JP2010048169A - ターボ分子ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ本体が取付けられる装置には、ポンプ本体以外にも周辺機器が配置されているため、それらと干渉しないように装置チャンバに取り付ける必要があり、取り付け姿勢に制約があった。ポンプ本体と一体となった電源装置の、表示部、操作スイッチおよび接続コネクタ類が設けられたパネル面の表示の視認や操作スイッチの操作などを容易にする。
【解決手段】電源装置１０は、第１の回路ユニット１１と第２の回路ユニット１２とを備えている。第１の回路ユニット１１は、外部から電力が入力される入力端子１３１が設けられ、ポンプユニット１に対して所定の向きで固定されている。第２の回路ユニット１２は、操作パネル面１２ｂが設けられ、その操作パネル面１２ｂの向きが異なる複数の接続形態で第１の回路ユニットに接続可能に構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポンプ本体とその制御装置とを一体化したターボ分子ポンプに関する。

ターボ分子ポンプにおいて、ポンプ本体とその制御装置とを一体化したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１７３２９３号公報

ポンプ本体が取付けられる装置には、ポンプ本体以外にもブロセス制御用のゲートバルブやマスフローコントローラなどの周辺機器が配置されるとともに、装置冷却用の水配管やブロセス用のガス配管なども設けられる。ポンプ本体はそれらと干渉しないように装置チャンバに取り付ける必要があるため、取り付け姿勢に制約があった。その結果、ポンプ本体と一体となった電源装置の、表示部、操作スイッチおよび接続コネクタ類が設けられたパネル面が、アクセスしにくい方向、例えば、装置内部方向に向いてしまって、表示の視認や操作スイッチの操作などが困難になる場合があった。

請求項１の発明は、固定翼、回転翼および該回転翼が形成された回転体を回転駆動するモータを有するポンプユニットと、該ポンプユニットに一体に設けられ前記モータの駆動制御を行う電源装置とを備えるターボ分子ポンプに適用され、電源装置は、外部から電力が入力される入力端子が設けられ、ポンプユニットに対して所定の向きで固定された第１の回路ユニットと、操作パネル面が設けられ、該操作パネル面の向きが異なる複数の接続形態で第１の回路ユニットに接続可能に構成された第２の回路ユニットとを備えることを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載のターボ分子ポンプにおいて、第１の回路ユニットはモータを駆動する駆動回路が設けられるパワー系の回路であって、第２の回路ユニットは信号制御系の回路であることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２に記載のターボ分子ポンプにおいて、第２の回路ユニットは、最大出力の異なる複数の第１の回路ユニットに信号制御系の回路として接続可能であることを特徴とするターボ分子ポンプ。
請求項４の発明は、請求項１または２に記載のターボ分子ポンプにおいて、第１の回路ユニットに設けられた回路素子を冷却するとともに第２の回路ユニットへの電磁ノイズをシールドするための電導性放熱板を、第１の回路ユニットに設けたものである。

本発明によれば、ポンプユニットに対して、操作パネルの向きを変えることができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明によるターボ分子ポンプの一実施の形態を示す図である。図１に示すターボ分子ポンプは、気体排気を行うポンプユニット１とポンプユニット１を駆動制御する電源装置１０とを備えている。本実施の形態のターボ分子ポンプでは、ポンプユニット１と電源装置１０とが一体化されている。なお、図１ではポンプユニット１については断面を示している。

ポンプユニット１のケーシング２の内部には回転体４が設けられ、回転体４には回転軸３がボルト締結されている。本実施の形態のターボ分子ポンプは磁気浮上式のポンプであって、ラジアル方向の磁気軸受マグネット７およびセンサ７ａ、スラスト方向の磁気軸受マグネット８およびセンサ８ａを備えている。回転軸３は磁気軸受により磁気浮上され、モータＭにより回転駆動される。回転体４には、複数段の回転翼４Ｂおよび回転円筒部４Ｄが形成されている。一方、ケーシング２内には、リング状のスペーサ２Ｓが複数積層され、そのスペーサ２Ｓによって上下に挟まれるように複数段の固定翼２Ｂが設けられている。さらに、複数段の固定翼２Ｂの下部には、内周面に螺旋溝が形成された固定円筒部９Ｄが設けられている。

軸方向に交互に配置された複数段の回転翼４Ｂと複数段の固定翼２Ｂとによりタービン翼部Ｔが構成され、回転円筒部４Ｄと固定円筒部９Ｄとによりモレキュラードラッグポンプ部が構成される。回転円筒部４Ｄは固定円筒部９Ｄの内周面に近接して設けられており、固定円筒部９Ｄの内周面には螺旋溝９Ｍが形成されている。モレキュラードラッグポンプ部では、固定円筒部９Ｄの螺旋溝９Ｍと高速回転する回転円筒部４Ｄとにより、粘性流による排気機能が発生する。吸気口５から流入したガスはタービン翼部Ｔによって図示下方（下流側）へと叩き飛ばされ、下流側に向かって排気される。そのガスは、さらにモレキュラードラッグポンプ部によって圧縮され、排気口６から排出される。

図２は図１に示したターボ分子ポンプの電気的な接続を示すブロック図である。なお、図２では、動力の伝達を実線の矢印で示し、制御信号の伝達を白抜きの矢印で示している。ターボ分子ポンプは、図１で示したように、大きくはポンプユニット１と電源装置１０とに分けられる。電源装置１０はさらに、パワー系ユニット１１と信号制御系ユニット１２とで構成され、分離可能な別々の筐体になっている。パワー系ユニット１１は、外部ＡＣ電源入力をＤＣ電源化するためのＡＣ／ＤＣコンバータ回路１１１を有する。

ＡＣ／ＤＣコンバータ回路１１１は、ＤＣ電力をインバータ／モータドライブ回路１１２および制御電源１１３へと出力する。インバータ／モータドライブ回路１１２は、ポンプユニット１のモータＭを駆動制御する。制御電源１１３は、信号制御ユニット１２に設けられた制御回路１２１およびＭＢドライブ回路１２２の電源を構成している。ＡＣ／ＤＣコンバータ回路１１１およびインバータ／モータドライブ回路１１２はパワー回路であり、電源装置１０の中でも特に消費電力が大きく、放熱のため冷却が必要になる部分である。

信号制御ユニット１２は、制御回路１２１およびＭＢドライブ回路１２２を備えている。ＭＢドライブ回路１２２は、磁気軸受マグネット７，８を駆動制御する。制御回路１２１はマイコンやＤＳＰなどを備え、パワー系ユニット１１の制御、磁気軸受制御およびインターフェース制御を行う。オペレータがアクセスする人的インターフェースとしては、ＲＳ‐２３２Ｃ，Ｒ５‐４８５およびイーサネット（登録商標）などの通信インターフェース１２３と、運転状態や異常アラームを表示または通知する表示部１２４と、運転モ−ドや表示設定などを切り替えるためのスイッチ１２５とを備えている。表示部１２４には、ＬＣＤやＬＥＤが用いられている。

図３は電源装置１０の外観を示す図であり、パワー系ユニット１１と信号制御系ユニット１２とはそれぞれ別個の筐体に分かれている。パワー系ユニット１１と信号制御系ユニット１２との接続形態は、２種類ある。本実施の形態では、図３に示すようにコネクタプラグ１１４を−Ｙ方向に向けてパワー系ユニット１１を配置した場合に、人的インターフェース（通信インターフェース１２３，表示部１２４，スイッチ１２５）が設けられている操作パネル面１２ｂが＋Ｘ方向に向く第１の接続形態と、Ｚ軸に関して１８０°回転して操作パネル面１２ｂを−Ｘ方向に向けた第２の接続形態とがある。

信号制御ユニット１２は、主に実装時の高さが低い表面実装部品で構成されているが、磁気浮上用のパワー回路（ＭＢドライブ回路１２２）やコネクタなど、実装時に高さが高くなる部品も含んでいる。ＭＢドライブ回路１２２は制御回路１２１との信号の授受を高速に行う必要があり、同一の制御基板上に設けられている。

そこで、信号制御系ユニット１２の筐体上面の中央部分をＸ軸方向に沿った凸形状とし、この凸形状部１２ａに上述した背の高い部品を配置するようにした。すなわち、ＭＢドライブ回路１２２は、この凸形状部１２ａの部分に配置される。凸形状部１２ａの部分の筐体高さ（Ｚ軸方向の寸法）は、制御基板上の背の低い部品に合わせて低く抑えるようにした。筐体上面には、凸形状部１２ａの＋Ｘ側にコネクタ１２６が配設されている。

一方、パワー系ユニット１１には、コンデンサやコイルなどの背の高い部品や、放熱用のラジエータなども設けられているので、筐体高さを高くする必要がある。ただし、制御用の回路は表面実装などで背が低くできるので、それをユニット中央に配置し、筐体底面の中央部を、信号制御系ユニット１２の凸形状部１２ａが入り込むような凹部形状１１ａとした。

図４は、パワー系ユニット１１の内部部品の配置例を示す図である。なお、筐体外形は破線で示した。ＡＣ／ＤＣコンバータ回路１１１とインバータ／モータドライブ回路１１２は、一枚のプリント基板（パワー系基板）１１７上に配置される。これらの回路においてスイッチング素子として用いられるＦＥＴやダイオードは発熱量が他の回路素子に比べて大きいため、放熱対策が必要である。これらの部品は、表面実装など実装時の高さの低い部品として、回路ブロック１１８Ｂにまとめて配置されている。放熱効果を高めるために、回路ブロック１１８Ｂは、ヒートシンカ１１９を介して放熱板１３０に接触する構造となっている。ヒートシンカ１１９には、シリコン系のペースト状のものが一般的に使用される。

一方、トランス、コイル、電解コンデンサなど実装時に高さが高く、放熱が必要な部品は回路ブロック１１８Ａにまとめて配置されている。回路ブロック１１８Ａも、ヒートシンカ１１９を介して放熱板１３０に接触する構造となっている。また、この放熱板１３０はアルミ材などで構成され、シャーシの一部を構成しているため、シャーシ全体を冷却することで放熱効果の向上を図ることができる。シャーシの冷却は、放熱の必要性の度合いにより、自然空冷、ファンなどを用いた強制空冷、冷却水などを用いた水冷などを適宜採用すれば良い。なお、回路ブロック１１８Ａ，１１８Ｂ間の基板１１７には、図示していないが表面実装部品が配置されている。

また、制御電源１１３は、消費電力はパワー系基板１１７に設けられた回路ブロック１１８Ａ，１１８Ｂよりは少ないが、放熱が必要な場合には、放熱板１３０に熱伝導ジェルシートなどのヒートシンカを介して接触する構造としても良い。図４に示す例では、制御電源１１３を放熱板１３０の下側に取付け、パワー系ユニット１１のＸ軸方向に断面した場合に、その中央部分が凹んだような形状となるように構成部品を配置している。また、コネクタ１１６が設けられたハーネス１１５はパワー系ユニット１１から信号制御系ユニット１２への配線であり、放熱板１３０の−Ｘ側に設けられた切り欠き部から下方へと取り出す構造とした。

なお、上述した図３の説明では、パワー系ユニット１１の下側および信号制御系ユニット１２の上側は各ユニットの筐体面であるとして説明したが、筐体面を設けなくても良い。すなわち、それぞれを構成する部品の配置形状（外観形状）が、パワー系ユニット１１の場合には中央が凹となっていて、信号制御系ユニット１２の場合には中央が凸となっていれば良い。

パワー系ユニット１１はコンバータなどの大電力スイッチング回路（回路ブロック１１８Ａ，１１８Ｂに相当）を含むため、電磁ノイズの放出が大きくＥＭＣ(Electro-Magnetic Compatibility)適合の際に問題となる。しかし、放熱板１３０にシールド効果があるため、信号制御系ユニット１２のシャーシとあわせて２重シールドの効果が得られ、外部への放出ノイズを低減することができる。また、放出ノイズは信号制御系ユニット１２の回路誤動作の原因ともなるので、パワー系ユニット１１と信号制御系ユニット１２とを分離し上記２重シールドを設けることで、このような誤動作の対策にも効果的である。

図３に戻って、パワー系ユニット１１の下面の各寸法、および信号制御系ユニット１２の上面の各寸法は、「２・Ｌ１１＋Ｌ１２＝２・Ｌ２１＋Ｌ２２」、「Ｌ１２＞Ｌ２２」、「Ｈ１１＞Ｈ２１」のように設定する。パワー系ユニット１１の＋Ｙ側の面には、ＡＣ入力用のコネクタ１３１およびメインスイッチ（不図示）が配設されている。

上述したように、パワー系ユニット１１の筐体下側には、ハーネス１１５を介してコネクタ１１６が引き出されている。このコネクタ１１６と信号制御系ユニット１２の筐体上面に設けられたコネクタ１２６とを接続し、不図示の締結部材によりパワー系ユニット１１と信号制御系ユニット１２とを締結することにより、電源装置１０が第１の接続形態で一体とされる。一方、信号制御系ユニット１２を図３に示す状態からＺ軸を中心に１８０度回転させ、パワー系ユニット１１と一体化することで、電源装置１０は第２の接続形態となる。

このとき、信号制御系ユニット１２のコネクタ１２６は凸形状部１２ａに対して−Ｘ側に位置することになるが、ハーネス１１５はフレキシブルであるため、コネクタ１１６を−Ｘ側に位置するコネクタ１２６へと引き回すことでコネクタ接続を行うことができる。この場合、コネクタ１１６を、パワー系ユニット１１のＸ軸方向中央部から引き出すような構成とすることで、配置が１８０度入れ替わるコネクタ１２６に接続可能となるためのハーネス１１５の必要長さを、より短くすることができる。

このように、パワー系ユニット１１および信号制御系ユニット１２を分離可能とし、かつ、パワー系ユニット１１の下側および信号制御系ユニット１２の上側の対向する面の形状を、Ｙ方向に関して左右対称な形状としているので、信号制御系ユニット１２を１８０度回転させることで容易に第２の接続形態とすることができる。その結果、ポンプ設置状況に応じて、操作パネル面１２ｂの方向を変更することができる。

図５はターボ分子ポンプの装置への取り付け状態の一例を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は装置４０の底面側を示す。装置４０には６台のターボ分子ポンプが取り付けられている。ポンプユニット１の装置４への取り付け姿勢は、様々な条件によって制約されることになる。例えば、補助ポンプが装置の図示左側に配置されている場合は、補助ポンプの性能を十分に引き出すために配管４１をなるべく短くするのが好ましい。そのため、図５（ｂ）に示すように、ポンプユニット１の排気口６（図１参照）が図示左側を向くように、各ターボ分子ポンプを装置４０に取り付けるのが一般的である。

本実施の形態では、上述したようにパワー系ユニット１１に対して信号制御系ユニット１２を１８０度回転させることができるので、図５（ｂ）の上側の列に配置されたターボ分子ポンプについては第１の接続形態とし、信号制御系ユニット１２の操作パネル面１２ｂが装置４０の外側（＋Ｘ方向）を向くようにする。一方、図５（ｂ）の下側の列に配置されたターボ分子ポンプについては第２の接続形態とし、信号制御系ユニット１２の操作パネル面１２ｂが装置４０の外側（−Ｘ方向）を向くようにする。このようにすることによって、操作パネル面１２ｂへのアクセスが容易となり、ターボ分子ポンプの操作性やメンテナンス時の作業性が向上する。

一方、従来の一体型ターボ分子ポンプの場合、図５のような装置４０の場合、全ての操作パネル面１２ｂが同一方向を向くことになり、下側の列のポンプに関しては、操作パネル面１２ｂが装置４０の内側を向いてしまうことになる。そのため、操作パネル面１２ｂの操作がし難くなるとともに、表示部１２４によるポンプ運転状態表示や異常アラーム表示の確認が困難になるという問題があった。

なお、上述した実施の形態では１８０回転可能となるような構成としたが、パワー系ユニット１１および信号制御系ユニット１２の対向面の形状がＺ軸の周りに点対称となるような構成とすれば、例えば、操作パネル面１２ｂの向きを９０度毎に変更することができる。もちろん、９０度よりも細かく変更することも可能である。

ところで、ポンプユニット１が大型化すると消費電力も大きくなるので、制御系回路は共通化できても、パワー系回路は能力の大きなものにする必要がある。そのため、従来は、小型ポンプユニット用の電源装置１０とは別に、大型ポンプユニット用の電源装置１０を用意していた。

一方、本実施の形態のターボ分子ポンプでは、電源装置１０を分離されたパワー系ユニット１１と信号制御系ユニット１２とで構成するようにしているので、図６に示すように、ポンプユニット１Ａ，１Ｂに応じた最大出力の異なる２種類のパワー系ユニット１１Ａ，１１Ｂを用意し、信号制御系ユニット１２を共通化することができる。その場合、パワー系ユニット１１Ａ，１１Ｂの信号制御系ユニット取り付け面構造を、上述したような対称構造に構成することで、ポンプユニット１Ａ，１Ｂの向きを変えることなく、操作パネル面１２ｂの方向を変更することができる。ここでは、パワー系ユニットを２種類としたが、信号制御系ユニット１２を最大出力の異なる３種類以上のパワー系ユニットに共通して用いるようにしても良い。

なお、以上の説明はあくまでも一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

本発明によるターボ分子ポンプの一実施の形態を示す図である。 ターボ分子ポンプの電気的な接続を示すブロック図である。 パワー系ユニット１１および信号制御系ユニット１２の斜視図である。 パワー系ユニット１１の内部部品の配置例を示す図である。 ターボ分子ポンプの装置への取り付け状態の一例を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は装置４０の底面側を示す。 ポンプユニット１Ａ，１Ｂ、パワー系ユニット１１Ａ，１１Ｂおよび信号制御系ユニット１２Ａ，１２Ｂを示す図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ：ポンプユニット、２Ｂ：固定翼、４：回転体、４Ｂ：回転翼、１０：電源装置、１１，１１Ａ，１１Ｂ：パワー系ユニット、１２，１２Ａ，１２Ｂ：信号制御系ユニット、１２ｂ：操作パネル面、１３０：放熱板、１３１：ＡＣ入力用コネクタ、１１８Ａ，１１８Ｂ：回路ブロック

Claims (4)

1. 固定翼、回転翼および該回転翼が形成された回転体を回転駆動するモータを有するポンプユニットと、該ポンプユニットに一体に設けられて前記モータの駆動制御を行う電源装置とを備えるターボ分子ポンプにおいて、
   前記電源装置は、外部から電力が入力される入力端子が設けられ、前記ポンプユニットに対して所定の向きで固定された第１の回路ユニットと、操作パネル面が設けられ、該操作パネル面の向きが異なる複数の接続形態で前記第１の回路ユニットに接続可能に構成された第２の回路ユニットとを備えることを特徴とするターボ分子ポンプ。
2. 請求項１に記載のターボ分子ポンプにおいて、
   前記第１の回路ユニットは少なくとも前記モータを駆動する駆動回路が設けられるパワー系の回路であって、前記第２の回路ユニットは信号制御系の回路であることを特徴とするターボ分子ポンプ。
3. 請求項２に記載のターボ分子ポンプにおいて、
   前記第２の回路ユニットは、最大出力の異なる複数の前記第１の回路ユニットに信号制御系の回路として接続可能であることを特徴とするターボ分子ポンプ。
4. 請求項１または２に記載のターボ分子ポンプにおいて、
   前記第１の回路ユニットに設けられた回路素子を冷却するとともに前記第２の回路ユニットへの電磁ノイズをシールドするための電導性放熱板を、前記第１の回路ユニットに設けたこと特徴とするターボ分子ポンプ。

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