JP5284753B2 - Foreign matter scraping control method of vacuum pump device and vacuum pump device - Google Patents
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Description
本発明は、ルーツ型真空ポンプ、或いはスクリュー型真空ポンプを備えた真空ポンプ装置の異物掻き出し制御方法、及び真空ポンプ装置に関し、特に真空ポンプ装置のルーツ型真空ポンプ又はスクリュー型真空ポンプの通電中であって該ルーツ型真空ポンプ、或いは前記スクリュー型真空ポンプ動作休止中に、ポンプケーシングとポンプロータ間、或いはポンプロータ間に異物が堆積しないようにした真空ポンプ装置の異物掻き出し制御方法、及び真空ポンプ装置に関するものである。 The present invention relates to a foreign matter scraping control method and a vacuum pump device of a vacuum pump device provided with a Roots type vacuum pump or a screw type vacuum pump, and more particularly during energization of a Roots type vacuum pump or a screw type vacuum pump of the vacuum pump device. A foreign matter scraping control method for a vacuum pump apparatus and a vacuum pump that prevents foreign matter from accumulating between the pump casing and the pump rotor or between the pump rotor during operation of the Roots type vacuum pump or the screw type vacuum pump. It relates to the device.
半導体製造装置等に設置されているドライ真空ポンプは、半導体製造プロセスにて使用する各種反応ガスを排出する役割を持っている。一部の反応ガスは、常温状態では成分中の物質が析出・固形化する特性があり、半導体製造装置が備えているチャンバーからドライ真空ポンプでガスを排出する過程において、ドライ真空ポンプ内部の温度変化から反応ガス中の成分が析出することがあった。ドライ真空ポンプは、ポンプケーシング内のロータとポンプケーシング内面間に非常に僅かな隙間を保ち、ロータの高速回転力でチャンバー内の反応ガスを排出している。 A dry vacuum pump installed in a semiconductor manufacturing apparatus or the like has a role of discharging various reaction gases used in a semiconductor manufacturing process. Some reaction gases have the property that substances in the components precipitate and solidify at room temperature, and the temperature inside the dry vacuum pump during the process of exhausting the gas from the chamber of the semiconductor manufacturing equipment using the dry vacuum pump. From the change, components in the reaction gas sometimes precipitated. The dry vacuum pump maintains a very small gap between the rotor in the pump casing and the inner surface of the pump casing, and discharges the reaction gas in the chamber by the high-speed rotational force of the rotor.
ドライ真空ポンプ内で反応ガス中の成分の析出が発生すると、真空ポンプのポンプロータとケーシングの隙間に析出し、固体化した生成物を噛み込んでしまい、ポンプロータの回転を阻害することになる。特に、ポンプが連続的に運転している最中は、析出が発生しても、ポンプロータの回転により析出物が排出されるため、大きな問題は発生しないが、反応ガス排出動作後、真空ポンプ停止中にポンプケーシング内に残留した反応ガスから析出が発生すると、ポンプ室隙間全体に析出物が固体化し堆積するため、次回真空ポンプを起動する際、非常に大きな起動トルクが必要になり、最悪の場合は真空ポンプが起動できなくなる。 When precipitation of components in the reaction gas occurs in the dry vacuum pump, it precipitates in the gap between the pump rotor and the casing of the vacuum pump and bites the solidified product, thereby inhibiting the rotation of the pump rotor. . In particular, during the continuous operation of the pump, even if precipitation occurs, the precipitates are discharged by the rotation of the pump rotor, so no major problem occurs. However, after the reaction gas discharge operation, the vacuum pump If precipitation occurs from the reaction gas remaining in the pump casing during stoppage, the precipitate solidifies and accumulates in the entire gap in the pump chamber, which requires a very large starting torque the next time the vacuum pump is started. In this case, the vacuum pump cannot be started.
上記のようにドライ真空ポンプ内で反応ガスからの析出が堆積するのを回避する従来技術として、特許文献1に開示された真空ポンプがある。この真空ポンプでは、真空ポンプ内の生成物を排出するため、タイマーで設定された運転パターンにおいて、ポンプロータを逆方向・正方向の順に回転させることで、ポンプケーシング内の生成物を排出させるものである。この方法は、ポンプロータの逆転・正転をタイマーで設定する方式なので、ポンプ内部に生成した堆積物量に関係なく排出動作が完了してしまうという問題がある。また、ポンプロータが完全に逆回転するため、ポンプ内部から吸気口側へ排出された排出物が半導体製造装置のチャンバー内部に掻き出されてしまい、チャンバー内を汚染するという弊害がある。
As a conventional technique for avoiding the deposition from the reaction gas in the dry vacuum pump as described above, there is a vacuum pump disclosed in
また、特許文献2に開示された真空ポンプは、ポンプを中心として構成するシステムの各センサー類や、ポンプ駆動用モータの駆動電流等を総合的に監視し、その運転状態の変化からポンプが噛み込み運転等の異常状態に陥らないようにするものである。ここでは、ポンプ内部に長期間にわたって生成物が堆積することをモータ電流の変化等により故障に至る前に検知し、噛み込み状態が発生する前に異常を外部に知らせるシステムである。このシステムは、チェック動作を行うための工程が必要であり、内部ガス流量を変化させる等の通常とは異なるシステム構成・ポンプ運転条件が必要であった。
In addition, the vacuum pump disclosed in
また、特許文献3に開示されたドライ真空ポンプは、ポンプ本体に温度センサを取付け、ポンプ停止工程において、ポンプ本体の温度が所定の温度に下がるまで、ポンプ回転数を一定に維持し、ポンプ本体の温度低下と共に、ポンプ回転数を低下させるというものである。しかしこの方法では、ポンプ本体が完全に冷却状態になったら生成物掻き出しができず、冷却状態からの再始動故障を回避できないという問題がある。
本願発明は上述の点に鑑みてなされたもので、ポンプが完全に冷却状態になってもポンプ内部に生成した堆積物の掻き出し動作ができ、冷却状態からの再始動故障を大幅に回避でき、且つ掻き出し動作により半導体製造装置のチャンバ内を汚染することのない、真空ポンプ装置の異物掻き出し制御方法、及び真空ポンプ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and even if the pump is completely cooled, it can scrape deposits generated inside the pump, greatly avoiding a restart failure from the cooled state, It is another object of the present invention to provide a foreign matter scraping control method for a vacuum pump apparatus and a vacuum pump apparatus that do not contaminate the inside of a semiconductor manufacturing apparatus chamber by a scraping operation.
上記課題を解決するため本願発明は、ポンプケーシング内にポンプロータを備えた2本の回転軸を備え、該2本の回転軸は同期反転機構により互いに同期反転するように構成され、一方の回転軸に直流或いは交流電動機による回転動力源を備えるか、或いは2本の回転軸に直流電動機による回転動力源を備えたルーツ型真空ポンプ、或いはポンプケーシング内で互いに噛み合って互いに同期反転する一対の雄ロータ及び雌ロータを備えたスクリュー型真空ポンプを備えた真空ポンプ装置の異物掻き出し制御方法において、ルーツ型真空ポンプ又はスクリュー型真空ポンプの通電中であって該ルーツ型真空ポンプ、或いはスクリュー型真空ポンプ動作休止中に、ロータを正・逆転方向に1回転以下で任意に設定した時間交互に寸動を繰り返すことで、ポンプケーシングとポンプロータ間、或いはポンプロータ間に発生する異物を掻き出す通常掻出動作モードで掻出動作を行ない、該通常掻出動作モードでの掻出動作時に発生する回転動力源の電動機電流が増加した場合、それまで通常掻出動作モードによる掻出動作を、正・逆転方向に1回転以内で多様な角度で回転させて掻き出しを強化する強化掻出動作モードに切替え掻き出しを行い、電動機電流が減少した時点で、通常掻出動作モードに復旧させることを特徴する。 In order to solve the above problems, the present invention includes two rotating shafts each having a pump rotor in a pump casing, and the two rotating shafts are configured to be synchronously reversed with each other by a synchronous reversing mechanism. A roots-type vacuum pump having a rotary power source by a DC or AC motor on its shaft or a rotary power source by a DC motor on two rotary shafts, or a pair of males that mesh with each other in a pump casing and are synchronously inverted. In a foreign matter scraping control method of a vacuum pump device including a screw type vacuum pump including a rotor and a female rotor, the roots type vacuum pump or the screw type vacuum pump is energized and the roots type vacuum pump or the screw type vacuum pump during operation pauses, repeated inching time alternately set arbitrarily by the following one revolution of the rotor in the forward and reverse direction this In, inter pump casing and the pump rotor, or performs a scooping operation of the foreign matter that occurs between the pump rotor scraping with normal scooping operation mode, the motor of the rotational power source generated during scooping operation at the normal scooping operation mode When the current increases, the scraping operation in the normal scraping operation mode is switched to the enhanced scraping operation mode to strengthen the scraping by rotating at various angles within one rotation in the forward / reverse direction, and scraping is performed. When the motor current decreases, the normal scraping operation mode is restored .
また、本願発明は、上記真空ポンプ装置の異物掻き出し制御方法において、2本の回転軸を通常掻出動作モードでの正・逆転方向に一回転以下で回転させる掻き出し動作は、ルーツ型真空ポンプ、或いはスクリュー型真空ポンプの休止中であって、予め設定した時間間隔と継続時間で周期的に実行するか、或いはランダムな周期で実行することを特徴とする。 Further, the present invention relates to the foreign matter scraping control method of the vacuum pump device described above, the scraping operation for rotating the two rotating shafts in the forward and reverse directions in the normal scraping operation mode in one rotation or less is a roots type vacuum pump, Alternatively, the screw-type vacuum pump is stopped, and is periodically executed at a preset time interval and duration, or is executed at a random cycle.
また、本願発明は、上記真空ポンプ装置の異物掻き出し制御方法において、ルーツ型真空ポンプ、或いはスクリュー型真空ポンプが新品状態の時、通常掻出動作モードでの掻き出し動作時に回転動力源の電動機に流れる電流を初期値として記録し、掻き出し動作を実施する毎に初期値に対して所定の演算方法で設定した閾値と比較し、該閾値を超える電動機電流が流れた場合は、ポンプが噛み込み状態であることを外部に表示し所定の保護動作に移行できるようにしたことを特徴とする。 The present invention also relates to the foreign matter scraping control method of the vacuum pump apparatus described above, and when the roots type vacuum pump or screw type vacuum pump is in a new state, it flows to the motor of the rotational power source during the scraping operation in the normal scraping operation mode. The current is recorded as an initial value, and each time the scraping operation is performed, the initial value is compared with a threshold value set by a predetermined calculation method.If an electric motor current exceeding the threshold value flows, the pump is engaged. It is characterized in that it can be externally displayed to shift to a predetermined protection operation.
また、本願発明は、上記真空ポンプ装置の異物掻き出し制御方法において、通常掻出動作モードでの掻き出し動作時に記録する回転動力源の電動機電流を集積記録し、該電動機電流が増加傾向にあった場合、ポンプ噛み込み状態が悪化と判断し、保守点検を実施するための情報として、運用することを特徴とする。 Further, in the foreign matter scraping control method of the vacuum pump device according to the present invention, when the motor current of the rotating power source recorded during the scraping operation in the normal scraping operation mode is integrated and recorded, the motor current tends to increase. It is characterized in that it is operated as information for carrying out maintenance and inspection by judging that the pump biting state has deteriorated.
また、本願発明は、ポンプケーシング内にポンプロータを備えた2本の回転軸を備え、該2本の回転軸は同期反転機構により互いに同期反転するように構成され、一方の回転軸に直流或いは交流電動機による回転動力源を備えるか、或いは2本の回転軸に直流電動機による回転動力源を備えたルーツ型真空ポンプ、或いはポンプケーシング内で互いに噛み合って互いに同期反転する一対の雄ロータ及び雌ロータを備えたスクリュー型真空ポンプを備えた真空ポンプと、該真空ポンプの回転を制御する制御装置を備えた、真空ポンプ装置において、制御装置は、ルーツ型真空ポンプ又はスクリュー型真空ポンプの通電中であって該ルーツ型真空ポンプ、或いはスクリュー型真空ポンプ動作休止中に、ロータを正・逆転方向に1回転以下で任意に設定した時間交互に寸動を繰り返す通常掻出動作モードを備えると共に、通常掻出動作モード時に発生する回転動力源の電動機電流が増加した場合、回転軸の正・逆転方向に1回転以内で回転している動作を多様な角度で回転させて掻き出しを強化する強化掻出動作モードに切り換え、電動機電流が減少した時点で、通常掻出動作モードに復旧する機能を備えていることを特徴とする。 Further, the present invention includes two rotating shafts each provided with a pump rotor in a pump casing, and the two rotating shafts are configured to be synchronously reversed with each other by a synchronous reversing mechanism. A roots-type vacuum pump having a rotary power source by an AC motor or having a rotary power source by a DC motor on two rotary shafts, or a pair of male and female rotors that mesh with each other in a pump casing and are synchronously reversed with each other A vacuum pump device comprising a vacuum pump comprising a screw-type vacuum pump equipped with a control device for controlling the rotation of the vacuum pump, wherein the control device is energized by the Roots-type vacuum pump or the screw-type vacuum pump. While the Roots-type vacuum pump or screw-type vacuum pump is not in operation, the rotor can be arbitrarily rotated in the forward / reverse direction within one revolution. Boss was time alternately provided with a normal scrape operation mode to repeat the inching, when the motor current of the rotational power source for generating the normal scooping operation mode is increased, the rotation within one revolution in the forward and reverse direction of the rotation axis The operation is switched to the enhanced scraping operation mode that rotates the operation at various angles to strengthen the scraping, and when the motor current decreases, it has a function to return to the normal scraping operation mode .
また、本発明は、上記真空ポンプ装置において、制御装置の通常掻出動作モードは、ルーツ型真空ポンプ、或いはスクリュー型真空ポンプの休止中であって、予め設定した時間間隔と継続時間で周期的に実行するか、或いはランダムな周期で実行するモードであることを特徴とする。 Further, according to the present invention, in the above vacuum pump device, the normal scraping operation mode of the control device is during the pause of the roots type vacuum pump or the screw type vacuum pump, and is periodically performed at a preset time interval and duration. This mode is characterized in that it is executed in a random cycle or in a random cycle.
また、本発明は、上記真空ポンプ装置において、制御装置は、ルーツ型真空ポンプ、或いはスクリュー型真空ポンプが新品状態の時、通常掻出動作モードによる寸動動作時に回転動力源の電動機に流れる電流を初期値として記録し、寸動動作を実施する毎に電動機に流れる電流と初期値に対して所定の演算方法で設定した閾値とを比較し、該電動機電流が該閾値を超えた場合は、ポンプが噛み込み状態であることを外部に表示する機能を備えていることを特徴とする。 In the vacuum pump device according to the present invention, the control device may be configured such that when the Roots type vacuum pump or the screw type vacuum pump is new, the current flowing to the motor of the rotational power source during the inching operation in the normal scraping operation mode. Is recorded as an initial value, and each time the inching operation is performed, the current flowing through the motor is compared with a threshold value set by a predetermined calculation method with respect to the initial value, and when the motor current exceeds the threshold value, It has a function of displaying to the outside that the pump is in a biting state.
また、本発明は、上記真空ポンプ装置において、制御装置は、通常掻出動作モードによる寸動動作時に記録する回転動力源の電動機電流を集積記録し、該電動機電流が増加傾向にあった場合、ポンプ噛み込み状態が悪化と判断し、保守点検を実施するための情報として、運用する機能を備えていることを特徴とする。 Further, in the vacuum pump device according to the present invention, the control device records the motor current of the rotating power source to be recorded during the inching operation in the normal scraping operation mode , and the motor current tends to increase. It is characterized by having a function to operate as information for determining that the pump biting state is deteriorated and performing maintenance and inspection.
本願発明によれば、真空ポンプ装置の停止後に、ルーツ型真空ポンプ、或いはスクリュー型真空ポンプのロータを1回転以下で正・逆転方向に任意に設定した時間交互に寸動を繰り返すことで、ポンプケーシング内に発生した生成物を排出する際に、本真空ポンプ装置を備えた半導体製造装置の反応チャンバー内を汚染することなく、異物(生成物)の排出が可能となる。また、通常掻出動作モードで掻出動作を行ない、該通常掻出動作モードでの掻出動作時に発生する回転動力源の電動機電流が増加した場合、それまで通常掻出動作モードによる掻出動作を、正・逆転方向に1回転以内で多様な角度で回転させて掻き出しを強化する強化掻出動作モードに切替え掻き出しを行なうので、反応チャンバー内の汚染を防止しつつ、真空ポンプのエンペラ等のロータの全周にわたって異物(生成物)除去が可能となる。
According to the present invention, after the stop of the vacuum pump apparatus, by repeating the inching Roots type vacuum pump, or the time alternately set arbitrarily in the positive and reverse direction of the rotor of the screw type vacuum pump in one rotation or less, the pump When discharging the product generated in the casing, foreign matter (product) can be discharged without contaminating the reaction chamber of the semiconductor manufacturing apparatus equipped with the vacuum pump device. Also, when the scraping operation is performed in the normal scraping operation mode and the motor current of the rotating power source generated during the scraping operation in the normal scraping operation mode increases, the scraping operation by the normal scraping operation mode until then Can be rotated in various directions within one rotation in the forward / reverse direction to switch to the enhanced scraping operation mode to enhance the scraping. Foreign matter (product) can be removed over the entire circumference of the rotor.
真空ポンプ装置の停止中にルーツ型真空ポンプ、或いはスクリュー型真空ポンプを連続して1回転以下の寸動動作を繰り返すことで、ルーツ型真空ポンプ、或いはスクリュー型真空ポンプが完全に冷却状態になっても生成物掻き出し動作を継続でき、冷却状態からの再始動故障を大幅に回避できる。 While the vacuum pump device is stopped, the roots vacuum pump or screw vacuum pump is completely cooled by repeatedly rotating the roots vacuum pump or screw vacuum pump continuously for one rotation or less. However, the product scraping operation can be continued, and the restart failure from the cooling state can be largely avoided.
掻き出し動作を行っている最中の電動機の駆動電流を監視し、電動機の設計で決定されている軸発生トルクが所定の値を超える程度まで電動機電流が増加した場合、真空ポンプ装置に搭載した電動機では掻き出し動作が不完全になるポンプ内の生成物が析出過大と判断して、外部へ表示することでポンプの再始動前に保守点検を促すことが可能になる。 The motor drive current of the motor during the scraping operation is monitored, and when the motor current increases to the extent that the shaft generation torque determined by the motor design exceeds a predetermined value, the motor installed in the vacuum pump device Then, it is determined that the product in the pump that is incomplete in the scraping operation is excessively deposited, and displayed outside, thereby prompting maintenance inspection before restarting the pump.
以下、本願発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図2はスクリュー型の真空ポンプの一般的構造を示す図であり、図2(a)側面図、図2(b)は正面図、図(c)は平面図である。図示するように、スクリュー型の真空ポンプ10は、ポンプケーシング11内にインペラ12等のポンプロータを備えた2本の回転軸13、13が配置され、該2本の回転軸13、13は同期反転ギア(同期反転機構)14を介して電動機15により駆動され、互いに同期反転するようになっている。なお、16は吸気口であり、図示しない半導体製造装置が備える反応チャンバーの排気口に接続される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 2A and 2B are diagrams showing a general structure of a screw type vacuum pump. FIG. 2A is a side view, FIG. 2B is a front view, and FIG. 2C is a plan view. As shown in the figure, the screw-
ルーツ型の真空ポンプ20は、図3に一般的断面構造例を示すように、ポンプケーシング21内にインペラ22等のポンプロータを備えた2本の回転軸23、23が配置されている。そして図示は省略するが図2に示すスクリュー型の真空ポンプ10と同様、該2本の回転軸23、23は同期反転ギア(同期反転機構)を介して電動機により駆動され、互いに同期反転するようになっている。なお、26は吸気口であり、図示しない半導体製造装置が備える反応チャンバーの排気口に接続される。
As shown in FIG. 3, the roots-
上記構造のスクリュー型の真空ポンプ10、或いはルーツ型の真空ポンプ20を図示しない、半導体製造装置の反応チャンバーの排気口に接続し、2本の回転軸13、13、又は2本の回転軸23、23を高速回転させることにより、インペラ12、12、又はインペラ23、23を高速回転させ、反応チャンバー内の反応ガスを排出する。一部の反応ガスは、上述のように常温状態で成分中の物質が析出し、固化するという特性がある。
The screw-
スクリュー型の真空ポンプ10のインペラ12とポンプケーシング11の間及びインペラ12とインペラ12の間の隙間は非常に小さく、ポンプケーシング11内で反応ガスの成分中の物質が析出し、固化すると、図4に示すように異物(生成物)100として、インペラ12とインペラ12の間やポンプケーシング11内面とインペラ12の間に堆積する。また、図示は省略するが同じような現象がルーツ型の真空ポンプ20でも起る。
The gaps between the
上記のように生成物が析出しても、ポンプが連続的に運転されている間は、インペラ12、12の回転により、生成物は排出されるため問題がないが、真空ポンプ停止中にポンプケーシング内に残留した反応ガスから析出が発生すると、ポンプ室隙間全体に析出物が固体化し堆積するため、次回真空ポンプを起動する際、非常に大きな起動トルクが必要になり、最悪の場合は真空ポンプが起動できなくなる。そこで、ここではスクリュー型の真空ポンプ10の通電中であって、該真空ポンプの動作休止中に、回転軸13、13(インペラ12、12)を正・逆転方向に1回転以下で任意に設定した時間互いに寸動を繰り返すことで、ポンプケーシング11とインペラ12の間、及びインペラ12とインペラ12の間に生成する異物100を掻き出し、ポンプ始動時に噛み込み状態の発生を回避する。
Even if the product is deposited as described above, there is no problem because the product is discharged by the rotation of the
また、ルーツ型の真空ポンプ20においても、真空ポンプ20の通電中であって、該真空ポンプの動作休止中に、回転軸23、23(インペラ22、22)を正・逆転方向に1回転以下で任意に設定した時間互いに寸動を繰り返すことで、ポンプケーシング21とインペラ22の間及びインペラ22とインペラ22の間に生成する異物100を掻き出し、ポンプ始動時に噛み込み状態の発生を回避する。以下生成物(異物)の掻き出し制御について詳細に説明する。
Also in the roots-
図1はスクリュー型の真空ポンプ10やルーツ型の真空ポンプ20を駆動するDCブラシレスモータの構成を示す図である。本DCブラシレスモータ30は2極のDCブラシレスモータであり、固定子31と、該固定子31内に回転自在に配置された回転子35とを備えている。固定子31の内部には一対の駆動磁極32−1、32−2が1組として、3組が120°等配で配置されている。また、回転子35には、円周上にN極、S極が対称に1組の突極磁石36−1、36−2が配置されている。各駆動磁極32−1、32−2には、励磁電流を供給するための励磁コイル33−1、33−2が設けられ、駆動磁極32−1には回転子35の突極磁石36−1の位置を検出するためのホール素子34が設けられている。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a DC brushless motor that drives a screw-
図5は上記DCブラシレスモータ30を駆動する駆動回路のシステム構成を示す図である。駆動回路40は、U相、V相、W相からなるインバータ回路で、スイッチング素子41U−1、41U−2、スイッチング素子41V−1、41V−2、スイッチング素子41W−1、41W−2を備え、交流電源(R,S,T)から電力を整流回路42で直流に変換し、該直流電力をU、V、W相からなる3相の交流パルスに変換し、DCブラシレスモータ30の直列に接続されたU、V、Wの各相の励磁コイル33−1、33−2に供給するようになっている。即ち、DCブラシレスモータ30の回転子35の突極磁石36−1の位置をホール素子34で検出し、その位置と回転方向に見合った回転磁界が発生するように各相の励磁コイル33−1、33−2に励磁電流を供給する。
FIG. 5 is a diagram showing a system configuration of a drive circuit that drives the
真空ポンプを通常運転する際には、正回転方向に回転子35が回転するように駆動回路40から励磁電流が出力されているが、DCブラシレスモータ30を停止して真空ポンプを停止した後は、DCブラシレスモータ30の2つの特定の相間、例えばU−V相間とV−W相間への交互に駆動回路40から特定方向の励磁電流が出力する。固定子31に配置された駆動磁極は、DCブラシレスモータの極数によって異なるが、図1に示す2極モータの場合は、上記のように固定子31の内部に対向して120°等配で配置されている。回転子35は固定子31の駆動磁極32に発生する回転磁界に引きずられて回転する。
During normal operation of the vacuum pump, an excitation current is output from the
図5に示すように、回転子35の回転中止中に、駆動回路40からU−V相間へ特定方向の励磁電流を供給すると、図6に示すように、固定子31のコア内で対向して配置された一方の駆動磁極32−1はN極に、他方の駆動磁極32−2はS極に励磁される。この励磁によって、図7に示すように、回転子35は固定子31に発生した磁界と引き合う方向に回転し、固定子31の駆動磁極32−1、32−2と回転子35の突極磁石36−1、36−2が完全に重なった回転角で停止する。
As shown in FIG. 5, when an excitation current in a specific direction is supplied from the
次の時点で、駆動回路40から別の相間、例えばV−U相間に励磁電流を供給すると、上記U−V相間で回転子35が移動した場合と同様に、回転子35の突極磁石36−1、36−2はU相の位置からV相側へ移動し、固定子31のV相の駆動磁極32−1、32−2と回転子35の突極磁石36−1、36−2が完全に重なった回転角で停止する。このとき回転子35の回転量はU相からV相への角度120°だけ回転することになる。このU相からV相、V相からU相に回転子を移動させた動作を所定の時間間隔で交互に繰り返すことで、図8に示すように回転子35を回転角120°だけ常時寸動させることが可能となる。
When an excitation current is supplied from the
上記の寸動動作を4極のDCブラシレスモータで実施する場合は、回転子35の突極磁極36及び固定子31の駆動磁極32が対向位置に対の磁極方向にはならず、U相、V相磁極を交互に励磁することで回転子35を回転角60°で常時寸動させることができる。
When the above-described inching operation is performed by a 4-pole DC brushless motor, the salient pole magnetic pole 36 of the
上記のように、回転子35を常時120°の回転角度で寸動動作を行った真空ポンプは、通常運転を終え、停止している最中にポンプ本体の温度が低下し、ポンプ内部に残留していた反応ガスが冷やされ、反応ガス成分が徐々に析出した場合であっても、図4に示すように真空ポンプのインペラ12とインペラ12との隙間にある異物(生成物)100を掻き出し、次回に真空ポンプの運転を開始した場合の故障を防止できる。
As described above, the vacuum pump in which the
上記回転子35の寸動状態は、固定子31の特定相間の駆動磁極32−1、32−2を交互に励磁することを基本としているが、特定相間だけで寸動を行っていると、特定角度範囲だけが生成物が排除された状態となり、真空ポンプの再始動時にこの特定角度範囲以外の回転角範囲で噛み込み状態が発生する可能性がある。この対策として、U相・V相間で実行されていた回転子35の寸動動作を、適当な時間間隔でV相・W相間或いはW相・U相間に移行することで真空ポンプを逆転させることにより反応チャンバー内の汚染を防止しつつ、真空ポンプのエンペラ等のロータ全周にわたり生成物の除去が可能となる。
The inching state of the
更に、図9に示すように、真空ポンプを駆動するDCブラシレスモータの電機子の寸動動作実行中の励磁電流を監視(ここではU相電流を監視)し、寸動動作時の電流が所定の閾値電流を超えた場合、生成物によりエンペラ等のポンプロータとケーシング等のポンプステータの間の隙間が減少し、且つポンプロータの寸動動作によっても生成物を掻き出すことができなくなりつつあると判断し、点検を促す信号を外部に発信するようにしてもよい。 Furthermore, as shown in FIG. 9, the exciting current during the inching operation of the armature of the DC brushless motor that drives the vacuum pump is monitored (here, the U-phase current is monitored), and the current during the inching operation is predetermined. When the threshold current is exceeded, the gap between the pump rotor such as the impeller and the pump stator such as the casing is reduced by the product, and the product cannot be scraped out even by the inching operation of the pump rotor. It is also possible to make a determination and send a signal for prompting inspection to the outside.
更に、ポンプロータの寸動動作実行中の励磁電流が所定の閾値を超えたと判断すると、掻き出し動作を固定子の相間の駆動磁極の交互動作ではなく、電気角として1回転まで回転させることで、掻き出し工程を延長し、掻き出し力強化を選択することも可能となる。 Further, when it is determined that the excitation current during the inching operation of the pump rotor has exceeded a predetermined threshold, the scraping operation is rotated up to one rotation as an electrical angle instead of the alternating operation of the driving magnetic poles between the phases of the stator, It is possible to extend the scraping process and select the scraping force enhancement.
また、DCブラシレスモータの極数を増加させることにより、ポンプロータの寸動動作の回転角度範囲を細分化することが可能で、掻き出し動作時のポンプロータの回転角の自由度を増すことができる。 Further, by increasing the number of poles of the DC brushless motor, it is possible to subdivide the rotational angle range of the inching operation of the pump rotor, and to increase the degree of freedom of the rotational angle of the pump rotor during the scraping operation. .
また、上記実施形態例では、真空ポンプを駆動する電動機としてDCブラシレスモータを用い、DCブラシレスモータの回転子の寸動動作によりポンプロータを1回転以下の角度範囲で正・逆転方向に回転させる寸動動作を実施する例を示したが、DCブラシレスモータでなく、誘導電動機であっても、ACサーボモータ制御のように、電機子の回転角角度を制御することが可能な専用インバータを用いることで、真空ポンプ停止中にポンプロータを1回転以下で正・逆回転方向に交互運転を行うことも十分可能である。 In the above embodiment, a DC brushless motor is used as the electric motor for driving the vacuum pump, and the pump rotor is rotated in the forward / reverse direction within an angular range of one rotation or less by the inching operation of the rotor of the DC brushless motor. Although an example of performing a dynamic operation has been shown, a dedicated inverter capable of controlling the rotation angle of the armature, such as an AC servo motor control, is used even for an induction motor instead of a DC brushless motor. Thus, while the vacuum pump is stopped, the pump rotor can be operated alternately in the forward / reverse direction with one rotation or less.
通常の誘導電動機では、固定子はロータの位置には関係なく、回転磁界を発生させ、ロータはこの回転磁界に引きずられるように回転するため、1回転以内の回転位置制御は非常に難しく、1回転以内の正・逆回転制御を行うことができない。これに対してACサーボモータはロータ回転位置を検出するために、エンコーダを搭載してロータ回転位置と回転磁界の適正な制御を行いつつ、ロータを回転させている。このため、1回転以内のロータ回転位置についても、検出制御を行うことが可能であり、本願発明における1回転以内での正・逆回転の交互運転が実行可能である。 In a normal induction motor, the stator generates a rotating magnetic field regardless of the position of the rotor, and the rotor rotates so as to be dragged by this rotating magnetic field. Therefore, it is very difficult to control the rotational position within one rotation. Forward / reverse rotation control within rotation cannot be performed. On the other hand, in order to detect the rotor rotation position, the AC servo motor is equipped with an encoder to rotate the rotor while appropriately controlling the rotor rotation position and the rotating magnetic field. For this reason, it is possible to perform detection control for the rotor rotation position within one rotation, and it is possible to execute the forward / reverse rotation operation within one rotation in the present invention.
上記真空ポンプの異物掻き出し制御方法を纏めると下記のようになる。
・真空ポンプの動作休止中に、ポンプロータを正・逆転方向に1回転以下で任意に設定した時間互いに寸動を繰り返す寸動動作をさせる。
The foreign matter scraping control method of the vacuum pump is summarized as follows.
-While the vacuum pump is not operating, the pump rotor is moved in the forward / reverse direction at one rotation or less and the inching operation is repeated repeatedly for a set time.
・真空ポンプの動作休止中に、上記ポンプロータの寸動動作を予め設定した時間間隔と継続時間で周期的に実行するか、或いはランダムな周期で実行させる。 -While the vacuum pump is stopped, the inching operation of the pump rotor is periodically executed at a preset time interval and duration, or is executed at random intervals.
・真空ポンプの動作休止中に、真空ポンプが新品状態の時のポンプロータの寸動動作時にモータに流れる電流を初期値として記録し、寸動動作を実施する毎にモータに流れる電流と初期値に対して所定の演算方法で設定した閾値とを比較し、モータ電流が閾値を超えた場合は、ポンプが噛み込み状態であることを外部に表示する。 ・ While the vacuum pump is suspended, the current that flows to the motor during the inching operation of the pump rotor when the vacuum pump is new is recorded as the initial value, and the current that flows to the motor and the initial value each time the inching operation is performed Is compared with a threshold value set by a predetermined calculation method, and if the motor current exceeds the threshold value, it is externally displayed that the pump is in the biting state.
・真空ポンプの動作休止中に、ポンプロータの寸動動作時にモータに流れる電流を集積記録し、該モータ電流が増加傾向にあった場合、ポンプ噛み込み状態が悪化と判断し、保守点検を実施するための情報として、運用する。 -While the vacuum pump is not operating, the current flowing to the motor during the pump rotor inching operation is integrated and recorded. If the motor current tends to increase, it is judged that the pump biting state has deteriorated, and maintenance inspections are performed. It is used as information for
・真空ポンプの動作休止中に、ポンプロータの寸動動作時に発生するモータ電流が増加した場合、ポンプロータの正・逆転方向に1回転以内で回転している動作を多様な角度で回転するような多様寸動動作モードに切り換え、モータ電流が減少した時点で、通常の掻き出し寸動動作に復旧する。 -If the motor current generated during the pump rotor inching operation increases while the vacuum pump is not operating, the operation rotating within one rotation in the forward / reverse direction of the pump rotor is rotated at various angles. When the motor current decreases, the normal scraping operation is restored.
なお、図示は省略するが、上記スクリュー型の真空ポンプ10、又はルーツ型の真空ポンプ20を駆動するモータを制御する制御装置に上記制御方法を実施する機能を持たせ、真空ポンプ装置として構成してもよい。
Although illustration is omitted, a control device that controls the motor that drives the screw-
また、上記例では、スクリュー型の真空ポンプ10の回転軸13、13を同期反転ギア14を介して1台の電動機で互いに反転するように構成したが、スクリュー型の真空ポンプ10の回転軸13、13のそれぞれ軸端に図10に示すような、それぞれ同一の構成を有する一対のマグネットロータ51、51が連結され、DCブラシレスモータとして回転軸13、13を反転駆動すると共に、マグネットカップリングにより回転軸13、13を同期反回転させるマグネットカップリング型DCブラシレスモータとしてもよい。
In the above example, the
図10に示すように、各マグネットロータ51は、回転軸13の軸端に連結された磁性材のヨーク51bの外周にリング形状のマグネット51aを周設している。マグネットロータ51の外周上には着磁したマグネット51aが周設され、互いのマグネットロータ51、51の異磁極が引き合うように対向して、且つクリアランスCを保って配置されている。なお、マグネットロータ51の極数は4、6、8、・・・などの偶数であり、ここでは6としている。
As shown in FIG. 10, each
スクリュー型の真空ポンプ10の回転軸13、13は、マグネットロータ51、51のマグネットカップリング作用により、同期して反対方向に回転する。これにより、タイミングギヤが無くても安定した2軸同期反回転が可能なスクリューポンプが構成される。 各マグネットロータ51の外周面の一部に近接して、鉄心52aと巻線52bから成る三相(U,V,W)のモータステータ52が配置されている。三相のモータステータ52はマグネットロータ51同士がマグネットカップリングする側とは回転軸に関して反対側に配置されている。これにより、マグネットロータ51同士が互いに吸引するマグネットカップリング力をマグネットロータ51とモータステータの鉄心52aに作用する吸引力でキャンセルすることができる。
The rotating
3相のモータステータ磁極は、マグネットロータ51の磁極数6極に対応し、図10の矢印D、Eに示すようにマグネットロータ51の4極に磁界をかけるようにしている。三相の巻線52bに所要の矩形パルス状波形の直流電流を供給することで、任意の回転数でスクリュー型の真空ポンプ10の2本の回転軸13、13を同期反転駆動することができる。
The three-phase motor stator magnetic poles correspond to the number of magnetic poles of the
スクリュー型の真空ポンプ10の動作休止中に、回転軸13、13が正・逆転方向に1回転以下で回転するようにモータステータ52の巻線52bに矢印D、E及びその反対に磁界が発生する所要の矩形パルス状波形の直流電流を供給することで、任意に設定した時間互いに反対方向に寸動する動作を繰り返すことができる。また、ルーツ型の真空ポンプ20においても、駆動部を上記のように構成し、任意の回転数で2本の回転軸23、23を同期反転駆動することができると共に、任意に設定した時間互いに反対方向に寸動する動作を繰り返すことができる。
While the operation of the screw
以上、本発明の実施形態例を説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。 The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims and the specification and drawings. Can be modified.
10 スクリュー型の真空ポンプ
11 ポンプケーシング
12 インペラ
13 回転軸
14 同期反転ギア(同期反転機構)
15 電動機
16 吸気口
20 ルーツ型の真空ポンプ
21 ポンプケーシング
22 インペラ
23 回転軸
26 吸気口
30 DCブラシレスモータ
31 固定子
32 駆動磁極
33 励磁コイル
34 ホール素子
35 回転子
36 突極磁石
40 駆動回路
41U スイッチング素子
41V スイッチング素子
41W スイッチング素子
50 マグネットカップリング型DCブラシレスモータ
51 マグネットロータ
51a マグネット
51b ヨーク
52 モータステータ
52a 鉄心
52b 巻線
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記ルーツ型真空ポンプ又は前記スクリュー型真空ポンプの通電中であって該ルーツ型真空ポンプ、或いは前記スクリュー型真空ポンプ動作休止中に、前記ロータを正・逆転方向に1回転以下で任意に設定した時間交互に寸動を繰り返すことで、前記ポンプケーシングとポンプロータ間、或いは前記ポンプロータ間に発生する異物を掻き出す通常掻出動作モードで掻出動作を行ない、該通常掻出動作モードでの掻出動作時に発生する前記回転動力源の電動機電流が増加した場合、それまで通常掻出動作モードによる掻出動作を、正・逆転方向に1回転以内で多様な角度で回転させて掻き出しを強化する強化掻出動作モードに切替え掻き出しを行い、電動機電流が減少した時点で、前記通常掻出動作モードに復旧させることを特徴する真空ポンプ装置の異物掻き出し制御方法。 The pump casing includes two rotating shafts each having a pump rotor, the two rotating shafts are configured to be synchronously reversed with each other by a synchronous reversing mechanism, and a rotational power source by a DC or AC motor is provided on one rotating shaft. Or a roots-type vacuum pump having a rotational power source by a DC motor on two rotating shafts, or a screw-type vacuum having a pair of male and female rotors that mesh with each other in a pump casing and are synchronized with each other. In the foreign matter scraping control method of the vacuum pump device provided with the pump,
While the Roots type vacuum pump or the Screw type vacuum pump is energized and the Roots type vacuum pump or the Screw type vacuum pump is not operated, the rotor is arbitrarily set within one rotation or less in the forward / reverse direction. By repeating inching alternately , the scraping operation is performed in the normal scraping operation mode in which foreign matter generated between the pump casing and the pump rotor or between the pump rotors is scraped, and the scraping in the normal scraping operation mode is performed. When the motor current of the rotational power source generated during the start-up operation increases, the scraping operation in the normal scraping operation mode is rotated at various angles within one rotation in the forward and reverse directions until then, and the scraping is strengthened. perform raking switched to enhance scooping operation mode, when the motor current decreases, vacuum Pont to, characterized in that to restore the normal scooping operation mode Foreign matter scraped control method of the device.
2本の回転軸を前記通常掻出動作モードでの正・逆転方向に一回転以下で回転させる前記掻き出し動作は、前記ルーツ型真空ポンプ、或いは前記スクリュー型真空ポンプの休止中であって、予め設定した時間間隔と継続時間で周期的に実行するか、或いはランダムな周期で実行することを特徴とする真空ポンプ装置の異物掻き出し制御方法。 In the foreign matter scraping control method of the vacuum pump device according to claim 1,
The scraping operation for rotating the two rotating shafts in one or less rotations in the forward / reverse direction in the normal scraping operation mode is performed when the Roots vacuum pump or the screw vacuum pump is stopped in advance. A foreign matter scraping control method for a vacuum pump device, wherein the foreign matter scraping control method is executed periodically at a set time interval and duration or at random intervals.
前記ルーツ型真空ポンプ、或いはスクリュー型真空ポンプが新品状態の時、前記通常掻出動作モードでの掻き出し動作時に前記回転動力源の電動機に流れる電流を初期値として記録し、前記掻き出し動作を実施する毎に前記初期値に対して所定の演算方法で設定した閾値と比較し、該閾値を超える電動機電流が流れた場合は、ポンプが噛み込み状態であることを外部に表示し所定の保護動作に移行できるようにしたことを特徴とする真空ポンプ装置の異物掻き出し制御方法。 In the foreign matter scraping control method of the vacuum pump device according to claim 1 or 2,
When the Roots-type vacuum pump or the screw-type vacuum pump is in a new state, the current flowing to the motor of the rotary power source during the scraping operation in the normal scraping operation mode is recorded as an initial value, and the scraping operation is performed. Each time the initial value is compared with a threshold value set by a predetermined calculation method, and an electric motor current exceeding the threshold value flows, the fact that the pump is in the biting state is displayed to the outside and a predetermined protective operation is performed. A foreign matter scraping control method for a vacuum pump device, characterized in that the transfer is possible.
前記通常掻出動作モードでの掻き出し動作時に記録する回転動力源の電動機電流を集積記録し、該電動機電流が増加傾向にあった場合、ポンプ噛み込み状態が悪化と判断し、保守点検を実施するための情報として、運用することを特徴とする真空ポンプ装置の異物掻き出し制御方法。 In the foreign matter scraping control method of the vacuum pump device according to claim 3,
The motor current of the rotary power source that is recorded during the scraping operation in the normal scraping operation mode is integrated and recorded. If the motor current tends to increase, it is determined that the pump engagement state has deteriorated, and maintenance inspection is performed. The foreign matter scraping control method of the vacuum pump device, wherein the vacuum pump device is operated as information for the purpose.
前記制御装置は、前記ルーツ型真空ポンプ又は前記スクリュー型真空ポンプの通電中であって該ルーツ型真空ポンプ、或いは前記スクリュー型真空ポンプ動作休止中に、前記ロータを正・逆転方向に1回転以下で任意に設定した時間交互に寸動を繰り返す通常掻出動作モードを備えると共に、前記通常掻出動作モード時に発生する前記回転動力源の電動機電流が増加した場合、前記回転軸の正・逆転方向に1回転以内で回転している動作を多様な角度で回転させて掻き出しを強化する強化掻出動作モードに切り換え、電動機電流が減少した時点で、前記通常掻出動作モードに復旧する機能を備えていることを特徴とする真空ポンプ装置。 The pump casing includes two rotating shafts each having a pump rotor, the two rotating shafts are configured to be synchronously reversed with each other by a synchronous reversing mechanism, and a rotational power source by a DC or AC motor is provided on one rotating shaft. Or a roots-type vacuum pump having a rotational power source by a DC motor on two rotating shafts, or a screw-type vacuum having a pair of male and female rotors that mesh with each other in a pump casing and are synchronized with each other. In a vacuum pump device comprising a vacuum pump having a pump and a control device for controlling the rotation of the vacuum pump,
The control device is configured to turn the rotor one turn or less in the forward / reverse direction while the Roots vacuum pump or the screw vacuum pump is energized and the Roots vacuum pump or the screw vacuum pump is stopped. In the normal scraping operation mode in which the inching is repeated alternately for an arbitrarily set time at the time, and when the motor current of the rotating power source generated in the normal scraping operation mode increases, the forward / reverse direction of the rotating shaft A function that restores the normal scraping operation mode when the motor current is reduced by switching to the enhanced scraping operation mode that strengthens the scraping by rotating the operation rotating within one rotation at various angles. A vacuum pump device characterized by that.
前記制御装置の前記通常掻出動作モードは、前記ルーツ型真空ポンプ、或いは前記スクリュー型真空ポンプの休止中であって、予め設定した時間間隔と継続時間で周期的に実行するか、或いはランダムな周期で実行するモードであることを特徴とする真空ポンプ装置。 The vacuum pump device according to claim 5 ,
The normal scraping operation mode of the control device is the pause of the roots type vacuum pump or the screw type vacuum pump, which is periodically executed at a preset time interval and duration, or random. A vacuum pump device characterized by being in a mode that is executed periodically.
前記制御装置は、前記ルーツ型真空ポンプ、或いはスクリュー型真空ポンプが新品状態の時、前記通常掻出動作モードによる寸動動作時に前記回転動力源の電動機に流れる電流を初期値として記録し、前記寸動動作を実施する毎に前記電動機に流れる電流と前記初期値に対して所定の演算方法で設定した閾値とを比較し、該電動機電流が該閾値を超えた場合は、ポンプが噛み込み状態であることを外部に表示する機能を備えていることを特徴とする真空ポンプ装置。 The vacuum pump device according to claim 5 or 6 ,
The control device records, as an initial value, a current that flows to the motor of the rotary power source during an inching operation in the normal scraping operation mode when the Roots vacuum pump or the screw vacuum pump is in a new state. Each time the inching operation is performed, the current flowing through the motor is compared with a threshold value set by a predetermined calculation method with respect to the initial value, and when the motor current exceeds the threshold value, the pump is engaged. A vacuum pump device having a function of displaying the fact to the outside.
前記制御装置は、前記通常掻出動作モードによる寸動動作時に記録する回転動力源の電動機電流を集積記録し、該電動機電流が増加傾向にあった場合、ポンプ噛み込み状態が悪化と判断し、保守点検を実施するための情報として、運用する機能を備えていることを特徴とする真空ポンプ装置。 The vacuum pump device according to claim 7 ,
The control device records the motor current of the rotational power source to be recorded during the inching operation in the normal scraping operation mode, and when the motor current tends to increase, determines that the pump biting state is deteriorated, A vacuum pump device having a function to operate as information for carrying out maintenance and inspection.
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