特許 6951640 真空排気装置、真空ポンプおよび真空バルブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6951640

(24)【登録日】2021年9月29日

(45)【発行日】2021年10月20日

(54)【発明の名称】真空排気装置、真空ポンプおよび真空バルブ

(51)【国際特許分類】

   F04D 19/04 20060101AFI20211011BHJP

   F16K 51/02 20060101ALI20211011BHJP

   F16K 27/04 20060101ALI20211011BHJP

   F16K 27/00 20060101ALI20211011BHJP

【ＦＩ】

   F04D19/04 G

   F16K51/02 B

   F16K27/04

   F16K27/00 B

【請求項の数】12

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2018-26333(P2018-26333)

(22)【出願日】2018年2月16日

(65)【公開番号】特開2018-200042(P2018-200042A)

(43)【公開日】2018年12月20日

【審査請求日】2020年7月16日

(31)【優先権主張番号】特願2017-105884(P2017-105884)

(32)【優先日】2017年5月29日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100121382

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 託嗣

(74)【復代理人】

【識別番号】100149009

【弁理士】

【氏名又は名称】古賀 稔久

(72)【発明者】

【氏名】武田 直也

【審査官】 井古田 裕昭

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６０−１７５８７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１７０６６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０３１１１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０００６２３５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｄ １９／０４

Ｆ１６Ｋ ５１／０２

Ｆ１６Ｋ ２７／０４

Ｆ１６Ｋ ２７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バルブボディに設けられたバルブ吸気口フランジと、
前記バルブボディに設けられ、前記バルブ吸気口フランジよりも開口径の大きなバルブ排気口フランジと、
前記バルブボディ内に設けられ、前記バルブ吸気口フランジの開口径に応じたバルブプレートと、
前記バルブプレートを、前記バルブ吸気口フランジの中心軸上に配置される閉位置と前記中心軸上から退避した開位置との間でスライド駆動するバルブ駆動部と、
前記バルブ排気口フランジの開口を含み流路断面積が変化するガス流路領域とを有し、
前記ガス流路領域は、前記バルブプレートの排気下流側において、前記バルブ排気口フランジに形成されており、
前記ガス流路領域の上流側領域端の流路断面積が、前記バルブ吸気口フランジの開口断面積に設定され、
前記ガス流路領域は、前記バルブ排気口フランジの開口に近づくほど流路断面積が増加し、前記ガス流路領域の壁面がテーパ面となっている、真空バルブ。

【請求項2】

請求項１に記載の真空バルブにおいて、
前記バルブ吸気口フランジの開口と前記バルブ排気口フランジの開口とが同軸に形成されている、真空バルブ。

【請求項3】

請求項２に記載の真空バルブにおいて、
前記バルブボディは、前記バルブ吸気口フランジおよび前記バルブ排気口フランジが設けられた第１ボディ部と、前記開位置における前記バルブプレートの退避領域が設けられた第２ボディ部とを有し、
前記第１ボディ部において前記第２ボディ部と反対側に位置する側壁は、前記バルブ吸気口フランジの中心軸から前記側壁までの距離が、前記バルブ吸気口フランジのフランジ外径の１／２以上かつ前記バルブ排気口フランジのフランジ外径の１／２以下の範囲内の所定値に設定されている、真空バルブ。

【請求項4】

請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の真空バルブと、
ポンプ吸気口フランジが前記バルブ排気口フランジにボルト固定される真空ポンプと、を備える真空排気装置。

【請求項5】

真空バルブと、ポンプ吸気口フランジがバルブ排気口フランジにボルト固定される真空ポンプとを備える真空排気装置であって、
前記真空バルブが、
バルブボディに設けられたバルブ吸気口フランジと、
前記バルブボディに設けられ、前記バルブ吸気口フランジよりも開口径の大きなバルブ排気口フランジと、
前記バルブボディ内に設けられ、前記バルブ吸気口フランジの開口径に応じたバルブプレートと、
前記バルブプレートを、前記バルブ吸気口フランジの中心軸上に配置される閉位置と前記中心軸上から退避した開位置との間でスライド駆動するバルブ駆動部と、
前記バルブ排気口フランジの開口を含み流路断面積が変化するガス流路領域とを有し、
前記ガス流路領域は、上流側領域端の流路断面積が前記バルブ吸気口フランジの開口断面積に設定され、前記バルブ排気口フランジの開口に近づくほど流路断面積が増加しており、
前記ポンプ吸気口フランジを前記バルブ排気口フランジにボルト固定する複数のボルトは、前記ポンプ吸気口フランジの全周の内の所定角度領域に偏在して配置され、
前記ポンプ吸気口フランジおよび前記バルブ排気口フランジは、フランジ中心軸からフランジ外径側端部までの距離が、前記所定角度領域以外の角度領域では前記所定角度領域よりも小さく設定されている、真空排気装置。

【請求項6】

請求項５に記載の真空排気装置において、
前記バルブ駆動部は、前記ポンプ吸気口フランジおよび前記バルブ排気口フランジにおける前記所定角度領域のフランジ側壁に近接するように前記バルブボディに固定されている、真空排気装置。

【請求項7】

請求項５または６に記載の真空排気装置において、
前記バルブ排気口フランジに係合する第１係合部と前記ポンプ吸気口フランジに係合する第２係合部とを有し、前記ポンプ吸気口フランジの周方向の移動を抑制する係合部材を備える、真空排気装置。

【請求項8】

請求項５または６に記載の真空排気装置において、
前記ポンプ吸気口フランジは、前記バルブ排気口フランジと係合して前記ポンプ吸気口フランジの周方向の移動を抑制する係合部を備える、真空排気装置。

【請求項9】

請求項５から請求項８までのいずれか一項に記載の真空排気装置において、
前記バルブ排気口フランジと嵌合して前記ポンプ吸気口フランジの径方向の変形を抑制する嵌合部を前記ポンプ吸気口フランジに備えている、真空排気装置。

【請求項10】

請求項９に記載の真空排気装置において、
前記嵌合部は、前記ポンプ吸気口フランジの全周の内の前記所定角度領域を除く領域に設けられている、真空排気装置。

【請求項11】

請求項５から請求項１０までのいずれか一項に記載の真空排気装置に用いられる真空ポンプ。

【請求項12】

請求項５から請求項１０までのいずれか一項に記載の真空排気装置に用いられる真空バルブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空排気装置、真空ポンプおよび真空バルブに関する。

【背景技術】

【0002】

真空機器の真空チャンバにターボ分子ポンプなどの真空ポンプを装着する場合には、一般的に真空ポンプの直上に真空バルブを接続して使用することが多い（例えば、特許文献１参照）。真空バルブの接続フランジには、真空チャンバに接続される吸気側も真空ポンプに接続される排気側も、同一口径のフランジが用いられるのが一般的である。

【0003】

ところで、真空ポンプの吸気口フランジに真空バルブを接続した構成の真空排気装置では、実効排気速度は、真空ポンプの排気速度と真空バルブのコンダクタンスとで決定される。この場合の実効排気速度は、バルブ開度が小さい領域では真空バルブのコンダクタンスの寄与が支配的になり、バルブ開度が大きい領域では真空ポンプの排気速度の寄与が支配的になる。そのため、バルブ開度の大きな領域における実効排気速度をより大きくするためには、同一口径であっても排気速度のより大きな真空ポンプを搭載するのが好ましい。

【0004】

特許文献１に記載の基板処理装置では、ＡＰＣバルブの排気側に接続される真空ポンプには、外筒の径を吸気口フランジ付近で絞った構成のターボ分子ポンプが用いられている。一般に、外筒の径を吸気口フランジ付近で絞った構成のターボ分子ポンプは、回転翼外径が外筒の径を絞らないターボ分子ポンプの場合よりも大きく設定されており、その分だけ排気速度が大きい。すなわち、外筒の径を吸気口フランジ付近で絞ったターボ分子ポンプを使用することで、真空排気装置の実効排気速度の向上を図ることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８−９８５１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、外筒の径を絞った構成のターボ分子ポンプは、同一口径で外筒の径を絞らないターボ分子ポンプと比べてポンプ軸方向寸法が大きい。そのため、真空排気装置が大型化するという問題があった。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の好ましい態様による真空バルブは、バルブボディに設けられたバルブ吸気口フランジと、前記バルブボディに設けられ、前記バルブ吸気口フランジよりも開口径の大きなバルブ排気口フランジと、前記バルブボディ内に設けられ、前記バルブ吸気口フランジの開口径に応じたバルブプレートと、前記バルブプレートを、前記バルブ吸気口フランジの中心軸上に配置される閉位置と前記中心軸上から退避した開位置との間でスライド駆動するバルブ駆動部と、前記バルブ排気口フランジの開口を含み流路断面積が変化するガス流路領域とを有し、前記ガス流路領域は、上流側領域端の流路断面積が前記バルブ吸気口フランジの開口断面積に設定され、前記バルブ排気口フランジの開口に近づくほど流路断面積が増加している。
さらに好ましい態様では、前記バルブ吸気口フランジの開口と前記バルブ排気口フランジの開口とが同軸に形成されている。
さらに好ましい態様では、前記バルブボディは、前記バルブ吸気口フランジおよび前記バルブ排気口フランジが設けられた第１ボディ部と、前記開位置における前記バルブプレートの退避領域が設けられた第２ボディ部とを有し、前記第１ボディ部において前記第２ボディ部と反対側に位置する側壁は、前記バルブ吸気口フランジの中心軸から前記側壁までの距離が、前記バルブ吸気口フランジのフランジ外径の１／２以上かつ前記バルブ排気口フランジのフランジ外径の１／２以下の範囲内の所定値に設定されている。
本発明の好ましい態様による真空排気装置は、上記態様の真空バルブと、ポンプ吸気口フランジが前記バルブ排気口フランジにボルト固定される真空ポンプと、を備える。
さらに好ましい態様では、前記ポンプ吸気口フランジを前記バルブ排気口フランジにボルト固定する複数のボルトは、前記ポンプ吸気口フランジの全周の内の所定角度領域に偏在して配置され、前記ポンプ吸気口フランジおよび前記バルブ排気口フランジは、フランジ中心軸からフランジ外径側端部までの距離が、前記所定角度領域以外の角度領域では前記所定角度領域よりも小さく設定されている。
さらに好ましい態様では、前記バルブ駆動部は、前記ポンプ吸気口フランジおよび前記バルブ排気口フランジにおける前記所定角度領域のフランジ側壁に近接するように前記バルブボディに固定されている。
さらに好ましい態様では、前記バルブ排気口フランジに係合する第１係合部と前記ポンプ吸気口フランジに係合する第２係合部とを有し、前記ポンプ吸気口フランジの周方向の移動を抑制する係合部材を備える。
さらに好ましい態様では、前記ポンプ吸気口フランジは、前記バルブ排気口フランジと係合して前記ポンプ吸気口フランジの周方向の移動を抑制する係合部を備える。
さらに好ましい態様では、前記バルブ排気口フランジと嵌合して前記ポンプ吸気口フランジの径方向の変形を抑制する嵌合部を前記ポンプ吸気口フランジに備えている。
さらに好ましい態様では、前記嵌合部は、前記ポンプ吸気口フランジの全周の内の前記所定角度領域を除く領域に設けられている。
本発明の好ましい態様による真空ポンプは、上記態様に記載の真空排気装置に用いられる真空ポンプである。
本発明の好ましい態様による真空バルブは、上記態様に記載の真空排気装置に用いられる真空バルブである。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、真空排気装置の大型化を抑制しつつ実効排気速度の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、真空排気装置の概略構成を示す図である。

【図2】図２は、真空バルブの吸気側を示す平面図である。

【図3】図３は、真空バルブの排気側を示す平面図である。

【図4】図４は、真空ポンプの吸気口フランジを示す図である。

【図5】図５は、係合部材の一例を示す図である。

【図6】図６は、第２の実施形態における真空ポンプの吸気口フランジを示す図である。

【図7】図７は、第２の実施形態における真空バルブの排気側を示す平面図である。

【図8】図８は、係合部材の装着状態を示す図である。

【図9】図９は、第２の実施形態の変形例を示す図である。

【図10】図１０は、第３の実施形態における真空ポンプの吸気口フランジを示す図である。

【図11】図１１は、第３実施の形態における真空ポンプと真空バルブの接続形態を説明する図である。

【図12】図１２は、吸気側および排気側の開口径が同一の場合の真空バルブの一例を示す図である。

【図13】図１３は、真空排気装置の比較例を示す図である。

【図14】図１４は、第４の実施の形態における真空バルブの構成を示す図である。

【図15】図１５は、図１４（ａ）のＨ２矢視図である。

【図16】図１６は、第５の実施の形態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１は、真空排気装置１００の概略構成を示す図である。真空排気装置１００は、真空ポンプ１と真空バルブ２とから成る。真空ポンプ１の吸気口フランジ１３０は、真空バルブ２の排気口フランジ２０２にボルト固定されている。

【0011】

図１に示す真空ポンプ１は磁気軸受式のターボ分子ポンプであり、ロータ１０が取り付けられたシャフト１１は、ポンプベース１４に設けられた磁気軸受５１Ａ，５１Ｂ，５２によって非接触支持されている。シャフト１１の浮上位置は、ポンプベース１４に設けられたラジアル変位センサ７１Ａ，７１Ｂおよびアキシャル変位センサ７２によって検出される。なお、磁気軸受が作動していない状態では、シャフト１１はメカニカルベアリング３７，３８によって支持される。

【0012】

シャフト１１の下端には円形のロータディスク４１が設けられており、このロータディスク４１を上下に挟むように隙間を介して磁気軸受５２の電磁石が設けられている。磁気軸受５２によりロータディスク４１を吸引することで、シャフト１１がアキシャル方向に浮上する。ロータディスク４１はナット部材４２によりシャフト１１の下端部に固定されている。

【0013】

ロータ１０には、回転軸方向に複数段の回転翼１８が形成されている。上下に並んだ回転翼１８の間には固定翼１９がそれぞれ配設されている。これらの回転翼１８と固定翼１９とにより、真空ポンプ１のタービン翼段が構成される。各固定翼１９は、スペーサ１２によって上下に挟持されるように保持されている。スペーサ１２は、固定翼１９を保持する機能とともに、固定翼１９間のギャップを所定間隔に維持する機能を有している。

【0014】

固定翼１９の後段（図示下方）にはドラッグポンプ段を構成するネジステータ１５が設けられており、ネジステータ１５の内周面とロータ１０の円筒部１６との間にはギャップが形成されている。ロータ１０と、スペーサ１２によって保持された固定翼１９とは、吸気口フランジ１３０が形成された外筒１３内に納められている。ロータ１０が取り付けられたシャフト１１を磁気軸受５１Ａ，５１Ｂ，５２により非接触支持しつつモータ１７により回転駆動すると、吸気口フランジ１３０側のガスは背圧側に排気され、背圧側に排気されたガスは排気口３６に接続された補助ポンプ（不図示）により排出される。

【0015】

真空バルブ２は、バルブボディ２０と、バルブボディ２０内に設けられたバルブプレート２１と、バルブプレート２１を駆動するモータ（不図示）と、モータを収納するモータケーシング２２とを備えている。バルブプレート２１はモータにより矢印Ｒ方向にスライド駆動され、それによりバルブ開度を変えることができる。バルブボディ２０は、吸気口フランジ２０１と排気口フランジ２０２が設けられた第１バルブボディ２０Ａと、スライド駆動されるバルブプレート２１の退避領域が設けられた第２バルブボディ２０Ｂとから成る。図１の符号ＦＲで示す領域は、排気口フランジ２０２の開口を含み流路断面積が変化するガス流路領域である。このガス流路領域ＦＲの壁面は、テーパ面２０３となっている。

【0016】

図２，３は真空バルブ２の外観図である。図２は、吸気口フランジ２０１が設けられた吸気側を示す平面図である。図３は、排気口フランジ２０２が設けられた排気側を示す平面図である。なお、図１に示すように、本実施の形態では、排気口フランジ２０２の開口径（内径）は吸気口フランジ２０１よりも大きな開口径（内径）に設定され、さらに、吸気口フランジ２０１の開口と排気口フランジ２０２の開口とは同軸に形成されている。

【0017】

例えば、吸気口フランジ２０１をＪＩＳ規格（Ｂ２２９０）で呼び径２５０とした場合、排気口フランジ２０２をより大きな呼び径のフランジ（例えば呼び径３００）に設定される。なお、呼び径２５０のフランジは、溝形の場合にはＶＧ２５０、平面座形の場合にはＶＦ２５０とも称される。以下の説明では呼び径２５０のフランジを、記号ＶＧを用いてＶＧ２５０フランジまたはＶＧ２５０相当フランジと呼ぶことにする。また、ＪＩＳ規格（Ｂ２２９０）の他にＩＳＯ規格（１６０９）の真空フランジも使用されるが、その場合も、本実施の形態の場合には排気口フランジ２０２の呼び径は吸気口フランジ２０１の呼び径よりも大きなものが用いられる。

【0018】

図２において、ＩＤ１およびＯＤ１は吸気口フランジ２０１の内径（開口径）および外径であり、ＰＣＤ１は、ボルトピッチ径（Pitch Circle Diameter）である。吸気口フランジ２０１がＶＧ２５０である場合、吸気口フランジ２０１を真空チャンバ側のフランジに固定する際には、Ｍ１２のボルトを１２本使用する。

【0019】

一方、図３に示す排気側の排気口フランジ２０２は、ＶＧ３００に相当するフランジとなっている。排気口フランジ２０２の内径（開口径）ＩＤ２およびボルトピッチ径ＰＣＤ２は、ＶＧ３００フランジの内径（開口径）およびボルトピッチ径と同一に設定されている。なお、ＶＧ３００においては、フランジ固定用のボルトはＭ１２で１２本用いられるが、排気口フランジ２０２においては、ネジ穴２０４はＭ１６であって、ネジ穴２０４の個数すなわちボルト本数は８である。テーパ面２０３は、内径（開口径）ＩＤ２のフランジ開口からガス流路の上流側に向けて形成されており、その上流側端部（図１のガス流路領域ＦＲの上流側領域端部）の径寸法は吸気口フランジ２０１の内径（開口径）ＩＤ１と同一に設定されている。なお、二点鎖線Ｌ３１と二点鎖線Ｌ３２とで囲まれたリング状領域が、Ｏリングシールが接触するシール面である。

【0020】

図３の二点鎖線Ｌ１で示す円はＶＧ３００フランジの外形形状を示しており、その外形寸法はＯＤ２である。第１の実施の形態における真空バルブ２は、ＶＧ２５０相当の真空バルブの排気口フランジをＶＧ３００相当の排気口フランジ２０２に置き換えたものに相当し、バルブプレート２１等にはＶＧ２５０相当の真空バルブと同等のものが用いられる。第１の実施の形態では、図２および図３に示すように、第１バルブボディ２０Ａの図示左側の領域をＶＧ２５０相当の吸気口フランジ２０１が形成可能な最小限度の大きさに抑えるとともに、ＶＧ３００相当の排気口フランジ２０２の外形形状を第１バルブボディ２０Ａの側壁Ｗの形状に合わせることで、真空バルブ２が大型化するのを防止している。

【0021】

すなわち、第１バルブボディ２０Ａの図示左側の領域が吸気口フランジ２０１を形成可能な最小限度の大きさに抑えられるように、第１バルブボディ２０Ａにおいて第２バルブボディ２０Ｂと反対側に位置する側壁Ｗは、フランジ中心軸Ｏからの距離ｒ１が吸気口フランジ２０１の外径ＯＤ１の１／２（すなわち、ｒ１＝ＯＤ１／２）となるように設定される。また、図３に示すようにラインＬ２１からラインＬ２２までの角度範囲Ｂにおいては、排気口フランジ２０２の外形形状は第１バルブボディ２０Ａの側壁Ｗとほぼ同一形状となるように構成されている。

【0022】

その結果、第１バルブボディ２０Ａの外形寸法をＶＧ２５０の場合と同程度に抑えつつ、排気口フランジ２０２の開口径を吸気口フランジ２０１の開口径よりも大きなＶＧ３００と同一開口径とすることができる。すなわち、バルブボディ２０の大きさを吸気口および排気口がＶＧ２５０の真空バルブと同程度に抑えつつ、排気口をＶＧ３００と同一開口径とすることで、バルブコンダクタンスおよび真空排気装置の実効排気速度の向上を図ることが可能となった。さらに、テーパ面２０３によってＶＧ２５０相当の開口径の部分とＶＧ３００相当の開口径の部分とを繋ぐことで、実効排気速度のさらなる改善が図れる。

【0023】

図４は、真空ポンプ１の吸気口フランジ１３０を示す図である。図４（ａ）は、吸気口フランジ１３０の平面図、図４（ｂ）はＤ−Ｄ断面図である。吸気口フランジ１３０は、図３に示す真空バルブ２の排気口フランジ２０２にボルト固定される。二点鎖線はＶＧ３００フランジの外形形状を示すラインであり、外径寸法はＯＤ２である。吸気口フランジ１３０の外形形状はＶＧ３００フランジの標準的な形状と異なっており、図３に示した角度範囲Ｂと同一の角度範囲Ｂにおいては、フランジ中心軸Ｏから吸気口フランジ１３０の外径側端部までの距離ｒ１は、ＶＧ３００フランジの外径ＯＤ２の１／２よりも小さく設定されている。なお、符号Ｃで示す領域においても、真空バルブ２のモータケーシング２２との干渉を避けるためにフランジ外径側が切り欠かれている。

【0024】

フランジ固定用のボルト穴１３１は、ボルトピッチ径ＰＣＤ２上であってフランジ外径（すなわち、フランジ幅）に余裕がある領域に偏在して設けられている。図４では、角度範囲Ｂの１箇所、角度範囲Ｂ以外の範囲では切り欠き領域Ｃを除く領域の７箇所にボルト穴１３１を形成した。吸気口フランジ１３０には、Ｏリングシール装着用のシール溝１３２が形成されている。

【0025】

上述した第１の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
図１〜３に示すように、真空バルブ２においては、排気口フランジ２０２の開口径は吸気口フランジ２０１の開口径よりも大きく設定され、排気口フランジ２０２の開口を含み流路断面積が変化するガス流路領域ＦＲを有し、ガス流路領域ＦＲの壁面はテーパ面２０３に形成されている。ガス流路領域ＦＲは、上流側領域端の流路断面積が吸気口フランジ２０１の開口断面積（径寸法はＩＤ１）に設定され、排気口フランジ２０２の開口に近づくほど流路断面積が増加している。

【0026】

このように排気口フランジ２０２の開口径を吸気口フランジ２０１の開口径よりも大きく設定することで、開口径がより大きくて排気速度の大きな真空ポンプを真空バルブ２に装着することができる。その結果、真空バルブ２の吸気口における実効排気速度を容易に向上させることができる。さらに、排気口フランジ２０２から上流にかけて流路壁面をテーパ形状とすることで、吸気口から排気口までのコンダクタンスをより大きく設定することが可能となり、開口径の大きな真空ポンプの排気速度を有効に活用することができる。

【0027】

例えば、図１２に示すように吸気口フランジ２０１および排気口フランジ２０２が共にＶＧ２５０相当の真空バルブ２Ａでは、排気口フランジ２０２には一般的にＶＧ２５０相当の真空ポンプが装着される。ところで、ターボ分子ポンプには、ポンプ吸気口フランジが同一開口径であっても、図１に示すような外筒がストレート形状のものと、図１３に示すような外筒の首を絞った形状のものとがある。外筒の首を絞った形状のターボ分子ポンプのロータ径は外筒がストレート形状のものよりも大きく、例えば、ＶＧ２５０相当のポンプにＶＧ３００相当のポンプのロータを使用する場合がある。そのため、外筒の首を絞った形状の真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）１Ａの方がポンプ排気速度が大きく、外筒の首を絞らない同一開口径の真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）１を使用した場合に比べて真空排気装置１１０の排気速度を大きくすることが可能である。

【0028】

真空ポンプ１Ａと図１の真空ポンプ１とを比較した場合、吸気口フランジ１３０Ａを有する外筒１３Ａのみが異なっている。外筒１３Ａの吸気口フランジ１３０ＡはＶＧ２５０であって、符号Ｇで示す首を絞った部分が設けられている。その結果、真空ポンプ１Ａは、高さ寸法がｈ２だけ真空ポンプ１よりも大きくなっている。

【0029】

一方、図２，３に示す真空バルブ２のように排気口フランジ２０２の開口径を吸気口フランジ１３０の開口径よりも大きくすることで、外筒の首を絞らない形態の開口径の大きな真空ポンプを用いることができる。真空ポンプ１は、首を絞った形態の真空ポンプ１Ａよりも排気速度が大きく、かつ、高さ寸法もｈ２だけ小さい。その結果、真空排気装置１００の大型化を抑制しつつ実効排気速度の向上を図ることができる。

【0030】

さらに、吸気口フランジ２０１の開口と排気口フランジ２０２の開口とを同軸に形成することで、非同軸の場合に比べてコンダクタンスをより大きくすることができる。

【0031】

また、真空バルブと真空ポンプとから成る真空排気装置を構成する場合、吸気口フランジと排気口フランジとが同一開口径である従来の真空バルブを用いる場合と比較して、より開口径の大きな真空ポンプを使用することができ、真空排気装置の実効排気速度の向上を容易に図ることができる。

【0032】

さらに、図１，３，４に示すように、真空ポンプ１の吸気口フランジ１３０を真空バルブ２の排気口フランジ２０２にボルト固定する複数のボルト１３３は、図４に示すボルト穴１３１からも分かるように、吸気口フランジ１３０の全周の内の所定角度領域に偏在して配置される。

【0033】

例えば、図４に示す例では、ほとんどのボルト穴１３１が、角度範囲Ｂを除く他の角度範囲に偏在配置されている。そのため、ボルト穴１３１が設けられていない角度範囲におけるフランジ中心軸Ｏからフランジ外径側端部までの距離ｒ１を、本来のＶＧ３００の場合のフランジ外径ＯＤ２の１／２よりも小さくすることができる。この場合、真空バルブ２の排気口フランジ２０２（ＶＧ３００相当）の側壁Ｗ側のフランジ中心軸Ｏからの距離ｒ１を、より開口径が小さいＶＧ２５０フランジの外径ＯＤ１の１／２とほぼ同じにすることができる。そのため、吸気口フランジ１３０の開口と排気口フランジ２０２の開口とを同軸に設定しても、バルブボディ２０の大型化を回避することができる。すなわち、真空排気装置の大型化を抑制しつつ実効排気速度の向上を図ることができる。

【0034】

−第２の実施の形態−
図５〜８は第２実施の形態を説明する図である。図１に示した真空ポンプでは、高速回転しているロータ１０が急停止した場合に、吸気口フランジ１３０が回転しようとするトルクが発生する。その結果、吸気口フランジ１３０を固定しているボルト１３３（図１参照）に、大きなせん断応力が生じることになる。そこで、第２の実施の形態では、図５に示すような係合部材３０を吸気口フランジ１３０と排気口フランジ２０２との両方に係合させ、急停止時に発生する荷重をボルト１３３だけでなく係合部材３０にも担わせるようにした。

【0035】

図５は係合部材３０の一例を示す図である。図５（ａ）は係合部材３０を排気口フランジ２０２の方向から見た図であり、図５（ｂ）は係合部材３０を側方から見た展開図である。係合部材３０は円弧状の帯状部材であり、幅の広い係合領域３０１が複数設けられている。係合領域３０１は、軸方向の一方に突出する第１係合部３０１ａと、軸方向の他方に突出する第２係合部３０１ｂとを有している。後述するように、第１係合部３０１ａは真空ポンプ１の吸気口フランジ１３０の部分に係合し、第２係合部３０１ｂは真空バルブ２の排気口フランジ２０２の部分に係合する。

【0036】

図６は、第２の実施形態における真空ポンプ１の吸気口フランジ１３０を示す図である。図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）はＥ−Ｅ断面図である。吸気口フランジ１３０のシール溝１３２が形成されている面には、図５に示した係合部材３０が装着される溝１３４が形成されている。図６に示す例では、溝１３４は、ボルト穴１３１ａとボルト穴１３１ｂとの間の領域に形成されている。溝１３４は、深さの深い第１溝部１３４ａと、深さの浅い第２溝部１３４ｂを備えている。第１溝部１３４ａには係合部材３０の係合領域３０１が配設され、第２溝部１３４ｂには係合部材３０の幅の狭い部分が配設される。

【0037】

図７は、真空バルブ２の排気口フランジ２０２を示す図である。排気口フランジ２０２には、図６に示した吸気口フランジ１３０の各第１溝部１３４ａに対向する位置のそれぞれに、凹部２０５が形成されている。二点鎖線Ｌ３１と二点鎖線Ｌ３２とで囲まれたリング状領域が、Ｏリングシールが接触するシール面である。

【0038】

図８は、互いにボルト固定された吸気口フランジ１３０および排気口フランジ２０２と、それらの間に装着された係合部材３０とを示す断面図である。吸気口フランジ１３０と排気口フランジ２０２とを接続すると、吸気口フランジ１３０に形成された第１溝部１３４ａと排気口フランジ２０２に形成された凹部２０５とが対向し、係合部材３０の係合領域３０１が収納される空間が形成される。係合部材３０を装着した状態では、係合領域３０１の第１係合部３０１ａが吸気口フランジ１３０の第１溝部１３４ａに係合し、係合領域３０１の第２係合部３０１ｂが排気口フランジ２０２の凹部２０５に係合する。また、係合部材３０の幅が狭い部分（すなわち、係合領域３０１以外の部分）は、吸気口フランジ１３０の第２溝部１３４ｂと排気口フランジ２０２のフランジ面との間の空間に配置される。

【0039】

（変形例）
図９は、第２の実施の形態の変形例を示す図である。上述した第２の実施の形態では係合部材３０を別部材で設け、この係合部材３０を介して吸気口フランジ１３０と排気口フランジ２０２とを係合させるようにした。変形例では、係合部材３０を吸気口フランジ１３０または排気口フランジ２０２の一方に一体化させた。

【0040】

図９（ａ）に示す構成は、係合部材３０を吸気口フランジ１３０に一体化させた場合に相当する。すなわち、排気口フランジ２０２の凹部２０５に係合する凸部１３５を、吸気口フランジ１３０のフランジ面から突出させるように形成した。一方、図９（ｂ）に示す構成は係合部材３０を排気口フランジ２０２に一体化させた場合である。この場合には、吸気口フランジ１３０のフランジ面に凹部１３６を形成し、排気口フランジ２０２のフランジ面に凹部１３６に係合する凸部２０６を形成する。凸部２０６は、排気口フランジ２０２のフランジ面から突出するように形成される。

【0041】

上述した第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態における作用効果に加えて以下のような作用効果が得られる。
図８に示すように、係合部材３０は、真空ポンプ１の吸気口フランジ１３０に係合する第１係合部３０１ａと真空バルブ２の排気口フランジ２０２に係合する第２係合部３０１ｂとを有し、吸気口フランジ１３０の周方向の移動を抑制する。その結果、ロータ急停止時に生じるトルクを、ボルト１３３だけでなく排気口フランジ２０２の係合部材３０と係合している部分でも受けることになり、ボルト１３３へのせん断応力を低減することができる。

【0042】

また、図９に示すように、真空ポンプ１の吸気口フランジ１３０に、真空バルブ２の排気口フランジ２０２に係合する係合部としての凸部１３５（図９（ａ））や凹部１３６を設けて吸気口フランジ１３０の周方向の移動を抑制することでも、ボルト１３３へのせん断応力を低減することができる。

【0043】

−第３の実施の形態−
上述した第２の実施の形態では、真空ポンプ１のロータ１０が急停止した際の周方向の荷重の一部を係合部で受けることによって、フランジ固定用ボルトへのせん断応力を低減するようにした。ところで、高速回転するロータ１０が破壊したような場合、ロータ破片が真空ポンプの外筒１３や吸気口フランジ１３０に衝突し、ロータ破片の運動エネルギーによって外筒１３や吸気口フランジ１３０が径方向に大きく変形するおそれがある。第３の実施の形態では、そのような場合の外筒１３や吸気口フランジ１３０の変形を抑えるための構成を設けた。

【0044】

図１０，１１は第３実施の形態を説明する図である。図１０は真空ポンプ１の吸気口フランジ１３０を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＦ−Ｆ断面図である。図１０に示す吸気口フランジ１３０は、図４に示す吸気口フランジ１３０と比較した場合、吸気口フランジ１３０のフランジ面から突出する凸部１３７を設けた点が異なっている。凸部１３７はフランジ面から寸法ｈだけ突出している。

【0045】

図１１は、第３実施の形態における吸気口フランジ１３０と排気口フランジ２０２の接続部の構成を説明する図であり、吸気口フランジ１３０は図１０に示したものと同じものである。排気口フランジ２０２のフランジ面には、円形状の凹部２０７が形成されている。二点鎖線で示すように吸気口フランジ１３０を排気口フランジ２０２に接続すると、凹部２０７に凸部１３７が嵌合する。

【0046】

上述した第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態における作用効果に加えて以下のような作用効果が得られる。図１１に示すように、真空バルブ２の排気口フランジ２０２の凹部２０７と嵌合し、真空ポンプ１の吸気口フランジ１３０の径方向の変形を抑制する凸部１３７を吸気口フランジ１３０に設けることで、ロータ破片衝突の衝撃で外筒１３や吸気口フランジ１３０が径方向外側に変形するのを抑制することができる。

【0047】

真空ポンプ１においては、高速回転するロータ１０が破壊した場合であっても、ロータ破片が外筒１３の外部に飛び出さないようにすることが望ましい。ロータ破片は遠心力によって径方向に飛散し外筒１３に衝突するので、衝突の衝撃で、外筒１３や吸気口フランジ１３０が径方向外側に変形しようとする。特に、図４に示す吸気口フランジ１３０の場合には、ボルト固定される領域が全周の内の一部に偏っているので、ボルトが設けられない領域はボルトが設けられている領域に比べて径方向の衝撃によって外筒１３および吸気口フランジ１３０が変形しやすい。

【0048】

しかしながら、本実施の形態では凸部１３７が排気口フランジ２０２の凹部２０７に嵌合しているので、凸部１３７の外周面が凹部２０７の側面に当接し、吸気口フランジ１３０の径方向外側への変形が排気口フランジ２０２によって抑制される。

【0049】

なお、図１０，１１に示す例では、嵌合部が吸気口フランジ１３０の全周に亘っているが、一部のみに嵌合部を設けるようにしてもよい。例えば、図４に示す角度範囲Ｂ（ボルトがほとんど配置されない角度範囲）の領域のみに、凹部２０７および凸部１３７を設けるようにしても良い。これによって、耐衝撃性の低い部分を嵌合部によって補強することができる。

【0050】

−第４の実施の形態−
上述したように、ポンプ急停止時に発生する衝撃力が真空ポンプ１を第２バルブボディ２０Ｂに固定しているボルト１３３に加わると、ボルト１３３を介して第２バルブボディ２０Ｂにも大きな衝撃力が加わる。その結果、吸気口フランジ１３０を固定しているボルト１３３（図１参照）に、大きなせん断応力が生じることになる。そこで、第２の実施の形態では、図５に示すような係合部材３０を吸気口フランジ１３０と排気口フランジ２０２との両方に係合させ、急停止時に発生する荷重をボルト１３３だけでなく係合部材３０にも担わせるようにした。

【0051】

ところで、上述した第１の実施の形態では、第１バルブボディ２０Ａにおいて第２バルブボディ２０Ｂと反対側に位置する側壁Ｗ（図２，３参照）は、フランジ中心軸からの距離ｒ１が吸気口フランジ２０１の外径ＯＤ１の１／２（すなわち、ｒ１＝ＯＤ１／２）となるように設定されている。一方、図３に示す排気口フランジ２０２側を見ると、側壁ＷはＶＧ３００フランジの外形形状を示す二点鎖線Ｌ１の内側に位置している。その結果、角度範囲Ｂにおける吸気口フランジ２０１の幅Ｗ１はＶＧ３００相当フランジの幅Ｗ２よりも小さく、角度範囲Ｂにおけるネジ穴２０４部分の強度は、角度範囲Ｂよりも図示右側の第１バルブボディ２０Ａにおけるネジ穴２０４部分の強度に比べて小さくなっている。

【0052】

また、通常のＶＧ３００におけるボルト本数は１２本であるが、第１および第２の実施の形態においては８本と本数が少なくなっている。そのため、衝撃力を全てのボルトで均等に担うと仮定した場合、８本と本数が少ない方が１本当たりの衝撃力が大きくなる。すなわち、第１バルブボディ２０Ａのボルト１３３が螺合している雌ネジ部分に加わる衝撃力は、ボルト本数が８本の場合の方が大きいと推定できる。

【0053】

そこで、第４の実施の形態では、ポンプ急停止時の衝撃力に対する第１バルブボディ２０Ａの強度を重視した構成とした。図１４，１５は第４の実施の形態における真空バルブ２の構成を示す図である。図１４（ａ）は真空バルブ２の側面図であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＨ１矢視図であって真空バルブ２の吸気口フランジ２０１側を示す図である。なお、図１４に示す真空バルブ２は、平面図で見てハッチングを施した領域Ｊだけ図１２に示した真空バルブ２Ａよりも大きくなっている。また、図１５は図１４（ａ）のＨ２矢視図であって、真空バルブ２の排気口フランジ側を示す平面図である。フランジ２０１，２０２は同軸で設けられ、図１５の二点鎖線で示すバルブプレート２１は、矢印Ｒで示すようにフランジ２０１，２０２の軸上に配置される閉位置（開度０％）と、中心軸上から第２バルブボディ２０Ｂ方向へと退避した開位置（開度１００％）との間で揺動するようにスライド駆動される。

【0054】

図１４，１５に示す真空バルブ２においても、第１の実施形態の場合と同様に吸気口フランジ２０１はＶＧ２５０相当（呼び径２５０）のフランジであって、排気口フランジ２０２はＶＧ３００相当（呼び径３００）のフランジである。吸気口フランジ２０１側の開口径（内径）はＩＤ１であり、排気口フランジ２０２側の開口径（内径）はＩＤ２（＞ＩＤ１）である。開口径ＩＤ１の吸気口側と開口径ＩＤ２の排気口側とは、テーパ面２０３によって繋がっている。その結果、第１の実施の形態の場合と同様に、バルブコンダクタンスおよび真空排気装置の実効排気速度の向上を図ることができる。

【0055】

さらに、図１５に示すように、第１バルブボディ２０Ａにおいて第２バルブボディ２０Ｂと反対側に位置する側壁Ｗ（破線Ｅを施した部分の側壁）は、フランジ中心軸Ｏからの距離ｒ１がＶＧ３００相当の排気口フランジ２０２が形成可能な最小限度の大きさに抑えられている。すなわち、距離ｒ１はＯＤ２／２またはＯＤ２／２よりも若干大きい程度に設定される。また、ＶＧ３００相当のフランジの場合には固定用のボルトとしてＭ１２のボルトが１２本使用されるが、本実施の形態では第１の実施の形態の場合（Ｍ１６を８本使用）と同程度のボルト強度が得られるようにＭ１２のボルトを１４本使用している。

【0056】

なお、排気口フランジ２０２については、排気口フランジ２０２がモータケーシング２２と干渉しないように、排気口フランジ２０２の図示左側の一部を切り欠いている（図５参照）。そのため、ボルト固定用のネジ穴２０４は、切り欠かれて幅の狭くなったフランジ部分を避けるように配置するようにした。図示は省略するが、第１の実施の形態の場合と同様に、真空ポンプ側の吸気口フランジに関しても排気口フランジ２０２に合わせた形状に設定される。

【0057】

このように、第４の実施の形態では、第１の実施の形態（Ｍ１６のボルトを８本使用）や従来のＶＧ３００相当の場合（Ｍ１２のボルトを１２本使用）に比べてボルト本数が多いので、ボルト一本が担うべき衝撃力を小さくできる。さらに、図１５の破線Ｅで示す領域の側壁Ｗのフランジ中心軸Ｏからの距離ｒ１が第１の実施の形態（図２，３参照）と比べて大きくなるので、第１の実施の形態と比べてネジ穴２０４が形成されている部分の強度向上を図ることができる。その結果、ポンプ急停止時におけるネジ穴２０４部分のバルブボディ破損を防止することができる。

【0058】

−第５の実施の形態−
図１６は、本発明の第５の実施の形態を示す図である。図１６に示す真空バルブ２は、ＶＧ３００相当の排気口フランジ２０２がモータケーシング２２と干渉しないように、第１バルブボディ２０Ａの図示左右方向の幅寸法を若干大きくしてモータケーシング２２の位置を図示左方向に変更したものである。そのため、図１５に示す真空バルブ２と比較した場合、図示上下方向の長手方向寸法は同一寸法であるが、バルブボディ２０の図示左右方向の幅寸法は大きくなっている。すなわち、第４の実施の形態の場合と同様に、第１バルブボディ２０Ａの側壁Ｗのフランジ中心軸Ｏからの距離ｒ１は、排気口フランジ２０２の外形ＯＤ２の１／２または１／２よりも若干大きい程度に設定されている。

【0059】

このように、第１バルブボディ２０Ａの幅寸法を大きくすることで、図１５に示す真空バルブ２のように排気口フランジ２０２の一部を切り欠く必要がない。ネジ穴２０４は、排気口フランジ２０２の一周に亘って均等の角度間隔で配置されている。なお、図１６に示す例では、ネジ穴２０４の数を１４としているが、ポンプ急停止時の衝撃力に対してボルト強度に余裕が有る場合には、ネジ穴２０４の数をＶＧ３００相当フランジの標準である１２としても良い。

【0060】

以上説明したように、排気口フランジ２０２の開口径ＩＤ２を吸気口フランジ２０１の開口径ＩＤ１よりも大きく設定し、ガス流路領域ＦＲの流路断面積を吸気口フランジ２０１側から排気口フランジ２０２側へと増加させることで、真空バルブ２の吸気口における実効排気速度を容易に向上させることができる。

【0061】

その際に、真空バルブ２の大きさを、図１２に示す一般的なＶＧ２５０相当の真空バルブと同程度に抑える場合には、第１の実施の形態のように第１バルブボディ２０Ａの側壁Ｗ（すなわち、第２バルブボディ２０Ｂと反対側に位置する側壁）のフランジ中心軸Ｏからの距離ｒ１をｒ１＝ＯＤ１／２のように設定すればよい。ＯＤ１は吸気口フランジ２０１の外径である。一方、第１バルブボディ２０Ａにおけるネジ穴２０４部分の強度をより重視する観点からは、排気口フランジ２０２に適用されるＶＧ３００相当フランジのフランジ幅寸法と同程度の幅寸法を第１バルブボディ２０Ａに確保するのが好ましい。このように設定することで、ＶＧ３００相当フランジと同程度の強度が期待できる。その場合、第１バルブボディ２０Ａの側壁Ｗのフランジ中心軸Ｏからの距離ｒ１は、第４の実施の形態のようにｒ１＝ＯＤ２／２と設定される。

【0062】

もちろん、ＶＧ３００相当フランジと同程度の強度まで必要とされない場合には、要求強度に応じた距離ｒ１（＜ＯＤ２／２）に設定しても構わない。すなわち、排気口フランジ２０２の開口径ＩＤ２が吸気口フランジ２０１の開口径ＩＤ１よりも大きく設定される真空バルブ２においては、大きさと強度との兼ね合いから、第１バルブボディ２０Ａの側壁Ｗのフランジ中心軸Ｏからの距離ｒ１は概ねＯＤ１／２≦ｒ１≦ＯＤ２／２の範囲内の所定値に設定される。ＯＤ１は吸気口フランジ２０１の外径であり、ＯＤ２は排気口フランジ２０２の外径である。

【0063】

なお、ｒ１＜ＯＤ２／２は、図３に示すように排気口フランジ２０２の外径側の一部が切り欠かれている場合に対応する。この場合、ＯＤ２は、排気口フランジ２０２に適用されるフランジ規格であるＶＧ３００フランジの外径を表している。このように一部が切り欠かれている場合を考慮して、吸気口フランジ２０１に適用されるフランジ規格の外径および排気口フランジ２０２に適用されるフランジ規格の外径をそれぞれ「フランジ外径」と呼ぶことにすれば、条件「ＯＤ１／２≦ｒ１≦ＯＤ２／２」は、「バルブ吸気口フランジ２０１のフランジ外径ＯＤ１の１／２以上かつバルブ排気口フランジ２０２のフランジ外径ＯＤ２の１／２以下」のように言い換えることができる。

【0064】

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。例えば、真空ポンプ１はターボ分子ポンプに限らず、他の形式の真空ポンプであっても良い。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

【符号の説明】

【0065】

１…真空ポンプ、２…真空バルブ、２０…バルブボディ、２０Ａ…第１バルブボディ、２０Ｂ…第２バルブボディ、２１…バルブプレート、２２…モータケーシング、３０…係合部材、１００…真空排気装置、１３０，２０１…吸気口フランジ、１３３…ボルト、１３４…溝、１３４ａ…第１溝部、１３４ｂ…第２溝部、１３５，１３７，２０６…凸部、１３６，２０５，２０７…凹部、２０２…排気口フランジ、２０３…テーパ面、３０１…係合領域、３０１ａ…第１係合部、３０１ｂ…第２係合部、ＦＲ…ガス流路領域、Ｗ…側壁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】