JP5684894B2 - 真空ポンプ、真空排気装置及び真空ポンプの運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、駆動力の伝達にマグネットカップリングが用いられる真空ポンプ、真空排気装置及び真空ポンプの運転方法に関する。

メカニカルブースタポンプは、ケーシング内に配置された二つのマユ型ロータを互いに反対方向に同期回転させることで吸気口から排気口へ気体を移送する、容積移送型の真空ポンプである。メカニカルブースタポンプは、両ロータ間および各ロータとケーシングとの間での接触がないため、機械的損失が非常に少なく、例えば油回転真空ポンプのような摩擦仕事の大きい真空ポンプに比べて、駆動に要するエネルギーを少なくできるという利点を有する。

メカニカルブースタポンプは、両ロータを収容するポンプ室内において潤滑油を必要としないため油による真空の汚染が少ない。一方、ポンプの運転上、両ロータの回転位相や各ロータの軸の中心を常に正確に維持するため、各ロータを同期回転させるためのギヤ、各ロータの回転軸を支持するベアリングなどに対して潤滑が必要となる。このため、上記ギヤを収容するギヤ室に潤滑油を溜めておき、運転時に各部の潤滑を行うようにしている。

ところが、排気口の圧力の上昇によりケーシングからモータを収容するモータ室へ空気漏れや軸シールの油漏れが生じるおそれがある。このような問題は、ポンプの駆動初期、特に真空チャンバを大気圧から真空排気する場合に起こりやすい。そこで、ケーシング内部とモータ室との間を区画し、モータとロータとをマグネットカップリングにより結合することで、ケーシング内部とモータ室との気密性を確保した真空ポンプが知られている（例えば下記特許文献１参照）。

特開平６−１８５４８３号公報

しかしながら、マグネットカップリング構造を有するメカニカルブースタポンプにおいては、モータの負荷トルクが過大になると、モータとロータとの磁気的結合が解除される現象（脱調）が生じる。脱調が生じると、もはや適正なポンプ動作は不可能となるため、ポンプの動作を一旦停止させた後、再起動させる必要がある。したがって、脱調が繰り返し発生すると、被排気系の排気操作に多大な時間を要することになる。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、脱調を生じさせることなく安定した排気動作を実現することができる真空ポンプ、真空排気装置及び真空ポンプの運転方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る真空ポンプは、ポンプ部と、駆動部と、マグネットカップリングと、コントローラとを具備する。
上記ポンプ部は、吸気口と排気口とを有するポンプ室と、上記ポンプ室に配置され、上記吸気口から上記排気口へ気体を移送するロータとを含む。
上記駆動部は、上記ポンプ室に隣接するモータ室と、上記モータ室に配置され上記ロータを回転させる駆動モータとを含む。
上記マグネットカップリングは、仕切り部材と、第１の磁石と、第２の磁石とを含む。上記仕切り部材は、上記ポンプ室と上記モータ室とを気密に区画する。上記第１の磁石は、上記ロータに取り付けられる。上記第２の磁石は、上記駆動モータに取り付けられ、上記仕切り部材を介して上記第１の磁石と磁気的に結合する。上記マグネットカップリングは、上記駆動モータの回転力を上記ロータへ第１の閾値以下の回転トルクで伝達するように構成される。
上記コントローラは、検出部と、回転制御部とを含む。上記検出部は、上記駆動モータの負荷トルクを検出する。上記回転制御部は、上記駆動モータの回転数を制御する。上記コントローラは、上記負荷トルクが上記第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下のときは上記駆動モータの回転数を増加させ、上記負荷トルクが上記第２の閾値を超え上記第１の閾値以下のときは上記駆動モータの回転数を減少させる。

本発明の一形態に係る真空排気装置は、第１の真空ポンプと、第２の真空ポンプと、コントローラとを具備する。
上記第１の真空ポンプは、ポンプ室と、ロータと、駆動モータと、マグネットカップリングとを含む。上記ポンプ室は、吸気口及び排気口を有する。上記ロータは、上記ポンプ室内に配置され上記吸気口から上記排気口へ気体を移送する。上記マグネットカップリングは、上記駆動モータの回転力を上記ロータへ第１の閾値以下の回転トルクで伝達するように構成される。
上記第２の真空ポンプは、上記排気口に移送された気体を排気する。
上記コントローラは、検出部と、回転制御部とを含む。上記検出部は、上記駆動モータの負荷トルクを検出する。上記回転制御部は、上記駆動モータの回転数を制御する。上記コントローラは、上記負荷トルクが上記第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下のときは上記駆動モータの回転数を増加させ、上記負荷トルクが上記第２の閾値を超え上記第１の閾値以下のときは上記駆動モータの回転数を減少させる。

本発明の一形態に係る真空ポンプの運転方法は、ロータと、駆動モータと、上記駆動モータの回転力を上記ロータへ第１の閾値以下の回転トルクで伝達するように構成されたマグネットカップリングとを含む真空ポンプの運転方法である。
上記運転方法は、上記モータの負荷トルクを検出することを含む。
上記負荷トルクが上記第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下のときは、上記駆動モータの回転数が増加させられる。
上記負荷トルクが上記第２の閾値を超え上記第１の閾値以下のときは、上記駆動モータの回転数が減少させられる。

本発明の一実施形態に係る真空排気装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る真空ポンプの概略断面図である。 上記真空ポンプのポンプ部の詳細を示す断面図である。 上記真空ポンプの運転方法を説明するフローチャートである。 上記真空ポンプの負荷トルク及びモータ回転数の関係を示すタイミングチャートである。 上記真空ポンプの回転数変化、吸気側圧力及び排気側圧力の時間変化を示す一実験結果である。

本発明の一実施形態に係る真空ポンプは、ポンプ部と、駆動部と、マグネットカップリングと、コントローラとを具備する。
上記ポンプ部は、吸気口と排気口とを有するポンプ室と、上記ポンプ室に配置され、上記吸気口から上記排気口へ気体を移送するロータとを含む。
上記駆動部は、上記ポンプ室に隣接するモータ室と、上記モータ室に配置され上記ロータを回転させる駆動モータとを含む。
上記マグネットカップリングは、仕切り部材と、第１の磁石と、第２の磁石とを含む。上記仕切り部材は、上記ポンプ室と上記モータ室とを気密に区画する。上記第１の磁石は、上記ロータに取り付けられる。上記第２の磁石は、上記駆動モータに取り付けられ、上記仕切り部材を介して上記第１の磁石と磁気的に結合する。上記マグネットカップリングは、上記駆動モータの回転力を上記ロータへ第１の閾値以下の回転トルクで伝達するように構成される。
上記コントローラは、検出部と、回転制御部とを含む。上記検出部は、上記駆動モータの負荷トルクを検出する。上記回転制御部は、上記駆動モータの回転数を制御する。上記コントローラは、上記負荷トルクが上記第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下のときは上記駆動モータの回転数を増加させ、上記負荷トルクが上記第２の閾値を超え上記第１の閾値以下のときは上記駆動モータの回転数を減少させる。

上記真空ポンプにおいて、駆動モータは、第１の閾値以下の回転トルクでロータへ回転力を伝達させる。第１の閾値は、マグネットカップリングが脱調することなく駆動モータとロータとを同期回転させることができる回転トルクに相当する。マグネットカップリングの脱調は、ロータの回転負荷が駆動モータの回転負荷を上回ることで発生し、例えば、ポンプの駆動初期時に排気口の圧力（背圧）が過度に上昇したときに起こり易い。上記真空ポンプは、駆動モータの負荷トルクに第１及び第２の閾値を設定し、検出された負荷トルクの大きさに応じて駆動モータの回転数を制御することで、マグネットカップリングの脱調を生じさせることなく安定した排気動作を実現するようにしている。これにより例えば大気圧から所定の減圧雰囲気まで安定した排気動作を実現することができる。

上記コントローラは、上記負荷トルクが上記第１の閾値を超えたときは上記駆動モータをフリーランの状態としてもよい。
検出された負荷トルクが第１の閾値を超えたとき、マグネットカップリングは脱調する可能性が高い。そこで上記真空ポンプにおいては、駆動モータの負荷トルクが第１の閾値を超えたときは、駆動モータの励磁を遮断し惰性で回転させるフリーランの状態とする。これによりマグネットカップリングの脱調状態を早期に解消することができる。

本発明の一実施形態に係る真空排気装置は、第１の真空ポンプと、第２の真空ポンプと、コントローラとを具備する。
上記第１の真空ポンプは、ポンプ室と、ロータと、駆動モータと、マグネットカップリングとを含む。上記ポンプ室は、吸気口及び排気口を有する。上記ロータは、上記ポンプ室内に配置され上記吸気口から上記排気口へ気体を移送する。上記マグネットカップリングは、上記駆動モータの回転力を上記ロータへ第１の閾値以下の回転トルクで伝達するように構成される。
上記第２の真空ポンプは、上記排気口に移送された気体を排気する。
上記コントローラは、検出部と、回転制御部とを含む。上記検出部は、上記駆動モータの負荷トルクを検出する。上記回転制御部は、上記駆動モータの回転数を制御する。上記コントローラは、上記負荷トルクが上記第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下のときは上記駆動モータの回転数を増加させ、上記負荷トルクが上記第２の閾値を超え上記第１の閾値以下のときは上記駆動モータの回転数を減少させる。

上記真空排気装置において、第２の真空ポンプは、第１の真空ポンプの背圧を排気する補助ポンプとしての機能を有する。典型的には、第２の真空ポンプの排気量は、第１の真空ポンプの排気量よりも小さい。そこで第１の真空ポンプは、駆動モータの負荷トルクに第１及び第２の閾値を設定し、検出された負荷トルクの大きさに応じて駆動モータの回転数を制御する。これによりマグネットカップリングの脱調を生じさせることなく安定した排気動作を実現することができる。

本発明の一実施形態に係る真空ポンプの運転方法は、ロータと、駆動モータと、上記駆動モータの回転力を上記ロータへ第１の閾値以下の回転トルクで伝達するように構成されたマグネットカップリングとを含む真空ポンプの運転方法である。
上記運転方法は、上記モータの負荷トルクを検出することを含む。
上記負荷トルクが上記第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下のときは、上記駆動モータの回転数が増加させられる。
上記負荷トルクが上記第２の閾値を超え上記第１の閾値以下のときは、上記駆動モータの回転数が減少させられる。

上記真空ポンプの運転方法においては、駆動モータの負荷トルクに第１及び第２の閾値が設定され、検出された負荷トルクの大きさに応じて駆動モータの回転数が制御される。これによりマグネットカップリングの脱調を生じさせることなく安定した排気動作を実現することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る真空排気装置を示す概略構成図である。本実施形態の真空排気装置１０は、第１の真空ポンプ１と、第２の真空ポンプ１１とを有する。

第１の真空ポンプ１の吸気口は、真空バルブＶを介してチャンバＣに接続され、第１の真空ポンプ１の排気口は、第２の真空ポンプ１１の吸気口に接続されている。第１の真空ポンプ１は、チャンバＣの内部空間を排気するメインポンプとして機能し、本実施形態ではメカニカルブースタポンプで構成されている。一方、第２の真空ポンプ１１は、第１の真空ポンプ１の背圧を排気する補助ポンプとして機能する。第２の真空ポンプ１１の種類は特に限定されず、例えば、ロータリポンプが用いられるが、これ以外にも、ダイアフラムポンプやスクロールポンプ等のドライポンプが用いられてもよい。

次に、第１の真空ポンプ１の詳細について説明する。

図２は、第１の真空ポンプ１を示す概略断面図である。図３は、ポンプ部の内部構成を示す断面図である。各図においてＸ軸方向およびＹ軸方向は相互に直交する水平方向をそれぞれ示しており、Ｚ軸方向はこれらに直交する鉛直方向（重力方向）を示している。

第１の真空ポンプ１は、単段のメカニカルブースタポンプで構成されている。第１の真空ポンプ１は、ポンプ部２と、駆動部３と、回転伝達部４とを有する。

ポンプ部２は、ポンプ室２３を形成する第１のケーシング２０を有する。第１のケーシング２０は、図示しない真空チャンバに連絡する吸気口２０１と、後段のポンプ装置（例えばロータリポンプ）に連絡する排気口２０２とを有する。吸気口２０１および排気口２０２はそれぞれポンプ室２３と連通している。ポンプ室２３は、第１のケーシング２０と、第１のケーシング２０の両側に気密に取り付けられた隔壁２４，２５とによって画定される。

ポンプ部２は、一対のロータ２１，２２を有する。ロータ２１，２２は、Ｙ軸方向に平行に延びる回転軸２１０，２２０をそれぞれ有する。ロータ２１，２２はマユ（繭）型の断面を有し、図３に示すように相互に近接配置されてポンプ室２３に収容されている。これらロータ２１，２２の間、ロータ２１，２２と第１のケーシング２０との間、およびロータ２１，２２と隔壁２４，２５との間には、それぞれ僅かな隙間（例えば0.02〜0.04ｍｍ程度）が保たれている。

回転軸２１０，２２０は隔壁２４，２５をそれぞれ貫通しており、回転軸２１０，２２０の一方の端部は、駆動部３内のモータ室３３に位置している。そして、回転軸２１０，２２０の他方の端部は、回転伝達部４内のギヤ室４３に位置している。

駆動部３は、隔壁２４に気密に取り付けられた第２のケーシング３０を有し、モータ室３３は第２のケーシング３０の内部に形成される。隔壁２４のモータ室３３側には回転軸２１０，２２０を回転自在に支持するベアリング３１および軸シール３２がそれぞれ設置されている。

モータ室３３は、第１の脱気通路Ｐ１を介してポンプ室２３と連通している。これによりモータ室３３は、第１の脱気通路Ｐ１を介して脱気可能とされ、真空ポンプ１の作動時、ポンプ室２３の圧力と均一化される。本実施形態において第１の脱気通路Ｐ１は、隔壁２４をＹ軸方向に貫通する通路で形成されている。

駆動部３は、ロータ２１の回転軸２１０を回転させる駆動モータ３５を有する。駆動モータ３５は、第２のケーシング３０に固定されているとともに、マグネットカップリング機構５０を介して回転軸２１０と連結される駆動軸３５０を有する。駆動モータ３５は、例えばＤＣブラシレスモータで構成され、後述するコントローラ６０によって駆動軸３５０の回転数あるいは回転速度が制御される。

マグネットカップリング機構５０は、回転軸２１０の周囲に固定された環状の内周側磁石５１と、駆動軸３５０の周囲に固定された環状の外周側磁石５２とを有し、これら磁石５１，５２の間の磁気結合によって、回転軸２１０と駆動軸３５０とを相互に連結する。

内周側磁石５１は、回転軸２１０の先端に固定された支持部材５３の外周部に配置され、外周側磁石５２は、駆動軸３５０に固定された支持部材５４の内周部に配置されている。内周側磁石５１と外周側磁石５２は、仕切り部材５５を介して相互に対向している。仕切り部材５５の周縁部は、第２のケーシング３０の内周面に形成された環状凸部３０ａに気密に固定されている。内周側磁石５１が配置されるモータ室３３と、外周側磁石５２が配置される大気室３４とが、仕切り部材５５によって隔離される。

回転伝達部４は、隔壁２５に気密に取り付けられた第３のケーシング４０を有し、ギヤ室４３は第３のケーシング４０の内部に形成される。隔壁２５のギヤ室４３側には回転軸２１０，２２０を回転自在に支持するベアリング４５および軸シール４６がそれぞれ設置されている。

第３のケーシング４０は、ロータ２１，２２を相互に逆方向へ同期回転させるギヤ機構を収容するギヤ室４３を形成する。上記ギヤ機構は、回転軸２１０の端部に固定された同期ギヤ４１と、回転軸２２０の端部に固定された同期ギヤ４２とを有する。これにより、モータ３５の駆動により一方の回転軸２１０がその軸まわりに回転すると、同期ギヤ４１，４２を介して他方の回転軸２２０に回転力が伝達される。このとき回転軸２２０は、回転軸２１０とは逆の方向に回転される。

ギヤ室４３には、ギヤ機構を潤滑するための潤滑油Ｇが貯留される。同期ギヤ４１，４２の先端には、潤滑油Ｇをかき上げるプレート４７が固定されており、同期ギヤ４１，４２とともに回転することで潤滑油Ｇを同期ギヤ４１，４２、ベアリング４５等へ供給する。これによりロータ２１，２２をその相対位置を維持しつつ適正に回転させることができる。第３のケーシング４０には、ギヤ室４３における潤滑油Ｇの貯留量を確認するための窓４４が設けられている。そしてギヤ室４３には、同期ギヤ４１，４２の回転による潤滑油Ｇの飛散を抑えるために、シールド４８が設けられている。シールド４８は、同期ギヤ４１，４２の上部を覆うように隔壁２５に取り付けられた略平板形状を有する。

ギヤ室４３は、第２の脱気通路Ｐ２を介してモータ室３３と連通している。これによりギヤ室４３は、第２の脱気通路Ｐ２を介して脱気可能とされ、真空ポンプ１の作動時、モータ室３３およびポンプ室２３の圧力と均一化される。

本実施形態において第２の脱気通路Ｐ２は、第３のケーシング４０、隔壁２５、第１のケーシング２０および隔壁２４を介してギヤ室４３をモータ室３３へ連通させる。第２の脱気通路Ｐ２は主として、第１のケーシング２０、隔壁２４，２５をＹ軸方向に貫通する主通路部Ｐ２１と、第３のケーシング４０に形成された連絡通路部Ｐ２２とにより形成される。なお第２のケーシング３０にも同様な連絡通路部を形成することで、主通路部Ｐ２１とモータ室３３とを相互に接続してもよい。

第１の真空ポンプ１は、コントローラ６０をさらに有する。コントローラ６０は、駆動モータ３５の負荷トルクを検出する検出部６１と、駆動モータ３５の回転数を制御する回転制御部６２とを有する。コントローラ６０は、典型的には、演算部、メモリ等を含むコンピュータによって構成されており、例えば駆動部３と一体的に組み込まれてもよい。

検出部６１は、マグネットカップリング機構５０を介してロータ２１を回転させる駆動モータ３５の負荷トルクを検出する。負荷トルクの検出方法は特に限定されず、公知の手法を採用することができる。例えば、駆動モータ３５の固定子に巻回された励磁コイルに直列に接続された検出用コイルの両端電圧を測定することで、駆動モータ３５の負荷トルクを検出することができる。

回転制御部６２は、駆動モータ３５の回転数を制御する。回転数の制御方式も特に限定されず、典型的には、モータの誘導起電力を制御することで回転数を制御する。本実施形態では、回転制御部６２はインバータを含む。インバータの形式も特に限定されず、例えばＰＷＭ（パルス幅変調方式）が採用される。

コントローラ６０は、検出部６１の出力に基づいて、駆動モータ３５の回転数を制御する。すなわちコントローラ６０は、駆動モータ３５の負荷トルクが第１の閾値（Th1）よりも小さい第２の閾値（Th2）以下のときは、駆動モータ３５の回転数を増加させる。またコントローラ６０は、駆動モータ３５の負荷トルクが第２の閾値（Th2）を超え、かつ、第１の閾値（Th1）以下のときは、駆動モータ３５の回転数を減少させる。

ここで、第１の閾値（Th1）は、マグネットカップリング機構５０に脱調を生じさせずにロータ２１を回転させることが可能な駆動モータ３５の最大駆動トルクをいう。マグネットカップリング機構５０の脱調とは、内周側磁石５１と外周側磁石５２との磁気結合が開放されることを意味し、駆動モータ３５の駆動軸３５０とロータ２１の回転軸２１０とを同期回転させることができない状態をいう。

第１の閾値（Th1）は、マグネットカップリング機構５０の磁気結合力、第１の真空ポンプ１の排気量[Pa/m³/s]、第２の真空ポンプ１１の排気量[Pa/m³/s]、第１の真空ポンプ１の動作圧力等を考慮して決定される。すなわち脱調が生じる負荷トルク（脱調トルク）は、モータの回転数、ポンプの背圧（排気口側の圧力）等によって変化するため、上記諸条件を考慮して、第１の閾値（Th1）が設定される。本実施形態では第１の閾値（Th1）は０．８Ｎ・ｍである。

第２の閾値（Th2）は、第１の閾値（Th1）よりも小さい適宜の値に設定される。コントローラ６０は、駆動モータ３５の負荷トルクが第２の閾値（Th2）以下のときは、駆動モータ３５の回転数を増加させ、上記負荷トルクが第２の閾値（Th2）を超え第１の閾値（Th1）以下のときは駆動モータ３５の回転数を減少させる。すなわち本実施形態では、第１の閾値（Th1）よりも小さい第２の閾値（Th2）を基準に駆動モータ３５の回転数を減少させることで、マグネットカップリング機構５０の脱調を確実に防止し、安定した排気動作を実現するようにしている。第２の閾値（Th2）は適宜設定可能であり、本実施形態では第２の閾値（Th2）は０．５５Ｎ・ｍである。

第２の閾値（Th2）は、駆動モータ３５の定格トルクとすることができる。これにより駆動モータ３５を効率よく駆動することができ、消費電力の低減も図ることができる。なお第２の閾値（Th2）は、駆動モータ３５の定格トルクと同一の値に設定される場合に限られず、例えば定格回転数での負荷トルクの変動を考慮して、上記定格トルクよりも若干大きな値に設定されてもよい。

コントローラ６０はまた、駆動モータ３５の負荷トルクが第１の閾値（Th1）を超えたときは駆動モータ３５をフリーランの状態とする。検出された負荷トルクが第１の閾値を超えたとき、マグネットカップリングは脱調する可能性が高い。そこで上記真空ポンプにおいては、駆動モータの負荷トルクが第１の閾値を超えたときは、駆動モータの励磁を遮断し惰性で回転させるフリーランの状態とする。これによりマグネットカップリングの脱調状態を早期に解消することができる。

次に、本実施形態の真空排気装置１０の動作について説明する。

図１を参照して、チャンバＣの内部は大気圧であり、真空バルブＶは開放されている。この状態で、第１の真空ポンプ１及び第２の真空ポンプ１１は、同時に駆動される。

第１の真空ポンプ１においては、モータ３５の作動により、マグネットカップリング機構５０を介して駆動軸３５０と共に回転軸２１０が回転することで、ポンプ室２３内においてロータ２１が回転する。また回転軸２１０の回転力は、回転伝達部４においてロータ２２の回転軸２２０に伝達され、これによりロータ２２は、ロータ２１と同期して、ロータ２１とは逆方向に回転する。これらロータ２１，２２の回転により、ポンプ部２は、吸気口２０１より吸入されたガスを排気口２０２へ向けて排出する所定のポンプ作用を行う。

このときコントローラ６０は、駆動モータ３５を第１の閾値（Th1）以下の回転トルクで回転させ、マグネットカップリング機構５０を介してロータ２１へ回転力を伝達する。第１の閾値（Th1）は、マグネットカップリング機構５０が脱調することなく駆動モータ３５とロータ２１とを同期回転させることができる回転トルクに相当する。

モータ室３３およびギヤ室４３は、ポンプ室２３の圧力の低下に伴って、第１および第２の脱気通路Ｐ１，Ｐ２を介して減圧される。これによりポンプ室２３と、ポンプ室２３に隣接するモータ室３３およびギヤ室４３との間の差圧が小さくなるため、ポンプ室２３のリークによるポンプ性能の低下が防止される。

第２の真空ポンプ１１は、第１の真空ポンプ１の駆動時は常に駆動される。第２の真空ポンプ１１は、第１の真空ポンプ１の背圧、すなわち排気口２０２に移送された気体を排気する。

真空排気装置１０の起動初期時、第１の真空ポンプ１は、大気圧下のチャンバＣを排気する。このため、第１の真空ポンプ１の排気口２０２には大気圧以上の圧力に達し得る。このときポンプ室２３内の気体がモータ室３３へ逆流するが、マグネットカップリング機構５０の仕切り部材５５がモータ室３３側と駆動モータ３５側とを気密に仕切っているため、軸シール等のための潤滑油が駆動モータ３５側へ流出することなく、したがってポンプ外部への潤滑油の漏出が防止される。

一方、真空排気装置１０の起動初期時においては、第１の真空ポンプ１の背圧が比較的大きいため、ロータ２１の回転負荷が駆動モータ３５の回転負荷を上回ることで、マグネットカップリング機構５０の脱調が発生しやすい。そこでコントローラ６０は、以下のようにして駆動モータ３５の回転数を制御する。

図４は、コントローラ６０による駆動モータ３５の制御フローである。図５は、駆動モータ３５の負荷トルクと回転数の時間変化の一例を示すタイミングチャートである。

コントローラ６０は、検出部６１の出力に基づいて駆動モータ３５の負荷トルクを測定する（ステップ１）。次にコントローラ６０は、測定された負荷トルクが第３の閾値（Th3）以上第２の閾値（Th2）以下である場合には、駆動モータ３５の加速制御すなわち回転数の増加制御を実行する（ステップ２，３，４）。ここで、第３の閾値（Th3）は、第２の閾値（Th2）よりも小さく、マグネットカップリング機構５０が脱調したときに検出される負荷トルクよりも大きい値に相当する。第３の閾値（Th3）の値は特に限定されず、例えば０．１３Ｎ・ｍである。

駆動モータ３５の負荷トルクが第３の閾値（Th3）以上第２の閾値（Th2）以下のときに回転数の増加制御を実行することで、マグネットカップリング機構５０の脱調を防止しつつ第１の真空ポンプ１の排気量を上昇させることができる。本実施形態では、駆動モータ３５の回転数を０〜３５００ｒｐｍの範囲で制御する。

図５において区間Ｄ１，Ｄ２は、駆動モータ３５の起動開始から最大回転数に達するまでの期間に相当する。この時点では駆動モータ３５の負荷トルクは第２の閾値（Th2）に達していないため、駆動モータ３５は最大回転数で駆動される。

一方、第２の真空ポンプ１１は第１の真空ポンプ１よりも排気量が小さいため、第１の真空ポンプ１の背圧は徐々に上昇し、駆動モータ３５の負荷トルクもこれに伴って上昇する。そして、駆動モータ３５の負荷トルクが第２の閾値（Th2）を超え、第１の閾値（Th1）以下である場合は、駆動モータ３５の回転数を減少させる制御を実行する（ステップ２，５，６、区間Ｄ３）。これにより、マグネットカップリング機構５０の脱調を防止しつつ、ロータ２１の回転による排気動作を安定に継続することができる。

なお、駆動モータ３５の負荷トルクが第１の閾値（Th1）を超えたとき、コントローラ６０は過負荷と判断し、必要に応じてエラー信号を報知し、駆動モータ３５を停止させる（ステップ８）。

駆動モータ３５の回転数減少制御によって負荷トルクが第２の閾値（Th2）以下になったとき、コントローラ６０は再び回転数の上昇制御を実行する（ステップ２〜４、区間Ｄ４）。以後、上記と同様の制御が実行されることで、第１及び第２の真空ポンプ１，１１によりチャンバ１が排気される（区間Ｄ５，Ｄ６）。

区間Ｄ７は、駆動モータ３５の回転数減少制御時にマグネットカップリング機構５０に脱調が生じた期間を示している。コントローラ６０は、駆動モータ３５の負荷トルクが第３の閾値（Th3）以下のとき脱調が生じたと判定して、駆動モータ３５への電力の供給を停止して駆動軸３５０をフリーランの状態にする（ステップ３，７）。これにより、マグネットカップリング機構５０の脱調状態が早期に解消される。その後、再び駆動モータ３５の回転数増加制御を実行することで、チャンバ１の排気動作を再開する。チャンバＣが目標圧力に達した後、コントローラ６０は、チャンバＣの圧力が目標圧力を維持するように駆動モータ３５の駆動を継続する。なお、ポンプの運転を停止させる際は、コントローラ６０は駆動モータ３５への電力の供給を停止する（区間Ｄ８）。

以上のように本実施形態によれば、駆動モータ３５の負荷トルクに応じて回転数を制御するようにしているため、マグネットカップリング機構５０の脱調を防止しつつ、排気動作を継続することができる。これによりチャンバＣを目標圧力に早期に到達させることができる。また、第１の真空ポンプ１によって大気圧から目標圧力にわたってチャンバＣを真空排気することができる。

図６は、第１の真空ポンプ１の起動開始から目標到達圧力に到るまでの駆動モータ３５の回転数変化を示す一測定結果である。吸気口２０１の圧力（Ｐ１）及び排気口２０２の圧力（Ｐ２）の時間変化も併せて示す。測定では、内容積２０Ｌの真空チャンバＣを用いた。図６に示すように、本実施形態によれば、マグネットカップリング機構５０の脱調を生じさせることなく安定した排気動作を実現することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の実施形態では、第１の真空ポンプ１における駆動モータ３５の回転数を制御する際に駆動モータ３５の負荷トルクに第１〜第３の閾値（Th1〜Th3）を設定したが、閾値の大きさ、設定される閾値の数は上述の例に限られず、適宜変更することが可能である。

また以上の実施形態では、第１の真空ポンプ１としてメカニカルブースタポンプを用いたが、これに限られず、多段ルーツ型ポンプやスクロールポンプ等の他のドライ真空ポンプにも本発明は適用可能である。

１…第１の真空ポンプ
２…ポンプ部
３…駆動部
１０…真空排気装置
１１…第２の真空ポンプ
２１，２２…ロータ
２３…ポンプ室
３５…駆動モータ
５０…マグネットカップリング機構
５１…内周側磁石
５２…外周側磁石
５５…仕切り部材
６０…コントローラ
６１…検出部
６２…回転制御部
２０１…吸気口
２０２…排気口

Claims (5)

1. 吸気口と排気口とを有するポンプ室と、前記ポンプ室に配置され前記吸気口から前記排気口へ気体を移送するロータとを含むポンプ部と、
   前記ポンプ室に隣接するモータ室と、前記モータ室に配置され前記ロータを回転させる駆動モータとを含む駆動部と、
   前記ポンプ室とモータ室とを気密に区画する仕切り部材と、前記ロータに取り付けられた第１の磁石と、前記駆動モータに取り付けられ前記仕切り部材を介して前記第１の磁石と磁気的に結合する第２の磁石とを含み、前記駆動モータの回転力を前記ロータへ第１の閾値以下の回転トルクで伝達するように構成されたマグネットカップリングと、
   前記駆動モータの負荷トルクを検出する検出部と、前記駆動モータの回転数を制御する回転制御部とを含み、前記負荷トルクが前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下のときは、前記負荷トルクが前記第２の閾値よりも小さい第３の閾値以上の場合に限って前記駆動モータの回転数を増加させ、前記負荷トルクが前記第２の閾値を超え前記第１の閾値以下のときは前記駆動モータの回転数を減少させ、前記負荷トルクが前記第３の閾値未満のときは前記駆動モータをフリーランの状態とするコントローラと
   を具備する真空ポンプ。
2. 請求項１に記載の真空ポンプであって、
   前記コントローラは、前記負荷トルクが前記第１の閾値を超えたときは前記駆動モータをフリーランの状態とする
   真空ポンプ。
3. 請求項１又は請求項２に記載の真空ポンプであって、
   前記第２の閾値は、前記駆動モータの定格トルクである
   真空ポンプ。
4. 吸気口及び排気口を有するポンプ室と、前記ポンプ室内に配置され前記吸気口から前記排気口へ気体を移送するロータと、駆動モータと、前記駆動モータの回転力を前記ロータへ第１の閾値以下の回転トルクで伝達するように構成されたマグネットカップリングとを含む第１の真空ポンプと、
   前記排気口に移送された気体を排気する第２の真空ポンプと、
   前記駆動モータの負荷トルクを検出する検出部と、前記駆動モータの回転数を制御する回転制御部とを含み、前記負荷トルクが前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下のときは、前記負荷トルクが前記第２の閾値よりも小さい第３の閾値以上の場合に限って前記駆動モータの回転数を増加させ、前記負荷トルクが前記第２の閾値を超え前記第１の閾値以下のときは前記駆動モータの回転数を減少させ、前記負荷トルクが前記第３の閾値未満のときは前記駆動モータをフリーランの状態とするコントローラと
   を具備する真空排気装置。
5. ロータと、駆動モータと、前記駆動モータの回転力を前記ロータへ第１の閾値以下の回転トルクで伝達するように構成されたマグネットカップリングとを含む真空ポンプの運転方法であって、
   前記モータの負荷トルクを検出し、
   前記負荷トルクが前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下のときは、前記負荷トルクが前記第２の閾値よりも小さい第３の閾値以上の場合に限って前記駆動モータの回転数を増加させ、前記負荷トルクが前記第２の閾値を超え前記第１の閾値以下のときは前記駆動モータの回転数を減少させ、前記負荷トルクが前記第３の閾値未満のときは前記駆動モータをフリーランの状態とする
   真空ポンプの運転方法。

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