特許 7424772 真空排気装置及びその運転方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-22

(45)【発行日】2024-01-30

(54)【発明の名称】真空排気装置及びその運転方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 3/18 20060101AFI20240123BHJP

   H02P 5/46 20060101ALI20240123BHJP

【ＦＩ】

H02P3/18 101D

H02P5/46 C

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019152652

(22)【出願日】2019-08-23

(65)【公開番号】P2021035158

(43)【公開日】2021-03-01

【審査請求日】2022-06-03

(73)【特許権者】

【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】110003339

【氏名又は名称】弁理士法人南青山国際特許事務所

(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

(72)【発明者】

【氏名】田中 智成

(72)【発明者】

【氏名】橋本 建治

(72)【発明者】

【氏名】木村 康宏

【審査官】島倉 理

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－０６９２９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２４８２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１３９６２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１１０１３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２３００４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０６４９０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ３／１８

Ｈ０２Ｐ ５／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の吸気口、第１の排気口、及び第１のモータを有する第１のポンプ本体と、前記第１のモータを駆動する第１の駆動回路とを有する第１の真空ポンプと、
前記第１の排気口に接続される第２の吸気口、第２の排気口、及び第２のモータを有し前記第１のポンプ本体の後段に接続された第２のポンプ本体と、前記第２のモータを駆動する第２の駆動回路とを有する、前記第１の真空ポンプよりも排気速度が小さい第２の真空ポンプと、
前記第１の駆動回路と前記第２の駆動回路との間を電気的に接続する通電ライン、及び前記通電ラインに接続され、前記第１の駆動回路と前記第２の駆動回路との間の電気的な接続及びその遮断を切り替え可能なスイッチ回路を有する電力供給部と、
前記スイッチ回路の切り替えを制御する制御部とを具備し、
前記制御部は、前記第１の真空ポンプ及び前記第２の真空ポンプの駆動中に、前記第１の吸気口と前記第１の排気口と間の差圧、又は前記第２の吸気口と前記第２の排気口と間の差圧の変動によって発生しうる回生電圧を監視し、前記回生電圧の大きさが所定値以上である旨を検出したときに、前記第１の駆動回路と前記第２の駆動回路との間が電気的に接続されるように前記スイッチ回路を制御する
真空排気装置。

【請求項2】

請求項１に記載の真空排気装置であって、さらに、
前記第２の排気口への大気の逆流を阻止する逆止弁を具備し、
前記第２の排気口は、前記逆止弁を介して大気に連通する
真空排気装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の真空排気装置であって、
前記第１の駆動回路および前記第２の駆動回路は、交流電流を整流する整流回路部と、平滑用コンデンサを含む平滑回路部と、モータ駆動電流を生成するインバータ回路部とをそれぞれ有する
真空排気装置。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１つに記載の真空排気装置であって、
前記第１の真空ポンプは、単段のメカニカルブースタポンプであり、
前記第２の真空ポンプは、多段型のドライポンプである
真空排気装置。

【請求項5】

第１の吸気口、第１の排気口、及び第１のモータを有する第１のポンプ本体と、前記第１のモータを駆動する第１の駆動回路とを有する第１の真空ポンプと、
前記第１の排気口に接続される第２の吸気口、第２の排気口、及び第２のモータを有し前記第１のポンプ本体の後段に接続された第２のポンプ本体と、前記第２のモータを駆動する第２の駆動回路とを有する、前記第１の真空ポンプよりも排気速度が小さい第２の真空ポンプと、
前記第１の駆動回路と前記第２の駆動回路との間を電気的に接続する通電ライン、及び前記通電ラインに接続され、前記第１の駆動回路と前記第２の駆動回路との間の電気的な接続及びその遮断を切り替え可能なスイッチ回路を有する電力供給部と
を具備する真空排気装置の運転方法において、
前記第１の真空ポンプ及び前記第２の真空ポンプの駆動中に、前記第１の吸気口と前記第１の排気口と間の差圧、又は前記第２の吸気口と前記第２の排気口と間の差圧の変動によって発生しうる回生電圧を監視し、
前記回生電圧の大きさが所定値以上である旨を検出したときに、前記第１の駆動回路と前記第２の駆動回路との間が電気的に接続されるように前記スイッチ回路を制御する
真空排気装置の運転方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、第１の真空ポンプと、第１の真空ポンプの後段に接続された第２の真空ポンプとを備えたポンプ装置及びその運転方法に関する。

【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。また、この種のドライポンプを複数台多段に接続した構造の真空排気装置が広く知られている（例えば特許文献１参照）。

【0003】

一方、この種のドライポンプは、整流回路やインバータ回路を含む駆動回路で駆動されるモータを備える。モータは、典型的には三相のブラシレス同期モータであり、インバータ回路で生成される駆動電流の供給を受けてポンプロータを回転させる。この種の駆動回路においては、モータのトルクが回生のとき等にモータで発生する回生電圧を吸収する制動抵抗を備えたものが知られている（例えば特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１２／１２４２７７号

【文献】特開平３－２７７８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

例えば、真空チャンバに接続される第１の真空ポンプとその後段に接続される第２の真空ポンプとを備えた多段構造の真空排気装置においては、プロセスガスの導入等により真空チャンバ内部の圧力が急激に上昇すると、第１の真空ポンプではモータの負荷を低減するため回転数を一時的に減少させる制御が実行される場合がある。このとき、第１の真空ポンプと第２の真空ポンプとの間に圧力が生じ、第２の真空ポンプの吸気側の圧力によって第１の真空ポンプのポンプロータが回転させられ、第１の真空ポンプのモータで過大な回生電圧が生じる場合がある。

【0006】

また、上記構造の真空排気装置においては、真空チャンバが所定圧力以下にまで到達した際に第２の真空ポンプの消費電力を低減する目的で、第２の真空ポンプの回転数を減少させる制御が実行される場合がある。この場合も第１の真空ポンプと第２の真空ポンプとの間に圧力が生じ、第１の真空ポンプの排気側の圧力で第２の真空ポンプのポンプロータが回転させられ、第２の真空ポンプのモータで過大な回生電圧が生じる場合がある。

【0007】

これらの回生電圧が結果として駆動回路を構成するインバータ回路などの各部の素子の耐電圧を超えるほど大きくなる場合等で、当該駆動回路が劣化あるいは損傷するおそれがある。このため、駆動回路に制動抵抗などの回生電圧を吸収する回路部品の設置が必要となり、部品点数の増加が問題となる。

【0008】

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、制動抵抗等の回生電圧吸収用の回路部品を不要とすることができる真空排気装置及びその運転方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る真空排気装置は、第１の真空ポンプと、第２の真空ポンプと、電力供給部とを具備する。
前記第１の真空ポンプは、第１のモータを有する第１のポンプ本体と、前記第１のモータを駆動する第１の駆動回路とを有する。
前記第２の真空ポンプは、第２のモータを有し前記第１のポンプ本体の後段に接続された第２のポンプ本体と、前記第２のモータを駆動する第２の駆動回路とを有する。
前記電力供給部は、前記第１の駆動回路と前記第２の駆動回路との間を電気的に接続可能な通電ラインを有する。

【0010】

上記真空排気装置において、第１の駆動回路と第２の駆動回路が通電ラインを介して相互に接続可能に構成されているため、第１の真空ポンプのモータで発生した回生電圧は第２の駆動回路へ供給可能とされ、第２の真空ポンプのモータで発生した回生電圧は第１の駆動回路へ供給可能とされる。これにより、第１の駆動回路及び第２の駆動回路にそれぞれ回生電圧吸収用の回路部品を必要とすることなく、回生電圧から駆動回路を保護することができる。

【0011】

前記第１の駆動回路および前記第２の駆動回路は、交流電流を整流する整流回路部と、平滑用コンデンサを含む平滑回路部と、モータ駆動電流を生成するインバータ回路部とをそれぞれ有してもよい。

【0012】

前記電力供給部は、前記第１の駆動回路と前記第２の駆動回路との間の電気的な接続及びその遮断を切り替え可能なスイッチ回路をさらに有してもよい。

【0013】

前記真空排気装置は、前記スイッチ回路の切り替えを制御する制御部をさらに具備してもよい。

【0014】

前記制御部は、前記第１の駆動回路及び／又は前記第２の駆動回路における回生電圧が所定値以上のときに、前記第１の駆動回路と前記第２の駆動回路との間が電気的に接続されるように前記スイッチ回路を制御するように構成されてもよい。

【0015】

前記制御部は、前記第１の駆動回路及び前記第２の駆動回路の電源が停止したときに、前記第１の駆動回路と前記第２の駆動回路との間が電気的に接続されるように前記スイッチ回路を制御するように構成されてもよい。

【0016】

前記第１の真空ポンプは、単段のメカニカルブースタポンプであり、前記第２の真空ポンプは、多段型のドライポンプであってもよい。

【0017】

本発明の一形態に係る真空排気装置の運転方法は、第１の真空ポンプと、前記第１の真空ポンプの後段に接続された第２の真空ポンプとを駆動することを含む。
前記第１の真空ポンプのモータが回生電圧を生じたときは、前記第１の真空ポンプの駆動回路と前記第２の真空ポンプの駆動回路との間に接続された通電ラインを介して、当該回生電圧は、前記第２の真空ポンプの駆動回路へ供給される。
前記第２の真空ポンプのモータが回生電圧を生じたときは、前記通電ラインを介して、当該回生電圧は、前記第１の真空ポンプの駆動回路へ供給される。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、制動抵抗等の回生電圧吸収用の回路部品を不要とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る真空排気装置を示す概略構成図である。

【図2】上記真空排気装置におけるコントローラの内部構成を示すブロック図である。

【図3】上記真空排気装置における第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】上記真空排気装置の運転方法を説明するフローチャートである。

【図5】上記真空排気装置の作用を説明する模式図である。

【図6】上記真空排気装置の作用を説明する図であって、真空チャンバの内圧の時間変化と第１及び第２の真空ポンプの動力の時間変化の一例を示す説明図である。

【図7】本発明の第２の実施形態に係る真空排気装置を示す概略構成図である。

【図8】上記真空排気装置の作用を説明する模式図である。

【図9】第１及び第２の真空ポンプの動力の時間変化の一例を示す説明図である。

【図10】上記真空排気装置の運転方法を説明するフローチャートである。

【図11】本発明の第３の実施形態に係る真空排気装置の運転方法を説明するフローチャートである。

【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】

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係る真空排気装置１００を示す概略構成図である。真空排気装置１００は、メインポンプとしての第１の真空ポンプ１１０と、補助ポンプとしての第２の真空ポンプ１２０と、コントローラ１３０とを備える。

【0022】

第１の真空ポンプ１１０は、第２の真空ポンプ１２０よりも排気速度が大きい容積移送型のドライポンプであり、本実施形態では、メカニカルブースタポンプが採用される。第１の真空ポンプ１１０は、単段のポンプロータＲ１を内蔵したポンプ本体１１１（第１のポンプ本体）と、ポンプロータＲ１を回転させるモータ１１２（第１のモータ）とを有する。ポンプ本体１１１は、配管Ｌ１を介して真空チャンバ１へ接続される吸気口Ｅ１１と、配管Ｌ２を介して第２の真空ポンプ１２０に接続される排気口Ｅ１２とを有する。

【0023】

第２の真空ポンプ１２０は、第１の真空ポンプ１１０の後段に接続された容積移送型のドライポンプであり、本実施形態では、スクリューポンプである。第２の真空ポンプ１２０は、多段のポンプロータ（スクリューロータ）Ｒ２を内蔵したポンプ本体１２１（第２のポンプ本体）と、ポンプロータＲ２を回転させるモータ１２２（第２のモータ）とを有する。ポンプ本体１２１は、配管Ｌ２を介して第１の真空ポンプ１１０の排気口Ｅ１２と接続される吸気口Ｅ２１と、大気へ連通する排気口Ｅ２２とを有する。第２の真空ポンプ１２０は、典型的には、第１の真空ポンプ１１０の運転開始とともに始動され、第１の真空ポンプ１１０の運転中は常時、駆動される。

【0024】

モータ１１２，１２２は、ブラシレスＤＣモータであり、本実施形態では、ロータコアの周面あるいはその内部に永久磁石が取り付けられた永久磁石同期型のキャンドモータで構成される。モータ１１２は、ポンプロータＲ１を回転させることで、吸気口Ｅ１１を介して吸引された真空チャンバ１内の気体を排気口Ｅ１２へ向けて移送する。モータ１２２は、ポンプロータＲ２を回転させることで、吸気口Ｅ２１を介して吸引された第１の真空ポンプ１１０の背圧を排気口Ｅ２２へ向けて移送する。

【0025】

コントローラ１３０は、第１の真空ポンプ１１０及び第２の真空ポンプ１２０の動作を制御する制御部として構成される。コントローラ１３０は、モータ１１２を駆動する第１の駆動回路５１と、モータ１２２を駆動する第２の駆動回路５２とを有する。

【0026】

図２は、コントローラ１３０の内部構成を示すブロック図である。コントローラ１３０は、第１の真空ポンプ１１０のモータ１１２を駆動する第１の駆動回路５１と、第２の真空ポンプ１２０のモータ１２２を駆動する第２の駆動回路５２と、第１の駆動回路５１及び第２の駆動回路５２を制御する制御部５３とを有する。

【0027】

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。第１の駆動回路５１及び第２の駆動回路５２はそれぞれ同様な構成を有する。すなわち、第１の駆動回路５１及び第２の駆動回路５２は、整流回路部５ａと、平滑回路部５ｂと、インバータ回路部５ｃとをそれぞれ有する。

【0028】

整流回路部５ａは、商用電源である三相交流電源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。平滑回路部５ｂは、整流回路部５ａ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Ｃ（Ｃ１，Ｃ２）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。インバータ回路部５ｃは、モータ１１２，１２２を所定の回転数（例えば、５０００ｒｐｍ）で回転させる駆動電流（モータ駆動電流）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、モータ１１２，１２２の各相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）の巻線へ供給される駆動電流（定格電流）を生成する。

【0029】

第１の駆動回路５１と第２の駆動回路５２は、電力供給部５４を介して電気的に接続可能に構成される。電力供給部５４は、第１の駆動回路５１と第２の駆動回路５２との間に接続された通電ライン５４１と、通電ライン５４１を介しての第１の駆動回路５１と第２の駆動回路５２との間の電気的な接続及びその遮断を切り替え可能なスイッチ回路５４２とを有する。

【0030】

通電ライン５４１は、第１の駆動回路５１の高圧側配線と第２の駆動回路５２の高圧側配線との間に接続される。本実施形態において通電ライン５４１は、第１及び第２の駆動回路５１，５２の直流電圧部（例えば、整流回路部５ｂとインバータ回路部５ｃとの間）を相互に接続する。第１及び第２の駆動回路５１，５２の低圧側配線は、グランド電位に接続される。

【0031】

スイッチ回路５４２は、通電ライン５４１に接続される。スイッチ回路５４２は、機械スイッチ、半導体スイッチ等のスイッチング素子で構成され、制御部５３によりその開閉が制御される。スイッチ回路５４２は、典型的には、ノーマリ―オフ（Ａ接点）スイッチである。

【0032】

制御部５３は、第１の駆動回路５１、第２の駆動回路５２を制御する。また、制御部５３は、電力供給部５４のスイッチ回路５４２の切り替えを制御する。制御部５３は、典型的には、ＣＰＵと、真空排気装置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。

【0033】

制御部５３は、第１の駆動回路５１の回路電圧を監視する監視部を有する。制御部５３は、後述するように、第１の駆動回路５１の回路電圧が所定値を超えたときは、スイッチ回路５４２をオン動作（短絡）させる制御を実行するように構成される。

【0034】

なお後述するように、上記監視部は、第１の駆動回路５１の監視電圧に加えて又はこれに代えて、第２の駆動回路５２の回路電圧を監視可能に構成されてもよい。この場合、制御部５３は、第２の駆動回路５２の回路電圧が所定値を超えたときは、スイッチ回路５４２をオン動作（短絡）させる制御を実行するように構成される。

【0035】

例えば、第１の真空ポンプ１１０のモータ１１２で回生電圧が発生し、その電圧が第１の駆動回路５１におけるインバータ回路部５ｃの定格電圧を超えたとき、制御部５３は、スイッチ回路５４２をオン動作させる。これにより、第１の駆動回路５１を過電圧から保護するとともに、第１の駆動回路５１と第２の駆動回路５２とを電気的に平衡に保つ。

【0036】

以下、制御部５３の詳細について、真空排気装置１００の動作とともに説明する。

【0037】

真空排気装置１００の運転開始時、スイッチ回路５４２はオフ状態にある。真空排気装置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１１２へ供給することで、第１の真空ポンプ１１０を駆動する。第１の真空ポンプ１１０のポンプロータＲ１は、モータ１１２により所定の定格回転数（例えば５０００ｒｐｍ）で回転することで、吸気口Ｅ１１から排気口Ｅ１２へ向けて気体を移送する。これにより、真空チャンバ１の内部が所定の減圧雰囲気に排気される。

【0038】

制御部５３はさらに、第２の駆動回路５２において駆動電流を生成させ、これをモータ１２２へ供給することで、第２の真空ポンプ１２０を駆動する。第２の真空ポンプ１２０のポンプロータＲ２は、モータ１２２により所定の定格回転数（例えば５０００ｒｐｍ）で回転することで、吸気口Ｅ２１から排気口Ｅ２２へ向けて気体を移送する。これにより、第１の真空ポンプ１１０の背圧が排気され、第１の真空ポンプ１１０（モータ１１２）の消費電力を低減することができる。

【0039】

図４は、制御部５３において実行される真空排気装置１００の運転方法を説明するフローチャートである。図４に示すように、制御部５３は、真空排気装置１００の運転中、第１の真空ポンプ１１０のモータ１１２において発生し得る回生電圧の大きさを監視し、これが所定値以上の場合に、スイッチ回路５４２をオフ状態からオン状態に切り替える動作を実行するように構成される。

【0040】

図５（ａ）～（ｃ）は、本実施形態の作用を説明する真空排気装置１００の模式図であり、図６（ａ），（ｂ）は、真空チャンバ１の内圧の時間変化と第１及び第２の真空ポンプ１１０，１２０（モータ１１２，１２２）の動力の時間変化の一例を示す説明図である。

【0041】

真空チャンバ１が所定の減圧雰囲気に維持された状態において、多量のプロセスガスが真空チャンバ１に導入されると、真空チャンバ１の内圧が急激に上昇する（図５（ａ）、図６（ａ）の時刻ｔ１）。このとき、第１の真空ポンプ１１０の排気速度が第２の真空ポンプ１２０の排気速度よりも大きいため、第２の真空ポンプ１２０による排気が追い付かずに、図５（ｂ）において黒色矢印で示すように、第２の真空ポンプ１２０へ向けて排出された気体が第１の真空ポンプ１１０側へ逆流（当該領域が昇圧）する場合がある。この現象は、真空チャンバ１へのプロセスガスの導入量が多いほど顕著となる。

【0042】

第１の真空ポンプ１１０においてはモータ１１２の負荷トルクが過大となり、制御部５３は、モータ１１２を過負荷から保護するため、例えば第１の駆動回路５１による駆動電流を制限する。その結果、モータ１１２は目標速度をもつ速度制御からトルク制御類似の状態となり、ポンプロータＲ１の回転数は低下するが、ほぼ最大のトルクを発揮する状態が継続することとなる。そして、第２の真空ポンプ１２０による排気が追い付かない場合は当該領域の昇圧に結びつき、最終的には吸気口Ｅ１１側領域よりも排気口Ｅ１２側領域の圧力が高くなる。これは、気体圧縮には時間遅れ要素があり、モータ１１２の動特性により生じるためである。これにより、モータ１１２のトルクが力行から回生へと逆転する現象が発生する。

【0043】

上記のように、第１の真空ポンプ１１０と第２の真空ポンプ１２０との間に圧力が生じ、図５（ｂ），（ｃ）に示すように、第２の真空ポンプ１２０の吸気側の圧力によって第１の真空ポンプ１１０のポンプロータＲ１の回転が減速状態から加速される（第１の真空ポンプ１１０の吸気側の圧力と第２の真空ポンプ１２０の吸気側の圧力との圧力差に起因する力を受ける）現象と駆動電流制限とが干渉しあうため、気体の脈動現象等が発生する場合がある。このとき、モータ１１２において発生する回生電圧が、インバータ回路部５ｃを構成するパワー素子の耐電圧を超えるほど過大となるおそれがある。

【0044】

そこで本実施形態では、制御部５３は、モータ１１２によって発生する第１の駆動回路５１における回生電圧を監視し、その大きさが所定値（例えば、インバータ回路部５ｃの定格電圧を超える任意の値）以上のときは、スイッチ回路５４２をオフ状態からオン状態へ切り替える制御を実行する（図４においてステップ１０１，１０２）。スイッチ回路５４２がオン状態に切り替えられると、第１の駆動回路５１の回路電圧が通電ライン５４１を介して第２の駆動回路５２へ供給され、第１の駆動回路５１と第２の駆動回路５２が互いに電気的に平衡となる。これにより、モータ１１２の過大な回生電圧から第１の駆動回路５１を保護することができる。

【0045】

また、本実施形態によれば、過大な回生電圧から回路を保護するための制動抵抗のような回生電圧吸収用の回路部品が不要となる。これにより、第１の駆動回路５１の回路構成の簡素化と部品コストの低減を図ることができる。

【0046】

さらに、モータ１１２において過大な回生電圧が生じた際に、通電ライン５４１を介して第１の駆動回路５１における過剰な電圧分が第２の駆動回路５２へ供給されるため、モータ１１２へ印加される電圧が上昇することを理由に、モータ１１２のトルクが回生から力行へ復帰する作用が加速される。その結果、第１の真空ポンプ１１０におけるポンプ作用の停止期間が短くなり、第１の真空ポンプ１１０において発生し得る気体の脈動現象を低減することができる。このような効果は、第２の真空ポンプ１２０に対する第１の真空ポンプ１１０の排気容積比が小さいほど顕著に得られる。

【0047】

制御部５３は、スイッチ回路５４２のオン状態の経過時間を算出し、これが所定時間経過した後は、スイッチ回路５４２をオフ状態へ復帰させる（図４のステップ１０３，１０４）。これにより、第１の駆動回路５１と第２の駆動回路５２との電気的導通が遮断され、第１の真空ポンプ１１０及び第２の真空ポンプ１２０の個別運転制御が再開される。上記所定時間は特に限定されず、典型的には、モータ１１２で発生した過大な回生電圧を消失させるのに十分な時間に設定される。さらに、制御部５３で回生電圧を監視し、当該電圧がインバータ回路部５ｃの半導体スイッチング素子Ｔｒの耐圧以下のときにスイッチ回路５４２をオフにするようにすれば、モータ１１２のトルクをより迅速に力行に復帰させることができる点で好ましい。以後、上述の処理が繰り返し実行される。なお、回生電圧の監視値は、半導体スイッチング素子Ｔｒの耐圧に対して任意の安全率を乗じた値であることが望ましい。

【0048】

なお、図６（ｂ）では、第１の真空ポンプ１２０は、モータ１１２のトルクの回生から力行への復帰により動力が徐々に増加し、時刻ｔ３で動力のピークが現れる例が示されている。一方、第２の真空ポンプ１２０については、プロセスガスの吸入による第１の真空ポンプ１２０の内圧の増加に応じて動力が増加し、時刻ｔ２で動力が最大値に達する例が示されている。これらの動力の時間変化は、あくまでも一例であり、第１及び第２の真空ポンプ１１０，１２０の容積比やポンプ特性等に応じて異なる態様を示すことがある。

【0049】

本実施形態においては、第１の駆動回路５１と第２の駆動回路５２とを電気的に平衡化することで第１の駆動回路５１の電圧上昇を抑えているため、モータ１１２の加減速の制御性が向上するとともに、加速制御時における回転数のオーバーシュートを防ぐことができる。

【0050】

＜第２の実施形態＞
続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は、本実施形態の真空排気装置２００を示す概略構成図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

【0051】

本実施形態の真空排気装置２００は、図２に示すように、第１の真空ポンプ１１０と、その後段に位置する第２の真空ポンプ１２０と、コントローラ１３０とを備える点で第１の実施形態と共通するが、第２の真空ポンプ１２０の排気口Ｅ２２が逆止弁１４０を介して大気に連通している点で、第１の実施形態と異なる。逆止弁１４０は、排気口Ｅ２２から大気の方向への気体の流れを順方向とする弁部材であって、典型的には、排気口Ｅ２２から排出される気体の圧力が大気圧以上の場合に開弁することが可能に構成される。

【0052】

本実施形態の真空排気装置２００において、制御部５３は、第２の真空ポンプ１２０の省電力運転制御を実行することが可能に構成される。つまり、本実施形態の真空排気装置２００においては、第２の真空ポンプ１２０の吸気口Ｅ２２に逆止弁１４０が接続されているため、排気口Ｅ２２への大気の逆流を阻止でき、ポンプロータＲ２の負荷トルクを逆止弁１４０がない場合と比較して低くすることができる。そこで、例えば図８に示すように、第２の真空ポンプ１２０のモータ１２２が所定トルク以下の場合においてはモータ１２２の回転数を定格回転数（例えば、５０００ｒｐｍ）よりも低い所定の制御回転数（例えば、３０００ｒｐｍ）に低下させることで、第２の真空ポンプ１２０の消費電力の低減を図ることが可能となる。

【0053】

一方、第２の真空ポンプ１２０が定格回転数から制御回転数へ切り替わり、多量のプロセスガスが第１の真空ポンプ１１０に導入されたときは、第１の真空ポンプ１１０と第２の真空ポンプ１２０との間に圧力が生じ、第１の真空ポンプ１１０の排気側の圧力で第２の真空ポンプ１２０のポンプロータＲ２が回転させられ、第２の真空ポンプ１２０のモータ１２２で過大な回生電圧が生じる場合がある。この現象は、第２の真空ポンプ１２０の排気容積が第１の真空ポンプ１１０の排気容積よりも小さいほど顕著となる。

【0054】

図８（ａ），（ｂ）は、本実施形態の作用を説明する真空排気装置２００の模式図であり、図９は、第１及び第２の真空ポンプ１１０，１２０（モータ１１２，１２２）の動力の時間変化の一例を示す説明図である。図１０は、制御部５３において実行される真空排気装置２００の運転方法を説明するフローチャートである。

【0055】

例えば、図９の時刻ｔ１において第２の真空ポンプ１２０が定格回転数（図８（ａ））から制御回転数（図８（ｂ））へ切り替えられると、第２の真空ポンプ１２０のモータ１２２は定格回転数から制御回転数に至るまで回転数を低減させた制御運転の状態となる。ここで、時刻ｔ２の状況で第１の真空ポンプ１１０から多量のプロセスガスが導入されて第１の真空ポンプ１１０の圧力が高くなり、第２の真空ポンプ１２０との間に圧力が生じる。モータ１２２のトルクは、力行から回生に変化する。一方、第１の真空ポンプ１１０と第２の真空ポンプ１２０の排気容積比が比較的大きい場合、図８（ｂ）において黒色矢印で示すように、第１の真空ポンプ１１０の排気圧力で第２の真空ポンプ１２０のポンプロータＲ２の回転数が加速され、モータ１２２において発生する回生電圧が、インバータ回路部５ｃを構成するパワー素子の耐電圧を超えるほど過大となるおそれがある。

【0056】

そこで本実施形態では、制御部５３は、図１０に示すように、モータ１２２によって発生する第２の駆動回路５２における回生電圧を監視し、その大きさが所定値（例えば、第２の駆動回路５２におけるインバータ回路部５ｃの定格電圧を超える任意の値）以上のときは、電力供給部５４のスイッチ回路５４２をオフ状態からオン状態へ切り替える制御を実行する（ステップ２０１，２０２）。スイッチ回路５４２がオン状態に切り替えられると、第２の駆動回路５２の回路電圧が通電ライン５４１を介して第１の駆動回路５１へ供給され、第１の駆動回路５１と第２の駆動回路５２が互いに電気に平衡となる。これにより、モータ１２２の過大な回生電圧から第２の駆動回路５２を保護することができる。

【0057】

また、本実施形態によれば、過大な回生電圧から回路を保護するための制動抵抗のような回生電圧吸収用の回路部品が不要となるため、第２の駆動回路５２の回路構成の簡素化と部品コストの低減を図ることができる。

【0058】

さらに、モータ１２２において過大な回生電圧が生じた際に、通電ライン５４１を介して第２の駆動回路５２における過剰な電力分を第１の駆動回路５１へ供給することができるため、モータ１２２を回生モードから力行モードへ速やかに復帰させることができる（図９における時刻ｔ２）。その結果、第２の真空ポンプ１２０におけるポンプ作用の停止期間が短くなり、第２の真空ポンプ１２０において発生し得る気体の脈圧振動を低減することができる。

【0059】

制御部５３は、スイッチ回路５４２のオン状態の経過時間を算出し、これが所定時間経過した後は、スイッチ回路５４２をオフ状態へ復帰させる（ステップ２０３，２０４）。これにより、第１の駆動回路５１と第２の駆動回路５２との電気的導通が遮断され、第１の真空ポンプ１１０及び第２の真空ポンプ１２０の個別運転制御が再開される。上記所定時間は特に限定されず、典型的には、モータ１２２で発生した過大な回生電圧を消失させるのに十分な時間に設定される。さらに、制御部５３で回生電圧を監視し、当該電圧がインバータ回路部５ｃの半導体スイッチング素子Ｔｒの耐圧以下のときにスイッチ回路５４２をオフにするのが好ましい。以後、上述の処理が繰り返し実行される。

【0060】

なお、本実施形態においても第１の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。すなわち、制御部５３は、第２の駆動回路５２の回路電圧だけでなく、第１の駆動回路５１の回路電圧も監視することで、真空チャンバ１の急激な内圧上昇時にスイッチ回路５４２をオン状態にすることで、第１の駆動回路５１をモータ１１２の過大な回生電圧から保護することができる。

【0061】

＜第３の実施形態＞
続いて、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態の真空排気装置３００は、図２に示すように、第１の真空ポンプ１１０と、その後段に位置する第２の真空ポンプ１２０と、コントローラ１３０とを備える点で第１及び第２の実施形態と共通するが、制御部５３の構成が第１及び第２の実施形態と異なる。

【0062】

本実施形態の制御部５３は、第１の駆動回路５１及び第２の駆動回路５２におけるモータ１１２，１２２の回生電圧の監視に加えて又はこれに代えて、第１の駆動回路５１及び第２の駆動回路５２に接続される交流電源６０の瞬時停電（瞬時電圧低下）の有無を監視する機能を有する。そして、制御部５３は、交流電源６０の瞬時停電を検出したとき、電力供給部５４におけるスイッチ回路５４２をオン状態に切り替えて、第１の駆動回路５１と第２の駆動回路５２とを電気的に接続するように構成される。

【0063】

図１１は、制御部５３において実行される真空排気装置３００の運転方法を説明するフローチャートである。制御部５３は、真空排気装置３００の運転中に瞬時停電の発生の有無を監視し、瞬時停電の発生を検出したときは、スイッチ回路５４２をオフ状態からオン状態へ切り替えることで、第１の駆動回路５１と第２の駆動回路５２との間を電気的に接続する（ステップ３０１，３０２）。

【0064】

瞬時停電が発生すると、第１の駆動回路５１は、モータ駆動電流の生成が行なえなくなるため、モータ１１２のトルクは力行から回生に変化する。回生電圧の大きさは、瞬時停電の発生時におけるポンプロータＲ１の回転数で決定され、ポンプロータＲ１の慣性による回転エネルギーが回生電圧に変換される。

【0065】

一方、第２の駆動回路５２においては、スイッチ回路５４２のオン状態への切り替えにより、通電ライン５４１を介して第１の駆動回路５１から第２の駆動回路５２へモータ１１２の回生電圧が供給される。これにより、第２の真空ポンプ１２０は、第１の駆動回路５１から第２の駆動回路５２へモータ１２２の駆動に必要な電力が供給される限りにおいてポンプ作用を継続し、真空チャンバ１の真空度の低下を抑えることができる。

【0066】

この場合において第２の真空ポンプ１２０の延命時間（ポンプ作用が停止するまでの時間）は、電源復帰までに必要な時間が理想であり、補助電源（バックアップ電源）が併設される場合には、瞬時停電が発生してから当該補助電源が作動するまでの時間以上であることが好適である。このような理由から、第１の駆動回路５１におけるコンデンサＣ１は、第２の駆動回路５２におけるコンデンサＣ２よりも大容量の素子で構成されるのが好ましい。

【0067】

なお、本実施形態においてスイッチ回路５４２は、ノーマリ―オン（Ｂ接点）スイッチで構成されてもよい。これにより、スイッチ回路５４２をオン状態に維持する電力が不要となるため、第２の真空ポンプ１２０の延命時間を最大限に引き延ばすことができる。また、停電時に速やかにスイッチ回路５４２をオン状態に切り替えることが可能となる。

【0068】

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。

【0069】

例えば以上の実施形態では、第１の真空ポンプ１１０としてメカニカルブースタポンプを、第２の真空ポンプ１２０としてスクリューポンプをそれぞれ採用したが、これに限られず、ルーツポンプ、スクロールポンプ等の他の真空ポンプが採用可能である。

【0070】

また、以上の実施形態では、電力供給部５４におけるスイッチ回路５４２が制御部５３の指示に基づいてオフ状態からオン状態（又はオン状態からオフ状態）へ切り替え可能に構成されたが、これに限られない。例えば、スイッチ回路５４２は、回路電圧が所定値以上のときに自動的にオン状態に切り替わるスイッチング素子が採用されてもよい。

【0071】

真空排気装置の構成も上述の例に限られず、例えば、第１の真空ポンプ１１０の後段に、第２の真空ポンプ１２０とは並列に、第１の真空ポンプ１１０の排気口から大気への気体の流れを順方向とする逆止弁が接続されてもよい。

【符号の説明】

【0072】

１…真空チャンバ
５１…第１の駆動回路
５２…第２の駆動回路
５３…制御部
５４…電力供給部
１００，２００，３００…真空排気装置
１１０…第１の真空ポンプ
１１２，１２２…モータ
１２０…第２の真空ポンプ
１３０…コントローラ
５４１…通電ライン
５４２…スイッチ回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】