JP5555901B2 - 分子ポンプ装置の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は高速回転するロータを有して真空排気を行なう分子ポンプ装置の制御装置に関する。

ターボ分子ポンプや複合分子ポンプ等の分子ポンプは、凝縮性を有する排気ガスの排気を行なう場合、分子ポンプ内の排気ガス通路部を排気ガスが凝着しない温度に加熱すると共に、高速回転をするロータの軸受部が高温にならないように軸受部を有するベース部の冷却を行なっている。

このため分子ポンプはベース部に冷却水用配管又は冷却用ファンを設けて、ベース部の冷却を行い、分子ポンプの要部の温度が所定の温度以下になるようにしている。さらに場合によっては、これら冷却水用配管を流れる冷却水の水量又は冷却ファンの回転速度を制御して、分子ポンプの要部の温度が所定の温度範囲内となるように制御している。

このような分子ポンプの冷却装置に関して、出願人は先に、ポンプ本体の側面に冷却ユニットをボルトの締結により固定する方式の分子ポンプ装置の出願を行なった（特許文献１参照。）。

しかし、分子ポンプの冷却ユニットには水冷式と空冷式（冷却ファン式）とがあって、分子ポンプ装置の制御装置は、各部の温度の制御を行なうと共に、冷却ユニットが水冷式か、空冷式か、又は冷却ユニットが異常状態にあるのかを識別する必要がある。

このような識別を電気的に行なう電気的識別手段の一例として、真空ポンプの磁気軸受装置に接続するケーブルの長さを自動的に識別する磁気軸受装置およびその起動方法が知られている（特許文献２参照。）。

特願２００９−１９２７４０ 特開平９−１８９３２７号公報

分子ポンプに取り付ける冷却ユニットには水冷式と冷却ファン式とがあって、分子ポンプの各部の温度が所定値となるように制御する制御装置では、取り付けられている冷却ユニットが水冷式か冷却ファン式かによって、水冷式用制御装置または冷却ファン式用制御装置となるように、事前に制御装置内部のパラメータ設定を水冷式用または冷却ファン式用に設定してから運転する必要があった。従って、制御装置は水冷式用か冷却ファン式用かを識別しなければならず、煩雑な識別管理が必要となる問題点、場合によっては、管理不注意による誤組合せでの運転で、分子ポンプが故障してしまう問題点があった。

本発明はこのような問題点を解消し、分子ポンプに取り付けられている冷却ユニットが空冷式か又は水冷式かを自動的に判別し、更に冷却ユニットの作動の異常にも対処できる分子ポンプ装置の制御装置を提供することを目的とする。

本発明は上記の目的を達成すべく、分子ポンプと、該分子ポンプを制御する制御装置とからなる分子ポンプ装置において、前記分子ポンプの冷却手段が空冷式か或いは水冷式かを判別する判別手段を具備し、前記判別手段は、前記冷却手段として、空冷式の冷却ファンの有無を判別する第１判別手段と、水冷式の水冷ポンプの有無を判別する第２判別手段とを具備し、前記分子ポンプに、空冷用の冷却ファンの駆動用ケーブルが接続可能な第１、第２接続端末と水冷用の水冷ポンプの有無に応じた短絡線が接続可能な第３、第４接続端末を設け、第１接続端末から第２接続端末に至る、制御装置側において閉回路を形成する第１信号線と、第３接続端末と第４接続端末とにそれぞれ制御装置側の電源の負側及び正側に接続される第２信号線とを具備し、該制御装置側において、前記第１信号線に電源と、電流を検出する第１検出手段とを介在すると共に、前記第２信号線に通電状態を検知する第２検出手段を介在し、前記第１検出手段を前記第１判別手段に接続すると共に、前記第２検出手段を前記第２判別手段に接続し、前記判別手段は、前記第１検出手段により電流を検出すると共に、前記第２検出手段により非導通状態を検出した場合には、分子ポンプが空冷式であると判断し、前記第１検出手段により電流値０を検出すると共に、前記第２検出手段により導通状態を検知した場合には、分子ポンプが水冷式であると判断する。

本発明によれば、分子ポンプに取り付けられている冷却ユニットが水冷式か冷却ファン式か或いは異常状態かを判別できると共に分子ポンプとの互換性を気にすることなく冷却ユニットを変更することができるようになる効果を有している。

本発明の制御装置を空冷式分子ポンプ装置で使用した場合の分子ポンプ装置の正面図である。 同上空冷式のときの電気回路図である。 本発明の制御装置を水冷式分子ポンプ装置で適用した場合の分子ポンプ装置の正面図である。 同上水冷式のときの電気回路図である。 空冷式分子ポンプ装置において、接続コネクタに異常があるときの電気回路図の一例である。 本発明の制御装置を空冷式分子ポンプ装置で使用した場合で、制御装置を分子ポンプ本体のベース部に一体化した状態の正面図である。 同上空冷式のときの電気回路図である。 本発明の制御装置を水冷式分子ポンプ装置で使用した場合で、制御装置を分子ポンプ本体のベース部に一体化した状態の正面図である。 同上水冷式のときの電気回路図である。 本発明の制御装置を空冷式分子ポンプ装置で使用した場合で、制御装置を分子ポンプ本体のベース部に一体化した状態で、接続コネクタに異常があるときの電気回路図である。 空冷式分子ポンプにおける分子ポンプ駆動用モータの制御パラメータの一例のグラフである。 水冷式分子ポンプにおける分子ポンプ駆動用モータの制御パラメータの一例のグラフである。 空冷式分子ポンプにおけるヒータの温度勾配の制御パラメータの一例のグラフである。 水冷式分子ポンプにおけるヒータの温度勾配の制御パラメータの一例のグラフである。

本発明を実施するための形態の実施例を以下に示す。

本発明の分子ポンプ装置の制御装置の実施例１を図１乃至図５により説明する。

図１は本発明の制御装置１を空冷式分子ポンプで使用した場合の分子ポンプ装置の正面図である。

２は分子ポンプ本体を示し、該分子ポンプ本体２はターボ分子ポンプ又は複合分子ポンプであってもよい。

３は前記分子ポンプ本体２の下辺に連設したベース部であり、空冷式ポンプではベース部３に冷却ファン４が組み込まれて設置されている。

５は温度センサケーブルで、該温度センサケーブル５は分子ポンプ本体２内のステータ等の測定温度の信号を前記制御装置１に伝達する役目を有する。

又、６はヒータケーブルで、該ヒータケーブル６は分子ポンプ本体２に具備する電熱ヒータ（図示せず）に供電する役目を有する。

７は出力ケーブルで、該出力ケーブル７内には分子ポンプ本体２に内蔵された磁気軸受や空冷ファン４を駆動するための供電ケーブルや後述する信号線１５、１９等が包含されている。

１０は前記出力ケーブル７内の後述する信号線１５、１９の制御装置１側の第１コネクタ、８は前記出力ケーブル７よりモータ用ケーブル９の制御装置１側のコネクタ、１１は該出力ケーブル７の分子ポンプ本体２側の駆動用コネクタ、１２は該駆動用コネクタ１１の個所で該出力ケーブル７より分岐した後述する信号線１５、１９の信号線ケーブル、１３は該信号線ケーブル１２の先端部に接続した第２コネクタを示す。

図２は前記分子ポンプ装置１が空冷式のときの電気回路図である。

前記第２コネクタ１３の受部１３ａには第１〜第４接続端末１４ａ〜１４ｄが設けられており、これら第１、第２端末１４ａ、１４ｂに接続した１対の第１信号線１５は、前記信号線ケーブル１２と前記出力ケーブル７内を通って前記第１コネクタ１０の接続状態の第１、第２接続端末１６ａ、１６ｂに至り、前記制御装置１内において、これら第１、第２端末１６ａ、１６ｂからの第１信号線１５は閉回路１５ａを形成し、該閉回路１５ａに電源１７と電流計からなる第１検出手段１８を介在した。

又、前記第２コネクタ１３の受部１３ａの第３、第４接続端末１４ｃ、１４ｄからの１対の第２信号線１９も前記信号線ケーブル１２と前記出力ケーブル７内を通って前記第１コネクタ１０の接続状態の第３、第４接続端末１６ｃ、１６ｄに至り、前記制御装置１内において、第３接続端末１６ｃからの一方の第２信号線１９は電源の負側に、又第４接続端末１６ｄからの他方の第２信号線１９は該電源の正側に接続し、該他方の第２信号線１９にフォトカプラーからなる第２検出手段２０を介在した。

２１は判別手段を示し、該判別手段２１は第１判別手段２１ａと第２判別手段２１ｂを具備し、該第１判別手段２１ａは前記検出手段１８に、該第２判別手段２１ｂは前記第２検出手段２０にそれぞれ接続した。

次に本実施例の分子ポンプ装置の制御装置１の作動について説明する。

分子ポンプが空冷式で図１に示す如くベース部３に冷却ファン４が組み込まれている場合には、図２に示す如く該冷却ファン４の駆動用ケーブル４ａ、４ｂの先端部を結着した第１プラグ１３ｂを第２コネクタ１３の受部１３ａに差し込んで、前記ケーブル４ａ、４ｂの端末１４ｅ、１４ｆが受部１３ａの第１、第２接続端末１４ａ、１４ｂにそれぞれ接続して、第１信号線１５が閉回路となり電流が流れる。

このため第１検出手段１８によって電流を検出して検出電流の信号を第１判別回路２１ａに出力する。

又、第２コネクタ１３の受部１３ａの第３、第４接続端末１４ｃ、１４ｄは開放されているので、第２信号線１９には通電されてなく、第２検出手段２０のフォトカプラーは非導通状態となり、第２判別回路２１ｂに「オフ」の信号を出力する。

その結果、判別回路２１は、第１判別回路２１ａの検出電流信号と第２判別回路２１ｂの「オフ」の信号より、分子ポンプが空冷式であると判断する。

図３は本発明の制御装置１を水冷式分子ポンプで使用した場合の分子ポンプ装置の正面図である。

分子ポンプのベース部３´に空冷ファンの代りに冷却水供給用の外部配管２２を具備している。

即ち、分子ポンプが水冷式の場合は、図４に示す如く短絡線２３ａを具備するプラグ２３を、第２コネクタ１３の受部１３ａに差し込み、該短絡線２３ａの両接続端末２３ｂ、２３ｃを第２コネクタ１３の受部１３ａの第３、第４接続端末１４ｃ、１４ｄにそれぞれ接続して第２信号線１９は短絡されて通電状態になり、又前記受部１３ａの第１、第２接続端末１４ａ、１４ｂは開放状態になるので第１信号線１５の電流は零となる。

そして、第１検出手段１８は電流値０を検出して第１判別手段２１ａに検出電流零の信号を出力する。

又、第２検出手段２０のフォトカプラーは第２信号線１９の通電により導通状態となって第２判別手段２１ｂに「オン」の信号を出力する。

その結果、判別手段２１は、第１判別手段２１ａの検出電流零信号と第２判別手段２１ｂの「オン」信号により、分子ポンプが水冷式であると判断する。

又、空冷式分子ポンプにおいて、図５に示すごとく、第１プラグ１３ｂが受部１３ａへの係合が外れるなどの異常状態が発生したときには、該受部１３ａの第１、第２接続端末１４ａ、１４ｂ及び第３、第４接続端末１４ｃ、１４ｄのいずれも開放状態となり、該１検出手段１８からの第１判別手段２１ａへの検出電流零の出力信号と、第２検出手段２０の非導通による第２判別手段２１ｂへの「オフ」の出力信号から判別手段２１は空冷ファン４の未接続と判断する。

又、図２の如く第１プラグ１３ｂが受部１３ａへ差し込まれていても、第１検出手段１８の電流計による検出電流が極めて大であったり或いは極めて小である場合も空冷ファン４の異常と判断する。

尚、本実施例では制御装置１が分子ポンプ本体２やベース部３と分離して配置されている例を示したが、図６に示す如く、制御装置１を空冷式分子ポンプで使用した場合で、該制御装置１を分子ポンプ本体２のベース部３に係着して一体化し、外部配線を省略して図７の電気回路図の如く、冷却ファン４の第１プラグ１３ｂの端末１４ｅ、１４ｆを制御装置１の第１コネクタ１０の第１、第２受部１６ａ、１６ｂに直接差し込んで、接続状態にしてもよい。

又、図８に示す如く、制御装置１を水冷式分子ポンプで使用した場合で、該制御装置１を分子ポンプ本体２のベース部３´に係着して一体化し、外部配線を省略して図９の電気回路図の如く、短絡線２３ａのプラグ２３の両接続端末２３ｂ、２３ｃを制御装置１の第１コネクタ１０の第３、第４受部１６ｃ、１６ｄに直接差し込んで接続状態にしてもよい。又、図６に示す空冷式分子ポンプにおいて第１プラグ１３ｂが第１コネクタ１０への係合が外れるなどの異常状態が発生したときは、図１０に示すような電気回路図となる。

本発明の分子ポンプ装置の制御装置の実施例２を図１１及び図１２により説明する。

本実施例の制御装置は、前記実施例１の判別手段の判別機能の他に、分子ポンプの負荷状況に応じて分子ポンプの回転速度を制御して、当該分子ポンプのロータ温度が一定温度以上に上昇しないようにロータ駆動用のモータの電流を制御する制御パラメータを有している。

これは、ロータの回転速度が高い程、負荷が多くかかり、ロータの温度が上昇するからである。

即ち、分子ポンプが排気するガス流量が多くなって、分子ポンプの負荷が大きくなると、モータ電流が増大するが、この時ロータの回転数を制御することで、ロータの温度上昇を一定温度以上に上らないように制御している。

このモータ駆動用の制御パラメータは、分子ポンプの冷却手段が空冷式か又は水冷式かによって、やや異なってくる。

図１１は空冷式分子ポンプの制御パラメータによるモータ電流とロータ回転数の関係を示す制御パターンであり、図１２は水冷式分子ポンプの制御パラメータによるモータ電流とロータ回転数の関係を示す制御パターンである。

然して、これら空冷用及び水冷用の各パラメータは制御装置１内の記憶手段に記憶されており、分子ポンプに使用されている冷却装置が空冷式か水冷式かを制御装置１が判断した上で、所要のパラメータを自動的に採択する。

かくて、人手によりパラメータをセットする手間が省けると共に、人間による間違いも排除されるので、分子ポンプ装置の運転がより安全となる効果を有している。

本発明の分子ポンプ装置の制御装置の実施例３を図１３及び図１４により説明する。

本実施例の制御装置１は、分子ポンプの排気中の凝縮成分が該分子ポンプに凝着するのを防止するための電熱ヒータの制御部を有して、分子ポンプ昇温時の温度勾配（時間当りの温度上昇の割合）を制御するように制御パラメータを設けている。

この電熱ヒータの制御パラメータは、該分子ポンプの冷却手段が空冷式か又は水冷式かによって異なるものが必要となる。

図１３は空冷式分子ポンプの制御パラメータによる加熱時間と温度上昇の関係を示す制御パターンであり、図１２は水冷式分子ポンプの制御パラメータによる加熱時間と温度上昇の関係を示す制御パターンである。

制御装置１は、分子ポンプに使用されている冷却装置が空冷式か水冷式かを該制御装置１が判断した上で所要のパラメータ（制御パターン）を自動的に採択する。

このように人手によるパラメータセットの手間を省けると共に人間によるミスも排除されるので、分子ポンプ装置の運転がより安全となる効果を有している。

尚、本発明の制御装置は、前記パラメータの他に、前記ヒータによる分子ポンプの設定温度（定常時）に対するパラメータを空冷式と水冷式とに各々別々に設定し、前記制御装置の判断によって空冷式又は水冷式のいずれかの設定温度を自動的に採択するようにしてもよい。

又、分子ポンプの保護機能として、ヒータ加熱時に検出する上限温度に関する制御パラメータを空冷式と水冷式とに各々別々に設定し、前記制御装置の判断によって空冷式又は水冷式のいずれかの上限温度を自動的に採択するようにしてもよい。

本発明の分子ポンプ装置の制御装置は、互換性を有する空冷式又は水冷式の冷却ユニットを着脱可能に具備した分子ポンプの制御装置として、半導体の製造装置等における凝縮性を有するプロセスガスの排気等に利用される。

１ 制御装置
２ 分子ポンプ
４ 空冷式冷却手段（冷却ファン）
１４ａ 第１接続端末
１４ｂ 第２接続端末
１４ｃ 第３接続端末
１４ｄ 第４接続端末
１５ 第１信号線
１８ 第１検出手段
１９ 第２信号線
２０ 第２検出手段
２１ 判別手段
２１ａ 第１判別手段
２１ｂ 第２判別手段

Claims (6)

1. 分子ポンプと、該分子ポンプを制御する制御装置とからなる分子ポンプ装置において、前記分子ポンプの冷却手段が空冷式か或いは水冷式かを判別する判別手段を具備し、
   前記判別手段は、前記冷却手段として、空冷式の冷却ファンの有無を判別する第１判別手段と、水冷式の水冷ポンプの有無を判別する第２判別手段とを具備し、
   前記分子ポンプに、空冷用の冷却ファンの駆動用ケーブルが接続可能な第１、第２接続端末と水冷用の水冷ポンプの有無に応じた短絡線が接続可能な第３、第４接続端末を設け、
   第１接続端末から第２接続端末に至る、制御装置側において閉回路を形成する第１信号線と、第３接続端末と第４接続端末とにそれぞれ制御装置側の電源の負側及び正側に接続される第２信号線とを具備し、
   該制御装置側において、前記第１信号線に電源と、電流を検出する第１検出手段とを介在すると共に、前記第２信号線に通電状態を検知する第２検出手段を介在し、前記第１検出手段を前記第１判別手段に接続すると共に、前記第２検出手段を前記第２判別手段に接続し、
   前記判別手段は、前記第１検出手段により電流を検出すると共に、前記第２検出手段により非導通状態を検出した場合には、分子ポンプが空冷式であると判断し、
   前記第１検出手段により電流値０を検出すると共に、前記第２検出手段により導通状態を検知した場合には、分子ポンプが水冷式であると判断することを特徴とする分子ポンプ装置の制御装置。
2. 前記判別手段は、空冷式の分子ポンプにおいて、前記第１検出手段により電流計値０を検出すると共に、前記第２検出手段により非導通状態を検出した場合には、空冷式ポンプの異常状態と判断することを特徴とする請求項１に記載の分子ポンプ装置の制御装置。
3. 前記第１検出手段は電流計からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の分子ポンプ装置の制御装置。
4. 前記第２検出手段はフォトカプラーからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の分子ポンプ装置の制御装置。
5. 前記制御装置は、前記分子ポンプの回転速度を制御する速度制御手段として、該分子ポンプのロータ温度が一定温度以上に上昇しないようにロータ駆動用モータの電流量を制御する制御パラメータを有しており、該分子ポンプの冷却手段が水冷式か又は空冷式の前記判別手段の結果に応じて各々別々に定めた制御パラメータを自動的に選択するように形成したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の分子ポンプ装置の制御装置。
6. 前記制御装置は、前記分子ポンプの排気中の凝固成分が該分子ポンプに付着するのを防止する電熱ヒータの制御手段として、分子ポンプ昇温時の温度勾配を制御する制御パラメータを有しており、当該分子ポンプの冷却手段が水冷式か又は空冷式かの前記判別手段の結果に応じて各々別々に定めた温度勾配の制御パラメータを自動的に選択するように形成したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の分子ポンプ装置の制御装置。

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