真空ポンプ
【課題】 ポンプ本体と制御装置とを一体化した真空ポンプにおける、制御装置内部の結露を抑制すること。
【解決手段】 ベース３の底部（ステータコラム２１の底部）に、ポンプ本体を冷却するための冷却管２６を配設する。そして、この冷却管２６による冷却の影響を受けないようにするために、制御装置２４を断熱部材２７を介してポンプ本体に取り付ける。このように断熱部材２７を配設することにより、ポンプ本体と制御装置２４とを熱的に絶縁することができる。そのため、ポンプ本体が冷却管２６の作用で露点以下まで冷却される場合であっても、制御装置２４の内部の温度は低下することがない。従って、制御装置２４内において、大きな温度差が生じる状態を回避することができる。これにより制御装置２４内の結露の発生を抑制することができる。
【解決手段】 ベース３の底部（ステータコラム２１の底部）に、ポンプ本体を冷却するための冷却管２６を配設する。そして、この冷却管２６による冷却の影響を受けないようにするために、制御装置２４を断熱部材２７を介してポンプ本体に取り付ける。このように断熱部材２７を配設することにより、ポンプ本体と制御装置２４とを熱的に絶縁することができる。そのため、ポンプ本体が冷却管２６の作用で露点以下まで冷却される場合であっても、制御装置２４の内部の温度は低下することがない。従って、制御装置２４内において、大きな温度差が生じる状態を回避することができる。これにより制御装置２４内の結露の発生を抑制することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空容器の排気処理を行う真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置、電子顕微鏡、表面分析装置、微細加工装置などで用いられる真空装置等の排気処理を行う真空ポンプとして多用されるものに分子ポンプがある。
この高真空の環境を実現することができる分子ポンプは、吸気口および排気口を有し外装体を形成するケーシングを備えている。そして、このケーシングの内部には、当該分子ポンプに排気機能を発揮させる構造物が収納されている。この排気機能を発揮させる構造物は、大きく分けて回転自在に軸支された回転部（ロータ部）とケーシングに対して固定された固定部（ステータ部）から構成されている。
【０００３】
回転部は、回転軸およびこの回転軸に固定されている回転体からなり、回転体には、放射状にかつ多段に配設されたロータ翼が設けられている。また、固定部には、ロータ翼に対して互い違いにステータ翼が多段に配設されている。
分子ポンプには、回転軸を高速回転させるためのモータが設けられており、このモータの働きにより回転軸が高速回転すると、ロータ翼とステータ翼との作用により気体が吸気口から吸引され、排気口から排出されるようになっている。
このように構成されたポンプ本体は、制御装置（コントロールユニット）によって各種動作が制御されている。
【０００４】
ところで近年では、真空ポンプ装置の小型化、装置の管理工数の低減、またポンプ本体と制御装置を接続する専用ケーブルの削減が要求されている。
そこで、下記の特許文献１に開示されているような、真空ポンプ本体と制御装置とを一体化した真空ポンプが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１７３２９３号公報
【０００６】
特許文献１には、ポンプ本体を制御装置と嵌合させて一体化し、さらに、ポンプ本体および制御装置と密着するように冷却ジャケットを配設した真空ポンプが提案されている。
このように冷却ジャケットを配設することにより、ポンプ本体と制御装置の冷却を同時に行うことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に示すような冷却装置を用いて真空ポンプの排熱を行う場合には、温度差により冷却装置の表面（冷却箇所）に結露が発生してしまうおそれがある。このような結露が制御装置内部に発生してしまうと、制御回路に不具合を生じるおそれがある。
そこで、本発明は、ポンプ本体と制御装置とを一体化した真空ポンプにおける、制御装置内部の結露を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明は、吸気口から吸い込まれた気体を排気口まで移送する気体移送機構を内包するポンプ本体と、前記ポンプ本体に配設され、前記ポンプ本体を冷却する冷却手段と、前記ポンプ本体に断熱手段を介して装着され、前記ポンプ本体を制御する制御回路を内包する制御装置と、を備えることにより前記目的を達成する。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記断熱手段は、熱抵抗が高い部材または隙間によって形成されている。
なお、前記熱抵抗が高い部材としては、例えば、発泡部材やセラミック部材を用いることが好ましい。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の発明において、前記制御回路は、自己損失により高温に熱せられる発熱素子を搭載し、前記制御装置の筐体は、熱伝導率の高い金属により形成され、前記発熱素子は、前記制御装置の筐体と内接して配設されている。
なお、前記発熱素子は、例えば、前記ポンプ本体と前記制御装置との接合部から離れた位置に配置することが好ましい。
また、前記制御装置の筐体は、例えば、銅やアルミニウム、アルミニウム合金など熱伝導率の高い金属によって形成されていることが好ましい。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記制御装置の筐体を空冷する空冷手段を備える。
なお、空冷手段としては、例えば、ファン（送風機）を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ポンプ本体と制御装置との間に断熱手段を介在させることにより、ポンプ本体と制御装置とを熱的に絶縁することができる。これにより、ポンプ本体の冷却手段によって制御装置が過度に冷却されることを避けることができるため、制御装置内部の結露の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図１を参照して詳細に説明する。本実施の形態では、真空ポンプの一例として分子ポンプを用いて説明する。
図１は、本実施形態に係る分子ポンプ１の概略構成を示した図である。なお、図１は、分子ポンプ１の軸線方向の断面図を示している。
本実施形態では、分子ポンプの一例としてターボ分子ポンプ部Ｔとねじ溝式ポンプ部Ｓを備えた、いわゆる複合翼タイプの分子ポンプを例にとり説明する。
なお、分子ポンプ１には、高速回転するロータ部と、固定したステータ部との排気作用により、排気機能を発揮する真空ポンプであって、ターボ分子ポンプ、ねじ溝式ポンプ、あるいはこれら両方の構造を合わせ持ったポンプなどがある。
【００１４】
分子ポンプ１の外装体を形成するケーシング２は、円筒状の形状をしており、ケーシング２の底部に設けられたベース３と共に分子ポンプ１の外装体を構成している。そして、分子ポンプ１の外装体の内部には、分子ポンプ１に排気機能を発揮させる構造物つまり気体移送機構が収納されている。
これら排気機能を発揮する構造物は、大きく分けて回転自在に軸支されたロータ部４とケーシング２に対して固定されたステータ部から構成されている。
また、吸気口５側がターボ分子ポンプ部Ｔにより構成され、排気口６側がねじ溝式ポンプ部Ｓから構成されている。
【００１５】
ロータ部４には、シャフト７の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜してシャフト７から放射状に伸びたブレードからなるロータ翼８が吸気口５側（ターボ分子ポンプ部Ｔ）に設けられている。なお、ロータ部４は、ステンレスやアルミニウム合金などの金属により構成されている。
さらに、ロータ部４には、外周面が円筒形状をした部材からなる円筒部材９が排気口６側（ねじ溝式ポンプ部Ｓ）に設けられている。
また、分子ポンプ１には、ロータ翼８が軸線方向に複数段形成されている。
【００１６】
シャフト７は、円柱部材の回転軸（ロータ軸）である。シャフト７の上端にはロータ部４が複数のボルト１０により取り付けられている。
シャフト７の軸線方向中程には、シャフト７を回転させるモータ部１１が配設されている。
また、モータ部１１の吸気口５側および排気口６側には、シャフト７をラジアル方向に軸支するための磁気軸受部１２および磁気軸受部１３が設けられている。
さらに、シャフト７の下端には、シャフト７を軸線方向（スラスト方向）に軸支するための磁気軸受部１４が設けられている。
なお、シャフト７は、磁気軸受部１２、１３、１４から構成される５軸制御型の磁気軸受によって非接触で支持されている。
また、磁気軸受部１２、１３の近傍には、それぞれ変位センサ１５、１６が形成されており、シャフト７のラジアル方向の変位が検出できるようになっている。さらに、シャフト７の下端には変位センサ１７が形成されており、シャフト７の軸線方向の変位が検出できるようになっている。
【００１７】
ケーシング２の内周側には、ステータ部が形成されている。このステータ部は、吸気口５側（ターボ分子ポンプ部Ｔ）に設けられたステータ翼１８と、排気口６側（ねじ溝式ポンプ部Ｓ）に設けられたねじ溝スペーサ１９などから構成されている。
ステータ翼１８は、シャフト７の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜してケーシング２の内周面からシャフト７に向かって伸びたブレードから構成されている。ターボ分子ポンプ部Ｔでは、これらステータ翼１８が軸線方向に、ロータ翼８と互い違いに複数段形成されている。各段のステータ翼１８は、円筒形状をしたスペーサ２０により互いに隔てられている。
【００１８】
ねじ溝スペーサ１９は、内周面にらせん溝が形成された円柱部材である。ねじ溝スペーサ１９の内周面は、所定のクリアランス（間隙）を隔てて円筒部材９の外周面に対面するようになっている。ねじ溝スペーサ１９に形成されたらせん溝の方向は、らせん溝内をロータ部４の回転方向にガスが輸送された場合、排気口６に向かう方向である。らせん溝の深さは排気口６に近づくにつれ浅くなるようになっている。そして、らせん溝を輸送されるガスは排気口６に近づくにつれて圧縮されるようになっている。
これらステータ部はステンレスやアルミニウム合金などの金属を用いて構成されている。
ベース３は、ケーシング２と共に分子ポンプ１の外装体を構成している。ベース３のラジアル方向の中央には、ロータの回転軸線と同心に円筒形状を有するステータコラム２１が取り付けられている。
【００１９】
ベース３の底部（ステータコラム２１の開口部）に裏蓋２２が取り付けられている。裏蓋２２には、分子ポンプ１の内部配線を引き出すためのコネクタ部２３が設けられている。
なお、ケーシング２、ベース３および裏蓋２２を外装体とする領域（部分）、即ち、気体移送機構が構成されている部分をポンプ本体とする。
本実施の形態に係る分子ポンプ１は、このポンプ本体を制御するための制御装置２４がポンプ本体に装着されている。つまり、ポンプ本体と制御装置２４が一体化されている。
制御装置２４は、ベース３の底部（ステータコラム２１の開口部）、即ち裏蓋２２と対向する領域に配設されている。
【００２０】
ねじ溝式ポンプ部Ｓの外周部には、ベース３を周方向に囲むようにベーキングヒータ２５が装着されている。
ベーキングヒータ２５は、ニクロム線などの電熱部材によって構成され、温度コントローラによって電力を供給される。ベーキングヒータ２５は、電力を供給されると発熱し、ねじ溝式ポンプ部Ｓを加熱するようになっている。
吸気口５から吸入されたガスは、ターボ分子ポンプ部Ｔを移送する間に冷却されるため、ねじ溝式ポンプ部Ｓに移送される時には、ガスの温度は下がってしまう。一方、ガスの圧力は、ねじ溝式ポンプ部Ｓに移送される時には、高くなっている。つまり、ねじ溝式ポンプ部Ｓに移送されるガスは、低温かつ高圧力状態となっている。従って、ねじ溝式ポンプ部Ｓは、移送されるガスによる固体生成物が析出しやすい状態となっている。
そこで、ねじ溝スペーサ１９で移送されるガスによる固体生成物の析出を抑制するために、ベーキングヒータ２５を用いてねじ溝式ポンプ部Ｓを高温に保つようにしている。
【００２１】
また、分子ポンプ１の稼働中は、ロータ部４が高速回転し、ロータ翼８やステータ翼１８のブレードが、圧縮熱等によって高温になったプロセスガスを受ける。そして、これらの圧縮熱等を受けて、ロータ翼８やステータ翼１８のブレードの温度が上昇する。
また、分子ポンプ１は、モータ部１１から発生する熱などにより加熱されて高温状態となる。
このようにポンプ本体は、気体分子の衝突熱（圧縮熱）やモータ部１１からの発熱、ベーキングヒータ２５による加熱などにより高温状態となっている。
【００２２】
上述したようなポンプ本体における高温の熱が制御装置２４に伝達してしまうと、制御装置２４の内部の回路（制御回路）に不具合を来すおそれがある。つまり、制御装置２４の内部回路が熱の影響を受けて動作不良を起こすおそれがある。
そこで、制御装置２４が受けるポンプ本体の熱の影響を低減させるために、ベース３の底部（ステータコラム２１の底部）には、冷却管２６が配設されている。なお、ここでは、ポンプ本体の構成としてこの冷却管２６を含んでいる。
冷却管２６は、チューブ状（管状）の部材からなる。冷却管２６は、内部に熱媒体である冷却材を流し、この冷却材に熱を吸収させるようにして冷却管２６周辺の冷却を行うための部材である。
冷却管２６に冷却材を流すことによって、裏蓋２２、ステータコラム２１をはじめとする冷却管２６の周辺部が強制的に冷却される。この冷却効果によって、ポンプ本体の冷却を図ることによる、ポンプ本体から制御装置２４へ伝達する熱を低減（抑制）することができる。
【００２３】
上述した冷却管２６は、熱抵抗の低い部材つまり熱伝導率の高い部材、例えば、銅やステンレス鋼などによって構成されている。
また、冷却管２６に流す冷却材、つまり物体を冷却するための流体は、液体であっても気体であってもよい。液体の冷却材としては、例えば、水、塩化カルシウム水溶液やエチレングリコール水溶液などを用いることができる。気体の冷却材としては、例えば、アンモニア、メタン、エタン、ハロゲン、ヘリウムガスや炭酸ガス、空気などを用いることができる。
なお、本実施形態では、冷却管２６をベース３の底部（ステータコラム２１の底部）に配設されているが、冷却管２６の配設位置はこれに限られるものではない。例えば、ベース３やステータコラム２１、裏蓋２２の内部に直接埋め込むように設けてもよい。
このような場合には、分子ポンプ１内の気密性を十分に保持することができるような構造（シール構造）を別途設けるようにする。
【００２４】
本実施形態では、ポンプ本体から制御装置２４へ伝達する熱を効率的に低減するために、冷却管２６をポンプ本体と制御装置２４との間に配設している。
ところが、本実施形態のように冷却管２６を用いて、部分的に強制冷却を施した場合には、冷却箇所に結露が発生してしまうおそれがある。
この結露とは、冷却部（冷却面）が露点（相対湿度が１００％となる温度）以下になるとその冷却面の上に水滴が出現する現象である。
このような結露が制御装置２４内に発生すると、制御回路に不具合を生じるおそれがある。
【００２５】
そこで、本実施形態では、制御装置２４内の結露を抑制するために、制御装置２４は、断熱部材２７を介してポンプ本体に取り付けられている。即ち、ポンプ本体と制御装置２４との間に断熱部材２７が配設されている。
断熱部材２７は、制御装置２４がポンプ本体に取り付けられた際にポンプ本体に接触する部位（領域）に配設されている。
断熱部材２７は、発泡材やセラミックなど熱抵抗が高い材料、即ち熱伝導率の小さい材料によって構成されている。
また、制御装置２４をポンプ本体に密着させずに、隙間（ギャップ）を介して取り付けるようにしてもよい。この場合、ポンプ本体と制御装置２４との間の隙間が断熱部材２７として機能（作用）する。
【００２６】
このように断熱部材２７を配設することにより、ポンプ本体と制御装置２４とを熱的に絶縁（分離）することができる。つまり、断熱部材２７を設けることにより、制御装置２４が受ける冷却管２６による冷却の影響を抑制（低減）することができる。
これにより、ポンプ本体と制御装置２４との間に急な温度差を緩衝できるため、制御装置２４の内部が露点以下まで冷却されるような状態になることを回避することができる。従って、制御装置２４内部における結露の発生を適切に抑制することができる。
なお、熱的に絶縁されているポンプ本体と制御装置２４においては、それぞれ独立して（個別に）温度管理を行うようにする。
詳しくは、ポンプ本体においては、冷却管２６に流す冷媒を調整したり、ベーキングヒータ２５の設定温度を調整したりして、温度管理を行うようにする。
一方、制御装置２４においては、内部に配設（配置）する素子の位置を調整したり、外部に冷却用のファンを設けたりして温度管理を行うようにする。なお、素子の配置位置の詳細については後述する。
【００２７】
ここで、制御装置２４内部に設けられている制御回路について説明する。
制御装置２４内部には、モータ部１１や磁気軸受部１２〜１４の駆動回路、電源回路などが設けられている。さらに、これら駆動回路を制御するための制御回路や分子ポンプ１の制御に用いられる各種情報の格納された記憶素子が搭載されている。
なお、記憶素子には、ポンプ情報として、例えば、ポンプの運転時間、エラーの履歴、温度制御の設定温度等の情報（データ）が格納されている。
一般に電子回路で用いられる電気部品（素子）には、信頼性を考慮した環境温度が設定されている。例えば、上述した記憶素子の環境温度は、概ね６０℃程度となっている。なお、このような耐熱特性の低い素子を低耐熱素子と表現する。
【００２８】
各電気部品は、分子ポンプ１の動作時において環境温度の設定値範囲内で使用しなければならない。
また、制御装置２４内部に設けられている回路には、上述した低耐熱素子の他にも、素子内の損失（内部損失）により発熱する部品（パワー素子）も多数用いられている。例えば、モータ部１１の駆動回路であるインバータ回路を構成するトランジスタ素子などがこれに相当する。
このような、自己発熱量が大きくなるような素子（以下、発熱素子２８とする）においても、環境温度が設定されている。そのため、発熱素子２８に対しては、発生した熱を排出するための放熱対策が必要となる。
【００２９】
そこで、本実施形態では、図１に示すように、発熱素子２８を制御装置２４の筐体２９と接触するように配設し、この筐体２９から発熱素子２８の放熱を行うようにしている。
詳しくは、発熱素子２８のパッケージにおける表面積の広い部位を制御装置２４の筐体２９と接触させる。発熱素子２８を接触させる位置は、制御装置２４とポンプ本体との接合面から離れた位置とする。ここでは、制御装置２４とポンプ本体との接合面と対向する面に発熱素子２８を配設する。
また、筐体２９は、アルミニウムや銅、アルミニウム合金などの熱伝導率の高い部材で構成することによって構成されている。これにより、発熱素子２８の放熱効率を向上させることができる。
一方、自己発熱量の少ない素子や耐熱特性の低い素子は、ポンプ本体と制御装置２４との接合部近傍、即ち、発熱素子２８から離れた位置に配置するようにする。このような位置に配置することにより、発熱素子２８の熱の影響を避けることができる。
【００３０】
発熱素子２８の放熱効率を向上させるために、ファン（送風機）を用いて筐体２９を外部から強制的に空冷するようにしてもよい。なお、筐体２９を冷却する場合には、制御装置２４内部の結露の発生を抑制するために、過度の冷却を行うことはしない。
また、発熱素子２８と筐体２９との接触面にシリコングリースを塗布したり、また、シリコンシートを配設したりすることが望ましい。このように、発熱素子２８と筐体２９との接触面に熱伝導率の高い部材を用いることにより、より発熱素子２８の放熱効率を向上させることができる。
本実施形態では、制御装置２４内の発熱素子２８を、制御装置２４とポンプ本体との接合面から離れた位置（熱伝導的かつ距離的に離れた位置）に配設している。これにより、制御装置２４とポンプ本体との接合面に急な温度差が生じる状態を回避することができる。従って、制御装置２４内部における結露の発生を適切に抑制することができる。
【００３１】
本実施形態によれば、ポンプ本体と制御装置２４との間に断熱部材２７を配設することにより、ポンプ本体と制御装置２４との接合部位に大きな温度差が生じることがない。これにより、制御装置２４内部における結露の発生を抑制することができる。
また、本実施形態によれば、ポンプ本体と制御装置２４において、それぞれ独立して（個別に）温度管理をすることにより、制御装置２４の冷却によるポンプ本体の熱利用効率を低下させることがない。即ち、制御装置２４の冷却がベーキングヒータ２５の加熱処理に影響を与えることがない。
本実施形態によれば、制御装置２４において発熱素子２８を放熱効率を考慮した部位、即ち、放熱がされやすい部位に配置することにより、複雑な冷却装置を用いることなく、制御装置２４における素子の放熱処理を適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施形態に係る分子ポンプの概略構成を示した図である。
【符号の説明】
【００３３】
１ 分子ポンプ
２ ケーシング
３ ベース
４ ロータ部
５ 吸気口
６ 排気口
７ シャフト
８ ロータ翼
９ 円筒部材
１０ ボルト
１１ モータ部
１２、１３、１４ 磁気軸受部
１５、１６、１７ 変位センサ
１８ ステータ翼
１９ ねじ溝スペーサ
２０ スペーサ
２１ ステータコラム
２２ 裏蓋
２３ コネクタ部
２４ 制御装置
２５ ベーキングヒータ
２６ 冷却管
２７ 断熱部材
２８ 発熱素子
２９ 筐体
Ｓ ねじ溝式ポンプ部
Ｔ ターボ分子ポンプ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空容器の排気処理を行う真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置、電子顕微鏡、表面分析装置、微細加工装置などで用いられる真空装置等の排気処理を行う真空ポンプとして多用されるものに分子ポンプがある。
この高真空の環境を実現することができる分子ポンプは、吸気口および排気口を有し外装体を形成するケーシングを備えている。そして、このケーシングの内部には、当該分子ポンプに排気機能を発揮させる構造物が収納されている。この排気機能を発揮させる構造物は、大きく分けて回転自在に軸支された回転部（ロータ部）とケーシングに対して固定された固定部（ステータ部）から構成されている。
【０００３】
回転部は、回転軸およびこの回転軸に固定されている回転体からなり、回転体には、放射状にかつ多段に配設されたロータ翼が設けられている。また、固定部には、ロータ翼に対して互い違いにステータ翼が多段に配設されている。
分子ポンプには、回転軸を高速回転させるためのモータが設けられており、このモータの働きにより回転軸が高速回転すると、ロータ翼とステータ翼との作用により気体が吸気口から吸引され、排気口から排出されるようになっている。
このように構成されたポンプ本体は、制御装置（コントロールユニット）によって各種動作が制御されている。
【０００４】
ところで近年では、真空ポンプ装置の小型化、装置の管理工数の低減、またポンプ本体と制御装置を接続する専用ケーブルの削減が要求されている。
そこで、下記の特許文献１に開示されているような、真空ポンプ本体と制御装置とを一体化した真空ポンプが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１７３２９３号公報
【０００６】
特許文献１には、ポンプ本体を制御装置と嵌合させて一体化し、さらに、ポンプ本体および制御装置と密着するように冷却ジャケットを配設した真空ポンプが提案されている。
このように冷却ジャケットを配設することにより、ポンプ本体と制御装置の冷却を同時に行うことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に示すような冷却装置を用いて真空ポンプの排熱を行う場合には、温度差により冷却装置の表面（冷却箇所）に結露が発生してしまうおそれがある。このような結露が制御装置内部に発生してしまうと、制御回路に不具合を生じるおそれがある。
そこで、本発明は、ポンプ本体と制御装置とを一体化した真空ポンプにおける、制御装置内部の結露を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明は、吸気口から吸い込まれた気体を排気口まで移送する気体移送機構を内包するポンプ本体と、前記ポンプ本体に配設され、前記ポンプ本体を冷却する冷却手段と、前記ポンプ本体に断熱手段を介して装着され、前記ポンプ本体を制御する制御回路を内包する制御装置と、を備えることにより前記目的を達成する。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記断熱手段は、熱抵抗が高い部材または隙間によって形成されている。
なお、前記熱抵抗が高い部材としては、例えば、発泡部材やセラミック部材を用いることが好ましい。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の発明において、前記制御回路は、自己損失により高温に熱せられる発熱素子を搭載し、前記制御装置の筐体は、熱伝導率の高い金属により形成され、前記発熱素子は、前記制御装置の筐体と内接して配設されている。
なお、前記発熱素子は、例えば、前記ポンプ本体と前記制御装置との接合部から離れた位置に配置することが好ましい。
また、前記制御装置の筐体は、例えば、銅やアルミニウム、アルミニウム合金など熱伝導率の高い金属によって形成されていることが好ましい。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記制御装置の筐体を空冷する空冷手段を備える。
なお、空冷手段としては、例えば、ファン（送風機）を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ポンプ本体と制御装置との間に断熱手段を介在させることにより、ポンプ本体と制御装置とを熱的に絶縁することができる。これにより、ポンプ本体の冷却手段によって制御装置が過度に冷却されることを避けることができるため、制御装置内部の結露の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図１を参照して詳細に説明する。本実施の形態では、真空ポンプの一例として分子ポンプを用いて説明する。
図１は、本実施形態に係る分子ポンプ１の概略構成を示した図である。なお、図１は、分子ポンプ１の軸線方向の断面図を示している。
本実施形態では、分子ポンプの一例としてターボ分子ポンプ部Ｔとねじ溝式ポンプ部Ｓを備えた、いわゆる複合翼タイプの分子ポンプを例にとり説明する。
なお、分子ポンプ１には、高速回転するロータ部と、固定したステータ部との排気作用により、排気機能を発揮する真空ポンプであって、ターボ分子ポンプ、ねじ溝式ポンプ、あるいはこれら両方の構造を合わせ持ったポンプなどがある。
【００１４】
分子ポンプ１の外装体を形成するケーシング２は、円筒状の形状をしており、ケーシング２の底部に設けられたベース３と共に分子ポンプ１の外装体を構成している。そして、分子ポンプ１の外装体の内部には、分子ポンプ１に排気機能を発揮させる構造物つまり気体移送機構が収納されている。
これら排気機能を発揮する構造物は、大きく分けて回転自在に軸支されたロータ部４とケーシング２に対して固定されたステータ部から構成されている。
また、吸気口５側がターボ分子ポンプ部Ｔにより構成され、排気口６側がねじ溝式ポンプ部Ｓから構成されている。
【００１５】
ロータ部４には、シャフト７の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜してシャフト７から放射状に伸びたブレードからなるロータ翼８が吸気口５側（ターボ分子ポンプ部Ｔ）に設けられている。なお、ロータ部４は、ステンレスやアルミニウム合金などの金属により構成されている。
さらに、ロータ部４には、外周面が円筒形状をした部材からなる円筒部材９が排気口６側（ねじ溝式ポンプ部Ｓ）に設けられている。
また、分子ポンプ１には、ロータ翼８が軸線方向に複数段形成されている。
【００１６】
シャフト７は、円柱部材の回転軸（ロータ軸）である。シャフト７の上端にはロータ部４が複数のボルト１０により取り付けられている。
シャフト７の軸線方向中程には、シャフト７を回転させるモータ部１１が配設されている。
また、モータ部１１の吸気口５側および排気口６側には、シャフト７をラジアル方向に軸支するための磁気軸受部１２および磁気軸受部１３が設けられている。
さらに、シャフト７の下端には、シャフト７を軸線方向（スラスト方向）に軸支するための磁気軸受部１４が設けられている。
なお、シャフト７は、磁気軸受部１２、１３、１４から構成される５軸制御型の磁気軸受によって非接触で支持されている。
また、磁気軸受部１２、１３の近傍には、それぞれ変位センサ１５、１６が形成されており、シャフト７のラジアル方向の変位が検出できるようになっている。さらに、シャフト７の下端には変位センサ１７が形成されており、シャフト７の軸線方向の変位が検出できるようになっている。
【００１７】
ケーシング２の内周側には、ステータ部が形成されている。このステータ部は、吸気口５側（ターボ分子ポンプ部Ｔ）に設けられたステータ翼１８と、排気口６側（ねじ溝式ポンプ部Ｓ）に設けられたねじ溝スペーサ１９などから構成されている。
ステータ翼１８は、シャフト７の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜してケーシング２の内周面からシャフト７に向かって伸びたブレードから構成されている。ターボ分子ポンプ部Ｔでは、これらステータ翼１８が軸線方向に、ロータ翼８と互い違いに複数段形成されている。各段のステータ翼１８は、円筒形状をしたスペーサ２０により互いに隔てられている。
【００１８】
ねじ溝スペーサ１９は、内周面にらせん溝が形成された円柱部材である。ねじ溝スペーサ１９の内周面は、所定のクリアランス（間隙）を隔てて円筒部材９の外周面に対面するようになっている。ねじ溝スペーサ１９に形成されたらせん溝の方向は、らせん溝内をロータ部４の回転方向にガスが輸送された場合、排気口６に向かう方向である。らせん溝の深さは排気口６に近づくにつれ浅くなるようになっている。そして、らせん溝を輸送されるガスは排気口６に近づくにつれて圧縮されるようになっている。
これらステータ部はステンレスやアルミニウム合金などの金属を用いて構成されている。
ベース３は、ケーシング２と共に分子ポンプ１の外装体を構成している。ベース３のラジアル方向の中央には、ロータの回転軸線と同心に円筒形状を有するステータコラム２１が取り付けられている。
【００１９】
ベース３の底部（ステータコラム２１の開口部）に裏蓋２２が取り付けられている。裏蓋２２には、分子ポンプ１の内部配線を引き出すためのコネクタ部２３が設けられている。
なお、ケーシング２、ベース３および裏蓋２２を外装体とする領域（部分）、即ち、気体移送機構が構成されている部分をポンプ本体とする。
本実施の形態に係る分子ポンプ１は、このポンプ本体を制御するための制御装置２４がポンプ本体に装着されている。つまり、ポンプ本体と制御装置２４が一体化されている。
制御装置２４は、ベース３の底部（ステータコラム２１の開口部）、即ち裏蓋２２と対向する領域に配設されている。
【００２０】
ねじ溝式ポンプ部Ｓの外周部には、ベース３を周方向に囲むようにベーキングヒータ２５が装着されている。
ベーキングヒータ２５は、ニクロム線などの電熱部材によって構成され、温度コントローラによって電力を供給される。ベーキングヒータ２５は、電力を供給されると発熱し、ねじ溝式ポンプ部Ｓを加熱するようになっている。
吸気口５から吸入されたガスは、ターボ分子ポンプ部Ｔを移送する間に冷却されるため、ねじ溝式ポンプ部Ｓに移送される時には、ガスの温度は下がってしまう。一方、ガスの圧力は、ねじ溝式ポンプ部Ｓに移送される時には、高くなっている。つまり、ねじ溝式ポンプ部Ｓに移送されるガスは、低温かつ高圧力状態となっている。従って、ねじ溝式ポンプ部Ｓは、移送されるガスによる固体生成物が析出しやすい状態となっている。
そこで、ねじ溝スペーサ１９で移送されるガスによる固体生成物の析出を抑制するために、ベーキングヒータ２５を用いてねじ溝式ポンプ部Ｓを高温に保つようにしている。
【００２１】
また、分子ポンプ１の稼働中は、ロータ部４が高速回転し、ロータ翼８やステータ翼１８のブレードが、圧縮熱等によって高温になったプロセスガスを受ける。そして、これらの圧縮熱等を受けて、ロータ翼８やステータ翼１８のブレードの温度が上昇する。
また、分子ポンプ１は、モータ部１１から発生する熱などにより加熱されて高温状態となる。
このようにポンプ本体は、気体分子の衝突熱（圧縮熱）やモータ部１１からの発熱、ベーキングヒータ２５による加熱などにより高温状態となっている。
【００２２】
上述したようなポンプ本体における高温の熱が制御装置２４に伝達してしまうと、制御装置２４の内部の回路（制御回路）に不具合を来すおそれがある。つまり、制御装置２４の内部回路が熱の影響を受けて動作不良を起こすおそれがある。
そこで、制御装置２４が受けるポンプ本体の熱の影響を低減させるために、ベース３の底部（ステータコラム２１の底部）には、冷却管２６が配設されている。なお、ここでは、ポンプ本体の構成としてこの冷却管２６を含んでいる。
冷却管２６は、チューブ状（管状）の部材からなる。冷却管２６は、内部に熱媒体である冷却材を流し、この冷却材に熱を吸収させるようにして冷却管２６周辺の冷却を行うための部材である。
冷却管２６に冷却材を流すことによって、裏蓋２２、ステータコラム２１をはじめとする冷却管２６の周辺部が強制的に冷却される。この冷却効果によって、ポンプ本体の冷却を図ることによる、ポンプ本体から制御装置２４へ伝達する熱を低減（抑制）することができる。
【００２３】
上述した冷却管２６は、熱抵抗の低い部材つまり熱伝導率の高い部材、例えば、銅やステンレス鋼などによって構成されている。
また、冷却管２６に流す冷却材、つまり物体を冷却するための流体は、液体であっても気体であってもよい。液体の冷却材としては、例えば、水、塩化カルシウム水溶液やエチレングリコール水溶液などを用いることができる。気体の冷却材としては、例えば、アンモニア、メタン、エタン、ハロゲン、ヘリウムガスや炭酸ガス、空気などを用いることができる。
なお、本実施形態では、冷却管２６をベース３の底部（ステータコラム２１の底部）に配設されているが、冷却管２６の配設位置はこれに限られるものではない。例えば、ベース３やステータコラム２１、裏蓋２２の内部に直接埋め込むように設けてもよい。
このような場合には、分子ポンプ１内の気密性を十分に保持することができるような構造（シール構造）を別途設けるようにする。
【００２４】
本実施形態では、ポンプ本体から制御装置２４へ伝達する熱を効率的に低減するために、冷却管２６をポンプ本体と制御装置２４との間に配設している。
ところが、本実施形態のように冷却管２６を用いて、部分的に強制冷却を施した場合には、冷却箇所に結露が発生してしまうおそれがある。
この結露とは、冷却部（冷却面）が露点（相対湿度が１００％となる温度）以下になるとその冷却面の上に水滴が出現する現象である。
このような結露が制御装置２４内に発生すると、制御回路に不具合を生じるおそれがある。
【００２５】
そこで、本実施形態では、制御装置２４内の結露を抑制するために、制御装置２４は、断熱部材２７を介してポンプ本体に取り付けられている。即ち、ポンプ本体と制御装置２４との間に断熱部材２７が配設されている。
断熱部材２７は、制御装置２４がポンプ本体に取り付けられた際にポンプ本体に接触する部位（領域）に配設されている。
断熱部材２７は、発泡材やセラミックなど熱抵抗が高い材料、即ち熱伝導率の小さい材料によって構成されている。
また、制御装置２４をポンプ本体に密着させずに、隙間（ギャップ）を介して取り付けるようにしてもよい。この場合、ポンプ本体と制御装置２４との間の隙間が断熱部材２７として機能（作用）する。
【００２６】
このように断熱部材２７を配設することにより、ポンプ本体と制御装置２４とを熱的に絶縁（分離）することができる。つまり、断熱部材２７を設けることにより、制御装置２４が受ける冷却管２６による冷却の影響を抑制（低減）することができる。
これにより、ポンプ本体と制御装置２４との間に急な温度差を緩衝できるため、制御装置２４の内部が露点以下まで冷却されるような状態になることを回避することができる。従って、制御装置２４内部における結露の発生を適切に抑制することができる。
なお、熱的に絶縁されているポンプ本体と制御装置２４においては、それぞれ独立して（個別に）温度管理を行うようにする。
詳しくは、ポンプ本体においては、冷却管２６に流す冷媒を調整したり、ベーキングヒータ２５の設定温度を調整したりして、温度管理を行うようにする。
一方、制御装置２４においては、内部に配設（配置）する素子の位置を調整したり、外部に冷却用のファンを設けたりして温度管理を行うようにする。なお、素子の配置位置の詳細については後述する。
【００２７】
ここで、制御装置２４内部に設けられている制御回路について説明する。
制御装置２４内部には、モータ部１１や磁気軸受部１２〜１４の駆動回路、電源回路などが設けられている。さらに、これら駆動回路を制御するための制御回路や分子ポンプ１の制御に用いられる各種情報の格納された記憶素子が搭載されている。
なお、記憶素子には、ポンプ情報として、例えば、ポンプの運転時間、エラーの履歴、温度制御の設定温度等の情報（データ）が格納されている。
一般に電子回路で用いられる電気部品（素子）には、信頼性を考慮した環境温度が設定されている。例えば、上述した記憶素子の環境温度は、概ね６０℃程度となっている。なお、このような耐熱特性の低い素子を低耐熱素子と表現する。
【００２８】
各電気部品は、分子ポンプ１の動作時において環境温度の設定値範囲内で使用しなければならない。
また、制御装置２４内部に設けられている回路には、上述した低耐熱素子の他にも、素子内の損失（内部損失）により発熱する部品（パワー素子）も多数用いられている。例えば、モータ部１１の駆動回路であるインバータ回路を構成するトランジスタ素子などがこれに相当する。
このような、自己発熱量が大きくなるような素子（以下、発熱素子２８とする）においても、環境温度が設定されている。そのため、発熱素子２８に対しては、発生した熱を排出するための放熱対策が必要となる。
【００２９】
そこで、本実施形態では、図１に示すように、発熱素子２８を制御装置２４の筐体２９と接触するように配設し、この筐体２９から発熱素子２８の放熱を行うようにしている。
詳しくは、発熱素子２８のパッケージにおける表面積の広い部位を制御装置２４の筐体２９と接触させる。発熱素子２８を接触させる位置は、制御装置２４とポンプ本体との接合面から離れた位置とする。ここでは、制御装置２４とポンプ本体との接合面と対向する面に発熱素子２８を配設する。
また、筐体２９は、アルミニウムや銅、アルミニウム合金などの熱伝導率の高い部材で構成することによって構成されている。これにより、発熱素子２８の放熱効率を向上させることができる。
一方、自己発熱量の少ない素子や耐熱特性の低い素子は、ポンプ本体と制御装置２４との接合部近傍、即ち、発熱素子２８から離れた位置に配置するようにする。このような位置に配置することにより、発熱素子２８の熱の影響を避けることができる。
【００３０】
発熱素子２８の放熱効率を向上させるために、ファン（送風機）を用いて筐体２９を外部から強制的に空冷するようにしてもよい。なお、筐体２９を冷却する場合には、制御装置２４内部の結露の発生を抑制するために、過度の冷却を行うことはしない。
また、発熱素子２８と筐体２９との接触面にシリコングリースを塗布したり、また、シリコンシートを配設したりすることが望ましい。このように、発熱素子２８と筐体２９との接触面に熱伝導率の高い部材を用いることにより、より発熱素子２８の放熱効率を向上させることができる。
本実施形態では、制御装置２４内の発熱素子２８を、制御装置２４とポンプ本体との接合面から離れた位置（熱伝導的かつ距離的に離れた位置）に配設している。これにより、制御装置２４とポンプ本体との接合面に急な温度差が生じる状態を回避することができる。従って、制御装置２４内部における結露の発生を適切に抑制することができる。
【００３１】
本実施形態によれば、ポンプ本体と制御装置２４との間に断熱部材２７を配設することにより、ポンプ本体と制御装置２４との接合部位に大きな温度差が生じることがない。これにより、制御装置２４内部における結露の発生を抑制することができる。
また、本実施形態によれば、ポンプ本体と制御装置２４において、それぞれ独立して（個別に）温度管理をすることにより、制御装置２４の冷却によるポンプ本体の熱利用効率を低下させることがない。即ち、制御装置２４の冷却がベーキングヒータ２５の加熱処理に影響を与えることがない。
本実施形態によれば、制御装置２４において発熱素子２８を放熱効率を考慮した部位、即ち、放熱がされやすい部位に配置することにより、複雑な冷却装置を用いることなく、制御装置２４における素子の放熱処理を適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施形態に係る分子ポンプの概略構成を示した図である。
【符号の説明】
【００３３】
１ 分子ポンプ
２ ケーシング
３ ベース
４ ロータ部
５ 吸気口
６ 排気口
７ シャフト
８ ロータ翼
９ 円筒部材
１０ ボルト
１１ モータ部
１２、１３、１４ 磁気軸受部
１５、１６、１７ 変位センサ
１８ ステータ翼
１９ ねじ溝スペーサ
２０ スペーサ
２１ ステータコラム
２２ 裏蓋
２３ コネクタ部
２４ 制御装置
２５ ベーキングヒータ
２６ 冷却管
２７ 断熱部材
２８ 発熱素子
２９ 筐体
Ｓ ねじ溝式ポンプ部
Ｔ ターボ分子ポンプ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気口から吸い込まれた気体を排気口まで移送する気体移送機構を内包するポンプ本体と、
前記ポンプ本体に配設され、前記ポンプ本体を冷却する冷却手段と、
前記ポンプ本体に断熱手段を介して装着され、前記ポンプ本体を制御する制御回路を内包する制御装置と、
を備えることを特徴とする真空ポンプ。
【請求項２】
前記断熱手段は、熱抵抗が高い部材または隙間によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。
【請求項３】
前記制御回路は、自己損失により高温に熱せられる発熱素子を搭載し、
前記制御装置の筐体は、熱伝導率の高い金属により形成され、
前記発熱素子は、前記制御装置の筐体と内接して配設されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の真空ポンプ。
【請求項４】
前記制御装置の筐体を空冷する空冷手段を備えることを特徴とする請求項３記載の真空ポンプ。
【請求項１】
吸気口から吸い込まれた気体を排気口まで移送する気体移送機構を内包するポンプ本体と、
前記ポンプ本体に配設され、前記ポンプ本体を冷却する冷却手段と、
前記ポンプ本体に断熱手段を介して装着され、前記ポンプ本体を制御する制御回路を内包する制御装置と、
を備えることを特徴とする真空ポンプ。
【請求項２】
前記断熱手段は、熱抵抗が高い部材または隙間によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。
【請求項３】
前記制御回路は、自己損失により高温に熱せられる発熱素子を搭載し、
前記制御装置の筐体は、熱伝導率の高い金属により形成され、
前記発熱素子は、前記制御装置の筐体と内接して配設されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の真空ポンプ。
【請求項４】
前記制御装置の筐体を空冷する空冷手段を備えることを特徴とする請求項３記載の真空ポンプ。
【図１】
【公開番号】特開２００６−９０２５１（Ｐ２００６−９０２５１Ａ）
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２７９１６３（Ｐ２００４−２７９１６３）
【出願日】平成１６年９月２７日（２００４．９．２７）
【出願人】（５９８０２１５７９）ＢＯＣエドワーズ株式会社 (44)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２７日（２００４．９．２７）
【出願人】（５９８０２１５７９）ＢＯＣエドワーズ株式会社 (44)
【Ｆターム（参考）】
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