WO2007013274A1 - 真空ポンプ装置とそのコントローラ - Google Patents
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- F04D25/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
- F04D25/068—Mechanical details of the pump control unit
Definitions
- the present invention relates to a vacuum pump device and a controller thereof used in, for example, equipment such as a semiconductor manufacturing apparatus, an electron microscope, and a mass spectrometer.
- a vacuum pump device has been used to create a high vacuum in the vacuum chamber, and this type of vacuum pump device is a pump body that is attached to the vacuum chamber. And a controller for controlling the operation thereof.
- a turbo-molecular pump is generally known as a pump body.
- the turbo-molecular pump has a rotor rotatably supported in a pump case, and a radial and multi-stage rotor blade is provided on the outer wall surface of the rotor. Plural stages of stator blades positioned between the rotor blades are arranged on the inner wall surface of the pump case facing this.
- a control circuit board for mainly controlling the rotation operation of the rotor is built in the controller.
- the elements that make up the electronic circuit are mounted on the control circuit board.
- some of these elements, such as transistors and resistors generate heat during operation, and these elements generate heat during operation of the pump body.
- the control circuit board becomes very hot. In this way, if the control circuit board heated up by the heat generating element is left as it is, the operation of the pump body will continue to cause a significant decrease in the life of the element due to the heat, leading to a failure of the controller, The pump body cannot be operated correctly. Therefore, it is indispensable to remove the heat from the control circuit board built in the controller in the vacuum pump device.
- a cooling fan is installed inside the controller, and the cooling fan power is generated.
- vibration must be suppressed as much as possible because vibration is a great enemy. Therefore, magnetic bearings are used as a structure to support the rotating rotor, which is the source of vibration, and mechanical contact is eliminated to reduce the vibration of the pump body.
- Patent Document 1 discloses a method for cooling a controller without using a cooling fan.
- the method is to connect the pump body and controller with a connector and install a cooling jacket that is in close contact with both. Then, cooling water is supplied to the piping in the cooling jacket, and the controller is cooled with water through the cooling jacket.
- a separate piping facility for flowing cooling water is required, which increases the size of the vacuum pump device and makes it difficult to handle.
- the cooling power must be kept flowing during the operation of the pump body, and the running cost is high.
- Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 11 173293
- the present invention has been made in view of such circumstances, and the object of the present invention is to efficiently use the heat of the control circuit board built in the controller without using the conventional forced air cooling or water cooling method.
- An object of the present invention is to provide a vacuum pump device and its controller that can be removed well, have less vibration and can be downsized. Means for solving the problem
- a vacuum pump device is installed in a vacuum chamber.
- a pump body that sucks and exhausts gas molecules in the vacuum chamber; a controller that is mounted outside the pump body and includes a control circuit board that controls the operation of the pump body; and the controller
- a heat sink that contacts the control circuit board to conduct heat and conducts heat to dissipate the heat to the outside air from a plurality of fins arranged on the outer wall surface.
- the fins of the heat sink are configured to be inclined with respect to the rotation center axis of the pump body.
- the controller of the vacuum pump device is detachably mounted outside the pump body of the vacuum pump device and controls the operation of the pump body.
- a heat sink that contacts the control circuit board and conducts heat, and dissipates the heat to the outside air from a plurality of fins arranged on the outer wall surface, and the direction of the fins of the heat sink is that of the pump body. It is configured to be inclined with respect to the rotation center axis.
- a vacuum pump device is attached to a vacuum chamber and sucks and exhausts gas molecules in the vacuum chamber, and the outside of the pump body.
- a controller with a built-in control circuit board that controls the operation of the pump body, and a vent hole that covers the periphery of the controller and vents the hot air heated by the heat of the control circuit board to the outside. And a controller case.
- the controller of the vacuum pump device according to the present invention is detachably attached to the outside of the pump body of the vacuum pump device, and controls the operation of the pump body, and the surroundings of the control circuit board And a controller case having a vent hole through which hot air heated by the heat of the control circuit board is vented to the outside.
- the heat sink has fins on both sides that are inclined at an arbitrary angle on the outer plate facing the outside air, and the fins on both sides of the heat sink. It is possible to adopt a configuration in which a communication path through which air passes is formed at a position where the intersections are connected. Similarly, the heat sink has fins on both sides that are inclined at an arbitrary angle to the inner plate facing the pump body. A communication path through which air passes may be formed at a position where the intersections of the fins on both sides of the pipe are connected. According to such a configuration, natural convection of the air flowing between the fins on both sides through the fins to the outside air is likely to occur, and the heat exchange efficiency between the heat sink and the outside air that is heated is increased.
- the heat sink can adopt a configuration in which the tips of the fins of the inner plate facing the pump main body are extended along the outer shape of the pump case. If this configuration is adopted, the pump case can be removed while the controller is attached, so that the assembly workability of the pump is improved.
- the vacuum pump device if the pump mechanism in the pump body is a magnetic bearing type rotating body, the vacuum pump device can be mounted in a horizontal posture with respect to the vacuum chamber. Even if the mounting posture of the vacuum pump device is changed, the advantage of the present invention that the same air cooling action can be obtained without deteriorating the heat radiation performance is produced. The invention's effect
- the heat dissipation surface of the fin of the heat sink covering the periphery of the controller faces obliquely upward.
- natural convection of the air flowing between the fins is likely to occur, and the controller case's vent hole force Since heat is released to the outside, the heat dissipation efficiency of the controller heated at a high temperature is greatly improved. Therefore, a sufficient cooling effect can be obtained without installing a cooling fan inside the controller as in the conventional forced air cooling method, so that the cooling fan can be eliminated.
- the controller in the vacuum pump device and the controller thereof according to the present invention, by adopting a configuration in which the tip of the fin of the inner plate of the heat sink extends along the outer shape of the pump case, the controller remains mounted. Since the pump case can be removed and attached, the assembly work of the pump is improved. For this reason, the pump body maintainer Maintenance work can be easily performed, and the time required for the assembly work can be shortened and the cost can be reduced.
- FIG. 1 is a front view showing the external appearance of the vacuum pump device
- Fig. 2 is a left side view of the device
- Fig. 3 is a top view of the device
- Fig. 4 is a bottom view of the device
- Fig. 5 is a rear view of the device.
- FIG. 6 is an enlarged plan view showing a modification of the apparatus
- FIG. 7 is a partially enlarged sectional view of the apparatus
- FIG. 8 is an explanatory view showing the mounting posture of the apparatus.
- the vacuum pump device 1 of the present embodiment is used as a means for creating a high vacuum in the vacuum chamber 10 (see Fig. 8) of a target device such as a semiconductor manufacturing device, an electron microscope, or a mass spectrometer. . As shown in FIG. 1, this vacuum pump device 1 removes heat from the pump body 2 that sucks and exhausts gas molecules from the vacuum chamber 10, the controller 3 that controls the operation of the pump body 2, and the controller 3. The heat sink 4 and the heat sink 4 are integrated.
- the pump body 2 has a structure in which a cylindrical pump case 22 is covered on a base 21 and a bottom opening of the base 21 shown in FIG.
- a flange 24 is provided on the bottom periphery of the pump case 22! /, And this flange 24 is placed on the base 21 and bolts 52, 52,... Are fastened at equal intervals in the circumferential direction as shown in FIG.
- the pump case 22 can be detachably attached to the base 21! /.
- the upper opening of the pump case 22 is a gas molecule inlet 25, and the gas molecule exhaust 26 is opened on the side of the base 21.
- a pump mechanism (not shown) that has a turbo molecular pump and the like is built in the pump case 22, and gas molecules sucked from the intake port 25 are transferred by the pump mechanism while being compressed, and the gas is The molecules are exhausted from the exhaust port 26 to the outside of the pump body 2.
- a well-known pump mechanism can be applied to the internal structure of the pump case 22 and is not related to the gist of the present invention, so that detailed description thereof will be omitted.
- the controller 3 controls the operation of the pump mechanism of the pump body 2, and as shown in FIG. 1, as an interface 32 for connecting various peripheral devices to the front panel 31-1 constituting the controller case 31.
- a display unit 33 composed of LEDs, and the operation status of the controller 3 is displayed.
- the three LEDs light up to indicate that the controller 3 is powered on and off, and that the controller 3 and peripheral devices are in the normal Z state.
- a control circuit board 34 for mainly controlling the rotation operation of the rotor is accommodated in the controller case 31.
- two control circuit boards 34 are installed, but in order to reduce the thickness of the controller 3, the two control circuit boards 34 and 34 are arranged in an upright state inside the controller case 31.
- the periphery of the controller case 31 is covered with the heat sink 4, and the heat dissipation is enhanced by natural air cooling.
- the heat sink 4 is made of a metal material with high thermal conductivity.As shown in Fig. 7, the control circuit board 34 built in the controller 3 is fixed to the inner wall surface with screws 53 to conduct heat, and the heat is transferred to the outside air. In order to dissipate heat, a plate type with multiple fins 43, 43, ... aligned on the outer wall surface was used.
- the heat sink 4 is composed of two plates, an outer plate 41 facing the outside air and an inner plate 42 facing the pump body 2, and the outer plate 41 touches the outside air as much as possible. It is curved toward the outside. The outer plate 41 and the inner plate 42 hold the controller case 31 between the outer and inner forces, and both plates are fixed to the controller case 31 with bolts 54 and the plates are connected to each other with the bolts 55.
- the heat sink 4 is integrated!
- the direction of the fins 43 is set as follows in this embodiment. , Natural air convection is likely to occur. That is, when the outer plate 41 is viewed from the front as shown in FIG. 2, the direction of the fins 43 is inclined with respect to the rotation center axis L of the pump body 2 at a predetermined angle. In this embodiment, the tilt angle is set to 45 degrees so that the heat release surface of the fin 43 faces obliquely upward regardless of whether the pump body 2 is mounted vertically or horizontally with respect to the vacuum chamber 10.
- the force that the fins 43 of the same height are formed on both the left and right sides of the outer plate 41.
- the left fin 43-1 and the right fin 43-2 are at an arbitrary angle with each other (in this embodiment 90 Intersect at degrees)
- a communication passage 44 through which air passes is formed at a central position connecting the intersections of the fins on both sides.
- the inner plate 42 is provided with a plurality of fins 43 arranged in the vertical direction, and the heights of the fins 43 are different.
- the height of the fin 43 needs to be increased as much as possible. If the height is increased toward the pump body 2 side, it will interfere with the assembly of the pump case 22.
- the tips of the fins 43-3 of the seat 42 extend to the front of the flange 24 so as to follow the outer shape of the pump case 22, respectively.
- the configuration of the inner plate 42 may be modified to the fin shape shown in FIG. 6 instead of the fin shape shown in FIG.
- the shape of Fig. 6 is the same as the outer plate 41, but the fins 43 of the inner plate 42 are also inclined, and the fins 43 are formed on the upper half of the inner plate 42 viewed from the front and avoiding the base 21 portion.
- the orientation of the pump body 2 is inclined at a predetermined angle (45 degrees in this embodiment) with respect to the rotation center axis L of the pump body 2.
- the left and right fins 43-1 and 43-2 intersect each other at an arbitrary angle (90 degrees in this embodiment), and the communication path through which air passes through the center of the intersection of the fins on both sides 44 is formed.
- the following force is applied to the controller 3 itself. That is, as shown in FIG. 5, a large number of ventilation holes 36, 36,... Penetrating into the inside of the case are opened on the rear panel 31-2 constituting the controller case 31 and hot air inside the controller case 31 is passed through It can be vented to the outside.
- These ventilation holes 36 are formed as minute holes of several millimeters so that foreign matter does not enter the inside of the case, and are formed in a high density by arranging the holes in a staggered manner so that more air can escape. .
- the peripheral panel of the rear panel 31-2 which has a punching metal force as in this embodiment, is attached to the controller case 31 with the screw 56, or a hole is directly drilled in the back of the controller case 31. May be adopted.
- a bottom panel 31-3 having a large number of air holes 36, 36,... Is attached to the controller case 31 with screws 56. .
- a similar vent hole is formed on the upper surface of the controller case 31 as well.
- the controller 3 with the heat sink 4 is attached to the pump body 2 via a bracket 51.
- the controller 3 has a V, and the lower back of the controller case 31 protrudes!
- a flat mounting surface 31a for mounting the flat bracket 51 is provided there.
- the pump body 2 is provided with a mounting surface 21a in which a part of the peripheral edge is cut out on the side surface of the base 21 in accordance with the outer shape of the control mouth 3
- the bracket 51 is formed with a case mounting hole (not shown) for fastening to the controller case 31 and a through hole 51a for connecting a connector with a built-in current conductor or control signal line in the center.
- Base mounting holes 51b for fastening to the screw 21 are formed on the upper and lower sides of the left and right sides.
- this vacuum pump device 1 can be used by being connected to a vacuum chamber 10 of a measuring instrument using, for example, an electron microscope.
- FIG. 8 (A) shows a state in which the vacuum pump device 1 is mounted in a vertical position.
- the suction port flange 28 of the pump body 2 and the exhaust port flange 11 of the vacuum chamber 10 are brought into contact with each other.
- the vacuum pump device 1 is mounted in a suspended state.
- the control circuit board 34 built in the controller 3 is a transistor, resistor, etc.
- the power S which is heated by the heat generating element, is removed by natural air cooling of the heat sink 4 as follows.
- the two control circuit boards 34 and 34 come into contact with the outer plate 41 and the inner plate 42, which have high thermal conductivity, respectively. Heat is transferred to both plates 41 and 42 quickly.
- the outer wall surfaces of both plates 41, 42 are enlarged in surface area by a plurality of fins 43, 43,..., And the outer surface force of these fins 43 is radiated to the outside air.
- the directions of the fins 43-1 and 43-2 on both the left and right sides of the outer plate 41 are diagonally upward! /! Therefore, heat dissipation is superior to those with fins facing downward or sideways.
- the air flowing between the fins 43-1 and 43-2 on both the left and right sides is free from clearance between the fins. Since the air is surely escaped to the outside air, this air flow increases the efficiency of heat exchange between the heat sink 4 heated to the outside temperature.
- the plurality of ventilation holes 36, 36,... are opened in the back panel 31-2 and the bottom panel 31-3 of the controller case 31, respectively, Do not get stuck inside the case through the air vent 36.
- the heat radiating surface of the fin 43 faces obliquely upward, and natural convection of the air flowing between the fins 43 and 43 easily occurs! /, And from the vent hole 36 of the controller case 31.
- the heat release efficiency of the controller 3 is greatly improved by reliably removing hot air.
- a magnetic bearing type turbo molecular pump is adopted as the pump mechanism of the pump body 2, so that the vacuum pump device 1 is installed as shown in FIG. It is also possible to mount the vacuum chamber 10 in a horizontal position. In this way, when the vacuum pump device 1 is mounted in a horizontal posture, the heat sink 4 The fin 43 is inclined and turned diagonally upward, and natural convection of the air flowing between the fins 43 and 43 tends to occur. Therefore, even if the mounting posture of the vacuum pump device 1 is changed, there is an advantage that a similar air cooling effect can be obtained without reducing the heat dissipation performance.
- the vacuum pump device 1 of this embodiment is also excellent in assembling workability.
- the tip of the fin 43-3 extends along the outer shape of the flange 24 of the pump case 22 in the inner plate 42 of the heat sink 4. Therefore, when the bolt 52 is loosened, the fin 43-3 does not get in the way, and if the force is removed and the pump case 22 is lifted vertically, the controller 3 with this heat sink 4 is connected to the pump body 2 It can be removed while attached to. It is also possible to attach the removed pump case 22 without removing the controller 3. As described above, the pump case 22 can be removed and attached while the controller 3 is attached, so that the maintenance work of the pump body 2 can be easily performed, and the time required for the assembly work can be shortened and the cost can be reduced. be able to.
- FIG. 1 is a front view showing an appearance of a vacuum pump device according to the present invention.
- FIG. 2 is a left side view showing the appearance of the vacuum pump device of FIG.
- FIG. 3 is a top view showing the appearance of the vacuum pump device of FIG.
- FIG. 4 is a bottom view showing the appearance of the vacuum pump device of FIG.
- FIG. 5 is a rear view showing the appearance of the vacuum pump device of FIG.
- FIG. 6 is an enlarged plan view showing a modification of the controller in the vacuum pump device of FIG.
- FIG. 7 is an enlarged sectional view of a part showing a fixing structure of a pump body and a controller in the vacuum pump device of FIG.
- FIG. 8 is an explanatory view showing a mounting posture of the vacuum pump device of FIG.
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Abstract
【課題】従来の強制空冷や水冷方式によらずにコントローラに内蔵された制御回路基板の熱を効率よく除去し、振動をなくしつつ小型化を実現すること。
【解決手段】ポンプ本体2の外部に装着され、その動作を制御する制御回路基板34が内蔵されたコントローラ3において、コントローラ3の周囲を覆い外壁面に複数枚のフィン43、43、…を整列させたヒートシンク4を設け、そのフィン43の向きをポンプ本体2の回転中心軸線Lに対し傾斜した状態にするとともに、コントローラケース31の背面パネル31-2と底面パネル31-3に多数の通気孔36,36,…を開口する。これにより、ポンプ本体2が真空チャンバ10に対していかなる姿勢であっても、フィン43の放熱面が斜め上方を向いていてフィン43、43間を流れる空気の自然対流が起こりやすくなるとともに、ケース内部の熱気が通気孔36から外部に確実に抜けるので、高温化したコントローラ3の放熱効率を向上させることができる。
Description
明 細 書
真空ポンプ装置とそのコントローラ
技術分野
[0001] 本発明は、例えば半導体製造装置、電子顕微鏡、質量分析装置などの機器にお いて使用される真空ポンプ装置とそのコントローラに関する。
背景技術
[0002] 従来、上記のような各種機器において、真空チャンバ内を高真空にするために真 空ポンプ装置が利用されており、この種の真空ポンプ装置は、真空チャンバに取り付 けられるポンプ本体とその動作を制御するコントローラを備えて構成されている。ボン プ本体としては一般にターボ分子ポンプが知られており、このターボ分子ポンプはポ ンプケース内にロータが回転可能に支持されており、ロータの外壁面に放射状かつ 複数段のロータ翼が設けられ、これと対面するポンプケースの内壁面にロータ翼間に 位置決めした複数段のステータ翼が配置されている。そして真空チャンバ内をある程 度減圧した後、コントローラで制御したロータを高速回転させると、回転するロータ翼 と固定のステータ翼に衝突したガス分子が運動量を付与され排気される。この排気 動作により真空チャンバからポンプ本体内に吸引されたガス分子を圧縮しながら排 気して、真空チャンバ内に所定の高真空度が形成される。
[0003] ところで、このような真空ポンプ装置において、コントローラの内部にはおもにロータ の回転動作を制御するための制御回路基板が内蔵されている。制御回路基板には 電子回路を構成する素子が実装されて 、るが、その中にはトランジスタや抵抗のよう に動作時に熱を発生する素子があり、ポンプ本体の運転中これらの素子の熱により 制御回路基板が非常に高温になる。このように、発熱する素子によって高温化した制 御回路基板をそのままにしてポンプ本体の運転を続けると、その熱が原因で素子の 寿命を著しく低下させることになるうえ、コントローラの故障に繋がり、ポンプ本体を正 常に動作させることができなくなる。したがって、真空ポンプ装置ではコントローラに 内蔵された制御回路基板の熱を取り除くことが不可欠である。
[0004] その方法として、コントローラの内部に冷却ファンを設置し、冷却ファン力もの風を
制御回路基板に直接当てて強制空冷する方法や、筐体内の高温ィヒした熱気を外部 に排気して冷却する方法が知られて!/、るが、これら冷却ファンを用いた空冷方式によ ると次のような問題がある。例えば上記の真空ポンプ装置を電子顕微鏡のような防振 環境を要する測定機器の真空チャンバに取り付ける場合、振動は大敵であるのでポ ンプ本体の振動を極力抑えなければならな 、。そこで振動の発生源である回転する ロータを支持する構造として磁気軸受を採用し、機械的な接触をなくしてポンプ本体 の低振動化を図っている。ところが上記のようにコントローラの内部に冷却ファンを設 置すると、その冷却ファンを駆動するモータの振動がコントローラを介してポンプ本体 に伝わり、ポンプ本体の振動が測定機器に伝播してしまう。したがって、特に低振動 性が求められる真空ポンプ装置においては、振動の要因となる冷却ファンによる強制 空冷方式を採用するのはあまり望ましくな 、。
[0005] 一方、下記の特許文献 1には、冷却ファンを使用せずにコントローラを冷却する方 法が開示されている。その方法は、ポンプ本体とコントローラを接続コネクタで連結す るとともに、両者に密着させた冷却ジャケットを設置するというものである。そしてこの 冷却ジャケット内の配管に冷却水を流し、冷却ジャケットを介してコントローラを水冷 するようになつている。し力しこの冷却ジャケットを用いた水冷方式によると、冷却水を 流すための配管設備が別途必要になり、真空ポンプ装置が大型化するとともにその 取り回しが悪くなつてしまう。し力も、ポンプ本体の運転中に冷却水を流し続けなけれ ばならず、ランニングコストが高くなるという欠点もある。
[0006] 特許文献 1 :特開平 11 173293号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] 本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従 来の強制空冷や水冷方式によらずにコントローラに内蔵された制御回路基板の熱を 効率よく除去できるようにして、振動が少なくかつ小型化を実現できる真空ポンプ装 置とそのコントローラを提供することにある。 課題を解決するための手段
[0008] 上記の目的を達成するため、本発明に係る真空ポンプ装置は、真空チャンバに取
り付けられ、上記真空チャンバ内のガス分子を吸引して排気するポンプ本体と、上記 ポンプ本体の外部に装着され、上記ポンプ本体の動作を制御する制御回路基板が 内蔵されたコントローラと、上記コントローラの周囲を覆い、上記制御回路基板に接 触して熱伝導させ、その熱を外壁面に整列した複数枚のフィンカゝら外気に放熱するヒ ートシンクと、を備え、上記ポンプ本体が上記真空チャンバに対していかなる取り付け 姿勢であっても、上記ヒートシンクのフィンの向きが上記ポンプ本体の回転中心軸線 に対し傾斜した状態になるように構成されて 、ることを特徴とする。
[0009] また、同様な目的を達成するため、本発明に係る真空ポンプ装置のコントローラは 、真空ポンプ装置のポンプ本体外部に着脱自在に装着され、上記ポンプ本体の動 作を制御する制御回路基板と、上記制御回路基板に接触して熱伝導させ、その熱を 外壁面に整列した複数枚のフィンカゝら外気に放熱するヒートシンクと、を備え、上記ヒ ートシンクのフィンの向きが上記ポンプ本体の回転中心軸線に対し傾斜した状態に なるように構成されて 、ることを特徴とする。
[0010] その一方、別の実施態様として、本発明に係る真空ポンプ装置は、真空チャンバに 取り付けられ、上記真空チャンバ内のガス分子を吸引して排気するポンプ本体と、上 記ポンプ本体の外部に装着され、上記ポンプ本体の動作を制御する制御回路基板 が内蔵されたコントローラと、上記コントローラの周囲を覆い、上記制御回路基板の熱 により高温化した熱気を外部に通気する通気孔が開口されたコントローラケースと、 を備えたことを特徴とする。
[0011] また、本発明に係る真空ポンプ装置のコントローラは、真空ポンプ装置のポンプ本 体外部に着脱自在に装着され、上記ポンプ本体の動作を制御する制御回路基板と 、上記制御回路基板の周囲を覆い、制御回路基板の熱により高温化した熱気を外部 に通気する通気孔が開口されたコントローラケースと、を備えたことを特徴とする。
[0012] 上記真空ポンプ装置とそのコントローラにおいて、その具体的な態様として、ヒート シンクは外気と対面する外側プレートに互いに任意の角度で傾斜してなる両側のフィ ンを有し、その両側のフィンどうしの交点を結んだ位置に空気の通り抜ける連通路を 形成する構成を採用することができる。また、これと同様に、ヒートシンクはポンプ本体 に対面する内側プレートに互いに任意の角度で傾斜してなる両側のフィンを有し、そ
の両側のフィンどうしの交点を結んだ位置に空気の通り抜ける連通路が形成されて いてもよい。このような構成によると、両側のフィンの間を流れる空気がフィン間を通つ て外気へと抜ける空気の自然対流が起こりやすくなり、高温化したヒートシンクと外気 との熱交換効率が高まる。
[0013] また、別の態様としては、ヒートシンクはポンプ本体に対面する内側プレートのフィン の先端をポンプケースの外形に沿うように延ばす構成を採用することも可能である。 この構成を採用すると、コントローラを装着した状態のままでポンプケースを取り外し できるようになるので、ポンプの組立作業性が向上する。
[0014] なお、上記の真空ポンプ装置において、ポンプ本体内部のポンプ機構が磁気軸受 式の回転体であると、その真空ポンプ装置を真空チャンバに対し水平姿勢で取り付 けることも可能になるから、真空ポンプ装置の取り付け姿勢が変わっても放熱性能を 低下させることなく同様な空冷作用が得られるという本発明の利点が生力される。 発明の効果
[0015] 本発明に係る真空ポンプ装置とそのコントローラによれば、ポンプ本体が真空チヤ ンバに対していかなる取り付け姿勢であっても、コントローラの周囲を覆うヒートシンク のフィンの放熱面が斜め上方を向き、フィン間を流れる空気の自然対流が起こりやす くなり、また、コントローラケースの通気孔力 熱気が外部に抜けるようになっているの で、高温ィ匕したコントローラの放熱効率が大幅に向上する。したがって、従来の強制 空冷方式のようにコントローラの内部に冷却ファンを設置しなくても充分な空冷効果 が得られるので、冷却ファンを廃止することが可能になる。これにより機械動作による 振動がまったくなくなり、低振動性が求められる真空ポンプ装置を実現できるとともに 、コントローラの小型化も同時に図ることができる。また従来の水冷方式に比べても、 別途配管設備の必要がなぐ取り扱い作業性に優れるとともにランニングコストを抑え ることちでさる。
[0016] また、本発明に係る真空ポンプ装置とそのコントローラにおいて、ヒートシンクの内 側プレートのフィン先端をポンプケースの外形に沿うように延ばす構成を採用すること により、コントローラを装着した状態のままでポンプケースの取り外しや取り付けができ るようになるので、ポンプの組立作業性が向上する。このため、ポンプ本体のメンテナ
ンス作業を容易に行うことができるとともに、組立作業に要する時間が短縮されコスト ダウンを図ることができる。
発明を実施するための最良の形態
[0017] 以下、本発明の一実施例について、添付した図面を参照しながら説明する。図 1は 真空ポンプ装置の外観を示す正面図、図 2は同装置の左側面図、図 3は同装置の上 面図、図 4は同装置の底面図、図 5は同装置の背面図、図 6は同装置の変形例を示 す拡大平面図、図 7は同装置の部分拡大断面図、図 8は同装置の取り付け姿勢を示 す説明図である。
[0018] 本実施例の真空ポンプ装置 1は、その用途として半導体製造装置、電子顕微鏡、 質量分析装置などの対象機器の真空チャンバ 10 (図 8参照)内を高真空にする手段 として利用される。図 1に示すようにこの真空ポンプ装置 1は、真空チャンバ 10からガ ス分子を吸引して排気するポンプ本体 2と、ポンプ本体 2の動作を制御するコントロー ラ 3と、コントローラ 3の熱を取り除くヒートシンク 4とを一体ィ匕して構成されている。
[0019] ポンプ本体 2は、ベース 21の上に円筒状のポンプケース 22をかぶせ、図 4に示す ベース 21の底面開口部を円盤状の底蓋 23で塞いだ構造である。ポンプケース 22の 底部周縁にはフランジ 24が設けられて!/、て、このフランジ 24をベース 21の上に載せ 、図 3のように周方向に等間隔でボルト 52、 52、…を締結することにより、ポンプケー ス 22がベース 21に対し着脱自在に取り付けられるようになって!/、る。ポンプケース 22 の上面開口部はガス分子の吸気口 25とされ、ベース 21の側面にはガス分子の排気 口 26力開口される。また、ポンプケース 22の内部にはターボ分子ポンプ等力もなる ポンプ機構(図示せず)が内蔵されており、このポンプ機構によって吸気口 25から吸 引したガス分子を圧縮しながら移送し、そのガス分子を排気口 26からポンプ本体 2の 外部へと排気するようになっている。なお、ポンプケース 22の内部構造については周 知のポンプ機構を適用でき、本発明の要旨とは関係ないのでその詳細な説明は省 略する。
[0020] 一方、コントローラ 3は上記ポンプ本体 2のポンプ機構の動作を制御するもので、図 1に示すようにコントローラケース 31を構成する正面パネル 31 - 1に各種周辺機器を 接続するインターフェース 32として、シリアル通信用の RS232Cポートや RS422ポ
ート、ミニ DSUBコネクタ等が設けられている。また、その近傍には LEDで構成され た表示部 33があり、コントローラ 3の動作状態などの表示が行われる。図 1において 3 個の LEDはそれぞれコントローラ 3の電源オン Zオフと、コントローラ 3と周辺機器と の通信状態の正常 Z異常を点灯表示する。
[0021] 図 7に示すように、コントローラケース 31の内部には、おもにロータの回転動作を制 御するための制御回路基板 34が収容されている。同図において制御回路基板 34は 2枚設置されているが、コントローラ 3の薄型化を図るため、 2枚の制御回路基板 34、 34をコントローラケース 31の内部に起立した状態で配置してある。
[0022] 上記構成からなるコントローラ 3は、コントローラケース 31の周囲をヒートシンク 4によ つて覆い、自然空冷によりその放熱性を高めるようにした。ヒートシンク 4は熱伝導率 の高 、金属材料からなり、図 7のようにコントローラ 3に内蔵された制御回路基板 34を 内壁面にネジ 53で固定して熱伝導させるようにし、その熱を外気に放熱するために 外壁面に複数枚のフィン 43、 43、…を整列させたプレート型にした。また、このヒート シンク 4は外気に対面する外側プレート 41と、ポンプ本体 2に対面する内側プレート 4 2の 2枚に分割したプレートで構成され、外側プレート 41はなるべく広い面積で外気 に触れるように外側に向けて湾曲形成されて 、る。そしてこの外側プレート 41と内側 プレート 42でコントローラケース 31を外側と内側力も挟み付け、両プレートをそれぞ れボルト 54でコントローラケース 31に固定するとともにプレートどうしをボルト 55で連 結し、コントローラ 3とヒートシンク 4が一体化されて!/、る。
[0023] このようなプレート型のヒートシンク 4は、フィン 43、 43間を通過する空気の流れで 放熱性能が大きく左右されることから、本実施例ではフィン 43の向きを以下のように 設定し、空気の自然対流が起こりやすいようにしてある。すなわち、外側プレート 41を 図 2のように正面から見たとき、フィン 43の向きがポンプ本体 2の回転中心軸線 Lに対 し所定の角度で傾斜した状態になって 、る。本実施例ではポンプ本体 2を真空チヤ ンバ 10に対して垂直又は水平のどちらの姿勢で取り付けた場合でも、フィン 43の放 熱面が斜め上方を向くように傾斜角度を 45度に設定した。さらに詳しくは、外側プレ ート 41の左右両側にそれぞれ同じ高さのフィン 43が形成されている力 左側のフィン 43— 1と右側のフィン 43— 2は互いに任意の角度 (本実施例では 90度)で交差して
おり、その両側のフィンどうしの交点を結んだ中心位置に空気の通り抜ける連通路 44 が形成されている。
[0024] 一方、内側プレート 42は、図 3に示すように複数枚のフィン 43が上下方向に整列し て設けられている力 そのフィン 43の高さが異なっている。放熱性を良くするために フィン 43の高さは極力大きくする必要がある力 ポンプ本体 2側に向けて無造作に高 くするとポンプケース 22の組立時に邪魔になるので、干渉を避けるために内側プレ ート 42のフィン 43— 3の先端はそれぞれポンプケース 22の外形に沿うようにフランジ 24の手前まで延びて!/、る。
[0025] なお、内側プレート 42の構成について、図 3に示すフィン形状の替わりに図 6に示 すフィン形状に変形してもよい。図 6の形状は、外側プレート 41と同様に内側プレー ト 42のフィン 43も傾斜させたもので、内側プレート 42を正面から見てベース 21の部 分を避けた略上半部分にフィン 43が設けられ、その向きがポンプ本体 2の回転中心 軸線 Lに対し所定角度 (本実施例では 45度)で傾斜している。また、左右両側のフィ ン 43— 1と 43— 2とが互いに任意の角度 (本実施例では 90度)で交差し、両側のフィ ンどうしの交点を結んだ中心位置に空気が通り抜ける連通路 44が形成されている。
[0026] さらに、本実施例では放熱性能をより向上させる観点から、コントローラ 3それ自体 にも次のような力卩ェが施されている。すなわち、図 5に示すようにコントローラケース 3 1を構成する背面パネル 31— 2にケース内部へ貫通する多数の通気孔 36, 36,… を開口し、コントローラケース 31内部の熱気を通気孔 36から外部に通気できるように してある。これらの通気孔 36はケース内部に異物が入り込まないように数ミリ程度の 微小な孔とされ、より多くの空気が抜けるように各々の孔を千鳥状に配置して高密度 に形成されている。その形成方法としては、本実施例のようにパンチングメタル力ゝらな る背面パネル 31 - 2の周縁をネジ 56によってコントローラケース 31に取り付ける方法 のほか、コントローラケース 31の背面に直接孔を開ける方法を採用してもよい。また、 これと同様にして、図 4に示したコントローラケース 31の底面についても、多数の通気 孔 36, 36,…を開口した底面パネル 31— 3がネジ 56によってコントローラケース 31 に取り付けられている。なお、図示しないが、コントローラケース 31の上面にも同じよう な通気孔が形成されて ヽるのが好ま ヽ。
[0027] 上記のようにしてヒートシンク 4によって覆われたコントローラ 3はポンプ本体 2に装 着されるが、ここで両者の固定構造を説明する。図 7に示すように、このヒートシンク 4 付きのコントローラ 3は、ブラケット 51を介してポンプ本体 2に装着される。そのための 構造としてコントローラ 3につ V、ては、コントローラケース 31の背面下方が突き出て!/、 て、そこに平板状のブラケット 51を取り付けるための平坦な取付面 31aが設けられて いる。一方、ポンプ本体 2には、図 4のようにベース 21の側面にコント口一ラ 3の外形 に合わせて周縁一部を切り欠いた取付面 21aが設けられる。なお、ブラケット 51には コントローラケース 31へ締結するケース用取付穴(図示せず)と、電流導線や制御信 号線が内蔵されたコネクタを連結するための貫通穴 51aが中央に形成され、ベ一ス 2 1へ締結するベース用取付穴 51bが左右両側の上下に形成されている。
[0028] ポンプ組立時には、まずブラケット 51のケース用取付穴に通したネジ(図示せず)を コントローラケース 31の取付面 31aに締結し、ブラケット 51をコントローラ 3に固定す る。次いで、このブラケット 51付きのコントローラ 3をベース 21側へ近づけ、コント口一 ラケース 31から突設した雌型コネクタ 35に対し、ベース 21から突設した雄型コネクタ 27をブラケット 51の貫通穴 51aを通して嵌めることにより、コントローラ 3とポンプ本体 2が電気的に接続される。最後に、ブラケット 51のベース用取付穴 5 lbを通したポル ト 56をベース 21の取付面 21aに締結して固定することにより、コントローラ 3のポンプ 本体 2への装着が完了する。
[0029] 以上が本実施例の真空ポンプ装置の構成であるが、以下その作用について説明 する。 -図 8に示すように、この真空ポンプ装置 1は例えば電子顕微鏡を用!/ヽた測定機 器の真空チャンバ 10に接続して使用することができる。
[0030] 図 8 (A)は真空ポンプ装置 1を垂直姿勢で取り付けたときの状態を示すもので、ポ ンプ本体 2の吸気口フランジ 28と真空チャンパ 10の排気口フランジ 11とを突き合わ せて締結することにより、真空ポンプ装置 1が宙吊り状態で取り付けられる。
[0031] このように垂直姿勢で取り付けた真空ポンプ装置 1において、コントローラ 3の電源 を入れてポンプ本体 2を作動させると、真空チャンパ 10内のガス分子がポンプ本体 2 内に吸引され、回転するロータ翼と固定のステータ翼に衝突しながら圧縮され排気さ れる。このとき、コントローラ 3に内蔵された制御回路基板 34はトランジスタや抵抗等
の発熱する素子によって高温になる力 S、その熱はヒートシンク 4の自然空冷により以 下のようにして取り除かれる。
[0032] 図 7に示すように、 2枚の制御回路基板 34、 34はそれぞれ熱伝導率の高い外側プ レート 41と内側プレート 42に接触してレ、るので、制御回路基板 34の熱は両プレート 41、 42に素早く熱伝達される。そして両プレート 41、 42の外壁面は複数枚のフィン 4 3、 43、…によって表面積が拡大されており、これらのフィン 43の外表面力 外気へ と放熱される。ここで、図 8のように外側プレート 41の左右両側のフィン 43— 1、 43- 2の向きが共に斜め上方を向!/、て!/、るので、フィンが下向きや横向きのものに比べ放 熱性が優れている。さらに、左右両側のフィン 43— 1、 43— 2の間を流れる空気は上 方を向いた隙間力 抜けやすぐしカも中心に向力 て流れる空気についてもフィン 間にこもらず連通路 44から確実に外気に逃げるようになっているので、この空気の流 れによって、高温化したヒートシンク 4と外気との熱交換効率が高まる。これに加えて、 本実施例ではコントローラケース 31の背面パネノレ 31― 2と底面パネル 31— 3にそれ ぞれ複数の通気孔 36, 36,…が開口されているので、ケース内部の熱気がこれらの 通気孔 36から外部に抜けてケ一ス内部にこもらない。このように本実施例によると、フ イン 43の放熱面が斜め上方を向いていてフィン 43、 43間を流れる空気の自然対流 が起こりやす!/、ことと、コントローラケース 31の通気孔 36から熱気が確実に抜けること により、コントローラ 3の放熱効率が大幅に向上する。
[0033] したがって、従来の強制空冷方式のようにコントローラ 3の内部に冷却ファンを設置 しなくても充分な空冷効果が得られるので、空冷ファンを廃止することが可能になる。 これにより機械動作による振動;^まったくなくなり、低振動性が求められる真空ポンプ 装置 1を実現できるとともに、コントローラ 3の小型化も同時に図ることができる。また 従来の水冷方式に比べても、別途配管設備の必要がなぐ取り扱い作業性に優れる とともにランニングコストを抑えることもできる。
[0034] また、本実施例の真空ポンプ装置 1では、ポンプ本体 2のポンプ機構として磁気軸 受式のターボ分子ポンプを採用しているので、図 8 (B)のように真空ポンプ装置 1を 真空チャンパ 10に対し水平姿勢で取り付けることも可能である。このように真空ボン プ装置 1を水平姿勢で取り付けた場合にも、垂直姿勢のときと同様、ヒートシンク 4の
フィン 43が傾いて斜め上方を向き、かつフィン 43、 43間を流れる空気の自然対流が 起こりやすくなつている。したがって、真空ポンプ装置 1の取り付け姿勢が変わっても 放熱性能を低下させることなぐ同様な空冷効果が得られるという利点もある。
[0035] さらに、本実施例の真空ポンプ装置 1はその組立作業性も優れている。図 3で説明 したように、ヒートシンク 4の内側プレート 42において、フィン 43— 3の先端はポンプケ ース 22のフランジ 24外形に沿って延びている。このため、ボルト 52を緩めるときにフ イン 43 - 3が邪魔にならず、し力もボルト 52を外してポンプケース 22を垂直に持ち上 げれば、このヒートシンク 4付きのコントローラ 3をポンプ本体 2に装着した状態のまま で取り外すことができる。また取り外したポンプケース 22を取り付けるときも、コント口 ーラ 3を脱着せずに行うことが可能である。このように、コントローラ 3を装着したままポ ンプケース 22の取り外しや取り付けが可能になるので、ポンプ本体 2のメンテナンス 作業を容易に行うことができるとともに、組立作業に要する時間が短縮されコストダウ ンを図ることができる。
図面の簡単な説明
[0036] [図 1]本発明に係る真空ポンプ装置の外観を示す正面図。
[図 2]図 1の真空ポンプ装置の外観を示す左側面図。
[図 3]図 1の真空ポンプ装置の外観を示す上面図。
[図 4]図 1の真空ポンプ装置の外観を示す底面図。
[図 5]図 1の真空ポンプ装置の外観を示す背面図。
[図 6]図 1の真空ポンプ装置におけるコントローラの変形例を示す拡大平面図。
[図 7]図 1の真空ポンプ装置におけるポンプ本体とコントローラの固定構造を示す部 分拡大断面図。
[図 8]図 1の真空ポンプ装置の取り付け姿勢を示す説明図。
符号の説明
[0037] 1 真空ポンプ装置
2 ポンプ本体
3 コントローラ
4 ヒートシンク
ベース ポンプケース 底蓋
フランジ 吸気口 排気口 雄型コネクタ コントローラケース- -1 正面パネル- -2 背面パネル- -3 底面パネル インターフェース 表示部 制御回路基板 雌型コネクタ 通気孑し 外側プレート 内側プレート フィン
連通路 ブラケット
Claims
[1] 真空チャンバに取り付けられ、
上記真空チャンバ内のガス分子を吸弓 Iして排気するポンプ本体と、
上記ポンプ本体の外部に装着され、上記ポンプ本体の動作を制御する制御回路 基板が内蔵されたコントローラと、
上記コントローラの周囲を覆い、上記制御回路基板に接触して熱伝導させ、その熱 を外壁面に整列した複数枚のフィンカゝら外気に放熱するヒートシンクと、を備え、 上記ポンプ本体が上記真空チャンバに対して!/、かなる取り付け姿勢であっても、上 記ヒートシンクのフィンの向きが上記ポンプ本体の回転中心軸線に対し傾斜した状態 になるように構成されて 、ることを特徴とする真空ポンプ装置。
[2] 真空チャンバに取り付けられ、
上記真空チャンバ内のガス分子を吸弓 Iして排気するポンプ本体と、
上記ポンプ本体の外部に装着され、上記ポンプ本体の動作を制御する制御回路 基板が内蔵されたコントローラと、
上記コントローラの周囲を覆い、上記制御回路基板の熱により高温化した熱気を外 部に通気する通気孔が開口されたコントローラケースと、
を備えたことを特徴とする真空ポンプ装置。
[3] 上記ヒートシンクは外気と対面する外側プレートに互いに任意の角度で傾斜してな る両側のフィンを有し、その両側のフィンどうしの交点を結んだ位置に空気の通り抜 ける連通路が形成されて 、ることを特徴とする請求項 1に記載の真空ポンプ装置。
[4] 上記ヒートシンクは上記ポンプ本体に対面する内側プレートのフィンの先端がボン プケースの外形に沿うように延びて 、て、上記コントローラを装着した状態のままで上 記ポンプケースを取り外しできるように構成されて 、ることを特徴とする請求項 1に記 載の真空ポンプ装置。
[5] 上記ヒートシンクは上記ポンプ本体に対面する内側プレートに互いに任意の角度 で傾斜してなる両側のフィンを有し、その両側のフィンどうしの交点を結んだ位置に 空気の通り抜ける連通路が形成されて 、ることを特徴とする請求項 1に記載の真空ポ ンプ装置。
[6] 上記ポンプ本体内部のポンプ機構が磁気軸受式の回転体力 なることを特徴とす る請求項 1乃至 5のいずれ力 1項に記載の真空ポンプ装置。
[7] 真空ポンプ装置のポンプ本体外部に着脱自在に装着され、
上記ポンプ本体の動作を制御する制御回路基板と、
上記制御回路基板に接触して熱伝導させ、その熱を外壁面に整列した複数枚のフ インカも外気に放熱するヒートシンクと、を備え、
上記ヒートシンクのフィンの向きが上記ポンプ本体の回転中心軸線に対し傾斜した 状態になるように構成されていることを特徴とする真空ポンプ装置のコントローラ。
[8] 真空ポンプ装置のポンプ本体外部に着脱自在に装着され、
上記ポンプ本体の動作を制御する制御回路基板と、
上記制御回路基板の周囲を覆い、制御回路基板の熱により高温ィ匕した熱気を外部 に通気する通気孔が開口されたコントローラケースと、
を備えたことを特徴とする真空ポンプ装置のコントローラ。
[9] 上記ヒートシンクは外気と対面する外側プレートに互いに任意の角度で傾斜してな る両側のフィンを有し、その両側のフィンどうしの交点を結んだ位置に空気の通り抜 ける連通路が形成されていることを特徴とする請求項 7に記載の真空ポンプ装置のコ ントローラ。
[10] 上記ヒートシンクは上記ポンプ本体に対面する内側プレートのフィンの先端がボン プケースの外形に沿うように延びて 、ることを特徴とする請求項 7に記載の真空ボン プ装置のコントローラ。
[11] 上記ヒートシンクは上記ポンプ本体に対面する内側プレートに互いに任意の角度 で傾斜してなる両側のフィンを有し、その両側のフィンどうしの交点を結んだ位置に 空気の通り抜ける連通路が形成されていることを特徴とする請求項 7に記載の真空ポ ンプ装置のコントローラ。
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