JP3767052B2 - 多段式真空ポンプ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、隣り合う単段ポンプの吸入口と排気口とを排気管によって接続して直列に連結される複数の個別の単段ポンプと、個別の単段ポンプをそれぞれ駆動する個別のモータと、少なくとも大気側に接する前記単段ポンプの回転数を可変にする駆動手段と、大気側に接する前記単段ポンプを駆動するモータの駆動電流を検出する駆動電流検出手段とから成り、直列につながる真空側の単段ポンプ排気口の背圧真空度を改善し、排気速度の低下を防止し、駆動力の増加を抑制する多段式真空ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の第１の多段式真空ポンプ（特開平５−２４０１８１）は、図９に示されるように複数のポンプ本体Ｐ１、Ｐ２が各々独立し、該ポンプ本体が独立したモータＭ１、Ｍ２により駆動され、該モータＭ１、Ｍ２は制御部ＣＲにより制御されるインバータＩ１、Ｉ２の交流電力により駆動制御するものであった。
【０００３】
従来の第２の多段式真空ポンプ（特開平７−３０５６８９）は、図１０に示されるように複数のルーツポンプＲ１ないしＲ４を設け、そのケーシングＣはそれぞれ別体に構成し、各ポンプ室ＰＣを排気用配管Ｅ１ないしＥ４で直列に連結するとともに、各ルーツポンプＲ１ないしＲ４のロータＲＴの駆動軸をそれぞれ別体にし、ベルトまたはプーリー（図示せず）によってそれらをそれぞれ異なる回転数で駆動するものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の第１の多段式真空ポンプは、実際の使用状態では、ガス流量によって各ポンプ本体Ｐ１、Ｐ２の負荷割合がアンバランスになるため、回転比はガス流量によって最適に配分した方がよいが、回転比を最適配分するためのフィードバック系を構成するために必要な温度・圧力・電流信号の検出手段および制御回路がないため、ガス流量に応じた最適回転比配分はできないので、真空度によって排気速度が変わってしまうという問題があった。
【０００６】
上記従来の第２の多段式真空ポンプは、真空側の回転数をより高く設定すること、同一容量ポンプを使用すること、ロータのクリアランスが０．１ｍｍ以下であること等より、それぞれのポンプの排気管Ｅ１ないしＥ４にそれぞれ高価な真空計を配設して、真空度を検出するものであるため、コストが高くなるという問題があった。
【０００７】
本発明者らは、隣り合う単段ポンプの吸入口と排気口とを排気管によって接続して直列に連結される複数の個別の単段ポンプを個別のモータによってそれぞれ駆動するとともに、大気側に接する該単段ポンプを駆動するモータの駆動電流を検出して、大気側に接する前記単段ポンプの回転数を制御するという本発明の技術的思想に着眼し、さらに研究開発を重ねた結果、安価なシステムにより、前記単段ポンプの背圧真空度を改善し、排気速度の低下を防止し、駆動力の増加を抑制するという目的を達成する本発明に到達した。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明（請求項１に記載された第１発明）の多段式真空ポンプは、
隣り合う単段ポンプの吸入口と排気口とを排気管によって接続して直列に連結される複数の個別の単段ポンプと、
個別の単段ポンプをそれぞれ駆動する個別のモータと、
少なくとも大気側に接する前記単段ポンプの回転数を可変にする駆動手段と、 大気側に接する前記単段ポンプを駆動するモータの駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、
検出された駆動電流に基づき大気側に接する前記単段ポンプの回転数を制御する制御手段とを備えている
ものである。
【０００９】
本発明（請求項２に記載された第２発明）の多段式真空ポンプは、
前記第１発明において、
真空側の入口の圧力を検出する圧力検出手段を備えている
ものである。
【００１０】
本発明（請求項３に記載された第３発明）の多段式真空ポンプは、
前記第２発明において、
前記圧力検出手段によって検出された圧力に基づき、前記単段ポンプのモータ回転数を設定する制御手段を備えている
ものである。
【００１１】
本発明（請求項４に記載された第４発明）の多段式真空ポンプは、
前記第２発明において、
隣り合う前記単段ポンプの吸入口と排気口とを接続する少なくとも１つ以上の排気管に配設され、各単段ポンプの出口温度を検出する温度検出手段を備え、
前記単段ポンプのモータ回転数が制御されるように構成されている
ものである。
【００１２】
本発明（請求項５に記載された第５発明）の多段式真空ポンプは、
前記第２発明において、
前記圧力検出手段が、真空側の入口の真空度を検出し、
検出された真空度に基づき個別多段ポンプの回転数を設定する制御回路を備えている
ものである。
【００１３】
本発明（請求項６に記載された第６発明）の多段式真空ポンプは、
前記第４発明において、
各単段ポンプの出口温度を測定する温度センサを備え、
ガス通路内の温度を排気ガスが凝縮・固化しない温度に保つように回転数を制御することができる制御回路を備えている
ものである。
【００１４】
本発明（請求項７に記載された第７発明）の多段式真空ポンプは、
前記第４発明において、
隣り合う単段ポンプの吸入口と排気口とを連結する少なくとも１つ以上の前記排気管に配設され、該排気管を冷却するインタークーラを備えている
ものである。
【００１５】
本発明（請求項８に記載された第９発明）の多段式真空ポンプは、
前記第７発明において、
前記インタクーラに対して、ガス通路内の温度を排気ガスが凝縮・固化しない温度に保つように流量が調整された冷却水を循環させる冷却水循環手段を備えている
ものである。
【００１６】
【発明の作用および効果】
上記構成より成る第１発明の多段式真空ポンプは、前記個別のモータが、隣り合う単段ポンプの吸入口と排気口とを排気管によって接続して直列に連結される複数の前記個別の単段ポンプをそれぞれ駆動するとともに、前記駆動電流検出手段が大気側に接する前記単段ポンプを駆動する前記モータの駆動電流を検出して、前記制御手段が該検出された駆動電流に基づき大気側に接する前記単段ポンプの回転数を制御するので、安価なシステムにより、前記単段ポンプの背圧真空度を改善するとともに、駆動力の増加を抑制するという効果を奏する。
【００１７】
上記構成より成る第２発明の多段式真空ポンプは、前記第１発明において、前記圧力検出手段が、真空側の入口の圧力を検出するので、検出された入口の圧力に基づく制御が可能になるという効果を奏する。
【００１８】
上記構成より成る第３発明の多段式真空ポンプは、前記第２発明において、前記制御手段が、前記圧力検出手段によって検出された圧力に基づき、前記単段ポンプのモータ回転数を設定するので、検出された圧力に応じて前記単段ポンプの回転数が制御されるため、直列につながる真空側の単段ポンプ排出口を改善するとともに、駆動力の増加を抑制するという効果を奏する。
【００１９】
上記構成より成る第４発明の多段式真空ポンプは、前記第２発明において、隣り合う前記単段ポンプの吸入口と排気口とを接続する少なくとも１つ以上の排気管に配設された前記温度検出手段が、各単段ポンプの出口温度を検出し、前記単段ポンプのモータ回転数が制御され、前記排気管内を断熱圧縮によって発熱させ、排気ガスが凝固・固化しない温度に維持することが出来るという効果を奏する。
【００２０】
上記構成より成る第５発明の多段式真空ポンプは、前記第２発明において、前記圧力検出手段を構成する前記真空検出手段が、真空側の入口の真空度を検出し、前記制御回路が、検出された真空度に基づき個別単段ポンプの回転数比を設定するので、前記単段ポンプの背圧真空度を改善し、排気速度の低下を防止し、駆動力の増加を抑制するという効果を奏する。
【００２１】
上記構成より成る第６発明の多段式真空ポンプは、前記第４発明において、前記温度センサが各単段ポンプの出口温度を測定し、前記制御回路が回転数を制御するので、ガス通路内の温度を排気ガスが凝縮・固化しない温度に保つことが出来るという効果を奏する。
【００２２】
上記構成より成る第７発明の多段式真空ポンプは、前記第４発明において、隣り合う単段ポンプの吸入口と排気口とを連結する少なくとも１つ以上の前記排気管に配設された前記インタークーラが、前記排気管を冷却するので、排気加熱に伴う熱膨張による前記単段ポンプの可動部の干渉を防止するという効果を奏する。
【００２３】
上記構成より成る第８発明の多段式真空ポンプは、前記第７発明において、前記冷却水循環手段が、前記インタクーラに対して循環する冷却水の流量を調整するので、前記ガス通路内の温度を排気ガスが凝縮・固化しない温度に維持するという効果を奏する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、以下図面に基づいて説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
第１実施形態の多段式真空ポンプは、図１に示されるように隣り合う単段ポンプ１ないし４の吸入口と排気口とを排気管２３ないし２５によって接続して直列に連結される複数の個別の単段ポンプ１ないし４と、個別の単段ポンプ１ないし４をそれぞれ駆動する個別のモータ５ないし８と、前記単段ポンプ１ないし４の回転数を可変にする駆動手段９ないし１２と、大気側に接する単段ポンプを駆動するモータの駆動電流を検出する駆動電流検出手段とから成るものである。
【００２６】
図１に示されるように、大気側に接する前記単段ポンプ４を駆動する前記モータ８の前記駆動電源１２からの駆動電流を検出する駆動電流検出手段３６を備え、検出した電流値を制御手段３５に伝達するように構成されている。
【００２７】
真空側の入口１８の圧力を検出する圧力検出手段１３が、真空側の入口の真空度を検出するピラニータイプの真空検出手段によって構成され、検出された真空度に基づき個別単段ポンプ１ないし４の回転数比を設定する制御手段３５を備えている。
【００２８】
各前記単段ポンプ１ないし４の前記排気口とを接続する前記排気管２３ないし２６に配設され、各単段ポンプ１ないし４の出口温度を検出する温度検出手段１４ないし１７を備え、前記制御手段３５に接続されガス通路内の温度を排気ガスが凝縮・固化しない温度に保つように回転数を制御することができるように構成されている。
【００２９】
インタークーラ２７ないし３０は、図１に示されるように隣り合う単段ポンプ１ないし４のケースおよび吸入口と排気口とを連結する前記排気管２３ないし２６に配設され、該ポンプのケースおよび排気管を冷却するように構成されている。
【００３０】
冷却水循環手段３７は、図１に示されるように冷却水源（図示せず）に接続され、流量を調整する可変流量バルブとしての流量調整弁３１ないし３４が配設され、前記インタクーラ２７ないし３０に対して、冷却水を循環させ、ガス通路内の温度を排気ガスが凝縮・固化しない温度に保つように構成されている。
【００３１】
前記制御手段３５は、制御フローおよびデータを予め格納したＲＯＭを備えたＣＰＵによって構成され、信号ケーブル２０によって前記圧力センサ１３および温度センサ１４ないし１７に接続され、信号ケーブル２０によって前記流量調節弁３１ないし３４に接続されているとともに、信号ケーブル２１によって駆動電源９〜１１に接続され該制御手段３５の出力信号が出力されるように構成されている。
【００３２】
上記構成より成る第１実施形態の多段式真空ポンプにおいて、前記真空側の単段ポンプ１の前記入口１８は、図示しない真空チャンバに連結されており、大気圧から１Ｐａ台まで真空引きする。
【００３３】
高真空時は、前記単段ポンプ１の入口圧力と出口圧力の差圧は数＋Ｐａ程度であり、駆動力は少なくてもよいため、小容量モータで回転数を高く設定することができる。逆に、前記単段ポンプ４の入口出口の差圧は数＋ｋＰａあるため、多くの駆動力を必要とし、大容量モータで回転数を低くして使用される。
【００３４】
低真空時、特に大気圧に近い真空度におけるルーツポンプは、高真空時に比べて単段ポンプ１の体積効率は低下するため、排気速度は低下してしまう。このとき、図２に示されるように入口出口の差圧は大きくなり、より大きな駆動力が必要になる。逆に、前記単段ポンプ４の入口出口の差圧は小さくなり、必要な駆動力は減る。
【００３５】
従って、前記単段ポンプ４の回転数を上げることにより、単段ポンプ１の背圧側真空度を改善し、図３中一点鎖線で示されるように排気速度の落ち込みを防ぐとともに、図２中一点鎖線で示されるように単段ポンプ１の駆動力増加を抑制することができる。
【００３６】
特に、真空チャンバ内を大気圧から真空引きする場合や、パージガスを定量流す場合などは、この条件に適合するため、速やかな到達真空度の達成を得るには、低真空時に単段ポンプ４を高回転側に回転数を変えることが望ましい。
【００３７】
この制御を実行させるために、多段ポンプの前記入口１８の圧力を圧力計１３によって計測し、その圧力に応じて、前記制御手段３５によってＤＣブラシレスモータによって構成される前記モータ５ないし８の回転数が設定される。
【００３８】
またはより簡便な方法として、前記モータ５ないし７の回転数は常に一定とし、前記駆動電源１２に出力している回転数情報と前記電流検出手段３６より得られる電流値から、真空度を推定することもできる。
【００３９】
一方、多段ポンプのガス通路内温度は排気ガスが凝縮・固化しない温度に保つことが求められている。この要件を満足するためには、多段ポンプを構成する前記単段ポンプ１ないし４の回転数の配分を変え、単段ポンプの間に介在する配管２３〜２６内を断熱圧縮によって発熱させ、所定の温度を維持する。
【００４０】
そのために、前記単段ポンプ１ないし４の出口温度を、温度検出手段１４ないし１７によって前記制御手段３５に取り込み、各排気管２３ないし２６の温度を所定の温度を維持するように回転数が制御される。
【００４１】
同様の目的で、前記単段ポンプ１ないし４の前記排気管２３ないし２６とともにポンプケースを冷却する方法も考えられる。その場合、冷却水流量によって冷却能力を調節するため、冷却水入口側に前記制御手段３５によって制御される前記可変流量バルブ３１ないし３４を連結し、過熱してロータ接触の危険がある単段ポンプには流量バルブを全開に開いてガス通路内温度を下げ、低温度で排気ガスが凝縮・固化する危険性がある前記単段ポンプ１ないし４には、該当する前記流量バルブ３１ないし３４を絞ることによって、ガス通路内温度を上げて所定の温度範囲に保つようにするものである。
【００４２】
上記第１実施形態の多段式真空ポンプは、前記個別の単段モータ１ないし４が、隣り合う単段ポンプの吸入口と排気口とを前記排気管２３ないし２５によって接続して直列に連結される複数の前記個別の単段ポンプをそれぞれ駆動するとともに、前記駆動手段１２が、少なくとも大気側に接する大容量の前記単段ポンプ４の回転数を制御するので、安価なシステムにより、直列につながる真空側の単段ポンプ排出口の背圧真空度を改善するという効果を奏する。
【００４３】
また第１実施形態の多段式真空ポンプは、前記駆動電流検出手段３６が、大気側に接する前記単段ポンプ４を駆動する前記モータ８の駆動電流を検出するので、該検出した駆動電流に基づき大気側に接する前記単段ポンプ４の回転数を制御するため、駆動力の増加を抑制するという効果を奏する。
【００４４】
さらに第１実施形態の多段式真空ポンプは、前記制御手段３５が、前記圧力検出手段１３によって検出された圧力に基づき、前記単段ポンプ１ないし４の前記モータ５ないし８の回転数を設定するので、検出された圧力に応じて前記単段ポンプ１ないし４の回転数が制御されるため、前記単段ポンプの背圧真空度を改善するとともに、駆動力の増加を抑制するという効果を奏する。
【００４５】
また第１実施形態の多段式真空ポンプは、隣り合う前記単段ポンプ１ないし４の吸入口と排気口とを接続する前記排気管２３ないし２６に配設された前記温度検出手段１４ないし１７が、各単段ポンプ１ないし４の出口温度を検出し、前記単段ポンプ１ないし４の前記モータ５ないし８の回転数が制御され、前記排気管２３ないし２６内を断熱圧縮によって発熱させ、排気ガスが凝固・固化しない温度に維持することが出来るという効果を奏する。
【００４６】
さらに第１実施形態の多段式真空ポンプは、前記圧力検出手段１３が、真空側の入口の真空度を検出し、前記制御手段３５が、検出された真空度に基づき個別単段ポンプ１ないし４の回転数を設定するので、前記単段ポンプ１ないし４の背圧真空度を改善し、排気速度の低下を防止し、駆動力の増加を抑制するという効果を奏する。
【００４７】
さらに第１実施形態の多段式真空ポンプは、隣り合う単段ポンプ１ないし４の吸入口と排気口とを連結する少なくとも１つ以上の前記排気管２３ないし２６に配設された前記インタークーラ２７ないし３０が、前記排気管２３ないし２６およびポンプケースを冷却するので、排気加熱に伴う熱膨張による前記単段ポンプ１ないし４の可動部の干渉を防止するという効果を奏する。
【００４８】
また第１実施形態の多段式真空ポンプは、前記冷却水循環手段３７が、前記インタクーラ２７ないし３０に対して循環する冷却水の流量を、前記制御手段３５からの指令に従い前記流量制御弁３１ないし３４により調整するので、前記ガス通路内の温度を排気ガスが凝縮・固化しない温度に維持するという効果を奏する。
【００４９】
（第２実施形態）
第２実施形態の多段式真空ポンプは、図４および図５に示されるように真空側の入口の真空度を検出することなく、駆動電流検出手段３６が検出した大気側に接する前記単段ポンプ４を駆動する前記モータ８の駆動電流のみに基づき大気側に接する前記単段ポンプ４の回転数を制御する点が、前記第１実施形態との相違点であり、以下相違点を中心に説明する。
【００５０】
本第２実施形態においては、図４における負荷としての単段ポンプ４は、図５に示されるモータ８によって回転駆動されるルーツポンプによって構成される。
【００５１】
制御手段としてのマイコン３５は、図６に示されるようにステップ１０１において、前記ルーツポンプ４を回転駆動する前記モータ８の回転数を回転数検出手段３８により読み取り、ステップ１０２において、駆動電流検出手段３６によって前記モータ８の駆動電流の電流値が読み取られる。
【００５２】
ステップ１０３において、読み取られた前記電流値が設定値と等しいがどうかが判定され、等しい場合はステップ１０１に戻り、等しくない場合は、ステップ１０４において、読み取られた前記電流値が設定値より少ないかどうか判定される。
【００５３】
少ない場合はステップ１０５において、速度指令値が増加され、多い場合はステップ１０６において、速度指令値が減少される。
【００５４】
上記第２実施形態の多段式真空ポンプは、前記駆動電流検出手段３６が、大気側に接する前記単段ポンプ４を駆動する前記モータ８の駆動電流を検出するので、該検出した駆動電流に基づき大気側に接する大容量の前記単段ポンプ４の回転数を制御するため、駆動力の増加を抑制するという効果を奏する。
【００５５】
また第２実施形態の多段式真空ポンプは、上述したように前記モータの駆動電流に基づき、前記モータの回転数（回転速度）を制御するものであるため、高価な真空度検出装置を不要にするので、システム全体を安価かつ制御をシンプルにするという効果を奏する。
【００５６】
（第３実施形態）
第３実施形態の多段式真空ポンプは、図７および図８に示されるように真空側の入口の真空度を直接検出することにより、前記単段ポンプ４の回転数を制御する点が、前記第２実施形態との相違点であり、以下相違点を中心に説明する。
【００５７】
本第３実施形態においては、制御手段としてのマイコン３５は、図８に示されるようにステップ２０１において、前記ルーツポンプ４を回転駆動する前記モータ８の回転数を読み取り、ステップ２０２において、ピラニータイプの真空計３９によって真空側の入口の真空度が読み取られる。
【００５８】
ステップ２０３において、読み取られた前記真空度に対して回転数が適正かどうかが判定され、適正な場合はステップ２０１に戻り、適正でない場合は、ステップ２０４において、読み取られた前記回転数が前記真空度に対して低いかどうか判定される。
【００５９】
低い場合はステップ２０５において、速度指令値が増加され、高い場合はステップ２０６において、速度指令値が減少される。
【００６０】
上記第３実施形態の多段式真空ポンプは、前記真空計３９が、真空側の入口の真空度を検出し、前記制御手段３５が、検出された真空度に基づき個別単段ポンプ１ないし４の回転数比を設定するので、前記単段ポンプ１ないし４の背圧真空度を改善し、排気速度の低下を防止し、駆動力の増加を抑制するという効果を奏する。
【００６１】
また第３実施形態の多段式真空ポンプは、上述したように前記真空計３９によって、真空側の入口の真空度を直接検出し、検出した真空度と回転数との関係に基づき、前記モータの回転数（回転速度）を制御するものであるため、前記モータの回転数を適正かつ精度良く制御することが出来るという効果を奏する。
【００６２】
上述の実施形態は、説明のために例示したもので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の多段式真空ポンプのシステム全体を示すブロック図である。
【図２】本第１実施形態における真空度と動力との関係を示す線図である。
【図３】本第１実施形態における真空度と排気速度との関係を示す線図である。
【図４】本発明の第２実施形態の多段式真空ポンプを示すブロック図である。
【図５】本第２実施形態におけるポンプとしてのルーツポンプを示す側面図である。
【図６】本第２実施形態における制御フローを示すチャート図である。
【図７】本発明の第３実施形態の多段式真空ポンプを示すブロック図である。
【図８】本第３実施形態における制御フローを示すチャート図である。
【図９】従来の第１の多段式真空ポンプを示すブロック図である。
【図１０】従来の第２の多段式真空ポンプを示すブロック図である。
【符号の説明】
１ないし４ ポンプ
５ないし８ モータ
９ないし１２ 駆動電源
２３ないし２５ 排気管
【発明の属する技術分野】
本発明は、隣り合う単段ポンプの吸入口と排気口とを排気管によって接続して直列に連結される複数の個別の単段ポンプと、個別の単段ポンプをそれぞれ駆動する個別のモータと、少なくとも大気側に接する前記単段ポンプの回転数を可変にする駆動手段と、大気側に接する前記単段ポンプを駆動するモータの駆動電流を検出する駆動電流検出手段とから成り、直列につながる真空側の単段ポンプ排気口の背圧真空度を改善し、排気速度の低下を防止し、駆動力の増加を抑制する多段式真空ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の第１の多段式真空ポンプ（特開平５−２４０１８１）は、図９に示されるように複数のポンプ本体Ｐ１、Ｐ２が各々独立し、該ポンプ本体が独立したモータＭ１、Ｍ２により駆動され、該モータＭ１、Ｍ２は制御部ＣＲにより制御されるインバータＩ１、Ｉ２の交流電力により駆動制御するものであった。
【０００３】
従来の第２の多段式真空ポンプ（特開平７−３０５６８９）は、図１０に示されるように複数のルーツポンプＲ１ないしＲ４を設け、そのケーシングＣはそれぞれ別体に構成し、各ポンプ室ＰＣを排気用配管Ｅ１ないしＥ４で直列に連結するとともに、各ルーツポンプＲ１ないしＲ４のロータＲＴの駆動軸をそれぞれ別体にし、ベルトまたはプーリー（図示せず）によってそれらをそれぞれ異なる回転数で駆動するものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の第１の多段式真空ポンプは、実際の使用状態では、ガス流量によって各ポンプ本体Ｐ１、Ｐ２の負荷割合がアンバランスになるため、回転比はガス流量によって最適に配分した方がよいが、回転比を最適配分するためのフィードバック系を構成するために必要な温度・圧力・電流信号の検出手段および制御回路がないため、ガス流量に応じた最適回転比配分はできないので、真空度によって排気速度が変わってしまうという問題があった。
【０００６】
上記従来の第２の多段式真空ポンプは、真空側の回転数をより高く設定すること、同一容量ポンプを使用すること、ロータのクリアランスが０．１ｍｍ以下であること等より、それぞれのポンプの排気管Ｅ１ないしＥ４にそれぞれ高価な真空計を配設して、真空度を検出するものであるため、コストが高くなるという問題があった。
【０００７】
本発明者らは、隣り合う単段ポンプの吸入口と排気口とを排気管によって接続して直列に連結される複数の個別の単段ポンプを個別のモータによってそれぞれ駆動するとともに、大気側に接する該単段ポンプを駆動するモータの駆動電流を検出して、大気側に接する前記単段ポンプの回転数を制御するという本発明の技術的思想に着眼し、さらに研究開発を重ねた結果、安価なシステムにより、前記単段ポンプの背圧真空度を改善し、排気速度の低下を防止し、駆動力の増加を抑制するという目的を達成する本発明に到達した。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明（請求項１に記載された第１発明）の多段式真空ポンプは、
隣り合う単段ポンプの吸入口と排気口とを排気管によって接続して直列に連結される複数の個別の単段ポンプと、
個別の単段ポンプをそれぞれ駆動する個別のモータと、
少なくとも大気側に接する前記単段ポンプの回転数を可変にする駆動手段と、 大気側に接する前記単段ポンプを駆動するモータの駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、
検出された駆動電流に基づき大気側に接する前記単段ポンプの回転数を制御する制御手段とを備えている
ものである。
【０００９】
本発明（請求項２に記載された第２発明）の多段式真空ポンプは、
前記第１発明において、
真空側の入口の圧力を検出する圧力検出手段を備えている
ものである。
【００１０】
本発明（請求項３に記載された第３発明）の多段式真空ポンプは、
前記第２発明において、
前記圧力検出手段によって検出された圧力に基づき、前記単段ポンプのモータ回転数を設定する制御手段を備えている
ものである。
【００１１】
本発明（請求項４に記載された第４発明）の多段式真空ポンプは、
前記第２発明において、
隣り合う前記単段ポンプの吸入口と排気口とを接続する少なくとも１つ以上の排気管に配設され、各単段ポンプの出口温度を検出する温度検出手段を備え、
前記単段ポンプのモータ回転数が制御されるように構成されている
ものである。
【００１２】
本発明（請求項５に記載された第５発明）の多段式真空ポンプは、
前記第２発明において、
前記圧力検出手段が、真空側の入口の真空度を検出し、
検出された真空度に基づき個別多段ポンプの回転数を設定する制御回路を備えている
ものである。
【００１３】
本発明（請求項６に記載された第６発明）の多段式真空ポンプは、
前記第４発明において、
各単段ポンプの出口温度を測定する温度センサを備え、
ガス通路内の温度を排気ガスが凝縮・固化しない温度に保つように回転数を制御することができる制御回路を備えている
ものである。
【００１４】
本発明（請求項７に記載された第７発明）の多段式真空ポンプは、
前記第４発明において、
隣り合う単段ポンプの吸入口と排気口とを連結する少なくとも１つ以上の前記排気管に配設され、該排気管を冷却するインタークーラを備えている
ものである。
【００１５】
本発明（請求項８に記載された第９発明）の多段式真空ポンプは、
前記第７発明において、
前記インタクーラに対して、ガス通路内の温度を排気ガスが凝縮・固化しない温度に保つように流量が調整された冷却水を循環させる冷却水循環手段を備えている
ものである。
【００１６】
【発明の作用および効果】
上記構成より成る第１発明の多段式真空ポンプは、前記個別のモータが、隣り合う単段ポンプの吸入口と排気口とを排気管によって接続して直列に連結される複数の前記個別の単段ポンプをそれぞれ駆動するとともに、前記駆動電流検出手段が大気側に接する前記単段ポンプを駆動する前記モータの駆動電流を検出して、前記制御手段が該検出された駆動電流に基づき大気側に接する前記単段ポンプの回転数を制御するので、安価なシステムにより、前記単段ポンプの背圧真空度を改善するとともに、駆動力の増加を抑制するという効果を奏する。
【００１７】
上記構成より成る第２発明の多段式真空ポンプは、前記第１発明において、前記圧力検出手段が、真空側の入口の圧力を検出するので、検出された入口の圧力に基づく制御が可能になるという効果を奏する。
【００１８】
上記構成より成る第３発明の多段式真空ポンプは、前記第２発明において、前記制御手段が、前記圧力検出手段によって検出された圧力に基づき、前記単段ポンプのモータ回転数を設定するので、検出された圧力に応じて前記単段ポンプの回転数が制御されるため、直列につながる真空側の単段ポンプ排出口を改善するとともに、駆動力の増加を抑制するという効果を奏する。
【００１９】
上記構成より成る第４発明の多段式真空ポンプは、前記第２発明において、隣り合う前記単段ポンプの吸入口と排気口とを接続する少なくとも１つ以上の排気管に配設された前記温度検出手段が、各単段ポンプの出口温度を検出し、前記単段ポンプのモータ回転数が制御され、前記排気管内を断熱圧縮によって発熱させ、排気ガスが凝固・固化しない温度に維持することが出来るという効果を奏する。
【００２０】
上記構成より成る第５発明の多段式真空ポンプは、前記第２発明において、前記圧力検出手段を構成する前記真空検出手段が、真空側の入口の真空度を検出し、前記制御回路が、検出された真空度に基づき個別単段ポンプの回転数比を設定するので、前記単段ポンプの背圧真空度を改善し、排気速度の低下を防止し、駆動力の増加を抑制するという効果を奏する。
【００２１】
上記構成より成る第６発明の多段式真空ポンプは、前記第４発明において、前記温度センサが各単段ポンプの出口温度を測定し、前記制御回路が回転数を制御するので、ガス通路内の温度を排気ガスが凝縮・固化しない温度に保つことが出来るという効果を奏する。
【００２２】
上記構成より成る第７発明の多段式真空ポンプは、前記第４発明において、隣り合う単段ポンプの吸入口と排気口とを連結する少なくとも１つ以上の前記排気管に配設された前記インタークーラが、前記排気管を冷却するので、排気加熱に伴う熱膨張による前記単段ポンプの可動部の干渉を防止するという効果を奏する。
【００２３】
上記構成より成る第８発明の多段式真空ポンプは、前記第７発明において、前記冷却水循環手段が、前記インタクーラに対して循環する冷却水の流量を調整するので、前記ガス通路内の温度を排気ガスが凝縮・固化しない温度に維持するという効果を奏する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、以下図面に基づいて説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
第１実施形態の多段式真空ポンプは、図１に示されるように隣り合う単段ポンプ１ないし４の吸入口と排気口とを排気管２３ないし２５によって接続して直列に連結される複数の個別の単段ポンプ１ないし４と、個別の単段ポンプ１ないし４をそれぞれ駆動する個別のモータ５ないし８と、前記単段ポンプ１ないし４の回転数を可変にする駆動手段９ないし１２と、大気側に接する単段ポンプを駆動するモータの駆動電流を検出する駆動電流検出手段とから成るものである。
【００２６】
図１に示されるように、大気側に接する前記単段ポンプ４を駆動する前記モータ８の前記駆動電源１２からの駆動電流を検出する駆動電流検出手段３６を備え、検出した電流値を制御手段３５に伝達するように構成されている。
【００２７】
真空側の入口１８の圧力を検出する圧力検出手段１３が、真空側の入口の真空度を検出するピラニータイプの真空検出手段によって構成され、検出された真空度に基づき個別単段ポンプ１ないし４の回転数比を設定する制御手段３５を備えている。
【００２８】
各前記単段ポンプ１ないし４の前記排気口とを接続する前記排気管２３ないし２６に配設され、各単段ポンプ１ないし４の出口温度を検出する温度検出手段１４ないし１７を備え、前記制御手段３５に接続されガス通路内の温度を排気ガスが凝縮・固化しない温度に保つように回転数を制御することができるように構成されている。
【００２９】
インタークーラ２７ないし３０は、図１に示されるように隣り合う単段ポンプ１ないし４のケースおよび吸入口と排気口とを連結する前記排気管２３ないし２６に配設され、該ポンプのケースおよび排気管を冷却するように構成されている。
【００３０】
冷却水循環手段３７は、図１に示されるように冷却水源（図示せず）に接続され、流量を調整する可変流量バルブとしての流量調整弁３１ないし３４が配設され、前記インタクーラ２７ないし３０に対して、冷却水を循環させ、ガス通路内の温度を排気ガスが凝縮・固化しない温度に保つように構成されている。
【００３１】
前記制御手段３５は、制御フローおよびデータを予め格納したＲＯＭを備えたＣＰＵによって構成され、信号ケーブル２０によって前記圧力センサ１３および温度センサ１４ないし１７に接続され、信号ケーブル２０によって前記流量調節弁３１ないし３４に接続されているとともに、信号ケーブル２１によって駆動電源９〜１１に接続され該制御手段３５の出力信号が出力されるように構成されている。
【００３２】
上記構成より成る第１実施形態の多段式真空ポンプにおいて、前記真空側の単段ポンプ１の前記入口１８は、図示しない真空チャンバに連結されており、大気圧から１Ｐａ台まで真空引きする。
【００３３】
高真空時は、前記単段ポンプ１の入口圧力と出口圧力の差圧は数＋Ｐａ程度であり、駆動力は少なくてもよいため、小容量モータで回転数を高く設定することができる。逆に、前記単段ポンプ４の入口出口の差圧は数＋ｋＰａあるため、多くの駆動力を必要とし、大容量モータで回転数を低くして使用される。
【００３４】
低真空時、特に大気圧に近い真空度におけるルーツポンプは、高真空時に比べて単段ポンプ１の体積効率は低下するため、排気速度は低下してしまう。このとき、図２に示されるように入口出口の差圧は大きくなり、より大きな駆動力が必要になる。逆に、前記単段ポンプ４の入口出口の差圧は小さくなり、必要な駆動力は減る。
【００３５】
従って、前記単段ポンプ４の回転数を上げることにより、単段ポンプ１の背圧側真空度を改善し、図３中一点鎖線で示されるように排気速度の落ち込みを防ぐとともに、図２中一点鎖線で示されるように単段ポンプ１の駆動力増加を抑制することができる。
【００３６】
特に、真空チャンバ内を大気圧から真空引きする場合や、パージガスを定量流す場合などは、この条件に適合するため、速やかな到達真空度の達成を得るには、低真空時に単段ポンプ４を高回転側に回転数を変えることが望ましい。
【００３７】
この制御を実行させるために、多段ポンプの前記入口１８の圧力を圧力計１３によって計測し、その圧力に応じて、前記制御手段３５によってＤＣブラシレスモータによって構成される前記モータ５ないし８の回転数が設定される。
【００３８】
またはより簡便な方法として、前記モータ５ないし７の回転数は常に一定とし、前記駆動電源１２に出力している回転数情報と前記電流検出手段３６より得られる電流値から、真空度を推定することもできる。
【００３９】
一方、多段ポンプのガス通路内温度は排気ガスが凝縮・固化しない温度に保つことが求められている。この要件を満足するためには、多段ポンプを構成する前記単段ポンプ１ないし４の回転数の配分を変え、単段ポンプの間に介在する配管２３〜２６内を断熱圧縮によって発熱させ、所定の温度を維持する。
【００４０】
そのために、前記単段ポンプ１ないし４の出口温度を、温度検出手段１４ないし１７によって前記制御手段３５に取り込み、各排気管２３ないし２６の温度を所定の温度を維持するように回転数が制御される。
【００４１】
同様の目的で、前記単段ポンプ１ないし４の前記排気管２３ないし２６とともにポンプケースを冷却する方法も考えられる。その場合、冷却水流量によって冷却能力を調節するため、冷却水入口側に前記制御手段３５によって制御される前記可変流量バルブ３１ないし３４を連結し、過熱してロータ接触の危険がある単段ポンプには流量バルブを全開に開いてガス通路内温度を下げ、低温度で排気ガスが凝縮・固化する危険性がある前記単段ポンプ１ないし４には、該当する前記流量バルブ３１ないし３４を絞ることによって、ガス通路内温度を上げて所定の温度範囲に保つようにするものである。
【００４２】
上記第１実施形態の多段式真空ポンプは、前記個別の単段モータ１ないし４が、隣り合う単段ポンプの吸入口と排気口とを前記排気管２３ないし２５によって接続して直列に連結される複数の前記個別の単段ポンプをそれぞれ駆動するとともに、前記駆動手段１２が、少なくとも大気側に接する大容量の前記単段ポンプ４の回転数を制御するので、安価なシステムにより、直列につながる真空側の単段ポンプ排出口の背圧真空度を改善するという効果を奏する。
【００４３】
また第１実施形態の多段式真空ポンプは、前記駆動電流検出手段３６が、大気側に接する前記単段ポンプ４を駆動する前記モータ８の駆動電流を検出するので、該検出した駆動電流に基づき大気側に接する前記単段ポンプ４の回転数を制御するため、駆動力の増加を抑制するという効果を奏する。
【００４４】
さらに第１実施形態の多段式真空ポンプは、前記制御手段３５が、前記圧力検出手段１３によって検出された圧力に基づき、前記単段ポンプ１ないし４の前記モータ５ないし８の回転数を設定するので、検出された圧力に応じて前記単段ポンプ１ないし４の回転数が制御されるため、前記単段ポンプの背圧真空度を改善するとともに、駆動力の増加を抑制するという効果を奏する。
【００４５】
また第１実施形態の多段式真空ポンプは、隣り合う前記単段ポンプ１ないし４の吸入口と排気口とを接続する前記排気管２３ないし２６に配設された前記温度検出手段１４ないし１７が、各単段ポンプ１ないし４の出口温度を検出し、前記単段ポンプ１ないし４の前記モータ５ないし８の回転数が制御され、前記排気管２３ないし２６内を断熱圧縮によって発熱させ、排気ガスが凝固・固化しない温度に維持することが出来るという効果を奏する。
【００４６】
さらに第１実施形態の多段式真空ポンプは、前記圧力検出手段１３が、真空側の入口の真空度を検出し、前記制御手段３５が、検出された真空度に基づき個別単段ポンプ１ないし４の回転数を設定するので、前記単段ポンプ１ないし４の背圧真空度を改善し、排気速度の低下を防止し、駆動力の増加を抑制するという効果を奏する。
【００４７】
さらに第１実施形態の多段式真空ポンプは、隣り合う単段ポンプ１ないし４の吸入口と排気口とを連結する少なくとも１つ以上の前記排気管２３ないし２６に配設された前記インタークーラ２７ないし３０が、前記排気管２３ないし２６およびポンプケースを冷却するので、排気加熱に伴う熱膨張による前記単段ポンプ１ないし４の可動部の干渉を防止するという効果を奏する。
【００４８】
また第１実施形態の多段式真空ポンプは、前記冷却水循環手段３７が、前記インタクーラ２７ないし３０に対して循環する冷却水の流量を、前記制御手段３５からの指令に従い前記流量制御弁３１ないし３４により調整するので、前記ガス通路内の温度を排気ガスが凝縮・固化しない温度に維持するという効果を奏する。
【００４９】
（第２実施形態）
第２実施形態の多段式真空ポンプは、図４および図５に示されるように真空側の入口の真空度を検出することなく、駆動電流検出手段３６が検出した大気側に接する前記単段ポンプ４を駆動する前記モータ８の駆動電流のみに基づき大気側に接する前記単段ポンプ４の回転数を制御する点が、前記第１実施形態との相違点であり、以下相違点を中心に説明する。
【００５０】
本第２実施形態においては、図４における負荷としての単段ポンプ４は、図５に示されるモータ８によって回転駆動されるルーツポンプによって構成される。
【００５１】
制御手段としてのマイコン３５は、図６に示されるようにステップ１０１において、前記ルーツポンプ４を回転駆動する前記モータ８の回転数を回転数検出手段３８により読み取り、ステップ１０２において、駆動電流検出手段３６によって前記モータ８の駆動電流の電流値が読み取られる。
【００５２】
ステップ１０３において、読み取られた前記電流値が設定値と等しいがどうかが判定され、等しい場合はステップ１０１に戻り、等しくない場合は、ステップ１０４において、読み取られた前記電流値が設定値より少ないかどうか判定される。
【００５３】
少ない場合はステップ１０５において、速度指令値が増加され、多い場合はステップ１０６において、速度指令値が減少される。
【００５４】
上記第２実施形態の多段式真空ポンプは、前記駆動電流検出手段３６が、大気側に接する前記単段ポンプ４を駆動する前記モータ８の駆動電流を検出するので、該検出した駆動電流に基づき大気側に接する大容量の前記単段ポンプ４の回転数を制御するため、駆動力の増加を抑制するという効果を奏する。
【００５５】
また第２実施形態の多段式真空ポンプは、上述したように前記モータの駆動電流に基づき、前記モータの回転数（回転速度）を制御するものであるため、高価な真空度検出装置を不要にするので、システム全体を安価かつ制御をシンプルにするという効果を奏する。
【００５６】
（第３実施形態）
第３実施形態の多段式真空ポンプは、図７および図８に示されるように真空側の入口の真空度を直接検出することにより、前記単段ポンプ４の回転数を制御する点が、前記第２実施形態との相違点であり、以下相違点を中心に説明する。
【００５７】
本第３実施形態においては、制御手段としてのマイコン３５は、図８に示されるようにステップ２０１において、前記ルーツポンプ４を回転駆動する前記モータ８の回転数を読み取り、ステップ２０２において、ピラニータイプの真空計３９によって真空側の入口の真空度が読み取られる。
【００５８】
ステップ２０３において、読み取られた前記真空度に対して回転数が適正かどうかが判定され、適正な場合はステップ２０１に戻り、適正でない場合は、ステップ２０４において、読み取られた前記回転数が前記真空度に対して低いかどうか判定される。
【００５９】
低い場合はステップ２０５において、速度指令値が増加され、高い場合はステップ２０６において、速度指令値が減少される。
【００６０】
上記第３実施形態の多段式真空ポンプは、前記真空計３９が、真空側の入口の真空度を検出し、前記制御手段３５が、検出された真空度に基づき個別単段ポンプ１ないし４の回転数比を設定するので、前記単段ポンプ１ないし４の背圧真空度を改善し、排気速度の低下を防止し、駆動力の増加を抑制するという効果を奏する。
【００６１】
また第３実施形態の多段式真空ポンプは、上述したように前記真空計３９によって、真空側の入口の真空度を直接検出し、検出した真空度と回転数との関係に基づき、前記モータの回転数（回転速度）を制御するものであるため、前記モータの回転数を適正かつ精度良く制御することが出来るという効果を奏する。
【００６２】
上述の実施形態は、説明のために例示したもので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の多段式真空ポンプのシステム全体を示すブロック図である。
【図２】本第１実施形態における真空度と動力との関係を示す線図である。
【図３】本第１実施形態における真空度と排気速度との関係を示す線図である。
【図４】本発明の第２実施形態の多段式真空ポンプを示すブロック図である。
【図５】本第２実施形態におけるポンプとしてのルーツポンプを示す側面図である。
【図６】本第２実施形態における制御フローを示すチャート図である。
【図７】本発明の第３実施形態の多段式真空ポンプを示すブロック図である。
【図８】本第３実施形態における制御フローを示すチャート図である。
【図９】従来の第１の多段式真空ポンプを示すブロック図である。
【図１０】従来の第２の多段式真空ポンプを示すブロック図である。
【符号の説明】
１ないし４ ポンプ
５ないし８ モータ
９ないし１２ 駆動電源
２３ないし２５ 排気管
Claims (8)
- 隣り合う単段ポンプの吸入口と排気口とを排気管によって接続して直列に連結される複数の個別の単段ポンプと、
個別の単段ポンプをそれぞれ駆動する個別のモータと、
少なくとも大気側に接する前記単段ポンプの回転数を可変にする駆動手段と、 大気側に接する前記単段ポンプを駆動するモータの駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、
検出された駆動電流に基づき大気側に接する前記単段ポンプの回転数を制御する制御手段とを備えている
ことを特徴とする多段式真空ポンプ。 - 請求項１において、
真空側の入口の圧力を検出する圧力検出手段を備えている
ことを特徴とする多段式真空ポンプ。 - 請求項２において、
前記圧力検出手段によって検出された圧力に基づき、前記単段ポンプのモータ回転数を設定する制御手段を備えている
ことを特徴とする多段式真空ポンプ。 - 請求項２において、
隣り合う前記単段ポンプの吸入口と排気口とを接続する少なくとも１つ以上の排気管に配設され、各単段ポンプの出口温度を検出する温度検出手段を備え、
前記単段ポンプのモータ回転数が制御されるように構成されている
ことを特徴とする多段式真空ポンプ。 - 請求項２において、
前記圧力検出手段が、真空側の入口の真空度を検出し、
検出された真空度に基づき個別多段ポンプの回転数を設定する制御回路を備えている
ことを特徴とする多段式真空ポンプ。 - 請求項４において、
各単段ポンプの出口温度を測定する温度センサを備え、
ガス通路内の温度を排気ガスが凝縮・固化しない温度に保つように回転数を制御することができる制御回路を備えている
ことを特徴とする多段式真空ポンプ。 - 請求項４において、
隣り合う単段ポンプの吸入口と排気口とを連結する少なくとも１つ以上の前記排気管に配設され、該排気管を冷却するインタークーラを備えている
ことを特徴とする多段式真空ポンプ。 - 請求項７において、
前記インタクーラに対して、ガス通路内の温度を排気ガスが凝縮・固化しない温度に保つように流量が調整された冷却水を循環させる冷却水循環手段を備えている
ことを特徴とする多段式真空ポンプ。
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