JP7242321B2 - 真空ポンプ及び真空ポンプの制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は真空ポンプ及び真空ポンプの制御装置に係わり、特に回転翼の疲労具合を定量的かつ容易に判断できる指標を作成することで、回転翼交換の時期を的確に判断できる真空ポンプ及び真空ポンプの制御装置に関する。
近年のエレクトロニクスの発展に伴い、メモリや集積回路といった半導体の需要が急激に増大している。
これらの半導体は、きわめて純度の高い半導体基板に不純物をドープして電気的性質を与えたり、エッチングにより半導体基板上に微細な回路を形成したりなどして製造される。
これらの半導体は、きわめて純度の高い半導体基板に不純物をドープして電気的性質を与えたり、エッチングにより半導体基板上に微細な回路を形成したりなどして製造される。
そして、これらの作業は空気中の塵等による影響を避けるため高真空状態のチャンバ内で行われる必要がある。このチャンバの排気には、一般に真空ポンプが用いられているが、特に残留ガスが少なく、保守が容易等の点から真空ポンプの中の一つであるターボ分子ポンプが多用されている。
また、半導体の製造工程では、さまざまなプロセスガスを半導体の基板に作用させる工程が数多くあり、ターボ分子ポンプはチャンバ内を真空にするのみならず、これらのプロセスガスをチャンバ内から排気するのにも使用される。
また、半導体の製造工程では、さまざまなプロセスガスを半導体の基板に作用させる工程が数多くあり、ターボ分子ポンプはチャンバ内を真空にするのみならず、これらのプロセスガスをチャンバ内から排気するのにも使用される。
ところで、プロセスガスは、反応性を高めるため高温の状態でチャンバに導入される場合がある。
そして、これらのプロセスガスは、排気される際に冷却されてある温度になると固体となり排気系に生成物を析出する場合がある。そして、この種のプロセスガスがターボ分子ポンプ内で低温となって固体状となり、ターボ分子ポンプ内部に付着して堆積する場合がある。
そして、これらのプロセスガスは、排気される際に冷却されてある温度になると固体となり排気系に生成物を析出する場合がある。そして、この種のプロセスガスがターボ分子ポンプ内で低温となって固体状となり、ターボ分子ポンプ内部に付着して堆積する場合がある。
ターボ分子ポンプ内部にプロセスガスの析出物が堆積すると、この堆積物がポンプ流路を狭め、ターボ分子ポンプの性能を低下させる原因となる。
この問題を解決するために、従来はターボ分子ポンプのベース部等の外周にヒータや環状の水冷管を巻着させ、かつ例えばベース部等に温度センサを埋め込み、この温度センサの信号に基づきベース部の温度を一定の範囲の高温に保つようにヒータの加熱や水冷管による冷却の制御が行われている（特許文献１、特許文献２、特許文献３を参照）。
この問題を解決するために、従来はターボ分子ポンプのベース部等の外周にヒータや環状の水冷管を巻着させ、かつ例えばベース部等に温度センサを埋め込み、この温度センサの信号に基づきベース部の温度を一定の範囲の高温に保つようにヒータの加熱や水冷管による冷却の制御が行われている（特許文献１、特許文献２、特許文献３を参照）。
この制御温度は高い方が生成物が堆積し難いため、この温度は可能な限り高くすることが望ましい。
一方、このようにベース部を高温にした際には、回転翼は、排気負荷の変動や周囲温度が高温に変化した場合等には限界温度を超えるおそれがある。
このような弊害を防止するためベース部内には例えば放射性の温度計が設置され常時回転翼の温度を測定し、その温度が一定時間予め定められたしきい値を超えた状態で運転している場合には警告が行われたり、その温度を更に超えた状態で例えば３０秒間継続して運転がされたような状況のときにはポンプの停止がされる。
一方、このようにベース部を高温にした際には、回転翼は、排気負荷の変動や周囲温度が高温に変化した場合等には限界温度を超えるおそれがある。
このような弊害を防止するためベース部内には例えば放射性の温度計が設置され常時回転翼の温度を測定し、その温度が一定時間予め定められたしきい値を超えた状態で運転している場合には警告が行われたり、その温度を更に超えた状態で例えば３０秒間継続して運転がされたような状況のときにはポンプの停止がされる。
そして、これらの作業下ではポンプは一旦運転されると例えば１－５年間運転が継続される等、ポンプのオーバーホールメンテナンス時以外は停止される機会は少ない。
このため、通常はターボ分子ポンプのオーバーホールメンテナンスの機会に、回転翼交換の必要性を判断している。その際、目視で判断できる損傷や変色以外に、制御回路に記録されたポンプの累積稼働時間を判断項目として利用している。
このため、通常はターボ分子ポンプのオーバーホールメンテナンスの機会に、回転翼交換の必要性を判断している。その際、目視で判断できる損傷や変色以外に、制御回路に記録されたポンプの累積稼働時間を判断項目として利用している。
しかしながら、同じ累積稼動時間の回転翼でも、実際には、稼働中のガス負荷により、回転翼に作用する応力が異なるため、回転翼の疲労度合いが大きく異なる場合がある。また、稼働中の温度も無視できず、高温で稼動しているほど、回転翼の疲労度合いは大きい。
制御回路に記録されたポンプの累積稼動時間の情報だけでは、これらガス負荷や温度の情報は含まれていないため、それなりの精度でしか、回転翼交換の必要性を判断できない。
その結果、メーカとしては、安全側に判断して早期交換を推奨するが、顧客に納得してもらうことは容易ではない。
その結果、メーカとしては、安全側に判断して早期交換を推奨するが、顧客に納得してもらうことは容易ではない。
また、上述した判断項目だけでは回転翼の疲労具合を適正に判断するのには不十分な可能性がある。例えば、しきい値の温度を超えたり、下がったりを３０秒以内に繰り返し行っているような状況が仮にあったとすると、ポンプ異常としては検出できないまでも回転翼には相当の疲労度が蓄積されているという状況が推定される。
更に、温度センサからのサンプリングが例えば０．５秒に１回行われたとすると、１－５年間運転中にこの温度データをずっと蓄積し続けることは膨大なデータ量となる。このデータ量について解析を行うことは解析に要する負荷も大変である。このため、制御回路に搭載のＣＰＵに対し余り負荷のかからない状態で回転翼の疲労具合の解析を行うことが望まれる。
そこで、累積稼働時間以外にも回転翼の疲労具合を定量的かつ容易に判断できる指標を作成することが望まれる。
そこで、累積稼働時間以外にも回転翼の疲労具合を定量的かつ容易に判断できる指標を作成することが望まれる。
本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、回転翼の疲労具合を定量的かつ容易に判断できる指標を作成することで、回転翼交換の時期を的確に判断できる真空ポンプ及び真空ポンプの制御装置を提供することを目的とする。
このため本発明（請求項１）は、回転翼交換の時期を判断可能な真空ポンプであって、前記真空ポンプは、真空ポンプ本体に内蔵された回転翼と、前記真空ポンプ本体に配設され、前記回転翼に関連した物理量を計測するセンサとを有し、前記真空ポンプの稼働中に前記センサで計測された前記物理量を抽出する物理量抽出手段と、該物理量抽出手段で抽出される前記物理量の変動範囲を予め複数の段階に設定する設定手段と、前記真空ポンプの稼働中に前記段階毎に前記物理量が属していたときの合計時間と全段階の合計時間を取得する時間取得手段と、該時間取得手段で取得した前記段階毎の合計時間と前記全段階の合計時間を保存する保存手段と、該保存手段で保存した前記段階毎の合計時間を表示、若しくは、前記全段階の合計時間に対する前記段階毎の合計時間の比率を表示する表示手段とを備え、前記センサは、前記回転翼の温度を計測する温度計測手段、及び前記回転翼を駆動するモータに流れる電流量を計測する電流量計測手段であることを特徴とする。
センサで計測された回転翼に関連した物理量を抽出する。設定手段では物理量の変動範囲を予め複数の段階に設定する。そして、それぞれの段階に物理量が属している合計時間と全段階の合計時間を取得する。取得した段階毎の合計時間や、全段階の合計時間に対する段階毎の合計時間の比率を表示する。
このことにより、物理量の段階毎の積算時間若しくは比率という少ない数値だけで、回転翼の交換の必要性を客観的かつ正確に判断することができる。また、この数値により、真空ポンプ内部にプロセスガスの析出物が堆積する量についても指針にできる。
温度計測手段と電流量計測手段とはポンプの保護機能処理に使用される。この保護機能としての利用と併用して回転翼のオーバーホール時期の判断にも使える。
このことにより、物理量の段階毎の積算時間若しくは比率という少ない数値だけで、回転翼の交換の必要性を客観的かつ正確に判断することができる。また、この数値により、真空ポンプ内部にプロセスガスの析出物が堆積する量についても指針にできる。
温度計測手段と電流量計測手段とはポンプの保護機能処理に使用される。この保護機能としての利用と併用して回転翼のオーバーホール時期の判断にも使える。
また、本発明（請求項２）は、前記時間取得手段で取得された前記段階毎の合計時間を所定のしきい値と比較する比較手段と、該比較手段での比較の結果に基づき警告を発する警告発生手段とを備えて構成した。
カウントされた時間の積算値からオーバーホールが必要か否かを判断し、回転翼のオーバーホールを促す旨を通知することができる。このようにオーバーホールを促す警告を通知することで、回転体破損事故の予防が期待できる。
更に、本発明（請求項３）は、真空ポンプ本体に内蔵された回転翼と、前記真空ポンプ本体に配設され、前記回転翼に関連した物理量を計測するセンサとを有する真空ポンプの制御装置であって、前記真空ポンプの稼働中に前記センサで計測された前記物理量を抽出する物理量抽出手段と、該物理量抽出手段で抽出される前記物理量の変動範囲を予め複数の段階に設定する設定手段と、前記真空ポンプの稼働中に前記段階毎に前記物理量が属していたときの合計時間と全段階の合計時間を取得する時間取得手段と、該時間取得手段で取得した前記段階毎の合計時間と前記全段階の合計時間を保存する保存手段と、該保存手段で保存した前記段階毎の合計時間を表示、若しくは、前記全段階の合計時間に対する前記段階毎の合計時間の比率を表示する表示手段とを備え、前記センサは、前記回転翼の温度を計測する温度計測手段、及び前記回転翼を駆動するモータに流れる電流量を計測する電流量計測手段であり、前記表示手段で表示された前記段階毎の合計時間若しくは前記比率に基づき前記回転翼の交換の時期が判断可能なことを特徴とする。
以上説明したように本発明（請求項１）によれば、真空ポンプの稼働中に段階毎に物理量が属していたときの合計時間と全段階の合計時間を取得する時間取得手段と、段階毎の合計時間を表示、若しくは、全段階の合計時間に対する段階毎の合計時間の比率を表示するように構成したので、物理量の各段階毎の積算時間若しくは比率という少ない数値だけで、回転翼の交換の必要性を客観的かつ正確に判断することができる。また、この数値により、真空ポンプ内部にプロセスガスの析出物が堆積する量についても指針にできる。
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態である回転翼交換の必要度判定に関するシステム構成図を図１に、また、図２に、ターボ分子ポンプの構成図を示す。
図１において、制御装置２００はポンプ本体１００と別体で記載されているが、ターボ分子ポンプは、ポンプ本体１００と制御装置２００とが一体化されていても本実施形態の適用は可能である。
図１において、制御装置２００はポンプ本体１００と別体で記載されているが、ターボ分子ポンプは、ポンプ本体１００と制御装置２００とが一体化されていても本実施形態の適用は可能である。
制御装置２００には、ポンプ本体１００に備えられた磁気軸受（１０４、１０５、１０６）の浮上制御を行う磁気軸受制御部３とモータ１２１の回転制御を行うモータ駆動制御部５が配設されている。回転翼温度計測部７は回転翼温度センサ９で回転体１０３の温度を非接触に測定した信号を受信するようになっている。磁気軸受制御部３からは回転体１０３の浮上位置等が出力され、保護機能処理部１１に入力されるようになっている。そして、この保護機能処理部１１では回転体１０３の浮上位置等に異常があったときに警告やポンプ停止が行われるようになっている。
モータ駆動制御部５からは回転体１０３の回転速度値やモータ電流値が出力され、保護機能処理部１１に入力されるようになっている。そして、保護機能処理部１１では回転体１０３の回転速度値やモータ電流値に異常があったときに警告やポンプ停止が行われるようになっている。また、モータ駆動制御部５から出力されたモータ電流値は時間カウント処理部１３に入力され、この時間カウント処理部１３において電流値の段階毎に回転体１０３の電流値がその段階の範囲内に留まっていた時間が積算されるようになっている。
回転翼温度計測部７からは回転翼温度値が出力され、保護機能処理部１１に入力されるようになっている。そして、この保護機能処理部１１では回転翼温度値に異常があったときに警告やポンプ停止が行われるようになっている。また、回転翼温度計測部７から出力された回転翼温度値は時間カウント処理部１３に入力される。そして、サンプリング取得された回転翼温度値は１分間の平均値が取られる。その後、その平均値が回転翼温度値の段階毎に、その範囲内に留まっていた時間が積算されるようになっている。
そして、メモリ１５では時間カウント処理部１３で積算された各時間値が保存されるようになっている。記憶処理部１７では例えば、ポンプの減速停止時、若しくは２時間毎にメモリ１５からデータが読まれ、不揮発メモリ１９に保存されるようになっている。
そして、メモリ１５では時間カウント処理部１３で積算された各時間値が保存されるようになっている。記憶処理部１７では例えば、ポンプの減速停止時、若しくは２時間毎にメモリ１５からデータが読まれ、不揮発メモリ１９に保存されるようになっている。
図２において、ポンプ本体１００の円筒状の外筒１２７の上端には吸気口１０１が形成されている。外筒１２７の内方には、ガスを吸引排気するためのタービンブレードによる複数の回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・を周部に放射状かつ多段に形成した回転体１０３を備える。
この回転体１０３の中心にはロータ軸１１３が取り付けられており、このロータ軸１１３は、例えば、いわゆる５軸制御の磁気軸受により空中に浮上支持かつ位置制御されている。
この回転体１０３の中心にはロータ軸１１３が取り付けられており、このロータ軸１１３は、例えば、いわゆる５軸制御の磁気軸受により空中に浮上支持かつ位置制御されている。
上側径方向電磁石１０４は、４個の電磁石が、ロータ軸１１３の径方向の座標軸であって互いに直交するＸ軸とＹ軸とに対をなして配置されている。この上側径方向電磁石１０４に近接かつ対応されて４個の電磁石からなる上側径方向センサ１０７が備えられている。この上側径方向センサ１０７はロータ軸１１３の径方向変位を検出し、制御装置２００に送るように構成されている。
制御装置２００の磁気軸受制御部３においては、上側径方向センサ１０７が検出した変位信号に基づき、ＰＩＤ調節機能を有する補償回路を介して上側径方向電磁石１０４の励磁を制御し、ロータ軸１１３の上側の径方向位置を調整する。
ロータ軸１１３は、高透磁率材（鉄など）などにより形成され、上側径方向電磁石１０４の磁力により吸引されるようになっている。かかる調整は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とにそれぞれ独立して行われる。
ロータ軸１１３は、高透磁率材（鉄など）などにより形成され、上側径方向電磁石１０４の磁力により吸引されるようになっている。かかる調整は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とにそれぞれ独立して行われる。
また、下側径方向電磁石１０５及び下側径方向センサ１０８が、上側径方向電磁石１０４及び上側径方向センサ１０７と同様に配置され、磁気軸受制御部３によりロータ軸１１３の下側の径方向位置を上側の径方向位置と同様に調整している。
更に、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂが、ロータ軸１１３の下部に備えた円板状の金属ディスク１１１を上下に挟んで配置されている。金属ディスク１１１は、鉄などの高透磁率材で構成されている。ロータ軸１１３の軸方向変位を検出するために図示しない軸方向センサが備えられ、その軸方向変位信号が制御装置２００の磁気軸受制御部３に送られるように構成されている。
更に、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂが、ロータ軸１１３の下部に備えた円板状の金属ディスク１１１を上下に挟んで配置されている。金属ディスク１１１は、鉄などの高透磁率材で構成されている。ロータ軸１１３の軸方向変位を検出するために図示しない軸方向センサが備えられ、その軸方向変位信号が制御装置２００の磁気軸受制御部３に送られるように構成されている。
そして、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂは、この軸方向変位信号に基づき磁気軸受制御部３のＰＩＤ調節機能を有する補償回路を介して励磁制御されるようになっている。軸方向電磁石１０６Ａと軸方向電磁石１０６Ｂは、磁力により金属ディスク１１１をそれぞれ上方と下方とに吸引する。
このように、制御装置２００の磁気軸受制御部３においては、この軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂが金属ディスク１１１に及ぼす磁力を適当に調節し、ロータ軸１１３を軸方向に磁気浮上させ、空間に非接触で保持するようになっている。
このように、制御装置２００の磁気軸受制御部３においては、この軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂが金属ディスク１１１に及ぼす磁力を適当に調節し、ロータ軸１１３を軸方向に磁気浮上させ、空間に非接触で保持するようになっている。
モータ１２１は、ロータ軸１１３を取り囲むように周状に配置された複数の磁極を備えている。各磁極は、ロータ軸１１３との間に作用する電磁力を介してロータ軸１１３を回転駆動するように、モータ駆動制御部５によって制御されている。
回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・とわずかの空隙を隔てて複数枚の固定翼１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ・・・が配設されている。回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・は、それぞれ排気ガスの分子を衝突により下方向に移送するため、ロータ軸１１３の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成されている。
回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・とわずかの空隙を隔てて複数枚の固定翼１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ・・・が配設されている。回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・は、それぞれ排気ガスの分子を衝突により下方向に移送するため、ロータ軸１１３の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成されている。
また、固定翼１２３も、同様にロータ軸１１３の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成され、かつ外筒１２７の内方に向けて回転翼１０２の段と互い違いに配設されている。
そして、固定翼１２３の一端は、複数の段積みされた固定翼スペーサ１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ・・・の間に嵌挿された状態で支持されている。
固定翼スペーサ１２５はリング状の部材であり、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。
そして、固定翼１２３の一端は、複数の段積みされた固定翼スペーサ１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ・・・の間に嵌挿された状態で支持されている。
固定翼スペーサ１２５はリング状の部材であり、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。
固定翼スペーサ１２５の外周には、わずかの空隙を隔てて外筒１２７が固定されている。外筒１２７の底部にはベース部１２９が配設され、固定翼スペーサ１２５の下部とベース部１２９の間にはネジ付きスペーサ１３１が配設されている。そして、ベース部１２９中のネジ付きスペーサ１３１の下部には排気口１３３が形成され、外部に連通されている。
ネジ付きスペーサ１３１は、アルミニウム、銅、ステンレス、鉄、又はこれらの金属を成分とする合金などの金属によって構成された円筒状の部材であり、その内周面に螺旋状のネジ溝１３１ａが複数条刻設されている。
ネジ付きスペーサ１３１は、アルミニウム、銅、ステンレス、鉄、又はこれらの金属を成分とする合金などの金属によって構成された円筒状の部材であり、その内周面に螺旋状のネジ溝１３１ａが複数条刻設されている。
ネジ溝１３１ａの螺旋の方向は、回転体１０３の回転方向に排気ガスの分子が移動したときに、この分子が排気口１３３の方へ移送される方向である。
回転体１０３の回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・に続く最下部には円筒部１０２ｄが垂下されている。この円筒部１０２ｄの外周面は、円筒状で、かつネジ付きスペーサ１３１の内周面に向かって張り出されており、このネジ付きスペーサ１３１の内周面と所定の隙間を隔てて近接されている。
回転体１０３の回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・に続く最下部には円筒部１０２ｄが垂下されている。この円筒部１０２ｄの外周面は、円筒状で、かつネジ付きスペーサ１３１の内周面に向かって張り出されており、このネジ付きスペーサ１３１の内周面と所定の隙間を隔てて近接されている。
ベース部１２９は、ターボ分子ポンプのポンプ本体１００の基底部を構成する円盤状の部材であり、一般には鉄、アルミニウム、ステンレスなどの金属によって構成されている。
ベース部１２９はポンプ本体１００を物理的に保持すると共に、熱の伝導路の機能も兼ね備えているので、鉄、アルミニウムや銅などの剛性があり、熱伝導率も高い金属が使用されるのが望ましい。
ベース部１２９はポンプ本体１００を物理的に保持すると共に、熱の伝導路の機能も兼ね備えているので、鉄、アルミニウムや銅などの剛性があり、熱伝導率も高い金属が使用されるのが望ましい。
かかる構成において、回転翼１０２がモータ１２１により駆動されてロータ軸１１３と共に回転すると、回転翼１０２と固定翼１２３の作用により、吸気口１０１を通じてチャンバからの排気ガスが吸気される。
吸気口１０１から吸気された排気ガスは、回転翼１０２と固定翼１２３の間を通り、ベース部１２９へ移送される。このとき、排気ガスが回転翼１０２に接触又は衝突する際に生ずる摩擦熱や、モータ１２１で発生した熱の伝導や輻射などにより、回転翼１０２の温度は上昇するが、この熱は、輻射又は排気ガスの気体分子等による伝導により固定翼１２３側に伝達される。
吸気口１０１から吸気された排気ガスは、回転翼１０２と固定翼１２３の間を通り、ベース部１２９へ移送される。このとき、排気ガスが回転翼１０２に接触又は衝突する際に生ずる摩擦熱や、モータ１２１で発生した熱の伝導や輻射などにより、回転翼１０２の温度は上昇するが、この熱は、輻射又は排気ガスの気体分子等による伝導により固定翼１２３側に伝達される。
固定翼スペーサ１２５は、外周部で互いに接合しており、固定翼１２３が回転翼１０２から受け取った熱や排気ガスが固定翼１２３に接触又は衝突する際に生ずる摩擦熱などを外筒１２７やネジ付きスペーサ１３１へと伝達する。
ネジ付きスペーサ１３１に移送されてきた排気ガスは、ネジ溝１３１ａに案内されつつ排気口１３３へと送られる。
また、吸気口１０１から吸引されたガスがモータ１２１、下側径方向電磁石１０５、下側径方向センサ１０８、上側径方向電磁石１０４、上側径方向センサ１０７などで構成される電装部側に侵入することのないよう、電装部は周囲をステータコラム１２２で覆われ、この電装部内はパージガスにて所定圧に保たれている。
このステータコラム１２２の外径部で、かつ排気口１３３の近傍には回転翼温度センサ９が設置されている。
ネジ付きスペーサ１３１に移送されてきた排気ガスは、ネジ溝１３１ａに案内されつつ排気口１３３へと送られる。
また、吸気口１０１から吸引されたガスがモータ１２１、下側径方向電磁石１０５、下側径方向センサ１０８、上側径方向電磁石１０４、上側径方向センサ１０７などで構成される電装部側に侵入することのないよう、電装部は周囲をステータコラム１２２で覆われ、この電装部内はパージガスにて所定圧に保たれている。
このステータコラム１２２の外径部で、かつ排気口１３３の近傍には回転翼温度センサ９が設置されている。
次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態では、回転翼交換の判定の指標を作成するため累積稼動時間情報を備える。そして、この累積稼動時間情報として特定の条件を満足する時間を定義し、その累積時間を記録するものである。具体的には、次の２項目に条件を設定する。
（１）ガス負荷の傾向を判断できるモータ１２１へ供給している電流値に関し、この電流値がある規定値を超えている累積時間を記録する。
（２）異常検知に利用している回転翼１０２の温度値に関し、この温度値がある規定値を超えている累積時間を記録する。
本実施形態では、回転翼交換の判定の指標を作成するため累積稼動時間情報を備える。そして、この累積稼動時間情報として特定の条件を満足する時間を定義し、その累積時間を記録するものである。具体的には、次の２項目に条件を設定する。
（１）ガス負荷の傾向を判断できるモータ１２１へ供給している電流値に関し、この電流値がある規定値を超えている累積時間を記録する。
（２）異常検知に利用している回転翼１０２の温度値に関し、この温度値がある規定値を超えている累積時間を記録する。
なお、近年の半導体プロセス装置では、複雑なレシピでターボ分子ポンプが利用されるので、その利用状況の傾向を示すために、前述の規定値を複数段階的に設定し、各段階に留まっていた時間の累積値を記録する。
例えば、モータ１２１へ供給している電流値のレベルとして、電流値の多い順に多／中／少の３段階を設定する。ここに、多／中／少の３段階としたのは説明を分かりやすくするためであり、より多段階とするのが望ましい。この点は、後述する回転翼温度値の設定についても同様である。
例えば、モータ１２１へ供給している電流値のレベルとして、電流値の多い順に多／中／少の３段階を設定する。ここに、多／中／少の３段階としたのは説明を分かりやすくするためであり、より多段階とするのが望ましい。この点は、後述する回転翼温度値の設定についても同様である。
「多」は電流値が大きく、警報のレベルや異常のレベルを含む通常の運転としては期待されていない電流値の範囲である。警報やポンプの運転停止となるには規定の電流値を超えた状態が例えば３０秒間継続することが条件になっている。このため、警報のレベルや異常のレベルに留まっていた時間が数秒等短時間である場合には警報やポンプの停止に迄は至らないが、負荷が異常に多くかかることでこのような状況が繰り返し累積されると回転翼１０２は疲労することが想定される。この回転翼１０２の疲労具合は「多」にいた時間の累積をもって指標とすることができる。
「中」はポンプとして通常の稼働状況であり運転が期待されている電流値の範囲である。この運転が期待されている電流値の範囲はポンプ毎に決められる。「少」は負荷が軽いか、回転体１０３が磁気浮上しているがモータ１２１の回転がされていない状況である。
それぞれの段階に留まっていた時間の累積値を記録した場合、累積稼動時間を１００％として、例えば、［多 １０％／中 ７０％／少 ２０％］の記録を持つポンプは、ガス負荷の変動が少なく、さほど負荷が大きくない稼動状況で利用されていたと判断できる。
一方、［多 ５０％／中 ４０％／少 １０％］の記録を持つポンプは、ガス負荷変動が多く、かつ、負荷も大きい稼動状況で利用されていたと判断できる。
それぞれの段階に留まっていた時間の累積値を記録した場合、累積稼動時間を１００％として、例えば、［多 １０％／中 ７０％／少 ２０％］の記録を持つポンプは、ガス負荷の変動が少なく、さほど負荷が大きくない稼動状況で利用されていたと判断できる。
一方、［多 ５０％／中 ４０％／少 １０％］の記録を持つポンプは、ガス負荷変動が多く、かつ、負荷も大きい稼動状況で利用されていたと判断できる。
もし、累積稼動時間が同じならば、後者の方が、回転翼１０２の疲労度合いが大きいポンプと判断できる。累積稼動時間が異なっている場合でも、供給電流レベル「多」で利用されていた累積時間が記録されていることが、その値からも疲労度合いを判断できる。
なお、回転翼温度値も同様に、異常検出には至らない温度範囲を、高／中／低の３段階のレベルを設定し、それぞれの段階に留まっていた時間の累積値の記録より、回転翼１０２の疲労度合いを判断できる。
なお、回転翼温度値も同様に、異常検出には至らない温度範囲を、高／中／低の３段階のレベルを設定し、それぞれの段階に留まっていた時間の累積値の記録より、回転翼１０２の疲労度合いを判断できる。
次に、本実施形態の作用をフローチャートに基づき説明する。
図３に本実施形態である回転翼交換の必要度判定のフローチャートを示す。このフローチャートは時間カウント処理部１３において動作する。時間カウント処理部１３は時間取得手段に相当する。
図３に本実施形態である回転翼交換の必要度判定のフローチャートを示す。このフローチャートは時間カウント処理部１３において動作する。時間カウント処理部１３は時間取得手段に相当する。
図３において、ステップ１（図中Ｓ１と略す。以下、同様）では、例えば１分毎にタイマの割り込みがされステップ２以降の処理が行われる。ステップ２では累積通電時間カウンタをカウントアップする。このカウントアップは累積通電時間カウンタの数値を一つ増加（以下、インクリメントと言う）することで行う（以下、同旨）。累積通電時間カウンタは、制御電源がオンされている状態での通電時間のカウントであって、回転翼１０２が回転されずに磁気軸受制御部３で浮上支持されている状態でもカウントされる。この通電時間のカウント数に対しタイマの割り込み時間を掛けた値が全段階の合計時間に相当する。ステップ３ではポンプが回転中か否かを判断し、回転中と判断したときにはステップ４に進み、累積稼働時間カウンタをカウントアップする。
一方、ステップ３でポンプが回転中でないと判断されたときにはステップ１０のモータ駆動電流時間サブルーチンに進み、段階毎のモータ駆動電流の積算時間が計測される。その後、続けてステップ２０では翼温度時間サブルーチンに進み、段階毎の翼温度の積算時間が計測される。この段階毎のモータ駆動電流の積算時間と段階毎の翼温度の積算時間とは、段階毎に物理量が属していたときの合計時間に相当する。
一方、ステップ３でポンプが回転中でないと判断されたときにはステップ１０のモータ駆動電流時間サブルーチンに進み、段階毎のモータ駆動電流の積算時間が計測される。その後、続けてステップ２０では翼温度時間サブルーチンに進み、段階毎の翼温度の積算時間が計測される。この段階毎のモータ駆動電流の積算時間と段階毎の翼温度の積算時間とは、段階毎に物理量が属していたときの合計時間に相当する。
図４のモータ駆動電流時間サブルーチンについて説明する。
ステップ１１では、モータ駆動制御部５から出力されたモータ電流値が予め設定されたレベル大よりも大きいか否かが判断される。そして、レベル大よりも大きい場合にはステップ１２に進み、電流「多」カウンタをカウントアップした後ステップ２０に進む。一方、ステップ１１でモータ電流値が予め設定されたレベル大以下のときにはステップ１３に進み、モータ電流値が予め設定されたレベル中よりも大きいか否かが判断される。そして、レベル中よりも大きい場合にはステップ１４に進み、電流「中」カウンタをカウントアップした後ステップ２０に進む。一方、ステップ１３でモータ電流値が予め設定されたレベル中以下のときにはステップ２０に進む。
ステップ１１では、モータ駆動制御部５から出力されたモータ電流値が予め設定されたレベル大よりも大きいか否かが判断される。そして、レベル大よりも大きい場合にはステップ１２に進み、電流「多」カウンタをカウントアップした後ステップ２０に進む。一方、ステップ１１でモータ電流値が予め設定されたレベル大以下のときにはステップ１３に進み、モータ電流値が予め設定されたレベル中よりも大きいか否かが判断される。そして、レベル中よりも大きい場合にはステップ１４に進み、電流「中」カウンタをカウントアップした後ステップ２０に進む。一方、ステップ１３でモータ電流値が予め設定されたレベル中以下のときにはステップ２０に進む。
電流「少」のカウントは行わないが、これは累積通電時間カウンタのカウント値から電流「多」カウンタのカウント値と電流「中」カウンタのカウント値を引けば得られるためである。
このことにより、１分毎に、計測されたモータ電流値が電流「多」、電流「中」、電流「少」のいずれの段階にいるのかが判断され、該当する段階に対しインクリメントにより積算される。
このことにより、１分毎に、計測されたモータ電流値が電流「多」、電流「中」、電流「少」のいずれの段階にいるのかが判断され、該当する段階に対しインクリメントにより積算される。
カウント値に１分を掛ければ積算された時間が算出できる。この時間データを段階毎に表示する。また、この段階毎に積算された時間同士の比率をそれら全段階の合計時間を１００％として算出し表示するようにしてもよい。
このことにより、電流「多」、電流「中」、電流「少」毎の積算時間若しくは比率という３つの数値だけで、回転翼１０２の交換の必要性を客観的かつ正確に判断することができる。また、この数値により、ターボ分子ポンプ内部にプロセスガスの析出物が堆積する量についても指針にできる。
このことにより、電流「多」、電流「中」、電流「少」毎の積算時間若しくは比率という３つの数値だけで、回転翼１０２の交換の必要性を客観的かつ正確に判断することができる。また、この数値により、ターボ分子ポンプ内部にプロセスガスの析出物が堆積する量についても指針にできる。
次に、図５の翼温度時間サブルーチンについて説明する。
ステップ２１では、回転翼温度計測部７から出力された回転翼温度値が予め設定されたレベル高の温度値よりも高いか否かが判断される。そして、レベル高の温度値よりも高い場合にはステップ２２に進み、翼温度「高」カウンタをカウントアップする。その後ステップ３０に進みこのタイマ割り込み処理を終了する。一方、ステップ２１で回転翼温度値が予め設定されたレベル高の温度値以下のときにはステップ２３に進み、回転翼温度値が予め設定されたレベル中の温度値よりも高いか否かが判断される。そして、レベル中の温度値よりも高い場合にはステップ２４に進み、翼温度「中」カウンタをカウントアップする。その後ステップ３０に進みこのタイマ割り込み処理を終了する。一方、ステップ２３で回転翼温度値が予め設定されたレベル中の温度値以下のときにはステップ３０に進みタイマ割り込み処理を終了する。
ステップ２１では、回転翼温度計測部７から出力された回転翼温度値が予め設定されたレベル高の温度値よりも高いか否かが判断される。そして、レベル高の温度値よりも高い場合にはステップ２２に進み、翼温度「高」カウンタをカウントアップする。その後ステップ３０に進みこのタイマ割り込み処理を終了する。一方、ステップ２１で回転翼温度値が予め設定されたレベル高の温度値以下のときにはステップ２３に進み、回転翼温度値が予め設定されたレベル中の温度値よりも高いか否かが判断される。そして、レベル中の温度値よりも高い場合にはステップ２４に進み、翼温度「中」カウンタをカウントアップする。その後ステップ３０に進みこのタイマ割り込み処理を終了する。一方、ステップ２３で回転翼温度値が予め設定されたレベル中の温度値以下のときにはステップ３０に進みタイマ割り込み処理を終了する。
翼温度「低」のカウントは行わないが、これは累積通電時間カウンタのカウント値から翼温度「高」カウンタのカウント値と翼温度「中」カウンタのカウント値を引けば得られるためである。
このことにより、１分毎に、計測された回転翼温度値が翼温度「高」、翼温度「中」、翼温度「低」のいずれの段階にいるのかが判断され、該当する段階に対しインクリメントにより積算される。
このことにより、１分毎に、計測された回転翼温度値が翼温度「高」、翼温度「中」、翼温度「低」のいずれの段階にいるのかが判断され、該当する段階に対しインクリメントにより積算される。
従って、モータ電流値のときと同様に、翼温度「高」、翼温度「中」、翼温度「低」毎の積算時間若しくは比率という３つの数値だけで、回転翼１０２の交換の必要性を客観的かつ正確に判断することができる。また、これらのデータは、顧客を説得する情報としても利用できる。
図５の翼温度時間サブルーチンは３段階の回転翼温度値で説明をしたが、図６に回転翼温度値を５段階とする例を示す。
図５の翼温度時間サブルーチンは３段階の回転翼温度値で説明をしたが、図６に回転翼温度値を５段階とする例を示す。
図６において、回転翼温度値に関し、高温過熱警告検知の温度を例えば１３５℃に設定したとする。この温度に達したときには警告が発せられる。この警告解除はヒステリシスを持たせるため１３０℃に設定がされる。また、高温過熱異常検知の温度を例えば１４５℃に設定したとする。この温度に達したときには例えば３０秒間この状態が継続された後にポンプの停止指令が発せられる。この異常解除はヒステリシスを持たせるため１４０℃に設定がされる。
ここに、翼温度カウンタのレベルは、このように回転翼１０２の安全管理上設定された温度値に合わせる形で５段階を用意する。即ち、高温過熱警告検知の温度１３５℃から高温過熱異常検知の温度１４５℃までをレベル４とし、高温過熱異常検知の温度１４５℃以上をレベル５とする。なお、回転翼温度値が９０℃以上１３５℃未満をレベル３としたのは、この温度範囲がポンプ運用上期待している稼働範囲だからである。また、回転翼温度値が４０℃以上９０℃未満をレベル２としたのは、この温度範囲が運用上負荷が余りかかっていない余裕のある運転状況の範囲だからである。更に、回転翼温度値が４０℃未満をレベル１としたのは、この温度範囲では、回転翼１０２が回転せずに磁気浮上で浮いている状態だからである。
このように回転翼温度値を５段階に設定することで回転翼１０２の交換の必要性をより客観的かつ正確に判断することができる。この点は、段階を更に増やすことでより一層客観的かつ正確な判断を行うことができる。
次に、オーバーホールを促す警告を通知する方法を図７に基づき説明する。なお、図４と同一要素については、同一の符号を付して説明を省略する。図７では、ステップ１２において電流「多」カウンタをカウントアップした後ステップ１５に進む。ステップ１５では、電流「多」カウンタのカウント値が予め定めた警告しきい値を超えているか否かが判断される。そして、警告しきい値を超えている場合には、ステップ１６で回転体疲労大警告通知が発せられる。
このことにより、１分毎に電流「多」カウンタのカウント値からオーバーホールが必要か否かを判断し、オーバーホールを促す旨を通知することができる。このようにオーバーホールを促す警告を通知することで、回転体破損事故の予防が期待できる。
なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が当該改変されたものにも及ぶことは当然である。
なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が当該改変されたものにも及ぶことは当然である。
３ 磁気軸受制御部
５ モータ駆動制御部
７ 回転翼温度計測部
９ 回転翼温度センサ
１１ 保護機能処理部
１３ 時間カウント処理部（時間取得手段）
１５ メモリ
１７ 記憶処理部
１９ 不揮発メモリ
１００ ポンプ本体
１０２ 回転翼
１０３ 回転体
１０４ 上側径方向電磁石
１０５ 下側径方向電磁石
１０６Ａ、１０６Ｂ 軸方向電磁石
１２１ モータ
２００ 制御装置
５ モータ駆動制御部
７ 回転翼温度計測部
９ 回転翼温度センサ
１１ 保護機能処理部
１３ 時間カウント処理部（時間取得手段）
１５ メモリ
１７ 記憶処理部
１９ 不揮発メモリ
１００ ポンプ本体
１０２ 回転翼
１０３ 回転体
１０４ 上側径方向電磁石
１０５ 下側径方向電磁石
１０６Ａ、１０６Ｂ 軸方向電磁石
１２１ モータ
２００ 制御装置
Claims (3)
- 回転翼交換の時期を判断可能な真空ポンプであって、
前記真空ポンプは、
真空ポンプ本体に内蔵された回転翼と、
前記真空ポンプ本体に配設され、前記回転翼に関連した物理量を計測するセンサとを有し、
前記真空ポンプの稼働中に前記センサで計測された前記物理量を抽出する物理量抽出手段と、
該物理量抽出手段で抽出される前記物理量の変動範囲を予め複数の段階に設定する設定手段と、
前記真空ポンプの稼働中に前記段階毎に前記物理量が属していたときの合計時間と全段階の合計時間を取得する時間取得手段と、
該時間取得手段で取得した前記段階毎の合計時間と前記全段階の合計時間を保存する保存手段と、
該保存手段で保存した前記段階毎の合計時間を表示、若しくは、前記全段階の合計時間に対する前記段階毎の合計時間の比率を表示する表示手段とを備え、
前記センサは、前記回転翼の温度を計測する温度計測手段、及び前記回転翼を駆動するモータに流れる電流量を計測する電流量計測手段であることを特徴とする真空ポンプ。 - 前記時間取得手段で取得された前記段階毎の合計時間を所定のしきい値と比較する比較手段と、
該比較手段での比較の結果に基づき警告を発する警告発生手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。 - 真空ポンプ本体に内蔵された回転翼と、
前記真空ポンプ本体に配設され、前記回転翼に関連した物理量を計測するセンサとを有する真空ポンプの制御装置であって、
前記真空ポンプの稼働中に前記センサで計測された前記物理量を抽出する物理量抽出手段と、
該物理量抽出手段で抽出される前記物理量の変動範囲を予め複数の段階に設定する設定手段と、
前記真空ポンプの稼働中に前記段階毎に前記物理量が属していたときの合計時間と全段階の合計時間を取得する時間取得手段と、
該時間取得手段で取得した前記段階毎の合計時間と前記全段階の合計時間を保存する保存手段と、
該保存手段で保存した前記段階毎の合計時間を表示、若しくは、前記全段階の合計時間に対する前記段階毎の合計時間の比率を表示する表示手段とを備え、
前記センサは、前記回転翼の温度を計測する温度計測手段、及び前記回転翼を駆動するモータに流れる電流量を計測する電流量計測手段であり、
前記表示手段で表示された前記段階毎の合計時間若しくは前記比率に基づき前記回転翼の交換の時期が判断可能なことを特徴とする制御装置。
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