JP2005315090A - 分子ポンプの温度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ロータの内側にステータを有するねじ溝真空ポンプ部からなる分子ポンプにおいて、分子ポンプのポンプ性能が低下することなく、分子ポンプの起動不良も起こさないような分子ポンプの温度制御手段を提供する。
【解決手段】 ロータ４の外側及び内側にステータ３ａ１、３ｂ１を有すると共に、これらステータ３ａ１、３ｂ１の加熱手段５を有する分子ポンプ１において、前記ロータ及びステータの温度検出手段７ａ、７ｂと、該温度検出手段７ａ、７ｂからの検出信号を入力して前記加熱手段５を制御する制御手段６とを具備し、分子ポンプ１の運転開始後の一定時間に限り前記ステータを所定の温度勾配で加熱制御するように形成した。
【選択図】 図２

Description

本発明はエッチング装置やＣＶＤ装置の排気用等として使用される分子ポンプの温度制御装置に関する。

この種の分子ポンプにおいて、ポンプ内に付着堆積する反応生成物の生成を阻止する対策として、軸方向に交互に配列された複数の回転翼及び固定翼を有するターボ分子ポンプにおいて、ポンプ内部のガス流路に伝熱体からなる隔壁を設け、同隔壁とポンプ外部に位置する加熱部とを熱の良導体により連結し、上記加熱部を加熱する電気ヒータ等の加熱手段を同加熱部に設けてターボ分子ポンプの全体を外部から加熱する方式（引用特許文献１参照）、又は吸気口と排気口を有する筐体内に、吸気側からターボ分子ポンプ部及びねじ溝ポンプ部を順次配設した複合分子ポンプにおいて、該ねじ溝ポンプ部のステータを断熱材からなる支持体により固定し、生成物が付着するポンプ内部のステータ温度を効率よく昇温させる方式（引用特許文献２参照）、又は複合型真空ポンプにおいて、ロータのねじ溝ポンプ部を円筒に形成し、該円筒の外側と内側とに近接して外側ステータと内側ステータをそれぞれ配設すると共に、該内側ステータ及び該外側ステータ或いはケーシングに加熱手段と測温手段とをそれぞれ設け、且つベースに冷却手段を設け、円筒の外側を通過するガス及び内側を通過するガスを、加熱手段と測温手段とによりそれぞれ個別に加温制御する方式（引用特許文献３参照）が知られている。
特許第２８６５９５９号公報 特許第３０９８１４０号公報 実開平６−１２７９４号公報

ねじ溝真空ポンプ部を有する分子ポンプにおいて、凝着性を有するガスの排気では、ステータの温度が高いほど、排気の生成物付着防止に効果的であり、このため、ステータに加熱手段を備えたものが多い。

分子ポンプの起動時には、前記ステータの加熱によりロータの温度よりもステータの温度が高くなり、ロータとステータの間に７０℃以上の逆温度差ΔＴを生ずることがある。

前記引用文献３の如く、ロータの内周側にもステータが配置されているねじ溝真空ポンプの設計に当っては、この温度差ΔＴによるロータとステータの熱膨張差を考慮して、内側ステータとロータとの間の隙間（ギャップ）を充分広くしておく必要があった。

しかし、このギャップを大きくすることは、ねじ溝真空ポンプのポンプ性能を悪化させるという問題があった。

又、前記温度差ΔＴの設計上の見込みが低く、更に前記ステータに生成物が付着した場合には、図５に示す分子ポンプ断面図の、内側ステータの先端部Ｘ付近でのロータロックにより、分子ポンプが起動不良を起こすことがあるという問題点があった。

尚、図５において、ａは外側ステータ、ｂは内側ステータ、ｃはロータ、又、ｄは加熱手段を示す。

本発明は、これらの問題点を解消し、分子ポンプのポンプ性能が低下せず、又、起動不良を起こすことのないようなねじ溝真空ポンプ部を有する分子ポンプの温度制御装置を提供することを目的とする。

本発明は前記の目的を達成すべく、互に連設されている外側ステータと内側ステータとの対向面間に形成される円筒状の空隙部に円筒状のロータを介入配置し、ロータとステータの対向面のいずれか一方の面にねじ溝を形成したねじ溝真空ポンプ部を有する分子ポンプにおいて、前記ステータの温度を検出する温度検出手段と、前記ステータを加熱する加熱手段と、該温度検出手段からの検出信号を入力して前記ステータを設定温度に制御する制御信号を前記加熱手段に出力する制御手段とを具備し、該制御手段はポンプの運転開始後の一定時間内に限り前記ステータを所定の温度勾配で加熱制御することを特徴とする。

ロータの内側にステータを有するねじ溝真空ポンプ部からなる分子ポンプにおいて、分子ポンプのポンプ性能が低下することなく、又、分子ポンプの起動不良も起こさないような分子ポンプの温度制御装置を提供できる効果を有する。

本発明の最良の実施の形態である実施例を以下に説明する。

本発明の実施例１を図面に従って説明する。

図１は本発明を適用した複合分子ポンプ１の縦断面図である。

該複合分子ポンプ１はターボ分子ポンプ部２とねじ溝真空ポンプ部３とからなる。

排気は吸気口１ａから吸入され、ターボ分子ポンプ部２、ねじ溝真空ポンプ部３を経て、排気口１ｂから排出される。

４はロータで、略有蓋円筒状に形成されている。

前記ねじ溝真空ポンプ部３は、内側に円筒面を有する外側ステータ３ａ１と、外側に円筒面を有する内側ステータ３ｂ１との対向面間に形成された円筒状の空間部に、前記ロータ４の円筒状部４ａを介入配置し、該円筒状部４ａの外側に形成の外側ねじ溝真空ポンプ部３ａと該円筒状部４ａの内側に形成の内側ねじ溝真空ポンプ部３ｂとからなる。

本実施例では、外側ねじ溝真空ポンプ部３ａのねじ溝は前記ロータ４の円筒状部４ａの外周面に刻設されており、又、内側ねじ溝真空ポンプ部３ｂのねじ溝は前記内側ステータ３ｂ１の外周面に刻設されている。

前記外側ステータ３ａ１の内周面と前記ロータ４の円筒状部４ａの外周面との間には隙間（ギャップ）３ａ２が設けられており、又、前記内側ステータ３ｂ１の外周面と前記ロータ４の円筒状部４ａの内周面との間には隙間（ギャップ）３ｂ２が設けられている。これらギャップ３ａ２及び３ｂ２は、外側ステータ３ａ１とロータ４との最大温度差、及び又は、内側ステータ３ｂ１とロータ４との最大温度差に基づく各熱膨張の違いを見込んで、安全な寸法のギャップとなるように設計されている。

尚、前記外側ステータ３ａ１と内側ステータ３ｂ１とは互いに接続して一体に形成されているため、両ステータ３ａ１、３ｂ１は常に略等しい温度となる。

前記外側ステータ３ａ１の外周部には、該外側ステータ３ａ１を取り囲むように加熱手段（ヒータ）５が設けられていて、後述する制御手段６によって該加熱手段（ヒータ）５の発熱量を制御するようになっている。

図２に該制御手段６による制御系のブロック線図を示した。

即ち、温度検出手段７はステータの温度を検出する第１温度センサー７ａとロータの温度を検出する第２温度センサー７ｂとからなり、該第１温度センサー７ａはシース熱電対の感熱部からなり、該感熱部７ａは前記内側ステータ３ｂ１の後端部等に取付けられている。又前記第２温度センサー７ｂは放射温度計からなり、ロータの外周面に対向する外側ステータ３ａの内周面に設けられ、該ロータの放射熱より該ロータの温度を計測するようにしている。尚、前記第２温度センサー７ｂは、後述する理由により無くてもよい。

加熱手段５は電熱ヒータからなり、前記外側ステータ３ａ１の外周部を取り巻くように設置されている。

又、制御手段６はＣＰＵからなる制御装置であり、該制御装置６は分子ポンプ１の外部に設けられており、該制御装置６の入力側に前記第１、第２温度センサー７ａ、７ｂをＡ／Ｄ変換器８ａを介して接続すると共に、該制御装置６の出力側に前記ヒータ５をＤ／Ａ変換器８ｂを介して接続した。

そして制御装置６は、通常の運転時には前記温度検出手段７からの信号を入力して、通常のＰＩＤ制御を行い、この制御信号を入力したヒータ５が外側ステータ３ａ１の加熱を行なっている。

尚、ロータ４の熱容量は外側ステータ３ａ１と内側ステータ３ｂ１の合計熱容量よりも大きいため、この加熱によりステータ３ａ１、３ｂ１はロータ４よりも先に温度上昇する。

このため該制御装置６は、分子ポンプ起動時に、前記第１温度センサー７ａによってステータ温度が所定の温度以上になった場合や、前記第１温度センサー７ａと前記第２温度センサー７ｂを用いてその温度差が定常運転時の逆温度差以上になった場合は、一定時間に限りステータ温度の温度上昇勾配がロータ温度の温度上昇勾配と同じくなるようなヒータ制御に切替えられる。

このステータ温度の温度上昇勾配の制御について、図３のグラフを用いて説明する。

図３は、分子ポンプを常温から起動すると同時にステータ加熱を開始した場合の、ロータ及びステータの温度変化の実験値を示し、横軸が時間で、縦軸が温度℃である。

図３において、実線の曲線ＡＢＣは、通常のＰＩＤ制御によりステータの加熱制御を行なった場合のステータ温度の変化を示し、これは円弧状の温度上昇曲線を示している。又、略直線状の実線の曲線Ｇはロータ温度の変化を示す。

又、実線の曲線ＤＥＦは、該ロータ温度と前記ステータ温度との逆温度差の変化を示す逆温度曲線である。

このように、通常のＰＩＤ制御では、前記逆温度曲線ＤＥＦの最大値は、起動３時間後に約７０℃の逆温度差となる。

この逆温度差で分子ポンプを設計した場合、内側ステータ３ｂ１とロータ４とのギャップ３ｂ２を相当大きな値とする必要がある。

これに対し、本発明のステータ温度制御方法は、運転開始後の一定時間内に限り、所定の温度勾配で加熱制御するようにした。

本実施例では、通常のＰＩＤ制御によって前記逆温度差ＤＥＦが約５０℃となった時点でステータ加熱の制御方法を切替えて、図３の破線Ｂ´で示す温度勾配でステータを昇温させるようにした。

即ち、図３のグラフより、内側ステータ温度が７０℃になったときに逆温度差が約５０℃になるので、運転開始直後はＰＩＤ制御を実行し、第１温度センサー７ａにより内側ステータ温度が７０℃になったことを検出したときに、該第１温度センサー７ａからの出力信号により制御装置６はＰＩＤ制御から切換えて図３の破線Ｂ´で示す温度勾配１０℃／ｈでステータを上昇させ、内側ステータ温度が定常運転の最高温度即ち図３の１１５℃になったときに第１温度センサー７ａからの出力信号により制御装置６は前記温度勾配でのステータの温度上昇からＰＩＤ制御の実行にもどす。この温度制御方式においては、第２温度センサー７ｂは不必要となる。

尚、複合分子ポンプ１が第１温度センサー７ａと共に第２温度センサー７ｂも具備している場合には、ロータ温度Ｇとステータ温度Ｃとを同時に実測して逆温度差Ｅを算出し、運転開始後に該逆転温度差Ｅが所定値（５０℃）を超えそうになったときには、制御装置６はＰＩＤ制御から切換えて図３の破線Ｂ´で示す温度勾配１０℃／ｈでステータを昇温っせ、内側ステータ温度が定常値Ｃになったときに元のＰＩＤ制御に戻すようにする。

このように、ステータ温度と共にロータ温度を計測すると、制御装置６による制御の精度向上が期待される。

尚、本実施例ではこの温度勾配は毎時１０℃程度としたが、これはロータ温度曲線Ｇの温度上昇勾配と略同じである。このように一定時間ステータの温度上昇が所定の温度勾配となるように制御すると、この間の逆温度差は図３の破線Ｅ´の如く、５５℃の略一定に保たれる。

こうして分子ポンプ起動時のロータとステータの最大逆温度差を引き下げることにより、分子ポンプ設計時に前記ギャップ３ｂ２を小さく設定することができるので、これは分子ポンプの性能向上につながる。

本発明の実施例２を図４により説明する。

ここで図４は、分子ポンプを常温から起動すると同時にステータ加熱を開始した場合の、ロータ及びステータの温度変化の実験値を示す。

本実施例では、前記実施例１におけるのと略同様の制御手段６において、通常のＰＩＤ制御による加熱によって逆温度差ＤＥＦが約３７℃となった処でステータ加熱の制御方法を切替えて、図４の破線Ｂ´で示す温度勾配でステータを昇温させるようにした。

本実施例では、この温度勾配を毎時８℃としたが、これはロータ温度曲線Ｇの温度上昇勾配と略同じである。又、この時の逆温度差は図４の破線Ｅ´の如くなり、分子ポンプ起動時に存在していたロータとステータの逆温度差のピークを無くして、最高でも定常運転時に生じている４０℃の逆温度差とすることができた。

これにより、ロータとステータ間のギャップを小さくできるので、分子ポンプの性能向上につながる。

尚、分子ポンプ起動時のロータ４の温度上昇は、図３及び図４におけるロータ温度曲線Ｇの如く、略一定の割合で直線的に変化している。このため、起動後の時間によりロータ４の温度を推定できることから、ロータ４の温度センサー７ｂを省略して、ステータの温度センサー７ａの検出値のみを用いて前記ヒータ制御を行なうようにしてもよい。

本発明の分子ポンプの温度制御装置はエッチング装置やＣＶＤ装置の排気用として使用する複合分子ポンプ等に利用される。

本発明の実施例１の複合分子ポンプの縦断面図である。 制御系のブロック線図である。 実施例１の制御における温度変化を説明するグラフである。 実施例２の制御における温度変化を説明するグラフである。 従来の複合分子ポンプの一例の一部縦断面図である。

符号の説明

１ 分子ポンプ（複合分子ポンプ）
３ ねじ溝真空ポンプ部
３ａ１ 外側ステータ
３ｂ１ 内側ステータ
４ ロータ
５ 加熱手段（ヒータ）
６ 制御手段（制御装置）
７ａ、７ｂ 温度検出手段（温度センサー）

Claims (5)

1. 互に連設されている外側ステータと内側ステータとの対向面間に形成される円筒状の空隙部に円筒状のロータを介入配置し、ロータとステータの対向面のいずれか一方の面にねじ溝を形成したねじ溝真空ポンプ部を有する分子ポンプにおいて、前記ステータの温度を検出する温度検出手段と、前記ステータを加熱する加熱手段と、該温度検出手段からの検出信号を入力して前記ステータを設定温度に制御する制御信号を前記加熱手段に出力する制御手段とを具備し、該制御手段はポンプの運転開始後の一定時間内に限り前記ステータを所定の温度勾配で加熱制御することを特徴とする分子ポンプの温度制御装置。
2. 前記所定の温度勾配によるステータの加熱制御により、前記ロータとステータの温度差が所定値以下となるように形成したことを特徴とする請求項１に記載の分子ポンプの温度制御装置。
3. 前記ステータの所定の温度勾配による加熱は、通常のＰＩＤ制御による円弧状の温度上昇曲線の一部を勾配を有する直線で置き換える制御としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分子ポンプの温度制御装置。
4. 前記所定の温度勾配を、毎時５℃乃至毎時１３℃としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１に記載の分子ポンプの温度制御装置。
5. 前記ロータとステータの温度差の所定値を５５℃以下としたことを特徴とする請求項２に記載の温度制御装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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