特許 7592019 クライオポンプシステム、クライオポンプのコントローラ、クライオポンプの運転開始方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-21

(45)【発行日】2024-11-29

(54)【発明の名称】クライオポンプシステム、クライオポンプのコントローラ、クライオポンプの運転開始方法

(51)【国際特許分類】

   F04B 37/08 20060101AFI20241122BHJP

   F04B 37/16 20060101ALI20241122BHJP

【ＦＩ】

F04B37/08

F04B37/16 A

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2021553401

(86)(22)【出願日】2020-10-16

(86)【国際出願番号】 JP2020039093

(87)【国際公開番号】W WO2021085184

(87)【国際公開日】2021-05-06

【審査請求日】2023-09-12

(31)【優先権主張番号】P 2019196122

(32)【優先日】2019-10-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100116274

【弁理士】

【氏名又は名称】富所 輝観夫

(72)【発明者】

【氏名】谷津 貴裕

(72)【発明者】

【氏名】木村 敏之

【審査官】森 秀太

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１７０５６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５３４５７８７（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開昭５１－１３７６７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０７３０７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－２５８９７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１８１４４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｂ ３７／０８

Ｂ０１Ｄ ５３／０４

Ｆ０４Ｂ ３７／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

クライオポンプハウジングと、
前記クライオポンプハウジング内に配置され、不燃性吸着材を備えるクライオパネルと、
前記不燃性吸着材および前記クライオパネルを加熱する加熱装置と、
前記クライオポンプハウジングに取り付けられ、前記クライオポンプハウジングをパージガス源に接続するパージバルブと、
前記クライオポンプハウジングに取り付けられ、前記クライオポンプハウジングをラフポンプに接続するラフバルブと、
前記不燃性吸着材の温度または前記クライオポンプハウジングの内圧を示す測定信号を生成するセンサと、
再生開始指令を受け、前記測定信号に基づいて、（ｉ）前記不燃性吸着材を真空雰囲気にさらすことによって前記不燃性吸着材から水を昇華させるように構成される昇華再生シーケンスまたは（ｉｉ）前記不燃性吸着材を室温またはそれより高温下で前記真空雰囲気よりも高い圧力の乾燥雰囲気にさらすことによって前記不燃性吸着材を脱水するように構成される脱水シーケンスのいずれかを選択し、選択されたシーケンスを実行するように、前記加熱装置、前記パージバルブ、前記ラフバルブのうち少なくとも一つを制御するコントローラと、を備えるクライオポンプと、
少なくとも１つの他のクライオポンプと、を備え、
前記ラフポンプは、前記クライオポンプと前記少なくとも１つの他のクライオポンプに共用され、
前記コントローラは、前記脱水シーケンスに続いて追加脱水シーケンスを実行するように、前記加熱装置、前記パージバルブ、前記ラフバルブのうち少なくとも一つを制御し、
前記追加脱水シーケンスは、前記ラフバルブを通じた前記クライオポンプハウジングの真空排気によって、または、前記真空排気と前記パージバルブを通じた前記クライオポンプハウジングへのパージガス供給を交互に繰り返すラフアンドパージによって、前記不燃性吸着材に残留する水を減らすように構成され、
前記コントローラは、前記脱水シーケンスを前記クライオポンプと前記少なくとも１つの他のクライオポンプで並行して実行し、前記追加脱水シーケンスを前記クライオポンプと前記少なくとも１つの他のクライオポンプで順番に実行することを特徴とするクライオポンプシステム。

【請求項2】

前記センサは、前記不燃性吸着材の温度を示す温度測定信号を生成する温度センサを含み、
前記コントローラは、前記温度測定信号に基づいて、前記不燃性吸着材が室温にあるとみなされる場合に前記脱水シーケンスを実行するように、前記加熱装置、前記パージバルブ、前記ラフバルブのうち少なくとも一つを制御することを特徴とする請求項１に記載のクライオポンプシステム。

【請求項3】

前記コントローラは、前記温度測定信号に基づいて、前記不燃性吸着材が前記室温より低い温度にあるとみなされる場合に前記昇華再生シーケンスを実行するように、前記加熱装置、前記パージバルブ、前記ラフバルブのうち少なくとも一つを制御することを特徴とする請求項２に記載のクライオポンプシステム。

【請求項4】

前記コントローラは、前記測定信号に代えて、再生開始指令を受ける直前のクライオポンプの状態に基づいて前記昇華再生シーケンスまたは前記脱水シーケンスのいずれかを実行するように前記加熱装置、前記パージバルブ、前記ラフバルブのうち少なくとも一つを制御することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のクライオポンプシステム。

【請求項5】

前記コントローラは、前記脱水シーケンスにおいて、前記不燃性吸着材および前記クライオパネルを５０℃以上に加熱するように前記加熱装置を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のクライオポンプシステム。

【請求項6】

前記コントローラは、前記脱水シーケンスにおいて、前記クライオポンプハウジングにパージガスを供給するように前記パージバルブを開くことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のクライオポンプシステム。

【請求項7】

前記コントローラは、前記脱水シーケンスの間、前記ラフバルブを閉じ続けることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のクライオポンプシステム。

【請求項8】

前記真空雰囲気の圧力は、１００Ｐａ未満であり、前記乾燥雰囲気の圧力は、少なくとも１０００Ｐａであることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のクライオポンプシステム。

【請求項9】

前記乾燥雰囲気の圧力は、少なくとも１気圧であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のクライオポンプシステム。

【請求項10】

前記不燃性吸着材は、シリカゲルを主成分として含有することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のクライオポンプシステム。

【請求項11】

前記クライオポンプは、活性炭を有しないことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のクライオポンプシステム。

【請求項12】

クライオポンプハウジングと、
前記クライオポンプハウジング内に配置され、不燃性吸着材を備えるクライオパネルと、
前記不燃性吸着材および前記クライオパネルを加熱する加熱装置と、
前記クライオポンプハウジングに取り付けられ、前記クライオポンプハウジングをパージガス源に接続するパージバルブと、
前記クライオポンプハウジングに取り付けられ、前記クライオポンプハウジングをラフポンプに接続するラフバルブと、
前記不燃性吸着材の温度または前記クライオポンプハウジングの内圧を示す測定信号を生成するセンサと、
再生開始指令を受け、前記測定信号に基づいて、（ｉ）前記不燃性吸着材を真空雰囲気にさらすことによって前記不燃性吸着材から水を昇華させるように構成される昇華再生シーケンスまたは（ｉｉ）前記不燃性吸着材を室温またはそれより高温下で前記真空雰囲気よりも高い圧力の乾燥雰囲気にさらすことによって前記不燃性吸着材を脱水するように構成される脱水シーケンスのいずれかを選択し、選択されたシーケンスを実行するように、前記加熱装置、前記パージバルブ、前記ラフバルブのうち少なくとも一つを制御するコントローラと、を備えるクライオポンプと、
少なくとも１つの他のクライオポンプと、を備え、
前記ラフポンプは、前記クライオポンプと前記少なくとも１つの他のクライオポンプに共用され、
前記コントローラは、前記脱水シーケンスに続いて前記昇華再生シーケンスを実行するように、前記加熱装置、前記パージバルブ、前記ラフバルブのうち少なくとも一つを制御し、
前記コントローラは、前記脱水シーケンスを前記クライオポンプと前記少なくとも１つの他のクライオポンプで並行して実行し、前記昇華再生シーケンスを前記クライオポンプと前記少なくとも１つの他のクライオポンプで順番に実行することを特徴とするクライオポンプシステム。

【請求項13】

それぞれが、
クライオポンプハウジングと、
前記クライオポンプハウジング内に配置され、不燃性吸着材を備えるクライオパネルと、
前記不燃性吸着材および前記クライオパネルを加熱する加熱装置と、
前記クライオポンプハウジングに取り付けられ、前記クライオポンプハウジングをパージガス源に接続するパージバルブと、
前記クライオポンプハウジングに取り付けられ、前記クライオポンプハウジングをラフポンプに接続するラフバルブと、を備える複数のクライオポンプと、
脱水シーケンスに従って前記加熱装置、前記パージバルブ、前記ラフバルブのうち少なくとも一つを制御し、前記脱水シーケンスに続いて追加脱水シーケンスまたは昇華再生シーケンスを実行するように、前記加熱装置、前記パージバルブ、前記ラフバルブのうち少なくとも一つを制御するコントローラと、を備え、
前記ラフポンプは、前記複数のクライオポンプのうちあるクライオポンプと少なくとも１つの他のクライオポンプに共用され、
前記昇華再生シーケンスは、前記不燃性吸着材を真空雰囲気にさらすことによって前記不燃性吸着材から水を昇華させるように構成され、
前記脱水シーケンスは、前記不燃性吸着材を室温またはそれより高温下で前記真空雰囲気よりも高い圧力の乾燥雰囲気にさらすことによって前記不燃性吸着材を脱水するように構成され、
前記追加脱水シーケンスは、前記ラフバルブを通じた前記クライオポンプハウジングの真空排気によって、または、前記真空排気と前記パージバルブを通じた前記クライオポンプハウジングへのパージガス供給を交互に繰り返すラフアンドパージによって、前記不燃性吸着材に残留する水を減らすように構成され、
前記コントローラは、前記脱水シーケンスを前記あるクライオポンプと前記少なくとも１つの他のクライオポンプで並行して実行し、前記追加脱水シーケンスまたは前記昇華再生シーケンスを前記あるクライオポンプと前記少なくとも１つの他のクライオポンプで順番に実行することを特徴とするクライオポンプシステム。

【請求項14】

クライオポンプのコントローラであって、前記クライオポンプは、クライオポンプハウジングと、前記クライオポンプハウジング内に配置され、不燃性吸着材を備えるクライオパネルと、前記不燃性吸着材および前記クライオパネルを加熱する加熱装置と、前記クライオポンプハウジングに取り付けられ、前記クライオポンプハウジングをパージガス源に接続するパージバルブと、前記クライオポンプハウジングに取り付けられ、前記クライオポンプハウジングをラフポンプに接続するラフバルブと、を備え、前記コントローラは、
前記不燃性吸着材の温度、前記クライオポンプ内の圧力、または前記クライオポンプのステータスを取得することと、
取得された前記不燃性吸着材の温度、前記クライオポンプ内の圧力、または前記クライオポンプのステータスに基づいて、（ｉ）前記不燃性吸着材を真空雰囲気にさらすことによって前記不燃性吸着材から水を昇華させる昇華再生シーケンスまたは（ｉｉ）前記不燃性吸着材を室温またはそれより高温下で前記真空雰囲気よりも高い圧力の乾燥雰囲気にさらすことによって前記不燃性吸着材を脱水する脱水シーケンスのいずれかを選択することと、
前記昇華再生シーケンスおよび前記脱水シーケンスのうち、選択されたシーケンスを実行することと、を実行するように構成され、
前記ラフポンプは、前記クライオポンプと少なくとも１つの他のクライオポンプに共用され、
前記実行することは、前記脱水シーケンスに従って前記加熱装置、前記パージバルブ、前記ラフバルブのうち少なくとも一つを制御し、前記脱水シーケンスに続いて追加脱水シーケンスまたは前記昇華再生シーケンスを実行するように、前記加熱装置、前記パージバルブ、前記ラフバルブのうち少なくとも一つを制御することを含み、
前記追加脱水シーケンスは、前記ラフバルブを通じた前記クライオポンプハウジングの真空排気によって、または、前記真空排気と前記パージバルブを通じた前記クライオポンプハウジングへのパージガス供給を交互に繰り返すラフアンドパージによって、前記不燃性吸着材に残留する水を減らすように構成され、
前記脱水シーケンスは、前記クライオポンプと前記少なくとも１つの他のクライオポンプで並行して実行され、前記追加脱水シーケンスまたは前記昇華再生シーケンスは、前記クライオポンプと前記少なくとも１つの他のクライオポンプで順番に実行されることを特徴とするクライオポンプのコントローラ。

【請求項15】

クライオポンプの運転開始方法であって、前記クライオポンプは、クライオポンプハウジングと、前記クライオポンプハウジング内に配置され、不燃性吸着材を備えるクライオパネルと、前記不燃性吸着材および前記クライオパネルを加熱する加熱装置と、前記クライオポンプハウジングに取り付けられ、前記クライオポンプハウジングをパージガス源に接続するパージバルブと、前記クライオポンプハウジングに取り付けられ、前記クライオポンプハウジングをラフポンプに接続するラフバルブと、を備え、前記運転開始方法は、
前記不燃性吸着材の温度、前記クライオポンプ内の圧力、または前記クライオポンプのステータスを取得することと、
取得された前記不燃性吸着材の温度、前記クライオポンプ内の圧力、または前記クライオポンプのステータスに基づいて、（ｉ）前記不燃性吸着材を真空雰囲気にさらすことによって前記不燃性吸着材から水を昇華させる昇華再生シーケンスまたは（ｉｉ）前記不燃性吸着材を室温またはそれより高温下で前記真空雰囲気よりも高い圧力の乾燥雰囲気にさらすことによって前記不燃性吸着材を脱水する脱水シーケンスのいずれかを選択することと、
前記昇華再生シーケンスおよび前記脱水シーケンスのうち、選択されたシーケンスを実行することと、を備え、
前記ラフポンプは、前記クライオポンプと少なくとも１つの他のクライオポンプに共用され、
前記実行することは、前記脱水シーケンスに従って前記加熱装置、前記パージバルブ、前記ラフバルブのうち少なくとも一つを制御し、前記脱水シーケンスに続いて追加脱水シーケンスまたは前記昇華再生シーケンスを実行するように、前記加熱装置、前記パージバルブ、前記ラフバルブのうち少なくとも一つを制御することを含み、
前記追加脱水シーケンスは、前記ラフバルブを通じた前記クライオポンプハウジングの真空排気によって、または、前記真空排気と前記パージバルブを通じた前記クライオポンプハウジングへのパージガス供給を交互に繰り返すラフアンドパージによって、前記不燃性吸着材に残留する水を減らすように構成され、
前記脱水シーケンスは、前記クライオポンプと前記少なくとも１つの他のクライオポンプで並行して実行され、前記追加脱水シーケンスまたは前記昇華再生シーケンスは、前記クライオポンプと前記少なくとも１つの他のクライオポンプで順番に実行されることを特徴とするクライオポンプの運転開始方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、クライオポンプ、クライオポンプシステム、クライオポンプの運転開始方法に関する。

【背景技術】

【0002】

クライオポンプは、極低温に冷却されたクライオパネルに気体分子を凝縮または吸着により捕捉して排気する真空ポンプである。クライオポンプは半導体回路製造プロセス等に要求される清浄な真空環境を実現するために一般に利用される。クライオポンプはいわゆる気体溜め込み式の真空ポンプであるから、捕捉した気体を外部に定期的に排出する再生を要する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平５－２６３７６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

クライオポンプは、クライオパネルに凝縮しない水素などの非凝縮性気体を吸着するために、クライオパネル上に吸着材を有する。典型的に吸着材は活性炭であり、ある用途においては酸素やオゾンを含む気体がクライオポンプによって排気される。この場合、再生中に、活性炭は酸素雰囲気にさらされうる。活性炭は可燃物であるから、何らかの原因で偶発的な発火が生じるかもしれない。

【0005】

本発明者らは、安全上のリスクを極力小さくするために、活性炭とは別の代替吸着材を使用するクライオポンプの実現可能性を考察した。しかしながら、そうした代替吸着材は、活性炭に比べて、使用環境など諸要因によって粉末状に砕けやすい傾向にあることが判明した。吸着材が破損すればクライオポンプの排気性能が低下する。また、砕けた粉末は飛散してクライオポンプの構成部品に侵入し当該部品に悪影響を及ぼしうる。例えば、クライオポンプに付属し又は接続されるバルブに吸着材の粉末が噛み込まれ、バルブのリークを生じさせるかもしれない。

【0006】

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、非凝縮性気体を排気する代替吸着材を搭載した新規なクライオポンプを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のある態様によると、クライオポンプは、クライオポンプハウジングと、クライオポンプハウジング内に配置され、不燃性吸着材を備えるクライオパネルと、不燃性吸着材およびクライオパネルを加熱する加熱装置と、クライオポンプハウジングに取り付けられ、クライオポンプハウジングをパージガス源に接続するパージバルブと、クライオポンプハウジングに取り付けられ、クライオポンプハウジングをラフポンプに接続するラフバルブと、不燃性吸着材の温度またはクライオポンプハウジングの内圧を示す測定信号を生成するセンサと、再生開始指令を受け、測定信号に基づいて、（ｉ）不燃性吸着材を真空雰囲気にさらすことによって不燃性吸着材から水を昇華させるように構成される昇華再生シーケンスまたは（ｉｉ）不燃性吸着材を室温またはそれより高温下で真空雰囲気よりも高い圧力の乾燥雰囲気にさらすことによって不燃性吸着材を脱水するように構成される脱水シーケンスのいずれかを実行するように、加熱装置、パージバルブ、ラフバルブのうち少なくとも一つを制御するコントローラと、を備える。

【0008】

本発明のある態様によると、クライオポンプは、クライオポンプハウジングと、クライオポンプハウジング内に配置され、不燃性吸着材を備えるクライオパネルと、不燃性吸着材およびクライオパネルを加熱する加熱装置と、クライオポンプハウジングに取り付けられ、クライオポンプハウジングをパージガス源に接続するパージバルブと、クライオポンプハウジングに取り付けられ、クライオポンプハウジングをラフポンプに接続するラフバルブと、脱水シーケンスに従って加熱装置、パージバルブ、ラフバルブのうち少なくとも一つを制御し、脱水シーケンスに後続してクライオポンプハウジングに真空雰囲気を生成するようにラフバルブを制御するコントローラと、を備える。脱水シーケンスは、不燃性吸着材を室温またはそれより高温下で真空雰囲気よりも高い圧力の乾燥雰囲気にさらすことによって不燃性吸着材を脱水するように構成される。

【0009】

本発明のある態様によると、クライオポンプは、不燃性吸着材と、クライオポンプの真空排気運転を開始するために、不燃性吸着材を室温またはそれより高温下で乾燥雰囲気にさらすことによって不燃性吸着材を脱水することと、不燃性吸着材の脱水後に、不燃性吸着材の周囲環境を真空排気することと、不燃性吸着材を真空雰囲気で極低温に冷却することと、を逐次実行するコントローラと、を備える。

【0010】

本発明のある態様によると、クライオポンプの運転開始方法が提供される。クライオポンプは、不燃性吸着材を有する。運転開始方法は、不燃性吸着材を室温またはそれより高温下で乾燥雰囲気にさらすことによって不燃性吸着材を脱水することと、不燃性吸着材の脱水後に、不燃性吸着材の周囲環境を真空排気することと、不燃性吸着材を真空雰囲気で極低温に冷却することと、を備える。

【0011】

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、非凝縮性気体を排気する代替吸着材を搭載した新規なクライオポンプを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】ある実施の形態に係るクライオポンプを概略的に示す図である。

【図2】ある実施の形態に係り、吸着領域を形成する不燃性吸着材として使用可能なシリカゲルの代表的な物性を示す表である。

【図3】加熱によるシリカゲルの吸湿率の変化を示すグラフである。

【図4】パージガス流れによるシリカゲルの吸湿率の変化を示すグラフである。

【図5】低圧乾燥雰囲気でのシリカゲルの吸湿率の変化を示すグラフである。

【図6】実施の形態に係るクライオポンプの運転開始方法を例示するフローチャートである。

【図7】ある実施の形態に係るクライオポンプのブロック図である。

【図8】ある実施の形態に係るクライオポンプ再生方法の概略を示すフローチャートである。

【図9】図８に示される昇華再生シーケンスを示すフローチャートである。

【図10】図８に示される脱水シーケンスを示すフローチャートである。

【図11】図８に示される再生方法における温度及び圧力の時間変化の一例を示す図である。

【図12】ある実施の形態に係るクライオポンプシステムを概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。また、以下の説明において参照する図面において、各構成部材の大きさや厚みは説明の便宜上のものであり、必ずしも実際の寸法や比率を示すものではない。

【0015】

図１は、ある実施の形態に係るクライオポンプ１０を概略的に示す。クライオポンプ１０は、例えばイオン注入装置、スパッタリング装置、蒸着装置、またはその他の真空プロセス装置の真空チャンバに取り付けられて、真空チャンバ内部の真空度を所望の真空プロセスに要求されるレベルまで高めるために使用される。クライオポンプ１０は、排気されるべき気体を真空チャンバから受け入れるための吸気口１２を有する。吸気口１２を通じて気体がクライオポンプ１０の内部空間１４に進入する。

【0016】

なお以下では、クライオポンプ１０の構成要素の位置関係をわかりやすく表すために、「軸方向」、「径方向」との用語を使用することがある。軸方向は吸気口１２を通る方向（図１において中心軸Ａに沿う方向）を表し、径方向は吸気口１２に沿う方向（中心軸Ａに垂直な方向）を表す。便宜上、軸方向に関して吸気口１２に相対的に近いことを「上」、相対的に遠いことを「下」と呼ぶことがある。つまり、クライオポンプ１０の底部から相対的に遠いことを「上」、相対的に近いことを「下」と呼ぶことがある。径方向に関しては、吸気口１２の中心（図１において中心軸Ａ）に近いことを「内」、吸気口１２の周縁に近いことを「外」と呼ぶことがある。なお、こうした表現はクライオポンプ１０が真空チャンバに取り付けられたときの配置とは関係しない。例えば、クライオポンプ１０は鉛直方向に吸気口１２を下向きにして真空チャンバに取り付けられてもよい。

【0017】

また、軸方向を囲む方向を「周方向」と呼ぶことがある。周方向は、吸気口１２に沿う第２の方向であり、径方向に直交する接線方向である。

【0018】

クライオポンプ１０は、冷凍機１６、第１クライオパネルユニット１８、第２クライオパネルユニット２０、及び、クライオポンプハウジング７０を備える。第１クライオパネルユニット１８は、高温クライオパネル部または１００Ｋ部とも称されうる。第２クライオパネルユニット２０は、低温クライオパネル部または１０Ｋ部とも称されうる。

【0019】

冷凍機１６は、例えばギフォード・マクマホン式冷凍機（いわゆるＧＭ冷凍機）などの極低温冷凍機である。冷凍機１６は、二段式の冷凍機である。そのため、冷凍機１６は、第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４を備える。冷凍機１６は、第１冷却ステージ２２を第１冷却温度に冷却し、第２冷却ステージ２４を第２冷却温度に冷却するよう構成されている。第２冷却温度は第１冷却温度よりも低温である。例えば、第１冷却ステージ２２は６５Ｋ～１２０Ｋ程度、好ましくは８０Ｋ～１００Ｋに冷却され、第２冷却ステージ２４は１０Ｋ～２０Ｋ程度に冷却される。第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４はそれぞれ、高温冷却ステージ及び低温冷却ステージとも称しうる。

【0020】

また、冷凍機１６は、第２冷却ステージ２４を第１冷却ステージ２２に構造的に支持するとともに第１冷却ステージ２２を冷凍機１６の室温部２６に構造的に支持する冷凍機構造部２１を備える。そのため冷凍機構造部２１は、径方向に沿って同軸に延在する第１シリンダ２３及び第２シリンダ２５を備える。第１シリンダ２３は、冷凍機１６の室温部２６を第１冷却ステージ２２に接続する。第２シリンダ２５は、第１冷却ステージ２２を第２冷却ステージ２４に接続する。室温部２６、第１シリンダ２３、第１冷却ステージ２２、第２シリンダ２５、及び第２冷却ステージ２４は、この順に直線状に一列に並ぶ。

【0021】

第１シリンダ２３及び第２シリンダ２５それぞれの内部には第１ディスプレーサ及び第２ディスプレーサ（図示せず）が往復動可能に配設されている。第１ディスプレーサ及び第２ディスプレーサにはそれぞれ第１蓄冷器及び第２蓄冷器（図示せず）が組み込まれている。また、室温部２６は、第１ディスプレーサ及び第２ディスプレーサを往復動させるための駆動機構（図示せず）を有する。駆動機構は、冷凍機１６の内部への作動気体（例えばヘリウム）の供給と排出を周期的に繰り返すよう作動気体の流路を切り替える流路切替機構を含む。

【0022】

冷凍機１６は、作動気体の圧縮機（図示せず）に接続されている。冷凍機１６は、圧縮機により加圧された作動気体を内部で膨張させて第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４を冷却する。膨張した作動気体は圧縮機に回収され再び加圧される。冷凍機１６は、作動気体の給排とこれに同期した第１ディスプレーサ及び第２ディスプレーサの往復動とを含む熱サイクルを繰り返すことによって寒冷を発生させる。

【0023】

図示されるクライオポンプ１０は、いわゆる横型のクライオポンプである。横型のクライオポンプとは一般に、冷凍機１６がクライオポンプ１０の中心軸Ａに交差する（通常は直交する）よう配設されているクライオポンプである。

【0024】

第１クライオパネルユニット１８は、放射シールド３０と入口クライオパネル３２とを備え、第２クライオパネルユニット２０を包囲する。第１クライオパネルユニット１８は、クライオポンプ１０の外部またはクライオポンプハウジング７０からの輻射熱から第２クライオパネルユニット２０を保護するための極低温表面を提供する。第１クライオパネルユニット１８は第１冷却ステージ２２に熱的に結合されている。よって第１クライオパネルユニット１８は第１冷却温度に冷却される。第１クライオパネルユニット１８は第２クライオパネルユニット２０との間に隙間を有しており、第１クライオパネルユニット１８は第２クライオパネルユニット２０と接触していない。第１クライオパネルユニット１８はクライオポンプハウジング７０とも接触していない。

【0025】

第１クライオパネルユニット１８は、凝縮クライオパネルと称することもできる。第２クライオパネルユニット２０は、吸着クライオパネルと称することもできる。

【0026】

放射シールド３０は、クライオポンプハウジング７０の輻射熱から第２クライオパネルユニット２０を保護するために設けられている。放射シールド３０は、クライオポンプハウジング７０と第２クライオパネルユニット２０との間にあり、第２クライオパネルユニット２０を囲む。放射シールド３０は、クライオポンプ１０の外部から内部空間１４に気体を受け入れるためのシールド主開口３４を有する。シールド主開口３４は、吸気口１２に位置する。

【0027】

放射シールド３０は、シールド主開口３４を定めるシールド前端３６と、シールド主開口３４と反対側に位置するシールド底部３８と、シールド前端３６をシールド底部３８に接続するシールド側部４０と、を備える。シールド側部４０は、軸方向にシールド前端３６からシールド主開口３４と反対側へと延在し、周方向に第２冷却ステージ２４を包囲するよう延在する。

【0028】

シールド側部４０は、冷凍機構造部２１が挿入されるシールド側部開口４４を有する。シールド側部開口４４を通じて放射シールド３０の外から第２冷却ステージ２４及び第２シリンダ２５が放射シールド３０の中に挿入される。シールド側部開口４４は、シールド側部４０に形成された取付穴であり、例えば円形である。第１冷却ステージ２２は放射シールド３０の外に配置されている。

【0029】

シールド側部４０は、冷凍機１６の取付座４６を備える。取付座４６は、第１冷却ステージ２２を放射シールド３０に取り付けるための平坦部分であり、放射シールド３０の外から見てわずかに窪んでいる。取付座４６は、シールド側部開口４４の外周を形成する。第１冷却ステージ２２が取付座４６に取り付けられることによって、放射シールド３０が第１冷却ステージ２２に熱的に結合されている。

【0030】

このように放射シールド３０を第１冷却ステージ２２に直接取り付けることに代えて、ある実施の形態においては、放射シールド３０は、追加の伝熱部材を介して第１冷却ステージ２２に熱的に結合されていてもよい。

【0031】

図示される実施の形態においては、放射シールド３０は一体の筒状に構成されている。これに代えて、放射シールド３０は、複数のパーツにより全体として筒状の形状をなすように構成されていてもよい。これら複数のパーツは互いに間隙を有して配設されていてもよい。例えば、放射シールド３０は軸方向に２つの部分に分割されていてもよい。

【0032】

入口クライオパネル３２は、クライオポンプ１０の外部の熱源（例えば、クライオポンプ１０が取り付けられる真空チャンバ内の熱源）からの輻射熱から第２クライオパネルユニット２０を保護するために、吸気口１２（またはシールド主開口３４、以下同様）に設けられている。また、入口クライオパネル３２の冷却温度で凝縮する気体（例えば水分）がその表面に捕捉される。

【0033】

入口クライオパネル３２は、吸気口１２において第２クライオパネルユニット２０に対応する場所に配置されている。入口クライオパネル３２は、吸気口１２の開口面積の少なくとも中心部分を占有する。入口クライオパネル３２は、吸気口１２に配設される平面的な構造を備える。入口クライオパネル３２は例えば、同心円状または格子状に形成されたルーバーまたはシェブロンを備えてもよいし、平板（例えば円板）のプレートを備えてもよい。

【0034】

入口クライオパネル３２は取付部材（図示せず）を介してシールド前端３６に取り付けられる。こうして入口クライオパネル３２は放射シールド３０に固定され、放射シールド３０に熱的に接続されている。入口クライオパネル３２は第２クライオパネルユニット２０に近接しているが、接触はしていない。

【0035】

第２クライオパネルユニット２０は、クライオポンプ１０の内部空間１４の中心部に設けられている。第２クライオパネルユニット２０は、複数のクライオパネル６０と、パネル取付部材６２と、を備える。パネル取付部材６２は、第２冷却ステージ２４から軸方向に上方および下方に向けて延びている。第２クライオパネルユニット２０は、パネル取付部材６２を介して第２冷却ステージ２４に取り付けられている。このようにして、第２クライオパネルユニット２０は、第２冷却ステージ２４に熱的に接続されている。よって、第２クライオパネルユニット２０は第２冷却温度に冷却される。

【0036】

複数のクライオパネル６０が、シールド主開口３４からシールド底部３８へと向かう方向に沿って（即ち中心軸Ａに沿って）パネル取付部材６２上に配列されている。複数のクライオパネル６０はそれぞれ中心軸Ａに垂直に延在する平板（例えば円板）であり、互いに平行にパネル取付部材６２に取り付けられている。なおクライオパネル６０は平板には限られず、その形状はとくに限定されない。例えば、クライオパネル６０は、逆円錐台状または円錐台状の形状を有してもよい。

【0037】

複数のクライオパネル６０は図示されるようにそれぞれ同一形状を有してもよいし、異なる形状（例えば異なる径）を有してもよい。複数のクライオパネル６０のうちあるクライオパネル６０は、その上方に隣接するクライオパネル６０と同一形状を有するか、またはそれより大型であってもよい。また、複数のクライオパネル６０の間隔は図示されるように一定であってもよいし、互いに異なっていてもよい。

【0038】

第２クライオパネルユニット２０においては、少なくとも一部の表面に不燃性吸着材６４が配置されている。不燃性吸着材６４は非凝縮性気体（例えば水素）を吸着により捕捉するために設けられ、クライオパネル６０上に吸着領域を形成する。吸着領域は、吸気口１２から見えないように、上方に隣接するクライオパネル６０の陰となる場所に形成されていてもよい。例えば、吸着領域はクライオパネル６０の下面（背面）の全域に形成されている。また、吸着領域は、クライオパネル６０の上面（前面）の少なくとも中心部に形成されていてもよい。

【0039】

不燃性吸着材６４は、粒状の吸着材であってもよく、これをクライオパネル６０の表面に接着することにより吸着領域が形成されてもよい。吸着材の粒径は、例えば２ｍｍから５ｍｍであってもよい。このようにすれば、製造時の接着作業がしやすくなる。

【0040】

この実施の形態では、不燃性吸着材６４は、シリカゲルを主成分として含有する。不燃性吸着材６４は、少なくとも約５０質量パーセント、または少なくとも約６０質量パーセント、少なくとも約７０質量パーセント、少なくとも約８０質量パーセント、少なくとも約９０質量パーセントのシリカゲルを含んでもよい。不燃性吸着材６４は、実質的に全部がシリカゲルであってもよい。シリカゲルは、二酸化ケイ素を主成分とするので、酸素と化学反応をしない。

【0041】

このように、吸着領域は、無機物質からなる多孔質体により形成され、有機物質を含まない。典型的なクライオポンプとは異なり、クライオポンプ１０は、活性炭を含まない。

【0042】

多孔質体の吸着特性に関連する代表的なパラメータとして、平均細孔径、充填密度、細孔容積、および比表面積がある。一般に入手可能なシリカゲルには、いくつかの型があり、例えば、シリカゲルＡ型、シリカゲルＢ型、シリカゲルＮ型、シリカゲルＲＤ型、シリカゲルＩＤ型がある。そこで、各型のシリカゲルのこれら４つのパラメータを図２に示す。

【0043】

本発明者は、各型の粒状シリカゲルをクライオパネル６０に接着することによりクライオパネル６０上に吸着領域を形成し、共通の条件下で水素の吸蔵量を測定した。シリカゲルＡ型、シリカゲルＲＤ型、シリカゲルＮ型については、シリカゲルＢ型およびＩＤ型に比べて、より多くの水素を吸着することが判明した。吸着領域の単位面積あたりの水素吸蔵量の測定結果を、シリカゲルＡ型、シリカゲルＮ型、シリカゲルＲＤ型について以下に示す。
シリカゲルＡ型：２５１（Ｌ／ｍ^２）
シリカゲルＲＤ型：１９５（Ｌ／ｍ^２）
シリカゲルＮ型：１７９（Ｌ／ｍ^２）

【0044】

したがって、シリカゲルＡ型、シリカゲルＲＤ型、シリカゲルＮ型は、クライオポンプ１０に用いられる非凝縮性気体の吸着材として、実用に適しうると期待される。シリカゲルＢ型およびＩＤ型についても、要求される吸蔵量が比較的少ない用途においては、非凝縮性気体の吸着材として利用可能でありうる。

【0045】

ある吸着材による非凝縮性気体の吸蔵量は、次の２つの理由から、その吸着材の平均細孔径が小さいほど向上するものと考えられる。第１に、細孔の径が小さいほど、吸着材の表面において単位面積当たりの細孔数を多くすることができるからである。その結果、気体が吸着される表面積が大きくなり、気体分子は吸着されやすくなる。

【0046】

また、吸着は、吸着材の表面と気体分子との物理的相互作用、例えば分子間力によって生じる。細孔の径が小さいほど、細孔のサイズが気体分子の大きさに近づく。そうすると、気体分子が細孔内に進入したとき、気体分子を中心として相互作用が生じうる距離範囲に細孔の内壁面が存在する可能性が高まる。気体分子と細孔の壁面との相互作用が起こりやすくなり、気体分子は吸着されやすくなる。これが第２の理由である。

【0047】

このような知見を踏まえると、良好な非凝縮性気体の吸着特性を得るために、シリカゲルは、３．０ｎｍ以下の平均細孔径を有することが好ましい。また、水素分子の大きさはおよそ０．１ｎｍであるから、シリカゲルは、それよりも大きい平均細孔径、例えば、０．５ｎｍ以上の平均細孔径を有することが好ましい。

【0048】

より好ましくは、シリカゲルは、２．０ｎｍから３．０ｎｍの平均細孔径を有する。図２からわかるように、シリカゲルＡ型、シリカゲルＲＤ型、シリカゲルＮ型は、この好ましい範囲に含まれる平均細孔径を有する。シリカゲルＢ型およびＩＤ型の平均細孔径は、この範囲よりもかなり大きい。

【0049】

シリカゲルＡ型、シリカゲルＲＤ型、シリカゲルＮ型の平均細孔径を比べると、シリカゲルＡ型のほうが他の２つの型よりも平均細孔径が大きい。しかし、シリカゲルＡ型のほうが、上述のように、単位面積あたりの水素吸蔵量が大きい。このようにシリカゲルＡ型が良好な結果をもたらす理由は、シリカゲルＡ型は、均一な形状の粒状シリカゲルを入手しやすいためである。均一な粒状シリカゲルは、クライオパネル表面に密に並べて接着しやすい。よって、シリカゲルＡ型は、不定形状の粒状シリカゲルに比べて、クライオパネル６０上に高密度に設置することができ、吸蔵量を高めることができる。

【0050】

また、シリカゲルは、上述の範囲の平均細孔径を有することに加えて、０．７～０．９ｇ／ｍＬの充填密度、０．２５～０．４５ｍＬ／ｇの細孔容積、５５０～７５０ｍ^２／ｇを有することが好ましい。このような物性を有するシリカゲルであれば、シリカゲルＡ型、シリカゲルＲＤ型、シリカゲルＮ型と同様に良好な吸着特性を有するものと期待される。

【0051】

第２クライオパネルユニット２０の少なくとも一部の表面には凝縮性気体を凝縮により捕捉するための凝縮領域６６が形成されている。凝縮領域６６は例えば、クライオパネル表面上で吸着材の欠落した区域であり、クライオパネル基材表面例えば金属面が露出されている。例えば、クライオパネル６０の上面外周部は凝縮領域６６であってもよい。

【0052】

クライオポンプハウジング７０は、第１クライオパネルユニット１８、第２クライオパネルユニット２０、及び冷凍機１６を収容するクライオポンプ１０の筐体であり、内部空間１４の真空気密を保持するよう構成されている真空容器である。クライオポンプハウジング７０は、第１クライオパネルユニット１８及び冷凍機構造部２１を非接触に包含する。クライオポンプハウジング７０は、冷凍機１６の室温部２６に取り付けられている。

【0053】

クライオポンプハウジング７０の前端によって、吸気口１２が画定されている。クライオポンプハウジング７０は、その前端から径方向外側に向けて延びている吸気口フランジ７２を備える。吸気口フランジ７２は、クライオポンプハウジング７０の全周にわたって設けられている。クライオポンプ１０は、吸気口フランジ７２を用いて真空排気対象の真空チャンバに取り付けられる。

【0054】

クライオポンプハウジング７０には、ラフバルブ８０、パージバルブ８４、ベントバルブ８８が取り付けられている。

【0055】

ラフバルブ８０は、ラフポンプ８２に接続される。ラフバルブ８０の開閉により、ラフポンプ８２とクライオポンプ１０とが連通または遮断される。ラフバルブ８０を開くことによりラフポンプ８２とクライオポンプハウジング７０とが連通され、ラフバルブ８０を閉じることによりラフポンプ８２とクライオポンプハウジング７０とが遮断される。ラフバルブ８０を開きかつラフポンプ８２を動作させることにより、クライオポンプ１０の内部を減圧することができる。

【0056】

ラフポンプ８２は、クライオポンプ１０の真空引きをするための真空ポンプである。ラフポンプ８２は、クライオポンプ１０の動作圧力範囲の低真空領域、言い替えればクライオポンプ１０の動作開始圧力であるベース圧レベルをクライオポンプ１０に提供するための真空ポンプである。ラフポンプ８２は、大気圧からベース圧レベルまでクライオポンプハウジング７０を減圧することができる。ベース圧レベルは、ラフポンプ８２の高真空領域にあたり、ラフポンプ８２とクライオポンプ１０の動作圧力範囲の重なり部分に含まれる。ベース圧レベルは、例えば１Ｐａ以上５０Ｐａ以下（例えば１０Ｐａ程度）の範囲である。

【0057】

ラフポンプ８２は典型的にはクライオポンプ１０とは別の真空装置として設けられ、例えばクライオポンプ１０が接続される真空チャンバを含む真空システムの一部を構成する。クライオポンプ１０は真空チャンバのための主ポンプであり、ラフポンプ８２は補助ポンプである。

【0058】

パージバルブ８４はパージガス源８６を含むパージガス供給装置に接続される。パージバルブ８４の開閉によりパージガス源８６とクライオポンプ１０とが連通または遮断され、パージガスのクライオポンプ１０への供給が制御される。パージバルブ８４を開くことにより、パージガス源８６からクライオポンプハウジング７０へのパージガス流れが許容される。パージバルブ８４を閉じることにより、パージガス源８６からクライオポンプハウジング７０へのパージガス流れが遮断される。パージバルブ８４を開きパージガス源８６からパージガスをクライオポンプハウジング７０に導入することにより、クライオポンプ１０の内部を昇圧することができる。供給されたパージガスは、ラフバルブ８０を通じてクライオポンプ１０から排出される。

【0059】

パージガスの温度は、たとえば室温に調整されているが、ある実施の形態においてはパージガスは、室温より高温に加熱されたガス、または、室温よりいくらか低温のガスであってもよい。本書において室温は、１０℃～３０℃の範囲または１５℃～２５℃の範囲から選択される温度であり、例えば約２０℃である。パージガスは例えば窒素ガスである。パージガスは、乾燥したガスであってもよい。

【0060】

ベントバルブ８８は、クライオポンプ１０の内部から外部環境へと流体を排出するために設けられている。ベントバルブ８８は、通常は閉鎖されているが、外部圧力とクライオポンプハウジング７０の内圧との圧力差によって機械的に開弁されうる。ベントバルブ８８が開弁されることにより、クライオポンプハウジング７０の内部に生じた陽圧を外部に解放することができる。ベントバルブ８８から排出される流体は基本的にはガスであるが、液体または気液の混合物であってもよい。

【0061】

クライオポンプ１０には、不燃性吸着材６４およびクライオパネル６０を加熱する加熱装置が設けられている。加熱装置は、例えば、冷凍機１６である。冷凍機１６は、昇温運転（いわゆる逆転昇温）を可能とする。すなわち、冷凍機１６は、室温部２６に設けられた駆動機構が冷却運転とは逆方向に動作するとき作動気体に断熱圧縮が生じるよう構成されている。こうして得られる圧縮熱で冷凍機１６は第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４を加熱する。第１クライオパネルユニット１８及び第２クライオパネルユニット２０はそれぞれ第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４を熱源として加熱される。

【0062】

加熱されたパージガスが供給される場合には、パージバルブ８４が加熱装置の一部を構成するとみなされてもよい。あるいは、クライオポンプ１０には、例えば電気ヒータなどの加熱装置が設けられてもよい。例えば、冷凍機１６の運転から独立して制御可能な電気ヒータが冷凍機１６の第１冷却ステージ２２及び／または第２冷却ステージ２４に装着されていてもよい。

【0063】

クライオポンプ１０は、第１冷却ステージ２２の温度を測定するための第１温度センサ９０と、第２冷却ステージ２４の温度を測定するための第２温度センサ９２と、を備える。第１温度センサ９０は、第１冷却ステージ２２に取り付けられている。第２温度センサ９２は、第２冷却ステージ２４に取り付けられている。よって、第１温度センサ９０は、第１クライオパネルユニット１８の温度を測定し、第２温度センサ９２は、第２クライオパネルユニット２０の温度を測定することができる。第２温度センサ９２の測定温度は、不燃性吸着材６４の温度を示すものとみなされる。また、クライオポンプ１０の運転開始前のようにクライオポンプ１０の全体の温度が均一（例えば室温）である場合、第１温度センサ９０の測定温度は、不燃性吸着材６４の温度を示すものとみなされる。

【0064】

また、クライオポンプハウジング７０の内部に圧力センサ９４が設けられている。圧力センサ９４は例えば、第１クライオパネルユニット１８の外側で冷凍機１６の近傍に設けられている。圧力センサ９４は、クライオポンプハウジング７０の内圧を測定することができる。

【0065】

クライオポンプ１０は、クライオポンプ１０の運転（例えば、真空排気運転、再生運転など）を制御するコントローラ１００を備える。コントローラ１００は、クライオポンプコントローラ、あるいは再生コントローラとも称されうる。

【0066】

コントローラ１００は、詳細は後述するが、不燃性吸着材６４を乾燥させるための脱水シーケンス（以下、基本脱水シーケンスともいう）を実行可能に構成されている。脱水シーケンスは、不燃性吸着材６４を室温またはそれより高温下で真空雰囲気よりも高い圧力（例えば少なくとも１０００Ｐａ）の乾燥雰囲気にさらすことによって不燃性吸着材６４を脱水するように構成される。コントローラ１００は、脱水シーケンスに従って加熱装置、パージバルブ８４、ラフバルブ８０のうち少なくとも一つを制御する。コントローラ１００は、脱水シーケンスに後続してクライオポンプハウジング７０に真空雰囲気（例えば１００Ｐａ未満）を生成するようにラフバルブ８０を制御する。コントローラ１００は、この真空雰囲気のもとで極低温冷却を提供するように冷凍機１６を制御する。

【0067】

本書の冒頭で述べたように、従来典型的なクライオポンプは吸着材として活性炭を用いており、ある用途においては酸素やオゾンを含む気体がクライオポンプによって排気される。この場合、再生中に、活性炭は酸素雰囲気にさらされる。活性炭は可燃物であるから、何らかの要因により偶発的な発火が生じるかもしれない。事故の可能性を低減するためには、複数の危険因子の併存を回避することが肝要である。

【0068】

実施の形態によれば、クライオポンプ１０は、不燃性吸着材６４を有するので、たとえ酸素が存在したとしても、吸着材の発火および燃焼は確実に防止される。従来と異なり、複数の危険因子（活性炭と酸素）の併存が回避され、発火リスクをなくすことができる。よって、クライオポンプ１０の安全性は向上される。排気すべき気体に酸素が含まれる用途に適するクライオポンプ１０を提供することができる。

【0069】

不燃性吸着材６４は、シリカゲルには限られない。不燃性吸着材６４としてモレキュラーシーブなど他の無機多孔質体を用いる考えもありうる。無機吸着材であれば同様に安全性は向上される。

【0070】

しかし、本実施の形態のようにシリカゲルを用いることには、クライオポンプ１０の再生を容易にするという利点がある。多孔質体の吸着特性は一般に、高温になるほど吸着量が低下するという温度依存性をもつ。すなわち、多孔質体が加熱されると、そこに吸着されている気体が放出されやすくなる。シリカゲルは、他の無機多孔質体に比べて、高温での吸着特性の低下が顕著に大きい。したがって、シリカゲルを含有する不燃性吸着材６４は、再生されやすい。

【0071】

ところで、クライオポンプ１０が製造業者から出荷されるとき、ユーザーには吸気口１２に蓋が取り付けられた状態で配送される。クライオポンプ１０内には窒素ガスまたは他の清浄な乾燥ガスが充填されていてもよい。ユーザーに届いたクライオポンプ１０は蓋がついた状態で保管される。ユーザーは、クライオポンプ１０を使用する現場で吸気口１２から蓋を取り外し、クライオポンプ１０を真空チャンバに取り付ける。そして、クライオポンプ１０はラフバルブ８０を通じてラフポンプ８２によりベース圧（例えば、１００Ｐａ未満の微小な圧力）まで真空引きされ、冷凍機１６の冷却運転が開始される。第１クライオパネルユニット１８、第２クライオパネルユニット２０は極低温に冷却され、クライオポンプ１０の真空排気運転が開始される。

【0072】

クライオポンプ１０から蓋が取り外されたまま放置される等、ユーザーの保管の仕方がよくない場合には、不燃性吸着材６４が大気に長期間触れ、多くの水分を吸着する可能性がある。保管が悪く、不燃性吸着材６４が長期に大気暴露されると、不燃性吸着材６４の吸湿率（質量比、例えば１ｇの不燃性吸着材６４あたりの吸水量）は、少なくとも３０％に達しうる。

【0073】

本発明者は、このような状況で運転開始のためにクライオポンプ１０を真空引きすると、不燃性吸着材６４が直ちに粉末状に砕けるという、これまで知られていない現象が起こることに気づいた。この現象は、吸着材として活性炭を有する従来のクライオポンプには起こらない。

【0074】

これは問題である。不燃性吸着材６４が破損すればクライオポンプの非凝縮性気体の排気性能が低下する。また、ラフバルブ８０、パージバルブ８４などクライオポンプ１０に付属し又は接続されるバルブに不燃性吸着材６４の砕けた粉末が噛み込まれれば、バルブにリークが生じうる。ラフバルブ８０、パージバルブ８４にリークが起こればクライオポンプ１０内で真空が維持されず、バルブの交換などメンテナンスが必要となる。砕けた粉末はセンサなどクライオポンプ１０の他の構成部品に侵入し当該部品に悪影響を及ぼすかもしれない。

【0075】

この新現象は、真空引きによって不燃性吸着材６４の周囲が急速に減圧され、不燃性吸着材６４から水分が急激に気化して脱離し、これが吸着材内部に局所冷却や熱応力を発生させ、その結果、不燃性吸着材６４が破壊されるというメカニズムに基づくと考えられる。こうした破砕は、不燃性吸着材６４がシリカゲルで形成される場合に顕著であるが、例えばゼオライトなど他の無機吸着材についても同様のメカニズムにより発生する可能性はありうる。

【0076】

本発明者は、不燃性吸着材６４の吸湿率を２４％未満（好ましくは２０％未満）とすれば、真空引きによる不燃性吸着材６４の破砕が防止されることを実験的に見出した。そこで、実施の形態では、クライオポンプ１０は、クライオポンプ１０の真空排気運転を開始するために、不燃性吸着材６４を乾燥させる脱水シーケンスを実行するように構成される。乾燥条件は、不燃性吸着材６４の吸湿率を２４％未満（好ましくは２０％未満）に低下させるように設定される。乾燥条件は、加熱温度、乾燥雰囲気の圧力、および乾燥時間の少なくとも１つを含みうる。

【0077】

図３は、加熱によるシリカゲルの吸湿率の変化を示すグラフである。これは本発明者が行った実験により取得された結果であり、図３には、シリカゲルを乾燥炉で所定の乾燥温度に加熱したときの吸湿率の時間変化がプロットされている。初期の吸湿率は３０％とし、これはクライオポンプに設けられたシリカゲルが長期に大気暴露され多量の水分を吸着している状態を模擬している。８０℃、６０℃、５０℃の３つの乾燥温度で大気圧下で試験をしている。

【0078】

どの乾燥温度でも、時間の経過とともに吸湿率は低下しシリカゲルから水分が脱離する。乾燥温度が高いほど、速く吸湿率が低下する。８０℃の乾燥温度では、吸湿率は、乾燥開始から約２０～２５分で約２４％に低下し、約３５～４０分で約２０％に低下する。６０℃の乾燥温度では、吸湿率は、約５０分で約２４％に低下し、約９０分で約２０％に低下する。５０℃の乾燥温度では、吸湿率は、約１４０分で約２４％に低下し、約２５０分で約２０％に低下する。

【0079】

したがって、この実験結果から、シリカゲルの脱水には乾燥温度を少なくとも５０℃とすることが有効であることがわかる。乾燥時間は短いほど実用上有利である。乾燥温度を少なくとも６０℃とすれば、約１時間以内の乾燥時間で吸湿率を約２４％以下に低下させることができる。また、乾燥温度を少なくとも８０℃とすれば、約３０分以内の乾燥時間で吸湿率を約２４％以下に低下させることができる。

【0080】

したがって、不燃性吸着材６４の乾燥温度（目標加熱温度）は、室温より高温（例えば、３０℃以上、または４０℃以上）であってもよく、好ましくは、少なくとも５０℃（例えば、６０℃以上、または７０℃以上）であってもよく、より好ましくは、少なくとも８０℃（例えば、９０℃以上）であってもよい。

【0081】

乾燥温度を高くしすぎると、クライオポンプ１０の耐熱温度を超えてしまうリスクがある。そこで、乾燥温度は、１３０℃以下、または１２０℃以下、または１１０℃以下、または１００℃以下、または９５℃以下であってもよい。

【0082】

図４は、パージガス流れによるシリカゲルの吸湿率の変化を示すグラフである。これも本発明者が行った実験により取得された結果であり、図４には、所定のパージガス流量でパージガスを容器に供給してシリカゲルを乾燥したときの吸湿率の時間変化がプロットされている。パージガスは、乾燥窒素ガスである。初期の吸湿率は３０％である。９０ＳＬＭ(standard liter/min)、４４ＳＬＭ、２８ＳＬＭの３つのパージガス流量で非加熱下（すなわち室温）で試験をしている。

【0083】

どのパージガス流量でも、時間の経過とともに吸湿率は低下しシリカゲルから水分が脱離する。パージガス流量が多いほど、速く吸湿率が低下する。図４に示されるように、例えば、９０ＳＬＭのパージガス流量の場合、吸湿率は、約４０分で約２４％に低下し、約７０分で約２０％に低下する。この実験結果から、パージガスの供給はシリカゲルの脱水に有効であることがわかる。脱水は、加熱をすることなく、パージガスの供給のみによっても可能である。

【0084】

図５は、低圧乾燥雰囲気でのシリカゲルの吸湿率の変化を示すグラフである。これも本発明者が行った実験により取得された結果であり、図５には、１０００～１１００Ｐａの低圧乾燥雰囲気にシリカゲルを保持したときの吸湿率の時間変化がプロットされている。同様に、初期の吸湿率は３０％である。乾燥雰囲気へのパージガスの供給は無く、加熱もされていない。

【0085】

乾燥雰囲気を大気圧よりも低圧とすることによっても、時間の経過とともに吸湿率は低下しシリカゲルから水分が脱離する。図５に示されるように、１０００～１１００Ｐａの低圧乾燥雰囲気では、吸湿率は、約２００分で約２４％に低下し、約４００分で約２０％に低下する。このとき、シリカゲルの破砕は見られない。この実験結果から、乾燥雰囲気を大気圧よりも低圧とすることはシリカゲルの脱水に有効であることがわかる。乾燥雰囲気の圧力は、例えば、少なくとも１０００Ｐａ、または少なくとも０．１気圧、または少なくとも１気圧であってもよい。

【0086】

図６は、実施の形態に係るクライオポンプ１０の運転開始方法を例示するフローチャートである。この方法は、不燃性吸着材６４を室温またはそれより高温下で乾燥雰囲気にさらすことによって不燃性吸着材６４を脱水することを備える（Ｓ１０）。上述のように、乾燥条件は、不燃性吸着材６４の吸湿率を２４％未満（好ましくは２０％未満）に低下させるように設定される。

【0087】

不燃性吸着材６４の脱水工程は、不燃性吸着材６４を室温よりも高い乾燥温度（例えば、５０℃以上、または８０℃以上）に加熱すること、クライオポンプハウジング７０にパージガスを供給すること、およびクライオポンプハウジング７０を１０００Ｐａよりも高い圧力（例えば、大気圧以上の圧力）に保持することのうち少なくとも１つによって、不燃性吸着材６４の周囲に乾燥雰囲気を形成することを含む。不燃性吸着材６４は、加熱装置（例えば、冷凍機１６の逆転昇温、高温のパージガスの供給、または、冷凍機１６またはクライオパネル６０に設けられた電気ヒータの作動）によって加熱される。パージガスの供給は、パージバルブ８４によって制御される。クライオポンプハウジング７０の減圧は、ラフバルブ８０によって制御される。

【0088】

不燃性吸着材６４の脱水（Ｓ１０）の後に、不燃性吸着材６４の周囲環境の真空排気が行われる（Ｓ２０）。ラフバルブ８０が開かれ、ラフポンプ８２が作動される。クライオポンプハウジング７０は、ラフバルブ８０を通じてラフポンプ８２によってベース圧に粗引きされる。上述のように、ベース圧は例えば１００Ｐａ未満である。不燃性吸着材６４の周囲には真空雰囲気が形成される。

【0089】

不燃性吸着材６４が真空雰囲気で極低温に冷却される（Ｓ３０）。冷凍機１６の冷却運転が開始され、第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４がそれぞれ第１冷却温度及び第２冷却温度に冷却される。よって、これらに熱的に結合されている第１クライオパネルユニット１８、第２クライオパネルユニット２０もそれぞれ第１冷却温度及び第２冷却温度に冷却される。不燃性吸着材６４は第２クライオパネルユニット２０に設けられているから、不燃性吸着材６４も第２冷却温度に冷却される。

【0090】

実施の形態に係るコントローラ１００は、図６に示されるクライオポンプ１０の運転開始方法を実行するように構成される。コントローラ１００は、クライオポンプ１０の真空排気運転を開始するために、（ａ）不燃性吸着材６４を室温またはそれより高温下で乾燥雰囲気にさらすことによって不燃性吸着材６４を脱水することと、（ｂ）不燃性吸着材６４の脱水後に、不燃性吸着材６４の周囲環境を真空排気することと、（ｃ）不燃性吸着材６４を真空雰囲気で極低温に冷却することと、を逐次実行するように構成される。

【0091】

このようにして、クライオポンプ１０の真空排気運転が開始される。入口クライオパネル３２は、真空チャンバからクライオポンプ１０に向かって飛来する気体を冷却する。入口クライオパネル３２の表面には、第１冷却温度で蒸気圧が充分に低い（例えば１０^－８Ｐａ以下の）気体が凝縮する。この気体は、第１種気体と称されてもよい。第１種気体は例えば水蒸気である。こうして、入口クライオパネル３２は、第１種気体を排気することができる。第１冷却温度で蒸気圧が充分に低くない気体の一部は、吸気口１２から内部空間１４へと進入する。あるいは、気体の他の一部は、入口クライオパネル３２で反射され、内部空間１４に進入しない。

【0092】

内部空間１４に進入した気体は、第２クライオパネルユニット２０によって冷却される。第２クライオパネルユニット２０の表面には、第２冷却温度で蒸気圧が充分に低い（例えば１０^－８Ｐａ以下の）気体が凝縮する。この気体は、第２種気体と称されてもよい。第２種気体は例えばアルゴンである。こうして、第２クライオパネルユニット２０は、第２種気体を排気することができる。

【0093】

第２冷却温度で蒸気圧が充分に低くない気体は、第２クライオパネルユニット２０の不燃性吸着材６４に吸着される。この気体は、第３種気体と称されてもよい。第３種気体は非凝縮性気体とも称され、例えば水素である。こうして、第２クライオパネルユニット２０は、第３種気体を排気することができる。したがって、クライオポンプ１０は、種々の気体を凝縮または吸着により排気し、真空チャンバの真空度を所望のレベルに到達させることができる。

【0094】

排気運転が継続されることによりクライオポンプ１０には気体が蓄積されていく。蓄積した気体を外部に排出するために、クライオポンプ１０の再生が行われる。クライオポンプに排気される気体に水蒸気が含まれるケースは珍しくない。クライオポンプ１０の真空排気運転中には水蒸気は第１クライオパネルユニット１８に凝縮され、氷となっている。再生中にはクライオポンプ１０は室温またはそれより高温（たとえば２９０Ｋ～３３０Ｋ）に加熱されるので、氷は溶けて水になる。吸着材に水滴が付着するかもしれない。

【0095】

シリカゲルはＯＨ基を有する親水性材料の一種である。こうした親水性吸着材が液体の水に触れると、吸着材の分子と水分子との間に水素結合が容易に形成される。水素結合は強い結合であるため、吸着材の脱水にはかなり時間を要することになり、再生時間が長くなってしまうことが予想される。これは望ましくない。加えて、シリカゲルは、液体の水に浸かると脆くなり、その後自然に砕けてしまう性質がある。そのため、不燃性吸着材６４がシリカゲルを含有する場合には、液体の水との接触を避けることがとくに望まれる。なお従来よく用いられる活性炭はシリカゲルとは異なり、疎水性材料である。

【0096】

そこで、クライオポンプ１０の再生は、氷を昇華により、液体の水を経ることなく水蒸気へと気化し、外部に排出するようにして行われてもよい。不燃性吸着材６４の脱水シーケンスをこのような昇華再生に組み込んで実装する実施の形態を以下に説明する。

【0097】

図７は、ある実施の形態に係るクライオポンプ１０のブロック図である。

【0098】

第１温度センサ９０は、第１クライオパネルユニット１８の温度を定期的に測定し、第１クライオパネルユニット１８の測定温度を示す第１温度測定信号Ｓ１を生成する。第１温度センサ９０は、コントローラ１００に通信可能に接続されており、第１温度測定信号Ｓ１をコントローラ１００に出力する。第２温度センサ９２は、第２クライオパネルユニット２０の温度を定期的に測定し、第２クライオパネルユニット２０の測定温度を示す第２温度測定信号Ｓ２を生成する。第２温度センサ９２は、コントローラ１００に通信可能に接続されており、第２温度測定信号Ｓ２をコントローラ１００に出力する。

【0099】

圧力センサ９４は、クライオポンプハウジング７０の内圧を定期的に測定し、クライオポンプハウジング７０の内圧を示す圧力測定信号Ｓ３を生成する。圧力センサ９４は、コントローラ１００に通信可能に接続されており、圧力測定信号Ｓ３をコントローラ１００に出力する。

【0100】

コントローラ１００は、第１温度測定信号Ｓ１、第２温度測定信号Ｓ２、圧力測定信号Ｓ３を受信するよう構成されている。コントローラ１００は、第１温度測定信号Ｓ１、第２温度測定信号Ｓ２、圧力測定信号Ｓ３のうち少なくとも１つに基づいて、冷凍機制御信号Ｓ４、ラフバルブ制御信号Ｓ５、パージバルブ制御信号Ｓ６のうち少なくとも１つを生成するよう構成されている。コントローラ１００は、冷凍機制御信号Ｓ４を冷凍機１６に送信し、ラフバルブ制御信号Ｓ５をラフバルブ８０に送信し、パージバルブ制御信号Ｓ６をパージバルブ８４に送信するよう構成されている。

【0101】

冷凍機１６は、冷凍機制御信号Ｓ４に従って制御される。冷凍機１６の冷却運転のオンオフや逆転昇温運転のオンオフ、冷却運転と逆転昇温運転の切替は、冷凍機制御信号Ｓ４に基づく。また、冷凍機１６の運転周波数（冷凍機１６を駆動するモータの回転数に対応する）は冷凍機制御信号Ｓ４に従って可変に制御されてもよい。ラフバルブ８０は、ラフバルブ制御信号Ｓ５に従って開弁され、または閉弁される。パージバルブ８４は、パージバルブ制御信号Ｓ６に従って開弁され、または閉弁される。また、コントローラ１００は、クライオポンプ１０に設けられた加熱装置（例えば、冷凍機１６に装着された電気ヒータ）のオンオフを切り替えるように加熱装置を制御してもよい。

【0102】

クライオポンプ１０は、記憶部１０２、入力部１０４、及び出力部１０６を備える。記憶部１０２は、クライオポンプ１０の制御に関連するデータを記憶するよう構成されている。記憶部１０２は、半導体メモリまたはその他のデータ記憶媒体であってもよい。入力部１０４は、ユーザまたは他の装置からの入力を受け付けるよう構成されている。入力部１０４は例えば、ユーザからの入力を受け付けるためのマウスやキーボード等の入力手段、及び／または、他の装置との通信をするための通信手段を含む。出力部１０６は、クライオポンプ１０の制御に関連するデータを出力するよう構成され、ディスプレイやプリンタ等の出力手段を含む。記憶部１０２、入力部１０４、及び出力部１０６はそれぞれコントローラ１００と通信可能に接続されている。

【0103】

コントローラ１００は、昇華再生部１１０と脱水部１１２を備える。昇華再生部１１０は、第１温度測定信号Ｓ１、第２温度測定信号Ｓ２、圧力測定信号Ｓ３に基づいて、昇華再生シーケンスを実行するように構成される。脱水部１１２は、第１温度測定信号Ｓ１、第２温度測定信号Ｓ２、圧力測定信号Ｓ３に基づいて、脱水シーケンスを実行するように構成される。昇華再生部１１０は昇華再生コントローラと称されてもよく、脱水部１１２は脱水コントローラと称されてもよい。

【0104】

コントローラ１００は、再生開始指令Ｓ７を受け、クライオポンプ１０の再生を開始するように構成されている。再生開始指令Ｓ７は、例えば、入力部１０４からコントローラ１００に入力される。

【0105】

コントローラ１００は、ハードウェア構成としてはコンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や回路で実現され、ソフトウェア構成としてはコンピュータプログラム等によって実現されるが、図７では適宜、それらの連携によって実現される機能ブロックとして描いている。これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。

【0106】

たとえば、コントローラ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マイコンなどのプロセッサ（ハードウェア）と、プロセッサ（ハードウェア）が実行するソフトウェアプログラムの組み合わせで実装することができる。そうしたハードウェアプロセッサは、たとえば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのプログラマブルロジックデバイスで構成してもよいし、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）のような制御回路であってもよい。ソフトウェアプログラムは、クライオポンプ１０の再生シーケンス（例えば、昇華再生シーケンス、脱水シーケンス）をコントローラ１００に実行させるためのコンピュータプログラムであってもよい。

【0107】

図８は、ある実施の形態に係るクライオポンプ再生方法の概略を示すフローチャートである。このクライオポンプ再生方法は、コントローラ１００によって実行される。コントローラ１００は、再生開始指令Ｓ７を受け、不燃性吸着材６４の温度を示す温度測定信号（例えば、第１温度測定信号Ｓ１および第２温度測定信号Ｓ２の少なくとも一方）に基づいて、昇華再生シーケンスまたは脱水シーケンスのいずれかを実行するように、加熱装置としての冷凍機１６、パージバルブ８４、ラフバルブ８０を制御する。昇華再生シーケンスは、不燃性吸着材６４を真空雰囲気にさらすことによって不燃性吸着材６４から水を昇華させるように構成される。脱水シーケンスは、不燃性吸着材６４を室温またはそれより高温下で真空雰囲気よりも高い圧力の乾燥雰囲気にさらすことによって不燃性吸着材６４を脱水するように構成される。

【0108】

再生開始指令Ｓ７を受けると、コントローラ１００は、図８に示されるように、第１温度測定信号Ｓ１に基づいて、第１クライオパネルユニット１８の測定温度である第１測定温度Ｔ１が第１基準温度Ｔｒ１より低いか否かを判定する（Ｓ５１）。また、コントローラ１００は、第２温度測定信号Ｓ２に基づいて、第２クライオパネルユニット２０の測定温度である第２測定温度Ｔ２が第２基準温度Ｔｒ２より低いか否かを判定する（Ｓ５２）。

【0109】

これらの温度に基づく判定は、再生開始指令Ｓ７を受ける直前のクライオポンプ１０の状態を把握するために行われる。クライオポンプ１０の真空排気運転が行われていた場合には、第１クライオパネルユニット１８、第２クライオパネルユニット２０は極低温に冷却されている。一方、クライオポンプ１０が真空チャンバに新たに設置され、これから真空排気運転を開始すべき場合には、クライオポンプ１０は室温にある。あるいは、停電またはその他の異常事態が発生しその復旧に長い時間を要した場合にも、クライオポンプ１０は極低温から室温まで自然に昇温される。そこで、第１基準温度Ｔｒ１と第２基準温度Ｔｒ２は、クライオポンプ１０が極低温冷却されているのか、または室温にあるのかを切り分けるために、例えば２５０Ｋ～２８０Ｋの温度値に設定されてもよく、例えば２７３Ｋに設定される。ここでは、第１基準温度Ｔｒ１と第２基準温度Ｔｒ２は同じ値に設定されるが、異なる値に設定されてもよい。

【0110】

第１測定温度Ｔ１が第１基準温度Ｔｒ１より低く、かつ第２測定温度Ｔ２が第２基準温度Ｔｒ２より低い場合には（Ｓ５１のＮｏかつＳ５２のＮｏ）、コントローラ１００が再生開始指令Ｓ７を受けるまでクライオポンプ１０の真空排気運転が行われていたものとみなすことができる。よって、この場合、コントローラ１００の昇華再生部１１０が昇華再生シーケンスを実行する（Ｓ１００）。

【0111】

一方、第１測定温度Ｔ１が第１基準温度Ｔｒ１以上であるか、または、第２測定温度Ｔ２が第２基準温度Ｔｒ２以上である場合には（Ｓ５１のＹｅｓまたはＳ５２のＹｅｓ）、クライオポンプ１０が室温にあるとみなされる。よって、この場合、コントローラ１００の脱水部１１２が脱水シーケンスを実行する（Ｓ２００）。脱水シーケンスに続いて、コントローラ１００の昇華再生部１１０が昇華再生シーケンスを実行する（Ｓ１００）。こうしてクライオポンプ１０の再生は完了する。再生が完了すると、クライオポンプ１０は真空排気運転を開始する。

【0112】

このようにして、コントローラ１００は、不燃性吸着材６４の温度を示す温度測定信号に基づいて、不燃性吸着材６４が室温にあるとみなされる場合に脱水シーケンスを実行するように、加熱装置、パージバルブ８４、ラフバルブ８０のうち少なくとも一つを制御する。また、コントローラ１００は、不燃性吸着材６４の温度を示す温度測定信号に基づいて、不燃性吸着材６４が室温より低い温度にあるとみなされる場合に昇華再生シーケンスを実行するように、加熱装置、パージバルブ８４、ラフバルブ８０のうち少なくとも一つを制御する。

【0113】

なお、コントローラ１００は、再生開始指令Ｓ７を受け、圧力測定信号Ｓ３に基づいて、昇華再生シーケンスまたは脱水シーケンスのいずれかを実行するように、加熱装置としての冷凍機１６、パージバルブ８４、ラフバルブ８０を制御してもよい。クライオポンプ１０の真空排気運転が行われていた場合には、クライオポンプハウジング７０内は真空となっている。一方、クライオポンプ１０が真空チャンバに新たに設置され、これから真空排気運転を開始すべき場合には、クライオポンプハウジング７０内は大気圧となっている。あるいは、停電またはその他の異常事態が発生しその復旧に長い時間を要した場合にも、クライオポンプハウジング７０内は捕捉したガスの再気化により真空から大気圧（またはそれ以上）に昇圧される。したがって、クライオポンプハウジング７０の内圧からクライオポンプ１０の状態を把握することができる。

【0114】

あるいは、コントローラ１００は、センサからの測定信号に代えて、再生開始指令Ｓ７を受ける直前のクライオポンプ１０の状態に基づいて昇華再生シーケンスまたは脱水シーケンスのいずれかを実行するように加熱装置、パージバルブ、ラフバルブのうち少なくとも一つを制御してもよい。コントローラ１００は、クライオポンプ１０の現在のステータス（例えば、真空排気運転中、新規設置、再生中など）を示すステータスデータを生成し、記憶部１０２に保存するように構成されてもよい。コントローラ１００は、再生開始指令Ｓ７を受ける直前のステータスデータが真空排気運転を示す場合に昇華再生シーケンスを選択し、再生開始指令Ｓ７を受ける直前のステータスデータが新規設置を示す場合に脱水シーケンスを選択してもよい。

【0115】

このようにして、脱水シーケンスを要しない場合には、脱水シーケンスを省略することができる。再生時間が長くなることを防ぐことができる。

【0116】

図９は、図８に示される昇華再生シーケンスを示すフローチャートである。昇華再生シーケンスが開始されると、昇華再生部１１０は、パージバルブ８４を開くとともに、ラフバルブ８０を閉じる（Ｓ１０１）。パージガス源８６からパージバルブ８４を通じてクライオポンプハウジング７０にパージガスが供給される。それとともに、昇華再生部１１０は、冷凍機１６の逆転昇温運転を開始する。昇華再生部１１０は、第１温度測定信号Ｓ１に基づいて、第１測定温度Ｔ１を目標加熱温度に一致させるように冷凍機１６の運転周波数を制御してもよい。

【0117】

昇華再生部１１０は、第１温度測定信号Ｓ１に基づいて、第１測定温度Ｔ１をパージ停止温度Ｔｐと比較する（Ｓ１０２）。温度比較の結果に基づいて、昇華再生部１１０は、ラフバルブ８０、ラフポンプ８２を制御する。第１測定温度Ｔ１がパージ停止温度Ｔｐより低い場合には（Ｓ１０２のＮｏ）、現在の状態が維持される。すなわち、パージバルブ８４は開放され、ラフバルブ８０は閉鎖される。昇華再生部１１０は、所定時間経過後に再び、第１測定温度Ｔ１をパージ停止温度Ｔｐと比較する（Ｓ１０２）。なお、昇華再生部１１０は、第２温度測定信号Ｓ２に基づいて、第２測定温度Ｔ２をパージ停止温度Ｔｐと比較してもよい。

【0118】

パージ停止温度Ｔｐは、水の三重点温度（すなわち２７３．１５Ｋ）より低い温度値に設定されている。パージ停止温度Ｔｐは、水の三重点温度の近傍でそれより低い温度、たとえば約２３０Ｋ～２７０Ｋの範囲に設定されてもよい。パージ停止温度Ｔｐは、２５０Ｋに設定されてもよい。

【0119】

第１測定温度Ｔ１がパージ停止温度Ｔｐより高い場合には（Ｓ１０２のＹｅｓ）、昇華再生部１１０は、パージバルブ８４を閉じ、ラフバルブ８０を開く（Ｓ１０３）。こうして、クライオパネル温度が水の三重点温度を超える前にクライオポンプ１０へのパージガスの供給が停止される。なお、パージバルブ８４の閉鎖からいくらか遅れてラフバルブ８０が開放されてもよい。昇華再生部１１０は、冷凍機１６の逆転昇温運転を継続する。

【0120】

続いて、昇華再生部１１０は、ラフバルブ閉鎖条件が満たされるか否かを判定する（Ｓ１０４）。ラフバルブ閉鎖条件は、次の（ａ１）と（ａ２）を含む。
（ａ１）クライオポンプハウジング７０の測定内圧が圧力しきい値より低い。
（ａ２）第２クライオパネルユニット２０の測定温度が温度しきい値より高い。

【0121】

したがって、昇華再生部１１０は、圧力測定信号Ｓ３に基づいて、クライオポンプハウジング７０の測定内圧を圧力しきい値と比較する。昇華再生部１１０は、第２温度測定信号Ｓ２に基づいて、第２測定温度Ｔ２を温度しきい値と比較する。これら比較の結果に基づいて、昇華再生部１１０は、ラフバルブ８０およびパージバルブ８４を制御する。

【0122】

クライオポンプハウジング７０の測定内圧が圧力しきい値より高い場合には（Ｓ１０４のＮｏ）、現在の状態が維持される。第２クライオパネルユニット２０の測定温度が温度しきい値より低い場合にも（Ｓ１０４のＮｏ）、現在の状態が維持される。すなわち、ラフバルブ８０は開放され、パージバルブ８４は閉鎖される。所定時間経過後に再び、ラフバルブ閉鎖条件が満たされているか否かが判定される（Ｓ１０４）。

【0123】

圧力しきい値は、たとえば、１０Ｐａ～１００Ｐａの圧力範囲から選択され、たとえば３０Ｐａであってもよい。温度しきい値は、たとえば、２９０Ｋ～３３０Ｋの温度範囲から選択され、たとえば３００Ｋであってもよい。

【0124】

ラフバルブ閉鎖条件が満たされている場合（Ｓ１０４のＹｅｓ）、すなわち、クライオポンプハウジング７０の測定内圧が圧力しきい値より低くかつ第２クライオパネルユニット２０の測定温度が温度しきい値より高い場合には、ラフバルブ８０は閉鎖される（Ｓ１０５）。ラフバルブ８０の閉鎖と同時に、またはいくらか遅れてパージバルブ８４が開放されてもよい。

【0125】

ステップＳ１０５におけるラフバルブ８０の閉鎖後は、図示されない更なる排出工程およびクールダウン工程が行われ、昇華再生シーケンスは終了する。

【0126】

昇華再生シーケンスは、いわゆるフル再生であり、第１クライオパネルユニット１８と第２クライオパネルユニット２０の両方が再生される。そのため、クライオポンプ１０は、引き続き加熱され、室温またはそれより高温の再生温度（たとえば２９０Ｋ～３３０Ｋ）に昇温される。このように、再生中にクライオポンプ１０を比較的高い温度に維持することは、再生時間の短縮に寄与する。

【0127】

なお、実施形態に係るクライオポンプ再生は、クライオポンプ１０内に凝縮した水の量が少なく、昇華によってクライオポンプ１０の内圧が水の三重点圧力を超えない場合に適する。クライオポンプ１０内に大量の水が凝縮している場合には、昇華により多量の水蒸気が気化し、クライオポンプ１０の内圧が水の三重点圧力を超えるかもしれない。このような場合には、コントローラ１００は、クライオポンプ１０を室温より高温に加熱する代わりに、クライオポンプ１０の温度を水の三重点温度より低い温度に保持してもよい。

【0128】

図１０は、図８に示される脱水シーケンスを示すフローチャートである。脱水シーケンスが開始されると、脱水部１１２は、パージバルブ８４を開くとともに、ラフバルブ８０を閉じる（Ｓ２０１）。パージガス源８６からパージバルブ８４を通じてクライオポンプハウジング７０にパージガスが供給される。供給されたパージガスはベントバルブ８８を通じてクライオポンプハウジング７０から排出される。

【0129】

パージバルブ８４の開弁とともに、脱水部１１２は、冷凍機１６の逆転昇温運転を開始する。脱水部１１２は、第２温度測定信号Ｓ２に基づいて、第２測定温度Ｔ２を目標加熱温度に一致させるように冷凍機１６の運転周波数を制御してもよい。あるいは、脱水部１１２は、第１温度測定信号Ｓ１に基づいて、第１測定温度Ｔ１を目標加熱温度に一致させるように冷凍機１６の運転周波数を制御してもよい。上述のように、目標加熱温度は、例えば、５０℃以上の温度に設定される。

【0130】

続いて、脱水部１１２は、脱水完了条件が満たされるか否かを判定する（Ｓ２０２）。脱水完了条件は、次の（ｂ１）と（ｂ２）を含む。
（ｂ１）第２クライオパネルユニット２０の測定温度が温度しきい値より高い。
（ｂ２）予め設定された乾燥時間（脱水待ち時間）が経過している。

【0131】

したがって、脱水部１１２は、第２温度測定信号Ｓ２に基づいて、第２測定温度Ｔ２を温度しきい値と比較する。温度しきい値は、目標加熱温度に等しくてもよい。脱水部１１２は、経過時間を測定し、経過時間を予め設定された乾燥時間と比較する。この経過時間は、例えば、第２測定温度Ｔ２が温度しきい値に達した時点から起算されてもよいし、あるいは、再生開始指令Ｓ７から起算されてもよい。予め設定された乾燥時間は、例えば、１０分から６０分（例えば３０分）に設定されてもよい。これら比較の結果に基づいて、脱水部１１２は、ラフバルブ８０およびパージバルブ８４を制御する。

【0132】

第２クライオパネルユニット２０の測定温度が温度しきい値より低い場合には（Ｓ２０２のＮｏ）、現在の状態が維持される。予め設定された乾燥時間が経過していない場合にも（Ｓ２０２のＮｏ）、現在の状態が維持される。すなわち、パージバルブ８４は開放され、ラフバルブ８０は閉鎖され続ける。所定時間経過後に再び、脱水完了条件が満たされているか否かが判定される（Ｓ２０２）。

【0133】

脱水完了条件が満たされている場合（Ｓ２０２のＹｅｓ）、すなわち、第２クライオパネルユニット２０の測定温度が温度しきい値より高くかつ予め設定された乾燥時間が経過している場合には、パージバルブ８４は閉鎖される（Ｓ２０３）。脱水シーケンスの間、ラフバルブ８０は閉鎖され続ける。こうして、脱水シーケンスは終了する。

【0134】

なお、パージガスの供給可能量が限られている場合など、必要に応じて、脱水部１１２は、脱水完了条件が満たされる前に、パージバルブ８４を閉鎖してもよい。

【0135】

図１１は、図８に示される再生方法における温度及び圧力の時間変化の一例を示す。図において、符号Ｔ１、Ｔ２はそれぞれ第１クライオパネルユニット１８、第２クライオパネルユニット２０の測定温度を示す。温度値は左側の縦軸に示される。符号Ｐはクライオポンプハウジング７０の測定内圧を示し、圧力値は右側の縦軸に対数で示される。

【0136】

図示されるプロセスは、クライオポンプ１０を新規に運転開始する場合である。クライオポンプ１０は全体が室温にあり、内圧は大気圧となっている。再生シーケンスの開始時点Ｔ_０では、第１クライオパネルユニット１８と第２クライオパネルユニット２０はともに約２９７Ｋである。よって、第１測定温度Ｔ１は第１基準温度Ｔｒ１より高く、第２測定温度Ｔ２は第２基準温度Ｔｒ２より高い。したがって、図８に示されるフローに従ってまず、脱水シーケンスが実行され（図８のＳ２００）、それに続いて昇華再生シーケンスが実行される（図８のＳ１００）。

【0137】

脱水シーケンスが開始されると、パージバルブ８４が開かれ、ラフバルブ８０が閉鎖される（図１０のＳ２０１）。パージガスの供給により、クライオポンプハウジング７０の測定内圧Ｐは引き続き、大気圧程度となる。冷凍機１６の逆転昇温により、第１クライオパネルユニット１８と第２クライオパネルユニット２０（不燃性吸着材６４を含む）は、目標加熱温度（例えば、３３５Ｋ）へと加熱される。

【0138】

図１１に示されるタイミングＴａにおいて第２測定温度Ｔ２が目標加熱温度に到達する。第２測定温度Ｔ２が目標加熱温度に到達した時点から、コントローラ１００は、乾燥時間（脱水待ち時間）を計る。乾燥時間は３０分に設定されている。図１１に示されるタイミングＴｂにおいて乾燥時間が完了すると、脱水完了条件が満たされていると判定され（図１０のＳ２０２）、脱水シーケンスは終了する（図１０のＳ２０３）。

【0139】

続いて、昇華再生シーケンスが始まる。クライオポンプ１０は既に加熱されているので、第１測定温度Ｔ１と第２測定温度Ｔ２はともにパージ停止温度より高い。したがって、タイミングＴｂにおいて、パージバルブ８４は閉じられ、ラフバルブ８０が開かれる（図９のＳ１０３）。

【0140】

クライオポンプ１０の真空排気（粗引き）が行われ、クライオポンプ１０の内圧が十分に低くなったとき、ラフバルブ８０は閉鎖され、クライオポンプ１０の真空排気は終了される（図１１のタイミングＴｃ）。より具体的には、クライオポンプハウジング７０の測定内圧Ｐが圧力しきい値Ｐａより低くかつ第２クライオパネルユニット２０の測定温度Ｔ２が温度しきい値より高い場合に（図９のＳ１０４）、ラフバルブ８０は閉鎖される（図９のＳ１０５）。

【0141】

その後、図１１に示されるように、いわゆるラフアンドパージを含む排出工程が行われてもよい。ラフアンドパージは、クライオポンプ１０へのパージガスの供給と真空排気を交互に繰り返す工程である。ラフアンドパージは、吸着材に吸着した水蒸気を排出することに役立ちうる。ラフアンドパージの間、クライオポンプ１０の内圧および圧力上昇率は監視され、これらが所定値を満たすとき（図１１におけるタイミングＴｄ）、クライオポンプ１０のクールダウンが開始される。第１クライオパネルユニット１８および第２クライオパネルユニット２０がそれぞれ目標冷却温度に冷却されると、再生は完了する。

【0142】

以上説明したように、実施の形態によると、クライオポンプ１０の真空排気運転を開始する前に、不燃性吸着材６４の脱水を行うことができる。それまでの作業（製造、運搬、保管、設置など）のなかで不燃性吸着材６４が吸湿していたとしても、真空引きによる不燃性吸着材６４の破損を防ぎ、クライオポンプ１０を稼働させることができる。

【0143】

また、クライオポンプ１０の真空排気運転中に起こる停電またはその他の異常事態によりクライオポンプ１０に溜め込まれた氷が溶け、不燃性吸着材６４が高湿度環境にさらされたとしても、クライオポンプ１０は、異常事態からの復旧時に脱水シーケンスを実行し、不燃性吸着材６４を乾燥させることができる。これにより、真空引きによる不燃性吸着材６４の破損を防ぎ、クライオポンプ１０を稼働させることができる。

【0144】

コントローラ１００は、脱水シーケンスにおいて、不燃性吸着材６４およびクライオパネル６０を５０℃以上に加熱するように加熱装置を制御する。加熱を利用して、不燃性吸着材６４の脱水を短時間で行うことができる。

【0145】

また、コントローラ１００は、脱水シーケンスにおいて、クライオポンプハウジング７０にパージガスを供給するようにパージバルブ８４を開く。パージガスを利用して、不燃性吸着材６４の脱水を短時間で行うことができる。

【0146】

また、コントローラ１００は、脱水シーケンスの間、ラフバルブ８０を閉じ続ける。これにより、脱水シーケンスの途中でクライオポンプハウジング７０の内圧が過剰に減圧されることが防止される。

【0147】

昇華再生シーケンスによると、昇華により氷は液体の水を経ることなく水蒸気へと気化する。よって、親水性吸着材は、再生中に液体の水と接触しない。吸着材に吸着される水の量が少なくなるので、吸着材の脱水に要する時間を短縮することができる。よって、再生時間を短くすることができる。また、上述のように、シリカゲルは、液体の水に浸かると脆くなり、その後自然に砕けてしまう性質がある。しかしながら、本実施形態によると、親水性吸着材は、再生中に液体の水と接触しない。よって、親水性吸着材がシリカゲルを含有する場合に、親水性吸着材を長持ちさせることができる。

【0148】

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。ある実施の形態に関連して説明した種々の特徴は、他の実施の形態にも適用可能である。組合せによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態それぞれの効果をあわせもつ。

【0149】

ある実施の形態においては、上述の基本脱水シーケンスに続いて追加脱水シーケンスが実行されてもよい。コントローラ１００（例えば脱水部１１２）は、第１温度測定信号Ｓ１、第２温度測定信号Ｓ２、圧力測定信号Ｓ３に基づいて、追加脱水シーケンスを実行するように構成されてもよい。追加脱水シーケンスは、ラフバルブ８０を通じたクライオポンプハウジング７０の真空排気（粗引き）によって、不燃性吸着材６４に残留する水を減らすように構成されてもよい。または、追加脱水シーケンスは、ラフバルブ８０を通じたクライオポンプハウジング７０の真空排気とパージバルブ８４を通じたクライオポンプハウジング７０へのパージガス供給を交互に繰り返すラフアンドパージによって、不燃性吸着材６４に残留する水を減らすように構成されてもよい。ラフアンドパージは図１１に例示される。ラフアンドパージに続いて、クールダウンが行われ、追加脱水シーケンスは完了する。こうして、クライオポンプ１０の真空排気運転が開始される。なお、追加脱水シーケンスは、上述の昇華再生シーケンスの一部であってもよい。

【0150】

図１２は、ある実施の形態に係るクライオポンプシステムを概略的に示す図である。クライオポンプシステムは、複数のクライオポンプを備え、具体的には、少なくとも１つの第１クライオポンプ１０ａと、少なくとも１つの第２クライオポンプ１０ｂとを備える。図１２に示される例では、クライオポンプシステムは、２台の第１クライオポンプ１０ａと２台の第２クライオポンプ１０ｂからなる合計４台のクライオポンプで構成されるが、第１クライオポンプ１０ａ、第２クライオポンプ１０ｂの数はとくに限定されない。これら複数のクライオポンプは、それぞれ別個の真空チャンバに設置されてもよいし、ひとつの同じ真空チャンバに設置されてもよい。

【0151】

第１クライオポンプ１０ａは、シリカゲルを主成分として含有する吸着材を有するクライオポンプであり、例えば、図１に示されるクライオポンプ１０である。第２クライオポンプ１０ｂは、シリカゲルを含有しない吸着材（例えば、活性炭）を有するクライオポンプである。第２クライオポンプ１０ｂは、吸着材を除いて、図１に示されるクライオポンプ１０と同様の構成を有する。よって、第１クライオポンプ１０ａは、クライオポンプハウジング７０およびラフバルブ８０を備える。同様に、第２クライオポンプ１０ｂは、クライオポンプハウジング７０およびラフバルブ８０を備える。

【0152】

クライオポンプシステムは、ラフ排気ライン１３０を備える。ラフ排気ライン１３０は、第１クライオポンプ１０ａと第２クライオポンプ１０ｂに共通するラフポンプ８２と、各クライオポンプ（１０ａ、１０ｂ）のラフバルブ８０から共通のラフポンプ８２へと合流するラフ配管１３２とを備える。ラフポンプ８２は、複数の第１クライオポンプ１０ａと複数の第２クライオポンプ１０ｂに共用される。

【0153】

コントローラ１００は、各クライオポンプ（１０ａ、１０ｂ）についての再生開始指令Ｓ７を受け、当該クライオポンプの再生を開始するように構成されている。再生開始指令Ｓ７は、例えば、入力部１０４（図３参照）からコントローラ１００に入力される。

【0154】

ところで、各クライオポンプ（１０ａ、１０ｂ）はラフ排気ライン１３０を通じて互いに接続されているので、再生がいくつかのクライオポンプで並行して行われた場合には、あるクライオポンプ（クライオポンプＡと称する）から他のクライオポンプ（クライオポンプＢと称する）へとガスが逆流しうる。例えば、ラフポンプ８２がクライオポンプＡの粗引きをしている最中にクライオポンプＢがパージから粗引きに移行したとすると、その移行時点ではパージガスによりクライオポンプＢの内圧はクライオポンプＡに比べて高くなっている。そのため、２つのクライオポンプの圧力差によってラフ配管１３２を通じてクライオポンプＢからクライオポンプＡにガスが逆流しうる。

【0155】

このようなガスの逆流は、とくに、クライオポンプＡが第１クライオポンプ１０ａである場合には、望まれない。なぜなら、逆流により第１クライオポンプ１０ａが昇圧され、内圧が水の三重点圧力を超えうるからである。その場合、第１クライオポンプ１０ａにおいて氷が水へと液化しうる。吸着材に含まれるシリカゲルが液体の水と接触するリスクが高まる。

【0156】

また、ラフ配管１３２からクライオポンプ（１０ａ、１０ｂ）に生じる逆流によって、クライオポンプにパーティクルが進入するおそれもある。

【0157】

そこで、コントローラ１００は、基本脱水シーケンスを複数の第１クライオポンプ１０ａで並行して実行し、追加脱水シーケンスを複数の第１クライオポンプ１０ａで順番に実行してもよい。基本脱水シーケンスではラフバルブ８０が閉鎖されるので、複数の第１クライオポンプ１０ａが基本脱水シーケンスを同時に実行しても上記の問題は起こらない。追加脱水シーケンスではラフバルブ８０が開かれるが、複数の第１クライオポンプ１０ａが追加脱水シーケンスを順番に実行するので、複数のラフバルブ８０が同時に開くことはない。よって、複数の第１クライオポンプ１０ａ間でのガス逆流を防止することができる。

【0158】

ラフバルブ８０は、上述の昇華再生シーケンスでも開かれる。したがって同様に、コントローラ１００は、基本脱水シーケンスを複数の第１クライオポンプ１０ａで並行して実行し、昇華再生シーケンスを複数の第１クライオポンプ１０ａで順番に実行してもよい。このようにすれば、複数の第１クライオポンプ１０ａ間でのガス逆流を防止することができる。

【0159】

また、コントローラ１００は、第１クライオポンプ１０ａの脱水中（基本脱水シーケンス及び／または追加脱水シーケンス）、少なくとも１つの他のクライオポンプ（すなわち、第２クライオポンプ１０ｂ）についての再生開始指令Ｓ７を受けた場合、少なくとも１つの他のクライオポンプの再生開始を第１クライオポンプ１０ａの脱水完了以降に遅延させてもよい。このようにすれば、第２クライオポンプ１０ｂから第１クライオポンプ１０ａへのガス逆流を防止することができる。

【0160】

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用の一側面を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

【産業上の利用可能性】

【0161】

本発明は、クライオポンプ、クライオポンプシステム、クライオポンプの運転開始方法の分野における利用が可能である。

【符号の説明】

【0162】

１０ クライオポンプ、 ６０ クライオパネル、 ６４ 不燃性吸着材、 ７０ クライオポンプハウジング、 ８０ ラフバルブ、 ８２ ラフポンプ、 ８４ パージバルブ、 ８６ パージガス源、 １００ コントローラ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】