(57)【要約】  本発明は、包囲体を排気するためのポンプシステムに関する。本発明によるポンプシステムは、ポンプ機構(30)と、ポンプ機構(30)を駆動するモータ(32)と、モータ(32)を制御するコントローラ(36)を有する。コントローラ(36)は、モータ(32)の回転周波数の最大値及びモータ(32)内の電流の最大値を設定すると共に、包囲体の排気中、ポンプシステムの性能を最適化するために、回転周波数の最大値及びモータ(32)内の電流の最大値を独立に調整する。
2008529472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプシステムであって、
ポンプ機構と、
前記ポンプ機構を駆動するためのモータと、
前記モータを制御するためのコントローラと、を含み、
前記コントローラは、前記モータの回転周波数の最大値及び前記モータ内の電流の最大値を設定し、ポンプシステムの性能を最適化するために、ポンプシステムの作動中、前記回転周波数の最大値及び前記電流の最大値を調整する、ポンプシステム。
【請求項２】
前記コントローラは、比較的高圧におけるポンプシステムの作動中、前記モータ内の電流の最大値を上昇させ、比較的低圧におけるポンプシステムの作動中、前記モータの回転周波数の最大値を上昇させるように構成される、請求項１に記載のポンプシステム。
【請求項３】
更に、前記モータに可変周波数電力を供給するためのインバータを有し、
前記コントローラは、ポンプシステムの作動中、前記モータに供給される可変周波数電力の振幅及び周波数を調整するように構成される、請求項１又は２に記載のポンプシステム。
【請求項４】
前記コントローラは、ポンプシステム内の１つ又は２つ以上の状態を検出するための少なくとも１つのセンサから入力を受取り、且つ、検出された状態に応じて、前記回転周波数の最大値及び前記電流の最大値の少なくとも一方を調整するように構成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のポンプシステム。
【請求項５】
前記少なくとも１つのセンサは、ポンプシステム内のガス圧力を指示する信号を供給するように構成され、
前記コントローラは、前記受取った信号に応じて、前記回転周波数の最大値及び前記電流の最大値の少なくとも一方を調整するように構成される、請求項４に記載のポンプシステム。
【請求項６】
前記コントローラは、前記ガス圧力が予め決められた第１の値よりも低いときに、前記モータ内の前記電流の最大値を調整するように構成される、請求項５に記載のポンプシステム。
【請求項７】
前記予め決められた第１の値は、１００ｍｂａｒよりも大きい、請求項６に記載のポンプシステム。
【請求項８】
前記コントローラは、前記ガス圧力が、前記予め決められた第１の値よりも小さい予め決められた第２の値よりも低いときに、前記モータの前記回転周波数のための最大値を調整するように構成される、請求項６又は７に記載のポンプシステム。
【請求項９】
前記予め決められた第２の値は、１ｍｂａｒ〜１００ｍｂａｒの範囲内にある、請求項８に記載のポンプシステム。
【請求項１０】
前記予め決められた第２の値は、１０ｍｂａｒ〜１００ｍｂａｒの範囲内にある、請求項９に記載のポンプシステム。
【請求項１１】
２つの前記センサがそれぞれ、ポンプシステム内の異なる圧力を検出するように構成され、
前記コントローラは、検出された異なる圧力の関係に応じて、前記回転周波数の最大値及び前記電流の最大値の少なくとも一方を調整するように構成される、請求項５に記載のポンプシステム。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのセンサが、前記ポンプ機構に運ばれるガスの圧力を検出するように構成される、請求項５〜１１のいずれか１項に記載のポンプシステム。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのセンサが、前記ポンプ機構のガス排出口の圧力を検出するように構成される、請求項５〜１２のいずれか１項に記載のポンプシステム。
【請求項１４】
更に、前記ポンプ機構によって圧縮されたガスを大気に選択的に放出するために前記ポンプ機構からの排出口と流体連通した圧力リリーフ弁を有する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のポンプシステム。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのセンサが、前記圧力リリーフ弁の位置を検出するように構成され、
前記コントローラは、検出された位置に応じて、前記回転周波数の最大値及び前記電流の最大値の少なくとも一方を調整するように構成される、請求項５に従属する請求項１４に記載のポンプシステム。
【請求項１６】
前記コントローラは、前記圧力リリーフ弁が開位置から閉位置に移動するときに、前記モータ内の前記電流の最大値を小さくするように構成される、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記圧力リリーフ弁は、前記ポンプ機構によって圧縮されたガスの圧力が大気圧よりも高いときに、前記閉位置から前記開位置まで移動させられるように構成される、請求項１４〜１６のいずれか１項に記載のポンプシステム。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのセンサが、ポンプシステム内の温度を指示する信号を供給するように構成され、
前記コントローラは、前記受取った信号に応じて、前記回転周波数の最大値及び前記電流の最大値の少なくとも一方を調整するように構成される、請求項４に記載のポンプシステム。
【請求項１９】
前記コントローラは、前記温度が予め決められた第１の値よりも大きいときに前記モータ内の前記電流の最大値を調整するように構成される、請求項１８に記載のポンプシステム。
【請求項２０】
前記コントローラは、前記温度が前記予め決められた第１の値と異なる予め決められた第２の値よりも高いときに、前記モータの前記回転周波数の最大値を調整するように構成される、請求項１９に記載のポンプシステム。
【請求項２１】
２つの前記センサがそれぞれ、ポンプシステム内の異なる温度を検出するように構成され、
前記コントローラは、検出された異なる温度の関係に応じて、前記回転周波数の最大値及び前記電流の最大値の少なくとも一方を調整するように構成される、請求項１８に記載のポンプシステム。
【請求項２２】
前記少なくとも１つのセンサが、前記ポンプ機構からのガス排出口の温度を指示する信号を供給するように構成される、請求項１８〜２１のいずれか１項に記載のポンプシステム。
【請求項２３】
前記少なくとも１つのセンサが、前記ポンプ機構へのガス入口の温度を指示する信号を供給するように構成される、請求項１８〜２２のいずれか１項に記載のポンプシステム。
【請求項２４】
前記少なくとも１つのセンサが、前記ポンプ機構の温度を指示する信号を供給するように構成される、請求項１８〜２３のいずれか１項に記載のポンプシステム。
【請求項２５】
前記コントローラは、予め決められたタイミング関係に従って、前記回転周波数の最大値及び前記電流の最大値を設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のポンプシステム。
【請求項２６】
ポンプ機構及び前記ポンプ機構を駆動するためのモータを有するポンプシステムを制御する方法であって、
前記モータの回転周波数の最大値及び前記モータ内の電流の最大値を設定し、
ポンプシステムの作動中、前記回転周波数の最大値及び前記電流の最大値を調整して、ポンプシステムの性能を最適化する、方法。
【請求項２７】
比較的高圧でのポンプシステムの作動中、前記モータ内の前記電流の最大値を大きくし、比較的低圧でのポンプシステムの作動中、前記モータの前記回転周波数の最大値を大きくする、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記ポンプシステムの作動中、前記モータに供給する電力の振幅及び周波数を調整する、請求項２６又は２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記回転周波数の最大値及び前記電流の最大値の少なくとも一方を、ポンプシステムの１つ又は２つ以上の作動状態に応じて調整する、請求項２６〜２８のいずれ１項に記載の方法。
【請求項３０】
前記回転周波数の最大値及び前記電流の最大値の少なくとも一方を、ポンプシステム内の少なくとも１つのガス圧力に応じて調整する、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記ガス圧力が予め決められた第１の値よりも低いとき、前記モータ内の前記電流のための最大値を小さくする、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記予め決められた第１の値は、１００ｍｂａｒよりも大きい、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記ガス圧力が、前記予め決められた第１の値よりも小さい予め決められた第２の値よりも低いとき、前記モータの前記回転周波数の最大値を大きくする、請求項３１又は３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記予め決められた第２の値は、１ｍｂａｒ〜１００ｍｂａｒの範囲内にある、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記予め決められた第２の値は、１０ｍｂａｒ〜１００ｍｂａｒの範囲内にある、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記回転周波数の最大値及び前記電流の最大値の少なくとも一方を、ポンプシステム内の２つのガス圧力間の関係に応じて調整する、請求項２９に記載の方法。
【請求項３７】
前記少なくとも１つのガス圧力は、前記ポンプ機構に運ばれるガスの圧力である、請求項３０〜３６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３８】
前記少なくとも１つのガス圧力は、前記ポンプ機構からのガス排出口の圧力である、請求項３０〜３７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３９】
前記ポンプシステムは、圧力リリーフ弁を前記ポンプ機構の下流に有し、前記回転周波数の最大値及び前記電流の最大値の少なくとも一方を、前記圧力リリーフ弁の位置に応じて調整する、請求項２６〜３８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４０】
前記圧力リリーフ弁が開位置から閉位置に移動するとき、前記モータ内の前記電流の最大値を小さくする、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記回転周波数の最大値及び前記電流の最大値の少なくとも一方を、ポンプシステムの少なくとも１つの温度に応じて調整する、請求項２９に記載の方法。
【請求項４２】
前記少なくとも１つの温度が予め決められた第１の値よりも高いとき、前記モータ内の前記電流の最大値を小さくする、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記少なくとも１つの温度が、前記予め決められた第１の値と異なる予め決められた第２の値よりも高いとき、前記モータの前記回転周波数の最大値を大きくする、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記回転周波数の最大値及び前記電流の最大値の少なくとも一方を、ポンプシステムの少なくとも２つの温度間の関係に応じて調整する、請求項４１に記載の方法。
【請求項４５】
前記少なくとも１つの温度が、前記ポンプ機構からのガス排出口の温度である、請求項４１〜４４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４６】
前記少なくとも１つの温度が、前記ポンプ機構の温度であることを特徴とする請求項４１〜４５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４７】
前記回転周波数の最大値及び前記電流の最大値を、予め決められたタイミング関係に従って調整する、請求項２６〜２８のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプシステムを作動させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜を基板上に堆積させる半導体素子及びフラットパネルディスプレイの製造、及び冶金処理において、真空処理が一般的に使用されている。ロードロックチャンバ等の比較的大きな処理チャンバを望ましい圧力まで排気するために使用されるポンプシステムは、一般的に、少なくとも１つのバッキングポンプと直列に接続した少なくとも１つのブースターポンプを含む。
【０００３】
ポンプ機構に潤滑油があると、真空処理を行う清浄な環境を汚染する可能性があるために、ブースターポンプは、典型的にオイルフリーのポンプ機構を有する。このような「ドライ」真空ポンプは、一般的に、ポンプ機構において相互にかみ合う回転子を用いた一段又は多段の容積移送式ポンプである。回転子は、各段で同種のプロフィールを有していてもよいし、段毎にプロフィールが変わってもよい。バッキングポンプは、ブースターポンプと同様のポンプ機構であってもよいし、異なるポンプ機構であってもよい。
【０００４】
一般的に、非同期ＡＣモータが、ブースターポンプのポンプ機構を駆動する。このようなモータは、ポンプが、その入口と排出口の間に送り込まれたガスを適度に圧縮することができ、かつ、生じるポンプ送り速度が所要の負荷に十分なものである定格値を有する。
【０００５】
ブースターポンプのモータに供給される電力の一部分は、特に中及び高入口圧力レベルにおいて、ポンプ本体及び回転子を熱くさせる可能性がある圧縮熱を排気に発生させる。圧縮量及び生じる差圧が適切に制御されない場合、ブースターポンプが過熱し、最終的に潤滑障害、過度の熱膨張、及び焼き付きを招く危険があるであろう。かくして、通常は、低入口圧力における通常の使用で適切な圧力を供給することができるブースターポンプの大きさ及びポンプ送り速度に対して標準的なモータを選択するが、ポンプが中及び高入口圧力レベルにおいて保護手段なしで作動される場合には、依然として過熱の危険がある。
【０００６】
上述の従来のポンプシステムでは、高程度から中程度の入口圧力で頻繁かつ反復する作動が要求される場合がある。例えば、ロードロックチャンバは、チャンバ内にある基板を処理チャンバに移動することを可能にするために大気圧から低圧へ排気し、続いて処理済の基板を取り除き、新しい基板と交換することを可能にするために大気圧に露出させるということを繰り返す。ブースターポンプにより作り出されるガス圧縮量、及びその入口と排出口の間で発生する差圧は、発生する熱の量を制御して過熱の危険を制限するために、様々な手段によって制限される。ブースターポンプにより生じさせるガス圧縮が過度に制限された場合、大きな真空チャンバの排気時間が望ましくなく遅くなる可能性がある。ブースターポンプにより生じさせるガス圧縮が十分に制限されない場合、その結果、真空チャンバの排気時間は速くなるであろうが、機械的ブースターポンプが過熱する場合がある。
【０００７】
ブースターポンプのモータを駆動するために、モータとモータの電源の間に可変周波数駆動ユニットを設けるのがよい。かかる可変周波数駆動ユニットは、電源に供給されるＡＣ電力をＤＣ電力に変換し、その後ＤＣ電力を望ましい振幅及び周波数のＡＣ電力に変換することにより作動する。モータに供給される電力は、モータに供給される電流を制御することにより制御され、この電流は、次に、モータの電圧の周波数及び／又は振幅を調整することにより制御される。モータに供給される電流は、モータで生成されるトルク量を決定し、従って、ポンプ機構を回転させるのに利用可能なトルクを決定する。電力の周波数は、ポンプ機構の回転速度を決定する。電力の周波数を変えることにより、ブースターポンプは、ガス装填が実質的に変化する場合がある条件下でも、一定のシステム圧力を維持することができる。
【０００８】
ブースターポンプの過負荷を防止するために、可変周波数駆動ユニットは、電力の周波数の最大値（ｆmax）、及びモータに供給される電流の最大値（Ｉmax）を設定する。従来、この電流の制限は、モータの連続定格に適切なものであり、且つ、ポンプ機構により生じる実効トルク及び生じる差圧量を制限し、それにより、発生する排気熱の量を制限する。
【０００９】
急速排気サイクルの開始時、排気流量を最大にするために、ポンプ機構をできるだけ速く回転させることが望ましい。サイクルの開始時におけるガスの高圧力及び従って比較的高い密度により、ポンプ機構をｆmax近くの周波数で回転させるには大きなトルクが必要であり、従って、一般的にＩmaxよりも大きい電流が必要になる。モータの損傷を防ぐために、ブースターポンプのモータに供給される電力の周波数は、ｆmaxよりも低い何らかのレベルまで急速に引き下げられ、その結果、ポンプの回転速度が急激に低下すると同時に、生じる差圧が制限される。排気が進み、入口圧力が減少するにつれて、駆動ユニットは、周波数をｆmaxに向けて一定の期間にわたって上昇させ、次第にブースターポンプの回転速度を上げることになる。これは、ブースターポンプが過熱することを、全ての入口圧力において防止するけれども、回転速度を下げている期間により、チャンバを大気圧から望ましい低圧まで排気するのに要する時間（「ポンプダウン」時間）を望ましくなく延長させる場合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の少なくとも好ましい実施形態の目的は、上記課題及びその他の課題を解決することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の側面では、本発明は、ポンプ機構と、ポンプ機構を駆動するためのモータと、モータを制御するためのコントローラとを有するポンプシステムを提供し、コントローラは、モータの回転周波数の最大値（ｆmax）及びモータ内の電流の最大値（Ｉmax）を設定し、ポンプシステムの作動中、ポンプシステムの性能を最適化するために、回転周波数の最大値及び電流の最大値を調整する。
【００１２】
ポンプシステムは、好ましくは、モータに可変周波数電力を供給するためのインバータと、ポンプシステムの作動中に電力の振幅及び周波数を調整するコントローラとを含む。
【００１３】
コントローラは、好ましくは、システム内の１つ又は２つ以上の状態を検出する少なくとも１つのセンサから入力を受取り、検出された状態に応じて、回転周波数の最大値及び電流の最大値の少なくとも一方を調整するように構成されている。例えば、少なくとも１つのセンサは、ポンプシステム内のガス圧力を指示する信号を供給するように構成され、コントローラは、受信信号に応じて、回転周波数の最大値及び電流の最大値の少なくとも一方を調整する。別の例では、少なくとも１つのセンサは、ポンプシステムの温度を指示する信号を供給するように構成され、コントローラは、受信信号に応じて、回転周波数の最大値及び電流の最大値の少なくとも一方を調整する。更に別の例では、外部センサを利用せず、その代わりに、コントローラは、設置されたシステム構成及びパラメータに従った時間だけに応じて、回転周波数の最大値及び電流の最大値の少なくとも一方を調整する。
【００１４】
好ましい実施形態では、大気圧からの包囲体の排気中、ガス圧力が減少するにつれて回転周波数の最大値及び電流の最大値の両方を変更する。コントローラは、比較的高圧でのポンプシステムの作動中、モータ内の電流の最大値（Ｉmax）を上昇させ、比較的低圧でのポンプシステムの作動中、モータの回転周波数の最大値（ｆmax）を上昇させるように構成される。
【００１５】
第１の比較的高圧の領域、即ち、ポンプ機構への入口における圧力が大気圧から減少する領域において、Ｉmaxを、この高圧領域での使用中におけるモータの定格仕様よりも大きい値まで上昇させるのがよく、かかる大きい値は、ブースターの排出口を直接大気に通気させた状態において、ブースター入口圧力が定格のＩmaxによって可能な圧力よりも低い圧力レベルになるように増大させた差圧を作り出すのに十分に大きい。
【００１６】
このＩmaxを上昇させた値で排気サイクル全体を作動させた場合、モータが過熱する危険がある。このような観点から、圧力が予め決められた第１の値、例えば、１００ｍｂａｒ〜５００ｍｂａｒ（１０4〜５×１０4Ｐａ）の範囲内の値よりも低くなった状態で、Ｉmaxの値を下降させ、生成される圧力差を安全圏内に維持してポンプ機構の過熱を防止しながら最適なポンプ性能を可能にする。
【００１７】
ガス圧力が予め決められた第１の値よりも低い予め決められた第２の値、例えば、１ｍｂａｒ〜１００ｍｂａｒ（１０2〜１０4Ｐａ）の範囲内の値、より好ましくは、１０ｍｂａｒ〜１００ｍｂａｒ（１０3〜１０4Ｐａ）の範囲内の値に達したら、包囲体から排出されるガスの密度は、ポンプ機構を過熱する危険性を生じさせる程度ではなくなり、従って、ｆmaxを上げてポンプ性能を改善するのがよい。
【００１８】
ポンプ機構に供給されるガスの圧力に応じて回転周波数の最大値及び電流の最大値を変える代わりに、ポンプ機構からのガスの排出口における圧力に応じて回転周波数の最大値及び電流の最大値の少なくとも一方を調整してもよい。変形例として、ポンプ機構の本体温度、ポンプ機構に入るガスの入口における温度、及び／又はポンプ機構から排出されるガスの排出口における温度に応じて、回転周波数の最大値及び電流の最大値を調整してもよい。
【００１９】
ポンプ機構は、包囲体からガスをポンプ送りするためのブースターポンプのポンプ機構であることが好ましい。ポンプシステムはまた、プライマリーポンプ、即ち、バッキングポンプを有するのがよく、このプライマリーポンプは、ブースターポンプの排出口に連結された入口を有する。プライマリーポンプを通さない別の通気管路を使用して、排気を大気に自由に直接通気させることが可能であり、且つ、ブースターポンプの回転速度に制限がなければ、高入口圧力におけるブースターポンプは単独で、利用可能なモータ電力によって決定される入口圧力まで大気圧から減少させる正味ポンプ送り速度を有することができ、この正味ポンプ速度は、プライマリーポンプを通して大気圧に接続されるときに達成できるポンプ速度よりも速い。これは、その他の方法で得られる包囲体の排気よりも速い排気を達成するのに役立つ。この通気管路が圧力リリーフ弁で終わっている場合、圧力リリーフ弁は、大気に通じ、ブースターポンプからの排気圧が大気圧よりも大きいときはいつでも自由に通気し、それにより、ブースターポンプが最大定格速度で作動することを可能にする。従って、ポンプシステムは、好ましくは、ブースターポンプ機構によって圧縮されたガスを大気に選択的に放出するために、ブースターポンプ機構からの排出口と流体連通した圧力リリーフ弁を含む。圧力リリーフ弁は、好ましくは、ブースターポンプからの排気圧が大気圧よりも低い時に自動的に閉じるように構成され、その時点で、プライマリーポンプは、ブースターポンプの出口圧力を更に減少させ且つ正味ポンプ送り速度を増大させるのに有効になる。
【００２０】
圧力リリーフ弁の閉鎖は、ポンプシステム内の圧力の便利な指示をもたらすことができ、従って、少なくとも１つのセンサは、圧力リリーフ弁の位置を検出するように構成され、コントローラは、圧力リリーフ弁が開位置から閉位置に移動する時にモータ内の電流の最大値を下げるように構成することができる。
【００２１】
第２の側面では、本発明は、ポンプ機構及びポンプ機構を駆動するためのモータを有するポンプシステムを制御する方法を提供し、本発明による方法は、モータの回転周波数の最大値及びモータ内の電流の最大値を設定し、ポンプシステムの作動中、ポンプシステムの性能を最適化するためにこれらの最大値を調整する。
【００２２】
本発明によるポンプシステムの側面に関連して上述した特徴は、本発明による方法の側面に等しく適用可能であり、その逆もまた同様である。
【００２３】
次に、添付の図面を参照して本発明の好ましい特徴を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、ロードロックチャンバ又は他の比較的大きなチャンバ等の包囲体１０を排気する真空ポンプシステムを示している。この真空ポンプシステムは、バッキングポンプ１４と直列に連結されたブースターポンプ１２を有している。ブースターポンプ１２は、好ましくは、包囲体１０の出口２０に導管１８の形態の排気通路１８によって連結された入口１６を有している。ブースターポンプ１２の排出口２２は、バッキングポンプ１４の入口２６に導管２４によって連結されている。バッキングポンプ１４は、包囲体１０から引込んだガスを大気へ排出する排出口２８を有している。
【００２５】
図示のポンプシステムは、単一のブースターポンプと単一のバッキングポンプとを有しているけれども、包囲体のポンプ送り要件に応じて、任意の数のブースターポンプが設けられてもよい。複数のブースターポンプが設けられる場合、各ブースターポンプは、同じ作動条件におかれるように並列に接続されるのがよい。比較的多くの数のブースターポンプが設けられる場合、２つ又は３つ以上のバッキングポンプが並列に設けられるのがよい。更に、必要に応じて、同様に並列に接続される追加の列のブースターポンプが、第１の列のブースターポンプとバッキングポンプの間に設けられてもよい。
【００２６】
また図２を参照すれば、ブースターポンプ１２は、可変速モータ３２によって駆動されるポンプ機構３０を有している。ブースターポンプ１２は、典型的には、基本的にドライ（即ち、オイルフリー）なポンプ機構３０を有しているが、一般的に、ポンプ機構を駆動するためのいくつかの構成要素、例えば、軸受及び伝動装置を有し、これらの構成要素は、それらが有効であるために潤滑を必要とする。ドライポンプの例は、「Ｒｏｏｔｓ」ポンプ、「Ｎｏｒｔｈｅｙ」（即ち、「クロー」）ポンプ、及びネジポンプである。「Ｒｏｏｔｓ」及び／又は「Ｎｏｒｔｈｅｙ」機構を組み込んだドライポンプは、一般的に、各ポンプチャンバにおいて、互いにかみ合う回転子を採用する多段容積移送式ポンプである。回転子は、回転するシャフトに位置決めされ、各チャンバにおいて同種の輪郭を有していてもよいし、チャンバ毎に輪郭が異なっていてもよい。
【００２７】
バッキングポンプ１４は、ブースターポンプ１２と同様のポンプ機構を有するか、異なるポンプ機構を有するかのいずれかである。バッキングポンプ１４は、例えば、回転羽根ポンプ、回転ピストンポンプ、「Ｎｏｒｔｈｅｙ」即ち「クロー」ポンプ、又はネジポンプである。バッキングポンプ１４のモータ３４は、バッキングポンプ１４のポンプ機構を駆動する。
【００２８】
ブースターポンプ１２の可変速モータ３２は、ブースターポンプ１２のポンプ機構３０を駆動するのに適した可変速モータであるのがよい。好ましい実施形態では、可変速モータ３２は、非同期ＡＣモータを含む。可変速モータ３２を駆動するコントロールシステムは、電源３８によって供給されるＡＣ電力を受取って、受取ったＡＣ電力を可変速モータ３２への電力供給に変換する可変周波数駆動ユニット３６を有している。
【００２９】
図３は、可変周波数駆動ユニット３６をより詳細に示している。可変周波数駆動ユニット３６は、インバータ４０と、インバータコントローラ４２とを有している。知られているように、インバータ４０は、電源３８からのＡＣ電力をパルスＤＣ電力に変換する整流回路と、パルスＤＣ電力をＤＣ電力にフィルタリングする中間ＤＣ回路と、ＤＣ電力を、可変速モータ３２を駆動するためのＡＣ電力に変換するインバータ回路とを有している。
【００３０】
インバータコントローラ４２は、インバータ４０の作動を、電力が望ましい振幅及び周波数を有するように制御する。インバータコントローラ４２は、ポンプシステムの作動状態に応じて、電力の振幅及び周波数を調整する。図２及び３に示す例では、インバータコントローラ４２は、ポンプシステム内のガス圧力に応じて電力を制御する。図示のように、インバータコントローラ４２は、導管１８内の圧力を検出するための第１の圧力センサ４４から、ブースターポンプ１２の入口１６における圧力を指示する第１の信号を受取る。その代わりに又はそれに加えて、インバータコントローラ４２は、導管２４内の圧力を検出するための第２の圧力センサ４６から、ブースターポンプ１２の排出口２２における圧力を指示する第２の信号を受取ってもよい。次に、インバータコントローラ４２は、第１の信号及び第２の信号の一方又は両方に応じて、電力を変化させる。インバータ４０から出力される電力の周波数が変化すると、可変速モータ３２の回転速度が周波数の変化に従って変化する。かくして、可変周波数駆動ユニット３６は、包囲体１０の排気中、ブースターポンプ１２の速度を変え、ブースターポンプ１２の性能を最適化することができる。
【００３１】
インバータコントローラ４２は、可変周波数駆動ユニット３６の２つ又は３つ以上の作動限界のための値、特に可変速モータ３２に供給される電力の最大周波数（ｆmax）及び可変速モータ３２に供給してもよい最大電流（Ｉmax）を設定する。上述のように、Ｉmaxの値は、通常、可変速モータ３２の連続定格に適合するように設定され、即ち、可変速モータが過負荷条件に達することなしに無期限に作動することができる電力に適合するように設定される。可変速モータ３２に供給される電力の最大周波数を設定することは、ポンプ機構３０に利用可能な実効トルクを制限するという効果を有する。これにより、ブースターポンプ１２の入口１６と排出口２２との間に生じる差圧を制限し、かくして、ブースターポンプ１２内に発生する熱量を制限する。
【００３２】
インバータコントローラ４２はまた、可変速モータ３２に供給される電流を検出する。可変速モータ３２に供給される電流は、可変周波数駆動ユニット３６によって可変速モータ３２に供給されるＡＣ電力の周波数及び振幅の値に依存する。可変速モータ３２に供給される電流がＩmaxを超える場合、可変速モータ３２に供給される電力の周波数及び振幅を急速に減少させるように、インバータコントローラ４２は、インバータ４０を制御し、それにより、電流をＩmaxよりも低くすると共に、ブースターポンプ１２の回転速度を減少させる。
【００３３】
図１に戻ると、ブースターポンプ１２の排出口２２とバッキングポンプ１４の入口２６の間に延びる導管２４に、分岐導管４８が連結されている。分岐導管４８は、過剰圧力リリーフ弁５０で終わっている。導管２４内の圧力が所定の圧力、この例では大気圧付近、又は、大気圧を僅かに超える圧力に達すると、リリーフ弁５０が開いて、導管２４内の圧縮されたガスを大気に放出する。図２及び図３に示すように、リリーフ弁５０の位置を指示する信号を出力するためのセンサ５２が設けられるのがよく、この信号は、インバータコントローラ４２にも供給される。かくして、インバータコントローラ４２は、ブースターポンプ１２の入口１６及び排出口２２における圧力をそれぞれ指示するセンサ４４、４６からの信号と、過剰圧力リリーフ弁５０の位置を指示するセンサ５２からの信号とを受取るのがよい。
【００３４】
次に、包囲体１０を大気圧から望ましい圧力まで排気するように、図１〜図３に示すポンプシステムを作動させる方法について説明する。
【００３５】
包囲体１０の排気の初期段階中の高入口圧力では、ブースターポンプ１２からのガス排出口２２の圧力は、ブースターポンプ１２のポンプ機構３０によるガスの圧縮により、大気圧よりも上になり、その結果、過剰圧力リリーフ弁５０を開き、ブースターポンプ１２からのガス排出口２２が大気に直接通じることを可能にし、ポンプシステムの正味ポンプ送り速度を向上させる。
【００３６】
上述のように、インバータコントローラ４２は、可変速モータ３２の連続定格に適した、即ち、可変速モータが過負荷状態に達することなしに無期限に作動することができる電力に適したＩmax及びｆmaxの値を予め設定する。ポンプシステムのこの初期作動段階中、ブースターポンプ１２の中を通るガスが比較的高圧力であるため、ポンプ機構３０をｆmaxに達する周波数で回転させるのに十分なトルクを可変速モータ３２に与えると共に、満足できる中間圧力までポンプダウンさせるのに十分なポンプ機構の前後の差圧を与える高電流が必要である。このために最適な電流は、一般的に通常のＩmaxの値よりも大きくなる。包囲体１０の排気のこの初期段階中、ブースターポンプ１２のポンプ機能を最大にするために、Ｉmaxの値を、ブースターポンプ１２の最大能力を利用することが可能な値、即ち、可変速モータ３２の通常の定格よりも高い値まで一時的に上昇させる。かくして、ブースターポンプは、包囲体１０の排気のこの初期高圧力段階中、包囲体の増大した排出流量を引き延ばすために、図４の「Ｈ」で示すように一時的に「過負荷」になり、図４の符号５３は、ポンプシステムの作動中の入口圧力と包囲体１０の正味ポンプ速度、即ち、排出流量の変化を示し、それを、作動中にｆmax及びＩmaxを変化させないポンプシステムの同様の変化（符号５５）と比べている。変形例として、ブースターポンプ１２に通常取り付けられる可変速モータよりも実質的に大きく且つより大きい定格電流を有する可変速モータを利用して、一時的に大きくするＩmaxの値が実際に可変速モータの過負荷条件にならないようにしてもよい。
【００３７】
上昇させたＩmaxの値を有するブースターポンプ１２の延長作動による過負荷を防止するために、引き続いて、第１の所定時間が経過した後、又は、ポンプシステムのガス圧力が予め決められた第１の値に達したとき、Ｉmaxの値を予め設定された値に戻す。
【００３８】
この予め決められた第１の値は、センサ４４、４６、５２のいずれかから受取る信号から見つけることができる。例えば、センサ４４から出力される信号が指示するブースターポンプ１２の入口１６におけるガス圧力が、図４の符号５４に示すように予め決められた第１の値、図示の例では約２００ｍｂａｒ（２×１０4Ｐａ）よりも低くなったとき、ブースターポンプ１２の過負荷を終わらせる。別の方法として、センサ４６から出力される信号が指示するブースターポンプ１２の排出口２２におけるガス圧力が、予め決められた第１の値、図示の例では大気圧付近よりも低くなったとき、ブースターポンプ１２の過負荷を終わらせてもよい。これは、過剰圧力リリーフ弁５０を閉じることによって、センサ５２からインバータコントローラ４２への入力として好都合に検出することができる。従って、これら３つのセンサ４４、４６、５２から出力された信号のいずれか１つを、Ｉmaxの値を小さくするトリガとして使用することができる。この時点でＩmaxを小さくする結果、一般的にブースターポンプの可変速モータの回転速度を減少させることになる。
【００３９】
包囲体１０の排気の中間圧力段階（第２段階）中（図４の「Ｉ」で示す）、Ｉmaxの値を予め設定した値まで減少させることにより、この中間圧力段階中に、ブースターポンプ１２により生成された差圧をブースターポンプ１２の過熱を防ぐ限度内に維持しながら最高のブースターポンプの性能を可能にする。過剰圧力リリーフ弁５０を閉じて１次ポンプ（バッキングポンプ）１４がブースターポンプ１２と流体連通すると、１次ポンプ（バッキングポンプ）１４が有効となってポンプシステムの正味ポンプ送り速度を高め、図４に示すように、このポンプ送り速度は、ブースターポンプ１２の入口１６における圧力が低下するにつれて徐々に増加する。
【００４０】
排気が進行し、ブースターポンプ１２の入口１６における圧力が減少する時に、インバータコントローラ４２は、次第にモータ３２に供給する電力の周波数を上げ、ポンプ送り速度を最大にするためにＩmax付近の電流を維持する。ブースターポンプ１２に入るガスの圧力が低下するにつれて、このガスの密度も減少し、従って、入口圧力が低下するにつれて、ブースターポンプ１２が過熱する危険が減少する。これを考慮して、包囲体１０の更に別の排気中に、ブースターポンプ１２の性能を最大にするために、インバータコントローラ４２は、包囲体１０の排気の低圧力段階（第３段階、図４の「Ｌ」で示す）に対してｆmaxの値を上げる。ｆmaxの値の増加は、第２の所定期間が経過した後、又は、ポンプシステムのガス圧力が予め決められた第１の値よりも低い予め決められた第２の値に達したとき、トリガさせる又は開始させるのがよい。
【００４１】
この予め決められた第２の値は、センサ４４、４６のいずれかから受取る信号から見つけることができる。例えば、ｆmaxの値は、センサ４４から出力される信号が示すブースターポンプ１２の入口１６におけるガス圧力が、図４の５６に示すように予め決められた第２の値、図示の例では約３０ｍｂａｒ（３×１０3Ｐａ）よりも低下したときに上昇させるのがよい。別の方法として、センサ４６から出力される信号が示すブースターポンプ１２の排出口２２におけるガス圧力が、予め決められた第２の値よりも低くなったとき、ｆmaxを上昇させてもよい。明らかであるが、予め決められた第１の値及び第２の値がセンサ４４のみの入力から判断される場合、センサ４６、５２を設ける必要はない。変形例として、２つ又は３つ以上の圧力信号の関係を利用して、好ましい制御信号を得てもよい。
【００４２】
かくして、ポンプシステムは、高入口圧力では、ポンプ送り速度を増大させて大気に排気し、中間入口圧力では、作動温度の制御を維持し、低圧力ではポンプ送り速度を増大させるブースターポンプ１２の利点を兼ね備えることができる。
【００４３】
可変周波数駆動ユニット３６を制御する他の技術を、図５及び６に示す。この技術は、図５及び６に示す例では、インバータコントローラ４２がポンプシステム内の１つ又は２つ以上の温度に応じて電力を制御するということを除き、図２及び３を参照して説明した技術と同様である。図示のように、インバータコントローラ４２は、第１の温度センサ６０から、ポンプ機構の温度を指示する第１の信号を受取る。それに代えて又はそれに加えて、インバータコントローラ４２は、導管２４内のガスの温度を検出する第２の温度センサ６２から、ブースターポンプ１２からの排気温度を指示する第２の信号を受取ってもよい。それに代えて又はそれに加えて、インバータコントローラ４２は、導管１８内のガスの温度を検出する第３の温度センサ７０から、ブースターポンプ１２に入るガスの温度を指示する第３の信号を受取ってもよい。変形例として、２つ又は３つ以上の温度信号の関係を利用して、好ましい制御信号を得てもよい。このとき、インバータコントローラ４２は、第１の信号、第２の信号及び第３の信号の１つ又は２つ以上に応じて、電力並びにｆmax及びＩmaxの値を変える。例えば、温度の１つが予め決められた第１の値に達したとき、Ｉmaxの値を予め設定した値に戻し、温度の１つが予め決められた第１の値とは異なる予め決められた第２の値に達したとき、ｆmaxの値を上昇させる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】包囲体を排気するためのポンプシステムの例を概略的に示す図である。
【図２】図１のポンプシステムのブースターポンプのモータを駆動する駆動システムの第１の実施形態を概略的に示す図である。
【図３】図２の駆動システムの可変周波数駆動ユニットをより詳細に示す図である。
【図４】図１のポンプシステムの作動中の入口圧力に対する包囲体の正味ポンプ送り速度即ち排気流量の変化を示すグラフである。
【図５】図１のポンプシステムのブースターポンプのモータを駆動する駆動システムの第２の実施形態を概略的に示す図である。
【図６】図５の駆動システムの可変周波数駆動ユニットをより詳細に示す図である。
【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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【国際調査報告】
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