JP5028142B2 - クライオトラップ - Google Patents

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本発明は、真空処理装置の真空排気に使用されるクライオトラップ、特に冷凍機と冷却パネルを有する冷却ユニットを真空装置と主排気ポンプから容易に取り外し可能にした構造のクライオトラップに関するものである。
クライオトラップは、真空処理装置とこれを真空排気するターボ分子ポンプや油拡散ポンプ等の主排気ポンプとの間に取り付けられる。ヘリウムガスを冷媒とするＧ−Ｍ型冷凍機等の極低温冷凍機により熱伝導良好なパネルを６０〜１２０°Ｋの極低温まで冷却し、これを真空内に配置することで、主に真空処理装置内部の物質が気体化した蒸気を凝縮排気することを目的とする装置である。水蒸気を凝縮排気することが多く、この場合、「水トラップ」と呼ばれることもある。
従来のクライオトラップ１０１は、下記のような構造となっている。
図８は従来のクライオトラップ１０１の平面断面図、図９は縦断面図である。
トラップ容器１０７に冷凍機１０２が取り付けられ、冷凍機１０２により冷却ステージ１０５が６０〜１２０°Ｋに冷却され、冷却ステージ１０５には熱接触良好に冷却パネル１０６が取り付けられており、真空内に露出する構造となっている。冷凍機１０２には、トラップ容器１０７に冷凍機１０２を固定する冷凍機フランジ１０３、シリンダ１０４、冷却ステージ１０５、及び冷却パネル１０６を順次接続している。これらを一体に組み立てたものを冷却ユニットと称する。
真空処理装置１１１に取り付けられる場合には図９のように構成される。
真空処理装置１１１にトラップ容器１０７の吸気口フランジ１０８が取り付けられ、トラップ容器１０７の排気口フランジ１０９には主排気ポンプ１１２が取り付けられる。真空処理装置１１１と主排気ポンプ１１２の間にクライオトラップ１０１が配置されている。１１３は、メインバルブである。
上記従来例と同様な構造のクライオトラップは、下記特許文献１又は特許文献２に記載されている。
特開平１０−１８４５４１号公報（図４） 特開平１１−２１０６２０号公報（図５）
従来のクライオトラップは、真空処理装置と主排気ポンプの間に取り付けられ、冷却パネルに気体分子を凝縮させることにより、真空処理装置の真空排気に使用されていた。このクライオトラップは、冷却パネルと当該冷却パネルを装着するトラップ容器と当該冷却パネルを冷却する冷凍機が不可分に構成されている。クライオトラップに搭載されている冷凍機は、通常定期的なメンテナンスが必要であり、また、冷却パネルも真空処理装置の生成物や主排気ポンプより発生する油蒸気等により汚染され洗浄が必要となることがある。
そのため、冷凍機のメンテナンス（約１回／年）や冷却パネルの洗浄の際には、クライオトラップを真空処理装置と主排気ポンプから取り外すことを要した。
その際には、図８，９において、主排気ポンプ１１２をクライオトラップ１０１の排気口フランジ１０９より取り外し、続いてクライオトラップ１０１を真空処理装置１１１より取り外す。そしてクライオトラップ１０１から冷却パネル１０５、冷凍機１０２の順で外し、それぞれ洗浄やメンテナンスを行っていた。
ところが、主排気ポンプは通常重量にして数１０ｋｇから１００ｋｇを越えることもあり、またクライオトラップにしても数十ｋｇあり、主排気ポンプ及び一体のクライオトラップは、大重量となる。また、真空処理装置には通常様々な機器等が備え付けられている。
そのため、装置の周りの作業スペースが狭いことも多いため、真空処理装置よりクライオトラップを取り外す作業は長時間を要し、非常に困難であった。
本発明の目的は、真空処理装置と主排気ポンプの間に取り付けられたトラップ容器を取り外すことなく、冷凍機のメンテナンスや冷却パネルの洗浄を容易にして、従来必要であった困難な作業も不要としたクライオトラップを得ることにある。
上記課題は、トラップ容器を真空処理装置と主排気ポンプの間に配置したままで、冷凍機及び冷却パネルをトラップ容器から一体で取り外せる構造とすることで解決される。
本発明のクライオトラップは、少なくとも気体を凝縮して排気する冷却パネルと、前記冷却パネルを冷却する冷凍機とを有する冷却ユニットがトラップ容器に支持され、前記トラップ容器を介して真空処理装置と主排気ポンプに結合されるクライオトラップであって、前記トラップ容器を前記真空処理装置と前記主排気ポンプとの間に接続したまま、前記冷却ユニットを分離可能とし、
前記トラップ容器は、前記真空処理装置と前記主排気ポンプとを接続する連結管であって、前記連結管の側部に、前記冷却ユニットの前記冷却パネルを前記連結管内へはめ込むことができる大きさの開口部を有し、
前記冷却ユニットは、前記冷却パネルを冷却する冷却ステージと前記冷凍機の間にシリンダを有し、更に前記シリンダを囲み前記冷凍機側に取り付けられたシールドパネルを有するクライオトラップである。
また本発明のクライオトラップは、少なくとも気体を凝縮して排気する冷却パネルと、前記冷却パネルを冷却する冷凍機とを有する冷却ユニットがトラップ容器に支持され、前記トラップ容器を介して真空処理装置と主排気ポンプに結合されるクライオトラップであって、
前記トラップ容器を前記真空処理装置と前記主排気ポンプとの間に接続したまま、前記冷却ユニットを分離可能とし、
前記冷却ユニットは、前記冷凍機側に固定された蓋板を有し、前記蓋板を前記開口部のフランジから取り外すことにより、前記真空処理装置と前記主排気ポンプから分離可能にし、
前記冷却ユニットは、前記冷却パネルを冷却する冷却ステージと前記冷凍機の間にシリンダを有し、更に前記シリンダを囲み前記冷凍機側に取り付けられたシールドパネルを有するクライオトラップである。
トラップ容器を真空処理装置と主排気ポンプとの間に配置したまま、トラップ容器から冷却パネルを含む冷却ユニットを分離可能としたので、作業が容易になり作業時間が短縮できる。また、大重量の主排気ポンプやトラップ容器部分を取り外さずに、冷凍機のメンテナンスや冷却パネルの洗浄が行えるので、作業は安全で容易に行えるようになる。
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
なお、蒸気は、水蒸気として説明するが、他の物質の蒸気であってもよい。
図１は、本発明の実施形態におけるクライオトラップ１の平面断面図、図２は縦断面図である。
図３，４，５は、本発明のそれぞれトラップ容器、冷却ユニット、及びそれらを組み立てたクライオトラップの斜視図である。
真空処理装置１１と主排気ポンプ１２の間にクライオトラップ１が配置されている。真空処理装置１１と主排気ポンプ１２は、クライオトラップ１のトラップ容器７を介して結合される。
クライオトラップ１において、トラップ容器７以外の部分は冷却ユニット１０（図４）であり、トラップ容器７に支持される。１３は、メインバルブである。
冷凍機２には、トラップ容器７に冷凍機２を固定する冷凍機フランジ３、蓋板１６、シリンダ４、冷却ステージ５、及び冷却パネル６を順次接続している。これらを一体に組み立てたものが冷却ユニット１０である。以下、クライオトラップ１の冷却ユニット１０がトラップ容器７に対し着脱可能とした構造を説明する。
真空処理装置１１にクライオトラップ１のトラップ容器７の吸気口フランジ８が取り付けられ、トラップ容器７の排気口フランジ９には主排気ポンプ１２が取り付けられる。
トラップ容器７は、連結管であり側部に冷却パネル６がそのまま通過し抜き取れる大きさの開口部１４が形成されている。開口部１４には開口部フランジ１５を有しており、冷却ユニット１０の冷凍機２の冷凍機フランジ３には、開口部フランジ１５に取り外し自在の蓋板１６を固定する。
トラップ容器７に冷却ユニット１０が取り付けられ、冷凍機２により冷却ステージ５が６０〜１２０°Ｋに冷却され、冷却ステージ５には熱接触良好に冷却パネル６が取り付けられており、真空内に露出する構造となっている。
図３に示すトラップ容器７に、図４に示す冷却ユニット１０の冷却パネル６を開口部１４に通し、連結管内へはめ込むことにより組み立て、図５に示すクライオトラップ１とする。
トラップ容器７が真空処理装置１１に搭載されたままでも、開口部フランジ１５から蓋板１６を取り外すだけで、冷却パネル５及び冷凍機２を含む冷却ユニット１０を開口部１４から抜き取り、外すことが可能である。このようにトラップ容器７を真空処理装置１１と主排気ポンプと１２の間に接続したまま、冷却ユニット１０が分離可能である。
これにより、冷却パネル５及び冷凍機２の洗浄やメンテナンスを行うときには、主排気ポンプ１２をクライオトラップ１から取り外す必要がない。また、クライオトラップ１を真空処理装置１１より取り外す必要がなく、容易に冷却パネル５及び冷凍機２の洗浄やメンテナンスが可能となる。
ところで、冷却ユニット１０の冷却ステージ５と冷凍機フランジ３を連結するシリンダ４は、冷却ステージ５の極低温から冷凍機フランジ３の室温までの温度勾配を有している。低温部分では水蒸気が凝縮排気され、冷凍機フランジ３の温度変化、熱負荷によって、一旦、シリンダ４の一部に凝縮した水が再び真空中に昇華し、クライオトラップ１の排気性能を低下させる。このため、通常、従来のトラップ容器は、シリンダ部に接近して蔽うように形成されており、水蒸気がシリンダ部に浸入し難い構造になっている。
これに対し、本発明のクライオトラップ１は、従来のクライオトラップに比べ、冷凍機２のシリンダ４を真空内に露出する構造となっており、トラップ容器７に飛び込んでくる水蒸気もシリンダ４に衝突しやすい。
シリンダ４は冷却ステージ５の極低温度から冷凍機フランジ３の室温までの温度勾配をもっており、トラップ容器７に飛び込んでくる水蒸気が凝縮排気される温度になっている部分も存在している。
クライオトラップ１に対する熱負荷が増大し、冷却ステージ５の温度が上昇すると、トラップ容器７に飛び込んでくる水蒸気が凝縮排気される温度になっていたシリンダ４の一部分は、それ以前よりも高い温度に上昇する。その結果、凝縮排気され氷としてその部分に存在した水を昇華させ、そこが水蒸気の発生源となり、クライオトラップ１の水蒸気を排気する性能を低下させる可能性がある。
その対策として、シリンダ４をなるべく真空中に露出させないため、図６のように冷凍機側に固定された蓋板１６にシリンダ４を取り囲む筒状のシールドパネル１７を取り付けることが有効である。
このように、シリンダを、冷却パネル又は冷凍機と一体を成すシールドパネルにより囲まれるようにする。これにより、シリンダに衝突して凝縮される水蒸気を少なくでき、排気性能を低下させることなく冷凍機のメンテナンスや冷却パネルの洗浄が容易に行えるクライオトラップを得ることができる。
また、シリンダ４をなるべく真空中に露出させないため、かつシリンダ４周辺の水蒸気を凝縮排気し、シリンダ４に蒸気が衝突しないようにする必要がある。このために、図７のように冷却ステージ５に熱伝導良好に取り付けられ、シリンダ４を取り囲む円筒状のシールドパネル１８が装備されている。熱負荷の増大による温度上昇にも水蒸気の排気性能を低下させることが抑制される構造となっている。
これにより、シリンダに衝突して凝縮される蒸気を少なくでき、かつシリンダ周辺の蒸気を凝縮排気することができる。
本発明の実施形態におけるクライオトラップの平面断面図 同じくクライオトラップの縦断面図 同じくトラップ容器の斜視図 同じく冷却ユニットの斜視図 同じくクライオトラップの斜視図 冷凍機側に取り付けられ、シリンダを取り囲む筒状のシールドを示す平面断面図 冷却ステージに熱伝導良好に取り付けられ、シリンダを取り囲む円筒状のシールドパネルを示す平面断面図 従来のクライオトラップの平面断面図 同じくクライオトラップの縦断面図
符号の説明
１…クライオトラップ
２…冷凍機
３…冷凍機フランジ
４…シリンダ
５…冷却ステージ
６…冷却パネル
７…トラップ容器
８…吸気口フランジ
９…排気口フランジ
１０…冷却ユニット
１１…真空処理装置
１２…主排気ポンプ
１３…メインバルブ
１４…開口部
１５…開口部フランジ
１６…蓋板
１７，１８…シールドパネル

Claims (3)

  1. 少なくとも気体を凝縮して排気する冷却パネルと、前記冷却パネルを冷却する冷凍機とを有する冷却ユニットがトラップ容器に支持され、前記トラップ容器を介して真空処理装置と主排気ポンプに結合されるクライオトラップであって、
    前記トラップ容器を前記真空処理装置と前記主排気ポンプとの間に接続したまま、前記冷却ユニットを分離可能とし、
    前記トラップ容器は、前記真空処理装置と前記主排気ポンプとを接続する連結管であって、前記連結管の側部に、前記冷却ユニットの前記冷却パネルを前記連結管内へはめ込むことができる大きさの開口部を有し、
    前記冷却ユニットは、前記冷却パネルを冷却する冷却ステージと前記冷凍機の間にシリンダを有し、更に前記シリンダを囲み前記冷凍機側に取り付けられたシールドパネルを有するクライオトラップ。
  2. 少なくとも気体を凝縮して排気する冷却パネルと、前記冷却パネルを冷却する冷凍機とを有する冷却ユニットがトラップ容器に支持され、前記トラップ容器を介して真空処理装置と主排気ポンプに結合されるクライオトラップであって、
    前記トラップ容器を前記真空処理装置と前記主排気ポンプとの間に接続したまま、前記冷却ユニットを分離可能とし、
    前記冷却ユニットは、前記冷凍機側に固定された蓋板を有し、前記蓋板を前記開口部のフランジから取り外すことにより、前記真空処理装置と前記主排気ポンプから分離可能にし、
    前記冷却ユニットは、前記冷却パネルを冷却する冷却ステージと前記冷凍機の間にシリンダを有し、更に前記シリンダを囲み前記冷凍機側に取り付けられたシールドパネルを有するクライオトラップ。
  3. 請求項１又は２に記載のクライオトラップが前記主排気ポンプとの間に接続されたことを特徴とする真空処理装置。
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