JP2503267C

JP2503267C -

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Publication number: JP2503267C
Authority: JP
Original assignee: Ebara Corp; Toshiba Corp
Current assignee: Ebara Corp; Toshiba Corp
Publication date: 1998-11-25

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、気体分子同士の衝突が無視できるような低い圧力の条件下で、複数
の動翼および静翼を組合せて相対的に回転させることにより排気作用を得る真空
ポンプ、すなわちターボ分子ポンプと、その運転方法に関する。［従来の技術］従来のターボ分子ポンプを第７図を参照して説明する。全体を符号１で示す従来のターボ分子ポンプは、モータ２、その回転力を伝達
するモータ軸３、モータ軸３に取付けられたロータ４、そのロータ４に取付けら
れた複数の動翼５、その動翼５間に配置されている複数の静翼６、静翼６を取付
けたステータ７、吸気口８および排気口９を形成したケーシング１０、動翼５お
よび静翼６を保護するための保護網１１を含んでいる。そして運転に際しては、
モータ２を駆動して動翼５を分子流程度の稀薄な雰囲気の中で高速回転させるこ
とにより、吸気口８から気体分子を吸い込み、高い圧縮比にて圧縮し、排気口９
へ気体を移動せしめ、高真空を作り出す。［発明が解決しようとする課題］このようなターボ分子ポンプは、取り扱う気体分子の分子量により排気性能が
異なる。そして分子量の小さい気体分子を取り扱う場合には排気性能が著しく低
下する。排気性能は圧縮比が小さいほど低下するが、ここで圧縮を示すパラメー
タとしての翼速度Ｃは、Ｃ＝Ｖ／Ｖm （Ｖは動翼の周速、Ｖmは気体分子の最大確率速度）なる式で示され、気体分子の最大確率速度ＶmはＶm＝√２ＫＴ／Ｍ（Ｍは気体分子の分子量、Ｋはボルツマン定数、Ｔは気体の絶対温度）なる式で表される。これ等の式より明らかなように、気体分子の分子量Ｍが小さければその最大確率速度Ｖmが大きくなり、翼速度比Ｃが小さくなる。従
って分子量の小さい気体分子を取り扱う場合には排気性能が低下するのである。
そして排気性能が低い場合、ターボ分子ポンプの実際の運転に際して問題となる
ことが多い。この分子量の小さい気体による問題としては、特に水蒸気の存在が悪影響をお
よぼす。ターボ分子ポンプを備えた系の一部が大気開放となり大気がその系に流
入する場合、ターボ分子ポンプによって作られる１０^-4Torrないし１０^-10Torr
（１０^-4mmHg ないし１０^-10mmHg）程度の真空における残留ガスはその大部分が
水蒸気である。そしてこの残留水蒸気は真空度および真空環境に悪影響をおよぼ
すのである。ヘリウム冷凍機を使用し１５°Ｋから２０°Ｋ程度の超低温の熱交換器を備え
た所謂クライオ真空ポンプを用いた場合には、水蒸気についての排気特性が良好
となるので、上述の不都合にある程度対処することができる。しかしクライオ真
空ポンプの場合は、（１）冷凍機駆動に係わる起動・停止時間が長い、（２）いわゆる溜め込み式なので、一定の負荷運転が終了する毎に再生運転を長
時間に亘って行う必要がある、（３）気体分子の種類により昇華温度が異なるため、再生運転時には熱交換器の
温度上昇に従って各種気体分子は高濃度にて順次ポンプから分離排出されるが、
この分離排出に対応してその後の処理を行うことが困難である。特に半導体製造
プロセスにおいては、モノシラン（ＳiＨ₄）、フッ化水素（ＨＦ）のような有毒
、高腐蝕性、爆発性、可燃性の気体を窒素（Ｎ₂）、ヘリウム（Ｈe）等の不活性
ガスで希釈して使用するので、これら各種気体が分離排出されることに対応する
のが非常にむずかしい、というような問題点がある。ここで、従来のターボ分子ポンプとクライオ真空ポンプとを組合わせることも考えられる。しかしこのような組合せでは水素、ヘリウム以外の殆どの気
体分子がクライオ真空ポンプで氷結捕集されてしまうので、ターボ分子ポンプを
設ける意味がなくなってしまう。本発明は上記した従来技術の欠点に鑑みて提案されたものであり、分子量が小
さい気体、特に水蒸気の排気特性が良好であり、起動・停止操作が容易で連続運
転が可能なターボ分子ポンプを提供することを目的としている。［課題を解決するための手段］本発明のターボ分子ポンプは、複数の動翼を備えたロータと、複数の静翼を備
えたステータとを有し、吸気口から気体分子を取り込み圧縮して排気口から排出
するターボ分子ポンプにおいて、吸気口内に熱交換器を設け、この熱交換器は冷
媒配管を介して冷凍機に接続しており、吸気口の上流側には締切弁が設けられて
いる。ここで、前記冷凍機は−１００℃ないし−１９０℃程度の冷媒を供給する能力
を有しているのが好ましく、そしてこの冷凍機はデフロスト運転が可能な冷凍機
であるかあるいは吸気口においてヒータを設けているのが好ましい。そして、前記熱交換器は伝熱コイルおよび複数の伝熱プレートを含み、吸気口
から吸引された気体分子が伝熱プレート間を通過するように該伝熱プレートは伝
熱コイルの上側および下側へ間隔を空けて配置されているのが好ましい。あるいは、前記熱交換器は、シリンダ状の伝熱コイルと、該伝熱コイルを同心
的に包囲するシリンダ状の伝熱部材と、伝熱コイルと伝熱部材の間に設けられた
複数の半径方向伝熱プレートとを含み、伝熱コイル、伝熱部材および伝熱プレー
トは吸気口から吸引された気体分子の流れに対して平行に配置されているのが好
ましい。ここで、前記熱交換器は、前記シリンダ状の伝熱部材を同心的に包囲し且つ該伝熱部材の外側に取付けられたシリンダ
状の熱シールド部材を更に含んでいるのが好ましい。また、本発明のターボ分子ポンプの運転する方法においては、吸気口の上流側
に設けた締切弁を開放して吸気口内に設けた熱交換器により水蒸気分子を氷結捕
集する排気運転工程と、前記締切弁を閉鎖し氷結捕集した水蒸気分子を解氷放出
する再生運転工程とを含んでいる。ここで前記再生運転工程は、冷凍機を冷凍運転からデフロスト運転に切換える
工程を含んでいるか、あるいは冷凍機の冷凍能力を維持または低減した上で吸気
口に設けたヒータにより冷凍能力を上回る加熱を行う工程を含んでいるのが好ま
しい。しかしながら、再生運転工程は、単に締切弁を閉鎖し且つターボ分子ポンプの
排気作用を継続することによって行い得る。［作用］本発明のターボ分子ポンプおよびその運転方法によれば、排気運転を行う際に
は、吸気口の上流側に設けた締切弁を開放し、冷凍機を冷凍運転して熱交換器に
冷媒を送出して冷却する。そして動翼を回転することによって気体をポンプ内に
吸い込むが、この際、その気体中に含まれる水蒸気は熱交換器により選択的に氷
結捕集される。その結果、ターボ分子ポンプの排気性能が向上し真空度の高い良
質な真空をつくることができる。また氷結捕集されない分子量の小さな気体、例
えば水素、ヘリウム等も、熱交換器によって冷却されることによりその温度が低
下し気体分子性能が遅くなる。これにより、翼速度比Ｃが大きくなり、ターボ分
子ポンプの排気性能が向上する。そして、従来のターボ分子ポンプにおける問題
点、すなわち分子量の小さい気体、特に水蒸気の排気性能が悪いことが解消され
る。一方、所定時間だけ排気運転を行った後は、熱交換器に氷結捕集された水蒸気
を解氷し放出する再生運転を行う必要がある。そのような再生運転を行う工程の場合は、前記締切弁を閉鎖し、熱交換器に氷結捕集されている水蒸
気を加熱すれば良い。この加熱を行う方式としては、冷凍機を冷凍運転からデフ
ロスト運転に切換えて熱交換器を介して加熱を行う方式や、あるいは冷凍機の冷
凍能力を維持または低下し、そして吸気口に設けたヒータによって冷凍能力以上
の加熱を行う方式等がある。そして氷結捕集された水蒸気は、熱交換器あるいは
ヒータから熱を得て気化し、動翼および静翼の相互作用により排出口から排気さ
れ、再生工程が行われるのである。これにより、再生運転工程への切換えおよび
再生運転に要する時間が大巾に短縮される。さらに、再生運転工程は、締切弁を閉鎖してターボ分子ポンプの排気作用を継
続せしめることのみによって行い得る。この場合、上記したような水蒸気の加熱
は不必要である。この再生運転工程は、例えば半導体製造プロセスにおいてターボ分子ポンプの
通常の作動における締切弁遮断（閉鎖）時間を利用することによって、行うこと
ができる。そして、これにより、再生運転のための特別な時間を必要とすること
なく、ターボ分子ポンプを連続して運転することが可能となるのである。このように本発明によれば、起動・停止操作が容易でかつ連続運転が可能であ
るという従来のターボ分子ポンプの利点を有しつつ、分子量の小さい気体、特に
水蒸気の排出も効率的に行うことができるターボ分子ポンプが提供されるのであ
る。なお、本発明によれば、排気すべき気体の成分および排気運転時間に基づい
て、熱交換器の形状および伝熱面積を選択することができる。［実施例］以下第１図ないし第６図を参照して本発明の実施例について説明する。第１図は本発明の第１実施例を示す。全体を符号２０で示すターボ分子ポンプは、複数の動翼２２を備えたロータ２４と、該動翼２２間に配置された複
数の静翼２６を取付けたステータ２８とを有している。そしてロータ２４はモー
タ３０のモータ軸３２に取付けられており、ステータ２８はケーシング３４内に
設けられている。このケーシング３４には吸気口３６と排気口３８が形成されて
おり、吸気口３６の下流側（流路中排気口に近い側）で複数の動翼２２および静
翼２６の上流側には、これを保護するための保護網４０が設けられている。そし
て吸気口３６の上流側には図示しない締切弁が配置されている。以上の構成に加えて第１図のターボ分子ポンプ２０には、その吸気口３６にお
いて熱交換器４２が設けられている。この熱交換器４２は冷媒配管４４を介して
冷凍機４６に接続されている。ここで、冷凍機４６は、例えば米国特許第４１７
６５２６号で開示されているように、その内部の切換弁（第１図では図示せず）
により低温の冷媒流体が常温の冷媒流体（またはホットガス）かのいずれかを選
択的に冷媒配管内に流すことができて、短時間で冷凍運転とデフロスト運転との
切換を行い得るタイプの冷凍機である。第１図における熱交換器４２は、第２Ａ図ないし第４Ｂ図で示すような構成を
有している。第２Ａ図および第２Ｂ図に示す熱交換器４２Ａは、平面的な伝熱コ
イル７２および複数の伝熱プレート７４を含んでおり、該伝熱プレート７４は伝
熱コイルの上側および下側へ間隔を空けて設けられており、その結果、前記吸気
口から吸引された気体分子は該伝熱プレート間を通過する。熱交換器４２Ａは、
冷凍機４６（第１図）から冷媒配管４４（第１図）を介して、冷却された冷媒が
供給される。冷媒は冷媒入口７０を介して供給され、伝熱コイル７２および伝熱
プレート７４を冷却し、冷媒出口７６より冷凍機４６にもどされる。そして、水
蒸気分子が冷却された伝熱コイル７２および伝熱プレート７４に衝突したとき、
一定の確率をもって氷結捕集される。なお、第２Ｂ図の矢印Ａはターボ分子ポンプ２０に吸引
される気体の流れを示す。第３Ａ図および第３Ｂ図において示された熱交換器４２Ｂは、シリンダ状の伝
熱コイル７２′、該伝熱コイル７２′を同心的に包囲するシリンダ状の伝熱部材
７４′、および伝熱コイル７２′と伝熱部材７４′の間に設けられた複数の半径
方向伝熱ブレート７４″を含んでいる。伝熱コイル７２′、伝熱部材７４′およ
び伝熱プレート７４″は、吸気口から吸引された気体分子の流れに対して平行に
配置され、該流れに対する抵抗（排気抵抗）を小さくしている。第４Ａ図および第４Ｂ図に示す熱交換器４２Ｃにおいては、シリンダ状の熱シ
ールド部材７８がプレート７９によって熱交換器４２Ｃの外側へ同心的に取付け
られている。ここで、該熱交換器４２Ｃは第３Ａ図および第３Ｂ図で示す熱交換
器と同一の構造である。そして、熱シールド部材７８は、輻射伝熱による熱損失
（熱吸収）を小さくするように作用する。第１図に示す実施例において、先ず排気運転工程の際には、吸気口３６の上流
側にある図示しない締切弁を開放し、冷凍機４６を冷凍運転にして熱交換器４２
へ低温冷媒供給する。そしてモータ３０を回転して、吸気口３６を介して気体を
吸込めば、吸込まれた気体中の水蒸気は熱交換器４２によって氷結捕集される。
その結果、第１図のターボ分子ポンプ２０の排気効率が向上して、真空度の高い
良質な真空が得られる。また、水蒸気以外の分子量の小さい気体分子（水素、ヘ
リウムその他）は、氷結捕集はされないが熱交換器４２と衝突することによって
その気体温度が低下し、それにより翼速度比が大きくなり、当該ポンプ２０の排
気性能が向上する。第５図で示す水蒸気の飽和蒸気圧のグラフを参照すると、−８５℃で水蒸気の
飽和蒸気圧は１０^-4Torr（１０^-4mmHg）であり、−１４０℃で１０^-10Torr（１
０^-10mmHg）である。このことから、水蒸気を冷却して氷結捕集して排気運転をすれば、得られた真空の真空度が向上することが分る。ここで、第５図における飽和蒸気圧のグラフは平衡状態を表していることを考
慮すると、水蒸気を効率よく氷結捕集を行うためには−８５℃ないし−１４０℃
よりもさらに低い温度が必要となる。そのため、第１図の実施例においては冷熱
源として−１００℃ないし−１９０℃の冷媒を用いている。第１図のターボ分子ポンプ２０を用いて所定時間の排気運転を行った後、氷結
捕集した分子を解氷・放出する再生運転を行う際には、吸気口３６の上流側にあ
る第１図では図示しない締切弁（第６図の符号９０で示す部材と同一）を閉鎖し
、冷凍機４６をデフロスト運転に切換えて、常温の冷媒流体あるいはホットガス
を熱交換器４２に供給して加熱する。その結果、熱交換器４２に氷結捕集された
水蒸気が熱交換器４２から熱を得て気化（昇華）して、動翼２２と静翼２６との
相互作用によって排出されるのである。次に第６図を参照して本発明の第２実施例について説明する。第６図において
、第１図と同一の部材は同一の符号にて示されている。第６図の実施例では、吸気口３６においては熱交換器４２の他にヒータ５２が
設けられている。そして冷凍機４６Ａはデフロスト運転可能なタイプのものでな
くても良い。この実施例において、排気運転工程については第１図の実施例と同
一であるが、再生運転工程においては、冷凍機４６Ａの冷凍能力を維持あるいは
低下しつつ、ヒータ５２によって冷凍能力以上の加熱をするという操作を行う。
その結果、熱交換器４２に氷結捕集された水蒸気はヒータ５２によって加熱され
気化して、動翼２２および静翼２６の相互作用により排出されるのである。尚、
第６図において符号９０は締切弁、９２は真空容器、あるいはそれに接続する配
管を示す。この実施例においては、冷凍機を冷凍運転とデフロスト運転とに切換える必要がなく、運転切換の際の立ち上り時間が不必要である。これにより、排気
運転工程と再生運転工程とからなる運転サイクルの効率をさらに向上させること
ができる。さらに、再生運転工程は、単に締切弁を閉鎖し且つターボ分子ポンプの排気作
用を継続することによって行うことができる。すなわち、第６図で示すターボ分
子ポンプ５０において、締切弁９０が閉鎖され且つ該ターボ分子ポンプ５０の排
気作用が継続する場合には、吸気口３６の下流側にある空間、すなわちトラップ
室内の蒸気圧が減少し、それにより、熱交換器４２上で氷結捕集された水蒸気の
昇華が発生しあるいは昇華量が増大する。例えば、トラップ室内の温度が−１２
０℃であり且つ締切弁９０を閉鎖する以前のトラップ室内の圧力が６×１０^-6To
rrであると仮定する（第５図におけるポイントＡ）。この状態で、締切弁９０を
閉鎖し且つ排気作用を継続すれば、トラップ室内の水蒸気圧は約１×１０^-8Torr
（第５図におけるポイントＢ）に減少する。従って、熱交換器４２上で氷結捕集
された水蒸気は昇華し、ロータ２４の動翼２２とステータ２８の静翼２６との相
互作用によって排気されて、再生運転工程が行われるのである。このような再生運転工程は、第１実施例において必要とされたような冷凍機４
６の冷凍運転とデフロスト運転との切換えを要しない。また、第２実施例におい
て必要とされたような熱交換器４２の加熱を要しない。従って、再生運転工程に
のみ用いられる特別な時間が必要では無くなる。再生運転工程は、例えば半導体
製造プロセスにおけるターボ分子ポンプの通常の運転プロセス中の締切弁遮断（
閉鎖）時間を用いることによって、行われるのである。そして、ターボ分子ポン
プを連続して運転することが可能となり、さらに、第１および第２実施例に比較
してターボ分子ポンプの効率を向上させることが可能となる。［発明の効果］以上説明したように本発明のターボ分子ポンプによれば、排出すべき気体に含
有される分子量の小さい気体分子、特に水蒸気の存在による不都合を解消するこ
とができ、しかも起動・停止が容易に行われる。そのため真空度の高い良質な真
空を短時間で得ることができる。また、この発明によるターボ分子ポンプは、気体分子を氷結捕集するために、
ターボ分子ポンプ構成部品の一部、例えばケーシングや静翼を冷却するためでは
なく、独立の熱交換器を設けることにより、排気系の成分および排気継続時間に
基づいて熱交換器の形状および伝熱面積を選択できるという特徴をもつ。さらに、本発明によれば、再生運転工程にのみ費やされる時間を設定する必要
がなく、ターボ分子ポンプを長時間に亘り連続運転することができる。そのため
、ターボ分子ポンプの運転効率が非常に高くなる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [FIELD OF THE INVENTION The present invention is, under conditions of low pressure, such as collisions of gas molecules with each other is negligible, relative by combining a plurality of moving blades and stationary vanes The present invention relates to a vacuum pump that obtains an evacuation function by being rotated, that is, a turbo-molecular pump, and an operation method thereof. [Prior Art] A conventional turbo-molecular pump will be described with reference to FIG. A conventional turbo-molecular pump, generally designated by the reference numeral 1, includes a motor 2, a motor shaft 3 transmitting its rotational force, a rotor 4 attached to the motor shaft 3, a plurality of moving blades 5 attached to the rotor 4, A plurality of stationary blades 6 disposed between the moving blades 5, a stator 7 to which the stationary blades 6 are attached, a casing 10 having an intake port 8 and an exhaust port 9, a protection for protecting the moving blades 5 and the stationary blades 6. The network 11 is included. And when driving,
By driving the motor 2 to rotate the rotor blade 5 at high speed in a dilute atmosphere such as a molecular flow, gas molecules are sucked in from the intake port 8 and compressed at a high compression ratio.
Move the gas to create a high vacuum. [Problems to be Solved by the Invention] Such a turbo molecular pump has different exhaust performance depending on the molecular weight of gas molecules to be handled. When handling gas molecules having a small molecular weight, the exhaust performance is significantly reduced. Although the exhaust performance decreases as the compression ratio decreases, the blade speed C as a parameter indicating compression is expressed by the following formula: C = V / Vm (V is the peripheral speed of the moving blade, and Vm is the maximum probability speed of gas molecules). The maximum probability velocity Vm of a gas molecule is represented by the following equation: Vm = √2KT / M (M is the molecular weight of the gas molecule, K is the Boltzmann constant, and T is the absolute temperature of the gas). As is apparent from these equations, if the molecular weight M of the gas molecule is small, the maximum probability velocity Vm increases, and the blade speed ratio C decreases. Therefore, when gas molecules having a small molecular weight are handled, the exhaust performance is reduced.
When the exhaust performance is low, a problem often occurs in the actual operation of the turbo-molecular pump. As a problem caused by the gas having a small molecular weight, the presence of water vapor has an adverse effect. When a part of a system equipped with a turbo-molecular pump is opened to the atmosphere and the air flows into the system, 10 ^-4 Torr to 10 ^-10 Torr produced by the turbo-molecular pump.
Most of the residual gas in a vacuum of about (10 ⁻⁴ mmHg to 10 ⁻¹⁰ mmHg) is water vapor. This residual water vapor has an adverse effect on the degree of vacuum and the vacuum environment. In the case of using a helium refrigerator and a so-called cryo-vacuum pump equipped with an ultra-low-temperature heat exchanger of about 15 ° K to 20 ° K, the exhaust characteristics of water vapor are improved. I can deal with it. However, in the case of a cryogenic vacuum pump, (1) the start / stop time related to the driving of the refrigerator is long, and (2) since it is a so-called storage type, it is necessary to perform the regeneration operation for a long time every time a constant load operation is completed. (3) Since the sublimation temperature differs depending on the type of gas molecules, during regeneration operation, various gas molecules are sequentially separated and discharged from the pump at a high concentration according to the temperature rise of the heat exchanger.
It is difficult to perform subsequent processing corresponding to the separation and discharge. Particularly, in the semiconductor manufacturing process, toxic, highly corrosive, explosive, and flammable gases such as monosilane (SiH ₄ ) and hydrogen fluoride (HF) are inerted with nitrogen (N ₂ ), helium (He), etc. Since it is used after being diluted with gas, it is very difficult to cope with the separation and discharge of these various gases. Here, a combination of a conventional turbo molecular pump and a cryogenic vacuum pump may be considered. However, in such a combination, almost all gas molecules other than hydrogen and helium are collected by freezing with a cryo-vacuum pump, and there is no point in providing a turbo-molecular pump. The present invention has been proposed in view of the above-mentioned disadvantages of the prior art, and has been proposed a turbo-molecular pump capable of continuous operation with a gas having a low molecular weight, particularly good exhaust characteristics of water vapor, easy start / stop operation. It is intended to provide. [Means for Solving the Problems] A turbo-molecular pump according to the present invention includes a rotor having a plurality of moving blades and a stator having a plurality of stationary blades. In the turbo molecular pump discharged from the exhaust port, a heat exchanger is provided in the intake port, this heat exchanger is connected to a refrigerator through a refrigerant pipe, and a shutoff valve is provided on the upstream side of the intake port. I have. Here, it is preferable that the refrigerator has a capability of supplying a refrigerant of about -100 ° C. to −190 ° C., and this refrigerator is a refrigerator capable of a defrost operation or a heater at a suction port. Is preferably provided. The heat exchanger includes a heat transfer coil and a plurality of heat transfer plates, and the heat transfer plate is positioned above and below the heat transfer coil such that gas molecules sucked from the air inlet pass between the heat transfer plates. Preferably, they are arranged at an interval. Alternatively, the heat exchanger includes a cylindrical heat transfer coil, a cylindrical heat transfer member concentrically surrounding the heat transfer coil, and a plurality of radii provided between the heat transfer coil and the heat transfer member. Preferably, the heat transfer coil, the heat transfer member and the heat transfer plate are arranged in parallel to the flow of gas molecules sucked from the air inlet. Here, it is preferable that the heat exchanger further includes a cylindrical heat shield member concentrically surrounding the cylindrical heat transfer member and attached outside the heat transfer member. Further, in the method of operating the turbo-molecular pump of the present invention, an exhaust operation step of opening a shut-off valve provided on the upstream side of the intake port to freeze and collect water vapor molecules by a heat exchanger provided in the intake port, A regeneration operation step of closing the shut-off valve and releasing ice molecules trapped and frozen by ice release. Here, the regeneration operation step includes a step of switching the refrigerator from the refrigeration operation to the defrost operation, or heating that exceeds the refrigeration capability by the heater provided at the intake port after maintaining or reducing the refrigeration capability of the refrigerator. Preferably, the method includes a performing step. However, the regeneration operation step can be performed simply by closing the shut-off valve and continuing the evacuation action of the turbo-molecular pump. [Operation] According to the turbo-molecular pump and the operation method thereof of the present invention, when performing the exhaust operation, the shut-off valve provided on the upstream side of the intake port is opened, the refrigerator is operated in the freezing operation, and the heat exchanger is connected to the heat exchanger. The refrigerant is delivered and cooled. Then, the gas is sucked into the pump by rotating the rotor blades. At this time, the water vapor contained in the gas is selectively frozen and collected by the heat exchanger. As a result, the evacuation performance of the turbo-molecular pump is improved, and a high-quality vacuum with a high degree of vacuum can be created. Also, a gas having a low molecular weight, such as hydrogen, helium, etc., which is not frozen and trapped, is cooled by the heat exchanger, so that its temperature is lowered and gas molecule performance is slowed. As a result, the blade speed ratio C increases, and the exhaust performance of the turbo molecular pump improves. This solves the problem of the conventional turbo-molecular pump, that is, the poor performance of exhausting a gas having a small molecular weight, particularly water vapor. On the other hand, after the evacuation operation has been performed for a predetermined time, it is necessary to perform a regeneration operation for deicing and releasing the water vapor collected and collected in the heat exchanger. In the case of such a regeneration operation, the shut-off valve may be closed, and the steam that has been frozen and collected in the heat exchanger may be heated. As a method for performing this heating, a method in which the refrigerator is switched from the freezing operation to the defrost operation and heating is performed through the heat exchanger, or a method in which the refrigerating capacity of the refrigerator is maintained or reduced, and a heater provided in the intake port is provided. There is a method of performing heating that exceeds the refrigerating capacity. Then, the water vapor collected by freezing is vaporized by obtaining heat from a heat exchanger or a heater, and is exhausted from an outlet through the interaction between the moving blades and the stationary blades, thereby performing a regeneration process. As a result, the time required for switching to the regeneration operation step and the regeneration operation is greatly reduced. Further, the regeneration operation step can be performed only by closing the shut-off valve and continuing the evacuation action of the turbo-molecular pump. In this case, the heating of the steam as described above is unnecessary. This regeneration operation step can be performed, for example, by utilizing a shut-off valve closing (closing) time in a normal operation of the turbo-molecular pump in a semiconductor manufacturing process. Thus, the turbo molecular pump can be continuously operated without requiring a special time for the regeneration operation. As described above, according to the present invention, while having the advantage of the conventional turbo-molecular pump that the start / stop operation is easy and the continuous operation is possible, gas with a small molecular weight, particularly, water vapor is also efficiently discharged. There is provided a turbo-molecular pump that can be used. According to the present invention, the shape and heat transfer area of the heat exchanger can be selected based on the components of the gas to be exhausted and the exhaust operation time. Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. 1 to FIG. FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. A turbo-molecular pump, generally designated by the reference numeral 20, includes a rotor 24 having a plurality of moving blades 22 and a stator 28 having a plurality of stationary blades 26 disposed between the moving blades 22. The rotor 24 is attached to a motor shaft 32 of the motor 30, and the stator 28 is provided in a casing 34. An intake port 36 and an exhaust port 38 are formed in the casing 34, and on the downstream side of the intake port 36 (closer to the exhaust port in the flow path) and on the upstream side of the plurality of moving blades 22 and the stationary blade 26, A protection network 40 for protecting this is provided. A shutoff valve (not shown) is arranged upstream of the intake port 36. In addition to the above configuration, the turbo molecular pump 20 shown in FIG. 1 is provided with a heat exchanger 42 at the intake port 36 thereof. This heat exchanger 42 is connected to a refrigerator 46 via a refrigerant pipe 44. Here, the refrigerator 46 is, for example, a U.S. Pat.
Switching valve (not shown in FIG. 1) as disclosed in US Pat.
A type of refrigeration that can selectively flow either a low-temperature refrigerant fluid or a normal-temperature refrigerant fluid (or a hot gas) into a refrigerant pipe, and can switch between a refrigeration operation and a defrost operation in a short time. Machine. The heat exchanger 42 in FIG. 1 has a configuration as shown in FIGS. 2A to 4B. The heat exchanger 42A shown in FIGS. 2A and 2B includes a planar heat transfer coil 72 and a plurality of heat transfer plates 74, which are spaced above and below the heat transfer coil. The gas molecules sucked from the air inlet pass between the heat transfer plates. The heat exchanger 42A is
Cooled refrigerant is supplied from a refrigerator 46 (FIG. 1) via a refrigerant pipe 44 (FIG. 1). The refrigerant is supplied through the refrigerant inlet 70, cools the heat transfer coil 72 and the heat transfer plate 74, and returns to the refrigerator 46 from the refrigerant outlet 76. When the steam molecules collide with the cooled heat transfer coil 72 and the heat transfer plate 74,
Ice is collected with a certain probability. The arrow A in FIG. 2B indicates the flow of gas sucked by the turbo molecular pump 20. The heat exchanger 42B shown in FIGS. 3A and 3B includes a cylindrical heat transfer coil 72 ', a cylindrical heat transfer member 74' concentrically surrounding the heat transfer coil 72 ', and a heat transfer coil 74'. A plurality of radial heat transfer plates 74 "are provided between the coil 72 'and the heat transfer member 74'. The heat transfer coil 72 ', the heat transfer member 74', and the heat transfer plate 74" include an air inlet. It is arranged parallel to the flow of the gas molecules sucked from the, and the resistance to the flow (exhaust resistance) is reduced. In the heat exchanger 42C shown in FIGS. 4A and 4B, a cylindrical heat shield member 78 is concentrically attached to the outside of the heat exchanger 42C by a plate 79. Here, the heat exchanger 42C has the same structure as the heat exchanger shown in FIGS. 3A and 3B. The heat shield member 78 acts to reduce heat loss (heat absorption) due to radiant heat transfer. In the embodiment shown in FIG. 1, first, in the exhaust operation step, a shut-off valve (not shown) upstream of the intake port 36 is opened, the refrigerator 46 is operated in the freezing mode, and the heat exchanger 42 is operated.
Supply low-temperature refrigerant to Then, when the motor 30 is rotated to suck the gas through the air inlet 36, the water vapor in the sucked gas is frozen and collected by the heat exchanger 42.
As a result, the evacuation efficiency of the turbo molecular pump 20 shown in FIG. 1 is improved, and a high-quality vacuum with a high degree of vacuum is obtained. In addition, gas molecules having a small molecular weight other than water vapor (hydrogen, helium, etc.) are not collected by icing, but collide with the heat exchanger 42 to lower the gas temperature, thereby increasing the blade speed ratio. The pumping performance of the pump 20 is improved. Referring to the graph of the saturated vapor pressure of steam shown in FIG. 5, the saturated vapor pressure of steam at -85 ° C. is 10 ⁻⁴ Torr (10 ⁻⁴ mmHg), and at −140 ° C., 10 ⁻¹⁰ Torr (1
0 ^-10 mmHg). This indicates that the degree of vacuum obtained can be improved by cooling the water vapor, collecting ice, and performing the evacuation operation. Here, considering that the graph of the saturated vapor pressure in FIG. 5 represents an equilibrium state, in order to efficiently collect water vapor by freezing and trapping, it is necessary to use -85 ° C. to -140 ° C.
Even lower temperatures are required. Therefore, in the embodiment of FIG. 1, a refrigerant of -100 ° C. to -190 ° C. is used as a cold heat source. After performing the evacuation operation for a predetermined time using the turbo molecular pump 20 of FIG. 1, when performing the regeneration operation for deicing and releasing the ice-trapped molecules, the first operation at the upstream side of the intake port 36 is performed. The shut-off valve (same as the member indicated by reference numeral 90 in FIG. 6) is closed, the refrigerator 46 is switched to the defrost operation, and the normal-temperature refrigerant fluid or hot gas is supplied to the heat exchanger 42 for heating. I do. As a result, the water vapor frozen and collected in the heat exchanger 42 obtains heat from the heat exchanger 42, evaporates (sublimates), and is discharged by the interaction between the moving blade 22 and the stationary blade 26. Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6, the same members as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In the embodiment of FIG. 6, a heater 52 is provided at the intake port 36 in addition to the heat exchanger 42. The refrigerator 46A may not be of the type that can perform the defrost operation. In this embodiment, the exhaust operation step is the same as the embodiment of FIG. 1, but in the regeneration operation step, the heater 52 heats the refrigeration capacity or more while maintaining or decreasing the refrigeration capacity of the refrigerator 46A. Do the operation of doing.
As a result, the water vapor frozen and collected in the heat exchanger 42 is heated and vaporized by the heater 52, and is discharged by the interaction between the moving blade 22 and the stationary blade 26. still,
In FIG. 6, reference numeral 90 denotes a shutoff valve, and 92 denotes a vacuum vessel or a pipe connected thereto. In this embodiment, there is no need to switch the refrigerator between the refrigeration operation and the defrost operation, and the rise time at the time of operation switching is unnecessary. As a result, the efficiency of the operation cycle including the exhaust operation step and the regeneration operation step can be further improved. Further, the regeneration operation step can be performed simply by closing the shut-off valve and continuing the evacuation action of the turbo-molecular pump. That is, in the turbo-molecular pump 50 shown in FIG. 6, when the shut-off valve 90 is closed and the exhaust operation of the turbo-molecular pump 50 is continued, the space on the downstream side of the intake port 36, that is, the trap
The vapor pressure in the room decreases, and thereby the sublimation of the water vapor collected and collected on the heat exchanger 42 occurs or the sublimation amount increases. For example, if the temperature in the trap chamber is -12
The pressure in the trap chamber at 0 ° C. and before closing the shut-off valve 90 is 6 × 10 ⁻⁶ To
Assume rr (point A in FIG. 5). In this state, if the shut-off valve 90 is closed and the exhaust operation is continued, the water vapor pressure in the trap chamber becomes about 1 × 10 ⁻⁸ Torr.
(Point B in FIG. 5). Therefore, the water vapor collected and frozen on the heat exchanger 42 is sublimated, exhausted by the interaction between the moving blades 22 of the rotor 24 and the stationary blades 26 of the stator 28, and the regeneration operation process is performed. Such a regeneration operation step is performed by using the refrigerator 4 as required in the first embodiment.
It does not require switching between 6 freezing operation and Defurosu door operation of. Further, it is not necessary to heat the heat exchanger 42 as required in the second embodiment. Therefore, a special time used only for the regeneration operation step is not required. The regeneration operation step includes, for example, shutoff of a shutoff valve during a normal operation process of a turbo molecular pump in a semiconductor manufacturing process (
This is done by using the (close) time. Then, the turbo molecular pump can be operated continuously, and the efficiency of the turbo molecular pump can be improved as compared with the first and second embodiments. [Effects of the Invention] As described above, according to the turbo-molecular pump of the present invention, it is possible to eliminate the inconvenience due to the presence of gas molecules having a small molecular weight, particularly water vapor, contained in the gas to be discharged. Stopping is easily performed. Therefore, a high-quality vacuum with a high degree of vacuum can be obtained in a short time. In addition, the turbo-molecular pump according to the present invention is designed to freeze and collect gas molecules.
By providing an independent heat exchanger, rather than for cooling some of the turbomolecular pump components, e.g., the casing and vanes, the shape and heat transfer of the heat exchanger based on the components of the exhaust system and the duration of the exhaust The feature is that the area can be selected. Further, according to the present invention, it is not necessary to set the time spent only in the regeneration operation step, and the turbo molecular pump can be continuously operated for a long time. Therefore, the operating efficiency of the turbo molecular pump becomes very high.

【図面の簡単な説明】第１図は本発明のターボ分子ポンプの第１実施例の正面断面図、第２Ａ図は第
１図の熱交換器の一例を示す平面図、第２Ｂ図はその正面図、第３Ａ図は熱交換
器の他の例を示す平面図、第３Ｂ図はそのＢ−Ｂ線断面図、第４Ａ図はさらにそ
の他の熱交換器を示す平面図、第４Ｂ図はそのＢ−Ｂ線断面図、第５図は水蒸気
の飽和蒸気圧のグラフを示す図、第６図は本発明の第２実施例の正面断面図、第
７図は従来のターボ分子ポンプの正面断面図である。１、２０、５０‥‥ターボ分子ポンプ２、３０‥‥モータ３、３２‥‥モータ軸４、２４‥‥ロータ５、２２‥‥動翼６、２６‥‥静翼７、２８‥‥ステータ８、３６‥‥吸気口９、３８‥‥排気口１０、３４‥‥ケーシング１１、４０‥‥保護網４２‥‥熱交換器４４‥‥冷媒配管４６、４６Ａ‥‥冷凍機５２‥‥ヒータBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a front sectional view of a first embodiment of a turbo-molecular pump of the present invention, FIG. 2A is a plan view showing an example of the heat exchanger of FIG. 1, and FIG. FIG. 3A is a front view, FIG. 3A is a plan view showing another example of the heat exchanger, FIG. 3B is a sectional view taken along the line BB, FIG. 4A is a plan view showing still another heat exchanger, and FIG. FIG. 5 is a view showing a graph of the saturated vapor pressure of steam, FIG. 6 is a front sectional view of a second embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a front view of a conventional turbo-molecular pump. It is sectional drawing. 1, 20, 50 ° turbo molecular pump 2, 30 ° motor 3, 32 ° motor shaft 4, 24 ° rotor 5, 22 ° moving blade 6, 26 ° stationary blade 7, 28 ° stator 8 36, intake port 9, 38, exhaust port 10, 34, casing 11, 40, protection net 42, heat exchanger 44, refrigerant pipe 46, 46A, refrigerator 52, heater

Claims

Claims (1) A turbo-molecular pump having a rotor having a plurality of moving blades and a stator having a plurality of stationary blades, taking in gas molecules from an intake port and compressing and discharging the gas molecules from an exhaust port. In, a heat exchanger is provided in the intake port, this heat exchanger is connected to the refrigerator through a refrigerant pipe, a shutoff valve is provided on the upstream side of the intake port, and the heat exchanger
The constituent members are the flow of gas molecules sucked from the intake port so that the exhaust resistance is small.
A turbo-molecular pump, which is arranged in parallel to the above . (2) The turbo molecular pump according to claim 1, wherein the refrigerator has a capability of supplying a refrigerant at about -100 ° C to -190 ° C. (3) The turbo molecular pump according to claim 1, wherein the refrigerator is capable of performing a defrost operation. (4) The turbo molecular pump according to claim 1, wherein a heater is provided inside the intake port. (5) A rotor having a plurality of moving blades and a stator having a plurality of stationary blades
, A turbo-molecular pump that takes in gas molecules from the intake port, compresses them, and discharges them from the exhaust port
, A heat exchanger is provided in the intake port, and this heat exchanger is connected to the refrigerator through a refrigerant pipe.
The heat exchanger includes a heat transfer coil and a plurality of heat transfer plates, and gas molecules sucked from the air inlet are connected to the heat transfer plate. A turbo-molecular pump, wherein the heat transfer plate is spaced above and below the heat transfer coil so as to pass therethrough. (6) A rotor having a plurality of rotor blades and a stator having a plurality of stator blades
In turbo molecular pump for discharging from the exhaust port to capture compressed gas molecules from the air inlet, a heat exchanger provided in the intake mouth, the heat exchanger is refrigerant pipe
The heat exchanger includes a cylinder-shaped heat transfer coil and a cylinder concentrically surrounding the heat transfer coil. Heat transfer member, and a plurality of radial heat transfer plates provided between the heat transfer coil and the heat transfer member, wherein the heat transfer coil, the heat transfer member, and the heat transfer plate are gas suctioned from the air inlet. Tar <br/> turbomolecular pump, characterized in that arranged parallel to the flow of molecules. (7) The turbo molecule according to claim 6, wherein the heat exchanger further includes a cylindrical heat shield member concentrically surrounding the cylindrical heat transfer member and mounted outside the heat transfer member. pump. (8) In the method of operating a turbo-molecular pump, an exhaust operation step of opening a shut-off valve provided on the upstream side of an intake port and collecting water vapor molecules by freezing by a heat exchanger provided in the intake port, and the shut-off valve. only contains a reproducing operation process of closing icing trapped water vapor molecules solutions ice discharge, the heat exchanger is connected to the refrigerator through a refrigerant pipe, before
The members constituting the heat exchanger were sucked from the inlet so that the exhaust resistance was reduced.
A method for operating a turbo-molecular pump, wherein the turbo-molecular pump is arranged in parallel to a flow of gas molecules . (9) before Symbol regeneration operation step operating method of a turbo-molecular pump according to claim 8, wherein comprising the step of switching to Defurosu preparative operated refrigerator from freezing operation. (10) before SL turbomolecular pump is provided with a heater inside air inlet and said regeneration operation step heating to the extent exceeding the refrigeration capacity of the refrigerator to the heater to maintain or reduce the refrigeration capacity of the refrigerator The method for operating a turbo-molecular pump according to claim 8, further comprising the step of: (11) The operating method of the turbo-molecular pump according to claim 8, wherein the regeneration operation step is performed by closing the shut-off valve and continuing the exhaust operation of the turbo-molecular pump.