JP2002257079A - ターボ分子ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポンプ本体内の温度制御のためのエネルギ損
失の小さいターボ分子ポンプを提供する。 【解決手段】 ターボ分子ポンプは、ポンプ本体1内で
回転体が磁気軸受3により非接触支持されるものであっ
て、ポンプ本体1を加熱するヒータ6と、ポンプ本体1を
冷却する冷却手段10と、ポンプ本体1内の温度を検出す
る温度検出手段7と、検出されたポンプ本体1内の温度に
基づいてヒータ6および冷却手段10を制御する制御手段1
1とを備えている。制御手段11が、ポンプ本体1内の温度
が設定下限温度より低いときにのみヒータ6を作動状態
にし、ポンプ本体1内の温度が設定下限温度よりも高い
設定上限温度より高いときにのみ冷却手段10を作動状態
にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、磁気軸受を用い
たターボ分子ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気軸受を用いたターボ分子ポンプで
は、ポンプ本体内において、ポンプを構成する回転体が
磁気軸受により非接触支持されて、電動モータにより回
転駆動される。

【０００３】この種のターボ分子ポンプとして、ポンプ
本体を加熱するヒータと、ポンプ本体を冷却する冷却手
段と、ポンプ本体内の温度を検出する温度検出手段と、
検出されたポンプ本体内の温度に基づいてヒータおよび
冷却手段を制御する制御手段とを備えているものが知ら
れている。ヒータは、圧縮されたガスが凝固してポンプ
本体内に付着・堆積することを防止するものであり、冷
却手段は、ポンプ本体内の過度の温度上昇を防止するも
のである。

【０００４】通常、ヒータは電気式のものであって、通
電時に作動状態、非通電時に非作動状態となる。また、
冷却手段は、ポンプ本体に冷却水を供給するための冷却
水供給流路を備えており、この流路には、電磁制御弁が
設けられている。制御弁は、非通電時には、閉状態で、
流路を閉鎖し、通電時には、開状態となって、流路を開
き、流路を通して、冷却水をポンプ本体に供給するよう
になっている。

【０００５】従来、制御手段は、ポンプ内の温度が設定
温度より低いときは、ヒータを作動状態にするととも
に、冷却水供給流路の制御弁を閉状態にし、ポンプ内の
温度が設定温度より高いときは、ヒータを非作動状態に
するとともに、制御弁を開状態にする。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のターボ分子ポン
プでは、上記のように、１つの設定温度を基準に、ヒー
タのオン・オフ制御および制御弁のオン・オフ制御を行
っているため、ヒータおよび制御弁がチャタリングを起
こすという問題がある。また、ポンプ本体内の温度が設
定温度より低いときは、ヒータが作動状態（通電状態）
になり、ポンプ本体内の温度が設定温度より高いとき
は、制御弁が開状態（通電状態）になり、常にいずれか
が通電状態になっており、さらに冷却水で強制冷却され
るため、エネルギ損失が大きいという問題がある。

【０００７】この発明の目的は、ポンプ本体内の温度制
御のためのエネルギ損失の小さいターボ分子ポンプを提
供することにある。

【０００８】この発明の目的は、また、ヒータおよび制
御弁のチャタリングを防止できるターボ分子ポンプを提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段および発明の効果】この発
明によるターボ分子ポンプは、ポンプ本体内で回転体が
磁気軸受により非接触支持されるターボ分子ポンプであ
って、ポンプ本体を加熱するヒータと、ポンプ本体を冷
却する冷却手段と、ポンプ本体内の温度を検出する温度
検出手段と、検出されたポンプ本体内の温度に基づいて
ヒータおよび冷却手段を制御する制御手段とを備えてい
るターボ分子ポンプにおいて、制御手段が、ポンプ本体
内の温度が所定の設定下限温度より低いときにのみヒー
タを作動状態にし、ポンプ本体内の温度が上記設定下限
温度よりも高い所定の設定上限温度より高いときにのみ
冷却手段を作動状態にすることを特徴とするものであ
る。

【００１０】ヒータは、電気式のものであり、通電状態
で作動状態に、非通電状態で非作動状態になる。また、
冷却手段は、通電状態で作動状態に、非通電状態で非作
動状態になる。

【００１１】制御手段は、たとえば、マイクロコンピュ
ータ、ディジタル信号処理プロセッサなど、ソフトウェ
アプログラムが可能なディジタル処理手段より構成され
る。ディジタル信号処理プロセッサ(Digital Signal Pr
ocessor)とは、ソフトウェアプログラムが可能で、高速
実時間処理が可能な専用ハードウェアを意味する。以
下、これを「ＤＳＰ」と略すことにする。

【００１２】この発明のターボ分子ポンプによれば、ヒ
ータは、ポンプ本体内の温度が設定下限温度より低いと
きにのみ作動状態（通電状態）になり、冷却手段は、ポ
ンプ本体内の温度が設定上限温度より高いときにのみ作
動状態になり、ポンプ内の温度が設定下限温度と設定上
限温度の間にあるときは、ヒータと冷却手段の両方が非
作動状態（非通電状態）になる。したがって、ポンプ本
体内の温度制御のためのエネルギ損失を小さくすること
ができる。

【００１３】たとえば、冷却手段が、ポンプ本体に冷却
流体を供給するための冷却流体供給流路と、冷却流体流
路を開閉する制御弁とを備えており、制御弁が、非通電
時には閉状態となり、通電時には開状態となる。

【００１４】この場合、制御弁は、ポンプ本体内の温度
が設定上限温度より高いときにのみ開状態（通電状態）
になり、その他のときは閉状態（非通電状態）である。
このため、ポンプ内の温度が設定下限温度と設定上限温
度の間にあるときは、ヒータと制御弁の両方が非通電状
態になる。したがって、ポンプ本体内の温度制御のため
のエネルギ損失を小さくすることができる。

【００１５】また、たとえば、制御手段がヒータを作動
状態にしてから次に非作動状態にするまでの時間および
制御弁を開状態にしてから次に閉状態にするまでの時間
が、それぞれ、設定された最低作動時間よりも長い。

【００１６】この場合、ヒータが作動状態になる時間お
よび制御弁が開状態にになる時間は、それぞれ、最低作
動時間よりも短くなることがない。したがって、それぞ
れの最低作動時間を適当に設定することにより、ヒータ
および制御弁のチャタリングを防止することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施形態について説明する。

【００１８】図１は、ターボ分子ポンプの主要部の構成
を概略的に示すブロック図である。

【００１９】ターボ分子ポンプは、ポンプ本体(1)とコ
ントローラ(2)から構成されている。

【００２０】ポンプ本体(1)には、ポンプの回転部分を
構成する回転体（図示略）を非接触支持するディジタル
制御型磁気軸受(3)と、回転体の位置を検出する位置検
出装置(4)と、回転体を回転駆動する電動モータ(5)と、
ポンプ本体(1)内の所要箇所を加熱する加熱手段として
のヒータ(6)と、ポンプ本体(1)内の所要箇所の温度を検
出する温度検出手段としての温度検出装置(7)とが設け
られている。

【００２１】ターボ分子ポンプには、また、ポンプ本体
(1)内に冷却流体である冷却水を供給するための冷却装
置(8)、冷却流体供給流路である冷却水供給流路(9)およ
び流路(9)を開閉する電磁制御弁(10)が設けられてお
り、これらにより、ポンプ本体(1)内を冷却する冷却手
段が構成されている。

【００２２】コントローラ(2)には、ポンプ本体(1)の各
部を制御するディジタル制御手段としてのＤＳＰ(11)、
磁気軸受駆動回路(12)、モータ駆動回路（インバータ回
路）(13)、ヒータ駆動回路(14)、弁駆動回路(15)などが
設けられている。

【００２３】磁気軸受(3)は、複数の電磁石の磁気吸引
力により、回転体の軸方向（アキシアル方向）の１箇所
において回転体を軸方向の制御軸方向に非接触支持する
とともに、軸方向の２箇所において、それぞれ、回転体
を互いに直交する２つの径方向（ラジアル方向）の制御
軸方向に非接触支持するものである。

【００２４】ＤＳＰ(11)は、位置検出信号の出力信号す
なわち回転体の位置に基づき、磁気軸受駆動回路(12)を
介して、磁気軸受(3)の各電磁石に供給する励磁電流を
制御し、これにより、回転体が所定の目標位置に非接触
支持される。

【００２５】ＤＳＰ(11)は、また、モータ駆動回路(13)
を介して、モータ(5)の回転を制御する。

【００２６】ＤＳＰ(11)は、さらに、温度検出装置(7)
の出力信号すなわちポンプ本体(1)内部の温度（以下
「内部温度」と略す）に基づき、ヒータ駆動回路(14)を
介してヒータ(6)を制御するとともに、弁駆動回路(15)
を介して弁(10)を制御する。

【００２７】ＤＳＰ(11)からヒータ・オン信号が出力さ
れると、ヒータ(6)が通電状態になって、ヒータ(7)が作
動状態（オン状態）となり、ポンプ本体(1)内が加熱さ
れる。逆に、ＤＳＰ(11)からヒータ・オフ信号が出力さ
れると、ヒータ(6)が非通電状態となって、ヒータ(7)が
非作動状態（オフ状態）となり、ポンプ本体(1)内が、
加熱されなくなる。

【００２８】ＤＳＰ(11)から弁オン信号（弁開信号）が
出力されると、弁(10)が開状態（オン状態）となって、
流路(9)が開かれ、冷却装置(8)からポンプ本体(1)内に
冷却水が供給されて、ポンプ本体(1)内が冷却される。
逆に、ＤＳＰ(11)から弁オフ信号（弁閉信号）が出力さ
れると、弁(10)が閉状態（オフ状態）となって、流路
(9)が閉鎖され、ポンプ本体(1)内に冷却水が供給されな
くなって、ポンプ本体(1)内が冷却されなくなる。

【００２９】図２は、ターボ分子ポンプ運転時の内部温
度の変化と、それによるヒータ(6)および弁(10)の制御
状態の変化を示すタイムチャートである。次に図２を参
照して、ＤＳＰ(11)によるヒータ(6)および弁(10)の制
御について、詳細に説明する。

【００３０】ＤＳＰ(11)には、ヒータ(6)を制御するた
めの設定下限温度Ｔ0と、弁(10)を制御するための設定
上限温度Ｔ1とが予め設定されている。設定上限温度Ｔ1
は、設定下限温度Ｔ0よりも所定量（たとえば０．５〜
１℃程度）高い値に設定されている。また、ＤＳＰ(11)
には、ヒータ(6)をオン状態にしてから次にオフ状態に
するまでの最低作動時間であるヒータ最低作動時間ｔhm
inと、弁(10)をオン状態にしてから次にオフ状態にする
までの最低作動時間である弁最低作動時間ｔvminが設定
されている。たとえば、ヒータ最低作動時間ｔhminは１
〜５秒程度、弁最低作動時間ｔvminは１０〜２０秒程度
である。

【００３１】ＤＳＰ(11)は、ターボ分子ポンプの運転
中、温度検出装置(7)の出力信号である内部温度を監視
しており、内部温度が設定下限温度Ｔ0より低いとき
は、ヒータ(6)をオン状態にして、内部温度が設定下限
温度Ｔ0より高いときは、ヒータ(6)をオフ状態にし、内
部温度が設定上限温度Ｔ1より高いときは、弁(10)をオ
ン状態にして、内部温度が設定上限温度Ｔ1より低いと
きは、弁(10)をオフ状態にする。また、ヒータ(6)をオ
ン状態にしたときは、内部温度が設定下限温度Ｔ0より
高くなっても、ヒータ最低作動時間ｔhminが経過するま
では、ヒータ(6)をオン状態に保持する。同様に、弁(1
0)をオン状態にしたときは、内部温度が設定上限温度Ｔ
1より低くなっても、弁最低作動時間ｔvminが経過する
までは、弁(10)をオン状態に保持する。これにより、内
部温度が設定下限温度Ｔ0と設定上限温度Ｔ1との間にあ
るときは、ヒータ(6)と弁(10)が両方ともオフ状態とな
り、無駄なエネルギ損失が低減できる。また、ヒータ
(6)がオン状態になってから次にオフ状態になるまでの
時間および弁(10)がオン状態になってから次にオフ状態
になるまでの時間が、それぞれ、最低作動時間ｔhmin、
ｔvminよりも短くなることがなく、それぞれの最低作動
時間ｔhmin、ｔvminを適当な値に設定することにより、
ヒータ(6)および弁(10)のチャタリングを防止すること
ができる。

【００３２】ターボ分子ポンプの全体構成および各部の
構成は、上記実施形態のものに限らず、適宜変更可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の実施形態を示すターボ分子
ポンプの概略ブロック図である。

【図２】図２は、内部温度の変化ならびにＤＳＰによる
ヒータおよび制御弁の制御の変化を示すタイムチャート
である。

【符号の説明】

(1) ポンプ本体 (2) コントローラ (3) 磁気軸受 (6) ヒータ (7) 温度検出装置 (8) 冷却装置 (9) 冷却水供給流路 (10) 制御弁 (11) ディジタル信号処理プロセッサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポンプ本体内で回転体が磁気軸受により非
   接触支持されるターボ分子ポンプであって、ポンプ本体
   を加熱するヒータと、ポンプ本体を冷却する冷却手段
   と、ポンプ本体内の温度を検出する温度検出手段と、検
   出されたポンプ本体内の温度に基づいてヒータおよび冷
   却手段を制御する制御手段とを備えているターボ分子ポ
   ンプにおいて、 制御手段が、ポンプ本体内の温度が所定の設定下限温度
   より低いときにのみヒータを作動状態にし、ポンプ本体
   内の温度が上記設定下限温度よりも高い所定の設定上限
   温度より高いときにのみ冷却手段を作動状態にすること
   を特徴とするターボ分子ポンプ。
2. 【請求項２】冷却手段が、ポンプ本体に冷却流体を供給
   するための冷却流体供給流路と、冷却流体流路を開閉す
   る制御弁とを備えており、制御弁が、非通電時には閉状
   態となり、通電時には開状態となることを特徴とする請
   求項１のターボ分子ポンプ。
3. 【請求項３】制御手段がヒータを作動状態にしてから次
   に非作動状態にするまでの時間および制御弁を開状態に
   してから次に閉状態にするまでの時間が、それぞれ、設
   定された最低作動時間よりも長いことを特徴とする請求
   項２のターボ分子ポンプ。