(57)【要約】【課題】真空センサの使用やインバータによる制御による問題点を解消するとともに、設備コストの増加を抑え、またメンテナンス回数を低減して修理作業工数を低減できるような複数の真空ポンプの運転制御装置および方法を提供することを課題とする。【解決手段】前記ポンプＰＡ、ＰＢ、ＰＣを駆動するモータＭＡ、ＭＢ、ＭＣに流れる電流を検出する電流検出手段５と、該電流検出手段５からの電流値に基づいて所定の電流範囲内に収束したとき真空または真空に近い状態と判断して前記複数の真空ポンプＰＡ、ＰＢ、ＰＣの作動ポンプ数を低減する制御手段１１を備え、また複数ポンプのうち一つを監視モータとして設定してそのモータの電流値をもって判断するとともに該監視モータを複数のモータ内を順次移行せしめる作動ポンプ制御手段１１を備える。【選択図】図１
2008069674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の真空ポンプを用いてタンク、室内等を真空状態にする真空ポンプの運転制御装置において、
前記ポンプを駆動するモータに流れる電流を検出する電流検出手段と、該電流検出手段からの電流値に基づいて所定の電流範囲内に収束したとき真空または真空に近い状態と判断して前記複数の真空ポンプの作動ポンプ数を低減する制御手段を備えたことを特徴とする真空ポンプの運転制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は前記所定の電流範囲内に到達したときに目標負圧（真空）前の予め設定した負圧判断点に到達したと判断するとともに、該負圧判断点に到達した後前記電流範囲内を一定時間維持したときに前記目標負圧（真空）に達したと判断する真空到達判断手段を有し、該真空到達判断手段によって前記負圧判断点または前記目標負圧（真空）に達したと判断したとき、作動ポンプ数を低減することを特徴とする請求項１記載の真空ポンプの運転制御装置。
【請求項３】
前記所定の電流範囲の基準値を前記ポンプの運転時間が長くなるにつれて低下するようにオフセットさせることを特徴とする請求項１記載の真空ポンプの運転制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は作動ポンプ制御手段を有し、該作動ポンプ制御手段は複数のポンプの１つを監視ポンプとして設定し、該監視ポンプの駆動モータの電流値によって前記真空到達判断手段が前記負圧判断点または前記目標負圧（真空）に達したと判断したとき、前記監視ポンプ以外のポンプを停止せしめるとともに、前記監視ポンプを次のポンプへ移行して複数のポンプ内を順次循環せしめることを特徴とする請求項２記載の真空ポンプの運転制御装置。
【請求項５】
前記複数ポンプのうちいずれかのポンプが運転不能または困難の場合には当該ポンプをスキップして他のポンプに前記監視ポンプを順次移行することを特徴とする請求項４記載の真空ポンプの運転制御装置。
【請求項６】
複数の真空ポンプを用いてタンク、室内等を真空状態にする真空ポンプの運転制御方法において、
前記ポンプを駆動するモータに流れる電流を検出し、該電流値に基づいて所定の電流範囲内に収束したとき真空または真空に近い状態と判断して前記複数の真空ポンプの作動ポンプ数を低減することを特徴とする真空ポンプの運転制御方法。
【請求項７】
前記複数のポンプの１つを監視ポンプとして設定し、該監視ポンプの駆動モータの電流値によって所定の電流範囲内に到達したときに目標負圧（真空）前の予め設定した負圧判断点に到達したと判断するとともに、該負圧判断点に到達した後前記電流範囲内を一定時間維持したときに前記目標負圧（真空）に達したと判断し、前記負圧判断点または前記目標負圧に到達したとき前記監視ポンプ以外のポンプを停止するとともに、前記監視ポンプを次のポンプに移行せしめて前記監視ポンプを複数のポンプ内を順次循環させるようにしたことを特徴とする請求項６記載の真空ポンプの運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクロールポンプ、ベーンポンプ等の真空ポンプの運転制御装置およびその運転制御方法に関するものであり、特に、複数台設けられた真空ポンプの運転制御装置およびその運転制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スクロールポンプ、ベーンポンプ等の真空ポンプの運転制御方法としては、一般に、真空状態にしようとする真空タンク内の圧力を圧力センサで検出してその信号を利用して、ポンプを駆動する交流モータの回転数をインバータで周波数制御することで行なっている。このインバータによるポンプ能力の制御について、例えば、特開平９−４５９１号公報（特許文献１）のようなものが知られている。
この特許文献１には、図５に示すように、真空タンク０１に接続された真空ブロワー（真空ポンプ）０３を駆動する交流モータ０４を周波数変換装置（インバータ）０５によって回転数制御して、ポンプの運転差圧が減少し所要動力が低減すると回転数を上昇し、逆に、運転差圧が増大し所要動力が増大すると回転数を低減して、ポンプの駆動モータへの入力が一定となるように制御する構成が示されている。また真空タンク０１の真空状態が圧力Ｐとして検出されている。
【０００３】
しかし、この特許文献１で示されるような従来の真空ポンプの運転制御においては、真空タンク０１の真空状態が圧力Ｐとして検出されることから、真空状態の判断に真空センサが用いられており、真空センサの検出部分に真空タンクや真空設備室内等のゴミや水滴等が付着した場合には正確な信号が得られず、さらに故障に至る虞がある。そしてゴミや水滴の検出部への浸入を防ぐために防塵、防水を施した専用のセンサを設置しなければならず設備コスト、装置コストが増加する問題がある。
さらに、回転制御用のインバータからは常に電子ノイズが発生しているため、周辺に電子機器等がある場合には、この電子ノイズによって悪影響を及ぼす問題も起こる。
【０００４】
一方、真空タンクや真空室の真空状態を常に維持する必要がある場合、例えば、半導体製造装置における真空チャンバ内を常に高真空状態にするには、複数の真空ポンプを設置して、いずれかのポンプが故障または定期点検等で非作動になっても、残りのポンプによって排気能力は低下するが所定の真空状態を常に維持可能にする設備、または真空装置が知られている。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−４５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、複数台のポンプを駆動するため、使用電力も多くなり設備の維持コストが高くなる。さらには、ポンプ台数も増えるため、故障の発生回数が増えるとともにポンプを含めて付属機器のメンテナンス回数も増加し、修理作業の工数も増大する問題を有している。
そこで、本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、真空センサの使用によるコスト増加やインバータによる回転数制御による問題点を解消するとともに、設備コスト、装置コストの増加を抑え、またメンテナンス回数を低減して修理作業工数を低減できるような複数の真空ポンプの運転制御装置および方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、複数の真空ポンプを用いてタンク、室内等を真空状態にする真空ポンプの運転制御装置において、前記ポンプを駆動するモータに流れる電流を検出する電流検出手段と、該電流検出手段からの電流値に基づいて所定の電流範囲内に収束したとき真空または真空に近い状態と判断して前記複数の真空ポンプの作動ポンプ数を低減する制御手段を備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、真空ポンプを駆動するモータに流れる電流を検出して所定の電流範囲内に収束したときには真空または真空に近い状態であると判断するため、従来のようなタンク内の圧力を検出する真空センサを設置する必要がないため、設備コストの増加を抑えることができる。特に真空タンクや真空室の環境によっては防塵、防水を施した専用のセンサを設置しなければならない場合には、コスト効果は大きいものである。
また、真空または真空に近い状態に到達したときは、排気する空気量が減るため余分なポンプを作動しなくても真空を維持できまたは真空に到達できるので、複数台の真空ポンプのうち作動ポンプの台数を低減することで、電力消費を削減でき、さらに不要なポンプの運転を停止するためポンプのメンテナンス時間をのばすことができ、さらにインバータ等の回転数制御機器を使用せずポンプの作動、停止で制御するため、インバータによる周辺機器への電子ノイズによる悪影響も生じない。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１において、前記制御手段は前記所定の電流範囲内に到達したときに目標負圧（真空）前の予め設定した負圧判断点に到達したと判断するとともに、該負圧判断点に到達した後前記電流範囲内を一定時間維持したときに前記目標負圧（真空）に達したと判断する真空到達判断手段を有し、該真空到達判断手段によって前記負圧判断点または前記目標負圧（真空）に達したと判断したとき、作動ポンプ数を低減することを特徴とする。
請求項２記載の発明によれば、負圧判断点を判断したときにはその後大きい電流を必要とせずに真空に達することが出来るため作動ポンプ数を低減して電力消費を削減でき、さらに電流範囲内を一定時間維持したときに前記目標負圧（真空）に達したと判断するため、確実に真空に達したことを判断してから作動ポンプ数を低減して電力消費を削減できる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１において、前記所定の電流範囲の基準値を前記ポンプの運転時間が長くなるにつれて低下するようにオフセットさせることを特徴とする。
請求項３記載の発明によれば、真空ポンプの使用時間が長くなるにつれて、回転、摺動部材の当たりが馴染むことによって真空ポンプの負荷が低下していくため、真空到達を判断する所定の電流範囲を運転時間の経過とともに低下させていくことによって、運転時間を考慮したより正確な真空到達を判断することができる。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１において、前記制御手段は作動ポンプ制御手段を有し、該作動ポンプ制御手段は複数のポンプの１つを監視ポンプとして設定し、該監視ポンプの駆動モータの電流値によって前記真空到達判断手段が前記負圧判断点または前記目標負圧（真空）に達したと判断したとき、前記監視ポンプ以外のポンプを停止せしめるとともに、前記監視ポンプを次のポンプへ移行して複数のポンプ内を順次循環せしめることを特徴とする。
請求項４記載の発明によれば、監視ポンプを設定してその監視ポンプ以外のポンプの作動を停止するとともに、該監視ポンプを複数ポンプにわたって順次移行せしめて循環させるようにすることで、特定の真空ポンプだけが常に作動し、その他の真空ポンプだけが停止することによって生じるポンプ間の運転のバラツキを防止する。その結果複数ポンプが均等に使用されるためメンテナンスの作業が均一化され、メンテナンス作業の効率化を図ることができる。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項４において、前記複数ポンプのうちいずれかのポンプが運転不能または困難の場合には当該ポンプをスキップして他のポンプに前記監視ポンプを順次移行することを特徴とする。
請求項５記載の発明によれば、複数ポンプのうちいずれかのポンプが故障の場合においても他のポンプの運転時間の均一化がなされるため、真空ポンプ間の運転のバラツキを防止することができる。
【００１３】
請求項６、７記載の発明は、真空ポンプの運転制御方法に関する発明であり、請求項６記載の発明は、複数の真空ポンプを用いてタンク、室内等を真空状態にする真空ポンプの運転制御方法において、前記ポンプを駆動するモータに流れる電流を検出し、該電流値に基づいて所定の電流範囲内に収束したとき真空または真空に近い状態と判断して前記複数の真空ポンプの作動ポンプ数を低減することを特徴とする。
【００１４】
かかる発明によれば、真空ポンプを駆動するモータに流れる電流を検出して所定の電流範囲内に収束したときには真空または真空に近い状態であると判断するため、従来のようなタンク内の圧力を検出する真空センサを設置する必要がなく、設備コストの増加を抑えることができる。特に真空タンクや真空室の環境によっては防塵、防水を施した専用のセンサを設置しなければならない場合には、コスト効果は大きいものである。
また、真空または真空に近い状態に到達したときは、排気する空気量が減るため余分なポンプを作動しなくても真空を維持できまたは真空に到達できるので、複数台の真空ポンプのうち作動ポンプの台数を低減することで、電力消費を削減でき、さらに不要なポンプの運転を停止するためポンプのメンテナンス時間をのばすことができ、さらにインバータ等の回転数制御機器を使用せずポンプの作動、停止で制御するため、インバータによる周辺機器への電子ノイズによる悪影響も生じない。
【００１５】
請求項７記載の発明は、請求項６において、前記複数のポンプの１つを監視ポンプとして設定し、該監視ポンプの駆動モータの電流値によって所定の電流範囲内に到達したときに目標負圧（真空）前の予め設定した負圧判断点に到達したと判断するとともに、該負圧判断点に到達した後前記電流範囲内を一定時間維持したときに前記目標負圧（真空）に達したと判断し、前記負圧判断点または前記目標負圧に到達したとき前記監視ポンプ以外のポンプを停止するとともに、前記監視ポンプを次のポンプに移行せしめて前記監視ポンプを複数のポンプ内を順次循環させるようにしたことを特徴とする。
【００１６】
かかる発明によれば、負圧判断点を判断したときにはその後大きい電流を必要とせずに真空に達することが出来るため作動ポンプ数を低減して電力消費を削減でき、さらに電流範囲内を一定時間維持したときに前記目標負圧（真空）に達したと判断するため、確実に真空に達したことを判断してから作動ポンプ数を低減して電力消費を削減できる。
また、特定の真空ポンプだけが常に作動し、その他の真空ポンプだけが停止することによって生じるポンプ間の運転のバラツキを防止する。その結果複数ポンプが均等に使用されるためメンテナンスの作業が均一化され、メンテナンス作業の効率化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、真空センサの使用やインバータによる制御による問題点を解消するとともに、設備コストの増加を抑え、またメンテナンス回数を低減して修理作業工数を低減できるような複数の真空ポンプの運転制御装置および方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１９】
図１は本発明の全体構成図であり、３台の真空ポンプＰＡ、ＰＢ、ＰＣによって真空タンク１を真空状態にする構成を示す。真空ポンプＰＡ、ＰＢ、ＰＣはそれぞれモータＭＡ、ＭＢ、ＭＣによって駆動される。真空タンク１と真空ポンプＰＡ、ＰＢ、ＰＣとの間にはそれぞれ電磁開閉弁ＶＡ、ＶＢ、ＶＣが設けられている。真空ポンプＰＡ、ＰＢ、ＰＣはそれぞれスクロール式、またはベーン式等の回転式の容積形ポンプで構成されている。
【００２０】
モータＭＡ、ＭＢ、ＭＣは電源３から電力が供給されて運転されるが、モータの回転数制御は行わないためインバータ等は設けられていない、なお、モータＭＡ、ＭＢ、ＭＣは直流モータでも、交流モータでもよい。そして各モータへの供給電流が電流検出手段５によって検出される。
【００２１】
真空ポンプＰＡ、ＰＢ、ＰＣは、制御手段７によって作動、停止が制御されており、制御手段７には、電流検出手段５からの電流値に基づいて所定の電流範囲内に収束したときに目標負圧（真空）前の予め設定した負圧判断点Ｓに到達したと判断するとともに、負圧判断点Ｓに達してから所定時間経過して真空状態に到達したと判断する真空到達判断手段９と、該真空到達判断手段９によって負圧判断点Ｓまたは真空状態に達したと判断したときに作動ポンプ数を低減する作動ポンプ制御手段１１とが設けられている。
【００２２】
スクロール式、またはベーン式等の回転式の容積形ポンプにおいては、真空ポンプの動力（電流値）特性は、図２に示すような電流値カーブを有し、一定電流値に収束する平坦な直線状態の部分と電流値が大きく変化する山形部分とからなる。
真空タンク１内を真空にする作動開始直後は、高い圧力を圧縮して排気を行うために動力（電流値）を必要とするが、負圧が進むにつれて排気する空気がなくなり仕事をしなくなるため、動力を必要とせず、１０２Ｐａ〜１０３Ｐａ以下ではほぼ一定値に収束する。
【００２３】
そこで、真空到達判断手段９はこのような真空ポンプの動力（電流値）特性を用いて、負圧が進み真空（目標負圧）近くになると電流値が一定に収束することから、測定電流がこの一定値Ｐを基準に測定値の変動（ばらつき）を考慮して±αの範囲内に入った時点を検出して、この点を真空前の予め設定した負圧判断点Ｓとして、この点Ｓに到達しかつ一定時間、たとえば数分間維持されていた場合には、負圧判断点Ｓから真空（目標負圧）に到達したものと判断する。
【００２４】
また、一定値Ｐは、真空ポンプＰＡ、ＰＢ、ＰＣの運転時間が長くなるにつれて低下するように下方にオフセットされる。すなわち、運転開始時にはＰであったものを、運転時間の係数ｋを掛けてｋＰとして０．９Ｐ、０．８Ｐ等と低下させていくように設定されている。
すなわち、真空ポンプの使用時間が長くなるにつれて、回転、摺動部材の当たりが馴染むことによって真空ポンプの負荷が低下していくため、負圧判断点Ｓへの到達を判断する所定の電流範囲を運転時間の経過とともに低下させていくことによって、運転時間を考慮したことにより正確な真空到達を判断することができる。
【００２５】
真空ポンプＰＡ、ＰＢ、ＰＣを駆動するモータＭＡ、ＭＢ、ＭＣに流れる電流値を検出して目標負圧（真空）前の予め設定した負圧判断点Ｓ、または真空状態に達したと判断するため、従来のような真空タンク内の圧力を検出する真空センサを設置する必要がないため、設備コストの増加を抑えることができる。特に真空タンクや真空室の環境によっては防塵、防水を施した専用のセンサを設置しなければならない場合には、コスト効果は大きいものである。
また、目標負圧（真空）前の予め設定した負圧判断点Ｓに到達したときには、排気する空気量が減るため余分なポンプを作動しなくても真空に到達できるし、また真空に達していれば余分なポンプを作動しなくても真空を維持できるので、複数台の真空ポンプのうち作動ポンプの台数を低減することで、電力消費を削減でき、さらに不要なポンプの運転を停止するためポンプのメンテナンス時間をのばすことができ、さらにインバータ等の回転数制御機器を使用せずポンプの作動、停止で制御するため、インバータによる周辺機器への電子ノイズによる悪影響も生じない。
【００２６】
つぎに、真空到達判断手段９によって負圧判断点Ｓに到達したと判断したときに、作動ポンプ数を低減する作動ポンプ制御手段１１について図３のタイムチャートおよび図４のフローチャートを参照して説明する。
図４に示すように、始めに真空ポンプＰＡ、ＰＢ、ＰＣの全てが作動状態にあり（Ｓ１）、真空ポンプＰＡが監視ポンプとして設定され、その電流値ＩＡを監視している（Ｓ２）いる。電流値ＩＡがＰ−α≦ＩＡ≦Ｐ＋αの範囲内にあるかを判断し（Ｓ３）、ＹＥＳの場合には、さらにその状態が所定時間ｔ０以上経過したかを判断し（Ｓ４）、ＹＥＳの場合には、真空に達したと判断して真空ポンプＰＢ、ＰＣを停止させでポンプＰＡのみを作動させる（Ｓ５）。
所定時間ｔ０以上経過したかを判断（Ｓ４）せずに、電流値ＩＡがＰ−α≦ＩＡ≦Ｐ＋αの範囲内にあるかを判断して（Ｓ３）負圧判断点Ｓで、真空ポンプＰＢ、ＰＣを停止させることでもよい。
【００２７】
そして、電流値ＩＡの監視を続けて、真空状態が悪化してＩＡがＰ＋αより大きくなったかを判断し（Ｓ６）、大きくなった場合には、再び全ての真空ポンプＰＡ、ＰＢ、ＰＣを作動させる（Ｓ７）。そして、次に監視ポンプを真空ポンプＰＢへ移行して（Ｓ８）、電流値ＩBを監視して、前記真空ポンプＰＡを監視ポンプとした場合と同様の手法で真空状態の監視をする。この真空ポンプＰＢを監視ポンプとした場合には、停止させるポンプは真空ポンプＰＡ、ＰＣを停止させ、ポンプＰＢのみを作動させる（Ｓ９）。
【００２８】
そして、次に監視ポンプを真空ポンプＰＣへ移行して（Ｓ１０）、真空ポンプＰＡを監視ポンプとした場合と同様の手法で真空状態の監視をする。この真空ポンプＰＣを監視ポンプとした場合には、停止させるポンプは真空ポンプＰＡ、ＰＢを停止させ、ポンプＰＣのみを作動させる（Ｓ１１）。
従って、作動ポンプ制御手段１１は図４に示すように、監視ポンプが真空ポンプＰＡのときの制御Ａ、真空ポンプＰＢのときの制御Ｂ、真空ポンプＰＣのときの制御Ｃと順次移行して循環させるように構成されている。
【００２９】
この循環の状態を図３のタイムチャートで示す。ポンプＰＡを初期ポンプとしてＯＮすると所定の時間差をもって、ポンプＰＢ、ＰＣがＯＮして全てのポンプが作動する。この時間差起動は複数ポンプの立ち上げを同時に行なうと負荷が同時に掛り大電流が流れることを避けるためである。
図３上でＬ点は、負圧判断点Ｓまたは真空到達と判断して監視ポンプ以外の他のポンプを停止する時点を示す。Ｍ点は、電流値が基準範囲外になったため停止していたポンプを再び起動する時点を示す。このＬ点、Ｍ点の作動を、監視ポンプをＰＢへ移行した場合、ＰＣへ移行した場合についても同様に繰り返す。
【００３０】
また、真空ポンプＰＡ、ＰＢ、ＰＣの何れかが運転不能または困難な場合には、そのポンプをスキップして次のポンプを監視ポンプとするように設定されている。例えばポンプＰＢが故障またはメンテナンス時のときには、ポンプＰＡからポンプＰＣに監視ポンプ移行する。
さらに、電磁開閉弁ＶＡ、ＶＢ、ＶＣは、真空ポンプＰＡ、ＰＢ、ＰＣから真空タンク側へポンプ作動時に高圧空気が逆流することを防止する開閉弁であり、真空ポンプＰＡ、ＰＢ、ＰＣが作動してから電磁開閉弁ＶＡ、ＶＢ、ＶＣが開作動するようになっている。
【００３１】
なお、監視ポンプ以外の他のポンプを停止するときには必ずしも残りのポンプすべてを同時に停止せずにポンプの急激な負荷変動を避けるいみで段階的に停止してもよく、また要求真空度によっては、残り全てのポンプでなく一部のみの停止とすることも可能である。
また、真空ポンプの台数は、本実施の形態では３台で説明したが、複数台であればよく２台でも、４台以上でもよいことは勿論である。
【００３２】
以上のように、監視ポンプを設定してその監視ポンプ以外のポンプ作動を停止するとともに、該監視ポンプを複数ポンプの内を順次移行させて循環させるようにすることで、特定の真空ポンプだけが常に作動し、その他の真空ポンプだけが停止することによって生じるポンプ間の運転のバラツキを防止する。その結果複数ポンプが均等に使用されるためメンテナンスの作業が均一化され、メンテナンス作業の効率化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明によれば、真空センサの使用やインバータによる制御による問題点を解消するとともに、設備コストの増加を抑え、またメンテナンス回数を低減して修理作業工数を低減できるような複数の真空ポンプの運転を可能にするので、複数の真空ポンプの運転制御装置および方法に適用されて有益である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の全体構成図である。
【図２】真空ポンプの動力（電流値）特性図である。
【図３】実施の形態に係るタイムチャートである。
【図４】実施の形態に係る制御フローチャートである。
【図５】従来技術である。
【符号の説明】
【００３５】
１      真空タンク
３      電源
５      電流検知手段
７      制御手段
９      真空到達判断手段
１１    作動ポンプ制御手段
ＰＡ、ＰＢ、ＰＣ    真空ポンプ
ＶＡ、ＶＢ、ＶＣ    電磁開閉弁
ＭＡ、ＭＢ、ＭＣ    モータ
【図１】
2008069674.tif 000003
【図２】
2008069674.tif 000004
【図３】
2008069674.tif 000005
【図４】
2008069674.tif 000006
【図５】
2008069674.tif 000007