JP4962851B2 - 真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプに関し、特に、真空ポンプの設置位置における振動環境や、真空ポンプが設置される設置環境のモニタに関する。

真空装置では、ターボ分子ポンプ等の吸引機構で真空容器内等を吸引することによって真空状態を形成している。一般に、ターボ分子ポンプはステータとロータとを有するポンプユニットを備え、モータの電源駆動によってロータを回転させ、真空容器内を吸引・排気している。

多くのターボ分子ポンプ等の真空ポンプでは、ロータの回転軸は磁気浮上によってステータに対して非接触で支持されている。この磁気浮上による支持では、回転軸は磁気軸受によって非接触で支持され、ケーシングと回転軸との間には、磁気軸受のための位置センサ及び電磁石が設置される。回転軸のラジアル方向には、回転軸を挟んで位置センサが対向して配置される。ラジアル軸受電磁石は位置センサで検出した位置情報に基づいて制御され、ロータをラジアル方向で非接触により回転支持している。

また、回転軸のスラスト方向には、回転軸の下端にスラストターゲットが設置され、このスラストターゲットと対向して位置センサが配置される。また、スラストターゲットにはロータディスクが固定され、このロータディスクをスラスト方向に挟んでスラスト軸受電磁石が設置される。ラジアル軸受電磁石は位置センサで検出したスラスト方向の位置情報に基づいて制御され、ロータをスラスト方向に非接触で回転支持している。（例えば、特許文献１参照）

ターボ分子ポンプは、回転体を磁気浮上させて制御している。また、排気作用を生じさせるために回転体を高速で回転させている。高速回転する回転体がケーシング（ステータ）に接触しないように、３軸の並進運動（ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸）及び回転運動（θｘ，θｙ）を制御する。

図７はロータの５軸制御を説明するための図である。ロータの回転体（図７（ａ））の運動は、ｘ，ｙ，ｚの各軸３軸の並進運動とθｘ，θｙの２軸の回転運動で表すことができる。回転体の並進運動による変位は、図７（ｂ）に示すように、ｘ方向及びｙ方向の半径方向の変位と、ｚ方向の軸方向の変位であり、また、回転体の回転運動による変位は、図７（ｃ）に示すように、θｘ方向及びθｙ方向の変位である。

これらの並進運動及び回転運動の変位は、上記したように５つの自由度を持つため、図７（ｄ）に示すように、Ｘ１，Ｙ１，Ｘ２，Ｙ２，Ｚの５軸制御によって制御することができる。
特開２００１−２３１２３８号公報

従来の磁気浮上型のターボ分子ポンプ等の真空ポンプでは、回転軸を駆動するモータや磁気浮上させるための電磁石やセンサを備えるポンプユニットと、これらモータや電磁石に電力を供給する電源ユニットとを別構成とし、両ユニット間をケーブルで接続している。

図８は、従来の真空ポンプの構成を説明するために概略構成図である。図８において、ポンプユニット２と電源ユニット３とは、それぞれ別構成として分離した位置に設置し、両ユニット間は動力供給ケーブル１１と信号制御用ケーブル１２によって接続している。動力供給ケーブル１１は、電源ユニット３からポンプユニット２内に設けたモータおよび磁気浮上系の電磁石に動力を供給し、信号制御用ケーブル１２は、ポンプユニット２内に設けたセンサで検出した検出信号を電源ユニット３内に設けた制御回路に送信する。

磁気浮上型のターボ分子ポンプでは、ロータとステータとの間が所定距離を保つように磁気浮上させているが、この磁気浮上により制御される回転軸と軸受け部との距離は、外部からの振動の影響を受けて変動する。このとき、真空ポンプが受ける外部振動が磁気浮上で制御し得る範囲を越える場合には、回転軸と軸受け部との距離を所定距離内に保持することが困難となり、回転軸がタッチダウンベアリングに接触することになる。このように、回転軸がベアリングに接触すると、回転軸は高速でベアリング支持されることになるため、ベアリングはダメージを受けることになる。

このような高速タッチダウンが繰り返されると、ベアリングが損傷し、回転体の支持が困難となり、真空ポンプが故障する原因ともなる。

真空ポンプの振動は、真空ポンプが設置される外部振動源等の振動環境の他に、真空ポンプの取り付け位置や取り付け方向等の設置環境によっても影響を受けるため、真空ポンプを良好に駆動するには、これら振動環境や設置環境をモニタする必要がある。

ターボ分子ポンプは半導体およびフラットパネルディスプレイなどの製造装置の真空チャンバに取り付けて使用するが、取り付けた装置のゲートバルブの開閉などにより生じる振動がターボ分子ポンプに伝達した場合、ターボ分子ポンプにはｘ，ｙ，ｚの各軸方向の並進３軸方向と、θｘ方向及びθｙ方向の回転２軸方向に振動成分が印加されることになる。

ターボ分子ポンプに並進方向の振動が印加されて、ターボ分子ポンプがケーシング（ステータ）が並進方向に振動した場合には、回転体とケーシング間のギャップは振動の大きさに従って狭くなり、接触しやすくなる。

一方、ターボ分子ポンプに回転方向の振動が印加され、ターボ分子ポンプのケーシング（ステータ）が回転方向に振動した合には、回転体の重心位置から離れるに従って、回転体とケーシング間のギャップが狭くなり、接触しやすくなる。

ターボ分子ポンプは排気作用を生じさせるために回転体を高速で回転させる。この回転体の高速回転による角運動量保存則に従って、回転体は回転軸方向の慣性を維持しようとする。この動作はジャイロ効果と呼ばれている。つまり、図８に示すように、５軸の浮上ギャップを一定にする通常のフィードバック制御を行っている場合には、外部からの並進方向の振動に比べて回転方向の振動が印加されるほうが、一般に回転体とケーシング（ステータ）が接触し易くなる。

回転体とケーシングが接触した場合、ポンプ停止することにより装置およびライン停止による損失が発生するおそれがある。

さらに、制御範囲を超える強い振動を受けた場合には、タッチベアリング等が接触した状態で高速のままベアリング支持で回転するため、ベアリングにダメージが与えられるという問題がある。また、高速タッチベアリングを繰り返すことによって、ベアリング支持が困難となった場合には、ポンプが故障する要因となるという問題がある。

このような問題を解決する手段として、真空ポンプに振動検出センサを取り付け、この振動検出センサによって外部から真空ポンプに加わる振動を検出することが考えられる。

図７に示したように、ポンプユニット２と電源ユニット３とを別体とする構成において、真空ポンプに加わる振動を検出するには、振動検出センサをポンプユニット２に取り付ける必要がある。ポンプユニット２に振動検出センサを取り付けるには、ポンプユニット２内に振動検出センサを実装した回路基板を新たに取り付けると共に、ポンプユニット２と電源ユニット３との間でセンサ信号や制御信号を送受信するためのケーブルや配線を設ける必要がある。

また、図９に示すように、電源ユニットとポンプユニットとを一体とする構成も検討されているが、このような、一体構成の真空ポンプにおいても、ポンプユニット２に振動検出センサを取り付けるには、通常、ポンプユニット２は基板を有していないため、振動検出センサを実装した回路基板を新たに取り付ける必要がある。

このように、真空ポンプにおいて、振動検出を行うには、振動検出センサを取り付けるための基板や配線が必要となるため、製造経費が増加するという問題がある。

そこで、本発明は上記課題を解決して、真空ポンプにおいて、振動検出センサの取り付けを容易とし、製造経費を抑制することを目的とする。

本発明の真空ポンプは、ポンプユニットと電源ユニットとを一体化あるいは連接し、電源ユニットが内部に既に備えている回路基板に加速度センサ等の振動検出センサを取り付けることによって、新たに回路基板を設けることなく外部振動を検出する。

本発明の真空ポンプは、磁気浮上により回転支持されるロータにより吸排気を行う真空ポンプであり、ロータを磁気浮上させ回転駆動させるポンプユニットと、ポンプユニットに磁気浮上および回転駆動のための電力を供給する電源ユニットとを備え、このポンプユニットと電源ユニットとは一体あるいは連接した構成とすると共に、電源ユニットに、ポンプユニットの振動又は姿勢、あるいは振動および姿勢を検出する振動・姿勢センサを設ける構成とする。

電源ユニットは、通常、磁気浮上のための制御回路や、ポンプユニットのモータや電磁石を駆動する駆動回路、あるいは磁気浮上系センサからの検出信号を信号処理するセンサ回路を有し、これら各種回路を実装するための回路基板を備えている。本発明は、この電源ユニットが備える回路基板に振動検出センサを実装することによって、新たに回路基板を設けることなく、振動検出センサを取り付ける。

本発明の一構成では、ポンプユニットは、ロータの浮上位置を検出する浮上位置検出用センサと、ロータの浮上位置を定める電磁石とを有する。一方、電源ユニットは、浮上位置検出用センサの検出信号と振動・姿勢センサの検出信号とに基づいて、ロータの浮上位置を制御する磁気浮上制御、およびポンプユニットの振動を監視する制御回路を備える。

制御回路は、浮上位置検出用センサの検出信号と、振動検出センサの検出信号とに基づいて、磁気浮上制御を行うとともにポンプユニットの振動を監視する。

このポンプユニットの振動監視は、ポンプユニットの外部振動の監視と、ポンプユニット内のロータの振動の監視を含む。

制御回路は、振動検出センサの検出信号から演算した信号を浮上位置検出用センサの検出信号と比較することによってポンプユニットの外部振動を検出し、外部振動が設定値を超えた場合には、アラームの表示、あるいは緊急停止動作を行うことによって、ベアリングの損傷を防ぐことができる。

また、制御回路は、浮上位置検出用センサの検出信号に、振動検出センサの検出信号から演算した信号をキャンセルする信号を重畳させることによってロータの振動を検出し、この重畳させた信号によって電磁石を駆動して浮上位置を制御することで、外部振動によらずに、ロータ自体の変動を抑制する磁気浮上制御を行うことができる。

また、振動・姿勢センサは、並進方向の加速度を検出する加速度センサ、回転方向の速度を検出する角速度センサ、回転方向の角加速度を検出する角加速度センサの少なくとも何れか一つのセンサを振動センサとして備える。

振動・姿勢センサは、回転方向の速度を検出する角速度センサ、回転方向の角加速度を検出する角加速度センサ、傾きを検出する傾斜センサの少なくとも何れか一つのセンサを姿勢センサとして備える。

本発明の態様によれば、ポンプユニットと電源ユニットを一体化することによって、電源ユニットのプリント基板上で検知される振動や姿勢は、ポンプユニットの振動や姿勢と同一であるため、電源ユニット側に設けたセンサによってポンプユニットの振動や姿勢を検出することができる。

本発明の態様によれば、ポンプユニットと電源ユニットを一体化することによって、電源ユニット内部のプリント基板に振動・姿勢センサを取り付けることができる。電源ユニット内部はポンプユニット内部と比較してセンサを設置するスペースに余裕があり、また、で、電源ユニット自体が備えるプリント基板の余地部分にセンサを設けることで、電源ユニットをそのまま大型化することなる利用することができる。

また、本発明の態様によれば、振動・姿勢センサの出力に基づいて、振動環境、ポンプの取付方向等のポンプの設置環境が適切であるか否かを監視し、不適切な場合にはアラーム信号等を出力し、パージガスをポンプ内部に導入してポンプの回転体の回転速度を迅速に低下させるなどの保護措置をとることによって、高速タッチダウンおよびポンプの故障を回避することができる。

また、本発明の真空ポンプが備える振動・姿勢センサは、並進方向と回転方向の双方の振動を検出することができるため、単に並進方向の振動を監視する場合と比較して、より高度な危険予知が可能である。

本発明によれば、真空ポンプにおいて、真空ポンプにおいて、振動検出センサの取り付けを容易とし、製造経費を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。

図１０は本発明の真空ポンプのポンプユニットの概要を説明するための図である。

ポンプユニット２は、ケーシング内にモータ駆動されるロータ２１を備える。ロータ２１は回転翼を備え、ケーシング側に設けたステータ２２に対してモータ２３によって高速回転させることによって、吸気口から吸引すると共に排気口から排気し、吸気口に接続される装置（図示していない）内の気体分子の排気を行う。

ロータ２１は、ロータ２１と同軸に固定された回転軸２０をＤＣモータ等の駆動モータ２３によって回転駆動される。駆動モータ２３は、回転軸２０に設けられた磁極とケーシング側に設けたコイルによって構成される。また、回転軸２０はラジアル軸受及びスラスト軸受等の磁気浮上系電磁石２４，２５、および磁気浮上系センサ２６，２７による磁気浮上によって非接触支持される。

ラジアル軸受（ＸＹ軸方向軸受）は、回転軸２０を挟んで対向して配置されたラジアル軸受電磁石２４と、回転軸２０のラジアル方向に変位を検出するラジアル位置センサ２６を有し、ラジアル位置センサ２６で検出した位置変位に基づいてラジアル軸受電磁石２４に供給する電流を制御することによって、回転軸２０がラジアル方向で所定位置となるように位置制御する。なお、図１０では、ラジアル軸受は駆動モータ２３を挟んで上下に２組備えている。

また、スラスト軸受（Ｚ軸方向軸受）は、回転軸２０と同軸に設けたロータディスクと、このロータディスクを挟んで上下に設けたスラスト軸受電磁石（Ｚ軸電磁石）２５と、回転軸２０のスラスト方向の変位を検出するスラスト位置センサ２７（Ｚ軸センサ）を有し、スラスト位置センサ２７で検出した位置変位に基づいてスラスト軸受電磁石２５に供給する電流を制御することによって、回転軸２０がスラスト方向で所定位置となるように位置制御する。なお、回転軸２０の下端側にセンシング部材を設け、このセンシング部材の端面の中央部分に対向させてスラスト位置センサ２７（Ｚ軸センサ）を設置する構成とすることができる。

図１は、本発明の真空ポンプの構成を説明するための概略構成図である。図１において、真空ポンプ１は、ポンプユニット２と電源ユニット３を備える。ポンプユニット２は、ロータを駆動する駆動系と、ロータを磁気浮上させるための磁気浮上系を備える。なお、ここで、磁気浮上系は、ロータを磁気浮上させる電磁石と、ロータの浮上位置を検出するセンサとを含んでいる。

電源ユニット３は、ポンプユニット２の駆動系に動力を供給するドライバ回路と、ポンプユニット２のセンサ系から送られた検出信号を信号処理するセンサ回路、検出信号に基づいて磁気浮上制御を行う制御回路とを含んでいる。さらに、本発明の電源ユニット３は、上記した回路に加えて、外部振動や姿勢を検出する振動・姿勢検出部４を備える。

ここで、ポンプユニット２と電源ユニット３とは一体構成、あるいは、連結した構成とする。これによって、ポンプユニット２と電源ユニット３とは、外部振動に対して一体で振動、あるいは同期して振動する。これによって、電源ユニット３に設けられた振動・姿勢検出部４は、真空ポンプ１が外部振動によってポンプユニット２が振動したとき、このポンプユニット２と同じ振動を検出する。

また、電源ユニット３はポンプユニット２と同様の姿勢となるため、電源ユニット３に設けられた振動・姿勢検出部４は、電源ユニット３の姿勢を検出すると同時にポンプユニット２の姿勢を検出する。

ポンプユニット２の吸気口（図示していない）は外部装置１０に接続され、外部装置１０内を排気する。

図２は、本発明の真空ポンプのポンプユニットおよび電源ユニットが備える機能を説明するための概略構成図である。

ポンプユニット２は、ロータを回転駆動するモータ２ａ（図１０のモータ２３に相当する）と、ロータの回転軸を非接触で磁気浮上させる磁気浮上系電磁石２ｂ（図１０の２４，２５に相当する）と、回転軸の位置を検出する磁気浮上系センサ２ｃ（図１０のモータ２６，２７に相当する）を備える。

また、電源ユニット３は、外部電源（例えば、ＡＣ電源）から入力した交流を直流に変換するコンバータ回路３ｅと、コンバータ回路３ｅからの直流を入力し、モータ２ａに供給する所定電圧に変換するインバータ／モータドライブ回路３ａと、磁気浮上制御のための制御信号を生成する磁気浮上制御回路３ｃと、この磁気浮上制御回路３ｃからの制御信号に基づいて、ポンプユニット２の磁気浮上系電磁石２ｂを駆動する駆動電流を出力する磁気浮上ドライブ回路３ｂを備える他、振動・姿勢検出部４を備える。

振動・姿勢検出部４は、ポンプユニット２の磁気浮上系センサ２ｃからの検出信号を入力して、ロータの回転体の変位を検出する変位センサ回路４ａと、電源ユニット３側に設置して、電源ユニット３およびポンプユニット２の振動を検出する振動検出センサおよび演算回路４ｂと、傾斜センサおよび演算回路４ｃを有する振動・姿勢検出部４とを備える。

磁気浮上制御回路３ｃは、変位センサ回路４ａの変位信号と振動検出センサおよび演算回路３ｄの振動信号に基づいて、磁気浮上制御のための制御信号を生成する。また、磁気浮上制御回路３ｃは、変位センサ回路４ａの変位信号や、傾斜センサおよび演算回路４ｃの傾斜信号に基づいて、電源ユニット３およびポンプユニット２の傾斜等の姿勢を監視し、異常が発見された場合には警報信号等を出力する。

振動検出センサおよび演算回路４ｂの振動検出センサは、例えば、加速度センサ４ｂ１，角速度センサ４ｂ２，角加速度センサ４ｂ３を用いることができる。

加速度センサ４ｂ１は並進方向の加速度を検出するセンサであり、これによって並進方向の外部振動を検出する。

角速度センサ４ｂ２は回転方向の速度を検出するセンサであり、これによって回転方向の外部振動および姿勢を検出する。また、角加速度センサ４ｂ３は回転方向の速度変化である加速度を検出するセンサであり、これによって回転方向の外部振動および姿勢を検出する。また、傾斜センサ４は、電源ユニット３およびポンプユニット２の傾斜を検出する。

ここで、磁気浮上制御回路３ｃが通常行う制御は、磁気浮上系センサ２ｃで検出した変位に基づいて磁気浮上系電磁石２ｂを駆動することによって、ロータの回転軸のラジアル方向およびスラスト方向の変位を制御するものである、この制御では、変位センサ回路４ａからの変位信号に基づいて、磁気浮上ドライバ回路３ｂに対して、回転軸の位置ずれを補正する方向に磁気浮上系電磁石２ｂを駆動させる制御信号を送る。

なお、制御回路３ｄは、ポンプユニット２の姿勢を監視する他、上記したコンバータ回路３ｅ、インバータ／モータドライブ回路３ａ、磁気浮上ドライブ回路３ｂ、磁気浮上制御回路３ｃ等の各回路間の動作を制御し、また、図示しない回転信号に基づいて、回転体の回転速度が一定となるようにインバータ／モータドライブ回路３ａを制御する。回転信号は、図示していない回転センサによって検出することができる。

ここで、振動・姿勢検出部４は、変位センサ回路４ａ，振動検出センサおよび演算回路４ｂ，傾斜センサおよび演算回路４ｃ，および、これら各センサおよび演算回路の出力信号から振動や姿勢を検出する信号処理手段を備える。この振動検出や姿勢検出を行う信号処理手段は、例えば、磁気浮上制御回路３ｅ内に設けることができ、回転軸の変位を制御する他に、外部振動によるポンプユニットの振動や姿勢をモニタする。なお、ポンプユニットの振動や姿勢のモニタを行う信号処理は、磁気浮上制御回路３ｅに代えて制御回路３ｄで行っても良い。

この外部振動によるポンプユニットの振動のモニタは、複数の態様で行うことができる。

第１のモニタの態様は、ポンプユニットの外部振動を検出し、これに基づいてアラーム表示や緊急停止動作、あるいはその両方を行う態様である。

この第１のモニタの態様は、振動検出センサおよび演算回路４ｂの演算信号と変位センサ回路４ａで得た変位信号とを比較することによって、ポンプユニットの外部振動を検出する。例えば、振動検出センサおよび演算回路４ｂの演算信号から変位センサ回路４ａの変位信号を差し引くことによって、外部振動に起因するポンプユニット２の振動状態を表す信号を生成する。

磁気浮上制御回路３ｃは、例えば、生成したポンプユニットの振動状態を表す信号値と予め定めておいた基準値とを比較し、基準値が超えた場合に、図示していない表示手段にアラームを表示する他、緊急停止動作を行う。この緊急停止動作としては、例えば、パージガスを真空ポンプ内に導入して回転体に回転速度を急激に低下させて、真空ポンプの故障に要因となる高速回転によるタッチダウンを避ける。

また、この外部振動の要因としては、地震などの真空ポンプが設置される基盤自体が振動する他に、真空ポンプの基盤に対する設置状態に起因するものがある。設置状態に起因するものとして、例えば、真空ポンプが取り付けられる際の、基盤面や装置に対する傾斜角度、取り付け位置、設置方向等の設置条件があり、このような設置条件が起因となって、真空ポンプに対する外部振動が発生する。

一般に、加速度センサの応答特性は、ＤＣ（直流）から数ｋＨｚの周波数範囲を有し、最大測定レベルも±１Ｇ〜±１００Ｇと広域特性を有しているため、地震による外部振動についても十分な測定が可能である。

磁気浮上制御回路３ｅは、上記したポンプユニットの外部振動を検出することで、地震等の外部で発生する振動をモニタする他に、真空ポンプの設置条件についてもモニタすることができる。

外部振動が、上記した地震によるものであるか、あるいは真空ポンプの設置条件によるものであるかは、例えば、振動の振幅や周期によって判別することができる他、後述するように、振動検出センサの３軸方向の振動を解析することで行うことができる。

第２のモニタの態様は、真空ポンプのロータの振動を検出し、ロータの磁気浮上制御を行う態様である。

この第２のモニタの態様は、浮上位置検出用センサ２ｃの検出信号に、振動検出センサおよび演算回路４ｂの演算信号をキャンセルする信号を重畳させることによってロータの振動を検出し、この重畳させた信号によって磁気浮上系電磁石２ｂを駆動して浮上位置を制御する。

浮上位置検出用センサ２ｃが検出する検出信号中には、ロータの磁気浮上における変位分と、外部振動による変動分が含まれている。第２のモニタの態様では、この浮上位置検出用センサ２ｃの検出信号に含まれる外部振動による変動分を、振動検出センサおよび演算回路４ｂの演算信号によってキャンセルして、ロータの磁気浮上における変位分のみを抽出し、これによって磁気浮上系電磁石２ｂを駆動して浮上位置を制御し、安定した動作を行うことができる。

次に、振動検出センサおよび演算回路４ｂ、および傾斜センサ４ｃの設置例について説明する。本発明の振動検出センサおよび演算回路４ｂ、および傾斜センサ４ｃは、電源ユニット３が備える基板上に設置することができる。

図２において、電源ユニット３は、コンバータ回路３ｅ、インバータ／モータドライブ回路３ａ、磁気浮上ドライブ回路３ｂ、変位センサ回路４ａ、磁気浮上制御回路３ｃ、制御回路３ｄ等の各回路を回路基板５ａ〜５ｃ上に備える。例えば、図２では、コンバータ回路３ｅは回路基板５ａ上に実装し、インバータ／モータドライブ回路３ａおよび磁気浮上ドライブ回路３ｂは回路基板５ｂ上に実装し、変位センサ回路４ａ、磁気浮上制御回路３ｃ、制御回路３ｅ等は回路基板５ｃ上に実装する例を示している。なお、何れの回路を何れの回路基板に実装するかは、回路設計に応じて任意に定めることができる。

ここで、図２では、振動検出センサおよび演算回路４ｂと、傾斜センサおよび演算回路４ｃを回路基板５ｃ上に実装する例を示している。本発明の振動検出センサおよび演算回路４ｂと傾斜センサおよび演算回路４ｃは、この電源ユニット３が電源ユニットの機能を奏するために備える回路基板５ｃを利用し、この既存の回路基板上に実装することによって、新たな回路基板を設けることなく振動検出センサおよび演算回路４ｂと傾斜センサおよび演算回路４ｃの実装を可能としている。

また、振動検出センサおよび演算回路４ｂにおいて、加速度センサ４ｂ１として、３軸の加速度センサあるいは２軸の加速度センサを２個組み合わせることで、並進方向の加速検出を行うことができる。

図３に示す例では、加速度センサ４ｂ１として３軸の振動検出センサを用い、この振動検出センサとともに振動検出センサの検出信号を処理する演算回路を電源ユニット３内の回路基板５ｃに実装する。

図４に示す例では、加速度センサ４ｂ１として２個の２軸の振動検出センサを用い、この振動検出センサとともに振動検出センサの検出信号を処理する演算回路を電源ユニット３内の回路基板５ｃおよび回路基板５ｄに実装する例を示している。なお、図４に示す例は、回路基板５ｃと回路基板５ｄとを直交させ、回路基板５ｃにｚ軸方向の振動を検出する加速度センサ４ｂ１ｚおよび演算回路を実装し、回路基板５ｄにｘ軸、ｙ軸方向の振動を検出する加速度センサ４ｂ１ｘｙおよび演算回路を実装することで、振動検出センサを３次元配置する。なお、ここでは、回路基板５ｃに対して直交する回路基板５ｄを用いる例を示しているが、回路基板５ａあるいは回路基板５ｂを回路基板５ｃに対して直交して配置し、これらの回路基板を用いて実装してもよい。

図５に示す例では、回転方向の運動を検出するセンサとして角速度センサ４ｂ１あるいは角加速度センサ４ｂ２を用い、このセンサとともに検出センサの検出信号を処理する演算回路を電源ユニット３内の回路基板５ｃおよび回路基板５ｄに実装する例を示している。なお、図５に示す例は、直交させて配置した回路基板５ａ，５ｂ，５ｃと回路基板５ｄの何れに実装してもよい。

図６に示す例では、姿勢を検出するセンサとして傾斜センサ４ｃを用い、この傾斜センサとともに検出信号を処理する演算回路を電源ユニット３内の回路基板５ｄに実装する例を示している。

従来の磁気浮上型ターボ分子ポンプ等の真空ポンプでは、ポンプユニットと電源ユニットは別構成であるため、加速度センサ等の振動検出センサをポンプユニットに直接取り付けることができず、新たな回路基板や電源ユニットとの間を結ぶケーブルや配線を必要とするが、本発明の態様によれば、ポンプユニットと電源ユニットを一体あるいは連接した構成としているため、電源ユニットが既に備える回路基板上に加速度センサ等の振動検出センサを実装することができる。また、ポンプユニットと電源ユニットとは連動して振動するため、電源ユニットに設けた振動検出センサおよび演算回路によってポンプユニットに発生する振動と同一の振動を検出することができる。

また、本発明の態様によれば、外部振動を検出する他に、真空ポンプの取り付け方向や傾きに起因して発生する振動を検出することができるため、真空ポンプの取り付け方向や傾きに合わせた磁気浮上制御を行うことができる。

本発明の真空ポンプの構成を説明するための概略構成図である。 本発明の真空ポンプのポンプユニットおよび電源ユニットが備える機能を説明するための概略構成図である。 本発明の真空ポンプの３軸の加速度センサを電源ユニット内へ実装する例を示す図である。 本発明の真空ポンプの２個の２軸の加速度センサを電源ユニット内へ実装する例を示す図である。 本発明の真空ポンプの角速度センサあるいは角加速度センサを電源ユニット内へ実装する例を示す図である。 本発明の真空ポンプの傾斜センサを電源ユニット内へ実装する例を示す図である。 ロータの５軸制御を説明するための図である。 従来の真空ポンプの構成を説明するために概略構成図である。 電源ユニットとポンプユニットとを一体とする構成例を説明する図である。 本発明の真空ポンプのポンプユニットの概要を説明するための図である。

符号の説明

１…真空ポンプ、２…ポンプユニット、２ａ…モータ、２ｂ…磁気浮上電磁石、２ｃ…磁気浮上センサ、３…電源ユニット、３ａ…インバータ／モータドライブ回路、３ｂ…磁気浮上ドライブ回路、３ｃ…磁気浮上制御回路、３ｄ…制御回路、３ｅ…コンバータ回路、４…振動・姿勢検出部、４ａ…変位センサ回路、４ｂ…振動検出センサ（加速度センサ）および演算回路、４ｂ１…加速度センサ、４ｂ２…角速度センサ、４ｂ３…角加速度センサ、４ｃ…傾斜センサ、５ａ〜５ｄ…回路基板、１０…外部装置、１１…動力供給ケーブル、１２…信号制御用ケーブル、２０…回転軸、２１…ロータ、２２…ステータ、２３…モータ、２４，２５…磁気浮上系電磁石、２６，２７…磁気浮上センサ、２８…タッチダウンベアリング。

Claims (7)

1. 磁気浮上により回転支持されるロータにより吸排気を行う真空ポンプにおいて、
   前記ロータを磁気浮上させ回転駆動させるポンプユニットと、前記ポンプユニットに磁気浮上および回転駆動のための電力を供給する電源ユニットとを備え、
   前記ポンプユニットと電源ユニットとは一体あるいは連接し、
   前記電源ユニットは、前記ポンプユニットの振動又は姿勢、あるいは振動および姿勢を検出し検出信号を出力する振動・姿勢センサを備え、
   前記振動・姿勢センサは、前記電源ユニットが備える回路実装用の回路基板に実装されることを特徴とする、真空ポンプ。
   
   
   
   
2. 前記ポンプユニットは、前記ロータの浮上位置を検出する浮上位置検出用センサと、前記ロータの浮上位置を定める電磁石とを有し、
   前記電源ユニットは、前記浮上位置検出用センサの検出信号と前記振動・姿勢センサの検出信号とに基づいて、前記ロータの浮上位置を制御する磁気浮上制御、およびポンプユニットの振動を監視する制御回路を備えることを特徴とする、請求項１に記載の真空ポンプ。
3. 前記制御回路は、前記振動検出センサの検出信号から演算した信号を浮上位置検出用センサの検出信号と比較することによってポンプユニットの外部振動を検出し、アラーム表示又は緊急停止動作、あるいはアラーム表示と緊急停止動作の両方を行うことを特徴とする、請求項２に記載の真空ポンプ。
4. 前記制御回路は、浮上位置検出用センサの検出信号に、前記振動検出センサの検出信号から演算した信号をキャンセルする信号を重畳させることによってロータの振動を検出し、当該重畳させた信号によって前記電磁石を駆動して、ロータの浮上位置を制御することを特徴とする、請求項２に記載の真空ポンプ。
5. 前記振動・姿勢センサは、並進方向の加速度を検出する加速度センサ、回転方向の速度を検出する角速度センサ、回転方向の角加速度を検出する角加速度センサの少なくとも何れか一つのセンサを振動センサとして備えることを特徴とする、請求項１から４の何れか一つに記載の真空ポンプ。
6. 前記振動・姿勢センサは、回転方向の速度を検出する角速度センサ、回転方向の角加速度を検出する角加速度センサ、傾きを検出する傾斜センサの少なくとも何れか一つのセンサを姿勢センサとして備えることを特徴とする、請求項１から４の何れか一つに記載の真空ポンプ。
7. 前記振動・姿勢センサは、並進方向の加速度を検出する加速度センサ、回転方向の速度を検出する角速度センサ、回転方向の角加速度を検出する角加速度センサの少なくとも何れか一つのセンサを振動センサとして備え、
   回転方向の速度を検出する角速度センサ、回転方向の角加速度を検出する角加速度センサ、傾きを検出する傾斜センサの少なくとも何れか一つのセンサを姿勢センサとして備えることを特徴とする、請求項１から４の何れか一つに記載の真空ポンプ。

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