JP7427437B2 - Vacuum evacuation equipment and vacuum pump used therein - Google Patents

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Description

本発明は、被排気室内の圧力を制御する真空排気装置及びこれに用いられる真空ポンプに関する。 The present invention relates to a vacuum evacuation device that controls the pressure inside a chamber to be evacuated, and a vacuum pump used therein.

半導体、液晶、太陽電池、LED(Light Emitting Diode)等(以下、「半導体等」と称する。)の製造装置では、被排気室である真空チャンバ内にプロセスガスを流入させ、真空チャンバ内に載置されたウエハ等の被処理物に薄膜を形成したり、エッチング処理等が施される。 In manufacturing equipment for semiconductors, liquid crystals, solar cells, LEDs (Light Emitting Diodes), etc. (hereinafter referred to as "semiconductors, etc."), process gas is flowed into a vacuum chamber, which is an evacuated chamber, and the device is placed inside the vacuum chamber. A thin film is formed on the placed object to be processed, such as a wafer, or an etching process is performed.

このとき、真空チャンバの排気口に接続されたバルブの開度や、このバルブの下流側に接続された真空ポンプであるターボ分子ポンプのロータの回転速度を変化させて真空チャンバ内を真空排気することにより、真空チャンバ内の圧力を所望の圧力となるように制御する技術が例えば特許文献1に開示されている。 At this time, the inside of the vacuum chamber is evacuated by changing the opening degree of the valve connected to the exhaust port of the vacuum chamber and the rotation speed of the rotor of the turbo molecular pump, which is a vacuum pump connected downstream of this valve. For example, Patent Document 1 discloses a technique for controlling the pressure in a vacuum chamber to a desired pressure.

特開2014-148703号公報Japanese Patent Application Publication No. 2014-148703

しかしながら、上述した真空排気する技術では、バルブの開度を変化させる場合には、開度の変化に対して真空チャンバ内の圧力は比較的大きく変化し、また、ターボ分子ポンプのロータの回転速度を変化させる場合には、回転速度の変化に対して真空チャンバ内の圧力は比較的僅かしか変化しないために、真空チャンバ内の圧力を正確に所望の圧力に制御することが困難であるという問題があった。 However, with the above-mentioned evacuation technology, when changing the opening degree of the valve, the pressure inside the vacuum chamber changes relatively largely due to the change in the opening degree, and the rotational speed of the rotor of the turbomolecular pump When changing the rotation speed, the problem is that it is difficult to accurately control the pressure in the vacuum chamber to the desired pressure because the pressure in the vacuum chamber changes relatively little in response to changes in rotational speed. was there.

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、被排気室内の圧力を精度よく、また高速に制御することができる真空排気装置及びこれに用いられる真空ポンプを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to provide a vacuum evacuation device and a vacuum pump used therein that can accurately and quickly control the pressure inside a chamber to be evacuated. .

上記目的を達成するため、本発明の第1の観点に係る真空排気装置は、
回転することによって被排気室の内部を排気するロータと、吸気口を有するケーシングとを備えた真空ポンプと、
前記真空ポンプの前記吸気口と前記被排気室の排気口の間に配置されたバルブと、
前記被排気室の内部の圧力を目標値と一致するように制御する制御装置とを備えた真空排気装置であって、
前記制御装置は、前記目標値と前記圧力の差の絶対値が所定値より大きいときには、前記ロータの回転速度が一定となるように制御するとともに前記バルブの開度を調整し、前記差の絶対値が前記所定値より小さいときには、前記バルブの開度が一定となるように制御するとともに前記ロータの回転速度を調整することにより、前記圧力を制御することを特徴とする
In order to achieve the above object, a vacuum evacuation device according to a first aspect of the present invention includes:
A vacuum pump including a rotor that rotates to evacuate the inside of a chamber to be evacuated, and a casing having an intake port;
a valve disposed between the intake port of the vacuum pump and the exhaust port of the evacuated chamber;
A vacuum evacuation device comprising: a control device that controls the internal pressure of the evacuation chamber to match a target value;
When the absolute value of the difference between the target value and the pressure is larger than a predetermined value, the control device controls the rotational speed of the rotor to be constant and adjusts the opening degree of the valve , so that the absolute value of the difference is greater than a predetermined value. When the value is smaller than the predetermined value, the pressure is controlled by controlling the opening degree of the valve to be constant and adjusting the rotational speed of the rotor .

上記目的を達成するため、本発明の第2の観点に係る真空排気装置は、
回転することによって被排気室の内部を排気するロータと、吸気口を有するケーシングとを備えた真空ポンプと、
前記真空ポンプの前記吸気口と前記被排気室の排気口の間に配置されたバルブと、
前記被排気室の内部の圧力を目標値と一致するように制御する制御装置とを備えた真空排気装置であって、
記制御装置は、前記目標値と前記圧力の差の絶対値が所定値より大きいときには、下記式(1)で表される伝達関数GVのゲインを大きくして前記バルブの開度を調整し、前記差の絶対値が前記所定値より小さいときには、下記式(2)で表される伝達関数GMのゲインを大きくして前記ロータの回転速度を調整することにより、前記圧力を制御することを特徴とする
V=OV/δP ・・・(1)
M=ΩM/δP ・・・(2)
ただし、上記式(1)において、OVは、前記バルブの開度の初期値を0としたラプラス変換であり、上記式(2)において、ΩMは、前記ロータの回転速度の初期値を0としたラプラス変換であり、上記式(1)および(2)において、δPは、前記差の初期値を0としたラプラス変換である。
In order to achieve the above object, a vacuum evacuation device according to a second aspect of the present invention includes:
A vacuum pump including a rotor that rotates to evacuate the inside of a chamber to be evacuated, and a casing having an intake port;
a valve disposed between the intake port of the vacuum pump and the exhaust port of the evacuated chamber;
A vacuum evacuation device comprising: a control device that controls the internal pressure of the evacuation chamber to match a target value;
When the absolute value of the difference between the target value and the pressure is larger than a predetermined value , the control device adjusts the opening degree of the valve by increasing a gain of a transfer function G V expressed by the following formula (1). However , when the absolute value of the difference is smaller than the predetermined value, the pressure is controlled by increasing the gain of the transfer function G M expressed by the following equation (2) and adjusting the rotational speed of the rotor. It is characterized by
G V = O V / δ P ... (1)
G MMP ...(2)
However, in the above equation (1), O V is the Laplace transform with the initial value of the opening degree of the valve being 0, and in the above equation (2), Ω M is the initial value of the rotation speed of the rotor. In the above equations (1) and (2), δ P is a Laplace transform where the initial value of the difference is set to 0.

上記の真空排気装置において、
前記制御装置は、前記差の絶対値が前記所定値より大きいときには、前記伝達関数GMのゲインを小さくし、前記差の絶対値が前記所定値より小さいときには、前記伝達関数GVのゲインを小さくするようにしてもよい。
In the above vacuum evacuation device,
The control device reduces the gain of the transfer function G M when the absolute value of the difference is larger than the predetermined value, and reduces the gain of the transfer function G V when the absolute value of the difference is smaller than the predetermined value. It may be made smaller.

上記の真空排気装置において、
前記真空ポンプは前記ロータを浮上支持する磁気軸受を備え、
前記制御装置は、前記圧力が前記目標値と一致するときに、前記ロータの回転速度が前記ロータの変位の固有振動数に一致する場合、もしくは該回転速度と該固有振動数の差の絶対値が所定値以下である場合には、前記バルブの開度を変更し、再度、前記圧力が前記目標値と一致するように、前記ロータの回転速度を制御するようにしてもよい。
In the above vacuum evacuation device,
The vacuum pump includes a magnetic bearing that floats and supports the rotor,
When the pressure matches the target value, the rotational speed of the rotor matches the natural frequency of the displacement of the rotor, or the absolute value of the difference between the rotational speed and the natural frequency is less than a predetermined value, the opening degree of the valve may be changed and the rotational speed of the rotor may be controlled again so that the pressure matches the target value.

上記の真空排気装置において、
前記所定値は、前記ロータの回転中に、前記バルブの開度、前記被排気室の内部に導入され前記真空ポンプによって排気されるガスの種類および量のいずれか少なくとも一つに応じて、変更されるようにしてもよい。
In the above vacuum evacuation device,
The predetermined value is changed during rotation of the rotor depending on at least one of the opening degree of the valve and the type and amount of gas introduced into the evacuated chamber and evacuated by the vacuum pump. It is also possible to do so.

上記目的を達成するため、本発明の第3の観点に係る真空ポンプは、
バルブと、
被排気室の内部の圧力を目標値と一致するように制御する制御装置とを備えた真空排気装置に用いられる真空ポンプであって、
回転することによって前記被排気室の内部を排気するロータと、前記バルブを前記被排気室の排気口との間に配置させる吸気口を有するケーシングとを備え、
前記制御装置は、前記目標値と前記圧力の差の絶対値が所定値より大きいときには、前記ロータの回転速度が一定となるように制御するとともに前記バルブの開度を調整し、前記差の絶対値が前記所定値より小さいときには、前記バルブの開度が一定となるように制御するとともに前記ロータの回転速度を調整することにより、前記圧力を制御することを特徴とする
In order to achieve the above object, a vacuum pump according to a third aspect of the present invention includes:
valve and
A vacuum pump used in a vacuum evacuation device, comprising a control device that controls the internal pressure of an evacuated chamber to match a target value,
comprising a rotor that rotates to exhaust the inside of the chamber to be exhausted, and a casing having an intake port for disposing the valve between the exhaust port and the exhaust port of the chamber to be exhausted,
When the absolute value of the difference between the target value and the pressure is larger than a predetermined value, the control device controls the rotational speed of the rotor to be constant and adjusts the opening degree of the valve , so that the absolute value of the difference is greater than a predetermined value. When the value is smaller than the predetermined value, the pressure is controlled by controlling the opening degree of the valve to be constant and adjusting the rotational speed of the rotor .

上記目的を達成するため、本発明の第4の観点に係る真空ポンプは、
バルブと、
被排気室の内部の圧力を目標値と一致するように制御する制御装置とを備えた真空排気装置に用いられる真空ポンプであって、
回転することによって前記被排気室の内部を排気するロータと、前記バルブを前記被排気室の排気口との間に配置させる吸気口を有するケーシングとを備え、
前記制御装置は、前記目標値と前記圧力の差の絶対値が所定値より大きいときには、下記式(1)で表される伝達関数GVのゲインを大きくして前記バルブの開度を調整し、前記差の絶対値が前記所定値より小さいときには、下記式(2)で表される伝達関数GMのゲインを大きくして前記ロータの回転速度を調整することにより、前記圧力を制御することを特徴とする
V=OV/δP ・・・(1)
M=ΩM/δP ・・・(2)
ただし、上記式(1)において、OVは、前記バルブの開度の初期値を0としたラプラス変換であり、上記式(2)において、ΩMは、前記ロータの回転速度の初期値を0としたラプラス変換であり、上記式(1)および(2)において、δPは、前記差の初期値を0としたラプラス変換である。
In order to achieve the above object, a vacuum pump according to a fourth aspect of the present invention includes:
valve and
A vacuum pump used in a vacuum evacuation device, comprising a control device that controls the internal pressure of an evacuated chamber to match a target value,
comprising a rotor that rotates to exhaust the inside of the chamber to be exhausted, and a casing having an intake port for disposing the valve between the exhaust port and the exhaust port of the chamber to be exhausted,
When the absolute value of the difference between the target value and the pressure is larger than a predetermined value , the control device increases the gain of the transfer function G V expressed by the following formula (1) to adjust the opening degree of the valve. , when the absolute value of the difference is smaller than the predetermined value, the pressure is controlled by increasing the gain of the transfer function G M expressed by the following equation (2) and adjusting the rotational speed of the rotor. It is characterized by
G V = O V / δ P ... (1)
G MMP ...(2)
However, in the above equation (1), O V is the Laplace transform with the initial value of the opening degree of the valve being 0, and in the above equation (2), Ω M is the initial value of the rotation speed of the rotor. In the above equations (1) and (2), δ P is a Laplace transform where the initial value of the difference is set to 0.

上記の真空ポンプにおいて、
前記制御装置は、前記差の絶対値が前記所定値より大きいときには、前記伝達関数GMのゲインを小さくし、前記差の絶対値が前記所定値より小さいときには、前記伝達関数GVのゲインを小さくするようにしてもよい。
In the above vacuum pump,
The control device reduces the gain of the transfer function G M when the absolute value of the difference is larger than the predetermined value, and reduces the gain of the transfer function G V when the absolute value of the difference is smaller than the predetermined value. It may be made smaller.

上記の真空ポンプにおいて、
前記ロータを浮上支持する磁気軸受を備え、
前記制御装置は、前記圧力が前記目標値と一致するときに、前記ロータの回転速度が前記ロータの変位の固有振動数に一致する場合、もしくは該回転速度と該固有振動数の差の絶対値が所定値以下である場合には、前記バルブの開度を変更し、再度、前記圧力が前記目標値と一致するように、前記ロータの回転速度を制御するようにしてもよい。
In the above vacuum pump,
comprising a magnetic bearing that levitates and supports the rotor;
When the pressure matches the target value, the rotational speed of the rotor matches the natural frequency of the displacement of the rotor, or the absolute value of the difference between the rotational speed and the natural frequency is less than a predetermined value, the opening degree of the valve may be changed and the rotational speed of the rotor may be controlled again so that the pressure matches the target value.

上記の真空ポンプにおいて、
前記所定値は、前記ロータの回転中に、前記バルブの開度、前記被排気室の内部に導入され前記真空ポンプによって排気されるガスの種類および量のいずれか少なくとも一つに応じて、変更されるようにしてもよい。
In the above vacuum pump,
The predetermined value is changed during rotation of the rotor depending on at least one of the opening degree of the valve and the type and amount of gas introduced into the evacuated chamber and evacuated by the vacuum pump. It is also possible to do so.

本発明によれば、被排気室内の圧力を精度よく、また高速に制御することができる真空排気装置及びこれに用いられる真空ポンプを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a vacuum evacuation device and a vacuum pump used therein that can control the pressure inside a chamber to be evacuated with high precision and at high speed.

本発明の実施形態に係る真空排気装置を有する真空装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a vacuum device having a vacuum evacuation device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る真空排気装置が有する真空ポンプの構成を示す縦断面図である。FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view showing the configuration of a vacuum pump included in the evacuation device according to the embodiment of the present invention. 回転軸の位置と位置センサ検出値との関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the position of the rotation axis and the position sensor detection value. 電磁石に流れる電流値と磁気軸受の電磁石が回転軸に作用させる磁気吸引力との関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the current value flowing through the electromagnet and the magnetic attraction force exerted on the rotating shaft by the electromagnet of the magnetic bearing. 回転軸の回転周波数とロータの固有振動数との関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the rotational frequency of the rotating shaft and the natural frequency of the rotor. 本発明の実施形態に係る真空排気装置が有するバルブの構成を示す概略平面図である。1 is a schematic plan view showing the configuration of a valve included in a vacuum evacuation device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る真空排気装置が有する制御装置の制御系を示すブロック線図である。FIG. 2 is a block diagram showing a control system of a control device included in the evacuation device according to the embodiment of the present invention. (A)は圧力目標値と圧力測定値との差の絶対値と、バルブの開度のゲインとの関係を示すグラフであり、(B)は圧力目標値と圧力測定値との差の絶対値と、ロータの回転速度のゲインとの関係を示すグラフである。(A) is a graph showing the relationship between the absolute value of the difference between the pressure target value and the pressure measurement value and the gain of the valve opening degree, and (B) is a graph showing the relationship between the absolute value of the difference between the pressure target value and the pressure measurement value. It is a graph showing the relationship between the value and the gain of the rotational speed of the rotor.

本発明の実施の形態に係る真空排気装置について、以下図面を参照して説明する。真空排気装置10は、図1に示すように、半導体等の製造装置において薄膜形成処理、エッチング処理などを行うのに用いられる真空装置Dが有する装置である。真空排気装置10は、被処理物が載置された被排気室(真空チャンバ)4の内部の圧力を所望の圧力となるように真空排気する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A vacuum evacuation device according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the vacuum evacuation device 10 is a device included in a vacuum device D used for performing thin film formation processing, etching processing, etc. in semiconductor manufacturing equipment. The evacuation device 10 evacuates the internal pressure of an evacuated chamber (vacuum chamber) 4 in which a workpiece is placed to a desired pressure.

真空排気装置10は、被排気室4の内部に導入されたプロセスガスを排出する真空ポンプ1と、被排気室4の排気口(図示せず)と真空ポンプ1の吸気口11a(図2)との間に設けられるとともにガスの流路を開閉するバルブ2と、被排気室4の内部の圧力を目標値と一致するように制御する制御装置3とを有する。 The evacuation device 10 includes a vacuum pump 1 for discharging the process gas introduced into the chamber 4 to be evacuated, an exhaust port (not shown) of the chamber 4 to be evacuated, and an inlet port 11a of the vacuum pump 1 (FIG. 2). and a control device 3 that controls the internal pressure of the evacuated chamber 4 to match a target value.

真空ポンプ1はターボ分子ポンプであり、図2に示すように、外筒部11と、外筒部11が固定されたベース部12と、外筒部11とベース部12により構成されるケーシング13内に回転可能に収容されたロータ20とを有する。外筒部11の図2における上側は開口されガスの吸気口11aを構成しており、ベース部12の側面にはガスの排気口12aが形成されている。外筒部11の吸気口11a側にはフランジ部11bが形成されており、このフランジ部11bにバルブ2のバルブ本体2a(図6)の下端面が固定される。 The vacuum pump 1 is a turbo molecular pump, and as shown in FIG. 2, it includes an outer cylinder part 11, a base part 12 to which the outer cylinder part 11 is fixed, and a casing 13 constituted by the outer cylinder part 11 and the base part 12. The rotor 20 is rotatably housed within the rotor 20. The upper side of the outer cylindrical portion 11 in FIG. 2 is opened to constitute a gas intake port 11a, and a gas exhaust port 12a is formed on the side surface of the base portion 12. A flange portion 11b is formed on the intake port 11a side of the outer cylinder portion 11, and the lower end surface of the valve body 2a (FIG. 6) of the valve 2 is fixed to this flange portion 11b.

ロータ20は、ロータ本体20aと、回転軸30と、座金70とを有する。回転軸30は、ロータ20を回転させるためにケーシング13内に回転可能に支持されている。ロータ本体20aの図2における上側の外周面には、複数の所定の角度傾斜したブレード状の回転翼21が一体形成されている。回転翼21は、ロータ20の回転軸30の軸芯に対して放射状に設けられるとともにロータ20の回転軸30の軸芯方向に多段に設けられる。各段の回転翼21の間には、固定翼40が設けられ、回転翼21と固定翼40はロータ20の回転軸30の軸芯方向に交互に配置される。固定翼40も所定の角度傾斜したブレード状に複数形成される。固定翼40はその外周端が外筒部11内に段積みされた複数のリング状の固定翼用スペーサ50の間に挟持されることにより回転翼21の間に放射状かつ多段に配設される。 The rotor 20 includes a rotor main body 20a, a rotating shaft 30, and a washer 70. The rotating shaft 30 is rotatably supported within the casing 13 to rotate the rotor 20. A plurality of blade-shaped rotary wings 21 inclined at a predetermined angle are integrally formed on the upper outer peripheral surface of the rotor main body 20a in FIG. The rotary blades 21 are provided radially with respect to the axis of the rotating shaft 30 of the rotor 20 and are provided in multiple stages in the axial direction of the rotating shaft 30 of the rotor 20 . Fixed blades 40 are provided between the rotary blades 21 of each stage, and the rotary blades 21 and the fixed blades 40 are arranged alternately in the axial direction of the rotating shaft 30 of the rotor 20. The fixed blades 40 are also formed in a plurality of blade shapes inclined at a predetermined angle. The fixed blades 40 are disposed radially and in multiple stages between the rotary blades 21 by having their outer peripheral ends sandwiched between a plurality of ring-shaped fixed blade spacers 50 stacked in stages within the outer cylinder portion 11. .

最も下流側に配設された固定翼用スペーサ50とベース部12との間には、ねじ付スペーサ60が設けられている。ねじ付スペーサ60は円筒状に形成されており、内周面に螺旋状のねじ溝60aが形成されている。ロータ本体20aの図2における下側(ガスが移送される下流側)には回転軸30の軸芯を中心とする円筒部22が形成されており、円筒部22の外周面とネジ付きスペーサ60のねじ溝60aが形成された内周面とは近接して対向するように配設されている。円筒部22の外周面とネジ付きスペーサ60のねじ溝60aに区画された空間は排気口12aと連通している。 A threaded spacer 60 is provided between the fixed wing spacer 50 disposed on the most downstream side and the base portion 12. The threaded spacer 60 is formed in a cylindrical shape, and a spiral thread groove 60a is formed on the inner peripheral surface. A cylindrical portion 22 centered on the axis of the rotating shaft 30 is formed on the lower side (downstream side where gas is transferred) of the rotor body 20a in FIG. The screw groove 60a is disposed so as to be close to and opposite to the inner circumferential surface on which the thread groove 60a is formed. A space defined by the outer peripheral surface of the cylindrical portion 22 and the thread groove 60a of the threaded spacer 60 communicates with the exhaust port 12a.

座金70は回転軸30の軸芯を中心とする円盤状に形成されている。ボルト71を、ロータ本体20aと座金70を挟んで回転軸30に螺着することにより、ロータ本体20aと座金70は回転軸30に固定される。 The washer 70 is formed into a disk shape centered on the axis of the rotating shaft 30. The rotor body 20a and the washer 70 are fixed to the rotation shaft 30 by screwing the bolt 71 onto the rotation shaft 30 with the rotor body 20a and washer 70 interposed therebetween.

真空ポンプ1では、ロータ20を高速で回転させると、回転翼21が吸気口11aから吸入されたガスの分子を下流側へ向かうように叩き、叩かれたガスの分子は交互に配置された固定翼40に衝突して下方へ向かい、更に次の段の回転翼21に叩かれ下流側へ向かい、回転翼21および固定翼40の最下段まで順次この動作を繰り返してねじ付スペーサ60へ送られたガスは、ねじ溝60aに案内されながら排気口12aへと送られ、排気口12aからガスが排気される。このときロータ20の回転速度を調整することにより、ガス被排気室4内部の圧力を所望の圧力に調整することができる。なお、真空ポンプ1は、図1に示すように、ロータ20の回転速度を検出するための回転速度検出器1aを有する。回転速度検出器1aで検出されたロータ20の回転速度検出値は制御装置3に出力される。 In the vacuum pump 1, when the rotor 20 is rotated at high speed, the rotor blades 21 hit the molecules of the gas sucked in from the intake port 11a toward the downstream side, and the hit gas molecules are fixed to alternately arranged It collides with the blade 40 and heads downward, is further struck by the rotary blade 21 of the next stage, heads downstream, repeats this operation sequentially until it reaches the lowest stage of the rotary blade 21 and fixed blade 40, and is sent to the threaded spacer 60. The gas is sent to the exhaust port 12a while being guided by the thread groove 60a, and the gas is exhausted from the exhaust port 12a. At this time, by adjusting the rotational speed of the rotor 20, the pressure inside the gas exhaust chamber 4 can be adjusted to a desired pressure. Note that, as shown in FIG. 1, the vacuum pump 1 includes a rotation speed detector 1a for detecting the rotation speed of the rotor 20. The rotational speed detection value of the rotor 20 detected by the rotational speed detector 1 a is output to the control device 3 .

回転軸30の図2における上側及び下側(ガスが流れる上流側及び下流側)付近には、保護軸受31が配置されている。保護軸受31は異常時に後述する半径方向磁気軸受33、軸方向磁気軸受34が制御不能になった場合などに、回転軸30と接触し支持することにより真空ポンプ1が破損するのを防止する。 Protective bearings 31 are arranged near the upper and lower sides of the rotating shaft 30 in FIG. 2 (upstream and downstream sides through which gas flows). The protective bearing 31 prevents the vacuum pump 1 from being damaged by contacting and supporting the rotary shaft 30 when a radial magnetic bearing 33 and an axial magnetic bearing 34, which will be described later, become uncontrollable in an abnormal situation.

回転軸30は、直流ブラシレスのポンプ用モータ32によって回転駆動される。二つの半径方向磁気軸受33が半径方向において回転軸30を支持し、軸方向磁気軸受34が軸方向において回転軸30を支持する。2つの半径方向磁気軸受33は、ポンプ用モータ32を挟んで配設される。回転軸30は、これらの半径方向磁気軸受33及び軸方向磁気軸受34によって浮上支持されている。 The rotating shaft 30 is rotationally driven by a DC brushless pump motor 32. Two radial magnetic bearings 33 support the rotating shaft 30 in the radial direction, and an axial magnetic bearing 34 supports the rotating shaft 30 in the axial direction. The two radial magnetic bearings 33 are arranged with the pump motor 32 interposed therebetween. The rotating shaft 30 is supported in a floating manner by these radial magnetic bearings 33 and axial magnetic bearings 34.

2つの半径方向磁気軸受33は、回転軸30に磁気吸引力を作用させる4つの電磁石33aをそれぞれ有しており、4つの電磁石33aは、回転軸30の軸芯と直交し、互いに直交する2つの座標軸上に、回転軸30を挟んでそれぞれ2個配置される。さらに、2つの半径方向磁気軸受33は、回転軸30の半径方向位置を検出するインダクタンス式又は渦電流式の4つの位置センサ33bをそれぞれ有している。4つの位置センサ33bは、回転軸30の軸芯と直交し、上述の座標軸に平行な互いに直交する2つの座標軸上に、回転軸30を挟んでそれぞれ2つずつ配置される。 The two radial magnetic bearings 33 each have four electromagnets 33a that apply a magnetic attraction force to the rotating shaft 30. Two of them are arranged on each of the two coordinate axes with the rotation axis 30 in between. Furthermore, the two radial magnetic bearings 33 each have four inductance type or eddy current type position sensors 33b that detect the radial position of the rotating shaft 30. The four position sensors 33b are arranged two each on two mutually orthogonal coordinate axes that are perpendicular to the axis of the rotation shaft 30 and parallel to the above-mentioned coordinate axes, with the rotation shaft 30 in between.

回転軸30には、回転軸30の軸芯を中心とする磁性体の円盤(以下、「アーマチャディスク」という。)80が設けられている。軸方向磁気軸受34は、アーマチャディスク80に磁気吸引力を作用させる2つの電磁石34aを有している。2つの電磁石34aはアーマチャディスク80を挟んでそれぞれ配置される。また、軸方向磁気軸受34は、回転軸30の軸方向の位置を検出するインダクタンス式又は渦電流式の位置センサ34bを有している。なお、半径方向磁気軸受33のインダクタンス式又は渦電流式の位置センサ33b及び軸方向磁気軸受34のインダクタンス式又は渦電流式の位置センサ34bは、電磁石と同様の構造をしており、導線コイルが巻かれたコアを回転軸30に対峙させて配置している。 The rotating shaft 30 is provided with a magnetic disk (hereinafter referred to as an "armature disk") 80 centered on the axis of the rotating shaft 30. The axial magnetic bearing 34 has two electromagnets 34a that apply a magnetic attraction force to the armature disk 80. The two electromagnets 34a are arranged with the armature disk 80 in between. Further, the axial magnetic bearing 34 has an inductance type or eddy current type position sensor 34b that detects the axial position of the rotating shaft 30. The inductance type or eddy current type position sensor 33b of the radial magnetic bearing 33 and the inductance type or eddy current type position sensor 34b of the axial magnetic bearing 34 have a structure similar to that of an electromagnet, and have a conductor coil. The wound core is arranged facing the rotating shaft 30.

吸引したガスから半径方向磁気軸受33、軸方向磁気軸受34、ポンプ用モータ32などを保護するためにステータ90がベース部12上に立設されている。 A stator 90 is erected on the base portion 12 to protect the radial magnetic bearing 33, the axial magnetic bearing 34, the pump motor 32, etc. from the sucked gas.

真空ポンプ1は、半径方向磁気軸受33、軸方向磁気軸受34及びポンプ用モータ32に電力を供給し、位置センサ33b,34bと信号を送受信する図示しないポンプコントローラを、ケーブルを介して又は一体に備えている。ポンプコントローラは、半径方向磁気軸受33、軸方向磁気軸受34の位置センサ33b,34bの導線コイルに、高周波の所定の振幅の交番電圧を供給する。位置センサ33b,34bのコアに巻かれた導線コイルは、そのインダクタンスが、コアと回転軸30との距離に応じて変化し、このインダクタンスの変化に応じて、導線コイルに印加された電圧の振幅が変化し、ポンプコントローラは、その変化した振幅値を検出することによって、回転軸30の位置を検出する。この振幅値(位置センサ検出値EO)は、図3に示すように、回転軸30の位置の変化に対して、曲線的に増加或いは減少する非線形性を有している。ポンプコントローラは、前述の各座標軸上において回転軸30を挟んで互いに対向する2つの位置センサ33bの振幅値の和EO1+EO2(正負の符号の定め方によっては差)が、回転軸30の位置の変化に対して、疑似的な線形性を有することから、この和(差)を算出し、その値を位置センサ33bの検出信号として用いることで、線形制御理論の適用を可能にし、当該理論に基づいて回転軸30の位置を制御している。ポンプコントローラは、各座標軸上の2つの位置センサ33bの検出信号の和(差)に基づいて、電磁石33aに流す電流値を調整するフィードバック制御によって、回転軸30の位置を目標位置に一致させている。 The vacuum pump 1 supplies electric power to the radial magnetic bearing 33, the axial magnetic bearing 34, and the pump motor 32, and connects a pump controller (not shown) that transmits and receives signals to and from the position sensors 33b and 34b via a cable or integrally. We are prepared. The pump controller supplies a high frequency alternating voltage with a predetermined amplitude to the conductor coils of the position sensors 33b, 34b of the radial magnetic bearing 33 and the axial magnetic bearing 34. The inductance of the wire coils wound around the cores of the position sensors 33b and 34b changes depending on the distance between the core and the rotating shaft 30, and the amplitude of the voltage applied to the wire coils changes depending on the change in inductance. changes, and the pump controller detects the position of the rotating shaft 30 by detecting the changed amplitude value. As shown in FIG. 3, this amplitude value (position sensor detection value E O ) has nonlinearity that increases or decreases in a curved manner with respect to changes in the position of the rotating shaft 30. The pump controller is configured such that the sum E O1 +E O2 (difference depending on how the positive and negative signs are determined) of the amplitude values of the two position sensors 33b facing each other across the rotation axis 30 on each of the aforementioned coordinate axes is the sum of the amplitude values of the rotation axis 30. Since it has pseudo-linearity with respect to changes in position, by calculating this sum (difference) and using that value as the detection signal of the position sensor 33b, it is possible to apply linear control theory, and the corresponding The position of the rotating shaft 30 is controlled based on theory. The pump controller aligns the position of the rotating shaft 30 with the target position through feedback control that adjusts the current value flowing through the electromagnet 33a based on the sum (difference) of the detection signals of the two position sensors 33b on each coordinate axis. There is.

半径方向磁気軸受33の各電磁石33aが回転軸30に作用させる磁気吸引力fも、図4に示すように、電磁石33aに流れる電流の変化に対して、曲線的に増加又は減少する非線形性を有している。このため、電流値の調整は、各座標軸上の回転軸30を挟んで対向する2つの電磁石33aについて、回転軸30が目標位置から外れ、回転軸30との距離が大きい方の電磁石33aには、所定の直流電流値(以下、「バイアス電流値」という。)I0に電流値i1を足した電流値(I0+i1)の電流を流し、回転軸30との距離が小さい方の電磁石33aには、このバイアス電流値I0から電流値i1を引いた電流値(I0-i1)の電流を流すことにより行う。このように、2つの電磁石33aが作用させる磁気吸引力の和fhx1+(-fhx2)を回転軸30に作用させる磁気吸引力とすることで、磁気吸引力が電流値の変化に対して疑似的に線形性を有するようにし、前述した線形制御理論の適用を可能にしている。 The magnetic attraction force f that each electromagnet 33a of the radial magnetic bearing 33 acts on the rotating shaft 30 also exhibits nonlinearity that increases or decreases in a curved manner with respect to changes in the current flowing through the electromagnet 33a, as shown in FIG. have. Therefore, when adjusting the current value, for the two electromagnets 33a facing each other across the rotation axis 30 on each coordinate axis, the rotation axis 30 deviates from the target position, and the electromagnet 33a whose distance from the rotation axis 30 is larger is adjusted. , a current having a current value (I 0 +i 1 ) obtained by adding a current value i 1 to a predetermined DC current value (hereinafter referred to as "bias current value") I 0 is passed, and the This is done by passing a current having a current value (I 0 −i 1 ), which is obtained by subtracting the current value i 1 from the bias current value I 0 , through the electromagnet 33a. In this way, by setting the sum f hx1 + (-f hx2 ) of the magnetic attraction forces exerted by the two electromagnets 33a as the magnetic attraction force acting on the rotating shaft 30, the magnetic attraction force can be adjusted against changes in the current value. It is made to have pseudo-linearity, making it possible to apply the above-mentioned linear control theory.

軸方向磁気軸受34の構成も、基本的には半径方向磁気軸受33の構成と同様であるが、所要スペースを削減するなどの目的で、回転軸30の軸芯方向においてアーマチャディスク80を挟んで2つの位置センサを配置することはせずに、1つの位置センサ34bのみを配置し、もう1つの位置センサを、コントローラ内部の回路基板上に配置した所定のインダクタンスを有するコイルで代用しても良い。この場合には、回路基板上に設けたコイルのインダクタンスは所定値であり、交番電圧の振幅値は所定の値となるので、2つの位置センサの和(差)の回転軸30の位置の変化に対する線形化の精度は低下するが、真空ポンプ1を正常に運転できる場合には有用である。 The configuration of the axial magnetic bearing 34 is basically the same as that of the radial magnetic bearing 33, but in order to reduce the required space, an armature disk 80 is sandwiched in the axial direction of the rotating shaft 30. Alternatively, instead of arranging two position sensors, only one position sensor 34b is arranged and the other position sensor is replaced by a coil having a predetermined inductance arranged on a circuit board inside the controller. good. In this case, the inductance of the coil provided on the circuit board is a predetermined value, and the amplitude value of the alternating voltage is a predetermined value, so the change in the position of the rotating shaft 30 due to the sum (difference) of the two position sensors Although the accuracy of linearization for the linearization decreases, it is useful if the vacuum pump 1 can be operated normally.

ところで、ロータ20は、これらの半径方向磁気軸受33、軸方向磁気軸受34によって空中に浮上支持されるが、その支持力は、ロータ20の位置の変化に比例した力の成分、すなわち、弾性力に相当する成分を有するため、ロータ20は、その質量又は慣性モーメントに応じた固有振動数を有する。空中に浮上したロータ20は、一つの座標軸(以下、「z軸」という。)を回転軸30の軸芯に一致させた3次元直交座標の各軸方向の3自由度と、その各軸回りの3自由度の合計6自由度を有しており、このうち、ポンプ用モータ32によって回転角が制御されるz軸回りの1自由度を除く5自由度は、半径方向磁気軸受33、軸方向磁気軸受34の支持力を受けるため、半径方向磁気軸受33、軸方向磁気軸受34の支持力に応じた固有振動数を有する。特に、z軸に直交し、互いに直交する二つの軸(以下、それぞれ「x軸」、「y軸」という。)回りの2自由度においては、ロータ20の運動方程式は、x軸回りの運動方程式を表す下記式(3)およびy軸回りの運動方程式を表す下記式(4)に示すように、互いの軸回りの回転速度に比例する項(以下、「干渉項」という。)を有する。更に、この干渉項の大きさは、ポンプ用モータ32によって回転される回転軸30の回転速度に比例する。 Incidentally, the rotor 20 is suspended and supported in the air by these radial magnetic bearings 33 and axial magnetic bearings 34, but the supporting force is a force component proportional to a change in the position of the rotor 20, that is, an elastic force. Since the rotor 20 has a component corresponding to , the rotor 20 has a natural frequency corresponding to its mass or moment of inertia. The rotor 20 floating in the air has three degrees of freedom in each axial direction of a three-dimensional orthogonal coordinate system in which one coordinate axis (hereinafter referred to as the "z-axis") coincides with the axis of the rotating shaft 30, and three degrees of freedom around each axis. It has a total of 6 degrees of freedom, including 3 degrees of freedom, of which 5 degrees of freedom, excluding 1 degree of freedom around the z-axis, whose rotation angle is controlled by the pump motor 32, are the radial magnetic bearing 33, the shaft Since it receives the supporting force of the directional magnetic bearing 34, it has a natural frequency corresponding to the supporting force of the radial magnetic bearing 33 and the axial magnetic bearing 34. In particular, in the two degrees of freedom around two axes (hereinafter referred to as "x-axis" and "y-axis" respectively) that are orthogonal to the z-axis and mutually orthogonal, the equation of motion of the rotor 20 is the motion around the x-axis. As shown in the following equation (3) representing the equation and the following equation (4) representing the equation of motion around the y-axis, each has a term proportional to the rotational speed around each axis (hereinafter referred to as "interference term"). . Furthermore, the magnitude of this interference term is proportional to the rotational speed of the rotating shaft 30 rotated by the pump motor 32.

ただし、上記式(3)および(4)中、Jはロータ20のx軸又はy軸回りの慣性モーメント、Jzはロータ20のz軸回りの慣性モーメント、Cはx軸又はy軸回りの粘性抵抗係数、θxはロータ20のx軸回りの回転角度、θyはロータ20のy軸回りの回転角度、θzはロータ20のz軸回りの回転角度である。また、上記式(3)中、Dxはx軸回りに作用する外乱モーメント、Gxは半径方向磁気軸受33の支持力によって生じるx軸回りのモーメントのばね定数である。また、上記式(4)中、Dyはy軸回りに作用する外乱モーメント、Gyは半径方向磁気軸受33の支持力によって生じるy軸回りのモーメントのばね定数である。Dx、Dyは、ロータ20の不釣合いや、真空ポンプ1の排気負荷などにより発生する。Gx、Gyは、実際には、半径方向磁気軸受33の制御設計に応じた周波数特性を持つ。なお、前述したように、ロータ20は、ロータ本体20aと、回転軸30と、座金70とを有するので、慣性モーメントJz及び慣性モーメントJは、正確にはロータ本体20a、回転軸30及び座金70の慣性モーメントの和である。 However, in the above formulas (3) and (4), J is the moment of inertia of the rotor 20 around the x-axis or y-axis, Jz is the moment of inertia of the rotor 20 around the z-axis, and C is the moment of inertia around the x-axis or y-axis. In the viscous drag coefficient, θ x is the rotation angle of the rotor 20 about the x-axis, θ y is the rotation angle of the rotor 20 about the y-axis, and θ z is the rotation angle of the rotor 20 about the z-axis. In the above formula (3), D x is a disturbance moment acting around the x-axis, and G x is a spring constant of the moment around the x-axis generated by the supporting force of the radial magnetic bearing 33. Further, in the above equation (4), D y is a disturbance moment acting around the y-axis, and G y is a spring constant of the moment around the y-axis generated by the supporting force of the radial magnetic bearing 33. D x and D y occur due to unbalance of the rotor 20, exhaust load on the vacuum pump 1, and the like. G x and G y actually have frequency characteristics depending on the control design of the radial magnetic bearing 33. As described above, the rotor 20 includes the rotor main body 20a, the rotating shaft 30, and the washer 70. Therefore, the moment of inertia Jz and the moment of inertia J are accurately defined as the rotor main body 20a, the rotating shaft 30, and the washer 70. 70 moments of inertia.

通常、各自由度における固有振動数を求める式は、各自由度の運動方程式から導出することができるが、半径方向磁気軸受33のx軸回りおよびy軸回りについては、それぞれの運動方程式が、前述したように互いに干渉項を有しているなどの理由により、固有振動数を求める式を導出することは困難である。このために従来は特定の磁気軸受を設計し、試作実験や有限要素法等を用いたコンピュータシミュレーションに頼って、その特定の磁気軸受の固有振動数の値を求めていた。 Normally, the equation for determining the natural frequency in each degree of freedom can be derived from the equation of motion for each degree of freedom. However, regarding the x-axis and y-axis of the radial magnetic bearing 33, the equations of motion are as follows: As mentioned above, it is difficult to derive a formula for determining the natural frequency due to mutual interference terms. For this purpose, in the past, a specific magnetic bearing was designed and the value of the natural frequency of that specific magnetic bearing was determined by relying on prototype experiments and computer simulations using the finite element method.

しかしながら、これらによる方法では、特定の磁気軸受ごとに固有振動数を求めることができても、設計値を変化させた場合に固有振動数がどのように変化するのかといった固有振動数の定性的な解析ができない。このために特定の磁気軸受の設計を一通り終えた後に、固有振動数を求め、種々の理由により設計を変更した場合には、その設計変更を一通り終えた後に、再度、固有振動数を求め直し、不都合がある場合には、再度、設計を変更し直すという作業が発生し、磁気軸受とターボ分子ポンプの設計に多大な時間を要していた。 However, with these methods, even though it is possible to determine the natural frequency for each specific magnetic bearing, it is not possible to determine qualitatively the natural frequency, such as how the natural frequency changes when the design value is changed. Analysis is not possible. For this purpose, after completing the design of a specific magnetic bearing, calculate the natural frequency, and if the design is changed for various reasons, calculate the natural frequency again after completing the design changes. If there is a problem, the design must be recalculated and the design of the magnetic bearing and turbomolecular pump requires a lot of time.

本発明では、ターボ分子ポンプである真空ポンプ1の半径方向磁気軸受33は、真空中で使用されることに着目し、粘性抵抗係数C=0とすることにより、上記式(3)および(4)から、x軸まわりとy軸まわりにそれぞれ二つ存在するロータ20の固有振動数ω1、ω2を表す式(5)、(6)を導出した。x軸まわりとy軸まわりの両方に、式(5)、(6)で表される二つの固有振動数が存在する。 In the present invention, paying attention to the fact that the radial magnetic bearing 33 of the vacuum pump 1, which is a turbo-molecular pump, is used in a vacuum, the above equations (3) and (4) are calculated by setting the viscous drag coefficient C=0. ), equations (5) and (6) expressing the natural frequencies ω 1 and ω 2 of the rotor 20, which exist two around the x-axis and around the y-axis, respectively, were derived. There are two natural frequencies expressed by equations (5) and (6) both around the x-axis and around the y-axis.

ロータ20の固有振動数ω1、ω2は、図5に示すように、回転軸30が回転を開始し、回転周波数Ωz
が増加するにつれて、固有振動数ω1は減少し、固有振動数ω2は増加していく。回転周波数Ωzが増加するにつれて、固有振動数ω2は、回転周波数Ωzに近づいていき、回転周波数Ωzと一致した後、回転周波数Ωzから遠ざかっていく。
As shown in FIG. 5, the natural frequencies ω 1 and ω 2 of the rotor 20 are determined by the rotational frequency Ω z when the rotating shaft 30 starts rotating.
As increases, the natural frequency ω 1 decreases and the natural frequency ω 2 increases. As the rotation frequency Ω z increases, the natural frequency ω 2 approaches the rotation frequency Ω z , matches the rotation frequency Ω z , and then moves away from the rotation frequency Ω z .

固有振動数ω1、ω2が回転軸30の回転周波数Ωzに一致していたり近傍の値であったりすると、ロータ20の共振が誘発され、半径方向磁気軸受33及び軸方向磁気軸受34がロータ20を浮上支持することが困難になるとともに、回転翼21が振動し続け応力の変動が繰り返されることで疲労破壊することになる。このために、制御装置3は、被排気室4の内部の圧力が目標値と一致するときに、ロータ20の回転速度(回転周波数Ωz)が変位の固有振動数ω1、ω2に一致する場合、もしくは、ロータ20の回転速度と固有振動数ω1、ω2の差の絶対値が所定値以下である場合には、バルブ2の開度を変更し、再度、被排気室4の内部の圧力が目標値と一致するように、ロータ20の回転速度を制御する。 When the natural frequencies ω 1 and ω 2 match or have a value close to the rotation frequency Ω z of the rotating shaft 30, resonance of the rotor 20 is induced, and the radial magnetic bearing 33 and the axial magnetic bearing 34 It becomes difficult to float and support the rotor 20, and the rotor blades 21 continue to vibrate and undergo repeated stress fluctuations, resulting in fatigue failure. For this purpose, the control device 3 determines that when the internal pressure of the evacuated chamber 4 matches the target value, the rotational speed (rotational frequency Ω z ) of the rotor 20 matches the natural frequencies ω 1 and ω 2 of the displacement. or if the absolute value of the difference between the rotational speed of the rotor 20 and the natural frequencies ω 1 and ω 2 is less than a predetermined value, the opening degree of the valve 2 is changed and the exhaust chamber 4 is opened again. The rotational speed of the rotor 20 is controlled so that the internal pressure matches the target value.

バルブ2は、図6に示すように、バルブ本体2aと、シャフト2bに固定された弁体2cと、シャフト2bを回転駆動し弁体2cを揺動するバルブ用モータ2dと、弁体2cに開閉される開口部2eとを有している。バルブ2は被排気室4の排気口(図示せず)と真空ポンプ1の吸気口11aとの間に設けられ、バルブ2の開口部2eは被排気室4の排気口と真空ポンプ1の吸気口11aに連通し、接続するように配設される。 As shown in FIG. 6, the valve 2 includes a valve body 2a, a valve body 2c fixed to a shaft 2b, a valve motor 2d that rotates the shaft 2b and swings the valve body 2c, and a valve body 2c. It has an opening 2e that can be opened and closed. The valve 2 is provided between the exhaust port (not shown) of the evacuated chamber 4 and the intake port 11a of the vacuum pump 1, and the opening 2e of the valve 2 is provided between the exhaust port of the evacuated chamber 4 and the intake port 11a of the vacuum pump 1. It is disposed so as to communicate with and connect to the port 11a.

バルブ2は、弁体2cをバルブ用モータ2dにより揺動させて開口部2eと重なる所望の位置に配置して、開口部2eの開口面積を調整することにより、開度を調整する。バルブ2の開度を調整することにより、被排気室4内部の圧力を所望の圧力に調整することができる。なお、バルブ2は、図1に示すように、開度を検出するエンコーダ等の開度検出器2fを有する。開度検出器2fで検出されたバルブ2の開度検出値は制御装置3に出力される。 The opening degree of the valve 2 is adjusted by swinging the valve body 2c by the valve motor 2d, placing it at a desired position overlapping the opening 2e, and adjusting the opening area of the opening 2e. By adjusting the opening degree of the valve 2, the pressure inside the evacuated chamber 4 can be adjusted to a desired pressure. Note that, as shown in FIG. 1, the valve 2 has an opening degree detector 2f such as an encoder that detects the opening degree. The opening degree detection value of the valve 2 detected by the opening degree detector 2f is output to the control device 3.

制御装置3は、バルブ2の開度、真空ポンプ1のロータ20の回転速度を所定の条件で調整することにより、被排気室4の内部の圧力を目標値と一致するように制御する。制御装置3は、図示しないCPU(Central Processing Unit)等を含んで構成された制御部、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ等から構成される記憶部等を有する。記憶部は、制御部により実行されるプログラム、固定データ、検出データ等の各種データを記憶する。また記憶部は制御部のワークメモリとして機能する。制御部は記憶部に記憶されたプログラムを実行することにより被排気室4内の圧力を制御する。 The control device 3 controls the pressure inside the evacuated chamber 4 to match the target value by adjusting the opening degree of the valve 2 and the rotation speed of the rotor 20 of the vacuum pump 1 under predetermined conditions. The control device 3 includes a control section including a CPU (Central Processing Unit) (not shown), and a storage section including a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a flash memory, and the like. The storage unit stores various data such as programs executed by the control unit, fixed data, and detected data. Further, the storage section functions as a work memory for the control section. The control unit controls the pressure within the evacuated chamber 4 by executing a program stored in the storage unit.

バルブ2の開度を変化させる場合には、開度の変化に対して、被排気室4内の圧力は比較的大きく変化する。例えば、被排気室4内の圧力をごく僅かに上げる必要があるときに、バルブ2の開度をごく僅かに低下させても、圧力は大きく上昇してしまい、圧力をごく僅かに低下させる必要があるときに、バルブ2の開度をごく僅かに増加させても、圧力は大きく減少してしまう。また、バルブ用モータ2dの回転を弁体2cへ伝達する歯車のバックラッシュ、ベルトの弾性すべりや移動すべりなどに起因して、バルブ用モータ2dの回転に対して、弁体2cの位置に誤差を生じ、正確に所望の開度にすることができない。このため、圧力の変化に対するバルブ2の開度の変化のゲインを大きくし、所望の圧力に対する圧力の定常偏差を小さくして、高精度な制御をしようとすると、最悪の場合には、バルブ2の開度が振動現象を起こし、正確に所望の圧力にすることが困難であった。 When changing the opening degree of the valve 2, the pressure within the evacuated chamber 4 changes relatively greatly with respect to the change in the opening degree. For example, when it is necessary to increase the pressure in the exhaust chamber 4 very slightly, even if the opening degree of the valve 2 is reduced slightly, the pressure will increase significantly, and it is necessary to reduce the pressure very slightly. In some cases, even if the opening degree of the valve 2 is increased slightly, the pressure will decrease significantly. In addition, due to backlash of the gear that transmits the rotation of the valve motor 2d to the valve body 2c, elastic slip of the belt, movement slip, etc., there may be an error in the position of the valve body 2c with respect to the rotation of the valve motor 2d. This results in the inability to accurately obtain the desired opening degree. Therefore, if you try to achieve highly accurate control by increasing the gain of the change in the opening degree of the valve 2 with respect to the change in pressure and reducing the steady-state deviation of the pressure with respect to the desired pressure, in the worst case, the gain of the change in the opening degree of the valve 2 The opening degree caused vibration phenomena, making it difficult to achieve the desired pressure accurately.

一方、真空ポンプ1のロータ20の回転速度を変化させる場合には、回転速度の変化に対して、被排気室4内の圧力は、比較的僅かしか変化しないため、被排気室4内の圧力を大きく変化させる必要があるときには、ロータ20の回転速度を大きく変化させなければならない。しかし、真空ポンプ1がターボ分子ポンプである場合には、所望の排気性能を達成すべく、ロータ20を高速で回転させる必要があるために、ロータ20は、大きな遠心力が作用しても破壊しない強度の高いアルミ合金などの金属で形成されており、慣性モーメントが大きい。このため、ロータ20の回転速度を短時間内にすなわち高速で大きく変化させることは困難である。 On the other hand, when changing the rotational speed of the rotor 20 of the vacuum pump 1, the pressure inside the evacuated chamber 4 changes relatively little in response to a change in the rotational speed. When it is necessary to greatly change the rotational speed of the rotor 20, the rotational speed of the rotor 20 must be changed greatly. However, when the vacuum pump 1 is a turbo-molecular pump, the rotor 20 needs to be rotated at high speed in order to achieve the desired exhaust performance, so the rotor 20 cannot be destroyed even if a large centrifugal force is applied. It is made of high-strength metal such as aluminum alloy, and has a large moment of inertia. Therefore, it is difficult to greatly change the rotational speed of the rotor 20 within a short time, that is, at high speed.

また、ロータ20を回転駆動するポンプ用モータ32に高トルクを発生できるモータを採用し、加減速トルクを大きくすることも考えられるが、比較的安価に製造できる直流ブラシレスモータを使用する場合には、トルク定数を大きくすると、同時に誘起電圧定数も大きくなるため、高速回転時に、逆起電圧が大きくなり、加減速トルクを発生させる電流を十分に流すことができず、結局、高速で回転速度を大きく変化させることはできない。ロータ20の回転速度を高速で大きく変化させられないことは、例えば半導体製造装置のウエハ表面の処理に時間を要し、半導体の製造量増加の支障となっていた。 It is also possible to use a motor that can generate high torque as the pump motor 32 that rotationally drives the rotor 20 to increase the acceleration/deceleration torque, but when using a DC brushless motor that can be manufactured relatively inexpensively, When the torque constant is increased, the induced voltage constant also increases, so during high-speed rotation, the back electromotive force becomes large, and the current that generates acceleration/deceleration torque cannot flow sufficiently, and as a result, the rotation speed does not increase at high speed. It cannot be changed significantly. The inability to greatly change the rotational speed of the rotor 20 at a high speed requires time for processing the wafer surface of a semiconductor manufacturing device, for example, which has been an obstacle to increasing the amount of semiconductor manufacturing.

そこで、制御装置3では、被排気室4の内部の圧力と目標値との差の絶対値が所定値より大きいときには、バルブ2の開度を調整し、被排気室4の内部の圧力と目標値との差の絶対値が所定値より小さいときには、真空ポンプ1のロータ20の回転速度を調整することにより上述した課題を解決する。 Therefore, in the control device 3, when the absolute value of the difference between the pressure inside the exhaust chamber 4 and the target value is larger than a predetermined value, the opening degree of the valve 2 is adjusted, and the pressure inside the exhaust chamber 4 and the target value are adjusted. When the absolute value of the difference is smaller than a predetermined value, the above problem is solved by adjusting the rotational speed of the rotor 20 of the vacuum pump 1.

ここで制御装置3により被排気室4の内部の圧力を所望の圧力となるように真空排気して制御する方法について説明する。プロセスガスが流入する被排気室4には、図1に示すように、圧力計5が設けられており、圧力計5で被排気室4内の圧力が測定される。圧力計5による圧力測定値が制御装置3に出力され、制御装置3において圧力目標値と比較される。 Here, a method of controlling and evacuating the internal pressure of the chamber 4 to be evacuated to a desired pressure using the control device 3 will be explained. As shown in FIG. 1, the exhaust chamber 4 into which the process gas flows is provided with a pressure gauge 5, and the pressure inside the exhaust chamber 4 is measured by the pressure gauge 5. The pressure measurement value by the pressure gauge 5 is output to the control device 3, where it is compared with a pressure target value.

圧力目標値と圧力測定値との差の絶対値が所定値よりも大きいときには、制御装置3はその差の値に対応した値の駆動信号をバルブ2のバルブ用モータ2dに送信してバルブ2の開度を調整する。このときには、制御装置3により、図7に示す制御系において、下記式(1)で表される伝達関数GVのゲイン|GV|を、図8(A)に示すように大きくするようにしてもよい。また、このときには、逆に、制御装置3により、図7に示す制御系において、下記式(2)で表される伝達関数GMのゲイン|GM|を、図8(B)に示すように小さくするようにしてもよい。また、このときには制御装置3により、回転速度検出器1aで検出されるロータ20の回転速度を一定に保つように制御するようにしてもよい。
V=OV/δP ・・・(1)
M=ΩM/δP ・・・(2)
ただし、上記式(1)において、OVは、バルブ2の開度の初期値を0としたラプラス変換であり、上記式(2)において、ΩMは、ロータ20の回転速度の初期値を0としたラプラス変換であり、上記式(1)および(2)において、δPは、圧力目標値と圧力測定値の差の初期値を0としたラプラス変換である。
When the absolute value of the difference between the pressure target value and the pressure measurement value is larger than a predetermined value, the control device 3 transmits a drive signal of a value corresponding to the value of the difference to the valve motor 2d of the valve 2. Adjust the opening. At this time, the control device 3 increases the gain |G V | of the transfer function G V expressed by the following equation (1) in the control system shown in FIG. 7 as shown in FIG. 8(A). It's okay. At this time, conversely, in the control system shown in FIG. 7, the control device 3 changes the gain |G M | of the transfer function G M expressed by the following equation (2) as shown in FIG. 8(B). It may be possible to make it smaller. Further, at this time, the control device 3 may control the rotational speed of the rotor 20 detected by the rotational speed detector 1a to be kept constant.
G V = O V / δ P ... (1)
G MMP ...(2)
However, in the above equation (1), O V is the Laplace transform with the initial value of the opening degree of the valve 2 as 0, and in the above equation (2), Ω M is the initial value of the rotational speed of the rotor 20. In the above equations (1) and (2), δ P is a Laplace transform where the initial value of the difference between the pressure target value and the pressure measurement value is set to 0.

ここで、ゲインを大きくすることは、その周波数が0のときのゲインすなわち直流ゲインに対して、3dB以上大きくすることをいい、ゲインを小さくすることは、その周波数が0のときのゲインすなわち直流ゲインに対して、3dB以上小さくすることをいう。あるいは、圧力目標値と圧力測定値との差の絶対値に対して、その絶対値の所定値よりも小さい領域におけるゲインの平均値を、大きい領域におけるゲインの平均値よりも、大きく又は小さくすることをいう。あるいは、圧力目標値と圧力測定値との差の絶対値に対して、その絶対値の所定値よりも大きい領域におけるゲインの平均値を、小さい領域におけるゲインの平均値よりも、大きく又は小さくすることをいう。 Here, increasing the gain means increasing the gain when the frequency is 0, that is, the DC gain, by 3 dB or more, and decreasing the gain means increasing the gain when the frequency is 0, that is, the DC gain. This refers to reducing the gain by 3 dB or more. Alternatively, with respect to the absolute value of the difference between the pressure target value and the pressure measurement value, the average value of the gain in a region where the absolute value is smaller than a predetermined value is made larger or smaller than the average value of the gain in a region where it is larger. Say something. Alternatively, with respect to the absolute value of the difference between the pressure target value and the pressure measurement value, the average value of the gain in a region where the absolute value is larger than a predetermined value is made larger or smaller than the average value of the gain in a region where the absolute value is smaller than the predetermined value. Say something.

その一方、圧力目標値と圧力測定値との差の絶対値が所定値よりも小さいときには、制御装置3はその差の値に対応した値の駆動信号を真空ポンプ1のポンプ用モータ32に送信してロータ20の回転速度を調整する。このときには、制御装置3により、圧力目標値と圧力測定値の差の絶対値に対するロータ20の回転速度のゲイン|GM|を大きくするようにしてもよい。また、このときには、逆に、制御装置3により、圧力目標値と圧力測定値の差の絶対値に対するバルブ2の開度のゲイン|GV|を小さくするようにしてもよい。また、このときには制御装置3により、開度検出器2fで検出されるバルブ2の開度を一定に保つように制御するようにしてもよい。これらにより被排気室4内の圧力をより精度よく、また高速に制御することが可能になる。 On the other hand, when the absolute value of the difference between the pressure target value and the pressure measurement value is smaller than the predetermined value, the control device 3 sends a drive signal with a value corresponding to the difference value to the pump motor 32 of the vacuum pump 1. to adjust the rotational speed of the rotor 20. At this time, the control device 3 may increase the gain |G M | of the rotational speed of the rotor 20 with respect to the absolute value of the difference between the pressure target value and the pressure measurement value. Further, at this time, conversely, the control device 3 may reduce the gain |G V | of the opening degree of the valve 2 with respect to the absolute value of the difference between the pressure target value and the pressure measurement value. Further, at this time, the control device 3 may control the opening degree of the valve 2 detected by the opening degree detector 2f to be kept constant. These allow the pressure inside the evacuated chamber 4 to be controlled more precisely and at high speed.

また、上述した真空ポンプ1のロータ20の共振が誘発されることによる問題を解決して、制御装置3による被排気室4の内部の圧力を所望の圧力となるように真空排気して制御する方法について説明する。制御装置3において、回転速度検出器1aで検出されたロータ20の回転速度とロータ20の固有振動数ω1、ω2とを比較し、圧力計5で測定された圧力測定値が圧力目標値と一致するときに、ロータ20の回転速度と固有振動数ω1、ω2が一致する場合や、その差の絶対値が所定値以下である場合には、制御装置3はバルブ2の開度を変更するように開度変更指令信号をバルブ用モータ2dに送信してバルブ2の開度を所定分変更する。そして、圧力目標値と圧力計5で測定された圧力測定値との差の値に対応した値の駆動信号をポンプ用モータ32に送信してロータ20の回転速度を調整して、圧力測定値が圧力目標値と一致するように制御する。 Furthermore, the problem caused by the resonance of the rotor 20 of the vacuum pump 1 described above is solved, and the pressure inside the evacuated chamber 4 is evacuated and controlled by the control device 3 to a desired pressure. Explain the method. In the control device 3, the rotation speed of the rotor 20 detected by the rotation speed detector 1a and the natural frequencies ω 1 and ω 2 of the rotor 20 are compared, and the pressure measurement value measured by the pressure gauge 5 is determined as the pressure target value. When the rotational speed of the rotor 20 and the natural frequencies ω 1 and ω 2 match, or when the absolute value of the difference is less than or equal to a predetermined value, the control device 3 controls the opening degree of the valve 2. An opening degree change command signal is sent to the valve motor 2d to change the opening degree of the valve 2 by a predetermined amount. Then, a drive signal with a value corresponding to the difference between the pressure target value and the pressure measurement value measured by the pressure gauge 5 is sent to the pump motor 32 to adjust the rotational speed of the rotor 20, and the pressure measurement value is is controlled so that it matches the pressure target value.

このように本実施の形態では、制御装置3により、被排気室4の内部の圧力と目標値との差の絶対値が所定値より大きいときには、バルブ2の開度を調整し、被排気室4の内部の圧力と目標値との差の絶対値が所定値より小さいときには、真空ポンプ1のロータ20の回転速度を調整するようにしたので、バルブ2の開度を変化させることにより生じる問題、および、ロータ20の回転速度を変化させることにより生じる問題を回避することができ、被排気室4内の圧力を、高精度、かつ、短時間内すなわち高速に、所望の圧力となるように制御することが可能になる。 In this embodiment, the control device 3 adjusts the opening degree of the valve 2 when the absolute value of the difference between the internal pressure of the evacuated chamber 4 and the target value is larger than a predetermined value. When the absolute value of the difference between the internal pressure of valve 4 and the target value is smaller than a predetermined value, the rotational speed of the rotor 20 of the vacuum pump 1 is adjusted, which solves the problem caused by changing the opening degree of the valve 2. , and problems caused by changing the rotational speed of the rotor 20 can be avoided, and the pressure in the evacuated chamber 4 can be brought to the desired pressure with high precision and within a short time, that is, at high speed. It becomes possible to control.

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、弁体2cをバルブ用モータ2dにより揺動させて開口部2eと重なる所望の位置に配置して、開口部2eの開口面積を調整することにより、開度を調整するバルブ2を用いる例について説明したが、バルブの機構はこれに限定されず、ガスの流路を開閉する機構であればよく、例えばバタフライ型、フラップ型等のバルブを用いることも可能である。また、バルブ用モータ2dや歯車、ベルトなどに代えて、コンプレッサなどで発生させた加圧空気を用いて弁体2cを駆動するバルブを用いることも可能である。 Although the present invention has been described above with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments and can be modified in various ways. For example, in the above embodiment, the opening degree is adjusted by swinging the valve body 2c by the valve motor 2d and placing it at a desired position overlapping the opening 2e, and adjusting the opening area of the opening 2e. Although an example using the valve 2 has been described, the valve mechanism is not limited to this, and any mechanism that opens and closes a gas flow path may be used. For example, it is also possible to use a butterfly type, flap type, etc. valve. . Further, instead of the valve motor 2d, gears, belts, etc., it is also possible to use a valve that drives the valve body 2c using pressurized air generated by a compressor or the like.

また、本発明では、圧力目標値と圧力測定値との差の絶対値が所定値よりも大きいか小さいかで被排気室4内の圧力の制御の方法を変更するが、この所定値は、例えば半導体製造装置、電子顕微鏡、表面分析装置、微細加工装置等どのような種類の真空装置Dに真空排気装置10を用いるか、どのような条件、状況で真空排気装置10を用いるか、真空ポンプ1、バルブ2の機構、種類などによって適宜決定される。
また、この所定値は、ロータ20の回転中に、バルブ2の開度や、被排気室4の内部に導入され真空ポンプ1が排気するプロセスガスの種類や量などに応じて、適宜変更しても良い。この場合には、制御装置3の記憶部に、予め複数の所定値を記憶させておき、これらに応じて、適宜、所定値を選択したり、演算したりして所定値を変更しても良い。
Further, in the present invention, the method of controlling the pressure in the evacuated chamber 4 is changed depending on whether the absolute value of the difference between the pressure target value and the pressure measurement value is larger or smaller than a predetermined value, and this predetermined value is For example, what type of vacuum equipment D, such as semiconductor manufacturing equipment, electron microscopes, surface analysis equipment, microfabrication equipment, etc., should the vacuum evacuation device 10 be used in, what conditions and situations should the vacuum evacuation device 10 be used in, and the vacuum pump. 1. It is determined as appropriate depending on the mechanism, type, etc. of the valve 2.
Further, this predetermined value may be changed as appropriate during rotation of the rotor 20 depending on the opening degree of the valve 2 and the type and amount of process gas introduced into the interior of the chamber 4 to be evacuated and evacuated by the vacuum pump 1. It's okay. In this case, a plurality of predetermined values may be stored in advance in the storage section of the control device 3, and the predetermined value may be changed by selecting or calculating the predetermined value as appropriate. good.

10 真空排気装置
1 真空ポンプ
1a 回転速度検出器
11a 吸気口
13 ケーシング
32 ポンプ用モータ
33 半径方向磁気軸受
34 軸方向磁気軸受
20 ロータ
2 バルブ
2c 弁体
2d バルブ用モータ
2e 開口部
2f 開度検出器
3 制御装置
4 被排気室
5 圧力計
D 真空装置
10 Vacuum exhaust device 1 Vacuum pump 1a Rotation speed detector 11a Inlet port 13 Casing 32 Pump motor 33 Radial magnetic bearing 34 Axial magnetic bearing 20 Rotor 2 Valve 2c Valve body 2d Valve motor 2e Opening 2f Opening degree detector 3 Control device 4 Evacuated chamber 5 Pressure gauge D Vacuum device

Claims (10)

回転することによって被排気室の内部を排気するロータと、吸気口を有するケーシングとを備えた真空ポンプと、
前記真空ポンプの前記吸気口と前記被排気室の排気口の間に配置されたバルブと、
前記被排気室の内部の圧力を目標値と一致するように制御する制御装置とを備えた真空排気装置であって、
前記制御装置は、前記目標値と前記圧力の差の絶対値が所定値より大きいときには、前記ロータの回転速度が一定となるように制御するとともに前記バルブの開度を調整し、前記差の絶対値が前記所定値より小さいときには、前記バルブの開度が一定となるように制御するとともに前記ロータの回転速度を調整することにより、前記圧力を制御することを特徴とする真空排気装置。
A vacuum pump including a rotor that rotates to evacuate the inside of a chamber to be evacuated, and a casing having an intake port;
a valve disposed between the intake port of the vacuum pump and the exhaust port of the evacuated chamber;
A vacuum evacuation device comprising: a control device that controls the internal pressure of the evacuation chamber to match a target value;
When the absolute value of the difference between the target value and the pressure is larger than a predetermined value, the control device controls the rotational speed of the rotor to be constant and adjusts the opening degree of the valve , so that the absolute value of the difference is greater than a predetermined value. When the value is smaller than the predetermined value, the pressure is controlled by controlling the opening degree of the valve to be constant and adjusting the rotational speed of the rotor .
回転することによって被排気室の内部を排気するロータと、吸気口を有するケーシングとを備えた真空ポンプと、
前記真空ポンプの前記吸気口と前記被排気室の排気口の間に配置されたバルブと、
前記被排気室の内部の圧力を目標値と一致するように制御する制御装置とを備えた真空排気装置であって、
前記制御装置は、前記目標値と前記圧力の差の絶対値が所定値より大きいときには、下記式(1)で表される伝達関数GVのゲインを大きくして前記バルブの開度を調整し、前記差の絶対値が前記所定値より小さいときには、下記式(2)で表される伝達関数GMのゲインを大きくして前記ロータの回転速度を調整することにより、前記圧力を制御することを特徴とする真空排気装置。
V=OV/δP ・・・(1)
M=ΩM/δP ・・・(2)
ただし、上記式(1)において、OVは、前記バルブの開度の初期値を0としたラプラス変換であり、上記式(2)において、ΩMは、前記ロータの回転速度の初期値を0としたラプラス変換であり、上記式(1)および(2)において、δPは、前記差の初期値を0としたラプラス変換である。
A vacuum pump including a rotor that rotates to evacuate the inside of a chamber to be evacuated, and a casing having an intake port;
a valve disposed between the intake port of the vacuum pump and the exhaust port of the evacuated chamber;
A vacuum evacuation device comprising: a control device that controls the internal pressure of the evacuation chamber to match a target value;
When the absolute value of the difference between the target value and the pressure is larger than a predetermined value , the control device increases the gain of the transfer function G V expressed by the following formula (1) to adjust the opening degree of the valve. , when the absolute value of the difference is smaller than the predetermined value, the pressure is controlled by increasing the gain of the transfer function G M expressed by the following equation (2) and adjusting the rotational speed of the rotor. A vacuum exhaust device featuring :
G V = O V / δ P ... (1)
G MMP ...(2)
However, in the above equation (1), O V is the Laplace transform with the initial value of the opening degree of the valve being 0, and in the above equation (2), Ω M is the initial value of the rotation speed of the rotor. In the above equations (1) and (2), δ P is a Laplace transform where the initial value of the difference is set to 0.
前記制御装置は、前記差の絶対値が前記所定値より大きいときには、前記伝達関数GMのゲインを小さくし、前記差の絶対値が前記所定値より小さいときには、前記伝達関数GVのゲインを小さくすることを特徴とする請求項に記載の真空排気装置。 The control device reduces the gain of the transfer function G M when the absolute value of the difference is larger than the predetermined value, and reduces the gain of the transfer function G V when the absolute value of the difference is smaller than the predetermined value. The evacuation device according to claim 2 , characterized in that the evacuation device is made small. 前記真空ポンプは前記ロータを浮上支持する磁気軸受を備え、
前記制御装置は、前記圧力が前記目標値と一致するときに、前記ロータの回転速度が前記ロータの変位の固有振動数に一致する場合、もしくは該回転速度と該固有振動数の差の絶対値が所定値以下である場合には、前記バルブの開度を変更し、再度、前記圧力が前記目標値と一致するように、前記ロータの回転速度を制御することを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の真空排気装置。
The vacuum pump includes a magnetic bearing that floats and supports the rotor,
When the pressure matches the target value, the rotational speed of the rotor matches the natural frequency of the displacement of the rotor, or the absolute value of the difference between the rotational speed and the natural frequency is below a predetermined value, the opening degree of the valve is changed and the rotational speed of the rotor is controlled so that the pressure matches the target value again. 3. The vacuum evacuation device according to any one of 3 .
前記所定値は、前記ロータの回転中に、前記バルブの開度、前記被排気室の内部に導入され前記真空ポンプによって排気されるガスの種類および量のいずれか少なくとも一つに応じて、変更されることを特徴とする請求項1または2に記載の真空排気装置。 The predetermined value is changed during rotation of the rotor depending on at least one of the opening degree of the valve and the type and amount of gas introduced into the evacuated chamber and evacuated by the vacuum pump. The evacuation device according to claim 1 or 2 , characterized in that: バルブと、
被排気室の内部の圧力を目標値と一致するように制御する制御装置とを備えた真空排気装置に用いられる真空ポンプであって、
回転することによって前記被排気室の内部を排気するロータと、前記バルブを前記被排気室の排気口との間に配置させる吸気口を有するケーシングとを備え、
前記制御装置は、前記目標値と前記圧力の差の絶対値が所定値より大きいときには、前記ロータの回転速度が一定となるように制御するとともに前記バルブの開度を調整し、前記差の絶対値が前記所定値より小さいときには、前記バルブの開度が一定となるように制御するとともに前記ロータの回転速度を調整することにより、前記圧力を制御することを特徴とする真空ポンプ。
valve and
A vacuum pump used in a vacuum evacuation device, comprising a control device that controls the internal pressure of an evacuated chamber to match a target value,
comprising a rotor that rotates to exhaust the inside of the chamber to be exhausted, and a casing having an intake port for disposing the valve between the exhaust port and the exhaust port of the chamber to be exhausted,
When the absolute value of the difference between the target value and the pressure is larger than a predetermined value, the control device controls the rotational speed of the rotor to be constant and adjusts the opening degree of the valve , so that the absolute value of the difference is greater than a predetermined value. When the value is smaller than the predetermined value, the pressure is controlled by controlling the opening degree of the valve to be constant and adjusting the rotational speed of the rotor .
バルブと、
被排気室の内部の圧力を目標値と一致するように制御する制御装置とを備えた真空排気装置に用いられる真空ポンプであって、
回転することによって前記被排気室の内部を排気するロータと、前記バルブを前記被排気室の排気口との間に配置させる吸気口を有するケーシングとを備え、
前記制御装置は、前記目標値と前記圧力の差の絶対値が所定値より大きいときには、下記式(1)で表される伝達関数GVのゲインを大きくして前記バルブの開度を調整し、前記差の絶対値が前記所定値より小さいときには、下記式(2)で表される伝達関数GMのゲインを大きくして前記ロータの回転速度を調整することにより、前記圧力を制御することを特徴とする真空ポンプ。
V=OV/δP ・・・(1)
M=ΩM/δP ・・・(2)
ただし、上記式(1)において、OVは、前記バルブの開度の初期値を0としたラプラス変換であり、上記式(2)において、ΩMは、前記ロータの回転速度の初期値を0としたラプラス変換であり、上記式(1)および(2)において、δPは、前記差の初期値を0としたラプラス変換である。
valve and
A vacuum pump used in a vacuum evacuation device, comprising a control device that controls the internal pressure of an evacuated chamber to match a target value,
comprising a rotor that rotates to exhaust the inside of the chamber to be exhausted, and a casing having an intake port for disposing the valve between the exhaust port and the exhaust port of the chamber to be exhausted,
When the absolute value of the difference between the target value and the pressure is larger than a predetermined value , the control device increases the gain of the transfer function G V expressed by the following formula (1) to adjust the opening degree of the valve. , when the absolute value of the difference is smaller than the predetermined value, the pressure is controlled by increasing the gain of the transfer function G M expressed by the following equation (2) and adjusting the rotational speed of the rotor. A vacuum pump featuring:
G V = O V / δ P ... (1)
G MMP ...(2)
However, in the above equation (1), O V is the Laplace transform with the initial value of the opening degree of the valve being 0, and in the above equation (2), Ω M is the initial value of the rotation speed of the rotor. In the above equations (1) and (2), δ P is a Laplace transform where the initial value of the difference is set to 0.
前記制御装置は、前記差の絶対値が前記所定値より大きいときには、前記伝達関数GMのゲインを小さくし、前記差の絶対値が前記所定値より小さいときには、前記伝達関数GVのゲインを小さくすることを特徴とする請求項に記載の真空ポンプ。 The control device reduces the gain of the transfer function G M when the absolute value of the difference is larger than the predetermined value, and reduces the gain of the transfer function G V when the absolute value of the difference is smaller than the predetermined value. The vacuum pump according to claim 7 , characterized in that the vacuum pump is made small. 前記ロータを浮上支持する磁気軸受を備え、
前記制御装置は、前記圧力が前記目標値と一致するときに、前記ロータの回転速度が前記ロータの変位の固有振動数に一致する場合、もしくは該回転速度と該固有振動数の差の絶対値が所定値以下である場合には、前記バルブの開度を変更し、再度、前記圧力が前記目標値と一致するように、前記ロータの回転速度を制御することを特徴とする請求項からのいずれか1項に記載の真空ポンプ。
comprising a magnetic bearing that levitates and supports the rotor;
When the pressure matches the target value, the rotational speed of the rotor matches the natural frequency of the displacement of the rotor, or the absolute value of the difference between the rotational speed and the natural frequency If is below a predetermined value, the opening degree of the valve is changed and the rotational speed of the rotor is controlled so that the pressure matches the target value again . 8. The vacuum pump according to any one of 8 .
前記所定値は、前記ロータの回転中に、前記バルブの開度、前記被排気室の内部に導入され前記真空ポンプによって排気されるガスの種類および量のいずれか少なくとも一つに応じて、変更されることを特徴とする請求項6または7に記載の真空ポンプ。 The predetermined value is changed during rotation of the rotor depending on at least one of the opening degree of the valve and the type and amount of gas introduced into the evacuated chamber and evacuated by the vacuum pump. The vacuum pump according to claim 6 or 7 , characterized in that:
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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