特開 2020-200809 真空ポンプ、真空ポンプの駆動装置及びその駆動方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-200809(P2020-200809A)

(43)【公開日】2020年12月17日

(54)【発明の名称】真空ポンプ、真空ポンプの駆動装置及びその駆動方法

(51)【国際特許分類】

   F04C 25/02 20060101AFI20201120BHJP

   F04B 37/16 20060101ALI20201120BHJP

   H02P 6/20 20160101ALI20201120BHJP

【ＦＩ】

   F04C25/02 B

   F04C25/02 M

   F04B37/16 A

   H02P6/20

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2019-109407(P2019-109407)

(22)【出願日】2019年6月12日

(71)【出願人】

【識別番号】000231464

【氏名又は名称】株式会社アルバック

(74)【代理人】

【識別番号】100104215

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100196575

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 満

(74)【代理人】

【識別番号】100168181

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 哲平

(74)【代理人】

【識別番号】100144211

【弁理士】

【氏名又は名称】日比野 幸信

(72)【発明者】

【氏名】町家 賢二

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 敏生

【テーマコード（参考）】

3H076

3H129

5H560

【Ｆターム（参考）】

3H076AA16

3H076AA21

3H076BB36

3H076CC07

3H129AA03

3H129AA18

3H129AB06

3H129BB54

3H129CC27

3H129CC58

3H129CC65

5H560AA10

5H560BB04

5H560BB12

5H560DC05

5H560EB01

5H560HA02

5H560SS07

5H560UA05

5H560UA06

(57)【要約】

【課題】回路構成を複雑化することなく、モータで高トルクを発生せることができる真空ポンプ、真空ポンプの駆動装置及びその駆動方法を提供する。
【解決手段】本発明の一形態に係る真空ポンプは、ポンプ本体と、モータと、第１の駆動回路と、第２の駆動回路とを具備する。前記ポンプ本体は、回転軸を有する。前記モータは、前記回転軸に取り付けられたロータコアと、コイルが巻装されたステータコアとを有する。前記第１の駆動回路は、交流電源を直流電源に変換する電源回路を有し、前記モータを回転させる駆動電流を前記コイルへ供給する。前記第２の駆動回路は、充放電可能な補助電圧源を有し、前記モータの始動時に前記駆動電流よりも高い電流値のインパルス電流を前記コイルへ供給することが可能に構成される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸を有するポンプ本体と、
前記回転軸に取り付けられたロータコアと、コイルが巻装されたステータコアとを有するモータと、
交流電源を直流電源に変換する電源回路を有し、前記モータを回転させる駆動電流を前記コイルへ供給する第１の駆動回路と、
充放電可能な補助電圧源を有し、前記モータの始動時に前記駆動電流よりも高い電流値のインパルス電流を前記コイルへ供給することが可能に構成された第２の駆動回路と
を具備する真空ポンプ。

【請求項2】

請求項１に記載の真空ポンプであって、
前記電源回路は、平滑用コンデンサを含み、
前記補助電圧源は、前記平滑用コンデンサよりも大容量の蓄電素子を含む
真空ポンプ。

【請求項3】

請求項２に記載の真空ポンプであって、
前記第２の駆動回路は、
前記電源回路と前記蓄電素子との間に接続された給電ラインと、
前記給電ラインに設けられ電源回路から前記蓄電素子への通電を制限する電流制限素子と、をさらに有する
真空ポンプ。

【請求項4】

請求項３に記載の真空ポンプであって、
前記電流制限素子は、第１のスイッチ素子又は抵抗素子である
真空ポンプ。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか１つに記載の真空ポンプであって、
前記第２の駆動回路は、前記補助電圧源と前記コイルとの間を接続可能な第２のスイッチをさらに有する
真空ポンプ。

【請求項6】

請求項５に記載の真空ポンプであって、
前記コイルは３相のコイル部を有し、
前記第２のスイッチは、前記３相のコイル部のうち任意の２相のコイル部間に前記インパルス電流を供給可能に構成される
真空ポンプ。

【請求項7】

請求項１〜６のいずれか１つに記載の真空ポンプであって、
前記第２の駆動回路は、前記モータの定格電流値よりも高い電流値のインパルス電流を前記コイルへ供給する
真空ポンプ。

【請求項8】

請求項１〜７のいずれか１つに記載の真空ポンプであって、
前記モータは、永久磁石同期型のブラシレスＤＣモータである
真空ポンプ。

【請求項9】

交流電源を直流電源に変換する電源回路を有し、真空ポンプのモータへ駆動電流を供給する第１の駆動回路と、
充放電可能な補助電圧源を有し、前記真空ポンプの始動時に前記駆動電流よりも高い電流値のインパルス電流を前記モータへ供給することが可能に構成された第２の駆動回路と
を具備する真空ポンプの駆動装置。

【請求項10】

真空ポンプの始動時に、前記真空ポンプのモータへ定格電流値よりも高い電流値のインパルス電流を供給することで、前記モータを振動させ、
前記モータへ前記定格電流値の駆動電流を供給することで、前記モータを回転させる
真空ポンプの駆動方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空ポンプ、真空ポンプの駆動装置及び駆動方法に関する。

【背景技術】

【0002】

メカニカルブースタポンプやスクリューポンプ等のドライポンプは、ケーシング内部のポンプ室に配置された二つのポンプロータを互いに反対方向に同期回転させて吸気口から排気口へ気体を移送する容積移送型の真空ポンプである。この種の真空ポンプは、両ポンプロータ間および各ポンプロータとケーシング等の間での接触がないため、機械的損失が非常に少なく、例えば油回転真空ポンプのような摩擦仕事の大きい真空ポンプに比べて、駆動に要するエネルギーを少なくできるという利点を有する。

【0003】

一方、真空ポンプの厳しい使用環境において、ポンプロータに固体生成物などが付着して真空ポンプの始動時に大きなトルクを必要とする場合がある。モータで高トルクを発生させる方法として、例えば、モータの巻線の結線を直列と並列との間で切り替えて始動トルクの大きさを制御する方法（特許文献１参照）、モータの印加電圧を可変とする方法（特許文献２参照）、３相交流で得られた回転磁界と６相交流で得られた回転磁界とを合成して低速高トルクと高速低トルクとを両立させる方法（特許文献３参照）などが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平５−３４４７７８号公報

【特許文献2】特開平６−２７６７８２号公報

【特許文献3】特開２０１６−１７１６２６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、上述のような従来の始動トルクの制御方法では、多くの接点の切り替えを必要とし、制御回路の複雑化、高コスト化を招くという問題がある。

【0006】

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、回路構成を複雑化することなく、モータで高トルクを発生せることができる真空ポンプ、真空ポンプの駆動装置及びその駆動方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る真空ポンプは、ポンプ本体と、モータと、第１の駆動回路と、第２の駆動回路とを具備する。
前記ポンプ本体は、回転軸を有する。
前記モータは、前記回転軸に取り付けられたロータコアと、コイルが巻装されたステータコアとを有する。
前記第１の駆動回路は、交流電源を直流電源に変換する電源回路を有し、前記モータを回転させる駆動電流を前記コイルへ供給する。
前記第２の駆動回路は、充放電可能な補助電圧源を有し、前記モータの始動時に前記駆動電流よりも高い電流値のインパルス電流を前記コイルへ供給することが可能に構成される。

【0008】

上記真空ポンプは、上記構成の第２の駆動回路を備えているため、回路構成を複雑化することなく、真空ポンプの始動時に瞬間的な高始動力をモータで発生させることができる。これにより、例えば固体生成物の付着等に起因するポンプロータの固着を効率よく解除することができる。

【0009】

前記電源回路は、平滑用コンデンサを含み、前記補助電圧源は、前記平滑用コンデンサよりも大容量の蓄電素子を含んでもよい。

【0010】

前記第２の駆動回路は、前記電源回路と前記蓄電素子との間に接続された給電ラインと、前記給電ラインに設けられ電源回路から前記蓄電素子への通電を制限する電流制限素子と、をさらに有してもよい。

【0011】

前記電流制限素子は、第１のスイッチ素子又は抵抗素子であってもよい。

【0012】

前記第２の駆動回路は、前記補助電圧源と前記コイルとの間を接続可能な第２のスイッチ素子をさらに有してもよい。

【0013】

前記コイルは３相のコイル部を有してもよい。この場合、前記第２のスイッチは、前記３相のコイル部のうち任意の２相のコイル部間に前記インパルス電流を供給可能に構成される。

【0014】

前記第２の駆動回路は、前記モータの定格電流値よりも高い電流値のインパルス電流を前記コイルへ供給するように構成されてもよい。

【0015】

前記モータは、永久磁石同期型のブラシレスＤＣモータであってもよい。

【0016】

本発明の一形態に係る真空ポンプの駆動装置は、第１の駆動回路と、第２の駆動回路とを具備する。
前記第１の駆動回路は、交流電源を直流電源に変換する電源回路を有し、真空ポンプのモータへ駆動電流を供給する。
前記第２の駆動回路は、充放電可能な補助電圧源を有し、前記真空ポンプの始動時に前記駆動電流よりも高い電流値のインパルス電流を前記モータへ供給することが可能に構成される。

【0017】

本発明の一形態に係る真空ポンプの駆動方法は、真空ポンプの始動時に、前記真空ポンプのモータへ定格電流値よりも高い電流値のインパルス電流を供給することで、前記モータを振動させ、
前記モータへ前記定格電流値の駆動電流を供給することで、前記モータを回転させる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、回路構成を複雑化することなく、モータで高トルクを発生せることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態に係る真空ポンプの横断面図である。

【図2】上記真空ポンプにおける制御ユニットの構成を示すブロック図である。

【図3】上記真空ポンプにおける第１の駆動回路及び第２の駆動回路の一構成例を示す回路図である。

【図4】上記第２の駆動回路から供給されるインパルス電流の波形の模式図である。

【図5】上記真空ポンプの運転方法の一例を示すフローチャートである。

【図6】上記インパルス電流の印加によるロータコアの挙動を説明する模式図である。

【図7】上記インパルス電流の印加によるロータコアの挙動を説明する模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

【0021】

［真空ポンプの構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る真空ポンプの横断面図である。
図においてＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸は相互に直交する３軸方向を示しており、Ｚ軸は高さ方向に相当する。

【0022】

本実施形態の真空ポンプ１００は、スクリューポンプで構成される。真空ポンプ１００は、第１のユニットＵ１と、第２のユニットＵ２とを備える。

【0023】

（第１のユニット）
第１のユニットＵ１は、真空ポンプ１００のポンプ本体１１０を構成する。第１のユニットＵ１は、ポンプハウジング１１と、ポンプロータである第１及び第２のスクリュー軸２１，２２（第１及び第２の回転軸）とを有する。

【0024】

ポンプハウジング１１は、第１のハウジング部１１１と、第２のハウジング部１１２とを有する。第１及び第２のハウジング部１１１，１１２は、アルミニウム合金、ステンレス鋼等の金属材料で構成され、位置決めピンＰ１及び環状のシール部材Ｓ１を介して相互に連結される。位置決めピンＰ１は、シール部材Ｓ１の外周側の複数位置にそれぞれ設けられる。

【0025】

第１のハウジング部１１１は、第１及び第２のスクリュー軸２１，２２を回転可能に収容するポンプ室１３と、図示しない真空チャンバの排気配管に接続される吸気口１４とを有する。第２のハウジング部１１２は、第１及び第２のスクリュー軸２１，２２が貫通する一対の貫通孔Ｈと、ポンプ室１３に連通する排気口１５とを有する。排気口１５には、例えば、消音器や排気ガスの無害化装置が接続されてもよい。

【0026】

第１及び第２のスクリュー軸２１，２２は、それぞれＹ軸方向に平行な軸心を有し、Ｘ軸方向に相互に隣接してポンプ室１３に配置される。第１のスクリュー軸２１は、螺旋状の歯２１ｓを有し、第２のスクリュー軸２２は、歯２１ｓと噛み合う螺旋状の歯２２ｓを有する。第１及び第２のスクリュー軸２１，２２はいずれも、一条のネジで構成される。

【0027】

歯２１ｓ，２２ｓは、捩れ方向が互いに逆方向であるほかは、それぞれほぼ同一の形状を有する。歯２１ｓ，２２ｓは、一方の歯が他方の歯の間（溝）に位置するように僅かな隙間をあけて相互に噛み合っている。歯２１ｓの外周面は、ポンプ室１３の内壁面及び第２のスクリュー軸２２の軸部の外周面（歯２２ｓ間の溝の底部）に僅かな隙間をあけて対向している。一方、歯２２ｓの外周面は、ポンプ室１３の内壁面及び第１のスクリュー軸２１の軸部の外周面（歯２１ｓ間の溝の底部）に僅かな隙間をあけて対向している。

【0028】

吸気口１４及び排気口１５は、ポンプ室１３を介して相互に連通している。吸気口１４は、第１及び第２のスクリュー軸２１，２２の吸入端側に設けられ、排気口１５はそれらの排出端側に設けられる。第１及び第２のスクリュー軸２１，２２は、それらの吸入端側及び排出端側に設置された軸受Ｂ１，Ｂ２を介してポンプ室１３内に回転自在に配置されている。

【0029】

吸気口１４及び排気口１５の位置は上述の例に限られず、適宜変更することが可能である。例えば、排気口１５は、第１のハウジング部１１１に設けられてもよい。ポンプハウジング１１も第１及び第２のハウジング部１１１，１１２を組み合わせて構成される場合に限られず、単一のハウジング部品で構成されてもよいし、３つ以上のハウジング部品を組み合わせて構成されてもよい。ポンプハウジング１１が３つ以上のハウジング部品を組み合わせて構成される場合、吸気口１４は、例えば、最も吸気側に位置するハウジング部に設けられる。

【0030】

第１のスクリュー軸２１は、真空ポンプ１００の駆動源であるモータ４０と接続されている。第１のスクリュー軸２１には、第２のスクリュー軸２２の排出端側軸部に取り付けられた同期ギヤ２４と噛み合う同期ギヤ２３が取り付けられており、モータ４０による第１のスクリュー軸２１への回転駆動力が同期ギヤ２３，２４を介して第２のスクリュー軸２２へ伝達される。モータ４０は、吸気口１４から吸入した上記真空チャンバ内の気体を排気口１５へ向けて移送するように、第１及び第２のスクリュー軸２１，２２を回転させる。

【0031】

第１のユニットＵ１は、モータ４０の一構成要素であるロータコア４１をさらに有する。ロータコア４１は、第１のスクリュー軸２１の先端部（排出端側軸部の先端部）２１ａに支持（圧入）される。モータ４０は、永久磁石同期型のブラシレスＤＣモータである。ロータコア４１は、周方向にＮ極とＳ極とが交互に配列された円筒形状の永久磁石材料で構成されるが、電磁石で構成されてもよい。

【0032】

（第２のユニット）
続いて、第２のユニットＵ２について説明する。

【0033】

第２のユニットＵ２は、ポンプ本体を駆動するモータユニットとして構成される。第２のユニットＵ２は、モータハウジング３１と、円筒部材３２と、モータ４０の一構成要素であるステータコア４２と、モータハウジング３１と円筒部材３２との間に配置されたシールリングＳ３と、規制部材３４とを有する。

【0034】

モータハウジング３１は、アルミニウム合金、ステンレス鋼等の金属材料で構成され、位置決めピンＰ２及び環状のシール部材Ｓ２を介してポンプハウジング１１（第２のハウジング部１１２）に連結される。位置決めピンＰ２は、シール部材Ｓ２の外周側の複数位置にそれぞれ設けられる。モータハウジング３１には、冷却水等の冷却媒体が循環する内部通路３１３が設けられている。

【0035】

モータハウジング３１は、ステータコア４２を保持するモータ室３１１と、同期ギヤ２３，２４を収容するギヤ室３１２とを有する。

【0036】

モータ室３１１は、概略円筒状の空間部で形成される。モータ室３１１のギヤ室３１２とは反対側の開口端部は、モータハウジング３１の先端部に複数のネジＮ１を介して取り付けられた保護板３３によって被覆されている。保護板３３は、例えば格子板やパンチメタルのような開口を有する板材で構成され、当該開口を介してモータ室３１１が外気（大気）と連通している。これにより、モータ室の放熱効果が高められる。

【0037】

ギヤ室３１２は、モータハウジング３１とポンプハウジング１１（第２のハウジング部１１２）との間に区画され、同期ギヤ２３，２４および軸受Ｂ２を潤滑する潤滑油（図示略）を貯留することが可能に構成される。ギヤ室３１２は、軸受Ｂ２及びポンプハウジング１１の貫通孔Ｈを介してポンプ室１３と連通可能に構成される。貫通孔Ｈには、ポンプ室１３とギヤ室３１２とを仕切る接触式あるいは非接触式のシールが設けられてもよい。

【0038】

モータハウジング３１は、モータ室３１１とギヤ室３１２との間に形成された環状の支持壁部３１４をさらに有する。支持壁部３１４は、モータ室３１１よりも径内方側へ突出し、その内周端部には円筒部材３２の外周面に接するシールリングＳ３が装着される装着溝が形成される。支持壁部３１４は、シールリングＳ３を支持する装着部として構成される。

【0039】

ステータコア４２は、モータ室３１１に収容される。ステータコア４２は、環状に形成された複数の磁性鋼板の積層体で構成され、円筒部材３２の周囲に配置される。ステータコア４２には、電源（図示略）に接続されるＵ、Ｖ及びＷ各相の複数のコイル４３が巻回されている。

【0040】

ステータコア４２の外周面は、モータ室３１１の内周面に固定される。固定方法は特に限定されず、本実施形態では、焼嵌めにより、ステータコア４２の外周面がモータ室３１１に固定される。ステータコア４２の内周面は、円筒部材３２を介して、ロータコア４１の外周面に対向している。

【0041】

円筒部材３２は、ロータコア４１とステータコア４２との間に配置され、内部にロータコア４１を収容する。円筒部材３２は、第１のスクリュー軸２１と同心的な軸心を有し、その軸方向の長さ（円筒部材３２の高さ）は、支持壁部３１４の厚みとモータ室３１１の軸方向長さとの総和にほぼ一致する。

【0042】

規制部材３４は、モータ室３１１からの円筒部材３２の離脱を防止するためのものである。規制部材３４は、支持壁部３１４に複数のネジ部材Ｎ２を介して取り付けられ、円筒部材３２の開口端部とＹ軸方向に対向する環状の板部材である。規制部材３４は、円筒部材３２の開口端部と接触し、ステータコア４２に対する円筒部材３２の軸方向への移動を規制する。規制部材３４は、典型的には金属板で構成されるが、ＰＰＳ等の合成樹脂材料で構成されてもよい。規制部材３４の厚みは特に限定されず、弾性変形可能な厚みで構成されてもよい。

【0043】

（制御ユニット）
真空ポンプ１００は、モータ４０の駆動を制御する制御ユニット５０をさらに有する。制御ユニット５０は、真空ポンプ１００の駆動装置として構成される。制御ユニット５０は、第２のユニットＵ２に設けられ、本実施形態では、モータハウジング３１に設置された金属製ケース内に収容された回路基板やその上に搭載された各種電子部品で構成される。

【0044】

図２は、制御ユニット５０の構成を示すブロック図である。制御ユニット５０は、第１の駆動回路５１と、第２の駆動回路５２と、制御部５３とを有する。

【0045】

第１の駆動回路５１は、図２に示すように、駆動部５１１と、温度センサ５１２を有する。図３は、第１の駆動回路５１及び第２の駆動回路５２の一構成例を示す回路図である。

【0046】

駆動部５１１は、図３に示すように、整流回路５１１ａと、平滑回路５１１ｂと、インバータ回路５１１ｃとを有する。整流回路５１１ａは、三相交流電源６０に接続され、三相交流電源６０から供給される交流電流を整流する。平滑回路５１１ｂは、整流回路５１１ａの出力を平滑化するためのもので、チョークコイルＬと平滑用コンデンサＣ１とを含むチョークコイルインプット型平滑回路で構成される。整流回路５１１ａ及び平滑回路５１１ｂは、第１の駆動回路５１において交流電源を直流電源に変換する電源回路５１０として構成される。

【0047】

インバータ回路５１１ｃは、モータ４０を所定の回転数（例えば５０００ｒｐｍ）で回転させる駆動電流を生成する複数の半導体スイッチング素子Ｔｒを有する。これら半導体スイッチング素子Ｔｒは、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等のトランジスタで構成され、制御部５３により開閉タイミングが個別に制御されることにより、ステータコア４２に巻装されたコイル４３（Ｕ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線）へ供給される駆動電流（定格電流）をそれぞれ生成する。

【0048】

温度センサ５１２は、第１の駆動回路５１の温度を検出する。第１の駆動回路５１が所定温度（例えば９０℃）以上の場合、インバータ回路５１１ｃは、コイル４３への駆動電流の供給を停止する。これにより、モータ４０をフリーランの状態にしてモータ４０の更なる温度上昇を防ぐことができる。

【0049】

第２の駆動回路５２は、図２に示すように、充放電可能な補助電圧源５２１と、給電ラインＦと、スイッチ回路（ＳＷ回路）５２２とを有する。第２の駆動回路は、モータ４０の始動時に上記駆動電流よりも高い電流値のインパルス電流をコイル４３へ供給することが可能に構成される。

【0050】

補助電圧源５２１は、蓄電素子Ｃ２と、抵抗Ｒ２とを含む。
蓄電素子Ｃ２は、平滑用コンデンサＣ１よりも大容量のコンデンサであり、典型的には、電解コンデンサである。蓄電素子Ｃ２は、給電ラインＦを介して電源回路５１０に接続される。蓄電素子Ｃ２は、制御ユニット５０の金属製ケースの外部に設置されてもよい。

【0051】

蓄電素子Ｃ２は、図３に示すように、整流回路５１１ａとモータ４０（コイル４３）との間に、平滑用コンデンサＣ１とは並列的に接続される。すなわち、蓄電素子Ｃ２の一方の電極は、給電ラインＦを介して平滑用コンデンサＣ１の高圧側に、後述する第１のスイッチＳ１を介して接続される。蓄電素子Ｃ２の他方の電極は、平滑用コンデンサＣ１の低圧側（グラウンド電位）に接続される。

【0052】

蓄電素子Ｃ２の容量は特に限定されず、例えば、平滑用コンデンサＣ１の５０倍以上の静電容量を有する。一例として、平滑用コンデンサＣ１の容量は１１００μＦであり、蓄電素子Ｃ２の容量は５６０００μＦである。

【0053】

抵抗Ｒ２は、蓄電素子Ｃ２の一方の電極とモータ４０のコイル４３との間に接続される。抵抗Ｒ２は、蓄電素子Ｃ２の放電時にコイル４３へ供給される電流の大きさを調整するためのものである。

【0054】

補助電圧源５２１からモータ４０のコイル４３へ供給されるインパルス電流は、瞬間的に発生する、あるいは、短時間だけ流れる大波電流（サージ電流）である。インパルス電流の波形は特に限定されず、図４（ａ）に示すように時間軸（横軸）方向に対称な波形でもよいし、図４（ｂ）に示すような非対称な波形であってもよい。本実施形態では、補助電圧源５２１が蓄電素子Ｃ２と抵抗Ｒ２とにより構成されるため、図４（ｂ）に示すように電流の立ち下がり時間が蓄電素子Ｃ２と抵抗Ｒ２の抵抗値との積（時定数）で決まる波形のインパルス電流が生成される。

【0055】

補助電圧源５２１で発生するインパルス電流は、第１の駆動回路５１からモータ４０へ供給される駆動電流よりも大きな電流ピーク値を有する。電流ピーク値は、抵抗Ｒ２の抵抗値が小さいほど大きくなり、本実施形態では、モータ４０の定格電流の数倍程度の電流ピーク値に設定される。また、インパルス電流の供給時間は、蓄電素子Ｃ２の静電容量で調整でき、本実施形態では、インパルス電流の供給時間が数百ミリ秒〜１秒程度となるように蓄電素子Ｃ２の静電容量が設定される。

【0056】

スイッチ回路５２２は、図３に示すように、第１のスイッチＳ１と、第２のスイッチＳ２と、第３のスイッチＳ３とを有する。

【0057】

第１のスイッチＳ１は、給電ラインＦに設けられ、電源回路５１０と蓄電素子Ｃ２との間を電気的に接続し又は遮断するスイッチ素子（第１のスイッチ素子）である。第１のスイッチＳ１は、メカニカルスイッチであってもよいし、トランジスタ等の半導体素子であってもよい。第１のスイッチＳ１の開閉は制御部５３により制御され、蓄電素子Ｃ２の充電時に第１のスイッチＳ１がＯＮ（通電）状態に切り替えられる。第１のスイッチＳ１は、電源回路５１０から蓄電素子Ｃ２への通電を制限可能な電流制限素子として機能し、典型的には、ノーマリーオン（Ｂ接点）スイッチである。

【0058】

なお、第２の駆動回路５２は、抵抗Ｒ１をさらに有する。抵抗Ｒ１は、電源回路５１０と蓄電素子Ｃ２との間に配置され、本実施形態では第１のスイッチＳ１と蓄電素子Ｃ２との間に接続される。抵抗Ｒ１は、整流回路５１１ａを過電流から保護するための抵抗素子である。すなわち、抵抗Ｒ１は、第１のスイッチＳ１のＯＮ状態への切り替え時に電源回路５１０から蓄電素子Ｃ２へ向かう突入電流（過電流）から整流回路５１１ａを保護することができる抵抗値を有する。したがって抵抗Ｒ１は、電源回路５１０から蓄電素子Ｃ２への通電を制限可能な電流制限素子としての機能をも有する。抵抗Ｒ１は、後述するように、整流回路５１１ａの耐久性、第１のスイッチＳ１の構成によっては省略されてもよい。

【0059】

第２のスイッチＳ２は、蓄電素子Ｃ２（補助電圧源５２１）とモータ４０のコイル４３との間（本実施形態では抵抗Ｒ２とコイル４３との間）に配置され、蓄電素子Ｃ２とコイル４３との間を電気的に接続し又は遮断するスイッチ素子（第２のスイッチ素子）である。第２のスイッチＳ２は、メカニカルスイッチであってもよいし、トランジスタ等の半導体素子であってもよい。第２のスイッチＳ２の開閉は制御部５３により制御され、蓄電素子Ｃ２の放電時に第２のスイッチＳ２がＯＮ状態（通電）に切り替えられる。第２のスイッチＳ２は、典型的には、ノーマリーオフ（Ａ接点）スイッチである。

【0060】

ここで、モータ４０のコイル４３は、Ｕ、Ｖ及びＷの３相のコイル部を有する。本実施形態において第２のスイッチＳ２は、上記３相のコイル部のうち任意の２相のコイル部間に蓄電素子Ｃ２の充電電圧を供給可能に構成される。典型的には、第２のスイッチＳ２は、各相のコイル部に対応する複数のスイッチ部を有する。例えば、Ｕ−Ｖ相間を通電する場合には、Ｕ相のコイル部に蓄電素子Ｃ２の一方の電極が接続され、Ｖ相のコイル部に蓄電素子Ｃ２の他方の電極が接続される。

【0061】

第３のスイッチＳ３は、インバータ回路５１１ｃとモータ４０のコイル４３との間に配置され、インバータ回路５１１ｃとコイル４３との間を電気的に接続し又は遮断するスイッチ素子（第３のスイッチ素子）である。第３のスイッチＳ３は、メカニカルスイッチであってもよいし、トランジスタ等の半導体素子であってもよい。第３のスイッチＳ３は、Ｕ，Ｖ及びＷの各相に対応する複数のスイッチ部を含み、これらは同時にＯＮ／ＯＦＦすることが可能に構成される。第３のスイッチＳ３の開閉は制御部５３により制御され、第２のスイッチＳ２のＯＮ操作による蓄電素子Ｃ２の放電前に、第３のスイッチＳ３がＯＦＦ状態（非通電）に切り替えられる。これにより、蓄電素子Ｃ２からの放電電流をコイル４３のみに与えることができる。第３のスイッチＳ３は、典型的には、ノーマリーオン（Ｂ接点）スイッチである。

【0062】

制御部５３は、第１の駆動回路５１及び第２の駆動回路５２を制御するためのものである。制御部５３は、典型的には、ＣＰＵと、真空ポンプ１００の動作を制御するための各種プログラムや制御パラメータを記憶するメモリを含むコンピュータで構成される。

【0063】

［真空ポンプの動作］
以下、制御ユニット５０の詳細につき、真空ポンプ１００の動作と併せて説明する。

【0064】

真空ポンプ１００の運転が開始されると、制御部５３は、第１の駆動回路５１において駆動電流を生成させ、これをモータ４０のコイル４３へ供給する。モータ４０が始動すると、第１及び第２のスクリュー軸２１，２２が回転し、吸気口１４より吸入された図示しない真空チャンバ内の気体を排気口１５から排出する所定のポンプ作用が行われる。

【0065】

ここで、真空ポンプ１００によって排気される真空チャンバ内の気体としては、成膜用あるいはエッチング用の各種プロセスガスが挙げられる。プロセスガスとしては、典型的には、アルゴン等の不活性ガス、酸素、窒素、フッ素、炭素等の反応性ガスのほか、成膜用の有機金属材料を含む気体、エッチング処理で生じた反応生成物を含む気体など、常温で固化、凝縮するものが含まれる場合がある。このような環境下で真空ポンプの使用を継続すると、ポンプ本体の内部に凝縮性気体の固体生成物が堆積し、スクリュー軸が固着して通常の始動トルクではモータを始動させることができなくなる場合がある。このため、過酷な使用環境下でも所望とするポンプ作用を安定に確保することが必要とされる。

【0066】

そこで本実施形態では、第１の駆動回路５１によってモータ４０を始動できない場合には、第２の駆動回路５２からモータ４０へ定格電流値よりも高い電流値のインパルス電流を供給し、モータ４０を振動させることで、スクリュー軸２１，２２の固着を解除するようにしている。以下、その詳細について説明する。

【0067】

図５は、真空ポンプ１００の運転方法（駆動方法）の一例を示すフローチャートである。

【0068】

真空ポンプ１００の制御ユニット５０に三相交流電源６０が接続されると、電源回路５１０において直流電源が生成される（ステップ１０１）。第１のスイッチＳ１及び第３のスイッチＳ３はＯＮ状態であり、第２のスイッチＳ２はＯＦＦ状態である。したがって、制御ユニット５０に電源が投入されると、給電ラインＦを介して、蓄電素子Ｃ２が充電される。

【0069】

制御部５３は、インバータ回路５１１ｃを制御して定格電流値である駆動電流をモータ４０のコイル４３へ供給する。モータ４０が始動すると（ステップ１０２においてＹｅｓ）、駆動電流の生成を継続してモータ４０を所定の回転数（例えば５０００ｒｐｍ）で回転させる。

【0070】

一方、真空ポンプ１００の運転が一時的に停止すると、上述のようにポンプ本体１１０の温度の低下によりポンプ室１３内の固体生成物がスクリュー軸２１，２２とポンプハウジング１１間で固着することで、運転の再開時にモータ４０が始動しない場合がある。そこで、モータ４０が始動しない場合（ステップ１０２においてＮｏ）、制御部５３は、第１のスイッチＳ１及び第３のスイッチＳ３をＯＦＦ状態に、第２のスイッチＳ２をＯＮ状態にそれぞれ切り替えることで、蓄電素子Ｃ２を放電させる（ステップ１０３）。これにより、モータ４０へ定格電流値よりも高い電流値のインパルス電流がモータ４０へ供給される。ここでは、第２のスイッチＳ２によってＵ相のコイル部からＷ相のコイル部へ蓄電素子Ｃ２からの放電電流が通電される。

【0071】

ロータコア４１は、図６に示すように、珪素鋼板の積層体４１１と、積層体４１１の内部に埋め込まれた永久磁石４１２とを含む。ステータコア４２の内周部には図示せずとも、各相のコイル部が巻装される複数のティース部（スロット部）を有する。Ｕ相のコイル部とＷ相のコイル部との間が通電されたときにロータコア４１が図中時計まわりに回転トルクを受けるとした場合、高電流値のインパルス電流がコイル４３へ瞬間的に供給されることで、ロータコア４１は、図６に示すように、ステータコア４２に対して時計まわりに大きな回転トルクを受ける。これによりモータ４０は振動し、この振動がスクリュー軸２１，２２へ伝達される。

【0072】

蓄電素子Ｃ２の放電後、第１のスイッチＳ１及び第３のスイッチＳ３はＯＮ状態に、そして、第２のスイッチＳ２はＯＦＦ状態にそれぞれ復帰する。これにより、蓄電素子Ｃ２は再び充電される。制御部５３は、再び第１の駆動回路５１から駆動電流をモータ４０へ供給する。前回の蓄電素子Ｃ２の放電によるモータ４０の振動作用でスクリュー軸２１，２２間の固着が解除されていれば、モータ４０は始動する（ステップ１０４においてＹｅｓ）。

【0073】

一方、上述の処理でモータ４０が始動しない場合（ステップ１０４においてＮｏ）、制御部５３は再び、第１のスイッチＳ１及び第３のスイッチＳ３をＯＦＦ状態に、そして、第２のスイッチＳ２をＯＮ状態にそれぞれ切り替え、蓄電素子Ｃ２を放電させて、モータ４０へインパルス電流を再度供給することで、スクリュー軸２１，２２の固着の解除を試みる（ステップ１０５）。

【0074】

２回目の蓄電素子Ｃ２の放電処理は、前回と同一の相のコイル部間にインパルス電流を供給するようにしてもよいが、本実施形態では、前回とは異なる相のコイル部間にインパルス電流が供給される。ここでは、図７に示すように、ロータコア４１に対して前回とは反対方向（反時計まわり）に回転トルクが作用するように、Ｕ相のコイル部とＶ相のコイル部との間にインパルス電流が供給される。これにより、スクリュー軸２１，２２を異なる方向に衝撃を付与することができるため、スクリュー軸２１，２２の固着状態の効率的な解消が期待される。

【0075】

以上の処理は、モータ４０が始動するまで繰り返し実行される。本実施形態によれば、スクリュー軸２１，２２の固体生成物の付着等による固着等でモータ４０が始動できない場合でも、通常の駆動電流よりも大きな電流値のインパルス電流をモータ４０に供給することで当該固着を解除し得る高始動力（振動あるいは衝撃）をモータ４０へ付与することができる。これにより、厳しい使用環境下においても所望とするポンプ性能を発揮させることができるため、真空ポンプ１００の信頼性及び耐久性を向上させることができる。

【0076】

また、補助電圧源５２１からモータ４０へ供給されるインパルス電流の印加時間は極短時間であるため、モータ４０の発熱も抑えることができる。したがって、モータ４０に過大な負荷を生じさせることなく、固体生成物の堆積によるスクリュー軸２１，２２の固着を解除することができる。

【0077】

さらに本実施形態によれば、補助電圧源５２１が給電ラインＦを介して第１の駆動回路５１の電源回路５１０に接続されているため、補助電圧源５２１に別途の電源を必要とすることなく、大電流のインパルス電流をモータ４０へ供給することができる。しかも、給電ラインＦに第１のスイッチＳ１及び抵抗Ｒ１のような電流制限素子が設けられているため、電源回路５１０として高度な耐久性を必要としない汎用の回路を採用でき、第１の駆動回路５１の構成の簡素化及び低コスト化を図ることができる。

【0078】

以上、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のみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。

【0079】

例えば以上の実施形態では、真空ポンプ１００としてスクリューポンプを例に挙げて説明したが、メカニカルブースタポンプや多段ルーツポンプ等の他のドライポンプにも、本発明は適用可能である。

【0080】

また、以上の実施形態では、補助電圧源５２１が第１の駆動回路５１における電源回路５１０の出力で充電可能に構成されたが、これに限られず、補助電圧源５２１に専用の電源回路が別途設置されてもよい。この場合、給電ラインＦ、第１のスイッチＳ１、抵抗Ｒ１の設置が省略される。

【0081】

また、以上の実施形態では、補助電圧源５２１からモータ４０へのインパルス電流を直接供給するように構成されたが、インバータ回路５１１ｃの耐圧特性が高い場合には、インバータ回路５１１ｃを介してインパルス電流をモータ４０へ供給するように構成されてもよい。

【0082】

また、整流回路５１１ａのダイオードやチョークコイルＬが所定以上の耐久性を有する場合には、抵抗Ｒ１の設置を省略することができる。あるいは、蓄電素子Ｃ２の放電時に電源回路５１０へ向かう電流を制限できる程に抵抗Ｒ１の抵抗値を大きくすることで、第１のスイッチＳ１の設置を省略することもできる。

【0083】

あるいは、第１のスイッチＳ１を所定の周波数でＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで、電源回路５１０から蓄電素子Ｃ２へ供給される電流を制限してもよい。例えば本実施形態のように、スクリュー軸２１，２２の固着を解除するために蓄電素子Ｃ２を複数回充放電させる想定がある場合、上記固着の解除を行うのに有効な放電電流を確保したい（蓄電素子Ｃ２の容量が大きい）場合、回路構成を複雑化させないために第１の駆動回路５１を汎用回路で構成する場合等においては、整流回路５１１ａやチョークコイルＬを通過している電流の単位時間あたりの積算量（つまり発熱量）を制限する必要があるため、抵抗Ｒ１の値をゼロにすることができない。一方、第１のスイッチＳ１をＦＥＴ等のトランジスタ半導体スイッチ素子とし、図示しないパルス発生回路によりパルス幅変調方式（ＰＷＭ方式）にて充電電流を制限可能であれば、抵抗Ｒ１を必要とすることなく整流回路５１１ａを過電流から保護することができる。この場合、第１のスイッチＳ１は、電流制限素子として機能する。

【0084】

さらに以上の実施形態では、第１の駆動回路５１によるモータの始動が失敗したときに、第２の駆動回路５２（補助電圧源５２１）からモータ４０へインパルス電流を供給するように構成されたが、これに限られない。例えば、ポンプ本体の温度を取得可能な温度センサをポンプ本体に設置し、ポンプ運転開始時（始動時）の当該温度センサの出力が所定温度以下の場合には凝縮性ガスの固着、堆積が生じていると判断し、第１の駆動回路５１によるモータ始動の判断を行うことなく、第２の駆動回路５２によるモータ始動を実行してもよい。

【符号の説明】

【0085】

１０…ポンプ本体
２１…第１のスクリュー軸
２２…第２のスクリュー軸
４０…モータ
４３…コイル
５０…制御ユニット
５１…第１の駆動回路
５２…第２の駆動回路
１００…真空ポンプ
５１０…電源回路
５２１…補助電圧源
５２２…スイッチ回路
Ｃ１…平滑用コンデンサ
Ｃ２…蓄電素子
Ｆ…給電ライン
Ｓ１…第１のスイッチ
Ｓ２…第２のスイッチ
Ｓ３…第３のスイッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】