JP5396949B2 - ターボ分子ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、ターボ分子ポンプの冷却機構に関するものである。

従来のターボ分子ポンプには、ターボ分子ポンプ本体と制御装置が別々に構成されていたため、ターボ分子ポンプ本体を冷却する冷却機構と制御装置の冷却必要部品を冷却する冷却機構は別々に設けられており、ターボ分子ポンプ本体と制御装置はケーブルにより接続されていた。このようなターボ分子ポンプ装置には、冷却機構が２つ必要なことや、ケーブルの長さ調整や接続ミスが問題になる。

そこで、ターボ分子ポンプ本体と制御装置を一体化し、その間に冷却機構が設けられたターボ分子ポンプ装置が存在する（特許文献１）。このようにすれば、冷却機構がターボ分子ポンプ本体と制御装置の冷却必要部品の両方を冷却することができ、冷却機構の削減が可能になると共に、両者を接続する長いケーブルの必要もなくなる。

特開平１１−１７３２９３号公報

しかし、特許文献１の構成のようにターボ分子ポンプ本体と制御装置を一体化した場合、制御装置と冷却機構を別構成にして、両者を接触させているため、制御装置と冷却機構の接触面において制御装置のケースの上面板と冷却機構の下面板の２枚の板が必要になり、部品の無駄が発生するという問題がある。

また、ターボ分子ポンプ本体は、異物を除去するためのオーバーホール作業を定期的に行う必要があるため、ターボ分子ポンプ本体と制御装置を一体化した場合に、ターボ分子ポンプ本体を制御装置と分離して、ターボ分子ポンプ本体のオーバーホール作業を行う必要があり、部品点数が多いとオーバーホール作業の工数が増加するという問題がある。特に、特許文献１に記載された発明のように、ターボ分子ポンプ本体に冷却機構を取り付けた上で、制御装置にはめ込むような構成の場合、オーバーホールをするために、制御装置からターボ分子ポンプ本体及び冷却機構を取り外した上で、ターボ分子ポンプ本体と冷却機構を取り外す必要があるため、オーバーホール作業の工数が増加する。

また、前記のようにターボ分子ポンプ本体に冷却機構を取り付けた上で、制御装置にはめ込む構成の場合、ターボ分子ポンプ装置の組立工程において、ターボ分子ポンプ本体に冷却機構を取り付ける工程が必要であるため、従来と同じ工程でターボ分子ポンプ装置を組み立てることができない。すなわち、ターボ分子ポンプ本体と制御装置が別々に構成されたターボ分子ポンプ装置、及びターボ分子ポンプ本体と制御装置を一体化し、その間に冷却機構が設けられたターボ分子ポンプ装置の両方を製造する場合、共通のターボ分子ポンプ本体を用いることができるとコストダウンや作業の簡略化に寄与するが、ターボ分子ポンプ本体に冷却機構が取り付けられている場合は、共通のターボ分子ポンプ本体を用いることができない。

さらに、トランジスタ等の制御装置の冷却必要部品が冷却機構の下面板に直接接触せず、制御装置のケースの上面板を介して、冷却機構により冷却されるため、冷却効率が低減する問題も生じる。

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、ターボ分子ポンプ本体と前記ターボ分子ポンプ本体を制御する制御装置が一体となったターボ分子ポンプ装置において、前記制御装置のケースの前記ターボ分子ポンプ本体との接触面が、前記ターボ分子ポンプ本体及び前記制御装置を冷却する冷却機構であることを特徴とするターボ分子ポンプ装置である。

上記課題を解決するためになされた第２の発明は、前記制御装置における冷却必要部品を、前記冷却機構の制御装置側の面上に設置したことを特徴とする第１の発明のターボ分子ポンプ装置である。

上記課題を解決するためになされた第３の発明は、ターボ分子ポンプ本体と前記ターボ分子ポンプ本体を制御する制御装置の間に、前記ターボ分子ポンプ本体及び前記制御装置を冷却する冷却機構を備えたターボ分子ポンプ装置において、前記制御装置と前記冷却機構を締結したことを特徴とするターボ分子ポンプ装置である。

第１の発明によれば、冷却機構が制御装置のケースの一面としての役割を果たすため、冷却機構と制御装置を一体として構成することができる。そのため、従来は、ターボ分子ポンプ本体と制御装置を一体化した場合、ターボ分子ポンプ本体、制御装置及び冷却機構の３点から構成していたターボ分子ポンプ装置を、ターボ分子ポンプ本体及び冷却機構を備えた制御装置の２点で構成することが可能になる。これによって、部品点数の削減が可能になり、コストダウンを図ることができると共にオーバーホールがし易くなるという効果を奏する。さらに、ターボ分子ポンプ本体と、別途組み立てていた冷却機構及び制御装置とを一体化することができるため、ターボ分子ポンプ本体を単体で組み立てることができるため、従来と同じ工程でターボ分子ポンプ本体を組み立てることができる。

第２の発明によれば、第１の発明の効果に加えて、制御装置のケースの役割を果たす冷却機構上に制御装置の冷却必要部品を設置することにより、従来は、制御装置のケースを挟んで冷却されていた冷却必要部品の冷却効率を上げることが可能になる。

第３の発明によれば、ターボ分子ポンプ本体と、別途組み立てていた冷却機構及び制御装置とを一体化することができるため、ターボ分子ポンプ本体を単体で組み立てることができる。

本発明のターボ分子ポンプ装置の概略図である。 本発明のターボ分子ポンプ装置の構成を示す概略図である。 本発明のターボ分子ポンプ装置に用いる冷却機構の概略図である。 ターボ分子ポンプ装置の概略構成を示すブロック図である。 ターボ分子ポンプ本体の概略図である。 磁気軸受の制御に用いるフィードバックループの概略図である。 本発明のターボ分子ポンプ装置の変形実施例の概略図である。

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４は、本発明によるターボ分子ポンプ装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。ターボ分子ポンプ装置は、ターボ分子ポンプ本体２１と制御装置２２とから構成されている。ターボ分子ポンプ本体２１には、回転翼が形成されたロータ３１が設けられている。ロータ３１は磁気軸受３２により非接触支持されると共にモータ３３により回転駆動される。一方、制御装置２２には、モータ３３を駆動するモータ制御部３４と、磁気軸受３２に供給される励磁電流を制御する軸受制御部３５とを備えている。

図５は、本発明のターボ分子ポンプ本体２１の概要を説明するための図である。ターボ分子ポンプ本体２１は、ケーシング内にモータ駆動するロータ３１を備える。ロータ３１は、回転翼を備え、ケーシング側に設けたステータ３６に対して高速回転、具体的には１分間に数万回転という回転速度で駆動され、気体分子を吸気口から吸引すると共に圧縮して排気口４３から排気する。

ロータ３１は、ロータ３１と同軸に固定された回転軸３７を介して、モータ３３によって回転駆動される。モータ３３は、回転軸３７に設けられた磁極とケーシング側に設けたコイル（図示しない）によって構成される。また、回転軸３７は、ラジアル軸受電磁石３８及びスラスト軸受電磁石３９、並びにラジアル位置センサ４０及びスラスト位置センサ４１による磁気浮上によって非接触支持される。

ラジアル磁気軸受（ＸＹ軸方向軸受）は、回転軸３７を挟んで対向して配置されたラジアル軸受電磁石３８と、回転軸３７のラジアル方向に変位を検出するラジアル位置センサ４０を有し、ラジアル位置センサ４０で検出した位置変位に基づいてラジアル軸受電磁石３８に供給する電流を制御することによって、回転軸３７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２では、ラジアル軸受はモータ３３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３７と同軸に設けたロータディスク４２と、このロータディスク４２を挟んで上下に設けたスラスト軸受電磁石３９と、回転軸３７のスラスト方向の変位を検出するスラスト位置センサ４１を有し、スラスト位置センサ４１で検出した位置変位に基づいてスラスト軸受電磁石３９に供給する電流を制御することによって、回転軸３７がスラスト方向で所定位置となるように位置制御する。

図６は、磁気軸受の制御に用いるフィードバックループの概略図である。本制御回路では、ＰＩＤ回路及び位相補償回路並びに安定のためのフィルタを設けることで、所望の周波数応答を得ることができる。軸受制御部７で制御された電磁電流は、励磁アンプ４３に入力され、ラジアル軸受電磁石３８及びスラスト軸受電磁石３９へ出力される。これをラジアル位置センサ４０及びスラスト位置センサ４１が検知し、フィードバック制御を行う。

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２１と制御装置２２が一体として構成されたターボ分子ポンプ装置において、両者の間には冷却機構２４が設けられている。この冷却機構２４が、ターボ分子ポンプ本体２１と制御装置２２の冷却必要部品２３の両者を冷却する。

図２は、本発明のターボ分子ポンプ装置の具体的な構成を示す構成図である。図２（a）のように、冷却機構２４の面上に制御装置内における冷却必要部品２３が設置されている。ここでいう冷却必要部品２３には、回路内で発熱するトランジスタ、トランスコイル、電解コンデンサ等の部品が考えられる。製造の際は、これらの冷却必要部品２３を搭載した基盤等を予め組み立ててから、冷却機構２４の上に設置してもよいし、冷却機構２４の上で組み上げていってもよい。このように、冷却機構２４上に冷却必要部品２３を設置すれば、従来のように制御装置のケースの外表面に冷却機構を設置する場合と比べて、冷却効率を上げることが可能になる。

図２（b）では、冷却必要部品２３を配置した冷却機構２４には、制御装置のケース１が取り付けられる。冷却機構２４が、制御装置のケース１のターボ分子ポンプ本体２１との接触面の役割を果たすため、ケース１はターボ分子ポンプ本体２１との接触面にケース板は存在しない。このようにして、冷却機構２４が、制御装置のケース１の一面の役割を果たし、冷却機構２４は制御装置２２と一体として構成される。

図２（c）は、ターボ分子ポンプ本体２１と冷却機構２４及び制御装置２２は、ターボ分子ポンプ本体２１と冷却機構２４が接触することにより、一体として構成されることを示す。このようにして、冷却機構２４は、ターボ分子ポンプ本体２１と制御装置２２の両方を冷却することが可能になる。なお、ターボ分子ポンプ本体２１はネジ溝ポンプが設けられた排気口４３付近の温度が高温に成るため、排気口４３付近に冷却機構２４が設置されることが望ましい。

図３は、本発明のターボ分子ポンプ装置に用いる冷却機構の概略構成図である。冷却機構は、本図に示すように例えば水冷板で構成するとよい。水冷板は、金属板２の中に水冷管３が鋳造や圧入の方法等により埋め込まれている。この水冷管３の中を冷却水が流れることにより、金属板２を冷却し、ターボ分子ポンプ本体２１と制御装置２２の冷却必要部品２３の両者を冷却する。なお、冷却機構２４は、水冷板ではなく、油冷板等であってもよい。

図７は、本発明のターボ分子ポンプ装置の変形実施例の概略図である。本発明は、制御装置２２及び冷却機構２４を締結構造２８により締結した上で、ターボ分子ポンプ本体２１に、一体となった冷却機構２４及び締結構造２８を取り付ける。締結構造２８は、制御装置２２及び冷却機構２４を締結できれば特に限定はされず、例えばボルトを用いた締結やや溶接を用いた等の手法によればよい。このようにして、ターボ分子ポンプ本体２１と、別途組み立てた冷却機構２４及び制御装置２２を一体化することができるため、ターボ分子ポンプ本体を単体で組み立てることができる。そうすると、ターボ分子ポンプ本体と制御装置が別々に構成されたターボ分子ポンプ装置、及びターボ分子ポンプ本体と制御装置を一体化し、その間に冷却機構が設けられたターボ分子ポンプ装置の両方を製造するような場合に、共通のターボ分子ポンプ本体を用いることができるため、コストダウンや作業の簡略化に寄与することが可能になる。

１ ケース
２ 金属板
３ 水冷管
２１ ターボ分子ポンプ本体
２２ 制御装置
２３ 冷却必要部品
２４ 冷却機構
２６ 制御装置のケースの上面板
２７ 冷却機構の下面板
２８ 締結構造
３１ ロータ
３２ 磁気軸受
３３ モータ
３４ モータ制御部
３５ 軸受制御部
３６ ステータ
３７ 回転軸
３８ ラジアル軸受電磁石
３９ スラスト軸受電磁石
４０ ラジアル位置センサ
４１ スラスト位置センサ
４２ ロータディスク
４３ 排気口

Claims (3)

1. ターボ分子ポンプ本体と前記ターボ分子ポンプ本体を制御する制御装置が一体となったターボ分子ポンプ装置において、
   前記制御装置のケースの一面である前記ターボ分子ポンプ本体との接触面が、前記ターボ分子ポンプ本体及び前記制御装置を冷却する冷却機構であり、
   前記冷却機構が、金属板の中に水冷管が埋め込まれた水冷板、又は、金属板の中に油冷管が埋め込まれた油冷板であることを特徴とするターボ分子ポンプ装置。
2. 前記制御装置における冷却必要部品を、前記冷却機構の制御装置側の面上に設置した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。
3. 前記制御装置と前記冷却機構をボルトで締結したことを特徴とする、請求項１または２に記載のターボ分子ポンプ装置。

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