JP4525267B2 - 真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、強磁性体の温度による透磁率変化を利用してロータ温度を判定したり、その判定結果を用いてロータ回転を制御する真空ポンプに関する。

半導体製造装置等に用いられるターボ分子ポンプにおいては、ターボ分子ポンプで排気されるガスの流量や分子量が大きくなるにつれて、モータ電力増大に伴う発熱やガス排気に伴う摩擦熱などによりロータ温度が上昇する。また、熱伝導率の小さなガスを排気した場合にも、ロータ温度が上昇する。一般的に、ロータ回転数、排気ガスの流量や圧力や温度およびポンプ周囲温度が高いほど、ロータ温度は高くなる。

ターボ分子ポンプのロータは高速回転しているため、遠心力によって大きな引っ張り応力が作用している。そのため、ロータには比強度に優れたアルミ合金が一般的に用いられている。ところが、アルミ合金の場合、クリープ変形の許容温度が比較的低い温度（約１１０℃〜１２０℃）であるため、ポンプ運転時にはロータ温度がこの許容温度以下になるように常に監視する必要がある。

そのため、強磁性体の透磁率がキュリー温度において大きく変化することを利用して、ロータ温度を非接触で検出する方法も知られている（例えば、特許文献１参照）。リング状の強磁性体をロータ外周に装着し、キュリー温度における強磁性体の透磁率変化をコイルにより検出するようにしている。

特開平７−５０５１号公報

しかしながら、リング状の強磁性体をロータ外周に装着するようにしているため、遠心力により大きな引っ張り応力が強磁性体に作用して、強磁性体が損傷するおそれがあった。

請求項１の発明は、ステータに対してロータを回転することによりガスを排気する真空ポンプに適用され、ロータを含む回転体の回転軸方向端面の回転軸近傍に対向配置されたインダクタンス式ギャップセンサと、回転軸方向端面の異なる複数の回転角度位置においてギャップセンサが対向する領域の各々に、個別に形成された複数の凹部と、複数の凹部の少なくとも一つに配置され、キュリー温度が前記ロータの許容温度とほぼ等しい強磁性体とを備え、強磁性体の透磁率変化に伴うインダクタンス変化をギャップセンサで検出してロータの温度を検出し、複数の凹部の内の強磁性体が配置されていない凹部を回転数センサターゲットとして使用して、該回転数センサターゲットにギャップセンサが対向したときのインダクタンス変化に基づきロータの回転数を検出することを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の真空ポンプにおいて、回転軸方向端面における強磁性体の形成範囲は、ギャップセンサが対向する領域に対応することを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の真空ポンプにおいて、強磁性体の透磁率変化が検出されたとき、ロータの回転速度減速または回転停止を行わせる制御手段を設けたものである。
請求項４の発明は、請求項１または２に記載の真空ポンプにおいて、強磁性体の透磁率変化が検出されている時間の積算時間が、ロータのクリープ寿命設計に基づいて予め設定された許容時間を超過したときに、ロータの回転停止を行わせる制御手段を設けたものである。
請求項５の発明は、請求項３または４に記載の真空ポンプにおいて、強磁性体の透磁率変化が検出されたときにポンプ異常を知らせる警報情報を提示する警報手段を設けたものである。
請求項６の発明は、ステータに対してロータを回転することによりガスを排気する真空ポンプにおいて、ロータを含む回転体の回転軸方向端面の回転軸近傍に対向配置されたインダクタンス式ギャップセンサと、回転軸方向端面の異なる複数の回転角度位置においてギャップセンサが対向する領域の各々に、個別に形成された複数の凹部と、複数の凹部の少なくとも一つに配置され、キュリー温度がロータの許容温度とほぼ等しい第１の強磁性体と、第１の強磁性体が配置された凹部とは異なる凹部に配置され、キュリー温度が第１の強磁性体のキュリー温度よりも大きな第２の強磁性体と、第１の強磁性体の透磁率変化に伴うインダクタンス変化が検出されている時間の積算時間が、ロータのクリープ寿命設計に基づいて予め設定された許容時間を超過したときに、ロータの回転停止を行わせる第１の制御手段と、第２の強磁性体の透磁率変化が検出されたときにロータの回転停止を行わせる第２の制御手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、強磁性体が回転体の回転軸方向端面の回転軸近傍に配置されているので、強磁性体に作用する引っ張り応力を抑制することができ、強磁性体の耐久性の向上を図ることができる。さらに、回転数センサで強磁性体の透磁率の変化をインダクタンス変化として検出することで、部品点数およびコストの増加を抑えることができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明による真空ポンプの一実施の形態を示す図であり、磁気軸受式ターボ分子ポンプのポンプ本体１とコントローラ３０の概略構成を示したものである。

ロータ２が取り付けられたシャフト３は、ベース４に設けられた電磁石５１，５２，５３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、ベース４に設けられたラジアル変位センサ７１，７２およびアキシャル変位センサ７３によって検出される。ラジアル磁気軸受を構成する電磁石５１，５２と、アキシャル磁気軸受を構成する電磁石５３と、変位センサ７１〜７３とで５軸制御型磁気軸受が構成される。

シャフト３の下端には円形のディスク４１が設けられており、このディスク４１を上下に挟むように電磁石５３が設けられている。そして、電磁石５３によりディスク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。ディスク４１はナット４２によりシャフト３の下端部に固定されている。

図２の（ａ），（ｂ）に示すように、ナット４２の下端面にはリング形状の強磁性体ターゲット４３が設けられている。ターゲット４３は、接着剤によりナット４２に接着されたり、ナット４２側を加熱して焼き嵌めしてナット４２に固定される。ナット４２がシャフト３とともに高速回転するとターゲット４３に図示左右方向の遠心力が作用するが、ターゲット４３を回転体の端面部分に配置したので軸近傍に配設することができ、遠心力の影響を低減することができる。さらに、遠心力作用方向であるターゲット側面がナット４２の保持部４２ａによって保持されているので、ターゲット４３に生じる引っ張り応力を抑制することができる。ターゲット４３の耐久性が向上する。

特に、ターゲット４３を焼き嵌めした場合には、ターゲット４３に圧縮応力が働いているので、遠心力の影響を低減することができる。また、ターゲット４３をシャフト３の端面に設けたことにより、シャフト３の径に関係なくターゲット４３の外形を小さくできるとともに、配設位置をシャフト３の軸近傍とすることができる。それによって、遠心力の影響を小さくすることができる。

ステータ側には、ナット４２に設けられたターゲット４３と対向するように、インダクタンス式のギャップセンサ４４が設けられている。後述するように、ギャップセンサ４４は、ロータ温度が許容温度以上に上昇したときのターゲット４３の透磁率変化をインダクタンス変化として検出するものである。

なお、図１に示すポンプではターゲット４３をシャフト３に設けられたディスク４１の下側端面に設けたが、図８に示すようにロータ２の上端面のロータ軸上にターゲット４３を設けても良い。この場合、ターゲット４３はリング状ではなく円板状とすることができ、遠心力の作用するターゲット４３の側面はロータ２によって保持されている。すなわち、ロータ２がターゲット４３の保持部としての機能を有している。ギャップセンサ４４Ｂは、最上段のスペーサ１０に固定されたサポート４５により、ロータ軸上に保持されている。ギャップセンサ４４Ｂでは、コア４００の中央凸部にコイル４０１を巻き回した構造としている。図８のターゲット４３はロータ軸上に設けられているため、図１に示したターゲット４３よりもさらに遠心力の影響を低減することができる。

図１に戻って、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１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の保持機能とともに、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。

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およびスペーサ１０によって保持された固定翼９は、吸気口１３ａが形成されたケーシング１３内に納められている。ロータ２が取り付けられたシャフト３を電磁石５１〜５３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、吸気口１３ａ側のガスは矢印Ｇ１のように背圧側（空間Ｓ１）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。

ターボ分子ポンプ本体１はコントローラ３０によって駆動制御される。コントローラ３０には、磁気軸受を駆動制御する磁気軸受駆動制御部３２およびモータ６を駆動制御するモータ駆動制御部３３が設けられている。検出部３１は、上述したギャップセンサ４４の出力信号に基づいてターゲット４３の透磁率が変化したか否かを検出する。

検出部３１にはギャップセンサ４４の出力信号が入力され、ロータ温度モニタ信号をモータ駆動制御部３３および警報部３４に出力する。もちろん、ロータ温度モニタ信号をコントローラ３０の外部に出力できる出力端子を設けるようにしても良い。警報部３４はロータ温度異常などの警報情報をオペレータに提示する警報手段であり、警告音を発生するスピーカや警告を表示する表示装置などにより構成される。

図３はギャップセンサ４４のインダクタンス変化を説明する図であり、ギャップセンサ４４およびターゲット４３の作る磁気回路の模式図である。ギャップセンサ４４の構造は、珪素鋼板などの透磁率の大きなコアの周囲にコイルを巻いたものである。ギャップセンサ４４のコイルには搬送波として一定周波数・一定電圧の高周波電圧が印加され、ギャップセンサ４４からターゲット４３に向けて高周波磁界が形成される。

一方、ターゲット４３には、そのキュリー温度Ｔｃがロータ２の許容温度Ｔmaxとほぼ同一か、または、それに近い温度を有する強磁性体材料を用いる。ロータ２の場合には、この許容温度Ｔmaxはロータ材料にクリープ変形が生じる温度が採用され、アルミの場合には１１０℃〜１２０℃程度である。キュリー温度Ｔｃが１２０℃程度の強磁性体材料としては、ニッケル・亜鉛フェライトやマンガン・亜鉛フェライト等がある。

ロータ温度上昇によりターゲット４３の温度が上昇すると、図４に示すようにキュリー温度Ｔｃ付近においてターゲット４３の透磁率が真空の透磁率μ_０程度まで急激に低下する。ギャップセンサ４４が形成する磁界中でターゲット４３の透磁率が変化すると、ギャップセンサ４４のインダクタンスが変化することになる。その結果、搬送波は振幅変調され、ギャップセンサ４４から出力される振幅変調された搬送波を検波・整流することにより、透磁率の変化に相当する信号変化を検出することができる。

ギャップセンサ４４のコア材料はフェライト等の強磁性体が用いられるが、この透磁率がエアギャップの透磁率に比べてそれを無視できる程度に大きく、また、漏れ磁束が無視できる場合には、インダクタンスＬと寸法ｄ，ｄ_１との関係は近似的に次式（１）のように表される。なお、Ｎはコイルの巻き数、Ｓはターゲット４３と対向するコアの断面積、ｄはエアギャップ、ｄ１はターゲット４３の厚さ、μ_１はターゲット４３の透磁率であり、エアギャップの透磁率は真空の透磁率μ_０に等しいとする。
Ｌ＝Ｎ^２／｛ｄ_１／（μ_１・Ｓ）＋ｄ／（μ_０・Ｓ）｝ …（１）

ロータ温度がキュリー温度Ｔｃよりも低い温度のときには、ターゲット４３の透磁率は真空の透磁率に比べて十分に大きい。そのため、ｄ_１／（μ_１・Ｓ）はｄ／（μ_０・Ｓ）に比べて無視できるほどに小さくなり、式（１）は次式（２）のように近似できる。
Ｌ＝Ｎ^２・μ_０・Ｓ／ｄ …（２）

一方、ロータ温度がキュリー温度Ｔｃよりも上昇すると、近似的にμ_１＝μ_０となる。そのため、この場合には式（１）は次式（３）のように表される。
Ｌ＝Ｎ^２・μ_０・Ｓ／（ｄ＋ｄ_１） …（３）

すなわち、エアギャップがｄから（ｄ＋ｄ_１）に変化したことに相当し、それに応じてギャップセンサ４４のインダクタンスが変化することになる。このインダクタンス変化をコントローラ３０の検出部３１で検出することにより、ロータ温度がキュリー温度Ｔｃ以上となったか否かをモニタすることができる。

図５は検出部３１のブロック図であり、図６は図５の（ａ）〜（ｅ）における信号波形を示したものである。電源６０により図６（ａ）に示すような搬送波がギャップセンサ４４に印加されると、図６（ｂ）に示すような変調波がギャップセンサ４４から出力される。時刻ｔｃにロータ温度Ｔがキュリー温度Ｔｃ以上になると、ターゲット４３の透磁率が減少して近似的にμ_１＝μ_０となり、インダクタンスＬは式（２）で示す値から式（３）で示す値に減少して搬送波の振幅が小さくなる。

図６（ｂ）の信号を検波回路６１に通すことにより、図６（ｃ）に示すような信号が得られる。さらに、図６（ｃ）の信号を整流回路６２で処理することにより、図６（ｄ）に示すような滑らかな信号が得られる。そして、図６（ｄ）の信号がコンパレータ６３に入力される。コンパレータ６３では、入力信号と閾値ｖ_０とを比較し、入力信号のレベルが閾値ｖ_０以上の場合にはｖ＝Ｈを、逆に信号レベルが閾値ｖ_０よりも小さい場合にはｖ＝Ｌを出力する（図６（ｅ）参照）。コンパレータ６３から出力される信号は、ロータ温度モニタ信号としてモータ駆動制御部３３および警報部３４に出力する。

《ポンプ運転動作の説明》
次に、検出部３１から出力されるロータ温度モニタ信号を利用して、ターボ分子ポンプを安全に運転する方法について説明する。
（動作例１）
動作例１は最も簡単な運転動作であり、ロータ温度モニタ信号がｖ＝Ｌとなったならば、モータ駆動制御部３３は直ちにロータ２の回転を減速し停止させる。そして、警報部３４はロータ温度異常を報知する。ロータ温度Ｔが許容温度Ｔmaxとなってクリープ変形の著しい場合にロータ回転を停止することにより、そのようなクリープ変形が生じるのを防止することができ、ポンプの安全性が向上する。

（動作例２）
動作例１ではロータ温度モニタ信号がｖ＝Ｌでロータ回転を停止するようにしたが、ｖ＝Ｌの間だけ回転数を下げて運転し、ｖ＝Ｈとなった時点で再び回転数を定格回転に戻すようにしても良い。ロータ温度Ｔがキュリー温度Ｔｃ以上となった場合に回転数を下げることにより、遠心力によるロータ２のクリープ変形を抑えることができる。なお、回転数を定格よりも下げた場合には、ロータ温度上昇情報を報知するだけでなく、回転数が低下していることを警報部２４に表示する等してオペレータに注意を喚起する。

また、ターボ分子ポンプをエッチング装置等で使用する場合、ポンプ内部に反応生成物が付着しやすい。反応生成物はポンプ温度が低いほど付着しやすいため、一般的には、ポンプ本体をヒータ等で加熱して付着を抑制するようにしている。そこで、ロータ回転数低下の代わりに、またはロータ回転数低下とともに、ｖ＝Ｌの間だけヒータ等の加熱手段を停止するようにしても良い。

（動作例３）
上述した動作例１，２では、ロータ温度モニタ信号がｖ＝Ｌとなった場合にロータ回転を停止したり、ｖ＝Ｌの間だけロータ回転数を下げるような例を説明した。しかし、半導体装置側のプロセス途中であってロータ回転を変更できないような場合がある。そのような場合の動作例として、ｖ＝Ｌとなっている時間の積算値が所定の基準時間となった場合にロータ２を停止し、異常発生を警報部３４により報知する。そのため、プロセス中にＴ≧Ｔｃとなった場合でも、積算時間が基準時間以内であればそのままプロセスを継続することができる。

基準時間は、予めロータクリープ寿命設計により求めたロータ２の許容変形量に達するまでの時間とする。ただし、クリープ変形は温度によって異なるので、例えば、ロータ温度Ｔがキュリー温度Ｔｃであるとして計算した時間や、さらに余裕をみてその時間より小さめの時間を基準時間とすれば良い。

《変形例１》
図７は上述したターボ分子ポンプの変形例１を説明する図であり、ナット４２の断面図である。なお、ナット４２以外のポンプ本体１の構造は、図１に示したものと同様である。変形例１では、ギャップセンサ４４のターゲットとして、上述したターゲット４３に加えて、さらにキュリー温度の高いターゲット４３Ｂをナット４２に追加して設けた。この場合、上述した式（１）に代えて次式（４）が近似的に成り立つ。なお、ターゲット４３Ｂの厚さはｄ_２で、透磁率はμ_２、キュリー温度はＴｃ’（＞Ｔｃ）であるとする。
Ｌ＝Ｎ^２／｛ｄ_１／（μ_１・Ｓ）＋ｄ_２／（μ_２・Ｓ）＋ｄ／（μ_０・Ｓ）｝ …（４）

ロータ温度Ｔがキュリー温度以上となった場合には近似的にμ１＝μ２＝μ０となるので、ギャップセンサ４４のインダクタンスＬは、ロータ温度Ｔに依存して次のように変化する。
（Ｔ＜Ｔｃ） Ｌ＝Ｎ２・μ０・Ｓ／ｄ
（Ｔｃ≦Ｔ＜Ｔｃ’） Ｌ１＝Ｎ２・μ０・Ｓ／（ｄ＋ｄ１）
（Ｔ≧Ｔｃ’） Ｌ＝Ｎ２・μ０・Ｓ／（ｄ＋ｄ１＋ｄ２）

変形例１の場合、次のような制御動作を行うことによって、ポンプをより安全に運転させることができる。すなわち、インダクタンスがＬ１となっている時間を積算し、その積算時間が基準時間以内であった場合には運転を継続し、基準時間以上となったときにロータ２の回転を停止する。ただし、ロータ温度Ｔがターゲット４３Ｂのキュリー温度Ｔｃ’を越えた場合には、積算時間が基準時間以内であってもロータ２の回転を停止する。これは、ロータ温度Ｔが許容温度Ｔmaxよりもさらに高いキュリー温度Ｔｃ’となるとクリープ変形も著しくなるので、安全上、ロータ２を直ちに停止する。なお、積算時間の算出は、例えば、モータ駆動制御部３３にて行われる。

《変形例２》
図９はターボ分子ポンプの変形例２を説明する図であり、（ａ）はナット４２とギャップセンサ４４Ｂの断面図で、（ｂ）はナット４２のＢ矢視図である。なお、ナット４２およびギャップセンサ４４Ｂ以外のポンプ本体１の構成は、図１に示したものと同様であり、ギャップセンサ４４Ｂは図８に示したものと同一である。

一方、ナット４２の底面には、一つのギャップセンサ４４Ｂに対して、ロータ温度モニタ用のターゲット４３Ｃと、ロータ回転モニタ用の回転数センサターゲットである凹部４２ｂとが設けられている。厚さｄ_１の円板状ターゲット４３Ｃと深さｄ_３の円形凹部４２ｂとは、ナット４２の中心軸に対して１８０度回転対称な位置に配設されていて、ナット４２が回転するとターゲット４３Ｃと凹部４２ｂとが交互にギャップセンサ４４Ｂに対向する。すなわち、変形例２では、回転数センサであるギャップセンサ４４Ｂをロータ温度モニタ用のセンサとして兼用している。なお、ｄ_１およびｄ_３はｄ_３＞ｄ_１のように設定される。なお、ここではターゲット４３Ｃを円板状、凹部４２ｂを円形として説明したが、各々これら形状に限定されるものではない。

図１０は検出部３１（図１参照）のブロック図である。また、図１１は図１０に示した（ａ）〜（ｅ）における信号波形を示したものである。図１１において、ｔｃはターゲット４３Ｃの温度がキュリー温度Ｔｃ以上となる時刻を示しており、時刻ｔｃ以前（図示左側）はロータ温度ＴがＴ＜Ｔｃとなっており、時刻ｔｃ以後（図示右側）はＴ≧Ｔｃとなっている。

ギャップセンサ４４Ｂには、図５に示したギャップセンサ４４Ｂと同様に、図６（ａ）に示すような搬送波が印加される。搬送波はギャップセンサ４４Ｂで変調され、ギャップセンサ４４Ｂからは図１１（ａ）に示すような変調波が出力される。ギャップセンサ４４ＢのインダクタンスＬは、ギャップセンサ４４Ｂがナット４２のどこと対向するかによって異なる。ロータ温度Ｔがターゲット４３Ｃのキュリー温度Ｔｃに対してＴ＜Ｔｃである場合には、インダクタンスＬは次式のように変化する。
（ナット４２の底面に対向） Ｌ＝Ｎ^２・μ_０・Ｓ／ｄ
（凹部４２ｂに対向） Ｌ１＝Ｎ^２・μ_０・Ｓ／（ｄ＋ｄ_３）
（ターゲット４３Ｃに対向） Ｌ＝Ｎ^２・μ_０・Ｓ／ｄ

一方、ロータ温度ＴがＴ≧Ｔｃである場合には、インダクタンスＬは次式のように変化する。なお、インダクタンスＬ，Ｌ１，Ｌ２の大きさは、Ｌ＞Ｌ２＞Ｌ１のようになっている。逆に、Ｌ＞Ｌ２＞Ｌ１が満たされるように寸法ｄ_１およびｄ_３を設定する必要がある。
（ナット４２の底面に対向） Ｌ＝Ｎ^２・μ_０・Ｓ／ｄ
（凹部４２ｂに対向） Ｌ１＝Ｎ^２・μ_０・Ｓ／（ｄ＋ｄ_３）
（ターゲット４３Ｃに対向） Ｌ２＝Ｎ^２・μ_０・Ｓ／（ｄ＋ｄ_１）

そのため、図１１（ａ）において、時刻ｔｃの左側ではインダクタンスＬ，Ｌ１に対応する信号レベルＤ１および信号レベルＤ２の部分が変調波に現れる。一方、Ｔ≧Ｔｃとなる時刻ｔｃの右側の領域では、信号レベルＤ１，Ｄ２に加えてインダクタンスＬ２に対応する信号レベルＤ３の部分が変調波に現れる。当然ながら、信号レベルＤ２はナット４２が１回転する度に発生し、信号レベルＤ２と信号レベルＤ３との間隔は１／２回転に相当する。

図１１（ａ）に示す変調波を図１０の検波回路６１に通すと、図１１（ｂ）に示すような信号が得られる。さらに、図１１（ｂ）の信号を整流回路６２で処理することにより、図１１（ｃ）に示すような信号が得られる。整流回路６２から出力された信号（ｃ）は２つに分岐され、回転信号検出用のコンパレータ６４および温度モニタ信号検出用のウィンドコンパレータ６５に各々入力される。

コンパレータ６４では、入力された信号（ｃ）を閾値ｖ_１と比較し、信号レベルが閾値ｖ_１以下の場合には信号Ｈ（図１１（ｄ）参照）を出力し、信号レベルが閾値ｖ_１より大きい場合には信号Ｌを出力する。この場合、信号レベルＤ２の時だけ信号Ｈが出力され、その他の場合には信号Ｌが出力されるので、コンパレータ６４からは図１１（ｄ）のようなパルス状の信号が回転数信号として図１のモータ駆動制御部３３に出力される。

図１１（ｄ）に示すパルスは信号レベルがＤ２の時、すなわちギャップセンサ４４Ｂがターゲット４３Ｃと対向したときに出力されるので、ロータ２が１回転するたびにパルスが出力される。このパルスは、ロータ温度Ｔがキュリー温度Ｔｃよりも高いか低いかに関わらず常に出力される。モータ駆動制御部３３では、このパルスをカウントすることによりロータ回転数を求める。

一方、温度モニタ信号検出用のウィンドコンパレータ６５では、入力された信号（ｃ）を閾値ｖ_ｍａｘおよびｖ_ｍｉｎと比較し、信号レベルがｖ_ｍｉｎ以上かつｖ_ｍａｘ以下の場合には信号Ｈを出力し、信号レベルがｖ_ｍｉｎより小さいかｖ_ｍａｘより大きい場合には信号Ｌを出力する。そのため、ウィンドコンパレータ６５からは図１１（ｅ）に示すようなパルス状の信号がロータ温度モニタ信号としてモータ駆動制御部３３および警報部３４に出力される。この場合、図１１（ｃ）に示すように、レベルＤ３の信号はロータ温度Ｔがキュリー温度Ｔｃ以上となった場合にのみ出力されるので、パルスもＴ≧Ｔｃの時だけに発生する。すなわち、このパルスを検出することによって、ロータ温度ＴがＴ≧Ｔｃであるか否かを知ることができる。

従来、温度検出用強磁性体のギャップセンサと回転数センサとを兼用するものはなかったが、上述した変形例２では、回転数センサとして設けられているギャップセンサ４４Ｂをロータ温度検出用に兼用しているため、コストアップを抑えることができるとともに、ロータ温度検出用センサの配設スペースを新たに設ける必要がない。

《変形例３》
図１２はターボ分子ポンプの変形例３を説明する図であり、（ａ）はナット４２とギャップセンサ４４Ｂの断面図で、（ｂ）はナット４２の底面を示す図である。なお、ナット４２およびギャップセンサ４４Ｂ以外のポンプ本体１の構成は、図１に示したものと同様である。ターゲット４３Ｃの露出面は、ナット４２の底面よりも寸法ｄ４だけ凹んでいる。そのため、Ｔ＜Ｔｃである場合には、ナット４２が回転するとギャップセンサ４４Ｂの位置に応じてインダクタンスＬは次式のように変化する。
（ナット４２の底面に対向） Ｌ＝Ｎ^２・μ_０・Ｓ／ｄ
（ターゲット４３Ｃに対向） Ｌ３＝Ｎ^２・μ_０・Ｓ／（ｄ＋ｄ_４）

一方、ロータ温度ＴがＴ≧Ｔｃである場合には、インダクタンスＬは次式のように変化する。このとき、インダクタンスＬ，Ｌ３，Ｌ４の大きさは、Ｌ＞Ｌ３＞Ｌ４のようになっている。
（ナット４２の底面に対向） Ｌ＝Ｎ^２・μ_０・Ｓ／ｄ
（ターゲット４３Ｃに対向） Ｌ４＝Ｎ^２・μ_０・Ｓ／（ｄ＋ｄ_１＋ｄ_４）

図１３は検出部３１のブロック図を示したものである。図１０に示したブロック図のウィンドコンパレータ６５をコンパレータ６６に置き換えたものになっている。また、図１４は図１３の（ａ）〜（ｃ）における信号波形を示したものである。図１４（ａ）において、レベルＤ４の信号はインダクタンスがＬ３の時に出力され、レベルＤ５の信号はインダクタンスがＬ４の時に出力される。

コンパレータ６４では入力信号と閾値ｖ_１と比較し、信号レベルが閾値ｖ_１以上の場合には信号Ｈを出力し、信号レベルが閾値ｖ_１より小さい場合には信号Ｌを出力する。信号レベルＤ４，Ｄ５はいずれも閾値ｖ_１より小さいので、コンパレータ６４から出力される回転数信号には、図１４（ｂ）に示すように信号レベルＤ４，Ｄ５に対応するパルス信号が生成される。これらのパルスは、ロータ２が１回転する毎に生成される。

一方、温度モニタ信号検出用のコンパレータ６６では、入力信号を閾値ｖ_１よりも低い閾値ｖ_２と比較し、信号レベルがｖ_２以上の場合には信号Ｈを出力し、信号レベルがｖ_２より小さい場合には信号Ｌを出力する。この場合、図１４（ｃ）に示すように、レベルＤ５の信号はロータ温度Ｔがキュリー温度Ｔｃ以上となった場合にのみ出力されるので、パルスもＴ≧Ｔｃの時だけに発生する。すなわち、このパルスを検出することによって、ロータ温度ＴがＴ≧Ｔｃであるか否かを知ることができる。

この変形例３においても、回転数センサとして用いられているギャップセンサ４４Ｂを、ロータ温度モニタ用のセンサとして兼用しているので、変形例２の場合と同様の効果を奏することができる。

上述した変形例１においては、リング状のターゲット４３，４３Ｂを軸方向に重ねて配置したが、図９に示すターゲット４３Ｃと凹部４２ｂとの関係のように、軸対称な位置に別々に配置するようにしても良い。なお、キュリー温度の異なる２種類の強磁性体を温度モニタ用のターゲットとする変形例１や、ギャップセンサを温度モニタ用ターゲットの透磁率変化の検出および回転数検出用のセンサに兼用する変形例２および３に示した技術は、上述したように端面に温度モニタ用ターゲットを配設する真空ポンプに限らず、従来のような強磁性体リングをロータ外周に設けるタイプの装置にも同様に適用することができる。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、モータ駆動制御部３３は制御手段を、図７のターゲット４３は第１の強磁性体を、ターゲット４３Ｂは第２の強磁性体をそれぞれ構成する。

本発明による真空ポンプの一実施の形態を示す図である。 ナット４２の部分を詳細に示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）はナット４２の底面を示す図である。 ギャップセンサ４４のインダクタンス変化を説明する図である。 キュリー温度Ｔｃと透磁率との関係を示す図である。 検出部３１のブロック図である。 図５の（ａ）〜（ｅ）における信号波形を示したものである。 真空ポンプの変形例１を説明する図である。 ターゲット４３をロータ２の上端面に設けた場合を説明するポンプ断面図である。 真空ポンプの変形例２を説明する図であり、（ａ）はナット４２とギャップセンサ４４Ｂの断面図で、（ｂ）はナット４２のＢ矢視図である。 変形例２における検出部３１のブロック図である。 図１０に示した（ａ）〜（ｅ）における信号波形を示す図である。 真空ポンプの変形例３を説明する図であり、（ａ）はナット４２とギャップセンサ４４Ｂの断面図で、（ｂ）はナット４２の底面を示す図である。 変形例３における検出部３１のブロック図である。 図１３に示した（ａ）〜（ｃ）における信号波形を示す図である。

符号の説明

１ ポンプ本体
２ ロータ
３ シャフト
４ ステータ
３０ コントローラ
３１ 検出部
３２ 磁気軸受け制御部
３３ モータ駆動制御部
３４ 警報部
４２ ナット
４２ａ 保持部
４３，４３Ｂ，４３Ｃ ターゲット
４４，４４Ｂ ギャップセンサ

Claims (6)

1. ステータに対してロータを回転することによりガスを排気する真空ポンプにおいて、
   前記ロータを含む回転体の回転軸方向端面の回転軸近傍に対向配置されたインダクタンス式ギャップセンサと、
   前記回転軸方向端面の異なる複数の回転角度位置において前記ギャップセンサが対向する領域の各々に、個別に形成された複数の凹部と、
   前記複数の凹部の少なくとも一つに配置され、キュリー温度が前記ロータの許容温度とほぼ等しい強磁性体とを備え、
   前記強磁性体の透磁率変化に伴うインダクタンス変化を前記ギャップセンサで検出して前記ロータの温度を検出し、
   前記複数の凹部の内の前記強磁性体が配置されていない凹部を回転数センサターゲットとして使用して、該回転数センサターゲットに前記ギャップセンサが対向したときのインダクタンス変化に基づき前記ロータの回転数を検出することを特徴とする真空ポンプ。
2. 請求項１に記載の真空ポンプにおいて、
   前記回転軸方向端面における前記強磁性体の形成範囲は、前記ギャップセンサが対向する領域に対応することを特徴とする真空ポンプ。
3. 請求項１または２に記載の真空ポンプにおいて、
   前記強磁性体の透磁率変化が検出されたとき、前記ロータの回転速度減速または回転停止を行わせる制御手段を設けたことを特徴とする真空ポンプ。
4. 請求項１または２に記載の真空ポンプにおいて、
   前記強磁性体の透磁率変化が検出されている時間の積算時間が、前記ロータのクリープ寿命設計に基づいて予め設定された許容時間を超過したときに、前記ロータの回転停止を行わせる制御手段を設けたことを特徴とする真空ポンプ。
5. 請求項３または４に記載の真空ポンプにおいて、
   前記強磁性体の透磁率変化が検出されたときにポンプ異常を知らせる警報情報を提示する警報手段を設けたことを特徴とする真空ポンプ。
6. ステータに対してロータを回転することによりガスを排気する真空ポンプにおいて、
   前記ロータを含む回転体の回転軸方向端面の回転軸近傍に対向配置されたインダクタンス式ギャップセンサと、
   前記回転軸方向端面の異なる複数の回転角度位置において前記ギャップセンサが対向する領域の各々に、個別に形成された複数の凹部と、
   前記複数の凹部の少なくとも一つに配置され、キュリー温度が前記ロータの許容温度とほぼ等しい第１の強磁性体と、
   前記第１の強磁性体が配置された凹部とは異なる凹部に配置され、キュリー温度が前記第１の強磁性体のキュリー温度よりも大きな第２の強磁性体と、
   前記第１の強磁性体の透磁率変化に伴うインダクタンス変化が検出されている時間の積算時間が、前記ロータのクリープ寿命設計に基づいて予め設定された許容時間を超過したときに、前記ロータの回転停止を行わせる第１の制御手段と、
   前記第２の強磁性体の透磁率変化が検出されたときに前記ロータの回転停止を行わせる第２の制御手段と、を備えたことを特徴とする真空ポンプ。

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