは停止し、前記第１段ステージの温度が復帰温度まで低下した場合に前記可逆モーターの逆方向回転を通常回転に復帰させる第２の制御手段とを有することを特徴とするクライオポンプ。
【請求項２】
可逆モーターにより第１及び第２段ディスプレーサーが第１及び第２段シリンダー内で往復動することにより第１及び第２段膨張空間部が加熱或いは冷却される冷凍機と、前記第１段シリンダーに第１段冷却ステージを介して熱的に接続させた第１のクライオパネルと、前記第２段シリンダーに第２段冷却ステージを介して熱的に接続させた第２のクライオパネルとを有し、前記可逆モーターを逆方向回転させることにより前記第１及び第２段膨張空間部内で発生する断熱圧縮熱により前記第１及び第２のクライオパネルを昇温し再生処理を行うクライオポンプの再生方法であって、
該第２の温度検出手段により検出される温度に基づき前記可逆モーターの逆方向回転制御を行い、前記第２のクライオパネルの再生温度の制御を行う工程と、
前記第１のクライオパネルの温度が前記第１段ディスプレーサーの上限温度となった場合に前記可逆モーターの逆方向回転を抑制する工程と、
前記第１のクライオパネルの温度が復帰温度まで低下した場合に前記可逆モーターの逆方向回転を復帰させる工程と、
を有することを特徴とするクライオポンプの再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はクライオポンプ及びその再生方法に係り、特に冷凍機を逆転運転することにより再生処理を行うクライオポンプ及びその再生方法に関する。
【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及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及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及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に開示された方法が知られている。
【０００５】
この特許文献１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】
図１は、この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たクライオポンプ１を示している。クライオポンプ１は、図示しない処理チャンバ（例えば、半導体製造装置）に取り付けられ、この処理チャンバ内を真空とするものである。このクライオポンプ１は、大略すると圧縮機３、真空容器４、冷凍機５、シールド９、クライオパネル１０、及びコントローラ１７等により構成されている。
【０００７】
圧縮機３は、ヘリウムガス等の冷媒ガスを昇圧して冷凍機５に送り、また冷凍機５で断熱膨張した冷媒ガスを回収して再び昇圧する機能を奏する。真空容器４は、前記した処理チャンバに取り付けられるものであり、この内部に冷凍機５及びクライオパネル１０等が配設される。尚、真空容器４と処理チャンバとの間には図示しないゲートバルブが配設されており、ゲートバルブを閉じることにより真空容器４は処理チャンバに対して気密に隔離された状態となる。
【０００８】
冷凍機５はＧＭ型冷凍機であり、第１段シリンダー１４、第２段シリンダー１５、及び可逆モーター１６等により構成されている。第１段シリンダー１４の内部には第１段ディスプレーサー１４Ａが図中上下方向に往復動可能に配設されており、また第２段シリンダー１５には第２段ディスプレーサー１５Ａが図中上下方向に往復動可能に配設されている。この第１段ディスプレーサー１４Ａと第２段ディスプレーサー１５Ａは連結されており、可逆モーター１６を駆動源として上記のように各シリンダー１４，１５内で往復動を行う。
【０００９】
また、第１段シリンダー１４と第１段ディスプレーサー１４Ａとの間には第１段膨張室が形成されると共に、第２段シリンダー１５と第２段ディスプレーサー１５Ａとの間に形成される第２段膨張室が形成される。この第１及び第２段膨張室は、各ディスプレーサー１４Ａ，１５Ａの往復動によりその体積が変化する構成となっている。
【００１０】
可逆モーター１６は、正方向回転及び逆方向回転が可能なモーターである。この可逆モーター１６は、コントローラ１７に接続されている。そして、コントローラ１７の指示に従い、正方向回転又は逆方向回転を選択的に行う。
【００１１】
第１段シリンダー１４の外周には、第１段冷凍ステージ７が配設されている。また、この第１段冷凍ステージ７にはシールド９（第１のクライオパネル）が配設されている。このシールド９は、外部の輻射熱がクライオパネル１０に熱伝導するのを防止する機能を奏する。更に、シールド９にはルーバ１２が設けられており、このルーバ１２は真空容器４の上部開口近傍に位置するよう配設されている。
【００１２】
第２段シリンダー１５の外周には、第２段冷凍ステージ８が配設されている。また、この第２段冷凍ステージ８にはクライオパネル１０（第２のクライオパネル）が配設されている。このクライオパネル１０には、活性炭１１が配設されている。
【００１３】
上記構成とされたクライオポンプ１において、真空処理を行う場合には、コントローラ１７は可逆モーター１６を正方向回転させる。これにより冷凍機５は冷却モードとなり、圧縮機３から第１段膨張室及び第２段膨張室に供給された冷媒ガスは、各ディスプレーサー１４Ａ，１５Ａの移動に伴い断熱膨張し寒冷を発生させる。これにより、第１段冷凍ステージ７は例えば３０〜１００Ｋ（シールド９は１００Ｋ以下）に冷却され、第２段冷凍ステージ８は例えば４〜２０Ｋ（クライオパネル１０は２０Ｋ以下）に冷却される。
【００１４】
処理チャンバ内の気体は上部開口より真空容器４内に進入し、水や二酸化炭素は主にルーバ１２及びシールド９で凝縮され、アルゴンや窒素は主にクライオパネル１０で凝縮され、更に水素，ネオン，ヘリウム等は主に活性炭１１に吸着される。これにより、処理チャンバは排気されて高真空を実現できる。
【００１５】
ところで、上記のように処理チャンバ内から排気されたアルゴン等の気体は、シールド９，クライオパネル１０，活性炭１１等に凝縮或いは吸着されるため、その量が増えてくるとクライオポンプ１の排気性能が低下する。このため、クライオポンプ１に凝縮或いは吸着された気体を排出する再生処理が必要となることは前述した通りである。
【００１６】
次に、従来におけるクライオポンプ１の再生処理について説明する。
【００１７】
以下説明する再生処理は、可逆モーター１６を逆方向回転させることにより冷凍機５の冷却サイクルを反転させるものである。冷凍機５の冷却サイクルが反転することにより、第１及び第２段膨張室で冷媒ガスは断熱圧縮されて断熱圧縮熱を発生する。この断熱圧縮熱を各シリンダー１４，１５及び冷凍ステージ７，８を介してシールド９及びクライオパネル１０を昇温し、これにより再生処理を行う構成としている。
【００１８】
図２は、従来の一例であるコントローラ１７が実施する再生処理を示すフローチャートである。同図に示す再生処理は、第１段冷凍ステージ７の温度に基づき再生処理を行う構成としている。このため、第１段冷凍ステージ７には第１段用温度センサ１８が設けられており、この第１段用温度センサ１８で検出された第１段冷凍ステージ７の温度はコントローラ１７に送信される構成とされている。
【００１９】
図２に示す再生処理が起動すると、先ずステップ１０（図ではステップをＳと略称している）において、コントローラ１７は可逆モーター１６を逆方向回転とする。これにより、冷凍機５は冷却モードから再生モードに切り替わり、上記したように第１及び第２段膨張室で冷媒ガスは断熱圧縮されて断熱圧縮熱を発生する。この断熱圧縮熱を各シリンダー１４，１５及び冷凍ステージ７，８を介してシールド９及びクライオパネル１０を昇温し、これにより再生が行われる。尚、この際に真空容器４にはパージガス（窒素ガス）が導入され、再生により気化したアルゴン等のガスはパージガスと共に真空容器４から排出される。
【００２０】
ステップ１１では、第１段用温度センサ１８で検出される第１段冷凍ステージ７の温度Ｔ２が再生を行う目標温度となったかどうかを判断する。ステップ１１の処理により、第１段冷凍ステージ７の温度Ｔ２が目標温度となるまで、可逆モーター１６の逆方向回転は続けられる。
【００２１】
そして、ステップ１１において第１段冷凍ステージ７の温度Ｔ２が目標温度になったと判断されると、処理はステップ１２に進み、コントローラ１７はクライオポンプ１のモードを温調モードに切り替える。この温調モードでは、可逆モーター１６の回転数を下げ、またパージガスの供給が停止される。
【特許文献１】特許第２５６７３６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、上記したような可逆モーター１６を逆方向回転させることにより、冷凍機の冷却サイクルを反転し再生処理を行うクライオポンプ１では、第１段冷凍ステージ７と第２段冷凍ステージ８をそれぞれ独立して昇温温度を制御することができない。
【００２３】
即ち、各膨張室で発生する圧縮膨張熱は、各段のシリンダー膨張容積に比例しており、第１段シリンダー１４は第２段シリンダー１５に比べて大径であり、かつ第１及び第２段ディスプレーサー１４Ａ，１５Ａのストローク量は等しい。このため、第１段膨張室の容積が第２段膨張室の容積よりも大きくなり、よって再生時における第１段冷凍ステージ７の昇温速度は第２段冷凍ステージ８の昇温速度よりも速くなる。
【００２４】
これについて、図３を用いて更に説明する。同図は横軸に時間を示し、縦軸に温度を示している。また、図中実線で示す温度特性は第１段冷凍ステージ７の温度変化を示しており、一点鎖線で示す温度特性は第２段冷凍ステージ８の温度変化を示している。また、図３は図２を用いて説明した第１段冷凍ステージ７に設けられた第１段用温度センサ１８で検出される温度に基づき、再生処理の制御を行った例を示している。
【００２５】
昇温中、第１段冷却ステージ７、第２段ステージ８の温度センサで検出される温度の両方によって可逆モーター１６の回転数を調整する場合、可逆モーター１６の回転数を頻繁に変化させなくてはならなくなる。しかし、実際の冷凍機では可逆モーター１６の特性上、回転数を頻繁に変化させることはできない。
【００２６】
従来では第１段冷凍ステージ７に設けられた第１段用温度センサ１８で検出される温度のみに基づき再生処理の制御を行っていたため、第１段冷凍ステージ７の温度が目標温度になった時点で温調モードに切り替わり、可逆モーター１６は回転数が下げられる構成とされていた。
【００２７】
このため、第１段冷凍ステージ７が目標温度Ｔ１に到達した時刻t1では、第２段冷凍ステージ８は目標温度Ｔ２に達しておらず、温調モードにおいて第２段冷凍ステージ８が目標温度Ｔ２に到達するのを待ち、その後に可逆モーター１６の逆回転方向の回転を完全に停止させ、再生処理を終了する構成としていた。
【００２８】
しかしながら、この再生方法では、第１段冷凍ステージ７が時刻t1で目標温度Ｔ１に到達しているにも係らず、第２段冷凍ステージ８が目標温度Ｔ２となる時刻はt2である。このように、第１段冷凍ステージ７が目標温度Ｔ１に到達した後、第２段冷凍ステージ８が目標温度Ｔ２となるまでに時間Δtが必要となり、従来では再生処理に長い時間を要するという問題点があった。
【００２９】
一方、図４は第２段冷凍ステージ８に温度センサ（以下、第２段用温度センサという）を設け、第２段用温度センサで検出される温度に基づき、再生処理の制御を行ったときの第１段冷凍ステージ７及び第２段冷凍ステージ８の温度変化を示している。尚、図示の方法は図３と同じである。
【００３０】
この再生処理方法では、第２段冷凍ステージ８の温度が目標温度Ｔ２に到達した時点で可逆モーター１６の回転を停止し再生処理を停止させる。この方法では、第２段冷凍ステージ８の温度が目標温度Ｔ２に到達する時間を短縮することができるため、第１段冷凍ステージ７が目標温度に到達する時刻t1と、第２段冷凍ステージ８が目標温度Ｔ２に到達する時刻t2の時間差（Δt）を短縮することができる。
【００３１】
しかしながら、前記のように第１段冷凍ステージ７の昇温速度と第２段冷凍ステージ８の昇温速度が異なることにより、第２段冷凍ステージ８が目標温度Ｔ２に到達する前に第１段冷凍ステージ７は目標温度Ｔ１に到達しており、その時刻t1以降も温度上昇が継続されている。よって、第１段冷凍ステージ７においては、図中矢印ΔＴで示す温度分だけ余分な温度上昇が行われている。
【００３２】
このため、仮に第１段ディスプレーサー１４Ａの信頼性限界温度が図示される温度であった場合には、第２段冷凍ステージ８の温度が目標温度Ｔ２に到達する前に第１段ディスプレーサー１４Ａが信頼性限界温度を超え不具合が発生する可能性がある。
【００３３】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、第１及び第２段ステージのそれぞれを目標温度に確実に昇温しつつ、かつ再生に要する時間の短縮を図りうるクライオポンプ及びその再生方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
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。
【００３５】
請求項１記載の発明は、
第１及び第２段ディスプレーサーが内部で往復動する第１及び第２段シリンダーと、前記第１及び第２段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及び第２段シリンダーに設けられた第１及び第２段冷却ステージとを有する冷凍機と、
前記第１及び第２ステージに熱的に接続させた第１及び第２のクライオパネルとを有し、
前記可逆モーターを正方向回転することにより前記第１及び第２段冷却ステージを冷却し、前記可逆モーターを逆方向回転することにより前記第１及び第２段冷却ステージを昇温するクライオポンプであって、
前記可逆モーターの逆方向回転時に、前記第１段ステージの温度を検出する第１の温度検出手段と、
前記可逆モーターの逆方向回転時に、前記第２段ステージの温度を検出する第２の温度検出手段と、
該第２の温度検出手段により検出される温度に基づき、前記可逆モーターの逆方向回転制御を行なうことにより、前記第２段ステージの温度制御を行う第１の制御手段と、
前記第１段ステージが前記第１段ディスプレーサーの危険温度となった場合に前記可逆モーターの逆方向回転を抑制或いは停止し、前記第１段ステージの温度が復帰温度まで低下した場合に前記可逆モーターの逆方向回転を通常回転数に復帰させる第２の制御手段とを有することを特徴とするものである。
【００３６】
また、請求項２記載の発明は、
可逆モーターにより第１及び第２段ディスプレーサーが第１及び第２段シリンダー内で往復動することにより第１及び第２段膨張空間部が加熱或いは冷却される冷凍機と、前記第１段シリンダーに第１段冷却ステージを介して熱的に接続させた第１のクライオパネルと、前記第２段シリンダーに第２段冷却ステージを介して熱的に接続させた第２のクライオパネルとを有し、前記可逆モーターを逆方向回転させることにより前記第１及び第２段膨張空間部内で発生する断熱圧縮熱により前記第１及び第２のクライオパネルを昇温し再生処理を行うクライオポンプの再生方法であって、
該第２の温度検出手段により検出される温度に基づき前記可逆モーターの逆方向回転制御を行い、前記第２のクライオパネルの再生温度の制御を行う工程と、
前記第１のクライオパネルの温度が前記第１段ディスプレーサーの上限温度となった場合に前記可逆モーターの逆方向回転を抑制する工程と、
前記第１のクライオパネルの温度が復帰温度まで低下した場合に前記可逆モーターの逆方向回転を復帰させる工程とを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、再生時において、第２の温度検出手段により検出される温度に基づき第２段ステージの温度制御を行い、第１段ステージが第１段ディスプレーサーの危険温度となった場合に可逆モーターの逆方向回転を抑制或いは停止し一時的に再生処理を中止することにより、可逆モーターの回転数を頻繁に変化させることなく第１段及び第２段ステージのそれぞれを目標温度に確実に昇温できる。よって、再生に要する時間を短縮させつつ、かつ第１段ステージが過剰に昇温されることを防止することができる。
【００３８】
また、本発明における、第１段、第２段ディスプレーサーの温度が危険温度になったとき加熱手段による昇温を停止させ、クライオパネルの温度が復帰温度になったとき加熱手段による昇温を再開させる制御方法は、加熱手段が冷凍機の逆回転によるものに限らず、ヒータ等による場合においても、クラオポンプの信頼性維持の面で有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
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。
【００４０】
図５は、本発明の一実施例であるクライオポンプ２０の構成図である。尚、図５に示すクライオポンプ２０は、図１に示したクライオポンプ１と近似した構成であるため、図５に示したクライオポンプ２０において、図１に示したクライオポンプ１と同一構成については、図１に示した符号と同一符号を付してその説明を省略するものとする。
【００４１】
図１に示したクライオポンプ１では、第１段シリンダー１４にのみ第１段用温度センサ１８が設けられた構成とされていた。これに対して本実施例に係るクライオポンプ２０は、第１段シリンダー１４に第１段用温度センサ１８を設けると共に、第２段シリンダー１５に第２段用温度センサ１９を設け、この第２段用温度センサ１９により第２段シリンダー１５の温度を検出できる構成とされている。第１段用温度センサ１８及び第２段用温度センサ１９は、コントローラ２７に接続されている。
【００４２】
尚、第１段用温度センサ１８をシールド９に直接配設する構成、及び第２段用温度センサ１９を直接クライオパネル１０に配設する構成も考えられるが、処理チャンバ内のガスをより多く凝縮及び吸着させ真空度を高める面から、本実施例では温度センサ１８，１９を冷凍ステージ７，８に配設し、この冷凍ステージ７，８の温度を介してシールド９及びクライオパネル１０の温度を判断する構成としている。
【００４３】
図６は、コントローラ２７のハード構成を示す図である。コントローラ２７はマイクロコンピュータにより構成されており、同図に示すようにＣＰＵ２１，ＲＯＭ２２，ＲＡＭ２３、及びインターフェース装置２４がバスライン２５により接続された構成とされている。第１段用温度センサ１８及び第２段用温度センサ１９は、インターフェース装置２４を介してＣＰＵ２１に接続されている。また、後述する図７及び図８に示されるテーブルは予めＲＯＭ２２又はＲＡＭ２３に格納されている。
【００４４】
次に、本発明の一実施例であるクライオポンプ２０における再生方法について説明する。本実施例に係る再生方法では、図７に示す状態テーブルに基づき、図８に示す処理テーブルに従い再生処理が実施される。
【００４５】
本実施例では、基本的な再生処理を第２段用温度センサ１９により検出される第２段冷凍ステージ８の温度に基づき行っている。この構成とすることにより、図４を用いて説明したように、第１段冷凍ステージ７が目標温度Ｔ１となる時刻t1と、第２段冷凍ステージ８が目標温度Ｔ２となる時刻t2を近付けることができ、再生に要する時間の短縮を図ることができる。
【００４６】
しかしながら、第２段冷凍ステージ８の温度を基準として制御を行った場合、第１段冷凍ステージ７の昇温速度が速いため、第２段冷凍ステージ８が目標温度Ｔ２となる前に、第１段冷凍ステージ７が信頼性限界温度（危険温度）に達する可能性がある。
【００４７】
そこで、本実施例では、第１段冷凍ステージ７にも第１段用温度センサ１８を配設し、この第１段用温度センサ１８により第１段冷凍ステージ７の温度を監視し、信頼性限界温度を超えた場合には可逆モーター１６を停止させることにより再生を一時的に停止する構成としている。
【００４８】
この制御を行うために、本実施例では第１段冷凍ステージ７の温度として制御復帰温度Rst-t1と信頼性限界温度Stp-t1を定めている。同様に、第２段冷凍ステージ８の温度として制御復帰温度Rst-t2と信頼性限界温度Stp-t2を定めている。
【００４９】
ここで、信頼性限界温度Stp-t1とは、第１段冷凍ステージ７がこの信頼性限界温度Stp-t1を超えると第１段ディスプレーサー１４Ａに不都合（焼きつき等）が発生する可能性がある信頼性を確保しうる限界の温度である。同様に信頼性限界温度Stp-t2とは、第２段冷凍ステージ８がこの信頼性限界温度Stp-t2を超えると第２段ディスプレーサー１５Ａに不都合（焼きつき等）が発生する可能性がある信頼性を確保しうる限界の温度である。
【００５０】
また、制御復帰温度Rst-t1，Rst-t2は、再び可逆モーター１６の逆方向回転を開始しうる温度である。即ち、第１段冷凍ステージ７或いは／及び第２段冷凍ステージ８が信頼性限界温度Stp-t1，Stp-t2を超えると可逆モーター１６は停止され、これにより各冷凍ステージ７，８の温度は低下する。そして、各冷凍ステージ７，８の温度が信頼性限界温度Stp-t1，Stp-t2に対して十分低い温度となった場合には、再び可逆モーター１６を始動（逆方向回転）し、再生処理を開始する必要がある。制御復帰温度Rst-t1，Rst-t2は、この再び可逆モーター１６を始動（逆方向回転）しうる温度である。
【００５１】
図７に示す状態テーブルは、横軸に第１段冷凍ステージ７の温度を示し、縦軸に第２段冷凍ステージ８の温度を示した二元マップ構造を有している。そして、横軸に制御復帰温度Rst-t1及び信頼性限界温度Stp-t1を取り、縦軸に制御復帰温度Rst-t2及び信頼性限界温度Stp-t2を取ることにより、同図に示す状態テーブルし９つの状態（Ｐ１〜Ｐ９で示す）に状態分類することができる。例えば、同図にＰ９で示す状態は、第１段冷凍ステージ７が信頼性限界温度Stp-t1よりも高く、かつ第２段冷凍ステージ８も信頼性限界温度Stp-t2よりも高い温度である状態である。
【００５２】
図８に示す処理テーブルは、図７に示す状態テーブルの各状態Ｐ１〜Ｐ９において、コントローラ２７が可逆モーター１６に対して実行する処理を示している。この際、各状態Ｐ１〜Ｐ９を更に可逆モーター１６の状態に応じて、それぞれ３つの状態に区別している。この可逆モーター１６の３つの状態とは、(1)第１段冷凍ステージ７が信頼性限界温度Stp-t1を超えたため可逆モーター１６を停止している状態、(2)第２段冷凍ステージ８が信頼性限界温度Stp-t2を超えたため可逆モーター１６を停止している状態、(3)可逆モーター１６が逆方向回転を行っている状態である。
【００５３】
コントローラ１７は、この図７に示す状態テーブル及び図８に示す処理テーブル、そして各温度センサ１８，１９からの温度情報に基づき再生処理の制御を行う。図１０は、コントローラ２７が実施する再生処理を示すフローチャートである。以下の説明では、第１段用温度センサ１８により検出された第１段冷凍ステージ７の温度をTr1とし、第２段用温度センサ１９により検出された第２段冷凍ステージ８の温度をTr2とする。
【００５４】
同図に示す再生処理が起動すると、先ずステップ２０において、コントローラ２７は第１段用温度センサ１８から第１段冷凍ステージ７の温度Tr1を読み取ると共に、第２段用温度センサ１９から第２段冷凍ステージ８の温度Tr2を読み取る。続くステップ２１では、コントローラ２７はＲＯＭ２２或いはＲＡＭ２３に格納されている図７に示す状態テーブルより、現在のクライオポンプ１の状態がＰ１〜Ｐ９のいずれの状態であるかを判断する。
【００５５】
続くステップ２２では、ＲＯＭ２２或いはＲＡＭ２３に格納されている図８に示す処理テーブルより、コントローラ２７はステップ２１で判定された状態及び可逆モーター１６の現在の状態に適合した処理を判定する。
【００５６】
ここで、クライオポンプ１のいくつかの状態の例を挙げて説明する。
【００５７】
（状態例１）
第２段冷凍ステージ８の温度Tr2が信頼性限界温度Stp-t2より低く（Tr2＜Stp-t2）、第１段冷凍ステージ７の温度Tr1が信頼性限界温度Stp-t1よりも高く（Tr1＞Stp-t1）、かつ可逆モーター１６が逆方向回転（昇温処理）を行っている場合
この状態では、コントローラ２７はステップ２１においてクライオポンプ１の状態が図７におけるＰ３，Ｐ６の状態であると判定する。また、可逆モーター１６は逆方向回転している状態であるため、コントローラ２７は、図８に示す最下欄よりＰ３，Ｐ６に対応する処理を抽出する。以上より、コントローラ２７は、本状態例１に対応する処理は可逆モーター１６を停止させる処理であると判定する。
【００５８】
従って、本状態例１の場合には、第２段冷凍ステージ８の温度Tr2には問題はないが、第１段冷凍ステージ７の温度Tr1が信頼性限界温度Stp-t1を超えた場合には、可逆モーター１６が停止され、第１段冷凍ステージ７の温度Tr1がそれ以上の温度に昇温されることが防止される。
【００５９】
（状態例２）
第２段冷凍ステージ８の温度Tr2が信頼性限界温度Stp-t2より低く（Tr2＜Stp-t2）、第１段冷凍ステージ７の温度Tr1が制御復帰温度Rst-t1よりも低く（Tr1＜Rst-t1）、かつ可逆モーター１６が第１段冷凍ステージ７の温度Tr1が信頼性限界温度Stp-t1を超えたことにより停止している場合
この状態では、コントローラ２７はステップ２１においてクライオポンプ１の状態が図７におけるＰ１，Ｐ４の状態であると判定する。また、可逆モーター１６は第１段冷凍ステージ７の温度Tr1が信頼性限界温度Stp-t1を超えたことにより停止している状態であるため、コントローラ２７は、図８に示す最上欄よりＰ１，Ｐ４に対応する処理を抽出する。以上より、コントローラ２７は、本状態例２に対応する処理は、可逆モーター１６の逆転方向回転を再開し再生処理（昇温制御）を再び開始させる処理であると判定する。
【００６０】
従って、第１段冷凍ステージ７の温度Tr1が信頼性限界温度Stp-t1を超えたことにより可逆モーター１６が停止しても、温度Tr1が制御復帰温度Rst-t1に低下することにより直ちに可逆モーター１６は再び起動して昇温処理を開始する。よって、第１段ディスプレーサー１４Ａの焼き付き等の不具合を防止しつつ、短時間での再生処理が可能となる。
【００６１】
（状態例３）
第１段冷凍ステージ７の温度Tr1が信頼性限界温度Stp-t1より低く（Tr1＜Stp-t1）、第２段冷凍ステージ８の温度Tr2が信頼性限界温度Stp-t2よりも高く（Tr2＞Stp-t2）、かつ可逆モーター１６が逆方向回転（昇温処理）を行っている場合
この状態では、コントローラ２７はステップ２１においてクライオポンプ１の状態が図７におけるＰ７，Ｐ８の状態であると判定する。また、可逆モーター１６は逆方向回転している状態であるため、コントローラ２７は、図８に示す最下欄よりＰ７，Ｐ８に対応する処理を抽出する。以上より、コントローラ２７は、本状態例３に対応する処理は可逆モーター１６を停止させる処理であると判定する。
【００６２】
従って、本状態例３の場合には、第１段冷凍ステージ７の温度Tr1には問題はないが、第２段冷凍ステージ８の温度Tr2が信頼性限界温度Stp-t2を超えた場合には、可逆モーター１６が停止され、第２段冷凍ステージ８の温度Tr2がそれ以上の温度に昇温されることが防止される。
【００６３】
（状態例４）
第１段冷凍ステージ７の温度Tr1が信頼性限界温度Stp-t1より低く（Tr1＜Stp-t1）、第２段冷凍ステージ８の温度Tr2が制御復帰温度Rst-t2よりも低く（Tr2＜Rst-t2）、かつ可逆モーター１６が第２段冷凍ステージ８の温度Tr2が信頼性限界温度Stp-t2を超えたことにより停止している場合
この状態では、コントローラ２７はステップ２１においてクライオポンプ１の状態が図７におけるＰ１，Ｐ２の状態であると判定する。また、可逆モーター１６は第２段冷凍ステージ８の温度Tr2が信頼性限界温度Stp-t2を超えたことにより停止している状態であるため、コントローラ２７は、図８に示す中央欄よりＰ１，Ｐ２に対応する処理を抽出する。以上より、コントローラ２７は、本状態例４に対応する処理は、可逆モーター１６の逆転方向回を再開し再生処理（昇温制御）を再び開始させる処理であると判定する。
【００６４】
従って、第２段冷凍ステージ８の温度Tr2が信頼性限界温度Stp-t2を超えたことにより可逆モーター１６が停止しても、温度Tr2が制御復帰温度Rst-t2に低下することにより直ちに可逆モーター１６は再び起動して昇温処理を開始する。よって、第２段ディスプレーサー１５Ａの焼き付き等の不具合を防止しつつ、短時間での再生処理が可能となる。
【００６５】
尚、図７の状態テーブル、図８の処理テーブルで示した再生処理制御は、過熱手段が冷凍機の逆転によるものに限らず、ヒータ等による場合においても、クライオポンプの信頼性維持の面で有効である。
【００６６】
ここで、再び図９に戻り説明を続ける。
【００６７】
ステップ２１及びステップ２２の処理により、現在のクライオポンプ２０に最適な再生処理が実施されると、続くステップ２３において、第２段用温度センサ１９が検出する第２段冷凍ステージ８の温度Tr2が目標温度Ｔ２になったかどうかを判断する。そして、ステップ２３で否定判断（ＮＯ）がされた場合には、処理はステップ２０に戻り、上記したステップ２０〜２２の処理を繰り返し実施する。また、ステップ２３において、第２段冷凍ステージ８の温度Tr2が目標温度Ｔ２になったと判断された場合には、可逆モーター１６を停止すると共にパージガスの供給を停止し、その後に実施される真空処理に備える。
【００６８】
図１０は、本実施例における昇温時における第１段冷凍ステージ７及び第２段冷凍ステージ８の温度変化を示している。同図は横軸に時間を示し、縦軸に温度を示している。また、図中実線で示す温度特性は第１段冷凍ステージ７の温度Tr1の変化を示しており、一点鎖線で示す温度特性は第２段冷凍ステージ８の温度Tr2の変化を示している。
【００６９】
本実施例では、第２段冷凍ステージ８の温度Tr2に基づき昇温を行うことにより再生を行なっている。従って、昇温速度が速い第１段冷凍ステージ７の方が先に目標温度Ｔ１に到達し（時刻t1）し、この時刻t1では第２段冷凍ステージ８はまだ目標温度Ｔ２に達していない。このため、時刻t1後においても、可逆モーター１６は停止されることなく逆方向回転を続ける。
【００７０】
これにより、本実施例においても第１段冷凍ステージ７が目標温度Ｔ１に到達後も、第１段冷凍ステージ７は昇温を続けることとなる。しかし、第１段冷凍ステージ７の温度Tr1が信頼性限界温度Stp-t1を超えると（図中、矢印Ａで示す状態）、可逆モーター１６は停止されて第１段冷凍ステージ７の昇温は停止される。よって、その温度以上に第１段ディスプレーサー１４Ａの温度が上昇することはない。これにより、上記したように第１段ディスプレーサー１４Ａの焼き付きを防止することができる。尚、この可逆モーター１６の停止状態においても、第２段シリンダー１５は第１段シリンダー１４よりも容積が小さいため、可逆モーター１６の停止（昇温停止）の影響が少なく、第２段冷凍ステージ８は昇温を続ける（昇温速度は低下する）。
【００７１】
このため、本実施例によれば、第１段冷凍ステージ７が目標温度Ｔ１に到達する時刻t1と、第２段冷凍ステージ８が目標時刻Ｔ２に到達する時刻t2を近付けることができ、短時間でクライオポンプ２０の再生を行うことが可能となる。また、主に第２段冷凍ステージ８の温度Tr2に基づき昇温制御を行っても、第１段ディスプレーサー１４Ａに焼き付きが発生することを確実に防止することができる。
【００７２】
尚、上記した実施例では、第１段冷凍ステージ７の温度Tr1が信頼性限界温度Stp-t1を超えた場合には、可逆モーター１６を停止させる構成を示したが、可逆モーター１６は必ずしも停止させる必要はなく、第１段冷凍ステージ７の温度Tr1が低下しうる範囲であれば、可逆モーター１６の回転を止めない構成とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】図１は、従来の一例であるクライオポンプの構成図である。
【図２】図２は、従来の一例である再生処理を示すフローチャートである。
【図３】図３は、従来の一例であるクライオポンプにおける第１段ステージ温度による昇温時温度変化を示す図である。
【図４】図４は、従来の一例であるクライオポンプにおける第２段ステージ温度による昇温時温度変化を示す図である。
【図５】図５は、本発明の一例であるクライオポンプの構成図である。
【図６】図６は、コントローラのハード構成を示す図である。
【図７】図７は、コントローラに格納されている状態テーブルを示す図である。
【図８】図８は、状態テーブルに基づく再生処理テーブルを示す図である。
【図９】図９は、本発明の一実施例である再生処理のフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の一例であるクライオポンプにおける昇温時温度変化を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
３  圧縮機
４  真空容器
５  冷凍機
７  第１段冷凍ステージ
８  第２段冷凍ステージ
９  シールド
１０  クライオパネル
１１  活性炭
１２  ルーバ
１４  第１段シリンダー
１４Ａ  第１段ディスプレーサー
１５  第２段シリンダー
１５Ａ  第２段ディスプレーサー
１６  可逆モーター
１８  第１段用温度センサ
１９  第２段用温度センサ
２０  クライオポンプ
２７  コントローラ
【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】
2007298008.tif 000009
【図８】
2007298008.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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