JP2005290998A - 真空ポンプ及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータにかかる負荷等に応じてモータの動作を変更させることができる、或いは、更にＰＷＭ制御に起因するモータの振動を低減させることができる真空ポンプ及びその制御方法を提供する。
【解決手段】 本発明は、ＰＷＭ制御モータによって作動される真空ポンプ等に関する。本発明による真空ポンプ(1)は、モータ(16)を備えた真空ポンプ本体(2)と、モータ(16)を制御するコントローラ(4)を有する。コントローラ(4)は、駆動電流をモータ(16)に供給するモータコントローラ部(30)と、少なくとも２種類の基準周波数を発生させる基準周波数発生部(32)と、モータ(16)が定格回転速度で回転する定格運転中、ＰＷＭ制御の基準周波数を切替える基準周波数切替え手段(34)とを有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、真空ポンプ及びその制御方法に関し、更に詳細には、ＰＷＭ制御されるモータによって作動される真空ポンプ及びその制御方法に関する。

ＰＷＭ制御されるモータによって作動される真空ポンプが、電子顕微鏡、分析器等の検査装置、イオンビーム等による加工装置又はその他の装置のチャンバ内を真空にするために用いられている。ＰＷＭ制御は、設定された基準周波数に基づいてモータを作動させる制御である。

ＰＷＭ制御の基準周波数の設定について、図８を参照して、更に詳細に説明する。図８は、ＰＷＭ制御の基準周波数とその基準周波数により発生するモータトルクとの関係を示す図である。図８に示すように、基準周波数を高くしていくと、最初、トルクは増大していくが、最大トルクＴｐを過ぎた後、電流がモータのインダクタンスに比例して流れにくくなるので、トルクが低下する。
第１の例として、ＰＷＭ制御の基準周波数が、最大トルクＴｐを生じさせる基準周波数Ｆｐ又はその前後の適当な範囲内にある基準周波数である場合、比較的高いトルクを発生させる高トルク運転を行うことができる。従って、モータに負荷がかかるとき、回転を維持したり、加速させたりするときに余裕を持ってモータを作動させることができる。例えば、チャンバ内を所定の真空度まで所定時間内に確実に真空にするときに有利である。Ｆｐの前後の適当な範囲は、真空にすべきチャンバの大きさ、所定の真空度に達するまでの所定時間、システム構成等に応じて変化する。従来、ＰＷＭ制御の基準周波数は、かかる適当な範囲内にあった。
第２の例として、ＰＷＭ制御の基準周波数が比較的高い基準周波数Ｆｈである場合、モータのインダクタンスに比例して電流が流れにくくなり、トルクが低下する。従って、モータに負荷がかかるとき、例えば、モータの加速及び減速時、モータの発熱量が増大したり、加速及び減速に要する時間が長くなったり、減速時の回生発電能力が低下したりするという悪影響がある。従って、従来、ＰＷＭ制御の基準周波数が比較的高い基準周波数Ｆｈであることはなかった。

また、ＰＷＭ制御によって作動されるモータを使用する場合、ＰＷＭ制御の基準周波数に起因するモータの振動が生じる。具体的には、設定される基準周波数が低いほど、モータの回転にむらが生じ、モータの動作が振動的になる。
例えば、ＰＷＭ制御の基準周波数が上述した第１の例の基準周波数である場合にも、僅かではあるが、基準周波数に起因する振動が発生する。また、ＰＷＭ制御の基準周波数が上述した第２の例の基準周波数である場合、第１の例の基準周波数である場合よりも制御性が向上され、ＰＷＭ制御の基準周波数に起因するモータの振動を低減させる振動低減運転を行うことができる。

これに関連して、真空ポンプの振動を低減させるために、真空ポンプにダンパを設けたり、真空ポンプを慣性力で作動させたりする技術が特許文献１等に開示されている。

特開２００３−１２０５８２（請求項１及び段落０００５参照）

真空ポンプでは、種々の要因による種々の振動の一つ一つを少しでも低減し、それを積み重ねることによって、真空ポンプの全体的な振動の低減が実現される。それにより、真空ポンプに接続される電子顕微鏡等の装置の性能をいっそう発揮させることが可能になる。従って、ＰＷＭ制御に起因するモータの振動を少しでも低減させることが望まれる。
また、チャンバ内を所定の真空度まで所定時間内に確実に真空したいとき、又は、試料の交換等のために定格運転中に低下したチャンバ内の真空度を所定の真空度まで短時間に回復させたいとき等、モータに負荷がかかるとき、比較的高いトルクを発生させることが望まれる。

しかしながら、従来通り、ＰＷＭ制御の基準周波数が上述した第１の例の基準周波数である場合、負荷がかかるときに高いトルクを発生させることができるけれども、モータの運転中にモータの負荷が小さくなったときに、ＰＷＭ制御に起因するモータの振動を低減させるようにモータの動作を変更することはできなかった。
これに対し、ＰＷＭ制御の基準周波数が上述した第２の例の基準周波数である場合、ＰＷＭ制御に起因するモータの振動を従来の真空ポンプよりも低減させることができるけれども、負荷がかかるときのトルクを増大させるようにモータの動作を変更することはできなかった。

また、モータにかかる負荷にかかわらず、強制的に又は外部からの信号等により、モータのトルクを変化させるようにモータの動作を変更させる要望もある。

そこで、本発明は、モータにかかる負荷等に応じてモータの動作を変更させることができる真空ポンプ及びその制御方法を提供することを目的としている。
また、本発明は、モータにかかる負荷等に応じてモータの動作を変更させることができ、しかも、ＰＷＭ制御に起因するモータの振動を低減することができる真空ポンプ及びその制御方法を提供することを目的としている。

本発明は、電子顕微鏡又は検査装置等において、電子顕微鏡による画像を観察又は出力したり、検査装置において実際に検査が行われたりするのは、所定の真空度が達成され且つ定格運転中である特定の期間に限られ、この特定の期間、モータにかかる負荷が比較的小さいことに着目してなされた発明である。

上記目的を達成するために、本発明による真空ポンプは、ＰＷＭ制御されるモータによって作動される真空ポンプであって、真空ポンプを作動させるためのモータと、モータを制御するコントローラと、を有し、コントローラは、ＰＷＭ制御の基準周波数に基づく駆動電流を前記モータに供給するためのモータコントローラ手段と、少なくとも２種類の基準周波数を発生させる基準周波数発生手段と、モータが定格回転速度で回転する定格運転中、ＰＷＭ制御の基準周波数を切替える基準周波数切替え手段と、を有することを特徴としている。

このように構成された本発明による真空ポンプによれば、基準周波数発生手段によって発生させた少なくとも２種類の基準周波数のうちの１つが基準周波数切替え手段によってモータコントローラ手段に供給され、供給された基準周波数に基づいて、ＰＷＭ制御が行われる。
定格運転中、即ち、定格運転開始時から定格運転終了時まで、例えば、所定の真空度が達成されていれば、所定の真空度を維持するために必要なトルクは比較的小さいので、ＰＷＭ制御基準周波数を比較的小さいトルクを発生させる基準周波数に切替え、モータを制御することが可能である。切替え後の基準周波数が切替え前の基準周波数よりも高い場合には、更に、ＰＷＭ制御に起因するモータの振動を従来よりも低減させた振動低減運転を行うことが可能である。
また、定格運転中、例えば、試料の交換等のために真空度が低下した場合、真空度を所定の真空度まで回復させることが望まれる。比較的短い時間で真空度を回復させることを望む場合、モータに負荷がかかるので、比較的大きいトルクを発生させることが必要にある。かくして、モータコントローラ手段に供給される基準周波数を、比較的大きいトルクを発生させる基準周波数に基準周波数切替え手段によって切替える。それにより、高トルク運転を行い、比較的短い時間で真空度を回復させることができる。
その他、モータにかかる負荷にかかわらず、強制的に基準周波数を切替えても良いし、他の装置からの信号によって基準周波数を切替えても良い。
かくして、モータにかかる負荷等に応じてモータの動作を変更させることが可能になる。

本発明の実施形態において、好ましくは、基準周波数発生手段は、第１の基準周波数と、この第１の基準周波数よりも小さいトルクを発生させ且つ第１の基準周波数よりも高い第２の基準周波数を発生させることができ、基準周波数切替え手段は、定格運転中、ＰＷＭ制御の基準周波数を第１の基準周波数から前記第２の基準周波数に切替える。

このように構成された真空ポンプでは、定格運転中、例えば、所定の真空度が達成されていなければ、比較的短い時間で所定の真空度を達成することが望まれる。この場合、モータに負荷がかかるので、比較的大きいトルクを発生させる高トルク運転を行うことが必要である。従って、比較的大きいトルクを発生させる第１の基準周波数でモータを制御する必要がある。次いで、定格運転中、所定の真空度を達成した後、所定の真空度を維持するために必要なトルクは比較的小さいので、比較的小さいトルクを発生させる第２の基準周波数でモータを制御することが可能になる。かくして、モータコントローラ手段に供給される基準周波数を、第１の基準周波数から第２の基準周波数に基準周波数切替え手段によって切替える。第２の基準周波数が第１の基準周波数よりも高いので、更に、ＰＷＭ制御に起因するモータの振動を低減させる振動低減運転を行うことが可能である。その結果、モータにかかる負荷等に応じてモータの動作を変更させ、しかも、ＰＷＭ制御に起因するモータの振動を低減することができる。

第１の基準周波数は、例えば、従来の真空ポンプの基準周波数である。第１の基準周波数は、図８に示したように、最大トルクを発生させる基準周波数又はその近傍の基準周波数であることが好ましい。しかしながら、モータを定格回転速度まで加速することができれば、他の基準周波数であっても良い。
また、第２の基準周波数は、真空度が達成された状態で、モータの定格運転を維持するのに十分な最小のトルクを生じさせる基準周波数であることが好ましい。図８に示したように、第２の基準周波数により発生するトルクが小さければ小さいほど、第２の基準周波数を高くすることができ、ＰＷＭ基準周波数に起因する真空ポンプの振動を低減させることができる。従って、第２の基準周波数により発生するトルクが小さければ小さいほど好ましい。しかしながら、第２の基準周波数が第１の基準周波数よりも少しでも高ければ、ＰＷＭ基準周波数に起因する真空ポンプの振動を多少なりとも低減させることができ、それにより、真空ポンプの全体的な振動を低減して、真空ポンプに接続される装置の性能をより発揮させることが可能になる。従って、本発明における第２の基準周波数は、第１の基準周波数により発生する第１のトルクよりも小さい第２のトルクを発生させ、しかも、第１の基準周波数よりも高い基準周波数をすべて含む。この場合、第２の基準周波数により発生させるトルクは、定格回転しているモータを定格回転速度に維持するだけでなく、モータを定格回転速度まで加速できても良い。
また、定格運転中に第１基準周波数から第２の基準周波数に切替えるタイミングは任意であり、定格運転の開始と同時であっても良いし、定格運転開始後であっても良い。基準周波数の切替えを行わない場合、従来の真空ポンプと同じ動作になる。

本発明の実施形態において、好ましくは、真空ポンプ本体は、吸気口及び排気口を有するケーシングと、吸気口に入ってきた気体を排気口に向って推進させるようにケーシングの内部でケーシングに対して回転可能なロータと、ロータをケーシングに対して磁気的に浮上させるための磁気軸受け部と、を有し、モータは、ロータをケーシングに対して回転させる。

このように構成された真空ポンプでは、ロータがケーシングに対して磁気的に浮上したまま、モータがロータを回転させることにより、ケーシングの吸気口に入ってきた気体を排気口に向って推進させる。
ロータがケーシングに対して浮上しているので、ロータの回転抵抗がほとんどなくなり、定格運転中、モータの回転速度を定格回転速度に維持するのに必要な最小のトルクが更に小さくなる。従って、第２の基準周波数を更に高い基準周波数にすることができ、それにより、真空ポンプの振動を更に低減することができる。

本発明において、好ましくは、コントローラは、更に、適用すべき基準周波数を指示する指示信号をモータコントローラ手段に供給するためのポンプ運転監視手段を有し、このポンプ運転監視手段は、定格運転中、基準周波数に切替えることを指示する切替え指示信号をモータコントローラ手段に供給し、モータコントローラ手段は、ポンプ運転監視手段から切替え指示信号を受取ったとき、ＰＷＭ制御の基準周波数を基準信号切替え手段によって切替える。

このように構成された真空ポンプでは、定格運転中、モータコントローラ手段がポンプ運転監視手段から切替え指示信号を受取ると、ＰＷＭ制御の基準周波数を、例えば、第１の基準周波数を第２の基準周波数に切替え、第１の基準周波数で作動していたモータを第２の基準周波数で作動させる。
定格運転中、モータコントローラ手段において、所定の真空度を達成しているのかどうかが分からない場合がある。所定の真空度を達成した後、又は、所定の真空度でないとき、ポンプ運転監視手段の切替え指示信号により、ＰＷＭ制御の基準周波数を切替えることにより、モータにかかる負荷等に応じてモータの動作を確実に変更させることが可能である。

本発明の実施形態において、好ましくは、コントローラは、更に、モータコントローラ手段に適用すべき基準周波数を切替えることを要求する運転切替え要求信号を、記憶された所定のタイミングでポンプ運転監視手段に供給することが可能なタイミング記憶手段を有し、ポンプ運転監視手段は、タイミング記憶手段からの運転切替え要求信号が供給されたとき、切替え指示信号をモータコントローラ手段に供給する。

このように構成された真空ポンプでは、定格運転中、タイミング記憶手段からの運転切替え要求信号が供給され、例えば、高トルク運転を行う第１の基準周波数から振動低減運転を行う第２の基準周波数に切替えることを要求すると、ポンプ運転監視手段が指示信号をモータコントローラ手段に供給し、モータコントローラ手段に供給される基準周波数を、第１の基準周波数から第２の基準周波数に基準周波数切替え手段によって切替え、第１の基準周波数で作動していたモータを第２の基準周波数で作動させる。所定のタイミングは、定格運転開始からの時間であっても良いし、モータ起動時からの時間であっても良いし、その他のタイミングであっても良い。
定格運転中、モータにかかる負荷等に応じて、ＰＷＭ制御の基準周波数を所定のタイミングで自動的に切替えることが可能になる。

また、本発明の実施形態において、好ましくは、コントローラは、更に、モータコントローラ手段に適用すべき基準周波数を切替えることをポンプ運転監視手段に要求する運転切替え要求信号を外部から入力するための外部入力手段を有し、ポンプ運転監視手段は、外部入力手段から運転切替え要求信号が供給されたとき、切替え指示信号をモータコントローラ手段に供給する。

このように構成された真空ポンプでは、定格運転中、外部入力手段により入力される運転切替え要求信号が供給され、例えば、高トルク運転を行う第１の基準周波数から振動低減運転を行う第２の基準周波数に切替えることを要求すると、ポンプ運転監視手段が指示信号をモータコントローラ手段に供給し、モータコントローラ手段に供給される基準周波数を、第１の基準周波数から第２の基準周波数に基準周波数切替え手段によって切替え、第１の基準周波数で作動していたモータを第２の基準周波数で作動させる。
定格運転中、例えば、試料の交換等のために所定の真空度を維持することができなくなったとき、又は、その後所定の真空度が達成されたとき、モータにかかる負荷等に応じて、ＰＷＭ制御の基準周波数を所望のタイミングで切替えることが可能になる。

また、本発明の実施形態において、好ましくは、基準周波数切替え手段は、モータにかかる負荷に応じてＰＷＭ制御の基準周波数を切替える。

また、上記目的を達成するために、本発明による真空ポンプの制御方法は、ＰＷＭ制御されるモータによって作動される真空ポンプの制御方法であって、第１の基準周波数に基づくＰＷＭ制御によってモータを定格回転速度まで加速させる加速運転段階と、モータが定格回転速度で回転する定格運転中、第１の基準周波数に基づくＰＷＭ制御から、第１の基準周波数と異なる第２の基準周波数に基づくＰＷＭ制御に切替え、定格運転を行う切替え後定格運転段階と、第３の基準周波数に基づくＰＷＭ制御によってモータを減速させる減速運転段階と、を有することを特徴としている。
また、本発明による制御方法において、好ましくは、第２の基準周波数は、第１の基準周波数よりも小さいトルクを発生させ且つ第１の基準周波数よりも高い。
このように構成された本発明による真空ポンプの制御方法によっても、上述した本発明による真空ポンプと同様の格別の効果を奏することができる。
第３の基準周波数は、第１の基準周波数と同じ基準周波数であっても良いし、第１の基準周波数と異なっていても良い。

本発明による真空ポンプ及びその制御方法により、モータにかかる負荷等に応じてモータの動作を変更させることができる。
また、本発明による真空ポンプ及びその制御方法により、モータにかかる負荷等に応じてモータの動作を変更させることができ、しかも、ＰＷＭ制御に起因するモータの振動を低減させることができる。

以下、図面を参照して、本発明による真空ポンプの実施形態の一例を説明する。図１は、ＰＷＭ制御されるモータによって作動される本発明による真空ポンプの構成要素を示すブロック図である。図１に示すように、真空ポンプ１は、モータ１６を備えた真空ポンプ本体２と、モータ１６を制御するコントローラ４とを有している。

次に、図２を参照して、真空ポンプ本体２の一例として、ターボ分子ポンプを説明する。図２は、ターボ分子ポンプの縦断面図である。
真空ポンプ本体２は、上部に設けられた吸気口６及び下部に設けられた排気口８を有するケーシング１０と、吸気口６に入ってきた気体を排気口８に向って推進させるためにケーシング１０の内部でケーシング１０に対して上下方向軸線１２を中心に回転可能なロータ１４と、真空ポンプ１を作動させるためにロータ１４をケーシング１０に対して回転させるモータ１６と、このモータ１６の回転速度を検出するための２つの回転速度センサ１８ａ、１８ｂと、ロータ１４をケーシング１０に対して磁気的に浮上させるための３つの磁気軸受け部２０、２２、２４とを有している。

ケーシング１０は、上下方向に延び、吸気口６及び排気口８を備えた外筒部分１０ａと、外筒部分１０ａの内側に且つ同心に配置され、外筒部分１０ａの上下方向中央部から下部まで延びる内筒部分１０ｂとを有する。吸気口６は外筒部分１０ａの上面に設けられ、排気口８は外筒部分１０ａの下部側面に設けられている。また、外筒部分１０ａから上下方向軸線１２と垂直に内方に延びる複数のステータ翼１０ｃが、吸気口６の近傍から排気口８の近傍まで間隔をおいて配置されている。内筒部分１０ｂは、その上部及び下部に、ロータ１４が磁気的に浮上していないときにロータ１４を回転可能に支持するための保護ベアリング１０ｄを有している。

ロータ１４は、内筒部分１０ｂの内側に上下方向軸線１２を中心に回転可能に支持されるロータ軸１４ａと、ロータ軸１４ａの上部に固着され且つ内筒部分１０ｂを上方から包囲するように吸気口６の近傍から下方に排気口８の近傍のレベルまで延びるロータ本体１４ｂと、ロータ本体１４ｂから上下方向軸線１２と垂直に外方に外筒部分１０ａに向かって延び、ロータ本体１４ｂの全長にわたって設けられた複数のロータ翼１４ｃとを有している。ロータ翼１４ｃとステータ翼１０ｃとは、互いに僅かな間隔をおいて重なるように交互に配置されている。最も上のロータ翼１４ｃは、最も上のステータ翼１０ｃよりも上に配置されている。ロータ翼１４ｃは、それが回転するときに吸気口６から入ってきた気体を排気口８に向かってたたき落とすように形状決めされている。ステータ翼１０ｃは、ロータ翼１４ｃによってたたき落とされた気体を一つ下のロータ翼１４ｃに案内し且つ気体が吸気口６に向かって戻ることを防止するように形状決めされている。

モータ１６は、ＤＣブラシレスモータであり、ロータ軸１４ａに固着された永久磁石１６ａと、永久磁石１６ａの周りの内筒部分１０ｂに永久磁石１６ａと間隔をおいて配置された複数の電磁石１６ｂとを有している。複数の電磁石１６ｂは、コントローラ４に接続され（図示せず）、コントローラ４の制御により、永久磁石１６ａを備えたロータ軸１４ａを上下方向軸線１２を中心に回転させる回転磁界を発生させるように磁極を切替えることが可能である。

磁気軸受け部２０、２２は、ロータ軸１４ａをラジアル方向に浮上させるためのものであり、ロータ軸１４ａの上部と下部に設けられている。磁気軸受け部２４は、ロータ軸１４ａをスラスト方向に浮上させるためのものであり、ロータ軸１４ａの下端の部に設けられている。
磁気軸受け部２０は、鉄などの高透磁率材により形成されたロータ軸部分２０ａと、ロータ軸部分２０ａ周囲の内筒部分１０ｂに、９０度間隔に設けられた４つの電磁石２０ｂと、ロータ軸１４ａのラジアル方向の変位を検出する変位センサ２０ｃとを有する。電磁石２０ｂと変位センサ２０ｃは、コントローラ４に接続され（図示せず）、コントローラ４は、変位センサ２０ｃによって検出されたロータ軸１４ａのラジアル方向変位に応じて、４つの電磁石２０ｂを作動させ、ロータ軸部分２０ａを吸引し、それにより、ロータ軸１４ａを所定のラジアル方向浮上位置に維持するようにフィードバック制御可能である。
磁気軸受け部２２は、磁気軸受け部２０と同様の構成を有しているので、磁気軸受け部２０と同様の磁気軸受け部２２の構成要素には、磁気軸受け部２０と同じ英字符号を付し、それらの説明を省略する。
磁気軸受け部２４は、ロータ軸１４ａに固着された金属ディスク２４ａと、金属ディスク２４ａの上方に配置されるように内筒部分１０ｂに設けられ、金属ディスク２４ａを上方に吸引するように作動可能な上側電磁石２４ｂと、金属ディスク２４ａの下方に配置されるように内筒部分１０ｂに設けられ、金属ディスク２４ａを下方に吸引するように作動可能な下側電磁石２４ｃと、ロータ軸１４ａの下端に設けられた変位センサ２４ｄとを有している。上側電磁石２４ｂ、下側電磁石２４ｃ及び変位センサ２４ｄは、コントローラ４に接続され（図示せず）、コントローラ４は、変位センサ２４ｃによって検出された金属ディスク２４ａのスラスト方向変位に応じて、２つの電磁石２４ｂ、２４ｃを作動させ、金属ディスク２４ａを吸引し、それにより、ロータ軸１４ａを所定のスラスト方向浮上位置に維持するようにフィードバック制御可能である。

次に、図１を再び参照して、コントローラ４を説明する。コントローラ４は、モータ１６及び回転速度センサ１８ａに接続され、ＰＷＭ制御の基準周波数に基づく駆動電流をモータ１６に供給するためのモータコントローラ部３０と、少なくとも２種類の基準周波数を発生させることができる基準周波数発生部３２と、モータコントローラ部３０と基準周波数発生部３２との間に接続され、モータ１６定格回転速度で回転している定格運転中、ＰＷＭ制御の基準周波数を切替えることが可能な基準周波数切替え部３４と、回転速度センサ１８ｂ及びモータコントローラ部３０に接続され且つ適用すべき基準周波数を指示する指示信号をモータコントローラ部３０に供給するためのポンプ運転監視部３６とを有している。

詳細には、モータコントローラ部３０は、モータ１６の電磁石１６ｂに接続され、モータ１６に駆動電流を供給するためのモータアンプ部３０ａと、回転速度センサ１８ａに接続され、回転速度信号を供給するための回転速度信号供給部３０ｂと、モータアンプ部３０ａ、回転速度信号供給部３０ｂ、基準周波数切替え部３４に接続され、ＰＷＭ基準周波数に基づくモータ駆動信号をモータアンプ部３０ａに供給するモータドライバ部３０ｃとを有している。
モータドライバ部３０ｃは、回転速度信号供給部３０ｂから供給された信号により、モータ１６が定格回転数で回転しているかどうかを判断することが可能である。また、モータドライバ部３０ｃは、基準周波数切替え部から供給される基準周波数に基づく駆動信号をモータアンプ部３０ａに供給することが可能である。

基準周波数発生部３２は、本実施形態では、第１の基準周波数を発生させる第１の基準周波数発生部３２ａと第２の基準周波数を発生させる第２の基準周波数発生部３２ｂとを有している。
第１の基準周波数発生部３２ａによって発生される第１の基準周波数は、第１の基準周波数発生部３２ａ自体のコスト及び回路構成等を考慮して定められる任意の基準周波数、例えば、従来の真空ポンプに対して採用されていた従来基準周波数である。第１の基準周波数として従来基準周波数を選択した場合、上述したモータ１６は、従来基準周波数に基づいて良好なトルク効率が得られるように設計された従来の又は新規なモータであることが好ましい。結果的に、第１の基準周波数は、モータ１６の最大トルクを発生させる基準周波数又はその近傍の基準周波数になる。

第２のＰＷＭ基準周波数発生部３２ｂによって発生される第２の基準周波数は、定格回転速度を維持するのに十分な最小のトルクを生じさせる基準周波数であることが好ましい。しかしながら、第２の基準周波数は、モータの定格運転を維持することができ、第１のトルクよりも小さいトルクを発生させ、且つ第１の基準周波数よりも高ければ、その他の基準周波数であっても良い。第２の基準周波数は、例えば、第１の基準周波数の整数倍の基準周波数である。

基準周波数切替え部３４は、ポンプ運転監視部からモータドライバ部３０ｃ供給された指示信号に基づいて、第１の基準周波数又は第２の基準周波数をモータドライバ部３０ｃに供給する。基準周波数切替え部３４は、例えば、加速運転及び減速運転中等のモータ１６の回転速度が定格回転速度よりも小さいとき、第１の基準周波数発生部３２ａが発生させた第１の基準周波数をモータドライバ部３０ｃに供給することが可能である。また、モータ１６の回転速度が定格回転速度である定格運転中、第１の基準周波数発生部３２ａが発生させた第１の基準周波数及び第２の基準周波数発生部３０ｂが発生させた第２の基準周波数をモータドライバ部３０ｃに供給することが可能であると共に、モータドライバ部３０ｃに供給する基準周波数を第１の基準周波数と第２の基準周波数との間で切替えることが可能である。

ポンプ運転監視部３６は、回転速度センサ１８ｂに接続され、回転速度信号を供給する回転速度信号供給部３６ａと、回転速度信号供給部３６ａとモータドライバ部３０ｃに接続され、適用すべき基準周波数を指示する指示信号をモータコントローラ部３０に供給するためのホスト部３６ｂとを有する。
ホスト部３６ｂは、回転速度信号供給部３６ａから供給された信号により、モータ１６が定格回転数で回転しているかどうかを判断することが可能である。また、ホスト部３６ｂは、定格運転中、第１の基準周波数を指示する第１の指示信号、第１の基準周波数から第２の基準周波数に切替えることを指示する第２の指示信号、及び第２の基準周波数を指示する第３の指示信号、及び第２の基準周波数から第１の基準周波数に切替えることを指示する第４の指示信号をモータドライバ部３０ｃに供給することが可能である。

コントローラ４は、更に、ポンプ運転監視部３６に接続され且つモータコントローラ部３０に適用すべき基準周波数を切替えることを要求する運転切替え要求信号を、記憶された所定のタイミングで供給することが可能なタイミング記憶部３８と、ポンプ運転監視部３６に接続され且つモータコントローラ部３０に適用すべき基準周波数を切替えることを要求する運転切替え要求信号を外部から入力するための外部入力部４０とを有している。

タイミング記憶部３８は、例えば、タイマ３８であり、運転切替え要求信号は、例えば、ＰＷＭ制御の基準周波数を第１の基準周波数から第２の基準周波数に切替えることを要求する振動低減運転信号である。タイマ３８は、最初、振動低減運転信号がＯＦＦの状態で作動し、図示していないトリガー信号により、記憶された所定の時間後、振動低減運転信号をＯＮに切替えることが可能である。本実施形態では、トリガー信号は、定格運転開始時にタイミング記憶部３８に供給される信号である。
外部入力部４０は、例えば、手動切替えスイッチであり、運転切替え要求信号は、例えば、ＰＷＭ制御の基準周波数を第１の基準周波数から第２の基準周波数に切替えることを要求する振動低減運転信号である。

次に、図３を参照して、モータドライバ部３０ｃの制御フローを説明する。図３は、モータドライバ部の制御フローを示すフローチャートである。以下、第１の基準周波数を「従来基準周波数」と称し、第２の基準周波数を「振動低減基準周波数」と称し、第１の基準周波数に基づくモータの運転を「高トルク運転」と称し、第２の基準周波数に基づくモータの運転を「振動低減運転」と称する。
ＳＴ５０において、モータ１６が定格運転中か否かを判断する。モータ１６が定格運転中であると判断した場合、ＳＴ５２に進み、ホスト部３６ｂからの指示信号が、振動低減基準周波数を指示しているか、従来基準低周波数を指示しているかを判断する。ホスト部３６ｂからの指示が振動低減基準周波数であると判断した場合、ＳＴ５４に進み、振動低減運転を行うために、振動低減基準周波数に基づく駆動信号をモータアンプ部３０ａに供給する。
ＳＴ５０において、モータ１６が定格運転中でない、即ち、停止、加速運転又は減速運転中であると判断した場合、及び、ＳＴ５２において、ホスト部３６ｂからの指示が従来基準周波数であると判断した場合、ＳＴ５６に進み、高トルク運転を行うために、従来基準周波数に基づく駆動信号をモータアンプ部３０ａに供給する。

次に、図４を参照して、ホスト部３６ｂの制御フローを説明する。図４は、ホスト部の制御フローを示すフローチャートである。
ＳＴ６０において、モータ１６が定格運転中か否かを判断する。モータ１６が定格運転中であると判断した場合、ＳＴ６２に進み、タイミング記憶部３８又は外部入力部４０から供給される振動低減運転信号がＯＮであるかＯＦＦであるかを判断する。振動低減運転信号がＯＦＦであると判断した場合、ＳＴ６４に進み、従来基準周波数を指示する信号、即ち、第１の指示信号をモータドライバ部３０ｃに供給する。
ＳＴ６２において、振動低減運転信号がＯＮであると判断した場合、ＳＴ６６に進み、前回の振動低減運転信号がＯＮであったのかＯＦＦであったのかを判断する。ＳＴ６６において、前回の振動低減運転信号がＯＦＦであったと判断した場合、ＳＴ６８に進み、振動低減基準周波数を指示する信号をモータドライバ部３０ｃに供給する。この信号は、従来基準周波数から振動低減基準周波数に切替えることを指示する第２の指示信号でもある。
ＳＴ６６において、前回の振動低減運転信号がＯＮであると判断した場合、及び、ＳＴ６０において、定格運転中でない、即ち、停止、加速運転又は減速運転中であると判断した場合、ＳＴ７０に進み、前回の基準周波数を維持する信号をモータドライバ部３０ｃに供給する。具体的には、前回、ホスト部３６ｂが従来基準周波数を指示していた場合には、従来基準周波数を指示する信号、即ち、第１の指示信号をモータドライバ部３０ｃに供給し、ホスト部３６ｂが振動低減基準周波数を指示していた場合には、振動低減基準周波数を指示する信号、即ち、第３の指示信号をモータドライバ部３０ｃに供給する。

次に、図５〜７を参照して、本発明による真空ポンプの３つの動作シーケンスを説明する。
最初に、３つの動作シーケンスに共通する真空ポンプ２の動作を説明する。
コントローラ４を通電させると、磁気軸受け部２０、２２、２４が作動し、ロータ１４をケーシング１０に対してラジアル方向及びスラスト方向に浮上させる。次いで、モータ１６を作動させると、ロータ１４は、ハウジング１０に対して浮上したまま高速で回転する。吸気口６から入ってきた気体分子は、ロータ翼１４ｃによって下方にたたき落とされ、たたき落とされた気体分子は、高速回転しているステータ翼１０ｃによって１つしたのロータ翼１４ｃに案内される。気体分子は、ロータ翼１４とステータ翼１０ｃに交互に衝突しながら下方に推進され、ついには、排気口８から排気される。

次に、図３〜図５を参照して、定格運転中常に振動低減運転になる真空ポンプの第１の動作シーケンスを説明する。第１の動作シーケンスは、例えば、真空にすべきチャンバが予めバックポンプで荒引きされ、本発明による真空ポンプの加速運転終了時には所定の真空度を達成できる場合に使用される。
この第１の動作シーケンスでは、タイミング記憶部３８は動作せず、外部入力部６０の振動低減運転信号が常にＯＮであり、ホスト部からの基準周波数の指示の初期状態が振動低減基準周波数であるとする。
加速運転中、ホスト部３６ｂの制御フローはＳＴ６０からＳＴ７０に進み、ホスト部３６ｂは、前回の基準周波数を維持する信号、即ち、振動低減基準周波数を指示する信号をモータドライバ部３０ｃに供給する。モータドライバ部３０ｃの制御フローはＳＴ５０からＳＴ５６に進み、ホスト部３６ｂから供給された指示は無視され、高トルク運転を行うために、従来基準周波数に基づく駆動信号をモータアンプ部３０ａに供給する。それにより、加速運転中は常に、ホスト部３６ｂからの指示にかかわらず、モータ１６は自動的に高トルクで加速される。
定格回転中、ホスト部３６ｂの制御フローはＳＴ６０からＳＴ６２、ＳＴ６６に進む。振動低減運転信号状態はＯＮのままであるので、ホスト部３６ｂの制御フローはＳＴ６６からＳＴ７０に進み、前回の基準周波数を維持する信号、即ち、振動低減基準周波数を指示する信号をモータドライバ部３０ｃに供給する。モータコントローラ部３０ｃの制御フローはＳＴ５０からＳＴ５２、ＳＴ５４に進み、振動低減基準周波数に基づく駆動信号をモータアンプ部３０ｃに供給する。それにより、モータ１６は、定格回転中ずっと振動低減運転を行う。
減速運転中、ホスト部３６ｂ及びモータドライバ部３０ｃの制御フローは、加速運転中の制御フローと同様に進む。従って、減速運転中は常に、ホスト部３６ｂからの指示にかかわらず、モータ１６は自動的に高トルクで減速される。

次に、図３、図４及び図６を参照して、定格運転になってから所定時間後に振動低減運転となる真空ポンプの第２の動作シーケンスを説明する。第２の動作シーケンスは、例えば、チャンバ容量が大きく、本発明による真空ポンプの加速運転終了時に所定の真空度を達成できていない場合に使用される。
この第２の動作シーケンスでは、定格運転開始から所定時間後、タイミング記憶部３８により供給される振動低減運転信号がＯＦＦからＯＮに切替わり、外部入力部４０は作動しない。所定時間は、チャンバの容量及び所定の真空度等に応じて適当に定められる。
加速運転中、第１の動作シーケンスと同様、モータ１６は自動的に高トルクで加速される。
定格運転になると、ホスト部３６ｂの制御フローはＳＴ６０からＳＴ６２に進む。振動低減運転信号がＯＦＦであるので、制御フローはＳＴ６２からＳＴ６４に進み、従来基準周波数を指示する信号をモータドライバ部３０ｃに供給する。次いで、モータドライバ部３０ｃの制御フローはＳＴ５０からＳＴ５２、ＳＴ５６に進み、従来基準周波数に基づく駆動信号をモータアンプ部３０ｃに供給する。それにより、モータ１６は、高トルク定格運転を行う。
定格運転開始から所定時間たつと、振動低減運転信号がＯＦＦからＯＮになる。ホスト部３６ｂの制御フローはＳＴ６０からＳＴ６２に進む。振動低減運転信号がＯＮであるので、制御フローはＳＴ６２からＳＴ６６に進む。前回の振動低減運転信号がＯＦＦであったので、制御フローはＳＴ６６からＳＴ６８に進み、振動低減基準周波数を指示する信号をモータドライバ部３０ｃに供給する。この信号は、従来基準周波数から振動低減基準周波数に切替えることを指示する指示信号でもある。次いで、モータドライバ部３０ｃの制御フローはＳＴ５０からＳＴ５２、ＳＴ５４に進み、振動低減基準周波数に基づく駆動信号をモータアンプ部３０ａに供給する。それにより、モータは、振動低減定格運転を開始する。
引続く定格運転中、ホスト部３６ｂの制御フローはＳＴ６０からＳＴ６２、ＳＴ６６に進む。前回の振動低減運転信号がＯＮであったので、制御フローはＳＴ６６からＳＴ７０に進み、前回の基準周波数を維持する信号、即ち、振動低減基準周波数を指示する信号をモータドライバ部３０ｃに供給する。次いで、モータドライバ部３０ｃの制御フローはＳＴ５０からＳＴ５２、ＳＴ５４に進み、振動低減基準周波数に基づく駆動信号をモータアンプ部３０ａに供給する。それにより、モータは、振動低減定格運転を継続する。
減速運転中、第１の動作シーケンスと同様、モータ１６は自動的に高トルクで減速される。
第２の動作シーケンスにおいて、タイミング記憶部３８の所定時間を０にすれば、第１の動作シーケンスと同じ動作になる。

次に、図３、図４及び図７を参照して、定格運転時に振動低減運転信号をＯＮからＯＦＦに切替え、引続いて、ＯＦＦからＯＮに切替える真空ポンプの第３の動作シーケンスを説明する。第３の動作シーケンスは、例えば、定格運転中に真空ポンプにガス負荷がかかり、トルクが必要となる期間が生じた場合に使用される。
この第３の動作シーケンスでは、タイミング記憶部３８は動作せず、外部入力部６０の振動低減運転信号が最初ＯＮであり、ホスト部からの基準周波数の最初の指示が従来基準周波数である。
加速運転中、第１の動作シーケンスと同様、モータ１６は自動的に高トルクで加速される。
定格運転になると、ホスト部３６ｂの制御フローはＳＴ６０からＳＴ６２に進む。振動低減運転信号がＯＮであるので、制御フローはＳＴ６６からＳＴ７０に進む。前回の振動低減運転信号がＯＮであったので、制御フローはＳＴ６６からＳＴ７０に進み、前回の基準周波数を維持する信号、即ち、従来基準周波数を指示する信号を供給する。次いで、モータドライバ部３０ｃの制御フローはＳＴ５０からＳＴ５２、ＳＴ５６に進み、従来基準周波数に基づく駆動信号をモータアンプ部３０ａに供給する。それにより、モータは、高トルク定格運転を行う。

振動低減運転信号がＯＮからＯＦＦになると、ホスト部３６ｂの制御フローはＳＴ６０からＳＴ６２、ＳＴ６４に進み、従来基準周波数を指示する信号をモータドライバ部３０ｃに供給する。次いで、モータドライバ部３０ｃの制御フローはＳＴ５０からＳＴ５２、ＳＴ５６に進み、従来基準周波数に基づく駆動信号をモータアンプ部３０ａに供給する。それにより、モータ１６は高トルク定格運転を継続する。
振動低減運転信号がＯＦＦからＯＮになると、ホスト部３６ｂの制御フローはＳＴ６０からＳＴ６２に進む。振動低減運転信号がＯＮであるので、制御フローはＳＴ６２からＳＴ６６に進む。前回の振動低減運転信号がＯＦＦであったので、制御フローはＳＴ６６からＳＴ６８に進み、振動低減基準周波数を指示する信号をモータドライバ部３０ｃに供給する。この信号は、従来基準周波数から振動低減基準周波数に切替えることを指示する指示信号でもある。次いで、モータドライバ部３０ｃの制御フローはＳＴ５０からＳＴ５２、ＳＴ５４に進み、振動低減基準周波数に基づく駆動信号をモータアンプ部３０ａに供給する。それにより、モータ１６は振動低減定格運転を開始する。

引続く定格運転中、ホスト部３６ｂの制御フローはＳＴ６０からＳＴ６２、ＳＴ６６に進む。前回の振動低減運転信号がＯＮであったので、制御フローはＳＴ６６からＳＴ７０に進み、前回の基準周波数を維持する信号、即ち、振動低減基準周波数を指示する信号を供給する。次いで、モータドライバ部３０ｃの制御フローはＳＴ５０からＳＴ５２、ＳＴ５４に進み、振動低減基準周波数に基づく駆動信号をモータアンプ部３０ａに供給する。それにより、モータ１６は振動低減定格運転を継続する。
振動低減運転信号が再びＯＮからＯＦＦになると、ホスト部３６ｂの制御フローはＳＴ６０からＳＴ６２、ＳＴ６４に進み、従来基準周波数を指示する信号をモータドライバ部３０ｃに供給する。次いで、モータドライバ部３０ｃの制御フローはＳＴ５０からＳＴ５２、ＳＴ５６に進み、従来基準周波数に基づく駆動信号をモータアンプ部３０ａに供給する。それにより、モータ１６は高トルク定格運転を開始する。
減速運転中、第１の動作シーケンスと同様、モータ１６は自動的に高トルクで減速される。
なお、従来基準周波数が指示されている場合、加速運転中又は減速運転中に振動低減運転信号をＯＦＦからＯＮにしても、ＯＦＦからＯＮに切替わった信号は無視され、定格運転を開始するときに自動的に振動低減定格運転にはならない。

上述の実施形態の説明では、真空ポンプ２をターボ分子ポンプとして説明したが、ＰＷＭ制御されるモータによって駆動されるのであれば、ドライポンプ、油回転ポンプ又はその他の真空ポンプであっても良い。
また、上述した実施形態では、基準周波数発生部３２が２つの基準周波数を発生させたが、２つに限らず、３つ以上の基準周波数を発生させても良い。
また、上述した実施形態では、第１の基準周波数発生部３２ａと第２の基準周波数発生部３２ｂを設けて、第１の基準周波数と第２の基準周波数を互いに独立に発生させていたが、第２の基準周波数が第１の基準周波数の整数倍である場合には、単一の発振回路により、第１の基準周波数及び第２の基準周波数を発生させても良い。
また、上述した実施形態では、コントローラ４が、ポンプ運転監視部３６、タイミング記憶部３８、及び外部入力部４０を有していたが、動作シーケンスに応じて不要であれば、省略しても良い。例えば、定格回転中は常に振動低減運転を行うようにモータコントローラ部３０を制御すれば、ポンプ運転監視部３６、タイミング記憶部３８、及び外部入力部４０を省略することができる。また、例えば、基準周波数を自動的に切替えることが不要であれば、タイミング記憶部３８を省略することができ、例えば、基準周波数の切替えを外部から行わない場合には、外部入力部４０を省略することができる。
また、上述した実施形態では、２つの回転速度センサ１８ａ、１８ｂを有していたが、１つの回転速度センサだけを設けて、共用しても良い。しかしながら、回転速度センサ１８ａ、１８ｂの信号を比較して、真空ポンプ２の状態を確認する場合、２つの回転速度センサが必要である。
また、上述した実施形態では、ＰＷＭ制御の基準周波数を第１の基準周波数から第２の基準周波数に切替えることを要求する振動低減運転信号について説明したが、第２の基準周波数から第１の基準周波数に切替えることを要求する信号であっても良いし、その他任意の基準周波数間で切替えることを要求する信号であっても良い。
また、上述した実施形態では、タイミング記憶部３８がＯＦＦからＯＮに切替わる場合だけを説明したけれども、タイミング記憶部３８がＯＮからＯＦＦに切替わっても良い。
また、上述した実施形態では、外部入力部４０を手動切替えスイッチとして説明したけれども、振動低減運転信号がＯＦＦとＯＮとの間で切替われば、任意の形態のもので良い。例えば、真空度を示す信号によって作動するスイッチ、電子顕微鏡等のチャンバの開閉蓋と連動したスイッチ等であっても良い。
また、上述した実施形態では、コントローラ４の要素をモータコントローラ部３０、基準周波数発生部３２、基準周波数切替え部３４、ポンプ運転監視部３６、タイミング記憶部３８、外部入力部４０としたが、これらの構成要素をどのように組み合わせて実施形態にするかは任意である。例えば、上述の実施形態では、１つの真空ポンプ本体２に対して１つのコントローラを設けたが、例えば、１つの真空ポンプ本体２に対して、第１の基準周波数発生部を有する第１のコントローラと、第２の基準周波数発生部を有する第２のコントローラを設けて、真空ポンプ本体２に接続されるコントローラを切替えても良い。

本発明による真空ポンプの構成要素を示すブロック図である。 ターボ分子ポンプの縦断面図である。 モータドライバ部の制御フローを示すフローチャートである。 ポンプ運転監視部の制御フローを示すフローチャートである。 本発明による真空ポンプの第１の動作シーケンスを示す図である。 本発明による真空ポンプの第２の動作シーケンスを示す図である。 本発明による真空ポンプの第３の動作シーケンスを示す図である。 ＰＷＭ制御の基準周波数とその基準周波数により発生するモータトルクとの関係を示す図である。

符号の説明

１ 真空ポンプ
２ 真空ポンプ本体
４ コントローラ
６ 吸気口
８ 排気口
１０ ケーシング
１４ ロータ
１６ モータ
１８ 回転速度センサ
２０ 磁気軸受け部
２２ 磁気軸受け部
２４ 磁気軸受け部
３０ モータコントローラ部
３２ 基準周波数発生部
３４ 基準周波数切替え部
３６ ポンプ運転監視部
３８ タイミング記憶部
４０ 外部入力部

Claims (10)

1. ＰＷＭ制御されるモータによって作動される真空ポンプであって、
   真空ポンプを作動させるためのモータと、前記モータを制御するコントローラと、を有し、前記コントローラは、
   ＰＷＭ制御の基準周波数に基づく駆動電流を前記モータに供給するためのモータコントローラ手段と、
   少なくとも２種類の基準周波数を発生させる基準周波数発生手段と、
   前記モータが定格回転速度で回転する定格運転中、ＰＷＭ制御の基準周波数を切替える基準周波数切替え手段と、を有することを特徴とする真空ポンプ。
2. 前記基準周波数発生手段は、第１の基準周波数と、この第１の基準周波数よりも小さいトルクを発生させ且つ前記第１の基準周波数よりも高い第２の基準周波数を発生させることができ、
   前記基準周波数切替え手段は、定格運転中、ＰＷＭ制御の基準周波数を前記第１の基準周波数から前記第２の基準周波数に切替えることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
3. 前記第１の基準周波数は、最大トルクを発生させる基準周波数又はその近傍の基準周波数である請求項２に記載の真空ポンプ。
4. 前記真空ポンプは、吸気口及び排気口を有するケーシングと、吸気口に入ってきた気体を排気口に向って推進させるように前記ケーシングの内部で前記ケーシングに対して回転可能なロータと、前記ロータを前記ケーシングに対して磁気的に浮上させるための磁気軸受け部と、を有し、前記モータは、前記ロータを前記ケーシングに対して回転させることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の真空ポンプ。
5. 前記コントローラは、更に、適用すべき基準周波数を指示する指示信号を前記モータコントローラ手段に供給するためのポンプ運転監視手段を有し、このポンプ運転監視手段は、定格運転中、基準周波数を切替えることを指示する切替え指示信号を前記モータコントローラ手段に供給し、前記モータコントローラ手段は、前記ポンプ運転監視手段から前記切替え指示信号を受取ったとき、ＰＷＭ制御の基準周波数を前記基準信号切替え手段によって切替えることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の真空ポンプ。
6. 前記コントローラは、更に、前記モータコントローラ手段に適用すべき基準周波数を切替えることを要求する運転切替え要求信号を、記憶された所定のタイミングで前記ポンプ運転監視手段に供給することが可能なタイミング記憶手段を有し、
   前記ポンプ運転監視手段は、前記タイミング記憶手段から運転切替え要求信号が供給されたとき、前記切替え指示信号を前記モータコントローラ手段に供給することを特徴とする請求項５に記載の真空ポンプ。
7. 前記コントローラは、更に、前記モータコントローラ手段に適用すべき基準周波数を切替えることを前記ポンプ運転監視手段に要求する運転切替え要求信号を外部から入力するための外部入力手段を有し、
   前記ポンプ運転監視手段は、前記外部入力手段から運転切替え要求信号が供給されたとき、前記切替え指示信号を前記モータコントローラ手段に供給することを特徴とする請求項５に記載の真空ポンプ。
8. 前記基準周波数切替え手段は、前記モータにかかる負荷に応じてＰＷＭ制御の基準周波数を切替えることを特徴とする請求項５に記載の真空ポンプ。
9. ＰＷＭ制御されるモータによって作動される真空ポンプの制御方法であって、
   第１の基準周波数に基づくＰＷＭ制御によってモータを定格回転速度まで加速させる加速運転段階と、
   モータが定格回転速度で回転する定格運転中、第１の基準周波数に基づくＰＷＭ制御から、第１の基準周波数と異なる第２の基準周波数に基づくＰＷＭ制御に切替え、定格運転を行う切替え後定格運転段階と、
   第３の基準周波数に基づくＰＷＭ制御によってモータを減速させる減速運転段階と、を有することを特徴とする真空ポンプの制御方法。
10. 前記第２の基準周波数は、前記第１の基準周波数よりも小さいトルクを発生させ且つ前記第１の基準周波数よりも高いことを特徴とする請求項９に記載の制御方法。

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