JP5765177B2 - 電源一体型真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、コントロールユニットとポンプユニットとが一体となった電源一体型真空ポンプに関する。

ターボ分子ポンプは、真空排気を行うポンプユニットと、ポンプユニットを駆動制御するコントロールユニットとを備えている。例えば、特許文献１には、ポンプユニットとコントロールユニットとを一体とした一体型のターボ分子ポンプが記載されている。

一般的に、ターボ分子ポンプを使用する場合には、定期的なメンテナンスやオーバーホールが必要となる。例えば、メカニカルベアリングで支持するタイプのターボ分子ポンプにおいては、メカニカルベアリングの定期的な交換が必須である。また、磁気軸受式のターボ分子ポンプであって、タッチダウンベアリングとして使用されているメカニカルベアリングが、ポンプの長期使用により摩耗して交換が必要となる場合がある。さらにまた、腐食性ガスを排気するような装置で用いられる場合には、ポンプ内のガス流路に生成物が固着してポンプ運転に支障をきたすので、生成物を除去するためのメンテナンスが必要となる。

ターボ分子ポンプに限らず真空ポンプにおいては、真空性能や安全性を確保するためにポンプ組み立てに当たっては厳しい組み立て精度が要求される。そのため、真空ポンプの分解および組み立てを伴うメンテナンスは、訓練を受けた専門の作業者によって、すなわちポンプ製造メーカや指定のメンテナンス業者によって行われている。

特開２０１０−２３６４６８号公報

ところで、真空ポンプの分解および組み立て作業においては、特殊な工具等を必要としないため、ポンプ製造メーカや指定のメンテナンス業者以外の業者にメンテナンスを委託したり、使用者自身がメンテナンスを行ったりすることも可能である。しかしながら、メンテナンス作業が正しく行われないと、ポンプ性能が低下したりポンプ寿命を縮めたりするだけでなく、故障が発生したり安全性が損なわれたりするという問題がある。

請求項１の発明は、真空排気機能部が形成されたロータを回転させて真空排気を行うポンプユニットと、ポンプユニットに分離可能に固定されてポンプユニットを駆動制御するコントロールユニットと、を備えた電源一体型真空ポンプに適用され、ポンプユニットは、データが記憶されたＲＦＩＣタグを備え、コントロールユニットは、ポンプユニットが非分離状態の場合にはＲＦＩＣタグに記憶されたデータの読み取りが可能で、ポンプユニットが分離されるとデータの読み取りが不可となる読み取り装置と、読み取り装置に電力を供給するバッテリと、読み取り装置によるデータの読み取りができなかった場合に、ポンプユニットが分離されたことを示すポンプ分離情報が保持される保持部と、コントロールユニットへの電源供給をオンオフする電源スイッチと、電源スイッチがオンされると保持部からポンプ分離情報の読み出しを行い、ポンプ分離情報が保持されている場合にポンプユニットの起動を禁止する禁止回路、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に記載の電源一体型真空ポンプにおいて、コントロールユニットに禁止解除指令が入力されると保持部のポンプ分離情報を解除するリセット回路を、コントロールユニットに設けたことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２に記載の電源一体型真空ポンプにおいて、データはポンプユニット毎に異なり、コントロールユニットは、対応するポンプユニットのデータと同一のデータが参照用データとして記憶されている記憶部と、読み取り装置により読み取られたデータと記憶部に記憶されている参照用データとが一致するか否かを判定する判定部と、をさらに備え、判定部により一致しないと判定された場合に、保持部にポンプ分離情報が保持されることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電源一体型真空ポンプにおいて、コントロールユニットは、電源投入時に保持部にポンプ分離情報が保持されていると警報を発生する警報装置を備えたものである。

本発明によれば、ポンプ分離履歴を容易に検出することができ、真空ポンプを安全な状態に管理することが容易にできる。

本発明に係る真空ポンプの一実施の形態を示す図である。 リーダ３５の処理を示すフローチャートである。 主制御部３１において実行されるメイン処理の一例を示すフローチャートである。 主制御部３１により実行される分離履歴判定動作の一例を示すフローチャートである。 分離履歴判定動作の変形例を示すフローチャートである。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は本実施の形態のターボ分子ポンプ１の概略構成を示す図である。ターボ分子ポンプ１は磁気軸受式のターボ分子ポンプであり、図１に示すようにポンプユニット２０とコントロールユニット３０とがボルト固定された電源一体型のターボ分子ポンプである。図１では、ポンプユニット２０は構造の断面を示し、コントロールユニット３０においてはブロック図で示した。

先ず、ポンプユニット２０について説明する。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およびアキシャル変位センサ７２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と、アキシャル磁気軸受を構成する電磁石５２と、変位センサ７１，７２とで５軸制御型磁気軸受が構成される。なお、磁気軸受が作動していない状態では、シャフト３はメカニカルベアリング２７，２８によって支持される。

シャフト３の下端には円形のロータディスク４１が設けられており、このロータディスク４１を上下に挟むように電磁石５２が設けられている。そして、電磁石５２によりロータディスク４１を吸引することによりシャフト３がアキシャル方向に浮上する。ロータディスク４１はナット部材４２によりシャフト３の下端部に固定されている。ベース４の底面には裏蓋４３がボルト固定されている。裏蓋４３とベース４との隙間はＯリングにより密封されている。裏蓋４３にはコントロールユニット３０のコネクタ３７ｂと接続されるコネクタ３７ａが設けられている。また、裏蓋４３には、コントロールユニット３０と対向する面にＲＦＩＣタグ４４が設けられている。

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、ポンプユニット２０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を保持する機能とともに、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。

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と、スペーサ１０によって保持された固定翼９とは、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５１，５２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側のガスは背圧側に排気され、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。

ポンプユニット２０を駆動制御するコントロールユニット３０には、主制御部３１、磁気軸受駆動制御部３２、モータ駆動制御部３３、警報部３４、ＩＣタグ用のリーダ３５、リーダ用のバッテリ３６、入力部４５等が設けられており、それらは、固定用フランジ３８ａが設けられたケース３８内に収納されている。入力部４５には電源スイッチ、ポンプスタートスイッチや、データを入力するための入力ボタン等が設けられている。

磁気軸受駆動制御部３２は、主制御部３１の指令に基づいて、ポンプユニット２０に設けられた磁気軸受を駆動制御する。モータ駆動制御部３３は、主制御部３１の指令に基づいて、ポンプユニット２０のモータ６を駆動制御する。ポンプユニット２０やコントロールユニット３０に異常が発生した場合に警報を発する。そのため、警告音を発生するスピーカや警告を表示する表示装置などが設けられている。

ところで、ポンプユニット２０をオーバーホールする際には、ポンプユニット２０とコントロールユニット３０とを締結しているボルト４０を外し、ポンプユニット２０とコントロールユニット３０とを分離する。その後、ポンプユニット２０の裏蓋４３を外し、ロータディスク４１をシャフト３に固定しているナット部材４２を外して、ロータディスク４１をシャフト３から抜き取ることで、ロータ２およびシャフト３からなる回転体をポンプユニット２０から取り外す。

例えば、ロータ２に固着した生成物の除去作業の場合には、ロータ２をシャフト３から外して除去作業を行った後、ロータ２をシャフト３に組み付けた後にバランス取りを行い、上述した手順とは逆の手順で回転体をポンプユニット２０に取り付ける。このような分解・組み立て作業を行うには特殊な技能を必要とするため、通常は、メーカやメーカの指定するメンテナンス業者においてメンテナンス作業が行われる。

ロータ２やシャフト３をポンプユニット２０から取り外す作業には特殊な工具を必要としないため、ユーザ側において容易に分解・組み立てを行うことが可能である。しかしながら、ユーザで組み立てた場合、回転体のバランスが崩れたり、部品間のクリアランスが保てない等によって、ポンプの信頼性低下を招くという問題がある。

そこで、本実施の形態のターボ分子ポンプ１では、図１に示すようにポンプ分解が有ったことを検出するためのＲＦＩＣタグ４４およびリーダ３５を設けて、ポンプ分解を行った際には、所定の手続きを経ない限り、再組み立て後のポンプ起動動作が行えないようにした。

ＲＦＩＣタグ４４には、データを記憶するためのＩＣチップと、記憶されているデータを送信するためのアンテナが埋め込まれている。一方、コントロールユニット３０側には、ＲＦＩＣタグ４４に記憶されているデータを読み取るリーダ３５が設けられている。ＲＦＩＣタグ４４は、リーダ３５の発生する電波から電力を得て、記憶されているデータをアンテナにより送信する。リーダ３５は、ＲＦＩＣタグ４４からの電波を受信することにより、ＲＦＩＣタグ４４に記憶されているデータを離れた位置で読み取ることができる。

リーダ３５に電力を供給するバッテリ３６には充電式の二次電池が用いられ、コントロールユニット３０内にはバッテリ３６を充電するための充電器３９が設けられている。バッテリ３６は、コントロールユニット３０がオンの時に充電器３９により充電される。そのため、コントロールユニット３０が電源オフの状態であっても、リーダ３５によるＲＦＩＣタグ４４の読み取りを行うことができる。

一体型のターボ分子ポンプ１では、通常はポンプユニット２０とコントロールユニット３０とは一体とされており、リーダ３５はＲＦＩＣタグ４４のデータを検出できる状態になっている。リーダ３５は、所定時間間隔で読み出し動作を行っている。図１に示すようにＲＦＩＣタグ４４のデータを磁気的に読み取り可能な状態にある場合には、リーダ３５はデータ読み取り状態（データ検出状態）となっており、リーダ３５には分離フラグが立っていない。コントロールユニット３０の主制御部３１のＣＰＵは、リーダ３５に分離フラグが立っているか否かでポンプユニット２０の分離があったか否かを判断する。すなわち、分離フラグの状態で分離履歴を認識することができる。

図２は、リーダ３５の処理を示すフローチャートである。リーダ３５は、バッテリ３６からの電力供給が開始されると、図２に示す分離検出処理を所定時間間隔で繰り返し実行する。ステップＳ１０１では、リーダ３５はＲＦＩＣタグ４４のデータ読み取り処理を行う。ステップＳ１０２では、データ読み取りに成功したか否かを判定する。リーダ３５に設けられた記憶部３５ａには、ＲＦＩＣタグ４４に記録されているデータと同一のデータが参照データとして予め記憶されており、読み込んだデータと参照データとが一致すると読み取り成功と判定する。

ステップＳ１０２で読み取り成功と判定されると一連の処理を終了する。一方、ステップＳ１０２で読み取り不成功と判定されると、ステップＳ１０３へ進んで分離フラグをＯＮ状態にして、一連の処理を終了する。この分離フラグ情報は記憶部３５ａに記憶される。記憶部３５ａは、前記参照データが記憶されるＲＯＭや、分離フラグが記憶される不揮発性ＲＡＭ等で構成されている。

上述した図２の処理は、リーダ３５に電力が供給されている限り繰り返し実行される。そのため、メンテナンス等でポンプユニット２０とコントロールユニット３０とが分離され、リーダ３５によるＲＦＩＣタグ４４の磁気的な読み出しができなくなると、リーダ３５の記憶部３５ａに分離フラグＯＮの情報が記憶される。そして、再びポンプユニット２０にコントロールユニット３０を組み付けて一体にしても、記憶部３５ａの分離フラグ情報はＯＮに維持されたままとされる。この分離フラグ情報を用いた分離履歴判定は、コントロールユニット３０に電源が投入された際に主制御部３１において実行される。

図３は、主制御部３１において実行されるメイン処理の一例を示したものである。入力部４５に設けられた電源スイッチがオンされてコントロールユニット３０に電源が投入されると図２の処理がスタートし、電源スイッチがオフされると終了する。ステップＳ１０では、分離履歴判定処理が実行される。ステップＳ１０の分離判定処理が終了すると、ステップＳ２０に進んで通常運転モードとなる。

図４は、図３のステップＳ１０の分離履歴判定処理の一例を示すフローチャートである。ステップＳ２０１では、リーダ３５からフラグ情報を読み取る。ステップＳ２０２では、読み取ったフラグ情報から、分離フラグがＯＮか否かを判定する。ステップＳ２０２で分離フラグ＝ＯＮと判定されると、ステップＳ２０３へ進み、警報部３４に警報を発報するよう指令を送る。警報部３４はポンプが分解されたことを表示装置等により表示する。

ステップＳ２０４では、主制御部３１はポンプ起動不可状態にする。すなわち、入力部４５のポンプスタートスイッチがオンされても、モータ駆動制御部３３によるモータ６の回転駆動を禁止する。また、磁気軸受によるロータ２の浮上を禁止するとともに、モータ６の回転駆動を禁止するようにしてもよい。一方、ステップＳ２０２で分離フラグ＝ＯＦＦと判定されると、一連の分離履歴判定処理を終了し、図３へ戻る。

このように、本実施の形態では、分離履歴が無い場合には通常通りポンプ起動が可能とされ、分離履歴があった場合にはポンプ起動が禁止される。そのため、正規以外のメンテナンス業者により分解作業が行われた場合にはポンプ運転を行うことができず、ポンプ運転における安全性が確保される。

なお、分離履歴があった場合でも、それが正規のメンテナンス業者による分解作業であった場合には、安全性は確保されている。その場合、正規のメンテナンス業者はフラグ解除方法をメーカから知らされており、図１の入力部４５を操作してフラグ解除操作を行い、リーダ３５の記憶部３５ａの分離フラグをＯＦＦにする。なお、この解除方法はメーカから正規のメンテナンス業者にのみ知らされるものである。

ステップＳ２０５では、解除操作があったか否かを判定し、解除操作があったと判定されるとステップＳ２０６へ進む。ステップＳ２０６では、警報部３４による警報を解除するとともにポンプ起動を許可する。上述のように、正規のメンテナンス業者であれば、予め知らされている解除操作により分離フラグをＯＦＦとすることができる。一方、ユーザには解除操作は知らされていないので解除することができず、不適切な方法で分解・組み立てされたおそれのあるポンプが、安全性が確保されない状態で使用されるのを防止することができる。

なお、ポンプユニット２０におけるＲＦＩＣタグ４４の取り付け位置は、リーダ３５による磁気的読み取りが可能な場所であれば、いずれの位置であっても構わない。ただし、非分離時において見えない位置、例えば、図１に示すようなコントロールユニット３０との対向面や、ポンプユニット２０の内部等に配置するのが好ましい。このように、分離検出機能が設けられていることをユーザに容易に分からない構成とし、分離検出機能を無効にされる可能性を小さくすることが、不正な分解作業を防止する上で好ましい。

ところで、ターボ分子ポンプの場合には、ポンプユニット２０毎に軸受制御パラメータが設定されているので、一般的にポンプユニット２０とコントロールユニット３０とは一対一の関係になっている。しかし、ポンプユニット２０に、それに対応した本来のコントロールユニット３０とは異なるコントロールユニットを組み付けた場合でも、ポンプを起動し回転させることは可能である。しかし、安全性の面から、組み合わせが異なる状態でターボ分子ポンプを使用するのは好ましくない。

そこで、ＲＦＩＣタグ４４に記憶されているデータを各ポンプに固有の値（たとえば、製造番号）とし、図４のフローチャートに代えて図５のフローチャートを採用することにより、ポンプ組み間違えを防止することができる。図５では、ステップＳ２０６の処理が実行されたならば、ステップＳ２０１へ戻る。すなわち、ステップＳ２０１で再びリーダ３５からフラグ情報を読み取り、ステップＳ２０２で分離フラグがＯＮか否かを判定する。ポンプユニット２０とコントロールユニット３０との組み合わせが正しければ、解除操作による分離フラグ＝ＯＦＦの状態が維持されているので、ステップＳ２０２でＮＯと判定されて、図５の分離履歴判定処理を終了する。

一方、ポンプユニット２０とコントロールユニット３０との組み合わせが正しくない場合には、読み取ったデータとリーダ３５に記憶されている参照データとが一致せず、図２のステップＳ１０２の処理により読み取り不成功と判定される。その結果、再び警報が発せられるとともにポンプ起動禁止状態とされる。このように、ＲＦＩＣタグ４４に記憶されているデータを各ポンプに固有の値とするとともに、図５のような分離履歴判定処理を行うことにより、不正なポンプ分解後のポンプ運転を防止され、さらに、ポンプ組み間違えを防止することができる。

以上説明したように、本実施の形態では、ポンプユニット２０とコントロールユニット３０とが分離可能に固定されている電源一体型真空ポンプにおいて、リーダ３５によるＲＦＩＣタグ４４のデータが読み取れなかった場合には、記憶部３５ａに分離フラグＯＮが分離情報として保持される。そして、コントロールユニット３０に電源が投入された際に、記憶部３５ａに分離フラグＯＮが保持されているときは、主制御部３１はポンプ起動禁止状態とする。その結果、不正な分解作業が行われた場合には起動が禁止され、ポンプの安全性が確保される。

また、ＲＦＩＣタグ４４のデータをポンプユニット２０毎に異なる値とし、ポンプユニット２０対応したコントロールユニット３０のリーダ３５には、ＲＦＩＣタグ４４のデータと同一のデータが参照データとして記憶されているので、ポンプユニット２０とコントロールユニット３０との対応関係が正しくない場合には、ポンプユニット２０は起動禁止とされる。そのため、ポンプユニット２０とコントロールユニット３０との組み間違えを防止することができる。

特に、電源一体型真空ポンプの場合には、ボルト締結作業があるため分離または結合の作業に手間がかかる。しかし、ＲＦＩＣタグを用いる場合には、ボルト締結前にコントロールユニット３０に電源投入を試みるだけで組み合わせが正しいか否かを確認することができ、間違えたときの組み替え作業が簡素化される。

なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。例えば、上述した実施の形態では、磁気軸受式のターボ分子ポンプを例に説明したが、磁気軸受式でなくても本発明は適用可能である。さらには、ターボ分子ポンプに限らず電源一体型の真空ポンプであれば、ドラッグポンプのような真空ポンプにも同様に適用することができる。

１：ターボ分子ポンプ、２：ロータ、８：回転翼、９：固定翼、１１：ネジステータ、１２：円筒部、２０：ポンプユニット、３０：コントロールユニット、３１：主制御部、３２：磁気軸受駆動制御部、３３：モータ駆動制御部、３４：警報部、３５：リーダ、３５ａ：記憶部、４４：ＲＦＩＣタグ、４５：入力部

Claims (4)

1. 真空排気機能部が形成されたロータを回転させて真空排気を行うポンプユニットと、
   前記ポンプユニットに分離可能に固定されて該ポンプユニットを駆動制御するコントロールユニットと、を備えた電源一体型真空ポンプにおいて、
   前記ポンプユニットは、データが記憶されたＲＦＩＣタグを備え、
   前記コントロールユニットは、
   前記ポンプユニットが非分離状態の場合には前記ＲＦＩＣタグに記憶されたデータの読み取りが可能で、前記ポンプユニットが分離されると前記データの読み取りが不可となる読み取り装置と、
   前記読み取り装置に電力を供給するバッテリと、
   前記読み取り装置によるデータの読み取りができなかった場合に、前記ポンプユニットが分離されたことを示すポンプ分離情報が保持される保持部と、
   前記コントロールユニットへの電源供給をオンオフする電源スイッチと、
   前記電源スイッチがオンされると前記保持部から前記ポンプ分離情報の読み出しを行い、前記ポンプ分離情報が保持されている場合に前記ポンプユニットの起動を禁止する禁止回路、とを備えたことを特徴とする電源一体型真空ポンプ。
2. 請求項１に記載の電源一体型真空ポンプにおいて、
   前記コントロールユニットに禁止解除指令が入力されると前記保持部の前記ポンプ分離情報を解除するリセット回路を、前記コントロールユニットに設けたことを特徴とする電源一体型真空ポンプ。
3. 請求項２に記載の電源一体型真空ポンプにおいて、
   前記データは前記ポンプユニット毎に異なり、
   前記コントロールユニットは、
   対応する前記ポンプユニットの前記データと同一のデータが参照用データとして記憶されている記憶部と、
   前記読み取り装置により読み取られたデータと前記記憶部に記憶されている参照用データとが一致するか否かを判定する判定部と、をさらに備え、
   前記判定部により一致しないと判定された場合に、前記保持部に前記ポンプ分離情報が保持されることを特徴とする電源一体型真空ポンプ。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電源一体型真空ポンプにおいて、
   前記コントロールユニットは、電源投入時に前記保持部に前記ポンプ分離情報が保持されていると警報を発生する警報装置を備えたことを特徴とする電源一体型真空ポンプ。

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