JP2006037739A - ターボ分子ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ターボ分子ポンプの温度上昇勾配を変化させることができて、ターボ分子ポンプの損傷を防止できるターボ分子ポンプ装置を提供すること。
【解決手段】 温度センサ３は、ターボ分子ポンプ１の温度を検出して信号を第２制御部１２に出力する。また、第１制御部１１は、ターボ分子ポンプ１に内蔵されている機種判別抵抗に一定の電圧を印可して、その抵抗値を検出することにより、ターボ分子ポンプ１の機種を検出して目標温度および温度上昇勾配を設定して、信号を第２制御部１２に出力する。また、第２制御部１２は、温度センサ３からの信号と、第１制御部１１からの信号を受けて、ヒータ７の電源をオンオフ制御して、ターボ分子ポンプ１が上記目標温度に到達するまで、ターボ分子ポンプ１の温度を、上記温度上昇勾配に略沿うように上昇させるようになっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ヒータを備えたターボ分子ポンプ装置に関する。

従来、ターボ分子ポンプ装置としては、ターボ分子ポンプと、このターボ分子ポンプを温めるためのヒータとを備えたものがある。

上記ヒータは、ターボ分子ポンプを所定の温度にして、ターボ分子ポンプのロータに反応生成物が堆積するのを防止したり、ガスの排気を促進したりするようになっている。

上記従来のターボ分子ポンプ装置では、ターボ分子ポンプの温度を上昇させるとき上記ヒータを常時運転状態にして、ターボ分子ポンプを目標温度に到達させるようにしている。

しかしながら、上記従来のターボ分子ポンプ装置では、上記ヒータを常時運転状態にしているので、ターボ分子ポンプの温度上昇勾配が、ヒータの容量と、ターボ分子ポンプのハウジングの熱容量によって決まってしまって、ターボ分子ポンプの温度上昇勾配（時間に対する温度上昇）を変化させることができなかった。

このため、温度上昇が急激である場合に、ターボ分子ポンプのロータとハウジングとの間に熱膨張差が生じてロータとハウジングとの隙間が小さくなって、ロータとハウジングが接触してターボ分子ポンプが損傷するという問題がある。
特開２００２−２５７０７９号公報

そこで、本発明の課題は、ターボ分子ポンプの温度上昇勾配を変化させることができてターボ分子ポンプの損傷を防止できるターボ分子ポンプ装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明のターボ分子ポンプ装置は、
機種を特定する特定部を有するターボ分子ポンプと、
上記ターボ分子ポンプの温度を検出する温度検出手段と、
上記特定部を参照して上記ターボ分子ポンプの機種を判別する機種判別手段と、
上記ターボ分子ポンプを温めるヒータと、
上記機種判別手段からの信号に基づいて目標温度および温度上昇勾配を設定する条件設定手段と、
上記温度検出手段からの信号および上記条件設定手段からの信号に基づいて、上記ヒータを制御することによって、上記ターボ分子ポンプが上記目標温度に到達するまで、上記ターボ分子ポンプの温度を、上記温度上昇勾配に略沿うように上昇させるヒータ制御手段と
を備えることを特徴としている。

尚、上記温度上勾配を、単位時間に対する温度変化量ΔＴ／Δｔ［℃／ｓ］（ここで、Ｔは温度を示し、ｔは時間を示す）として定義するものとする。

本発明によれば、上記ターボ分子ポンプの特定部を機種判別手段で参照して上記ターボ分子ポンプの機種を判別するので、ターボ分子ポンプの機種毎に最適な温度上昇勾配でターボ分子ポンプの温度を制御できる。

また、本発明によれば、ターボ分子ポンプの機種が異なる場合でも同一の上記条件設定手段および上記ヒータ制御手段を使用できる。したがって、上記条件設定手段および上記ヒータ制御手段の大量生産が可能になって、ターボ分子ポンプ装置の製造コストを大幅に低減できる。

また、本発明によれば、上記ヒータ制御手段は、上記温度検出手段からの信号および上記条件設定手段からの信号に基づいて、上記ヒータを制御することによって、上記ターボ分子ポンプが上記目標温度に到達するまで、上記ターボ分子ポンプの温度を、上記温度上昇勾配に略沿うように上昇させる。したがって、上記ターボ分子ポンプの温度上昇勾配が、上記温度上昇勾配から逸脱することがなくて、上記ターボ分子ポンプの温度が急激に上昇することがない。したがって、上記ターボ分子ポンプのロータとハウジングが接触してターボ分子ポンプが損傷することを防止できる。

また、一実施形態のターボ分子ポンプ装置は、上記条件設定手段が、外部から温度を表す信号を受ける温度設定端子と、外部から温度上昇勾配を表す信号を受ける勾配設定端子とを備え、上記条件設定手段が、外部から上記目標温度設定端子を介して信号を受けると目標温度を設定すると共に、外部から上記勾配設定端子を介して信号を受けると温度上昇勾配を設定する。

上記実施形態によれば、上記条件設定手段が、外部から温度を表す信号を受ける温度設定端子と、外部から温度上昇勾配を表す信号を受ける勾配設定端子とを備えるので、ユーザーが目標温度を変更したい場合に、ユーザーが外部から上記温度設定端子に温度を表す信号を入力することによって目標温度を変更することができ、かつ、ユーザーが温度上昇勾配を変更したい場合に、ユーザーが外部から上記勾配設定端子に温度を表す信号を入力することによって、温度上昇勾配を変更することができる。

また、一実施形態のターボ分子ポンプ装置は、上記ヒータ制御手段が、上記温度検出手段からの信号および上記条件設定手段からの信号を受けて上記ヒータを制御するための制御信号を生成する制御信号生成部と、上記制御信号生成部からの信号に基づいて上記ヒータの電源をオンオフ制御するオンオフ制御部とを備える。

上記実施形態によれば、上記ヒータの電源のオンオフ制御によって、上記ターボ分子ポンプの温度を、上記温度上昇勾配に略沿うように上昇させるので、電源のオンの時間を変更するだけで、如何なる容量（種類）のヒータを用いても上記ターボ分子ポンプの温度を同一の温度上昇勾配に容易に略沿うように上昇させることができる。

また、同じヒータを用いた場合に、電源のオンの時間を変更するだけで、異なる温度上昇勾配を容易に実現することができる。

また、一実施形態のターボ分子ポンプ装置は、上記ターボ分子ポンプが上記目標温度に到達した後、上記ヒータ制御手段が、上記温度検出手段からの信号に基づいて上記ヒータの電源のオンオフ制御を行うことにより、上記ターボ分子ポンプの温度が、上記目標温度を含む所定の温度域に制限される。

上記実施形態によれば、上記ターボ分子ポンプが上記目標温度に到達した後、上記ターボ分子ポンプの温度が、上記ヒータ制御手段によって上記目標温度を含む所定の温度域に制限されるので、上記ターボ分子ポンプが上記目標温度に到達した後、上記ターボ分子ポンプの温度が上記目標温度から大きく逸脱することがない。したがって、例えば、ターボ分子ポンプを真空ポンプとして使用した場合、ターボ分子ポンプのロータに反応生成物が堆積するのを効率的に防止できると共に、ガスの排出を効率的に行うことができて、超高真空を短時間で実現できる。

本発明のターボ分子ポンプ装置によれば、ヒータ制御手段が、温度検出手段からの信号および条件設定手段からの信号に基づいて、ヒータを制御することによって、ターボ分子ポンプが目標温度に到達するまで、ターボ分子ポンプの温度を、温度上昇勾配に略沿うように上昇させるので、上記ターボ分子ポンプの温度上昇が、上記温度上昇勾配から逸脱することがなくて、上記ターボ分子ポンプの温度が急激に上昇することがない。したがって、上記ターボ分子ポンプのロータとハウジングが接触してターボ分子ポンプが損傷することを防止できる。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態のターボ分子ポンプ装置を示す図である。

このターボ分子ポンプ装置は、ターボ分子ポンプ１と、ＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）制御装置２と、温度検出手段としての温度センサ３と、温度センサ用ケーブル４と、磁気軸受制御ケーブル５と、ヒータ７と、ヒータ用ケーブル８とを備える。

上記ＤＳＰ制御装置２は、第１制御部１１と、第２制御部１２とから成っている。上記第１制御部１１は、機種判別手段の役割と、条件設定手段の役割とを兼用しており、第２制御部１２は、ヒータ制御手段としての役割を担っている。上記温度センサ用ケーブル４は、温度センサ３と第２制御部１２とを接続し、ヒータ用ケーブル８は、ヒータ７と第２制御部１２とを接続している。また、磁気軸受制御ケーブル５は、ターボ分子ポンプ１と第１制御部１１とを接続している。また、上記ヒータ７は、略筒形状をしており、ターボ分子ポンプ１のハウジング１０の回りを取り囲むように配置されている。

上記ターボ分子ポンプ１は、上記ハウジング１０と、ハウジング１０内に配置されたロータ（図示せず）と、上記ロータを回転させる電動モータ（図示せず）と、上記ロータの軸方向および径方向の変位を検出するための変位検出器（図示せず）と、上記ロータを軸方向の所定の目標位置に磁気的に非接触支持する一組の制御型アキシアル磁気軸受（図示せず）と、上記ロータを径方向の所定の目標位置に磁気的に非接触支持するロータ軸方向に互いに間隔をおいて設けられた二組の制御型ラジアル磁気軸受（図示せず）とを備える。

上記ターボ分子ポンプ１は、特定部の一例としての機種判別抵抗を内蔵している。この機種判別抵抗の抵抗値は、ターボ分子ポンプ１の機種毎に異なる値に設定されている。また、上記ハウジング１０には、吸気口（図示せず）と排気口（図示せず）とが形成されている。上記ターボ分子ポンプ１は、真空ポンプとしての役割を果たしており、上記吸気口には、真空室につながる真空管が接続されている。

上記第１制御部１１は、磁気軸受制御ケーブル５を介して、上記変位検出器からの信号を受けると、上記ロータの軸方向および径方向の変位を検出するようになっている。また、上記第１制御部１１は、上記ロータの軸方向および径方向の変位を検出すると、磁気軸受制御ケーブル５を介して、上記一組の制御型アキシアル磁気軸受と、上記ロータ軸方向に互いに間隔をおいて設けられた二組の制御型ラジアル磁気軸に信号を出力して、上記一組の制御型アキシアル磁気軸受を制御して、上記ロータを軸方向に所定の目標位置に位置決めすると共に、上記ロータ軸方向に互いに間隔をおいて設けられた二組の制御型ラジアル磁気軸を制御して、上記ロータを径方向に所定の目標位置に位置決めするようになっている。

また、上記磁気軸受制御ケーブル５内には、機種判別抵抗の両端に接続された２本の導線が配置されている。上記第１制御部１１は、導線を介して機種判別抵抗に一定の電圧を印可して機種判別抵抗の抵抗値を測定することにより、ターボ分子ポンプ１の機種を判別するようになっている。上記第１制御部１１は、ターボ分子ポンプ１の機種を判別すると、目標温度と温度上昇勾配を決定し、第２制御部１２に信号を出力するようになっている。

上記目標温度および温度上昇勾配は、第１制御部１１にターボ分子ポンプ１の機種毎に予め設定されている。しかしながら、ユーザーは、第１制御部１１の外面に形成されている温度設定端子１７に信号を入力することにより、目標温度を変更することができ、また、第１制御部１１の外面に形成されている勾配設定端子１８に信号を入力することにより、温度上昇勾配を変更することができるようになっている。そして、ある機種のターボ分子ポンプの使用中に目標温度および温度上昇勾配の内の少なくとも一方の条件が一度設定され直されると、その機種において、その設定され直された条件が保存されるようになっている。

上記第２制御部１２は、制御信号生成部と、オンオフ制御部としての電源オンオフ回路とを有する。上記制御信号生成部は、第１制御部１１からの信号を受けると共に、温度センサ３からの信号を温度センサ用ケーブル４を介して断続的に受けて、ヒータ７を制御するための制御信号を生成して、その制御信号を電源オンオフ回路に出力するようになっている。また、上記電源オンオフ回路は、制御信号生成部からの制御信号に基づいて、ヒータ用ケーブルを介して信号を出力することにより、ヒータの電源をオンオフ制御して、ターボ分子ポンプ１が上記目標温度に到達するまで、ターボ分子ポンプ１の温度を、上記温度上昇勾配に略沿うように上昇させるようになっている。

また、上記ターボ分子ポンプ１が上記目標温度に到達すると、上記制御信号生成部は、ターボ分子ポンプ１の運転が停止状態になるまで、温度センサ３からの信号を温度センサ用ケーブル４を介して断続的に受けて、電源オンオフ回路に信号を出力するようになっている。詳しくは、上記制御信号生成部は、ヒータの電源をオンオフ制御して、ターボ分子ポンプ１の温度を、上記目標温度の上下３℃以内の温度域に制限するようになっている。

図２は、この発明の第２実施形態のターボ分子ポンプ装置の制御系のブロック図である。

以下に、図２を用いて、第２実施形態のターボ分子ポンプ装置の制御を説明することにする。

尚、図２において、特定部３１とは、第２実施形態におけるターボ分子ポンプが有する８ビット情報のことを言うことにする。詳細には、ターボ分子ポンプには、ハイの電圧の状態とローの電圧の状態を取りうる三つのポート、すなわち、Ａ、ＢおよびＣ（図示せず）が形成されており、Ａ、ＢおよびＣは、例えば、Ａがハイ、Ｂがロー、Ｃがハイや、Ａがハイ、Ｂがハイ、Ｃがロー等、機種毎に違った状態を取るようになっている（この特定部は、ターボ分子ポンプの機種が８種類以下である場合に採用可）。

図２において、機種判別回路３２は、特定部３１の情報を参照して、ポンプ機種信号を制御部３５に出力するようになっている。また、温度検出回路３４は、温度センサ部３３が検出した物理情報を温度信号に変えて制御部３５に出力するようになっている。また、上記制御部３５は、ポンプ機種信号に基づいて、目標温度および温度情報勾配を決定するようになっており、また、これら目標温度情報および温度上昇勾配情報と共に、温度検出回路３４からの温度信号に基づいて、電源ＯＮ／ＯＦＦ回路３６に制御信号を出力するようになっている。上記制御部３５は、電源ＯＮ／ＯＦＦ回路３６に制御信号を出力することによって、ヒータ３７のヒータ用電源３８をオンオフ制御することにより、ターボ分子ポンプが上記目標温度に到達するまで、ターボ分子ポンプの温度を、上記温度上昇勾配に略沿うように上昇させるようになっている。

第２実施形態において、上記温度センサ部３３および温度検出回路３４は、温度検出手段を構成し、機種判別回路３２は、機種判別手段を構成している。また、制御部３５は、条件設定手段を構成し、制御部３５および電源ＯＮ／ＯＦＦ回路３６は、ヒータ制御手段を構成している。

尚、第２実施形態のターボ分子ポンプ装置においても、第１実施形態のターボ分子ポンプ装置と同様に、温度設定端子３９を介して外部から目標温度を入力できるようになっており、勾配設定端子４０を介して外部から温度上昇勾配を設定できるようになっている
図３は、温度上昇勾配の幾つかの例と目標温度、その温度勾配を実現するためのヒータ用電源の状態（オンまたはオフ状態）の経時変化を示す図である。詳細には、図３（Ａ）は、機種判別手段に入力されている異なる３種類のターボ分子ポンプに対応する温度上昇勾配ａ１、ａ２およびａ３と、目標温度Ｔ２とを示す図であり、図３（Ｂ）は、上記温度上昇勾配ａ１、ａ２およびａ３を実現できるヒータ用電源の状態（オンまたはオフ状態）の経時変化を定性的に示す図である。尚、三つの温度上昇勾配ａ１、ａ２およびａ３を実現しているヒータは、同一である。

図３（Ａ）に示すように、この例では、三つの機種における目標温度は、全部同じ温度Ｔ２になっている。

また、図３（Ａ）および（Ｂ）に示すように、最も大きな温度上昇勾配ａ１（（Ｔ２―Ｔ１）／ｔ１）を実現しているヒータ用電源の状態の経時変化を示しているパルス波６０においては、ヒータ用電源オンの時間が最も長くなっている一方、最も小さな温度上昇勾配ａ３（（Ｔ２―Ｔ１）／ｔ３）を実現しているヒータ用電源の経時変化を示しているパルス波６２においては、ヒータ用電源オンの時間が最も小さくなっている。また、中間の温度上昇勾配ａ２（（Ｔ２―Ｔ１）／ｔ２）を実現しているヒータ用電源の状態の経時変化を示しているパルス波６１においては、ヒータ用電源オンの時間が中間の長さになっている。

このように、ヒータ用電源をオンオフ制御することによって、ターボ分子ポンプを温度上昇させるようにすれば、一種類のヒータで、そのヒータが実現できる最大の温度上昇勾配以下の如何なる温度上昇勾配も、実現することができる。

上記第１および第２実施形態のターボ分子ポンプ装置によれば、ターボ分子ポンプ１の特定部３１を機種判別手段で参照してターボ分子ポンプ１の機種を判別するので、ターボ分子ポンプ１の機種毎に最適な温度上昇勾配でターボ分子ポンプの温度を制御できる。

また、上記第１および第２実施形態のターボ分子ポンプ装置によれば、ターボ分子ポンプ１の機種が異なる場合でも同一の条件設定手段およびヒータ制御手段を使用できる。したがって、上記条件設定手段およびヒータ制御手段の大量生産が可能になって、ターボ分子ポンプの製造コストを大幅に低減できる。

上記第１および第２実施形態のターボ分子ポンプ装置によれば、ヒータ制御手段（第２制御部１２、または、制御部３５および電源ＯＮ／ＯＦＦ回路３６）が、温度検出手段（温度センサ３、または、温度センサ部３３および温度検出回路３４）からの信号および条件設定手段（第１制御部１１、または、制御部３５）からの信号に基づいて、ヒータ（７、または、３７）を制御することによって、ターボ分子ポンプ１が目標温度に到達するまで、ターボ分子ポンプ１の温度を、上記条件設定手段が設定した温度上昇勾配に略沿うように上昇させるので、ターボ分子ポンプ１の温度上昇が、上記温度上昇勾配から逸脱することがなくて、ターボ分子ポンプ１の温度が急激に上昇することがない。したがって、ターボ分子ポンプ１のロータとハウジングが接触してターボ分子ポンプが損傷することを防止できる。

また、上記第１および第２実施形態のターボ分子ポンプ装置によれば、上記条件設定手段（第１制御部１１、または、制御部３５）が、外部から温度を表す信号を受ける温度設定端子（１７、または、３９）と、外部から温度上昇勾配を表す信号を受ける勾配設定端子（４０、または、１８）とを備えるので、ユーザーが目標温度を変更したい場合に、ユーザーが外部から温度設定端子（１７、または、３９）に温度を表す信号を入力することによって目標温度を変更することができ、かつ、ユーザーが温度上昇勾配を変更したい場合に、ユーザーが外部から勾配設定端子（４０、または、１８）に温度を表す信号を入力することによって、温度上昇勾配を変更することができる。

また、上記第１および第２実施形態のターボ分子ポンプ装置によれば、ヒータ（７、または、３７）の電源のオンオフ制御によって、ターボ分子ポンプ１の温度を、温度上昇勾配に略沿うように上昇させるので、電源３８のオンの時間を変更するだけで、容易に異なる温度上昇勾配を実現することができる。

また、上記第１実施形態のターボ分子ポンプ装置によれば、ターボ分子ポンプ１が目標温度に到達した後、ターボ分子ポンプ１の温度が、上記ヒータ７によって上記目標温度を含む所定の温度域に制限されるので、ターボ分子ポンプ１が上記目標温度に到達した後、ターボ分子ポンプ１の温度が上記目標温度から大きく逸脱することがない。したがって、例えば、ターボ分子ポンプ１を真空ポンプとして使用した場合、ターボ分子ポンプ１のロータに反応生成物が堆積するのを効率的に防止できると共に、ガスの排出を効率的に行うことができて、高真空を短時間で実現できる。

尚、上記第１実施形態のターボ分子ポンプ装置では、上記ターボ分子ポンプ１が上記目標温度に到達すると、上記制御信号生成部が、ヒータの電源をオンオフ制御して、ターボ分子ポンプ１の温度を、上記目標温度の上下３℃以内の温度域に制限するようにしたが、ターボ分子ポンプが目標温度に到達した後、制御信号生成部が、ヒータの電源をオンオフ制御して、ターボ分子ポンプ１の温度を、目標温度の上下３℃以内以外の目標温度を含む所定の温度域に制限しても良い。

また、上記第２実施形態のターボ分子ポンプ装置では、特定部が、８ビットの情報を有する三つのポートＡ,Ｂ,Ｃであったが、特定部は、２^Ｎビットの情報を有するＮ個のポートであっても良くて、機種情報や制御情報等の情報を有する内蔵ＲＯＭ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ等）等のメモリに収容されている機種情報であっても良い。また、特定部は、ジャンパー線、バーコード、ＩＣタグ等であっても良い。また、図３（Ａ）においては、三種類のターボ分子ポンプの全てにおいて、目標温度が全て同じＴ２に設定されていたが、三種類のターボ分子ポンプは、目標温度が全て同じでなくても良いことは勿論である。

本発明の第１実施形態のターボ分子ポンプ装置を示す図である。 本発明の第２実施形態のターボ分子ポンプ装置の制御系のブロック図である。 温度上昇勾配の幾つかの例と目標温度、その温度勾配を実現するためのヒータ用電源の状態（オンまたはオフ状態）の経時変化を示す図である。

符号の説明

１ ターボ分子ポンプ
２ ＤＳＰ制御装置
３ 温度センサ
４ 温度センサ用ケーブル
５ 磁気軸受制御ケーブル
７,３７ ヒータ
８ ヒータ用ケーブル
１１ 第１制御部
１２ 第２制御部
１７,３９ 温度設定端子
１８,４０ 勾配設定端子
３１ 特定部
３２ 機種判別回路
３３ 温度センサ部
３４ 温度検出回路
３５ 制御部
３６ 電源ＯＮ／ＯＦＦ回路
３８ ヒータ用電源
ａ１,ａ２,ａ３ 温度上昇勾配
６０,６１,６２ パルス波

Claims (4)

1. 機種を特定する特定部を有するターボ分子ポンプと、
   上記ターボ分子ポンプの温度を検出する温度検出手段と、
   上記特定部を参照して上記ターボ分子ポンプの機種を判別する機種判別手段と、
   上記ターボ分子ポンプを温めるヒータと、
   上記機種判別手段からの信号に基づいて目標温度および温度上昇勾配を設定する条件設定手段と、
   上記温度検出手段からの信号および上記条件設定手段からの信号に基づいて、上記ヒータを制御することによって、上記ターボ分子ポンプが上記目標温度に到達するまで、上記ターボ分子ポンプの温度を、上記温度上昇勾配に略沿うように上昇させるヒータ制御手段と
   を備えることを特徴とするターボ分子ポンプ装置。
2. 請求項１に記載のターボ分子ポンプ装置において、
   上記条件設定手段は、外部から温度を表す信号を受ける温度設定端子と、外部から温度上昇勾配を表す信号を受ける勾配設定端子とを備え、
   上記条件設定手段は、外部から上記目標温度設定端子を介して信号を受けると目標温度を設定すると共に、外部から上記勾配設定端子を介して信号を受けると温度上昇勾配を設定することを特徴とするターボ分子ポンプ装置。
3. 請求項１または２に記載のターボ分子ポンプ装置において、
   上記ヒータ制御手段は、
   上記温度検出手段からの信号および上記条件設定手段からの信号を受けて上記ヒータを制御するための制御信号を生成する制御信号生成部と、
   上記制御信号生成部からの信号に基づいて上記ヒータの電源をオンオフ制御するオンオフ制御部と
   を備えることを特徴とするターボ分子ポンプ装置。
4. 請求項３に記載のターボ分子ポンプ装置において、
   上記ターボ分子ポンプが上記目標温度に到達した後、上記ヒータ制御手段が、上記温度検出手段からの信号に基づいて上記ヒータの電源のオンオフ制御を行うことにより、上記ターボ分子ポンプの温度が、上記目標温度を含む所定の温度域に制限されることを特徴とするターボ分子ポンプ装置。
   

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