お客様の事例

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高真空系 2012.02

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膨大な作業工数を大幅に抑える!

さらに十分な耐熱性能で時期モデルの開発を実現

ますます激化するモノづくり先進技術の高度化により、製品製造過程における超高真空環境ニーズは分野・業界を問わず大きく拡大しているが、超高真空環境を得るためには複数のポンプによる排気と多くの工数を必要とする。
特に真空チャンバーとポンプの継手には堅牢な「ICFコンフラット®フランジ」が使用されるケースが多いが、その接続に要する“ボルト締め作業”は現場の大きな負担であり、生産効率低下をもたらす原因にもなっている。しかし、ボルトレスの「NW/KFフランジ」では十分な気密性を確保できない。この相反する課題は、装置開発側および装置ユーザ双方にとって長年の悩みの種となっている・・・。

課題

求められる超高真空環境、そのため発生するダウンタイム・・・

半導体をはじめバイオ・メディカル、FAなど各分野向けの高性能製品、およびその製造装置を手掛けている電子機器メーカーE社は、とある真空装置について市場からのニーズを受けてフルモデルチェンジを決定。次期モデルの開発に着手しましたが、その仕様についていくつかの課題を抱えることに。
現行モデルは、10-4Pa程度の高真空環境を必須とし、中心部品の真空チャンバーに内部のガスを排気する「粗引きポンプ」(大気圧排気)、および「ターボ分子ポンプ」(高真空排気)を取り付けることで高真空化していました。
チャンバーとポンプの配管接続部には、ISO規格で定められた「NW/KFフランジ」と「2つ割れC型クランプ」を使用し、シール部分にはバイトン®の「O-リング(フッ素ゴム製)」を採用。接続部の装脱着は容易で、かつ「O-リング」は再利用性が高いためコストパフォーマンスにも優れており、多くのユーザから好評価を得ていました。ところが、次期モデルに求められたのは10-7Paの超高真空環境。従来の「O-リング」はガスの透過率が高く排気にロスが生じるため、現行の仕様のままでは製品化が難しいことが分かったのです。その理由は、10-7Pa到達までに“4縲鰀5時間”もの時間がかかってしまう点です。これでは効率が悪く、とても現実的な工数とは言えません。
そこで同社は、より高い気密性を得るために、超高真空環境で多く使用されている「ICFコンフラット®フランジ」へのリプレイスを検討します。しかしICFコンフラット®フランジのボルト締め作業は慎重を要するとともに、かなりの重労働となるため、膨大な工数ロスがユーザの作業効率を悪化させると予想され、そのメンテナンス作業が製品開発のネックになりました。

課題のポイント
1
従来の「NW/KFフランジ」+「2つ割れC型クランプ」+「バイトン®シール」では製品化が難しい
2
既存仕様では排気ロスが大きく、10-7Pa環境に至るまでに“数時間”もの
工数を要してしまう
3
「ICFコンフラット®フランジ」では気密性確保の代償として、
“煩雑なボルト締め作業”によるメンテナンス工数が増加
解決
解決のポイント
1
独自の「チェーンクランプ」と「アルミエッジシール」により、
既存のNW/KFフランジを有効活用しながら超高真空環境を実現
2
到達時間を1/3まで短縮し、“わずか90分”で超高真空環境に到達可能なため、業務効率が飛躍的に向上
3
煩雑なボルト締め作業が不要な「チェーンクランプ」により、
膨大な作業工数&人件費が不要に

10-7Pa台の「超高真空」到達まで“わずか90分”、しかもボルト締め作業は必要なし!

なんとかユーザの作業負荷を増やさずに超高真空環境を実現したく、E社担当者はとある展示会にて気になるキャッチコピーに目を留めます。
「ボルトレスのNW/KFフランジのまま、超高真空環境を容易に実現─」
担当者からの説明は、EVAC社の超高真空対応システムにより、クランプとシールを替えるだけで既存のNW/KFフランジのまま超高真空環境が実現できるというものでした。
説明を聞くうちに次期モデルの問題を解決する製品であると確信するに至り、さっそく製品評価に乗り出しました。同社技術開発部のスタッフは、まずシール部分に着目しました。フランジ接続部のガスケットに、ガス透過率のきわめて低い「アルミエッジシール」を使用することで、これまでのNW/KFフランジとバイトン®「O-リング」との組み合わせでは、10-7Pa台に到達するのに4縲鰀5時間ほどかかっていましたが、フランジを替えずに90分ほどで到達してしまったことに全員が驚きました。
こうした解決策を実現可能としているのが、EVAC社の「チェーンクランプ」です。いくら、ガス透過率の低い「アルミエッジシール」を使用するとはいえ、強力な締め付けで気密性を確保できなければ、そのメリットは半減してしまいます。
“チェーンタイプ”の締め付け原理により、1~2箇所のトルクを調節するだけで締め付け部の力は増幅されて均一にフランジ全体に伝わります。そのためボルトを使用せずに高い気密性を確保でき、しかもボルト締め以上の過酷環境に耐えられます。
解決の糸口をつかんだ同社技術開発部は、その後の新モデル開発に大きく弾みをつけました。そして数ヵ月後に完成した試作機は、当初の目標をはるかに上回る性能を実現しました。フランジはそのままなので設計変更も開発コストも最小限で済み、高いコスト効率で困難な課題をクリアすることができました。

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