KR101548842B1

KR101548842B1 - 진공 펌프, 진공 배기 장치 및 진공 펌프의 운전 방법

Info

Publication number: KR101548842B1
Application number: KR1020137021527A
Authority: KR
Inventors: 카즈야 미야타; 유사쿠 타나베; 슈스케 우에하라
Original assignee: 울박 키코 인코포레이션
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2015-08-31
Also published as: TW201237272A; WO2012124277A1; TWI516677B; DE112012001192T5; CN103502650B; KR20130114732A; JP5684894B2; DE112012001192B4; CN103502650A; US20130343912A1; JPWO2012124277A1

Abstract

탈조를 일으키게 하는 일 없이 안정한 배기 동작을 실현할 수 있는 진공 펌프, 진공 배기 장치 및 진공 펌프의 운전 방법을 제공한다.
로터(21, 22)와 구동 모터(35)와 구동 모터의 회전력을 로터에 제1의 역치(Th1) 이하의 회전 토크로 전달하도록 구성된 마그넷 커플링(50)을 포함한 진공 펌프의 운전 방법이며, 구동 모터(35)의 부하 토크를 검출하는 공정을 포함해, 상기 부하 토크가 제1의 역치(Th1)보다 작은 제2의 역치(Th2) 이하인 때는, 구동 모터(35)의 회전 수를 증가시키고, 상기 부하 토크가 제2의 역치(Th2)를 초과하고 제 1의 역치(Th1) 이하인 때는, 구동 모터(35)의 회전 수를 감소시킨다.

Description

진공 펌프, 진공 배기 장치 및 진공 펌프의 운전 방법{VACUUM PUMP, VACUUM EXHAUST DEVICE, AND METHOD FOR OPERATING VACUUM PUMP}

본 발명은, 구동력의 전달에 마그넷 커플링(magnet coupling)이 이용되는 진공 펌프, 진공 배기 장치 및 진공 펌프의 운전 방법에 관한 것이다.

메카니컬 부스터 펌프(mechanical booster pump)는, 케이싱 안에 배치된 두 개의 고치형 로터를 서로 반대 방향에 동기 회전시키는 것으로 흡기구로부터 배기구에 기체를 이송하는, 용적 이송형의 진공 펌프이다. 메카니컬 부스터 펌프는, 양 로터 사이 및 각 로터와 케이싱과의 사이의 접촉이 없기 때문에, 기계적 손실이 매우 적고, 예를 들면 기름 회전 진공 펌프와 같은 마찰 에너지 손실이 큰 진공 펌프에 비해, 구동에 필요로 하는 에너지를 줄일 수 있는 이점을 가진다.

메카니컬 부스터 펌프는, 양 로터를 수용하는 펌프실 내에 있어서 윤활유를 필요로 하지 않기 때문에 기름에 의한 진공의 오염이 적다. 한편, 펌프의 운전상, 양 로터의 회전 위상이나 각 로터의 축의 중심을 항상 정확하게 유지하기 위해, 각 로터를 동기 회전시키기 위한 기어, 각 로터의 회전축을 지지하는 베어링 등에 대해서 윤활이 필요하다. 이 때문에, 상기 기어를 수용하는 기어실에 윤활유를 모아 두어 운전시에 각 부분의 윤활을 하도록 했다.

그런데, 배기구의 압력의 상승에 의해 케이싱으로부터 모터를 수용하는 모터실으로 공기 누락이나 축실의 오일누출이 생길 우려가 있다. 이러한 문제는, 펌프의 구동 초기, 특히 진공 챔버를 대기압으로부터 진공 배기하는 경우에 일어나기 쉽다. 거기서, 케이싱 내부와 모터실과의 사이를 구획해, 모터와 로터를 마그넷 커플링에 의해 결합하는 것으로, 케이싱 내부와 모터실과의 기밀성을 확보한 진공 펌프가 알려져 있다(예를 들면 아래와 같이 특허 문헌 1 참조).

특개평 6－185483호 공보

그렇지만, 마그넷 커플링 구조를 가지는 메카니컬 부스터 펌프에 있어서는, 모터의 부하 토크가 과대하게 되면, 모터와 로터와의 자기적 결합이 해제되는 현상(탈조)이 생긴다. 탈조가 생기면, 이미 적정한 펌프 동작은 불가능하기 때문에, 펌프의 동작을 일단 정지시킨 후, 다시 기동시킬 필요가 있다. 따라서, 탈조가 반복해 발생하면, 피 배기계의 배기 조작에 다대한 시간을 필요로 하게 된다.

이상과 같은 사정에 비추어, 본 발명의 목적은, 탈조를 생기게 하는 일 없이 안정한 배기 동작을 실현할 수 있는 진공 펌프, 진공 배기 장치 및 진공 펌프의 운전 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 형태에 따른 진공 펌프는, 펌프부와, 구동부와, 마그넷 커플링과, 콘트롤러를 구비한다.

상기 펌프부는, 흡기구와 배기구를 가지는 펌프실과, 상기 펌프실에 배치되어 상기 흡기구로부터 상기 배기구에 기체를 이송하는 로터를 포함한다.

상기 구동부는, 상기 펌프실에 인접하는 모터실과, 상기 모터실에 배치되어 상기 로터를 회전시키는 구동 모터를 포함한다.

상기 마그넷 커플링은, 구획 부재와, 제1의 자석과, 제2의 자석을 포함한다. 상기 구획 부재는, 상기 펌프실과 상기 모터실을 기밀하게 구획한다. 상기 제 1의 자석은, 상기 로터에 장착된다. 상기 제 2의 자석은, 상기 구동 모터에 장착되어, 상기 구획 부재를 사이에 두고 상기 제 1의 자석과 자성적으로 결합한다. 상기 마그넷 커플링은, 상기 구동 모터의 회전력을 상기 로터에 제1의 역치 이하의 회전 토크로 전달하도록 구성된다.

상기 콘트롤러는, 검출부와, 회전 제어부를 포함한다. 상기 검출부는, 상기 구동 모터의 부하 토크를 검출한다. 상기 회전 제어부는, 상기 구동 모터의 회전 수를 제어한다. 상기 콘트롤러는, 상기 부하 토크가 상기 제 1의 역치보다 작은 제2의 역치 이하인 때는 상기 구동 모터의 회전 수를 증가시키고, 상기 부하 토크가 상기 제 2의 역치를 초과하고 상기 제 1의 역치 이하인 때는 상기 구동 모터의 회전 수를 감소시킨다.

본 발명의 일 형태에 따른 진공 배기 장치는, 제1의 진공 펌프와, 제2의 진공 펌프와, 콘트롤러를 구비한다.

상기 제 1의 진공 펌프는, 펌프실과, 로터와, 구동 모터와, 마그넷 커플링을 포함한다. 상기 펌프실은, 흡기구 및 배기구를 가진다. 상기 로터는, 상기 펌프실 내에 배치되어 상기 흡기구로부터 상기 배기구로 기체를 이송한다. 상기 마그넷 커플링은, 상기 구동 모터의 회전력을 상기 로터에 제1의 역치 이하의 회전 토크로 전달하도록 구성된다.

상기 제 2의 진공 펌프는, 상기 배기구에 이송된 기체를 배기한다.

본 발명의 일 형태에 따른 진공 펌프의 운전 방법은, 로터와, 구동 모터와, 상기 구동 모터의 회전력을 상기 로터에 제1의 역치 이하의 회전 토크로 전달하도록 구성된 마그넷 커플링을 포함한 진공 펌프의 운전 방법이다.

상기 운전 방법은, 상기 모터의 부하 토크를 검출하는 것을 포함한다.

상기 부하 토크가 상기 제 1의 역치보다 작은 제2의 역치 이하인 때는, 상기 구동 모터의 회전 수가 증가된다.

상기 부하 토크가 상기 제 2의 역치를 초과하고 상기 제 1의 역치 이하인 때는, 상기 구동 모터의 회전 수가 감소된다.

본 발명에 따른 진공 펌프는, 구동 모터의 부하 토크에 제1및 제2의 역치를 설정하고, 검출된 부하 토크의 크기에 따라 구동 모터의 회전 수를 제어하는 것으로, 마그넷 커플링의 탈조를 일으키게 하는 일 없이 안정한 배기 동작을 실현하도록 하고 있다. 이것에 의해 예를 들면 대기압으로부터 소정의 감압 분위기까지 안정한 배기 동작을 실현할 수 있다.

검출된 부하 토크가 제1의 역치를 넘었을 때, 마그넷 커플링은 탈조할 가능성이 높다. 거기서 상기 진공 펌프에 있어서는, 구동 모터의 부하 토크가 제1의 역치를 넘었을 때는, 구동 모터의 여자(勵磁)를 차단해 관성으로 회전시키는 프리런의 상태로 한다. 이것에 의해 마그넷 커플링의 탈조 상태를 조기에 해소할 수 있다.

본 발명에 따른 진공 배기 장치에 있어서, 제2의 진공 펌프는, 제1의 진공 펌프의 배압을 배기하는 보조 펌프로서의 기능을 가진다. 전형적으로는, 제2의 진공 펌프의 배기량은, 제1의 진공 펌프의 배기량보다 작다. 거기서 제1의 진공 펌프는, 구동 모터의 부하 토크에 제1및 제2의 역치를 설정하고, 검출된 부하 토크의 크기에 따라 구동 모터의 회전 수를 제어한다. 이것에 의해 마그넷 커플링의 탈조를 일으키게 하는 일 없이 안정한 배기 동작을 실현할 수 있다.

본 발명에 따른 진공 펌프의 운전 방법에 있어서는, 구동 모터의 부하 토크에 제1및 제2의 역치가 설정되고, 검출된 부하 토크의 크기에 따라 구동 모터의 회전 수가 제어된다. 이것에 의해 마그넷 커플링의 탈조를 일으키게 하는 일 없이 안정한 배기 동작을 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 진공 배기 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 진공 펌프의 개략 단면도이다.
도 3은 상기 진공 펌프의 펌프부의 상세를 나타내는 단면도이다.
도 4는 상기 진공 펌프의 운전 방법을 설명하는 플로차트이다.
도 5는 상기 진공 펌프의 부하 토크 및 모터 회전 수의 관계를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 6은 상기 진공 펌프의 회전 수 변화, 흡기측 압력 및 배기측 압력의 시간 변화를 도시한 일 실험결과이다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 진공 펌프는, 펌프부와, 구동부와, 마그넷 커플링과, 콘트롤러를 구비한다.

상기 펌프부는, 흡기구와 배기구를 가지는 펌프실과, 상기 펌프실에 배치되어, 상기 흡기구로부터 상기 배기구로 기체를 이송하는 로터를 포함한다.

상기 마그넷 커플링은, 구획 부재와, 제1의 자석과, 제2의 자석을 포함한다. 상기 구획 부재는, 상기 펌프실과 상기 모터실을 기밀하게 구획한다. 상기 제 1의 자석은, 상기 로터에 장착된다. 상기 제 2의 자석은, 상기 구동 모터에 장착되어, 상기 구획 부재를 사이에 두고 상기 제 1의 자석과 자기적으로 결합한다. 상기 마그넷 커플링은, 상기 구동 모터의 회전력을 상기 로터에 제1의 역치 이하의 회전 토크로 전달하도록 구성된다.

상기 콘트롤러는, 검출부와 회전 제어부를 포함한다. 상기 검출부는, 상기 구동 모터의 부하 토크를 검출한다. 상기 회전 제어부는, 상기 구동 모터의 회전 수를 제어한다. 상기 콘트롤러는, 상기 부하 토크가 상기 제 1의 역치보다 작은 제2의 역치 이하인 때는 상기 구동 모터의 회전 수를 증가시키고, 상기 부하 토크가 상기 제 2의 역치를 초과하고 상기 제 1의 역치 이하인 때는 상기 구동 모터의 회전 수를 감소시킨다.

상기 진공 펌프에 있어서, 구동 모터는, 제1의 역치 이하의 회전 토크로 로터에 회전력을 전달시킨다. 제1의 역치는, 마그넷 커플링이 탈조하는 일 없이 구동 모터와 로터를 동기 회전시킬 수 있는 회전 토크에 상응한다. 마그넷 커플링의 탈조는, 로터의 회전 부하가 구동 모터의 회전 부하를 상회하는 것에서 발생하고, 예를 들면, 펌프의 구동 초기시에 배기구의 압력(배압)이 과도하게 상승했을 때에 일어나기 쉽다. 상기 진공 펌프는, 구동 모터의 부하 토크에 제1및 제2의 역치를 설정하고, 검출된 부하 토크의 크기에 따라 구동 모터의 회전 수를 제어하는 것으로, 마그넷 커플링의 탈조를 일으키게 하는 일 없이 안정한 배기 동작을 실현하도록 하고 있다. 이것에 의해 예를 들면 대기압으로부터 소정의 감압 분위기까지 안정한 배기 동작을 실현할 수 있다.

상기 콘트롤러는, 상기 부하 토크가 상기 제 1의 역치를 넘었을 때는 상기 구동 모터를 프리런(free-run)의 상태라고 해도 좋다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 진공 배기 장치는, 제1의 진공 펌프와, 제2의 진공 펌프와, 콘트롤러를 구비한다.

상기 진공 배기 장치에 있어서, 제2의 진공 펌프는, 제1의 진공 펌프의 배압을 배기하는 보조 펌프로서의 기능을 가진다. 전형적으로는, 제2의 진공 펌프의 배기량은, 제1의 진공 펌프의 배기량보다 작다. 거기서 제1의 진공 펌프는, 구동 모터의 부하 토크에 제1및 제2의 역치를 설정하고, 검출된 부하 토크의 크기에 따라 구동 모터의 회전 수를 제어한다. 이것에 의해 마그넷 커플링의 탈조를 일으키게 하는 일 없이 안정한 배기 동작을 실현할 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 진공 펌프의 운전 방법은, 로터와, 구동 모터와, 상기 구동 모터의 회전력을 상기 로터에 제1의 역치 이하의 회전 토크로 전달하도록 구성된 마그넷 커플링을 포함한 진공 펌프의 운전 방법이다.

상기 진공 펌프의 운전 방법에 있어서는, 구동 모터의 부하 토크에 제1및 제2의 역치가 설정되고, 검출된 부하 토크의 크기에 따라 구동 모터의 회전 수가 제어된다. 이것에 의해 마그넷 커플링의 탈조를 일으키게 하는 일 없이 안정한 배기 동작을 실현할 수 있다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태를 설명한다.

도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 진공 배기 장치를 나타내는 개략 구성도이다. 본 실시 형태의 진공 배기 장치(10)는, 제1의 진공 펌프(1)와, 제2의 진공 펌프(11)를 가진다.

제1의 진공 펌프(1)의 흡기구는, 진공 밸브(V)를 사이에 두고 챔버(C)에 접속되고, 제1의 진공 펌프(1)의 배기구는, 제2의 진공 펌프(11)의 흡기구에 접속되고 있다. 제1의 진공 펌프(1)는, 챔버(C)의 내부 공간을 배기하는 메인 펌프로서 기능하고, 본 실시 형태에서는 메카니컬 부스터 펌프로 구성되어 있다. 한편, 제2의 진공 펌프(11)는, 제1의 진공 펌프(1)의 배압을 배기하는 보조 펌프로서 기능한다. 제2의 진공 펌프(11)의 종류는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 로터리 펌프(rotary pump)가 이용되지만, 이외에도, 다이어프램 펌프(diaphragm pump)나 스크롤 펌프(scroll pump) 등의 건식 진공 펌프가 이용되어도 괜찮다.

다음에, 제1의 진공 펌프(1)의 상세한 내용을 설명한다.

도 2는, 제1의 진공 펌프(1)를 나타내는 개략 단면도이다. 도 3은, 펌프부의 내부 구성을 나타내는 단면도이다. 각 도면에 있어서 X축 방향 및 Y축 방향은 서로 직교하는 수평방향을 각각 나타내고, Z축 방향은 이것들에 직교하는 연직 방향(중력 방향)을 나타내고 있다.

제1의 진공 펌프(1)는, 1단의 메카니컬 부스터 펌프로 구성되어 있다. 제1의 진공 펌프(1)는, 펌프부(2)와, 구동부(3)와, 회전 전달부(4)를 가진다.

펌프부(2)는, 펌프실(23)을 형성하는 제1의 케이싱(20)을 가진다. 제1의 케이싱(20)은, 도시하지 않은 진공 챔버에 연결하여 이어주는(연락(連絡)하는) 흡기구(201)와, 후단의 펌프 장치(예를 들면 로터리 펌프)에 연락하는 배기구(202)를 가진다. 흡기구(201) 및 배기구(202)는 각각 펌프실(23)으로 연통하고 있다. 펌프실(23)은, 제1의 케이싱(20)과, 제1의 케이싱(20)의 양측으로 기밀하게 장착된 격벽(24, 25)에 의해서 획정된다.

펌프부(2)는, 한 벌의 로터(21, 22)를 가진다. 로터(21, 22)는, Y축 방향으로 평행하게 연장되는 회전축(210, 220)을 각각 가진다. 로터(21, 22)는 고치(?)형의 단면을 가져, 도 3에 나타나듯이 서로 근접 배치되어 펌프실(23)에 수용되고 있다. 이들 로터(21, 22)의 사이, 로터(21, 22)와 제1의 케이싱(20)과의 사이, 및 로터(21, 22)와 격벽(24, 25)과의 사이에는, 각각 약간의 틈새(예를 들면 0.02~0.04mm정도)가 유지되고 있다.

회전축(210, 220)은 격벽(24, 25)을 각각 관통하고 있어, 회전축(210, 220)의 일방의 단부는, 구동부(3) 내의 모터실(33)에 위치하고 있다. 그리고, 회전축(210, 220)의 타방의 단부는, 회전 전달부(4) 내의 기어실(43)에 위치하고 있다.

구동부(3)은, 격벽(24)에 기밀하게 장착된 제2의 케이싱(30)을 가져, 모터실(33)은 제2의 케이싱(30)의 내부에 형성된다. 격벽(24)의 모터실(33) 측에는 회전축(210, 220)을 회전 가능하게 지지하는 베어링(31) 및 축 실링부재(32)가 각각 설치되어 있다.

모터실(33)은, 제1의 탈기(脫氣) 통로(P1)를 사이에 두고 펌프실(23)과 연통하고 있다. 이것에 의해 모터실(33)은, 제1의 탈기 통로(P1)를 통해 탈기 가능하게 되어, 진공 펌프(1)의 작동시, 펌프실(23)의 압력과 균일화된다. 본 실시 형태에 있어서 제1의 탈기 통로(P1)는, 격벽(24)을 Y축 방향으로 관통하는 통로로 형성되어 있다.

구동부(3)는, 로터(21)의 회전축(210)을 회전시키는 구동 모터(35)를 가진다. 구동 모터(35)는, 제2의 케이싱(30)에 고정되고 있는 것과 동시에, 마그넷 커플링 기구(50)를 사이에 두고 회전축(210)과 연결되는 구동축(350)을 가진다. 구동 모터(35)는, 예를 들면 DC브러시리스 모터(brushless motor)로 구성되어 후술하는 콘트롤러(60)에 의해서 구동축(350)의 회전 수 또는 회전 속도가 제어된다.

마그넷 커플링 기구(50)는, 회전축(210)의 주위에 고정된 환상의 내주측 자석(51)과, 구동축(350)의 주위에 고정된 환상의 외주측 자석(52)을 가지고, 이들 자석(51, 52)의 사이의 자기 결합에 의해서, 회전축(210)과 구동축(350)을 서로 연결한다.

내주측 자석(51)은, 회전축(210)의 선단에 고정된 지지 부재(53)의 외주부에 배치되고, 외주측 자석(52)은, 구동축(350)에 고정된 지지 부재(54)의 내주부에 배치되어 있다. 내주측 자석(51)과 외주측 자석(52)은, 구획 부재(55)를 사이에 두고 서로 대향하고 있다. 구획 부재(55)의 주연부는, 제2의 케이싱(30)의 내주면에 형성된 환상 볼록부(30a)에 기밀하게 고정되고 있다. 내주측 자석(51)이 배치되는 모터실(33)과, 외주측 자석(52)이 배치되는 대기실(34)이, 구획 부재(55)에 의해서 격리 된다.

회전 전달부(4)는, 격벽(25)에 기밀하게 장착된 제3의 케이싱(40)을 가지고, 기어실(43)은 제3의 케이싱(40)의 내부에 형성된다. 격벽(25)의 기어실(43) 측에는 회전축(210, 220)을 회전 가능하게 지지하는 베어링(45) 및 축 실링부재(46)가 각각 설치되어 있다.

제3의 케이싱(40)은, 로터(21, 22)를 서로 역방향으로 동기 회전시키는 기어 기구를 수용하는 기어실(43)을 형성한다. 상기 기어 기구는, 회전축(210)의 단부에 고정된 동기 기어(41)와, 회전축(220)의 단부에 고정된 동기 기어(42)를 가진다. 이것으로, 모터(35)의 구동에 의해 일방의 회전축(210)이 그 축 둘레에 회전하면, 동기 기어(41, 42)를 통해 타방의 회전축(220)으로 회전력이 전달된다. 이 때 회전축(220)은, 회전축(210)과는 반대의 방향으로 회전된다.

기어실(43)에는, 기어 기구를 윤활하기 위한 윤활유(G)가 저장된다. 동기 기어(41, 42)의 선단에는, 윤활유(G)를 메어 올리는 플레이트(47)가 고정되고 있어, 동기 기어(41, 42)와 함께 회전하는 것으로 윤활유(G)를 동기 기어(41, 42), 베어링(45) 등에 공급한다. 이것에 의해 로터(21, 22)를 그 상대 위치를 유지하면서 적정하게 회전시킬 수 있다. 제3의 케이싱(40)에는, 기어실(43)에 있어서의 윤활유(G)의 저장량을 확인하기 위한 윈도우(window)(44)가 설치되고 있다. 그리고 기어실(43)에는, 동기 기어(41, 42)의 회전에 의한 윤활유(G)의 비산을 억제하기 위해서, 실드(shield)(48)가 설치되고 있다. 실드(48)는, 동기 기어(41, 42)의 상부를 가리도록 격벽(25)에 장착된 대략 평판 형상을 가진다.

기어실(43)은, 제2의 탈기 통로(P2)를 사이에 두고 모터실(33)과 연통하고 있다. 이것에 의해 기어실(43)은, 제2의 탈기 통로(P2)를 통해 탈기 가능하게 되어, 진공 펌프(1)의 작동시, 모터실(33) 및 펌프실(23)의 압력과 균일화된다.

본 실시 형태에 있어서 제2의 탈기 통로(P2)는, 제3의 케이싱(40), 격벽(25), 제1의 케이싱(20) 및 격벽(24)을 통해 기어실(43)을 모터실(33)에 연통시킨다. 제2의 탈기 통로(P2)는 주로, 제1의 케이싱(20), 격벽(24, 25)을 Y축 방향으로 관통하는 주통로부(P21)와, 제3의 케이싱(40)에 형성된 연락 통로부(P22)에 의해 형성된다. 또한 제2의 케이싱(30)에도 마찬가지로 연락 통로부를 형성하는 것으로, 주통로부(P21)와 모터실(33)을 서로 접속해도 괜찮다.

제1의 진공 펌프(1)는, 콘트롤러(60)를 더 가진다. 콘트롤러(60)는, 구동 모터(35)의 부하 토크를 검출하는 검출부(61)와, 구동 모터(35)의 회전 수를 제어하는 회전 제어부(62)를 가진다. 콘트롤러(60)는, 전형적으로는, 연산부, 메모리 등을 포함한 컴퓨터에 의해서 구성되어 있으며, 예를 들면 구동부(3)와 일체적으로 구성되어도 괜찮다.

검출부(61)는, 마그넷 커플링 기구(50)를 통해 로터(21)를 회전시키는 구동 모터(35)의 부하 토크를 검출한다. 부하 토크의 검출 방법은 특별히 한정되지 않고, 공지의 수단을 채용할 수 있다. 예를 들면, 구동 모터(35)의 고정자에 감겨진 여자 코일에 직렬로 접속된 검출용 코일의 양단 전압을 측정하는 것으로, 구동 모터(35)의 부하 토크를 검출할 수 있다.

회전 제어부(62)는, 구동 모터(35)의 회전 수를 제어한다. 회전 수의 제어 방식도 특별히 한정되지 않으며, 전형적으로는, 모터의 유도기전력을 제어하는 것으로 회전 수를 제어한다. 본 실시 형태에서는, 회전 제어부(62)는 인버터를 포함한다. 인버터의 형태도 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 PWM(펄스폭 변조 방식)이 채용된다.

콘트롤러(60)는, 검출부(61)의 출력에 기초하여, 구동 모터(35)의 회전 수를 제어한다. 즉 콘트롤러(60)는, 구동 모터(35)의 부하 토크가 제1의 역치(Th1)보다 작은 제2의 역치(Th2) 이하인 때는, 구동 모터(35)의 회전 수를 증가시킨다. 또한 콘트롤러(60)는, 구동 모터(35)의 부하 토크가 제2의 역치(Th2)를 초과하는 동시에, 제1의 역치(Th1) 이하인 때는, 구동 모터(35)의 회전 수를 감소시킨다.

여기에서, 제1의 역치(Th1)는, 마그넷 커플링 기구(50)에 탈조를 일으키게 하지 않고서 로터(21)를 회전시키는 것이 가능한 구동 모터(35)의 최대 구동 토크를 말한다. 마그넷 커플링 기구(50)의 탈조란, 내주측 자석(51)과 외주측 자석(52)과의 자기 결합이 해제되는 것을 의미하며, 구동 모터(35)의 구동축(350)과 로터(21)의 회전축(210)을 동기 회전시킬 수 없는 상태를 말한다.

제1의 역치(Th1)는, 마그넷 커플링 기구(50)의 자기 결합력, 제1의 진공 펌프(1)의 배기량[Pa/m³/s], 제2의 진공 펌프(11)의 배기량[Pa/m³/s], 제1의 진공 펌프(1)의 동작 압력 등을 고려해 결정된다. 즉 탈조가 생기는 부하 토크(탈조 토크)는, 모터의 회전 수, 펌프의 배압(배기구측의 압력) 등에 의해서 변화하기 때문에, 상기 여러 조건을 고려하여, 제1의 역치(Th1)가 설정된다. 본 실시 형태에서는 제1의 역치(Th1)는 0.8 Nm이다.

제2의 역치(Th2)는, 제1의 역치(Th1)보다 작은 적절한 값으로 설정된다. 콘트롤러(60)는, 구동 모터(35)의 부하 토크가 제2의 역치(Th2) 이하인 때는, 구동 모터(35)의 회전 수를 증가시키고, 상기 부하 토크가 제2의 역치(Th2)를 초과하고 제 1의 역치(Th1) 이하인 때는 구동 모터(35)의 회전 수를 감소시킨다. 즉 본 실시 형태에서는, 제1의 역치(Th1)보다 작은 제2의 역치(Th2)를 기준으로 구동 모터(35)의 회전 수를 감소시키는 것으로, 마그넷 커플링 기구(50)의 탈조를 확실히 방지해, 안정한 배기 동작을 실현하도록 하고 있다. 제2의 역치(Th2)는 적절하게 설정 가능하고, 본 실시 형태에서는 제2의 역치(Th2)는 0.55 Nm이다.

제2의 역치(Th2)는, 구동 모터(35)의 정격 토크로 할 수 있다. 이것에 의해 구동 모터(35)를 효율적으로 구동할 수 있어 소비 전력의 저감도 도모할 수 있다. 또한 제2의 역치(Th2)는, 구동 모터(35)의 정격 토크와 동일한 값으로 설정되는 경우에 한정되지 않고, 예를 들면 정격 회전 수에서의 부하 토크의 변동을 고려하여, 상기 정격 토크보다 약간 큰 값으로 설정되어도 괜찮다.

콘트롤러(60)는 또한, 구동 모터(35)의 부하 토크가 제1의 역치(Th1)를 초과할 때는 구동 모터(35)를 프리런(free-run) 상태로 한다. 검출된 부하 토크가 제1의 역치를 초과할 때, 마그넷 커플링은 탈조할 가능성이 높다. 거기서 상기 진공 펌프에 있어서는, 구동 모터의 부하 토크가 제1의 역치를 초과할 때는, 구동 모터의 여자(勵磁)를 차단해 관성으로 회전되는 프리런 상태로 한다. 이것에 의해 마그넷 커플링의 탈조 상태를 조기에 해소할 수 있다.

다음에, 본 실시 형태의 진공 배기 장치(10)의 동작에 대해 설명한다.

도 1을 참조하면, 챔버(C)의 내부는 대기압으로, 진공 밸브(V)는 개방되고 있다. 이 상태로, 제1의 진공 펌프(1) 및 제2의 진공 펌프(11)는, 동시에 구동된다.

제1의 진공 펌프(1)에 있어서는, 모터(35)의 작동에 의해, 마그넷 커플링 기구(50)를 통해 구동축(350)과 함께 회전축(210)이 회전하는 것으로, 펌프실(23) 내 에 있는 로터(21)가 회전한다. 또한 회전축(210)의 회전력은, 회전 전달부(4)에 있어서 로터(22)의 회전축(220)으로 전달되어 이것에 의해 로터(22)는, 로터(21)와 동기하고, 로터(21)와는 역방향으로 회전한다. 이들 로터(21, 22)의 회전에 의해, 펌프부(2)는, 흡기구(201)로부터 흡입된 가스를 배기구(202)로 향하여 배출하는 소정의 펌프 작용을 실시한다.

이 때 콘트롤러(60)는, 구동 모터(35)를 제1의 역치(Th1) 이하의 회전 토크로 회전시켜, 마그넷 커플링 기구(50)를 통해 로터(21)에 회전력을 전달한다. 제1의 역치(Th1)는, 마그넷 커플링 기구(50)가 탈조하는 일 없이 구동 모터(35)로 로터(21)를 동기 회전시킬 수 있는 회전 토크에 상응한다.

모터실(33) 및 기어실(43)은, 펌프실(23)의 압력의 저하에 따라, 제1 및 제2의 탈기 통로(P1, P2)를 통해 감압된다. 이것에 의해 펌프실(23)과, 펌프실(23)에 인접하는 모터실(33) 및 기어실(43)과의 사이의 차압이 작아지기 때문에, 펌프실(23)의 누설(leak)에 의한 펌프 성능의 저하가 방지된다.

제2의 진공 펌프(11)는, 제1의 진공 펌프(1)의 구동시에는 항상 구동된다. 제2의 진공 펌프(11)는, 제1의 진공 펌프(1)의 배압, 즉 배기구(202)에 이송된 기체를 배기한다.

진공 배기 장치(10)의 기동 초기시, 제1의 진공 펌프(1)는, 대기압 아래의 챔버(C)를 배기한다. 이 때문에, 제1의 진공 펌프(1)의 배기구(202)에는 대기압 이상의 압력에 이를 수 있다. 이 때 펌프실(23) 내의 기체가 모터실(33)로 역류 하지만, 마그넷 커플링 기구(50)의 구획 부재(55)가 모터실(33)측과 구동 모터(35)측을 기밀하게 구획하기 때문에, 축 실링 등을 위한 윤활유가 구동 모터(35) 측으로 유출하는 일이 없고, 따라서 펌프 외부로 윤활유의 누출이 방지된다.

한편, 진공 배기 장치(10)의 기동 초기시에 있어서는, 제1의 진공 펌프(1)의 배압이 비교적 크기 때문에, 로터(21)의 회전 부하가 구동 모터(35)의 회전 부하를 웃도는 것으로, 마그넷 커플링 기구(50)의 탈조가 발생하기 쉽다. 거기서 콘트롤러(60)은, 이하와 같이하여 구동 모터(35)의 회전 수를 제어한다.

도 4는, 콘트롤러(60)에 의한 구동 모터(35)의 제어 플로우이다. 도 5는, 구동 모터(35)의 부하 토크와 회전 수의 시간 변화의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다.

콘트롤러(60)는, 검출부(61)의 출력에 근거해 구동 모터(35)의 부하 토크를 측정한다(단계 ST1). 이후 콘트롤러(60)는, 측정된 부하 토크가 제3의 역치(Th3) 이상 제 2의 역치(Th2) 이하인 경우에는, 구동 모터(35)의 가속 제어 즉 회전 수의 증가 제어를 실행한다(단계 ST2, ST3, ST4). 여기서, 제3의 역치(Th3)는, 제2의 역치(Th2)보다 작고, 마그넷 커플링 기구(50)가 탈조했을 때에 검출되는 부하 토크보다 큰 값에 상응한다. 제3의 역치(Th3)의 값은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 0. 13 Nm이다.

구동 모터(35)의 부하 토크가 제3의 역치(Th3) 이상 제 2의 역치(Th2) 이하인 때에 회전 수의 증가 제어를 실행하는 것으로, 마그넷 커플링 기구(50)의 탈조를 방지하면서 제1의 진공 펌프(1)의 배기량을 상승 시킬 수 있다. 본 실시 형태에서는, 구동 모터(35)의 회전 수를 0~3500 rpm의 범위에서 제어한다.

도 5에 있어서 구간 D1, D2는, 구동 모터(35)의 기동 개시부터 최대 회전 수에 이를 때까지의 기간에 상응한다. 이 시점에서는 구동 모터(35)의 부하 토크는 제2의 역치(Th2)에 이르지 않기 때문에, 구동 모터(35)는 최대 회전 수로 구동된다.

한편, 제2의 진공 펌프(11)는 제1의 진공 펌프(1)보다 배기량이 작기 때문에, 제1의 진공 펌프(1)의 배압은 서서히 상승해, 구동 모터(35)의 부하 토크도 이것에 수반해 상승한다. 그리고, 구동 모터(35)의 부하 토크가 제2의 역치(Th2)를 넘어 제1의 역치(Th1) 이하인 경우는, 구동 모터(35)의 회전 수를 감소시키는 제어를 실행한다(단계 ST2, ST5, ST6, 구간 D3). 이것에 의해, 마그넷 커플링 기구(50)의 탈조를 방지하면서, 로터(21)의 회전에 의한 배기 동작을 안정하게 계속할 수 있다.

덧붙여, 구동 모터(35)의 부하 토크가 제1의 역치(Th1)를 넘었을 때, 콘트롤러(60)는 과부하라고 판단해, 필요에 따라서 에러 신호를 알려, 구동 모터(35)를 정지시킨다(단계 ST8).

구동 모터(35)의 회전 수 감소 제어에 의해서 부하 토크가 제2의 역치(Th2) 이하가 되었을 때, 콘트롤러(60)는 다시 회전 수의 상승 제어를 실행한다(단계 ST2~ST4, 구간 D4). 이후, 상기와 마찬가지의 제어가 실행되는 것으로, 제1및 제2의 진공 펌프(1, 11)에 의해 챔버(1)가 배기된다(구간 D5, D6).

구간 D7은, 구동 모터(35)의 회전 수 감소 제어시에 마그넷 커플링 기구(50)에 탈조가 생긴 기간을 나타내고 있다. 콘트롤러(60)는, 구동 모터(35)의 부하 토크가 제3의 역치(Th3) 이하인 때 탈조가 생겼다고 판정하고, 구동 모터(35)에의 전력의 공급을 정지해 구동축(350)을 프리런(free-run) 상태로 한다(단계 ST3, ST7). 이것에 의해, 마그넷 커플링 기구(50)의 탈조 상태가 조기에 해소된다. 그 후, 다시 구동 모터(35)의 회전 수 증가 제어를 실행하는 것으로, 챔버(1)의 배기 동작을 재개한다. 챔버(C)가 목표 압력에 이른 후, 콘트롤러(60)는, 챔버(C)의 압력이 목표 압력을 유지 하도록 구동 모터(35)의 구동을 계속한다. 덧붙여 펌프의 운전을 정지시킬 때는, 콘트롤러(60)는 구동 모터(35)에의 전력의 공급을 정지한다(구간 D8).

이상과 같이 본 실시 형태에 의하면, 구동 모터(35)의 부하 토크에 따라 회전 수를 제어하도록 하고 있기 때문에, 마그넷 커플링 기구(50)의 탈조를 방지하면서, 배기 동작을 계속할 수 있다. 이것에 의해 챔버(C)를 목표 압력에 조기에 도달시킬 수 있다. 또한, 제1의 진공 펌프(1)에 의해서 대기압으로부터 목표 압력에 걸쳐서 챔버(C)를 진공 배기할 수 있다.

도 6은, 제1의 진공 펌프(1)의 기동 개시부터 목표 도달 압력에 도달할 때까지의 구동 모터(35)의 회전 수 변화를 나타내는 일 측정 결과이다. 흡기구(201)의 압력(P1) 및 배기구(202)의 압력(P2)의 시간 변화도 아울러 나타낸다. 측정에서는, 내부 용적 20L의 진공 챔버(C)를 이용했다. 도 6에 나타나듯이, 본 실시 형태에 의하면, 마그넷 커플링 기구(50)의 탈조를 일으키게 하는 일 없이 안정한 배기 동작을 실현할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상에 근거해 여러 가지의 변형이 가능하다.

예를 들면 이상의 조작 형태에서는, 제1의 진공 펌프(1)에 있어서의 구동 모터(35)의 회전 수를 제어할 때에 구동 모터(35)의 부하 토크에 제1 ~ 제3의 역치(Th1~Th3)를 설정했지만, 역치의 크기, 설정되는 역치의 수는 상술한 예에 한정되지 않고, 적절하게 변경하는 것이 가능하다.

또한 이상의 실시 형태에서는, 제1의 진공 펌프(1)로서 메카니컬 부스터 펌프를 이용했지만, 이것에 한정되지 않고, 다단 루트식 펌프(multistage pump)나 스크롤 펌프(scroll pump) 등의 다른 건식 진공 펌프에도 본 발명은 적용 가능하다.

1: 제1의 진공 펌프
2: 펌프부
3: 구동부
10: 진공 배기 장치
11: 제2의 진공 펌프
21, 22: 로터
23: 펌프실
35: 구동 모터
50: 마그넷 커플링 기구
51: 내주측 자석
52: 외주측 자석
55: 구획 부재
60: 콘트롤러
61: 검출부
62: 회전 제어부
201: 흡기구
202: 배기구

Claims

흡기구와 배기구를 가지는 펌프실과, 상기 펌프실에 배치되어 상기 흡기구로부터 상기 배기구에 기체를 이송하는 로터를 포함하는 펌프부와;
상기 펌프실에 인접하는 모터실과, 상기 모터실에 배치되어 상기 로터를 회전시키는 구동 모터를 포함하는 구동부와;
상기 펌프실 및 모터실을 기밀하게 구획하는 구획 부재와, 상기 로터의 회전 축에 고정된 제1지지 부재의 외주부에 배치되는 제1의 자석과, 상기 구동 모터의 구동축에 고정된 제2지지 부재의 내주부에 배치되며 상기 구획 부재를 사이에 두고 상기 제1의 자석과 자기적으로 결합하는 제2의 자석을 포함하고, 상기 구동 모터의 회전력을 상기 로터에 제1의 역치 이하의 회전 토크로 전달하도록 구성되는 마그넷 커플링과;
상기 구동 모터의 부하 토크를 검출하는 검출부와, 상기 구동 모터의 회전 수를 제어하는 회전 제어부를 포함하고, 상기 부하 토크가 전기 제 1의 역치보다 작은 제2의 역치 이하인 때는 상기 구동 모터의 회전 수를 증가시키고, 상기 부하 토크가 상기 제 2의 역치를 초과하고 상기 제 1의 역치 이하인 때는 상기 구동 모터의 회전 수를 감소시키는 콘트롤러;
를 포함하고,
상기 제1의 자석 및 제2의 자석은, 상기 구획 부재를 사이에 두고 서로 대향하며, 상기 제2의 자석이 상기 제1의 자석보다 상기 로터의 회전 축으로부터 상기 로터의 회전 축에 수직한 방향으로 더 멀리 배치되는 진공 펌프.
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흡기구 및 배기구를 가지는 펌프실과, 상기 펌프실내에 배치되어 상기 흡기구로부터 상기 배기구에 기체를 이송하는 로터와, 구동 모터와, 상기 구동 모터의 회전력을 상기 로터에 제1의 역치 이하의 회전 토크로 전달하도록 구성되는 마그넷 커플링을 포함한 제1의 진공 펌프와;
상기 배기구에 이송된 기체를 배기하는 제2의 진공 펌프와;
상기 구동 모터의 부하 토크를 검출하는 검출부와, 상기 구동 모터의 회전 수를 제어하는 회전 제어부를 포함하고, 상기 부하 토크가 상기 제 1의 역치보다 작은 제2의 역치 이하인 때는 상기 구동 모터의 회전 수를 증가시키고, 상기 부하 토크가 상기 제 2의 역치를 초과하여 상기 제 1의 역치 이하인 때는 상기 구동 모터의 회전 수를 감소시키는 콘트롤러;
를 구비하고,
상기 마그넷 커플링은, 상기 펌프실 및 모터실을 기밀하게 구획하는 구획 부재와, 상기 로터의 회전 축에 고정된 제1지지 부재의 외주부에 배치되는 제1의 자석과, 상기 구동 모터의 구동축에 고정된 제2지지 부재의 내주부에 배치되며 상기 구획 부재를 사이에 두고 상기 제1의 자석과 자기적으로 결합하는 제2의 자석을 포함하고,
상기 제1의 자석 및 제2의 자석은, 상기 구획 부재를 사이에 두고 서로 대향하며, 상기 제2의 자석이 상기 제1의 자석보다 상기 로터의 회전 축으로부터 상기 로터의 회전 축에 수직한 방향으로 더 멀리 배치되는 진공 배기 장치.
로터와, 구동 모터와, 상기 구동 모터의 회전력을 상기 로터에 제1의 역치 이하의 회전 토크로 전달하도록 구성되는 마그넷 커플링과, 콘트롤러를 포함한 진공 펌프의 운전 방법에 있어서,
상기 구동 모터의 부하 토크를 검출하는 단계; 및
상기 부하 토크에 따라서, 상기 콘트롤러가 상기 구동 모터를 제어하는 단계를 포함하고,
상기 구동 모터를 제어하는 단계는,
상기 부하 토크가 상기 제1의 역치보다 작은 제2의 역치 이하이고, 상기 제2의 역치보다 작은 제3의 역치 이상인 때는 상기 구동 모터의 회전 수를 증가시키고,
상기 부하 토크가 상기 제2의 역치를 초과하고 상기 제1의 역치 이하인 때는 상기 구동 모터의 회전 수를 감소시키고,
상기 부하 토크가 상기 제3의 역치 미만인 때는 상기 구동 모터를 프리런(free-run) 상태로 하며,
상기 구동 모터를 제어하는 단계 이후, 상기 부하 토크를 검출하는 단계가 반복하여 수행되는 진공 펌프의 운전 방법.
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