(57)【要約】【課題】磁気軸受に励磁電流を供給する励磁アンプの実装について冷却のための最適な位置が考慮されていない。そのため、例えば、ターボ分子ポンプ装置を水平に設置した場合に、回転体の重心に近い磁気軸受に負荷がかかり、当該磁気軸受を駆動する励磁アンプが過熱する虞がある。【解決手段】要中冷却部品は、冷却は要求されるが、要強冷却部品のような強冷却は要求されない部品で、例えば図３に示すように、磁気軸受５０に対応してラジアルＸ軸、Ｙ軸を夫々制御する励磁アンプ９１ａ，９１ｂが実装される。また、冷却装置７０の下面に立設された高伝熱性の板金１０３が、励磁アンプ９１ａ，９１ｂに当接している。これにより、冷却装置７０の冷温状態が板金１０３を介して励磁アンプ９１ａ，９１ｂに伝達されてより効果的に励磁アンプ９１ａ，９１ｂを冷却することができる。【選択図】 図３
2016145555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転翼が形成されたロータおよび該ロータに固定されたシャフトを有する回転体と、
固定翼と、  
前記シャフトを非接触支持する複数の磁気軸受と、
前記複数の磁気軸受を制御する複数の励磁アンプを有する電源装置と、
前記電源装置を冷却する冷却装置と、を備え、
前記回転体の重心に近い位置に設けられた前記磁気軸受を制御する励磁アンプは、他の磁気軸受を制御する励磁アンプの位置と比較して、前記冷却装置による冷却効果が高い位置に実装される、ターボ分子ポンプ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のターボ分子ポンプ装置において、
前記ロータは前記シャフトの一端側に固定され、
前記複数の磁気軸受は、前記回転体の重心に近い位置の前記シャフトの一端側を非接触支持する第１ラジアル磁気軸受と、前記シャフトの他端側を非接触支持する第２ラジアル磁気軸受とを備え、
前記第１ラジアル磁気軸受を制御する励磁アンプは前記冷却装置による冷却効果が他の励磁アンプより高い位置に実装される、ターボ分子ポンプ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のターボ分子ポンプ装置において、
前記回転体の重心に近い位置に設けられた磁気軸受を制御する励磁アンプには、高伝熱性の部材を当接させる、ターボ分子ポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ分子ポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ分子ポンプ装置は、回転翼を備えたロータと回転軸（シャフト）とから構成される回転体と、回転翼と協働する固定翼と、回転体を回転駆動するモータとを備えている。回転体は、５軸磁気軸受を構成する電磁石によって非接触支持される。磁気軸受によって回転自在に磁気浮上された回転体は、モータにより高速回転駆動され、回転翼を固定翼に対して高速回転させることにより気体分子を排気するもので、各種の真空処理装置に接続されて使用される。  
【０００３】
この種のターボ分子ポンプ装置として、ターボ分子ポンプ本体と、ターボ分子ポンプ本体を駆動する電源装置と、ターボ分子ポンプ本体と電源装置との間に介装される水冷装置とを有するものがある。電源装置の筐体内に設けられる部品は、強冷却が要求される要強冷却部品と、中程度の冷却が要求される要中冷却部品と、殆ど冷却が要求されない冷却不要部品とに分類され、要強冷却部品は、水冷装置に接触する第１高伝熱性基板上に実装され、要中冷却部品は、筐体の内面に接触する第２高伝熱性基板上に実装され、冷却不要部品は、第１高伝熱性基板と第２高伝熱性基板の間の空間に配置される基板に実装される（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１４８９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に記載のターボ分子ポンプ装置では、磁気軸受に励磁電流を供給する励磁アンプの実装について冷却のための最適な位置が考慮されていない。そのため、例えば、ターボ分子ポンプ装置を水平に設置した場合に、回転体の重心に近い磁気軸受に負荷がかかり、当該磁気軸受を駆動する励磁アンプが過熱する虞がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の好ましい実施形態によるターボ分子ポンプ装置は、回転翼が形成されたロータおよび該ロータに固定されたシャフトを有する回転体と、固定翼と、シャフトを非接触支持する複数の磁気軸受と、複数の磁気軸受を制御する複数の励磁アンプを有する電源装置と、電源装置を冷却する冷却装置と、を備え、回転体の重心に近い位置に設けられた磁気軸受を制御する励磁アンプは、他の磁気軸受を制御する励磁アンプの位置と比較して、冷却装置による冷却効果が高い位置に実装される、ターボ分子ポンプ装置。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、磁気軸受を駆動する励磁アンプを効果的に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ターボ分子ポンプ装置の概略構成を示す図。
【図２】電源装置の回路構成を示すブロック図。
【図３】電源装置の概略構成を示す縦断面図。
【図４】電源装置の第２の実施形態の概略構成を示す縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１の実施形態)
以下、図を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。図１は本実施形態のターボ分子ポンプ装置１の概略構成を示す図である。ターボ分子ポンプ装置１は磁気軸受式のターボ分子ポンプであり、図１に示すようにポンプ本体２０と冷却装置７０と電源装置８０とがボルト固定されている。なお、図１ではポンプ本体２０のみを断面図で表した。
【００１０】
先ず、ポンプ本体２０について説明する。ロータ２が取り付けられたシャフト３は、ポンプベース４に設けられた磁気軸受５０，５１，５２によって非接触支持されている。シャフト３の浮上位置は、ポンプベース４に設けられたラジアル変位センサ６１およびアキシャル変位センサ６２によって検出される。シャフト３の上部の磁気軸受５０とシャフト３の下部の磁気軸受５１はラジアル磁気軸受を構成し、磁気軸受５２はアキシャル磁気軸受を構成する。磁気軸受５０，５１，５２による５軸制御型磁気軸受である。なお、磁気軸受５０，５１，５２が作動していない状態では、シャフト３はメカニカルベアリング２７，２８によって支持される。
【００１１】
シャフト３の下端には円形のロータディスク４１が設けられており、磁気軸受５２は、このロータディスク４１を上下に挟むように電磁石が設けられ、この電磁石によりロータディスク４１を吸引することによりシャフト３がアキシャル方向に浮上する。ロータディスク４１はナット部材４２によりシャフト３の下端部に固定されている。ポンプベース４の底面には裏蓋４３がボルト固定されている。裏蓋４３とポンプベース４との隙間はＯリングにより密封されている。裏蓋４３には電源装置８０から冷却装置７０を貫通して挿通されたケーブルのコネクタ（図示省略）が設けられ、電源装置８０と電気的に接続される。
【００１２】
ロータ２には、回転軸方向に複数段の回転翼８が形成されている。上下に並んだ回転翼８の間には固定翼９がそれぞれ配設されている。これらの回転翼８と固定翼９とにより、ポンプ本体２０のタービン翼段が構成される。各固定翼９は、スペーサ１０によって上下に挟持されるように保持されている。スペーサ１０は、固定翼９を保持する機能とともに、固定翼９間のギャップを所定間隔に維持する機能を有している。
【００１３】
さらに、固定翼９の後段（図示下方）にはドラッグポンプ段を構成するネジステータ１１が設けられており、ネジステータ１１の内周面とロータ２の円筒部１２との間にはギャップが形成されている。ロータ２と、スペーサ１０によって保持された固定翼９とは、吸気口１３ａが形成されたポンプケーシング１３内に納められている。回転翼８を有するロータ２が取り付けられたシャフト３は一体に形成されて回転体を成し、シャフト３を磁気軸受５０，５１，５２により非接触支持しつつモータ６により回転駆動すると、回転体が回転されて吸気口１３ａ側のガスは背圧側に排気され、背圧側に排気されたガスは排気口２６に接続された補助ポンプにより排出される。ロータ２（回転体）の回転数は回転数センサ１９により検出される。ここで、回転翼８、ロータ２、シャフト３からなる回転体の重心αを図１に示す。図示のように、シャフト３が鉛直方向になるようにターボ分子ポンプ装置１を垂直に設置した場合は、重心αはラジアル磁気軸受５０，５１のうち、シャフト３上部のラジアル磁気軸受５０の近くに存在する。一方、シャフト３が水平方向になるようにターボ分子ポンプ装置１を水平に設置した場合には、回転体の重心αに近い磁気軸受５０により多くの負荷がかかることになる。
【００１４】
ポンプ本体２０を構成するポンプベース４の下部には、冷却装置７０が複数のボルト４０により固定されている。冷却装置７０は、ポンプ本体２０と電源装置８０との間に介装され、電源装置８０内の発熱部材、例えばモータ駆動制御部を構成する電子部品等を冷却する。冷却装置７０は、内部に冷却水通路が形成されており、冷却水通路に図示しないポンプから冷却水を循環するための冷却水入口７０ａおよび冷却水出口７０ｂとを有する。
【００１５】
ポンプ本体２０を構成するポンプベース４の下部には、電源装置８０が冷却装置７０を介して複数のボルト４４により固定されている。冷却装置７０の下面は電源装置８０の筐体８１の上端面に当接している。冷却装置７０の下面は、アルミ材等の熱伝導性に優れた材料が用いられる。筐体８１は、冷却装置７０の下面に当接され、熱伝導性に優れた金属製である。ポンプ本体２０を駆動制御する電源装置８０には、モータ駆動制御部、磁気軸受駆動制御部、主制御部等を構成する電子部品が設けられており、それらの電子部品は筐体８１内に収納されている。そして、筐体８１は、塵等が外部から入り込めない密閉構造となっている。
【００１６】
図２を参照して電源装置８０の回路構成を示すブロック図を説明する。電源装置８０には一次電源８２から交流電力が供給され、ＡＣ／ＤＣコンバータ８３に入力される。入力される交流電力の電圧は電圧センサ８４によって検出される。ＡＣ／ＤＣコンバータ８３は、一次電源８２から供給された交流電力を直流電力に変換する。ＡＣ／ＤＣコンバータ８３から出力された直流電力は、モータ６を駆動する３相インバータ８５とＤＣ／ＤＣコンバータ８６に入力される。ＤＣ／ＤＣコンバータ８６に入力される直流電力の電圧は、電圧センサ８７によって検出される。ＤＣ／ＤＣコンバータ８６の出力は、３相インバータ８５をＰＷＭ制御等で制御するインバータ制御回路８８、および磁気軸受５０，５１，５２による磁気浮上の制御を行う磁気軸受制御部８９のそれぞれに入力される。
【００１７】
磁気軸受制御部８９は、軸受制御を行う制御部９０と、制御部９０で算出された制御信号に基づいて励磁電流を磁気軸受５０，５１，５２の電磁石に供給する励磁アンプ９１とを備えている。なお、磁気軸受５０，５１はラジアル磁気軸受であり、夫々ラジアルＸ軸、Ｙ軸を支持する。このため、励磁アンプ９１は、磁気軸受５０に対応して２個、磁気軸受５１に対応して２個設けられている。さらに、磁気軸受５２はアキシャル磁気軸受であり、Ｚ軸を支持するため、励磁アンプ９１は１個である。すなわち、５軸制御型磁気軸受では励磁アンプ９１を５個有する。
【００１８】
インバータ制御回路８８には回転数センサ１９により検出されたロータ２の回転数が入力され、インバータ制御回路８８は、ロータ回転数に基づいて３相インバータ８５を制御する。また、回生余剰電力消費用の回生ブレーキ抵抗（シーズヒータ）９２は、ロータ減速時の回生電力をこの回生ブレーキ抵抗９２で消費する。トランジスタ制御回路９３によりトランジスタ９４のオンオフを制御することにより、回生ブレーキ抵抗９２に流れる電流のオンオフを制御する。ダイオード９５は、回生時の電力逆流を防止する。
【００１９】
図３は電源装置８０の筐体８１内の基板や電子部品の具体的な配置を示す縦断面図である。図３に示すように、各種部品が複数の基板１００〜１０２に分けて配設されている。本実施形態では、これらの部品を発熱量や高温に対する耐性に応じて要強冷却部品、要中冷却部品、冷却不要部品に分類し、それらをそれぞれ基板１００〜１０２に実装している。
【００２０】
基板１００は、要強冷却部品を実装するもので、冷却装置７０の直下に配置される。要強冷却部品が実装される基板１００は、高伝熱性基板であり、その実装面には絶縁膜が施され、その上に部品や配線パターンが配置される。この基板１００は、その裏面（部品実装面と反対側の面）が冷却装置７０の下面にほぼ全面接触するよう固定される。したがって、冷却装置７０により、高伝熱性の基板１００を介して要強冷却部品を強力に冷却することができる。また、特に強冷却が要求される部品に対しては、その部品と基板１００の実装面との間に熱伝導性のコンパウンドを介装し、冷却効率を更に高めている。要強冷却部品は、強い冷却が要求される部品で、例えば図３に示すように、回生ブレーキ抵抗９２、３相インバータ８５や電力用コイル・トランス、大型の電解コンデンサなどを含む。
【００２１】
基板１０１は、高伝熱性基板であり、その実装面には絶縁膜が施され、その上に部品や配線パターンが実装される。この基板１０１は、その裏面（部品実装面と反対側の面）が電源装置８０の筐体８１の底面にほぼ全面接触するよう固定される。また、電源装置８０の筐体８１の上部は冷却装置７０に当接されている。したがって、要中冷却部品から発した熱は、高伝熱性の基板１０１および電源装置８０の筐体８１を介して冷却装置７０や外部空気に効率よく逃がされる。上述した要強冷却部品と比べて絶対的な冷却効率は劣るものの、要中冷却部品としては十分な冷却が図れる。
【００２２】
要中冷却部品は、冷却は要求されるが、要強冷却部品のような強冷却は要求されない部品で、例えば図３に示すように、磁気軸受５０に対応してラジアルＸ軸、Ｙ軸を夫々制御する励磁アンプ９１ａ，９１ｂが実装される。さらに、磁気軸受５１に対応してラジアルＸ軸、Ｙ軸を夫々制御する励磁アンプ９１ｃ，９１ｄが実装され、磁気軸受５２に対応してアキシャルＺ軸を制御する励磁アンプ９１ｅが実装され、その他、消費電力がある程度以上の電子回路部品が実装される。また、冷却装置７０の下面に立設された高伝熱性の板金１０３が、励磁アンプ９１ａ，９１ｂに当接している。これにより、冷却装置７０の冷温状態が板金１０３を介して励磁アンプ９１ａ，９１ｂに伝達されてより効果的に励磁アンプ９１ａ，９１ｂを冷却することができる。ところで、ターボ分子ポンプ装置１の設置姿勢を垂直から水平に変更した場合、重心αに近い磁気軸受５０の負荷増加は他の磁気軸受５１,５２に比べて大きい。そのため、磁気軸受５０に関する励磁アンプ９１ａ，９１ｂの発熱が大きくなる。本実施の形態では、励磁アンプ９１ａ，９１ｂに高伝熱性の板金１０３を当接させて、冷却装置７０の下面に熱を逃がして他の励磁アンプ９１ｃ，９１ｄ，９１ｅよりも冷却性能を大きくしているので、発熱の大きな励磁アンプ９１ａ，９１ｂを効果的に冷却することができる。なお、板金１０３は、励磁アンプ９１ａ，９１ｂに当接している例で説明したが、励磁アンプ９１ｃ，９１ｄ,９１ｅにも当接するように設けてもよく、少なくとも励磁アンプ９１ａ，９１ｂに当接していればよい。また、高伝熱性の板金１０３は、冷却装置７０の下面に立設した例で説明したが、板金１０３を筐体８１に立設して、励磁アンプ９１ａ，９１ｂに当接するようにしてもよい。この場合も、筐体８１の冷温状態が板金１０３を介して励磁アンプ９１ａ，９１ｂに伝達されてより効果的に励磁アンプ９１ａ，９１ｂを冷却することができる。
【００２３】
基板１０２は、冷却不要部品を実装するもので、例えばガラスエポキシまたはフェノール製とされる。この基板１０２は、両高伝熱性基板１００，１０１の間の空間に、両高伝熱性基板１００，１０１から離して配置される。例えば図３に示すように、スタッドボルトなどの支持部材１０４により基板１０２を高伝熱性基板１００に支持することができる。基板１０２は高伝熱性基板ではなく、また位置的にも冷却不要部品の放熱は殆ど望めないが、冷却不要部品であるため何ら問題はない。なお、冷却不要部品は、周囲の部材との間で温度勾配があれば、輻射または局所的対流により伝熱され、冷却される。冷却不要部品は、冷却が殆ど要求されない消費電力の小さいトランジスタや、抵抗・コンデンサ、ＩＣなどである。なお、筐体８１内にファンを設けて筐体８１内の空気を循環させてもよい。
【００２４】
（第２の実施形態)
以下、図を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。図１に示したターボ分子ポンプ装置１の概略構成は本第２の実施形態でも同様であるのでその説明を省略する。さらに、図２に示した電源装置８０の回路構成は本第２の実施形態でも同様であるのでその説明を省略する。
【００２５】
図４は電源装置８０の筐体８１内の基板や電子部品の具体的な配置を示す縦断面図である。図３と同一の部分には同一の符号を附してその説明を省略する。基板１０１は、図３で示したものと同様の高伝熱性基板であり、その上に要中冷却部品が実装される。例えば図４に示すように、磁気軸受５０に対応してラジアルＸ軸、Ｙ軸を夫々制御する励磁アンプ９１ａ，９１ｂが実装され、その他、消費電力がある程度以上の電子回路部品が実装される。一方、励磁アンプ９１ｃ，９１ｄ,９１ｅは、その他の冷却不要部品と共に基板１０２に実装される。これは前述したように、ターボ分子ポンプ装置１を水平に設置した場合に、回転体の重心αに近い磁気軸受５０に負荷がかかり、そのため励磁アンプ９１ａ，９１ｂの発熱が励磁アンプ９１ｃ，９１ｄ,９１ｅに比較して大きくなるが、この発熱を冷却するためである。なお、筐体８１内にファンを設けて筐体８１内の空気を循環させてもよい。
【００２６】
上記のように電源装置８０の各部品を要強冷却部品、要中冷却部品、冷却不要部品に分類し、要強冷却部品は、冷却装置７０への伝熱により冷却される第１空間に配置し、要中冷却部品は、筐体８１の内面への伝熱により冷却される第２空間に配置し、冷却不要部品は、筐体８１内で周囲部材への輻射または局所的対流による伝熱で冷却される第３空間に配置するようにした。したがって、冷却が要求される部品をその要求度に応じて効率よく冷却することができる。
【００２７】
特に、本実施の形態では、ターボ分子ポンプ装置１の設置姿勢が水平とされた場合の励磁アンプ９１ａ，９１ｂの発熱増大を考慮し、励磁アンプ９１ａ，９１ｂの冷却を他の励磁アンプ９１ｃ，９１ｄ，９１ｅよりも大きくして、励磁アンプ９１ａ，９１ｂの過大な温度上昇を防止している。
【００２８】
また、上記実施形態の電源装置８０においては、要強冷却部品と要中冷却部品とを高伝熱性基板に実装し、基板を冷却装置７０や筐体８１の内面に接触させて伝熱により冷却するようにした。したがって、予め部品が実装された基板を冷却装置７０や筐体８１の底面に接触して配設するだけでよく、組立性も向上する。
【００２９】
以上説明した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）回転翼８が形成されたロータ２および該ロータ２に固定されたシャフト３を有する回転体と、固定翼９と、シャフト３を非接触支持する複数の磁気軸受５０〜５２と、複数の磁気軸受５０〜５２を制御する複数の励磁アンプ９１ａ，９１ｂ，９１ｃ，９１ｄ，９１eを有する電源装置８０と、電源装置８０を冷却する冷却装置７０と、を備え、回転体の重心に近い位置に設けられた磁気軸受５０を制御する励磁アンプ９１ａ，９１ｂは、他の磁気軸受を制御する励磁アンプ９１ｃ，９１ｄ，９１eの位置と比較して、冷却装置７０による冷却効果が高い位置に実装される。これにより、例えば、ターボ分子ポンプ装置１を水平に設置した場合に、回転体の重心に近い位置の磁気軸受５０に負荷がかかり、当該磁気軸受５０を駆動する励磁アンプ９１ａ，９１ｂが過熱するが、これを効果的に冷却することが可能になる。
【００３０】
（２）ロータ２はシャフト３の一端側に固定され、複数の磁気軸受５０〜５２は、回転体の重心に近い位置のシャフト３の一端側を非接触支持する第１ラジアル磁気軸受５０と、シャフト３の他端側を非接触支持する第２ラジアル磁気軸受５１とを備え、第１ラジアル磁気軸受５０を制御する励磁アンプ９１ａ，９１ｂは冷却装置７０による冷却効果が他の励磁アンプ９１ｃ，９１ｄ，９１eより高い位置に実装される。これにより、ターボ分子ポンプ装置１を水平に設置した場合に、第１ラジアル磁気軸受５０に負荷がかかり、当該磁気軸受を制御する励磁アンプ９１ａ，９１ｂが過熱するが、これを効果的に冷却することが可能になる。
【００３１】
（３）回転体の重心に近い位置に設けられた磁気軸受５０を制御する励磁アンプ９１ａ，９１ｂには、高伝熱性の部材１０３を当接させる。これにより、励磁アンプ９１ａ，９１ｂを効果的に冷却することができる。
【００３２】
（変形例）
本発明は、以上説明した第１および第２の実施形態を次のように変形して実施することができる。
（１）冷却装置７０は水冷を例に説明したが、ファンによって空気を循環して冷却する空冷であってもよい。空冷の場合は、要中冷却部品が実装される基板１０１上にあって、励磁アンプ９１ａ，９１ｂを空冷の風上側に実装する。さらに、水冷および空冷の両者を備えたものであってもよい。
【００３３】
（２）ポンプ本体２０に冷却装置７０と電源装置８０とが一体的に構成される例で説明したが、ポンプ本体２０に対して冷却装置７０と電源装置８０とが別体に離れた位置に設けられたものであってもよい。また、ポンプ本体２０および冷却装置７０と電源装置８０とが別体にされた場合においても、上述の場合と同様に、励磁アンプ９１ａ，９１ｂの冷却を他の励磁アンプ９１ｃ，９１ｄ，９１ｅよりも大きくする。
【００３４】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上述の実施形態と複数の変形例を組み合わせた構成としてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１  ターボ分子ポンプ装置
２０  ポンプ本体
７０  冷却装置
８０  電源装置
９１ａ，９１ｂ  励磁アンプ
【図１】
2016145555.tif 000003
【図２】
2016145555.tif 000004
【図３】
2016145555.tif 000005
【図４】
2016145555.tif 000006