JP3195919U - 真空ポンプの制御装置、および真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】制御装置を構成する基板の接続用ハーネスを削減して小型化した真空ポンプの制御装置、および真空ポンプを提供する。【解決手段】真空ポンプに用いられる制御装置、すなわち制御部は、筺体３４と、第１の基板実装コネクタ１２を有するとともに筺体の一面に接触する電源基板１０と、第２の基板実装コネクタ２２を有する制御基板２０と、を備える。第１の基板実装コネクタと第２の基板実装コネクタは、ハーネスを介することなく直接接続される、またはピンもしくはソケットを用いて接続されることにより、小型化が可能となる。【選択図】図２

Description

本考案は、真空ポンプの制御装置、および真空ポンプに関する。

従来より、性能は維持したままで機器を小型化する市場ニーズが存在する。
冷却機構と制御装置を一体として構成し、真空ポンプを小型化する構成が、特許文献１に開示されている。

特開２０１０―２１６４１３号公報

特許文献１に記載されている発明では、制御装置を校正する基板同士を接続するハーネスを収納する空間が必要なため、真空ポンプを小型化できない。

（１）本考案の好ましい実施形態による真空ポンプに用いられる制御装置は、筐体と、第１の基板実装コネクタおよび少なくとも１枚の基板を備え、筐体の一面に接触する第１のモジュールと、第２の基板実装コネクタおよび少なくとも１枚の基板を備える第２のモジュールと、を備える。第１の基板実装コネクタと第２の基板実装コネクタとは、ハーネスを介することなく直接接続される、またはピンもしくはソケットを用いて接続される。
（２）本考案のさらに好ましい実施形態では、第１のモジュールには通し穴が形成されている。第１のモジュールは、第２のモジュールと筐体の一面との間に設けられる。第１のモジュールは、軸部が通し穴よりも細く、頭部が通し穴よりも太い固定用ネジにより筐体の一面に固定される。第１及び第２のモジュールが筐体の一面に固定され、かつ、第１の基板実装コネクタと第２の基板実装コネクタとが相互に接続された状態において、固定用ネジの頭部にアクセス可能な空間が形成されている。
（３）本考案のさらに好ましい実施形態では、空間は、第２のモジュールに形成された穴又は切り欠き部である。
（４）本考案のさらに好ましい実施形態では、筐体の一面が冷却板である。
（５）本考案の好ましい実施形態による真空ポンプは、上述する制御装置を備える。

本考案によれば、ハーネスを削減し、制御装置を構成する基板同士を接続する真空ポンプを小型化できる。

ターボ分子ポンプの外観図 制御部の断面図 電源基板および制御基板の機能の概要を示すブロック図 制御部の平面図 図４に示した平面図から制御基板を取り除いた図 電源基板がネジにより固定される箇所の断面図 変形例１における制御基板の形状を示す図 変形例１における電源基板および制御基板の形状、および配置を示す図 変形例１における電源基板および制御基板の形状、および配置の異なる例を示す図 変形例２における制御部の断面図 図１０に示した平面図から制御基板を取り除いた図 変形例３におけるピンの一例を示す図

（実施の形態）
以下、図１〜６を参照して、本考案による真空ポンプの一実施形態であるターボ分子ポンプを説明する。
図１は、ターボ分子ポンプ１の外観図である。ターボ分子ポンプ１は、ポンプ部２と、冷却板３０と、冷却板３０を挟んでポンプ部２とは反対側に取り付けられた制御部４とを備える。

ポンプ部２の中心軸上には、ロータ軸が配置される。ロータ軸には、ロータが、ロータ軸と同軸に取り付けられる。ロータ軸は磁気軸受により非接触で保持される。磁気軸受により回転自在に磁気浮上されたロータ軸は、モータにより高速に回転駆動される。磁気軸受とモータの制御、および磁気軸受とモータへの電力供給は、制御部４により行われる。
ロータを磁気浮上させ、モータによりロータを回転駆動すると、気体分子が図１に示すポンプ部２の上部から流入し、排気口５から排気される。
冷却板３０は、内部に冷却水が循環する、不図示の冷却水流路を備える。冷却水流路には、不図示のポンプにより冷却水が冷却水導入管３１より導入され、冷却水排出管３２より流出する。

図２は、ターボ分子ポンプ１を図１とは上下反対にした状態における、制御部４の断面図である。すなわち、図２においてターボ分子ポンプ１の吸気口は下方にある。制御部４の主要構成品は、電源基板１０と、制御基板２０である。電源基板１０、および制御基板２０は、カバー３３により覆われる。カバー３３と冷却板３０とは制御部４の筐体３４を構成する。すなわち、冷却板３０は制御部４の筐体３４の一面を構成している。しかしながら、これに限定されず、カバー３３と冷却板３０との間に筐体３４の一面を形成する板が別途設けられても良い。電源基板１０は、ネジ１１により冷却板３０に密着して固定される。制御基板２０は、ネジ２１およびスペーサ２４により冷却板３０から所定の高さに固定される。すなわち、電源基板１０は、制御基板２０と冷却板３０の間に設けられる。
スペーサ２４は、一端には雄ネジが形成されており冷却板３０に固定される。スペーサ２４の他端には雌ネジが形成されており、ネジ２１が固定される。

電源基板１０は、基板実装コネクタ１２を備える。制御基板２０は、基板実装コネクタ２２を備える。電源基板１０の基板実装コネクタ１２および制御基板２０の基板実装コネクタ２２が結合することにより、電源基板１０と制御基板２０とが接続される。たとえば、基板実装コネクタ１２が凹部を有するメス形、基板実装コネクタ２２が凸部を有するオス形であり、両者は直接接続される。
電源基板１０および制御基板２０は、不図示の電子部品を備える。後述するように、電源基板１０が備える電子部品は、制御基板２０が備える電子部品よりも発熱量が多い。

（機能の概要）
図３は、電源基板１０および制御基板２０の機能の概要を示すブロック図である。
電源基板１０は、モータを駆動するモータ駆動回路１０１と、磁気軸受を駆動する磁気軸受駆動回路１０２とを備える。モータ駆動回路１０１は、不図示の外部ＡＣ電源から電力の供給を受ける。モータ駆動回路１０１は、モータがモータ制御回路２０１から入力される動作指令どおりに動作するように、電圧や周波数を調整した電力をモータに供給する。磁気軸受駆動回路１０２は、ロータ軸の姿勢を制御するために、磁気軸受制御回路２０２から入力される動作指令に従い、電流を調整した電力を磁気軸受に供給する。

このように、モータ駆動回路１０１および磁気軸受駆動回路１０２は、モータおよび磁気軸受の動作に必要な大きな電力を扱うため、大きな発熱を伴う。そのため、電源基板１０を冷却板３０に密着させて、電源基板１０を冷却する。
制御基板２０は、モータを制御するモータ制御回路２０１と、磁気軸受を制御する磁気軸受制御回路２０２とを備える。モータ制御回路２０１は、不図示のセンサの出力に基づき演算を行い、モータ駆動回路１０１に動作指令を出力する。磁気軸受制御回路２０２は、不図示のセンサの出力に基づき演算を行い、磁気軸受駆動回路１０２に動作指令を出力する。モータ制御回路２０１および磁気軸受制御回路２０２は、大きな電力を扱わないため発熱量が比較的小さい。そのため制御基板２０を冷却板３０に密着させる必要がない。

（構成の詳細）
図４〜６を用いて、電源基板１０および制御基板２０の構成の詳細を説明する。図４は、図２に示した制御部４の平面図である。ただし、図４においてターボ分子ポンプ１の吸気口は紙面の奥側にある。図４ではカバー３３を省略している。図４では、制御基板２０に隠れている電源基板１０、基板実装コネクタ１２、および基板実装コネクタ２２の輪郭を破線で示す。

制御基板２０は、その四隅がスペーサ２４およびネジ２１により冷却板３０に固定される。制御基板２０は、２つの穴２３を備え、その穴から電源基板１０を冷却板３０に固定するネジ１１にアクセスできる。ネジ１１を回転させて冷却板３０に固定させるための工具、たとえばプラスドライバーの直径が６ｍｍの場合に、穴２３の直径は１０ｍｍである。
図５は、図４に示した平面図から制御基板２０を取り除いたものである。電源基板１０は、電源基板１０の対角線上にある２つのネジ１１により冷却板３０に固定される。ネジ１１により電源基板１０が固定される箇所、すなわち図５において丸の破線で囲む箇所を図６を用いて説明する。

図６は、電源基板１０がネジ１１により固定される箇所の断面図である。電源基板１０には、あらかじめ通し穴１５が設けられる。ネジ１１は、頭部１１ａと軸部１１ｂから構成される。通し穴１５の直径は、頭部１１ａの直径より小さく、軸部１１ｂの直径より大きい。ネジ１１の軸部１１ｂを通し穴１５に通し、ネジ１１を冷却板３０に締め込むと、ネジ１１の頭部１１ａにより電源基板１０が冷却板３０に固定される。

詳述すると、通し穴１５の直径は、軸部１１ｂの直径よりもある程度余裕を持った大きさであり、通し穴１５は、いわゆるバカ穴である。たとえば、ネジ１１の呼び径、すなわち軸部１１ｂの直径が４ｍｍ、頭部１１ａの直径が７ｍｍの場合に、通し穴１５の直径は５．５ｍｍである。そのため、軸部１１ｂと通し穴１５の直径の差、すなわち余裕の分だけ、冷却板３０に固定された状態における電源基板１０の位置を変更できる。

（組み立て方法）
冷却板３０に、電源基板１０、および制御基板２０を固定する手順を説明する。ただし、あらかじめ冷却板３０には、ネジ１１およびスペーサ２４の雄ネジに対応する下穴が形成されている。
まず、２つのネジ１１を用いて電源基板１０を冷却板３０に仮止めする。このとき、電源基板１０は、軸部１１ｂの直径と通し穴１５の直径の差が、いわるゆ“あそび”であり、この分だけ冷却板３０に平行な面内で自由に移動できる。そして、４つのスペーサ２４を冷却板３０に固定する。

次に、制御基板２０を電源基板１０に重ねあわせ、電源基板１０の基板実装コネクタ１２と、制御基板２０の基板実装コネクタ２２とを結合させる。コネクタ同士が結合することにより、電源基板１０と制御基板２０とは物理的に一体となる。すなわち、制御基板２０の位置が定まると、電源基板１０の位置も定まる。

次に、ネジ２１を用いて制御基板２０を固定する。このとき、制御基板２０が備える穴２３からは、電源基板１０を仮止めしているネジ１１の頭部が見える。
最後に、制御基板２０の穴２３により形成される空間を利用してネジ１１の頭部１１ａにアクセスし、ネジ１１を本締めして電源基板１０を冷却板３０に固定する。
このように組み立て方法によれば、電源基板１０と制御基板２０の接続にハーネスを用いないので、ハーネスを挟み込んで破損させるおそれがない。また、仮止めした電源基板１０は、いわゆる“あそび”により固定する位置を調整できるので、作業工数を削減できる。

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）ターボ分子ポンプ１の備える制御電源、すなわち制御部４は、ターボ分子ポンプ１に用いられる。制御部４は、カバー３３と冷却板３０とを備える筺体３４と、基板実装コネクタ１２を備え筺体３４の一面、すなわち冷却板３０に接触する電源基板１０と、基板実装コネクタ２２を備える制御基板２０と、を備える。基板実装コネクタ１２と基板実装コネクタ２２は、ハーネスを介することなく直接接続される。

ターボ分子ポンプ１の制御部４をこのように構成したので、基板実装コネクタ１２と基板実装コネクタ２２を接続するハーネスを削減できる。また、ハーネスのために従来は必要であった空間を削減できるので、真空ポンプ、すなわちターボ分子ポンプ１を小型化できる。すなわち、ハーネスを削減し、ターボ分子ポンプ１を小型化できる。
ハーネスを用いる場合は、ハーネスを用いて接続した後に開閉部、たとえばカバー３３と冷却板３０の間にハーネスを挟み込み、ハーネスを破損、または断線させてターボ分子ポンプ１の動作に支障を生じさせるおそれがあった。しかし、ハーネスを用いない箇所においては、このような問題を回避できる。

（２）制御部４を構成する電源基板１０には、通し穴１５が形成されている。電源基板１０は、制御基板２０と筺体３４の一面、すなわち冷却板３０との間に設けられる。電源基板１０は、軸部１１ｂが通し穴１５よりも細く、頭部１１ａが通し穴１５よりも太い固定用ネジ１１により冷却板３０に固定される。制御部４は、制御基板２０が冷却板３０にネジ１１の本締めにより固定され、電源基板１０がネジ１１の本締めにより冷却板３０に固定され、基板実装コネクタ１２と基板実装コネクタ２２とが接続された状態において、ネジの頭部１１ａにアクセス可能な空間、すなわち穴２３が形成される。

そのため、電源基板１０を冷却板３０に仮止めし、電源基板１０が位置調整可能な状態で基板実装コネクタ１２および基板実装コネクタ２２を接続し、制御基板２０を固定することができる。すなわち、基板実装コネクタ１２と基板実装コネクタ２２とに負荷をかけることなく、基板実装コネクタ１２と基板実装コネクタ２２との接続や、電源基板１０および制御基板２０の固定が可能である。
軸部１１ｂと通し穴１５との間のいわゆる“あそび”により取付位置精度や寸法精度の要求を緩和できる。すなわち、基板実装コネクタ１２を電源基板１０に実装する位置の精度、基板実装コネクタ２２を制御基板２０に実装する位置の精度、基板実装コネクタ１２および基板実装コネクタ２２の寸法精度、が緩和される。

（変形例１）
上述した実施の形態では、制御基板２０が穴２３を備え、その穴２３を利用して、電源基板１０を固定するネジ１１にアクセスした。しかし、電源基板１０にアクセスする手法はこれに限定されない。
図７は、制御基板２０の異なる形状を示す図である。制御基板２０は、上述した実施の形態における穴２３の代わりに切り欠き２６を備える。切り欠き２６は、電源基板１０の基板実装コネクタ１２と、制御基板２０の基板実装コネクタ２２が噛み合う際に、電源基板１０の通し穴１５と重なる位置を含むように形成される。

図８は、電源基板１０および制御基板２０の形状、および配置を変更した例を示す図である。上述した実施の形態と同様に、電源基板１０は冷却板３０に密着し、制御基板２０はスペーサ２４を用いて冷却板３０からある高さの位置に固定されている。電源基板１０は冷却板３０と制御基板２０の形状、および配置を工夫し、電源基板１０の通し穴１５の上部を制御基板２０が覆わない構成となっている。

図９は、電源基板１０および制御基板２０を２つに分割した例を示す図である。図９において、電源基板１０は電源基板１０Ｌと電源基板１０Ｒに分割され、制御基板２０は、制御基板２０Ｌと制御基板２０Ｒに分割される。電源基板１０Ｌは、ネジ１１Ａとネジ１１Ｂにより固定され、電源基板１０Ｒは、ネジ１１Ｃとネジ１１Ｄにより固定される。たとえば、電源基板１０Ｌと制御基板２０Ｌにはモータ駆動回路１０１とモータ制御回路２０１が備えられ、電源基板１０Ｒと制御基板２０Ｒには磁気軸受駆動回路１０２と磁気軸受制御回路２０２が備えられる。制御基板２０Ｌと制御基板２０Ｒとの間に形成される空間が、電源基板１０Ｌと、電源基板１０Ｒと、制御基板２０Ｌと、制御基板２０Ｒとが冷却板３０に固定された状態において、ネジ１１Ｂおよびネジ１１Ｃにアクセス可能な空間である。

（変形例２）
電源基板１０は、２枚以上の基板を含む電源モジュール１００であってもよい。
図１０は、２枚の基板から構成される電源モジュール１００を含む制御部４の断面図である。電源モジュール１００は、第１の電源基板１０ａと、第２の電源基板１０ｂと、を備える。第１の電源基板１０ａと第２の電源基板１０ｂは、後述するように略同一形状である。第１の電源基板１０ａは固定用の通し穴１５（図６参照）を備え、第２の電源基板１０ｂは、制御基板２０と接続する基板実装コネクタ１２を備える。

図１１を用いて、第１の電源基板１０ａと第２の電源基板１０ｂの形状を説明する。図１１は、図１０の平面図から制御基板２０を除去したものである。第１の電源基板１０ａは、固定用の通し穴１５を対角線上の２隅に備える。第２の電源基板１０ｂは、真上から第１の電源基板１０の通し穴１５が見えるように、通し穴１５に対応する箇所が切り欠かれた形状を有する。

図１０に戻って説明を続ける。
第１の電源基板１０ａと、第２の電源基板１０ｂとは、スペーサ１４を用いて、機械的にあらかじめ結合される。第１の電源基板１０ａと第２の電源基板１０ｂは、不図示のピンを用いて、電気的にあらかじめ結合される。
第１の電源基板１０ａは、冷却板３０に密着して固定される。第２の電源基板１０ｂは、スペーサ１４により制御基板２０よりは低い所定の高さに固定される。第２の電源基板１０ｂは、基板実装コネクタ１２を備え、制御基板２０の基板実装コネクタ２２と直接接続される。

制御基板２０の構成は、上述した実施の形態と同様である。電源基板１０ｂが切り欠き部を有するので、制御基板２０が備える穴２３から、電源基板１０ａを固定するネジ１１の頭部にアクセスできる。
冷却板３０に、電源モジュール１００、および制御基板２０を固定する手順は、上述した実施の形態と同様である。

この変形例２によれば、電源基板１０が２枚以上の基板を高さ方向に積層した電源モジュールであっても、上部から通し穴１５にアクセス可能な形状とすることで、１枚の基板から構成される場合と同様の作用効果が得られる。すなわち、ハーネスを用いることなく電源モジュール１００と制御基板２０とを接続でき、ターボ分子ポンプを小型化できる。また、ハーネスをカバー３３に挟み込み損傷させることがない。
なお、制御基板２０も、２枚以上の基板を含む制御モジュールであってもよい。

（変形例３）
上述した実施の形態では、基板実装コネクタ１２と基板実装コネクタ２２とは、直接接続される構成であった。すなわち、基板実装コネクタ１２が凹部を有するメス形、基板実装コネクタ２２が凸部を有するオス形であった。しかし、基板実装コネクタ１２および基板実装コネクタ２２の形状はこれに限定されない。
基板実装コネクタ１２と基板実装コネクタ２２の両者がいずれも凹部を有するメス形であり、ピンにより両者が接続されてもよい。ピンの極数は１以上であり、ピンはたとえば図１２に示すものである。図１２は、極数が４であるピン６０の例を示す図である。ピン６０は、メス形の基板実装コネクタ１２と接続する６０ａと、メス形の基板実装コネクタ２２と接続する６０ｃと、ピン同士を連結する連結部６０ｂとから構成される。連結部６０ｂは、絶縁性の素材で形成されており、隣接するピン同士を電気的に絶縁しながら、機械的に連結する。
基板実装コネクタ１２と基板実装コネクタ２２の両者がいずれも凸部を有するオス形であり、ソケットにより両者が接続されてもよい。ソケットの極数は１以上である。

（変形例４）
上述した実施の形態では、電源基板１０が２つの通し穴１５を備え、電源基板１０および制御基板２０が冷却板３０に固定された状態で、電源基板１０を固定するいずれのネジ１１の頭部１１ａにもアクセス可能であった。しかし、上記の状態で１つのネジ１１の頭部１１ａにはアクセスできなくてもよい。すなわち、制御基板２０を固定した後で、１つの電源基板１０を固定するネジ１１のみを本締めしてもよい。
電源基板１０は、３つ以上の通し穴１５を備えてもよい。この場合に、少なくとも１つの通し穴１５に設置するネジ１１の頭部１１ａへは、電源基板１０および制御基板２０が冷却板３０に固定された状態でアクセスできればよい。

（変形例５）
上述した実施の形態では、冷却板３０に、電源基板１０、および制御基板２０を固定する手順として、電源基板１０を冷却板３０に仮止め後、電源基板１０の基板実装コネクタ１２と、制御基板２０の基板実装コネクタ２２とを接続させた。しかし、先に、電源基板１０の基板実装コネクタ１２と、制御基板２０の基板実装コネクタ２２とを接続させて、次に電源基板１０および制御基板２０を冷却板３０に固定してもよい。この場合は、制御基板２０に設ける穴２３をネジ１１の頭部１１ａよりも大きくすることで、作業が容易になる。

（変形例６）
上述した実施の形態では、冷却板３０に、電源基板１０が直接接触していたが、間接的に接触してもよい。すなわち、電源基板１０と冷却板３０の間に熱伝導シートや放熱用のグリスを間に介在させて、間接的に電源基板１０を冷却板３０に接触させてもよい。

（変形例７）
上述した実施の形態では、真空ポンプとしてターボ分子ポンプを採用した例について説明したが、本考案はこれに限定されず、種々の真空ポンプに本考案を適用することができる。たとえば、本考案は、ジーグバーンポンプやＨｏｌｗｅｃｋポンプなどのドラッグポンプのみを備えた真空ポンプにも適用することができる。

上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本考案はこれらの内容に限定されるものではない。本考案の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本考案の範囲内に含まれる。

１ … ターボ分子ポンプ
４ … 制御部
１０ … 電源基板
１１ … ネジ
１１ａ … 頭部
１１ｂ … 軸部
１２ … 基板実装コネクタ
１５ … 通し穴
２０ … 制御基板
２２ … 基板実装コネクタ
２３ … 穴
２６ … 切り欠き
３０ … 冷却板
３３ … カバー
３４ … 制御基板の筺体
６０ … ピン

Claims (5)

1. 真空ポンプに用いられる制御装置であって、
   筐体と、
   第１の基板実装コネクタおよび少なくとも１枚の基板を備え、前記筐体の一面に接触する第１のモジュールと、
   第２の基板実装コネクタおよび少なくとも１枚の基板を備える第２のモジュールと、を備え、
   前記第１の基板実装コネクタと前記第２の基板実装コネクタとは、ハーネスを介することなく直接接続される、またはピンもしくはソケットを用いて接続される、真空ポンプの制御装置。
2. 請求項１に記載の真空ポンプの制御装置において、
   前記第１のモジュールには通し穴が形成されており、
   前記第１のモジュールは、前記第２のモジュールと前記筐体の一面との間に設けられ、
   前記第１のモジュールは、軸部が前記通し穴よりも細く、頭部が前記通し穴よりも太い固定用ネジにより前記筐体の一面に固定され、
   前記第１及び第２のモジュールが前記筐体の一面に固定され、かつ、前記第１の基板実装コネクタと前記第２の基板実装コネクタとが相互に接続された状態において、前記固定用ネジの頭部にアクセス可能な空間が形成されている、真空ポンプの制御装置。
3. 請求項２に記載の真空ポンプの制御装置において、
   前記空間は、前記第２のモジュールに形成された穴又は切り欠き部である、真空ポンプの制御装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の真空ポンプの制御装置において、
   前記筐体の一面が冷却板である、真空ポンプの制御装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の制御装置を備える、真空ポンプ。
   

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