JP2714113B2 - ドライ真空ポンプ及びその運転方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［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、
とくに半導体製造装置の排気ポンプとして使用した場合
に好適な真空ポンプ及びその運転方法に関する。

［従来の技術］ 従来の真空ポンプの駆動装置は、たとえば第６図に示
すように真空ポンプ１は、ポンプ部２と駆動部３とに分
かれ、駆動部３としては、一般に誘導電動機や同期電動
機のような交流電動機が使用されている。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（図示せず）と静止しているステータ
（図示せず）を内蔵し、吸気口４から吸込まれた気体を
圧縮して排気口４から大気圧下へ排出する。またポンプ
部２は、その気体通過部には油や水などの液体はなく、
このようなポンプを一般にドライ真空ポンプと呼ばれて
いる。

該ドライ真空ポンプのポンプ部としては、種々の形式
のものが使用されている。たとえば高速回転形として
は、ターボ形およびスクリュー形が使用されている。そ
の中ターボ形については、小形化と低温に大きな特徴を
有しており、その詳細はたとえば特開昭61−247893号公
報に提案されている。

このような高速回転形のドライ真空ポンプは、従来前
記第６図に示すように駆動部３に高周波モータを用い、
かつ駆動部３を駆動する駆動装置として交流電源８とイ
ンバータ７とを直列に接続したものを用いインバータ７
による高周波によって駆動部３を介してポンプを高速回
転させるものが一般に実施されている。

なお従来上記のようにインバータ７を用いる理由は、
高速回転が保たれるとともに、駆動部３を小形化と低騒
音を可能にできるためである。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は、空気，窒素ガスなどの気体を排出す
る場合には問題を生じないが、ドライ真空ポンプの用途
の一つである半導体製造装置の中には、凝縮性、あるい
は昇華性の気体を扱うものがあり、ときには、たとえば
第７図に示すターボ形真空ポンプのように、ロータ９が
ステータ10と間隙を保持しながら高速回転している場
合、ステータ10の外面を冷却しているため、付着し易い
物質は符号11にて示す位置に付着することがある。

上記物質は、真空ポンプを停止させると、ロータ９を
固着してしまうので、インバータ７によってロータ９を
回転しようとしても、インバータ７による小さな起動ト
ルクでは起動できないという問題を生じることがあっ
た。

本発明の目的は、真空ポンプ内に物質が付着するよう
な気体を排出する場合でも真空ポンプを確実に起動可能
とするドライ真空ポンプ及びその運転方法を提供するこ
とにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明は、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持され、ロータを固設する
駆動軸と、この駆動軸を回転駆動する交流電動機とを備
え、前記吸気口から吸込まれた気体を前記排気口から気
体または固体の少なくともいずれかの状態で大気に排出
するドライ真空ポンプにおいて、 前記交流電動機に交流電源および高周波インバータを
有する駆動電源を設けるとともに、この交流電源と高周
波インバータとを切換える切換手段を設けたことを特徴
とする。

また、本発明は、吸気口から吸込まれた気体を排気口
から気体または固体の少なくともいずれかの状態で大気
に排気するドライ真空ポンプの運転方法において、 前記ドライ真空ポンプの起動時には交流電源と真空ポ
ンプの駆動部間にトランスを介して設けた第１のスイッ
チ手段をオンにし、この第１のスイッチ手段に並列に設
けられたインバータ回路の第２および第３のスイッチ手
段をオフにするとともに、交流電源電圧から供給される
電圧を前記トランスにより低下させ、前記ドライ真空ポ
ンプのロータが回転を開始したときに前記第１のスイッ
チ手段をオフにして前記駆動部の駆動を停止したのち前
記第２および第３のスイッチ手段をオンにしてインバー
タにより定常回転まで前記ロータの回転数を増加させる
ことを特徴とする。

また上記切換手段は、構成を簡単にするため、複数の
電磁開閉器にて構成されたものである。

また上記切換手段は自動化するため、複数の電磁開閉
器をそれぞれタイマにて駆動されるように構成されたも
のである。

［作用］ インバータによる高周波電源により駆動される場合、
定常回転数としては、毎分１万回転以上の高速を得るこ
とが可能なため、真空ポンプの回転部分を小形化するこ
とができる。

一方通常の50Hzまたは60Hzといった交流電源により直
接真空ポンプを駆動した場合には、起動時のトルクは大
きいが定常時の回転数は毎分3,000〜3,600回転にとどま
っている。

前記のように、真空ポンプ内の付着物により回転部が
固着した場合、通常の交流電源により直接真空ポンプを
駆動すれば、大きな駆動トルクにより上記付着物が離れ
て真空ポンプが回転可能になる。

そこで、本発明は通常の交流電源により真空ポンプを
駆動して真空ポンプを回転可能な状態にしたのち、通常
の交流電源からインバータによる高周波電源に切換えて
インバータにより真空ポンプを高速回転するものであ
る。

したがって真空ポンプを小形化することができるとと
もに該真空ポンプを確実に起動させることができる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例であるドライ真空ポンプの駆
動装置を示す第１図について説明する。

第１図に示すように、真空ポンプ１の駆動部３と交流
電源８との間に駆動装置12を設置している。この駆動装
置12は、交流電源８より第１スイッチ13およびコイル14
を介して駆動部３に接続する回路15と、交流電源８より
両側に第２スイッチ16および第３スイッチ17をはさんで
設置されたインバータ７を介して駆動部３に接続する回
路18とを並列に設けている。なお、上記第１スイッチ1
3,第２スイッチ16および第３スイッチ17は電磁開閉器が
使用され、上記コイル14は、交流電源８により直接駆動
部３を駆動すると、定常電流が大きくなりすぎるのを防
止するため設置されており、駆動部３の定格により大き
さを決定している。

つぎに動作について説明する。

真空ポンプ１起動時には、まず、第２スイッチ16およ
び第３スイッチ17をOFFの状態にしておき、第１スイッ
チ13をONにすると、交流電源８の50Hzまたは60Hzの交流
がコイル14を介して駆動部３に供給され、真空ポンプ１
は毎分3000回転または毎分3600回転で駆動される。

このとき、真空ポンプ１の内部に付着した物質が第７
図に符号11にて示す位置に付着していても起動力が大き
いため、物質によるロータ９の固着力に打ち勝ってロー
タ９が回転を開始する。

このようにしてロータ９が回転を開始したとき、第１
スイッチ13をOFFにして一旦駆動部３の駆動を停止した
のち、第２スイッチ16および第３スイッチ17をONする
と、インバータ７が発生する高周波電源により真空ポン
プ１は徐々に回転数を増加して定常の高速回転に達す
る。

起動時のトルクは、印加電圧の２乗に比例する。イン
バータ７によって駆動する場合は、起動時の印加電圧が
低いが、これをたとえば20Vにすると、直接交流電源８
で駆動部３を駆動した場合の印加電圧200Vに対して1/10
なので、その駆動トルクは1/100になってしまう。その
ため、真空ポンプ１の内部の物質によりロータ９が固着
したようなときには、その固着力に打ち勝って起動する
ことができないが本発明はそれを可能にしたのが第２図
である。

すなわち、第１図に示すように駆動部３に直接交流電
源８から200Vの電圧を流すと、電流が過大になるため、
駆動部３の容量を大きくしなければならない。そこで、
第２図は駆動部３と第１スイッチ13との間にトランス19
を設置して駆動部３への電圧を50V程度に下げて供給す
るものである。

つぎに他の装置からの起動指令信号により、まず第１
スイッチ13をONにし、短時間のうちに第１スイッチ13を
OFFにし、続いて第２スイッチ16および第３スイッチ17
の順にONにするような回路を構成すれば、起動指令信号
によって自動的に真空ポンプ１を定常回転数まで加速さ
せることができる。

これはたとえば、第３図乃至第５図に示す起動装置の
ように構成することにより可能である。

すなわち、第３図に示すようにインバータ７と、駆動
部３を構成する交流モータIMと電磁開閉器13,16,17と、
コイル14とを接続する。

また第４図に示すように上記電磁開閉器13,16,17を順
次ON,OFFにするため、リレーＸと、オンディレーｂ接点
（ブレイク接点）のタイマリレーT₁とオンディレーａ接
点（メイク接点）のタイマリレーT₂,T₃と、このタイマ
リレーT₁,T₂,T₃の設定時間をt₁,t₂,t₃とすると各設定時
間t₁,t₂,t₃をt₁＜t₂＜t₃の関係にすれば、起動→第１電
磁接触器13ON→第１電磁接触器13OFF→第２電磁接触器1
6ON→第３電磁接触器17ONの順に動作し、これによって
交流電源よりコイルL₁を介して交流モータIMを起動した
のち、交流モータIMを一旦停止し、インバータ７に切換
えて再度交流モータIMを駆動することができる。

なお第５図は前記第３図および第４図に示すタイマリ
レーT₁,T₂,T₃のタイムチャートであり、３個の電磁接触
器13,16,17の動作する順番，交流モータIMの動作状態を
示す。

［発明の効果］ 本発明は以上説明したように構成されているので、起
動時交流電源から起動トルクの大きな電流を真空ポンプ
の駆動部に供給することができ、真空ポンプが回転開始
したときインバータからの高周波電源を駆動部に供給
し、真空ポンプを高速で駆動することができる。

したがって、真空ポンプを小形化することができると
ともに確実に真空ポンプを駆動することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である真空ポンプの駆動装置
を示す回路図、第２図は本発明の他の一実施例である真
空ポンプの駆動装置を示す回路図、第３図は本発明のさ
らに他の一実施例である真空ポンプの駆動装置を示す回
路図、第４図は第３図に示す電磁接触器を順次開閉する
ための回路図、第５図は第３図および第４図に示す電磁
接触器のタイムチャート図、第６図は従来の真空ポンプ
の駆動装置を示す回路図、第７図は従来の真空ポンプの
ロータとステータとの間に物質が付着した場合を示す説
明図である。 １……真空ポンプ、２……ポンプ部、３……駆動部、７
……インバータ、８……交流電源、13,16,17……スイッ
チ、14……コイル。

Claims (4)

(57)【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
   持され、ロータを固設する駆動軸と、この駆動軸を回転
   駆動する交流電動機とを備え、前記吸気口から吸込まれ
   た気体を前記排気口から気体または固体の少なくともい
   ずれかの状態で大気に排出するドライ真空ポンプにおい
   て、 前記交流電動機に交流電源および高周波インバータを有
   する駆動電源を設けるとともに、この交流電源と高周波
   インバータとを切換える切換手段を設けたことを特徴と
   するドライ真空ポンプ。
2. 【請求項２】前記切換手段は、複数の電磁開閉器を備え
   たことを特徴とする請求項１に記載のドライ真空ポン
   プ。
3. 【請求項３】前記複数の電磁開閉器の各々を駆動するタ
   イマを前記駆動電源に設けたことを特徴とする請求項２
   に記載のドライ真空ポンプ。
4. 【請求項４】吸気口から吸込まれた気体を排気口から気
   体または固体の少なくともいずれかの状態で大気に排気
   するドライ真空ポンプの運転方法において、 前記ドライ真空ポンプの起動時には交流電源と真空ポン
   プの駆動部間にトランスを介して設けた第１のスイッチ
   手段をオンにし、この第１のスイッチ手段に並列に設け
   られたインバータ回路の第２および第３のスイッチ手段
   をオフにするとともに、交流電源電圧から供給される電
   圧を前記トランスにより低下させ、前記ドライ真空ポン
   プのロータが回転を開始したときに前記第１のスイッチ
   手段をオフにして前記駆動部の駆動を停止したのち前記
   第２および第３のスイッチ手段をオンにしてインバータ
   により定常回転まで前記ロータの回転数を増加させるこ
   とを特徴とするドライ真空ポンプの運転方法。