JP3550465B2 - ターボ真空ポンプ及びその運転方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気口の圧力が大気圧または大気圧近傍となるターボ真空ポンプおよびその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エッチング装置やＣＶＤ装置などの成膜装置を真空排気するポンプとして、半導体素子の微細化やメンテナンスフリーの点から電磁石の磁力によってロータを浮上させ、非接触でロータを保持する磁気軸受を用いたターボ真空ポンプが多用されている。このような、ターボ型真空ポンプの例が実開平４−１２７８９３号公報に複合型ターボ分子ポンプとして記載されている。
【０００３】
この複合型ターボ分子ポンプでは、吸入口と吐出口を有するケーシング内に、ロータ翼とねじ溝翼を有するロータが回転自在に設けられており、ロータ翼とねじ溝翼に対向した位置のケーシング内壁にステータ翼及びねじステータが取り付けられている。また、ロータには半径方向および軸方向の力を発生する電磁石が夫々別個に取り付けられている。ロータの位置は半径方向センサと軸方向センサにより検出され、これらセンサーの出力に基づいて制御系が各電磁石の励磁電流を制御し、ロータを所定の位置に浮上保持する。磁気浮上したロータは、モータにより高速に回転される。ロータ翼とねじ溝翼がステータ翼及びねじステータに対して相対的に高速回転してポンプ作用が生じ、吸入口から吸入された気体が圧縮されて吐出口から排気される。排気口は、油回転ポンプや作動室に油を使用しないドライポンプなどの粗引きポンプの吸込側に接続される。
【０００４】
このポンプをエッチング装置、ＣＶＤ装置などの成膜装置に使用すると、反応生成物（塩化アルミニウムなど）がポンプ内部に付着堆積することがある。そこで堆積物の量を検出し、堆積物の量が所定値を越えたらロータを回転させたままロータとステータが接触しない範囲内でロータを変則回転させ、堆積物をかき落としている。
【０００５】
磁気軸受を用いてロータを支持し、大気圧から排気可能なターボ真空ポンプの他の例が、特開平６−１０１６８９号公報に記載されている。この従来例においては、吸気口と排気口を有するハウジング内に円周流圧縮ポンプ段と遠心圧縮ポンプ段から成る排気ポンプ部を設け、排気ポンプ部と排気ポンプ部を駆動するモータとが一体に形成されたロータの両端側を磁気軸受により支持するとともに、シール手段を反排気ポンプ部側の吸気口とモータとの間に配置している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記実開平４−１２７８９３号公報に記載の複合型ターボ分子ポンプにおいては、ロータが高速回転していて反応生成物の堆積量が所定値を越えたときにロータを変則回転させ、ロータとステータに付着堆積した反応生成物を衝突させて、反応生成物をかき落としている。そのため、反応生成物同士が衝突した瞬間に異常音や異常振動が発生するおそれがある。また、羽根が薄く剛性が小さいロータ翼は羽根が曲り易く、曲がりによりバランスが崩れると異常振動や最悪の場合ロータとステータが接触し破壊を生じることもあり、半導体製造に支障をきたす恐れがある。さらに、複合型ターボ分子ポンプを大気圧下で運転することはできないので、真空チャンバのクリーニング等により真空チャンバを大気圧に戻す場合は、複合型ターボ分子ポンプを停止しなければならず、再起動時にはロータやステータに堆積した反応生成物が冷却により固着して、複合型ターボ分子ポンプの再起動が困難になるという不具合があった。
【０００７】
一方、特開平６−１０１６８９号公報に記載のターボ真空ポンプは、円周流圧縮ポンプや遠心圧縮ポンプの翼の剛性が高く、ロータ回転中は絶えず反応生成物をかき落としており、特別な運転制御が不要である。しかし、ポンプ停止後の再起動については考慮されておらず、ポンプ停止中にロータとステータに固着した反応生成物の摩擦抵抗に打ち勝つ程にはポンプロータを駆動する高周波モータのトルクが大きくなく、ポンプの再起動が困難になるという不具合があった。再起動ができないと、ポンプをオーバーホールする必要が生じ、磁気軸受の使用によるメンテナンスフリーの利点が損なわれる。
【０００８】
本発明の目的は、大気圧から排気可能な磁気軸受を使用したターボ真空ポンプにおいて、ロータやステータに反応生成物が付着してもポンプの再起動を可能とする。これにより、メンテナンスフリーを実現した大気圧から排気可能なターボ真空ポンプを提供することにある。◆
本発明の他の目的は、上記真空ポンプをメンテナンスフリーで運転できる運転方法を提供することにある。◆
本発明のさらに他の目的は、長寿命で信頼性の高い大気圧から排気可能なターボ真空ポンプ及びその運転方法を実現することにある。◆
本発明のさらに他の目的は、反応生成物を排気するのに好適な信頼性の高いターボ真空ポンプ及びその運転方法を実現することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、吸気口と排気口を有するハウジングと、このハウジング内に保持されたステータと、前記ハウジングに取り付けられた磁気軸受と、この磁気軸受により回転自在に支持された回転軸と、この回転軸を駆動する駆動手段と、磁気軸受を制御する制御手段を備え、吸気口から吸込んだ気体を圧縮し排気口より大気雰囲気に排気するターボ真空ポンプにおいて、回転軸の回転速度を検出する第１の検出手段と、駆動手段の電流と電力の少なくともいずれかを検出する第２の検出手段とを設け、第１の検出手段が回転軸の静止を検出したときに第２の検出手段の検出値が所定値を越えたら、回転軸を所定量だけ変位させる指令を磁気軸受に与える指令手段を制御手段に設けたものである。
【００１２】
上記目的を達成するための本発明の第２の態様は、回転自在に磁気軸受により支承された回転軸を備えた大気圧雰囲気に排気するターボ真空ポンプの運転方法において、ターボ真空ポンプを回転起動する前に、回転軸を磁気軸受により所定回数だけ変位させるものである。
【００１３】
また上記目的を達成するための本発明の第３の態様は、回転自在に磁気軸受により支承された回転軸を備えた大気圧雰囲気に排気するターボ真空ポンプの運転方法において、ターボ真空ポンプを回転起動した時のモータ電流値と消費電力の少なくともいずれかが所定値以上であれば回転を停止させ、その後前記回転軸を磁気軸受により所定回数だけ変位させるものである。
【００１４】
さらに上記目的を達成するための本発明の第４の態様は、回転自在に磁気軸受により支承された回転軸を備えた大気圧雰囲気に排気するターボ真空ポンプの運転方法において、ターボ真空ポンプを回転起動した時の回転軸の回転数の上昇速度が所定値以下であれば回転を停止させ、その後回転軸を磁気軸受により所定回数だけ変位させるものである。
【００１５】
そして好ましくは、回転軸を移動した後、磁気軸受を保持する軸受室に形成されたパージガス供給穴からパージガスを流すか、回転軸を磁気軸受の近傍に配設されたタッチダウン軸受に接触しない範囲で変位させるか、するものである。なお、回転軸の変位動作は、回転軸中心に対しほぼ平行移動であってもよく、回転軸に沿って往復動であてっもよく、回転軸の軸方向中心を中心とするコニカル運動であっても、一方の軸端部近傍を中心とするコニカル運動であってもよい。また、微小角度だけ正逆回転させてもよい。
【００１６】
そして、回転軸の変位動作を所定回数実施しても、回転軸が所定の加速速度以下であるときは警報を発するようにしてもよく、この警報は、音またはランプを点灯するものであってもよい。◆
さらに、好ましくはターボ真空ポンプの起動前に、加熱制御手段がステータを１８０℃以下１００℃以上に加熱するか、ターボ真空ポンプの回転停止後に、加熱制御手段がステータを１８０℃以下１００℃以上に加熱するものである。
【００１７】
上記目的を達成するための本発明の第５の態様は、吸気口と排気口を有するハウジングと、このハウジング内に保持されたステータと、ハウジングに取り付けられた磁気軸受と、この磁気軸受により回転自在に支持された回転軸と、この回転軸を駆動する駆動手段と、磁気軸受を制御する制御手段を備え、吸気口から吸込んだ気体を圧縮し排気口より大気雰囲気に排気するターボ真空ポンプにおいて、回転軸に吸気口側から順に遠心圧縮ポンプ羽根車と多段の円周流羽根車とを設け、ステータは円周流羽根車とともに多段の円周流圧縮ポンプ段を形成するものであり、回転軸の回転速度を検出する第１の検出手段と、回転軸の異常を検出する第２の検出手段と、ステータを加熱する加熱手段と、第１の検出手段および第２の検出手段の検出値に基づいて、回転軸を所定量だけ変位させる第１のコントローラと、ステータを加熱手段により180℃以下100℃以上に加熱する第２のコントローラを設けたものである。
【００１８】
上記のように構成した本発明では、回転軸の起動状態からターボ真空ポンプの羽根車とステータ間、または軸とケーシング間に反応生成物が付着堆積していることを容易に見出せる。また、モータの過負荷を防止することができ信頼性が向上する。起動時に反応生成物によるロータロックが確認された場合にだけ、磁気軸受を制御し、磁気軸受の吸引力によりポンプロータを揺するように移動させることで、反応生成物の固着を解くことができ、駆動モータのトルクが小さくとも、ポンプの再起動が可能になる。さらに、起動時のモータ電流値や回転数と加速時間の比較することにより、反応生成物による固着を検知し、その時だけポンプロータを変位させるので、制御に要する時間を低減できる。また、ターボ真空ポンプの回転起動前にポンプロータを変位させるので、起動時間の短縮と、ロータロックまでしない程度の付着量の反応生成物を取り去り、回転起動を確実に行える。
【００１９】
さらに、ポンプロータを揺するように変位させても、ロータを加速させずに警報を発するので、故障原因が明確になり、スピーディに対策できる。そのため、半導体製造工程に支障をきたす時間が大幅に短縮される。ロータを設定回数変位させてもロータが再起動しない場合、ステータ温度をステータの熱処理温度（１８０℃）以下、水の蒸発温度（１００℃）以上で加熱すれば、真空ポンプの性能を低下させること無く、固体の塩化アルミニウムを昇華させることができる。これにより、ポンプの再起動が可能となるとともに、ステータ材の熱処理温度以下のため、熱変形などによる性能低下がない。
【００２０】
従って、大気圧から排気可能なターボ真空ポンプでポンプ停止中に反応生成物の付着があった場合でも、ポンプを再起動でき、完全に清浄でメンテナンスフリーな磁気軸受の利点を生かしたターボ真空ポンプを実現できる
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のいくつかの実施例を図面を用いて説明する。◆
（第１実施例）
図１は本発明に係るターボ真空ポンプの第１実施例のブロック図である。ターボ真空ポンプ１は、ポンプ部２と、磁気軸受部３と、ポンプ部２を駆動するモータ部４と、ロータの位置を検出する位置センサ５を備えている。また、コントローラ２０は、磁気軸受の支持状態を制御する磁気軸受制御部２１と、モータを駆動するモータ制御部２２と、モータに供給する電流値を検出する検出手段２３と、電流値が所定値を越えた場合に異常データと見なす判断手段２４と、磁気軸受とモータの起動停止を制御する制御コントローラ２５を備えている。磁気軸受制御部２１は、ターボ真空ポンプ１に設けられた位置センサ５からの変位信号に基づいて、磁気軸受の励磁電流を制御する。ターボ真空ポンプ１が所定の位置に制御されると、モータ制御部２２はその旨の信号を発生する。起動停止制御コントローラ２５はモータ及び磁気軸受回路の起動／停止を制御する。モータ制御部２２は、インバータ付きモータのインバータ出力電圧を制御してモータの回転速度を制御する。異常電流検出手段２４はモータ電流検出手段２３が検出した電流値を、予め設定した基準電流設定値と比較し、基準設定電流値を越えた場合に起動停止制御コントローラ２５に信号を送る。起動停止制御コントローラ２５は、異常電流判断手段２４から異常発生信号を受けると、モータ制御部２２と磁気軸受制御部２１に別個に起動停止命令を送る。
【００２２】
次に、本発明に係るターボ真空ポンプの詳細を図２を用いて説明する。吸気口１０１と排気口１０２を備えたハウジング１００内に、ロータ１０３が回転可能に収納されている。ロータ１０３の一端側に形成されたロータ軸１０３Ａはスラスト能動磁気軸受１０４とラジアル能動磁気軸受１０５で支持され、ロータ１０３の他端側に形成されたロータ軸１０３Ｂはラジアル能動磁気軸受１０６でそれぞれ支持されている。ラジアル能動磁気軸受１０５、１０６と夫々の軸の軸端との間には、タッチダウン軸受１０７、１０８が設けられている。ラジアル能動磁気軸受１０５、スラスト能動磁気軸受１０４及びタッチダウン軸受１０７は、ハウジング１００の端部に形成した軸受室１０９に、ラジアル能動磁気軸受１０６とタッチダウン軸受１０８はハウジング１００の他端部に取り付けた軸受室内１１０に収納されている。
【００２３】
軸受室１０９にはモータ１１１も収容されており、このモータ１１１がロータ１０３を駆動する。ラジアル能動磁気軸受１０５、１０６の近傍には、ラジアル方向の位置を検出する位置センサ１１２が、ロータ軸１０３Ａの端部には、スラスト方向の位置を検出する位置センサ１１３が設けられている。軸方向に吸気口１０１と排気口１０２との間には排気ポンプ部が形成されており、吸気口１０１側から順次排気ポンプを形成する遠心圧縮ポンプ段５０Ａ、円周流圧縮ポンプ段６０Ａが配置されている。
【００２４】
軸方向に吸気口１０１とモータ１１１との間には、ねじシール１１４が、ねじシール１１４とモータ１１１との間にはラビリンスシール１１５が配設されている。軸受室１１０と円周流圧縮ポンプ段６０Ａとの間にもラビリンスシール１１６が配設されており、排気ポンプ部と軸受室１１０をシールする。軸受室１０９、１１０にはパージガス供給口１１７、１１８が設けられており、真空ポンプの外部から窒素等の不活性ガスをパージガスとして供給できる。
【００２５】
次に、図２に示したターボ真空ポンプの排気ポンプ段の詳細を、図３から７を用いて説明する。ターボ真空ポンプの吸気口側には図３から図５に示す遠心圧縮ポンプ段、排気口側には図６および図７に示す円周流圧縮ポンプ段が設けられている。ここで、図３は遠心圧縮ポンプ段の一部を拡大して示す縦断面図、図４は遠心圧縮ポンプ段の羽根車の平面図及び図５は遠心圧縮ポンプステータの平面図である。遠心圧縮ポンプ段は、図３及び図４に示す表面に複数の後退羽根５０を有するオープン形羽根車５１と、図３及び図５に示すステータ５４とを交互に配置して構成されている。そして、ステータ５４はハウジング５２に取り付けられており、羽根車５１の裏面に対向して複数の羽根５３が設けられている。
【００２６】
図６は円周流圧縮ポンプ段の一部を拡大した縦断面図、図７は同じく横断面図である。円周流圧縮ポンプ段は、図６及び図７に示すように外周面に複数個の羽根６０を放射状に設けた羽根車６１と、ハウジング５２に取り付けられ、かつ羽根車６０と対向する面にＵ字状の溝６２を有するステータ６３とを交互に配置して構成されている。そして、羽根車６１とステータ６３の間には通風路６４が形成されており、通風路６４の周方向一カ所に仕切部６５が設けられている。仕切部６５の回転方向前方には吸入口６６、後方には吐出口６７が設けられている。◆
このように構成したターボ真空ポンプのポンプ部は、モータにより高速回転駆動され、ハウジングに設けられた吸気口から吸込んだ気体を圧縮し、排気口から大気に排気する。
【００２７】
本発明に係るターボ真空ポンプの排気ポンプの他の例を図８および図９に示す。ターボ真空ポンプの吸気口側には図８に一部を拡大した縦断面図で示すねじ溝圧縮ポンプ段が、排気口側には図９に同様に一部を拡大した縦断面図で示す円周流圧縮ポンプ段が形成されている。ねじ溝圧縮ポンプ段では、ねじ溝羽根車７０にねじ状のねじ溝７１及びねじ山７２が形成され、このねじ溝羽根車７０と対向して円筒状のステータ７３が配置されている。一方、円周流羽根車６１は、上方から下方に向けて円筒階段状に形成されており、各円筒階段状の凸部角には、複数枚の羽根６０が設けられている。ステータ６３は円周流羽根車６１と細隙を持って対向し、内面階段状の凹部角には通風路６４が形成されており、周方向一カ所に仕切部６５が設けられている。この排気ポンプ部においても、上述のポンプ部と同様に吸気口から吸込んだ気体を圧縮し、排気口から大気圧に排気している。
【００２８】
なおポンプ要素の構成は、上記実施例に限定されるものでないことは言うまでもなく、例えば、遠心圧縮ポンプ段と図９に示した円周流圧縮ポンプ段の組合わせ、ねじ溝圧縮ポンプ段と図６および図７に示した円周流圧縮ポンプ段の組合わせでもよい。このような組合せにおいても、吸気口から吸込んだ気体を圧縮し、排気口から大気圧に排気できる。さらに、これら組合せの上流側に軸流圧縮ポンプ段などを配置してもよい。その場合、さらにポンプの到達圧力および排気速度などの性能が大幅に向上する。
【００２９】
このように構成した本発明の第１実施例の動作について説明する。◆
ポンプを起動すると、位置センサ５から出力された変位信号に基づき磁気軸受制御部２１が磁気軸受の励磁電流を制御し、ポンプ部２を所定の位置に磁気浮上させる。その後、磁気軸受制御部２１からモータ制御部２２に信号が出力され、モータ制御部２２の指令によりモータが駆動され、ターボ真空ポンプ１を回転させる。モータ電流検出手段２３はモータ電流値を検出する。異常電流判断手段２４において検出電流値を基準電流設定値と比較し、異常と判断すると起動停止コントローラ２５がモータ制御部２２と磁気軸受制御部２１に別個に起動停止指令を与える。
【００３０】
本ターボ真空ポンプをアルミニウムをドライエッチングするドライエッチング装置の排気ポンプに適用すると、気体状態の塩化アルミニウムが排気されるが、ポンプ部２の温度の低い場所に塩化アルミニウムが排気し切れずに付着堆積し易い。ポンプ運転中は、ポンプ部２の圧縮作用によりポンプ部２が高温となり、反応生成物（塩化アルミニウム）が析出しにくい上、ポンプ部２が高速で回転しているので、反応生成物が付着堆積しても絶えずかき落とされる。そのため、反応生成物の付着が問題になることはない。しかし、ポンプを停止したときに、ポンプ部２のロータとステータの間に反応生成物が若干量残っている場合がある。このような状態で、ターボ真空ポンプ１を運転しようとすると、磁気軸受はロータを浮上させるのに十分な力を発生しているのでロータは浮上するが、ロータを駆動するモータのトルクが小さいので、加速が十分できない場合がある。このとき、モータ電流が大きくなり、異常電流判断手段２４は異常状態と判断し、起動停止コントローラ２５からモータ制御部２２に停止命令が発せられる。
【００３１】
磁気軸受制御部２１がロータを浮上させる指令を保持する一方、モータ制御部２２から再度モータを駆動する指令を発する。この操作を所定回数行い、反応生成物を若干量づつ徐々に削り取る。その結果、ロータの起動に十分な程度に起動トルクが減少し、ロータが起動、次いで、加速される。なお、モータの回転とロータの浮上を同時に停止してもよい。さらに、図１０のフローチャートに示した運転方法を用いてもよい。すなわち、ターボ真空ポンプの運転操作を開始すると、ステップｓ１でロータが磁気軸受の作用により浮上し、ステップｓ２でモータが起動される。ステップｓ３でモータ電流値の異常を判別し、電流値が所定値以上の異常状態のときにステップｓ４においてモータを停止させる。
【００３２】
次に、ステップｓ５で、磁気軸受制御部２１はロータを浮上させ続け、磁気軸受の吸引力を変化させて、例えば図１１に示すように、回転軸中心に対し揺するようにロータを平行移動させる。この移動制御を実行した後、再度ステップｓ２でモータを起動しターボ真空ポンプ１を定常回転まで加速する。このようにすれば、ポンプ部２内に設けたロータとステータ間に付着堆積した反応生成物がかき落とされ、ターボ真空ポンプの再起動が可能となる。
【００３３】
他の方法としては、ターボ真空ポンプの軸受室にパージガス供給口を設け、ターボ真空ポンプの運転開始後、パージガス穴からパージガスを供給する。以下は図１０と同様であるが、ステップｓ４のモータ停止後にパージガスの圧力を高める操作が加わる。なお、ロータの移動制御が終了したら、パージガス圧力を元の圧力に戻し、再度モータを起動する。この運転方法によれば、ロータとステータ間に付着堆積した反応生成物がかき落とされた後、軸受室に入るのを防止できる。
【００３４】
図１２に示すように、縦軸に配置された回転軸の中心に沿って軸の上下方向にロータを揺するように移動させてもよいし、図１３に示すように、縦軸に配置された回転軸の上下両端部を回転軸中心に対して互いに逆方向に傾くようにロータを移動させてもよい。図１４に示すように、縦軸に配置された軸端部の一方を中心に振り子を振らすように移動させてもよく、図１５に示すように、ポンプロータを微小角度だけ正逆方向に予め設定された回数だけ回転させてもよい。そして、ポンプロータを図１１から図１４に示すいづれかのように移動させれば、反応生成物はかき落とされ、ターボ真空ポンプの再起動が可能になる。
【００３５】
（第２実施例）
図１６に、本発明に係るターボ真空ポンプの第２実施例のブロック図を示す。図１に示した第１実施例とは、異常状態の検出手段が相違する。第１実施例と同一部品には同一の符号を付し、説明は省略する。本実施例のターボ真空ポンプ１には、ロータの回転数を検出する検出手段が設けられている。また、コントローラ２０には、モータ電流検出手段２３及び以上電流判断手段２４の代わりに、加速時間を検出するタイマー２６と、回転数と加速時間とを比較して所定値を越えたときに異常と見なす以上速度判断手段２７とが設けられている。
【００３６】
異常速度判断手段２７は、ロータ回転数検出手段６が検出したロータの回転数と、加速時間を検出するタイマー２６の出力から得られる加速時間とを予め設定した設定値と比較し、設定値を越えた場合に、起動停止制御コントローラ２５に信号を送る。起動停止制御コントローラ２５は、異常速度判断手段２７からの異常発生信号を受けると、モータ制御部２２と磁気軸受制御部２１に別個に起動停止命令を送るこの第２実施例の運転方法のフローチャートを図１７に示す。
【００３７】
ターボ真空ポンプの操作が開始されると、ステップｓ１１でロータは磁気軸受の作用により浮上し、ステップｓ１２でモータが起動する。次いで、ステップｓ１３で回転数と加速時間を用いて異常を判別し、加速に要する時間が所定値以上であれば、ステップｓ１４においてモータを停止させる。次に、ステップｓ１５では、磁気軸受制御部２１からの指令によりロータを浮上させたまま、磁気軸受の吸引力を用いてロータを移動させる。移動制御を実行した後は、ステップｓ１２に戻ってモータを起動し、ターボ真空ポンプ１を定常回転まで加速した後、定常運転を続ける。
【００３８】
また、第１実施例と同様、ターボ真空ポンプの軸受室にパージガス供給口を設け、ターボ真空ポンプの操作開始後、パージガス穴からパージガスを供給して、ロータとステータ間に付着堆積した後かき落された反応生成物が軸受室に入るのを防止できる。ロータの移動は、図１１から図１５に示すいずれの方法を用いてもよい。
【００３９】
（第３実施例）
本発明に係るターボ真空ポンプの第３実施例の運転方法のフローチャートを図１８に、ブロック図を図１９に示す。ターボ真空ポンプの操作が開始されると、ステップｓ２１において磁気軸受制御部２１は、磁気軸受の吸引力によりロータが移動するよう磁気軸受に制御指令を与える。ステップｓ２２で、位置センサ５から出力された変位信号に基づき、磁気軸受制御部２１から励磁電流の指令が発せられ、ポンプ部２を所定の位置に磁気浮上させる。ステップｓ２３で、磁気軸受制御部２１からモータ制御部２２に指令が発せられ、モータ制御部２２はモータを駆動する指令を発生する。これにより、ターボ真空ポンプ１が起動され、定常回転まで加速した後定常運転を維持する。
【００４０】
ロータの移動には、第１、第２実施例と同様、図１１から図１５のいずれかに示した方法を用いる。本実施例においては、制御系が単純となりコストを抑えながら、確実にターボ真空ポンプを再起動できる。
【００４１】
（第４実施例）
本発明に係るターボ真空ポンプの第４実施例の運転方法のフローチャートを図２０に示す。ターボ真空ポンプの操作が開始されると、ステップｓ３１でロータを磁気軸受により浮上させ、ステップｓ３２でモータを駆動する。ステップｓ３３でモータ電流値の異常判別を行い、異常状態のときにはステップｓ３５においてモータを停止する。モータ電流値が所定値より小さい場合には、ステップｓ３４において回転数と加速時間を用いて異常を判別し、異常状態のときにステップｓ３５でモータを停止する。ステップｓ３６において移動操作の回数をカウントし、その回数が設定回数以下の場合には、ステップｓ３７においてロータを移動制御する。その後、再びステップｓ３２においてモータを起動し、以下同様の制御を繰り返す。移動操作の回数が設定回数を越えたとステップｓ３６で判断されたときには、ランプ点灯や音などの警報を発生する。
【００４２】
本実施例においては、ポンプロータを揺するように制御しても、ロータの非加速時に警報を発するので、故障原因が明確になりスピーディに対策できる。その結果、半導体製造工程の非稼働時間を大幅に短縮できる。なお、異常電流の判定と、回転数と加速時間を用いた異常の判定とを同時に実行しているが、どちらか一方の判定だけを用いて警報を発してもよい。
【００４３】
（第５実施例）
本発明に係るターボ真空ポンプの第５実施例の運転方法のブロック図を、図２１に示す。本実施例は、図１９に示した第３実施例とステータを加熱制御する手段７を有する点が相違している。ステータ加熱制御手段７は、ポンプを起動する前にステータ温度が所定温度まで上昇するよう制御する。この所定温度は、１８０゜以上、ステータを製作したときの熱処理温度以下に設定される。本実施例の運転方法のフローチャートを図２２に示す。
【００４４】
ターボ真空ポンプの操作が開始されると、ステップｓ４１でステータを加熱する指令が加熱制御手段７から出力される。ステップｓ４２でステータに設けた温度センサ２の出力に基づいて、加熱制御手段７がステータに設けたヒータの電流値を制御する。ステータ温度が上記所定温度に達したら、ステップｓ４３においてヒータへの通電を停止する。その後、ステップｓ４４で磁気軸受制御部２１からの指令によりロータを浮上させ、ステップｓ４５でモータ制御部の指令によりモータを起動する。このようにステータを起動前に加熱することにより、固体の塩化アルミニウムを昇華させることができ、ポンプの再起動時の摩擦抵抗を低減する。また、加熱温度はステータ材の熱処理温度以下であるから、熱変形等に起因する性能低下がない。
【００４５】
（第６実施例）
本発明に係るターボ真空ポンプの第６実施例のブロック図を図２３に示す。本実施例は、図１に示した第１実施例においてステータを加熱する手段を設けたものである。ステータ加熱手段および加熱方法は、第５実施例に示したものと同様である。このターボ真空ポンプの運転方法のフローチャートを図２４に示す。
【００４６】
ターボ真空ポンプの操作が開始されると、ステップｓ８１でロータを磁気軸受により浮上させ、ステップｓ８２でモータを駆動する。ステップｓ８３でモータ電流値の異常を判別し、異常状態のときにはステップｓ８５においてモータを停止させる。次にステップｓ８６でステータを加熱制御し、ステータ温度が所定温度に達したら、塩化アルミニウムが昇華しているので、ステップｓ８２においてモータ制御部がモータを起動する指令を発生する。ステップｓ８３でモータ電流の異常を再び判別し、モータ電流値が所定値より小さいときには、ステップｓ８４でステータの加熱を停止する。このように、モータ電流値に基づいてステータの温度を制御しているので、摩擦抵抗の少ないときにはステータを加熱することがなく、不要な加熱を防止でき、各部品の信頼性を損なうことなく、省エネが達成される。
【００４７】
（第７実施例）
本発明に係るターボ真空ポンプの第７実施例のブロック図を図２５に、運転方法のフローチャートを図２６に示す。本実施例では異常判定手段を、図２３および図２４に示した第６実施例の電流値の代わりに、回転数と加速時間としたものである。
【００４８】
ターボ真空ポンプの操作が開始されると、ステップｓ９１でロータを磁気軸受により浮上させ、ステップｓ９２でモータを駆動する。ステップｓ９３で回転数と加速時間の関係から異常を判別し、異常状態のときにはステップｓ９５においてモータを停止させる。次にステップｓ９６でステータを加熱制御し、ステータ温度が所定温度に達したら、塩化アルミニウムが昇華しているので、ステップｓ９２においてモータを起動する。ステップｓ９３で回転数と加速時間との関係から異常を再び判別し、正常であればステップｓ８４でステータの加熱を停止する。この運転方法よっても、第６実施例と同様な効果が得られる。
【００４９】
（第８実施例）
本発明に係るターボ真空ポンプの第８実施例の運転方法のフローチャートを図２７に示す。ターボ真空ポンプの軸受室にパージガス供給口を設け、ターボ真空ポンプにパージガス供給口からパージガスを供給して、軸受やモータなどの電装品を熱から保護するようにしたものである。
【００５０】
ステップｓ９１でパージガス供給口からパージガスを軸受室に供給し、ステップｓ９２でロータを浮上させ、ステップｓ９３でモータを起動する。ステップｓ９４でモータ電流値の異常を判定し、異常であればステップ９５でモータを停止する。その後、ステップｓ９７でパージガス圧を高め、ステップｓ９８においてステータを加熱制御し、ステップｓ９９でパージガス圧を元に戻す。再度ステップｓ９３でモータを起動するとともに、ステップｓ９４で異常を判別し、モータ電流値が所定値以下であれば、ステップｓ９５で加熱を停止する。
【００５１】
本実施例においても、ロータとステータ間に付着堆積した反応生成物を昇華にさせてポンプへの固着を防止でき、ポンプの再起動が可能となる。さらに、ステータの加熱時に軸受室からパージガスを供給しているので、軸受やモータなどの電装品を熱から保護でき、部品の信頼性が損なわれない。また、ステータを不要に加熱しないので省エネになる。本実施例においては、電流値を用いてポンプの異常運転を判定したが、回転数と加速時間を用いて判定してもよい。
【００５２】
以上のいずれの実施例においても、軸と軸受等のクリアランスは以下のようにして決定する。すなわち、ターボ真空ポンプの遠心圧縮ポンプ段のクリアランスは、図３に示すように、遠心羽根車５１の羽根５０とステータ５４間及び羽根車５１とステータ５４の羽根車５３間で、スラスト方向に約０．２〜０．５ｍｍである。ラジアル方向クリアランスは、スラスト方向クリアランスに比べて充分広く設定する。円周流圧縮ポンプ段６０Ａのクリアランスとしては、図６に示すように、羽根６０の裏面とステータ６３との間のクリアランスと、羽根６０を囲む仕切部６５との間のクリアランスがある。これらは、共に約０．２〜０．５ｍｍである。
【００５３】
また、タッチダウン軸受のクリアランスを、真空ポンプ運転中に磁気軸受がロータを支持できなくなった場合においてもポンプ部の羽根車とステータが接触しないように、ポンプ部クリアランスより小さく設定する。つまり、運転中のロータとタッチダウン軸受との間のクリアランスは、ロータ中心と回転中心が一致した場合に片側隙間で０．１５ｍｍである。また、タッチダウン軸受はターボ真空ポンプを搬送するときにもロータを支持して、ロータとステータ間で接触が起きないように設定する。
【００５４】
ところで、上述したターボ真空ポンプをＡｌのドライエッチング装置に使用すると、ポンプ部のクリアランスが小さくて羽根車とステータ間に反応生成物の塩化アルミニュウムが付着堆積し、ポンプが再起動しないことがある。この場合、図２８に示すタイミングチャートにしたがって磁気軸受を制御すれば、堆積した反応生成物が徐々に削られ、真空ポンプの再起動が可能になる。この様子を、図１０及び図２８〜図３１を用いて詳述する。
【００５５】
磁気軸受を制御する前のロータの位置は、図２９に示すように回転中心とロータ中心が一致していない。このロータの変位方向をｘ２とする。図２８において、時間ｔ１のときに全ての磁気軸受を制御し、ロータを浮上させる（図１０のＳ１参照）。次に図１０のＳ２において、モータを起動する。しかし、反応生成物により、ロータは回転不可能であり、モータの電流値が所定値、例えばモータ定格電流の１５０％を越えるとＳ４においてモータが停止する。
【００５６】
そこで、時間ｔ２のときにｘ２方向の吸引力を弱め、ロータをｘ１方向に移動させる。なおこの場合、ｘ２方向の吸引力がさらに強くなるように磁気軸受を制御しても良い。この時、図３０に示すようにロータの中心を回転中心を越えて、タッチダウン軸受とロータのクリアランスが略０となる位置まで移動させる。図２８では、ロータ中心と回転中心が一致する場合にロータの移動量を０とし、この０位置からｘ１方向に移動した場合を＋で、０位置からｘ２方向に移動した場合を−で表す。タッチダウン軸受のクリアランスは、ロータ中心と回転中心が一致した場合で、片側隙間が０．１５ｍｍであるため、ロータの移動量はｘ１方向に０．１５ｍｍ、ｘ２方向に０．１５ｍｍであり、最大０．３ｍｍである。
【００５７】
時間ｔ３において、ｘ１方向の吸引力を弱め、ｘ２方向の吸引力を強めてロータをｘ２方向に移動させる。この時、図３１に示すようにロータ中心が回転中心を越え、タッチダウン軸受とロータとのクリアランスが略０となるまで、ロータを移動させる。ロータの移動量は＋ｃから−ｃまでの２ｃとなる。
【００５８】
次に時間ｔ４ではロータをｘ１方向に移動させるため、ｘ２方向の吸引力を弱めｘ１の吸引力を強める。さらに、時間ｔ５においてｘ２方向に移動させるため、ｘ１方向の吸引力を弱めｘ２方向の吸引力を強める。時間ｔ６ではｘ１方向の吸引力を強め、ロータを回転中心に位置するように磁気軸受を制御する。このように、図２８ではロータをｘ１方向に２度移動させている。この移動操作を、２ないし５回行えば、堆積した反応生成物が充分に削り取られ、ターボ真空ポンプの起動が可能になる。そこで、時間ｔ７においてモータを起動し、ロータ回転数を上昇させる。時間ｔ８において、ロータが定格回転数に達し所期のポンプ性能が得られる。
【００５９】
上記においては、ロータをｘ方向に平行移動させる場合について説明したが、必要に応じてｙ方向に移動させてもよい。また、ｘ方向とｙ方向とに交互に移動させても良い。さらに、図１２ないし図１５に示したようにロータを移動させても良い。これらは上記手順と同様の手順を用いることにより、達成できる。そして、ターボ真空ポンプの起動時にロータを移動させているので、前回の使用後に反応生成物が付着堆積しても、ロータのロックを解除してポンプを再起動させることができる。
【００６０】
以上述べたように、本発明の各実施例とも、大気圧から排気可能なターボ真空ポンプにおいて、ポンプの停止中に反応生成物が付着しても、完全に洗浄でメンテナンスフリーな磁気軸受を用いてポンプを再起動することができ、信頼性の高いターボ真空ポンプが得られる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、ポンプ停止中の反応生成物の付着堆積によるロータロックが生じても、ポンプの再起動を可能とし、完全に洗浄で、メンテナンスフリーである磁気軸受の利点を生かすことのできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るターボ真空ポンプの第１実施例のブロック図である。
【図２】本発明に係るターボ真空ポンプの縦断面図である。
【図３】遠心圧縮ポンプ段の一部を拡大して示す縦断面図である。
【図４】図３に示す遠心圧縮ポンプ段を構成する遠心圧縮ポンプ羽根車の平面図である。
【図５】図３に示す遠心圧縮ポンプ段を構成する遠心圧縮ポンプステータの平面図である。
【図６】円周流圧縮ポンプ段の一部を拡大して示す縦断面図である。
【図７】円周流圧縮ポンプ段の一部を拡大して示す横断面図である。
【図８】ねじ溝圧縮ポンプ段の一部を拡大して示す縦断面図である。
【図９】円周流圧縮ポンプ段の一部を拡大して示す縦断面図である。
【図１０】本発明の第１実施例の動作を示すフローチャートである。
【図１１】ポンプロータの移動状態を示す模式図である。
【図１２】ポンプロータの他の移動状態を示す模式図である。
【図１３】ポンプロータのさらに他の移動状態を示す模式図である。
【図１４】ポンプロータのさらに他の移動状態を示す模式図である。
【図１５】ポンプロータのさらに他の移動状態を示す模式図である。
【図１６】本発明に係るターボ真空ポンプの第２実施例のブロック図である。
【図１７】本発明の第２実施例の動作を示すフローチャートである。
【図１８】本発明に係るターボ真空ポンプの第３実施例の動作を示すフローチャートである。
【図１９】本発明の第３実施例のブロック図である。
【図２０】本発明に係るターボ真空ポンプの第４実施例の動作を示すフローチャートである。
【図２１】本発明に係るターボ真空ポンプの第５実施例のブロック図である。
【図２２】本発明の第５実施例の動作を示すフローチャートである。
【図２３】本発明に係るターボ真空ポンプの第６実施例のブロック図である。
【図２４】本発明の第６実施例の動作を示すフローチャートである。
【図２５】本発明に係るターボ真空ポンプの第７実施例のブロック図である。
【図２６】本発明の第７実施例の動作を示すフローチャートである。
【図２７】本発明に係るターボ真空ポンプの第８実施例の動作を示すフローチャートである。
【図２８】本発明に係るターボ真空ポンプの軸受の制御のタイミングチャートである。
【図２９】本発明に係るターボ真空ポンプの軸の変位を示す図である。
【図３０】本発明に係るターボ真空ポンプの軸の変位を示す図である。
【図３１】本発明に係るターボ真空ポンプの軸の変位を示す図である。
【符号の説明】
１…ターボ真空ポンプ、２…ポンプ部、３…軸受部、４…モータ部、
５…位置センサ、６…回転数検出手段、２０…コントローラ、
２１…磁気軸受制御部、２２…モータ制御部、２３…モータ電流検出手段、
２４…異常電流判断手段、２５…起動停止全体制御コントローラ、
２６…加速時間検出タイマ、２７…異常速度判断手段、１００…ハウジング、
１０１…吸気口、１０２…排気口、１０３…ロータ、
１０４…スラスト能動磁気軸受、１０５、１０６…ラジアル能動磁気軸受、
１１１…モータ、１１２…ラジアル位置センサ、１１３…スラスト位置センサ、
５０Ａ…遠心圧縮ポンプ段、６０Ａ…円周流圧縮ポンプ段

Claims (18)

1. 吸気口と排気口を有するハウジングと、このハウジング内に保持されたステータと、前記ハウジングに取り付けられた磁気軸受と、この磁気軸受により回転自在に支持された回転軸と、この回転軸を駆動する駆動手段と、前記磁気軸受を制御する制御手段を備え、前記吸気口から吸込んだ気体を圧縮し前記排気口より大気雰囲気に排気するターボ真空ポンプにおいて、
   前記回転軸の回転速度を検出する第１の検出手段と、前記駆動手段の電流と電力の少なくともいずれかを検出する第２の検出手段とを設け、前記第１の検出手段が回転軸の静止を検出したときに前記第２の検出手段の検出値が所定値を越えたら、前記回転軸を所定量だけ変位させる指令を前記磁気軸受に与える指令手段を前記制御手段に設けたことを特徴とするターボ真空ポンプ。
2. 前記回転軸の吸気口側から順に遠心圧縮ポンプ羽根車と多段の円周流羽根車とを設け、前記ステータは前記円周流羽根車とともに多段の円周流圧縮ポンプ段を形成するものであることを特徴とする請求項１に記載のターボ真空ポンプ。
3. 前記回転軸の吸気口側から順にねじ溝羽根車と多段の円周流羽根車とを設け、前記ステータは前記ねじ溝羽根車および円周流羽根車とともにねじ溝圧縮ポンプ段および多段の円周流圧縮ポンプ段を形成するものであることを特徴とする請求項１に記載のターボ真空ポンプ。
4. 回転自在に磁気軸受により支承された回転軸を備えた大気圧雰囲気に排気するターボ真空ポンプの運転方法において、
   ターボ真空ポンプを回転起動する前に、前記回転軸を磁気軸受により所定回数だけ変位させ、その後定常運転へ移行することを特徴とするターボ真空ポンプの運転方法。
5. 回転自在に磁気軸受により支承された回転軸を備えた大気圧雰囲気に排気するターボ真空ポンプの運転方法において、
   ターボ真空ポンプを回転起動した時のモータ電流値と消費電力の少なくともいずれかが所定値以上であれば回転を停止させ、その後前記回転軸を磁気軸受により所定回数だけ変位させることを特徴とするターボ真空ポンプの運転方法。
6. 回転自在に磁気軸受により支承された回転軸を備えた大気圧雰囲気に排気するターボ真空ポンプの運転方法において、
   ターボ真空ポンプを回転起動した時の前記回転軸の回転数の上昇速度が所定値以下であれば回転を停止させ、その後前記回転軸を磁気軸受により所定回数だけ変位させることを特徴とするターボ真空ポンプの運転方法。
7. 前記回転軸を変位させた後、前記磁気軸受を保持する軸受室に形成されたパージガス供給穴からパージガスを流すことを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載のターボ真空ポンプの運転方法。
8. 前記回転軸を前記磁気軸受の近傍に配設されたタッチダウン軸受に接触しない範囲で変位させることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項にターボ真空ポンプの運転方法。
9. 前記回転軸の変位動作は、回転軸中心に対しほぼ平行な移動であることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載のターボ真空ポンプの運転方法。
10. 前記回転軸の変位動作は、回転軸に沿って往復動であることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載のターボ真空ポンプの運転方法。
11. 前記回転軸の変位動作は、回転軸の軸方向中心を中心とするコニカル運動であることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載のターボ真空ポンプの運転方法。
12. 前記回転軸の変位動作は、一方の軸端部近傍を中心とするコニカル運動であることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載のターボ真空ポンプの運転方法。
13. 前記回転軸の移動は、微小角度だけ正逆回転させるものであることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載のターボ真空ポンプの運転方法。
14. 前記回転軸の移動を所定回数実施しても、前記回転軸が所定の加速速度以下であるときに警報を発するようにしたことを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項にターボ真空ポンプの運転方法。
15. 前記警報は、音またはランプを点灯することを特徴とする請求項１４記載のターボ真空ポンプの運転方法。
16. ターボ真空ポンプの起動前に、加熱制御手段がステータを180℃以下100℃以上に加熱することを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載のターボ真空ポンプの運転方法。
17. ターボ真空ポンプの回転停止後に、加熱制御手段がステータを180℃以下100℃以上に加熱することを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載のターボ真空ポンプの運転方法。
18. 吸気口と排気口を有するハウジングと、このハウジング内に保持されたステータと、前記ハウジングに取り付けられた磁気軸受と、この磁気軸受により回転自在に支持された回転軸と、この回転軸を駆動する駆動手段と、前記磁気軸受を制御する制御手段を備え、前記吸気口から吸込んだ気体を圧縮し前記排気口より大気雰囲気に排気するターボ真空ポンプにおいて、
    前記回転軸に吸気口側から順に遠心圧縮ポンプ羽根車と多段の円周流羽根車とを設け、前記ステータは前記円周流羽根車とともに多段の円周流圧縮ポンプ段を形成するものであり、前記回転軸の回転速度を検出する第１の検出手段と、前記回転軸の異常を検出する第２の検出手段と、前記ステータを加熱する加熱手段と、前記第１の検出手段および前記第２の検出手段の検出値に基づいて、前記回転軸を所定量だけ変位させる第１のコントローラと、前記ステータを加熱手段により180℃以下100℃以上に加熱する第２のコントローラを設けたことを特徴とするターボ真空ポンプ。

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