JP6819304B2 - 真空バルブ、真空ポンプおよび真空排気システム - Google Patents

真空バルブ、真空ポンプおよび真空排気システム Download PDF

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Description

本発明は、真空バルブ、その真空バルブに装着される真空ポンプ、および真空バルブと真空ポンプとを備える真空排気システムに関する。
半導体、フラットパネルディスプレイおよびタッチスクリーン等を製造するための真空処理装置（成膜装置やエッチング装置等）においては、プロセスガスの供給量を制御しながら成膜処理やエッチング処理等が行われる。そのような真空処理装置では、プロセスチャンバと真空ポンプとの間にコンダクタンス可変な真空バルブが設けられている。その真空バルブのコンダクタンスを調整することで、プロセスチャンバの圧力調整が行われる。
コンダクタンス可変な真空バルブは、一般に、弁体の開度を変えることでコンダクタンスを変更している（例えば、特許文献１参照）。また、弁体は完全に閉じることも可能であって、全閉状態と全開状態との間で動作させて、ゲートバルブのように使用することもできる。
特開２０１０−１３５３７１号公報
ところで、停電等により真空ポンプが緊急停止した場合、真空バルブは危険回避処理を行う必要がある。例えば、可燃性ガスを使用するプロセスの場合、停電時は真空バルブを開状態にして、プロセスチャンバ内に可燃性ガスが溜まってしまうのを防止する。また、有毒なガスを使用するプロセスの場合、停電時には真空バルブを全閉状態にし、プロセスチャンバ内に有毒ガスを閉じ込めることで危険を回避する。しかしながら、従来の真空バルブは、真空ポンプの状況を把握することができないため、上述のように真空ポンプの状況に応じた動作を行うことができなかった。
本発明の好ましい実施形態による真空バルブは、真空ポンプが接続される真空バルブであって、開閉駆動されるバルブプレートと、前記バルブプレートを開閉駆動する駆動部と、前記真空ポンプの動作状態を表すポンプ情報信号が入力される信号入力部と、入力された前記ポンプ情報信号に基づいて前記バルブプレートの動作を制御するバルブ制御部と、を備え、前記ポンプ情報信号は、前記真空ポンプへの供給電力が停止したことを示す停電信号、および、停電に先立つ瞬時停電の際に出力される瞬時停電信号を含み、 前記バルブ制御部は、前記信号入力部に前記瞬時停電信号が入力されると前記バルブプレートの動作速度を低下させ、前記停電信号が前記信号入力部に入力されると、前記バルブプレートを事前に設定した危険回避位置に移動させる。
本発明の好ましい実施形態による真空バルブは、真空ポンプが接続される真空バルブであって、開閉駆動されるバルブプレートと、前記バルブプレートを開閉駆動する駆動部と、前記真空ポンプの動作状態を表すポンプ情報信号が入力される信号入力部と、入力された前記ポンプ情報信号に基づいて前記バルブプレートの動作を制御するバルブ制御部と、を備え、前記ポンプ情報信号は、停電に先立つ瞬時停電の際に出力される瞬時停電信号を含み、前記バルブ制御部は、前記信号入力部に前記瞬時停電信号が入力されると前記バルブプレートの動作速度を低下させる。
本発明の好ましい実施形態による真空バルブは、真空ポンプが接続される真空バルブであって、開閉駆動されるバルブプレートと、前記バルブプレートを開閉駆動する駆動部と、前記真空ポンプの動作状態を表すポンプ情報信号が入力される信号入力部と、入力された前記ポンプ情報信号に基づいて前記バルブプレートの動作を制御するバルブ制御部と、を備え、前記ポンプ情報信号は、前記真空ポンプの配置姿勢を表す姿勢情報信号を含み、前記バルブ制御部は前記姿勢情報信号に応じて前記バルブプレートの駆動トルクを変化させる。
さらに好ましい実施形態では、商用電源からの電力が入力される第１の電力入力部と、前記供給電力の停止時に前記真空ポンプで生成された回生電力が入力される第２の電力入力部とをさらに備え、前記ポンプ情報信号は、前記真空ポンプのロータ回転数情報をさらに含み、前記バルブ制御部は、ロータ回転数が所定回転数以下となると前記危険回避位置への移動を停止する。
さらに好ましい実施形態では、商用電源からの電力が入力される第１の電力入力部と、前記供給電力の停止時に前記真空ポンプで生成された回生電力が入力される第２の電力入力部とをさらに備え、前記停電信号が前記信号入力部に入力されると、前記バルブプレートの動作を所定時間停止させた後、前記バルブプレートを事前に設定した初期位置又は危険回避位置に移動させる。
本発明の好ましい実施形態による真空ポンプは、上記真空バルブに接続される真空ポンプであって、前記ポンプ情報信号を前記真空バルブに出力する信号出力部を備える。
本発明の好ましい実施形態による真空排気システムは、上記真空バルブと、前記ポンプ情報信号を前記真空バルブに出力する信号出力部を有する真空ポンプと、前記真空ポンプの信号出力部と前記真空バルブの信号入力部とを接続する信号ラインと、前記真空ポンプの回生電力出力部と前記真空バルブの第２の電力入力部とを接続する電力ラインと、を備える。
本発明によれば、真空ポンプの状況に応じたバルブ動作を行うことができる。
図１は、本発明の第１の実施の形態を示す図である。 図２は、真空ポンプの概略構成を示すブロック図である。 図３は、真空バルブにおけるバルブ駆動部およびバルブ制御部のブロック図である。 図４は、停電モード等における処理の一例を示すフローチャートである。 図５は、５軸制御型の磁気軸受を説明する図である。 図６は、真空ポンプを水平姿勢とした場合の、ラジアル磁気軸受の電磁石の配置を示す図である。 図７は、真空バルブの開閉を説明する図である。 図８は、第２の実施の形態における真空ポンプの概略構成を示すブロック図である。 図９は、第２の実施の形態におけるバルブ駆動部およびバルブ制御部の概略構成を示すブロック図である。 図１０は、各運転モードにおけるバルブの動作状態を示したものである。 図１１は、バルブ動作の他の例を示すフローチャートである。
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、本発明に係る真空バルブを備える真空排気システムの一例を示す図である。真空処理装置には真空チャンバ３が接続されている。真空チャンバ３には真空バルブ１を介して真空ポンプ２が装着されている。一般的に、真空処理装置の真空ポンプとしてはターボ分子ポンプを用いる場合が多い。本実施形態では、真空ポンプ２は磁気軸受を用いた磁気浮上式ターボ分子ポンプを使用した場合を例に説明する。
真空バルブ１は、バルブプレート１１が駆動されることによってバルブコンダクタンスが変化する。バルブプレート１１は、バルブ駆動部１２に設けられた弁体モータ１２１によって開閉駆動される。バルブ駆動部１２はバルブ制御部１３によって制御される。真空ポンプ２は、真空排気を行うポンプ本体２１と、ポンプ本体２１を制御するコントロールユニット２２を備えている。
ポンプ本体２１とコントロールユニット２２とは、ケーブル６３によって接続されている。なお、ここでは、ケーブル６３で接続している例を示しているが、ポンプ本体２１とコントロールユニット２２は内部結線によって一体化された構造でもよい。また、コントロールユニット２２と、真空バルブ１のバルブ制御部１３とは、ケーブル９１，９２によって接続されている。ケーブル９１は、バルブ制御部１３とコントロールユニット２２との間で信号の授受を行うための通信ケーブルである。ケーブル９２は、真空ポンプ２で生成した回生電力を真空バルブ１に供給するために設けられたものである。コントロールユニット２２およびバルブ制御部１３は、ケーブル６２，５０により上位コントローラである真空装置側のメインコントローラ５に接続されている。真空ポンプ２および真空バルブ１は、真空装置側のメインコントローラ５によって制御される。
図２は、真空ポンプ２の概略構成を示すブロック図である。ポンプ本体２１は、固定翼（図示せず）と、その固定翼と共にターボポンプ段を構成する回転翼が形成されたポンプロータ２１０と、ポンプロータ２１０が固定される回転軸２１４と、ポンプロータ２１０および回転軸２１４から成る回転体Ｒを高速回転駆動するモータ２１２と、回転軸２１４を非接触支持する磁気軸受２１１と、非通電時に回転軸２１４を支持する保護ベアリング２１３等を備えている。
コントロールユニット２２には、商用電源４からの交流電力が供給される。入力された交流電力は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２０により直流電力に電力変換される。ＡＣ／ＤＣコンバータ２２０の出力側の直流ラインには、３相インバータ２２４が接続されている。３相インバータ２２４は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２０から供給された直流電力を交流電力に変換して、モータ２１２を駆動する。３相インバータ２２４は、モータ２１２の回転に必要な周波数の交流電力が出力されるように、インバータ制御部２２５によって制御される。
ＤＣ／ＤＣコンバータ２２７ａは、直流ラインからの直流電力の電圧を降圧してインバータ制御部２２５および磁気軸受制御部２２６に供給する。磁気軸受制御部２２６は、ポンプ本体２１に設けられた磁気軸受２１１に駆動電力を供給する。磁気軸受２１１には、回転軸２１４の変位を検出する変位センサ（不図示）が設けられている。磁気軸受制御部２２６は、回転軸２１４が所望の位置に非接触支持されるように、変位センサの検出情報に基づいて磁気軸受２１１の駆動電力を制御する。３相インバータ２２４および磁気軸受制御部２２６は、インターフェースパネル２２ａを介してモータ２１２および磁気軸受２１１に接続される。
ポンプ本体２１を停止する際には、回転軸２１４の回転が速やかに停止するように、３相インバータ２２４を回生制御し、回生ブレーキにより回転軸２１４の回転減速を行わせる。そのため、直流ラインには、ブレーキ抵抗２２２とスイッチ素子（トランジスタ）２２３との直列回路が３相インバータ２２４に対して並列に設けられている。スイッチ素子２２３のオンオフは、インバータ制御部２２５によって制御される。回生ブレーキ時には、スイッチ素子２２３がオンされ、回生電力がブレーキ抵抗２２２によって消費される。直流ラインには回生電力逆流防止用のダイオード２２１が設けられている。
また、停電等によって商用電源４からの電力供給が停止した場合には、電力供給停止とともに磁気浮上も停止しないように、上述した回生電力により回転軸２１４の磁気浮上が維持される。すなわち、停電時には、回生電力がＤＣ／ＤＣコンバータ２２７ａに入力され、回生電力によってインバータ制御部２２５および磁気軸受制御部２２６が動作する。なお、回生電力をインバータ制御部２２５および磁気軸受制御部２２６に供給する際には、回生ブレーキを動作させるためのスイッチ素子２２３はオフされる。
電力供給停止はＡＣ／ＤＣコンバータ２２０によって検出され、その停電情報はコントロールユニット２２の主制御部２２８に入力される。主制御部２２８は、停電情報を受信すると、磁気軸受制御部２２６を制御して回生電力による磁気浮上を行わせる。また、主制御部２２８は、瞬停信号および停電信号、さらにロータ回転数情報等を通信インタフェース２２９および通信端子２３０を介して外部に出力する。通信端子２３０にはケーブル９１が接続され、瞬停信号、停電信号およびロータ回転数情報等は、ケーブル９１を介して真空バルブ１のバルブ制御部１３に入力される。
なお、ロータ回転数情報としては、回転数そのものを表す信号であっても良いし、回転数が所定回転数以下となったことを表す信号であっても良い。ここで、所定回転数とは、回生電力を真空バルブ側に安定して供給できるか否かを示す閾値である。ロータ回転数がこの所定回転数以下となった場合には、回生電力による真空バルブ１の駆動が不安定となるので、真空バルブ１は後述するような動作を行う。以下では、ロータ回転数情報は回転数そのものを表す信号であるとして説明する。
ここで、瞬停信号は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２０に入力されるＡＣ入力が１サイクルでも欠落した場合、すなわち瞬時停電時に出力される。例えば、ＡＣ入力の周波数が５０Ｈｚの場合には、入力が２０msec以上無かった場合に出力され、６０Ｈｚであった場合には１７msec以上入力が無かった場合に出力される。また、停電信号は、瞬停が連続して起こり、かつ、ある設定時間（例えば１秒など）継続した場合に出力される。例えば、設定時間が１秒で、瞬停が０．９秒しか継続しなかった場合には、停電とは判断されず、停電信号は出力されない。すなわち、瞬停が１秒間継続した場合、２０msec（６０Ｈｚの場合）毎に瞬停信号が出力され、１秒間継続した時に停電信号が出力されることになる。
また、コントロールユニット２２は、回生電力を外部装置（本実施の形態では真空バルブ１）に供給するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２７ｂを備えている。一般に、回生電力の電圧は真空バルブ１側で要求される供給電圧と異なる、例えば、回生電力の電圧はＤＣ１２０Ｖとされ、真空バルブ１側の電圧はＤＣ２４Ｖとされる。そのため、回生電力の電圧を、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２７ｂを用いて真空バルブ１側で要求される電圧に変換する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２２７ｂから出力された回生電力はコントロールユニット２２に設けられた回生電力出力端子２３１から出力される。回生電力出力端子２３１には、図１に示したケーブル９２が接続される。
図３は、真空バルブ１のバルブ駆動部１２およびバルブ制御部１３のブロック図である。バルブ駆動部１２には、バルブプレート１１（図１参照）を開閉駆動するための弁体モータ１２１が設けられている。バルブプレート１１の駆動位置は、位置検出器１２２によって検出される。位置検出器１２２としては、例えば、弁体モータ１２１の回転量を検出するエンコーダが用いられる。弁体モータ１２１の回転量から、バルブプレート１１の位置を求めることができる。
バルブ制御部１３に設けられた制御部１３０には、通信部１３１を介して真空装置側のメインコントローラ５から駆動指令が入力される。図３に示す例では、インターフェースパネル１３２に設けられたリモート端子１３４にメインコントローラ５からのリモート操作信号が入力される。また、バルブ制御部１３に設けられた操作部１３５を手動操作することで、制御部１３０に駆動指令を入力することができる。制御部１３０は、入力された駆動指令に基づく制御信号を弁体駆動部１３７に出力する。弁体駆動部１３７は、制御部１３０からの制御信号に基づいて弁体モータ１２１を駆動する。表示部１３６には、真空バルブの状態や設定等が表示される。
バルブ制御部１３のインターフェースパネル１３２には、バルブ制御部１３にＤＣ電力を供給するための端子１３８，１３９が設けられている。端子１３８には、ＤＣ電源が接続される。例えば、真空処理装置において商用電源をＡＣ／ＤＣ変換したものがＤＣ電源として用いられる。一方、端子１３９は、ケーブル９２を介してコントロールユニット２２の回生電力出力端子２３１に接続される。すなわち、端子１３９には、コントロールユニット２２からの回生電力が供給される。
端子１３８を介して入力されたＤＣ電力は、逆流防止用のダイオード１４１を介して電源供給部１４０に入力される。端子１３９を介して入力された回生電力は、逆流防止用のダイオード１４２を介して電源供給部１４０に入力される。電源供給部１４０は、バルブ制御部１３およびバルブ駆動部１２の各部に電力を供給する。通常時は、端子１３８にＤＣ電源からの電力が供給され、ダイオード１４２はＤＣ電源からの電流が端子１３９側に逆流するのを防止する。停電時は、端子１３９に回生電力が供給され、ダイオード１４１は回生電力による電流が端子１３８側に逆流するのを防止する。
さらに、インターフェースパネル１３２には、ケーブル９１によってコントロールユニット２２の通信端子２３０と接続される通信端子１３３が設けられている。バルブ制御部１３は、通信端子２３０を介して入力される真空ポンプ側の情報に基づいて、バルブ動作を行う。真空ポンプ側の情報としては、例えば、上述した瞬停信号、停電信号およびロータ回転数情報や、ポンプ取り付け姿勢に関する情報（以下では、姿勢情報と呼ぶ）などがある。通信端子１３３に入力されたポンプ情報信号は、通信部１３１を介して制御部１３０に入力される。
制御部１３０は、コントロールユニット２２から入力されたポンプ情報信号に応じて、真空バルブ１に以下のような動作を行わせる。以下では、瞬停信号、停電信号およびロータ回転数情報を受信した場合の動作、および、姿勢情報を受信した場合の動作について説明する。
（瞬停信号、停電信号、ロータ回転数情報等受信時のバルブ動作）
バルブ制御部１３の制御部１３０は、通信端子１３３を介して瞬停信号および停電信号を受信すると、真空バルブ１に図４に示すような動作を行わせる。図４は、制御部１３０がコントロールユニット２２から瞬停信号および停電信号等を受信した場合の処理の一例を示したものである。制御部１３０は、起動すると、ステップＳ１０において運転モードを通常運転モードに設定する。
ステップＳ２０では、瞬停信号を受信したか否かを判定し、瞬停信号を受信するとステップＳ３０へ進む。ステップＳ３０では、瞬停信号を受信してから次の瞬停信号を受信するまでの信号未受信時間ｔが所定時間Δｔを超えたか否かを判定する。すなわち、瞬停が単発的に発生したけれども停電に至らなかった場合（ｔ＞Δｔ）には、ステップＳ１０へ進んで運転モードを停電待機モードから通常運転モードに戻す。この場合の判定条件であるΔｔは、例えば１秒程度（停電信号が出力されるときの瞬停継続時間程度）に設定される。
一方、ステップＳ３０でｔ＞Δｔではないと判定されると、ステップＳ４０に進んで運転モードを停電待機モードに設定する。停電待機モードでは、それまでのバルブ動作は継続させるが、バルブプレート１１の動作速度を通常運転モードに比べて低下させる。このように、停電待機モードにおいて動作速度を低下させることで、次の危険回避動作に円滑に移行することができる。
ステップＳ５０では、停電信号を受信したか否かを判定する。ステップＳ５０で停電信号が受信されないと判定されると、ステップＳ２０へ戻って停電待機モードが継続される。一方、ステップＳ５０で停電信号を受信したと判定されると、ステップＳ６０へ進み運転モードを停電モードに設定する。停電モードでは、バルブプレート１１の動作速度を停電待機モードに比べてさらに低下させる。
ステップＳ７０では、コントロールユニット２２から受信したロータ回転数情報に基づいて、ロータ回転数が所定回転数以下となったか否かを判定する。ステップＳ７０でロータ回転数が所定回転数以下でないと判定されると、ステップＳ７５へ進んで危険回避動作を行う。危険回避動作とは、例えば、可燃性ガスを使用するプロセスの場合、真空チャンバ３内に可燃性ガスが溜まってガス圧が上昇しないように、停電時には真空バルブ１を開状態にする。また、有毒なガスを使用するプロセスの場合、有毒ガスを真空チャンバ３内に留めるように、停電時には真空バルブ１を全閉状態とする。
一方、ステップＳ７０においてロータ回転数が所定回転数以下であると判定されると、真空ポンプ２の正常動作（停電時処理動作）を優先させるために、ステップＳ８０へ進んで真空バルブ１の動作を停止させる。例えば、バルブプレート１１の駆動動作中であれば駆動を停止させる。ここで、所定回転数とは、ロータ回転数がその所定回転数を上回っていれば、真空ポンプ２の磁気浮上制御と真空バルブ１のバルブ動作とを同時に行うことが可能となる回転数である。
このように、停電モードに入ってから所定回転数以下となるまでの間に危険回避動作が行われるが、一般的に、所定回転数以下となるまでの時間に比べて危険回避動作に要する時間は短いので、ステップＳ８０の停止動作に移行した際には危険回避動作が完了していることになる。例えば、所定回転数を定格回転数の５０％に設定した場合、中型から大型のターボ分子ポンプの場合、所定回転数まで低下するのに少なくとも１０分程度を要する。すなわち、危険回避動作を完了するのに十分な時間を確保できる。ただし、ポンプ停止時にガスパージを行う構成の場合には減速時間が短縮されるが、このような場合であっても、ステップＳ８０を設けることでポンプ停止時の磁気浮上動作が優先されることになる。
本実施の形態では、停電時における真空バルブ１の駆動は、ターボ分子ポンプから供給される回生電力によって行われる。ターボ分子ポンプにおいては、コントロールユニット２２のＡＣ／ＤＣコンバータ２２０で停電が検出されると、３相インバータ２２４を回生動作させる。そして、その回生電力により磁気軸受２１１を駆動することにより、停電になった場合でも磁気浮上を維持させ、安全にポンプ停止動作を行わせるようにしている。
（バルブ動作の他の例）
図１１は、バルブ動作の他の例を示すフローチャートである。ここでは、受信した停電信号に基づいて図１１に示すようなバルブ動作を行う。図１１に示す処理は、停電検出信号を検出するとスタートする。ステップＳ１１０では、それまで行っていたバルブ動作を停止する。例えば、バルブプレート１１を駆動動作中であれば、駆動動作を停止する。
ステップＳ１２０では、停電検出信号を受信してから所定時間Δｔ１が経過したか否かを判定する。ステップＳ１２０において所定時間が経過したと判定されると、ステップＳ１３０に進んで初期化処理を行う。初期化処理とは、バルブプレート１１を予め定められている初期位置（バルブ開閉の基準位置）に移動させる一連の処理を指す。
ステップＳ１４０では、真空装置を安全な状態に保持するための危険回避動作を行う。例えば、可燃性ガスを使用するプロセスの場合、真空チャンバ３内に可燃性ガスが溜まってガス圧が上昇しないように、停電時には真空バルブ１を開状態にする。また、有毒なガスを使用するプロセスの場合、有毒ガスを真空チャンバ３内に留めるように、停電時には真空バルブ１を全閉状態とする
ここで、ステップＳ１２０において所定時間Δｔ１だけ待つのは以下のような理由からである。真空バルブ１の通常の停止動作においては、停止信号がリモート端子１３４を介して入力されると、それまでのバルブ動作を停止してバルブプレートを初期位置に移動させる。例えば、バルブプレート１１の駆動動作中であれば駆動を停止し、初期位置へと移動させる。なお、図４に示すバルブ動作のように、ロータ回転数が所定回転数以下となったならば真空バルブ１の動作を停止させるようにしても良い。
停電時における真空バルブ１の駆動は、ターボ分子ポンプから供給される回生電力によって行われる。ターボ分子ポンプにおいては、コントロールユニット２２のＡＣ／ＤＣコンバータ２２０で停電が検出されると、３相インバータ２２４を回生動作させる。そして、その回生電力により磁気軸受２１１を駆動することにより、停電になった場合でも磁気浮上を維持させ、安全にポンプ停止動作を行わせるようにしている。
上述したように、回生電力の一部は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２７ｂおよび回生電力出力端子２３１を介して、真空バルブ１にも供給される。ＡＣ／ＤＣコンバータ２２０で停電を検知してから回生動作が開始されるまでには数百μsec程度の時間を要する。そのため、磁気浮上への悪影響を回避するためには真空バルブ１を遅延動作させるのが好ましく、本実施形態ではステップＳ１２０のような遅延時間Δｔ１を設けている。遅延時間Δｔ１としては、上述した回生動作を考慮すると１sec程度に設定するのが好ましい。
（姿勢情報受信時の動作）
次に、姿勢情報受信時の動作について説明する。先ず、コントロールユニット２２から真空バルブ１のバルブ制御部１３に入力される姿勢情報について説明する。ここでの姿勢情報とは、真空チャンバ３に対するポンプ本体２１の取り付け姿勢のことであり、図１に示すようにロータ回転軸の軸方向が鉛直方向となる姿勢は正立姿勢と呼ばれる。このとき、ポンプ本体２１の吸気口フランジに取り付けられる真空バルブ１の姿勢は、バルブプレート１１が水平面内で揺動駆動される姿勢である。
本実施の形態では、真空ポンプ２は磁気浮上式のターボ分子ポンプである。図５に示すように、ポンプロータ２１０が固定される回転軸２１４は、磁気軸受によって非接触支持されている。
図５に示す磁気軸受は５軸制御型の磁気軸受を模式的に示したものであり、回転軸２１４を５組の電磁石によって磁気支持している。これら５組の電磁石は、上側のラジアル磁気軸受（２軸）と、下側のラジアル磁気軸受（２軸）と、アキシャル磁気軸受（１軸）とを構成している。上側のラジアル磁気軸受は、Ｘ軸方向の１組の電磁石５１ｘｐ，５１ｘｍと、Ｙ軸方向の１組の電磁石５１ｙｐ，５１ｙｍで構成されている。同様に、下側のラジアル磁気軸受は、Ｘ軸方向の１組の電磁石５２ｘｐ，５２ｘｍと、Ｙ軸方向の１組の電磁石５２ｙｐ，５２ｙｍで構成されている。電磁石５１ｘｐ，５１ｘｍ，５１ｙｐ，５１ｙｍ，５２ｘｐ，５２ｘｍ，５２ｙｐ，５２ｙｍには、それぞれ変位センサｓ１ｘｐ，ｓ１ｘｍ，ｓ１ｙｐ，ｓ１ｙｍ，ｓ２ｘｐ，ｓ２ｘｍ，ｓ２ｙｐ、ｓ２ｙｍが設けられている。また、アキシャル磁気軸受はｚ軸方向に配置された１組の電磁石５３ｚｐ，５３ｚｍおよび変位センサｓ３ｚを備えている。なお、電磁石５１ｙｐ，５２ｙｐおよび変位センサｓ１ｙｐ，ｓ２ｙｐは回転軸２１４の紙面反対側に設けられているので、図５では回転軸２１４に隠れて見えていない。
図５に示す磁気軸受では、変位センサを用いて回転軸２１４の所定浮上位置からのずれを検出し、回転軸２１４の浮上位置が所定浮上位置となるように各電磁石の電流を制御している。回転軸の方向が鉛直方向を向いている場合、すなわち、ポンプ姿勢が正立姿勢または逆正立姿勢の場合、電磁石５３ｚｐの電流値と電磁石５３ｚｍの電流値とが異なる。例えば、正立姿勢では、電磁石で回転軸２１４を吸引している場合には、電磁石５３ｚｐの吸引力は重力の分だけ電磁石５３ｚｍの吸引力よりも強い。反対に、逆正立姿勢の場合には、電磁石５３ｚｍの吸引力は重力の分だけ電磁石５３ｚｐの吸引力よりも強いことになる。また、水平姿勢の場合、重力による影響を受けないので、電磁石５３ｚｐと５３ｚｍの吸引力は同等となる。このように、電磁石５３ｚｐ，５３ｚｍの電流値を検出することによって、ポンプ姿勢が正立姿勢か逆正立姿勢か、また、水平姿勢かを判定することができる。
さらに、回転軸２１４が水平になるように真空ポンプ２を横置きする場合には、例えば、ラジアル電磁石が図６に示すように配置となるような姿勢となる。図６は、上側のラジアル磁気軸受の電磁石５１ｘｐ，５１ｘｍ，５１ｙｐ，５１ｙｍの配置を示す図である。すなわち、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に設けられた各１組の電磁石５１ｘｐ，５１ｘｍ，５１ｙｐ，５１ｙｍの一方（電磁石５１ｘｐ，５１ｙｐ）が、鉛直上方向から斜め４５度の角度に配置され、各１組の電磁石の他方（電磁石５１ｘｍ，５１ｙｍ）が鉛直下方向から斜め４５度の角度に配置されるような姿勢とされる。この場合、電磁石５１ｘｐ、５１ｙｐの吸引力の方が電磁石５１ｘｍ、５１ｙｍの吸引力よりも大きくなる。すなわち、電磁石５１ｘｐ、５１ｙｐの電流値が電磁石５１ｘｍ、５１ｙｍの電流値よりも大きいことから、真空ポンプ２がどの面を上側として水平配置されていることが分かる。
上述したような真空ポンプ２の取り付け姿勢に関する姿勢情報は、主制御部２２８からケーブル９１を介して真空バルブ１のバルブ制御部１３に入力される。真空バルブ１側では、入力された姿勢情報に応じて弁体モータ１２１の駆動制御、すなわち、バルブプレート１１の駆動制御を、変更するようにしている。
図７は真空バルブ１の開閉を説明する図であり、真空ポンプ側から観た平面図である。ハウジング１１０内に設けられたバルブプレート１１は、弁体モータ１２１により揺動駆動される。ハウジング１１０の表側（吸気側）および裏側（排気側）には、フランジがそれぞれ形成されている。図７はハウジング１１０を排気側（真空ポンプ２側）から見た図であり、真空ポンプ２を固定するフランジ１２０が形成されている。バルブプレート１１は、バルブ開口１２０ａの全体を遮蔽する全閉位置Ｃ２と、バルブ開口１２０ａに全く対向しない全開位置Ｃ１との間の任意の位置に揺動移動させることができる。
図７は、真空ポンプ２が図６のように水平姿勢とされた場合の、真空バルブ１の姿勢の一例を示したものである。このとき、フランジ１２０の面は鉛直面と一致している。通常、図２に示すような真空ポンプ２が正立姿勢とされる場合には、バルブプレート１１は水平面内で駆動されるため、開方向に駆動する場合も閉方向に駆動する場合も、ほぼ同じ駆動トルクとなる。一方、図７に示すような姿勢でバルブプレート１１を閉駆動する場合、駆動方向が重力方向とほぼ一致するので、水平状態で駆動する場合に比べてより小さなトルクで駆動することができる。逆に、バルブプレート１１を開駆動する場合、重力に逆らうようにバルブプレート１１を駆動するので、水平状態で駆動する場合に比べてより大きな駆動トルクを必要とする。
そこで、本実施形態では、制御部１３０において、入力された姿勢情報から真空バルブ１の姿勢を判別し、判別された姿勢に応じてバルブプレート１１の駆動制御を変更する。例えば、図７に示すような姿勢状態であると判定された場合、閉駆動時には駆動トルクを水平状態よりも小さくし、より少ない電力消費で水平状態の場合とほぼ同一の速度で駆動する。逆に、開駆動時には駆動トルクを水平状態の場合よりも大きくすることで、駆動速度を水平状態の場合とほぼ同一速度になるようにする。このような駆動制御を行うことで、真空バルブ１の取り付け姿勢に依らず、開閉動作をほぼ同一とすることができる。
なお、真空ポンプ２のコントロールユニット２２から入力される姿勢情報には、正立、逆正立、水平だけでなく、水平の場合の位相情報も含まれている。ここで、位相情報とは、図６に示す姿勢を位相＝０と仮定した場合、図６の状態から時計回りに回転させた場合の角度情報である。この角度情報も、電磁石５１ｘｐ、５１ｘｍ、５１ｙｐ、５１ｙｍの電流値を参照することで判別することができる。
図１０は、図４に示す各運転モードにおけるバルブの動作状態を表にまとめたものである。設置姿勢とは真空バルブ１が装着された真空ポンプ２（ポンプ本体２１）の姿勢を表しており、符号「Ｈ」は、ポンプ軸が水平となるように装着された場合を示している。符号「Ｖ」は、図１のようにポンプ軸を垂直にして装置に装着される場合を示す。駆動トルクとは、バルブプレート１１を開閉駆動するモータの駆動電流の大小を表している。上述したように、通常運転時における駆動トルクは、垂直姿勢の場合に比べて水平姿勢の場合の方が大きなトルクを必要とされる。また、停止動作時の駆動トルクとは、バルブプレート１１を停止位置に保持するために必要な停止トルクを表している。
−第２の実施の形態−
本発明の第２の実施の形態について、図８，９を参照して説明する。図８は、第２の実施の形態における真空ポンプ２の概略構成を示すブロック図であり、第１の実施の形態の図２に対応する図である。
図８に示す真空ポンプ２では、コントロールユニット２２にＤＣ／ＤＣコンバータ２２７ｂを備えていない点が、図２に示す真空ポンプと異なる。その他の構成は、図２の場合と全く同様であり同一の符号を付している。すなわち、第２の実施の形態では、３相インバータ２２４から出力された回生電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータで降圧せずに、回生電力出力端子２３１から出力する構成となっている。
図９は、第２の実施の形態におけるバルブ駆動部１２およびバルブ制御部１３の概略構成を示すブロック図であり、第１の実施の形態の図３に対応する図である。図３の構成に対する図９の構成の相違点は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４３をさらに備えた点である。その他の構成は、図３の場合と同様である。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４３は、端子１３９とダイオード１４２との間の回生電力ラインに配置される。
図８に示すように、３相インバータ２２４から出力された回生電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータを介さずに回生電力出力端子２３１から出力され、ケーブル９２を介してバルブ制御部１３の端子１３９に入力される。そのため、第２の実施形態では、回生電力の電圧を真空バルブ側で要求される供給電圧に変換するために、バルブ制御部１３にＤＣ／ＤＣコンバータ１４３を設けている。
第２の実施の形態においても、上述した第１の実施の形態と同様の作用効果を奏する。さらに、第２の実施の形態では、図９に示すように、回生電力の電圧を電源供給部１４０の入力電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１４３を真空バルブ１側に設けるようにした。このような構成とすることで、真空ポンプ２は、入力電圧の異なる複数の真空バルブ１に対応することができる。
上述した実施の形態では、以下のような作用効果を奏する。
（１）真空ポンプ２に接続される真空バルブ１は、開閉駆動されるバルブプレート１１と、バルブプレート１１を開閉駆動するバルブ駆動部１２と、真空ポンプ２の動作状態を表すポンプ情報信号が入力される信号入力部である通信端子１３３と、入力されたポンプ情報信号に基づいてバルブプレート１１の動作を制御するバルブ制御部１３と、を備える。その結果、真空バルブ１は、真空ポンプ２の状態に応じた適切なバルブ動作を行うことができる。例えば、ポンプ情報信号としては、商用電源が停電したことを表す停電情報や、真空ポンプ２が装着される真空バルブ１を真空装置に装着したときの真空ポンプ２の姿勢情報や、真空ポンプ２の運転状態などがある。
（２）ポンプ情報信号は、例えば、真空ポンプ２への供給電力が停止したことを示す停電信号、停電に先立つ瞬時停電の際に出力される瞬時停電信号、真空ポンプ２のロータ回転数情報、および、真空ポンプ２の配置姿勢を表す姿勢情報信号の少なくとも１つである。
（３）例えば、ポンプ情報信号が、真空ポンプ２への供給電力が停止したことを示す停電信号を含む場合に、停電信号が信号入力部である通信端子１３３に入力されると、バルブプレート１１を事前に設定した危険回避位置に移動させるようにしても良い。例えば、可燃性ガスを使用するプロセスの場合、真空チャンバ３内に可燃性ガスが溜まってガス圧が上昇しないように、バルブプレート１１を図７の全開位置Ｃ１（危険回避位置）に移動させる。また、有毒なガスを使用するプロセスの場合には、上述したようにバルブプレート１１を全閉位置Ｃ２に移動させる。このような動作を行うことにより、真空排気システムの安全性向上を図ることができる。
（４）例えば、ポンプ情報信号が停電に先立つ瞬時停電の際に出力される瞬時停電信号を含む場合に、瞬時停電信号が通信端子１３３に入力されるとバルブプレート１１の動作速度を低下させる。このように、停電に先立つ瞬時停電信号により、停電に備えた動作を行うのが好ましい。
（５）例えば、ポンプ情報信号が真空ポンプの配置姿勢を表す姿勢情報信号を含む場合に、姿勢情報信号に応じてバルブプレート１１の駆動トルクを変化させる。その結果、真空ポンプ２の姿勢状態、すなわち真空バルブ１の姿勢状態に依らず、バルブプレート１１の駆動動作を適切に行わせることができる。
（６）また、商用電源からの電力が入力される電力入力部である端子１３８と、供給電力の停止時に真空ポンプ２で生成された回生電力が入力される電力入力部である端子１３９とをさらに備え、ポンプ情報信号は真空ポンプ２のロータ回転数情報をさらに含み、図４の処理に示すように、ロータ回転数が所定回転数以下となると危険回避位置への移動を停止するのが好ましい。その結果、ポンプ停止時における回生電力による真空ポンプ側の動作を、安定して行わせることができる。
（７）また、商用電源からの電力が入力される電力入力部である端子１３８と、供給電力の停止時に真空ポンプ２で生成された回生電力が入力される電力入力部である端子１３９とをさらに備え、例えば図１１に示すように、停電信号が通信端子１３３に入力されると、バルブプレート１１の動作を所定時間停止させた後（Ｓ１２０）、バルブプレート１１を事前に設定した初期位置又は危険回避位置に移動させる。このようにバルブプレート１１の動作を所定時間停止させることで、真空ポンプ側の回生電力による停止動作（回生電力による磁気浮上動作）を、安定して行わせることができる。
（８）また、上述した真空バルブ１が装着される真空ポンプ２に、ポンプ情報信号を真空バルブ１に出力する信号出力部である通信端子２３０を備えるようにする。その結果、真空バルブ１側では、通信端子２３０を介してポンプ情報信号を受信することで、上述のような制御を行うことができる。
さらにまた、回生電力によるバルブ動作時（危険回避動作時）には、真空バルブ１は、商用電源からの電力による動作時よりも低電力で動作するのが好ましい。なぜならば、真空ポンプ２において生成される回生電力は、磁気軸受２１１による磁気浮上を維持させるために用いられる。そのため、磁気軸受２１１による磁気浮上を阻害しないように、真空バルブ１における危険回避動作は、発生された回生電力から磁気軸受２１１の消費電力を差し引いた余剰電力の範囲で行われる必要がある。
そこで、真空バルブ１における危険回避動作においては、回生電力の使用量を低く抑えるために、バルブプレート１１の駆動速度を通常時よりも低速としたり、間欠的に動作させたりするのが好ましい。真空ポンプ側から、磁気軸受の消費電力情報と、生成される回生電力の情報とに基づく余剰電力情報をポンプ情報としてバルブ制御部１３側に入力することで、このような動作を行わせることができる。余剰電力情報は上述した真空ポンプ２の運転状態に関する情報の一つであり、例えばロータ回転数などを用いることもできる。また、真空ポンプ２の運転状態を表すポンプ情報としては、真空ポンプ２が異常停止した場合に出力される異常停止信号などを用いることもできる。
なお、上述した説明では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２７ｂは回生電力の電圧をＤＣ電源と同じ電圧（例えば、ＤＣ２４Ｖ）に変換する構成とした。しかし、これに限らず、ＤＣ電源の電圧よりも若干低い電圧（例えば、ＤＣ２３Ｖ）に変換するような構成としても良い。そうすることで、端子１３８，１３９の両方から電力供給された場合においても、真空バルブ１はＤＣ電源からの電力によって動作する。例えば、真空ポンプ２側の不具合でポンプ停止状態になった場合でも回生電力が端子１３８に供給されるが、上述のような構成とすると、真空バルブ１側で回生電力が消費されない。そのため、真空ポンプ２は、回生電力によって確実に磁気浮上を維持することができる。
なお、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。上述した実施の形態では、停電時に真空ポンプ２で回生電力を発生させ、その回生電力の一部を真空バルブ１側に供給する構成としたが、本発明はそのような構成の真空バルブ１に限定されない。例えば、上述したポンプ情報信号に基づく真空バルブ１における動作は、回生電力以外の予備電源で動作する真空バルブにも適用可能である。また、上述した実施の形態では、真空ポンプとして磁気浮上式のターボ分子ポンプを用いた場合を例に説明したが、これに限定されない。
１…真空バルブ、２…真空ポンプ、４…商用電源、１１…バルブプレート、１２…バルブ駆動部、１３…バルブ制御部、２２…コントロールユニット、６２，６３，９１，９２…ケーブル、１３３…通信端子、１３８，１３９…端子、１４３，２２７ａ，２２７ｂ…ＤＣ／ＤＣコンバータ、２２４…３相インバータ、２２９…通信インタフェース、２３０…通信端子、２３１…回生電力出力端子、Ｒ…回転体

Claims (7)

  1. 真空ポンプが接続される真空バルブであって、
    開閉駆動されるバルブプレートと、
    前記バルブプレートを開閉駆動する駆動部と、
    前記真空ポンプの動作状態を表すポンプ情報信号が入力される信号入力部と、
    入力された前記ポンプ情報信号に基づいて前記バルブプレートの動作を制御するバルブ制御部と、を備え、
    前記ポンプ情報信号は、前記真空ポンプへの供給電力が停止したことを示す停電信号、および、停電に先立つ瞬時停電の際に出力される瞬時停電信号を含み、
    前記バルブ制御部は、前記信号入力部に前記瞬時停電信号が入力されると前記バルブプレートの動作速度を低下させ、前記停電信号が前記信号入力部に入力されると、前記バルブプレートを事前に設定した危険回避位置に移動させる、真空バルブ。
  2. 真空ポンプが接続される真空バルブであって、
    開閉駆動されるバルブプレートと、
    前記バルブプレートを開閉駆動する駆動部と、
    前記真空ポンプの動作状態を表すポンプ情報信号が入力される信号入力部と、
    入力された前記ポンプ情報信号に基づいて前記バルブプレートの動作を制御するバルブ制御部と、を備え、
    前記ポンプ情報信号は、停電に先立つ瞬時停電の際に出力される瞬時停電信号を含み、
    前記バルブ制御部は、前記信号入力部に前記瞬時停電信号が入力されると前記バルブプレートの動作速度を低下させる、真空バルブ。
  3. 真空ポンプが接続される真空バルブであって、
    開閉駆動されるバルブプレートと、
    前記バルブプレートを開閉駆動する駆動部と、
    前記真空ポンプの動作状態を表すポンプ情報信号が入力される信号入力部と、
    入力された前記ポンプ情報信号に基づいて前記バルブプレートの動作を制御するバルブ制御部と、を備え、
    前記ポンプ情報信号は、前記真空ポンプの配置姿勢を表す姿勢情報信号を含み、
    前記バルブ制御部は前記姿勢情報信号に応じて前記バルブプレートの駆動トルクを変化させる、真空バルブ。
  4. 請求項１に記載の真空バルブにおいて、
    商用電源からの電力が入力される第１の電力入力部と、
    前記供給電力の停止時に前記真空ポンプで生成された回生電力が入力される第２の電力入力部とをさらに備え、
    前記ポンプ情報信号は、前記真空ポンプのロータ回転数情報をさらに含み、
    前記バルブ制御部は、ロータ回転数が所定回転数以下となると前記危険回避位置への移動を停止する、真空バルブ。
  5. 請求項１に記載の真空バルブにおいて、
    商用電源からの電力が入力される第１の電力入力部と、
    前記供給電力の停止時に前記真空ポンプで生成された回生電力が入力される第２の電力入力部とをさらに備え、
    前記停電信号が前記信号入力部に入力されると、前記バルブプレートの動作を所定時間停止させた後、前記バルブプレートを事前に設定した初期位置又は危険回避位置に移動させる、真空バルブ。
  6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の真空バルブに接続される真空ポンプであって、
    前記ポンプ情報信号を前記真空バルブに出力する信号出力部を備える真空ポンプ。
  7. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の真空バルブと、
    前記ポンプ情報信号を前記真空バルブに出力する信号出力部を有する真空ポンプと、
    前記真空ポンプの信号出力部と前記真空バルブの信号入力部とを接続する信号ラインと、
    前記真空ポンプの回生電力出力部と前記真空バルブの第２の電力入力部とを接続する電力ラインと、を備える真空排気システム。
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