(57)【要約】【課題】結露発生時にはターボ分子ポンプを自動的に停止させることができるターボ分子ポンプ駆動制御用電源装置の提供。【解決手段】電源回路４０は、電源電圧を複数の抵抗器４０１，４０２で分圧して帰還電圧を取り出し、その帰還電圧が所定の基準電圧V0と等しくなるように電源電圧を制御する。そして、電源電圧出力と帰還電圧の取り出し位置との間に、すなわち電源出力側の抵抗器４０１と並列に結露センサ４４を設ける。結露センサ４４は隙間ｄで配置された一対の電極４４１，４４２を備え、結露の発生によりその絶縁抵抗が低下する。その結果、電源電圧が基準電圧V0付近まで低下して電源回路４０はシャットダウン状態となり、ターボ分子ポンプの運転は自動的に停止される。【選択図】図３
2010159669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源電圧を複数の抵抗器で分圧して帰還電圧を取り出し、その帰還電圧が所定の基準電圧と等しくなるように前記電源電圧を制御する電源回路を備えたターボ分子ポンプ駆動制御用電源装置において、
冷媒により前記電源装置を冷却する冷却手段と、
前記電源回路の電源入力または前記電源電圧出力と前記帰還電圧の取り出し位置との間に接続され、前記電源装置内における結露の発生により絶縁抵抗が低下する結露センサとを備えたことを特徴とするターボ分子ポンプ駆動制御用電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載のターボ分子ポンプ駆動制御用電源装置において、
前記結露センサは、結露による絶縁抵抗低下が発生するような間隔で設けられた一対の電極パターンから成ることを特徴とするターボ分子ポンプ駆動制御用電源装置。
【請求項３】
請求項２に記載のターボ分子ポンプ駆動制御用電源装置において、
前記結露センサは、一対の櫛歯電極パターンから成ることを特徴とするターボ分子ポンプ駆動制御用電源装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載のターボ分子ポンプ駆動制御用電源装置において、
前記電極パターンを、電源装置に設けられた回路基板上に形成したことを特徴とするターボ分子ポンプ駆動制御用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ分子ポンプ駆動制御用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ターボ分子ポンプはポンプ本体と電源装置とからなり、ポンプ本体と電源装置とをケーブルで接続して用いる。しかし、ターボ分子ポンプを多数搭載する真空装置においては、ケーブルの占有スペースが無視できないほど大きくなるため、ポンプ本体と電源装置とを一体化したターボ分子ポンプが求められている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一般に、ターボ分子ポンプはポンプ本体を水冷して使用することが多く、上述のように一体化されたターボ分子ポンプでは、電源装置はポンプ本体とともに水冷されることが多い。また、電源装置がポンプ本体に近接して配置される場合においても、空冷用送風によるクリーン環境の悪化を防止するために、電源装置を水冷する場合が多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１７３２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、電源装置を水冷とした場合には、冷却能力が大きいために結露が発生しやすく、回路不具合の発生によりターボ分子ポンプを正常に制御できなくなるおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、電源電圧を複数の抵抗器で分圧して帰還電圧を取り出し、その帰還電圧が所定の基準電圧と等しくなるように電源電圧を制御する電源回路を備えたターボ分子ポンプ駆動制御用電源装置に適用され、冷媒により電源装置を冷却する冷却手段と、電源回路の電源入力または電源電圧出力と前記帰還電圧の取り出し位置との間に接続され、電源装置内における結露の発生により絶縁抵抗が低下する結露センサ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に記載のターボ分子ポンプ駆動制御用電源装置において、結露センサは、結露による絶縁抵抗低下が発生するような間隔で設けられた一対の電極パターンから成ることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２に記載のターボ分子ポンプ駆動制御用電源装置において、結露センサは、一対の櫛歯電極パターンから成ることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１または２に記載のターボ分子ポンプ駆動制御用電源装置において、電極パターンを、電源装置に設けられた回路基板上に形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電源回路から出力される電源電圧が結露センサの絶縁抵抗低下とともに低下するので、結露発生時にはターボ分子ポンプを自動的に停止させる。その結果、結露による回路不具合によってターボ分子ポンプを正常に制御できなくなるという状況が発生するのを、回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係るターボ分子ポンプの一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】ポンプ本体の概略構成を示す断面図である。
【図３】電源回路４０を基本的な構成を示す図である。
【図４】結露センサ４４の他の接続方法を示す図である。
【図５】結露センサ４４の第１の変形例を示す図である。
【図６】結露センサ４４の第２の変形例を示す図である。
【図７】複数の同心円電極パターンを並列接続した結露センサを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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は本発明に係るターボ分子ポンプの一実施の形態を示すブロック図である。ターボ分子ポンプは、真空排気を行うポンプ本体１と、ポンプ本体１の駆動制御を行う電源装置２と、両装置間を電気的に接続するケーブル３とで構成されている。本実施の形態のターボ分子ポンプは磁気軸受式ターボ分子ポンプであって、ポンプ本体１のロータ４は磁気軸受５によって磁気浮上される。ロータ４はモータ６によって回転駆動され、ロータ４の回転状態は回転数センサ２３により検出される。
【００１０】
図２は、ポンプ本体１の概略構成を示す断面図である。ポンプ本体１のケーシング３０内に設けられたロータ４には、複数段の回転翼２１および回転円筒部２２が形成されている。一方、ポンプ本体１のベース１０側には、複数段の固定翼１１および固定円筒部１２が設けられている。そして、軸方向に交互に配置された複数段の回転翼２１と複数段の固定翼１１とによりタービン翼部が構成される。
【００１１】
また、タービン翼部の下流側に配置された回転円筒部２２と固定円筒部１２とによりモレキュラードラッグポンプ部が構成されている。回転円筒部２２は固定円筒部１２の内周面に近接して設けられており、固定円筒部１２の内周面には螺旋溝が形成されている。モレキュラードラッグポンプ部では、固定円筒部１２の螺旋溝と高速回転する回転円筒部２２とにより粘性流領域におけるガスが排気される。吸気口３１から流入したガス分子Ｇはタービン翼部によって図示下方へと叩き飛ばされ、下流側に向かって圧縮排気される。その圧縮されたガス分子Ｇは、さらにモレキュラードラッグポンプ部によって圧縮され、排気ポート１４から排出される。
【００１２】
ロータ４は、上下一対のラジアル電磁石５１，５２およびスラスト電磁石５３によって非接触式に支持され、モータ６により回転駆動される。ロータ４の浮上位置は、ラジアル変位センサ７１，７２およびスラスト変位センサ７３により検出される。これらの電磁石５１〜５３および変位センサ７１〜７３が図１の磁気軸受５を構成する。２７，２８は非常用のメカニカルベアリングであり、２５は電源装置２との接続ケーブルが接続されるレセプタクルである。
【００１３】
図１に戻って、電源装置２には、電源回路４０，モータ駆動回路４１、磁気軸受駆動回路４２、制御回路４３、結露センサ４４、水冷ヒートシンク４７等が設けられている。電源回路４０は入力されたＡＣ電源をＤＣに変換し、それを電源出力として装置内の各回路に出力するものである。モータ駆動回路４１は、ポンプ本体１のモータ６を駆動制御する。磁気軸受駆動回路４２は、変位センサ７１〜７３の検出値基づいて電磁石５１〜５３の励磁電流を制御することで、ロータ４が所定浮上位置となるように磁気軸受５を制御する。
【００１４】
制御回路４３は装置全体の制御を行うとともに、外部機器との間で信号の入出力を行う。外部機器としては、例えば、ターボ分子ポンプが搭載されている真空装置の制御部等がある。電源装置２に設けられたパワー素子（例えば、モータ駆動用のパワー素子）は水冷ヒートシンク４７により冷却されている。結露センサ２４は、結露しやすい部分、例えば、水冷ヒートシンク４７により冷却されている部材に固定されている。
【００１５】
図３は電源回路４０を基本的な構成を示す図である。電源回路４０には、電源電圧制御回路４００と、抵抗器４０１，４０２が設けられている。電源電圧制御回路４００の出力制御回路４０３から出力された電源電圧は、抵抗器４０１，４０２によって分圧される。抵抗器４０２の電圧V1は、帰還電圧として電源電圧制御回路４００の誤差増幅器４０４に入力される。誤差増幅器４０４は帰還電圧V1と所定の基準電圧V0とを比較し、その差分を増幅して出力制御回路４０３に入力する。出力制御回路４０３は、入力された差分がゼロになるように、すなわち、帰還電圧V1が基準電圧V0と等しくなるように出力電圧を制御する。
【００１６】
結露センサ４４は、電源電圧側の抵抗器４０１と並列接続される。本実施の形態の結露センサ４４は、図３に示すように、絶縁体４４３上に所定隙間で配置された一対の電極４４１，４４２から成る。電極４４１，４４２の隙間間隔ｄは、結露した場合の電極間抵抗値が抵抗器４０１の抵抗値よりも十分に小さくなるように設定される。例えば、抵抗器４０１の抵抗値を１００ｋΩ〜１ＭΩに設定し、電極４４１，４４２の隙間間隔ｄを１〜２ｍｍとすると、上述したような条件を満足する。
【００１７】
結露センサ４４は配置されている領域に結露が発生した場合、結露による電極４４１，４４２間の絶縁低下が発生する。そして、結露センサ４４の抵抗値が並列接続されている抵抗器４０１の抵抗値より十分に小さくなると、電源電圧の電圧値は低下して帰還電圧V1の値に近づくことになる。
【００１８】
このように、結露センサ４４により結露が検出されると、電源電圧が大きく低下してシャットダウンした状態と同じになり、各回路はシャットダウン時と同様の停止動作を自動的に行う。例えば、磁気軸受駆動回路４２は、回転数が所定値になるまで回生電力またはバッテリ（不図示）からの電力により磁気浮上を維持し、所定回転数となったならばメカニカルベアリング２７，２８上にロータ４をタッチダウンさせる。
【００１９】
結露が生じた場合であっても、その影響が回路の不具合となって発現するまでの時間は、一般的に上述したシャットダウンとなるまでの時間に比べて長時間である。そのため、本実施の形態では、そのような回路不具合による異常動作が発生する前に、ターボ分子ポンプを安全に停止させることができる。
【００２０】
なお、上述した実施の形態では、結露センサ４４を電源出力側の抵抗器４０１に並列配置した。すなわち、電源出力と帰還電圧入力との間に接続した。しかし、図４に示すように、電源入力と帰還電圧入力との間に接続するようにしても良い。この場合、結露センサ４４の絶縁抵抗低下により電源出力が低下しても入力電圧は変化しないので、抵抗低下が同一であっても図４に示す構成の方が出力電圧の低下がより大きくなる。
【００２１】
［変形例１］
図５は、結露センサ４４の第１の変形例を示す図である。変形例１に示す結露センサ４４Ｂの場合、電極４４４，４４５は櫛歯電極を構成している。櫛歯電極間の隙間寸法は上述した結露センサ４４の場合と同様に設定される。ここでは、絶縁材であるプリント基板４５上に櫛歯電極パターンを形成することで、結露センサ４４Ｂが形成される。このように、電極４４４，４４５を櫛歯形状とすることにより、結露による絶縁低下をより感度良く検出することができる。結露センサ４４Ｂが形成されたプリント基板４５は、冷却されて結露が発生しやすい金属部分、例えば、水冷ヒートシンク４７に固定される。櫛歯電極パターンの場合、プリント基板４５の片面に一対の電極４４４，４４５を形成しているので、通常のプリント基板の代わりに、金属基板上に絶縁層を介して電極４４４，４４５を形成することも可能である。
【００２２】
［変形例２］
図６は結露センサ４４の第２の変形例を示す図である。変形例２の結露センサ４４Ｃの場合には、図６（ａ）に示すように、パワー素子が搭載されているプリント基板４６上に直接形成されている。図６（ｂ）〜（ｄ）は結露センサ４４Ｃの部分を示す図であり、（ｂ）はプリント基板の表側を示し、（ｃ）は断面図、（ｄ）はプリント基板の裏面側を示す。
【００２３】
結露センサ４４Ｃを構成する一対の電極４４６，４４７は、同心円電極パターンを形成している。この場合、プリント基板４６として両面スルーホール基板が用いられる。基板４６の表側には中心側の電極４４６，外側の電極４４７および電極４４７の引き出しパターン４４７ａが形成される。中心側の電極４４６の一部は基板裏面側に貫通し、裏面側に形成された引き出しパターン４４６ａに連結している。
【００２４】
この場合も、電極４４６，４４７間の隙間寸法を、上述した結露センサ４４の場合と同程度に設定する。結露センサ４４Ｃは、プリント基板４６の結露が生じやすい部分に形成される。例えば、図６（ａ）に示すように、プリント基板４６を金属製のスタッド４８を介して水冷ヒートシンク４７に固定する場合、温度が低くなりやすいスタッド取り付け部の近傍に結露センサ４４Ｃを形成すれば良い。なお、図７に示すように、並列接続された複数の同心円電極パターン４４６，４４７を形成しても良い。
【００２５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、結露センサによって結露が検出されると、電源回路２０がシャットダウンするように動作するので、結露による回路異常が発生する前にターボ分子ポンプを安全に停止させることができる。また、結露により絶縁抵抗が大きく低下するタイプに結露センサであれば、上述した結露センサ２４として用いることができるが、本実施の形態ではプリント基板上に形成されて電極パターンにより結露センサ２４を構成するようにしたので、結露センサのコスト低減を図ることができる。
【００２６】
なお、図５に示した結露センサ２４Ｂでは、独立したプリント基板上に電極パターンを形成したが、変形例２の場合と同様にパワー素子が搭載される基板上に形成するようにしても良い。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、本発明は非磁気軸受式ターボ分子ポンプの電源装置にも適用することができる。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。また、上述した実施形態や変形例を、どのように組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１：ポンプ本体、２：電源装置、４：ロータ、４０：電源回路、４１：モータ駆動回路、４２：磁気軸受駆動回路、４３：制御回路、４４，４４Ｂ，４４Ｃ：結露センサ、４５，４６：プリント基板、４７：水冷ヒートシンク、４００：電源電圧制御回路、４０１，４０２：抵抗器、４０３：出力制御回路、４０４：誤差増幅器、４４１，４４２，４４４〜４４７：電極、
【図１】
2010159669.tif 000003
【図２】
2010159669.tif 000004
【図３】
2010159669.tif 000005
【図４】
2010159669.tif 000006
【図５】
2010159669.tif 000007
【図６】
2010159669.tif 000008
【図７】
2010159669.tif 000009