KR20210020001A - 진공 펌프 및 온도 제어 장치 - Google Patents

Abstract

[과제] 생성물의 퇴적을 방지하기 위해 설치된 히터 혹은 수냉용 전자 밸브의 제어에 사용되는 온도 센서의 이상에 수반하여 발생하는 펌프의 과잉 가열이나 과잉 냉각을 간이한 구성으로 방지 가능한 진공 펌프 및 온도 제어 장치를 제공한다.
[해결 수단] 온도 센서 계통이 고장나, 계측 온도가 상한치와 하한치의 사이에서 계속 일정한 경우에는, 과잉 가열이나 과잉 냉각이 되는 문제를 일으키므로 이것을 회피한다. TMS 기능은 온도 센서의 계측 온도를 목표 온도가 되도록 제어하는 기능이므로, 덥히는 대상이나 히터 용량 등의 적용 애플리케이션이 특정되면, 히터나 수냉용 전자 밸브의 ON/OFF는 같은 사이클을 반복하는 거동이 되어, 계속적으로 ON/OFF 상태가 유지되는 시간의 상한이 결정된다. 이 상한에 대해 여유도를 고려한 허용 시간을 형성함으로써, 만일, 그 허용 시간을 초과하여 계속적으로 ON 상태 혹은 OFF 상태를 유지하지 않도록, ON/OFF 상태를 변경한다.

Description

진공 펌프 및 온도 제어 장치

본 발명은 진공 펌프 및 온도 제어 장치에 관련되며, 특히 생성물의 퇴적을 방지하기 위해 설치된 히터 혹은 수냉용 전자(電磁) 밸브의 제어에 사용되는 온도 센서의 이상(異常)에 수반하여 발생하는 펌프의 과잉 가열이나 과잉 냉각을 간이한 구성으로 방지 가능한 진공 펌프 및 온도 제어 장치에 관한 것이다.

근래의 일렉트로닉스의 발전에 수반하여, 메모리나 집적회로 등과 같은 반도체의 수요가 급격하게 증대하고 있다.

이들 반도체는, 극히 순도가 높은 반도체 기판에 불순물을 도프하여 전기적 성질을 부여하거나, 에칭에 의해 반도체 기판 상에 미세한 회로를 형성하거나 하여 제조된다.

그리고, 이러한 작업은 공기 중의 티끌 등에 의한 영향을 피하기 위해 고진공 상태의 챔버 내에서 행해질 필요가 있다. 이 챔버의 배기에는, 일반적으로 진공 펌프가 이용되고 있는데, 특히 잔류 가스가 적고, 보수가 용이 등의 점에서 진공 펌프 중의 하나인 터보 분자 펌프가 다용되고 있다.

또, 반도체의 제조 공정에서는, 다양한 프로세스 가스를 반도체의 기판에 작용시키는 공정이 많이 있어, 터보 분자 펌프는 챔버 내를 진공으로 할 뿐만 아니라, 이러한 프로세스 가스를 챔버 내로부터 배기하는 데에도 사용된다.

그런데, 프로세스 가스는, 반응성을 높이기 위해 고온의 상태에서 챔버에 도입되는 경우가 있다. 그리고, 이러한 프로세스 가스는, 배기될 때에 냉각되어 어느 온도가 되면 고체가 되어 배기계에 생성물을 석출하는 경우가 있다. 그리고, 이런 종류의 프로세스 가스가 터보 분자 펌프 내에서 저온이 되어 고체상이 되고, 터보 분자 펌프 내부에 부착하여 퇴적되는 경우가 있다.

터보 분자 펌프 내부에 프로세스 가스의 석출물이 퇴적되면, 이 퇴적물이 펌프 유로를 좁혀, 터보 분자 펌프의 성능을 저하시키는 원인이 된다.

이 문제를 해결하기 위해, 종래는 터보 분자 펌프의 베이스부 등의 외주에 히터나 환상의 수냉관을 감아 붙이고, 또한 예를 들면 베이스부 등에 온도 센서를 매입(埋入)하여, 이 온도 센서의 신호에 의거하여 베이스부의 온도를 일정한 범위의 고온으로 유지하도록 히터의 가열이나 수냉관에 의한 냉각의 제어(이하 TMS라고 한다. TMS；Temperature Management System)가 행해지고 있다(특허 문헌 1, 특허 문헌 2를 참조).

TMS의 제어 온도는 높은 편이 생성물이 퇴적되기 어렵기 때문에, 이 온도는 가능한 한 높게 하는 것이 바람직하다.

한편, 이와 같이 베이스부를 고온으로 했을 때에는, 터보 분자 펌프의 본체 내에 구비된 전자(電子) 회로는, 배기 부하의 변동이나 주위 온도가 고온으로 변화했을 경우 등에는 한계 온도를 초과하여, 반도체 메모리에 의한 기억 수단이 파괴될 우려가 있다. 이 때에는, 반도체 메모리가 파손되어 펌프 기동 시간이나 에러 이력 등의 메인터넌스 정보 데이터가 사라진다.

메인터넌스 정보 데이터가 사라졌을 경우에는, 보수 점검의 시기나 터보 분자 펌프의 교환 시기 등의 판단도 할 수 없게 된다. 따라서, 터보 분자 펌프의 운용 상에 큰 지장이 발생한다. 이 때문에, 소정 온도를 초과했을 경우에는 수냉관에 의한 냉각이 행해지고 있다.

이 TMS 제어의 일례를 도 7의 플로 차트와 도 8의 타이밍 차트에 나타낸다. 도 8의 타이밍 차트에서는 히터의 제어에 대해 시각을 가로축에, 온도 센서에 의해 계측된 온도치를 세로축에 나타내고 있다. 또, 히터의 ON과 OFF의 상태도 세로축에 나타내고 있다. 또한, 수냉관으로의 물의 흐름을 제어하기 위한 전자 밸브의 개폐는 별도 배치되어 있는 온도 센서에 의해 히터의 제어와는 독립된 제어로서 행해진다. 단, 이 전자 밸브의 제어 방법에 대해서는, 이 히터의 제어와 같으므로 플로 차트와 타이밍 차트는 생략한다.

이 예에서는, 온도 센서로 터보 분자 펌프의 베이스부의 온도를 계측하고, 계측 온도가 미리 설정한 베이스부의 허용 온도 이하가 되도록, 히터에 대해 가열 지령을 보내거나, 수냉관으로의 물의 흐름을 제어하기 위해 전자 밸브를 개폐하거나 한다.

즉, 도 7과 도 8에 있어서, 제어 장치는 운전 개시 후, 시각(t2)까지의 초기 단계에 히터를 ON하여 계속 가열한다. 이 때, 도 7의 플로 차트에 의거하여 제어용 CPU에서 처리가 행해진다. 즉, 일정한 샘플링 주기(Δt) 시간마다 이 플로 차트에 따라 TMS 제어가 동작한다. 우선, 시각(t1)까지의 단계에서는, 단계 1(도면 중 S1로 간단히 줄인다. 이하 동일)에서 히터의 제어가 개시되고, 단계 2에서, 온도 센서로 계측한 계측 온도가 하한치 미만으로 판정되므로 단계 3에서 히터를 ON하고, 단계 4에서 제어가 종료된다. 시각(t1)까지의 샘플링 주기(Δt) 시간마다의 제어에서는 이 동작이 반복된다.

시각(t1)을 경과하여 시각(t2)까지의 샘플링 주기(Δt)에서는, 단계 1에서 히터의 제어가 개시되고, 단계 2에서, 온도 센서로 계측한 계측 온도가 하한치 이상으로 판정되므로 단계 5로 진행된다. 그러나, 이 단계 5에서는, 계측 온도가 상한치 미만이므로, 단계 4로 진행되어 제어가 종료된다. 즉, 상한치에 도달하는 시각(t2)까지는 히터의 ON이 유지되어 계속 가열한다.

시각(t2)에서는 처음으로 단계 5에서 상한치를 초과했다고 판정되므로 단계 6으로 진행되어 히터를 OFF한다.

상한치로 히터를 OFF한 후에도 열용량의 관계로부터, 베이스부의 온도는 급하게는 하강하지 않으며, 오버슈트 곡선을 그린다. 한편, 이 상한치를 초과한 부근에서는, 전자 밸브의 제어가 별도 행해지고 있으며, 전자 밸브가 열려 수냉관으로부터 물이 공급된다.

오버슈트 후, 시각(t3)에 이르기까지의 샘플링 주기(Δt) 시간에서는 단계 2에서 하한치 미만이 아니고, 단계 5에서 상한치보다 높지도 않기 때문에 그대로 단계 4에 이른다. 이 때문에, 히터가 OFF한 상태가 계속 유지된다.

그리고, 시각(t3)에서 베이스부의 온도가 하한치 미만이 되었을 때에는 단계 2에서 하한치 미만으로 판정되고, 단계 3으로 진행되어 다시 히터를 ON한다. 그리고, 이 하한치 미만이 된 부근에서는 별도 행해지고 있는 전자 밸브의 제어에 의해 전자 밸브가 닫혀진다.

일본국 특허공개 2002-257079호 공보 일본국 특허 제5782378호 공보

그런데, TMS 제어를 행하기 위해, 온도 센서로서 서미스터를 사용하고 있는 경우에, 케이블이 단선을 했을 때에는 서미스터의 저항치가 무한대가 된다. 이 때, 저항치로부터 전압 변환된 온도치는 예를 들면 -150도를 검출한다. 한편, 단락을 했을 경우에는 저항치는 제로가 되고, 전압 변환된 온도치는 예를 들면 600도 등의 이상(異常)인 온도를 검출한다.

또, 온도 센서와 펌프의 벽부 사이에 간극이 발생해 있거나, 벽부의 알루미늄을 통해 단락하거나 하는 등, 온도 센서가 올바르게 배치되지 않은 상태에서는 계측한 온도치는 전술한 바와 같은 특이치로는 되지 않는 경우가 있다.

또한, 시리얼 통신을 사용한 온도 센서의 경우에는, 온도 센서 계통이 망가졌을 때에 가장 마지막의 계측 온도로 로크되는 경우가 있다.

이러한 상황을 검지하지 못하고 TMS 제어가 그대로 계속되었을 경우에는, 펌프의 과잉 가열이나 과잉 냉각 등을 일으켜, 펌프의 기능에 장해가 미칠 우려가 있다.

본 발명은 이러한 종래의 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 생성물의 퇴적을 방지하기 위해 설치된 히터 혹은 수냉용 전자 밸브의 제어에 사용되는 온도 센서의 이상에 수반하여 발생하는 펌프의 과잉 가열이나 과잉 냉각을 간이한 구성으로 방지 가능한 진공 펌프 및 온도 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 때문에 본 발명(청구항 1)은 진공 펌프의 발명으로서, 펌프의 온도를 계측하는 온도 센서와, 당해 온도 센서로 계측된 온도가 상한치와 하한치를 반복하여 경과하도록 히터 및/또는 냉각 장치의 제어를 행하는 온도 제어를 구비하는 진공 펌프에 있어서, 당해 온도 제어가, 통상 운전 시에 있어서의 상기 상한치부터 다음의 상기 하한치, 및 상기 하한치부터 다음의 상기 상한치까지 이르는 경과 시간이 포함되도록 설정된 규정 시간을 갖고, 상기 상한치 혹은 상기 하한치의 상태의 변화를 확인할 수 없는 채로 상기 규정 시간을 초과했을 때에, 상기 히터 및/또는 상기 냉각 장치의 제어를 강제적으로 행하여 상기 상태의 변화를 실현, 및/또는 이상(異常)의 통지를 행하는 것을 특징으로 한다.

온도 제어에 있어서, 통상 운전 시에 있어서의 상한치부터 다음의 하한치, 및 하한치부터 다음의 상한치까지 이르는 경과 시간이 반드시 포함되도록 규정 시간을 설정한다.

온도 센서가 정상적으로 동작하고 있는 경우, 상한치와 하한치 사이의 반복의 제어가 된다.

이 때문에 규정 시간을 초과하는 경우는 없다.

그러나, 상한치 혹은 하한치의 상태의 변화를 확인할 수 없는 채로 규정 시간을 초과했을 때에는, 온도 센서 계통의 이상이 발생했다고 판단한다. 이 때에는, 히터 및/또는 냉각 장치의 제어를 강제적으로 행하여 상태의 변화를 실현한다. 이것에 의해, 펌프의 운전을 안전하게 지속할 수 있다. 또, 이상을 통지할 수 있다. 이 때의 판단을 행하는데 별도 이상 감시용 온도 센서를 필요로 하지 않으며, 소프트웨어 처리로 실현이 가능하다.

또, 본 발명(청구항 2)은 진공 펌프의 발명으로서, 상기 규정 시간이, 상기 하한치 미만에서의 경과 시간, 및 상기 상한치를 초과한 경과 시간이 포함되도록 설정된 것을 특징으로 한다.

상한치와 하한치의 2개의 온도 임계값의 사이에서 온도 센서 계통의 장해 리스크가 생길 뿐만 아니라, 계측 온도가 하한치 미만의 영역이나, 상한치보다 높은 영역에서도 온도 센서 계통의 장해를 고려할 수 있다. 따라서, 모든 온도 영역에서 온도 센서 계통의 고장을 검지할 수 있다.

또한, 본 발명(청구항 3)은 온도 제어 장치의 발명으로서, 온도 제어되는 대상물과, 당해 대상물의 온도를 계측하는 온도 센서와, 당해 온도 센서로 계측된 온도가 상한치와 하한치를 반복하여 경과하도록 히터 및/또는 냉각 장치의 제어를 행하는 온도 제어 장치에 있어서, 통상 운전 시에 있어서의 상기 상한치부터 다음의 상기 하한치, 및 상기 하한치부터 다음의 상기 상한치까지 이르는 경과 시간이 포함되도록 설정된 규정 시간을 갖고, 상기 상한치 혹은 상기 하한치의 상태의 변화를 확인할 수 없는 채로 상기 규정 시간을 초과했을 때에, 상기 히터 및/또는 상기 냉각 장치의 제어를 강제적으로 행하여 상기 상태의 변화를 실현, 및/또는 이상의 통지를 행하는 것을 특징으로 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명(청구항 1)에 의하면, 상한치 혹은 하한치의 상태의 변화를 확인할 수 없는 채로 규정 시간을 초과했을 때에, 히터 및/또는 냉각 장치의 제어를 강제적으로 행하여 상태의 변화를 실현, 및/또는 이상의 통지를 행하도록 구성했으므로, 펌프의 운전을 안전하게 지속할 수 있다. 또, 이상을 통지할 수 있다. 이 때의 판단을 행하는데 별도 이상 감시용 온도 센서를 필요로 하지 않으며, 소프트웨어 처리로 실현이 가능하다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태의 히터 계통의 시스템 구성도이다.
도 2는, 터보 분자 펌프의 구성도이다.
도 3은, 본 실시 형태인 TMS 제어의 플로 차트이다.
도 4는, 온도 센서 계통이 고장났을 때의 TMS 제어의 타이밍 차트이다.
도 5는, 본 실시 형태의 다른 양태인 플로 차트이다.(그의 1)
도 6은, 본 실시 형태의 다른 양태인 플로 차트이다.(그의 2)
도 7은, TMS 제어의 일례를 나타내는 플로 차트이다.(종래)
도 8은, TMS 제어의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다.(종래)

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 본 발명의 실시 형태의 히터 계통의 시스템 구성도를 도 1에, 또, 도 2에, 터보 분자 펌프의 구성도를 나타낸다.

도 1에 있어서, 제어 장치(200)는 펌프 본체(100)와 별체로 기재되어 있는데, 터보 분자 펌프는, 펌프 본체(100)와 제어 장치(200)가 일체화되어 있어도 본 실시 형태의 적용은 가능하다.

제어 장치(200)에는 펌프의 제어를 행하는 펌프 제어부(1)가 배치되어 있다. 그리고, 이 펌프 제어부(1)는, 자기 베어링의 제어를 행하는 자기 베어링 제어부(3)와 모터의 제어를 행하는 모터 회전 제어부(5)를 감시 제어하고 있다. 후술하는 펌프 본체(100)의 베이스부(129)에는 히터(7)가 감겨지고, 이 히터(7)의 근처에는 이 베이스부(129)의 온도를 검출하기 위한 온도 센서(9)가 배치되어 있다. 그리고, 이 제어 장치(200)에는 TMS 제어를 행하기 위한 온도 제어부(11)가 배치되어 있다. 이 온도 제어부(11)는, 온도 센서(9)로 검출한 온도를 온도 계측부(13)에서 소정의 온도 신호로 변환하고, 이 온도 신호를 계측 온도치로서 입력하도록 되어 있다. 이 계측 온도치가 후술하는 임계값을 초과했을 때에 ON/OFF 신호가 생성되고, 이 ON/OFF 신호가 히터 출력부(15)에 대해 출력되도록 되어 있다. 히터 출력부(15)에서는 입력된 ON/OFF 신호에 의거하여 히터(7)를 가열 혹은 정지하도록 되어 있다. 그리고, 온도 제어부(11)가 온도 센서 계통의 이상을 검출했을 때에는 펌프 제어부(1)에 대해 이상 통지 신호(17)가 통지되도록 되어 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 히터 계통의 시스템 구성도에 대해 설명하고 있는데, 전자 밸브 계통의 시스템 구성도에 대해서도 동일한 구성이다.

다음으로, 펌프 본체(100)에 대해 설명한다.

도 2에 있어서, 펌프 본체(100)의 원통형의 외통(127)의 상단에는 흡기구(101)가 형성되어 있다. 외통(127)의 내측에는, 가스를 흡인 배기하기 위한 터빈 블레이드에 의한 복수의 회전익(102a, 102b, 102c …)을 둘레부에 방사상 또한 다단으로 형성한 회전체(103)를 구비한다.

이 회전체(103)의 중심에는 로터축(113)이 장착되어 있으며, 이 로터축(113)은, 예를 들면, 이른바 5축 제어의 자기 베어링에 의해 공중에 부상 지지 또한 위치 제어되어 있다.

상측 경방향 전자석(104)은, 4개의 전자석이, 로터축(113)의 경방향의 좌표축이며 서로 직교하는 X축과 Y축에 짝을 이루어서 배치되어 있다. 이 상측 경방향 전자석(104)에 근접 또한 대응되어 4개의 전자석으로 이루어지는 상측 경방향 센서(107)가 구비되어 있다. 이 상측 경방향 센서(107)는 로터축(113)의 경방향 변위를 검출하여, 제어 장치(200)에 보내도록 구성되어 있다.

제어 장치(200)에 있어서는, 상측 경방향 센서(107)가 검출한 변위 신호에 의거하여, PID 조절 기능을 갖는 보상 회로를 통해 상측 경방향 전자석(104)의 여자를 제어하여, 로터축(113)의 상측의 경방향 위치를 조정한다.

로터축(113)은, 고투자율재(철 등) 등에 의해 형성되고, 상측 경방향 전자석(104)의 자력에 의해 흡인되도록 되어 있다. 이러한 조정은, X축 방향과 Y축 방향으로 각각 독립적으로 행해진다.

또, 하측 경방향 전자석(105) 및 하측 경방향 센서(108)가, 상측 경방향 전자석(104) 및 상측 경방향 센서(107)와 동일하게 배치되고, 로터축(113)의 하측의 경방향 위치를 상측의 경방향 위치와 동일하게 조정하고 있다.

또한, 축방향 전자석(106A, 106B)이, 로터축(113)의 하부에 구비한 원판형의 금속 디스크(111)를 상하로 끼워 배치되어 있다. 금속 디스크(111)는, 철 등의 고투자율재로 구성되어 있다. 로터축(113)의 축방향 변위를 검출하기 위해 축방향 센서(109)가 구비되고, 그 축방향 변위 신호가 제어 장치(200)에 보내지도록 구성되어 있다.

그리고, 축방향 전자석(106A, 106B)은, 이 축방향 변위 신호에 의거하여 제어 장치(200)의 PID 조절 기능을 갖는 보상 회로를 통해 여자 제어되도록 되어 있다. 축방향 전자석(106A)과 축방향 전자석(106B)은, 자력에 의해 금속 디스크(111)를 각각 상방과 하방으로 흡인한다.

이와 같이, 제어 장치(200)는, 이 축방향 전자석(106A, 106B)이 금속 디스크(111)에 미치는 자력을 적당히 조절하여, 로터축(113)을 축방향으로 자기 부상시켜, 공간에 비접촉으로 유지하도록 되어 있다.

모터(121)는, 로터축(113)을 둘러싸도록 둘레형으로 배치된 복수의 자극을 구비하고 있다. 각 자극은, 로터축(113)과의 사이에 작용하는 전자력을 통해 로터축(113)을 회전 구동하도록, 제어 장치(200)에 의해 제어되어 있다.

회전익(102a, 102b, 102c …)과 약간의 공극을 사이에 두고 복수 장의 고정익(123a, 123b, 123c …)이 배치되어 있다. 회전익(102a, 102b, 102c …)은, 각각 배기 가스의 분자를 충돌에 의해 아래 방향으로 이송하기 때문에, 로터축(113)의 축선에 수직인 평면으로부터 소정의 각도만큼 경사지게 형성되어 있다.

또, 고정익(123)도, 동일하게 로터축(113)의 축선에 수직인 평면으로부터 소정의 각도만큼 경사지게 형성되고, 또한 외통(127)의 내측을 향하여 회전익(102)의 단과 번갈아가며 배치되어 있다.

그리고, 고정익(123)의 일단은, 복수의 단쌓기된 고정익 스페이서(125a, 125b, 125c …)의 사이에 삽입되어 끼워진 상태로 지지되어 있다.

고정익 스페이서(125)는 링형의 부재이며, 예를 들면 알루미늄, 철, 스테인리스, 구리 등의 금속, 또는 이러한 금속을 성분으로 하여 포함하는 합금 등의 금속에 의해 구성되어 있다.

고정익 스페이서(125)의 외주에는, 약간의 공극을 사이에 두고 외통(127)이 고정되어 있다. 외통(127)의 바닥부에는 베이스부(129)가 배치되고, 고정익 스페이서(125)의 하부와 베이스부(129)의 사이에는 나사가 달린 스페이서(131)가 배치되어 있다. 그리고, 베이스부(129) 중의 나사가 달린 스페이서(131)의 하부에는 배기구(133)가 형성되고, 외부로 연통되어 있다.

나사가 달린 스페이서(131)는, 알루미늄, 구리, 스테인리스, 철, 또는 이러한 금속을 성분으로 하는 합금 등의 금속에 의해 구성된 원통형의 부재이며, 그 내주면에 나선형의 나사 홈(131a)이 복수 줄 형성되어 있다.

나사 홈(131a)의 나선의 방향은, 회전체(103)의 회전 방향으로 배기 가스의 분자가 이동했을 때에, 이 분자가 배기구(133) 쪽으로 이송되는 방향이다.

회전체(103)의 회전익(102a, 102b, 102c …)에 이어지는 최하부에는 원통부(102d)가 수하(垂下)되어 있다. 이 원통부(102d)의 외주면은, 원통형이고, 또한 나사가 달린 스페이서(131)의 내주면을 향하여 돌출되어 있으며, 이 나사가 달린 스페이서(131)의 내주면과 소정의 간극을 사이에 두고 근접되어 있다.

베이스부(129)는, 터보 분자 펌프의 펌프 본체(100)의 기저부를 구성하는 원반형의 부재이며, 일반적으로는 철, 알루미늄, 스테인리스 등의 금속에 의해 구성되어 있다. 또, 이 베이스부(129)에는 도시하지 않는 수냉관이 환상으로 매설되어 있다. 그리고, 수냉관의 측부에는 도시하지 않는 수냉용 온도 센서가 배치되어 있다.

베이스부(129)는 펌프 본체(100)를 물리적으로 유지함과 더불어, 열의 전도로의 기능도 겸비하고 있으므로, 철, 알루미늄이나 구리 등의 강성이 있고, 열전도율도 높은 금속이 사용되는 것이 바람직하다.

이러한 구성에 있어서, 회전익(102)이 모터(121)에 의해 구동되고 로터축(113)과 더불어 회전하면, 회전익(102)과 고정익(123)의 작용에 의해, 흡기구(101)를 통해 챔버로부터의 배기 가스가 흡기된다.

흡기구(101)로부터 흡기된 배기 가스는, 회전익(102)과 고정익(123)의 사이를 통과하여, 베이스부(129)로 이송된다. 이 때, 배기 가스가 회전익(102)에 접촉 또는 충돌할 때에 발생하는 마찰열이나, 모터(121)에서 발생한 열의 전도나 복사 등에 의해, 회전익(102)의 온도는 상승하는데, 이 열은, 복사 또는 배기 가스의 기체 분자 등에 의한 전도에 의해 고정익(123)측에 전달된다.

고정익 스페이서(125)는, 외주부에서 서로 접합하고 있으며, 고정익(123)이 회전익(102)으로부터 받은 열이나 배기 가스가 고정익(123)에 접촉 또는 충돌할 때에 발생하는 마찰열 등을 외통(127)이나 나사가 달린 스페이서(131)로 전달한다.

나사가 달린 스페이서(131)에 이송되어 온 배기 가스는, 나사 홈(131a)에 안내되면서 배기구(133)로 보내진다.

다음으로, 본 실시 형태의 작용에 대해 설명한다.

도 3에 본 실시 형태인 TMS 제어의 플로 차트를 나타낸다. 또, 도 4에는 온도 센서 계통이 고장났을 때의 TMS 제어의 타이밍 차트를 나타낸다. 또한, 도 7, 도 8과 동일 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

예를 들면, 히터 제어의 경우, 일반적으로, ON/OFF의 채터링을 회피하기 위해, 상한/하한의 2개의 온도 임계값이 설정되고, 계측 온도가 하한치 이하에서는 히터(7)를 ON으로 하고, 상한치 이상에서는 OFF하도록 제어한다. 하한치 이하의 상태에서 온도 센서(9)가 고장났을 경우에는 「저온 이상」을 검출하고, 상한치 이상의 상태에서 온도 센서(9)가 고장났을 경우에는, 「고온 이상」을 검출한다.

상한치와 하한치 사이의 상태에서 온도 센서(9)가 고장났을 경우, 종래에서는 이상 검지할 수 없었다. 그러나, 이 온도 범위에서 일정 온도를 유지하는 것이 실운용상 일어날 수 없는 경우, 본 실시 형태에서는, 규정 시간을 형성함으로써, 온도 센서(9)에 장해가 발생한 리스크가 있다고 판단하여, 히터(7)의 출력 상태를 변화시키는 것이다.

이하, 도 4의 시각(t100)에 있어서 온도 센서 계통이 고장나, 계측 온도가 상한치와 하한치의 사이에서 계속 일정한 경우를 상정한다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 시각(t96)에서는 온도 센서(9)로 계측한 계측 온도가 상한치를 초과한 상태이다. 이 시각(t96)에 있어서의 제어에서는, 우선, 도 3의 단계 1에서 히터 제어가 개시된다. 단계 2에서 온도 센서(9)로 계측한 계측 온도가 온도 제어부(11)에서 하한치 미만이 아니라고 판정되므로 단계 5로 진행된다. 단계 5에서는 온도 센서(9)로 계측한 계측 온도가 상한치를 초과했으므로 단계 6으로 진행되어 히터(7)를 OFF한다. 단, 단계 6에서는 히터 출력부(15)가 히터(7)를 OFF함과 동시에 타이머를 초기화한다. 그 후, 단계 4에서 이 제어는 종료된다. 또, 이 시각(t96)의 부근에서는, 별도 수냉용에 배치된 온도 센서를 이용한 제어에 의해 전자 밸브가 열리므로 수냉관에 의해 베이스부(129)의 온도는 냉각된다. 단, 수냉용 온도 센서와 히터용 온도 센서는 상이한 개소에 배치되므로, 수냉용에 설치된 상한치와 하한치는 이 히터용의 상한치와 하한치와는 일반적으로는 다소 상이하다.

시각(t97)에서는 온도 센서(9)로 계측한 계측 온도가 오버슈트 후에 상한치 미만이 된 상태이다. 시각(t96) 이후도 시각(t97)에 이르기까지 샘플링 주기(Δt) 시간마다 도 3의 플로 차트에 따른 동작이 행해진다. 이 사이, 온도 센서(9)로 계측한 계측 온도는 상한치를 초과한 상태를 유지하고 있으므로 단계 6에서는 히터(7)의 OFF가 유지된다. 이 때 타이머의 카운트는 계속된다.

시각(t98)에서는 온도 센서(9)로 계측한 계측 온도가 하한치 미만이 된 상태이다. 시각(t97) 이후도 시각(t98)에 이르기까지 샘플링 주기(Δt) 시간마다 도 3의 플로 차트에 따른 동작이 행해진다. 이 때, 단계 2에서는 온도 센서(9)로 계측한 계측 온도가 하한치 미만이 아니라고 판정되므로 단계 5로 진행된다. 단계 5에서는 상한치보다 높지도 않다고 판정되므로 단계 7에 이른다. 단계 7에서는 타이머의 카운트값이 예를 들면 90분 등 미리 설정한 규정 시간이 됐는지 여부가 판단된다. 이 90분이라는 규정 시간은, 예를 들면 펌프마다 실험 등으로 산출한 펌프의 과잉 가열 혹은 과잉 냉각에 이르기까지의 시간에 대해 2배 등의 여유율을 곱함으로써 결정하는 것이 바람직하다.

이와 같이 규정 시간을 설정한 것은, 온도 센서 계통이 고장나, 계측 온도가 상한치와 하한치의 사이에서 계속 일정한 경우에는, 내내 히터(7)에 의한 가열이나 수냉관에 의한 냉각이 계속되어 버려, 과잉 가열이나 과잉 냉각이 되는 문제를 일으키므로 이것을 회피하기 위함이다.

TMS 기능은 온도 센서의 계측 온도를 목표 온도가 되도록 제어하는 기능이므로, 덥히는 대상이나 히터 용량 등의 적용 애플리케이션이 특정되면, 히터나 수냉용 전자 밸브의 ON/OFF는 같은 사이클을 반복하는 거동이 되어, 계속적으로 ON/OFF 상태가 유지되는 시간의 상한이 결정된다. 이 상한에 대해 여유도를 고려한 허용 시간을 형성함으로써, 만일, 그 허용 시간을 초과하여 계속적으로 ON 상태 혹은 OFF 상태를 유지하지 않도록, ON/OFF 상태를 변경하는 것이 바람직하다.

온도 센서(9)가 정상적으로 동작하고 있는 경우, 이 규정 시간을 초과하는 경우는 없다. 이 때문에, 단계 7에서는 타이머의 카운트값은 규정 시간 이내로 판단되어, 단계 4로 진행된다.

시각(t97) 이후도 시각(t98)에 이르기까지 샘플링 주기(Δt) 시간마다 도 3의 플로 차트에 따른 동작이 행해진다.

시각(t98)에서는, 단계 2에서 온도 센서(9)로 계측한 계측 온도가 하한치 미만으로 판정되므로 단계 3에서 히터(7)를 ON하고, 단계 4에서 제어가 종료된다. 단, 단계 3에서는 히터 출력부(15)가 히터(7)를 ON함과 동시에 타이머를 초기화한다. 이 초기화에 의해 타이머는 재차 카운트가 개시되게 된다. 이 시각(t98)의 부근에서도 수냉용 전자 밸브는 닫히므로 히터(7)에 의해 베이스부(129)의 온도는 가열된다. 하한치로 히터(7)를 ON한 후에도 열용량의 관계로부터, 베이스부(129)의 온도는 급하게는 상승하지 않으며, 언더슈트 곡선을 그린다.

언더슈트를 하고 있는 시각(t99)에 이르기까지의 샘플링 주기(Δt) 시간에서는 단계 2에서 계측 온도가 하한치 미만으로 판단되므로 단계 3으로 진행되어 히터(7)를 계속 ON한다. 이 때 타이머의 카운트는 계속된다.

언더슈트 후, 시각(t100)에 이르기까지의 샘플링 주기(Δt) 시간에서는 단계 2에서 하한치 미만이 아니고, 단계 5에서 상한치보다 높지도 않기 때문에 단계 7에 이른다. 그리고, 단계 7에서는 타이머 시간이 만료하고 있지 않기 때문에 단계 4로 진행된다. 이 때문에, 히터(7)가 ON한 상태가 계속 유지된다.

다음으로, 시각(t100)에서 온도 센서 계통이 고장나, 계측 온도가 상한치와 하한치의 사이에서 계속 일정했을 때의 처리에 대해 설명한다. 이 때에는, 시각(t100) 이후의 샘플링 주기(Δt) 시간마다의 처리는, 단계 2에서 계측 온도가 하한치 미만이 아니며 단계 5로 진행되고, 단계 5에서는 상한치보다 높지도 않기 때문에 단계 7에 이른다. 그리고, 단계 7에서는 타이머 시간이 만료하고 있지 않기 때문에 단계 4로 진행된다. 이 때문에, 히터(7)가 ON한 상태가 장시간 계속 유지되게 된다. 그러나, 단계 7의 판단으로, 타이머의 카운트값이 규정 시간 이상이 되었을 때에는 단계 8로 진행되어 타이머 종료 처리가 행해진다.

이 타이머 종료 처리에서는, 규정 시간 이상 동일한 출력 상태를 유지하지 않도록 하기 위해 강제적으로 출력을 반전시킨다. 즉, 히터(7)가 ON한 상태이면, 이것을 OFF시킨다. 단, 이 이후는, 규정 시간마다 히터에 의한 가열과 전자 밸브에 의한 냉각이 교대로 반복되도록 해도 된다. 혹은, 주력을 반전하지 않고 온도 센서 계통의 이상을 통지하도록 해도 된다. 반전시킴과 동시에 이상을 통지하도록 해도 된다.

이상과 같이, 상한치와 하한치의 2개의 온도 임계값의 사이에서 온도 센서 계통의 장해 리스크를 고려했다. 이 때문에, 온도 센서 계통에 장해가 없는 경우에는, 계측 온도는 반드시 상한치와 하한치에 달하여, 출력 상태는 정상적으로 반전한다. 한편, 온도 센서 계통에 장해를 일으켰을 경우에는 규정 시간의 경과 후이어도 계측 온도는 상한치 혹은 하한치에 이르지 않는다. 그러나, 이 때 출력 상태를 반전시키면 운전을 지속할 수 있다. 또, 이상을 통지할 수 있다. 이 때의 판단을 행하는데 별도 이상 감시용 온도 센서를 필요로 하지 않으며, 소프트웨어 처리로 실현이 가능하다.

또한, 본 실시 형태에서는 히터와 수냉용 전자 밸브에 대해 각각 1개의 온도 센서를 배치한다고 하여 설명했는데, 히터와 수냉용 전자 밸브에 대해 공통된 1개의 온도 센서를 배치했을 경우에도 동일하게 적용이 가능하다.

또, 상기에서는 주로 히터 제어의 경우에 대해 설명했는데, 수냉용 전자 밸브 제어의 경우에 대해서도 동일하게 적용이 가능하다. 이 경우, 상한치로 전자 밸브를 열어 수냉관에 물을 흐르게 하고, 하한치로 전자 밸브를 닫아 물을 정지한다.

다음으로, 도 5, 도 6에는 본 실시 형태의 다른 양태인 플로 차트를 나타낸다. 또한, 도 3, 도 7과 동일 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

도 5는 기본적으로는 도 7의 플로 차트의 구성과 같지만, 단계 3 및 단계 6과 단계 4의 사이의 도면 중 부호(A)로 나타내는 개소에, 도 6에 나타내는 타이머 처리를 행하는 서브루틴을 삽입한 점에서 도 7과는 상이하다. 즉, 도 6에 있어서, 단계 10에서는 히터(7)의 출력 지시가 ON으로부터 OFF, 또는 OFF로부터 ON으로 변화했는지 여부가 판단된다. 그리고, 히터(7)의 출력 지시가 변화했다고 판단되었을 경우에는 단계 11로 진행되어 타이머를 초기화하고 단계 12에서 도 5의 플로 차트로 되돌아온다.

한편, 단계 10에서 히터(7)의 출력 지시가 변화하고 있지 않다고 판단되었을 경우에는 단계 7로 진행된다. 단계 7에서는 타이머의 카운트값이 규정 시간이 됐는지 여부가 판단된다. 단계 7의 판단으로, 타이머의 카운트값이 규정 시간 이상이 되었을 때에는 단계 8로 진행되어 전술한 타이머 종료 처리가 행해진다.

이상에 의해, 상한치와 하한치의 2개의 온도 임계값의 사이에서 온도 센서 계통의 장해 리스크가 생길 뿐만 아니라, 계측 온도가 하한치 미만의 영역이나, 상한치보다 높은 영역에서도 온도 센서 계통의 장해를 고려할 수 있다.

또한, 본 발명은, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 한 여러 가지의 개변을 이룰 수 있으며, 본 발명이 당해 개변된 것에도 미치는 것은 당연하다.

1 펌프 제어부
3 자기 베어링 제어부
5 모터 회전 제어부
7 히터
9 온도 센서
11 온도 제어부
13 온도 계측부
15 히터 출력부
17 이상 통지 신호
100 펌프 본체
200 제어 장치

Claims (3)

1. 펌프의 온도를 계측하는 온도 센서와,
   당해 온도 센서로 계측된 온도가 상한치와 하한치를 반복하여 경과하도록 히터 및/또는 냉각 장치의 제어를 행하는 온도 제어를 구비하는 진공 펌프에 있어서,
   당해 온도 제어가, 통상 운전 시에 있어서의 상기 상한치부터 다음의 상기 하한치, 및 상기 하한치부터 다음의 상기 상한치까지 이르는 경과 시간이 포함되도록 설정된 규정 시간을 갖고,
   상기 상한치 혹은 상기 하한치의 상태의 변화를 확인할 수 없는 채로 상기 규정 시간을 초과했을 때에, 상기 히터 및/또는 상기 냉각 장치의 제어를 강제적으로 행하여 상기 상태의 변화를 실현, 및/또는 이상(異常)의 통지를 행하는 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 규정 시간이, 상기 하한치 미만에서의 경과 시간, 및 상기 상한치를 초과한 경과 시간이 포함되도록 설정된 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
3. 온도 제어되는 대상물과,
   당해 대상물의 온도를 계측하는 온도 센서와,
   당해 온도 센서로 계측된 온도가 상한치와 하한치를 반복하여 경과하도록 히터 및/또는 냉각 장치의 제어를 행하는 온도 제어 장치에 있어서,
   통상 운전 시에 있어서의 상기 상한치부터 다음의 상기 하한치, 및 상기 하한치부터 다음의 상기 상한치까지 이르는 경과 시간이 포함되도록 설정된 규정 시간을 갖고,
   상기 상한치 혹은 상기 하한치의 상태의 변화를 확인할 수 없는 채로 상기 규정 시간을 초과했을 때에, 상기 히터 및/또는 상기 냉각 장치의 제어를 강제적으로 행하여 상기 상태의 변화를 실현, 및/또는 이상의 통지를 행하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
   

Images