極低温冷凍機及びクライオポンプ及びディスプレーサ
【課題】温度変化に拘わらず高い信頼性を維持できる極低温冷凍機及びクライオポンプ及びディスプレーサを提供する。
【解決手段】ディスプレーサ１３，１４を駆動するモータＭを冷却時の回転方向とは逆方向に回転させる逆転昇温可能な二段式のＧＭタイプの極低温冷凍機であって、第２段目ディスプレーサ１４をディスプレーサ筒１４Ａとその外周面に形成された樹脂膜１４Ｂとにより構成し、樹脂膜１４Ｂの高温側の厚さを低温側に対して薄くなるよう設定する。
【解決手段】ディスプレーサ１３，１４を駆動するモータＭを冷却時の回転方向とは逆方向に回転させる逆転昇温可能な二段式のＧＭタイプの極低温冷凍機であって、第２段目ディスプレーサ１４をディスプレーサ筒１４Ａとその外周面に形成された樹脂膜１４Ｂとにより構成し、樹脂膜１４Ｂの高温側の厚さを低温側に対して薄くなるよう設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレーサ表面に樹脂を配設した極低温冷凍機及びクライオポンプ及びディスプレーサに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ヘリウムガス等の冷媒ガスを用いると共に、ディスプレーサをシリンダー内で駆動させ、冷媒ガスをシリンダー内で膨張させることにより寒冷を発生させる極低温冷凍機が知られている。また、極低温冷凍機として、例えばギフォード・マクマホン（Gifford-McMahon；ＧＭ）タイプの冷凍機が用いられている。
【０００３】
このＧＭタイプの極低温冷凍機は、複数段とすることにより１０Ｋ程度の極低温を実現できる。このため、ＧＭタイプの極低温冷凍機は、半導体製造装置等の真空容器を真空にするクライオポンプ等に多用されている。
【０００４】
また、ＧＭタイプの極低温冷凍機では、シール性の向上を図るためにディスプレーサの外周面に樹脂をコーティングしたものがある（特許文献１参照）。従来では、ディスプレーサの外周全面において、樹脂の厚さは均一に形成されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５８８６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、シリンダー内に収納されたディスプレーサの両端は、圧縮機から冷媒ガスが導入される高温側と、膨張により寒冷が発生する低温側とで温度差が発生する。例えば、２段式ＧＭ冷凍機の２段側においては、高温側が８０Ｋであるのに対して低温側は１０Ｋとなる。
【０００７】
特に、ＧＭタイプの極低温冷凍機をクライオポンプに使用し、再生のためにディスプレーサを駆動するモータを冷却時の回転方向とは逆方向に回転させる逆転昇温を行った場合、この高温側と低温側の温度差は更に大きくなる。具体的には、逆転昇温にディスプレーサの高温側は、室温より２０℃程度高い温度まで上昇してしまう。
【０００８】
このため、樹脂をコーティングしたディスプレーサでは、高温側において樹脂が膨張してしまい、ディスプレーサがシリンダーと接触してしまうおそれがある。また、これを回避するために樹脂の膜厚を薄くすることが考えられるが、樹脂の膜厚が薄くなると、樹脂がディスプレーサから剥がれやすくなり、極低温冷凍機の信頼性が低下してしまうという問題点があった。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、温度変化に拘わらず高い信頼性を維持できる極低温冷凍機及びクライオポンプ及びディスプレーサ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】
【００１０】
上記の課題は、第１の観点からは、
ディスプレーサを駆動するモータを冷却時の回転方向とは逆方向に回転させる逆転昇温可能な２段式のＧＭタイプの極低温冷凍機であって、
前記ディスプレーサの外周面に樹脂を配設すると共に、
前記樹脂の厚さを、低温側に対して高温側を薄くしたことを特徴とする極低温冷凍機により解決することができる。
【００１１】
上記の課題は、第２の観点からは、
パージガスを供給及び排出可能な構成とされた真空容器と、
該真空容器内に配設されたクライオパネルと、
該クライオパネルを冷却する前記極低温冷凍機と、
を有することを特徴とするクライオポンプにより解決することができる。
【００１２】
上記の課題は、第３の観点からは、
極低温冷凍機のシリンダー内に配設されると共に、外周面に樹脂が配設されたディスプレーサであって、
前記樹脂の厚さを、低温側に対して高温側を薄くしたことを特徴とするディスプレーサにより解決することができる。
【発明の効果】
【００１３】
開示の発明によれば、高温側は樹脂の厚さが薄いため、高温側の温度が上昇しても樹脂の厚さの増加が少なくなり、ディスプレーサがシリンダーに接触することを防止することができる。また、低温側は樹脂が厚いため、樹脂がディスプレーサから剥がれることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態である極低温冷凍機（ＧＭ冷凍機）の構成図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態であるクライオポンプの構成図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態であるディスプレーサの断面図である。
【図４】図４は、第１変形例であるディスプレーサの断面図である。
【図５】図５は、第２変形例であるディスプレーサの断面図である。
【図６】図６は、第３変形例であるディスプレーサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施形態である極低温冷凍機１を示し、図２はこの極低温冷凍機１を用いた本発明の一実施形態であるクライオポンプ２を示している。本実施形態では、極低温冷凍機１としてギフォード・マクマホン（Gifford-McMahon）タイプの２段式冷凍機を例に挙げて説明するものとする（以下、ＧＭ冷凍機１という）。
【００１７】
ＧＭ冷凍機１は、圧縮機１０、第１段目シリンダー１１、第２段目シリンダー１２、第１段目ディスプレーサ１３、第２段目ディスプレーサ１４、クランク機構１５、冷媒ガス流路１６、蓄冷材１７，１８、第１段目冷却ステージ１９、第２段目冷却ステージ２０、第１膨張室２１、第２膨張室２２等を有している。
【００１８】
圧縮機１０は、冷媒ガスであるヘリウムガスを圧縮し、高圧ヘリウムガスを生成する。生成された高圧の冷媒ガスは、吸気弁Ｖ１及び冷媒ガス流路１６を介して第１段目シリンダー１１内に供給される。また、第１段目シリンダー１１から排出された低圧の冷媒ガスは、冷媒ガス流路１６及び排気弁Ｖ２を介して圧縮機１０に回収される。
【００１９】
第１段目シリンダー１１の下部には、第２段目シリンダー１２が結合されている。第１段目シリンダー１１、第２段目シリンダー１２内には、相互に連結された第１段目ディスプレーサ１３、第２段目ディスプレーサ１４が収容されている。
【００２０】
第１段目シリンダー１１からは駆動軸Ｓｈが上方に延在し、駆動用モータＭに結合したクランク機構１５と結合している。クランク機構１５は、モータＭの回転をディスプレーサ１３，１４の直線往復移動に変換する機構であり、例えばスコッチヨーク機構を用いることができる。また後述する再生処理を行うため、モータＭは正逆反転可能なモータが選定されている。
【００２１】
第１段目ディスプレーサ１３は、第１段目シリンダー１１内に往復動可能に収納されている。この第１段目シリンダー１１と第１段目ディスプレーサ１３の下端部には、第１膨張室２１が形成される。
【００２２】
また、第１段目ディスプレーサ１３の内部には、第１膨張室２１に冷媒ガスを供給及び排出するための中空空間（冷媒ガス流路）２３が形成されている。この中空空間２３内には、蓄冷材１７が収容されている。蓄冷材１７は、第１膨張室２１から冷媒ガスを排出する際に、排出した冷媒ガスと接触して冷却される（蓄冷が行われる）。
【００２３】
第２段目ディスプレーサ１４は、第２段目シリンダー１２内に往復動可能に収納されている。この第２段目シリンダー１２と第２段目ディスプレーサ１４の下端部には、第２膨張室２２が形成される。
【００２４】
また、第２段目ディスプレーサ１４の内部には、第２膨張室２２に冷媒ガスを供給及び排出するための中空空間（冷媒ガス流路）２４が形成されている。この中空空間２４内には、蓄冷材１８が収容されている。蓄冷材１８は、第２膨張室２２から冷媒ガスを排出する際に、排出した冷媒ガスと接触して冷却される（蓄冷が行われる）。
【００２５】
この第２段目ディスプレーサ１４は、ディスプレーサ筒１４Ａと、このディスプレーサ筒１４Ａの外周に配設された樹脂膜１４Ｂとにより構成されている。なお、説明の便宜上、このディスプレーサ筒１４Ａ及び樹脂膜１４Ｂの詳細については、後述するものとする。
【００２６】
第１段目冷却ステージ１９は、第１段目シリンダー１１の下端（低温端）に位置する第１膨張室２１を囲むように配設されている。また、第２段目冷却ステージ２０は、第２段目シリンダー１２の下端（低温端）に位置する第２膨張室２２を囲むように配設されている。
【００２７】
前記した吸気弁Ｖ１及び排気弁Ｖ２の駆動は、モータＭにより駆動される図示しないロータリバルブにより制御されている。ロータリバルブは、吸気弁Ｖ１及び排気弁Ｖ２の開閉と、各ディスプレーサ１３，１４の往復駆動とが所定の位相差を有するよう駆動制御する。この位相差により、第１膨張室２１及び第２膨張室２２内において冷媒ガスが膨張し寒冷が発生する。
【００２８】
次に、上記構成とされたＧＭ冷凍機１の動作について説明する。
【００２９】
ロータリバルブは、各ディスプレーサ１３，１４が下死点（各膨張室２１，２２の容積が最小となる位置）に至る近傍において吸気弁Ｖ１を開弁する。この際、排気弁Ｖ２は閉弁した状態を維持している。
【００３０】
これにより、圧縮機１０で圧縮された高圧の冷媒ガスは、冷媒ガス流路１６を介して第１段目シリンダー１１内に供給される。そして、第１段目ディスプレーサ１３の上部に形成された冷媒ガス流路２３ａ、蓄冷材１７が収容された中空空間２３、第１段目ディスプレーサ１３の下部に形成された冷媒ガス流路２３ｂを通り、第１膨張室２１内に供給される。
【００３１】
第１膨張室２１に供給された高圧ヘリウムガスは、更に第２段目ディスプレーサ１４の上部に形成された冷媒ガス流路２４ａ、蓄冷材１８が収容された中空空間２４、第２段目ディスプレーサ１４の下部に形成された冷媒ガス流路２４ｂを通り、第２膨張室２２に供給される。
【００３２】
この間、クランク機構１５により各ディスプレーサ１３，１４は上動を行う。そして、ディスプレーサ１３，１４が上死点近傍の所定位置まで移動すると、ロータリバルブは吸気弁Ｖ１を閉じて冷媒ガスの供給を停止すると共に、排気弁Ｖ２を開く。これにより、第１及び第２膨張室２１，２２内の高圧の冷媒ガスは瞬間的に膨張し、各膨張室２１，２２内で寒冷が発生する。
【００３３】
各ディスプレーサ１３，１４は、上死点を過ぎると下方に向けた移動を開始する。これに伴い、第２膨張室２２で膨張した冷媒ガスは、冷媒ガス流路２４ｂを介して中空空間２４に流入する。中空空間２４に流入した冷媒ガスは、蓄冷材１８を冷却しつつ進行し、冷媒ガス流路２４ａを介して第１膨張室２１に流入する。
【００３４】
また、第１膨張室２１に流入した冷媒ガスは、第１膨張室２１で膨張した冷媒ガスと共に、冷媒ガス流路２３ｂを介して中空空間２３に流入する。中空空間２３に流入した冷媒ガスは、蓄冷材１７を冷却しつつ進行し、冷媒ガス流路２３ａ，１６及び排気弁Ｖ２を介してガス圧縮機６に回収される。そして、ディスプレーサ１３，１４が下死点近傍の所定位置に達した時点で排気弁Ｖ２は閉じられ、冷媒ガスの回収（吸入）処理は停止される。
【００３５】
以上のサイクルを繰り返し行うことにより、本実施形態に係るＧＭ冷凍機１では、第１膨張室２１で８０〜１００Ｋ程度の寒冷を発生することができ、第２膨張室２２で１０〜３０Ｋ程度の極低温を発生させることができる。
【００３６】
ここで図１及び図３を参照し、本発明の一実施形態である第２段目ディスプレーサ１４の詳細な構成について説明する。
【００３７】
なお、図３は第２段目ディスプレーサ１４の基本構成を示す図であり、図示及び説明の便宜上、その長さは実際の第２段目ディスプレーサ１４よりも短く図示しており、また中空空間２４も貫通孔として示している。
【００３８】
本実施形態に係る第２段目ディスプレーサ１４は、ディスプレーサ筒１４Ａと樹脂膜１４Ｂとにより構成されている。各図において、上側が高温側Ｈであり、下側が低温側Ｌとなる。
【００３９】
ディスプレーサ筒１４Ａは、ステンレスにより構成されている。また、樹脂膜１４Ｂは、フッ素樹脂等により構成されている。樹脂膜１４Ｂは、第２段目シリンダー１２と第２段目ディスプレーサ１４との間のシール性を向上させるため、ディスプレーサ筒１４Ａの外周面に配設（コーティング）されている。
【００４０】
本実施形態では、樹脂膜１４Ｂは第２段目ディスプレーサ１４の低温側Ｌから高温側Ｈまでの全領域にわたり形成されている。また、樹脂膜１４Ｂの厚さは、低温側の厚さ（以下、低温側樹脂膜厚さＲＬという）に対し、高温側の厚さ（以下、高温側樹脂膜厚さＲＨという）が薄くなるよう構成されている（ＲＬ＞ＲＨ）。特に、本実施形態に係る樹脂膜１４Ｂは、低温側Ｌから高温側Ｈに向けて樹脂膜１４Ｂの厚さは連続的に薄くなっており、高温端（上端）においてはその厚さが略ゼロとなっている（ＲＨ≒０）。
【００４１】
また、ディスプレーサ筒１４Ａの厚さは、低温側の厚さ（以下、低温側ディスプレーサ厚さＤＬという）に対し、高温側の厚さ（以下、高温側ディスプレーサ厚さＤＨという）が厚くなるよう構成されている（ＤＬ＜ＤＨ）。そして、ディスプレーサ筒１４Ａと樹脂膜１４Ｂを合わせた全体的な第２段目ディスプレーサ１４の直径Ｌは、低温側Ｌから高温側Ｈまで同一の直径とされている。
【００４２】
次に、上記構成とされた第２段目ディスプレーサ１４を有したＧＭ冷凍機１を用いたクライオポンプ２について説明する。
【００４３】
クライオポンプ２は、図示しない処理チャンバ（例えば、半導体製造装置の処理チャンバ）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２は、ＧＭ冷凍機１、シールド２９、クライオパネル３０、ルーバ３２、及び真空容器３３等を有している。
【００４４】
ＧＭ冷凍機１の各シリンダー１１，１２、シールド２９、及びクライオパネル３０等は、真空容器３３の内部に配設される。この真空容器３３は、前記した処理チャンバに取り付けられるものである。また本実施形態に係るクライオポンプ２では、ＧＭ冷凍機１は真空容器３３に対して横置きで配設されている。
【００４５】
また、ＧＭ冷凍機１のモータＭは、正方向回転及び逆方向回転が可能なモータである。この可逆モータＭは図示しないコントローラに接続され、このコントローラの指示に従い真空処理時には正方向回転を行い、再生時において逆方向回転を行うよう構成されている。
【００４６】
また、シールド２９は、ＧＭ冷凍機１の第１段目シリンダー１１の外周に配設された第１段目冷却ステージ１９に接続されている。シールド２９は、外部の輻射熱がクライオパネル３０に熱伝導するのを防止する機能を奏する。
【００４７】
このシールド２９には、ルーバ３２が設けられている。ルーバ３２は、カップ形状（有底状）とされたシールド２９の上部を覆うように配設されている。このルーバ３２は、真空容器３３の上部開口に近接して配設されている。
【００４８】
クライオパネル３０は、ＧＭ冷凍機１の第２段目シリンダー１２の外周に配設された第２段目冷却ステージ２０に接続されている。このクライオパネル３０は、その内周面に活性炭３１が配設されている。
【００４９】
上記構成とされたクライオポンプ２において真空処理を行う場合には、ＧＭ冷凍機１のモータＭを正方向回転に回転させる。モータＭが正方向回転することによりＧＭ冷凍機１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１３，１４の移動に伴い断熱膨張し寒冷を発生させる。
【００５０】
これにより、第１段目冷却ステージ１９は例えば８０〜１００Ｋ（シールド２９は１００Ｋ以下）に冷却され、第２段冷凍ステージ８は例えば５〜２０Ｋ（クライオパネル３０は２０Ｋ以下）に冷却される。
【００５１】
この状態のクライオポンプ２に、処理チャンバ内の各種ガスが進入すると、二酸化炭素は主にルーバ３２及びシールド２９で凝縮され、アルゴンや窒素は主にクライオパネル３０で凝縮され、更に水素，ネオン，ヘリウム等は主に活性炭３１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。なお、以下の説明において、シールド２９，クライオパネル３０等に凝縮或いは吸着された導入ガスを固体状ガスというものとする。
【００５２】
ところで、上記のように処理チャンバ内から排気された導入ガスは、シールド２９，クライオパネル３０，活性炭３１等に凝縮或いは吸着される。このシールド２９及びクライオパネル３０等に凝縮等された固体状ガス２１の量が増えてくると、クライオポンプ２の排気性能が低下する。このため、クライオポンプ２に凝縮等された固体状ガスを真空容器３３から排出する再生処理が必要となる。
【００５３】
ここで、クライオポンプ２における再生方法について説明する。
【００５４】
再生は、クライオポンプ２の温度を上げて凝縮又は吸着された固体状ガスを気化させ、これを放出することにより行う。この再生方法としては種々あるが、その内の一つとしてモータＭを冷却処理時の回転方向（正方向回転）に対し逆方向に回転させることにより、ＧＭ冷凍機１の温度を上昇させる方法がある（この方法による温度上昇を逆転昇温という）。
【００５５】
この逆転昇温では、ディスプレーサ１３，１４を駆動するモータＭの回転を冷却処理時の逆方向とすることにより、ＧＭ冷凍機１の冷却サイクルを反転させ、これにより各ステージ１９，２０の温度を上昇させる。各ステージ１９，２０が昇温されることにより、これに接続されたシールド２９及びクライオパネル３０も昇温し、よってシールド２９，クライオパネル３０等に凝縮或いは吸着した固体状ガスを気化させることができる。
【００５６】
ところで、モータＭを逆回転させることにより逆転昇温処理を行うと、第１段目のシリンダー１１及びディスプレーサ１３は、室温程度まで上昇する。第２段目ディスプレーサ１４の高温側Ｈは、第１段目ディスプレーサ１３と接続されている。このため、逆転昇温時においては、第２段目ディスプレーサ１４の高温側Ｈの温度も室温程度まで上昇してしまう。
【００５７】
ディスプレーサ筒１４Ａを構成するステンレスの線膨張係数が10.4×10-6/℃〜17.3×10-6/℃であるのに対し、樹脂膜１４Ｂを構成するフッ素樹脂の線膨張係数は5×10-5/℃〜12×10-5/℃と大きい。
【００５８】
従って、従来のようにディスプレーサ筒に樹脂膜を均一の厚さでコーティングした第２段目ディスプレーサでは、特に高温側Ｈにおいて樹脂膜の剥がれ等が発生するおそれがあることは前述したとおりである。
【００５９】
これに対して本実施形態に係る第２段目ディスプレーサ１４は、図３を用いて説明したように、ディスプレーサ筒１４Ａの外周面に配設（コーティング）された樹脂膜１４Ｂの厚さが、低温側樹脂膜厚さＲＬに対して高温側樹脂膜厚さＲＨが薄くなるよう設定されている（ＲＬ＞ＲＨ）。これにより、温度が室温より２０℃程度高い温度まで上昇する第２段目ディスプレーサ１４の高温側Ｈは、樹脂膜１４Ｂに対して膨張量が少ないディスプレーサ筒１４Ａが主に存在する構成となる。このため、高温側Ｈにおいて、第２段目ディスプレーサ１４の熱膨張を抑制することができる。
【００６０】
一方、第２段目ディスプレーサ１４の低温側Ｌは、樹脂膜１４Ｂが主に存在する構成となる。逆転昇温時においても、低温側Ｌは室温まで温度上昇することはなく、高温側Ｈに対して低い温度を維持する。このため、低温側Ｌにおいて樹脂膜１４Ｂが第２段目シリンダー１２と接触するほど膨張するようなことはない。
【００６１】
更に、第２段目ディスプレーサ１４の低温側樹脂膜厚さＲＬが大きいことにより、低温側Ｌでは樹脂膜１４Ｂがディスプレーサ筒１４Ａから剥がれることを確実に防止することができる。
【００６２】
よって、本実施形態に係るＧＭ冷凍機１，クライオポンプ２、及び第２段目ディスプレーサ１４によれば、第２段目シリンダー１２と第２段目ディスプレーサ１４との接触を防止でき、モータＭにモータスリップが発生することを防止することができる。また、樹脂膜１４Ｂがディスプレーサ筒１４Ａから剥がれることもないため、ＧＭ冷凍機１，クライオポンプ２、及び第２段目ディスプレーサ１４の信頼性を高めることができる。
【００６３】
次に、上記したディスプレーサ筒１４Ａの変形例について説明する。
【００６４】
図４乃至図６は、ディスプレーサ筒１４Ａの第１乃至第３変形例を示している。なお、図４乃至図６において、図１乃至図３に示した構成と対応する構成については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００６５】
図４は、第１変形例である第２段目ディスプレーサ３４を示している。前記した実施形態に係る第２段目ディスプレーサ１４では、低温側Ｌから高温側Ｈに向けて樹脂膜１４Ｂの厚さが連続的に薄くなるよう構成していた。
【００６６】
これに対して第１変形例に係る真空容器３４は、低温側Ｌから所定範囲にわたり同一膜圧の樹脂膜３４Ｂを形成したことを特徴としている。この構成した場合も、低温側Ｌにおいては樹脂膜３４Ｂの低温側樹脂膜厚さＲＬが存在し、高温側Ｈにおいては樹脂膜３４Ｂは存在しない構成となっている。これに対応して、ディスプレーサ筒３４Ａの厚さも、低温側の厚さＤＬが高温側のＤＨに対して薄くなっている（ＤＬ＜ＤＨ）。この構成した場合にも、図１乃至図３に示したディスプレーサ筒１４Ａと同様の効果を実現することができる。
【００６７】
図５及び図６は、第２及び第３変形例である第２段目ディスプレーサ３５，３６を示している。この各ディスプレーサ３５，３６は、樹脂膜３５Ｂ，３６Ｂの厚さが、低温側Ｌから高温側Ｈに向け段階的に薄くなるよう構成したことを特徴とするものである。
【００６８】
図５に示す第２変形例である第２段目ディスプレーサ３５は、樹脂膜３５Ｂの厚さが２段に変化している。また、その段差の形成位置は、第２段目ディスプレーサ３５の略中央位置に設定されている。
【００６９】
具体的には、低温側Ｌにおいて樹脂膜３５Ｂの厚さがＲＬであったのが、高温側Ｈにおいてはそれよりも薄いＲＨとなっている（ＲＬ＞ＲＨ）。これに対応して、ディスプレーサ筒３５Ａの厚さも、低温側の厚さＤＬが高温側のＤＨに対して薄くなっている（ＤＬ＜ＤＨ）。
【００７０】
図６に示す第３変形例である第２段目ディスプレーサ３６は、樹脂膜３６Ｂの厚さが３段に変化している。また、各段差の形成位置は、略等間隔となるよう設定されている。
【００７１】
具体的には、樹脂膜３６Ｂの低温側の厚さをＲＬ、中央部分の厚さをＲＭ、高温側の厚さをＲＨとすると、ＲＬ＞ＲＭ＞ＲＨとなるよう設定されている。これに対応して、ディスプレーサ筒３６Ａの厚さも、ＤＬ＜ＤＭ＜ＤＨとなるよう設定されている。
【００７２】
第２及び第３変形例のディスプレーサ３５，３６のように、樹脂膜３５Ｂ，３６Ｂの厚さが低温側Ｌから高温側Ｈに向け段階的に薄くなるよう構成することにより、前記した実施形態及び第１変形例の効果に加え、各段差部分においてディスプレーサ筒３５Ａ，３６Ａと樹脂膜３５Ｂ，３６Ｂと間で楔効果が発生するため、樹脂膜３５Ｂ，３６Ｂのディスプレーサ筒３５Ａ，３６Ａからの剥がれをより確実に防止することができる。
【００７３】
なお本明細書において、「樹脂の厚さを低温側に対して高温側を薄くした」、及び「樹脂の厚さを低温側から高温側に向け段階的に薄くした」との表現は、図１及び図３に示した実施形態、及び図４に示した第１変形例のように、低温側Ｌにおいて樹脂膜１４Ｂ，３４Ｂが存在しない構成を含むものとする。
【００７４】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。
【００７５】
具体的には、上記した各実施形態に係る第２段目ディスプレーサ１４，３４，３５，３６は、ディスプレーサ筒１４Ａ，３４Ａ，３５Ａ，３６Ａに樹脂膜１４Ｂ，３４Ｂ，３５Ｂ，３６Ｂのみを配設した構成とした。しかしながら、この樹脂膜１４Ｂ，３４Ｂ，３５Ｂ，３６Ｂに冷媒ガスが導入される溝（環状溝或いは螺旋溝等）を形成し、更に冷却効率を高めうる構成としてもよい。
【００７６】
また、本実施形態では樹脂膜をディスプレーサに配設した構成を示したが、樹脂膜の形成位置はディスプレーサに限定されるものではなく、シリンダー１２の内側に形成した構成としてもよい。
【００７７】
また、本実施形態ではディスプレーサの外径Ｌが均一である構成を示したが、これに限られず、低温側に対して高温側の外径を小さくしても良い。例えば、ディスプレーサ筒の外径（厚さ）を低温側と高温側で略同一となるように形成し、樹脂膜の厚さのみ低温側よりも高温側のほうを薄くしてもよい。
【００７８】
更に、上記した変形例では、樹脂膜の厚さを２段又は３段に変化させる構成を示したが、樹脂膜に形成する段差は２段，３段に限定されるものではなく、それ以上の数に設定することも可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１ ＧＭ冷凍機
２ クライオポンプ
１０ 圧縮機
１１ 第１段目シリンダー
１２ 第２段目シリンダー
１３ 第１段目ディスプレーサ
１４，３４，３５，３６ 第２段目ディスプレーサ
１４Ａ，３４Ａ，３５Ａ，３６Ａ ディスプレーサ筒
１４Ｂ，３４Ｂ，３５Ｂ，３６Ｂ 樹脂膜
１５ クランク機構
１６ 冷媒ガス流路
１７，１８ 蓄冷材
１９ 第１段目冷却ステージ
２０ 第２段目冷却ステージ
２１ 第１膨張室
２２ 第２膨張室
２３ 中空空間
２４ 中空空間
２９ シールド
３０ クライオパネル
３２ ルーバ
３３ 真空容器
Ｍ モータ
Ｈ 高温側
Ｌ 低温側
ＤＬ 低温側ディスプレーサ厚さ
ＤＨ 高温側ディスプレーサ厚さ
ＲＬ 低温側樹脂膜厚さ
ＲＨ 高温側樹脂膜厚さ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレーサ表面に樹脂を配設した極低温冷凍機及びクライオポンプ及びディスプレーサに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ヘリウムガス等の冷媒ガスを用いると共に、ディスプレーサをシリンダー内で駆動させ、冷媒ガスをシリンダー内で膨張させることにより寒冷を発生させる極低温冷凍機が知られている。また、極低温冷凍機として、例えばギフォード・マクマホン（Gifford-McMahon；ＧＭ）タイプの冷凍機が用いられている。
【０００３】
このＧＭタイプの極低温冷凍機は、複数段とすることにより１０Ｋ程度の極低温を実現できる。このため、ＧＭタイプの極低温冷凍機は、半導体製造装置等の真空容器を真空にするクライオポンプ等に多用されている。
【０００４】
また、ＧＭタイプの極低温冷凍機では、シール性の向上を図るためにディスプレーサの外周面に樹脂をコーティングしたものがある（特許文献１参照）。従来では、ディスプレーサの外周全面において、樹脂の厚さは均一に形成されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５８８６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、シリンダー内に収納されたディスプレーサの両端は、圧縮機から冷媒ガスが導入される高温側と、膨張により寒冷が発生する低温側とで温度差が発生する。例えば、２段式ＧＭ冷凍機の２段側においては、高温側が８０Ｋであるのに対して低温側は１０Ｋとなる。
【０００７】
特に、ＧＭタイプの極低温冷凍機をクライオポンプに使用し、再生のためにディスプレーサを駆動するモータを冷却時の回転方向とは逆方向に回転させる逆転昇温を行った場合、この高温側と低温側の温度差は更に大きくなる。具体的には、逆転昇温にディスプレーサの高温側は、室温より２０℃程度高い温度まで上昇してしまう。
【０００８】
このため、樹脂をコーティングしたディスプレーサでは、高温側において樹脂が膨張してしまい、ディスプレーサがシリンダーと接触してしまうおそれがある。また、これを回避するために樹脂の膜厚を薄くすることが考えられるが、樹脂の膜厚が薄くなると、樹脂がディスプレーサから剥がれやすくなり、極低温冷凍機の信頼性が低下してしまうという問題点があった。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、温度変化に拘わらず高い信頼性を維持できる極低温冷凍機及びクライオポンプ及びディスプレーサ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】
【００１０】
上記の課題は、第１の観点からは、
ディスプレーサを駆動するモータを冷却時の回転方向とは逆方向に回転させる逆転昇温可能な２段式のＧＭタイプの極低温冷凍機であって、
前記ディスプレーサの外周面に樹脂を配設すると共に、
前記樹脂の厚さを、低温側に対して高温側を薄くしたことを特徴とする極低温冷凍機により解決することができる。
【００１１】
上記の課題は、第２の観点からは、
パージガスを供給及び排出可能な構成とされた真空容器と、
該真空容器内に配設されたクライオパネルと、
該クライオパネルを冷却する前記極低温冷凍機と、
を有することを特徴とするクライオポンプにより解決することができる。
【００１２】
上記の課題は、第３の観点からは、
極低温冷凍機のシリンダー内に配設されると共に、外周面に樹脂が配設されたディスプレーサであって、
前記樹脂の厚さを、低温側に対して高温側を薄くしたことを特徴とするディスプレーサにより解決することができる。
【発明の効果】
【００１３】
開示の発明によれば、高温側は樹脂の厚さが薄いため、高温側の温度が上昇しても樹脂の厚さの増加が少なくなり、ディスプレーサがシリンダーに接触することを防止することができる。また、低温側は樹脂が厚いため、樹脂がディスプレーサから剥がれることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態である極低温冷凍機（ＧＭ冷凍機）の構成図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態であるクライオポンプの構成図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態であるディスプレーサの断面図である。
【図４】図４は、第１変形例であるディスプレーサの断面図である。
【図５】図５は、第２変形例であるディスプレーサの断面図である。
【図６】図６は、第３変形例であるディスプレーサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施形態である極低温冷凍機１を示し、図２はこの極低温冷凍機１を用いた本発明の一実施形態であるクライオポンプ２を示している。本実施形態では、極低温冷凍機１としてギフォード・マクマホン（Gifford-McMahon）タイプの２段式冷凍機を例に挙げて説明するものとする（以下、ＧＭ冷凍機１という）。
【００１７】
ＧＭ冷凍機１は、圧縮機１０、第１段目シリンダー１１、第２段目シリンダー１２、第１段目ディスプレーサ１３、第２段目ディスプレーサ１４、クランク機構１５、冷媒ガス流路１６、蓄冷材１７，１８、第１段目冷却ステージ１９、第２段目冷却ステージ２０、第１膨張室２１、第２膨張室２２等を有している。
【００１８】
圧縮機１０は、冷媒ガスであるヘリウムガスを圧縮し、高圧ヘリウムガスを生成する。生成された高圧の冷媒ガスは、吸気弁Ｖ１及び冷媒ガス流路１６を介して第１段目シリンダー１１内に供給される。また、第１段目シリンダー１１から排出された低圧の冷媒ガスは、冷媒ガス流路１６及び排気弁Ｖ２を介して圧縮機１０に回収される。
【００１９】
第１段目シリンダー１１の下部には、第２段目シリンダー１２が結合されている。第１段目シリンダー１１、第２段目シリンダー１２内には、相互に連結された第１段目ディスプレーサ１３、第２段目ディスプレーサ１４が収容されている。
【００２０】
第１段目シリンダー１１からは駆動軸Ｓｈが上方に延在し、駆動用モータＭに結合したクランク機構１５と結合している。クランク機構１５は、モータＭの回転をディスプレーサ１３，１４の直線往復移動に変換する機構であり、例えばスコッチヨーク機構を用いることができる。また後述する再生処理を行うため、モータＭは正逆反転可能なモータが選定されている。
【００２１】
第１段目ディスプレーサ１３は、第１段目シリンダー１１内に往復動可能に収納されている。この第１段目シリンダー１１と第１段目ディスプレーサ１３の下端部には、第１膨張室２１が形成される。
【００２２】
また、第１段目ディスプレーサ１３の内部には、第１膨張室２１に冷媒ガスを供給及び排出するための中空空間（冷媒ガス流路）２３が形成されている。この中空空間２３内には、蓄冷材１７が収容されている。蓄冷材１７は、第１膨張室２１から冷媒ガスを排出する際に、排出した冷媒ガスと接触して冷却される（蓄冷が行われる）。
【００２３】
第２段目ディスプレーサ１４は、第２段目シリンダー１２内に往復動可能に収納されている。この第２段目シリンダー１２と第２段目ディスプレーサ１４の下端部には、第２膨張室２２が形成される。
【００２４】
また、第２段目ディスプレーサ１４の内部には、第２膨張室２２に冷媒ガスを供給及び排出するための中空空間（冷媒ガス流路）２４が形成されている。この中空空間２４内には、蓄冷材１８が収容されている。蓄冷材１８は、第２膨張室２２から冷媒ガスを排出する際に、排出した冷媒ガスと接触して冷却される（蓄冷が行われる）。
【００２５】
この第２段目ディスプレーサ１４は、ディスプレーサ筒１４Ａと、このディスプレーサ筒１４Ａの外周に配設された樹脂膜１４Ｂとにより構成されている。なお、説明の便宜上、このディスプレーサ筒１４Ａ及び樹脂膜１４Ｂの詳細については、後述するものとする。
【００２６】
第１段目冷却ステージ１９は、第１段目シリンダー１１の下端（低温端）に位置する第１膨張室２１を囲むように配設されている。また、第２段目冷却ステージ２０は、第２段目シリンダー１２の下端（低温端）に位置する第２膨張室２２を囲むように配設されている。
【００２７】
前記した吸気弁Ｖ１及び排気弁Ｖ２の駆動は、モータＭにより駆動される図示しないロータリバルブにより制御されている。ロータリバルブは、吸気弁Ｖ１及び排気弁Ｖ２の開閉と、各ディスプレーサ１３，１４の往復駆動とが所定の位相差を有するよう駆動制御する。この位相差により、第１膨張室２１及び第２膨張室２２内において冷媒ガスが膨張し寒冷が発生する。
【００２８】
次に、上記構成とされたＧＭ冷凍機１の動作について説明する。
【００２９】
ロータリバルブは、各ディスプレーサ１３，１４が下死点（各膨張室２１，２２の容積が最小となる位置）に至る近傍において吸気弁Ｖ１を開弁する。この際、排気弁Ｖ２は閉弁した状態を維持している。
【００３０】
これにより、圧縮機１０で圧縮された高圧の冷媒ガスは、冷媒ガス流路１６を介して第１段目シリンダー１１内に供給される。そして、第１段目ディスプレーサ１３の上部に形成された冷媒ガス流路２３ａ、蓄冷材１７が収容された中空空間２３、第１段目ディスプレーサ１３の下部に形成された冷媒ガス流路２３ｂを通り、第１膨張室２１内に供給される。
【００３１】
第１膨張室２１に供給された高圧ヘリウムガスは、更に第２段目ディスプレーサ１４の上部に形成された冷媒ガス流路２４ａ、蓄冷材１８が収容された中空空間２４、第２段目ディスプレーサ１４の下部に形成された冷媒ガス流路２４ｂを通り、第２膨張室２２に供給される。
【００３２】
この間、クランク機構１５により各ディスプレーサ１３，１４は上動を行う。そして、ディスプレーサ１３，１４が上死点近傍の所定位置まで移動すると、ロータリバルブは吸気弁Ｖ１を閉じて冷媒ガスの供給を停止すると共に、排気弁Ｖ２を開く。これにより、第１及び第２膨張室２１，２２内の高圧の冷媒ガスは瞬間的に膨張し、各膨張室２１，２２内で寒冷が発生する。
【００３３】
各ディスプレーサ１３，１４は、上死点を過ぎると下方に向けた移動を開始する。これに伴い、第２膨張室２２で膨張した冷媒ガスは、冷媒ガス流路２４ｂを介して中空空間２４に流入する。中空空間２４に流入した冷媒ガスは、蓄冷材１８を冷却しつつ進行し、冷媒ガス流路２４ａを介して第１膨張室２１に流入する。
【００３４】
また、第１膨張室２１に流入した冷媒ガスは、第１膨張室２１で膨張した冷媒ガスと共に、冷媒ガス流路２３ｂを介して中空空間２３に流入する。中空空間２３に流入した冷媒ガスは、蓄冷材１７を冷却しつつ進行し、冷媒ガス流路２３ａ，１６及び排気弁Ｖ２を介してガス圧縮機６に回収される。そして、ディスプレーサ１３，１４が下死点近傍の所定位置に達した時点で排気弁Ｖ２は閉じられ、冷媒ガスの回収（吸入）処理は停止される。
【００３５】
以上のサイクルを繰り返し行うことにより、本実施形態に係るＧＭ冷凍機１では、第１膨張室２１で８０〜１００Ｋ程度の寒冷を発生することができ、第２膨張室２２で１０〜３０Ｋ程度の極低温を発生させることができる。
【００３６】
ここで図１及び図３を参照し、本発明の一実施形態である第２段目ディスプレーサ１４の詳細な構成について説明する。
【００３７】
なお、図３は第２段目ディスプレーサ１４の基本構成を示す図であり、図示及び説明の便宜上、その長さは実際の第２段目ディスプレーサ１４よりも短く図示しており、また中空空間２４も貫通孔として示している。
【００３８】
本実施形態に係る第２段目ディスプレーサ１４は、ディスプレーサ筒１４Ａと樹脂膜１４Ｂとにより構成されている。各図において、上側が高温側Ｈであり、下側が低温側Ｌとなる。
【００３９】
ディスプレーサ筒１４Ａは、ステンレスにより構成されている。また、樹脂膜１４Ｂは、フッ素樹脂等により構成されている。樹脂膜１４Ｂは、第２段目シリンダー１２と第２段目ディスプレーサ１４との間のシール性を向上させるため、ディスプレーサ筒１４Ａの外周面に配設（コーティング）されている。
【００４０】
本実施形態では、樹脂膜１４Ｂは第２段目ディスプレーサ１４の低温側Ｌから高温側Ｈまでの全領域にわたり形成されている。また、樹脂膜１４Ｂの厚さは、低温側の厚さ（以下、低温側樹脂膜厚さＲＬという）に対し、高温側の厚さ（以下、高温側樹脂膜厚さＲＨという）が薄くなるよう構成されている（ＲＬ＞ＲＨ）。特に、本実施形態に係る樹脂膜１４Ｂは、低温側Ｌから高温側Ｈに向けて樹脂膜１４Ｂの厚さは連続的に薄くなっており、高温端（上端）においてはその厚さが略ゼロとなっている（ＲＨ≒０）。
【００４１】
また、ディスプレーサ筒１４Ａの厚さは、低温側の厚さ（以下、低温側ディスプレーサ厚さＤＬという）に対し、高温側の厚さ（以下、高温側ディスプレーサ厚さＤＨという）が厚くなるよう構成されている（ＤＬ＜ＤＨ）。そして、ディスプレーサ筒１４Ａと樹脂膜１４Ｂを合わせた全体的な第２段目ディスプレーサ１４の直径Ｌは、低温側Ｌから高温側Ｈまで同一の直径とされている。
【００４２】
次に、上記構成とされた第２段目ディスプレーサ１４を有したＧＭ冷凍機１を用いたクライオポンプ２について説明する。
【００４３】
クライオポンプ２は、図示しない処理チャンバ（例えば、半導体製造装置の処理チャンバ）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２は、ＧＭ冷凍機１、シールド２９、クライオパネル３０、ルーバ３２、及び真空容器３３等を有している。
【００４４】
ＧＭ冷凍機１の各シリンダー１１，１２、シールド２９、及びクライオパネル３０等は、真空容器３３の内部に配設される。この真空容器３３は、前記した処理チャンバに取り付けられるものである。また本実施形態に係るクライオポンプ２では、ＧＭ冷凍機１は真空容器３３に対して横置きで配設されている。
【００４５】
また、ＧＭ冷凍機１のモータＭは、正方向回転及び逆方向回転が可能なモータである。この可逆モータＭは図示しないコントローラに接続され、このコントローラの指示に従い真空処理時には正方向回転を行い、再生時において逆方向回転を行うよう構成されている。
【００４６】
また、シールド２９は、ＧＭ冷凍機１の第１段目シリンダー１１の外周に配設された第１段目冷却ステージ１９に接続されている。シールド２９は、外部の輻射熱がクライオパネル３０に熱伝導するのを防止する機能を奏する。
【００４７】
このシールド２９には、ルーバ３２が設けられている。ルーバ３２は、カップ形状（有底状）とされたシールド２９の上部を覆うように配設されている。このルーバ３２は、真空容器３３の上部開口に近接して配設されている。
【００４８】
クライオパネル３０は、ＧＭ冷凍機１の第２段目シリンダー１２の外周に配設された第２段目冷却ステージ２０に接続されている。このクライオパネル３０は、その内周面に活性炭３１が配設されている。
【００４９】
上記構成とされたクライオポンプ２において真空処理を行う場合には、ＧＭ冷凍機１のモータＭを正方向回転に回転させる。モータＭが正方向回転することによりＧＭ冷凍機１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１３，１４の移動に伴い断熱膨張し寒冷を発生させる。
【００５０】
これにより、第１段目冷却ステージ１９は例えば８０〜１００Ｋ（シールド２９は１００Ｋ以下）に冷却され、第２段冷凍ステージ８は例えば５〜２０Ｋ（クライオパネル３０は２０Ｋ以下）に冷却される。
【００５１】
この状態のクライオポンプ２に、処理チャンバ内の各種ガスが進入すると、二酸化炭素は主にルーバ３２及びシールド２９で凝縮され、アルゴンや窒素は主にクライオパネル３０で凝縮され、更に水素，ネオン，ヘリウム等は主に活性炭３１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。なお、以下の説明において、シールド２９，クライオパネル３０等に凝縮或いは吸着された導入ガスを固体状ガスというものとする。
【００５２】
ところで、上記のように処理チャンバ内から排気された導入ガスは、シールド２９，クライオパネル３０，活性炭３１等に凝縮或いは吸着される。このシールド２９及びクライオパネル３０等に凝縮等された固体状ガス２１の量が増えてくると、クライオポンプ２の排気性能が低下する。このため、クライオポンプ２に凝縮等された固体状ガスを真空容器３３から排出する再生処理が必要となる。
【００５３】
ここで、クライオポンプ２における再生方法について説明する。
【００５４】
再生は、クライオポンプ２の温度を上げて凝縮又は吸着された固体状ガスを気化させ、これを放出することにより行う。この再生方法としては種々あるが、その内の一つとしてモータＭを冷却処理時の回転方向（正方向回転）に対し逆方向に回転させることにより、ＧＭ冷凍機１の温度を上昇させる方法がある（この方法による温度上昇を逆転昇温という）。
【００５５】
この逆転昇温では、ディスプレーサ１３，１４を駆動するモータＭの回転を冷却処理時の逆方向とすることにより、ＧＭ冷凍機１の冷却サイクルを反転させ、これにより各ステージ１９，２０の温度を上昇させる。各ステージ１９，２０が昇温されることにより、これに接続されたシールド２９及びクライオパネル３０も昇温し、よってシールド２９，クライオパネル３０等に凝縮或いは吸着した固体状ガスを気化させることができる。
【００５６】
ところで、モータＭを逆回転させることにより逆転昇温処理を行うと、第１段目のシリンダー１１及びディスプレーサ１３は、室温程度まで上昇する。第２段目ディスプレーサ１４の高温側Ｈは、第１段目ディスプレーサ１３と接続されている。このため、逆転昇温時においては、第２段目ディスプレーサ１４の高温側Ｈの温度も室温程度まで上昇してしまう。
【００５７】
ディスプレーサ筒１４Ａを構成するステンレスの線膨張係数が10.4×10-6/℃〜17.3×10-6/℃であるのに対し、樹脂膜１４Ｂを構成するフッ素樹脂の線膨張係数は5×10-5/℃〜12×10-5/℃と大きい。
【００５８】
従って、従来のようにディスプレーサ筒に樹脂膜を均一の厚さでコーティングした第２段目ディスプレーサでは、特に高温側Ｈにおいて樹脂膜の剥がれ等が発生するおそれがあることは前述したとおりである。
【００５９】
これに対して本実施形態に係る第２段目ディスプレーサ１４は、図３を用いて説明したように、ディスプレーサ筒１４Ａの外周面に配設（コーティング）された樹脂膜１４Ｂの厚さが、低温側樹脂膜厚さＲＬに対して高温側樹脂膜厚さＲＨが薄くなるよう設定されている（ＲＬ＞ＲＨ）。これにより、温度が室温より２０℃程度高い温度まで上昇する第２段目ディスプレーサ１４の高温側Ｈは、樹脂膜１４Ｂに対して膨張量が少ないディスプレーサ筒１４Ａが主に存在する構成となる。このため、高温側Ｈにおいて、第２段目ディスプレーサ１４の熱膨張を抑制することができる。
【００６０】
一方、第２段目ディスプレーサ１４の低温側Ｌは、樹脂膜１４Ｂが主に存在する構成となる。逆転昇温時においても、低温側Ｌは室温まで温度上昇することはなく、高温側Ｈに対して低い温度を維持する。このため、低温側Ｌにおいて樹脂膜１４Ｂが第２段目シリンダー１２と接触するほど膨張するようなことはない。
【００６１】
更に、第２段目ディスプレーサ１４の低温側樹脂膜厚さＲＬが大きいことにより、低温側Ｌでは樹脂膜１４Ｂがディスプレーサ筒１４Ａから剥がれることを確実に防止することができる。
【００６２】
よって、本実施形態に係るＧＭ冷凍機１，クライオポンプ２、及び第２段目ディスプレーサ１４によれば、第２段目シリンダー１２と第２段目ディスプレーサ１４との接触を防止でき、モータＭにモータスリップが発生することを防止することができる。また、樹脂膜１４Ｂがディスプレーサ筒１４Ａから剥がれることもないため、ＧＭ冷凍機１，クライオポンプ２、及び第２段目ディスプレーサ１４の信頼性を高めることができる。
【００６３】
次に、上記したディスプレーサ筒１４Ａの変形例について説明する。
【００６４】
図４乃至図６は、ディスプレーサ筒１４Ａの第１乃至第３変形例を示している。なお、図４乃至図６において、図１乃至図３に示した構成と対応する構成については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００６５】
図４は、第１変形例である第２段目ディスプレーサ３４を示している。前記した実施形態に係る第２段目ディスプレーサ１４では、低温側Ｌから高温側Ｈに向けて樹脂膜１４Ｂの厚さが連続的に薄くなるよう構成していた。
【００６６】
これに対して第１変形例に係る真空容器３４は、低温側Ｌから所定範囲にわたり同一膜圧の樹脂膜３４Ｂを形成したことを特徴としている。この構成した場合も、低温側Ｌにおいては樹脂膜３４Ｂの低温側樹脂膜厚さＲＬが存在し、高温側Ｈにおいては樹脂膜３４Ｂは存在しない構成となっている。これに対応して、ディスプレーサ筒３４Ａの厚さも、低温側の厚さＤＬが高温側のＤＨに対して薄くなっている（ＤＬ＜ＤＨ）。この構成した場合にも、図１乃至図３に示したディスプレーサ筒１４Ａと同様の効果を実現することができる。
【００６７】
図５及び図６は、第２及び第３変形例である第２段目ディスプレーサ３５，３６を示している。この各ディスプレーサ３５，３６は、樹脂膜３５Ｂ，３６Ｂの厚さが、低温側Ｌから高温側Ｈに向け段階的に薄くなるよう構成したことを特徴とするものである。
【００６８】
図５に示す第２変形例である第２段目ディスプレーサ３５は、樹脂膜３５Ｂの厚さが２段に変化している。また、その段差の形成位置は、第２段目ディスプレーサ３５の略中央位置に設定されている。
【００６９】
具体的には、低温側Ｌにおいて樹脂膜３５Ｂの厚さがＲＬであったのが、高温側Ｈにおいてはそれよりも薄いＲＨとなっている（ＲＬ＞ＲＨ）。これに対応して、ディスプレーサ筒３５Ａの厚さも、低温側の厚さＤＬが高温側のＤＨに対して薄くなっている（ＤＬ＜ＤＨ）。
【００７０】
図６に示す第３変形例である第２段目ディスプレーサ３６は、樹脂膜３６Ｂの厚さが３段に変化している。また、各段差の形成位置は、略等間隔となるよう設定されている。
【００７１】
具体的には、樹脂膜３６Ｂの低温側の厚さをＲＬ、中央部分の厚さをＲＭ、高温側の厚さをＲＨとすると、ＲＬ＞ＲＭ＞ＲＨとなるよう設定されている。これに対応して、ディスプレーサ筒３６Ａの厚さも、ＤＬ＜ＤＭ＜ＤＨとなるよう設定されている。
【００７２】
第２及び第３変形例のディスプレーサ３５，３６のように、樹脂膜３５Ｂ，３６Ｂの厚さが低温側Ｌから高温側Ｈに向け段階的に薄くなるよう構成することにより、前記した実施形態及び第１変形例の効果に加え、各段差部分においてディスプレーサ筒３５Ａ，３６Ａと樹脂膜３５Ｂ，３６Ｂと間で楔効果が発生するため、樹脂膜３５Ｂ，３６Ｂのディスプレーサ筒３５Ａ，３６Ａからの剥がれをより確実に防止することができる。
【００７３】
なお本明細書において、「樹脂の厚さを低温側に対して高温側を薄くした」、及び「樹脂の厚さを低温側から高温側に向け段階的に薄くした」との表現は、図１及び図３に示した実施形態、及び図４に示した第１変形例のように、低温側Ｌにおいて樹脂膜１４Ｂ，３４Ｂが存在しない構成を含むものとする。
【００７４】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。
【００７５】
具体的には、上記した各実施形態に係る第２段目ディスプレーサ１４，３４，３５，３６は、ディスプレーサ筒１４Ａ，３４Ａ，３５Ａ，３６Ａに樹脂膜１４Ｂ，３４Ｂ，３５Ｂ，３６Ｂのみを配設した構成とした。しかしながら、この樹脂膜１４Ｂ，３４Ｂ，３５Ｂ，３６Ｂに冷媒ガスが導入される溝（環状溝或いは螺旋溝等）を形成し、更に冷却効率を高めうる構成としてもよい。
【００７６】
また、本実施形態では樹脂膜をディスプレーサに配設した構成を示したが、樹脂膜の形成位置はディスプレーサに限定されるものではなく、シリンダー１２の内側に形成した構成としてもよい。
【００７７】
また、本実施形態ではディスプレーサの外径Ｌが均一である構成を示したが、これに限られず、低温側に対して高温側の外径を小さくしても良い。例えば、ディスプレーサ筒の外径（厚さ）を低温側と高温側で略同一となるように形成し、樹脂膜の厚さのみ低温側よりも高温側のほうを薄くしてもよい。
【００７８】
更に、上記した変形例では、樹脂膜の厚さを２段又は３段に変化させる構成を示したが、樹脂膜に形成する段差は２段，３段に限定されるものではなく、それ以上の数に設定することも可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１ ＧＭ冷凍機
２ クライオポンプ
１０ 圧縮機
１１ 第１段目シリンダー
１２ 第２段目シリンダー
１３ 第１段目ディスプレーサ
１４，３４，３５，３６ 第２段目ディスプレーサ
１４Ａ，３４Ａ，３５Ａ，３６Ａ ディスプレーサ筒
１４Ｂ，３４Ｂ，３５Ｂ，３６Ｂ 樹脂膜
１５ クランク機構
１６ 冷媒ガス流路
１７，１８ 蓄冷材
１９ 第１段目冷却ステージ
２０ 第２段目冷却ステージ
２１ 第１膨張室
２２ 第２膨張室
２３ 中空空間
２４ 中空空間
２９ シールド
３０ クライオパネル
３２ ルーバ
３３ 真空容器
Ｍ モータ
Ｈ 高温側
Ｌ 低温側
ＤＬ 低温側ディスプレーサ厚さ
ＤＨ 高温側ディスプレーサ厚さ
ＲＬ 低温側樹脂膜厚さ
ＲＨ 高温側樹脂膜厚さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレーサを駆動するモータを冷却時の回転方向とは逆方向に回転させる逆転昇温可能な二段式のＧＭタイプの極低温冷凍機であって、
前記ディスプレーサの外周面に樹脂を配設すると共に、
前記樹脂の厚さを、低温側に対して高温側を薄くしたことを特徴とする極低温冷凍機。
【請求項２】
前記樹脂の厚さを、低温側から高温側に向け連続的に薄くしたことを特徴とする請求項１記載の極低温冷凍機。
【請求項３】
前記樹脂の厚さを、低温側から高温側に向け段階的に薄くしたことを特徴とする請求項１記載の極低温冷凍機。
【請求項４】
パージガスを供給及び排出可能な構成とされた真空容器と、
該真空容器内に配設されたクライオパネルと、
該クライオパネルを冷却する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の極低温冷凍機と、
を有することを特徴とするクライオポンプ。
【請求項５】
極低温冷凍機のシリンダー内に配設されると共に、外周面に樹脂が配設されたディスプレーサであって、
前記樹脂の厚さを、低温側に対して高温側を薄くしたことを特徴とするディスプレーサ。
【請求項６】
前記樹脂の厚さを、低温側から高温側に向け連続的に薄くしたことを特徴とする請求項５記載のディスプレーサ。
【請求項７】
前記樹脂の厚さを、低温側から高温側に向け段階的に薄くしたことを特徴とする請求項５記載のディスプレーサ。
【請求項１】
ディスプレーサを駆動するモータを冷却時の回転方向とは逆方向に回転させる逆転昇温可能な二段式のＧＭタイプの極低温冷凍機であって、
前記ディスプレーサの外周面に樹脂を配設すると共に、
前記樹脂の厚さを、低温側に対して高温側を薄くしたことを特徴とする極低温冷凍機。
【請求項２】
前記樹脂の厚さを、低温側から高温側に向け連続的に薄くしたことを特徴とする請求項１記載の極低温冷凍機。
【請求項３】
前記樹脂の厚さを、低温側から高温側に向け段階的に薄くしたことを特徴とする請求項１記載の極低温冷凍機。
【請求項４】
パージガスを供給及び排出可能な構成とされた真空容器と、
該真空容器内に配設されたクライオパネルと、
該クライオパネルを冷却する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の極低温冷凍機と、
を有することを特徴とするクライオポンプ。
【請求項５】
極低温冷凍機のシリンダー内に配設されると共に、外周面に樹脂が配設されたディスプレーサであって、
前記樹脂の厚さを、低温側に対して高温側を薄くしたことを特徴とするディスプレーサ。
【請求項６】
前記樹脂の厚さを、低温側から高温側に向け連続的に薄くしたことを特徴とする請求項５記載のディスプレーサ。
【請求項７】
前記樹脂の厚さを、低温側から高温側に向け段階的に薄くしたことを特徴とする請求項５記載のディスプレーサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−７９７９１（Ｐ２０１３−７９７９１Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２１２６５（Ｐ２０１１−２２１２６５）
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
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