JPH06346892A - ドライ真空ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】ドライ真空ポンプ１において、インバータ７か
らの出力周波数により駆動部３の回転数を検知し安全上
限回転数設定値以上となった場合は、主電源９を遮断器
８ａにより遮断しポンプを惰性回転停止させる。 【効果】回転数の制御を行うインバータが誤動作して交
流電動機への周波数（回転数）が異常上昇し駆動部の回
転数が安全上限回転数以上になった場合に、主電源を遮
断しポンプを惰性回転停止させるため安全性を向上する
ことが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気口を大気圧とする
真空ポンプに係り、特に、半導体製造装置の排気ポンプ
として好適なドライ真空ポンプの安全停止装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の真空ポンプ装置の一例を図２に示
す。真空ポンプ本体１は、ポンプ部２と駆動部３とに分
かれ、駆動部３には一般に誘導電動機や同期電動機のよ
うな交流電動機が用いられる。ポンプ部２は、吸気口４
と排気口５を有するケーシング６の内部に回転するロー
タと静止しているステータとがあり、吸気口４から吸い
込まれた気体を圧縮して排気口５から大気圧下へ排出す
る。ポンプ部２の気体通過部には、油や水などの液体は
なく、このようなポンプは一般にドライ真空ポンプと呼
ばれている。ポンプ部２にはいろいろな形式のものがあ
るが、小型で高速回転形のものには、ターボ形，スクリ
ュー形がある。このうちターボ形についてはその詳細は
特開昭61−247893号公報に開示されている。このような
高速回転形のドライ真空ポンプは、駆動部３に高周波モ
ータを用い、インバータ７によって高速回転させるのが
一般的である。インバータ７は配線保護や漏電保護を目
的とした遮断器８を介し主電源９に接続されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、気体
の分子流・中間流領域で高い圧縮比を発揮する遠心イン
ペラと、粘性流領域でも圧縮比を維持できる渦流インペ
ラを各々複数段に組み合わせた構造を持つロータ部に、
機械的に接続された交流電動機をインバータによって高
速回転させることにより気体に遠心力を与え、各段で徐
々に昇圧し最終段で大気圧まで昇圧させる構造となって
いる。このためロータ部のインペラは高速回転となり、
回転数の二乗に比例する遠心力がインペラ部に作用する
ことになる。ここで、回転数を制御しているインバータ
が誤動作し周波数制御機能が喪失した場合、通常の運転
周波数である定格周波数以上になる可能性がある。よっ
てインバータにより駆動される交流電動機も定格回転数
以上となる可能性があり、インペラ部には通常よりも過
大な遠心力が作用することになり、インペラの機械的強
度を遠心力が超えた場合はインペラがロータから離脱
し、ケーシングを突き破って飛び出す危険性があり、人
身事故等を発生させる問題があった。また、従来技術で
はインバータの誤動作による異常な高速回転時の保護が
なされていない問題があった。さらに、このような危険
を回避するためインペラやケーシングの強度を大きくす
る必要があり、ポンプが大型化する問題があった。

【０００４】本発明の目的は、交流電動機の回転数が安
全上限回転数以上になった場合はインバータの主電源を
遮断し交流電動機を惰性回転停止させることによりポン
プを安全に停止させ、インペラの破損等による人身事故
等を未然に防止するため、安全性を向上することができ
るドライ真空ポンプ装置を得ることにある。

【０００５】本発明の他の目的は、インバータが暴走し
た場合でも交流電動機回転数が安全上限回転数以上には
ならないので、ポンプの機械的強度の下限値を容易に設
定できるためポンプを小型にすることができるドライ真
空ポンプ装置を得ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の第一の目的は、吸気口と排気口を有するケーシング内
に固定されたステータと前記ケーシング内に回転自在に
支承された駆動軸から成り、前記駆動軸は交流電動機に
より駆動され、前記交流電動機はインバータを電源とす
る高周波電源により高速駆動され、前記吸気口から吸い
込まれた気体を前記排気口から直接大気に排出すること
のできるドライ真空ポンプにおいて、前記駆動軸の回転
数を検出する回転数検出手段、予め決められた上限回転
数設定値、これら上限回転数設定値と前記回転数検出手
段からの検出回転数を比較する回転数比較手段を有し、
検出回転数が前記安全上限回転数設定値以上になった場
合に前記インバータへの供給電源を遮断する電源遮断手
段とを備えているドライ真空ポンプ装置にある。

【０００７】なお、通常駆動部の回転数は回転数センサ
により検出するが、通常インバータに具備されている周
波数モニタ信号により回転数検出すれば回転数検出セン
サが不要となり装置を小型化することができる。

【０００８】さらに、インバータの出力電圧あるいは、
出力電流の周波数により回転数検出すれば交流電動機の
駆動周波数を直接検出でき、回転数検出センサが不要と
なり装置を小型化することもできる。

【０００９】また、主回路遮断手段は通常主回路に設け
た電磁接触器等を検出回転数が安全上限回転数以上にな
った場合にオフすることにより実現しているが、配線保
護や漏電保護のために用いる配線用遮断器や漏電遮断器
に通常具備されている外部トリップ信号を用い異常状態
となった場合は遮断器をトリップさせることにより主回
路を遮断するまでの構成部品を少なくすることができ
る。なお、検出回転数が安全上限回転数以上となった情
報を磁気記憶形継電器に記憶しておき、主電源再投入後
回転数異常上昇表示を行うことにより使い勝手を向上で
きる。

【００１０】

【作用】ポンプの駆動部に作用する遠心力は駆動部の半
径と回転数の二乗に比例するから、インバータの誤動作
により回転数が通常の運転回転数より高くなった場合、
例えば、定格回転数の１.５ 倍になると駆動部に作用す
る遠心力は駆動部の半径は変化しないため２.２５ 倍と
なり、機械破壊による人身事故の危険性がある。

【００１１】この構成とすることにより、駆動部の回転
数は駆動部に設けられた回転数検出手段により検出で
き、この検出回転数と予め設定された回転部の危険速度
から決まる安全上限回転数設定値を回転数比較手段によ
って比較することによって、検出回転数が安全上限回転
数以上になったことを検出でき、回転数異常状態となっ
た場合は主回路遮断手段により交流電動機を駆動する電
力を遮断するため交流電動機は惰性回転停止となり、駆
動部の回転数は駆動するインバータがたとえ誤動作して
も安全上限回転数以上となることはなくポンプを安全に
停止させることができる。

【００１２】さらに、交流電動機の回転数はインバータ
の出力周波数に対しすべり数％分の回転数差低下した値
となるため、回転数検出手段としてインバータの出力周
波数を観測するための周波数モニタ信号を用いれば、高
価な回転数センサを必要とせず安価に装置を構成でき、
回転センサの取付けスペースが削減できるのでポンプを
小型にすることができる。

【００１３】また、回転数の異常上昇は交流電動機を駆
動するインバータの誤動作によるものであるから、この
ような状態では前記インバータの周波数モニタ信号が常
に出力周波数と一致しているとは限らないため、交流電
動機は印加電圧の周波数に対しすべり数％分の回転数差
低下した値となるので、インバータ出力電圧の周波数を
回転数検出手段として用いれば、回転数を検出するまで
の間の構成部品を少なくすることができるため、高価な
回転数センサを必要とせず安価に装置を構成できる。

【００１４】さらに、交流電動機の印加電圧は通常ＡＣ
２００Ｖが用いられるが、インバータ出力電圧を回転数
検出手段として用いると、回転数検出手段の構成部品の
発熱量が大きくなったり耐電圧を大きくする必要がある
から装置が大型化する。このためインバータ出力電流の
周波数を変流器等を用いて検出すれば、電圧を低くでき
るので装置をさらに小型化できる。

【００１５】主回路電源手段として、配線用遮断器や漏
電遮断器の外部トリップ機能を用い検出回転数が安全上
限回転数以上となった信号により主電源を遮断させるこ
とにより、遮断までの経路に介在する装置構成部品を少
なくすることができ、安価に構成することができる。

【００１６】また、検出回転数が安全上限回転数以上と
なった情報を磁気記憶形継電器に記憶しておき、主電源
再投入時に回転数異常上昇表示あるいは出力を行うこと
により遮断器が本来担っている機能で遮断した場合と判
別することができ、装置の使い勝手を向上することがで
きる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明のドライ真空ポンプの安全停止
装置の一実施例を図により説明する。

【００１８】図１は、本発明の一実施例を示すブロック
図である。真空ポンプ本体１は、ポンプ部２と駆動部３
からなる。ポンプ部２はケーシング６の内部に設けられ
た機構により、吸気口４から吸い込まれた気体を排気口
５から大気圧下へ排気する。ケーシング６の内部に設け
られた機構は、駆動部３により駆動される。駆動部３は
インバータ７と電気的に接続され、さらにインバータ７
は配線保護や漏電保護の目的で設けられた遮断器８ａと
インバータの主電源をオン／オフするための電磁接触器
８ｂを介して主電源９に接続される。駆動部３には通常
交流電動機が用いられ、特に本発明によるターボ形の真
空ポンプでは高周波モータが用いられ、インバータ７は
交流電動機を高速駆動するために用いる。ポンプ部２あ
るいは駆動部３には、回転部の回転数を検出するための
回転数検出センサ１１が設けられている。安全停止装置
１０は回転数検出センサ１１からの回転数検出信号ｂが
入力され、この信号とポンプ部２あるいは駆動部３の機
械的強度から予め決められた安全上限回転数設定値と比
較し、その結果を電磁接触器８ｂへこれをオン／オフす
るための回転数異常上昇信号ｃとして出力する。また、
安全停止装置１０が動作するために安全停止装置電源ａ
が、主回路に設けた遮断器８ａの後からとられている。

【００１９】図３は、実施例における安全停止装置１０
の具体例を示したブロック図である。安全停止装置１０
は、ポンプ部２あるいは駆動部３の機械的強度から予め
決められた安全上限回転数設定値ｄを設定するための安
全上限回転数設定器１０ａおよび、回転数センサ１１か
らの回転数検出信号ｂと安全上限回転数設定器１０ａで
設定された安全上限回転数設定値ｄを比較し、回転数検
出信号ｂによる駆動部３の回転数が安全上限回転数設定
値ｄよりも大きい場合に主回路を遮断する信号として回
転数異常上昇信号ｃを出力する比較器１０ｂで構成され
ている。このように装置を構成することによって、駆動
部３の回転数制御を行うインバータ７の誤動作により異
常な高い周波数（回転数）を出力しても安全上限回転数
以上になったらポンプを惰性回転停止させるので、ポン
プを破損させることがなくかつ、飛散片による人身事故
等を防止できるので安全性を高くすることができる。

【００２０】図４は、図１の実施例において回転数検出
センサ１１の代わりにインバータ７の出力電圧あるいは
出力電流を用い駆動部３の回転数を検出するようにした
ものである。交流電動機は下式に示すようにすべりｓお
よび電動機磁極数ｐは一定であるからインバータ７から
の出力電圧あるいは出力電流の周波数ｆに同期して回転
するため、電圧あるいは電流の周波数を検知することに
よって駆動部３の回転数を知ることができる。

【００２１】

【数１】 Ｎｓ＝１２０×ｆ×(１−ｓ)／ｐ …（数１） ここで、 Ｎｓ：電動機（駆動部）回転数（ｒｐｍ） ｆ ：インバータ出力電圧，電流の周波数（Ｈｚ） ｓ ：すべり ｐ ：電動機磁極数 インバータ７の出力電圧から周波数を検知する方法は、
電子回路によるものである。すなわち、出力電圧を抵抗
等により分圧しさらに安全のため主回路と絶縁した後、
ゼロクロスコンパレータ等により交流電圧をパルス化
し、一定時間内のパルス数を計測し周波数を求める方法
やパルスの時間間隔を計測し周波数を求める方法があ
る。また、インバータ７の出力電流から周波数を検知す
る方法は、出力段に設けた変流器や低抵抗により電流を
電子回路内に取り込み、ゼロクロスコンパレータ以降の
構成は出力電圧による検出方法と同様の構成で周波数を
検知することができる。このように構成することによっ
て、高価な回転数センサを用いずに安価に装置を構成す
ることができ、ポンプ部２や駆動部３に回転数検出セン
サを設置する必要がないためポンプを小型にすることが
できる。

【００２２】さらに、図１の実施例の電磁接触器８ｂを
用いた主電源の遮断を行う代わりに、遮断器８ａに通常
具備されている外部からの信号により遮断器自身をトリ
ップさせることのできる外部トリップ信号を用い、回転
数異常上昇信号ｃを外部トリップ信号として遮断器８ａ
に与え主電源を遮断するように構成したものである。こ
のように構成することによって、主回路に設けた電磁接
触器８ｂが不要となり、装置を安価に構成することがで
きる。

【００２３】図５は、安全停止装置の応用例を示したブ
ロック図である。図４において回転数が異常に上昇し主
電源が遮断されると、安全停止装置電源ａも遮断され
る。また、遮断器８ａが本来担っている機能の過電流保
護や漏電保護が発生した場合も同様に主電源が遮断さ
れ、安全停止装置電源ａも遮断される。従って、このど
ちらの要因で主電源が遮断されたのか区別が付かない。
このため、電源がなくても磁気的な動作により状態を記
憶できる磁気記憶形継電器１０ｃにより回転数異常上昇
信号ｃの状態を記憶することによって、主電源遮断後再
投入したときに記憶している回転数異常上昇信号ｃの状
態を表示器１０ｄに与え回転数異常上昇の表示を行うこ
とにより遮断器８ａが本来担っている機能で遮断された
場合と判別することができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、回転数の制御を行うイ
ンバータが誤動作して交流電動機への周波数（回転数）
が異常上昇し駆動部の回転数が安全上限回転数以上にな
った場合に、主電源を遮断しポンプを惰性回転停止させ
るため安全性を向上することが可能である。

【００２５】また、回転数検出手段としてインバータ出
力電圧や電流の周波数を検知することによって高価な回
転数検出センサが不要となるため安価に装置を構成する
ことが可能であり、ポンプ部への回転数検出センサの設
置が不要となるためポンプを小型にすることが可能であ
る。

【００２６】さらに、主電源遮断手段として遮断器に通
常具備されている外部からの信号により遮断器自信をト
リップさせることのできる外部トリップ信号を用い、回
転数異常上昇信号を外部トリップ信号として遮断器に与
え主電源を遮断することによって主回路に設けた電磁接
触器が不要となり、装置を安価に構成することが可能で
ある。

【００２７】また、磁気記憶形継電器により回転数異常
上昇信号の状態を記憶することによって、主電源遮断後
再投入したときに記憶している回転数異常上昇信号の状
態を表示器に表示することにより遮断器が本来担ってい
る機能で遮断された場合と判別することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図。

【図２】本発明のポンプ構成例を示すブロック図。

【図３】本発明の安全停止装置の具体例を示すブロック
図。

【図４】本発明の応用実施例を示すブロック図。

【図５】本発明の安全停止装置の応用実施例を示すブロ
ック図。

【符号の説明】

１…真空ポンプ本体、２…ポンプ部、３…駆動部、４…
吸気口、５…排気口、６…ケーシング、７…インバー
タ、８ａ…遮断器、８ｂ…電磁接触器、９…主電源、１
０…安全停止装置、１１…回転数検出センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸気口と排気口を有するケーシング内に固
   定されたステータと前記ケーシング内に回転自在に支承
   された駆動軸とから成り、前記駆動軸は交流電動機によ
   り駆動され、前記交流電動機はインバータを電源とする
   高周波電源により高速駆動され、前記吸気口から吸い込
   まれた気体を前記排気口から直接大気に排出することの
   できるドライ真空ポンプにおいて、前記駆動軸の回転数
   を検出する回転数検出手段と、予め決められた上限回転
   数設定値と前記回転数検出手段からの検出回転数とを比
   較する回転数比較手段と、検出回転数が前記安全上限回
   転数設定値以上になった場合に前記インバータへの供給
   電源を遮断する電源遮断手段とを含むことを特徴とする
   ドライ真空ポンプ装置。