JP3591158B2

JP3591158B2 - ターボ分子ポンプの電源装置

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Publication number: JP3591158B2
Application number: JP27452296A
Authority: JP
Inventors: 均山口
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1996-10-17
Filing date: 1996-10-17
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2016-10-17
Also published as: JPH10122182A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置，薄膜製造装置，液晶あるいは液晶装置に関連する装置において、真空状態を形成するために使用するターボ分子ポンプの電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ターボ分子ポンプは種々の機種を備えており、機種に応じてターボ分子ポンプ本体のモータの回転数やモータに印加する電圧，電流等が異なっている。そのため、各機種のターボ分子ポンプ本体のモータを駆動するには、それぞれの特性や条件に対応した電力供給や制御を行うための専用の電源装置を必要としている。
【０００３】
また、磁気浮上式のターボ分子ポンプの場合には、ロータ翼の質量や重心位置が機種毎に異なるため、電源装置側にそれぞれの制御特性に対応した専用の磁気浮上制御回路を必要としている。
図５は従来のターボ分子ポンプの構成を説明するための概略ブロック図である。図５において、ターボ分子ポンプは、ターボ分子ポンプ本体１と電源装置２とを備える。ターボ分子ポンプ本体１は、ロータ翼を駆動するモータ１４およびモータの回転数を検出する回転センサ１３を含む回転数制御系４を備え、ロータを磁気浮上させる場合には磁気軸受のための電磁石１２およびロータ位置を検出する変位センサ１１を含む磁気軸受制御系３を備え、また、モータやガス経路の温度を検出するための温度検出機構５を備えている。
【０００４】
電源装置２は、回転数制御系４の制御を行なうモータ制御部７と、磁気軸受制御系３の制御を行なう磁気軸受制御部６とを備え、ターボ分子ポンプの機種に応じてモータを最適運転させる回転数制御の制御定数や、ロータ翼の質量や重心位置等に応じて最適磁気浮上制御を行なわせる磁気軸受制御の制御定数等の設定値が設定されている。また、温度検出機構５からの検出信号に基づいて、モータ温度の異常検出やヒータの温度制御を行なう温度制御部８を備えている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のターボ分子ポンプでは、ターボ分子ポンプ本体と電源装置との組み合わせを機種毎に定めているため、あらかじめ用意すべき電源装置の種類数は、ターボ分子ポンプの種類数だけ必要となり、電源装置は多くの種類を必要とするという問題点がある。この多種の電源装置の必要性は、電源装置の在庫や供給の管理において無駄が生じる要因となる。
【０００６】
また、ターボ分子ポンプ本体のモータやロータ翼を設計を変更して新しいモデルを形成する場合には、モータの回転数制御の制御定数や磁気軸受の制御定数を設計変更に合わせて設定した電源装置が新たに必要となるという問題点がある。通常、ターボ分子ポンプの故障に対応するために、ターボ分子ポンプ本体および電源装置の在庫を保有しておく必要があり、ターボ分子ポンプ本体のモデル変更にともなって旧モデルの電源装置についても保有する必要があり、保有し続ける電源装置の種類数も増加することになる。
【０００７】
そこで、本発明は前記した従来のターボ分子ポンプの持つ問題点を解決し、複数種類のターボ分子ポンプ本体に対して、電源装置の種類数を減少することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、排気用翼体およびモータを有する回転体を磁気軸受により磁気浮上支持するターボ分子ポンプの電源装置において、ターボ分子ポンプの電気的構成部が備える機種固有の電気的特性を検出し、該電気的特性からターボ分子ポンプの機種を判別する機種判別回路と、ターボ分子ポンプのモータを制御する制御回路の制御定数および又は磁気軸受を制御する制御回路の制御定数を機種判別回路の出力に基づいて設定する制御定数設定回路とを備えるものである。
【０００９】
ターボ分子ポンプの電気的構成部は、回転体を回転駆動するモータ，回転体を磁気浮上させる磁気軸受，あるいはターボ分子ポンプ本体に設置する温度センサを含む電気的な動作を行なう構成要素であり、ターボ分子ポンプの機種に応じて電気抵抗やインダクタンス等の電気的特性が異なる。機種判別回路は、このターボ分子ポンプの機種に固有の電気的特性を検出して、ターボ分子ポンプの機種を判別する機種判別信号を出力する回路である。
【００１０】
本発明のターボ分子ポンプの電源装置によれば、電源装置をターボ分子ポンプ本体に接続すると、電源装置内の機種判別回路は、ターボ分子ポンプ内のモータ，磁気軸受，あるいは温度センサ等の電気的構成部の抵抗やインダクタンス等の電気的特性を検出する。この電気的構成部のターボ分子ポンプの機種に応じて異なる電気的特性を利用することにより、機種判別回路は検出した電気的特性に基づいてターボ分子ポンプの機種を判別し、さらに、この機種判別信号によって、あらかじめ格納しておいた制御定数の中から機種に適した制御定数を選択して、モータの回転数制御を行なうモータ制御部や磁気軸受を制御する磁気軸受制御部の制御定数を設定する。
【００１１】
本発明の第１の実施態様は、機種判別を行なう電気的構成部としてモータの温度異常を検出する温度センサを用いるものであり、ターボ分子ポンプ本体の機種毎に異なる温度センサの抵抗範囲を検出することによって、ターボ分子ポンプ本体の機種判別を行う。また、本発明の第２の実施態様は、機種判別を行なう電気的構成部としてターボ分子ポンプの通路部分の温度制御を行なうための温度センサを用いるものであり、ターボ分子ポンプ本体の機種毎に異なる温度センサの抵抗範囲を検出することによって、ターボ分子ポンプ本体の機種判別を行う。
【００１２】
本発明の第３の実施態様は、機種判別を行なう電気的構成部としてモータを用いるものであり、ターボ分子ポンプ本体の機種毎に異なるモータのコイル抵抗あるいはコイルインダクタンスを検出することによって、ターボ分子ポンプ本体の機種判別を行う。また、本発明の第４の実施態様は、機種判別を行なう電気的構成部として磁気軸受を用いるものであり、ターボ分子ポンプ本体の機種毎に異なる磁気軸受のコイル抵抗あるいはコイルインダクタンスを検出することによって、ターボ分子ポンプ本体の機種判別を行う。
【００１３】
上記構成によれば、同一機種の電源装置において、接続したターボ分子ポンプ本体の機種に応じた制御定数を設定することができるため、複数種類のターボ分子ポンプ本体に対して、電源装置の種類数を減少することができる。
また、ターボ分子ポンプ本体において、ターボ分子ポンプ本体自体が備えるモータや磁気軸受や温度センサ等の電気的構成部の電気的特性を検出することによって機種判別を行なうため、機種判別のために別個に構成要素や、そのための配線や、電源装置側の機種判別回路との間の接続を行なうケーブルを不要とすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照しながら詳細に説明する。
本発明の実施の形態の構成例について、図１の本発明のターボ分子ポンプの電源装置の第１の実施形態を説明する概略ブロック図を用いて説明する。第１の実施形態は、ターボ分子ポンプの異常温度検出センサが機種毎に固有に備える電気的特性を検出して、ターボ分子ポンプ本体の機種を判別するものである。
【００１５】
図１において、ターボ分子ポンプは、前記図５と同様に、ターボ分子ポンプ本体１と電源装置２とを備え、ターボ分子ポンプ本体１の回転数制御系４は、ロータ翼を駆動するモータ１４およびモータの回転数を検出する回転センサ１３を含み、磁気軸受制御系３は、ロータを磁気浮上させる磁気軸受の電磁石１２およびロータ位置を検出する変位センサ１１を含み、また、温度検出機構５としてモータの温度異常を検出するための異常温度検出センサ１５を備える。異常温度検出センサ１５は、例えば固定抵抗器や測温抵抗体やサーミスタ等の温度に応じて抵抗値が変化する抵抗素子を用いることができる。
【００１６】
電源装置２は、回転センサ１３から回転数信号を求める回転センサ回路２３と、モータ１４に電力を供給するインバータ回路２４と、回転数信号に基づいてインバータ回路２４の制御を行う第２制御演算器２７と、第２制御演算器２７の制御定数の設定，変更を行う回転数制御定数設定回路２８とによって、回転数制御系４の制御を行なうモータ制御部７を構成し、また、変位センサ１１から変位信号を求める変位センサ回路２１と、電磁石１２に電力を供給する電力増幅器２２と、変位信号に基づいて電力増幅器２２の制御を行う第１制御演算器２５と、第１制御演算器２５の制御定数の設定，変更を行う磁気軸受制御定数設定回路２６とによって、磁気軸受制御系３の制御を行なう磁気軸受制御部６を構成する。
【００１７】
回転数制御定数設定回路２８は、ターボ分子ポンプの機種に応じたモータの回転数制御の制御定数を格納しておき、その制御定数の中から接続したモータに最適な制御定数を選択して設定を行なう回路であり、また、磁気軸受制御定数設定回路２６は、ターボ分子ポンプのロータ翼の質量や重心位置等に応じた磁気浮上制御を行なわせる磁気軸受制御の制御定数を格納しておき、その制御定数の中から接続したモータに最適な制御定数を選択して設定を行なう回路である。
【００１８】
さらに、本発明の電源装置は機種判別回路３１を備える。図１に示す実施形態では、ターボ分子ポンプ本体１側の異常温度検出センサ１５から得られる検出信号に基づいてターボ分子ポンプ本体１の機種判別を行う。機種判別回路３１の機種判別信号は、回転数制御定数設定回路２８および磁気軸受制御定数設定回路２６に送られ、機種に対応した制御定数の選択が行なわれる。
また、図１中の温度換算回路３２およびインターロック３３はモータの温度異常を防止するための構成であり、異常温度検出センサ１５からの検出信号に基づいて異常検出および制御を行う。
【００１９】
次に、図１の実施形態による制御定数の設定動作について、図２（ａ）を用いて説明する。ターボ分子ポンプ本体１に設ける異常温度検出センサ１５の抵抗素子の抵抗値を機種毎に、重ならないよう異ならせて設定しておく。例えば、ターボ分子ポンプの使用温度範囲２０℃〜１５０℃において、機種Ａでは１０ｋΩ〜１５ｋΩとなる抵抗器を用い、機種Ｂでは２０ｋΩ〜２５ｋΩとなる抵抗器を用いる。
【００２０】
機種判別回路３１は、電源装置２をターボ分子ポンプ本体１に接続し、電源を投入したとき、異常温度検出センサ１５に所定の電流を流して抵抗値に対応した電圧信号を検出し、この電圧信号からセンサの抵抗値を推定して機種Ａの判別を行う。機種判別回路３１は、機種と抵抗値との関係をＲＡＭ等の記憶手段に格納しておき、抵抗値に対応した機種を機種判別信号として出力する構成とすることができる。例えば、検出した抵抗値が１０ｋΩ〜１５ｋΩの範囲内の場合には、接続したターボ分子ポンプ本体は機種Ａであると判定し、機種判別信号を磁気軸受制御定数設定回路２６および回転数制御定数設定回路２８に送り、機種Ａに対応した各制御定数の選択および設定を行う。また、検出した抵抗値が２０ｋΩ〜２５ｋΩの範囲内の場合には、接続したターボ分子ポンプ本体は機種Ｂであると判定し、機種判別信号を磁気軸受制御定数設定回路２６および回転数制御定数設定回路２８に送り、機種Ｂに対応した各制御定数の選択および設定を行う。
なお、機種毎に抵抗値を異ならせるために、共通の異常温度検出センサ１５に所定の抵抗値の抵抗を接続する構成とすることもできる。
【００２１】
制御定数を設定した後、温度換算回路３２は異常温度検出センサ１５の検出信号を温度に変換し、インターロック３３は検出温度が設定した異常温度を越えた場合に第２制御演算器２７を制御してモータ１４の動作を停止し、モータの温度異常を逓減する動作を行う。図２（ｂ）は異常温度制御を説明するための図である。ターボ分子ポンプの許容温度範囲をａ〜ｂとし、正常温度域をａ〜ｃとし、異常温度となる過温域をｃ〜ｂとすると、温度換算回路３２は、異常温度検出センサ１５からの信号を温度に変換し、インターロック３３はこの温度の監視して、過温域ｃ〜ｂに達した場合には、第２制御演算器２７に制御信号を送りモータ１４の動作を停止する。これによって、モータ１４の温度上昇を抑える。
【００２２】
次に、本発明の第２の実施形態について、図３の概略ブロック図を用いて説明する。第２の実施形態は、ヒータ制御用に備える温度センサの機種毎に固有の電気的特性を検出して、ターボ分子ポンプ本体の機種を判別するものである。
図３において、第２の実施形態は第１の実施形態とほぼ同様の構成であり、ターボ分子ポンプ本体１側に磁気軸受制御系３，回転数制御系４を備え、電源装置２側に磁気軸受制御部６，モータ制御部７を備える。第２の実施形態は、ターボ分子ポンプ本体１側にポンプ内のガス経路等への反応生成物の付着を防止するためのヒータ１７と、該ヒータ制御のための温度センサ１６を備え、電源装置２側に温度センサ１６で検出した検出信号に基づいて温度を求める温度換算回路３５，および該温度に基づいてヒータ１７の制御を行うヒータ制御器３６を備える。なお、温度センサ１６の設置箇所は、ガス経路の近傍やターボ分子ポンプ本体のベース部とすることができる。ベース部は、通常アルミニウム等の熱伝導性の良好な素材で形成するため、ガス経路部分とほぼ同等の温度検出を行なうことができる。
【００２３】
第２の実施形態では、この温度センサ１６が機種毎に固有に備える抵抗値等の電気的特性を検出することによって、ターボ分子ポンプ本体１の機種判別を行なう。そのために、電源装置２は温度センサ１６と接続する機種判別回路３４を備える。機種判別回路３４は、第１の実施形態で示した機種判別回路３１と同等の構成とすることができ、機種判別信号を回転数制御定数設定回路２８および磁気軸受制御定数設定回路２６に送ることにより、機種に対応した制御定数の選択を行う。
【００２４】
第２の実施形態による制御定数の設定動作は、第１の実施形態と同様に行うことができ、機種判別回路３４は、電源装置２をターボ分子ポンプ本体１に接続し、電源を投入したとき、温度センサ１６に所定の電流を流して抵抗値に対応した電圧信号を検出し、この電圧信号からセンサの抵抗値を推定してターボ分子ポンプ本体の機種判別を行い、機種判別信号を磁気軸受制御定数設定回路２６および回転数制御定数設定回路２８に送り、機種に対応した各制御定数の選択および設定を行う。
図２（ｃ）は温度制御を説明するための図である。ターボ分子ポンプの許容温度範囲をａ〜ｂとし、ヒータ制御の設定温度をｅとする。ヒータは温度ｄ（＜ｅ）までオン状態とし、温度範囲ｄ〜ｅにおいてオン／オフ制御を行ない、温度ｅ以上ではオフ状態となるよう制御を行う。これによって、ターボ分子ポンプを所定温度に温度制御して、反応生成物の付着を防止する。
【００２５】
次に、本発明の第３の実施形態について、図４の概略ブロック図を用いて説明する。第３の実施形態は、ターボ分子ポンプのモータあるいは電磁石の機種毎に固有の電気的特性を検出して、ターボ分子ポンプ本体の機種を判別するものである。
図４において、第３の実施形態は第１，２の実施形態とほぼ同様の構成であるため、相違する部分についてのみ説明する。
【００２６】
第３の実施形態では、ターボ分子ポンプ本体１のモータ１４あるいは電磁石１２が機種毎に固有に備える抵抗値あるいはインダクタンス等の電気的特性を検出することによって、ターボ分子ポンプ本体１の機種判別を行なう。そのために、電源装置２はモータ１４あるいは電磁石１２と接続する機種判別回路３７を備える。機種判別回路３７は、第１，２の実施形態で示した機種判別回路３１，３４と同等の構成とすることができ、機種判別信号を回転数制御定数設定回路２８および磁気軸受制御定数設定回路２６に送ることにより、機種に対応した制御定数の選択を行う。
【００２７】
第３の実施形態による制御定数の設定動作は、第１，２の実施形態と同様に行うことができ、機種判別回路３７は、電源装置２をターボ分子ポンプ本体１に接続し、電源を投入したとき、モータ１４あるいは電磁石１２に所定の電流を流して抵抗値あるいはインダクタンスに対応した電圧信号を検出し、この電圧信号からセンサの抵抗値あるいはインダクタンスを推定してターボ分子ポンプ本体の機種判別を行い、機種判別信号を磁気軸受制御定数設定回路２６および回転数制御定数設定回路２８に送り、機種に対応した各制御定数の選択および設定を行う。
【００２８】
なお、第１の実施態様に温度センサ１６を設置する構成とすることもでき、第２の実施態様に異常温度検出センサ１５を設置する構成とすることもでき、また、第３の実施態様に温度センサ１６，異常温度検出センサ１５を設置する構成とすることもできる。
【００２９】
本発明の実施態様によれば、複数の種類のターボ分子ポンプ本体に対して同一の電源装置を適用することができ、電源装置の種類の逓減を図ることができる。
【００３０】
また、本発明の実施態様によれば、ターボ分子ポンプ本体が備える異常温度検出センサ，温度センサ，モータ，電磁石等の電気的構成部をポンプの機種判別に兼用することができるため、ポンプ内での配線やポンプと電源装置との接続を簡略化することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数種類のターボ分子ポンプ本体に対して、電源装置の種類数を減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のターボ分子ポンプの電源装置の第１の実施形態を説明する概略ブロック図である。
【図２】本発明のターボ分子ポンプの電源装置の動作を説明するための図である。
【図３】本発明のターボ分子ポンプの電源装置の第２の実施形態を説明する概略ブロック図である。
【図４】本発明のターボ分子ポンプの電源装置の第３の実施形態を説明する概略ブロック図である。
【図５】従来のターボ分子ポンプの構成を説明するための概略ブロック図である。
【符号の説明】
１…ターボ分子ポンプ本体、２…電源装置、３…磁気軸受制御系、４…回転数制御系、５…温度検出機構、６…磁気軸受制御部、７…モータ制御部、８…温度制御部、１１…変位センサ、１２…電磁石、１３…回転センサ、１４…モータ、１５…異常温度検出センサ、１６…温度センサ、１７…ヒータ、２１…変位センサ回路、２２…電力増幅器、２３…回転センサ、２４…インバータ回路、２５…第１制御演算器、２６…磁気軸受制御定数設定回路、２７…第２制御演算器、２８…回転数制御定数設定回路、３１，３４，３７…機種判別回路、３２，３５…温度換算回路、３３…インターロック、３６…ヒータ制御器。

Claims

排気用翼体およびモータを有する回転体を磁気軸受により磁気浮上支持するターボ分子ポンプの電源装置において、
ターボ分子ポンプを電気的に動作する電気的要素である電気的構成部が備える機種固有の電気的特性を検出し、該電気的特性からターボ分子ポンプ機種を判別する機種判別回路と、
ターボ分子ポンプのモータを制御する制御回路の制御定数および／又は磁気軸受を制御する制御回路の制御定数を、前記機種判別回路の出力に基づいて設定する設定定数設定回路とを備えたことを特徴とするターボ分子ポンプの電源装置。