JP4710377B2

JP4710377B2 - ターボ分子ポンプ装置

Info

Publication number: JP4710377B2
Application number: JP2005097040A
Authority: JP
Inventors: 善宏長野
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2025-03-30
Also published as: JP2006274960A

Description

本発明は容器内部を真空排気するためのターボ分子ポンプ本体とその電源部、および、それらを水冷するための配管を含むターボ分子ポンプ装置に関し、とくにターボ分子ポンプ本体と電源部とを組み合わせて一体化し、取り扱いを便利にしたターボ分子ポンプ装置に関する。

容器内部を真空排気するためのターボ分子ポンプ本体とそれを駆動する電源装置は一組のものとして使用されるが、その取り扱いを簡単にするためにポンプ本体と電源装置を物理的に結合して一体化したターボ分子ポンプ装置（以下では電源一体ＴＭＰと略称する）が開発されている。

また、ターボ分子ポンプ本体と電源装置は使用中に温度が上昇するから、温度が上がり過ぎないようにするためこれを冷却することが行われる。冷却は周囲の空気を吹き付けることによって冷却する空冷方式や、冷却水をポンプ本体や電源装置に配管した管路に流すことによって水冷する水冷方式が採用されている。

例えば、特許文献１にはターボ分子ポンプ本体と制御装置を一体化して構成し、それらを水冷することが記載されている。
特開平１１−１７３２９３

電源一体ＴＭＰで電源部を水冷する場合には、従来電源部の水冷管に単に冷却水を流すようにしている。この場合、別途冷却水の経路のどこかで水栓を閉めない限り、冷却水は電源部の状態にかかわらず常に流れていることになる。電源一体ＴＭＰを高温多湿の環境で使用する場合には、電源部への外部からの電力供給（ＡＣ電源）がオフの状態で水冷を続けると、電源部では発熱していないので電源部の水冷部分で結露が発生する可能性があり、このままＡＣ電源を投入すると絶縁不良によるショートなどにより電源部が故障する恐れがある。これを防止するために、通常は使用環境の温度・湿度の上限、冷却水温度の下限を狭く制限する。

また電源部へのＡＣ電源が供給されている状態でも、真空ポンプの稼動状態によっては電源部での発熱状態に変動があるので、最大の冷却水の流量では過冷却となる恐れがある。この場合も電源部において結露が生じる可能性がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、使用環境の温度・湿度の上限、冷却水温度の下限を狭く制限することがなく、冷却水の水栓を別途操作することなく真空ポンプ側の操作だけで、結露を原因とする故障や事故を防ぐことのできるターボ分子ポンプ装置を提供することを目的とする。

また、冷却水による冷却が過冷却になるのを防止することのできるターボ分子ポンプ装置を提供することを他の目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するために、ターボ分子ポンプ本体とそれを駆動する電源部を一体とし、前記ターボ分子ポンプ本体と前記電源部を水冷するための管路を有するターボ分子ポンプ装置において、前記電源部への冷却水を導入する管路に、前記電源部への外部電力供給がオフのとき前記電源部への冷却水の流入のみを遮断する第１の弁を備え、前記電源部は、外部電力供給がオンであって該電源部が過冷却となる温度以下のときに結露を防止できるように前記第１の弁を閉止して前記電源部への冷却水の流入を止めるための電源部冷却制御手段を備えることを特徴とする（請求項１）。

電源部への外部電力供給がオフにされると、第１の弁が閉止されることによって電源部への冷却水の流入が遮断され、電源部の冷却が中断される。したがって発熱のない状態で電源部を冷却することがないので結露が生じることもない。ここで電源部への外部電力供給がオフにされるというのは、操作者が電源部のスイッチを切ること、および、停電などによりＡＣ電源の供給が停止することの両方を含んでいる。

ここで第１の弁としては、電力が供給されなくなると閉止状態になる常時閉の電磁式開閉弁、または、電力が供給されなくなると電源部へ接続されている管路が閉止状態となり他方の管路が開放状態となる電磁式三方弁を使用することができる。

また、第１の弁の開閉を制御して任意のタイミングで電源部に冷却水を流すか流さないかを制御すれば電源部の過冷却を防ぐことができる。例えば、電源部の温度を検出して周囲の気温よりも低い場合には冷却水の流れを止めるようにすれば電源部における結露を防止することができる。

さらに、請求項１記載の構成に加えて、前記ターボ分子ポンプ本体を水冷するための管路の少なくとも一部に前記電源部からの信号により開閉を制御できる第２の弁を備え、前記電源部は、外部電力供給がオンの任意のときに前記第２の弁を閉止して前記ターボ分子ポンプ本体への冷却水の流入を止めるための本体冷却制御手段を備える構成とすることができる（請求項２）。

ターボ分子ポンプ本体の過冷却も好ましいものではなく、また、ポンプ本体を所定の温度に制御したいという要求も存在する。この場合に、上記構成を採用することによって、ポンプ本体を無駄に冷却することなく過冷却を防ぎ、またポンプ本体の温度制御を行いやすくすることができる。この本体冷却制御手段そのものをポンプ本体の温度制御を行う機構として働かせることもできる。

請求項１に係る本発明によれば、電源部の電源オフ時に冷却水の供給が連動して停止されるので電源部に結露の生じることがなく、それに起因する絶縁不良などの故障を回避することができる。

さらに、電源部の電源がオン状態のときにも過冷却によって電源部に結露の生じることがなく、それによる故障を回避することができる。

請求項２に係る本発明によれば、ターボ分子ポンプ本体を過冷却することがないので結露を防ぐことができ、他の不具合を生じることがない。また、ポンプ本体を温度制御する場合には無駄な冷却をしないので効率的な制御を行うことができる。

本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１は、本発明のターボ分子ポンプ装置の概略構成図である。

ターボ分子ポンプ本体１とそれを駆動する電源部２は物理的に結合され一体化されている。電源部２には外部から商用のＡＣ電源（交流１００Ｖ）の電力が供給され、電源部２とターボ分子ポンプ本体１とは装置内部で電気的に接続されており、電源部２の制御下でポンプ本体１に含まれる磁気軸受機構やロータの回転機構が駆動される。また、電源部２は外部のコンピュータシステムなどからの信号を受けるコネクタなどが設けられ、外部から制御可能なように構成されていてもよい。

ポンプ本体１と電源部２とは熱的影響を相互になるべく受けないように考慮した配置にて一体化される。あるいは、ポンプ本体１と電源部２を断熱部材を介して一体化する場合もある。

ポンプ本体１と電源部２にはそれぞれを冷却する冷却水を流すための配管がなされている。電源部２には管路４が設けられ、ポンプ本体１には管路６が設けられており、それぞれの管路の端（図中の小丸印）に冷却水を流すための配管をすることによって冷却水系を構成する。冷却水系は基本的に電源部２とポンプ本体１とを直列につないで水道水や工場の循環冷却水系の冷却水などを流すように構成されている。

水道の蛇口などから導かれた冷却水は、この装置の冷却水系の入口となる端子７に接続される。端子７からは電気的に駆動される三方弁である電磁弁３の共通端に接続される。電磁弁３の常時閉（ＮＣ）側の端は電源部２の管路４の一端に接続され、電磁弁３の常時開（ＮＯ）側の端は管路４の他端からの配管と合流しポンプ本体１の管路６の一端に接続される。管路６の他端は冷却水系の出口となる端子８に接続される。端子８から排出される冷却水は排水溝などに導かれて排出されたり、循環冷却水系の復管に戻されたりする。

電磁弁３は、電磁弁３に対する電力供給がないときには共通端と常時開端が内蔵されたバネの作用などによって連通するようになっているものであり、共通端と常時閉端を連通させるためには内蔵されたソレノイド等に電力供給が必要なものである。したがって、電源部２のスイッチが入っていないとき、または、停電などでＡＣ電源の供給が切れたときには電磁弁３は管路４へ通じる管路を閉止するので管路４に冷却水が流れなくなり、電源部２を冷却することがない。これで電源部２の発熱がないときに電源部２を冷却して結露を生じさせることがない。このとき冷却水は管路４を通ることなく迂回して管路６に流れていく。

さらに電磁弁３は制御線５を介して電源部２からの指令により流路の切換が制御される。水冷部分の温度が低かったり、周囲の気温が低かったり、ポンプ本体１の排気負荷が軽い場合には電源部２の温度はあまり上がらない。このようなときで、電源部２が動作中に電源部２の温度が下がり過ぎるような場合には電磁弁３により流路を変更して管路４には冷却水を流さず、直接ポンプ本体１の管路６に冷却水を送るようにすれば電源部２の過冷却状態を避けることができる。

例えば、電源部２の温度を検出してあらかじめ設定した温度より低ければ管路４に冷却水が流れないようにする。または、周囲の気温を測定する温度計も設置し、電源部２の温度が周囲の気温よりも低い場合には管路４への冷却水の流れを止めるようにする。そのようにすれば電源部２における過冷却による結露を防止することができる。

図２は本発明の他の実施の形態である。この例はポンプ本体１に対する冷却水も必要に応じてオンオフできるようにしたものである。図１と同じ符号をつけたものは図１と同じ構成部品であり同じ作用を行うので詳しい説明は省略する。

図２においてポンプ本体１を冷却するための管路は２つ用意されている。一つは管路１２であり、これは電源部２から来る冷却水がそのまま流れるように直列に接続されている。管路１３は管路１２から直列に接続され、管路１３の入口に電磁弁１１が介装されている。電磁弁１１は上述で説明した電磁弁３と同様な三方弁である。そして同様に信号線１４を介して電源部２からの信号により流路の切換が制御される。管路１２の冷却水出口側の端が電磁弁１１の共通端に接続され、電磁弁１１の常時閉側の端が管路１３の一端に接続され、常時開側の端が管路１３の他端と合流して冷却水系の出口である端子８に接続されている。

電磁弁１１を用いた流路切換による管路１３への冷却水の導入と閉止はポンプ本体１の温度測定値などに応じて制御される。とくに温度調節型のターボ分子ポンプでは、常時水冷しておく部分と、水冷をオンオフで制御する制御冷却部があり、この制御冷却部を管路１３とすればよい。

上述の説明で、電磁弁１１の常時閉側を管路１３の一端に接続するとしたが、これとは逆に電磁弁１１の常時開側を管路１３の一端に接続してもよい。こうした場合は電源部２からの弁の切換信号が逆になるだけで同じように制御することが可能である。また電源部２のスイッチが切られたときには管路１３にも冷却水が流れることになるが、この点については電源部２と異なり結露が回路のショートなどに結びつくことは少ないので大きな問題とはならない。

図２に示す例ではターボ分子ポンプ本体１を冷却する管路を２つとしたが、これを１つとしてもよい。つまり図２における管路１２を省き管路４からの流路を直接電磁弁１１の共通端に接続したようなものである。この場合にも適当なタイミングで電磁弁１１により流路を切り換えることによってポンプ本体１の温度状態を制御することができる。

また上述の説明で、図１と図２における電磁弁３および電磁弁１１は三方弁としたが、これは他の方式の弁を利用して同様な機能を実現してもよい。例えば、図３に電源部２付近を示すように、電源部２の冷却系として２つの開閉弁を使用する。電磁弁１５は常時閉（ＮＣ）の開閉弁であり制御線１７を介して電源部２によって開閉が制御され、この電磁弁１５を通って端子７からの冷却水が管路４に導かれる。また、電磁弁１６は常時開（ＮＯ）の開閉弁であり制御線１８を介して電源部２によって開閉が制御され、この電磁弁１６を通って端子７からの冷却水は管路４と合流して次段のターボ分子ポンプ本体の冷却系に接続される。

このようにして、電源部２に電力が供給され冷却が必要な通常動作の時には電磁弁１５を開放し電磁弁１６を閉止することで冷却水が管路４を流れることになる。そして電源部２の電源がオフのときは自動的に電磁弁１５が閉止されて電磁弁１６が開放されるので冷却水は電源部２の管路４をバイパスして電源部２を冷却しない。これは図１に示した電磁弁３の動作と実質的に等価な動作である。

図２における電磁弁１１を、上記と同様に、２つの開閉弁で置き換えることも可能である。

本発明のターボ分子ポンプ装置の概略構成図である。本発明の他の実施形態を示す図である。電磁弁の他の構成を示す図である。

符号の説明

１…ターボ分子ポンプ本体、２…電源部、３…電磁弁、４…管路、５…制御線、６…管路、７…端子、８…端子、１１…電磁弁、１２…管路、１３…管路、１４…制御線、１５…電磁弁、１６…電磁弁、１７…制御線、１８…制御線

Claims

ターボ分子ポンプ本体とそれを駆動する電源部を一体とし、前記ターボ分子ポンプ本体と前記電源部を水冷するための管路を有するターボ分子ポンプ装置において、前記電源部への冷却水を導入する管路に、前記電源部への外部電力供給がオフのとき前記電源部への冷却水の流入のみを遮断する第１の弁を備え、前記電源部は、外部電力供給がオンであって該電源部が過冷却となる温度以下のときに結露を防止できるように前記第１の弁を閉止して前記電源部への冷却水の流入を止めるための電源部冷却制御手段を備えることを特徴とするターボ分子ポンプ装置。
前記ターボ分子ポンプ本体を水冷するための管路の少なくとも一部に前記電源部からの信号により開閉を制御できる第２の弁を備え、前記電源部は、外部電力供給がオンの任意のときに前記第２の弁を閉止して前記ターボ分子ポンプ本体への冷却水の流入を止めるための本体冷却制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載されたターボ分子ポンプ装置。