JP5156640B2 - Vacuum pump - Google Patents
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Description
本発明は、真空ポンプに関し、例えば、真空容器の排気処理を行う真空ポンプに関する。 The present invention relates to a vacuum pump, for example, a vacuum pump that performs exhaust processing of a vacuum vessel.
ターボ分子ポンプやねじ溝式ポンプなどの真空ポンプは、例えば、半導体製造装置の排気や、電子顕微鏡などの高真空を要する真空容器に多用されている。
この高真空の環境を実現する真空ポンプは、吸気口及び排気口を備えた外装体を形成するケーシングを備えている。そして、このケーシングの内部には、当該真空ポンプに排気機能を発揮させる構造物が収納されている。この排気機能を発揮させる構造物は、大きく分けて回転自在に軸支された回転部(ロータ部)とケーシングに対して固定された固定部(ステータ部)から構成されている。Vacuum pumps such as turbo molecular pumps and thread groove pumps are widely used, for example, in vacuum vessels that require high vacuum such as exhaust of semiconductor manufacturing equipment and electron microscopes.
A vacuum pump that realizes this high vacuum environment includes a casing that forms an exterior body having an intake port and an exhaust port. And the structure which makes the said vacuum pump exhibit an exhaust function is accommodated in the inside of this casing. A structure that exhibits this exhaust function is roughly composed of a rotating part (rotor part) that is rotatably supported and a fixed part (stator part) fixed to the casing.
回転部は、回転軸及びこの回転軸に固定されている回転体からなり、回転体には、放射状にかつ多段に配設されたロータ翼が設けられている。また、固定部には、ロータ翼に対して互い違いにステータ翼が多段に配設されている。
ターボ分子ポンプには、回転軸を高速回転させるためのモータが設けられており、このモータの働きにより回転軸が高速回転すると、ロータ翼とステータ翼との作用により気体が吸気口から吸引され、排気口から排出されるようになっている。
このように構成されたポンプ本体は、制御装置(コントロールユニット)によって各種動作が制御されている。The rotating part is composed of a rotating shaft and a rotating body fixed to the rotating shaft, and the rotating body is provided with rotor blades arranged radially and in multiple stages. Further, stator blades are arranged in multiple stages in the fixed portion alternately with respect to the rotor blades.
The turbo molecular pump is provided with a motor for rotating the rotating shaft at a high speed, and when the rotating shaft rotates at a high speed by the function of this motor, gas is sucked from the intake port by the action of the rotor blade and the stator blade, It is discharged from the exhaust port.
Various operations of the pump body configured as described above are controlled by a control device (control unit).
上述したようなポンプ本体と制御装置は、専用ケーブルを介して接続されている。この専用ケーブルは、多くの信号配線や電力供給配線を束ねた太いものであるため、ケーブルの引き回しを容易に行うことができなかった。
また、ポンプ本体と制御装置とが互いに遠く離れた場所に配置される環境においては、必然的に専用ケーブルも長くなるため、ケーブルを通過する間に信号が減衰してしまうおそれがあった。
従来、このような専用ケーブルに起因する不具合を解消するために、専用ケーブルを用いずにポンプ本体と制御装置を接続する技術、即ち、ポンプ本体と制御装置を一体化する技術が下記の特許文献1に提案されている。The pump body and the control device as described above are connected via a dedicated cable. Since this dedicated cable is thick with many signal wires and power supply wires bundled together, the cable cannot be easily routed.
Further, in an environment where the pump main body and the control device are arranged far away from each other, the dedicated cable inevitably becomes long, so that the signal may be attenuated while passing through the cable.
Conventionally, in order to eliminate the problems caused by such a dedicated cable, the technology for connecting the pump body and the control device without using the dedicated cable, that is, the technology for integrating the pump body and the control device is described in the following patent document. 1 is proposed.
また、真空ポンプは、気体移送路内における生成物の堆積を抑制するために、ポンプ本体を高温(60〜80℃程度)に保っていた。そのため、ポンプ本体と制御装置を一体化した真空ポンプにおいて、制御装置を過熱対策のために冷却した場合、内部で結露が生じるおそれがあった。
そこで、ポンプ本体と制御装置を一体化した真空ポンプにおいて、結露を抑制しながら制御装置内部の放熱を図る技術が下記の特許文献2に提案されている。
Therefore, in a vacuum pump in which the pump main body and the control device are integrated, a technique for dissipating heat inside the control device while suppressing condensation is proposed in Patent Document 2 below.
ところで、特許文献2で提案されている真空ポンプでは、発熱素子を筐体と接するように配設することによって、筐体を介して外部へ放熱させている。
そのため、筐体と接していない領域に配設された制御回路の冷却を図ることが困難であった。
そこで、本発明は、ポンプ本体と制御装置とを一体化した真空ポンプの制御装置における、制御回路の冷却効率を向上させることができる真空ポンプを提供することを目的とする。By the way, in the vacuum pump proposed in Patent Document 2, heat is radiated to the outside through the casing by disposing the heating element so as to be in contact with the casing.
For this reason, it has been difficult to cool the control circuit disposed in the region not in contact with the housing.
Therefore, an object of the present invention is to provide a vacuum pump capable of improving the cooling efficiency of a control circuit in a control device of a vacuum pump in which a pump body and a control device are integrated.
請求項1記載の発明は、吸気口から排気口まで気体を移送する気体移送機構を内包するポンプ本体と、前記ポンプ本体に装着され、前記ポンプ本体を制御する制御回路を内包し、内部が密閉された筐体を有する制御装置と、を備えた真空ポンプであって、前記制御装置は、前記筐体内の流体に強制的に流れを生じさせる強制対流発生手段を具備し、前記制御装置の前記筐体は、側面に該筐体内の流体の流路と連通した流通孔を有し、前記制御回路を内包する第1の筐体部と、前記流通孔を覆うように配設された第2の筐体部と、を備え、前記第2の筐体部は、前記第1の筐体部に対して着脱可能に設けられていることにより前記目的を達成する。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の真空ポンプにおいて、前記制御回路は、自己損失により熱せられる発熱素子を有し、前記制御装置は、前記制御回路で生じた熱を吸収する熱交換機構と、前記熱交換機構を冷却する冷却手段と、を具備したことを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項2記載の真空ポンプにおいて、前記熱交換機構は、前記筐体内の流体の流路を構成することを特徴とする。
請求項4記載の発明は、請求項2または請求項3記載の真空ポンプにおいて、前記制御装置は、前記制御回路が搭載され、前記筐体内の流体の流路を構成する制御基板を具備し、前記熱交換機構は、前記制御基板の熱を吸収することを特徴とする。
請求項5記載の発明は、請求項4記載の真空ポンプにおいて、前記制御基板は、隙間を介して積層され、隣接する前記制御基板は、前記筐体内の流体の流路を構成することを特徴とする。
請求項6記載の発明は、請求項2から請求項5のいずれか1の請求項に記載の真空ポンプにおいて、前記冷却手段は、前記第2の筐体部に設けられていることを特徴とする。
請求項7記載の発明は、請求項1から請求項6のいずれか1の請求項に記載の真空ポンプにおいて、前記制御装置は、断熱手段を介して前記ポンプ本体に装着されていることを特徴とする。
The invention according to claim 1 includes a pump main body including a gas transfer mechanism for transferring gas from an inlet port to an exhaust port, a control circuit mounted on the pump main body and controlling the pump main body, and the inside is sealed. a vacuum pump and a control device, comprising a having been casing, wherein the control device comprises a forced convection generating means for generating a forced flow in the housing of the fluid, the said control device The housing has a flow hole communicating with a fluid flow path in the housing on a side surface, a first housing portion containing the control circuit, and a second housing disposed so as to cover the flow hole. The second casing part is detachably provided to the first casing part to achieve the object.
According to a second aspect of the present invention, in the vacuum pump according to the first aspect, the control circuit has a heating element that is heated by self-loss, and the control device absorbs heat generated by the control circuit. And a cooling means for cooling the heat exchange mechanism.
According to a third aspect of the invention, the vacuum pump 請 Motomeko 2, wherein the heat exchange mechanism is characterized by configuring the flow path of the housing of the fluid.
Invention of
According to a fifth aspect of the present invention, in the vacuum pump according to the fourth aspect, the control boards are stacked via a gap, and the adjacent control boards constitute a fluid flow path in the housing. And
A sixth aspect of the present invention is the vacuum pump according to any one of the second to fifth aspects, wherein the cooling means is provided in the second casing portion. To do.
A seventh aspect of the present invention is the vacuum pump according to any one of the first to sixth aspects, wherein the control device is mounted on the pump main body via a heat insulating means. And
本発明によれば、制御装置の筐体内の流体に強制的に流れを生じさせることにより、制御回路の冷却効率を向上させることができる。 According to the present invention, the cooling efficiency of the control circuit can be improved by forcibly causing a flow in the fluid in the casing of the control device.
1 ターボ分子ポンプ
2 ケーシング
3 ベース
4 ロータ部
5 吸気口
6 排気口
7 シャフト
8 ロータ翼
9 円筒部材
10 ボルト
11 モータ部
12〜14 磁気軸受部
15〜17 変位センサ
18 ステータ翼
19 ねじ溝スペーサ
20 スペーサ
21 ステータコラム
22 裏蓋
23 コネクタ部
24 制御装置
25 ベーキングヒータ
26 冷却管
30 筐体
31a〜d 側壁
31e 隔壁板
32 排気孔
33 吸気孔
34 貫通孔
40 ファン
50 冷却ジャケット
51 冷却管
52 連通路
60 熱交換フィン
70 制御基板
71 スペーサ
81 上蓋
82 下蓋
90 断熱部材DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbo molecular pump 2 Casing 3
以下、本発明の好適な実施の形態について、図1〜4を参照して詳細に説明する。本実施の形態では、真空ポンプの一例としてターボ分子ポンプを用いて説明する。
図1は、本実施形態に係るターボ分子ポンプ1の概略構成を示した図である。なお、図1は、ターボ分子ポンプ1の軸線方向の断面図を示している。
本実施形態では、ターボ分子ポンプの一例としてターボ分子ポンプ部Tとねじ溝式ポンプ部Sを備えた、いわゆる複合翼タイプの分子ポンプを例にとり説明する。
なお、ターボ分子ポンプ1は、高速回転するロータ部と、固定したステータ部との排気作用により、排気機能を発揮する真空ポンプであって、ターボ分子ポンプ、ねじ溝式ポンプ、あるいはこれら両方の構造を合わせ持ったポンプなどがある。Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In this embodiment, a turbo molecular pump is used as an example of a vacuum pump.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a turbo molecular pump 1 according to the present embodiment. 1 shows a cross-sectional view of the turbo molecular pump 1 in the axial direction.
In the present embodiment, a so-called composite wing type molecular pump including a turbo molecular pump part T and a thread groove type pump part S will be described as an example of a turbo molecular pump.
The turbo molecular pump 1 is a vacuum pump that exhibits an exhaust function by an exhaust action of a rotor portion that rotates at high speed and a fixed stator portion, and has a turbo molecular pump, a thread groove pump, or a structure of both of these. There are pumps that have both.
ターボ分子ポンプ1の外装体を形成するケーシング2は、円筒状の形状をしており、ケーシング2の底部に設けられたベース3と共にターボ分子ポンプ1の外装体を構成している。そして、ターボ分子ポンプ1の外装体の内部には、ターボ分子ポンプ1に排気機能を発揮させる構造物つまり気体移送機構が収納されている。
これら排気機能を発揮する構造物は、大きく分けて回転自在に軸支されたロータ部4とケーシング2に対して固定されたステータ部から構成されている。
また、吸気口5側がターボ分子ポンプ部Tにより構成され、排気口6側がねじ溝式ポンプ部Sから構成されている。The casing 2 forming the outer casing of the turbo molecular pump 1 has a cylindrical shape, and constitutes the outer casing of the turbo molecular pump 1 together with the base 3 provided at the bottom of the casing 2. A structure that allows the turbo molecular pump 1 to perform an exhaust function, that is, a gas transfer mechanism, is accommodated inside the exterior body of the turbo molecular pump 1.
These structures that exhibit the exhaust function are roughly composed of a
Further, the intake port 5 side is constituted by a turbo molecular pump part T, and the
ロータ部4には、シャフト7の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜してシャフト7から放射状に伸びたブレードからなるロータ翼8が吸気口5側(ターボ分子ポンプ部T)に設けられている。なお、ロータ部4は、ステンレスやアルミニウム合金などの金属により構成されている。
さらに、ロータ部4には、外周面が円筒形状をした部材からなる円筒部材9が排気口6側(ねじ溝式ポンプ部S)に設けられている。
また、ターボ分子ポンプ1には、ロータ翼8が軸線方向に複数段形成されている。The
Furthermore, the
The turbo molecular pump 1 has a plurality of
シャフト7は、円柱部材の回転軸(ロータ軸)である。シャフト7の上端にはロータ部4が複数のボルト10により取り付けられている。
シャフト7の軸線方向中程には、シャフト7を回転させるモータ部11が配設されている。
また、モータ部11の吸気口5側及び排気口6側には、シャフト7をラジアル方向に軸支するための磁気軸受部12及び磁気軸受部13が設けられている。
さらに、シャフト7の下端には、シャフト7を軸線方向(スラスト方向)に軸支するための磁気軸受部14が設けられている。
なお、シャフト7は、磁気軸受部12、13、14から構成される5軸制御型の磁気軸受によって非接触で支持されている。
また、磁気軸受部12、13の近傍には、それぞれ変位センサ15、16が形成されており、シャフト7のラジアル方向の変位が検出できるようになっている。さらに、シャフト7の下端には変位センサ17が形成されており、シャフト7の軸線方向の変位が検出できるようになっている。The shaft 7 is a rotating shaft (rotor shaft) of the cylindrical member. The
A
Further, a magnetic bearing
Furthermore, a magnetic bearing
The shaft 7 is supported in a non-contact manner by a 5-axis control type magnetic bearing composed of the magnetic bearing
ケーシング2の内周側には、ステータ部が形成されている。このステータ部は、吸気口5側(ターボ分子ポンプ部T)に設けられたステータ翼18と、排気口6側(ねじ溝式ポンプ部S)に設けられたねじ溝スペーサ19などから構成されている。
ステータ翼18は、シャフト7の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜してケーシング2の内周面からシャフト7に向かって伸びたブレードから構成されている。ターボ分子ポンプ部Tでは、これらステータ翼18が軸線方向に、ロータ翼8と互い違いに複数段形成されている。各段のステータ翼18は、円筒形状をしたスペーサ20により互いに隔てられている。A stator portion is formed on the inner peripheral side of the casing 2. This stator portion is composed of a
The
ねじ溝スペーサ19は、内周面にらせん溝が形成された円柱部材である。ねじ溝スペーサ19の内周面は、所定のクリアランス(間隙)を隔てて円筒部材9の外周面に対面するようになっている。ねじ溝スペーサ19に形成されたらせん溝の方向は、らせん溝内をロータ部4の回転方向にガスが輸送された場合、排気口6に向かう方向である。らせん溝の深さは排気口6に近づくにつれ浅くなるようになっている。そして、らせん溝を輸送されるガスは排気口6に近づくにつれて圧縮されるようになっている。
これらステータ部はステンレスやアルミニウム合金などの金属を用いて構成されている。
ベース3は、ケーシング2と共にターボ分子ポンプ1の外装体を構成している。ベース3のラジアル方向の中央には、ロータの回転軸線と同心に円筒形状を有するステータコラム21が取り付けられている。The
These stator parts are made of metal such as stainless steel or aluminum alloy.
The base 3 constitutes an exterior body of the turbo molecular pump 1 together with the casing 2. At the center of the base 3 in the radial direction, a
ベース3の底部(ステータコラム21の開口部)に裏蓋22が取り付けられている。裏蓋22には、ターボ分子ポンプ1の内部配線を引き出し、後述する制御装置24に接続するためのコネクタ部23が設けられている。
なお、ケーシング2、ベース3及び裏蓋22を外装体とする領域(部分)、即ち、気体移送機構が構成されている部分をポンプ本体とする。
本実施の形態に係るターボ分子ポンプ1は、このポンプ本体を制御するための制御装置24がポンプ本体に装着されている。つまり、ポンプ本体と制御装置24が一体化されている。
制御装置24は、ベース3の底部(ステータコラム21の開口部)、即ち裏蓋22と対向する領域に配設されている。A
In addition, let the area | region (part) which uses the casing 2, the base 3, and the
In the turbo molecular pump 1 according to the present embodiment, a
The
ねじ溝式ポンプ部Sの外周部には、ベース3を周方向に囲むようにベーキングヒータ25が装着されている。
ベーキングヒータ25は、ニクロム線などの電熱部材によって構成され、温度コントローラによって電力を供給される。ベーキングヒータ25は、電力を供給されると発熱し、ねじ溝式ポンプ部Sを加熱するようになっている。
吸気口5から吸入されたガスは、ターボ分子ポンプ部Tを移送する間に冷却されるため、ねじ溝式ポンプ部Sに移送される時には、ガスの温度は下がってしまう。一方、ガスの圧力は、ねじ溝式ポンプ部Sに移送される時には、高くなっている。つまり、ねじ溝式ポンプ部Sに移送されるガスは、低温かつ高圧力状態となっている。従って、ねじ溝式ポンプ部Sは、移送されるガスによる固体生成物が析出しやすい状態となっている。
そこで、ねじ溝スペーサ19で移送されるガスによる固体生成物の析出を抑制するために、ベーキングヒータ25を用いてねじ溝式ポンプ部Sを高温に保つようにしている。A
The
Since the gas sucked from the intake port 5 is cooled while the turbo molecular pump unit T is transferred, the temperature of the gas is lowered when transferred to the thread groove type pump unit S. On the other hand, when the gas pressure is transferred to the thread groove type pump section S, it is high. That is, the gas transferred to the thread groove type pump part S is in a low temperature and high pressure state. Therefore, the thread groove type pump part S is in a state where a solid product due to the transferred gas is likely to precipitate.
Therefore, in order to suppress the precipitation of the solid product due to the gas transferred by the
また、ターボ分子ポンプ1の稼働中は、ロータ部4が高速回転し、ロータ翼8やステータ翼18のブレードが、圧縮熱等によって高温になったプロセスガスを受ける。そして、これらの圧縮熱等を受けて、ロータ翼8やステータ翼18のブレードの温度が上昇する。
また、ターボ分子ポンプ1は、モータ部11から発生する熱などにより加熱されて高温状態となる。
このようにポンプ本体は、気体分子の衝突熱(圧縮熱)やモータ部11からの発熱、ベーキングヒータ25による加熱などにより高温状態となっている。During the operation of the turbo molecular pump 1, the
Further, the turbo molecular pump 1 is heated by heat generated from the
Thus, the pump body is in a high temperature state due to collision heat (compression heat) of gas molecules, heat generation from the
上述したようなポンプ本体における高温の熱が制御装置24に伝導してしまうと、制御装置24の内部の回路(制御回路)に不具合を来すおそれがある。つまり、制御装置24の内部回路が熱の影響を受けて動作不良を起こすおそれがある。
そこで、制御装置24が受けるポンプ本体の熱の影響を低減させるために、ベース3には、冷却管26が埋設されている。
冷却管26は、チューブ状(管状)の部材からなる。冷却管26は、内部に熱媒体である冷却材を流し、この冷却材に熱を吸収させるようにして冷却管26周辺の冷却を行うための部材である。
冷却管26に冷却材を流すことによって、ベース3が強制的に冷却される。この冷却効果によって、ポンプ本体から制御装置24へ伝導する熱を低減(抑制)することができる。If the high-temperature heat in the pump body as described above is conducted to the
Therefore, a cooling
The cooling
By flowing the coolant through the cooling
上述した冷却管26は、熱抵抗の低い部材つまり熱伝導率の高い部材、例えば、銅やステンレス鋼などによって構成されている。
また、冷却管26に流す冷却材、つまり物体を冷却するための流体は、液体であっても気体であってもよい。液体の冷却材としては、例えば、水、塩化カルシウム水溶液やエチレングリコール水溶液などを用いることができる。気体の冷却材としては、例えば、アンモニア、メタン、エタン、ハロゲン、ヘリウムガスや炭酸ガス、空気などを用いることができる。
なお、本実施形態では、冷却管26がベース3に配設されているが、冷却管26の配設位置はこれに限られるものではない。例えば、ステータコラム21、裏蓋22の内部に直接埋め込むように設けてもよい。The cooling
The coolant flowing through the cooling
In the present embodiment, the cooling
次に、上述したような構成を有するポンプ本体に装着される制御装置24の構造について説明する。
図2は、本実施の形態に係る制御装置24の概略構成を示した斜視図である。なお、図2では、制御装置24を構成する各部を離した状態で示す。
制御装置24は、筐体30、ファン(送風機)40、冷却ジャケット50、熱交換フィン60、制御基板70、上蓋81及び下蓋82を備えている。
筐体30は、フレームを構成する4つの側壁31a〜d、及び筐体(フレーム)30の内部を第1領域と第2領域とに2分する隔壁板31eを備えている。
なお、第1領域とは、隔壁板31eの上部、即ち、隔壁板31eと上蓋81との間の領域を示し、第2領域とは、隔壁板31eの下部、即ち隔壁板31eと下蓋82との間の領域を示す。
隔壁板31eは、側壁31a〜dと一体に形成されており、隔壁板31eの熱が速やかに側壁31a〜dへ移動するように構成されている。
筐体30は、アルミニウムや銅、アルミニウム合金などの熱伝導率の高い部材で構成されている。Next, the structure of the
FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of the
The
The
The first region refers to the upper portion of the
The
The housing | casing 30 is comprised with members with high heat conductivity, such as aluminum, copper, and aluminum alloy.
隔壁板31eは、側壁31a〜dの内側面と直交する向き、即ち、図面上の水平方向に設けられている。
隔壁板31eには、その端部近傍、詳しくは、側壁31aの近傍に厚み方向に貫通する方形の貫通孔34が形成されている。
ファン40は、その送風口が貫通孔34を塞ぐように取り付けられている。なお、送風口とは、ファン40から吹き送られる空気の出口を示す。なお、このファン40は、強制対流発生手段として機能する。
筐体30を構成する側壁31dには、筐体30内部の第1領域と連通する排気孔32と、筐体30内部の第2領域と連通する吸気孔33が設けられている。The
The
The
The
熱交換フィン60は、表面積を広げるための複数のフィンを有し、筐体30内部の第1領域において隔壁板31eに固定されている。なお、この熱交換フィン60は、熱交換機構として機能する。
熱交換フィン60と隔壁板31eは、両者間の熱伝導率を向上させるために、即ち、熱の移動速度を上げるために、面接触するように固定(接合)されている。
なお、熱交換フィン60と隔壁板31eとを一体形成するようにしてもよい。
また、熱交換フィン60と隔壁板31eとの接触面にシリコングリースを塗布したり、また、シリコンシートを配設したりすることが望ましい。このように、熱交換フィン60と隔壁板31eとの接触面に熱伝導率の高い部材を用いることにより、両者間の熱伝導率をより向上させることができる。
上蓋81は、フレームにおける上部(ポンプ本体側)の開口端を密閉するように筐体30に接合されている。The
The
The
Further, it is desirable to apply silicon grease to the contact surface between the
The
制御基板70は、制御回路が搭載された基板であり、本実施の形態では、複数の制御基板70が筐体30内部の第2領域において隔壁板31eに固定されている。
本実施の形態では、複数の制御基板70がスペーサ71を介して積層されている。
そして、積層された制御基板70のうち最も隔壁板31e寄りの制御基板70が、面接触するように隔壁板31eに接合(固定)されている。
なお、制御基板70の配置間隔は、スペーサ71の高さを調節することにより任意の値に設定することができる。The
In the present embodiment, a plurality of
The
In addition, the arrangement interval of the
ここで、制御基板70に搭載されている制御回路について説明する。
制御回路には、モータ部11や磁気軸受部12〜14の駆動回路、電源回路などが設けられている。さらに、これら駆動回路を制御するための回路やターボ分子ポンプ1の制御に用いられる各種情報の格納された記憶素子が搭載されている。
なお、記憶素子には、ポンプ情報として、例えば、ポンプの運転時間、エラーの履歴、温度制御の設定温度等の情報(データ)が格納されている。
一般に電子回路で用いられる電気部品(素子)には、信頼性を考慮した環境温度が設定されている。例えば、上述した記憶素子の環境温度は、概ね60℃程度となっている。なお、このような耐熱特性の低い素子を低耐熱素子と表現する。Here, the control circuit mounted on the
The control circuit includes a drive circuit for the
The storage element stores information (data) such as pump operation time, error history, temperature control set temperature, and the like as pump information.
In general, an environmental temperature in consideration of reliability is set for an electrical component (element) used in an electronic circuit. For example, the environmental temperature of the memory element described above is approximately 60 ° C. Such an element having low heat resistance is expressed as a low heat resistance element.
各電気部品は、ターボ分子ポンプ1の動作時において環境温度の設定値範囲内で使用しなければならない。
また、制御装置24内部に設けられている回路には、上述した低耐熱素子の他にも、素子内の損失(内部損失)により発熱する部品(パワー素子)も多数用いられている。例えば、モータ部11の駆動回路であるインバータ回路を構成するトランジスタ素子などがこれに相当する。
このような、自己発熱量が大きくなるような素子においても、環境温度が設定されている。そのため、本実施の形態では、このような発熱量の多い素子は、熱が排出(放出)されやすいように、最も隔壁板31eに近い制御基板70に搭載されている。
下蓋82は、フレームにおける下部の開口端を密閉するように筐体30に接合されている。
なお、筐体30、上蓋81、下蓋82によって形成される構造体は、第1の筐体部として機能する。Each electrical component must be used within the set range of the environmental temperature during the operation of the turbo molecular pump 1.
In addition to the above-described low heat resistance element, many circuits (power elements) that generate heat due to internal loss (internal loss) are used in the circuit provided in the
The environmental temperature is also set in such an element that increases the amount of self-heating. For this reason, in the present embodiment, such an element that generates a large amount of heat is mounted on the
The
Note that the structure formed by the
冷却ジャケット50は、筐体30における側壁31dの形成面にボルトなどの締結部材によって固定されている。なお、冷却ジャケット50は、第2の筐体部として機能する。
なお、本実施の形態では、この冷却ジャケット50は、締結部材を外すことにより容易に筐体30から切り離すことができるように、即ち着脱自在に構成されている。
冷却ジャケット50には、上述した冷却管26と同様の水冷用の冷却管51が埋め込まれている。
冷却管51に冷却材を流すことによって冷却ジャケット50が冷却され、そして、冷却ジャケット50と接触している筐体30が強制的に冷却される。
冷却ジャケット50には、図1に示すように、筐体30の側壁31dとの間に、排気孔32と吸気孔33を連通させる凹状の連通路52が形成されている。
冷却ジャケット50は、筐体30の側壁31dの排気孔32及び吸気孔33を覆うように装着され、即ち、筐体30は、冷却ジャケット50によって密閉されるように構成されている。The cooling
In the present embodiment, the cooling
The cooling
The cooling
As shown in FIG. 1, the cooling
The cooling
また、本実施形態では、ポンプ本体から制御装置24へ伝達する熱を効率的に低減するために、冷却管26をポンプ本体のベース3に配設している。
ところが、本実施形態のように冷却管26を用いて、部分的に強制冷却を施した場合には、冷却箇所に結露が発生してしまうおそれがある。
この結露とは、冷却部(冷却面)が露点(相対湿度が100%となる温度)以下になるとその冷却面の上に水滴が出現する現象である。
このような結露が制御装置24内に発生すると、制御回路に不具合を生じるおそれがある。In the present embodiment, the cooling
However, when the forced cooling is partially performed using the
This dew condensation is a phenomenon in which water droplets appear on the cooling surface when the cooling part (cooling surface) falls below the dew point (temperature at which the relative humidity becomes 100%).
When such dew condensation occurs in the
そこで、本実施形態では、制御装置24内の結露を抑制するために、制御装置24は、ワッシャー状の断熱部材90を介してポンプ本体にねじ止め固定されている。即ち、ポンプ本体と制御装置24との間に断熱部材90が配設されている。
断熱部材90は、制御装置24がポンプ本体に取り付けられた際にポンプ本体に接触する部位(領域)に配設されている。
断熱部材90は、ゴム、プラスチック、発泡材、セラミックなど熱抵抗が高い材料、即ち熱伝導率の小さい材料によって構成されている。
また、制御装置24をポンプ本体に密着させずに、隙間(ギャップ)を介して、詳しくは、スペーサ20を介して固定するようにしてもよい。この場合、ポンプ本体と制御装置24との間の隙間が断熱部材90として機能(作用)する。Therefore, in the present embodiment, the
The
The
In addition, the
このように断熱部材90を配設することにより、ポンプ本体と制御装置24とを熱的に絶縁(分離)することができる。つまり、断熱部材90を設けることにより、制御装置24が受ける冷却管26による冷却の影響を抑制(低減)することができる。
これにより、ポンプ本体と制御装置24との間の急な温度差を緩衝できるため、制御装置24の内部が露点以下まで冷却されるような状態になることを回避することができる。
従って、制御装置24内部における結露の発生を適切に抑制することができる。
なお、熱的に絶縁されているポンプ本体と制御装置24においては、それぞれ独立して(個別に)温度管理を行うようにする。
詳しくは、ポンプ本体においては、冷却管26に流す冷媒を調整したり、ベーキングヒータ25の設定温度を調整したりして、温度管理を行うようにする。
一方、制御装置24においては、冷却ジャケット50内の冷却管51に流す冷媒を調整したり、内部に配設(配置)する素子の位置を調整したりして温度管理を行うようにする。By disposing the
Thereby, since the sudden temperature difference between a pump main body and the
Therefore, it is possible to appropriately suppress the occurrence of dew condensation in the
The thermally insulated pump body and the
Specifically, in the pump main body, the temperature management is performed by adjusting the refrigerant flowing through the cooling
On the other hand, in the
次に、本実施の形態に係るターボ分子ポンプ1における制御装置24内部の冷却方法について説明する。
本実施の形態に係るターボ分子ポンプ1における制御装置24には、上述したように着脱自在な冷却ジャケット50が設けられている。
そのため、制御装置24における内部の冷却方式には、冷却ジャケット50を装着した場合の第1冷却方式と、冷却ジャケット50を取り外した場合の第2冷却方式との2種類の冷却方式を、ターボ分子ポンプ1の仕様や使用環境に応じて使い分けることができる。Next, a cooling method inside the
The
For this reason, the internal cooling method in the
はじめに、冷却ジャケット50を装着した第1冷却方式による制御装置24の冷却方法について説明する。
図3は、第1冷却方式の利用時における制御装置24内部の空気の流れを示した図である。
図3に示すように、冷却ジャケット50を装着した状態でファン40の運転(送風)を開始すると、制御装置24内の空気は、熱交換フィン60を通過し、筐体30の側壁31dに設けられた排気孔32を介して冷却ジャケット50の連通路52へ送られる。
その後、制御装置24内の空気は、連通路52から筐体30の側壁31dに設けられた吸気孔33を介して筐体30内部の第2領域へ送られる。
そして、制御装置24内の空気は、積層された制御基板70の間や、制御基板70と下蓋82との間を通過した後、再びファン40へ送られ制御装置24内部を循環する。
即ち、熱交換フィン60におけるフィンとフィンとの間、連通路52、積層された制御基板70の間、及び制御基板70と下蓋82との間は、制御装置24の内部を循環する空気の流路として機能する。First, the cooling method of the
FIG. 3 is a diagram showing the flow of air inside the
As shown in FIG. 3, when the operation (air blowing) of the
Thereafter, the air in the
The air in the
That is, between the fins in the
次に、第1冷却方式の利用時における制御基板70の放熱方法、即ち、制御基板70の熱の伝達経路について説明する。
発熱量が多い素子が搭載された、隔壁板31eと接触している制御基板70では、搭載されている素子から発生した熱は、制御基板70から直接隔壁板31eへ伝わり、そして隔壁板31eから側壁31a〜dを介して冷却ジャケット50、即ち、冷却管51へ伝わる。
一方、隔壁板31eと接触していない制御基板70では、搭載されている素子から発生した熱は、制御基板70から、積層された制御基板70の間や、制御基板70と下蓋82との間を通過する空気に伝わる。
これにより、積層された制御基板70の間や、制御基板70と下蓋82との間を通過する空気は熱せられる。
熱せられた空気は、冷却ジャケット50(冷却管51)の冷却作用により冷却されている熱交換フィン60を通過する際に、熱が熱交換フィン60へ伝わり、冷却される。
そして、熱交換フィン60によって冷却された空気が再び制御基板70へ送られる。Next, a heat dissipation method of the
In the
On the other hand, in the
As a result, the air passing between the
When the heated air passes through the
Then, the air cooled by the
具体的には、搭載する素子の発熱により制御基板70の温度は、70〜80℃にまで熱せられる。
制御装置24の内部を循環している空気は、制御基板70の配置領域を通過する際に、制御基板70からの熱を吸収することにより60℃程度にまで熱せられる。
そして、熱せられた空気は、20℃程度まで冷やされている冷却ジャケット50(冷却管51)の作用によって30℃程度にまで冷却されている熱交換フィン60を通過すると、40℃程度にまで冷却され、再び制御基板70へ送られる。
なお、ここでは、各部の温度の一例を示したものであり、使用条件により温度状態は変化する。Specifically, the temperature of the
The air circulating inside the
Then, when the heated air passes through the
Here, an example of the temperature of each part is shown, and the temperature state changes depending on the use conditions.
このように第1冷却方式によれば、制御基板70で発生した熱を、隔壁板31eだけでなく、制御装置24内を循環する空気を介して、冷却ジャケット50(冷却管51)へ、即ち制御装置24の外部へ放出することができる。
第1冷却方式によれば、制御装置24内の空気を強制的に循環させることにより、制御装置24の内部において著しく湿度や温度が高くなる(または低くなる)領域の発生を抑制することができる。これにより、制御装置24内部の過熱や結露を適切に防止できる。
第1冷却方式によれば、積層された制御基板70であっても放熱処理を適切に行うことができるため、制御装置24の小型化を容易に図ることができる。
第1冷却方式を用いることにより、冷却ジャケット50により筐体30内部が密閉されるため、外部の空気に触れることがなく、結露が生じやすい環境下であってもターボ分子ポンプ1を設置することができる。
また、第1冷却方式では、冷却管51を介して熱が外部へ放出されるように構成されているため、ターボ分子ポンプ1の周辺がヒートスポットとなることを防止することができる。ヒートスポットとは、ターボ分子ポンプ1が設置される部屋において、局部的に温度が高くなる場所(スポット)を示す。As described above, according to the first cooling method, the heat generated in the
According to the first cooling method, by forcibly circulating the air in the
According to the first cooling method, the heat dissipation process can be performed appropriately even with the stacked
By using the first cooling method, the inside of the
Further, in the first cooling method, heat is released to the outside through the cooling
第1冷却方式を用いることにより、冷却ジャケット50により筐体30内部が密閉されるため、制御装置24内部、詳しくは制御基板70(制御回路)の防水対策を容易に図ることができる。
なお、上述した実施形態では、筐体30、隔壁板31e及び熱交換フィン60を冷却するために、冷却管51が配設された冷却ジャケット50を用いているが、筐体30、隔壁板31e及び熱交換フィン60の冷却方法は、これに限定されるものではない。
例えば、冷却管51を設けずに、冷却ジャケット50を低温の構造体に接触させることによって、筐体30、隔壁板31e及び熱交換フィン60を冷却するようにしてもよい。By using the first cooling method, the inside of the
In the above-described embodiment, the cooling
For example, the
続いて、冷却ジャケット50を外した第2冷却方式による制御装置24の冷却方法について説明する。
図4は、第2冷却方式の利用時における制御装置24内部の空気の流れを示した図である。
図4に示すように、冷却ジャケット50を外した状態でファン40の運転(送風)を開始すると、筐体30の側壁31dに設けられた吸気孔33を介して、空気が制御装置24の外部から筐体30内部の第2領域へ取り込まれる。
そして、外部から吸気された空気は、積層された制御基板70の間や、制御基板70と下蓋82との間を通過し、ファン40へ送られる。
その後、制御装置24内の空気は、熱交換フィン60を通過し、筐体30の側壁31dに設けられた排気孔32から制御装置24の外部へ排気(排出)される。
即ち、熱交換フィン60におけるフィンとフィンとの間、積層された制御基板70の間、及び制御基板70と下蓋82との間は、制御装置24の内部を循環する空気の流路として機能する。Then, the cooling method of the
FIG. 4 is a diagram illustrating an air flow inside the
As shown in FIG. 4, when the operation (air blowing) of the
The air sucked from the outside passes between the
Thereafter, the air in the
That is, between the fins in the
次に、第2冷却方式の利用時における制御基板70の放熱方法、即ち、制御基板70の熱の伝達経路について説明する。
発熱量が多い素子が搭載された、隔壁板31eと接触している制御基板70では、搭載されている素子から発生した熱は、制御基板70から直接隔壁板31eへ伝わり、そして隔壁板31eから熱交換フィン60へ伝わる。
熱交換フィン60に伝わった熱は、熱交換フィン60を通過する空気に伝わる。そして、熱せられた空気が、排気孔32から制御装置24の外部へ排気(排出)されることによって、制御装置24内部で発生した熱が外部へ放出される。
一方、隔壁板31eと接触していない制御基板70では、搭載されている素子から発生した熱は、制御基板70から、積層された制御基板70の間や、制御基板70と下蓋82との間を通過する空気に伝わる。
これにより、積層された制御基板70の間や、制御基板70と下蓋82との間を通過する空気は熱せられる。
熱せられた空気は、熱交換フィン60を通過した後、排気孔32から制御装置24の外部へ排気(排出)されることによって、制御装置24内部で発生した熱が外部へ放出される。Next, a heat dissipation method of the
In the
The heat transferred to the
On the other hand, in the
As a result, the air passing between the
The heated air passes through the
具体的には、搭載する素子の発熱により制御基板70の温度は、70〜80℃にまで熱せられる。
30℃程度の制御装置24へ取り込まれた空気は、制御基板70の配置領域を通過する際に、制御基板70からの熱を吸収することにより40℃程度にまで熱せられる。
そして、熱せられた空気は、隔壁板31eと接触している制御基板70からの熱により60℃程度まで熱せられている熱交換フィン60を通過すると、さらに50℃程度にまで熱せられ、制御装置24の外部へ放出される。
なお、ここでは、各部の温度の一例を示したものであり、使用条件により温度状態は変化する。Specifically, the temperature of the
The air taken into the
Then, when the heated air passes through the
Here, an example of the temperature of each part is shown, and the temperature state changes depending on the use conditions.
このように第2冷却方式によれば、制御基板70で発生した熱、また、制御基板70から隔壁板31eへ伝わった熱は、制御装置24へ取り込まれた循環する空気を介して、制御装置24の外部へ放出することができる。
第2冷却方式では、上述した強制空冷方式を用いることにより積層された制御基板70であっても放熱処理を適切に行うことができるため、制御装置24の小型化を容易に図ることができる。
第2冷却方式によれば、冷却ジャケット50(冷却管51)を設けることなく制御装置24内部の冷却を行うことができるため、冷却システムを安価に構築することができる。
また、第2冷却方式によれば、冷却ジャケット50(冷却管51)を設けることなく制御装置24内部の冷却を行うことができるため、即ち、冷却水の供給設備を要しないため、ターボ分子ポンプ1の設置場所の制約を減らすことができる。As described above, according to the second cooling method, the heat generated in the
In the second cooling method, even if the
According to the second cooling method, since the inside of the
In addition, according to the second cooling method, the inside of the
上述したように、本実施の形態によれば、冷却ジャケット50の着脱を切り替えることで、第1冷却方式と第2冷却方式とを容易に切り替えることができる。
このように1つのターボ分子ポンプ1において、制御装置24の冷却方式を切り替えることができるため、製品の納品後であっても、使用環境や仕様条件に応じて制御装置24の冷却方式の切り替えを容易に行うことができる。これにより、冷却方式の変更時の費用を抑えることができる。
例えば、水冷設備の利用が困難な使用環境では、冷却ジャケット50を外して第2冷却方式による制御装置24の冷却、即ち、空冷のみの冷却を実施するようにする。
また、例えば、ヒートスポットによる不具合が懸念される使用環境では、冷却ジャケット50を装着して、第1冷却方式による制御装置24の冷却、即ち、水冷と空冷を併用した冷却を実施するようにする。As described above, according to the present embodiment, the first cooling method and the second cooling method can be easily switched by switching the attachment / detachment of the cooling
Thus, since the cooling method of the
For example, in an environment where it is difficult to use the water cooling facility, the cooling
In addition, for example, in a use environment where there is a concern about malfunctions due to heat spots, the cooling
上述した本実施の形態では、制御装置24内の流体の一例として空気を用いて説明したが、制御装置24内の流体はこれに限定されるものではない。
例えば、第1冷却方式のように制御装置24の内部が密閉されている場合には、制御装置24内の流体として、液体の絶縁物を用いた液冷方式を用いるようにしてもよい。但しこの場合、流体を循環させるために、ファン40の代わりに循環用ポンプを設ける。In the present embodiment described above, air is used as an example of the fluid in the
For example, when the inside of the
Claims (7)
前記ポンプ本体に装着され、前記ポンプ本体を制御する制御回路を内包し、内部が密閉された筐体を有する制御装置と、
を備えた真空ポンプであって、
前記制御装置は、前記筐体内の流体に強制的に流れを生じさせる強制対流発生手段を具備し、
前記制御装置の前記筐体は、
側面に該筐体内の流体の流路と連通した流通孔を有し、前記制御回路を内包する第1の筐体部と、
前記流通孔を覆うように配設された第2の筐体部と、を備え、
前記第2の筐体部は、前記第1の筐体部に対して着脱可能に設けられていることを特徴とする真空ポンプ。A pump body containing a gas transfer mechanism for transferring gas from the intake port to the exhaust port;
A control device mounted on the pump body, including a control circuit for controlling the pump body, and having a housing sealed inside;
A vacuum pump comprising:
The control device comprises a forced convection generating means for forcibly generating a flow in the fluid in the casing ,
The housing of the control device is
A first housing part having a flow hole communicating with a fluid flow path in the housing on a side surface and containing the control circuit;
A second housing portion disposed so as to cover the flow hole,
The vacuum pump characterized in that the second housing part is detachably attached to the first housing part .
前記制御装置は、
前記制御回路で生じた熱を吸収する熱交換機構と、
前記熱交換機構を冷却する冷却手段と、
を具備したことを特徴とする請求項1記載の真空ポンプ。The control circuit has a heating element that is heated by self-loss,
The controller is
A heat exchange mechanism for absorbing heat generated in the control circuit;
Cooling means for cooling the heat exchange mechanism;
The vacuum pump according to claim 1, comprising:
前記熱交換機構は、前記制御基板の熱を吸収することを特徴とする請求項2または請求項3記載の真空ポンプ。The control device includes a control board on which the control circuit is mounted and which constitutes a fluid flow path in the housing.
Wherein the heat exchange mechanism is 請 Motomeko 2 or claim 3 pump according you, characterized in that to absorb the heat of the control board.
隣接する前記制御基板は、前記筐体内の流体の流路を構成することを特徴とする請求項4記載の真空ポンプ。The control board is laminated through a gap,
The vacuum pump according to claim 4, wherein the adjacent control board constitutes a fluid flow path in the casing.
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