JPH02204697A

JPH02204697A - ターボ分子ポンプ装置

Info

Publication number: JPH02204697A
Application number: JP2296689A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Kunishima; 国島　重男; Shinzo Inoue; 井上　新造; Kiyoshi Narita; 潔成田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1989-01-31
Filing date: 1989-01-31
Publication date: 1990-08-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、超高真空を利用する各種の分野に広く適用可
能なターボ分子ポンプ装置（こ関するものである。

［従来の技術］ターボ分子ポンプ（以下、ＴＭＰと略称する）は、超高
真空の達成手段として、加速器を用いた核融合分野を始
め、ＣＶＤやスパッタリングに代表される半導体製造装
置分野、大形分析機器分野等に広く利用されている。従
来のＴＭＰがロータをベアリングによって軸支されてい
たのに対し、近時のＴＭＰは、回転の高速化とオイルフ
リーとを達成するために、ベアリングに代えて第６図に
示すように磁気軸受１０１．１０２．１０３を採用し、
ロータ１０４を非接触に軸支し得るようになっている。

１０１．１０２は能動形のラジアル磁気軸受、１０３は
能動形のスラスト磁気軸受である。これらの軸受１０１
〜１０３を制御するために、各々の軸受近傍に変位セン
サ１０１ａ、１０２ａ１１０３ａを配置して軸受間の微
少隙間を検出し、その検出値を第７図に示すような軸受
制御部１０４に入力するようにしている。軸受制御部１
０４では、変位センサ１０１ａ〜１０３ａから入力され
た検出値をアンプ１０４ａで増幅し、コントローラ１０
４ｂで差動的な修正信号にして、ドライバ１０４Ｃを介
し各磁気軸受１０１〜１０３の電磁石に駆動電圧を印加
できるようになっている。

また、高周波モータ１１１を駆動するために、発振周波
数と出力電圧とを可変し得るインバータ１０５を備えて
おり、ＯＲ回路１０６とともにシーケンス制御系を構成
している。そして、このインバータ１０５に起動指令が
入力されることによってＴＭＰｌｏｏを立上げ、ＯＲ回
路１０６に停止指令が入力されることによってＴＭＰ　
１００に制動を加えることができるようになっている。

ところで、この種ＴＭＰで最も注意を払うべき点は、軸
の振れ回りが過大になった時にロータ１０４がステータ
側に固体接触して軸受が破損する事態（タッチダウン破
壊）を回避することにある。

このため、変位センサ１０１ａ〜１０３ａの検出値をコ
ンパレータ１０７で設定値と比較させ、軸受制御電圧が
一定時間に亘ってその設定値を上回ったときに異常処理
回路１０８を停止モードに切換えるようにしている。異
常処理回路１０８は、停止モードで異常表示灯１０９を
点灯させると同時に、前記ＯＲ回路１０６に停止指令を
入力する。

また、他の保護機能としては、ＴＭＰ　１００内に設置
したサーマルプロテクタ１１０が温度異常を検出した場
合、或いは、インバータ１０５にＦ／Ｖ変換器１１２を
介して接続されているコンパレータ１１３がタイマ１１
４によって設定した一定の立上り時間後にインバータ発
振周波数の異常を検出した場合に、それぞれ前記異常処
理回路１゜８を停止モードに切換え得るようになってい
る。

［発明が解決しようとする課題］ところが、従来のＴＭＰでは、異常が生じて運転が停止
されても、異常の原因を究明することが非常に難しいと
いう問題を抱えている。例えば、タッチダウン破壊によ
ってＴＭＰが停止した場合でも、単に分解して損傷の状
況を見ただけでは、外部衝撃が加わったのか、ロータに
剛性低下を来たして荷重分布がアンバランスになったの
か、大気突入があったのか、制御線が断線したのか等を
容易に特定することはできない。ましてや、保護機能が
働いてＴＭＰを早期に停止することができたときには、
損傷の痕跡もないため、状況把握はより一層困難になる
。したがって、ＴＭＰに異常が生じた場合は、総点検し
て徹底的に解明するか、或いは簡単な点検で異常が見当
らなければ良しとするか、何れかの立場を採るしかない
。しかし、総点検をすれば多大な労力が必要になるし、
簡単な点検で済ませれば同じ事故を再発する恐れが高く
なる。したがって、このような不都合を解消するために
は、異常があった時にＴＭＰを容易に点検できるように
しておくことが不可欠となる。

本発明は、このような着眼点に立ってなされたもので、
運転状態を定食的に監視できるような機能を付加するこ
とによって、異常箇所の究明を簡単かつ明確化し、これ
によりＴＭＰの信頼性を向上させることを目的としてい
る。

［課題を解決するための手段］本発明は、かかる目的を達成するために、次のような構
成を採用したものである。

すなわち、本発明のＴＭＰ装置は、第１図に示すように
、ＴＭＰｌの軸変位を測定しそれをスペクトル解析する
ことによって振動成分を検出する振動検出手段２と、前
記ＴＭＰ１の軸回転数を検出する回転数検出手段３と、
該ＴＭＰ１の内部圧力を検出する圧力検出手段４と、少
なくともこれらの検出手段から取出される検出値を時間
情報とともに記憶し得る記憶手段５とを具備してなるこ
とを特徴としている。

［作用］軸変位は、実回転数に等しい周波数の基本振動成分と、
その整数倍である高調波振動成分と、場合によってはそ
れらとは異なる周波数域に現れる振動成分との合成によ
って生じるもので、個々の振動成分はそれぞれ何等かの
内的又は外的要因と深い因果関係にあることが多い。例
えば、荷重分布のアンバランスは基本振動と一部の高調
波振動を増幅させ、外部衝撃や大気突入は低周波数域に
新たな振動を生じさせる傾向がある。しかして、本装置
の記憶手段には軸変位をスペクトル解析することによっ
て得られたそれらの検出値がデータとして残されるので
、これを取出すことによって異常の原因を究明する手掛
かりにすることができる。

また、これだけでは原因を特定できない場合にも、本発
明によって得た回転数と圧力に関するデータから原因を
絞ることもできる。例えば、外部衝撃と大気突入とは何
れも低周波数域に新たな振動を生じさせるが、前者では
回転数や圧力に殆ど影響が現れないのに対して、後者で
はそれらが著しく変化する。また、制御線が断線しても
大気突入の場合と同様に低周波数域に影響が現れるが、
前者は後者と違って圧力変動が小さいので識別可能であ
る。

このように、少なくともここに挙げた振動成分、回転数
及び圧力の３つのデータを検出し、それを時間情報とと
もに記憶しておけば、異常が生じたときにこれらのデー
タを取出して経時的に検証することができるので、ＴＭ
Ｐに特有の内的要因は勿論のこと、操作ミス等の外的要
因も比較的容易に推察できるようになる。

［実施例］以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第２図は、本実施例の磁気軸受ＴＭＰ装置を示している
。同図において、軸受制御部１１によって駆動される磁
気軸受１２と、該軸受１２の微少隙間を検出する変位セ
ンサ１３と、モータ駆動部１４によって駆動される高周
波モータ１５とがＴＭＰｌ内に一体に組込まれている点
は、第７図に示した従来のものと同様である。また、Ｔ
ＭＰ　ｌ内の回転数と温度を検出するために回転センサ
１６と温度センサ１８が内設してあり、その他に、内部
圧力を測定する圧力センサ１７を設けている。

具体的に説明すると、軸受制御部１１では、変位センサ
１３から取出された検出値をアンプ１１ａで増幅し、こ
れをコントローラｌｌｂで差動的な修正信号にして、ド
ライバｌｌｃを介し磁気軸受１２を構成する電磁石に駆
動電圧を印加できるようになっている。このような構成
は、能動５軸についてそれぞれ設けである。また、モー
タ駆動部１４は、発振周波数と出力電圧とを可変し得る
インバータ１４ａとＯＲ回路１４ｂとによってシーケン
ス制御系を構成しており、外部から起動指令が入力され
るとＴＭＰｌを立上げ、ＯＲ回路１４ｂに停止指令が入
力されるとＴＭＰｌに制動を加えることができるように
なっている。停止指令は、入力操作か、後述する異常処
理回路２４の信号かの何れかによって与えられる。

また、データ処理部２０は、前処理回路２１と、Ａ／Ｄ
変換器２２と、カウンタ２３とを備えており、前述した
変位センサ１３の検出値を前処理回路２１を介してＡ／
Ｄ変換器２２に入力するとともに、温度センサ１８及び
圧力センサ１７の検出値を直接Ａ／Ｄ変換器２２に入力
するようにしている。すなわち、圧力センサ１７とＡ／
Ｄ変換器２２とが本発明の圧力検出手段をなしている。

また、前処理回路２１は、変位センサ１３からの検出値
を２種類の周波数域にスペクトル解析するＢＰＦ（バン
ドパスフィルタ）２１ａ、２１ｂと、それらのフィルタ
２１ａ、２１ｂに連接されたピークホールド回路２１ｃ
、２１ｄとからなり、画周波数域の振幅に比例した電圧
がＡ／Ｄ変換器２２に入力される。すなわち、変位セン
サ１３、アンプ１１ａ及びデータ処理部２０で本発明の
振動検出手段を構成している。また、回転センサ１６の
検出値はインバータ１４ａの発振周波数とともにカウン
タ２３に入力されるようにしてあり、これらが本発明の
回転数検出手段をなしている。なお、異常処理回路２４
では、アンプｌｌａの出力端に接続したコンパレータ１
１ｄから軸受制御電圧が設定値を越えたときに信号を受
取り、その状態が予め設定した時間続いたときに、異常
表示灯２５を点灯させ、同時に前記ＯＲ回路１４ｂに停
止指令を出力し得るようになっている。

さらに、前述したＡ／Ｄ変換器２２の出力を、カウンタ
２３の出力とともに外股のマイクロコンピュータ２６に
入力するようにしている。このマイクロコンピュータ２
６は、ＣＰＵ２６ａ、ＲＯＭ２６ｂ、ＲＡＭ２６ｃＳＩ
ＮＴＥＲＦＡＣＥ２６ｄを備えた周知のもので、ＲＯＭ
２６ｂ内にはＣＰＵ２６ａを制御するプログラムが書込
まれている。また、本発明の記憶手段であるＲＡＭ２６
Ｃ内には、短期データエリアと異常データエリアとが確
保されている。そして、ＣＰＵ２６ａは、ＲＯＭ２６ｂ
内のプログラムに従ってＡ／Ｄ変換器２２及びカウンタ
２３から取込んだデータを逐次処理するとともに、必要
に応じてカレンダタイマ２７から時間情報として日時デ
ータを読込むことができ、或いは、プリンタ２８を作動
させてＲＡＭ２６ｃ内のデータをハードコピーすること
ができるようになっている。

ＲＯＭ２６ｂ内に書込まれたプログラムをフローチャー
トで示すと、第３図のようになる。以下、同図に沿って
本実施例の作動を説明する。プログラムがスタートする
と、先ず、ステップＳ１で各種データを取込み、次のス
テップＳ２でそれらを短期データエリアに格納し、デー
タ数がメモリ容量を越えていれば最古データを破棄する
。次に、ステップＳ３で異常処理回路２４が停止モード
になっていないかどうかを判断し、異常がなければスタ
ートに戻って、一定時間後にプログラムを再開する。ま
た、異常が生じていれば、次のステップＳ４で異常処理
回路２４によって表示灯点灯と停止指令発信とが行われ
る。しかる後、ステップＳ、でカレンダタイマ２７から
日付や時刻などの時間情報を読込み、ステップＳ６で短
期データエリアに記憶されているデータとともにＲＡＭ
２６Ｃ内の異常データエリアにロードする。そして、そ
の時プリント指定がしであるかどうかをステップＳ７で
判断し、指定があればステップＳ８でそれらを印字して
プログラムを終わる。また、指定がなければそのままプ
ログラムを終わる。

第４図は、具体的な例として、軸振動の解析結果を前記
プログラムによってプリンタにプロットさせたものであ
る。同図中（ａ）は正常なときを示し、（ｂ）は外部衝
撃があったとき、（Ｃ）はアンバランスが生じたとき、
（ｄ）は制御係数が不適切であるときをそれぞれ示して
いる。これらの図より明らかなように、特徴的な点とし
て挙げられるのは、正常な時は基本回転数ｆ。とその高
調波２ｆｏ、３ｆｏ１・・・とがＴＭＰ本来の振動成分
としであるが、（ｂ）では低周波数域において本来在る
べきでないところに振動が連続して発生している。また
、（Ｃ）では周波数ｆｏ、３ｆ。

の振動が増幅され、（ｄ）ではｆ。と２ｆｏとの間に新
たな振動成分が認められる。したがって、異常発生時の
データがこれらの特性（ｂ）〜（ｄ）の何れかに類似し
ていれば、該当する異常原因の可能性が最も高いと考え
ることができ、（ｂ）ではバルブなど流体系路の点検を
優先して行い、（Ｃ）ではロータの変形度などを優先し
てチエ・ツクし、（ｄ）ではインバータの設定ミスなど
を優先して確認すればよい。これによって、比較的容易
に異常原因を突き止めることが可能となる。

また、第５図は振動数の検出データに圧力や回転数、温
度等の検出データを組合わせることによって明かされる
原因が併記しである。例えば、外部衝撃では主として低
周波数域の軸振動に異常が生じ、ロータの剛性劣化やア
ンバランスでは主として高周波数域の軸振動に異常が生
じ、大気突入では主として低周波数域の軸振動、ポンプ
内圧力および回転数に異常が生じ、制御線断線では主と
して低周波数域の軸振動と回転数に異常が生じる。

したがって、振動だけからは原因を特定できない場合に
も、圧力や回転数などのデータを参考にすることによっ
て、それらを互いに明確に識別することが可能となる。

以上のように、本実施例のＴＭＰ装置は、異常が生じた
後に事故の瞬間とその直前の状況を定量的に検証するこ
とができるので、従来に比して原因の特定が容易となる
。しかも、これらのデータは時間情報とともに経時的に
残されているので、事故に至った原因を解析するときに
より好都合である。したがって、確実な修理で再発を防
止することができ、ＴＭＰの信頼性を向上させることが
可能となる。

なお、異常発生時にプリンタで印字する際に、第３図中
破線で示すように、原因を分析して処置対策を行わせる
ようにすることも有効である。また、ＴＭＰを並列運転
するときは、このような装置にそれらを集中管理させる
こともできる。その他、各部の構成なども、本発明の趣
旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

［発明の効果］本発明のＴＭＰ装置は、以上のような構成によって振動
成分、回転数、圧力の基本データを得ることができるの
で、これらのデータの組合せでＴＭＰに特有な異常発生
原因を容易に推察することが可能となる。これにより、
修理が確実となって、ＴＭＰの信頼性向上も果たされる
ことになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＴＭＰ装置を示す構成説明図である。また、第２〜第５図は本発明の一実施例を示し、第２図
は回路図、第３図はフローチャート図、第４図（ａ）〜
（ｄ）はそれぞれ振動特性の例を示すグラフ、第５図は
分析例を示す説明図である。さらに、第６図および第７
図は従来例を示し、第６図はＴＭＰの縦断面図、第７図
は第２図に対応する回路図である。１・・・ＴＭＰ２・・・振動検出手段３・・・回転数検出手段４・・・圧力検出手段５・・・記憶手段

Claims

【特許請求の範囲】

ターボ分子ポンプの軸変位を測定しそれをスペクトル解
析することによって振動成分を検出する振動検出手段と
、前記ポンプの軸回転数を検出する回転数検出手段と、
該ポンプの内部圧力を検出する圧力検出手段と、少なく
ともこれらの検出手段から取出される検出値を時間情報
とともに記憶し得る記憶手段とを具備してなることを特
徴とするターボ分子ポンプ装置。