(57)【要約】【課題】負荷が増大したときにモータおよびインバータを故障させることなく、安定的に運転することができるドライ真空ポンプ装置を提供する。【解決手段】少なくとも１つのポンプユニットと、ポンプユニットを制御する制御装置５とを備えたドライ真空ポンプ装置１であって、ポンプユニットは、ドライ真空ポンプ２と、ドライ真空ポンプ２を駆動するモータ３と、モータ３の回転速度を制御するインバータ４とを備え、制御装置５は、インバータ４の出力電流制限値を第１の電流制限値から第２の電流制限値に切り替える機能を有し、第１の電流制限値はインバータ４がモータ３に連続的に流すことができる電流の最大値である連続定格電流値であり、第２の電流制限値は連続定格電流値を超える値である。【選択図】図７
2014074380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのポンプユニットと、
前記ポンプユニットを制御する制御装置とを備えたドライ真空ポンプ装置であって、
前記ポンプユニットは、
ドライ真空ポンプと、
前記ドライ真空ポンプを駆動するモータと、
前記モータの回転速度を制御するインバータとを備え、
前記制御装置は、前記インバータの出力電流制限値を第１の電流制限値から第２の電流制限値に切り替える機能を有し、前記第１の電流制限値は前記インバータが前記モータに連続的に流すことができる電流の最大値である連続定格電流値であり、前記第２の電流制限値は前記連続定格電流値を超える値であることを特徴とするドライ真空ポンプ装置。
【請求項２】
前記ドライ真空ポンプ装置の外部に設けられた外部指令装置からの指令に従って、前記インバータの出力電流制限値を前記第１の電流制限値から前記第２の電流制限値に切り替えることを特徴とする請求項１に記載のドライ真空ポンプ装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記インバータが前記第１の電流制限値に相当する電流を出力しているときに、前記ドライ真空ポンプの回転速度が所定の目標回転速度から低下したら、前記インバータの出力電流制限値を前記第１の電流制限値から前記第２の電流制限値に切り替えることを特徴とする請求項１に記載のドライ真空ポンプ装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記ポンプの回転速度が前記目標回転速度に復帰していることを検出すると、前記インバータの出力電流制限値を前記第２の電流制限値から前記第１の電流制限値に切り替えることを特徴とする請求項３に記載のドライ真空ポンプ装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記第２の電流制限値に相当する電流の出力時間が所定のしきい値を超えた場合、前記インバータの出力電流制限値を前記第２の電流制限値から前記第１の電流制限値に切り替えることを特徴とする請求項３に記載のドライ真空ポンプ装置。
【請求項６】
前記ポンプユニットの温度を測定する少なくとも１つの温度センサをさらに備えており、
前記制御装置は、前記温度センサによって測定された前記温度が所定のしきい値を超えると、前記インバータの出力電流制限値を前記第２の電流制限値から前記第１の電流制限値に切り替えることを特徴とする請求項１に記載のドライ真空ポンプ装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの温度センサは、前記ドライ真空ポンプのポンプケーシングの温度を測定する温度センサ、前記ドライ真空ポンプの軸受の温度を測定する温度センサ、前記モータの温度を測定する温度センサ、前記ドライ真空ポンプのポンプロータの温度を測定する温度センサ、前記ドライ真空ポンプの吸気ガスの温度を測定する温度センサ、および前記ドライ真空ポンプの排気ガスの温度を測定する温度センサから選択されることを特徴とする請求項６に記載のドライ真空ポンプ装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つのポンプユニットは、大気圧の気体を排出するメインポンプユニットと真空圧の気体を排出するブースターポンプユニットであり、
前記ドライ真空ポンプ装置に供給される電力が予め設定された値を超えないように、前記メインポンプと前記ブースターポンプとを運転することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のドライ真空ポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドライ真空ポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ドライ真空ポンプ装置は、ドライ真空ポンプと、ドライ真空ポンプを駆動するモータと、モータの回転速度（回転周波数）を制御するインバータと、インバータの動作を制御する制御装置とを備えている。ドライ真空ポンプは半導体製造装置の真空チャンバ内のガスを排出するために使用されることがあるが、ガスの種類によっては化学反応により生成物（反応生成物）が生成される場合がある。このようなガスを排出すると、ポンプ内で生成物が生成され、ポンプロータが生成物を噛み込むことがある。また、真空チャンバの内壁に付着した生成物がはがれ落ちて、ポンプロータが生成物を噛み込むことがある。その結果、ポンプの回転速度が低下する。
【０００３】
真空チャンバとポンプとの間にロードロックチャンバを設けた、いわゆるロードロック方式の真空排気システムがある。ロードロックチャンバは、真空が保持される真空チャンバへウェハを出し入れする際に、大気圧から真空への減圧、および真空から大気圧への昇圧を行うための小部屋である。真空チャンバは原則として常時真空状態にある。この真空チャンバ内の真空空間と、大気圧空間との間でウェハの搬送を可能とするのがロードロックチャンバである。ウェハは真空チャンバ内で処理され、真空チャンバへのウェハの出し入れ時間を短くすることが全体のスループット向上に繋がる。したがって、ロードロックチャンバ内の気体を速やかに排気して、該ロードロックチャンバ内に真空を形成する必要がある。しかしながら、ロードロックチャンバ内を大気圧から真空に排気するときに、モータに過負荷がかかってモータの回転速度が低下し、ポンプの排気速度が低下することがある。
【０００４】
このようにモータに過負荷がかかったときにポンプの回転速度を維持するためには、大容量のモータを使用する必要がある。このため、半導体製造装置などでは、通常の運転時に必要とされるモータよりも大容量のモータが選定され、使用されてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−６９２９３号公報
【特許文献２】特開２０１０−２１３５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述した従来の問題点を解決するためになされたもので、負荷が増大したときでも、比較的容量の小さいモータを使用して安定的に運転することができるドライ真空ポンプ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、少なくとも１つのポンプユニットと、前記ポンプユニットを制御する制御装置とを備えたドライ真空ポンプ装置であって、前記ポンプユニットは、ドライ真空ポンプと、前記ドライ真空ポンプを駆動するモータと、前記モータの回転速度を制御するインバータとを備え、前記制御装置は、前記インバータの出力電流制限値を第１の電流制限値から第２の電流制限値に切り替える機能を有し、前記第１の電流制限値は前記インバータが前記モータに連続的に流すことができる電流の最大値である連続定格電流値であり、前記第２の電流制限値は前記連続定格電流値を超える値であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の好ましい態様は、前記ドライ真空ポンプ装置の外部に設けられた外部指令装置からの指令に従って、前記インバータの出力電流制限値を前記第１の電流制限値から前記第２の電流制限値に切り替えることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記制御装置は、前記インバータが前記第１の電流制限値に相当する電流を出力しているときに、前記ドライ真空ポンプの回転速度が所定の目標回転速度から低下したら、前記インバータの出力電流制限値を前記第１の電流制限値から前記第２の電流制限値に切り替えることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記制御装置は、前記ポンプの回転速度が前記目標回転速度に復帰していることを検出すると、前記インバータの出力電流制限値を前記第２の電流制限値から前記第１の電流制限値に切り替えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の好ましい態様は、前記制御装置は、前記第２の電流制限値に相当する電流の出力時間が所定のしきい値を超えた場合、前記インバータの出力電流制限値を前記第２の電流制限値から前記第１の電流制限値に切り替えることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ポンプユニットの温度を測定する少なくとも１つの温度センサをさらに備えており、前記制御装置は、前記温度センサによって測定された前記温度が所定のしきい値を超えると、前記インバータの出力電流制限値を前記第２の電流制限値から前記第１の電流制限値に切り替えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の好ましい態様は、前記少なくとも１つの温度センサは、前記ドライ真空ポンプのポンプケーシングの温度を測定する温度センサ、前記ドライ真空ポンプの軸受の温度を測定する温度センサ、前記モータの温度を測定する温度センサ、前記ドライ真空ポンプのポンプロータの温度を測定する温度センサ、前記ドライ真空ポンプの吸気ガスの温度を測定する温度センサ、および前記ドライ真空ポンプの排気ガスの温度を測定する温度センサから選択されることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記少なくとも１つのポンプユニットは、大気圧の気体を排出するメインポンプユニットと真空圧の気体を排出するブースターポンプユニットであり、前記ドライ真空ポンプ装置に供給される電力が予め設定された値を超えないように、前記メインポンプと前記ブースターポンプとを運転することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、負荷が大きいときは、インバータの出力電流制限値を第２の電流制限値に一時的に切り替えることで、回転速度を維持したままドライ真空ポンプを安定的に運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るドライ真空ポンプ装置を備えた真空排気システムを示す図である。
【図２】ドライ真空ポンプおよびモータの断面図である。
【図３】図２のIII−III線断面図である。
【図４】図２のIＶ−IＶ線断面図である。
【図５】ドライ真空ポンプ装置の制御シーケンスを示す図である。
【図６】ポンプユニット内の温度センサの配置箇所を示す図である。
【図７】第１の電流制限値と第２の電流制限値との切り替えを示す図である。
【図８】ドライ真空ポンプの運転制御の一例を示す図である。
【図９】出力電流制限値の切り替えの判断を説明するための図である。
【図１０】図１０（ａ）はインバータの出力電流制限値を第１の電流制限値に設定した場合のインバータの出力電力とモータの回転速度との関係を示すグラフであり、図１０（ｂ）はインバータの出力電流とモータの回転速度との関係を示すグラフであり、図１０（ｃ）はインバータの出力電圧とモータの回転速度との関係を示すグラフである。
【図１１】図１１（ａ）はインバータの出力電流制限値を第２の電流制限値に設定した場合のインバータの出力電力とモータの回転速度との関係を示すグラフであり、図１１（ｂ）はインバータの出力電流とモータの回転速度との関係を示すグラフであり、図１１（ｃ）はインバータの出力電圧とモータの回転速度との関係を示すグラフである。
【図１２】ドライ真空ポンプ装置を備えた真空排気システムの他の例を示す図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係るポンプ装置の模式図である。
【図１４】外部指令装置として操作パネルの代わりに、上位コントローラを制御装置に接続した状態を示す模式図である。
【図１５】図１４および図１５に示すポンプ装置のシステムを模式的に示す図である。
【図１６】ブースターポンプおよびメインポンプの運転制御の一例を示す図である。
【図１７】図１７（ａ）はブースターポンプ優先運転時のメインポンプユニットのインバータの出力電力とモータの回転速度との関係を示すグラフであり、図１７（ｂ）はメインポンプユニットのインバータの出力電流とモータの回転速度との関係を示すグラフであり、図１７（ｃ）はメインポンプユニットのインバータの出力電圧とモータの回転速度との関係を示すグラフである。
【図１８】図１８（ａ）はブースターポンプ優先運転時のブースターポンプユニットのインバータの出力電力とモータの回転速度との関係を示すグラフであり、図１８（ｂ）はブースターポンプユニットのインバータの出力電流とモータの回転速度との関係を示すグラフであり、図１８（ｃ）はブースターポンプユニットのインバータの出力電圧とモータの回転速度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るドライ真空ポンプ装置を備えた真空排気システムを示す図である。この真空排気システムは、ドライ真空ポンプ装置１と、ドライ真空ポンプ装置１に接続された真空チャンバ１１とを備えている。図１に示すように、ドライ真空ポンプ装置１は、ポンプ２と、ポンプ２を駆動するモータ３と、モータ３の回転速度を制御するインバータ４と、インバータ４の動作を制御する制御装置５とを備えている。ポンプ２は、気体の流路内にオイルを使用しないドライ真空ポンプである。ポンプ２とモータ３とインバータ４とで１つのポンプユニットを構成している。制御装置５は、その内部に中央演算処理装置（ＣＰＵ）を内蔵しており、通信信号伝達手段または接点によりインバータ４と接続されている。ドライ真空ポンプ装置１は商用電源７に接続されている。ポンプ２の吸気管８と真空チャンバ１１とは連結配管１２で接続されており、ポンプ２の運転により真空チャンバ１１内の気体は連結配管１２を通ってポンプ２の排気管９から排出される。
【００１４】
吸気管８には、ポンプ２に流入する気体の流量を測定する流量センサ１３が取り付けられている。測定された気体の流量は流量センサ１３によって流量信号に変換され、制御装置５に送られる。ポンプ２には、ポンプ２の温度を測定するポンプ温度センサ１４が取り付けられている。測定されたポンプ２の温度はポンプ温度センサ１４によって温度信号に変換され、制御装置５に送られる。さらに、ポンプ温度センサ１４によって取得された温度信号は、制御装置５から後述する上位コントローラ４１に送られるようになっている。
【００１５】
図２は、ポンプ２およびモータ３の断面図である。本実施形態で説明するポンプはルーツ型真空ポンプであるが、ルーツ型真空ポンプの他にスクリュー型などの他のタイプの真空ポンプを選択することができる。図２に示すように、ポンプケーシング２０内には複数のポンプロータ（ルーツロータ）２１が配置されている。ポンプロータ２１はロータケーシング２２内に収容されており、ポンプロータ２１とロータケーシング２２との間には僅かな隙間が形成されている。ポンプロータ２１は回転軸２３に固定されている。図示しないが、ポンプロータ２１と平行に別のポンプロータが配置されており、このポンプロータも回転軸（図示しない）に固定されている。回転軸２３は、軸受２４，２５によって回転自在に支持されている。回転軸２３の一端部には、互いに噛み合う一対のタイミングギア２７が設けられており、ギアケース２８内に収容されている。回転軸２３の他端部にはモータ３が設けられている。
【００１６】
モータ３の具体的な構成について図３および図４を参照して説明する。図３は図２のIII−III線断面図である。図３に示すように、モータケーシング３０内には一対のモータロータ３５，３５が収容されている。モータロータ３５，３５の外周面は、永久磁石３６，３６で形成されており、ステータコア３７がモータロータ３５，３５の周囲を取り囲むように設けられている。
【００１７】
図４は図２のIＶ−IＶ線断面である。図４に示すように、モータケーシング３０内のステータコア３７は、モータロータ３５，３５を取り囲むように配列された磁極歯３９を有している。各磁極歯３９にはコイル４０が巻かれている。電流をコイル４０に流すことにより磁極歯３９に磁界が形成され、この磁界によりモータロータ３５，３５が回転する。
【００１８】
モータ３の駆動により、一対のポンプロータが互いに反対方向に回転し、真空チャンバ１１内の気体はポンプロータとロータケーシング２２との間に閉じ込められて排気管９に移送される。このような気体の移送が連続して行われることにより、真空チャンバ１１内の気体が真空排気される。
【００１９】
次に、ポンプ装置１の制御シーケンスについて、図５を参照しつつ説明する。図５はポンプ装置１の制御シーケンスを示す図である。ポンプ装置１の外部には外部指令装置として上位コントローラ４１が設けられている。ポンプ装置１と上位コントローラ４１とは、通信信号伝達手段または接点により接続されている。上位コントローラ４１がポンプ２の起動指令信号を生成すると、起動指令信号が制御装置５に伝達され、ポンプ２が起動する。上位コントローラ４１は例えば半導体製造装置の動作を制御する制御装置である。外部指令装置としてポンプ装置１の外部に操作パネルを設けて、作業者の操作によりポンプ２の起動指令信号を操作パネルから制御装置５に送信してもよい。
【００２０】
制御装置５がポンプ２の起動指令信号を受けると、制御装置５は予め設定された目標回転速度でモータ３を駆動するようにインバータ４に対して指令を出す。インバータ４は、制御装置５からの指令を受けると目標回転速度に対応する電力をモータ３に供給する。モータ３に印加される電圧の最適値はコイル４０の仕様から決定される。例えば、永久磁石型ＤＣモータの場合は、モータ３の回転速度は供給電圧にほぼ比例するため、回転速度に比例した電圧がモータ３に印加される。モータ３のトルクは、モータ３に供給される電流の大きさによって制御される。制御装置５は、モータ３が目標回転速度で回転するようにインバータ４の出力電力を制御する。モータ３の回転速度は図示しない回転センサで検出してもよいし、または、モータ３に流れる電流を制御装置５にフィードバックし、その電流からモータ３の回転速度を算出してもよい。あるいは、モータ３に流れる電流をインバータ４にフィードバックし、インバータ４がその電流からモータ３の回転速度を算出してもよい。
【００２１】
ポンプ装置１には、ポンプ温度センサ１４の他にも複数の温度センサが取り付けられている。これらの温度センサについて、図６を参照しつつ説明する。図６は、ポンプ装置１内の温度センサの配置箇所を示す図である。ポンプ温度センサ１４は、ポンプケーシング２０に取り付けられており、ポンプケーシング２０の温度を測定している。軸受温度センサ４２は、ポンプ２の軸受２５の近傍に配置されており、軸受２５の温度を測定している。ロータ温度センサ４３は、ポンプ２の内部に配置されており、ポンプロータ２１の温度を測定している。モータ温度センサ４４は、モータ３のコイル４０に取り付けられており、モータ３の温度を測定している。吸気温度センサ４５は、吸気管８に取り付けられており、ポンプ２に流入する気体の温度を測定している。排気温度センサ４６は、排気管９に取り付けられており、ポンプ２から排出される気体の温度を測定している。これらの温度センサにより検出された温度は各温度センサによって温度信号に変換され、制御装置５に送られる。さらに、各温度センサによって取得された温度信号は、制御装置５から上位コントローラ４１に送られるようになっている。コイル４０に温度センサを取り付けることが困難な場合は、制御装置５は、インバータ４の出力電流からコイル４０の温度を推定してもよい。
【００２２】
連続定格電流値を超える電流をモータ３に供給した結果、モータ３およびインバータ４の熱がポンプ装置１自身の冷却能力を超えると、モータ３およびインバータ４は過熱される。しかしながら、インバータ４およびモータ３が過熱される前に電流値を下げれば、連続定格電流値よりも大きな電流を一時的に流すことは可能である。本明細書では、この一時的に流すことができる最大電流値を瞬時定格電流値という。
【００２３】
制御装置５は、インバータ４が出力する電流の制限値をモータ３の駆動中に第１の電流制限値と第２の電流制限値との間で切り替える機能を有している。第１の電流制限値は、上述の連続定格電流値であり、第２の電流制限値は上述の瞬時定格電流値である。これら第１の電流制限値および第２の電流制限値は制御装置５に予め記憶されている。具体的な切り替えについて図７を参照しつつ説明する。
【００２４】
図７は、第１の電流制限値と第２の電流制限値との切り替えを示す図である。図７に示すように、制御装置５は、第１の電流制限値と第２の電流制限値とを切り替えることができる。モータ３およびインバータ４の故障を防ぐため、第１の電流制限値はモータ３の連続定格電流値およびインバータ４の連続定格電流値のうち小さい方に設定される。同様に、第２の電流制限値は、モータ３の瞬時定格電流値およびインバータ４の瞬時定格電流値のうち小さい方に設定される。図７において、モータ３の連続定格電流値はインバータ４の連続定格電流値よりも小さいため、モータ３の連続定格電流値が第１の電流制限値に設定される。モータ３の瞬時定格電流値はインバータ４の瞬時定格電流値よりも小さいため、モータ３の瞬時定格電流値が第２の電流制限値に設定される。
【００２５】
瞬時定格電流値の大きさは電流を流す時間によって決定される。したがって、電流を流す時間が短い場合は、電流を流す時間が長い場合と比べて、より大きな電流を流すことができる。第２の電流制限値は、連続定格電流値の数倍から数十倍に設定される。
【００２６】
制御装置５は、第１の電流制限値から第２の電流制限値に切り替わった回数の累積値をカウントし、この累積値が所定のしきい値を上回った場合、制御装置５は第２の電流制限値自体を引き下げることが好ましい。あるいは、制御装置５は、第１の電流制限値から第２の電流制限値に切り替わる頻度をカウントし、この頻度が所定のしきい値よりも高い場合は、制御装置５は第２の電流制限値自体を引き下げてもよい。
【００２７】
第１の電流制限値と第２の電流制限値とを切り替える条件について図８を参照しつつ説明する。図８は、ポンプ２の運転制御の一例を示す図である。図８において、１５ｋＷの電力に対応する電流制限値を第１の電流制限値とし、２０ｋＷの電力に対応する電流制限値を第２の電流制限値とする。図８に示す例では、ポンプ温度センサ１４、モータ温度センサ４４、および軸受温度センサ４２によってポンプ温度、モータ温度、および軸受温度が測定される。それぞれの温度の上限値は１００℃に設定されている。なお、図８に示す運転条件はこれに限られず、任意に運転条件を設定することができる。例えば、温度センサが検出する温度は設置する箇所によって異なるため、各温度の上限値はこれに限られない。また、第１の電流制限値および第２の電流制限値も採用するインバータおよびモータによって異なるため、図示の例に限定されない。
【００２８】
ポンプ２を連続運転する場合（条件１）、インバータ４の出力電流制限値は、第１の電流制限値に設定される。ポンプ２を起動する場合（条件２）、制御装置５は、インバータ４の出力電流制限値を第１の電流制限値から第２の電流制限値に切り替える。これにより、モータ３のトルクは増大し、ポンプ２を速やかに定格速度まで増速させることができる。ポンプ２の起動から所定時間（図８では３０秒間）経過した後、制御装置５は、インバータ４の出力電流制限値を第２の電流制限値から第１の電流制限値に切り替える。これにより、ポンプ３およびインバータ４を故障させることなく、安定的にポンプ２を運転することができる。
【００２９】
ポンプ２が生成物を噛み込むと、モータ３への負荷が増大し、ポンプ２の運転が妨げられる。噛み込んだ生成物を除去する場合（条件３）、制御装置５は、上位コントローラ４１からの指令により、インバータ４の出力電流制限値を第１の電流制限値から第２の電流制限値に切り替える。ポンプ２の温度がその上限値である１００℃を超えて１２０℃になると、制御装置５は、インバータ４の出力電流制限値を第２の電流制限値から第１の電流制限値に切り替える。ポンプ２の温度が１００℃以下になると、上位コントローラ４１からの指令により、制御装置５は再度インバータ４の出力電流制限値を第１の電流制限値から第２の電流制限値に切り替える。
【００３０】
真空チャンバ１１内の大気圧の気体を排出する場合（条件４）、制御装置５は条件３で示した運転条件と同じ条件でインバータ４の制御を行う。ポンプ２の起動時、ポンプ２の回転速度の低下を防ぐため、上位コントローラ４１からの指令により、制御装置５はインバータ４の出力電流制限値を第２の電流制限値に切り替える。モータ３の温度が１２０℃となり、これをモータ温度センサ４４が検出すると、制御装置５はインバータ４の出力電流制限値を第２の電流制限値から第１の電流制限値に切り替える。モータ３の温度が１００℃以下になると、上位コントローラ４１からの指令により制御装置５は再度インバータ４の出力電流制限値を第１の電流制限値から第２の電流制限値に切り替える。
【００３１】
上述した第１の電流制限値から第２の電流制限値への切り替えは、上位コントローラ４１からの指示で行われるが、インバータ４の出力電流制限値の切り替えの判断を制御装置５に行わせてもよい。具体的な出力電流制限値の切り替えの判断について図９を参照しつつ説明する。図９は、出力電流制限値の切り替えの判断を説明するための図である。図９に示す横軸はインバータ４の出力電流を表しており、縦軸はポンプ２の回転速度を表している。ポンプ２の負荷が十分小さい場合、インバータ４は第１の制限電流値よりも小さい電流を出力し、ポンプ２を定格速度で運転する（Ｐ１）。制御装置５は、ポンプ２の回転速度が一定になるように、ポンプ２の負荷に応じてインバータ４の出力電流を調整する。ポンプ２の負荷が増大すると、インバータ４は第１の電流制限値に相当する電流を出力し、ポンプ２を定格速度で運転する（Ｐ２）。
【００３２】
ポンプ２の負荷がさらに増大すると、ポンプ２の回転速度は低下する（Ｐ３）。インバータ４が第１の電流制限値に相当する電流を出力しているときに、制御装置５がポンプ２の回転速度の低下を検出すると、制御装置５は、インバータ４の出力電流制限値を第１の電流制限値から第２の電流制限値に切り替える。これにより、インバータ４の出力電流は第２の電流制限値まで上昇する（Ｐ４）。インバータ４が第２の電流制限値に相当する電流をモータ３に供給することにより、モータ３のトルクは増大し、ポンプ２の回転速度は定格速度まで復帰する（Ｐ５）。負荷が小さくなっていれば、制御装置５はインバータ４の出力電流制限値を第２の電流制限値から第１の制限電流値（Ｐ２）に切り替える。負荷が依然として大きい場合には、モータ３を第２の電流制限値に対応する電力で駆動する。モータ３およびインバータ４の過熱を防ぐために、第２の電流制限値でのモータ３の運転時間が所定の時間を超えた場合、制御装置５はインバータ４の出力電流制限値を第２の電流制限値から第１の電流制限値に切り替える。
【００３３】
ポンプ２の待機運転中、制御装置５はモータ３の回転速度を必要最低限の回転速度まで下げるようにインバータ４を制御する（Ｐ６）。上位コントローラ４１からの信号または操作パネルの操作により、ポンプ２は直ちに定格速度まで復帰する。
【００３４】
制御装置５は、ポンプユニットの過熱による故障を防ぐため、故障回避機能を有している。例えば、温度センサ１４，４２，４３，４４，４５、および４６のうち少なくとも１つの温度センサによって測定された温度が所定のしきい値を超えた場合は、制御装置５の故障回避機能が働き、インバータ４の出力電流制限値を第２の電流制限値から第１の電流制限値に切り替える。制御装置５は、上記温度センサの検出温度が所定のしきい値を超えた場合は、第２の電流制限値自体を引き下げることもできる。
【００３５】
上述の例では、第２の電流制限値に相当する電流の出力時間が所定の時間を超えた場合、制御装置５は、第２の電流制限値から第１の電流制限値に切り替える。これに代えて、制御装置５は、流量センサ１３で検出した気体の流量からインバータ４の出力電流制限値を第２の電流制限値から第１の電流制限値に切り替えてもよい。例えば、大量の気体を排気する場合には、上位コントローラ４１または操作パネルからの信号を受けて、制御装置５は、インバータ４の出力電流制限値を第１の電流制限値から第２の電流制限値に切り替え、流量センサ１３によって測定された流量が所定の値にまで低下したときは、インバータ４の出力電流制限値を第２の電流制限値から第１の電流制限値に切り替える。
【００３６】
流量センサ１３で測定される流量が少ないにもかかわらず、インバータ４の出力電流が大きい場合には、ポンプロータ２１に生成物が付着していると考えられる。そこで、このような場合には、インバータ４の出力電流制限値を第１の電流制限値から第２の電流制限値に切り替えることによって、生成物を除去することが好ましい。具体的には、流量センサ１３で測定された流量が所定のしきい値以下であって、かつインバータ４の出力電流が所定のしきい値以上である場合には、制御装置５はインバータ４の出力電流制限値を第１の電流制限値から第２の電流制限値に切り替えることが好ましい。流量センサ１３で測定される流量が大きく、かつインバータ４の出力電流も大きい場合、これは通常の運転状態
と考えられるので、インバータ４の出力電流制限値は第１の電流制限値に維持される。
【００３７】
また、インバータ４の出力電力の累積値が所定のしきい値を超えた場合、制御装置５は、インバータ４の出力電流制限値を第２の電流制限値から第１の電流制限値に切り替えてもよい。具体的には、制御装置５は、所定の単位時間（例えば０．１秒）あたりインバータ４の出力電力を記憶し、所定の期間（例えば数秒）に亘る上記所定の単位時間あたりの出力電力の累積値を算出し、この累積値が所定のしきい値を超えた場合には、インバータ４の出力電流制限値を第２の電流制限値から第１の電流制限値に切り替えてもよい。
【００３８】
第１の電流制限値から第２の電流制限値への切り替えが頻繁に起こる場合、異物の噛み込みなど、外部要因によりポンプ２の停止リスクが高まっていると考えられる。そこで、制御装置５は、第１の電流制限値から第２の電流制限値に切り替えられた頻度が所定のしきい値を上回った場合は、警告を発することが好ましい。また、通信信号伝達手段または接点接触により、上位コントローラ４１または操作パネルに警告を報知することが好ましい。
【００３９】
上述したように、制御装置５が一時的にインバータ４の出力電流制限値を大きくすることにより、ポンプユニットの過熱を防ぎながら、ポンプユニットを安定的に運転することができる。
【００４０】
図１０（ａ）はインバータ４の出力電流制限値を第１の電流制限値に設定した場合のインバータ４の出力電力とモータ３の回転速度との関係を示すグラフであり、図１０（ｂ）はインバータ４の出力電流とモータ３の回転速度との関係を示すグラフであり、図１０（ｃ）はインバータ４の出力電圧とモータ３の回転速度との関係を示すグラフである。図１０（ａ）において、モータ３を起動すると、モータ３の回転速度は定格速度まで上昇する。インバータ４は、モータ３の回転速度を一定に保つように電力を出力する。ポンプ２にかかる負荷が増えると、図１０（ｂ）に示すように、インバータ４の出力電流が第１の電流制限値に到達する。ポンプ２にかかる負荷がさらに増えて、モータ３の回転トルクよりも負荷トルクが大きくなると、インバータ４の出力電流値が第１の電流制限値に維持されたまま、モータ３の回転速度が低下する。モータ３の回転速度が低下すると、図１０（ｃ）に示すように、インバータ４の出力電圧が低下し、これに伴って図１０（ａ）に示すように、インバータ４の出力電力が低下する。
【００４１】
図１１（ａ）はインバータ４の出力電流制限値を第２の電流制限値に設定した場合のインバータ４の出力電力とモータ３の回転速度との関係を示すグラフであり、図１１（ｂ）はインバータ４の出力電流とモータ３の回転速度との関係を示すグラフであり、図１１（ｃ）はインバータ４の出力電圧とモータ３の回転速度との関係を示すグラフである。図１１（ａ）に示す点線は、図１０（ａ）のグラフと同一であり、図１１（ｂ）に示す点線は、図１０（ｂ）に示すグラフと同一である。インバータ４の電力は、モータ３の回転速度が定格速度に維持されるように制御される。ポンプ２の負荷が増大すると、図１１（ｂ）に示すように、インバータ４の出力電力が第２の電流制限値に到達する。ポンプ２にかかる負荷がさらに増えて、モータ３の回転トルクよりも負荷トルクが大きくなると、インバータ４の出力電流値が第２の電流制限値に維持されたまま、モータ３の回転速度が低下する。モータ３の回転速度が低下すると、図１１（ｃ）に示すように、インバータ４の出力電圧が低下し、これに伴って図１１（ａ）に示すように、インバータ４の出力電力が低下する。
【００４２】
図１１（ａ）に示すように、インバータ４の出力電流制限値を第２の電流制限値に設定してモータ３を駆動した場合、その電力は、図１０（ａ）に示すモータを駆動した場合と比べて長さＬに相当する分だけ増加している。したがって、モータ３のトルクは増大し、負荷が増えても回転速度が低下しにくい。
【００４３】
図１２はドライ真空ポンプ装置を備えた真空排気システムの他の例を示す図である。この真空排気システムは、ポンプ装置１と、ポンプ装置１に接続されたロードロックチャンバ５０と、ロードロックチャンバ５０に接続された真空チャンバ１１とを備えている。真空チャンバ１１とポンプ装置１との間にロードロックチャンバ５０が配置されている。ロードロックチャンバ５０と真空チャンバ１１とは連通管５１で接続されており、連通管５１には、開閉可能なゲートバルブ５２が取り付けられている。ゲートバルブ５２を閉じることで、真空チャンバ１１とロードロックチャンバ５０との間の気体の連通を遮断する。ロードロックチャンバ５０は、例えば半導体製造装置に用いられるものであり、真空チャンバ１１内を真空状態に維持したまま、真空チャンバ１１へ基板を出し入れすることができる。
【００４４】
真空チャンバ１１内は常に真空に維持される。ロードロックチャンバ５０にウェハを入れ、ポンプ２でロードロックチャンバ５０内を排気する。ロードロックチャンバ５０内が真空になったら、ゲートバルブ５２を開き、ウェハをロードロックチャンバ５０から真空チャンバ１１に搬入する。真空チャンバ１１でウェハを処理した後、ウェハを真空チャンバ１１からロードロックチャンバ５０に移送し、ゲートバルブ５２を閉じた後、ロードロックチャンバ５０内の気圧を大気圧に戻して、ウェハをロードロックチャンバ５０から取り出す。
【００４５】
ロードロックチャンバ５０内の排気は次のようにして行われる。ポンプ２を定格速度で運転し、この状態で、ロードロックチャンバ５０とポンプ２との間の吸込バルブ５３を開く。すると、ロードロックチャンバ５０内の大気圧の気体は一気にポンプ２に吸引され、ロードロックチャンバ５０内は大気圧から真空に排気される。この真空排気工程において、吸込バルブ５３を開くとき、ロードロックチャンバ５０内の気体がポンプ２に一気に流れ込むため、ポンプ２には過大な負荷がかかる。このため、モータ３の回転速度が低下し、ポンプ２の排気速度が低下することがある。
【００４６】
この問題を解決すべく、本実施形態では、吸込バルブ５３を開いてから所定時間経過するまで、インバータ４の出力電流制限値が第２の電流制限値に設定された条件下でモータ３を駆動する。吸込バルブ５３を開くことを契機に、制御装置５は、インバータ４の出力電流制限値を第１の電流制限値から第２の電流制限値に切り替える。吸込バルブ５３を開いた後、予め設定された時間だけポンプ２の回転速度を定格速度よりも数パーセントから十数パーセント上げてもよい。ポンプ２の回転速度を上げることでポンプ２の排気速度を上げることができる。これにより、ロードロックチャンバ５０内の排気時間が短縮され、生産性が向上する。
【００４７】
図１３は本発明の第２の実施形態に係るドライ真空ポンプ装置９０の模式図である。第１の実施形態と同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。図１３に示すように、ドライ真空ポンプ装置９０は、真空チャンバ１１に連結配管１２を介して接続されるブースターポンプユニット９２と、ブースターポンプユニット９２に接続されるメインポンプユニット９３とを備えている。ブースターポンプユニット９２は、ブースターポンプ１０２とモータ１０３とインバータ１０４とを備えている。メインポンプユニット９３は、メインポンプ１０６とモータ１０７とインバータ１０８とを備えている。メインポンプ１０６は真空チャンバ１１内の気体を大気圧から排出するものであり、ブースターポンプ１０２は真空チャンバ１１内の気体をさらに排出して真空度を高めるものである。メインポンプ１０６を起動してからブースターポンプ１０２を起動してもよいし、これらのポンプ１０２，１０６を同時に起動してもよい。
【００４８】
本実施形態におけるメインポンプ１０６は図２に示すポンプ２と同一の構造を有している。メインポンプ１０６の吸気管１１１は、ブースターポンプ１０２の排気口に接続されている。ブースターポンプ１０２はメインポンプ１０６より少ない段数のポンプロータで構成されている。ブースターポンプ１０２はメインポンプ１０６よりも大きな排気速度を有している。
【００４９】
ブースターポンプ１０２はモータ１０３に接続されており、モータ１０３はインバータ１０４に接続されている。メインポンプ１０６はモータ１０７に接続されており、モータ１０７はインバータ１０８に接続されている。インバータ１０４およびインバータ１０８の近傍にはインバータ１０４およびインバータ１０８の動作を制御する制御装置１１０が配置されている。制御装置１１０はポンプ装置９０の外部に設けられた操作パネル（外部指令装置）１１５に接続されており、操作パネル１１５を作業者が操作することによりインバータ１０４および／またはインバータ１０８の出力電流制限値を第１の電流制限値と第２の電流制限値との間で切り替える指令信号を制御装置１１０に送信する。特に説明しない制御装置１１０の構成および動作は、上述の制御装置５と同じであるので、その重複する説明を省略する。
【００５０】
ブースターポンプユニット９２およびメインポンプユニット９３には、これらのポンプユニット９２，９３内の温度を測定する複数の温度センサが取り付けられている。図示していないが、メインポンプユニット９３にはブースターポンプユニット９２と同じ温度センサが取り付けられている。以下、ブースターポンプユニット９３に取り付けられている温度センサについて説明し、重複する温度センサの説明を省略する。
【００５１】
ポンプ温度センサ１２０は、ブースターポンプ１０２のポンプケーシング１２１に取り付けられており、ポンプケーシング１２１の温度を測定している。軸受温度センサ１２２は、ブースターポンプ１０２の軸受１２３の近傍に配置されており、軸受１２３の温度を測定している。ロータ温度センサ１２４は、ブースターポンプ１０２の内部に配置されており、図示しないポンプロータの温度を測定している。モータ温度センサ１２５は、モータ１０３のコイル１２６に取り付けられており、モータ１０３の温度を測定している。吸気温度センサ１２７は、ブースターポンプ１０２の吸気管１３０に取り付けられており、ブースターポンプ１０２に流入する気体の温度を測定している。排気温度センサ１２８は、メインポンプ１０６の排気管１３１に取り付けられており、メインポンプ１０６から排出される気体の温度を測定している。
【００５２】
制御装置１１０は、ポンプユニットの過熱による故障を防ぐため、故障回避機能を有している。例えばブースターポンプユニット９２およびメインポンプユニット９３に取り付けられた温度センサのうち、少なくとも１つの温度センサが検出した温度が所定のしきい値を超えた場合は、制御装置１１０の故障回避機能が働き、インバータ１０４またはインバータ１０８の出力電流制限値を第２の電流制限値から第１の電流制限値に切り替える。制御装置１１０は、上記温度センサの検出温度が所定のしきい値を超えた場合は、第２の電流制限値自体を引き下げることもできる。
【００５３】
図１４は、外部指令装置として、操作パネル１１５の代わりに、上位コントローラ４１を制御装置１１０に接続した状態を示す模式図である。制御装置１１０は、上位コントローラ４１から送られた切替指令信号に従って、インバータ１０４および／またはインバータ１０８の出力電流制限値を第１の電流制限値から第２の電流制限値に切り替える。
【００５４】
図１５は、図１３，図１４に示すポンプ装置９０のシステムを模式的に示す図である。図１５に示す温度センサは、温度センサ１２０，１２２，１２４，１２５，１２７、および１２８を包括的に表したものである。図１５に示すように、ブースターポンプユニット９２およびメインポンプユニット９３に取り付けられた温度センサは、通信信号伝達手段または接点を通じて制御装置１１０と接続されている。各温度センサによって取得された温度信号は、制御装置１１０から上位コントローラ４１または操作パネル１１５に送られるようになっている。制御装置１１０は、インバータ１０４およびインバータ１０８にも接続されており、操作パネル１１５、または上位コントローラ４１からの信号に従ってインバータ１０４およびインバータ１０８の動作を制御する。
【００５５】
図１６は、ブースターポンプ１０２およびメインポンプ１０６の運転制御の一例を示す図である。図１６において、１５ｋＷの電力に対応する電流制限値を第１の電流制限値とし、２０ｋＷの電力に対応する電流制限値を第２の電流制限値とし、１０ｋＷの電力に対応する電流制限値を第３の電流制限値とする。図１６に示すように、ポンプ装置９０に供給される総電力を３０ｋＷとすると、ポンプ装置９０を通常運転する場合（条件１）は、インバータ１０４，１０８の出力電流制限値は第１の電流制限値に設定される。したがって、ブースターポンプユニット９２およびメインポンプユニット９３に最大で１５ｋＷずつの電力が供給される。
【００５６】
ポンプ装置９０を起動する場合（条件２）について説明する。ポンプ装置９０の起動時において、メインポンプ１０６を優先的に運転する場合、インバータ１０８の出力電流制限値は第２の電流制限値に切り替えられ、インバータ１０４の出力電流制限値は第１の電流制限値よりも低い第３の電流制限値に設定される。したがって、インバータ１０８は最大で２０ｋＷの電力をモータ１０７に供給し、インバータ１０４は、最大で１０ｋＷの電力をモータ１０３に供給する。次に、ブースターポンプ１０２が優先的に運転される。この場合、インバータ１０８の出力電流制限値は第３の電流制限値に切り替えられ、インバータ１０４の出力電流制限値は第２の電流制限値に切り替えられる。したがって、インバータ１０４は最大で２０ｋＷの電力をモータ１０３に供給し、インバータ１０８は、最大で１０ｋＷの電力をモータ１０７に供給する。その後、ポンプ装置９０は通常運転モードで運転される。この通常運転では、インバータ１０４，１０８の出力電流制限値は、第１の電流制限値に切り替えられる。したがって、インバータ１０４，１０８はモータ１０３，１０７に最大で１５ｋＷずつの電力を供給する。
【００５７】
生成物を除去する場合（条件３）、ブースターポンプ優先運転が行われる。すなわち、インバータ１０４の出力電流制限値は第２の電流制限値に切り替えられ、インバータ１０８の出力電流制限値は第３の電流制限値に切り替えられる。したがって、インバータ１０４は、最大で２０ｋＷの電力をモータ１０３に供給し、インバータ１０８は、最大で１０ｋＷの電力をモータ１０７に供給する。インバータ１０４は最大で２０ｋＷの電力をモータ１０３に供給するため、モータ１０３のトルクは増大し、生成物が除去される。
【００５８】
真空チャンバ１１内の気体を大気圧から排出する場合（条件４）、まず、メインポンプ優先運転が行われる。すなわち、インバータ１０８の出力電流制限値は第２の電流制限値に切り替えられ、インバータ１０４の出力電流制限値は第３の電流制限値に切り替えられる。したがって、インバータ１０８は最大で２０ｋＷの電力をモータ１０７に供給し、インバータ１０４は最大で１０ｋＷの電力をモータ１０３に供給する。真空チャンバ１１内の気体がある程度排出されたら、次にブースターポンプ優先運転が行われる。すなわち、インバータ１０４の出力電流制限値は第２の電流制限値に切り替えられ、インバータ１０８の出力電流制限値は第３の電流制限値に切り替えられる。したがって、インバータ１０４は最大で２０ｋＷの電力をモータ１０３に供給し、インバータ１０８は最大で１０ｋＷの電力をモータ１０７に供給する。このような運転条件の下でブースターポンプ１０２およびメインポンプ１０６を運転することにより、真空チャンバ１１内の気体を高速で排出することができる。結果として、目標の真空を形成するまでの時間を短縮することができる。なお、図１６で示した運転条件はこれに限られず、任意に運転条件を設定することができる。
【００５９】
図１７（ａ）はブースターポンプ優先運転時のメインポンプユニット９３のインバータ１０８の出力電力とモータ１０７の回転速度との関係を示すグラフであり、図１７（ｂ）はインバータ１０８の出力電流とモータ１０７の回転速度との関係を示すグラフであり、図１７（ｃ）はインバータ１０８の出力電圧とモータ１０７の回転速度との関係を示すグラフである。図１７（ａ）の点線は、インバータ１０８の出力電流制限値を第１の電流制限値に設定したときのモータ１０７の回転速度とインバータ１０８の出力電力との関係を表し、図１７（ａ）の実線は、インバータ１０８の出力電流制限値を第３の電流制限値に設定したときのモータ１０７の回転速度とインバータ１０８の出力電力との関係を表している。
【００６０】
モータ１０７を起動すると、モータ１０７の回転速度は定格速度まで上昇する。インバータ１０８は、モータ１０７の回転速度を一定に保つように電力を出力する。メインポンプ１０６にかかる負荷が増大すると、図１７（ｂ）に示すように、インバータ１０８の出力電流が第３の電流制限値に到達する。メインポンプ１０６にかかる負荷がさらに増えると、インバータ１０８の出力電流が第３の電流制限値に維持されたまま、モータ１０７の回転速度が低下する。モータ１０７の回転速度が低下すると、図１７（ｃ）に示すように、インバータ１０８の出力電圧が低下し、これに伴って図１７（ａ）に示すように、インバータ１０８の出力電力が低下する。
【００６１】
ブースターポンプ１０２を優先的に運転させた場合、モータ１０７に供給される電力は、第１の電流制限値に対応する電力よりも小さいため、図１７（ａ）および図１７（ｂ）の実線で示すように、通常運転時の電流よりも小さい電流がモータ１０７に供給される。
【００６２】
図１８（ａ）はブースターポンプ優先運転時のブースターポンプユニット９２のインバータ１０４の出力電力とモータ１０３の回転速度との関係を示すグラフであり、図１８（ｂ）はブースターポンプ優先運転時のインバータ１０４の出力電流とモータ１０３の回転速度との関係を示すグラフであり、図１８（ｃ）はブースターポンプ優先運転時のインバータ１０４の出力電圧とモータ１０３の回転速度との関係を示すグラフである。
【００６３】
図１８（ａ）の点線は、インバータ１０４の出力電流制限値を第１の電流制限値に設定したときのモータ１０３の回転速度とインバータ１０４の出力電力との関係を表し、図１８（ａ）の実線はインバータ１０４の出力電流制限値を第２の電流制限値に設定したときのモータ１０３の回転速度とインバータ１０４の出力電力との関係を表している。図１８（ａ）に示すように、インバータ１０４の出力電流制限値を第１の電流制限値から第２の電流制限値に切り替えた場合の電力値は、長さＬに相当する分だけ増加する。これにより、モータ１０３のトルクは増大し、負荷が増えてもブースターポンプ１０２の回転速度が一定に維持される。図１８（ａ）乃至図１８（ｃ）に示すグラフは、図１１（ａ）乃至図１１（ｃ）で示したグラフと同一である。
【００６４】
これまで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限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００６５】
１，９０    ポンプ装置
２      ポンプ
３，１０３，１０７  モータ
４，１０４，１０８  インバータ
５      制御装置
７      商用電源
８，１３０    吸気管
９，１３１    排気管
１１    真空チャンバ
１２    連結配管
１３    流量センサ
１４，１２０  ポンプ温度センサ
２０，１２１  ポンプケーシング
２１    ポンプロータ
２２    ロータケーシング
２３    回転軸
２４，２５，１２３  軸受
２７    タイミングギア
２８    ギアケース
３０    モータケーシング
３５    モータロータ
３６    永久磁石
３７    ステータコア
３９    磁極歯
４０，１２６    コイル
４１    上位コントローラ
４２，１２２  軸受温度センサ
４３，１２４  ロータ温度センサ
４４，１２５  モータ温度センサ
４５，１２７  吸気温度センサ
４６，１２８  排気温度センサ
５０    ロードロックチャンバ
５１    連通管
５２    ゲートバルブ
５３    吸込バルブ
９２    ブースターポンプユニット
９３    メインポンプユニット
１０２  ブースターポンプ
１０６  メインポンプ
１１０  制御装置
１１１  吸気管
１１５  操作パネル
【図１】
2014074380.tif 000003
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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