JPH06147185A - 磁気浮上型真空ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 タッチダウンによる保護ベアリングのロック
を事前に検出することが可能な磁気浮上型真空ポンプを
提供する。 【構成】 磁気浮上型真空ポンプの通常運転を開始する
前に、半径方向電磁石２０、２４および軸方向電磁石３
２、３４に励磁電流を供給してロータ軸１８を非接触な
状態に磁気浮上させる。そして、高周波モータ３０を数
千〔ｒｐｍ〕の低速回転数で回転させる。この状態で、
高周波モータ３０の回転とロータ軸１８の磁気浮上を停
止して、タッチダウンさせる。このタッチダウンしてか
らロータ軸１８が回転停止するまでの時間を計測し、所
定時間よりも短い場合に保護ベアリングのダメージが大
きいと判断し、その交換を指示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は磁気浮上型真空ポンプに
係り、詳細には、タッチダウンによる保護ベアリングの
ロックを事前に検出してメンテナンスを容易にした磁気
浮上型真空ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体製造におけるエッチング工
程やＣＶＤ工程において、真空状態を確保すると共にプ
ロセスガスの排出を行うために、真空ポンプが使用され
ている。この場合、潤滑油を使用した接触型の真空ポン
プを使用すると、ＳｉＨ₄ 、ＰＨ₃ 、Ｂ₂ Ｈ₆ 、Ａ_S Ｈ
₃ 等のプロセスガスに潤滑油が影響する虞れがあること
から、非接触軸受を使用した磁気浮上型真空ポンプが使
用されている。

【０００３】磁気浮上型真空ポンプは、ロータ軸を電磁
石により軸方向および半径方向に磁気浮上させながら高
周波モータで回転することによって、ロータ軸に取付け
られたロータ翼で真空状態を確保するようになってい
る。そしてロータ軸の磁気浮上や、ロータ軸の位置の検
出、高周波モータの回転等の各種制御は、本体外部に配
置された制御部によって制御される。電磁石等の被制御
部は、本体に配置されたコネクタを介して接続ケーブル
で制御部と接続されている。

【０００４】このような磁気浮上型真空ポンプの動作中
に、コネクタが外れる等の異常が発生すると、磁気浮上
状態で高速回転していたロータ軸と固定部等とが接触
（タッチダウン）し、磁気浮上型真空ポンプを破損する
虞れがある。このため、磁気浮上型真空ポンプでは、一
般に、装置を保護するために保護ベアリングが配置され
いる。

【０００５】磁気浮上型真空ポンプの保護ベアリング
は、エッチング等を行うチャンバに接続された場合、こ
のチャンバ内に大気が突入したとき、例えばチャンバ内
の真空度を計測するための真空ゲージ管の破損により大
気が突入したときにも使用され、保護されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、磁気浮上型真
空ポンプは通常２００００〔ｒｐｍ〕〜４８０００〔ｒ
ｐｍ〕の回転数で高速回転しているため、大気突入等に
よるタッチダウンを何回か行うと、保護ベアリングがダ
メージを受け、除々に回転しづらくなる。そして、保護
ベアリングが所定以上のダメージを受けた状態で、更に
タッチダウンを行うと、ついにタッチダウン時にベアリ
ングがロックしていまうという問題があった。

【０００７】特に、ロックにより、ロータ軸とベアリン
グとが焼きついてしまう場合があり、この場合には、修
理する場合にも、分解等が困難になるだけでなく、交換
部品が多くなり、修理コストの増大につながっていた。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、
タッチダウンによる保護ベアリングのロックを事前に検
出することが可能な磁気浮上型真空ポンプを提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、磁性を有するロータ軸と、このロータ軸を回転させ
る高周波モータと、前記ロータ軸と所定間隔をおいて配
置された複数の保護ベアリングと、前記ロータ軸を磁気
浮上させる複数の磁気浮上用電磁石と、前記ロータ軸の
位置を検出する複数の位置検出センサと、この位置検出
センサからの検出信号にもとづいて、前記ロータ軸を非
接触状態となる所定位置に磁気浮上させ、且つ保持する
ように上記複数の磁気浮上用電磁石に供給する電流を制
御する制御手段と、前記ロータ軸が所定の低速回転数で
回転している状態で前記ロータ軸を前記保護ベアリング
で軸受けさせ、前記ロータ軸の回転状態から前記保護ベ
アリングのダメージ状態を判断するダメージ判断手段
と、このダメージ判断手段により保護ベアリングが所定
以上のダメージであると判断された場合に、保護ベアリ
ングの交換を指示する交換指示手段とを、磁気浮上型真
空ポンプに具備させて前記目的を達成する。

【０００９】

【作用】本発明の磁気浮上型真空ポンプでは、例えば、
運転開始前に保護ベアリングの回転状態をモニターする
ことにより、次にタッチダウンを起こした場合に保護ベ
アリングがロックする状態までダメージを受けているか
否かを判断する。そして、ダメージを受けている場合に
は、例えばアラーム等の警告により保護ベアリングの事
前交換を指示する。

【００１０】

【実施例】以下本発明の磁気浮上型真空ポンプにおける
好適な実施例について、図１から図４を参照して詳細に
説明する。図１は磁気浮上型真空ポンプの全体構成を表
したものである。

【００１１】この磁気浮上型真空ポンプは、例えば半導
体製造装置内等に設置され、チャンバ等からプロセスガ
スの排出を行うものである。この例では、円筒状の外装
体１０の内側に複数のステータ翼１２が配置され、この
それぞれのステータ翼１２間に複数のロータ翼１４が配
置されている。

【００１２】このロータ翼１４はロータ１５の外周囲壁
に設けられ、ロータ１５は磁性体のロータ軸１８に連動
して回転するように、ボルト１９でロータ軸１８に固定
されている。ロータ１５はいわゆる磁気軸受を利用して
おり、ロータ軸１８の上部には、２対の半径方向電磁石
２０がロータ軸１８を挟んで対向配置されており、２対
の半径方向電磁石は互いに直交するように配置されてい
る。この半径方向電磁石２０に隣接して、ロータ軸１８
を挟んで対向する２対の半径方向センサー２２が２対設
けられている。

【００１３】さらに、ロータ軸１８の下部には、同様に
２対の半径方向電磁石２４が配置され、この半径方向電
磁石２４にも、隣接して一対の半径方向センサー２６が
２対設けられている。これら半径方向電磁石２０、２４
に励磁電流が供給されることによって、ロータ軸１８が
磁気浮上される。この磁気浮上時に、半径方向センサー
２２、２６からの位置検知信号によって、ロータ軸１８
が所定位置に保持されるように励磁電流が制御されるよ
うになっている。

【００１４】また、この実施例における外装体１０の内
側の半径方向センサー２２と半径方向センサー２６との
間には高周波モータ３０が配置されている。この高周波
モータ３０に通電されることによって、ロータ軸１８お
よび、これに固定されたロータ翼１４が回転するように
なっている。

【００１５】ロータ軸１８の下部には、円盤状の磁性体
の金属ディスク３１が固定されており、この金属ディス
ク３１を挟み、且つ対向した一対づづの軸方向電磁石３
２、３４が配置されている。さらにロータ軸１８の切断
端部に対向して軸方向センサー３６が配置されている。

【００１６】この軸方向電磁石３２、３４の励磁電流
は、軸方向センサー３６からの位置検知信号に応じて制
御され、これによりロータ軸１８が軸方向で所定位置に
保持されるようになっている。また、このロータ軸１８
の下端部には、ロータ軸の回転数を検出するための回転
センサー３８が配置されている。

【００１７】さらに、タッチダウン時に装置全体を保護
するため、ロータ軸１８の周囲上部に所定間隔をおいて
半径方向の保護ベアリング５０が配置され、また、下部
に所定間隔をおいて軸方向の保護ベアリング５１がそれ
ぞれ配置されている。これらの各部は、軸方向電磁石３
２、３４の近傍に設けられたコネクタ４４を通じて、磁
気軸受コントローラやメインコントローラ等を備える信
号処理系にケーブルで接続されている。

【００１８】図２は磁気浮上型真空ポンプの電気的構成
を表したものである。磁気浮上型真空ポンプは、主とし
てマイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）等を用いたシ
ステムコントローラ７０と、磁気浮上用コントローラ８
０により概略構成されている。

【００１９】システムコントローラ７０は、磁気浮上型
真空ポンプの状態監視を行うと共に本実施例による判断
動作等の各種制御を行うＣＰＵ（中央処理装置）７０
ａ、このＣＰＵ７０ａにおいて各種制御を実行するため
のプログラムやデータが格納されたＲＯＭ（リード・オ
ンリ・メモリ）７０ｂ、ワーキングメモリとして使用さ
れるＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）７０ｃ、キ
ーボードインタフェ−ス（Ｉ／Ｆ）７０ｄ、表示器Ｉ／
Ｆ７０ｅ、Ｉ／Ｏ７０ｆ、７０ｇ、７０ｈを備えてお
り、これらはデータバス等のバスライン７０ｊに接続さ
れている。また、ＣＰＵ７０ａには、時間計測を行うた
めのタイマ７０ｉが接続されている。

【００２０】キーボ−ドＩ／Ｆ７０ｄには、各種の動作
指示等の操作を行うキーボード７４が接続されている。
また表示器Ｉ／Ｆ７０ｅには、キーボード７４からの操
作状態や、ロータ軸１８の浮上状態、さらに磁気浮上型
真空ポンプの動作状態を表示するためのＣＲＴ、ＬＣＤ
等の表示器７６が接続されている。

【００２１】Ｉ／Ｏ７０ｆには磁気浮上用コントローラ
８０が接続されている。この磁気浮上用コントローラ８
０は、半径方向センサー２２、２６と軸方向センサー３
６からの位置検知信号が各々入力されるＰＩＤ（補正回
路）８２ａ〜８２ｅを備えており、これらＰＩＤ８２ａ
〜８２ｅの各出力端子には、増幅器８４ａ、〜８４ｅが
それぞれ接続されている。

【００２２】増幅器８４ａ〜８４ｄの出力端子には、一
対のコイルで構成される半径方向電磁石２０、２４が接
続されている。また、増幅部８４ｅの出力端子には、一
対のコイルとして構成された軸方向電磁石３２、３４が
接続されている。この磁気浮上用コントローラ８０は、
半径方向電磁石２０、２４に励磁電流を供給することに
よってロータ軸１８を半径方向に磁気浮上させると共
に、半径方向センサー２２、２６からの位置検知信号に
応じてロータ軸１８を半径方向所定位置に保持するよう
に増幅器８４ａ〜８４ｄの増幅率を変化させて、供給す
る励磁電流を変化させる制御を行う。

【００２３】同時に、磁気浮上用コントローラ８０は、
軸方向電磁石３２、３４に励磁電流を供給することによ
ってロータ軸１８を軸方向に磁気浮上させると共に、軸
方向センサー３６からの位置検知信号に応じてロータ軸
１８を軸方向所定位置に保持するように増幅器８４ｅの
増幅率を変化させて、供給する励磁電流を変化させる制
御を行う。

【００２４】Ｉ／Ｏ７０ｇには回転センサー３８が接続
されており、この回転センサー３８からのパルス信号が
ＣＰＵ７０ａで読み取られ、ロータ軸１８の回転数が検
出される。また、Ｉ／Ｏ７０ｈには、高周波モータ３０
を回転駆動するモータドライバー７７が接続されてい
る。モータドハイバ７７は、図示しないＡＣ電源をコン
バータで直流に変換した後、再びインバータにより３相
交流として高周波モータ３０に供給するようになってい
る。

【００２５】更に、ＣＰＵ７０ａには、時間計測を行う
ためのタイマ７０ｉが接続されている。次に、このよう
に構成された磁気浮上型真空ポンプにより、保護ベアリ
ング５０、５１を交換する必要があるか否かを判断する
動作について説明する。

【００２６】第１の判断動作 図３は第１の判断動作を表したものである。まず、磁気
浮上型真空ポンプの通常運転を開始する前に、ＣＰＵ７
０ａは、Ｉ／Ｏ７０ｆを介して磁気浮上用コントローラ
８０にロータ軸１８の磁気浮上を指示する。

【００２７】磁気浮上用コントローラ８０は、ＣＰＵ７
０ａからの指示を受けると、半径方向電磁石２０、２４
および軸方向電磁石３２、３４に励磁電流を供給してロ
ータ軸１８を磁気浮上させる（ステップ３１）。この場
合、磁気浮上用コントローラ８０では、半径方向センサ
２２、２６および軸方向センサ３６からの位置検知信号
により、ＰＩＤ８２ａ〜８２ｅおよび増幅部８４ａ〜８
４ｅによって励磁電流を制御することにより、ロータ軸
１８が軸中心に保持される。

【００２８】また、ＣＰＵ７０ａは、Ｉ／Ｏ７０ｈを介
してモータドライバー７７に高周波モータ３０の回転開
始を指示する。高周波モータ３０はこの指示を受ける
と、変換した３相交流を出力して高周波モータ３０を回
転させる（ステップ３２）。ＣＰＵ７０ａは、高周波モ
ータ３０の回転によるロータ軸１８の回転数を、Ｉ／Ｏ
７０ｇを介して回転センサ３８から供給されるパルス信
号を読み取ることにより検出する。そして検出したロー
タ軸１８の回転数が所定値、例えば、１分間あたり数千
回の低回転数に到達したか否かを監視する（ステップ３
２）。

【００２９】ＣＰＵ７０ａは、ロータ軸１８の回転数が
所定値に到達すると（ステップ３３；Ｙ）、ロータ軸１
８が回転している状態でロータ軸１８を上下動させるよ
うに、磁気浮上用コントローラ８０に指示をする（ステ
ップ３４）。磁気浮上用コントローラ８０では、軸方向
電磁石３２と軸方向電磁石３４に供給する励磁電流をそ
れぞれ交互に変化させることにより、上下方向に交互に
押しつける。

【００３０】この間、ＣＰＵ７０ａは軸方向センサ３６
から磁気浮上用コントローラ８０、Ｉ／Ｏ７０ｆを介し
て供給される位置検出信号を監視することにより、ロー
タ軸１８の回転状態を監視する（ステップ３５）。ＣＰ
Ｕ７０ａは、軸方向センサ３６からの位置検出信号によ
りロータ軸１８の振動幅が所定値を越えるか否かにより
回転異常か否かを判断する（ステップ３６）。回転異常
であると判断された場合には（ステップ３６；Ｙ）、保
護ベアリングのダメージが大きいと判断し、表示器Ｉ／
Ｆ７０ｅを介して、保護ベアリング５０、５１の交換要
求を表示器７６に表示し（ステップ３７）、第１の判断
動作を終了する。

【００３１】なお、回転異常であると判断された場合、
ＣＰＵ７０ａは、保護ベアリング５０、５１が交換され
るまで、磁気浮上型真空ポンプの通常運転動作を禁止す
るように制御する。一方、回転異常でないと判断された
場合（ステップ３６；Ｎ）、第１の判断動作を終了し
て、通常動作に移行する。

【００３２】第２の判断動作 この第２の判断動作では、ロータ軸１８を磁気浮上させ
て低回転数で回転させた状態からタッチダウンさせ、ロ
ータ軸１８が停止するまでの時間により、保護ベアリン
グの交換が必要か否かを判断するものである。

【００３３】図４は第２の判断動作を表したものであ
る。まずＣＰＵ７０ａは、第１の判断動作と同様に、磁
気浮上型真空ポンプの通常運転を開始する前に、磁気浮
上用コントローラ８０に指示してロータ軸１８を磁気浮
上させる（ステップ４１）、と共に、モータドラバー７
７に指示して高周波モータ３０を回転させる（ステップ
４２）。

【００３４】そして、ＣＰＵ７０ａは、回転センサ３８
から供給されるパルス信号から検出されるロータ軸１８
の回転数が数千〔ｒｐｍ〕の所定値に到達したか否かを
監視する（ステップ４２）。ＣＰＵ７０ａは、回転数が
所定値に到達すると（ステップ４３；Ｙ）、ロータ軸１
８をタッチダウンさせる（ステップ４４）。すなわちＣ
ＰＵ７０ａは、Ｉ／Ｏ７０ｈを介してモータドライバー
７７に３相交流の供給停止を指示することより、高周波
モータ３０のを回転を停止させる共に、Ｉ／Ｏ７０ｆを
介して磁気浮上用コントローラ８０に励磁電流の供給停
止を指示することにより、ロータ軸１８の磁気浮上を停
止させる。これによって、ロータ軸１８はタッチダウン
し、保護ベアリング５０、５１で軸支されながら回転す
る。

【００３５】同時にＰＵ７０ａは、タイマ７０ｉによる
回転停止時間の計測をスタートさせる（ステップ４
５）。そして、ＣＰＵ７０ａは、Ｉ／Ｏ７０ｇを介して
回転センサ３８から供給されるパルス信号から、ロータ
軸１８の回転が停止したか否かを監視する（ステップ４
６）。ロータ軸１８の回転が停止すると（ステップ４
６；Ｙ）、ＣＰＵ７０ａはタイマ７０ｉから回転停止に
要した時間を読み取り、この停止時間が所定値以下か否
かを判断する（ステップ４７）。

【００３６】停止時間が所定値以下であると判断された
場合（ステップ４７；Ｙ）、停止時間が短いのは、保護
ベアリング５０、５１がダメージを受けておりスムーズ
な回転が行われていないためであると判断されることか
ら、保護ベアリングの交換要求を表示器Ｉ／Ｆ７０ｅを
介して表示器７６に表示し（ステップ４８）、第１の判
断動作を終了する。

【００３７】なお、第１の判断動作と同様に、保護ベア
リング５０、５１のダメージが大きいと判断された場
合、ＣＰＵ７０ａは、保護ベアリング５０、５１が交換
されるまで磁気浮上型真空ポンプの通常運転動作を禁止
するように制御する。一方、回転異常でないと判断され
た場合（ステップ４７；Ｎ）、第２の判断動作を終了し
て、通常動作に移行する。

【００３８】なお、この第２の判断動作において、保護
ベアリングのダメージを判断する基準となる停止時間の
所定値については、予め、磁気浮上型真空ポンプが通常
運転を行うときの回転数（２００００〔ｒｐｍ〕〜４８
０００〔ｒｐｍ〕）等の種々の条件によって決定され、
その値はＲＯＭ７０ｂに予め格納される。

【００３９】以上説明したように、本実施例によれば、
磁気浮上型真空ポンプの通常運転を開始する前に、保護
ベアリングが受けているダメージの状態を検出して交換
を要求するようにしているので、タッチダウンによる保
護ベアリングがロックしたり、ロータの破損等の大きな
損害の発生を事前に防止することができる。

【００４０】なお、保護ベアリングのダメージ状態を検
出する第１または第２の判断動作は、必ずしも通常運転
動作開始前に行う必要はなく、例えば、タッチダウンが
発生した後に判断動作を行うようにしてもよい。また、
以上説明した実施例では、保護ベアリングの交換が必要
であると判断された場合に表示器を交換要求を指示する
事としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、
例えばシステムコントローラのバスラインにＩ／Ｏを介
してブザー等の警告装置を接続してアラーム音により交
換要求を知らせるようにしてもよい。また、Ｉ／Ｏを介
して音声合成装置を接続し、音声により保護ベアリング
の交換を要求するようにしてもよい。

【００４１】さらに、本発明では、所定回転数の低回転
までロータ軸を磁気浮上させた状態で回転させた後に、
タッチダウンをさせ、この時の半径方向センサ２２、２
６、および軸方向センサ３６の位置検出信号から保護ベ
アリングのダメージ状態を判断するようにしてもよい。

【００４２】

【発明の効果】本発明の磁気浮上型真空ポンプによれ
ば、以上の説明から明らかなように、タッチダウンによ
る保護ベアリングのロックを事前に検出するため、メン
テナンスを容易に行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁気浮上型真空ポンプにおける一実施
例の構成図である。

【図２】同上、実施例の電気的構成を示すブロック線図
である。

【図３】同上、実施例の第１の判断動作を示すフローチ
ャートである。

【図４】同上、実施例の第２の判断動作を示すフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１５ ロータ ２０、２４ 半径方向電磁石 ３０ 高周波モータ ３２、３４ 軸方向電磁石 ５０、５１ 保護ベアリング ７０ システムコントローラ ８０ 磁気浮上用コントローラ ７７ モータドライバー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性を有するロータ軸と、 このロータ軸を回転させる高周波モータと、 前記ロータ軸と所定間隔をおいて配置された複数の保護
   ベアリングと、 前記ロータ軸を磁気浮上させる複数の磁気浮上用電磁石
   と、 前記ロータ軸の位置を検出する複数の位置検出センサ
   と、 この位置検出センサからの検出信号にもとづいて、前記
   ロータ軸を非接触状態となる所定位置に磁気浮上させ、
   且つ保持するように上記複数の磁気浮上用電磁石に供給
   する電流を制御する制御手段と、 前記ロータ軸が所定の低速回転数で回転している状態で
   前記ロータ軸を前記保護ベアリングで軸受けさせ、前記
   ロータ軸の回転状態から前記保護ベアリングのダメージ
   状態を判断するダメージ判断手段と、 このダメージ判断手段により保護ベアリングが所定以上
   のダメージであると判断された場合に、保護ベアリング
   の交換を指示する交換指示手段とを具備することを特徴
   とする磁気浮上型真空ポンプ。