JPH02204696A - ターボ分子ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超高真空を利用する各種の分野に広く適用可
能なターボ分子ポンプ装置に関するものである。

［従来の技術］ ターボ分子ポンプ（以下、ＴＭＰと略称する）は、超高
真空の達成手段として、加速器を用いた核融合分野を始
め、ＣＶＤやスパッタリングに代表される半導体製造装
置分野、大形分析機器分野等に広く利用されている。従
来のＴＭＰがロータをベアリングによって軸支されてい
たのに対し、近時のＴＭＰは、回転の高速化とオイルフ
リーとを達成するために、ベアリングに代えて第６図に
示すように磁気軸受１０１．１０２．１０３を採用し、
ロータ１０４を非接触に軸支し得るようになっている。

１０１．１０２は能動形のラジアル磁気軸受、１０３は
能動形のスラスト磁気軸受である。これらの軸受１０１
〜１０３を制御するために、各々の軸受近傍に変位セン
サ１０１ａ、１０２ａ、１０３ａを配置して軸受間の微
少隙間を検出し、その検出値を第５図に示すような軸受
制御部１０４に入力するようにしている。軸受制御部１
０４では、変位センサ１０１ａ　〜１０３ａから入力さ
れた検出値をアンプ１０４ａで増幅し、コントローラ１
０４ｂで差動的な修正信号にして、ドライバ１０４Ｃを
介し各磁気軸受１０１〜１０３の電磁石に駆動電圧を印
加できるようになっている。

また、高周波モータ１１１を駆動するために、発振周波
数と出力電圧とを可変し得るインバータ１０５を備えて
おり、ＯＲ回路１０６とともにシーケンス制御系を構成
している。そして、このインバータ１０５に起動指令が
入力されることによってＴＭＰｌｏｏを立上げ、ＯＲ回
路１０６に停止指令が入力されることによってＴＭＰ　
１００に制動を加えることができるようになっている。

ところで、この種ＴＭＰで最も注意を払うべき点は、軸
の振れ回りが過大になった時にロータ１０４がステータ
側に固体接触して軸受が破損する事態（タッチダウン破
壊）を回避することにある。

このため、変位センサ１０１ａ〜１０３ａの検出値をコ
ンパレータ１０７で設定値と比較させ、軸受制御電圧が
一定時間に亘ってその設定値を上回ったときに異常処理
回路１０８を停止モードに切換えるようにしている。異
常処理回路１０８は、停止モードで異常表示灯１０９を
点灯させると同時に、前記ＯＲ回路１０６に停止指令を
入力する。

また、他の保護機能としては、ＴＭＰ　１００内に設置
したサーマルプロテクタ１１０が温度異常を検出した場
合、或いは、インバータ１０５にＦ／Ｖ変換器１１２を
介して接続されているコンパレータ１１３がタイマ１１
４によって設定した一定の立上り時間後にインバータ発
振周波数の異常を検出した場合に、それぞれ前記異常処
理回路１０８を停止モードに切換え得るようになってい
る。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、従来のＴＭＰでは、事故が起きる前に性能低
下を予知することが極めて難しいという問題を抱えてい
る。例えば、ＴＭＰを定期的に点検するにしても、点検
箇所はロータの剛性や荷重バランスを始め、バルブなど
の流体系路、制御係数の妥当性、モータの疲労度など、
広範囲に及ぶ。

このため、点検ごとに全てを調べることは不可能に近い
。また、ロータの変形による荷重アンバランスなど、停
止しているときには点検してもわからない要素もある。

したがって、性能低下が徐々に進行していても、保護機
能が働くような重大な異常が生じるか、或いは突発的な
事故に至るかしない限り、ＴＭＰは継続して運転され、
その兆候も伺い知れないのが実状である。しかも、現行
のＴＭＰでは、事故が起こった後に異常原因を究明する
ことが極めて難しいといった事情もある。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので
あって、徐々に進行している性能低下をその具体的状況
とともに適確に感知することにより、事前に確実な修理
を行い得るようにしたＴＭＰ装置を実現することを目的
としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、かかる目的を達成するために、次のような構
成を採用したものである。

すなわち、本発明のＴＭＰ装置は、第１図に示すように
、ＴＭＰｌの軸変位を測定しそれをスペクトル解析する
ことによって振動成分を検出する振動検出手段２と、前
記ＴＭＰ１の軸回転数を検出する回転数検出手段３と、
該ＴＭＰ１の内部圧力を検出する圧力検出手段４と、該
ＴＭＰ１の内部温度を検出する温度検出手段５と、これ
らの検出手段から取出される検出値を入力して予め設定
した異常判定基準値と比較する比較手段６と、この比較
手段において異常判定された検出値を維持し得る保存手
段７と、前記比較手段６における異常判定回数が許容回
数を上回った場合に出力し得る警告手段８とを具備して
なることを特徴としている。

［作用］ 軸変位は、実回転数に等しい周波数の基本振動成分と、
その整数倍である高調波振動成分と、場合によってはそ
れらとは異なる周波数域に現れる振動成分との合成によ
って生じるもので、何れの振動成分が成長しても、振れ
回りが大きくなって危険である。また、ＴＭＰには本来
的に最も振動の発生し易い固有値があり、軸回転数がそ
の固有振動数に近づくと共振を起こすため振幅が急激に
増大する可能性がある。一方、ＴＭＰ内部の圧力や温度
かにわかに上昇した場合には、近い将来に急激な大気突
入やモータ焼損が起きることが予想される。

しかして、このような事故と関係の深いデータを各検出
手段から取出し、比較手段で異常であるか否かを判断し
て、異常検出値がＴＭＰ運転中に許容回数を越えるまで
変電なったときに警告手段によって警告するようにすれ
ば、重大な事故に至る前に事前に、性能低下が存在する
ことを感知することができる。しかも、保存手段には異
常判定された検出値が維持されているので、修理すべき
箇所を比較的容易に判別し得るようになる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第２図は、本実施例の磁気軸受ＴＭＰ装置を示している
。同図において、軸受制御部１１によって駆動される磁
気軸受１２と、該軸受１２の微少隙間を検出する変位セ
ンサ１３と、モータ駆動部１４によって駆動される高周
波モータ１５とがＴＭＰｌ内に一体に組込まれている点
は、第５図に示した従来のものと同様である。また、Ｔ
ＭＰｌ内の回転数、圧力、温度を検出するために回転セ
ンサ１６、圧力センサ１７、温度センサ１８がそれぞれ
内設しである。

具体的に説明すると、軸受制御部１１では、変位センサ
１３から取出された検出値をアンプ１１ａで増幅し、こ
れをコントローラ１１ｂで差動的な修正信号にして、ド
ライバ１１Ｃを介し磁気軸受１２を構成する電磁石に駆
動電圧を印加できるようになっている。このような構成
は、能動５軸についてそれぞれ設けである。また、モー
タ駆動部１４は、発振周波数と出力電圧とを可変し得る
インバータ１４ａとＯＲ回路１４ｂとによってシーケン
ス制御系を構成しており、外部から起動指令が入力され
るとＴＭＰＩを立上げ、ＯＲ回路１４ｂに停止指令が入
力されるとＴＭＰｌに制動を加えることができるように
なっている。停止指令は、入力操作か、後述する異常処
理回路２４の信号かの何れかによって与えられる。

また、データ処理部２０は、前処理回路２１と、Ａ／Ｄ
変換器２２と、カウンタ２３とを備えており、前述した
変位センサ１３の検出値を前処理回路２１を介してＡ／
Ｄ変換器２２に入力するとともに、温度センサ１８及び
圧力センサ１７の検出値を直接Ａ／Ｄ変換器２２に入力
するようにしている。すなわち、圧力センサ１７とＡ／
Ｄ変換器２２とが本発明の圧力検出手段を、温度センサ
１８とＡ／Ｄ変換器２２とが本発明の温度検出手段をそ
れぞれなしている。また、前処理回路２１は、変位セン
サ１３からの検出値を２種類の周波数域にスペクトル解
析するＢＰＦ　（バンドパスフィルタ）２１ａ、２１ｂ
と、それらのフィルタ２１ａ１２１ｂに連接されたピー
クホールド回路２１Ｃ１２１ｄとからなり、画周波数域
の振幅に比例した電圧がＡ／Ｄ変換器２２に入力される
ようになっている。すなわち、変位センサ１３、アンプ
１１ａ及びデータ処理部２０で本発明の振動検出手段を
構成している。さらに、回転センサ１６の検出値はイン
バータ１４ａの発振周波数とともにカウンタ２３に入力
されるようにしてあり、これが本発明の回転数検出手段
をなしている。なお、異常処理回路２４では、アンプ１
１ａの出力端に接続したコンパレータｌｉｄから軸受制
御電圧が設定値を越えたときに信号を受取り、その状態
が予め設定した時間続いたときに、異常表示灯２５を点
灯させ、同時に前記ＯＲ回路１４ｂに停止指令を出力し
得るようになっている。

そして、前述したＡ／Ｄ変換器２２の出力を、カウンタ
２３の出力とともに、本発明の比較手段であるマイクロ
コンピュータ２６に入力するようにしている。このマイ
クロコンピュータ２６は、ＣＰＵ２６ａＳＲＯＭ２６ｂ
１ＲＡＭ２６ｃＳ　ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ２６ｄを備えた
周知のもので、ＲＯＭ２６ｂ内にはＣＰＵ２６ａを制御
するプログラムが書込まれている。ＲＡＭ２６Ｃ内には
、各検出値に対する異常判定基準値が記憶させてあり、
また、短期データエリアと、本発明の保存手段となる異
常データエリアとが確保されている。

そして、ＣＰＵ２６ａは、ＲＯＭ２６ｂ内のプログラム
に従ってＡ／Ｄ変換器２２及びカウンタ２３から取込ん
だデータを逐次処理するとともに、必要に応じてカレン
ダタイマ２７から時間情報として日時データを読込み、
或いは、プリンタ２８を作動させてＲＡＭ２６ｃ内の異
常データをハードコピーすることができるようになって
いる。プリントアウトは印字指令によって行われる。ま
た、マイクロコンピュータ２６には本発明の警告手段で
ある修理予告灯２９が接続してあり、前記ＣＰＵ２６ａ
から適宜点灯指令を出力し得るようになっている。

ＲＯＭ２６ｂ内に書込まれたプログラムをフローチャー
トで示すと、第３図のようになる。以下、同図に沿って
本実施例の作動を説明する。プログラムがスタートする
と、先ず、ステップＳ１で各種データを取込み、次のス
テップＳ２でそれらを短期データエリアに格納し、この
ときデータ数がメモリ容量を越えていれば最古データを
破棄する。

次に、ステップＳ３で各種データを異常判定基準値と比
較し、正常値であれば再びスタートに戻る。

また、異常値であれば、ステップＳ４でカレンダタイマ
から日付や時刻などの時間情報を読込み、ステップＳ、
で異常値とともに異常データエリアに格納する。このと
き、異常判定の回数をその検出対象ごとにカウントし、
そのカウント値が予め設定した許容回数Ｎ（例えば１０
回）に達していないかというかを判断する。カウント値
が許容回数Ｎ内であればそのままステップＳ８に飛び、
許容回数Ｎに達していればステップＳ７で修理予告灯２
９を点灯させた後にステップＳ８に移る。ステップＳ８
ではプリント指令があるかどうかを判断し、指令があれ
ばステップＳ９でそれらを印字してプログラムを終わる
。また、指令がなければそのままプログラムを終わる。

しかして、以上のようなものであれば、ある検出値に許
容回数Ｎ以上の異常値が現れたときに修理予告がなされ
るので、性能低下を事前に感知することができる。この
場合、プリント指令があればそれらの異常データがプリ
ントアウトされて出てくるし、プリントアウトされない
場合にも修理予告灯２９の点灯を見てＲＡＭ２６Ｃ内の
異常データを確認することができるので、性能低下の場
所や状態を具体的に把握することが可能となる。

このため、ＴＭＰが重大な事故に至る前に確実な修理を
行うことができるようになり、メンテナンスの便宜とＴ
ＭＰの信頼性向上とが果たされ得るものとなる。

なお、短期データエリアや異常データエリアに異常値を
格納せずに、リアルタイムでプリンタに出力させるよう
にしてもよい。この場合は、プリンタによるハードコピ
ーが本発明の保存手段としての役割を果たすことになる
。また、ＴＭＰを並列運転するときは、本装置にそれら
を集中管理させることもできる。その他、各部の構成な
ども、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能
である。

［発明の効果］ 本発明のＴＭＰ装置によれば、ＴＭＰが重大な事故に至
る前に事前に性能低下が警告され、その異常検出値が保
存されるので、修理の便宜が図られ、ＴＭＰの信頼性向
上が果たされ得るものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＴＭＰ装置を示す構成説明図である。 また、第２および第３図は本発明の一実施例を示し、第
２図は回路図、第３図はフローチャート図である。さら
に、第４図および第５図は従来例を示し、第４図はＴＭ
Ｐの縦断面図、第５図は第２図に対応する回路図である
。 １・・・ＴＭＰ ２・・・振動検出手段 ３・・・回転数検出手段 ４・・・圧力検出手段 ５・・・温度検出手段 ６・・・比較手段 ７・・・保存手段 ８・・・警告手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ターボ分子ポンプの軸変位を測定しそれをスペクトル解
   析することによって振動成分を検出する振動検出手段と
   、前記ポンプの軸回転数を検出する回転数検出手段と、
   該ポンプの内部圧力を検出する圧力検出手段と、該ポン
   プの内部温度を検出する温度検出手段と、これらの検出
   手段から取出される検出値を入力して予め設定した異常
   判定基準値と比較する比較手段と、この比較手段におい
   て異常判定された検出値を維持し得る保存手段と、前記
   比較手段における異常判定回数が許容回数を上回った場
   合に出力し得る警告手段とを具備してなることを特徴と
   するターボ分子ポンプ装置。