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JPH0432957B2 - - Google Patents
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JPH0432957B2 - - Google Patents

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JPH0432957B2
JPH0432957B2 JP3192384A JP3192384A JPH0432957B2 JP H0432957 B2 JPH0432957 B2 JP H0432957B2 JP 3192384 A JP3192384 A JP 3192384A JP 3192384 A JP3192384 A JP 3192384A JP H0432957 B2 JPH0432957 B2 JP H0432957B2
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JP
Japan
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cryopump
chevron
cryopanel
type
module
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JP3192384A
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Yasushi Iwasa
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、真空ポンプとして使用される大容量
のクライオポンプに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a large capacity cryopump used as a vacuum pump.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

この種のクライオポンプは、第1図に示すよう
に、真空容器1内に設けたクライオパネル2を前
面に開口部3を有する輻射シールド4で囲むとと
もにこの開口部3にシエブロンバツフル5を配置
して構成されていて、シエブロンバツフル5には
輻射率をほゞ1にするように黒化処理が施されて
いる。
As shown in FIG. 1, this type of cryopump includes a cryopanel 2 provided in a vacuum chamber 1, surrounded by a radiation shield 4 having an opening 3 on the front side, and a Chevron Bumpful 5 installed in the opening 3. The chevron buff full 5 is subjected to a blackening process so that its emissivity is approximately 1.

一般にクライオポンプのバツフルを除いたクラ
イオパネルの単位面積当りの排気速度は、分子流
領域では次式に示す気体の入射量Vにほゞ等しい
値になる。
Generally, the pumping speed per unit area of the cryopanel excluding the buff of the cryopump has a value approximately equal to the amount of incident gas V expressed by the following equation in the molecular flow region.

V=1/4…… (1) ここで、 V:単位面積当り入射する気体体積〔cm3
sec・cm2〕 :真空中の気体の算術平均速度〔cm/sec〕 M:気体の分子量 R:気体定数8.314×107〔erg/Kmol〕 T:気体の温度〔K〕 π:円周率 上記関係式によれば、温度293°Kの水素ガスに
対する裸のクライオパネルの排気速度は 44.0〔l/sec・cm2〕となる。(以下室温の水素ガ
スを例にして説明する) しかし実際にクライオポンプを応用する場合に
は、クライオパネルに対する熱負荷を低減するた
めに、液体窒素で冷却される輻射シールドおよび
バツフルを設けることが必要不可欠であり、その
結果排気速度は、上記裸のクライオパネルの排気
速度より相当減少する。
V=1/4... (1) Here, V: Volume of gas incident per unit area [cm 3 /
sec・cm 2 ]: Arithmetic mean velocity of gas in vacuum [cm/sec] M: Molecular weight of gas R: Gas constant 8.314×10 7 [erg/Kmol] T: Temperature of gas [K] π: Pi According to the above relational expression, the pumping speed of the bare cryopanel for hydrogen gas at a temperature of 293°K is 44.0 [l/sec·cm 2 ]. (The following explanation uses hydrogen gas at room temperature as an example.) However, when actually applying a cryopump, it is necessary to provide a radiation shield and a buffer that are cooled with liquid nitrogen in order to reduce the heat load on the cryopanel. This is essential, so that the pumping speed is considerably reduced compared to the pumping speed of the bare cryopanel.

すなわち第1図に示すクライオポンプでは、シ
エブロンバツフル5の気体粒子の通過確率ηが約
0.23であるから、クライオポンプの単位面積当り
の排気速度は、V=1/4η=10.1〔l/sec・cm2〕 になる。これはクライオポンプ全体の排気効率が
シエブロンバツフルの通過確率に等しいからであ
る。
In other words, in the cryopump shown in FIG.
0.23, the pumping speed per unit area of the cryopump is V=1/4η=10.1 [l/sec·cm 2 ]. This is because the pumping efficiency of the entire cryopump is equal to the passage probability of the Chevron Batsuful.

しかして第1図に示すクライオポンプでは、ク
ライオポンプ全体としての排気効率はシエブロン
バツフルの通過確率0.23によつて0.23に低下す
る。
However, in the cryopump shown in FIG. 1, the exhaust efficiency of the cryopump as a whole decreases to 0.23 due to the passage probability of the Chevron buffle of 0.23.

上述したようにクライオポンプで大きい排気速
度を有する構造にするには、クライオパネル、輻
射シールドおよびバツフルをクライオポンプ全体
の排気効率を減少させないように構成する必要が
ある。
As described above, in order to have a cryopump structure with a high pumping speed, it is necessary to configure the cryopanel, radiation shield, and buffle so as not to reduce the pumping efficiency of the entire cryopump.

そこで第2図に示すように、ルーバーブライン
ドバツフルを使用したモジユール方式のクライオ
ポンプが開発された。
Therefore, as shown in Figure 2, a modular cryopump using a louver blind buttful was developed.

上記モジユール方式のクライオポンプは、前面
に開口部6を有するシールド板7内に、冷却管8
と一体のクライオパネル9を、シールド側板7
a,7bと平行に位置するように複数列配置して
構成されるものであつて、各クライオパネル9の
両側にはルーバーブラインド型のバツフル板1
0,10がまた前面側には隣接してモジユールの
前面シールド板11がそれぞれ設けられている。
そして隣接するモジユール間の空間の前面開口部
6から入射した気体は内部で反射を繰り返えしク
ライオパネル9または冷却管8に到達して排気さ
れることになる。
The above-mentioned modular cryopump has a cooling pipe 8 in a shield plate 7 having an opening 6 on the front surface.
The cryopanel 9 integrated with the shield side plate 7
It is constructed by arranging a plurality of rows parallel to the cryopanels 9a and 7b, and there are louver blind-type buttful plates 1 on both sides of each cryopanel 9.
0 and 10 are also provided with front shield plates 11 of the module adjacent to each other on the front side.
Gas entering from the front opening 6 of the space between adjacent modules is repeatedly reflected inside, reaches the cryopanel 9 or the cooling pipe 8, and is exhausted.

上記モジユール方式のクライオポンプにおい
て、第4図に示すように前面開口部6の幅をa、
1つのモジユールの幅のうちaに算入する部分以
外の幅をb、クライオポンプ全体を構成するモジ
ユールの数をn、前面開口部6に入射した気体粒
子がクライオパネル9または冷却管8に到達して
排気される通過確率をηaとすると、クライオポ
ンプ全体の単位面積当りの排気効率ηは η=(n−1)a・ηa/{(n−1)a+nb}
……(3) となる。
In the above modular cryopump, the width of the front opening 6 is set to a, as shown in FIG.
The width of one module other than the part included in a is b, the number of modules that make up the entire cryopump is n, and the gas particles incident on the front opening 6 reach the cryopanel 9 or the cooling tube 8. Let ηa be the passage probability of exhausting the cryopump, the pumping efficiency η per unit area of the entire cryopump is η=(n-1)a・ηa/{(n-1)a+nb}
...(3) becomes.

上記通過確率ηaはルーバーブラインドバツフ
ルの形状や前面開口部の幅等の形状寸法により異
なるが、実用的形状として排気効率ηを最大にす
ることを考慮してa=15cm、b=5cmにすると、
通過確率ηaが0.40程度になることが判つた。
The above passage probability ηa varies depending on the shape of the louver blind buttful, the width of the front opening, etc., but in consideration of maximizing the exhaust efficiency η as a practical shape, it is assumed that a = 15 cm and b = 5 cm. ,
It was found that the passage probability ηa was about 0.40.

しかしてクライオポンプ全体を4個のモジユー
ルで構成する場合には(3)式よりη=0.277となり、
前面開口部においてのみ排気効率を考えれば、入
射気体粒子の40%が排気され、この部分における
単位面積当りの排気速度は17.6〔l/sec・cm2〕に
達するが、クライオポンプ全体として排気効率を
考えれば入射気体粒子の27.7%が排気されるにす
ぎず、単位面積当りの排気速度は 12.2〔l/sec・cm2〕程度である。
However, when the entire cryopump is composed of four modules, η = 0.277 from equation (3),
Considering the pumping efficiency only at the front opening, 40% of the incident gas particles are pumped out, and the pumping speed per unit area in this part reaches 17.6 [l/sec cm 2 ], but the pumping efficiency as a whole of the cryopump is Considering this, only 27.7% of the incident gas particles are exhausted, and the exhaust velocity per unit area is about 12.2 [l/sec·cm 2 ].

すなわち第2図で示すルーバーブラインド型バ
ツフルを装備したクライオポンプは前面開口部に
おける排気効率が0.40であり、第1図で示すクラ
イオポンプの排気効率0.23よりも相当大きい値と
なるが、クライオポンプ全体の実効的面積におい
て考えれば、排気効率0.4から0.277に大きく減少
し、第1図のクライオポンプと比較して、構造を
複雑にしたにもかかわらず、大差のない排気速度
しか得られない。
In other words, the exhaust efficiency of the cryopump equipped with the louver blind type baffle shown in Figure 2 is 0.40 at the front opening, which is considerably larger than the exhaust efficiency of 0.23 of the cryopump shown in Figure 1, but the exhaust efficiency of the cryopump as a whole is 0.40. Considering the effective area of , the pumping efficiency is greatly reduced from 0.4 to 0.277, and compared to the cryopump shown in FIG. 1, despite having a more complicated structure, the pumping speed is not much different.

一方クライオポンプ全体の排気効率を上げるた
めに、クライオポンプ全体の面積のうち、排気速
度に寄与しない部分を減少させるべく幅bを減少
させる技術手段も提案されたが、この場合には液
体窒素冷却部分と液体ヘリウム冷却部分が直接接
触するのを防ぐために、液体ヘリウムの冷却管8
の径を細くしなければならず、冷却管8の径を細
くすると、内部の液体ヘリウムにベーパーロツク
現象が生じやすく、かかる場合にはクライオパネ
ルおよび冷却管の冷却効果が減少し、排気速度が
著しく減少してしまうという難点がある。
On the other hand, in order to increase the pumping efficiency of the cryopump as a whole, a technical measure has been proposed in which the width b is reduced in order to reduce the area of the cryopump that does not contribute to the pumping speed. In order to prevent direct contact between the part and the liquid helium cooling part, the liquid helium cooling pipe 8
If the diameter of the cooling pipe 8 is made small, the vapor lock phenomenon tends to occur in the liquid helium inside, and in this case, the cooling effect of the cryopanel and the cooling pipe is reduced, and the pumping speed is significantly reduced. The problem is that it decreases.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は上記した点に鑑みてなされたもので、
実効的単位面積当りの排気効率および排気速度を
著しく増大するようにしたクライオポンプを提供
することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and
It is an object of the present invention to provide a cryopump that significantly increases pumping efficiency and pumping speed per effective unit area.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、クライオパネルの両側にルーバーブ
ラインド型バツフルを設けたモジユールの前面
に、シエブロン型バツフルを設け、クライオポン
プ全体としての排気効率を高めるようにしたもの
である。
In the present invention, a chevron-type buffle is provided on the front side of a module in which louver blind-type buffles are provided on both sides of a cryopanel, thereby increasing the exhaust efficiency of the cryopump as a whole.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下本発明の実施例を図面につき説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

なお第5図において第4図と同一部材について
は同一符号を付す。
In FIG. 5, the same members as in FIG. 4 are given the same reference numerals.

第5図において符号20はシエブロン型バツフ
ルであつて、このシエブロン型バツフル20は表
面が黒化処理され、輻射率が1に近くなるように
されている。上記シエブロン型バツフル20は上
記幅bに対応した幅寸法をなし、前面開口部6の
幅aを保つように、クライオパネル9と一線上に
配置されている。すなわち山形のフインの長手方
向がモジユールの縦方向に位置している。上記シ
エブロン型バツフル20は図示しない冷却管から
導かれる液体窒素により冷却される構造となつて
いる。
In FIG. 5, reference numeral 20 is a Chevron-type buffle, and the surface of the Chevron-type buffle 20 is blackened so that the emissivity is close to 1. The Chevron-type baffle 20 has a width corresponding to the width b, and is arranged in line with the cryopanel 9 so as to maintain the width a of the front opening 6. That is, the longitudinal direction of the chevron-shaped fins is located in the longitudinal direction of the module. The Chevron type baffle 20 has a structure in which it is cooled by liquid nitrogen introduced from a cooling pipe (not shown).

しかしてシエブロン型バツフル20の通過確率
をηbとすれば、クライオポンプの排気効率ηは η={(n−1)aηa+nbηb}/{(n−1)a+nb
}……(4) となる。
Therefore, if the passage probability of the Chevron-type Batsuful 20 is ηb, the pumping efficiency η of the cryopump is η={(n-1)aη a +nbη b }/{(n-1)a+nb
}...(4) becomes.

ここでa=15cm,b=5cmとして計算すると前
面開口部6における通過確率ηa=0.40となる。
Here, when calculating with a = 15 cm and b = 5 cm, the passage probability at the front opening 6 is ηa = 0.40.

なおシエブロン型バツフルの通過確率として
ηb=0.23であるから、モジユール4個でクライオ
ポンプ全体を構成すれば、クライオポンプ全体の
排気効率ηは0.348になる。
Note that since the passage probability of the Chevron-type buffful is ηb=0.23, if the entire cryopump is configured with four modules, the pumping efficiency η of the entire cryopump will be 0.348.

すなわちクライオポンプ全体の単位面積当りの
排気速度は約15.3〔l/sec・cm2〕となる。これは
従来のものに比較して約26%高効率化している。
That is, the pumping speed per unit area of the entire cryopump is approximately 15.3 [l/sec·cm 2 ]. This is about 26% more efficient than the conventional model.

次に作用を説明する。 Next, the action will be explained.

モジユール前面のシエブロン型バツフル20に
入射した気体粒子は、シエブロン型バツフルの通
過確率によりモジユール内部に入射し、クライオ
パネル9および冷却管8に到達し排気される。ま
たモジユール間の間隙の前面開口部6からクライ
オポンプに入射した気体粒子は、内部において、
背面の輻射シールド板7およびルーバーブライン
ドバツフル10によつて反射され、ある割合でク
ライオパネル9および冷却管8に到達し排気され
る。 第6図は本発明によるクライオポンプの排
気効率を示すものであつて、横軸にクライオポン
プ全体を構成するクライオポンプのモジユールの
個数を、縦軸にクライオポンプ全体の排気効率を
とり、符号Aが本発明、符号Bが従来例である。
Gas particles that have entered the Chevron type baffle 20 on the front side of the module enter the inside of the module depending on the probability of passing through the Chevron type baffle, reach the cryopanel 9 and the cooling pipe 8, and are exhausted. In addition, gas particles entering the cryopump from the front opening 6 of the gap between the modules are
It is reflected by the radiation shield plate 7 and the louver blind baffle 10 on the back, and reaches the cryopanel 9 and the cooling pipe 8 at a certain rate and is exhausted. FIG. 6 shows the pumping efficiency of the cryopump according to the present invention, where the horizontal axis shows the number of cryopump modules that make up the whole cryopump, and the vertical axis shows the pumping efficiency of the whole cryopump. is the present invention, and symbol B is the conventional example.

第7図ないし第10図は本発明の他の実施例を
示すものであつて、第7図に示す実施例ではシエ
ブロン型バツフル30がフインの長手方向がモジ
ユールの横方向に位置するように配置されてい
る。モジユール前面に設けるシエブロン型バツフ
ルは、気体粒子に対し一定の値以上の通過確率を
有しかつクライオパネルに対する室温部の熱輻射
を防止するものであれば、その構成は、シエブロ
ン型バツフル自身の冷却方法や全体のクライオポ
ンプの構成を配慮して決定される。
7 to 10 show other embodiments of the present invention, and in the embodiment shown in FIG. 7, the chevron-shaped buttful 30 is arranged such that the longitudinal direction of the fin is located in the lateral direction of the module. has been done. If the Chevron-type baffle installed on the front of the module has a probability of passage of gas particles exceeding a certain value and prevents heat radiation from the room temperature part to the cryopanel, the structure is suitable for the cooling of the Chevron-type buffle itself. It is determined by considering the method and overall cryopump configuration.

第8図に示す実施例では、クライオパネル40
がキルテイング型構造をなしていて、この場合ク
ライオパネルが大形で、クライオパネル上の温度
分布が無視できないほど大になつたときに有効で
ある。
In the embodiment shown in FIG. 8, the cryopanel 40
has a quilted structure, which is effective when the cryopanel is large and the temperature distribution on the cryopanel becomes so large that it cannot be ignored.

第9図に示す実施例では、クライオパネル50
の前端面にモジユール前面に対応するようにフイ
ン51を設け、シエブロン型バツフル20を通過
してきた気体粒子に対する排気効率を増大せしめ
るようにしている。
In the embodiment shown in FIG. 9, the cryopanel 50
A fin 51 is provided on the front end surface of the module so as to correspond to the front surface of the module, thereby increasing the exhaust efficiency for gas particles passing through the Chevron type buffle 20.

第10図に示す実施例では、ルーバーブライン
ドバツフル10の最前部のフイン10aを、モジ
ユール前部に設けたシエブロン型バツフル20の
フイン20a,20bに一体に連接し、シエブロ
ン型バツフル20とルーバーブラインドバツフル
10の間隙からモジユール内部のクライオパネル
9に対して直接室温部からの熱輻射が入射しない
ようにしている。
In the embodiment shown in FIG. 10, the frontmost fin 10a of the louver blind buttful 10 is integrally connected to the fins 20a and 20b of the chevron-type buttful 20 provided at the front of the module, and the chevron-type buttful 20 and the louver blind are connected together. Heat radiation from the room temperature section is prevented from directly entering the cryopanel 9 inside the module through the gap in the baffle 10.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたように本発明によれば、実効的単位
面積当りの排気効率および排気速度が従来のもの
に比較して大幅に増大され、したがつて大容量で
大排気速度のクライオポンプの製造が可能になる
という効果を奏する。
As described above, according to the present invention, the pumping efficiency and pumping speed per effective unit area are significantly increased compared to conventional ones, and therefore it is possible to manufacture cryopumps with large capacity and high pumping speed. This has the effect of making it possible.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はクライオポンプの概略図、第2図はル
ーバーブラインドバツフルを用いたモジユール方
式のクライオポンプの模式図、第3図は第2図の
−線に沿つた断面図、第4図は第2図のクラ
イオポンプの要部拡大図、第5図は本発明による
クライオポンプのモジユール構成を示す説明図、
第6図はクライオポンプの排気効率を示す図、第
7図ないし第10図は本発明の他の実施例を示す
図である。 6……開口部、7……シールド板、8……冷却
管、9……クライオパネル、10……ルーバーブ
ラインド型バツフル板、20……シエブロン型バ
ツフル。
Figure 1 is a schematic diagram of a cryopump, Figure 2 is a schematic diagram of a modular cryopump using a louver blind buttful, Figure 3 is a cross-sectional view taken along the - line in Figure 2, and Figure 4 is a schematic diagram of a modular cryopump using a louver blind buttful. FIG. 2 is an enlarged view of the main parts of the cryopump, FIG. 5 is an explanatory diagram showing the module configuration of the cryopump according to the present invention,
FIG. 6 is a diagram showing the pumping efficiency of the cryopump, and FIGS. 7 to 10 are diagrams showing other embodiments of the present invention. 6... Opening, 7... Shield plate, 8... Cooling pipe, 9... Cryopanel, 10... Louver blind type buttful plate, 20... Chevron type buttful.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 液体ヘリウムで冷却されるクライオパネルの
両側に液体窒素で冷却されるルーバーブラインド
型バツフルを設けてなるモジユールを、真空容器
内に所定間隔を置いて配列し、前面開口部からモ
ジユール間の間隙に入射した気体を排気するよう
にしたクライオポンプにおいて、上記モジユール
の前面にシエブロン型バツフルを配設したことを
特徴とするクライオポンプ。 2 シエブロン型バツフルのフインの長手方向が
モジユールの縦方向に位置していることを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載のクライオポン
プ。
[Scope of Claims] 1. A module consisting of a cryopanel cooled by liquid helium and louver blind type baffles cooled by liquid nitrogen on both sides of the cryopanel cooled by liquid nitrogen is arranged at a predetermined interval in a vacuum container, and the front opening is A cryopump configured to exhaust gas that has entered a gap between modules, characterized in that a chevron-type buttful is disposed in front of the module. 2. The cryopump according to claim 1, wherein the longitudinal direction of the fins of the chevron-type buttful is located in the longitudinal direction of the module.
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