本申請主張基于2016年3月22日申請的日本專利申請第2016-057050號的優(yōu)先權(quán)。該日本申請的全部內(nèi)容通過參考援用于本說明書中。

本發(fā)明涉及一種低溫泵、低溫泵控制裝置及低溫泵控制方法。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)場安裝了新的低溫泵時，低溫泵從室溫冷卻至超低溫，并開始真空排氣運行。并且，眾所周知，由于低溫泵是氣體捕集式真空泵，因此為了向外部排出蓄積的氣體，需要以一定頻率進行再生。再生處理通常包括升溫工序、排出工序以及冷卻工序。若冷卻工序結(jié)束，則重新開始低溫泵的真空排氣運行。作為這種真空排氣運行的準備工序的低溫泵的冷卻有時還被稱作降溫工序。

專利文獻1：日本特開2013-170568號公報

低溫泵是超低溫制冷機的主要用途之一，其與其它用途的不同點在于：在制冷機的高溫級與低溫級需要具有較大的溫度差。但是，使低溫泵冷卻時不容易在短時間內(nèi)形成這種溫度差。例如，若高溫級到達目標冷卻溫度時低溫級尚未到達目標溫度，則必須在使高溫級保持目標溫度的同時繼續(xù)冷卻低溫級。這種降溫工序末期中的溫度調(diào)整需要一定程度的時間。尤其，在高溫級與低溫級之間需要存在較大的溫度差時，溫度調(diào)整所需的時間會變長。由于降溫工序為低溫泵的停機時間，因此優(yōu)選在短時間內(nèi)完成降溫工序。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一種實施方式的例示性目的之一在于縮短低溫泵的冷卻時間。

根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，低溫泵具備：一級低溫板；二級低溫板；一級目標溫度選擇部，其具備使所述一級低溫板的溫度及所述二級低溫板的溫度保持在超低溫區(qū)域的通常模式用的通常目標溫度和使所述一級低溫板及所述二級低溫板從室溫冷卻至超低溫區(qū)域的降溫模式用的降溫目標溫度，并且所述降溫目標溫度低于所述通常目標溫度，所述一級目標溫度選擇部在當前運行模式為所述通常模式時選擇所述通常目標溫度作為一級目標溫度，在當前運行模式為所述降溫模式時選擇所述降溫目標溫度并將其至少暫時作為一級目標溫度；及一級溫度控制部，其根據(jù)所選擇的一級目標溫度來控制一級低溫板溫度。

根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，低溫泵控制裝置具備：一級目標溫度選擇部，其具備使所述一級低溫板的溫度及二級低溫板的溫度保持在超低溫區(qū)域的通常模式用的通常目標溫度和使所述一級低溫板及所述二級低溫板從室溫冷卻至所述超低溫區(qū)域的降溫模式用的降溫目標溫度，并且所述降溫目標溫度低于所述通常目標溫度，所述一級目標溫度選擇部在當前運行模式為所述通常模式時選擇所述通常目標溫度作為一級目標溫度，在當前運行模式為所述降溫模式時選擇所述降溫目標溫度并將其至少暫時作為一級目標溫度；及一級溫度控制部，其根據(jù)所選擇的一級目標溫度來控制一級低溫板溫度。

根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，低溫泵控制方法具備如下工序：根據(jù)當前運行模式選擇一級目標溫度；根據(jù)所選擇的一級目標溫度控制一級低溫板溫度。使一級低溫板及二級低溫板從室溫冷卻至超低溫區(qū)域的降溫模式用的降溫目標溫度低于使所述一級低溫板的溫度及所述二級低溫板的溫度保持在所述超低溫區(qū)域的通常模式用的通常目標溫度，并且，至少暫時在所述當前運行模式為所述降溫模式時使用所述降溫目標溫度。

另外，上述構(gòu)成要件的任意組合或本發(fā)明的構(gòu)成要件或表現(xiàn)在裝置、方法、系統(tǒng)、計算機程序、存儲有計算機程序的存儲介質(zhì)等之間的互相置換也作為本發(fā)明的實施方式而有效。

根據(jù)本發(fā)明，能夠縮短低溫泵的冷卻時間。

附圖說明

圖1是示意性地表示一種實施方式所涉及的低溫泵的圖。

圖2是示意性地表示一種實施方式所涉及的低溫泵控制裝置的結(jié)構(gòu)的圖。

圖3是一種實施方式所涉及的一級目標溫度表。

圖4是用于說明低溫泵的運行方法的流程圖。

圖5是表示典型的降溫運行中的溫度分布的圖。

圖6是表示一種實施方式所涉及的低溫泵控制方法的流程圖。

圖7是表示一種實施方式所涉及的降溫運行中的溫度分布的圖。

圖8是示意性地表示另一種實施方式所涉及的低溫泵控制裝置的結(jié)構(gòu)的圖。

圖9是另一種實施方式所涉及的一級目標溫度表。

圖10是表示另一種實施方式所涉及的低溫泵控制方法的流程圖。

圖中：10-低溫泵，18-一級低溫板，19-二級低溫板，100-控制裝置，112-一級目標溫度選擇部，114-一級溫度控制部，120-階段確定部。

具體實施方式

以下，參考附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。另外，在以下的說明中，對相同要件標注相同的符號并適當省略重復說明。并且，以下所述的結(jié)構(gòu)為示例，并不對本發(fā)明的范圍作任何限定。

圖1是示意性地表示一種實施方式所涉及的低溫泵10的圖。低溫泵10例如安裝于離子注入裝置或濺射裝置等的真空腔室，并用于使真空腔室內(nèi)部的真空度提高至所希望的真空處理中要求的水平。

低溫泵10具有用于接收氣體的進氣口12。進氣口12是低溫泵10的內(nèi)部空間14的入口。應排氣的氣體從安裝有低溫泵10的真空腔室通過進氣口12進入低溫泵10的內(nèi)部空間14。

另外，以下為了更通俗易懂地表示低溫泵10的構(gòu)成要件之間的位置關(guān)系，有時使用“軸向”、“徑向”等術(shù)語。軸向表示通過進氣口12的方向，徑向表示沿著進氣口12的方向。為了方便起見，有時將軸向上相對靠近進氣口12的一側(cè)稱作“上”，相對遠離進氣口12的一側(cè)稱作“下”。即，有時將相對遠離低溫泵10底部的一側(cè)稱作“上”，相對靠近低溫泵10底部的一側(cè)稱作“下”。關(guān)于徑向，有時將靠近進氣口12的中心的一側(cè)稱作“內(nèi)”，將靠近進氣口12的周邊的一側(cè)稱作“外”。另外，這種表達方式與低溫泵10安裝于真空腔室時的配置無關(guān)。例如，低溫泵10也可以以進氣口12沿鉛垂方向朝下的方式安裝于真空腔室。

低溫泵10具備冷卻系統(tǒng)15、一級低溫板18及二級低溫板19。冷卻系統(tǒng)15構(gòu)成為對一級低溫板18及二級低溫板19進行冷卻。冷卻系統(tǒng)15具備制冷機16和壓縮機36。

制冷機16例如為吉福德-麥克馬洪式制冷機(所謂gm制冷機)等超低溫制冷機。制冷機16為具備第1冷卻臺20、第2冷卻臺21、第1缸體22、第2缸體23、第1置換器24以及第2置換器25的二級式制冷機。因此，制冷機16的高溫級具備第1冷卻臺20、第1缸體22以及第1置換器24。制冷機16的低溫級具備第2冷卻臺21、第2缸體23以及第2置換器25。因此，以下還可以將第1冷卻臺20及第2冷卻臺21分別稱作高溫級的低溫端及低溫級的低溫端。

第1缸體22與第2缸體23串聯(lián)連接。第1冷卻臺20設(shè)置于第1缸體22與第2缸體23的結(jié)合部。第2缸體23連結(jié)第1冷卻臺20和第2冷卻臺21。第2冷卻臺21設(shè)置于第2缸體23的末端。在第1缸體22及第2缸體23各自的內(nèi)部，以沿制冷機16的長度方向(圖1中的左右方向)能夠移動的方式分別配設(shè)有第1置換器24及第2置換器25。第1置換器24與第2置換器25連結(jié)在一起以便能夠一體地移動。在第1置換器24及第2置換器25上分別組裝有第1蓄冷器及第2蓄冷器(未圖示)。

在制冷機16的室溫部設(shè)置有驅(qū)動機構(gòu)17。驅(qū)動機構(gòu)17與第1置換器24及第2置換器25連接，以使第1置換器24及第2置換器25分別在第1缸體22及第2缸體23的內(nèi)部能夠進行往復移動。并且，驅(qū)動機構(gòu)17包括流路切換機構(gòu)，該流路切換機構(gòu)切換工作氣體的流路以便周期性地重復工作氣體的供給和排出。流路切換機構(gòu)例如包括閥部及驅(qū)動閥部的驅(qū)動部。閥部例如包括回轉(zhuǎn)閥，驅(qū)動部包括用于使回轉(zhuǎn)閥旋轉(zhuǎn)的馬達。馬達可以是例如ac馬達或者dc馬達。并且，流路切換機構(gòu)也可以是被直線馬達驅(qū)動的直動式的機構(gòu)。

制冷機16經(jīng)由高壓導管34及低壓導管35與壓縮機36連接。制冷機16使從壓縮機36供給過來的高壓工作氣體(例如氦氣)在制冷機16的內(nèi)部膨脹從而使第1冷卻臺20及第2冷卻臺21產(chǎn)生寒冷。壓縮機36回收在制冷機16中膨脹的工作氣體并再次加壓后供給至制冷機16。

具體而言，首先，驅(qū)動機構(gòu)17使高壓導管34與制冷機16的內(nèi)部空間連通。高壓工作氣體從壓縮機36通過高壓導管34供給至制冷機16。若制冷機16的內(nèi)部空間被高壓工作氣體充滿，則驅(qū)動機構(gòu)17切換流路，使制冷機16的內(nèi)部空間與低壓導管35連通。由此，工作氣體進行膨脹。膨脹的工作氣體回收至壓縮機36。與這樣的工作氣體的供排氣同步，第1置換器24及第2置換器25分別在第1缸體22及第2缸體23的內(nèi)部進行往復移動。通過重復這種熱循環(huán)，制冷機16使第1冷卻臺20及第2冷卻臺21產(chǎn)生寒冷。

制冷機16構(gòu)成為，將第1冷卻臺20冷卻至第1溫度水平，將第2冷卻臺21冷卻至第2溫度水平。第2溫度水平為低于第1溫度水平的溫度。例如，第1冷卻臺20冷卻至60k～130k左右，或者65k～120k左右，或者優(yōu)選冷卻至80k～100k，第2冷卻臺21冷卻至10k～20k左右。

制冷機16構(gòu)成為使工作氣體通過高溫級流向低溫級。即，從壓縮機36流入的工作氣體從第1缸體22流向第2缸體23。此時，工作氣體被第1置換器24及其蓄冷器冷卻至第1冷卻臺20的溫度。如此冷卻的工作氣體供給至低溫級。因此，從壓縮機36導入到制冷機16的高溫級的工作氣體的溫度不會明顯影響低溫級的冷卻能力。

圖1所示的低溫泵10為所謂的臥式低溫泵。臥式低溫泵通常是指制冷機16配設(shè)成與低溫泵10的軸向交叉(通常為正交)的低溫泵。

二級低溫板19設(shè)置于低溫泵10的內(nèi)部空間14的中心部。二級低溫板19例如包括多個板部件26。板部件26例如分別具有圓錐臺的側(cè)面形狀，即傘狀形狀。在各個板部件26上通常設(shè)置有活性炭等吸附劑(未圖示)。吸附劑例如粘結(jié)在板部件26的背面。由此，二級低溫板19具備用于吸附氣體分子的吸附區(qū)域。

板部件26安裝于板安裝部件28。板安裝部件28安裝于第2冷卻臺21。如此，二級低溫板19與第2冷卻臺21熱連接。因此，二級低溫板19冷卻至第2溫度水平。

一級低溫板18具備放射屏蔽件30和入口低溫板32。一級低溫板18以包圍二級低溫板19的方式設(shè)置于二級低溫板19的外側(cè)。一級低溫板18與第1冷卻臺20熱連接，因此，一級低溫板18冷卻至第1溫度水平。

放射屏蔽件30主要是為了從來自低溫泵10的殼體38的輻射熱保護二級低溫板19而設(shè)置的。放射屏蔽件30位于殼體38與二級低溫板19之間，并且包圍二級低溫板19。放射屏蔽件30的軸向上端朝向進氣口12開放。放射屏蔽件30具有軸向下端被封閉的筒形(例如圓筒)形狀，即形成為杯狀。在放射屏蔽件30的側(cè)面開有用于安裝制冷機16的孔，第2冷卻臺21從該安裝孔插入到放射屏蔽件30內(nèi)。第1冷卻臺20固定在該安裝孔的外周部且固定在放射屏蔽件30的外表面。由此，放射屏蔽件30與第1冷卻臺20熱連接。

入口低溫板32設(shè)置于二級低溫板19的軸向上方，并且在進氣口12中沿徑向配置。入口低溫板32的外周部固定于放射屏蔽件30的開口端，從而與放射屏蔽件30熱連接。入口低溫板32例如形成為百葉窗結(jié)構(gòu)或者鋸齒結(jié)構(gòu)。入口低溫板32可以形成為以放射屏蔽件30的中心軸為中心的同心圓狀，或者也可以形成為格子狀等其他形狀。

入口低溫板32是為了將進入進氣口12的氣體進行排氣而設(shè)置的。在入口低溫板32的溫度下能夠冷凝的氣體(例如水分)捕捉于入口低溫板32的表面。并且，入口低溫板32是為了從來自低溫泵10外部的熱源(例如，安裝有低溫泵10的真空腔室內(nèi)的熱源)的輻射熱保護二級低溫板19而設(shè)置的。入口低溫板32除了限制輻射熱的進入之外還限制氣體分子的進入。入口低溫板32占據(jù)進氣口12的開口面積的一部分，以便將通過進氣口12流入到內(nèi)部空間14的氣體限制為所希望的量。

低溫泵10具備殼體38。殼體38是用于隔開低溫泵10的內(nèi)部與外部的真空容器。殼體38構(gòu)成為氣密地保持低溫泵10的內(nèi)部空間14的壓力。在殼體38中容納有一級低溫板18和制冷機16。殼體38設(shè)置于一級低溫板18的外側(cè)，并且包圍一級低溫板18。并且，殼體38容納制冷機16。即，殼體38是包圍一級低溫板18及二級低溫板19的低溫泵容器。

殼體38以不與一級低溫板18及制冷機16的低溫部接觸的方式固定在制冷機16的室溫部(例如驅(qū)動機構(gòu)17)。殼體38的外表面暴露于外部環(huán)境中，其溫度高于被冷卻的一級低溫板18的溫度(例如室溫程度)。

并且，殼體38具備從其開口端朝向徑向外側(cè)延伸的進氣口凸緣56。進氣口凸緣56是用于將低溫泵10安裝于真空腔室的凸緣。在真空腔室的開口設(shè)置有閘閥(未圖示)，進氣口凸緣56安裝于該閘閥上。因此，閘閥位于入口低溫板32的軸向上方。例如，在使低溫泵10再生時，關(guān)閉閘閥，而在低溫泵10對真空腔室進行排氣時，打開閘閥。

低溫泵10具備用于測定第1冷卻臺20的溫度的第1溫度傳感器90以及用于測定第2冷卻臺21的溫度的第2溫度傳感器92。第1溫度傳感器90安裝于第1冷卻臺20上。第2溫度傳感器92安裝于第2冷卻臺21上。另外，第1溫度傳感器90也可以安裝于一級低溫板18上。第2溫度傳感器92也可以安裝于二級低溫板19上。

并且，低溫泵10具備低溫泵控制裝置(以下，有時稱為控制裝置)100。控制裝置100可以與低溫泵10一體地設(shè)置，也可以是與低溫泵10分體設(shè)置的控制裝置。

控制裝置100構(gòu)成為控制制冷機16以使低溫泵10進行真空排氣運行、再生運行以及降溫運行?？刂蒲b置100構(gòu)成為接收包括第1溫度傳感器90及第2溫度傳感器92在內(nèi)的各種傳感器的測定結(jié)果。控制裝置100根據(jù)這樣的測定結(jié)果來運算出發(fā)送給制冷機16的控制指令。

控制裝置100控制制冷機16以使冷卻臺溫度達到目標冷卻溫度。第1冷卻臺20的目標溫度通常設(shè)定為恒定值。第1冷卻臺20的目標溫度例如按照安裝有低溫泵10的真空腔室中進行的工藝來規(guī)定為規(guī)格參數(shù)。另外，在低溫泵的運行中，可以根據(jù)需要改變目標溫度。

例如，控制裝置100通過反饋控制來控制制冷機16的運行頻率，以使第1冷卻臺20的目標溫度與第1溫度傳感器90的測定溫度之間的偏差變得最小。即，控制裝置100通過控制驅(qū)動機構(gòu)17的馬達轉(zhuǎn)速來控制制冷機16的熱循環(huán)頻率。

在低溫泵10的熱負載增加的情況下，第1冷卻臺20的溫度可能會升高。在第1溫度傳感器90的測定溫度高于目標溫度時，控制裝置100使制冷機16的運行頻率增加。其結(jié)果，制冷機16的熱循環(huán)頻率也增加，第1冷卻臺20向目標溫度冷卻。相反，在第1溫度傳感器90的測定溫度低于目標溫度時，控制裝置100使制冷機16的運行頻率減少，從而使第1冷卻臺20向目標溫度升溫。如此，能夠使第1冷卻臺20的溫度保持在目標溫度附近的溫度范圍。由于根據(jù)熱負載能夠適當?shù)卣{(diào)整制冷機16的運行頻率，因此這種控制有助于減少低溫泵10的耗電。

以下，將控制制冷機16以使第1冷卻臺20的溫度達到目標溫度的工序稱為“一級溫度控制”。在低溫泵10進行真空排氣運行時，通常執(zhí)行一級溫度控制。進行一級溫度控制的結(jié)果，第2冷卻臺21及二級低溫板19冷卻至由制冷機16的規(guī)格參數(shù)及來自外部的熱負載確定的溫度。同樣，控制裝置100也能夠執(zhí)行控制制冷機16以使第2冷卻臺21的溫度達到目標溫度的所謂的“二級溫度控制”。

圖2是示意性地表示一種實施方式所涉及的低溫泵10的控制裝置100的結(jié)構(gòu)的圖。這種控制裝置通過硬件、軟件或者它們的組合來實現(xiàn)。并且，圖2中示意性地示出了相關(guān)制冷機16的局部結(jié)構(gòu)。

制冷機16的驅(qū)動機構(gòu)17具備驅(qū)動制冷機16的制冷機馬達80及控制制冷機16的運行頻率的制冷機變頻器82。如上所述，制冷機16為工作氣體的膨脹機，因此，也可以將制冷機馬達80及制冷機變頻器82分別稱作膨脹機馬達及膨脹機變頻器。

制冷機16的運行頻率(也可稱為運行速度)表示制冷機馬達80的運行頻率或者轉(zhuǎn)速、制冷機變頻器82的運行頻率、熱循環(huán)的頻率，或者其中之一。熱循環(huán)的頻率是指在制冷機16中進行的熱循環(huán)在每單位時間內(nèi)的次數(shù)。

控制裝置100具備制冷機控制部102、存儲部104、輸入部106以及輸出部108。制冷機控制部102構(gòu)成為控制制冷機16以使低溫泵10進行真空排氣運行及再生運行。制冷機控制部102構(gòu)成為控制制冷機16以執(zhí)行降溫運行，該降溫運行使至少一個低溫板(一級低溫板18和/或二級低溫板19，以下相同)的溫度從室溫向標準運行溫度下降。制冷機控制部102構(gòu)成為控制制冷機16以在降溫運行之后執(zhí)行溫度調(diào)整運行，該溫度調(diào)整運行使至少一個低溫板的溫度維持在標準運行溫度。

存儲部104構(gòu)成為存儲與低溫泵10的控制相關(guān)的數(shù)據(jù)。輸入部106構(gòu)成為接收來自用戶或者其他裝置的輸入。輸入部106例如包括用于接收來自用戶的輸入的鼠標或鍵盤等輸入機構(gòu)和/或用于與其他裝置進行通信的通信機構(gòu)。輸出部108構(gòu)成為輸出與低溫泵10的控制相關(guān)的數(shù)據(jù)，其包括顯示器或打印機等輸出機構(gòu)。

存儲部104、輸入部106以及輸出部108分別與制冷機控制部102以能夠通信的方式連接。由此，制冷機控制部102能夠根據(jù)需要從存儲部104讀取數(shù)據(jù)和/或?qū)?shù)據(jù)存儲于存儲部104。并且，制冷機控制部102能夠從輸入部106接收數(shù)據(jù)的輸入和/或向輸出部108輸出數(shù)據(jù)。

制冷機控制部102具備運行模式確定部110、一級目標溫度選擇部112以及一級溫度控制部114。

運行模式確定部110構(gòu)成為確定低溫泵10的運行模式。運行模式確定部110構(gòu)成為根據(jù)低溫泵10的現(xiàn)狀判定是否將運行模式從某一運行模式切換到另一運行模式。運行模式確定部110在滿足這樣的模式切換條件的情況下切換運行模式。運行模式確定部110在不滿足模式切換條件的情況下繼續(xù)執(zhí)行當前的運行模式。

在低溫泵10預先設(shè)定有多個運行模式。運行模式例如包括使一級低溫板及二級低溫板分別從室溫冷卻至超低溫區(qū)域的降溫模式以及使一級低溫板及二級低溫板分別保持在超低溫區(qū)域的通常模式。運行模式確定部110構(gòu)成為，根據(jù)測定出的二級低溫板的溫度判定是否將運行模式從降溫模式切換到通常模式。

運行模式確定部110也可以構(gòu)成為判定低溫泵10的運行模式。針對不同的多個運行模式也可以分別設(shè)定相對應的運行模式標志。存儲部104可以存儲這些運行模式標志。運行模式確定部110也可以構(gòu)成為在低溫泵10進入某一運行模式時選擇與該運行模式相對應的運行模式標志。運行模式確定部110也可以參照所選擇的運行模式標志來判定低溫泵10的當前運行模式。

一級目標溫度選擇部112具備一級目標溫度表116。一級目標溫度選擇部112構(gòu)成為參照一級目標溫度表116并根據(jù)當前的運行模式選擇一級目標溫度。一級目標溫度表116可以預先存儲于存儲部104，并根據(jù)需要被一級目標溫度選擇部112讀取。

一級溫度控制部114構(gòu)成為根據(jù)所選擇的一級目標溫度控制一級低溫板溫度。如上所述，一級溫度控制部114構(gòu)成為，作為低溫板的測定溫度與目標溫度之間的偏差的函數(shù)，(例如通過pid控制)確定制冷機馬達80的運行頻率。一級溫度控制部114在預先設(shè)定的運行頻率范圍中確定制冷機馬達80的運行頻率。運行頻率范圍由預先設(shè)定的運行頻率的上限及下限來定義。一級溫度控制部114將所確定的運行頻率輸出至制冷機變頻器82。

一級溫度控制部114也可以在控制制冷機馬達80的運行頻率的同時(或者代替對制冷機馬達80的運行頻率的控制)控制附設(shè)于制冷機16的加熱器。

制冷機變頻器82構(gòu)成為提供制冷機馬達80的可變頻率控制。制冷機變頻器82將輸入電力轉(zhuǎn)換為具有從一級溫度控制部114輸入過來的運行頻率的電力。輸入電力從制冷機電源(未圖示)供給到制冷機變頻器82。制冷機變頻器82將轉(zhuǎn)換后的電力輸出至制冷機馬達80。如此，制冷機馬達80以由一級溫度控制部114確定且從制冷機變頻器82輸出過來的運行頻率進行驅(qū)動。

圖3示出了一種實施方式所涉及的一級目標溫度表116。一級目標溫度表116構(gòu)成為，使低溫泵的運行模式對應于一級目標溫度。如圖3所示，在一級目標溫度表116中預先設(shè)定有通常模式用的通常目標溫度t1c1以及降溫模式用的降溫目標溫度t1c2。在本例子中，通常目標溫度t1c1為80k，降溫目標溫度t1c2為70k。

降溫目標溫度t1c2低于通常目標溫度t1c1。通常目標溫度t1c1例如為選自80k至130k的范圍的第1規(guī)定溫度。降溫目標溫度t1c2例如為選自60k至上述第1規(guī)定溫度的范圍的第2規(guī)定溫度。降溫目標溫度t1c2也可以是選自65k至上述第1規(guī)定溫度的范圍的溫度。只要在該溫度區(qū)域，就能夠防止殼體38內(nèi)的殘留氣體在一級低溫板18上的不必要的冷凝。并且，由于降溫目標溫度t1c2與通常目標溫度t1c1的溫度差較小，因此在從降溫模式切換至通常模式時，容易使一級低溫板18從降溫目標溫度t1c2升溫至通常目標溫度t1c1?？梢愿鶕?jù)實驗或經(jīng)驗預先設(shè)定通常目標溫度t1c1以及降溫目標溫度t1c2。

如此，一級目標溫度選擇部112具備通常目標溫度t1c1以及降溫目標溫度t1c2。一級目標溫度選擇部112構(gòu)成為，在當前運行模式為通常模式時，選擇通常目標溫度t1c1作為一級目標溫度，在當前運行模式為降溫模式時，選擇降溫目標溫度t1c2并將其至少暫時作為一級目標溫度。

圖4是用于說明低溫泵10的運行方法的流程圖。該運行方法包括準備運行(s10)和真空排氣運行(s12)。上述通常模式相當于真空排氣運行。準備運行包括在通常模式之前執(zhí)行的任意運行模式。控制裝置100適時反復執(zhí)行該運行方法。真空排氣運行結(jié)束后開始準備運行時，通常關(guān)閉低溫泵10與真空腔室之間的閘閥。

準備運行(s10)例如為低溫泵10的啟動。低溫泵10的啟動包括使低溫板從設(shè)置有低溫泵10的環(huán)境溫度(例如室溫)冷卻至超低溫的降溫工序。降溫工序的目標冷卻溫度為為了進行真空排氣運行而設(shè)定的標準運行溫度。如上所述，就該標準運行溫度而言，一級低溫板18的標準運行溫度選自例如80k至100k左右的范圍，二級低溫板19的標準運行溫度選自例如10k至20k左右的范圍。準備運行(s10)也可以包括利用粗抽閥(未圖示)等將低溫泵10的內(nèi)部粗抽至工作開始壓力(例如1pa左右)的工序。

準備運行(s10)可以是低溫泵10的再生。在本次真空排氣運行結(jié)束后，為了準備下次真空排氣運行而執(zhí)行再生。再生為對二級低溫板19及一級低溫板18均進行再生的所謂完全再生或者僅對二級低溫板19進行再生的部分再生。

再生包括升溫工序、排出工序以及冷卻工序。升溫工序包括使低溫泵10升溫至高于上述標準運行溫度的再生溫度的工序。在完全再生的情況下，再生溫度例如為室溫或者稍微高于室溫的溫度(例如約290k至約300k)。用于升溫工序的熱源例如為制冷機16的逆轉(zhuǎn)升溫和/或附設(shè)于制冷機16的加熱器。

排出工序包括向低溫泵10的外部排出從低溫板表面再氣化的氣體的工序。再氣化的氣體根據(jù)需要與導入的吹掃氣體一同從低溫泵10排出。在排出工序中，制冷機16處于停止運行的狀態(tài)。冷卻工序包括為了重新開始真空排氣運行而再次冷卻二級低溫板19及一級低溫板18的工序。冷卻工序中的制冷機16的運行模式與用于啟動的降溫工序相同。但是，冷卻工序中的低溫板的初始溫度在完全再生時處于室溫水平，但在部分再生時處于室溫與上述標準運行溫度之間(例如100k～200k)。

如圖4所示，準備運行(s10)之后接著進行真空排氣運行(s12)。在準備運行結(jié)束后開始真空排氣運行時，打開低溫泵10與真空腔室之間的閘閥。

入口低溫板32冷卻從真空腔室朝向低溫泵10飛來的氣體。在第1冷卻溫度下蒸氣壓充分降低的(例如10^-8pa以下的)氣體在入口低溫板32的表面冷凝。該氣體也可稱作第1種氣體。第1種氣體例如為水蒸氣。如此，入口低溫板32能夠排出第1種氣體。在第1冷卻溫度下蒸氣壓未充分降低的氣體的一部分從進氣口12進入到內(nèi)部空間14?；蛘?，氣體的另一部分被入口低溫板32反射而未進入內(nèi)部空間14。

進入到內(nèi)部空間14的氣體被二級低溫板19冷卻。在第2冷卻溫度下蒸氣壓充分降低的(例如10^-8pa以下的)氣體在二級低溫板19的表面冷凝。該氣體也可稱作第2種氣體。第2種氣體例如為氬氣。如此，二級低溫板19能夠排出第2種氣體。

在第2冷卻溫度下蒸氣壓未充分降低的氣體吸附于二級低溫板19的吸附材料上。該氣體也可稱作第3種氣體。第3種氣體例如為氫氣。如此，二級低溫板19能夠排出第3種氣體。因此，低溫泵10通過冷凝或者吸附來排出各種氣體，從而能夠使真空腔室的真空度達到所希望的水平。

圖5是表示典型的降溫模式中的溫度分布的一例的圖。圖5的縱軸及橫軸分別表示溫度及時間。圖5中示意性地示出了一級低溫板溫度t1及二級低溫板溫度t2隨時間的變化。開始降溫時的一級低溫板溫度t1的初始值及二級低溫板溫度t2的初始值均為例如300k。一級目標溫度t1a例如為80k，二級目標溫度t2a例如為10k。

如圖5所示，開始降溫以后，一級低溫板溫度t1及二級低溫板溫度t2均下降。由于一級低溫板溫度t1及二級低溫板溫度t2均遠離目標溫度，因此制冷機16以非常高的運行頻率(例如，允許的最高運行頻率或者其附近頻率)運行，由此，低溫板朝向目標溫度迅速冷卻。如此，一級低溫板溫度t1在時刻t1到達一級目標溫度t1a。在該時刻t1，二級低溫板溫度t2冷卻至稍低于一級目標溫度t1a的溫度，但還遠不及二級目標溫度t2a。

時刻t1以后，一級低溫板溫度t1保持在一級目標溫度t1a。因此，制冷機16以較低的運行頻率運行。二級低溫板溫度t2向二級目標溫度t2a緩慢下降，并在時刻t4到達二級目標溫度t2a。由此完成降溫，并開始真空排氣運行。

圖6是表示一種實施方式所涉及的低溫泵10的控制方法的流程圖。圖6中例示了一級目標溫度切換處理。制冷機控制部102在降溫模式開始之后周期性地執(zhí)行一級目標溫度切換處理。

首先，一級目標溫度選擇部112根據(jù)當前的運行模式選擇一級目標溫度(s20)。一級目標溫度選擇部112從運行模式確定部110獲取當前的運行模式。

一級目標溫度選擇部112參照一級目標溫度表116。一級目標溫度選擇部112在當前的運行模式為通常模式時選擇通常目標溫度t1c1作為一級目標溫度(s22)，在當前的運行模式為降溫模式時選擇降溫目標溫度t1c2作為一級目標溫度(s24)。一級目標溫度選擇部112將所選擇的一級目標溫度輸出至一級溫度控制部114。

一級溫度控制部114根據(jù)所選擇的一級目標溫度控制一級低溫板溫度(s26)。一級溫度控制部114執(zhí)行上述的一級溫度控制。如此結(jié)束圖6所示的處理。

圖7是表示一種實施方式所涉及的降溫模式中的溫度分布的一例的圖。與圖5相同，圖7的縱軸及橫軸也分別表示溫度及時間。在圖7中，為了與圖5進行比較，用虛線表示了圖5所示的溫度分布。

與圖5所示的情況相同，一級低溫板溫度t1的初始值及二級低溫板溫度t2的初始值均為例如300k。開始降溫時，作為一級目標溫度，設(shè)定降溫目標溫度t1c2。降溫目標溫度t1c2例如為70k。二級目標溫度t2a例如為10k。

開始降溫以后，一級低溫板溫度t1及二級低溫板溫度t2均下降。一級低溫板溫度t1在時刻t2到達降溫目標溫度t1c2。由于降溫目標溫度t1c2低于圖5的一級目標溫度t1a，因此時刻t2比時刻t1晚。在該時刻t2，二級低溫板溫度t2還未到達二級目標溫度t2a。

時刻t2以后，一級低溫板溫度t1保持在降溫目標溫度t1c2。二級低溫板溫度t2向二級目標溫度t2a下降，并在時刻t3到達二級目標溫度t2a。此時，從降溫模式切換為通常模式，并開始真空排氣運行。一級目標溫度改變?yōu)橥ǔＤ繕藴囟萾1c1，一級低溫板溫度t1追隨該通常目標溫度t1c1。

重要的是，時刻t3比時刻t4早。即，在圖7的情況下，與圖5相比，降溫所需要的時間縮短δt(＝t4-t3)。這是因為，與圖5的情況相比，為了使一級低溫板溫度t1保持在更低的溫度，制冷機16的運行頻率變得更高。如此，根據(jù)本實施方式，能夠縮短低溫泵10的冷卻時間。

圖8是示意性地表示另一種實施方式所涉及的低溫泵10的控制裝置100的結(jié)構(gòu)的圖。制冷機控制部102除了具備運行模式確定部110、一級目標溫度選擇部112及一級溫度控制部114之外還具備定時器118以及階段確定部120。定時器118構(gòu)成為測定開始降溫模式后的經(jīng)過時間。階段確定部120構(gòu)成為根據(jù)低溫泵10的現(xiàn)狀確定降溫模式中的當前階段。

階段確定部120構(gòu)成為監(jiān)控低溫泵10的現(xiàn)狀。階段確定部120例如監(jiān)控開始降溫模式后的經(jīng)過時間。階段確定部120參照定時器118。階段確定部120構(gòu)成為，當定時器118所測定的經(jīng)過時間比閾值時間短時，將當前階段確定為第1階段，當經(jīng)過時間比閾值時間長時，將當前階段確定為第2階段。第1階段表示降溫模式的前半或者初期，第2階段表示降溫模式的后半或者末期。可以根據(jù)實驗或者經(jīng)驗預先確定閾值時間，并將其存儲于存儲部104。

或者，階段確定部120也可以監(jiān)控二級低溫板溫度。階段確定部120可以構(gòu)成為，當二級低溫板溫度高于閾值溫度時，將當前階段確定為第1階段，當二級低溫板溫度低于閾值溫度時，將當前階段確定為第2階段。閾值溫度可以選自二級目標溫度至60k的范圍。也可以根據(jù)實驗或經(jīng)驗預先確定閾值溫度，并將其存儲于存儲部104。

圖9中示出另一種實施方式所涉及的一級目標溫度表116。一級目標溫度表116具有多個降溫目標溫度。例如，第1階段用的第1目標溫度t1c21以及第2階段用的第2目標溫度t1c22預先設(shè)定于一級目標溫度表116。與上述實施方式相同，一級目標溫度表116具有通常目標溫度t1c1。第1目標溫度t1c21低于通常目標溫度t1c1，第2目標溫度t1c22高于第1目標溫度t1c21且低于通常目標溫度t1c1。在本例子中，第1目標溫度t1c21為60k，第2目標溫度t1c22為70k。

圖10是表示另一種實施方式所涉及的低溫泵10的控制方法的流程圖。與圖6中例示的一級目標溫度切換處理相同，一級目標溫度選擇部112根據(jù)當前的運行模式選擇一級目標溫度(s20)。一級目標溫度選擇部112在當前的運行模式為通常模式時選擇通常目標溫度t1c1作為一級目標溫度(s22)。

一級目標溫度選擇部112在當前運行模式為降溫模式時根據(jù)由階段確定部120確定的當前階段選擇一級目標溫度(s28)。一級目標溫度選擇部112在當前階段為第1階段時選擇第1目標溫度t1c21作為一級目標溫度(s30)，在當前階段為第2階段時選擇第2目標溫度t1c22作為一級目標溫度(s32)。一級目標溫度選擇部112將所選擇的一級目標溫度輸出至一級溫度控制部114。一級溫度控制部114根據(jù)所選擇的一級目標溫度控制一級低溫板溫度(s26)。如此，結(jié)束圖10所示的處理。

如此，也能夠縮短低溫泵10的冷卻時間。

以上，根據(jù)實施方式對本發(fā)明進行了說明。本發(fā)明并不限定于上述實施方式，可以進行各種設(shè)計變更，可以存在各種變形例，并且這種變形例也屬于本發(fā)明的范圍，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是可以理解的。

在一種實施方式中，一級目標溫度選擇部112也可以構(gòu)成為，在當前運行模式為降溫模式時，選擇降溫目標溫度并將其暫時(例如在降溫模式的初期)作為一級目標溫度。例如，一級目標溫度選擇部112可以構(gòu)成為，在當前階段為第1階段時，選擇降溫目標溫度t1c2(例如第1目標溫度t1c21)作為一級目標溫度，在當前階段為第2階段時，選擇通常目標溫度t1c1作為一級目標溫度。

另外，制冷機16也可以是三級的缸體串聯(lián)連接而成的三級式制冷機或者比三級更多的多級式制冷機。制冷機16也可以是gm制冷機以外的制冷機，即，可以使用脈沖管制冷機或蘇爾威制冷機。

在上述說明中例示了臥式低溫泵，但本發(fā)明也可以適用于立式低溫泵等其他低溫泵。另外，立式低溫泵是指制冷機16沿低溫泵10的軸向配設(shè)的低溫泵。