JP6436731B2 - 真空ポンプ及び該真空ポンプの異常原因推定方法 - Google Patents

Description

本発明は真空ポンプ及び該真空ポンプの異常原因推定方法に係わり、回転体とステータとの接触を検知した際の接触の原因を解析し適切な対処を取ることが可能な真空ポンプ及び該真空ポンプの異常原因推定方法に関する。

近年のエレクトロニクスの発展に伴い、メモリや集積回路といった半導体の需要が急激に増大している。
これらの半導体は、極めて純度の高い半導体基板に不純物をドープして電気的性質を与えたり、エッチングにより半導体基板上に微細な回路を形成したりなどして製造される。

そして、これらの作業は空気中の塵等による影響を避けるため高真空状態のチャンバ内で行われる必要がある。このチャンバの排気には、一般に真空ポンプが用いられているが、特に残留ガスが少なく、保守が容易等の点から真空ポンプの中の一つであるターボ分子ポンプが多用されている。

また、半導体の製造工程では、さまざまなプロセスガスを半導体の基板に作用させる工程が数多くあり、ターボ分子ポンプはチャンバ内を真空にするのみならず、これらのプロセスガスをチャンバ内から排気するのにも使用される。

このターボ分子ポンプは、高速で回転する回転翼等の回転体とステータとのクリアランスが極めて小さい。そのため、排気ガスの凝固成分などの固体生成物が真空ポンプの内部に堆積した場合や、クリープ現象により回転体が変形した場合、また、保護ベアリングの摩耗が進行した場合などに回転体とステータが接触するおそれがある。

このような回転体とステータが接触した状態をメンテナンス（オーバーホール）を行わずに放置しておくと、重大な不具合が生じるおそれがある。
そこで、従来は、特許文献１に記載されている技術を用いてメンテナンスの時期を予測していた。そして、適切な時期にメンテナンスの実行を促すことによって、未然にターボ分子ポンプが再利用不可能な状態に至ることを防止していた。

特許第３４５７３５３号公報 ＷＯ２０１０／００７９７５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、回転体の経時的なアンバランス増大に起因する振動振幅の増加と、回転体とステータとの物理的な接触に起因する振動振幅の増加との違いを判別することができなかった。

また、ポンプが接続される真空バルブの開閉等に伴う機械的振動や、ポンプやポンプが接続される真空容器等の装置に加えられた外部衝撃（外乱）に起因する振動振幅の増加を、回転体とステータとの物理的な接触に起因する振動振幅の増加と区別することができなかった。

そこで、特許文献２では、固体生成物の堆積量が回転体とステータとのクリアランスに達したことを正確に精度良く検知するために、回転体とステータの接触をステータにつけた加速度ピックアップ等の振動センサを使用して判定をしている。そして、このことにより、回転体とステータとの物理的な接触を精度よく検出している。
しかしながら、特許文献２による方法では、ステータからの振動信号の信頼性を上げるために、バンドパスフィルタや、弾性部材を用いた固定方法を取らなければならないといった課題も存在している。

本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、回転体とステータとの接触を検知した際の接触の原因を解析し適切な対処を取ることが可能な真空ポンプ及び該真空ポンプの異常原因推定方法を提供することを目的とする。

このため本発明（請求項１）は真空ポンプの発明であって、回転体の変位を信号として検出する回転体変位検出手段と、前記変位の信号に対し設定された回転体変位用しきい値と、前記変位の信号が前記回転体変位用しきい値を超えたときを接触推定時刻と判定する接触判定手段と、前記変位の信号を保存する保存手段と、該保存手段に保存された前記接触推定時刻より以前の前記変位の信号に対し設定された回転体保存変位用しきい値と、前記保存手段に保存された前記接触推定時刻より以前の前記変位の信号が、前記回転体保存変位用しきい値を超えたか否かで接触の原因を推定する異常原因推定手段とを備えて構成した。

接触推定時刻より以前の変位信号が回転体保存変位用しきい値を超えたか否か判断することで、振動センサを設置せずに変位信号だけで接触を判別する。即ち、変位信号の値が接触推定時刻より以前の所定時間内に回転体保存変位用しきい値を超えていたら、回転体のアンバランス量増加若しくは外部衝撃に起因した接触であり、生成物の堆積増加に起因する接触ではないと判断する。
以上により、振動センサや弾性部材を追加することなく回転体とステータとの物理的な接触状況を把握できる。また、いずれの原因に起因してその接触が生じたのかが分かる。原因が分かることで適切な対処が可能である。

また、本発明（請求項２）は真空ポンプの発明であって、固定部の物理量を信号として検出する固定部物理量検出手段と、前記物理量の信号に対し設定された固定部物理量用しきい値と、前記物理量の信号が前記固定部物理量用しきい値を超えたときを接触推定時刻と判定する接触判定手段と、回転体の変位を信号として検出する回転体変位検出手段と、前記変位の信号を保存する保存手段と、該保存手段に保存された前記接触推定時刻より以前の前記変位の信号に対し設定された回転体保存変位用しきい値と、前記保存手段に保存された前記接触推定時刻より以前の前記変位の信号が、前記回転体保存変位用しきい値を超えたか否かで接触の原因を推定する異常原因推定手段とを備えて構成した。

固定部の物理量の信号が固定部物理量用しきい値を超えたときを接触推定時刻と判定する。固定部の物理量の信号は、例えば、固定部の変位、速度、加速度等である。
固定部の加速度を振動センサにより検出した場合には、この加速度信号と変位センサによる変位信号を利用して回転体とステータとの物理的な接触状況を高精度に把握できる。従って、生成物堆積による適切なオーバーホール時期を把握することができる。原因が分かることで適切な対処が可能である。

更に、本発明（請求項３）は真空ポンプの発明であって、前記固定部の物理量が、前記固定部の加速度もしくは前記固定部に作用する力であることを特徴とする。

更に、本発明（請求項４）は真空ポンプの発明であって、前記固定部の物理量が、前記固定部の加速度を所定の回数だけ微分または積分した結果に相当する物理量であることを特徴とする。

更に、本発明（請求項５）は真空ポンプの発明であって、前記異常原因推定手段が、前記保存手段に保存された前記接触推定時刻より以前の前記変位の信号が前記回転体保存変位用しきい値を超えていなかった場合に、外部衝撃もしくは生成物堆積に起因する接触であると推定することを特徴とする。
更に、本発明（請求項６）は真空ポンプの発明であって、前記異常原因推定手段が、前記保存手段に保存された前記接触推定時刻より以前の前記変位の信号が前記回転体保存変位用しきい値を超えていなかった場合に、外部衝撃もしくは生成物堆積に起因する接触であると推定することを特徴とする。

更に、本発明（請求項７）は真空ポンプの発明であって、前記物理量を保存する保存手段と、該保存手段に保存された前記接触推定時刻より以前の前記物理量の信号に対し設定された固定部保存物理量用しきい値とを備え、前記異常原因推定手段が、前記保存手段に保存された前記接触推定時刻より以前の前記物理量の信号が前記固定部保存物理量用しきい値を超えていなかった場合に、外部衝撃もしくは生成物堆積に起因する接触であると推定することを特徴とする。
更に、本発明（請求項８）は真空ポンプの発明であって、固定部の物理量を保存する保存手段と、該保存手段に保存された前記接触推定時刻より以前の前記物理量の信号に対し設定された固定部保存物理量用しきい値とを備え、前記異常原因推定手段が、前記保存手段に保存された前記接触推定時刻より以前の前記物理量の信号が前記固定部保存物理量用しきい値を超えていなかった場合に、外部衝撃もしくは生成物堆積に起因する接触であると推定することを特徴とする。

更に、本発明（請求項９）は真空ポンプの発明であって、前記接触推定時刻より以後において、前記回転体と該回転体に対向する固定部との隙間量もしくは該隙間量を基に定められた所定値と、前記回転体の変位の最大値との差を基に前記接触の原因を生成物堆積であると推定することを特徴とする。

以上により、接触の原因を生成物堆積であると推定することができる。従って、生成物堆積による適切なオーバーホール時期を把握することができる。原因が分かることで適切な対処が可能である。

更に、本発明（請求項１０）は真空ポンプの発明であって、前記保存手段に保存された前記接触推定時刻より以前の前記変位の信号が、前記回転体保存変位用しきい値を超えた回数により前記接触の原因を推定することを特徴とする。

更に、本発明（請求項１１）は真空ポンプの異常原因推定方法の発明であって、回転体の変位を信号として検出し、該変位の信号を保存手段に保存し、前記変位の信号が回転体変位用しきい値を超えたときを接触推定時刻と判定し、前記保存手段に保存された該接触推定時刻より以前の前記変位の信号が回転体保存変位用しきい値を超えたか否かで前記接触の原因を推定することを特徴とする。

更に、本発明（請求項１２）は真空ポンプの異常原因推定方法の発明であって、固定部の物理量を信号として検出し、該物理量の信号を保存手段に保存し、前記物理量の信号が固定部物理量用しきい値を超えたときを接触推定時刻と判定し、前記保存手段に保存された該接触推定時刻より以前の前記物理量の信号が固定部保存物理量用しきい値を超えたか否かで前記接触の原因を推定することを特徴とする。

以上説明したように本発明によれば、変位の信号が回転体変位用しきい値を超えたときを接触推定時刻と判定する接触判定手段と、接触推定時刻より以前の変位信号が回転体保存変位用しきい値を超えたか否かで接触の原因を推定する異常原因推定手段を備えて構成したので、振動センサや弾性部材を追加することなく回転体とステータとの物理的な接触状況を把握できる。また、いずれの原因に起因してその接触が生じたのかが分かる。原因が分かることで適切な対処が可能である。

ターボ分子ポンプの構成図 信号フロー図（外部衝撃に起因して接触が生じた場合） 信号フロー図（回転体のアンバランス量増加に起因して接触が生じた場合） 信号フロー図（生成物堆積に起因して接触が生じた場合） 生成物が堆積しているときのメカ設計上のクリアランスと回転体の変位の関係を示す図 生成物が堆積していないときのクリアランスと回転体の変位の関係を示す図 生成物が堆積しているときのクリアランスと回転体の変位の関係を示す図

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態の構成図を図１に示す。図１において、ターボ分子ポンプ１００の円筒状の外筒１２７の上端には吸気口１０１が形成されている。外筒１２７は、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。外筒１２７の内方には、ガスを吸引排気するためのタービンブレードによる複数の回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・を周部に放射状かつ多段に形成した回転体１０３を備える。回転体１０３は、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。

この回転体１０３の中心にはロータ軸１１３が取り付けられており、このロータ軸１１３は、例えば、いわゆる５軸制御の磁気軸受により空中に浮上支持かつ位置制御されている。

上側径方向電磁石１０４は、４個の電磁石が、ロータ軸１１３の径方向の座標軸であって互いに直交するＸ軸とＹ軸とに対をなして配置されている。この上側径方向電磁石１０４に近接かつ対応されて４個の電磁石からなる上側径方向センサ１０７が備えられている。この上側径方向センサ１０７は回転体１０３の径方向変位を検出し、検出した変位信号を図示しない制御装置に送るように構成されている。

制御装置においては、上側径方向センサ１０７が検出した変位信号に基づき、ＰＩＤ調節機能を有する補償回路を介して上側径方向電磁石１０４の励磁を制御し、ロータ軸１１３の上側の径方向位置を調整する。

ロータ軸１１３は、高透磁率材（鉄など）などにより形成され、上側径方向電磁石１０４の磁力により吸引されるようになっている。かかる調整は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とにそれぞれ独立して行われる。

また、下側径方向電磁石１０５及び下側径方向センサ１０８が、上側径方向電磁石１０４及び上側径方向センサ１０７と同様に配置され、ロータ軸１１３の下側の径方向位置を上側の径方向位置と同様に調整している。

更に、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂが、ロータ軸１１３の下部に備えた円板状の金属ディスク１１１を上下に挟んで配置されている。金属ディスク１１１は、鉄などの高透磁率材で構成されている。ロータ軸１１３の軸方向変位を検出するために軸方向センサ１０９が備えられ、その軸方向変位信号が図示しない制御装置に送られるように構成されている。

そして、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂは、この軸方向変位信号に基づき制御装置のＰＩＤ調節機能を有する補償回路を介して励磁制御されるようになっている。軸方向電磁石１０６Ａと軸方向電磁石１０６Ｂは、磁力により金属ディスク１１１をそれぞれ上方と下方とに吸引する。

このように、制御装置は、この軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂが金属ディスク１１１に及ぼす磁力を適当に調節し、ロータ軸１１３を軸方向に磁気浮上させ、空間に非接触で保持するようになっている。

モータ１２１は、ロータ軸１１３を取り囲むように周状に配置された複数の磁極を備えている。各磁極は、ロータ軸１１３との間に作用する電磁力を介してロータ軸１１３を回転駆動するように、図示しない制御装置によって制御されている。

回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・とわずかの空隙を隔てて複数枚の固定翼１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ・・・が配設されている。固定翼１２３は、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・は、それぞれ排気ガスの分子を衝突により下方向に移送するため、ロータ軸１１３の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成されている。

また、固定翼１２３も、同様にロータ軸１１３の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成され、かつ外筒１２７の内方に向けて回転翼１０２の段と互い違いに配設されている。
そして、固定翼１２３の一端は、複数の段積みされた固定翼スペーサ１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ・・・の間に嵌挿された状態で支持されている。

固定翼スペーサ１２５はリング状の部材であり、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。

固定翼スペーサ１２５の外周には、わずかの空隙を隔てて外筒１２７が固定されている。外筒１２７の底部にはベース部１２９が配設され、固定翼スペーサ１２５の下部とベース部１２９の間にはネジ付きスペーサ１３１が配設されている。そして、ベース部１２９中のネジ付きスペーサ１３１の下部には排気口１３３が形成され、外部に連通されている。

ネジ付きスペーサ１３１は、アルミニウム、銅、ステンレス、鉄、又はこれらの金属を成分とする合金などの金属によって構成された円筒状の部材であり、その内周面に螺旋状のネジ溝１３１ａが複数条刻設されている。
ネジ溝１３１ａの螺旋の方向は、回転体１０３の回転方向に排気ガスの分子が移動したときに、この分子が排気口１３３の方へ移送される方向である。

回転体１０３の回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・に続く最下部には回転円筒１０２ｄが垂下されている。この回転円筒１０２ｄの外周面は、円筒状で、かつネジ付きスペーサ１３１の内周面に向かって張り出されており、このネジ付きスペーサ１３１の内周面と所定の隙間を隔てて近接されている。

ベース部１２９は、ターボ分子ポンプ１００の基底部を構成する円盤状の部材であり、一般には鉄、アルミニウム、ステンレス、銅などの金属によって構成されている。

ベース部１２９はターボ分子ポンプを物理的に保持すると共に、熱の伝導路の機能も兼ね備えているので、鉄、アルミニウムや銅などの剛性があり、熱伝導率も高い金属が使用されるのが望ましい。

かかる構成において、回転体１０３がモータ１２１により駆動されてロータ軸１１３と共に回転すると、回転翼１０２と固定翼１２３の作用により、吸気口１０１を通じてチャンバからの排気ガスが吸気される。

吸気口１０１から吸気された排気ガスは、回転翼１０２と固定翼１２３の間を通り、ベース部１２９へ移送される。このとき、排気ガスが回転翼１０２に接触又は衝突する際に生ずる摩擦熱や、モータ１２１で発生した熱の伝導や輻射などにより、回転翼１０２の温度は上昇するが、この熱は、輻射又は排気ガスの気体分子等による伝導により固定翼１２３側に伝達される。

固定翼スペーサ１２５は、外周部で互いに接合しており、固定翼１２３が回転翼１０２から受け取った熱や排気ガスが固定翼１２３に接触又は衝突する際に生ずる摩擦熱などを外筒１２７やネジ付きスペーサ１３１へと伝達する。
ネジ付きスペーサ１３１に移送されてきた排気ガスは、ネジ溝１３１ａに案内されつつ排気口１３３へと送られる。

また、吸気口１０１から吸引されたガスがモータ１２１、下側径方向電磁石１０５、下側径方向センサ１０８、上側径方向電磁石１０４、上側径方向センサ１０７などで構成される電装部側に侵入することのないよう、電装部は周囲をステータコラム１２２で覆われ、この電装部内はパージガスにて所定圧に保たれている。

ここに、前述した排気ガスの凝固成分などの固体生成物は排気口１３３付近の温度が低い部分、特に図１中に丸点線枠で範囲を示した回転円筒１０２ｄ及びネジ付きスペーサ１３１付近で凝固、付着し易い状況にある。
なお、図１において、加速度ピックアップ等の振動センサ２０１がネジ付きスペーサ１３１又はベース部１２９中に埋設されている。但し、後述するようにこの振動センサ２０１は省略されてもよい。

次に、回転翼とステータとの物理的な接触の態様について説明する。
先述したように、回転翼１０２とネジ付きスペーサ１３１や固定翼１２３を含むステータ部分とが物理的に接触する場合には、主として３つの態様がある。

（第１の態様：外部衝撃に起因する接触）
第１の態様は外部衝撃に起因して接触が生ずるものである。外部衝撃は、外筒１２７、ベース部１２９、ステータコラム１２２、磁気軸受１０４、１０５、１０６の磁気支持を介して回転体１０３側に伝わる。このように振動が回転体１０３側に伝わるのは、上側径方向センサ１０７、下側径方向センサ１０８、軸方向センサ１０９がロータ軸１１３とステータ間の相対変位を検出しており、ステータの振動は外部衝撃に追従すると考えられるためである。

そして、外部衝撃による振動がポンプに伝わった場合には、図２の信号フロー図（ａ）に示すように変位信号はこの振動が回転体１０３側に伝わり始める回転体接触判定用閾値Ｂ１（回転体変位用しきい値に相当する）を超えた時点（イ）辺りで急激に増大する。ここに、回転体接触判定用閾値Ｂ１は回転体１０３の接触推定時刻を判定するために設けられたしきい値である。ここに、接触推定時刻は実際に接触した可能性のある時刻を意味する。また、アンバランス量増加判定用閾値Ａ１（回転体保存変位用しきい値に相当する）は回転体１０３のアンバランス量を判定するために設けられたしきい値である。変位信号は上側径方向センサ１０７、下側径方向センサ１０８、軸方向センサ１０９で検出されたものである。

一方、図２の信号フロー図の加速度信号（ｂ）は振動センサ２０１で検出されたものであり、接触の原因となった振動が変位信号側の回転体接触判定用閾値Ｂ１を超えた接触推定時刻（イ）よりも早くからステータ側の振動として抽出されている（時刻（ロ）付近）。そして、この振動の大きさはアンバランス量増加判定用閾値Ａ２を超えている。また、振動センサ２０１で検出された信号が回転体接触判定用閾値Ｂ２（固定部物理量用しきい値に相当する）を超えたことでも回転体１０３がステータ側と接触したことが判断できる（時刻（イ）付近）。

ここに、回転体接触判定用閾値Ｂ２は振動センサ２０１による信号から回転体１０３の接触推定時刻を判定するために設けられたしきい値であり、アンバランス量増加判定用閾値Ａ２は振動センサ２０１による信号から回転体１０３の接触がアンバランス量増加によるものか否かを判定するために設けられたしきい値である。

（第２の態様：アンバランス量増加に起因する接触）
第２の態様は回転体のアンバランス量増加に起因して接触が生ずるものである。例えば、回転体１０３側で回転体の経時変化等が原因により回転体１０３にアンバランス量増加が生じた場合、図３の信号フロー図（ａ）に示すように変位信号は回転体接触判定用閾値Ｂ１を超えた接触推定時刻（イ）より前から連続的に大きく変動している。そして、接触推定時刻（イ）付近で更に増加している。そして、この振動の大きさはアンバランス量増加判定用閾値Ａ１をも超えている。
一方、アンバランス量増加による変位量増加は、接触前までは、ステータへ与える振動にほとんど影響しないため、図３の信号フロー図の加速度信号（ｂ）はアンバランス量増加判定用閾値Ａ２を超えていない。

（第３の態様：生成物堆積に起因する接触）
第３の態様は生成物堆積に起因して接触が生ずるものである。
ステータ側に生成物が堆積した場合、図４の信号フロー図（ａ）に示すように変位信号は急変し回転体接触判定用閾値Ｂ１を超える。一方、生成物堆積による接触は、接触前までは、ステータへ与える振動にほとんど影響しないため、図４の信号フロー図の加速度信号（ｂ）はアンバランス量増加判定用閾値Ａ２を超えていない。

回転翼とステータとの物理的な接触を判別する方法について説明する。まず、ステータに振動センサ２０１を設置し変位信号と加速度信号の両方を利用して接触を判別する場合について説明する。
変位信号と加速度信号については接触推定時刻（イ）よりも例えば１００ｍｓ程度以前までのデータを保存しておく。
データ保存時間は、回転数(例えば、２０，０００〜６０，０００ｒｐｍ)から設定した値であり、接触判定前の少なくとも１０周期分の信号データを取得できる時間に設定することが望ましい。

接触判定は、変位信号についての回転体接触判定用閾値Ｂ１と加速度信号についての回転体接触判定用閾値Ｂ２をもって行う。また、回転体１０３のアンバランス量についての判定は変位信号についてのアンバランス量増加判定用閾値Ａ１と加速度信号についてのアンバランス量増加判定用閾値Ａ２をもって行う。

そして、変位信号と加速度信号のどちらか一方において接触推定時刻（イ）が判定される前の所定時間（例えば１００ｍｓ）内にアンバランス量増加判定用閾値Ａ１若しくはアンバランス量増加判定用閾値Ａ２を超えていたら、生成物の堆積増加に起因する接触ではないと判断する。

（実施例１−１：外部衝撃による接触判定）
この場合に更に、変位信号がアンバランス量増加判定用閾値Ａ１を超えた状況で加速度信号がアンバランス量増加判定用閾値Ａ２を超えている場合を図２に示す外部衝撃に起因する振動と判定することもできる。

（実施例１−２：アンバランス量増加による接触判定）
また、変位信号がアンバランス量増加判定用閾値Ａ１を超えた状況で加速度信号がアンバランス量増加判定用閾値Ａ２を超えていない場合を図３に示すアンバランス量増加に起因する振動と判定することもできる。

（実施例１−３：生成物の堆積増加による接触判定）
一方、この所定時間内にいずれもアンバランス量増加判定用閾値Ａ１若しくはアンバランス量増加判定用閾値Ａ２を超えていなかったら、生成物の堆積増加に起因する接触と判断する。

以上により、振動センサ２０１による加速度信号と上側径方向センサ１０７、下側径方向センサ１０８、軸方向センサ１０９による変位信号を利用して回転体１０３とステータとの物理的な接触状況を高精度に把握できる。また、いずれの原因に起因してその接触が生じたのかが分かる。

次に、振動センサ２０１を設置せずに変位信号だけで接触を判別する方法について説明する。
この場合に、接触推定時刻の判定は変位信号についての回転体接触判定用閾値Ｂ１だけで行う。

（実施例２−１：外部衝撃もしくはアンバランス量増加による接触判定）
変位信号の値が、接触推定時刻（イ）より以前の所定時間（例えば１００ｍｓ）内にアンバランス量増加判定用閾値Ａ１を超えていたら、第１の態様である外部衝撃または第２の態様である回転体のアンバランス量増加に起因した接触であり、生成物の堆積増加に起因する接触ではないと判断する。

（実施例２−２（ａ）：生成物の堆積増加による接触判定１）
一方、接触推定時刻（イ）より以前の所定時間（例えば１００ｍｓ）内にアンバランス量増加判定用閾値Ａ１を超えていなかったら第３の態様である生成物堆積に起因するものと判断する。
更に、接触が外部衝撃と回転体のアンバランス量増加のどちらに起因した接触かの判定は、アンバランス量増加判定用閾値Ａ１を、外部衝撃と回転体のアンバランス量増加を区別できるような値にすることで判定可能である。
例えば、アンバランス量増加の判定の為のアンバランス量増加判定用閾値Ａ１を大きな値（回転体接触判定用閾値Ｂ１の近く）に設定したりすることによって、アンバランス量の増加による接触と判定できるような、連続的に大きな振幅を繰り返す回転体変位であるかどうか判定可能である。

また、外部衝撃の場合は、図２に示したように接触判定前に急激に振幅が増加していくと考えられるので、接触判定前の所定期間におけるアンバランス量増加判定用閾値Ａ１を超えた回数を比較したりすることで特定可能である。
具体的には、アンバランス量増加が起きている場合は、接触推定時刻（イ）より以前の所定時間内において、ほぼ全ての変位信号のピーク値がアンバランス量増加判定用閾値Ａ１を超えていると考えられるので、外部衝撃の場合の変位信号がアンバランス量増加判定用閾値Ａ１を超える回数に比べ、著しく多いと考えられる。

（実施例２−２（ｂ）：生成物の堆積増加による接触判定２）
次に、別な方法での第１の態様である外部衝撃もしくは第２の態様であるアンバランス量増加に起因する接触と第３の態様である生成物堆積に起因する接触とを振動センサ２０１を設置せずに区別する方法について説明する。
図５に生成物が堆積しているときのメカ設計上のクリアランスと回転体の変位の関係を示す。図１中に丸点線枠で範囲を示した回転円筒１０２ｄ及びネジ付きスペーサ１３１付近が最も生成物が堆積しやすいと思われる部分なので、例えば、この箇所について回転体が可動可能なメカ設計上のクリアランスを設定したとして以下説明する。

本来、生成物がネジ付きスペーサ１３１に付着していなければ図６に示すようにクリアランス一杯まで回転体１０３の変位Ｘは振れることが可能なはずである。即ち、上記クリアランスの大きさをＸｄ（隙間量に相当する）とすると回転体１０３の最大変位Ｘ＝クリアランスＸｄとなる。

しかしながら、接触推定時刻（イ）より以降において図５及び図７に示すように、変位ＸがＸｄまで届かずＸ１（クリアランスＸｄより小さい）で実際に接触が起こる場合がある。これは、メカ設計上ではクリアランスがある状態にも係わらず、接触が起こった状態であり、生成物付着によるクリアランス減が原因と考えられる。このように、メカ設計上のクリアンスと実際の振れ量との比較によって、生成物との接触かどうか判断可能となる。この時、実際の振れ量との比較は、メカ設計上のクリアランスだけでなく、メカ設計上のクリアランスを基に設定した所定値（例えば、メカ設計上のクリアランスの９０％程度）や生成物の堆積量を推定して設定した所定値を用いてもよい。

また、このときの生成物の堆積量ΔＸは、堆積量ΔＸ＝Ｘｄ−Ｘ１で推定可能である。
なお、回転体１０３側に生成物が付着したことによってアンバランス量が増えた場合であっても、生成物による接触かどうかはメカ設計上のクリアランスと実際の振れ量との比較で同様に判断が可能である。

また、実施例２で説明した通り、外部からの振動があった場合でも磁気軸受の変位センサがリアルタイムで回転体１０３とステータの相対変位を検出しているので、メカ設計上のクリアランスと実際の振れ量との比較により判断が可能である。
そして、外部衝撃とアンバランス量の増加に起因する接触推定時刻の判別においては、回転体１０３とステータとの間で起こる相対変位によっておこる振幅によって判断する為、磁気軸受剛性は関係なく、剛性が高くても低くても判断可能である。
また、接触する固定部として、ネジ付きスペーサを例にした説明を記載したが、固定部についてはそれに限定されるものではなく、例えば、磁気軸受のバックアップ用として使用される保護ベアリングの場合もある。

以上により、振動センサ２０１を設置しなくても磁気軸受にもともと配設されている上側径方向センサ１０７、下側径方向センサ１０８、軸方向センサ１０９による変位信号を解析することで、回転体１０３とステータとの物理的な接触状況を把握できる。また、いずれの原因に起因してその接触が生じたのかが分かる。

１００ ターボ分子ポンプ
１０２ 回転翼
１０３ 回転体
１０４ 上側径方向電磁石
１０５ 下側径方向電磁石
１０６Ａ、Ｂ 軸方向電磁石
１０７ 上側径方向センサ
１０８ 下側径方向センサ
１０９ 軸方向センサ
１１３ ロータ軸
１２１ モータ
１２２ ステータコラム
１２３ 固定翼
１２５ 固定翼スペーサ
２０１ 振動センサ

Claims (12)

1. 回転体の変位を信号として検出する回転体変位検出手段と、
   前記変位の信号に対し設定された回転体変位用しきい値と、
   前記変位の信号が前記回転体変位用しきい値を超えたときを接触推定時刻と判定する接触判定手段と、
   前記変位の信号を保存する保存手段と、
   該保存手段に保存された前記接触推定時刻より以前の前記変位の信号に対し設定された回転体保存変位用しきい値と、
   前記保存手段に保存された前記接触推定時刻より以前の前記変位の信号が、前記回転体保存変位用しきい値を超えたか否かで接触の原因を推定する異常原因推定手段とを備えたことを特徴とする真空ポンプ。
2. 固定部の物理量を信号として検出する固定部物理量検出手段と、
   前記物理量の信号に対し設定された固定部物理量用しきい値と、
   前記物理量の信号が前記固定部物理量用しきい値を超えたときを接触推定時刻と判定する接触判定手段と、
   回転体の変位を信号として検出する回転体変位検出手段と、
   前記変位の信号を保存する保存手段と、
   該保存手段に保存された前記接触推定時刻より以前の前記変位の信号に対し設定された回転体保存変位用しきい値と、
   前記保存手段に保存された前記接触推定時刻より以前の前記変位の信号が、前記回転体保存変位用しきい値を超えたか否かで接触の原因を推定する異常原因推定手段とを備えたことを特徴とする真空ポンプ。
3. 前記固定部の物理量が、前記固定部の加速度もしくは前記固定部に作用する力であることを特徴とする請求項２記載の真空ポンプ。
4. 前記固定部の物理量が、前記固定部の加速度を所定の回数だけ微分または積分した結果に相当する物理量であることを特徴とする請求項２記載の真空ポンプ。
5. 前記異常原因推定手段が、前記保存手段に保存された前記接触推定時刻より以前の前記変位の信号が前記回転体保存変位用しきい値を超えていなかった場合に、外部衝撃もしくは生成物堆積に起因する接触であると推定することを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載の真空ポンプ。
6. 前記異常原因推定手段が、前記保存手段に保存された前記接触推定時刻より以前の前記変位の信号が前記回転体保存変位用しきい値を超えていなかった場合に、外部衝撃もしくは生成物堆積に起因する接触であると推定することを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。
7. 前記物理量を保存する保存手段と、
   該保存手段に保存された前記接触推定時刻より以前の前記物理量の信号に対し設定された固定部保存物理量用しきい値とを備え、
   前記異常原因推定手段が、前記保存手段に保存された前記接触推定時刻より以前の前記物理量の信号が前記固定部保存物理量用しきい値を超えていなかった場合に、外部衝撃もしくは生成物堆積に起因する接触であると推定することを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか一項に記載の真空ポンプ。
8. 固定部の物理量を保存する保存手段と、
   該保存手段に保存された前記接触推定時刻より以前の前記物理量の信号に対し設定された固定部保存物理量用しきい値とを備え、
   前記異常原因推定手段が、前記保存手段に保存された前記接触推定時刻より以前の前記物理量の信号が前記固定部保存物理量用しきい値を超えていなかった場合に、外部衝撃もしくは生成物堆積に起因する接触であると推定することを特徴とする請求項６記載の真空ポンプ。
9. 前記接触推定時刻より以後において、
   前記回転体と該回転体に対向する固定部との隙間量もしくは該隙間量を基に定められた所定値と、前記回転体の変位の最大値との差を基に前記接触の原因を生成物堆積であると推定することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の真空ポンプ。
10. 前記保存手段に保存された前記接触推定時刻より以前の前記変位の信号が、前記回転体保存変位用しきい値を超えた回数により前記接触の原因を推定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の真空ポンプ。
11. 回転体の変位を信号として検出し、
    該変位の信号を保存手段に保存し、
    前記変位の信号が回転体変位用しきい値を超えたときを接触推定時刻と判定し、
    前記保存手段に保存された該接触推定時刻より以前の前記変位の信号が回転体保存変位用しきい値を超えたか否かで前記接触の原因を推定することを特徴とする真空ポンプの異常原因推定方法。
12. 固定部の物理量を信号として検出し、
    該物理量の信号を保存手段に保存し、
    前記物理量の信号が固定部物理量用しきい値を超えたときを接触推定時刻と判定し、
    前記保存手段に保存された該接触推定時刻より以前の前記物理量の信号が固定部保存物理量用しきい値を超えたか否かで前記接触の原因を推定することを特徴とする真空ポンプの異常原因推定方法。

Images