(57)【要約】【課題】ポンプの故障を適正に判断することができる真空ポンプ及びその粗運転方法を提供する。【解決手段】本発明の一形態に係る真空ポンプは、ポンプ本体と、モータと、駆動回路と、制御部とを具備する。前記ポンプ本体は、回転軸を有する。前記モータは、永久磁石を含み前記回転軸に取り付けられたロータコアと、コイルを有するステータコアとを有する。前記駆動回路は、前記モータを回転させる駆動電流を前記コイルへ供給する駆動部と、前記コイルに生じる誘起電圧を検出する検出部とを有する。前記制御部は、前記駆動回路を制御する。前記制御ユニットは、前記モータへ前記駆動電流を供給する第１の制御モードと、前記モータへの前記駆動電流の供給を停止させた無通電時において前記誘起電圧の時間変化を取得する第２の制御モードとを選択的に実行する。【選択図】図５
2020190230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を有するポンプ本体と、
永久磁石を含み前記回転軸に取り付けられたロータコアと、コイルを有するステータコアとを有するモータと、
前記モータを回転させる駆動電流を前記コイルへ供給する駆動部と、前記コイルに生じる誘起電圧を検出する検出部とを有する駆動回路と、
前記駆動回路を制御する制御ユニットであって、前記モータへ前記駆動電流を供給する第１の制御モードと、前記モータへの前記駆動電流の供給を停止させた無通電時において前記誘起電圧の時間変化を取得する第２の制御モードとを選択的に実行する制御部と
を具備する真空ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載の真空ポンプであって、
前記制御部は、第１の制御モードの実行後、前記モータの負荷電流が所定以下に達したときに、前記第２の制御モードを所定時間実行する
真空ポンプ。
【請求項３】
請求項２に記載の真空ポンプであって、
前記制御部は、前記検出部から取得した前記誘起電圧の時間変化に関するデータを時系列的に記憶する記憶部をさらに有する
真空ポンプ。
【請求項４】
請求項３に記載の真空ポンプであって、
前記制御部は、前記検出部から取得した前記誘起電圧の時間変化に関するデータと前記記憶部に格納された前記誘電圧の時間変化に関する過去のデータとに基づいて、前記ポンプ本体の異常の有無を判定する判定部をさらに有する
真空ポンプ。
【請求項５】
モータへ駆動電流を供給することで、ポンプ本体の回転軸を回転させ、
前記モータへの駆動電流の供給を停止させて前記回転軸の回転数の時間変化を検出し、
検出した前記回転数の時間変化に基づいて、前記ポンプ本体の異常の有無を判定する
真空ポンプの運転方法。
【請求項６】
請求項５に記載の真空ポンプの運転方法であって、
前記回転数の時間変化を検出するステップは、前記モータの誘起電圧の時間変化に基づいて前記回転数の時間変化を検出する
真空ポンプの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空ポンプ及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
メカニカルブースタポンプやスクリューポンプ等のドライポンプは、ケーシング内部のポンプ室に配置された二つのポンプロータを互いに反対方向に同期回転させて吸気口から排気口へ気体を移送する容積移送型の真空ポンプである。この種の真空ポンプは、両ポンプロータ間および各ポンプロータとケーシング等の間での接触がなく、その他は軸受部転がり摩擦・接触シール部摩擦・歯車噛合伝達・油浴撹拌・渦電流損しかないため、他の真空ポンプと比べ機械的損失が非常に少なく、例えば油回転真空ポンプのような摩擦仕事の大きい真空ポンプに比べて、駆動に要するエネルギーを少なくできるという利点を有する。
【０００３】
一方、運転時間の長期化に伴い、両ポンプロータを回転可能に支持する軸受やオイルリップシールに劣化が生じると、両ポンプロータの摺動抵抗が大きくなり、ポンプ性能の劣化、運転中の異音や振動が増加する等して、所望とするポンプ性能を維持することが困難になる。
【０００４】
そこで、運転状態でモータ電流を観測し、モータ電流の周波数成分を解析することで、ポンプの異常の有無を判定する技術が知られている。例えば特許文献１には、通電状態におけるモータの電流を測定するセンサを備え、当該センサの出力からモータ電流の周波数を分析することでポンプの故障条件を表す信号パターンを識別する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１８−５１５７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ポンプは圧力変化や温度環境の違いによってモータの負荷電流が変動し、また駆動時では電気的なノイズの影響も受けやすいため、通電状態におけるモータの電流変化からポンプの故障を適正に判断することは非常に困難である。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ポンプの故障を適正に判断することができる真空ポンプ及びその運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る真空ポンプは、ポンプ本体と、モータと、駆動回路と、制御部とを具備する。
前記ポンプ本体は、回転軸を有する。
前記モータは、永久磁石を含み前記回転軸に取り付けられたロータコアと、コイルを有するステータコアとを有する。
前記駆動回路は、前記モータを回転させる駆動電流を前記コイルへ供給する駆動部と、前記コイルに生じる誘起電圧を検出する検出部とを有する。
前記制御部は、前記駆動回路を制御する。前記制御ユニットは、前記モータへ前記駆動電流を供給する第１の制御モードと、前記モータへの前記駆動電流の供給を停止させた無通電時において前記誘起電圧の時間変化を取得する第２の制御モードとを選択的に実行する。
【０００９】
上記真空ポンプは、モータの無通電時にコイルに生じる誘起電圧の時間変化を検出することが可能に構成される。モータの回転速度は、モータで発生する誘起電圧と強い相関を有するため、誘起電圧の減衰特性に基づいたモータの回転状態の把握が可能となる。これにより、電気的なノイズの影響を受けることなく、ポンプの故障の有無を適正に判断することができる。
【００１０】
前記制御部は、第１の制御モードの実行後、前記モータの負荷電流が所定以下に達したときに、前記第２の制御モードを所定時間実行するように構成されてもよい。これにより、ポンプ性能を低下させることなく、第２の運転モードを実行することができる。
【００１１】
前記制御部は、前記検出部から取得した前記誘起電圧の時間変化に関するデータを時系列的に記憶する記憶部をさらに有してもよい。これにより、上記誘起電圧の時間変化の履歴を蓄積することができるため、蓄積された情報からポンプの異常の有無あるいは劣化の程度を判断することができる。
【００１２】
前記制御部は、前記検出部から取得した前記誘起電圧の時間変化に関するデータと前記記憶部に格納された前記誘電圧の時間変化に関する過去のデータとに基づいて、前記ポンプ本体の異常の有無を判定する判定部をさらに有してもよい。
【００１３】
本発明の一形態に係る真空ポンプの運転方法は、
モータへ駆動電流を供給することで、ポンプ本体の回転軸を回転させ、
前記モータへの駆動電流の供給を停止させて前記回転軸の回転数の時間変化を検出し、
検出した前記回転数の時間変化に基づいて、前記ポンプ本体の異常の有無を判定する。
【００１４】
前記回転数の時間変化を検出するステップは、前記モータの誘起電圧の時間変化に基づいて前記回転数の時間変化を検出してもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ポンプの故障を適正に判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る真空ポンプを備えた排気システムを示す概略構成図である。
【図２】上記真空ポンプの全体斜視図である。
【図３】上記真空ポンプの内部構造を示す概略横断面図である。
【図４】上記真空ポンプの内部構造を示す概略側断面図である。
【図５】上記真空ポンプにおける制御ユニットの構成及び機能を概略的に示すブロック図である。
【図６】モータの回転数の時間変化の一例を説明する図である。
【図７】モータの無通電時に検出される誘起電圧の時間変化の一例を示す図である。
【図８】上記真空ポンプの運転時の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図９】上記真空ポンプの故障判断の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る真空ポンプを備えた排気システム１００を示す概略構成図である。排気システム１００は、上記真空ポンプとしてのメインポンプ１０１と、補助ポンプ１０２と、コントローラ１０３とを備える。
【００１９】
メインポンプ１０１は、典型的には、ドライポンプで構成され、本実施形態ではメカニカルブースタポンプである。メインポンプ１０１は、後述するように、ポンプ本体１０と、モータ２０とを有する。
【００２０】
ポンプ本体１０は、配管Ｌ１を介して真空チャンバ１の内部に連通する吸気口Ｅ１と、配管Ｌ２を介して補助ポンプ１０２に接続される排気口Ｅ２とを有する。配管Ｌ１には、真空チャンバ１とポンプ本体１０との間の連通及びその遮断を切り替え可能な真空バルブが配置されてもよい。また、配管Ｌ２にはポンプ本体１０の排気口Ｅ２を閉塞および開放する事と同様な効果を持つ切り替え可能な真空バルブが配置されてもよい。
【００２１】
補助ポンプ１０２は、配管Ｌ２を介してメインポンプ１０１の排気口Ｅ２に接続され、メインポンプ１０１の背圧を排気する。補助ポンプ１０２は、典型的には、ドライポンプで構成され、本実施形態ではスクリューポンプで構成される。補助ポンプ１０２は、典型的には、メインポンプ１０１とともに起動し、常時一定の回転数で駆動される。なお、補助ポンプ１０２は必要に応じて省略されてもよい。
【００２２】
コントローラ１０３は、メインポンプ１０１及び補助ポンプ１０２の動作を制御する制御部として構成される。
【００２３】
［真空ポンプの構成］
続いて、メインポンプ１０１の詳細について説明する。図２はメインポンプ１０１の全体斜視図、図３はメインポンプ１０１の内部構造を示す概略横断面図、図４はメインポンプ１０１の内部構造を示す概略側断面図である。図２〜図４においてＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、相互に直交する３軸方向を示している。
【００２４】
メインポンプ１０１は、ポンプ本体１０と、モータ２０と、制御ユニット３０とを有する。メインポンプ１０１は、単段のメカニカルブースタポンプで構成される。
【００２５】
（ポンプ本体）
ポンプ本体１０は、第１のポンプロータ１１と、第２のポンプロータ１２と、第１及び第２のポンプロータ１１，１２を収容するケーシング１３とを有する。
【００２６】
ケーシング１３は、第１のケーシング部１３１と、第１のケーシング部１３１のＹ軸方向の両端に配置された隔壁１３２，１３３と、隔壁１３３に固定された第２のケーシング部１３４とを有する。第１のケーシング部１３１および隔壁１３２，１３３は、第１及び第２のポンプロータ１１，１２を収容するポンプ室Ｐを形成する。
【００２７】
第１のケーシング部１３１及び隔壁１３２，１３３は、例えば、鋳鉄やステンレス鋼等の鉄系金属材料で構成され、図示しないシールリングを介して相互に結合されている。第２のケーシング部１３４は、例えば、アルミニウム合金等の非鉄系金属材料で構成される。
【００２８】
第１のケーシング部１３１の一方の主面にはポンプ室Ｐに連通する吸気口Ｅ１が形成され、その他方の主面にはポンプ室Ｐに連通する排気口Ｅ２が形成される。吸気口Ｅ１には、図示しない真空チャンバの内部と連絡する吸気管が接続され、排気口Ｅ２には、図示しない排気管あるいは補助ポンプの吸気口と接続される。
【００２９】
第１及び第２のポンプロータ１１，１２は、鋳鉄等の鉄系材料からなるマユ型ロータで構成され、Ｘ軸方向に相互に対向して配置される。第１及び第２のポンプロータ１１，１２は、Ｙ軸方向に平行な回転軸１１ｓ，１２ｓをそれぞれ有する。各回転軸１１ｓ，１２ｓの一端部１１ｓ１，１２ｓ１側は、隔壁１３２に固定された軸受Ｂ１に回転可能に支持されており、各回転軸１１ｓ，１２ｓの他端部１１ｓ２，１２ｓ２側は、隔壁１３３に固定された軸受Ｂ２に回転可能に支持される。第１のポンプロータ１１と第２のポンプロータ１２との間、および、各ポンプロータ１１，１２とポンプ室Ｐの内壁面との間には所定の隙間が形成されており、各ポンプロータ１１，１２は相互に及びポンプ室Ｐの内壁面に非接触で回転するように構成される。
【００３０】
第１のポンプロータ１１の回転軸１１ｓの一端部１１ｓ１には、モータ２０を構成するロータコア２１が取り付けられ、ロータコア２１と軸受Ｂ１との間には第１の同期ギヤ１４１が固定される。第２のポンプロータ１２の回転軸１２ｓの一端部１２ｓ１には、第１の同期ギヤ１４１と噛み合う第２の同期ギヤ１４２が固定されている。モータ２０の駆動により、第１及び第２のポンプロータ１１，１２は、同期ギヤ１４１，１４２を介して相互に逆方向に回転し、これにより吸気口Ｅ１から排気口Ｅ２へ気体が移送される。
【００３１】
（モータ）
モータ２０は、ブラシレスＤＣモータであり、本実施形態では、永久磁石同期型のキャンドモータで構成される。モータ２０は、ロータコア２１と、ステータコア２２と、キャン２３と、モータケース２４とを有する。
【００３２】
ロータコア２１は、第１のポンプロータ１１の回転軸１１ｓの一端部１１ｓ１に固定される。ロータコア２１は、電磁鋼板の積層体とその周面に取り付けられた複数の永久磁石Ｍとを有する。永久磁石Ｍは、ロータコア２１の周囲に沿って極性（Ｎ極、Ｓ極）を交互に異ならせて配置される。
【００３３】
本実施形態では、永久磁石材料として、ネオジム磁石やフェライト磁石等の鉄系材料が用いられる。永久磁石の配置形態は特に限定されず、ロータコア２１の表面に永久磁石が配置される表面磁石型（ＳＰＭ）であってもよいし、ロータコア２１に永久磁石が埋め込まれる埋込磁石型（ＩＰＭ）であってもよい。
【００３４】
ステータコア２２は、ロータコア２１の周囲に配置され、モータケース２４の内壁面に固定される。ステータコア２２は、電磁鋼板の積層体とそれに巻回された複数のコイルＣとを有する。コイルＣは、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線を含む三相巻線で構成され、それぞれ制御ユニット３０に電気的に接続される。
【００３５】
キャン２３は、ロータコア２１とステータコア２２との間に配置され、内部にロータコア２１を収容する。キャン２３は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等の合成樹脂材料で構成された、ギヤ室Ｇ側の一端が開口する有底の円筒部材である。キャン２３は、その開口端部側の周囲に装着されたシールリングＳを介してモータケース２４に固定され、ロータコア２１を大気（外気）から封止する。
【００３６】
モータケース２４は、例えば、アルミニウム合金で構成され、ロータコア２１、ステータコア２２、キャン２３および同期ギヤ１４１，１４２を収容する。モータケース２４は、図示しないシールリングを介して隔壁１３２に固定されることで、ギヤ室Ｇを形成する。ギヤ室Ｇは、同期ギヤ１４１，１４２およびベアリングＢ１を潤滑するための潤滑油を収容する。第１のポンプロータ１１の回転軸１１ｓと隔壁１３２との間には、ギヤ室Ｇからポンプ室Ｐへの潤滑油の浸入を禁止するオイルリップシール１５０（図３参照）が装着されている。モータケース２４の外表面には、典型的には、複数の放熱フィンが設けられる。
【００３７】
モータケース２４の先端はカバー２５で被覆されている。カバー２５には外気と連通可能な通孔が設けられており、モータ２０に隣接して配置された冷却ファン５０を介してロータコア２１やステータコア２２を冷却することが可能に構成される。冷却ファン５０に代えて又は加えて、モータケース２４を水冷可能な構造にしてもよい。
【００３８】
（制御ユニット）
図５は、制御ユニット３０の構成及び機能を概略的に示すブロック図である。図５に示すように、制御ユニット３０は、駆動回路３１と、制御部３２とを有する。制御ユニット３０は、モータ２０の駆動を制御するためのものである。制御ユニット３０は、モータケース２４に設置された金属製等のケース内に収容された回路基板やその上に搭載された各種電子部品で構成される。
【００３９】
駆動回路３１は、駆動部３１１と、検出部３１２と、温度センサ３１３とを有する。
【００４０】
駆動部３１１は、モータ２０を所定の回転数（例えば５０００ｒｐｍ）で回転させる駆動電流を生成する複数の半導体スイッチング素子（トランジスタ）を有するインバータ回路で構成される。これら半導体スイッチング素子は、制御部３２により開閉タイミングが個別に制御されることにより、ステータコア２２のコイルＣ（Ｕ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線）へ供給される駆動電流をそれぞれ生成する。
【００４１】
検出部３１２は、ステータ２２のコイルＣと電気的に接続される。検出部３１２は、コイルＣと交わる磁束（鎖交磁束）の時間的変化に起因してコイルＣに発生する逆起電力の波形からロータコア２１の磁極位置を検出し、それをコイルＣへの通電タイミングを制御する位置検出信号として制御部３２へ出力する。
【００４２】
また、検出部３１２は、モータ２０の無通電時（コイルＣへの駆動電流の供給停止時）にコイルＣに生じる誘起電圧を検出する。モータ２０の無通電時では、モータ２０はフリーランの状態にあり、ロータコア２１に取り付けられた永久磁石Ｍの回転によりコイルＣへ誘起電圧を生じさせる。検出部３１２は、その誘起電圧及びその時間的変化を検出し、制御部３２へ出力する。
【００４３】
なお、検出部３１２は、駆動回路３１の一部として構成される場合に限られず、駆動回路３１とは独立した回路で構成されてもよい。
【００４４】
温度センサ３１３は、駆動回路３１の温度を検出する。駆動回路３１が所定温度（例えば９０℃）以上の場合、駆動部３１１は、コイルＣへの駆動電流の供給を停止する。これにより、モータ２０をフリーランの状態にしてモータ２０の更なる温度上昇を防ぐことができる。
【００４５】
制御部３２は、駆動回路３１を制御する制御回路であり、典型的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含むコンピュータで構成される。制御部３２は、モータ２０へ駆動電流を供給する第１の制御モードと、モータ２０への駆動電流の供給が停止した無通電時においてコイルＣに生じる誘起電圧の時間変化を取得する第２の運転モードとを選択的に実行する。
【００４６】
第１の制御モードは、駆動回路３１によりモータ２０を駆動させることでポンプ本体１０を動作させる運転モードであり、これにより所定のポンプ機能を実現する。第１の制御モードでは、制御部３２は、検出部３１２によって検出されたロータコア２１の磁極位置に基づいて、ステータコア２２のコイルＣを励磁するための制御信号を駆動回路３１へ出力する。この場合、制御部３２は、検出部３１２により取得されるロータコア２１の磁極位置からモータ２０の負荷トルクを検出し、その負荷トルクに基づいてモータ２０を脱調させることなく回転させる制御信号を生成し、これを駆動回路３１へ出力する。
【００４７】
一方、第２の制御モードは、モータ２０の無通電時においてコイルＣに作用する誘起電圧の時間変化を検出する運転モードであって、主として、ポンプ本体１０についての故障の有無の判定のために実行される。第２の運転モードでは、制御部３２は、駆動部３１１によるコイルＣへの駆動電流の供給を停止させてモータ２０を無通電状態とし、典型的にはポンプロータ１１，１２に代表される回転する構成部に蓄えられた回転エネルギー（駆動電流供給停止時が初期値となる）が負荷により減衰する状態とし、検出部３１２により検出されたモータ２０の誘起電圧の時間変化を取得する。（これは所謂スピニングロータ真空計と類似の検出原理である。）
【００４８】
上述のように、ポンプ本体１０の回転軸１１ｓ，１２ｓは、軸受Ｂ１，Ｂ２及びオイルリップシール１５０に回転自在に支持されている。軸受Ｂ１，Ｂ２及びオイルリップシール１５０が正常な場合、モータが一定回転数（例えば５０００ｒｐｍ）で回転する運転状態において軸受Ｂ１，Ｂ２及びオイルリップシール１５０による回転軸１１ｓ，１２ｓの摺動ロスは安定している。したがって、モータ２０への給電が停止したメインポンプ１０１のフリーランの状態では、図６の実線Ｆ１で示すように、軸受Ｂ１，Ｂ２及びオイルリップシール１５０の摺動ロスを受けて、ロータコア２１及び回転軸１１ｓ、１２ｓの回転数が一定の時間変化（傾き）で減少する。
【００４９】
一方、軸受Ｂ１，Ｂ２及びオイルリップシール１５０の少なくとも一方に経時劣化等により何等かの不具合がある場合、軸受Ｂ１，Ｂ２またはオイルリップシール１５０との摺動抵抗が大きくなる。この場合、フリーランの状態におけるロータコア２１及び回転軸１１ｓ，１２ｓの回転数は、図６の二点鎖線Ｆ２で示すように正常時の時間変化（Ｆ１）よりも大きな傾きで減少したり、破線Ｆ３で示すように回転数の時間変化が不規則に変動したりする。
【００５０】
そこで、制御部３２は、メインポンプ１０１のフリーランの状態におけるロータコア２１及び回転軸１１ｓ，１２ｓの回転数変化を、モータ２０の無通電時にコイルＣに生じる誘起電圧の時間変化に基づいて判断する。モータ２０の回転数は誘起電圧と強い相関を有し、モータ２０（ロータコア２１）の回転速度（回転数）をω（ｒａｄ／ｓ）、モータ２０で発生する誘起電圧をＥ（Ｖ）とすると、次式のように定義される。
Ｅ＝Ｋｅ×ω
ここで、Ｋｅは、誘起電圧定数（Ｖｓ／ｒａｄ）である。
【００５１】
図７に、モータ２０の無通電時に検出される誘起電圧Ｅの時間変化の一例を示す。駆動回路３１からモータ２０への駆動電流の供給が停止すると、慣性回転するロータコア２１上の永久磁石Ｍの電磁作用を受けてＵ，Ｖ，Ｗ各相のコイルＣに誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗが生じる。各相の誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗの波形は、振幅及び周波数が時間的に変化する正弦波である。モータ２０の無通電時、軸受Ｂ１，Ｂ２及びオイルリップシール１５０の摺動ロスを受けるため回転軸１１ｓ，１２ｓの回転数は徐々に低下し（図６のＦ１参照）、それに伴って各相の誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗの周波数及び電圧の大きさも時間の経過とともに低下する。したがって、誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｗｗの時間変化をこれらの包絡線Ｅｖ１，Ｅｖ２の傾き等で監視することで、回転軸１１ｓ，１２ｓの回転状態の異常の有無を判断することができる。
【００５２】
誘起電圧Ｅは、モータ２０の無通電時に検出される物理量であるため、通電に伴う電磁的なノイズの影響を受けにくく、したがってモータ２０の回転状態を適正に把握することができる。なお、ロータコア２１の永久磁石Ｍによって形成される磁界は温度依存性を有し、環境温度によってコイルＣに生じる誘起電圧の大きさにバラツキが出ることがある。しかし、軸受Ｂ１，Ｂ２及びオイルリップシール１５０が正常である場合、誘起電圧の時間的変化を表す包絡線Ｅｖ１，Ｅｖ２の傾きは、温度によらず一定であり、環境温度の影響を受けることなく回転軸１１ｓ，１２ｓの回転状態の異常の有無を判断することができる。また、必要に応じてモータ２０の温度を検出するセンサを別途設け、当該センサの出力に基づいて、検出される誘起電圧Ｅの大きさが補正されてもよい。
【００５３】
第２の制御モードが実行されるタイミングは特に限定されないが、真空チャンバ１の排気途中で不用意に第２の制御モードを実行すると、排気時間が遅延しタクトタイムが延びるおそれがある。このため、メインポンプ１０１のポンプ性能に影響が出にくいタイミングで第２の制御モードが実行されることが好ましい。
【００５４】
例えば、メインポンプ１０１の運転開始直後は、真空チャンバ１の内部が大気圧であるため、モータ２０の負荷電流は比較的高い。真空チャンバ１の内圧の低下に伴い、モータ２０の負荷電流も徐々に低下し、真空チャンバ１が所定の真空度（メインポンプ１０１の到達圧力）に達すると、モータ２０の負荷電流は最小値でほぼ一定に推移する。この状態では、モータ２０の駆動を一時的に停止させたとしても、真空チャンバ１の真空度の低下を抑えつつ、ポンプ本体１０の回転軸１１ｓ，１２ｓを慣性で比較的安定に回転させることができる。
【００５５】
そこで本実施形態では、制御部３２は、第１の制御モードの実行後、モータ２０の負荷電流が所定以下に達したときに、第２の制御モードを所定時間実行するように構成される。負荷電流が所定以下とは、例えば、メインポンプ１０１が到達真空度あるいはその近傍の圧力に達したときのモータ２０の電流値あるいは電力値である。この状態で第１の制御モードを一時的に中断して第２の制御モードを実行することで、真空チャンバ１の真空度の劣化を抑えつつ、慣性（フリーラン）で回転するモータ２０の誘起電圧の時間変化を取得することができる。また、第２の制御モードが実行される所定時間としては、検出部３１２においてモータ２０の誘起電圧の有意な時間変化を検出するのに必要な時間であれば特に限定されず、典型的には、数百ミリ秒〜数秒である。所定時間経過後、第１の制御モードに復帰させることで、メインポンプ１０１のポンプ性能の低下を最小限に抑えることができる。
【００５６】
制御部３２は、記憶部３２１と、判定部３２２とを有する。
【００５７】
記憶部３２１は、典型的には不揮発性メモリで構成され、制御部３２において実行される各処理のプログラムや制御パラメータを記憶する。記憶部３２１はさらに、第２の制御モードにおいて駆動回路３１（検出部３１２）から取得したモータ２０の誘起電圧の時間変化に関するデータを記憶する。
【００５８】
モータ２０の誘起電圧の時間変化に関するデータとしては、例えば、モータ２０への通電停止から所定時間にわたる誘起電圧の変動量、具体的には、誘起電圧の振幅の時間変化、周波数の時間変化などが挙げられる。当該データは、３相のうち少なくとも１つの相の誘起電圧の時間変化に関するデータであってもよい。また、記憶部３２１に格納されるデータは、電圧値や周波数等の数値だけでなく、図７に示した誘起電圧の時間変化を示す波形そのものであってもよい。
【００５９】
誘起電圧の時間変化に関するデータは、第２の制御モードの初回の実行時から現在までの履歴情報として記憶部３２１に蓄積されてもよい。これにより、例えばメインポンプ１０１のメンテナンス時などにおいて当該履歴情報を参照することで、メインポンプ１０１の寿命や部品交換時期などを予測することができる。
【００６０】
判定部３２２は、検出部３１２から取得したモータ２０の無通電時における誘起電圧の時間変化に関するデータと、記憶部３２１に格納された上記誘電圧の時間変化に関する過去のデータとに基づいて、ポンプ本体１０の異常の有無を判定することが可能に構成される。
【００６１】
例えば、軸受Ｂ１，Ｂ２やオイルリップシール１５０の不具合により回転軸１１ｓ，１２ｓの摺動ロスが増加した場合には、単位時間あたりの誘起電圧の時間的変動（以下、誘起電圧変動ともいう）に有意な差分が現れる。そこで、メインポンプ１０１の正常時の誘起電圧変動をリファレンスとして記憶部３２１に格納しておくことにより、当該正常時の誘起電圧変動との差分を基に、軸受Ｂ１，Ｂ２やオイルリップシール１５０の不具合の有無あるいは劣化の程度を推定することができる。
【００６２】
リファレンスとする正常時の誘起電圧変動としては、例えば、出荷時の誘起電圧変動、前回の第２の制御モードの実行時に取得した誘起電圧変動であってもよい。当該リファレンスとして、当該メインポンプ１０１から実際に取得された出荷時あるいは過去の測定値を用いることで、ポンプの個体差の影響を受けることなく、適正な故障判断を行うことが可能となる。
【００６３】
なお、メインポンプ１０１の軸受Ｂ１，Ｂ２やオイルリップシール１５０の不具合だけに限られず、例えば、補助ポンプ１０２の動作不良が原因で誘起電圧変動の正常時からの有意な差分が生じる場合がある。補助ポンプ１０２が故障等により動作が停止したりポンプ性能が著しく低下したりした場合、メインポンプ１０１の背圧が上昇する。この場合、メインポンプ１０１の軸受Ｂ１，Ｂ２やオイルリップシール１５０が正常な状態でも回転軸１１ｓ，１２ｓの回転負荷が増加するため、モータ２０の通電停止後に回転数が急激に減少しやすい。したがって、モータ２０の誘起電圧変動をモニタリングすることで、メインポンプ１０１自体の故障だけでなく、補助ポンプ１０２を含む排気システム１００全体の異常の有無を監視することができる。
【００６４】
また、補助ポンプ１０２や真空チャンバ１の影響を排除しポンプ本体１０のみの状態を監視したい場合は、図示しない配管Ｌ１に設けられた真空バルブと配管Ｌ２に設けられた真空バルブを閉塞させた状態にて、第２の制御モードを実行させればよい。この条件下ではポンプ本体１０と２つの真空バルブ迄の容積および閉塞時の圧力条件を初期値とした動作となる為、検出部３１２から取得する誘起電圧の時間変化に対して外乱要素が少なくなり、結果としてポンプ本体１０の信号強度が増大するのと同様な効果を生む為、より異常の判定が容易となる。
【００６５】
［真空ポンプの運転方法］
続いて、以上のように構成されるメインポンプ１０１の運転方法について説明する。
【００６６】
図８は、制御部３２において実行されるメインポンプ１０１の運転時の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【００６７】
排気システム１００は、メインポンプ１０１及び補助ポンプ１０２が起動することで、真空チャンバ１の内部の排気動作を開始する。メインポンプ１０１の起動時は、制御部３２は駆動回路３１を第１の制御モードで制御し、駆動部３１１は、モータ２０を定格回転数（本実施形態では５０００ｒｐｍ）で回転させるための駆動電流を生成する。モータ２０の作動により、第１及び第２のポンプロータ１１，１２が回転し、吸気口Ｅ１より吸入された真空チャンバ１内の気体を排気口Ｅ２から排出する所定のポンプ作用が行われる。メインポンプ１０１の排気口Ｅ２は、補助ポンプ１０２により排気されることで、メインポンプ１０１の背圧が大気圧以下に維持される。
【００６８】
制御部３２は、メインポンプ１０１のモータ２０の負荷電流が所定以下か否かを判定する（ステップ１０１）。メインポンプ１０１が到達圧力に達して負荷電流が所定以下に達した場合、第１の制御モードから第２の制御モードへ切り替えて駆動回路３１からモータ２０への駆動電流の供給を停止する（ステップ１０２）。これによりモータ２０はフリーランの状態になり、ロータコア２１及び回転軸１１ｓ，１２ｓが慣性で回転を継続する。検出部３１２は、モータ２０のコイルＣに生じる誘起電圧変動を検出し、制御部３２へ出力する。
【００６９】
制御部３２は、検出部３１２で検出されたモータ２０の誘起電圧変動に関するデータを取得する（ステップ１０３）。取得された誘起電圧変動に関するデータは記憶部３２１へ格納される。誘起電圧変動に関するデータの検出及びその取得は、モータ２０への通電を停止してから所定時間が経過するまで続けられる。補助ポンプ１０２は、メインポンプ１０１が第２の制御モードを実行中も継続して駆動される。
【００７０】
制御部３２は、モータ２０への通電を停止してから所定時間が経過した後、第２の制御モードから第１の制御モードへ切り替え、駆動回路３１からモータ２０への通電を再開する（ステップ１０４，１０５）。これにより、メインポンプ１０１による真空チャンバ１の排気動作が再開される。
【００７１】
第２の制御モードは、モータ２０の負荷電流が上記所定以下になる度に毎回実行される場合に限られない。例えば、前回の第２の制御モードが実行されてから一定時間以上経過しないと第２の制御モードが実行されないようにしてもよい。この場合、第２の制御モードが頻繁に実行されることによるポンプ機能の低下を防ぐことができる。
【００７２】
図９は、制御部３２において実行されるメインポンプ１０１の故障判断の処理手順の一例を示すフローチャートである。メインポンプ１０１の故障判断は、典型的には、第２の制御モードの実行中に行われる。これに代えて、第２の制御モードでは誘起電圧変動に関するデータのみを取得し、故障判断は第１の制御モードへの復帰後に、第２の制御モードとは別のタスクとして行われてもよい。
【００７３】
制御部３２（判定部３２２）は、第２の制御モードの実行時に取得されたモータ２０の無通電時における誘起電圧変動に関するデータに基づいて、ポンプ本体１０の異常あるいは故障の有無を判定する。
【００７４】
本実施形態では、検出部３１２から誘起電圧変動に関するデータを取得したとき、記憶部３２１に格納された過去の誘起電圧変動を読み出し、これらの差分を演算する（ステップ２０１，２０２）。そして、当該差分が所定以上でない場合は、軸受Ｂ１，Ｂ２やオイルリップシール１５０に不具合はないと判定し、そのままメインポンプ１０１の運転を継続させる。
【００７５】
一方、上記差分が所定以上であると判定したとき、軸受Ｂ１，Ｂ２やオイルリップシール１５０に不具合あるいは劣化の程度が高い可能性があるため、判定部３２２は、ポンプ本体１０の異常と判定し、そのときの誘起電圧変動に関するデータを異常値として記憶部３２１へ格納する（ステップ２０３，２０４）。
【００７６】
異常値であることを示す上記差分の所定値は、必ずしもメインポンプ１０１の運転をすぐに停止させる必要のある値に限られず、近い将来に故障に至ることを警告するのに適した値であってもよい。この場合、図示しない警報部を発動させて、ユーザへポンプの異常を報知させるように構成されてもよい。
【００７７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
【００７８】
例えば以上の実施形態では、真空ポンプ（メインポンプ１０１）として、単段のメカニカルブースタポンプを例に挙げて説明したが、これに限られず、多段のルーツポンプ、スクリューポンプ等の他のドライポンプにも本発明は適用可能である。また、補助ポンプ１０２にもメインポンプ１０１と同様な故障判断機能が付加されてもよい。
【００７９】
また、本発明に係る真空ポンプは、第２の制御モードにおいて取得されたモータ２０の誘起電圧変動に関するデータを外部機器へ送信可能な送信部をさらに備えていてもよい。この場合、外部機器としては、真空ポンプに接続される上位のコンピュータであってもよいし、ネットワークを介して接続されるクラウドサーバであってもよい。これにより、真空ポンプの設置場所以外の場所で、当該真空ポンプの運転状態を管理することができる。また、当該真空ポンプの非稼働時においても、当該真空ポンプの故障診断が可能となる。
【００８０】
さらに以上の実施形態では、第２の制御モードにおいてモータの誘起電圧の時間変化に基づいて回転軸の回転数の時間変化を検出するようにしたが、これに限られない。例えば、回転軸の端部に反射部材を設け、周期的な光入力を利用した汎用の回転数測定器を用いて回転軸の回転数の時間変化を検出するようにしてもよい。モータが同期機であれば誘起電圧を利用することで別途の回転数測定器を用意する必要が無いという効果があるが、モータが誘導機である場合は駆動電流の供給を停止すると同期機の様なロータコア回転に基づく回転磁界が発生しない為に誘起電圧が利用出来ない。この様な場合は検出部３１２に替えて回転数測定器、より望ましくは非接触式の回転数測定器とすればよい。
【符号の説明】
【００８１】
１０…ポンプ本体
２０…モータ
３０…制御ユニット
３１…駆動回路
３２…制御部
１００…排気システム
１０１…メインポンプ
１０２…補助ポンプ
３１１…駆動部
３１２…検出部
３２１…記憶部
３２２…判定部
Ｂ１，Ｂ２…軸受
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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