(57)【要約】【課題】電源内部の結露の発生を防止しつつ、吸湿水分の放出による湿度上昇への過剰反応を防止できる真空ポンプ用電源装置の提供。【解決手段】真空ポンプ用電源装置は、冷媒を流通させるための冷却配管５と、冷却配管５の温度を検出する温度センサ１２と、冷却配管５における冷媒の流通量を調整する冷却水バルブ６とを備え、ＣＰＵ８は、温度センサ１２で検出された温度が冷媒管理上限温度と等しくなるように冷却水バルブ６の開閉を制御する。例えば、検出温度が冷媒管理上限温度を超過したならば冷却水バルブ６を閉じ、検出温度が前記冷媒管理上限温度を下回ったならば冷却水バルブ６を開くように制御する。その結果、電源装置３の内部温度が、温度管理上可能な限り高い温度に保たれていることになり、結露が発生しにくい。【選択図】図１
2014101754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を流通させるための冷却配管と、
前記冷却配管の温度を検出する温度センサと、
前記冷却配管における冷媒の流通量を調整するバルブと、
前記温度センサで検出された温度が冷媒管理上限温度と等しくなるように前記バルブの開閉を制御するバルブ制御部と、を備えたことを特徴とする真空ポンプ用電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の真空ポンプ用電源装置において、
電源装置への給電が停止している給電停止時間を計測する停止時間計測部を備え、
前記バルブ制御部は、電源装置への給電開始時の前記給電停止時間が所定閾値を超えている場合には、給電開始から所定時間経過するまで前記バルブを閉状態とすることを特徴とする真空ポンプ用電源装置。
【請求項３】
冷媒を流通させるための冷却配管と、
前記冷却配管の温度を検出する温度センサと、
前記冷却配管における冷媒の流通量を調整するバルブと、
電源装置が起動すると前記温度センサの検出温度を読み取って記憶部に記憶させる記憶制御部と、
前記記憶部に記憶された温度と真空ポンプ運転中に前記温度センサにより検出された温度との差分が、結露防止用閾値を超過したならば前記バルブを閉じ、前記差分が前記結露防止用閾値を下回ったならば前記バルブを開くように制御するバルブ制御部と、を備えたことを特徴とする真空ポンプ用電源装置。
【請求項４】
冷媒を流通させるための冷却配管と、
前記冷却配管の温度を検出する温度センサと、
前記冷却配管における冷媒の流通量を調整するバルブと、
電源装置の内部の結露を検出する結露センサと、
真空ポンプ運転中に前記結露センサが結露を検出すると、前記温度センサにより検出されている温度が所定閾値を超えるまで前記バルブを閉状態とし、前記温度センサにより検出されている温度が前記所定閾値を超えたならば真空ポンプの運転を停止する制御部と、を備えたことを特徴とする真空ポンプ用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒による冷却機構を備えた真空ポンプ用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置に用いられる真空ポンプの一つとしてターボ分子ポンプがあるが、ターボ分子ポンプは一般に水冷されて使用されることが多い。そのため、ターボ分子ポンプと一体化された電源装置、あるいはポンプ近傍に配置された電源装置は、ポンプとともに水冷されることが多い。電源装置を水冷する場合、結露が発生するという問題があるため、電源装置内に結露を検知するセンサを設ける構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の技術では、結露センサと冷却水の流入をオン・オフする冷却水バルブとを備え、結露検知時に以上を報告したり、冷却水の流入を遮断したりすることによって結露の進行を防ぎ、結露による電源装置の故障を防ぐようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１７４３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電源装置への給電が停止された状態が継続した場合、例えば、電源装置を保管している場合など、そのときの周囲環境の湿度状態によっては、電源装置内の基板や回路部品などへの吸湿が進行することがある。そのような状態で電源装置への給電が開始され、ターボ分子ポンプの運転を開始した場合、吸湿されていた水分が電源内部温度の上昇により装置内に放出されることになる。その結果、冷水を使用していないにもかかわらず、このような一時的な湿度上昇により結露センサが動作してしまい、ポンプ運転が停止されてしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明に係る真空ポンプ用電源装置は、冷媒を流通させるための冷却配管と、冷却配管の温度を検出する温度センサと、冷却配管における冷媒の流通量を調整するバルブと、温度センサで検出された温度が冷媒管理上限温度と等しくなるようにバルブの開閉を制御するバルブ制御部と、を備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の真空ポンプ用電源装置において、電源装置への給電が停止している給電停止時間を計測する停止時間計測部を備え、電源装置への給電開始時の給電停止時間が所定閾値を超えている場合には、給電開始から所定時間経過するまでバルブを閉状態とするようにしたものである。
請求項３の発明に係る真空ポンプ用電源装置は、冷媒を流通させるための冷却配管と、冷却配管の温度を検出する温度センサと、冷却配管における冷媒の流通量を調整するバルブと、電源装置が起動すると温度センサの検出温度を読み取って記憶部に記憶させる記憶制御部と、記憶部に記憶された温度と真空ポンプ運転中に温度センサにより検出された温度との差分が、結露防止用閾値を超過したならばバルブを閉じ、差分が結露防止用閾値を下回ったならばバルブを開くように制御するバルブ制御部と、を備えたことを特徴とする。
請求項４の発明に係る真空ポンプ用電源装置は、冷媒を流通させるための冷却配管と、冷却配管の温度を検出する温度センサと、冷却配管における冷媒の流通量を調整するバルブと、電源装置の内部の結露を検出する結露センサと、真空ポンプ運転中に結露センサが結露を検出すると、温度センサにより検出されている温度が所定閾値を超えるまでバルブを閉状態とし、温度センサにより検出されている温度が所定閾値を超えたならば真空ポンプの運転を停止する制御部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電源内部の結露の発生を防止しつつ、吸湿水分の放出による湿度上昇への過剰反応を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態を示す図である。
【図２】第２の実施形態を示す図である。
【図３】第２の実施の形態における冷却水バルブ６の開閉制御を説明するフローチャートである。
【図４】第３の実施形態を示す図である。
【図５】第３の実施の形態における冷却水バルブ６の開閉制御を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
−第１の実施の形態−
以下、図を参照して本発明を実施するための第１の実施の形態について説明する。図１は、本発明による第１の実施の形態におけるターボ分子ポンプ１の構成を示す図である。ターボ分子ポンプ１は、ポンプ本体２と電源装置３とからなる。図１に示すターボ分子ポンプ１では、ホンプ本体２と電源装置３とが物理的に結合され一体化されているが、ホンプ本体２と電源装置３とが別々に設けられ、それらが電源ケーブルで接続されているターボ分子ポンプにも本発明は適用できる。
【００１０】
ポンプ本体２は、不図示の、回転翼が形成されたロータと、ロータを回転駆動するモータと、ロータを磁気浮上支持する磁気軸受とを備えている。また、ポンプ本体２はヒータを用いた不図示の加熱装置と、冷却水路４とを備える。冷却水路４は、ポンプ本体内部に冷却水を流すための水路である。加熱装置による加熱と、冷却水による冷却とにより、ポンプ本体２の温度は、高温（たとえば、５０〜７０℃）に保持される。また、冷却水路４を通じて流れる冷却水により、ロータを回転駆動するモータや磁気軸受が冷却される。
【００１１】
電源装置３は、ポンプ本体２におけるモータや磁気軸受の駆動制御を行う。電源装置３は、冷却配管５と、冷却水バルブ６と、温度センサ１２と、ＣＰＵ（中央処理装置）８とを備える。冷却配管５は、電源装置内部に冷却水を流通させて電源装置を冷却するために設けられている。例えば、冷却配管５はパイプや冷却ブロックなどで構成され、さらに、それらには冷却フィンなどが設けられている。以下では、これらのパイプや冷却ブロックなどを冷却配管と総称することにする。なお、本実施の形態としては冷却水を冷媒に用いているが、冷却水に限らず種々の冷媒を用いることができる。
【００１２】
冷却水バルブ６は、冷却配管５を流れる冷却水の流量を制御するための電磁バルブである。冷却水バルブ６を開くと、冷却配管５を通じて冷却水が電源装置内部に流れ、冷却水バルブ６を閉じると、電源装置内部への冷却水の流通が止まる。
【００１３】
温度センサ１２は、冷却水が流れる冷却配管（パイプや冷却ブロック）５に配置され、冷却配管の温度を測定する。なお、冷却ブロック等の温度を測定する際には、極力パイプに近い部位の温度を測定することが望ましい。温度センサ１２の信号はＣＰＵ８に入力される。ＣＰＵ８は、温度センサ１２から出力される信号に基づいて、冷却水バルブ６の開閉を制御する。
【００１４】
冷却水の温度が電源装置３の周囲温度よりも極端に低い場合には、冷却配管や、冷却配管によって冷やされたその近傍の部材に結露が発生しやすい。そのため、結露の面で考えると冷却水温度は可能限り高い方が好ましい。そこで、本実施の形態では、電源装置３の内部温度を温度管理上可能な限り高い温度に保つことで、結露の発生を防止するようにしている。
【００１５】
通常、冷却配管５を流れる冷却水の温度には、電源装置内温度を適切に保つための許容上限温度が設定されている。そこで、本実施の形態では、図１に示すように冷却配管に温度センサ１２に配置して冷却配管の温度を計測し、その冷却配管近傍の温度が許容上限温度付近に保たれるように冷却水バルブ６の開閉を制御するようにした。具体的には、温度センサ１２で検出された温度が許容上限温度を超過したならば冷却水バルブ６を開いて冷却水を流通させ、検出された温度が許容上限温度を下回ったならば冷却水バルブ６を閉じて冷却水の供給を停止する。
【００１６】
冷却配管の温度が許容上限温度付近に保たれるということは、冷却配管５に許容上限温度の冷却水が流れている場合とほぼ同等の冷却状況となっていることを意味する。すなわち、電源装置３の内部温度が、温度管理上可能な限り高い温度に保たれていることになり、結露が発生しにくい。さらに、結露センサを設けていないので、課題に記載のような吸湿していた水分の放出により結露センサが動作してポンプ運転が停止されてしまうという不都合が生じることはない。
【００１７】
なお、許容上限温度よりも若干高い温度をポンプ運転停止温度に設定し、温度センサ１２の温度がポンプ運転停止温度を超えたときに、ポンプを停止することで安全が確保される。
【００１８】
［他の制御方法の説明］
上述した説明では、温度センサ１２の温度が許容上限温度付近に保たれるように、検出温度が許容上限温度を超過しているか下回っているかに応じて、冷却水バルブ６を開閉するようにした。ここでは、別の制御方法について説明する。なお、構成については図１に示すものと同一である。
【００１９】
電源装置３の通電直後はＣＰＵ８の初期化処理が実施されるため、通電直後の冷却配管温度については、ＣＰＵ８の初期化処理中に取得しておき、ＣＰＵ８の内部メモリに保管しておく。その後、冷却水バルブ６を開いて冷却配管５に冷却水を流通させる。電源装置３が停止していたときには、冷却配管は周囲温度と同一温度であると考えることができるので、例えば、周囲温度が２５℃であった場合には、通電直後の冷却配管の温度は２５℃となっている。もちろん、温度センサ１２により計測される冷却配管の温度も周囲温度と同一の２５℃である。
【００２０】
しかし、冷却水バルブ６が開かれて冷却配管５に冷却水が供給されると、冷却配管の温度は冷却水温度に近い値となる。すなわち、周囲温度が上記２５℃の場合は、通電開始直後に計測される冷却配管の温度は周囲温度とほぼ同じ温度（２５℃付近）であるが、例えば１５℃の冷却水が流通した場合、冷却配管の温度は時間の経過とともに低下し、やがては冷却水温度（１５℃）付近の温度となる。そのため、冷却水温度が電源装置３の周囲温度よりも極端に低い場合には、結露が発生しやすい状態となると考えられる。
【００２１】
通電直後の冷却配管の温度をＴｓ、その後の冷却水が流通しているときの温度をＴｃとすると、その差ΔＴ＝Ｔｓ−Ｔｃが大きすぎると結露が発生しやすい。ＣＰＵ８は、この差ΔＴが所定温度差ΔＴ０を超えないように冷却水バルブ６を制御する。例えば、ΔＴがΔＴ０を超えた場合には冷却水バルブ６を閉じ、ΔＴがΔＴ０を下回ったならば冷却水バルブ６を開くようにする。なお、所定温度差ΔＴ０は結露が発生を防止するための閾値であって、予め実測するなどして求めておけば良い。
【００２２】
この制御方法では、ＣＰＵ８は、電源装置が起動すると、温度センサ１２の検出温度ＴｓをＣＰＵ８の初期化処理中に取得し、ＣＰＵ８の内部メモリに記憶するようにしている。そのため、温度Ｔｓを基準とするΔＴを取得することができる。上述のように制御することで、結露が発生しない程度の温度に電源内部温度を維持しつつ、電源装置内の温度を最初に説明した制御方法に比べてΔＴだけ低い温度に保つことができる。
【００２３】
−第２の実施の形態−
図２は、本発明の第２の実施形態を示す図である。図１に示した構成と比較すると、結露センサ７を設けた点が異なっている。結露センサ７は、電源装置内部の結露を検出するためのセンサである。結露センサ７としては、たとえば電気抵抗式のものや、水晶振動子式のものを用いる。結露センサ７は、結露を検出しているときに結露検出信号をＣＰＵ８に出力し、結露を検出していないときに結露不検出信号をＣＰＵ８に出力する。
【００２４】
次に、第２の実施の形態における冷却水バルブ６の開閉制御について、図３に示すフローチャートを参照して説明する。図３の処理は、電源装置３の電源がオン状態になるとスタートするプログラムにより、ＣＰＵ８において実行される。
【００２５】
ステップＳ１０１では、結露センサ７から出力される信号に基づいて、結露センサ７が結露を検出してオンになったか否かを判定する。結露センサ７がオフの場合、すなわち結露が検出されていない場合には、ステップＳ１０１でＮＯと判定されてステップＳ１０２へ進む。ステップＳ１０２では冷却水バルブ６を開いて、冷却水による電源装置３の冷却を行う。ステップＳ１０２の処理が終了したならば、ステップＳ１０１へ戻る。
【００２６】
一方、結露センサ７が結露を検出している場合には、ステップＳ１０１でＹＥＳと判定されてステップＳ１０３へ進む。ステップＳ１０３ではポンプが運転中か否かを判定し、ポンプ運転中の場合にはステップＳ１０５へ進み、ポンプ停止中の場合にはステップＳ１０４へ進む。ステップＳ１０４へ進んだ場合には、ステップＳ１０４おいて冷却水バルブ６を閉じ、ステップＳ１０１へ戻る。
【００２７】
ステップＳ１０３でポンプ運転中と判定されてステップＳ１０５へ進んだ場合には、ステップＳ１０５において電源装置内温度が許容される上限温度Ｔmaxを超えているか否かを判定する。なお、電源装置内部温度の上限値は、電源装置３を構成する回路部品等の温度上限値から決まるものであるから、これは実験等によって予め測定して決めれば良い。ステップＳ１０５で上限温度Ｔmaxを超えていると判定されると、ステップＳ１０６へ進み結露発生を知らせるアラームを発生する。その後、ステップＳ１０７においてポンプの運転を停止し、図４に示すプログラムを終了する。一方、上限温度Ｔmaxを超えていないと判定されると、ステップＳ１０４へ進んで冷却水バルブ６を閉じ、その後、ステップＳ１０１へ戻る。
【００２８】
上述のように、本実施の形態では、ポンプ運転中に結露センサがＯＮになった場合、電源装置内温度が上限温度Ｔmax以下であれば冷却水バルブ６を閉じた状態で運転を継続し、電源装置内温度が上限温度Ｔmaxを超えている場合はポンプの運転を停止するような保護動作を実施する。このように、結露センサ７が動作した場合でも、ポンプを直ちに停止するのではなく、冷却水を停止して結露センサ７がオフになるのを待つようにした。そのため、前述したように吸湿された水分が放出されて結露センサ７が動作した場合には、冷却水停止により電源装置内温度が上昇して結露が解消され結露センサ７がオフとなる。
【００２９】
また、冷却水温度が低くて結露が発生しやすい状況の場合には、ステップＳ１０４、Ｓ１０５の処理によって電源装置内温度が高めに保たれる。仮に、高温状態での運転を継続しても結露が解消しない場合には、温度上限を超えた時点でポンプを安全に停止することができる。
【００３０】
−第３の実施の形態−
図４は、本発明の第３の実施形態を示す図である。図１に示した構成と比較すると、バッテリ駆動のリアルタイムクロック（ＲＴＣ）９を設けた点が異なっている。本実施の形態では、ＣＰＵ内部で通電時間を積算するカウンタと、ＲＴＣ９等のようにＡＣ電源が供給されているか否かにかかわらずに進み続けるＩＣによって得られるカウンタとの両方を用いて、電源装置３の無給電時間の算出するようにしている。無給電時間の算出は、ＲＴＣ９によるカウント値ＣｒとＣＰＵ内部演算によるカウント値Ｃｃの差を取れば良い。
【００３１】
図５は、電源装置３の電源がオンされた通電開始時に実行される処理を示すフローチャートである。図５の処理は、電源装置３の電源がオン状態になるとスタートするプログラムにより、ＣＰＵ８において実行される。
【００３２】
ステップＳ２０１では、無給電時間ｔが所定の閾値ｔ０を超えたか否かを判定する。これは、閾値ｔ０としては、結露センサ７の動作に影響を与えるだけの吸湿が生じ得る程度の無給電時間が設定され、例えば、１２時間程度が選ばれる。ステップＳ２０１でｔ＞ｔ０であると判定されるとステップＳ２０２へ進んで、冷却水バルブ６が閉じられる。その結果、電源装置内温度が上昇し、吸湿された水分を放出させるためのエージング処理が開始される。
【００３３】
一方、ステップＳ２０１でｔ≦ｔ０と判定された場合、すなわち、吸湿の影響が小さい場合には、ステップＳ２０５に進んだ後、ステップＳ２０６において通常の運転モードに移行する。通常の運転モードとは、上述した第１の実施形態で記載したバルブ制御を行うモードである。
【００３４】
ステップＳ２０１からステップＳ２０２へ進んだ場合のエージング処理について説明する。エージング処理においては、まず、上述したようにステップＳ０２において冷却水バルブ６が閉じる。次いで、ステップＳ２０３において電源装置内温度Ｔが上限温度Ｔmaxを超えたか否かを判定する。ステップＳ２０３で電源装置内温度Ｔが上限温度Ｔmaxを超えたと判定されると、エージング処理を終了してステップＳ２０５へ進む。
【００３５】
一方、ステップＳ２０３でＴ≦Ｔmaxと判定されると、ステップＳ２０４へ進んで所定のエージング時間が経過したか否かを判定する。エージング時間は吸湿解消に十分な時間が設定され、エージング処理によって電源装置内温度は高温になり、仮に吸湿が生じていた場合であっても、吸湿していた水分は蒸発し電源装置３の外部ヘ拡散することとなる。
【００３６】
電源装置３ヘの給電が遮断された状態が継続した場合（例えば保管時など）、周囲環境によっては電源装置内部の基板や回路素子ヘの吸湿が進行することがある。そのような吸湿が進行した状態で電源装置３ヘの給電が開始され、ポンプ運転が行われると、電源装置内温度の上昇によって吸湿していた水分が電源装置内部に水蒸気として現われ、これによって結露が発生しやすい状況になってしまう事がある。しかしながら、上述のようなエージング処理を行うことにより、吸湿していた水分が結露するのを確実に防止することができる。
【００３７】
なお、上述した実施の形態ではターボ分子ポンプの電源装置３を例に説明したが、ターボ分子ポンプに限らず種々の真空ポンプ（例えば、モレキュラードラッグポンプ）の電源装置に適用することができる。
【００３８】
上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。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。
【符号の説明】
【００３９】
１：ターボ分子ポンプ、２：ポンプ本体、３：電源装置、５：冷却配管、６：冷却水バルブ、７：結露センサ、８：ＣＰＵ、９：リアルタイムクロック、１２：温度センサ
【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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