(57)【要約】【課題】真空ポンプと真空チャンバとの間に介在される気密性の真空ポンプ遮断（VPI）弁を提供する。【解決手段】真空ポンプの通常の運転中に、VPI弁214は開いていて、真空ポンプと真空チャンバ226との間の流体連通を可能にする。真空ポンプが、動力を失うことによるなど、非運転となると、VPI弁214が閉じ、それにより、真空チャンバ226は真空ポンプから遮断される。VPI弁214を閉じることは、真空ポンプの排気ガス圧により駆動される。VPI弁214は、パイロット弁246が開くことにより、排気ガス圧にさらされることになり、これは、真空ポンプが運転を終了した結果として起こる。この構成により、VPI弁214は気密性となり、その運転中に周囲の空気にさらされない。【選択図】図2
2018066370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空ポンプ遮断（VPI）弁であって、
入口内部を囲むポンプ入口ハウジングと、
前記入口内部に配置された弁要素であって、前記VPI弁の開状態と前記VPI弁の閉状態との間を切り替えるよう構成されており、圧力に応じて前記閉状態に切り替えるよう構成されており、前記開状態で、前記入口内部を介して、真空ポンプと真空チャンバとの間の流体流れを可能にし、前記閉状態で、前記真空ポンプと前記真空チャンバとの間の流体流れを塞ぐ、弁要素と、
前記入口内部および前記真空ポンプの内部排気ガスラインと連通するよう構成されたパイロット弁であって、開パイロット弁位置と閉パイロット弁位置との間で切り替え可能であり、前記開パイロット弁位置で、前記弁要素を前記閉状態へと切り替えるのに有効な前記弁要素への圧力を加えるために、前記内部排気ガスラインからの排気ガスの流れを許可し、前記閉パイロット弁位置で、前記内部排気ガスラインから前記弁要素への排気ガスの流れを塞ぐ、パイロット弁とを備える、真空ポンプ遮断弁。
【請求項２】
前記入口内部に配置された弁座を備え、前記弁座は、当該真空ポンプ遮断弁の前記開状態に対応する開ピストン位置と、当該真空ポンプ遮断弁の前記閉状態に対応する閉ピストン位置との間で可動のピストンを備え、前記閉ピストン位置で、前記ピストンは前記弁座に接触する、請求項1に記載の真空ポンプ遮断弁。
【請求項３】
前記入口内部に配置され、前記ピストンにより少なくとも部分的に境界を定められた制御容積チャンバを備え、前記ピストンの動きは、前記制御容積チャンバの容積により変動する、請求項2に記載の真空ポンプ遮断弁。
【請求項４】
前記ポンプ入口ハウジングおよび前記ピストンに取り付けられ、前記真空チャンバから少なくとも部分的に流体的に遮断されるよう囲まれている制御容積チャンバの境界を少なくとも部分的に定める、柔軟なダイヤフラムであって、前記ピストンの動きに合わせて動く、前記柔軟なダイヤフラムと、
前記入口内部と前記真空ポンプとの間で連通している入口ポートと、
前記入口ポートと前記制御容積チャンバとの間で連通している伝導力の制限された開口部との、2つまたはそれ以上の組み合わせからなる群から選ばれた特徴を備える、請求項3に記載の真空ポンプ遮断弁。
【請求項５】
前記入口内部に配置され、前記真空チャンバと連通する前記入口内部の一部分から通常は開いており、かつ、動力を受けたことに応じて前記閉パイロット弁位置へと切り替わるよう構成されているパイロット弁を少なくとも部分的に流体的に遮断するよう構成された、柔軟なダイヤフラムと、
前記開状態に切り替わるように前記弁要素を付勢するよう構成されたバネとの、2つまたはそれ以上の組み合わせからなる群から選ばれた特徴を備える、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の真空ポンプ遮断弁。
【請求項６】
請求項1〜請求項5のいずれか1項に係る真空ポンプ遮断弁と、
前記内部排気ガスラインが配置されたポンプ本体と、
前記内部排気ガスラインと前記パイロット弁との間に流体連通を設ける第1の排気ガス移送ラインと、
前記パイロット弁と前記制御容積チャンバとの間に流体連通を設ける第2の排気ガス移送ラインとを備える、真空ポンプ。
【請求項７】
前記パイロット弁は、動力を受けたことに応じて前記閉パイロット弁状態に維持されるよう構成されており、ポンピング要素、前記ポンピング要素の動きを駆動するよう構成されたモータ、ならびに、当該真空ポンプおよび前記パイロット弁の両方に動力を供給するよう構成され、モータ終止運転に応じて前記パイロット弁への動力を切断する電源をさらに備えることと、
前記第1の排気ガス移送ラインおよび前記第2の排気ガス移送ラインは、当該真空ポンプの外部の周囲環境から流体的に遮断されていることと、
前記ポンプ本体に配置され、前記入口内部および前記内部排気ガスラインと連通する、クロールポンピングステージと、
前記記載の2つまたはそれ以上の組み合わせとからなる群から選択される特徴を備える、請求項6に記載の真空ポンプ。
【請求項８】
内部排気ガスラインを備える真空ポンプと、
真空チャンバと、
開弁状態と閉弁状態との間で切り替え可能な真空遮断（VPI）弁であって、前記開弁状態で、前記真空ポンプと前記真空チャンバとの間の流体流れを可能にし、前記閉弁状態で、前記真空ポンプと前記真空チャンバとの間の流体流れを塞ぐ、真空ポンプ遮断弁と、
前記内部排気ガスラインおよび前記真空ポンプ遮断弁と連通するパイロット弁であって、開パイロット弁状態と閉パイロット弁状態との間で切り替え可能であり、前記開パイロット弁状態において、前記真空ポンプ遮断弁を前記閉弁状態へと切り替えるのに有効な圧力で、排気ガスが前記内部排気ガスラインから前記真空ポンプ遮断弁へと流れることを可能にし、前記閉パイロット弁位置において、前記内部排気ガスラインから前記真空ポンプ遮断弁への排気ガス流れを塞ぐ、パイロット弁とを備える、真空システム。
【請求項９】
前記真空ポンプ遮断弁は、
入口内部を囲むポンプ入口ハウジングと、
前記入口内部に配置された弁要素であって、前記開弁状態と前記閉弁状態との間を切り替えるよう構成されており、圧力に応じて前記閉弁状態に切り替えるよう構成された、弁要素とを備え、
前記開パイロット弁状態で、前記パイロット弁は、前記弁要素に圧力を加えるために、前記内部排気ガスラインからの前記排気ガスを許可する、請求項8に記載の真空システム。
【請求項１０】
前記内部排気ガスラインと前記パイロット弁との間に流体連通を設ける第1の排気ガス移送ラインと、前記パイロット弁と前記真空ポンプ遮断弁との間に流体連通を設ける第2の排気ガス移送ラインとを備える、請求項8または請求項9に記載の真空システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は全体として、真空ポンプ運転停止の事例において、関連する真空システムを保護するために、真空ポンプとともに利用される遮断弁に関する。より詳しくは、本発明は、真空ポンプに内在するガス圧により閉じるよう駆動される遮断弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
さまざまなシステムが、例えば10-3トール未満などの高真空（非常に低い、大気の常態値以下の（sub-atmospheric）圧力）水準で作動することが要求される、１つまたはそれ以上の内部チャンバを含んでいる。このようなシステムには例えば、分光計システム、漏れ試験システム、顕微鏡（例えば電子顕微鏡）システム、微細加工（例えば真空蒸着）システムなどがある。
【０００３】
これらのシステムの内部の真空チャンバは、1つまたはそれ以上の真空ポンプにより排気される。例えば、真空システムは、低真空水準まで（例えば、約10-3トールまで）引き下げるよう構成された、「粗引き」ポンプすなわち「バッキング」ポンプを含んでいる。真空システムは、高真空水準までさらに引き下げるよう構成された、1つまたはそれ以上の高真空ポンプをさらに含んでいる。このようなシステムでは、粗引きポンプは、真空ポンプ吸引の第1のステージとして機能し、高真空ポンプにより実施される高真空ポンプ吸引がさらなるステージの作動のために必要となる。
【０００４】
真空システムは、バッキングポンプが動力を失った場合に、高圧（例えば、周囲圧力または大気圧）から高真空システムの構成要素を自動的に遮断および保護するよう構成された真空ポンプ遮断（VPI）弁を含んでいる。VPI弁はその後、高真空システムの構成要素のさらなる作動のために安全な、十分な真空の水準をバッキングポンプが再開および確立したのちにのみ再び開く。
【０００５】
例えば、ターボ分子ポンプなどの高真空ポンプは、全力で運転している場合に約200mトールをはるかに上回る圧力にさらされると、修理不能な損傷を受けることがある。通常、VPI弁は、バッキングポンプと別体であり、周囲（すなわち、バッキングポンプおよび真空システムの残部の外部の環境）と連通している。ゆえに、従来のVPI弁の使用は、非気密性のシステムにつながる。
【０００６】
図1は、従来のVPI弁114を利用した真空システム100の例を示す模式図である。真空システム100は、VPI弁114を介して真空システム100の高真空ステージ122と連通するバッキングポンプ118を含んでいる。バッキングポンプ118は通常、例えばスクロールポンプ、ロータリーベーンポンプ、ダイヤフラムポンプ、ルーツブロワ（容積式ローブ）などの機械式ポンプである。高真空ステージ122は、1つまたはそれ以上の真空チャンバ126（すなわち、バッキングポンプ118と連通する、排気されることになる内部空間）を含んでいる。高真空ステージ122は、バッキングポンプ118のみで達成可能なものを超える真空の水準まで真空チャンバ126を排気するよう構成された、1つまたはそれ以上の高真空ポンプ130（例えば、ターボ分子ポンプ、スパッタイオンポンプなど）をさらに含んでいる。真空システム100の通常の運転中、VPI弁114は開いており、すなわち、高真空ステージ122からバッキングポンプ118の入口134へと、規制されない（unrestricted）作動ガス（working gas）流路を提供する。VPI弁114は通常、真空システム100の通常の運転中に開いている（締まっていない）、可動式のピストンを含んでいる。バッキングポンプ118は、その出口138で、ガス排気ライン142へとガスを排出する。
【０００７】
真空システム100は、大気とVPI弁114との間（特に、大気と、高真空ステージ122とバッキングポンプ118との間の作動ガス流路との反対側のVPI弁ピストンの側、との間）に選択的な連通を提供する別の弁（例えばソレノイドバルブ146）をさらに含んでいる。ソレノイドバルブ146は通常、VPI弁114を周囲から遮断する閉状態に保持するために電力を必要とするという意味で、ノーマルオープン（通常開いている）バルブである。同じ電源を、ソレノイドバルブ146およびバッキングポンプ118の両方に動力を供給するために利用してもよい。真空システム100の通常の運転中、ソレノイドバルブ146は閉じられる。
【０００８】
しかし、バッキングポンプ118が動力を失った場合、ソレノイドバルブ146が開いて、それにより、周囲の空気150がVPI弁114内に流れ込むようになる。結果として生じるVPI弁114のピストンにおける格差のある圧力により、ピストンが締められて、それにより、高真空ステージ122とバッキングポンプ118との間の作動ガス流路が閉鎖され、かつ、バッキングポンプ118の運転停止の結果として発生する高圧から高真空ステージ122が遮断される。
【０００９】
前述のVPI構成のより詳しい例が、下記特許文献1に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第4,785,851号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第2014/0271233 A1号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第2014/0271242 A1号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第2016/0201674 A1号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記説明より明らかなように、従来の構成の真空システム100は、運転の遮断/保護段階に大気への露出が伴うという点で、非気密性である。しかし、ヘリウムまたは特定の化学物質の再循環を伴う場合、空気がシステムに進入することを許してはならず、または作動ガスがシステムから退出することを許してはならない用途など、大気への露出が不都合な用途も多くある。ゆえに、気密性のVPI弁の使用を伴う真空システムが必要とされている。
【００１２】
全体として、もしくは部分的に前述の問題に、および/または、当業者により観察されてきたであろう他の問題に取り組むために、本発明は、以下に記述する実施態様中の例を用いて説明するような方法、処理、システム、機器、器具および/または装置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】
【００１３】
本発明の一実施形態によれば、真空ポンプ遮断（VPI）弁は、入口内部を囲むポンプ入口ハウジングと、入口内部に配置された弁要素であって、VPI弁の開状態とVPI弁の閉状態との間を切り替えるよう構成されており、圧力に応じて閉状態に切り替えるよう構成されており、開状態で、入口内部を介して、真空ポンプと真空チャンバとの間の流体流れを可能にし、閉状態で、真空ポンプと真空チャンバとの間の流体流れを塞ぐ、弁要素と、入口内部および真空ポンプの内部排気ガスラインと連通するよう構成されたパイロット弁であって、開パイロット弁位置と閉パイロット弁位置との間で切り替え可能であり、開パイロット弁位置で、弁要素を閉状態へと切り替えるのに有効な弁要素への圧力を加えるために、内部排気ガスラインからの排気ガスを許可し、閉パイロット弁位置で、内部排気ガスラインから弁要素への排気ガス流れを塞ぐ、パイロット弁とを含んでいる。
【００１４】
別の実施形態によれば、真空ポンプは、本明細書に開示する実施形態のいずれかに係るVPI弁と、内部排気ガスラインが配置されたポンプ本体と、内部排気ガスラインとパイロット弁との間に流体連通を設ける第1の排気ガス移送ラインと、パイロット弁と制御容積チャンバとの間に流体連通を設ける第2の排気ガス移送ラインとを含んでいる。
【００１５】
別の実施形態によれば、真空ポンプ遮断（VPI）弁は、入口内部に配置された弁座と、入口内部に配置されたピストンであって、開ピストン状態と閉ピストン状態との間で可動とされ、開ピストン状態で、入口内部を介して、真空ポンプと真空チャンバとの間の流体流れを可能にし、閉ピストン状態で、弁座と接触して、真空ポンプと真空チャンバとの間の流体流れを塞ぐ、ピストンと、入口内部に配置され、ピストンにより少なくとも部分的に境界を定められた制御容積チャンバであって、ピストンの運動は、当該制御容積チャンバの容積により変動する、制御容積チャンバと、制御容積チャンバおよび真空ポンプの内部排気ガスラインと連通するよう構成されたパイロット弁であって、開パイロット弁位置と閉パイロット弁位置との間で切り替え可能であり、開パイロット弁位置で、ピストンを閉ピストン状態へと移動するのに有効な圧力へと制御容積チャンバを加圧するために、内部排気ガスラインからの排気ガスを許可し、閉パイロット弁位置で、内部排気ガスラインから制御容積チャンバへの排気ガス流れを塞ぐ、パイロット弁とを含んでいる。
【００１６】
別の実施形態によれば、真空ポンプは、本明細書に開示する実施形態のいずれかに係るVPI弁と、内部排気ガスラインが配置されたポンプ本体と、内部排気ガスラインとパイロット弁との間に流体連通を設ける第1の排気ガス移送ラインと、パイロット弁と入口内部との間に流体連通を設ける第2の排気ガス移送ラインとを含んでいる。
【００１７】
別の実施形態によれば、真空システムは、内部排気ガスラインを備える真空ポンプと、真空チャンバと、本明細書に開示する実施形態のいずれかに係るVPI弁とを含んでいる。
【００１８】
真空ポンプは、ポンプ本体に配置され、入口内部および内部排気ガスラインと連通するポンピングステージを含んでいてもよい。ポンピングステージは、1つまたはそれ以上の据え付けのポンピング要素と、可動のポンピング要素とを含んでいてもよい。可動のポンピング要素は、真空ポンプのモータ（例えば電動モータ）により駆動され（給電され）てもよい。いくつかの実施形態では、真空ポンプはスクロールポンプである。スクロールポンプはスクロールポンピングステージを有していてもよい。スクロールポンピングステージは、当業者が理解するように、据え付けのスクロールと、据え付けのスクロールに対して旋回するように駆動可能な旋回スクロールとを含んでいてもよい。
【００１９】
本発明は、以下の図面を参照することにより、より良く理解することができる。図面内の構成要素は必ずしも等尺で描かれておらず、むしろ、発明の原理を説明するにあたって、強調が加えられている。図面では、類似の参照番号は、異なる図を通じて、対応する部品を示している。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の真空ポンプ遮断（VPI）弁を利用した真空システムの例を示す模式図である。
【図２】本明細書に開示する実施形態に係る真空システムの例を示す模式図である。
【図３Ａ】開位置にある真空ポンプのVPI弁を示す、本明細書に開示する実施形態に係る真空ポンプの一部の例を示す部分断面斜視図である。
【図３Ｂ】図3Aの図に類似の真空ポンプの部分断面斜視図であるが、閉位置にあるVPI弁を示す。
【図４】図3Aおよび図3Bに示す真空ポンプの部分断面側面図である。
【図５】真空ポンプのVPI弁および関連するポンプ入口を取り除いた状態の、図3A、図3Bおよび図4に示す真空ポンプの部分断面頂面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
発明の他の装置、機器、システム、方法、特徴および利点は、以下の図面および詳細な説明を検討することで、当業者にとって明らかである、または明らかとなるであろう。そのような追加のシステム、方法、特徴および利点はすべて、この説明に含まれ、本発明の範囲内にあり、添付の特許請求の範囲により保護されるよう意図されている。
【００２２】
本明細書で使用される際、「真空チャンバ」という用語は、本明細書に開示する真空ポンプの一部であるチャンバ、または、本明細書に開示する真空ポンプと流体連通するチャンバ（すなわち、真空気密な仕方で流体的に封止できる囲まれた空間）を包含する。運転の段階に応じ、「真空チャンバ」は、真空ポンプの作動の（すなわち、真空チャンバが排気されている）結果として真空圧に（例えば、10-9トール以下まで下がった準大気圧に）なる。「真空チャンバ」は、真空ポンプの一部である、もしくは真空ポンプと流体連通しているために、真空圧に下がるまでポンピングすることが少なくとも可能である。
【００２３】
一般に、用途に応じて、真空チャンバは、科学機器または製造機器（fabrication instrument）などの排気された領域を利用する装置またはシステムであっても、または、その一部であってもよい。科学機器の例には、質量分析計、イオン移動度分析計、ガス漏れ検知器および電子顕微鏡が含まれるが、これらに限定されない。製造機器の例には、排気された反応チャンバを、マイクロエレクトロニクス、微小電気機械システム（MEMS）、マイクロ流体工学などのための部品を作製するために利用する器具が含まれるが、これらに限定されない。このような製造機器は例えば、当業者が理解するように、真空蒸着、プラズマ発生、電子線発生、分子線発生、イオン注入などを含む技術を利用してもよい。
【００２４】
図2は、本明細書に開示する実施形態に係る真空システム200の例の模式図である。真空システム200は、少なくとも1つの真空ポンプを含んでいる。本実施形態では、真空システム200はバッキングポンプ218を含んでいる。バッキングポンプ218は、真空ポンプ遮断（VPI）弁214と、VPI弁214を介して真空システム200の高真空ステージ222と連通したポンプ入口234と、主たる排気ガスライン242へとガスを排出するポンプ出口238とを含んでいる。バッキングポンプ218は、上述したように、機械式ポンプであってもよい。
【００２５】
高真空ステージ222は、バッキングポンプ218と連通する1つまたはそれ以上の真空チャンバ226を含んでいる。高真空ステージ222は、上述したように、1つまたはそれ以上の高真空ポンプ230をさらに含んでいてもよい。
【００２６】
バッキングポンプ218は、主たる排気ガスライン242とパイロット弁246との間に流体連通を提供する第1の排気ガス移送ラインまたはポート254、および、パイロット弁246とVPI弁214との間に流体連通を提供する第2の排気ガス移送ラインまたはポート258をさらに含んでいる。VPI弁214ならびに排気ガス移送ライン254および258は、説明上の目的のために、バッキングポンプ218と別体に、模式的に描写されている。しかし、いくつかの実施形態では、VPI弁214は、バッキングポンプ218の主たる構造体もしくはハウジングと一体化され、または、バッキングポンプ218の主たる構造体もしくはハウジングの内部にある。排気ガス移送ライン254および258はまた、バッキングポンプ218の主たる構造体もしくはハウジングと一体化され、または、バッキングポンプ218の主たる構造体もしくはハウジングの内部にあってもよい。他の実施形態では、第1の排気ガス移送ライン254の全部または一部およびパイロット弁246が、バッキングポンプ218の主たる構造体またはハウジングの外側に配置されていてもよい。
【００２７】
一般に、パイロット弁246は、開状態および閉状態へと作動できる、いずれの種類の弁であってもよい。通常の、しかし排他的でない実施形態では、パイロット弁246は、ノーマルオープン（通常開いている）バルブとして構成されている。すなわち、パイロット弁246は、能動的に閉状態に保持するために、電力を必要とする。一例として、パイロット弁246はソレノイド作動弁であってもよい。同じ電源（例えば24Vの電力供給）を、パイロット弁246およびバッキングポンプ218の両方に動力を供給するのに利用してもよい。
【００２８】
真空システム200の運転例を説明する。この例では、真空システム200は、第1の真空ポンピングステージを提供するバッキングポンプ218および追加の1つの真空ポンピングステージを提供する少なくとも1つの高真空ポンプ230の両方を含んでいる。
【００２９】
バッキングポンプ218がオフの状態から始まって、バッキングポンプ218および真空チャンバ226などの真空システム200の内部領域は大気圧とされており、VPI弁214は開いている。VPI弁214は通常、以下にさらに説明するように、バネにより開（締まっていない）位置に付勢されてもよいピストンなどの可動式の弁要素を含んでいる。ノーマルオープンのパイロット弁246も、このとき開いている。
【００３０】
次いで、バッキングポンプ218が始動すると、動力がパイロット弁246に供給されてパイロット弁246を（例えば、ソレノイドを通電することにより）閉じさせ、それにより、バッキングポンプ218の排出/排気側からVPI弁214を遮断する。このときVPI弁214は開いたままである。バッキングポンプ218が作動すると、高真空ステージ222中で真空が発生し始める。高真空ポンプ230の続く運転により、真空チャンバ226の意図された使用のために必要な真空水準となる。
【００３１】
次いで、バッキングポンプ218が動力を失う（例えば、停電または電力供給異常のために、オフになる、または止まる）と、パイロット弁246が開く。例えば、ソレノイドベースのパイロット弁の場合、パイロット弁246が同様に動力を失うと、ソレノイドが通電停止されて、パイロット弁246はそのノーマルオープンの位置へと移動される。パイロット弁246が開いていると、VPI弁214の一方の側が、第1の排気ガス移送ライン254、パイロット弁246および第2の排気ガス移送ライン258を介して、排気ガスの圧力にさらされる。排気ガス圧は例えば、大気圧であっても、または大気圧付近であってもよいが、いずれにせよ、VPI弁214の他方の側の排気された領域中の圧力よりも、はるかに高くなっている。
【００３２】
その結果、VPI弁214を閉じるのに十分な大きさの圧力格差が、VPI弁214にわたって発生する。例えば、本明細書でさらに説明するように、VPI弁214は、排気ガス圧によりバネの付勢力に逆らって締められる、バネ付勢されたピストンを含んでいてもよい。VPI弁214は、パイロット弁246が開いた際に、（例えば、2、3ミリ秒で）急速に閉じるよう構成されていてもよい。VPI弁214を閉じると、高真空ステージ222とバッキングポンプ218との間の作動ガス流路（図2のライン262および266）が閉鎖される。このようにして、高真空ステージ222の高水準の真空が、バッキングポンプ218が再び運転可能となるまで、維持される。
【００３３】
バッキングポンプ218が再始動されると、パイロット弁246は再び閉じられる。排気ガスはVPI弁214から除去され、バッキングポンプ218のポンプ入口234内へと引き込まれる。VPI弁214内の圧力が十分に低くなると、VPI弁214がもとどおり開いて、それにより、高真空ステージ222をバッキングポンプ218と再結合する。
【００３４】
上記記載のように、VPI弁214が、内部の機構（すなわち、排気ガスの、内部を経由する流れの圧力）により、閉じるよう駆動される。周囲の空気は利用されず、真空システム200に進入しない。ゆえに、バッキングポンプ218は、真空ポンプ遮断用に気密性の解決策を提供する。
【００３５】
図3Aは、実施形態に係るVPI弁314を含む真空ポンプ318の一部の例の部分断面斜視図である。真空ポンプ318およびVPI弁314は、真空システムの一部として設けられていてもよい。したがって、例として、真空ポンプ318およびVPI弁314は、上述した図2に示す真空システム200のバッキングポンプ218およびVPI弁214に対応していてもよい。
【００３６】
真空ポンプ318は一般に、ポンプ内部324を囲むポンプ本体320を含んでいる。据え付けまたは可動のポンピング要素（図示せず）がポンプ内部324に配置されている。ポンピング要素（スクロール、羽根、ローブなど）の構成は、真空ポンプ318の特定の実施形態に依存している。真空ポンプ318はポンプ入口334を含んでいる。本実施形態では、ポンプ入口334は、真空気密にポンプ本体320に結合されたポンプ入口ハウジング（ポンプ入口フランジ）336により区画されている。ポンプ入口ハウジング336は、図3の矢印322により示すように、真空システム（上述した高真空ステージ）に流体的に結合されるよう構成されている。ポンプ入口ハウジング336は、VPI弁314が配置されるポンプ入口ポート340を含んでいる。VPI弁314は、ポンプ入口334が、VPI弁314の状態に応じて、ポンプ内部324と真空システム（高真空ステージ）322の残部との間に選択的に流体連通を設けるよう、位置決めされる。
【００３７】
図3Aは、開状態にあるVPI弁314を示している。開状態で、VPI弁314は、矢印344により大略的に示すように、ガスが真空システム322からポンプ入口334内へと、かつポンプ入口ポート340を介してポンプ内部324へと、（真空ポンプ318のポンピング要素の作動により）自由に流れることを可能にする。この目的のために、VPI弁314は、開状態に対応する開位置と閉状態に対応する閉位置との間で可動とされた可動部材を含んでいてもよい。可動部材の閉位置、そしてそれゆえにVPI弁314の閉位置は、以下にさらに説明するように、図3Bに示されている。
【００３８】
本実施形態では、VPI弁314は、ピストン348の形態の可動部材を含んでいる。ピストン348は、開位置（図3A）から閉位置（図3B）への間で、直線状に（図3Aの図像で、垂直方向に）可動とされている。ピストン348の直線運動または並進を、ピストンガイド352により案内してもよい。本実施形態では、ピストンガイド352は、ピストン移動の方向に長尺とされ、かつ、ピストン348の中央の孔内へと延びる据え付けのピンの形態とされている。ピストン348は、ピストン348を包囲し、かつ、ピストン348の1つまたはそれ以上の外面およびポンプ入口ハウジング336の内面により保持される適切なバネ356により、図示した開位置に向かって付勢されていてもよい。
【００３９】
また本実施形態では、ピストン348は、第1のピストン部分（または、主たるピストン本体）360と、第1のピストン部分360に（例えば、ネジ付け係合により）取り付けられた第2のピストン部分（またはピストンナット）364とを含んでいる。ピストンガイド352は、第2のピストン部分364の中央の孔を通って、第1のピストン部分360の中央の孔内へと延びている。
【００４０】
VPI弁314は、適切に柔軟な材料（例えばゴム）で形成された環状のダイヤフラム368をさらに含んでいる。ダイヤフラム368は、ピストン348に、かつ、ポンプ入口ハウジング336および/またはポンプ本体320に取り付けられている。より詳しくは、図示した実施形態では、ダイヤフラム368の内側の周辺領域が、第1のピストン部分360と第2のピストン部分364との間に挟持されており、ダイヤフラム368の外側の周辺領域が、ポンプ入口ハウジング336とポンプ本体320との間に挟持されている。図示したように、ダイヤフラム368の外側の周辺領域は、ポンプ入口ハウジング336の環状の溝内に配置された環状のビーズを含んでいてもよい。
【００４１】
図3Bは、図3Aの図に類似の真空ポンプ318の部分断面斜視図であるが、閉位置にある真空ポンプのVPI弁314を示す。図3Bに最もよく示すように、可変の容積の制御容積チャンバ372が、ピストン348（特に第2のピストン部分364）と、ダイヤフラム368と、軸方向にピストン348（特に第2のピストン部分364）の反対側にありピストン348と向き合うポンプ本体320の表面376とにより区画されている（境界を定められている）。
【００４２】
図3Aおよび図3Bの図像から、制御容積チャンバ372は、ピストン348およびダイヤフラム368の下方に配置されている。ピストン348が、図3Aおよび図3Bの図像から、その最も下側の位置である開位置（図3A）にあるときに、制御容積チャンバ372の容積は、最小値となる。開位置で、ピストン348（特に第2のピストン部分364）は、ポンプ本体表面376に当接していてもよい。いくつかの実施形態では、かつ、図3Aに示すように、開位置で、ダイヤフラム368の一部分が、それ自体に対して折り重ねられていてもよい。
【００４３】
他方、ピストン348が、図3Aおよび図3Bの図像から、その最も上側の位置である閉位置（図3B）に移動したときに、制御容積チャンバ370の容積は、外に膨張して最大となる。図3Bに示すように、閉位置で、ピストン348（特に第1のピストン部分360）は、環状の弁座380に当接する。弁座380は、ポンプ入口ハウジング336の内面上に形成されていてもよい。閉位置でのピストン348と弁座380との間の封止界面を向上させるために、弁座380は、封止用に利用されない他の内面よりも滑らかな（表面粗さが少ない）表面を有するように設計されていてもよい。そのうえ、ピストン348は、弁座380に接触し、かつ、弁座380と接触した際にピストン348と弁座380との間でいくらか変形してもよい封止要素384（例えば、第1のピストン部分360の環状の溝内に配置されたＯリング）を含んでいてもよい。図3Bにさらに示すように、バネ356が閉位置で圧縮される。
【００４４】
上記実施形態におけるように、かつ、図2に示すように、真空ポンプ318は、真空ポンプ318の主たるガス排気ラインからVPI弁314へと延びる排気ガス移送ラインと、交互に排気ガス移送ラインを閉じ（中を通るガス流れを塞ぎ）排気ガス移送ラインを開く（ガス流れが中を通ることを可能にする）ために排気ガス移送ライン内に作動可能に配置されたパイロット弁とを含んでいる。排気ガス移送ラインおよびパイロット弁を構成する部品の例を、図3A、図3B、図4および図5を参照して、次に説明する。
【００４５】
図4は、図3Aおよび図3Bに示す真空ポンプ318の部分断面側面図である。図3Aおよび図3Bの図に関連して、図4の図は、垂直方向の軸を中心に回転する。図4に示すように、真空ポンプ318はパイロット弁488を含んでいる。先に本明細書で説明したように、パイロット弁488は一般に、開状態および閉状態へと作動することのできる、いずれの種類の弁であってもよい。典型的で、かつ排他的でない実施形態において、パイロット弁488はノーマルオープンバルブとして構成されている。すなわち、パイロット弁488は、閉状態に能動的に維持するために、電力を必要とする。一例として、パイロット弁488はソレノイド作動弁であってもよい。
【００４６】
電源が、適切な電気配線490を介して、パイロット弁488に動力を供給する。同じ電源（例えば24V電源）を利用して、パイロット弁488と、可動のポンプ要素（例えば、スクロールポンプの旋回スクロール）を駆動する真空ポンプ318のモータとの両方に動力を供給してもよい。パイロット弁488は、第1のガス案内ブロック（またはブラケット）492と第2のガス案内ブロック（またはブラケット）394との間に据え付けられていてもよい。パイロット弁488、第1のガス案内ブロック492および第2のガス案内ブロック394は、ポンプ本体320の外側に配置されていてもよい。
【００４７】
真空ポンプ318は、当業者であれば理解するように、真空ポンプ318の排出側から離れてポンピング要素により処理されるガスを案内する主たる排気ガスライン442を含んでいる。上で指摘したように、本実施形態では、主たる排気ガスライン442は、排気ガス移送ラインを介して、パイロット弁488と、次いで、VPI弁314（図3Aおよび図3B）とに連通している。本実施形態では、排気ガス移送ラインは、複数のガスチャネル（内部の通路）により、集合的に形成または区画されている。ガスチャネルは、異なる中実の構造体内に配置されているという点で、互いに区別されている。隣接するガスチャネルは、異なる中実の構造体がつなぎ合わされる流体封止された接合点で、および/または、流体的な取り付け具を適切に介して、互いに連通する。
【００４８】
図4に特に示す実施形態では、排気ガス移送ラインは、ポンプ本体320の機外のハウジング423内に配置され、主たる排気ガスライン442に流体的に結合され（また、機外のハウジング423内に配置され）た第1のガスチャネル421と、ポンプ本体320の成型フレーム427内に配置され、第1のガスチャネル421に流体的に結合された第2のガスチャネル425と、第1のガス案内ブロック492内に配置され、第2のガスチャネル425に流体的に結合された（部分的に図示する）第3のガスチャネル429と、パイロット弁488内に配置され、第3のガスチャネル429に流体的に結合された（図4に示さず、図5に部分的に示す）第4のガスチャネル531と、第2のガス案内ブロック394内に配置され、第4のガスチャネルに流体的に結合された（図4に示さず、図3Aおよび図3Bに部分的に示す）第5のガスチャネル333とを含んでいる。
【００４９】
図4の部分断面図では、第3のガスチャネル429の一部のみが示され、第4および第5のガスチャネルは特に示されておらず、第1のガス案内ブロック492、パイロット弁488および第2のガス案内ブロック394を通るガス流れは、破線435により模式的に示されている。異なるガスチャネルの間の流体結合または界面は、いずれかの適切な手段により、流体封止されていてもよい。例として、図4は、Ｏリングなどの封止要素433の備えを示している。
【００５０】
図3Aおよび図3Bは、第2のガス案内ブロック394と、その内部の第5のガスチャネル333の部分とを示している。図3Aおよび図3Bに特に示す実施形態では、排気ガス移送ラインは、ポンプ本体320内（例えば成型フレーム427内）に配置され、かつ第5のガスチャネル333に結合された、第6のガスチャネル339をさらに含んでいる。図3Aおよび図3Bの図像から、第6のガスチャネル339は、第5のガスチャネル333に流体的に結合され、かつ、制御容積チャンバ370（図3B）に開放連通した垂直な部分につながる、水平な部分を含んでいる。
【００５１】
図3Aに示すピストン348の開（下げられた）位置で、ピストン348（特に第2のピストン部分364）は、第6のガスチャネル339から制御容積チャンバ370への間の流体流れを塞いでも、または塞がなくてもよい。いずれの場合も、排気ガス移送ラインを通るガス流れは、パイロット弁488の状態（開いた、または閉じた）により指示される。
【００５２】
図5は、VPI弁314および関連するポンプ入口334（図3Aおよび図3B）を取り除いた状態の、図3A、図3Bおよび図4に示す真空ポンプ318の部分断面頂面図である。断面は、パイロット弁488、第2のガス案内ブロック394、および、制御容積チャンバ370（図3B）の下方のポンプ本体320の一部分を通過する平面を通って切り取られている。断面平面は、第1のガス案内ブロック492の第3のガスチャネル429（図4）が示されず、パイロット弁488の第4のガスチャネル531の一部分のみが示され、第2のガス案内ブロック394の第5のガスチャネル333の一部分のみが示され、かつ、ポンプ本体320中の第6のガスチャネル339（図3Aおよび図3Bに示す、水平な部分の一部および垂直な部分の断面）の一部分のみが示されるように、配置されている。図示しないこれらのガスチャネルの部分を通るガス流れは、破線535により模式的に表現されている。第4のガスチャネル531は、パイロット弁488の1つまたはそれ以上の内部の通路により区画されていてもよい。その構成に応じて、パイロット弁488は、パイロット弁488をその開状態および閉状態の間で切り替えて、それによりパイロット弁488を、そしてその結果、排気ガス移送ラインを通るガス流れを制御する、1つまたはそれ以上の弁要素（通常、少なくとも1つの可動の弁要素）を含んでいてもよい。
【００５３】
真空ポンプ318は一般に、図2に示す実施形態に関連して説明したように、作動することができる。真空ポンプ318が作動していなかったと仮定すると、真空ポンプ318の内部の領域と、真空ポンプ318と連通するシステムの他の部分（真空ステージ322など）とは、周囲圧力（例えば大気圧）となる。このとき、VPI弁314は、ピストン348がバネ356により付勢されて図3Aに示す開位置となるために、開状態にある。また、このとき、ノーマルオープンのパイロット弁488も、その閉状態へと推進する動力がパイロット弁488になんら加えられていないため、その開状態にある。
【００５４】
次いで、真空ポンプ318は、真空ポンプ318のモータに動力が供給されることにより、始動することができる。このとき、動力はパイロット弁488にも供給されて、パイロット弁488をその閉状態に切り替えて維持し、それにより、排気ガス移送ライン内で排気ガス流れを塞ぎ、その結果、VPI弁314を主たる排気ガスライン442から遮断する。このとき、真空ポンプ318は、通常の運転を行っている。真空ポンプ318は、（図3Aの矢印344により大略的に示すように）ポンプ入口334を介し真空ステージ322からポンプ内部324へとガス分子を引き込み、ガス分子を真空ポンプ318の排出側にある主たる排気ガスライン442へと移送することにより、その吸い込み（吸引）側および真空ステージ322で真空を発生させる。VPI弁314は、その開状態のままである。これは、制御容積チャンバ372内のガス圧が、バネ356によりピストン348に加えられる付勢力を克服するのに十分でないためである。
【００５５】
図3Aおよび図3Bに示すように、真空ポンプ318は、ポンプ入口ポート340と制御容積チャンバ372との間の、ガス伝導力の制限された流体連通を提供する、小口径の開口部339を含んでいてもよい。開口部339は、制御容積チャンバ372内の圧力をポンプ入口ポート340内の真空圧と均等にするために機能することができる。このように、真空ポンプ318の通常の運転中に、ピストン348にわたって圧力格差は存在しない。
【００５６】
通常の運転中にいくつかの地点で真空ポンプ318が、意図的に、または運転の不具合により運転停止した場合、パイロット弁488も動力を失い、その開状態に切り替わる。結果として、制御容積チャンバ372が、今や開いている排気ガス移送ラインを介して、（大気圧であっても、または大気圧周辺であってもよい）主たる排気ガスライン442と連通し、制御容積チャンバ372へと流入した排気ガスにより、急速に加圧される。したがって、圧力格差が、ピストン348にわたって急速に発生し、バネ356の付勢力に抗して、図3Bに示す閉位置へと、ピストン348を移動させる。閉位置で、ピストン348は、真空ステージ322とポンプ入口ポート340との間のガス流れを塞ぎ、それにより、真空ステージ322内で真空圧を維持する。ダイヤフラム368は、排気ガスが、制御容積チャンバ372から真空ステージ322へと急速に流れるのを防止する。しかし、ガス伝導力の制限された開口部339は、排気ガスが、制御容積チャンバ372から、開口部339を通り、ポンプ入口ポート340を通り、ポンプ内部324へと、緩やかに流れることを可能にする。開口部339を通るこの小さなガス流れは、主たる排気ガスライン442から、ポンプ内部324を通り、ポンプ入口ポート340へと向かう、ガスの逆流を防止し、それにより、オイルまたは粒子がポンプ入口334から進入するのを防止するよう機能してもよい。
【００５７】
次いで真空ポンプ318が再始動すると、パイロット弁488がその閉状態に再び切り替えられて、それにより、VPI弁314と主たる排気ガスライン442との間の排気ガス移送ラインに流体的な封止を再確立する。真空ポンプ318が、この再開した運転中に真空を再度発生させると、真空ポンプ318は、開口部339を介して、制御容積チャンバ372内（および、制御容積チャンバ372と今や閉じられているパイロット弁488との間の排気ガス移送ラインの一部内）の排気ガスを次第にポンピングする。ピストン348にわたる圧力格差が小さくなり、制御容積チャンバ372内の圧力が十分に小さくなると、（バネ356に支援された）ピストン348は開位置へと戻り、それにより、真空ポンプ318と真空ステージ322との間の流体連通を再確立する。
【００５８】
上記記載より、真空ポンプ318は、本明細書に開示する他の実施形態におけるように、気密性であり、かつ、その作動に周囲の空気を必要としないVPI弁を提供することが理解される。
【００５９】
上述したように、本明細書に開示した真空ポンプは、スクロールポンプであってもよい。スクロールポンプのポンピングステージは、当業者であれば理解するように、据え付けのスクロールと、据え付けのスクロールに対して旋回するように駆動可能な旋回スクロールとを含んでいてもよい。スクロールポンプの例がさらに、例えば、上記特許文献2、上記特許文献3および上記特許文献4に記載されており、これらのそれぞれの内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００６０】
「連通する」および「連通している」（例えば、第1の部品が第2の部品と「連通する」または「連通している」）などの用語が、本明細書において、2つまたはそれ以上の部品または要素の間の、構造的な、機能的な、機械的な、電気的な、信号用の、光学的な、磁気的な、電磁気的な、イオン的な、または流体的な関係を示唆するために使用されていることが理解されるであろう。そのため、1つの部品が第2の部品と連通すると言われている事実は、追加の部品が、第1および第2の部品の間に存在し得る、かつ/または、第1および第2の部品と作動的に関連付けられ得る、もしくは係合され得ることを排除することを意図していない。
【００６１】
本発明のさまざまな局面または詳細を、本発明の範囲を逸脱することなしに変更できることが理解されるであろう。さらに、上記説明は、例示のみを目的としたものであり、限定を目的としたものではない。本発明は特許請求の範囲によって規定される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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