WO2019159854A1 - 真空ポンプと真空ポンプの制御装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a vacuum pump such as a turbo molecular pump and a control device for the vacuum pump.
- a vacuum pump such as a turbo molecular pump may need to be downsized depending on the circumstances of the space around the connected vacuum equipment.
- it is necessary to reduce the size of the electrical equipment such as a motor drive circuit and a control circuit.
- the mounting density of the electrical equipment increases and the temperature of the electrical equipment tends to increase.
- the mounting density of the electrical equipment increases due to the high performance of the vacuum pump, and the temperature of the electrical equipment easily rises.
- the water-cooled cooling device is suitable for cooling a limited range such as a portion where the cooling device is in contact with or facing, but it is difficult to cool a wider range than the outer shape of the cooling device. It is.
- the present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a vacuum pump and a vacuum pump control device capable of efficiently cooling electrical equipment. .
- the present invention comprises a pump body and a control device disposed outside the pump body,
- the controller is A cooling unit having a cooling surface and having a cooling medium flow path formed therein;
- a plurality of the cooling surfaces are formed in different directions, and each of the plurality of electrical component parts is attached to the plurality of cooling surfaces so as to be capable of heat transfer.
- the plurality of electrical component parts include a circuit board on which the heat generating component is mounted and fixed to the cooling surface, At least one of the plurality of electrical component parts is provided with a mold part that at least partially covers the circuit board and the heat generating component.
- control device is divided into a plurality of housing spaces by the cooling unit, and at least one of the plurality of electrical component parts is placed in each of the housing spaces.
- a vacuum pump is provided.
- another invention includes a cooling section having a cooling surface and a cooling medium flow path formed therein, A plurality of electrical component parts including a heat generating component and capable of being cooled by the cooling part, A plurality of the cooling surfaces are formed in different directions, and each of the plurality of electrical component parts is attached to the plurality of cooling surfaces so as to be capable of heat transfer.
- (A) is sectional drawing which shows schematically the turbo-molecular pump which concerns on one Embodiment of this invention, (b) It is sectional drawing which expands and shows an electrical equipment box.
- (A) is a perspective view which shows a cooling jacket and a power supply circuit part roughly,
- (b) is explanatory drawing which shows the positional relationship of the vertical part of a cooling jacket, and a cooling pipe.
- FIG. 1A schematically shows a turbo molecular pump 10 as a vacuum pump, with a part thereof omitted.
- the turbo molecular pump 10 is connected to a vacuum chamber (not shown) of a target device such as a semiconductor manufacturing apparatus, an electron microscope, or a mass spectrometer.
- the turbo-molecular pump 10 is integrally provided with a cylindrical pump body 11 and a box-shaped electrical case 31 as an electrical equipment housing (control device).
- the pump main body 11 is an intake portion 12 that is connected to the target device on the upper side in the figure, and an exhaust portion 13 that is connected to an auxiliary pump or the like on the lower side.
- the turbo molecular pump 10 can be used in an inverted posture, a horizontal posture, and an inclined posture in addition to the vertical posture in the vertical direction as shown in FIG.
- the electrical case 31 is attached to the outer peripheral surface, which is a side portion of the pump body 11, so as to protrude in the radial direction.
- the turbo-molecular pump 10 of this embodiment arrange
- the axial direction is made compact.
- the turbo molecular pump 10 of the present embodiment can be installed even if the axial space is relatively narrow.
- the pump body 11 includes a stepped cylindrical body casing 14.
- the main body casing 14 has a diameter of about 350 mm and a height of about 400 mm.
- An exhaust mechanism unit 15 and a rotation drive unit 16 are provided in the main body casing 14.
- the exhaust mechanism section 15 is a composite type constituted by a turbo molecular pump mechanism section 17 and a thread groove pump mechanism section 18.
- turbo molecular pump mechanism portion 17 and the thread groove pump mechanism portion 18 are arranged so as to be continuous in the axial direction of the pump body 11, and in FIG. 1 (a), the turbo molecular pump mechanism portion 17 is on the upper side in the drawing.
- the thread groove pump mechanism 18 is disposed on the lower side in the drawing.
- a basic structure of the turbo molecular pump mechanism 17 and the thread groove pump mechanism 18 a general structure can be adopted. The basic structure will be schematically described below.
- the turbo-molecular pump mechanism 17 disposed on the upper side in FIG. 1 (a) transfers gas by a large number of turbine blades, and has fixed wings that are radially formed with a predetermined inclination and curved surface. 19 and a rotary wing portion 20.
- the fixed blades (stator blades) and the rotary blades (rotor blades) are alternately arranged over a dozen stages, but in order to avoid making the drawing complicated.
- the reference numerals for the fixed blade and the rotating blade are omitted.
- FIG. 1A the hatching indicating the cross-section of the parts in the pump main body 11 is also omitted to avoid the drawing from becoming complicated.
- the fixed wing portion 19 is provided integrally with the main body casing 14, and the rotary wing provided in the rotary wing portion 20 enters between the upper and lower fixed wings provided in the fixed wing portion 19.
- the rotary blade 20 is integrated with a rotary shaft (rotor shaft) 21 that schematically shows only the contour of the upper end in FIG.
- the rotary shaft 21 passes through the lower thread groove pump mechanism 18 and is connected to the rotary drive unit 16 that schematically shows only the outline.
- the thread groove pump mechanism portion 18 includes a rotor cylindrical portion 23 and a screw stator 24, and a screw groove portion 25 that is a predetermined gap is formed between the rotor cylindrical portion 23 and the screw stator 24.
- the rotor cylindrical portion 23 is connected to the rotation shaft 21 and can rotate integrally with the rotation shaft 21.
- An exhaust port 26 for connecting to the exhaust pipe is disposed at the subsequent stage of the thread groove pump mechanism portion 18, and the inside of the exhaust port 26 and the thread groove portion 25 are spatially connected.
- the rotary blade unit 20 and the rotor cylindrical unit 23 of the turbo molecular pump mechanism unit 17 integrated with the rotary shaft 21 rotate.
- gas is sucked from the intake section 12 shown on the upper side in FIG. 1A, causing gas molecules to collide with the fixed blade of the fixed blade section 19 and the rotor blade of the rotor blade section 20.
- the gas is transferred to the thread groove pump mechanism 18 side.
- the gas transferred from the turbo molecular pump mechanism portion 17 is introduced into the gap between the rotor cylindrical portion 23 and the screw stator 24 and is compressed in the thread groove portion 25.
- the gas compressed in the thread groove 25 enters the exhaust port 26 from the exhaust unit 13 and is discharged from the pump body 11 through the exhaust port 26.
- the cooling jacket 36 includes a jacket body 37 and a cooling pipe 38.
- the jacket body 37 is a casting having a T-shaped cross section integrally including a first horizontal portion 39a, a second horizontal portion 39b, and a vertical portion 40 that are oriented substantially horizontally.
- Aluminum or the like can be used as a material (casting material) for the cooling jacket 36.
- One first horizontal portion 39 a extends with the base end side connected to the vertical portion 40 facing the outside of the pump main body 11 and the tip end side facing the main body casing 14.
- the other second horizontal portion 39 b extends with the base end side connected to the vertical portion 40 facing the main body casing 14 and the front end side facing the outside of the pump main body 11.
- the vertical portion 40 has an inner surface 46 as a cooling surface facing the pump body 11 side and an outer surface 47 as a cooling surface facing the outer side. Further, the vertical portion 40 partitions the internal space of the electrical case 31 into a first storage space 31a as a storage space and a second storage space 31b as a storage space. And the above-mentioned power supply circuit part 33 is arrange
- the power supply circuit section 33 is sealed with a mold resin 74 as a mold section as shown in FIGS. 1A and 1B and FIG. 2A, but in FIG. Resin 74 is shown hatched. Further, the mold resin 74 is indicated by a two-dot chain line in FIG. 1B and indicated by a solid line in FIG. Specific configurations of the power supply circuit unit 33 and the mold resin 74 will be described later.
- the control circuit unit 34 is also surrounded by a two-dot chain line, but this two-dot chain line does not indicate a mold resin, The entire area of the control circuit unit 34 is schematically shown.
- the above-described cooling pipe 38 is inserted (insert casting) into the vertical portion 40 of the cooling jacket 36.
- the cooling pipe 38 is for cooling the inside of the electrical case 31, and cooling water (cooling medium, refrigerant) supplied from the outside circulates through the internal cooling medium flow path 38 a.
- the diameter of the cooling pipe 38 is, for example, about several mm, and stainless steel (SUS), copper, or the like can be adopted as the material of the cooling pipe 38.
- the cooling pipe 38 is bent in a U-shape inside the vertical portion 40, and includes a parallel portion 50 that extends substantially horizontally and parallel to each other, and a vertical connection portion 51 that connects the parallel portions 50.
- the lower end 53 (the side of the horizontal portion 39) in FIG.
- the upper end 52 serves as an outlet for the cooling water.
- the flow direction of the cooling water is not limited to this, and the upper end 52 may be the inlet and the lower end 53 may be the outlet.
- illustration is omitted, it is possible to connect joints for pipes to both end portions 52 and 53 of the cooling pipe 38 and to connect to the circulation path of the cooling water via these joints.
- the cooling unit is generally cooled by cooling water flowing through the cooling pipe 38, but the cooling medium (refrigerant) is not limited to cooling water, and may be other refrigerants such as a fluid other than water or a cooling gas. I do not care.
- FIG. 2B shows a positional relationship between the cooling pipe 38 and the vertical portion 40.
- the axis C1 of the cooling pipe 38 is located on the center line C2 in the thickness direction of the vertical portion 40.
- the cooling pipe 38 is covered by the vertical portion 40 while being in close contact with the material of the vertical portion 40 (aluminum, which is a casting material here) without gaps, over the entire circumferential direction by insert casting.
- the above-described power supply circuit unit 33 will be described with reference to FIG. FIG. 2A shows a state in which the above-described mold resin 74 is formed.
- the power supply circuit unit 33 includes a circuit board 61, and circuit parts (electric parts and electronic parts) 62 for driving the pump body 11 are mounted on the circuit board 61. Yes.
- the circuit board 61 a general epoxy board or the like can be adopted.
- the circuit board 61 is fixed to the vertical portion 40 by, for example, bolting at four corners of the circuit board 61.
- examples of the circuit component 62 include a transformer, a coil, a capacitor, a filter, a diode, an FET (field effect transistor), and the like.
- FIG. 2A shows the details of the circuit component 62 (not shown) as compared to FIGS. 1A and 1B.
- These circuit components 62 become heat generating components according to their characteristics. The heat generated by the circuit component 62 moves to the circuit board 61 and its surroundings and raises the ambient temperature. A part of the heat generated in the circuit board 61 moves toward the cooling jacket 36 via a bolt (not shown) used for coupling to the vertical portion 40 and a mold resin 74 described later.
- the orientation (also referred to as “attitude”) of the circuit components 62 is determined in consideration of the height. That is, as described above, the cooling jacket 36 is positioned on the back side (here, the non-mounting side) of the circuit board 61, but the cooling jacket 36 increases as the height of the circuit component 62 increases on the mounting side of the circuit board 61. The distance from becomes far. When the circuit component 62 having a large height (so-called tall) is mounted in an upright state, heat transfer to the cooling jacket 36 due to heat conduction or heat transfer is unlikely to occur, and the power supply circuit unit 33 is not easily cooled. .
- the circuit component 62 is mounted on the circuit board 61 in a state where the necessary area can be secured.
- the state in which the circuit component 62 is laid in this way is a state in which the height from the circuit board 61 can be lowered, and can also be referred to as a “falling state” or the like. Then, the circuit component 62 is laid down so that more parts of the circuit component 62 approach the cooling jacket 36, whereby the circuit component 62 can be efficiently cooled.
- a plurality of metal sheet metal members 71 are mounted on the circuit board 61.
- the sheet metal member 71 can be fixed by providing a member for supporting the sheet metal member 71 on the circuit board 61 or by providing a rib for fastening the sheet metal member 71.
- As a material of the sheet metal member 71 for example, aluminum is used.
- the sheet metal member 71 includes a flat plate and an L-shaped member, and is fixed to the circuit board 61 so as to rise substantially vertically from the circuit board 61 (so as to stand upright).
- the sheet metal member 71 has a thickness direction directed in a direction in which the mounting surface of the circuit board 61 extends (a direction orthogonal to the thickness direction of the circuit board 61).
- the sheet metal member 71 can be used for mounting the circuit component 62.
- On the plate surface of the sheet metal member 71 among the various circuit components 62, those that are likely to rise in temperature, such as diodes and other semiconductor elements, are fixed.
- the lead portions (not shown) of the semiconductor element fixed to the sheet metal member 71 to the wiring of the circuit board 61, it is possible to ensure the continuity of the semiconductor element.
- the circuit component 62 on the plate surface of the sheet metal member 71, the area where the circuit component 62 can be mounted on the circuit board 61 can be increased.
- the control circuit unit 34 is for controlling a motor drive mechanism and a magnetic bearing provided in the pump body 11. As shown in FIG. 1B and FIG. 2A, the control circuit portion 34 is disposed in the second accommodation space 31 b formed on the outer surface 47 of the vertical portion 40 in the cooling jacket 36. The control circuit unit 34 is coupled to the outer surface 47 of the cooling jacket 36, and part of the heat generated in the control circuit unit 34 moves to the cooling jacket 36 side.
- the control circuit unit 34 is schematically shown by a two-dot chain cuboid.
- control circuit unit 34 since the heat generation of the control circuit unit 34 is less than that of the power supply circuit unit 33, the control circuit unit 34 is not sealed with resin like the power supply circuit unit 33. However, if necessary, the control circuit unit 34 may be resin-sealed except for the connection end of the connector.
- the heat generated in the control circuit section 34 is not only transferred from the metal substrate 86 coupled to the outer surface 47 of the vertical section 40 but also from a portion not directly contacting the vertical section 40 (such as the resin substrate 87). It moves to the vertical part 40 through the board
- the first accommodation space 31 a and the second accommodation space 31 b that are partitioned through the vertical portion 40 of the cooling jacket 36 are formed in the electrical case 31. ing.
- electrical devices such as the power supply circuit unit 33 and the control circuit unit 34 are attached to the inner side surface 46 and the outer side surface 47 of the vertical portion 40.
- the shape of the cooling pipe 38 is not limited to the U-shape of Katakana as in the above-described embodiment.
- the shape of letters such as N and M of the alphabet, and other geometric shapes are used. It is also possible to use a shape or the like.
- the cooling pipe 38 is not limited to being formed in a planar manner, and may be formed by three-dimensional bending. In this way, it is possible to form three or more cooling surfaces by processing the cooling pipe 38 into a three-dimensional shape, for example, increasing the thickness of the vertical portion 40 or increasing the number of vertical portions 40. .
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Abstract
【課題】電装機器を効率よく冷却することが可能な真空ポンプを提供する。 【解決手段】ポンプ本体11と、ポンプ本体11の外側に配置された電装ケース31とを備え、電装ケース31は、鉛直部40に内側面46と外側面47を有し内部に冷却媒体流路38aが形成された冷却ジャケット36と、回路部品62を備え冷却ジャケット36による冷却が可能な複数の電装機器(33、34)と、を有し、内側面46と外側面47は、異なる方向に向けて形成され、内側面46と外側面47に電装機器部(33、34)の各々が熱移動可能に取り付けられている。
Description
本発明は、例えばターボ分子ポンプ等の真空ポンプと真空ポンプの制御装置に関する。
従来、後掲の特許文献1に開示されているようなターボ分子ポンプ装置が知られている。特許文献1のターボ分子ポンプ装置においては、段落0010、図1、図2等に記載されているように冷却装置(13)が設けられている。冷却装置(13)は、ポンプ本体(11)と電源装置(14)との間に、軸方向に並べて介装され、電源装置(14)内におけるモータ駆動回路の電子部品を主に冷却する。そして、この冷却装置(13)は、内部に冷却水通路が形成されたジャケット本体(13a)と、送水用のポンプにより冷却水通路に冷却水を循環させるための冷却水入口(13b)および冷却水出口(13c)とを有している。
ところで、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプにおいては、接続される真空機器の周辺スペースの事情などによって、小型化が必要となる場合がある。そして、モータ駆動回路や制御回路等の電装機器の小型化も必要となる場合があり、このような場合には、電装機器の実装密度が高まり、電装機器が温度上昇し易くなる。また、真空ポンプの高性能化によっても電装機器の実装密度が高まり、電装機器が温度上昇し易くなる。このため、例えば特許文献1に開示されたような冷却装置を用いる場合であっても、できるだけ効率良く冷却することが求められる。そして、効率の良い冷却により、電装機器の寿命を延ばすことが可能となる。さらに、水冷式の冷却装置は、冷却装置が接した部分や面した部分などの限られた範囲を冷却するのには適しているが、冷却装置の外形よりも広い範囲を冷却することは困難である。
また、冷却効果を高めるため、特許文献1に示されているような水冷に代え、例えば冷却ファンを用いた空冷を行うことも考えられる。しかし、冷却ファンを備えることで、その分真空ポンプの外形寸法が大となり、小型化が困難になる。また、冷却ファンを使用すると、発生した気流がクリーンルーム内で塵埃を舞い上がらせてしまい、清浄な環境を保ち難くなる場合がある。さらに、冷却ファンを使用した場合に、舞い上がる塵埃の排除のためエアコン(空気調和機)による排気を強化すると、総合的なエネルギ消費量がその分増えてしまう。これらのことから、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプでは、効率の良い冷却のために空冷を採用することが難しく、水冷を採用することが望ましい。
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、電装機器を効率よく冷却することが可能な真空ポンプと真空ポンプの制御装置を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明は、ポンプ本体と、前記ポンプ本体の外側に配置された制御装置とを備え、
前記制御装置は、
冷却面を有し内部に冷却媒体流路が形成された冷却部と、
発熱部品を備え前記冷却部による冷却が可能な複数の電装部品部と、を有し、
前記冷却面は、異なる方向に向けて複数形成され、複数の前記冷却面に前記複数の電装部品部の各々が熱移動可能に取り付けられていることを特徴とする真空ポンプ。
前記制御装置は、
冷却面を有し内部に冷却媒体流路が形成された冷却部と、
発熱部品を備え前記冷却部による冷却が可能な複数の電装部品部と、を有し、
前記冷却面は、異なる方向に向けて複数形成され、複数の前記冷却面に前記複数の電装部品部の各々が熱移動可能に取り付けられていることを特徴とする真空ポンプ。
また、上記目的を達成するために他の本発明は、前記複数の電装部品部は、前記発熱部品が実装されるとともに前記冷却面に固定された回路基板を有し、
前記複数の電装部品部の少なくとも1つには、前記回路基板及び前記発熱部品を少なくとも部分的に覆うモールド部が設けられていることを特徴とする真空ポンプにある。
前記複数の電装部品部の少なくとも1つには、前記回路基板及び前記発熱部品を少なくとも部分的に覆うモールド部が設けられていることを特徴とする真空ポンプにある。
また、上記目的を達成するために他の発明は、前記制御装置は、前記冷却部によって複数の収容空間に区分けされ、各々の前記収容空間に前記複数の電装部品部の内の少なくとも一つを備えていることを特徴とする真空ポンプにある。
また、上記目的を達成するために他の発明は、冷却面を有し内部に冷却媒体流路が形成された冷却部と、
発熱部品を備え前記冷却部による冷却が可能な複数の電装部品部と、を有し、
前記冷却面が、異なる方向に向けて複数形成され、複数の前記冷却面に前記複数の電装部品部の各々が熱移動可能に取り付けられていることを特徴とする真空ポンプの制御装置にある。
発熱部品を備え前記冷却部による冷却が可能な複数の電装部品部と、を有し、
前記冷却面が、異なる方向に向けて複数形成され、複数の前記冷却面に前記複数の電装部品部の各々が熱移動可能に取り付けられていることを特徴とする真空ポンプの制御装置にある。
上記発明によれば、電装機器を効率よく冷却することが可能な真空ポンプと真空ポンプの制御装置を提供することができる。
以下、本発明の一実施形態に係る真空ポンプについて、図面に基づき説明する。図1(a)は真空ポンプとしてのターボ分子ポンプ10を縦断し、一部を省略して概略的に示している。このターボ分子ポンプ10は、例えば、半導体製造装置、電子顕微鏡、質量分析装置などといった対象機器の真空チャンバ(図示略)に接続されるようになっている。
ターボ分子ポンプ10は、円筒状のポンプ本体11と、電装機器収容部(制御装置)としての箱状の電装ケース31とを一体に備えている。これらのうちのポンプ本体11は、図中の上側が対象機器の側に繋がる吸気部12となっており、下側が補助ポンプ等に繋がる排気部13となっている。そして、ターボ分子ポンプ10は、図1(a)に示すような鉛直方向の垂直姿勢のほか、倒立姿勢や水平姿勢、傾斜姿勢でも用いることが可能となっている。
電装ケース31は、ポンプ本体11の側部である外周面に、径方向に突出するよう取り付けられている。このため、本実施形態のターボ分子ポンプ10は、例えば前述の特許文献1に開示されたタイプのもののように、ポンプ本体と電装機器(電装部品)を軸方向(ガスの移送方向)に並べて配置した場合と比べて軸方向のコンパクト化が図られている。そして、本実施形態のターボ分子ポンプ10は、軸方向の空間が比較的狭隘であっても、設置が可能である。
ポンプ本体11は、段付きな円筒状の本体ケーシング14を備えている。本実施形態においては、本体ケーシング14の直径は350mm程度であり、高さは400mm程度となっている。本体ケーシング14内には、排気機構部15と回転駆動部16とが設けられている。これらのうち排気機構部15は、ターボ分子ポンプ機構部17とネジ溝ポンプ機構部18とにより構成された複合型のものとなっている。
ターボ分子ポンプ機構部17とネジ溝ポンプ機構部18は、ポンプ本体11の軸方向に連続するよう配置されており、図1(a)においては、図中の上側にターボ分子ポンプ機構部17が配置され、図中の下側にネジ溝ポンプ機構部18が配置されている。ターボ分子ポンプ機構部17やネジ溝ポンプ機構部18の基本構造としては、一般的なものを採用可能であるが、以下に基本構造について概略的に説明する。
図1(a)中の上側に配置されたターボ分子ポンプ機構部17は、多数のタービンブレードによりガスの移送を行うものであり、所定の傾斜や曲面を有し放射状に形成された固定翼部19と回転翼部20とを備えている。ここで、ターボ分子ポンプ機構部17において、固定翼(ステータ翼)と回転翼(ロータ翼)は十数段に亘って交互に並ぶよう配置されているが、図面が煩雑になるのを避けるため、固定翼と回転翼についての符号の記載は省略している。また、図1(a)では、同様に図面が煩雑になるのを避けるため、ポンプ本体11における部品の断面を示すハッチングの記載も省略している。
固定翼部19は、本体ケーシング14に一体的に設けられており、固定翼部19に備えられた上下の固定翼の間に、回転翼部20に設けられた回転翼が入り込んでいる。回転翼部20は、図1(a)中に上端部の輪郭のみを概略的に示す回転軸(ロータシャフト)21に一体化されている。
この回転軸21は、下側のネジ溝ポンプ機構部18を通過して、同様に輪郭のみを概略的に示す前述の回転駆動部16に連結されている。ネジ溝ポンプ機構部18は、ロータ円筒部23とネジステータ24を備えており、ロータ円筒部23とネジステータ24の間に所定の隙間であるネジ溝部25を形成している。ロータ円筒部23は、回転軸21に連結されており、回転軸21と一体に回転できるようになっている。ネジ溝ポンプ機構部18の後段には排気パイプに接続する為の排気口26が配置されており、排気口26の内部とネジ溝部25が空間的に繋がっている。
回転駆動部16はモータであり、図示は省略するが、回転軸21の外周に形成された回転子と、回転子を取り囲むように配置された固定子とを有している。この回転駆動部16を作動させるための電力の供給は、前述の電装ケース31に収容された電源機器や制御機器により行われるようになっている。
回転軸21の支持には、図示は省略するが、磁気浮上による非接触式の軸受(磁気軸受)が用いられている。このため、ポンプ本体11においては、高速回転を行うにあたって摩耗がなく、寿命が長く、且つ、潤滑油を不要とした環境が実現されている。なお、磁気軸受として、ラジアル磁気軸受とスラスト軸受を組み合せたものを採用できる。さらに、磁気軸受に、万一の場合の損傷を防ぐタッチダウン軸受を組み合せて用いることも可能である。
回転駆動部16が駆動されると、回転軸21と一体となったターボ分子ポンプ機構部17の回転翼部20およびロータ円筒部23が回転する。回転翼部20の回転に伴い、図1(a)中の上側に示す吸気部12からガスが吸引され、固定翼部19の固定翼と回転翼部20の回転翼とに気体分子を衝突させながら、ネジ溝ポンプ機構部18の側へガスの移送が行われる。ネジ溝ポンプ機構部18では、ターボ分子ポンプ機構部17から移送されたガスを、ロータ円筒部23とネジステータ24との隙間に導入し、ネジ溝部25内で圧縮する。そして、ネジ溝部25内で圧縮されたガスは、排気部13から排気口26へ進入し、排気口26を介してポンプ本体11から排出される。
次に、前述の電装ケース31について説明する。電装ケース31は、図1(b)に示すように、直方体状のボックスケーシング32内に電装機器部(電装部品部)としての電源回路部33と、同じく電装機器部としての制御回路部34を収納している。ボックスケーシング32は、コの字型に折り曲げられた板金製のケーシングパネル35や、冷却部としての冷却ジャケット36などを組み合わせ、互いに結合することにより構成されている。なお、図1(a)では、ケーシングパネル35の両端部(紙面を貫く方向の両端部)を閉じる端部閉塞パネルを取り外して、電装ケース31の内部が見えるようにしている。端部閉塞パネルとしては、例えば2つ(2枚)の矩形状のパネル部材を用いることなどが可能である。
冷却ジャケット36は、ジャケット本体37と冷却管38を備えている。これらのうちジャケット本体37は、略水平に向けられた第1水平部39a、第2水平部39b、及び、略鉛直に向けられた鉛直部40を一体に有する断面T字型の鋳造物である。冷却ジャケット36の素材(鋳込み材)としては、アルミ等を採用することが可能である。一方の第1水平部39aは、鉛直部40と繋がった基端側をポンプ本体11の外側に向け、先端側を本体ケーシング14の側に向けて延びている。また、他方の第2水平部39bは、鉛直部40と繋がった基端側を本体ケーシング14の側に向け、先端側をポンプ本体11の外側に向けて延びている。
さらに、第1水平部39aの先端側は、図2(a)に示すようにポンプ本体11の外径に合わせ円弧状に切り欠かれており、円弧状の先端部41に沿って、六角穴付きボルト42(図1(a)に1つのみ図示する)を通過させるための複数の貫通孔43が設けられている。そして、水平部39の先端側は、図1(a)に示すように、本体ケーシング14の下面44に重なる様に配置され、複数の六角穴付きボルト42により、ポンプ本体11の下部フランジ45に下方からボルト止めされている。
図2(a)に示すように鉛直部40は、ポンプ本体11の側を向いた冷却面としての内側面46と、外側を向いた同じく冷却面としての外側面47を有している。さらに、鉛直部40は、電装ケース31の内部空間を、収容空間としての第1収容空間31aと、同じく収容空間としての第2収容空間31bとに仕切っている。そして、鉛直部40の、第1収容空間31aに面した内側面46には、前述の電源回路部33が配置されている。また、鉛直部40の、第2収容空間31bに面した外側面47には、前述の制御回路部34が配置されている。電源回路部33と制御回路部34は、鉛直部40に対して熱の移動が可能な状態で、ボルト締め等の手段により固定されているが、電源回路部33や制御回路部34については後述する。
ここで、電源回路部33は、図1(a)、(b)や図2(a)に示すようにモールド部としてのモールド樹脂74により封止されているが、図1(a)ではモールド樹脂74がハッチングを付して示されている。また、モールド樹脂74は、図1(b)では二点鎖線により示されており、図2(a)では実線により示されている。そして、電源回路部33やモールド樹脂74の具体的構成については後述する。なお、図1(a)、(b)や図2(a)では、制御回路部34も二点鎖線により囲って示されているが、この二点鎖線はモールド樹脂を示すものではなく、単に制御回路部34の全体の領域を模式的に示しているものである。
図2(a)に示すように、冷却ジャケット36の鉛直部40には、前述の冷却管38が挿入(インサート鋳造)されている。冷却管38は、電装ケース31の内部を冷却するためのものであり、外部から供給された冷却水(冷却媒体、冷媒)が内部の冷却媒体流路38aを通って循環するようになっている。冷却管38の直径は例えば数mm程度であり、この冷却管38材質としては、ステンレス鋼(SUS)や銅などを採用することが可能である。
冷却管38は、鉛直部40の内部においてコの字型に曲がっており、互いに略水平且つ平行に伸びる平行部50と、平行部50を接続する鉛直な接続部51を有している。ここで、本実施形態においては、冷却管38の両端部52、53のうち、図2(a)中の下側(水平部39の側)の端部53が冷却水の入口となっており、上側の端部52が冷却水の出口となっている。しかし、冷却水の流通方向はこれに限定されず、上側の端部52を入口とし、下側の端部53を出口としてもよい。また、図示は省略するが、冷却管38の両端部52、53に管用の継手を接続し、この継手を介して冷却水の循環経路に接続することが可能である。
冷却部は、一般的には冷却管38に流す冷却水により冷却されるが、冷却媒体(冷媒)は冷却水に限定されず、水以外の流体や冷却ガス等の他の冷媒であっても構わない。
冷却部は、一般的には冷却管38に流す冷却水により冷却されるが、冷却媒体(冷媒)は冷却水に限定されず、水以外の流体や冷却ガス等の他の冷媒であっても構わない。
図2(b)は、冷却管38と鉛直部40の位置関係を示している。図中において、冷却管38の軸心C1は、鉛直部40の厚み方向の中心線C2上に位置している。そして、冷却管38は、インサート鋳造により周方向の全体に亘り、鉛直部40の素材(ここでは鋳込み材であるアルミ)に隙間なく密に接しながら、鉛直部40により覆われている。
続いて、前述の電源回路部33について、図2(a)に基づき説明する。図2(a)は、前述のモールド樹脂74が形成された状態を示している。図2(a)に示すように、電源回路部33は回路基板61を備えており、回路基板61にはポンプ本体11を駆動するための回路部品(電気部品や電子部品)62が実装されている。回路基板61としては、一般的なエポキシ基板等を採用することが可能である。回路基板61の鉛直部40への固定は、例えば回路基板61の4隅におけるボルト止めにより行われている。
また、回路部品62としては、例えば、トランス、コイル、コンデンサ、フィルタ、ダイオード、FET(電界効果トランジスタ)等のようなものを挙げることができる。図2(a)は、図1(a)、(b)に比べて回路部品62の(図示略)を詳細に行っているものである。これらの回路部品62は、その特性に応じて発熱部品となる。回路部品62が発した熱は、回路基板61やその周囲に移動し、周囲の温度を上昇させる。そして、回路基板61に生じた熱の一部は、鉛直部40との結合に用いられたボルト(図示略)や、後述するモールド樹脂74を介して、冷却ジャケット36の側へ移動する。
ここで、回路基板61における各種の回路部品62の実装にあたっては、その高さも考慮して回路部品62の向き(「姿勢」ともいえる)が決められている。つまり、前述のように回路基板61の背面側(ここでは非実装側)に冷却ジャケット36が位置しているが、回路基板61の実装側において回路部品62の高さが高くなるほど、冷却ジャケット36からの距離が遠くなる。そして、高さが大きい(所謂背の高い)回路部品62を起立状態で実装すると、熱伝導や熱伝達による冷却ジャケット36への熱の移動が生じ難く、電源回路部33の冷却がされ難くなる。
このため、本実施形態では、必要な面積が確保できる部位については、回路部品62を回路基板61に寝かせた状態で搭載している。このように回路部品62を寝かせた状態は、回路基板61からの高さを低くできる状態であり、「倒伏状態」などと称することもできる。そして、回路部品62を寝かせて、回路部品62のより多くの部分が冷却ジャケット36に近付くようにすることで、回路部品62の冷却を効率よく行うことが可能である。
さらに、回路基板61には、金属製の板金部材71が複数実装されている。板金部材71の固定は、板金部材71を支持するための部材を回路基板61上に設けたり、板金部材71にビス留め用のリブを設けたりすることにより行うことが可能である。板金部材71の材質としては、例えばアルミなどが用いられている。
板金部材71には平板状のものやL字状のものなどがあり、回路基板61から略垂直に立ち上がるように(起立姿勢となるように)、回路基板61に固定されている。そして、板金部材71は、その厚み方向を、回路基板61の実装面が伸びる方向(回路基板61の厚さ方向と直交する方向)に向けている。このような向きで板金部材71を実装することで、回路基板61の実装面において板金部材71が占有する面積を最小化することができる。
さらに、板金部材71は、回路部品62の実装に利用可能なものとなっている。そして、板金部材71の板面には、各種の回路部品62のうち、ダイオードやその他の半導体素子のように温度上昇し易いものが固定されている。ここで、板金部材71に固定された半導体素子のリード部(図示略)を、回路基板61の配線に接続することで、半導体素子の導通を確保することが可能である。このように板金部材71の板面上に回路部品62を備えることで、回路基板61において回路部品62の実装が可能な面積を拡大することができる。
また、回路基板61は、前述したようにモールド樹脂74により封止されている。このモールド樹脂74は、図2(a)に示すように直方体状に成形されており、回路基板61の回路部品62(ここでは板金部材71を含む)に密に隙間が生じないように接触している。さらに、モールド樹脂74は、回路基板61の実装面を基準として所定の高さまで領域を覆っており、モールド樹脂74からは、相対的に高さの高い電子部品の上端部分のみが突出している状態となる。本実施形態では、モールド樹脂74としてエポキシ樹脂が用いられているが、これに限らず、例えばシリコンなどのような樹脂を用いてもよい。
モールド樹脂74は、回路基板61に係る絶縁性を高める機能、防滴の機能、防水の機能などを発揮するようになっている。また、モールド樹脂74は、各種の回路部品や回路基板61に接することで、電源回路部33を冷却する機能を有している。つまり、モールド樹脂74は、各種の回路部品や回路基板61の熱を奪い回路基板61の背面側へ移動させる。
続いて、前述の制御回路部34について説明する。制御回路部34は、ポンプ本体11内に設けられたモータの駆動機構や磁気軸受の制御を行うためのものである。この制御回路部34は、図1(b)や図2(a)に示すように、冷却ジャケット36における鉛直部40の外側面47に形成された第2収容空間31bに配置されている。そして、制御回路部34は、冷却ジャケット36の外側面47に結合されており、制御回路部34で発生した熱の一部は、冷却ジャケット36の側へ移動する。ここで、図2(a)では、制御回路部34は、二点鎖線の直方体によって概略的に示されている。
さらに、本実施形態の制御回路部34は、二段の積層構造を有しており、冷却ジャケット36にボルト止めされる金属基板(ここでアルミ基板)86と、金属基板86上に導通可能に接続された樹脂基板(ガラスエポキシ基板など)87とを備えている。そして、図示は省略するが、例えば樹脂基板87には、回路部品88のほかに、各種の標準規格に従ったコネクタなども実装されている。
本実施形態では、制御回路部34の発熱が電源回路部33に比べて少ないため、制御回路部34については電源回路部33のような樹脂封止は行われていない。しかし、必要に応じ、制御回路部34を、コネクの接続端を除いて樹脂封止するようにしてもよい。
制御回路部34で発生した熱は、鉛直部40の外側面47に結合された金属基板86からの移動のほか、鉛直部40に直接接触していない部分(樹脂基板87など)からも、金属基板86や、第2収容空間31b内の空間を経て鉛直部40へ移動する。
以上説明したような本実施形態のターボ分子ポンプ10によれば、電装ケース31内に、冷却ジャケット36の鉛直部40を介して仕切られた第1収容空間31a及び第2収容空間31bが形成されている。冷却ジャケット36においては、鉛直部40の内側面46と外側面47のそれぞれに、電源回路部33や制御回路部34などの電装機器が取り付けられている。
したがって、異なる方向を向いた2つの冷却面(内側面46と外側面47)で電装機器(33、34)の熱を回収して、電装機器(33、34)の冷却を行うことができる。そして、冷却ジャケット36により冷却できる面積を大とすることができ、より多くの電装機器を冷却することが可能となる。この結果、冷却ファンを用いることなく、効率の良い冷却を行うことが可能である。
また、冷却ファンを用いていないことから、ターボ分子ポンプ10を小型化することができる。さらに、電装ケース31の温度上昇を抑制でき、ターボ分子ポンプ10の製品寿命を長期化することができる。また、効率良く冷却できることから、ターボ分子ポンプ10の前段で、冷却水の温度をあまり下げておかなくてよい。
さらに、本実施形態においては、鉛直部40の表裏である内側面46と外側面47で電装機器(33、34)を冷却しているので、冷却管38を1つの平面内に配置するだけで複数面の冷却を行うことが可能である。そして、冷却管38を立体的に複雑な形状で這わせることなく、広い面積の冷却を行うことができる。したがって、冷却管38の曲げ方を複雑化することなく、複数の冷却面を形成できる。
なお、本発明は、冷却管38の形状を上述の実施形態のような片仮名のコの字型に限定するものではなく、例えばアルファベットのNやM等の文字形状や、その他の幾何学的な形状などとすることも可能である。さらに、冷却管38は、平面的に形成されたものに限らず、立体的に曲げて形成されたものなどであってもよい。このように冷却管38を立体的な形状に加工し、例えば鉛直部40の厚みを増したり、鉛直部40を多面化したりすることで、3面以上の冷却面を形成することも可能となる。
さらに、本実施形態のターボ分子ポンプ10によれば、2面に分けて電装機器(33、34)を配置でき、電源回路部33と制御回路部34とを1面に集約的に取り付けた場合に比べて、鉛直部40の長さ(図1(b)における上下方向の長さ)を小とすることができる。この結果、鉛直部40の長さ方向について、冷却ジャケット36や電装ケース31のコンパクト化が可能である。ここで、「鉛直部40の長さ」は、例えば、鉛直部40の高さと称することや、第1水平部39aや第2水平部39bの厚み方向の長さと称することなどが可能である。
また、鋳造により冷却管38を冷却ジャケット36に組み込んでいるので、低コストで冷却管38の外周面とジャケット本体37とを密着させることができる。つまり、例えばジャケット本体37をアルミ素材の削り出し加工により作製し、作製したジャケット本体37に冷却管38を後から固定するような場合には、ジャケット本体37と冷却管38の間に隙間が生じ易く、熱抵抗が高くなる。そして、効率の良い冷却を行うには、ジャケット本体37と冷却管38の間の隙間を埋めるために、熱伝導率の高い材質からなるシート等を介在させなければならず、その分コストが上昇する。しかし、本実施形態のように鋳造により冷却管38の組み込みを行うことにより、低コストで、冷却管38の外周面とジャケット本体37とを密着させることができる。
また、本実施形態のターボ分子ポンプ10によれば、モールド樹脂74により電源回路部33の封止を行っているので、モールド樹脂74を介した熱の移動が可能である。そして、回路基板61の背面側は、冷却ジャケット36の鉛直部40に面していることから、回路基板61の実装面側で発生した熱を、モールド樹脂74を介して冷却ジャケット36の側へ移動させることができる。
また、本実施形態では、回路基板61と冷却ジャケット36の間にモールド樹脂74を充填しているので、回路基板61と冷却ジャケット36の間の熱の移動を、モールド樹脂74を介して行うことができる。このため、回路基板61から冷却ジャケット36までの間に空間を介在させた場合に比べて、熱を移動させ易い。
なお、このようなモールド樹脂74を用いた冷却は、冷却ジャケット36冷却の効果をより高めるものであるということができる。また、本実施形態のような冷却は、モールド樹脂74による熱の移動と、冷却ジャケット36による冷却とを複合させた冷却手法であるということもできる。さらに、本実施形態のような冷却は、電装ケース31内の空間も冷却ジャケット36により冷却されることから、空冷と水冷を複合させた冷却手法であるということもできる。
また、本発明は、これまでに説明した態様以外にも種々に変形することが可能なものである。
10 ターボ分子ポンプ(真空ポンプ)
11 ポンプ本体
31 電装ケース(制御装置)
31a 第1収容空間(収容空間)
31b 第2収容空間(収容空間)
33 電源回路部(電装部品部)
34 制御回路部(電装部品部)
36 冷却ジャケット(冷却部)
38 冷却管
38a 冷却媒体流路
40 鉛直部
46 鉛直部の内側面(冷却面)
47 鉛直部の外側面(冷却面)
51 回路基板
62 回路部品(発熱部品)
74 モールド樹脂(モールド部)
11 ポンプ本体
31 電装ケース(制御装置)
31a 第1収容空間(収容空間)
31b 第2収容空間(収容空間)
33 電源回路部(電装部品部)
34 制御回路部(電装部品部)
36 冷却ジャケット(冷却部)
38 冷却管
38a 冷却媒体流路
40 鉛直部
46 鉛直部の内側面(冷却面)
47 鉛直部の外側面(冷却面)
51 回路基板
62 回路部品(発熱部品)
74 モールド樹脂(モールド部)
Claims (4)
- ポンプ本体と、前記ポンプ本体の外側に配置された制御装置とを備え、
前記制御装置は、
冷却面を有し内部に冷却媒体流路が形成された冷却部と、
発熱部品を備え前記冷却部による冷却が可能な複数の電装部品部と、を有し、
前記冷却面は、異なる方向に向けて複数形成され、複数の前記冷却面に前記複数の電装部品部の各々が熱移動可能に取り付けられていることを特徴とする真空ポンプ。 - 前記複数の電装部品部は、前記発熱部品が実装されるとともに前記冷却面に固定された回路基板を有し、
前記複数の電装部品部の少なくとも1つには、前記回路基板及び前記発熱部品を少なくとも部分的に覆うモールド部が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の真空ポンプ。 - 前記制御装置は、前記冷却部によって複数の収容空間に区分けされ、各々の前記収容空間に前記複数の電装部品部の内の少なくとも一つを備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の真空ポンプ。
- 冷却面を有し内部に冷却媒体流路が形成された冷却部と、
発熱部品を備え前記冷却部による冷却が可能な複数の電装部品部と、を有し、
前記冷却面が、異なる方向に向けて複数形成され、複数の前記冷却面に前記複数の電装部品部の各々が熱移動可能に取り付けられていることを特徴とする真空ポンプの制御装置。
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