JP4529552B2 - Magnetic bearing type turbo molecular pump - Google Patents

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Description

本発明は、半導体製造装置や分析装置等に使用される磁気軸受式ターボ分子ポンプに関する。   The present invention relates to a magnetic bearing type turbo molecular pump used for a semiconductor manufacturing apparatus, an analysis apparatus or the like.

半導体製造装置や分析装置等に用いられるターボ分子ポンプでは、中真空域から高真空域での高排気性能を得るためにタービン翼段とドラッグポンプ段とを備えたものがある。ドラッグポンプ段はタービン翼段の下流側に設けられるものであり、一般的に、ロータ下部に設けられた円筒部と、その円筒部の周面と僅かなギャップで対向配置されたネジステータとから成る。そして、円筒部がネジステータに対して高速回転することでガスが排気される。   Some turbo molecular pumps used in semiconductor manufacturing apparatuses, analysis apparatuses, and the like are provided with a turbine blade stage and a drag pump stage in order to obtain high exhaust performance from a medium vacuum region to a high vacuum region. The drag pump stage is provided on the downstream side of the turbine blade stage, and generally includes a cylindrical portion provided at the lower portion of the rotor and a screw stator disposed to face the circumferential surface of the cylindrical portion with a slight gap. . And gas is exhausted because a cylindrical part rotates at high speed with respect to a screw stator.

ターボ分子ポンプで排気されるガスの流量が多くなったり、排気されるガスの分子量が大きくなるにつれて、モータ電力増大に伴う発熱やガス排気に伴う摩擦熱などによりロータ温度が上昇する。特に、圧力の高いドラッグポンプ段では摩擦熱の増大によりロータ温度が高くなりやすく、ロータの熱膨張により円筒部が径方向に変形してネジステータと接触するおそれがあった。さらに、ロータには遠心力が作用しているため、上述した熱膨張に加えてクリープによる変形も生じる。   As the flow rate of the gas exhausted by the turbo molecular pump increases or the molecular weight of the exhausted gas increases, the rotor temperature rises due to heat generated by an increase in motor power, frictional heat accompanying gas exhaust, and the like. In particular, in a high-pressure drag pump stage, the rotor temperature tends to increase due to an increase in frictional heat, and the cylindrical portion may be deformed in the radial direction due to thermal expansion of the rotor and may come into contact with the screw stator. Further, since centrifugal force acts on the rotor, deformation due to creep occurs in addition to the thermal expansion described above.

従来、このような変形によるロータ接触を避けるために、ポンプベース部に温度センサを設けたり、モータステータ温度を検出する機構を設けるなどして、ロータ温度の異常上昇を間接的に検出するようにしている。そして、温度異常上昇検出時には、ロータ回転を停止してロータとステータとの接触を回避するようにしていた。   Conventionally, in order to avoid contact with the rotor due to such deformation, a temperature sensor is provided on the pump base or a mechanism for detecting the motor stator temperature is provided to indirectly detect an abnormal increase in rotor temperature. ing. When temperature abnormal rise is detected, the rotor rotation is stopped to avoid contact between the rotor and the stator.

その場合、ベース部やモータステータの温度を検出してロータ温度を推定しているため、ロータが非接触支持されている磁気軸受式ターボ分子ポンプでは、ロータ温度の推定精度が悪いという欠点があった。そのため、異常温度検出の設定が、実際のロータ異常温度からずれてしまって、上述したロータ回転制御が適切に行われないという問題があった。   In that case, since the rotor temperature is estimated by detecting the temperature of the base part and the motor stator, the magnetic bearing turbo molecular pump in which the rotor is supported in a non-contact manner has a drawback that the estimation accuracy of the rotor temperature is poor. It was. Therefore, there is a problem that the setting of the abnormal temperature detection is deviated from the actual rotor abnormal temperature, and the above-described rotor rotation control is not appropriately performed.

このようなロータ温度推定によるロータ接触回避対策の問題点を解決するものとして、ロータ回転軸に対して対称な位置に２つの非接触式位置センサを対向させて設け、ロータの径方向の変形を検出するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。   In order to solve the problem of rotor contact avoidance measures by estimating the rotor temperature, two non-contact position sensors are provided opposite to each other at positions symmetrical to the rotor rotation axis, and the rotor is deformed in the radial direction. What is detected is known (see, for example, Patent Document 1).

特開平１１−６７７４号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-6774

しかしながら、ロータは磁気軸受に非接触支持されているため、ロータ回転軸は磁気軸受の中心軸に対して０〜数百μｍの範囲で変動している。ところで、上述したロータ変形検出方法では２つの位置センサが回転軸に関して対称に設けられているため、回転軸の中心位置が２つの位置センサを結ぶ線上にない場合にはロータ変形を精度良く検出できず、ポンプを安全に運転する観点において課題があった。   However, since the rotor is supported in a non-contact manner on the magnetic bearing, the rotor rotation shaft varies within a range of 0 to several hundreds of micrometers with respect to the central axis of the magnetic bearing. By the way, in the rotor deformation detection method described above, the two position sensors are provided symmetrically with respect to the rotation axis, so that the rotor deformation can be accurately detected when the center position of the rotation axis is not on the line connecting the two position sensors. However, there was a problem in terms of operating the pump safely.

請求項１の発明は、磁気軸受により非接触支持されたロータをステータに対して回転することによりガスを排気する磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、前記ロータと対向するように配設されて、前記ロータの位置を検出する１つの非接触式位置センサと、前記磁気軸受に設けられたラジアル変位センサと、前記非接触式位置センサの検出方向と前記ラジアル変位センサの中心とが一致するように前記非接触式位置センサを配置したとき、前記非接触式位置センサで検出されたロータ位置と前記ラジアル変位センサの検出情報とに基づいて、前記ロータの変形量を演算するロータ変形量演算手段とを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、非接触式位置センサを配設位置に支持する支持部材の温度を検出する支持部材温度センサと、支持部材温度センサの検出温度に基づいて、支持部材の熱膨張による非接触式位置センサの位置ズレを補正する補正手段とを備え、ロータ変形量演算手段は、補正手段の位置ズレ補正に基づいてロータの変形量を演算するものである。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、ロータの変形量が所定値以上の場合にロータ回転数を低下させる回転数変更手段を備えたものである。
請求項４の発明は、請求項１または２に記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、ロータ非回転時に、磁気軸受の電磁石が固定された固定部の温度を検出する固定部温度センサと、固定部温度センサの検出温度とロータの変形量とに基づいて、ロータ回転時のロータの温度を算出するロータ温度演算手段とを備えたものである。
請求項５の発明は、請求項４に記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、ロータ回転時のロータの温度が所定の上限温度以上の場合にロータ回転数を低下させる回転数変更手段を備えたものである。
請求項６の発明は、請求項１または２に記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、変形量の時間変化率を、時系列的に繰り返し算出する時間変化率演算手段と、時間変化率演算手段で算出された時間変化率が所定値以上の場合にロータ回転数を低下させる回転数変更手段とを備えたものである。
請求項７の発明は、請求項１または２に記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、変形量の時間変化率を、時系列的に繰り返し算出する時間変化率演算手段と、時間変化率演算手段で算出された時間変化率が所定値以上の場合に警告を発生する警告発生手段とを備えたものである。
The invention according to claim 1, in the magnetic bearing type turbo molecular pump for evacuating gas by rotating the non-contact supported rotor by the magnetic bearing relative to the stator, is disposed so as to face the rotor, the One non-contact type position sensor for detecting the position of the rotor, a radial displacement sensor provided in the magnetic bearing, and the detection direction of the non-contact type position sensor and the center of the radial displacement sensor coincide with each other. when placing the non-contact type position sensor, wherein the detected rotor position with the non-contact type position sensor based on the detection information of the radial displacement sensors, and a rotor deformation amount calculation means for calculating an amount of deformation of the rotor It is characterized by having.
According to a second aspect of the present invention, in the magnetic bearing type turbo molecular pump according to the first aspect, a support member temperature sensor for detecting a temperature of a support member for supporting the non-contact type position sensor at the installation position, and a support member temperature sensor Correction means for correcting the positional deviation of the non-contact type position sensor due to the thermal expansion of the support member based on the detected temperature of the support member, and the rotor deformation amount calculating means is based on the positional deviation correction of the correction means. Is calculated.
According to a third aspect of the present invention, in the magnetic bearing type turbo molecular pump according to the first or second aspect, provided with a rotation speed changing means for reducing the rotor rotation speed when the amount of deformation of the rotor is a predetermined value or more. .
According to a fourth aspect of the present invention, in the magnetic bearing type turbo molecular pump according to the first or second aspect, when the rotor does not rotate, a fixed portion temperature sensor for detecting the temperature of the fixed portion to which the electromagnet of the magnetic bearing is fixed, and a fixed Rotor temperature calculation means for calculating the temperature of the rotor during rotation of the rotor based on the detected temperature of the temperature sensor and the amount of deformation of the rotor.
According to a fifth aspect of the present invention, in the magnetic bearing type turbo molecular pump according to the fourth aspect of the present invention, there is provided a rotation speed changing means for reducing the rotor rotation speed when the rotor temperature during rotation of the rotor is equal to or higher than a predetermined upper limit temperature. Is.
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the magnetic bearing turbomolecular pump according to the first or second aspect, wherein the time change rate calculating means for repeatedly calculating the time change rate of the deformation amount in time series, and the time change rate calculating means. And a rotation speed changing means for decreasing the rotor rotation speed when the time change rate calculated in (1) is equal to or greater than a predetermined value.
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the magnetic bearing turbomolecular pump according to the first or second aspect, wherein the time change rate calculating means for repeatedly calculating the time change rate of the deformation amount in time series, and the time change rate calculating means. And a warning generation means for generating a warning when the time change rate calculated in (1) is equal to or greater than a predetermined value.

本発明によれば、ロータの変形量やロータ温度が精度良く算出され、それらに基づいてターボ分子ポンプをより安全に運転させることができる。   According to the present invention, the amount of deformation of the rotor and the rotor temperature are accurately calculated, and based on these, the turbo molecular pump can be operated more safely.

（前提技術の説明）
本発明を実施するための最良の形態を述べるのに先立ち、図１に示したターボ分子ポンプの構成および動作を説明する。図１は、磁気軸受式ターボ分子ポンプのポンプ本体１とコントローラ３０の概略構成を示したものである。
 (Description of prerequisite technology)
Prior to describing the best mode for carrying out the present invention, the configuration and operation of the turbo molecular pump shown in FIG. 1 will be described. FIG. 1 shows a schematic configuration of a pump body 1 and a controller 30 of a magnetic bearing type turbo molecular pump.

ロータ２が取り付けられたシャフト３は、ベース４に設けられた電磁石５１，５２，５３によって非接触支持されている。シャフト３の浮上位置は、ベース４に設けられたラジアル変位センサ７１，７２およびアキシャル変位センサ７３によって検出される。ラジアル磁気軸受を構成する電磁石５１，５２と、アキシャル磁気軸受を構成する電磁石５３と、変位センサ７１〜７３とで５軸制御型磁気軸受が構成される。   The shaft 3 to which the rotor 2 is attached is supported in a non-contact manner by electromagnets 51, 52 and 53 provided on the base 4. The flying position of the shaft 3 is detected by radial displacement sensors 71 and 72 and an axial displacement sensor 73 provided on the base 4. The electromagnets 51 and 52 constituting the radial magnetic bearing, the electromagnet 53 constituting the axial magnetic bearing, and the displacement sensors 71 to 73 constitute a 5-axis control type magnetic bearing.

ベース４には、ロータ２を回転駆動するモータ６、保護ベアリング２７，２８が設けられている。保護ベアリング２７，２８にはメカニカルベアリングが用いられ、電磁石５１〜５３によるシャフト３の磁気浮上がオフされたときにシャフト３を支持する。シャフト３の回転数は回転数センサ１４により検出される。   The base 4 is provided with a motor 6 for rotating the rotor 2 and protective bearings 27 and 28. Mechanical bearings are used as the protective bearings 27 and 28, and the shaft 3 is supported when the magnetic levitation of the shaft 3 by the electromagnets 51 to 53 is turned off. The rotational speed of the shaft 3 is detected by the rotational speed sensor 14.

ロータ２には、回転軸方向に複数段の回転翼８が形成されている。上下に並んだ回転翼８の間には固定翼９がそれぞれ配設されている。これらの回転翼８と固定翼９とにより、ターボ分子ポンプ１のタービン翼段が構成される。各固定翼９は、スペーサ１０によって上下に挟持されるように保持されている。スペーサ１０は、固定翼９の保持機能とともに、固定翼９間のギャップを所定間隔に維持する機能を有している。   The rotor 2 is formed with a plurality of stages of rotating blades 8 in the direction of the rotation axis. Fixed wings 9 are respectively disposed between the rotating wings 8 arranged vertically. These rotor blades 8 and fixed blades 9 constitute a turbine blade stage of the turbo molecular pump 1. Each fixed wing 9 is held by a spacer 10 so as to be sandwiched up and down. The spacer 10 has a function of maintaining a gap between the fixed wings 9 at a predetermined interval as well as a function of holding the fixed wings 9.

さらに、固定翼９の後段（図示下方）にはドラッグポンプ段を構成するネジステータ１１が設けられており、ネジステータ１１の内周面とロータ２の円筒部１２との間にはギャップが形成されている。ロータ２およびスペーサ１０によって保持された固定翼９は、吸気口１３ａが形成されたケーシング１３内に納められている。ロータ２が取り付けられたシャフト３を電磁石５１〜５３により非接触支持しつつモータ６により回転駆動すると、吸気口１３ａ側のガスは矢印Ｇ１のように背圧側（空間Ｓ１）に排気され、背圧側に排気されたガスは排気口２６に接続された補助ポンプにより排出される。   Further, a screw stator 11 constituting a drag pump stage is provided at the rear stage (downward in the drawing) of the fixed blade 9, and a gap is formed between the inner peripheral surface of the screw stator 11 and the cylindrical portion 12 of the rotor 2. Yes. The fixed wing 9 held by the rotor 2 and the spacer 10 is housed in a casing 13 in which an air inlet 13a is formed. When the shaft 3 to which the rotor 2 is attached is rotationally driven by the motor 6 while being non-contact supported by the electromagnets 51 to 53, the gas on the intake port 13a side is exhausted to the back pressure side (space S1) as indicated by the arrow G1, and the back pressure side The exhausted gas is discharged by an auxiliary pump connected to the exhaust port 26.

ベース４には、ロータ２の円筒部１２に対向する位置に非接触式の位置センサ２０が設けられている。図２の（ａ）は図１のＡ−Ａ断面図であり、位置センサ２０はラジアル電磁石５１，５２の中心軸に関して角度１２０degの間隔で３カ所配置されている。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ部拡大図である。これらの位置センサ２０は円筒部１２の内周面の径方向位置を検出するセンサであり、光学式センサや磁気式のセンサが用いられる。   A non-contact type position sensor 20 is provided on the base 4 at a position facing the cylindrical portion 12 of the rotor 2. 2A is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1, and the position sensors 20 are arranged at three positions with an interval of 120 degrees with respect to the central axes of the radial electromagnets 51 and 52. FIG. FIG. 2B is an enlarged view of a portion B in FIG. These position sensors 20 are sensors that detect the radial position of the inner peripheral surface of the cylindrical portion 12, and an optical sensor or a magnetic sensor is used.

なお、位置センサ２０はネジステータ１１の内周面に配設しても良い。また、図３のように円筒部１２の内側にもネジステータ２３を有するポンプの場合には、位置センサ２０をネジステータ２３に設けるようにしても良い。   The position sensor 20 may be disposed on the inner peripheral surface of the screw stator 11. In the case of a pump having the screw stator 23 also inside the cylindrical portion 12 as shown in FIG. 3, the position sensor 20 may be provided on the screw stator 23.

位置センサ２０が配設されるドラッグポンプ段においては排気されたガスが化学反応などにより固化しやすいため、光学式センサの場合には受光部にガス固化物が付着して位置検出に不都合が生じやすい。そのため、位置センサ２０には磁気センサを用いるのが好ましい。   In the drag pump stage in which the position sensor 20 is disposed, the exhausted gas is easily solidified due to a chemical reaction or the like, and in the case of an optical sensor, the gas solidified substance adheres to the light receiving portion, causing inconvenience in position detection. Cheap. Therefore, it is preferable to use a magnetic sensor for the position sensor 20.

磁気センサとしては、例えば、変位センサ７１〜７３と同様のインダクタンス式センサを用いる。インダクタンス式の位置センサ２０は、図２に示すように珪素鋼板などの透磁率の大きな金属芯２０ａの周囲にコイル２０ｂを巻いたものであり、検出対象である円筒部１２の内周面には珪素鋼板等の透磁率の大きなで部材で形成したリング２２が嵌め込まれている。   For example, an inductance sensor similar to the displacement sensors 71 to 73 is used as the magnetic sensor. As shown in FIG. 2, the inductance type position sensor 20 is formed by winding a coil 20b around a metal core 20a having a high magnetic permeability such as a silicon steel plate, and on the inner peripheral surface of the cylindrical portion 12 to be detected. A ring 22 made of a member having a high magnetic permeability such as a silicon steel plate is fitted.

位置センサ２０のコイル２０ｂに一定周波数、一定電圧の高周波電圧を印加すると、コイル先端からロータ内周面に向けて高周波磁界が形成される。この磁界中で円筒部１２とのギャップ寸法が変化するとコイル２０ｂのインダクタンスが変化し、その変化からロータ内周面とのギャップを検出することができる。なお、検出されたギャップからロータ変形の導出する方法については後述する。   When a high frequency voltage having a constant frequency and a constant voltage is applied to the coil 20b of the position sensor 20, a high frequency magnetic field is formed from the coil tip toward the rotor inner peripheral surface. When the gap dimension with the cylindrical portion 12 changes in this magnetic field, the inductance of the coil 20b changes, and the gap with the rotor inner peripheral surface can be detected from the change. A method for deriving the rotor deformation from the detected gap will be described later.

図１に戻って、２１は位置センサ２０付近のベース温度を検出する温度センサである。位置センサ２０および温度センサ２１各検出信号は、コントローラ３０に設けられた演算部３１にそれぞれ入力される。ポンプ本体１を駆動制御するコントローラ３０には、磁気軸受駆動制御部３２およびモータ駆動制御部３３が設けられている。演算部３１は、位置センサ２０および温度センサ２１の検出信号に基づいてロータ変形やロータ温度などを演算する。３４はポンプ本体１の状態等を表示するための表示部である。演算部３１による演算結果は記憶部３５に記憶される。   Returning to FIG. 1, reference numeral 21 denotes a temperature sensor that detects a base temperature near the position sensor 20. Each detection signal of the position sensor 20 and the temperature sensor 21 is input to a calculation unit 31 provided in the controller 30. The controller 30 that drives and controls the pump body 1 is provided with a magnetic bearing drive control unit 32 and a motor drive control unit 33. The computing unit 31 computes rotor deformation, rotor temperature, and the like based on detection signals from the position sensor 20 and the temperature sensor 21. Reference numeral 34 denotes a display unit for displaying the state of the pump body 1 and the like. The calculation result by the calculation unit 31 is stored in the storage unit 35.

図４は５軸制御型磁気軸受の概略構成を示す図であり、シャフト３の回転軸Ｊがｚ軸に一致するように示した。図４に示すように、図１のラジアル電磁石５１は、４つの電磁石５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄで構成されている。電磁石５１ａ，５１ｂはそれぞれｘ軸に沿ったX1−方向、X1＋方向に配設され、電磁石５１ｃ，５１ｄはそれぞれｙ軸に沿ったY1−方向、Y1＋方向に配設されている。また、これらの電磁石５１ａ〜５１ｄに対応するように、図１の変位センサ７１も２対のセンサ７１ａ〜７１ｄから構成されている。   FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a five-axis control type magnetic bearing, in which the rotation axis J of the shaft 3 is shown to coincide with the z-axis. As shown in FIG. 4, the radial electromagnet 51 of FIG. 1 is composed of four electromagnets 51a, 51b, 51c, 51d. The electromagnets 51a and 51b are arranged in the X1− direction and the X1 + direction along the x axis, respectively, and the electromagnets 51c and 51d are arranged in the Y1− direction and the Y1 + direction along the y axis, respectively. Moreover, the displacement sensor 71 of FIG. 1 is also comprised from two pairs of sensors 71a-71d so as to correspond to these electromagnets 51a-51d.

同様に、ラジアル電磁石５２も４つの電磁石５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄで構成されており、電磁石５２ａ，５２ｂはそれぞれｘ軸に沿ったX2−方向、X2＋方向に配設され、電磁石５２ｃ，５２ｄはそれぞれｙ軸に沿ったY2−方向、Y2＋方向に配設されている。また、これらの電磁石５２ａ〜５２ｄに対応するように、図１の変位センサ７２も２対のセンサ７２ａ〜７２ｄから構成されている。   Similarly, the radial electromagnet 52 is also composed of four electromagnets 52a, 52b, 52c, and 52d. The electromagnets 52a and 52b are respectively disposed in the X2− direction and the X2 + direction along the x axis, and the electromagnets 52c and 52d are They are arranged in the Y2− direction and the Y2 + direction along the y axis, respectively. Moreover, the displacement sensor 72 of FIG. 1 is also comprised from two pairs of sensors 72a-72d so as to correspond to these electromagnets 52a-52d.

アキシャル電磁石５３は、シャフト３の下端に設けられたディスク４１をｚ軸に沿って挟むように対向して配設された電磁石５３ａ，５３ｂから成る。電磁石５３ａ，５３ｂは、それぞれｚ軸に沿ったZ−方向、Z＋方向に配設される。シャフト３の下方にはアキシャル用の変位センサ７３がシャフト端面に対向するように配置されている。   The axial electromagnet 53 is composed of electromagnets 53a and 53b arranged to face each other so as to sandwich the disk 41 provided at the lower end of the shaft 3 along the z axis. The electromagnets 53a and 53b are disposed in the Z− direction and the Z + direction along the z axis, respectively. An axial displacement sensor 73 is disposed below the shaft 3 so as to face the shaft end surface.

（ロータ変形計測の説明）
本実施の形態では、ベースに設けられた３つの位置センサ２０を用いてロータ２の変形を検出する。ここでは、ロータ停止中のロータ内径Ｄ０とロータ回転中のロータ内径Ｄ１との差δ＝Ｄ１−Ｄ０をロータ変形量とする。図５はロータ変形量計算のモデル図であり、以下ではこのモデル図を参照して計算方法の説明を行う。 (Explanation of rotor deformation measurement)
In the present embodiment, the deformation of the rotor 2 is detected using the three position sensors 20 provided on the base. Here, the difference δ = D1−D0 between the rotor inner diameter D0 when the rotor is stopped and the rotor inner diameter D1 while the rotor is rotating is defined as the rotor deformation amount. FIG. 5 is a model diagram of the rotor deformation amount calculation. The calculation method will be described below with reference to this model diagram.

図５において、円Ｃ１は円筒部１２の内周面を表しており、直径は上述したＤ０，Ｄ１である。一方、内側の円Ｃ２は３つの位置センサ２０の各先端を通る円を表しており、その直径はｄ０である。ここでは、円Ｃ２の中心をｘｙ座標の原点として位置を表すことにする。Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は位置センサ２０の先端位置を表しており、各々の座標を（ｘ１，ｙ１，（ｘ２，ｙ２），（ｘ３，ｙ３）とする。また、各位置センサ２０の取付角度はθ１＝１２０deg，θ２＝２４０deg，θ３＝３６０degである。   In FIG. 5, a circle C1 represents the inner peripheral surface of the cylindrical portion 12, and the diameters are D0 and D1 described above. On the other hand, the inner circle C2 represents a circle passing through the tips of the three position sensors 20, and its diameter is d0. Here, the position is expressed with the center of the circle C2 as the origin of the xy coordinates. P1, P2, and P3 represent the tip position of the position sensor 20, and the respective coordinates are (x1, y1, (x2, y2), (x3, y3). The mounting angle of each position sensor 20 is as follows. θ1 = 120 deg, θ2 = 240 deg, and θ3 = 360 deg.

磁気軸受の場合、ロータ２が取り付けられたシャフト３は磁気軸受の中心軸に対して偏った位置に移動することが可能であり、磁気浮上位置は中心軸と完全に一致することはなく、一般的にロータ２は偏心状態で回転している。円筒部１２の内周面Ｃ１上の点Ｐ４（ｘ４，ｙ４）は、Ｐ１に配置された位置センサ２０の測定値を表しており、座標原点と点Ｐ１とを結ぶ線上にある。同様に、Ｐ５（ｘ５，ｙ５），Ｐ６（ｘ６，ｙ６）は、Ｐ２，Ｐ３のそれぞれに配置された位置センサ２０の測定位置を表している。   In the case of a magnetic bearing, the shaft 3 to which the rotor 2 is attached can move to a position biased with respect to the central axis of the magnetic bearing, and the magnetic levitation position does not completely coincide with the central axis. Thus, the rotor 2 rotates in an eccentric state. A point P4 (x4, y4) on the inner peripheral surface C1 of the cylindrical portion 12 represents a measurement value of the position sensor 20 arranged at P1, and is on a line connecting the coordinate origin and the point P1. Similarly, P5 (x5, y5) and P6 (x6, y6) represent the measurement positions of the position sensor 20 arranged in each of P2 and P3.

ここで、点Ｐ１から点Ｐ４までの距離をＬ１，点Ｐ２から点Ｐ５なでの距離をＬ２，点Ｐ３から点Ｐ６までの距離をＬ３とすると、点Ｐ４〜Ｐ６の座標（ｘ４，ｙ４），（ｘ５，ｙ５），（ｘ６，ｙ６）は次式（１）〜（３）のように表される。
ｘ４＝（Ｌ１＋ｄ０／２）cosθ１、ｙ４＝（Ｌ１＋ｄ０／２）sinθ１ …（１）
ｘ５＝（Ｌ２＋ｄ０／２）cosθ２、ｙ５＝（Ｌ２＋ｄ０／２）sinθ２ …（２）
ｘ６＝（Ｌ３＋ｄ０／２）cosθ３、ｙ６＝（Ｌ３＋ｄ０／２）sinθ３ …（３） Here, if the distance from the point P1 to the point P4 is L1, the distance from the point P2 to the point P5 is L2, and the distance from the point P3 to the point P6 is L3, the coordinates of the points P4 to P6 (x4, y4) , (X5, y5), (x6, y6) are expressed as the following equations (1) to (3).
x4 = (L1 + d0 / 2) cos θ1, y4 = (L1 + d0 / 2) sin θ1 (1)
x5 = (L2 + d0 / 2) cos θ2, y5 = (L2 + d0 / 2) sin θ2 (2)
x6 = (L3 + d0 / 2) cos θ3, y6 = (L3 + d0 / 2) sin θ3 (3)

また、直線Ｐ４Ｐ５，直線Ｐ５Ｐ６は次式（４），（５）で表される。
ｙ＝｛（ｙ４−ｙ５）／（ｘ４−ｘ５）｝（ｘ−ｘ４）＋ｙ４ …（４）
ｙ＝｛（ｙ５−ｙ６）／（ｘ５−ｘ６）｝（ｘ−ｘ５）＋ｙ５ …（５） Further, the straight line P4P5 and the straight line P5P6 are expressed by the following equations (4) and (5).
y = {(y4-y5) / (x4-x5)} (x-x4) + y4 (4)
y = {(y5-y6) / (x5-x6)} (x-x5) + y5 (5)

一方、３点Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６を通る円の中心は円筒部１２の中心であり、図６に示すように線分Ｐ４Ｐ５，Ｐ５Ｐ６の垂直二等分線の交点Ｐ９に一致する。図６の直線Ｐ７Ｐ９，直線Ｐ８Ｐ９は次式（６），（７）で表されるので、中心Ｐ９の座標は式（６），（７）を用いて算出することができ、次式（８），（９）で表される。
ｙ＝−｛（ｙ４−ｙ５）／（ｘ４−ｘ５）｝｛ｘ−（ｘ４＋ｘ５）／２｝
（ｙ４＋ｙ５）／２ …（６）
ｙ＝−｛（ｙ５−ｙ６）／（ｘ５−ｘ６）｝｛ｘ−（ｘ５＋ｘ６）／２｝
（ｙ５＋ｙ６）／２ …（７）
ｘ９＝（ａｘｃ−ｂｘｄ−ｙｃ＋ｙｄ）／（ａ−ｂ） …（８）
ｙ９＝（ａｂｘｃ−ａｂｘｄ−ｂｙｃ＋ａｙｄ）／（ａ−ｂ） …（９）
ここで、ａ＝−（ｘ４−ｘ５）／（ｙ４−ｙ５）、ｂ＝−（ｘ５−ｘ６）／（ｙ５−ｙ６）、ｘｃ＝（ｘ４＋ｘ５）／２、ｙｃ＝（ｙ４＋ｙ５）／２、ｘｄ＝（ｘ５＋ｘ６）／２、ｙｄ＝（ｙ５＋ｙ６）／２である。 On the other hand, the center of the circle passing through the three points P4, P5 and P6 is the center of the cylindrical portion 12, and coincides with the intersection P9 of the perpendicular bisectors of the line segments P4P5 and P5P6 as shown in FIG. Since the straight line P7P9 and the straight line P8P9 in FIG. 6 are expressed by the following equations (6) and (7), the coordinates of the center P9 can be calculated using the equations (6) and (7). ), (9).
y =-{(y4-y5) / (x4-x5)} {x- (x4 + x5) / 2}
(Y4 + y5) / 2 (6)
y =-{(y5-y6) / (x5-x6)} {x- (x5 + x6) / 2}
(Y5 + y6) / 2 (7)
x9 = (ax c -bx d -y c + y d) / (a-b) ... (8)
y9 = (abx c -abx d -by c + ay d) / (a-b) ... (9)
Here, a = - (x4-x5 ) / (y4-y5), b = - (x5-x6) / (y5-y6), x c = (x4 + x5) / 2, y c = (y4 + y5) / 2 , X d = (x5 + x6) / 2, y d = (y5 + y6) / 2.

さらに、回転時の円筒部１２の内径Ｄ１は線分Ｐ４Ｐ９の２倍であるから、次式（１０）により算出される。
Ｄ１＝２｛（ｘ４−ｘ９）２＋（ｙ４−ｙ９）２｝１／２ …（１０） Furthermore, since the inner diameter D1 of the cylindrical portion 12 at the time of rotation is twice the line segment P4P9, it is calculated by the following equation (10).
D1 = 2 {(x4-x9 ) 2 + (y4-y9) 2} 1/2 ... (10)

ここで、具体的な数値を代入してみる。まず、ｄ０＝０．１ｍであって、回転停止時にＤ０＝０．１０１ｍであったロータ２が回転時にＤ１＝０．１０２ｍになった場合を考える。このとき、円筒部１２の変形量、すなわちロータ変形量δは０．００１ｍ＝１ｍｍとなる。ｚ軸に対する中心Ｐ９の偏心量の最大値は、シャフト３と保護ベアリング２７，２８との径方向ギャップ寸法によって規定される。   Here, a specific numerical value is substituted. First, let us consider a case where d0 = 0.1 m and the rotor 2 that was D0 = 0.101 m when the rotation is stopped becomes D1 = 0.102 m during the rotation. At this time, the deformation amount of the cylindrical portion 12, that is, the rotor deformation amount δ is 0.001 m = 1 mm. The maximum value of the eccentric amount of the center P9 with respect to the z axis is defined by the radial gap dimension between the shaft 3 and the protective bearings 27 and 28.

ここでは偏心量の最大値が５００μｍであると仮定し、円筒部１２の中心Ｐ９はｚ軸を中心とする半径５００μｍの円内の任意の位置に移動することができるとする。本実施の形態では、３つの位置センサ２０の検出結果に基づいて式（１０）から回転時ロータ直径Ｄ１を算出しているので、常に一定の値Ｄ１が得られる。そのため、ロータ変形量δ＝Ｄ１−Ｄ０は、図７の実線で示すように、ロータ回転軸中心のｚ軸回りの角度に依らず一定となる。   Here, it is assumed that the maximum value of the eccentricity is 500 μm, and the center P9 of the cylindrical portion 12 can be moved to an arbitrary position within a circle having a radius of 500 μm with the z axis as the center. In the present embodiment, since the rotating rotor diameter D1 is calculated from the expression (10) based on the detection results of the three position sensors 20, a constant value D1 is always obtained. Therefore, the rotor deformation amount δ = D1−D0 is constant regardless of the angle about the z axis around the rotor rotation axis, as shown by the solid line in FIG.

一方、従来例のように磁気軸受中心軸を挟むように２つの位置センサを対向させて設けた場合、検出されるロータ変形量はロータ回転軸中心の角度によって異なる。回転軸中心すなわち円筒部１２の中心Ｐ９が、ｚ軸を中心とする半径５００μｍの円周上を回転している場合、検出されるロータ変形量は図７の破線で示すような曲線を描く。対向する２つの位置センサを結ぶ線上に中心Ｐ９が位置した場合に検出されるロータ変形量δは１ｍｍとなり、その位置から中心Ｐ９の角度が９０degずれると検出されるロータ変形量δは実際の値よりも５０μｍ小さな値となってしまう。すなわち、最大で５０μｍ（１０％）の測定誤差が生じることになる。   On the other hand, when two position sensors are provided facing each other so as to sandwich the magnetic bearing central axis as in the conventional example, the detected rotor deformation amount varies depending on the angle of the rotor rotational axis center. When the rotation axis center, that is, the center P9 of the cylindrical portion 12 is rotating on the circumference having a radius of 500 μm centering on the z axis, the detected rotor deformation amount draws a curve as shown by a broken line in FIG. The rotor deformation amount δ detected when the center P9 is located on the line connecting the two opposing position sensors is 1 mm, and the rotor deformation amount δ detected when the angle of the center P9 deviates 90 degrees from the position is an actual value. The value is 50 μm smaller than that. That is, a measurement error of 50 μm (10%) at maximum occurs.

一般的に、ロータ変形量δは、遠心力による変形、熱膨張による変形およびクリープ歪みを考慮しても最大５００μｍ程度であるので、１０％の誤差は検出機構としては精度が悪すぎるという欠点があった。また、図７からも分かるように、破線で示す場合には実際の変形量に対して小さめに検出されてしまうため、予防保全性から考えると好ましくない。一方、本実施の形態のように３つの位置センサ２０で検出する場合には、理論上の測定誤差はゼロであり、正確にロータ変形量を計測することができる。   In general, the rotor deformation amount δ is about 500 μm at maximum even when deformation due to centrifugal force, deformation due to thermal expansion, and creep distortion are taken into account. Therefore, a 10% error has a disadvantage that the accuracy of the detection mechanism is too bad. there were. Further, as can be seen from FIG. 7, the case indicated by the broken line is not preferable from the viewpoint of preventive maintenance because it is detected smaller than the actual deformation amount. On the other hand, when the detection is performed by the three position sensors 20 as in the present embodiment, the theoretical measurement error is zero, and the rotor deformation amount can be accurately measured.

さらに、位置センサ２０が設置されているベース４や内側ネジステータ２３の温度を温度センサ２１で検出し、ベース４や内側ネジステータ２３の熱膨張変形によるセンサ位置の変形方向ズレすなわちｄ０の変化を補正することにより、ロータ変形量δの測定精度をより向上させることができる。   Further, the temperature of the base 4 and the inner screw stator 23 on which the position sensor 20 is installed is detected by the temperature sensor 21, and the deformation of the sensor position due to thermal expansion deformation of the base 4 and the inner screw stator 23, that is, a change in d0 is corrected. As a result, the measurement accuracy of the rotor deformation amount δ can be further improved.

上述した前提技術の説明では、位置センサ２０を角度間隔１２０degで配置したが、必ずしも等間隔で配置する必要はない。また、位置センサ２０の数についても、３つではなく４つ以上でも良い。
In the description of the base technology described above, the position sensors 20 are arranged at an angular interval of 120 degrees, but are not necessarily arranged at an equal interval. Also, the number of position sensors 20 may be four or more instead of three.

（発明を実施するための最良の形態）
これまで説明してきた前提技術は、磁気軸受により非接触支持されたロータをステータに対して回転することによりガスを排気する磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、磁気軸受のアキシャル軸に垂直な面内の３つの位置にロータと対向するように配設されてロータの位置を検出する少なくとも３つの非接触式位置センサと、これら非接触式位置センサの各々によって検出されたロータ位置に基づいてロータの変形量を演算するものであった。
以下に説明する最良の形態は、図１と同様の構成を有しているが、１個の位置センサ２０のみを用いる点で、上述した前提技術と異なっている。すなわち、磁気軸受に用いられているラジアル変位センサ７１ａ〜７１ｄまたは７２ａ〜７２ｄの検出結果を利用することにより、位置センサ２０を１つ配置する構成としてある。例えば、ラジアル変位センサ７２ａ〜７２ｄの検出結果を利用する場合、位置センサ２０の検出方向とラジアル変位センサ７２ａ〜７２ｄの中心とが一致するように位置センサ２０を配置する。この場合、中心Ｐ９（図６参照）の位置はラジアル変位センサ７２ａ〜７２ｄによって常に検出されているので、上述した、式（１），（１０）を用いることによりロータ変形量δ＝Ｄ１−Ｄ０を算出することができる。なお、位置センサ２０を円筒部１２の外周側に設けても良い。
( Best Mode for Carrying Out the Invention )
In the magnetic bearing type turbo molecular pump that exhausts gas by rotating a rotor supported in a non-contact manner by a magnetic bearing with respect to the stator, the base technology that has been described so far is in a plane perpendicular to the axial axis of the magnetic bearing. At least three non-contact position sensors that are arranged to face the rotor at three positions and detect the position of the rotor, and deformation of the rotor based on the rotor position detected by each of these non-contact position sensors The amount was calculated.
The best mode described below has the same configuration as that of FIG. 1, but differs from the above-described prerequisite technology in that only one position sensor 20 is used. That is, by using the detection results of the radial displacement sensors 71a~71d or 72a~72d is used in a magnetic bearing, there the position sensor 20 as a configuration to place one. For example, when using the detection results of the radial displacement sensors 72a to 72d, the position sensor 20 is arranged so that the detection direction of the position sensor 20 coincides with the centers of the radial displacement sensors 72a to 72d. In this case, since the position of the center P9 (see FIG. 6) is always detected by the radial displacement sensors 72a to 72d, the rotor deformation amount δ = D1−D0 is obtained by using the equations (1) and (10) described above. Can be calculated. Note that the position sensor 20 may be provided on the outer peripheral side of the cylindrical portion 12.

（ロータ温度の予測）
一般的に、ロータ２にはアルミ合金が用いられており、ロータ２の温度が高温になりすぎるとクリープ現象が著しくなるため、所定の上限温度よりも低い温度でターボ分子ポンプを使用するようにしている。しかしながら、磁気軸受式ターボ分子ポンプの場合にはロータ２が磁気浮上しているため温度センサを直接ロータ上に設けることができず、例えばベース温度からロータ温度を予測しているため、ロータ温度の正確な把握が難しかった。 (Prediction of rotor temperature)
In general, an aluminum alloy is used for the rotor 2, and if the temperature of the rotor 2 becomes too high, the creep phenomenon becomes remarkable. Therefore, the turbo molecular pump should be used at a temperature lower than a predetermined upper limit temperature. ing. However, in the case of a magnetic bearing type turbo molecular pump, since the rotor 2 is magnetically levitated, a temperature sensor cannot be provided directly on the rotor. For example, since the rotor temperature is predicted from the base temperature, the rotor temperature Accurate grasp was difficult.

本実施の形態では、算出されたロータ変形量δと温度センサ２１によって計測されたベース温度とに基づいてロータ温度を算出するようにした。この場合、ベース温度は基準温度として用いられ、コントローラ３０の電源投入直後のベース温度をＴ０とする。電源投入前においては、シャフト３は磁気浮上しておらず、ロータ２はシャフト３，保護ベアリング２７，２８およびアキシャル電磁石５３などを介してベース４と接触している。そのため、電源非通電時のロータ温度はベース温度Ｔ０と等しくなっており、電源投入後のロータ定格回転まで加速した直後のロータ温度はほぼＴ０とみなすことができる。   In the present embodiment, the rotor temperature is calculated based on the calculated rotor deformation amount δ and the base temperature measured by the temperature sensor 21. In this case, the base temperature is used as a reference temperature, and the base temperature immediately after the controller 30 is turned on is T0. Before the power is turned on, the shaft 3 is not magnetically levitated, and the rotor 2 is in contact with the base 4 through the shaft 3, the protective bearings 27 and 28, the axial electromagnet 53, and the like. Therefore, the rotor temperature when the power supply is not energized is equal to the base temperature T0, and the rotor temperature immediately after accelerating to the rated rotor speed after power-on can be regarded as approximately T0.

そこで、電源投入後の磁気浮上時（回転数ゼロ）のロータ温度をＴ０とし、そのときに位置センサ２０により検出された円筒部１２の内径をＤ０とする。そして、ロータ温度の上昇により円筒部１２の内径がＤ１になった場合には、そのときのロータ温度Ｔ１を次式（１１）で算出する。αはロータ２を形成する材料の線膨張係数である。
Ｄ１−Ｄ０＝αＤ０（Ｔ１−Ｔ０）
Ｔ１＝（Ｄ１−Ｄ０）／（αＤ０）＋Ｔ０ …（１１） Therefore, the rotor temperature at the time of magnetic levitation (rotation speed zero) after power-on is T0, and the inner diameter of the cylindrical portion 12 detected by the position sensor 20 at that time is D0. Then, when the inner diameter of the cylindrical portion 12 becomes D1 due to the increase in the rotor temperature, the rotor temperature T1 at that time is calculated by the following equation (11). α is a linear expansion coefficient of the material forming the rotor 2.
D1-D0 = αD0 (T1-T0)
T1 = (D1-D0) / (αD0) + T0 (11)

式（１１）のロータ温度Ｔ１は、ベース４の温度測定値Ｔ０と実際に計測したロータ変形量に対応する温度上昇値との和で表されているので、ロータ温度予測を高精度に行うことができる。なお、図１に示す例では温度センサ２１を位置センサ２０の近傍のベース４に設けたが、電源非通電時に何らかの部材を通じて間接的にロータ２に接触している部材上であれば他の場所に配設しても良い。   Since the rotor temperature T1 in the equation (11) is expressed as the sum of the temperature measurement value T0 of the base 4 and the temperature increase value corresponding to the actually measured rotor deformation amount, the rotor temperature prediction is performed with high accuracy. Can do. In the example shown in FIG. 1, the temperature sensor 21 is provided on the base 4 in the vicinity of the position sensor 20. However, if the power sensor is on a member that is indirectly in contact with the rotor 2 through some member when power is not supplied, You may arrange in.

（ポンプ運転動作の説明）
次に、上述のように算出されたロータ変位量δやロータ温度Ｔ１を利用して、ターボ分子ポンプを安全に運転する方法について説明する。図８はロータ変位量δを用いた場合の動作を示すフローチャートであり、コントローラ３０の電源が投入されるとスタートする。ステップＳ１では温度センサ２１により温度Ｔ０を測定する。ステップＳ２において、既述の前提技術を用いる場合には３つの位置センサ２１の検出値に基づくが、本実施の形態では１つの位置センサ２０とラジアル変位センサ７１ａ〜７１ｄ、７２ａ〜７２ｄを用いてロータ位置を検出することにより、温度Ｔ０における円筒部１２の内径Ｄ０を算出する。ステップＳ３では、モータ６による回転駆動を開始して定格回転数でポンプを運転する。
(Explanation of pump operation)
Next, a method of safely operating the turbo molecular pump using the rotor displacement amount δ and the rotor temperature T1 calculated as described above will be described. FIG. 8 is a flowchart showing the operation when the rotor displacement amount δ is used, and starts when the controller 30 is turned on. In step S 1, the temperature T 0 is measured by the temperature sensor 21. In step S2, but brute groups on the detected value of the three position sensors 21 in the case of using the base technology described above, in this embodiment using a single position sensor 20 and the radial displacement sensor 71 a to 71 d, the 72a~72d By detecting the rotor position, the inner diameter D0 of the cylindrical portion 12 at the temperature T0 is calculated. In step S3, rotational driving by the motor 6 is started and the pump is operated at the rated rotational speed.

ロータ回転数が定格回転数になったならばステップＳ４に進み、１つの位置センサ２０とラジアル変位センサ７１ａ〜７１ｄ、７２ａ〜７２ｄを用いてロータ位置を検出することにより（既述の前提技術では、その時の位置センサ２０の検出値に基づいて）定格回転数における円筒部１２の内径Ｄ１を算出する。ステップＳ５ではロータ変形量δ＝Ｄ１−Ｄ０が規定値よりも小さいか否かを判定し、規定値より小さいと判定されるとステップＳ４へ戻り、規定値以上と判定されるとステップＳ６へ進む。ステップＳ５における規定値には、例えば、ロータ２とネジステータ１１との接触が防止できるロータ変形量δの上限値を用いる。 If the rotor rotational speed reaches the rated rotational speed, the process proceeds to step S4, where the position of the rotor is detected by using one position sensor 20 and radial displacement sensors 71a to 71d and 72a to 72d (in the above-described prerequisite technology). Then, based on the detection value of the position sensor 20 at that time) , the inner diameter D1 of the cylindrical portion 12 at the rated rotational speed is calculated. In step S5, it is determined whether or not the rotor deformation amount δ = D1-D0 is smaller than a specified value. If it is determined that the rotor deformation amount is smaller than the specified value, the process returns to step S4. . As the specified value in step S5, for example, an upper limit value of the rotor deformation amount δ that can prevent contact between the rotor 2 and the screw stator 11 is used.

ステップＳ５で規定値以上と判定されるてステップＳ６へ進んだ場合には、ステップｓ６においてロータ回転数を所定回転数だけ減少させる。そして、ステップＳ７において運転状態が低回転状態であることをコントローラ３０に設けられた表示部３４（図１参照）に表示する。なお、表示に加えて、低回転状態であることを示す信号を、例えばポンプが取り付けられた装置側に送信するようにしても良い。   If it is determined in step S5 that the value is equal to or greater than the specified value and the process proceeds to step S6, the rotor rotational speed is decreased by a predetermined rotational speed in step s6. And in step S7, it is displayed on the display part 34 (refer FIG. 1) provided in the controller 30 that the driving | running state is a low rotation state. In addition to the display, a signal indicating the low rotation state may be transmitted to, for example, the apparatus side to which the pump is attached.

ロータ回転数が減少すると遠心力による変形が小さくなるので、ロータ２とネジステータ１１との接触を防止することができる。また、モータ６の発熱はガスとの摩擦熱も小さくなるので、ロータ２の温度は徐々に低下する。ステップＳ８では、上述した式（１１）を用いてロータ温度Ｔ１を算出する。ステップＳ９では、算出されたロータ温度Ｔ１が規定値よりも小さくなったか否かを判定し、小さいと判定されるとステップＳ１０へ進み、規定値以上と判定されるとステップＳ８へ戻る。   When the rotor rotational speed is decreased, deformation due to centrifugal force is reduced, so that contact between the rotor 2 and the screw stator 11 can be prevented. In addition, since the heat generated by the motor 6 reduces the frictional heat with the gas, the temperature of the rotor 2 gradually decreases. In step S8, the rotor temperature T1 is calculated using the above-described equation (11). In step S9, it is determined whether or not the calculated rotor temperature T1 has become smaller than a specified value. If it is determined that the rotor temperature T1 is lower than the specified value, the process proceeds to step S10.

ステップＳ９はロータ温度が安全な温度となったか否かを判定するステップであり、ここの既定値としては１２０℃程度の温度が用いられる。ステップＳ９からステップＳ１０へ進んだ場合には、ステップＳ１０においてロータ回転数を定格回転数まで上昇させる。そして、ステップＳ１１において表示部３４に表示されている回転数低下表示を解除した後に、ステップＳ４へ戻る。   Step S9 is a step of determining whether or not the rotor temperature has become a safe temperature, and a temperature of about 120 ° C. is used as a default value here. When the process proceeds from step S9 to step S10, the rotor rotational speed is increased to the rated rotational speed in step S10. And after canceling the rotation speed reduction display currently displayed on the display part 34 in step S11, it returns to step S4.

なお、図８に示した動作では、ロータ変形量δが規定値よりも小さいか否か判定して回転数低下の制御を行ったが、図９に示すフローチャートのようにロータ温度Ｔ１に基づいて回転数制御を行っても良い。すなわち、ステップＳ４で回転時の円筒部１２の内径Ｄ１を算出したならばステップＳ１００へ進み、ロータ温度Ｔ１を算出する。その後、ステップＳ１０１でロータ温度Ｔ１が上限温度より小さいか否かを判定する。ステップＳ１０１において、ロータ温度Ｔ１が上限温度より小さいと判定されるとステップＳ４へ戻り、ロータ温度Ｔ１が上限温度異常と判定されるとステップＳ６へ進む。その他のステップの処理は、図８に示す同符号ステップの処理と同様であるので説明を省略する。   In the operation shown in FIG. 8, it is determined whether or not the rotor deformation amount δ is smaller than a specified value, and the rotation speed reduction control is performed. However, based on the rotor temperature T1 as shown in the flowchart of FIG. 9. You may perform rotation speed control. That is, if the inner diameter D1 of the cylindrical portion 12 at the time of rotation is calculated in step S4, the process proceeds to step S100, and the rotor temperature T1 is calculated. Thereafter, in step S101, it is determined whether or not the rotor temperature T1 is lower than the upper limit temperature. If it is determined in step S101 that the rotor temperature T1 is lower than the upper limit temperature, the process returns to step S4, and if the rotor temperature T1 is determined to be abnormal at the upper limit temperature, the process proceeds to step S6. The processing of the other steps is the same as the processing of the same sign step shown in FIG.

図８，９に示すようなポンプ運転動作を行わせることにより、ロータ２がネジステータ１１と接触したりロータ２が破壊したりするのを防止することができ、ターボ分子ポンプを安全に運転することができる。   By performing the pump operation as shown in FIGS. 8 and 9, the rotor 2 can be prevented from coming into contact with the screw stator 11 or the rotor 2 can be destroyed, and the turbo molecular pump can be operated safely. Can do.

ところで、アルミ合金等の金属から成るロータ２を高速回転させるとロータ２には遠心力が作用し、上述した遠心力による変形および熱膨張による変形に加えてクリープによる変形が生じる。クリープによる歪みεは次式（１２）のように応力σ、時間ｔ、温度Ｔに依存しており、温度Ｔが上昇するにつれて顕著になる。なお、応力σは遠心力によるものなので、ロータ回転数で置き換えることができる。
ε＝ｆ（σ、ｔ、Ｔ） …（１２） By the way, when the rotor 2 made of a metal such as an aluminum alloy is rotated at a high speed, a centrifugal force acts on the rotor 2, and deformation due to creep occurs in addition to the above-described deformation due to centrifugal force and deformation due to thermal expansion. The strain ε due to creep depends on the stress σ, the time t, and the temperature T as shown in the following equation (12), and becomes prominent as the temperature T increases. Since the stress σ is due to centrifugal force, it can be replaced by the rotor rotational speed.
ε = f (σ, t, T) (12)

図１０は、応力σおよび時間ｔを一定としたときの時間ｔと歪みεとの関係を示すクリープ曲線を示したものである。クリープには遷移クリープ、定常クリープおよび加速クリープの３段階があり、図１に示すように時間の経過とともに段階が進む。そして、加速クリープの段階になると歪みεの時間変化率が著しく大きくなり、ある時が経過した後に材料が破断してしまう。ターボ分子ポンプの場合には、ロータ２が破断するか、その前にロータ２がステータ側に接触し、いずれにしてもポンプが損傷してしまう。   FIG. 10 shows a creep curve showing the relationship between the time t and the strain ε when the stress σ and the time t are constant. There are three stages of creep, transition creep, steady creep, and accelerated creep, and the stages progress with time as shown in FIG. Then, at the stage of accelerated creep, the rate of change of strain ε with time increases remarkably, and the material breaks after a certain period of time. In the case of a turbo molecular pump, the rotor 2 breaks or the rotor 2 contacts the stator side before that, and the pump is damaged in any case.

そこで、本実施の形態のターボ分子ポンプでは、以下のようにしてロータ２のクリープを検出して、加速クリープとなる前にアラームを発することによりクリープによるポンプ損傷を防止し、ターボ分子ポンプ運転における予防保全性の向上を図るようにした。   Therefore, in the turbo molecular pump according to the present embodiment, the creep of the rotor 2 is detected as follows, and an alarm is issued before the acceleration creep occurs, thereby preventing the pump from being damaged by the creep. Improved preventive maintenance.

まず、ロータ変形量δを所定運転時間毎に算出し、算出結果を記憶部３５に記憶する。そして、その間のロータ変形量δの変化から、ロータ変形量δの変化率Δδを算出し記憶部３５に記憶する。定常クリープ段階ではこの変化率Δδはほぼ一定であり、加速クリープ段階へと移行する際に変化率Δδが変化する。そこで、時系列的に繰り返し算出される変化率Δδが所定値以上変化したならば、ロータ回転数を低下させるとともに、表示部３４に警告を表示したり警告音を発生するなどしてオペレータに異常発生を知らせる。   First, the rotor deformation amount δ is calculated for each predetermined operation time, and the calculation result is stored in the storage unit 35. Then, the change rate Δδ of the rotor deformation amount δ is calculated from the change in the rotor deformation amount δ during that time and stored in the storage unit 35. This rate of change Δδ is substantially constant in the steady creep stage, and the rate of change Δδ changes when the acceleration creep stage is entered. Therefore, if the change rate Δδ calculated repeatedly in time series changes by a predetermined value or more, the rotor rotation speed is reduced and a warning is displayed on the display unit 34 or a warning sound is generated. Inform about the occurrence.

なお、クリープ曲線は上述したように応力σ（すなわち、ロータ回転数）、時間ｔ、温度Ｔに依存しているので、ロータ変形量δを算出する際のこれらの条件を揃えるか、同一条件となるようにロータ変形量δを補正して変化率Δδを算出する。   Since the creep curve depends on the stress σ (that is, the rotor rotational speed), the time t, and the temperature T as described above, these conditions for calculating the rotor deformation amount δ may be equalized or the same condition. Thus, the change rate Δδ is calculated by correcting the rotor deformation amount δ.

上述した本実施の形態では以下のような作用効果を奏する。
（ａ）３つの位置センサ２０、または、１つの位置センサ２０とラジアル変位センサ７１ａ〜７１ｄ、７２ａ〜７２ｄを用いてロータ位置を検出することにより、ロータ変形量δを従来より精度良く求めることができる。
（ｂ）さらに、位置センサ２０が設けられているベース４の熱膨張を温度センサ２１の検出温度に基づいて算出し、熱膨張による位置センサ２０の位置ズレを補正することにより、より精度向上を図ることができる。
（ｃ）ロータ停止時のベース温度とロータ回転時のロータ変形量δとを用いてロータ温度を算出することにより、ロータ温度を精度良く推定することができる。
（ｄ）ロータ温度が上限温度以上となったり、ロータ変形量δが規定値以上となったり、変化率Δδが所定値以上変化した場合に、ロータ回転数を下げたり警告を発したりすることにより、ターボ分子ポンプ運転における予防保全性を向上させることができる。 In the present embodiment described above, the following operational effects are obtained.
(A) By detecting the rotor position using three position sensors 20, or one position sensor 20 and radial displacement sensors 71a to 71d, 72a to 72d, the rotor deformation amount δ can be obtained more accurately than in the past. it can.
(B) Further, the thermal expansion of the base 4 provided with the position sensor 20 is calculated based on the detected temperature of the temperature sensor 21, and the positional deviation of the position sensor 20 due to the thermal expansion is corrected, thereby further improving accuracy. Can be planned.
(C) By calculating the rotor temperature using the base temperature when the rotor is stopped and the rotor deformation amount δ when the rotor is rotating, the rotor temperature can be accurately estimated.
(D) When the rotor temperature exceeds the upper limit temperature, the rotor deformation amount δ exceeds the specified value, or the change rate Δδ changes by a predetermined value or more, the rotor speed is reduced or a warning is issued. In addition, the preventive maintenance in the operation of the turbo molecular pump can be improved.

以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、演算部３１はロータ変形量演算手段，補正手段，ロータ温度演算手段および時間変化率演算手段を、温度センサ２１は支持部材温度センサおよび固定部温度センサを、演算部３１およびモータ駆動制御部３３は回転数変更手段を、表示部３４は警告発生手段をそれぞれ構成する。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。   In the correspondence between the embodiment described above and the elements of the claims, the calculation unit 31 is the rotor deformation amount calculation means, the correction means, the rotor temperature calculation means, and the time change rate calculation means, and the temperature sensor 21 is the support member temperature. The calculation unit 31 and the motor drive control unit 33 constitute rotation speed changing means, and the display unit 34 constitutes warning generation means. In addition, the present invention is not limited to the above embodiment as long as the characteristics of the present invention are not impaired.

本発明によるターボ分子ポンプの一実施の形態を示す図であり、磁気軸受式ターボ分子ポンプのポンプ本体１とコントローラ３０の概略構成を示したものである。1 is a diagram showing an embodiment of a turbo molecular pump according to the present invention, and shows a schematic configuration of a pump body 1 and a controller 30 of a magnetic bearing type turbo molecular pump. （ａ）は図１のＡ−Ａ断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ部拡大図である。(A) is AA sectional drawing of FIG. 1, (b) is the B section enlarged view of (a). 円筒部１２の内側にネジステータ２３を有するターボ分子ポンプの断面図である。3 is a cross-sectional view of a turbo molecular pump having a screw stator 23 inside a cylindrical portion 12. FIG. ５軸制御型磁気軸受の概略構成図である。It is a schematic block diagram of a 5-axis control type magnetic bearing. ロータ変形量計算のモデル図である。It is a model figure of rotor deformation amount calculation. ３点Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６と円筒部１２の中心Ｐ９との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between 3 points | pieces P4, P5, P6 and the center P9 of the cylindrical part 12. FIG. ロータの変形量δのシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the deformation amount (delta) of a rotor. ポンプ運転動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining a pump driving | operation operation | movement. ポンプ運転動作の他の例を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the other example of pump driving | operation operation | movement. クリープ曲線の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a creep curve.

符号の説明Explanation of symbols

１ ポンプ本体
２ ロータ
３ シャフト
４ ベース
６ モータ
８ 回転翼
９ 固定翼
１０ スペーサ
１１，２３ ネジステータ
１２ 円筒部
１３ ケーシング
１３ａ 吸気口
１４ 回転数センサ
２０ 位置センサ
２１ 温度センサ
２７，２８ 保護ベアリング
３０ コントローラ
３１ 演算部
３２ 磁気軸受駆動制御部
３３ モータ駆動制御部
３４ 表示部
３５ 記憶部
５１〜５３，５１ａ〜５１ｄ，５２ａ〜５２ｄ 電磁石
７１〜７３，７１ａ〜７１ｄ，７２ａ〜７２ｄ 変位センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pump main body 2 Rotor 3 Shaft 4 Base 6 Motor 8 Rotor blade 9 Fixed blade 10 Spacer 11, 23 Screw stator 12 Cylindrical part 13 Casing 13a Inlet 14 Rotation speed sensor 20 Position sensor 21 Temperature sensor 27, 28 Protective bearing 30 Controller 31 Calculation Unit 32 Magnetic bearing drive control unit 33 Motor drive control unit 34 Display unit 35 Storage unit 51-53, 51a-51d, 52a-52d Electromagnets 71-73, 71a-71d, 72a-72d Displacement sensor

Claims (7)

磁気軸受により非接触支持されたロータをステータに対して回転することによりガスを排気する磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、
前記ロータと対向するように配設されて、前記ロータの位置を検出する１つの非接触式位置センサと、
前記磁気軸受に設けられたラジアル変位センサと、
前記非接触式位置センサの検出方向と前記ラジアル変位センサの中心とが一致するように前記非接触式位置センサを配置したとき、前記非接触式位置センサで検出されたロータ位置と前記ラジアル変位センサの検出情報とに基づいて、前記ロータの変形量を演算するロータ変形量演算手段とを備えたことを特徴とする磁気軸受式ターボ分子ポンプ。 In a magnetic bearing type turbo molecular pump that exhausts gas by rotating a rotor supported in a non-contact manner by a magnetic bearing with respect to a stator,
One non-contact type position sensor arranged to face the rotor and detecting the position of the rotor;
A radial displacement sensor provided on the magnetic bearing;
Wherein when said placing the non-contact type position sensor as the detection direction of the non-contact type position sensor and the center of the radial displacement sensors are matched, the radial displacement sensor and the detected rotor position with the non-contact type position sensor And a rotor deformation amount calculating means for calculating the deformation amount of the rotor based on the detected information. 請求項１に記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、
前記非接触式位置センサを前記配設位置に支持する支持部材の温度を検出する支持部材温度センサと、
前記支持部材温度センサの検出温度に基づいて、前記支持部材の熱膨張による前記非接触式位置センサの位置ズレを補正する補正手段とを備え、
前記ロータ変形量演算手段は、前記補正手段の位置ズレ補正に基づいて前記ロータの変形量を演算することを特徴とする磁気軸受式ターボ分子ポンプ。 In the magnetic bearing type turbo molecular pump according to claim 1,
A support member temperature sensor that detects a temperature of a support member that supports the non-contact position sensor at the arrangement position;
Correction means for correcting a positional shift of the non-contact type position sensor due to thermal expansion of the support member based on a temperature detected by the support member temperature sensor;
The magnetic bearing type turbo molecular pump characterized in that the rotor deformation amount calculating means calculates the deformation amount of the rotor based on the positional deviation correction of the correcting means. 請求項１または２に記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、
前記ロータの変形量が所定値以上の場合にロータ回転数を低下させる回転数変更手段を備えたことを特徴とする磁気軸受式ターボ分子ポンプ。 In the magnetic bearing type turbo molecular pump according to claim 1 or 2,
A magnetic bearing type turbo molecular pump comprising: a rotation speed changing means for decreasing the rotor rotation speed when the amount of deformation of the rotor is equal to or greater than a predetermined value. 請求項１または２に記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、
ロータ非回転時に、前記磁気軸受の電磁石が固定された固定部の温度を検出する固定部温度センサと、
前記固定部温度センサの検出温度と前記ロータの変形量とに基づいて、ロータ回転時の前記ロータの温度を算出するロータ温度演算手段とを備えたことを特徴とする磁気軸受式ターボ分子ポンプ。 In the magnetic bearing type turbo molecular pump according to claim 1 or 2,
A fixed part temperature sensor for detecting the temperature of the fixed part to which the electromagnet of the magnetic bearing is fixed when the rotor is not rotated;
A magnetic bearing type turbo molecular pump comprising: a rotor temperature calculating means for calculating a temperature of the rotor during rotation of the rotor based on a temperature detected by the fixed portion temperature sensor and a deformation amount of the rotor. 請求項４に記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、
前記ロータ回転時のロータの温度が所定の上限温度以上の場合にロータ回転数を低下させる回転数変更手段を備えたことを特徴とする磁気軸受式ターボ分子ポンプ。 In the magnetic bearing type turbo molecular pump according to claim 4,
A magnetic bearing type turbo molecular pump comprising: a rotation speed changing means for reducing the rotor rotation speed when the rotor temperature during rotation of the rotor is equal to or higher than a predetermined upper limit temperature. 請求項１または２に記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、
前記変形量の時間変化率を、時系列的に繰り返し算出する時間変化率演算手段と、
前記時間変化率演算手段で算出された前記時間変化率が所定値以上の場合にロータ回転数を低下させる回転数変更手段とを備えたことを特徴とする磁気軸受式ターボ分子ポンプ。 In the magnetic bearing type turbo molecular pump according to claim 1 or 2,
A time change rate calculating means for repeatedly calculating the time change rate of the deformation amount in time series;
A magnetic bearing type turbo molecular pump comprising: a rotation speed changing means for reducing a rotor rotation speed when the time change rate calculated by the time change rate calculating means is equal to or greater than a predetermined value. 請求項１または２に記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、
前記変形量の時間変化率を、時系列的に繰り返し算出する時間変化率演算手段と、
前記時間変化率演算手段で算出された前記時間変化率が所定値以上の場合に警告を発生する警告発生手段とを備えたことを特徴とする磁気軸受式ターボ分子ポンプ。
In the magnetic bearing type turbo molecular pump according to claim 1 or 2,
A time change rate calculating means for repeatedly calculating the time change rate of the deformation amount in time series;
A magnetic bearing type turbo molecular pump comprising: a warning generating means for generating a warning when the time change rate calculated by the time change rate calculating means is equal to or greater than a predetermined value.
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