JP2003153494A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モータの冷却効果が大きく、且つ小型、軽量
な真空ポンプを提供すること。 【解決手段】 吸排気口及び対向して配置された一対の
ポンプロータ１−１（１−２）を備えたポンプＰとモー
タＭを具備し、該ポンプロータを該モータにて駆動回転
することにより、ガスの吸入排気を行う真空ポンプにお
いて、モータＭはモータステータ１１とモータロータ１
６−１（１６−２）とを備え、該モータステータ１１は
樹脂材１２にて全体を覆い、且つ該樹脂材１２にて該モ
ータステータ１１の内周を密封すると共に、該モータス
テータ内周に密封用のステータキャン１８−１（１８−
２）を配置してキャンド構造とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は真空ポンプに係り、
特に半導体製造工程で使用するプロセスガス等外部に漏
出すると不都合なガスの吸入排気を行うのに好適な真空
ポンプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から一対のポンプロータが同期回転
してガスの吸入排気を行う容積式と呼ばれる真空ポンプ
が知られている。この容積式真空ポンプにはルーツ型や
スクリュー型等のタイプがあり、半導体製造工程におけ
る真空チャンバー内のプロセスガスの排気等に広く用い
られている。

【０００３】図１は従来のルーツ型容積式真空ポンプの
構成例を示す断面図である。平行に配置された（図１は
側断面図にて１軸のみを示す）ポンプロータ１０１はタ
イミングギヤ１０２を介して相互に反転し、各段のロー
タ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃによってガス移送さ
れ、ガスの排気が行われる。このような多段式の真空ポ
ンプにおいては、排気時や真空到達時にポンプロータ１
０１の温度はかなりの高温になる。

【０００４】ポンプロータ１０１を駆動するモータＭの
ポンプロータ１０３の温度もポンプロータ１０１の温度
と同様高温になる。また、ポンプ運転中のモータＭ自身
の発熱に加えて、前述のポンプロータ１０１の熱より、
モータＭはさらに高温になるので、冷却を施さなければ
ならない。その冷却手段として図に示すように、モータ
フレーム１０４に冷却水用のジャケット１０５を設け、
冷却水入口１０５ａから冷却水を供給し、冷却水出口１
０５ｂから排出して冷却したり、冷却フィン１０６や冷
却ファン１０７を取り付けて冷却する必要があった。な
お、図中１０９はポンプロータ１０１を回転自在に軸支
する軸受である。

【０００５】この結果、モータフレーム１０４の構造が
複雑になったり、その重量、占有スペース、コストの増
大という問題が生じ、これが真空ポンプ全体においては
その重量、大きさ、コストの増大という問題となる。こ
の問題はルーツ型だけでなくスクリュー型等、他のタイ
プの容積式真空ポンプにおいても同様の問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の点に鑑
みてなされたもので、モータの冷却効果が大きく、且つ
小型、軽量な真空ポンプを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１に記載の発明は、吸排気口及び対向して配置さ
れた一対のポンプロータを備えたポンプとモータを具備
し、該ポンプロータを該モータにて駆動回転することに
より、ガスの吸入排気を行う真空ポンプにおいて、モー
タはモータステータとモータロータとを備え、該モータ
ステータは樹脂材にて全体を覆い、且つ該樹脂材にて該
モータステータの内周を密封すると共に、該モータステ
ータ内周に密封用のステータキャン部材を配置してキャ
ンド構造としたことを特徴とする。

【０００８】上記のようにモータのステータの全体を樹
脂材にて覆うことにより、従来別部材としていたモータ
フレームを無くすることが可能となり、モータを小型
化、軽量化することが可能となり、これにより、真空ポ
ンプも小型化、軽量化することが可能となる。

【０００９】また、モータのステータを覆った樹脂材は
密閉構造を構成し、且つモータステータ内周に密封用の
ステータキャン部材を配置してキャンド構造としたの
で、ポンプとモータを一体とした構成の真空ポンプとす
ることができ、ポンプの排気するガスがモータステータ
室に浸入することを防止することが可能となるが、何ら
かの理由によりモータステータ内周に配置した密封用の
ステータキャン部材が割れ、気密漏れを引き起こした場
合でもモータステータ全体を覆っている樹脂材が密封構
造になっているので、真空状態を保つことが可能であ
る。

【００１０】また、何らかの理由によりポンプ停止と共
に、モータステータ内周に配置した密封用のステータキ
ャン部材が割れ、気密漏れが生じた場合において、真空
ポンプで排気していたガスがモータより外部に漏洩する
のを防止できる。

【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の真空ポンプにおいて、ステータキャン部材は樹脂材で
形成されることを特徴とする。

【００１２】上記のようにステータキャン部材を樹脂材
で形成することにより、従来の金属製のステータキャン
部材による密封に比較し、軽量化が可能である。また、
金属製のステータキャンの場合は、導電体であるのでモ
ータロータの回転に伴い回転するモータロータ磁界やモ
ータステータの発生する回転磁界によりステータキャン
部材に発生する渦電流損失があり発熱やモータ効率の低
下を招いていたが、ここではステータキャン部材に材料
物性として電気絶縁体である樹脂材を用いるので、渦電
流損失をなくすことが可能となり、それによる発熱やモ
ータ効率の低下を防止できる。これにより高効率な真空
ポンプを実現できる。

【００１３】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の真空ポンプにおいて、全体が樹脂材で覆われた
モータのステータに冷水用パイプを一体的に成形したこ
とを特徴とする。

【００１４】上記のように樹脂材で覆われたモータステ
ータに冷水用パイプを一体的に成形したことにより、従
来のモータフレームに取り付けた冷却水用のジャケット
に冷却水を流す方法に比較し、モータステータを覆う樹
脂そのものを冷却することになり、冷却効率を高め、且
つモータフレーム部材がない分軽量化が可能となる。こ
れにより冷却効率のよい真空ポンプを実現できる。

【００１５】請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３
のいずれか１項に記載の真空ポンプにおいて、モータス
テータの全体を覆う樹脂材と一体に樹脂材で該モータス
テータをポンプのケーシングに取り付ける取付部を設け
たことを特徴とする。

【００１６】モータステータの全体を覆う樹脂材と一体
に樹脂材で取付部を設けたことにより、該取付部を介し
て樹脂材で覆われたモータステータをポンプのケーシン
グに直接取り付けることが可能となり、モータフレーム
部材を必要としないから、モータの小型化、軽量化が可
能となる。

【００１７】請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４
のいずれか１項に記載の真空ポンプにおいて、取付部に
は該取付部の強度を補強する補強部材を設けたことを特
徴とする。

【００１８】上記のように樹脂材で形成された取付部の
強度を補強する補強部材、例えば取付部を保護するカバ
ー、取付部の樹脂材内に設けた補強部材を設けることに
より、モータフレームを設けなくとも強度を保つことが
できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面に基づいて説明する。図２は本発明に係る真空ポンプ
の一例であるルーツ型容積式真空ポンプの構成を示す断
面図である。ポンプＰのポンプロータ１−１、１−２は
ロータ１−１ａ、１−２ａ、１−１ｂ、１−２ｂ、１−
１ｃ、１−２ｃとポンプ主軸２−１、２−２とから構成
されており、ポンプケーシング３内に配置されている。
なお、図示は省略するが、ポンプケーシング３には吸気
口と排気口が設けられており、ポンプロータ１−１、１
−２の回転により、吸気口に吸込んだガスを排出口から
排出するようになっている。

【００２０】ポンプロータ１−１、１−２が取り付くポ
ンプ主軸２−１、２−２は軸受４、４により回転自在に
軸支される。ポンプロータ１−１、１−２はタイミング
ギヤ５を介して相互に反転して回転するようになってい
る。図３はルーツ型ロータの径方向の断面図（図２のＸ
−Ｘ矢視断面図）で排気作用を示す図である。

【００２１】図４は図２におけるモータＭ部分の詳細を
示す図（図２のＹ−Ｙ矢視断面図）である。モータＭの
モータステータ１１は樹脂材１２にて全体が覆われてお
り、その外周部でポンプＰに取り付ける部分に取付部１
３が該樹脂材１２と一体に形成されている。モータステ
ータ１１、該取付部１３を介してボルト（図示せず）に
よりポンプケーシング３に取り付けられる。該取付部１
３には補強のためのカバー１４及び樹脂材１２の内部に
補強部材１５が設けられている。なお、図４において、
２４、２５はそれぞれＯリング等のシール部材である。

【００２２】各々のポンプ主軸２−１、２−２にモータ
ロータ１６−１、１６−２が直結されている。各ロータ
室１７−１、１７−２はモータステータ１１の内周を密
封する部材であるステータキャン１８−１、１８−２に
より密閉された空間となっている。なお、ステータキャ
ン１８−１、１８−２は樹脂材１２と同一の樹脂材で形
成されている。

【００２３】図５は図２におけるモータＭの径方向の断
面（図４のＺ−Ｚ矢視断面）である。該モータＭはポン
プＰのポンプ主軸２−１、２−２に直結されたそれぞれ
のモータロータ１６−１、１６−２の軸１６’−１、１
６’−２に永久磁石１９が周設され、その外周にはステ
ータキャン１８−１、１８−２を間に介在させて磁極歯
２０にコイル２１を装着した電機子２２が配置された構
成となっている。該電機子２２に対向するモータロータ
１６−１、１６−２の永久磁石１９は、該永久磁石１９
間で電機子２２を介して異磁極面で磁気カップリングを
構成し、磁極歯２０はコイル２１の通電時に両モータロ
ータ１６−１、１６−２間の中心軸Ｃにおいて対称の位
置で、且つ反対の磁極を形成するように構成され、同期
して反転するブラシレス直流モータを構成する。

【００２４】以下、上記構成のモータＭの動作を図６、
図７、図８を用いて説明する。モータロータ１６−１、
１６−２の外周には外周全周を囲むように複数の電機子
２２が配置されている。該電機子２２は６０°の等角で
配設されている。該各電機子２２は磁極歯Ｕ〜Ｚ、Ｕ〜
Ｚとコイル２１にて構成されている。該コイル２１は両
モータロータ１６−１、１６−２間の中心線Ｃにおいて
対称となる位置においいて反対巻になっており、同一方
向の電流により反対の磁極が形成されるようになってい
る。

【００２５】図６（ａ）の状態ではモータロータ１６−
１の外周に位置する電機子２２の磁極歯Ｕ、ＸにはＮ
極、磁極歯Ｖ、ＹにはＳ極が形成され、モータロータ１
６−２の外周に位置する電機子２２の磁極歯Ｕ、Ｘには
Ｓ極、磁極歯Ｖ、ＹにはＮ極が同時に形成される。同様
に図６（ｂ）においてはモータロータ１６−１、１６−
２が機械角３０°進んだ位置での状態を示す。モータロ
ータ１６−１の外周に位置する電機子２２の磁極歯Ｖ、
ＹにはＳ極、磁極歯Ｗ、ＺにはＮ極、モータロータ１６
−２の外周に位置する電機子２２の磁極歯Ｖ、ＹにはＮ
極、磁極歯Ｗ、ＺにはＳ極が同時に形成される。更に機
械角３０°進んだ状態が図６（ｃ）で、モータロータ１
６−１の外周に位置する電機子２２の磁極歯Ｘ、Ｕには
Ｓ極、磁極歯Ｗ、ＺにはＮ極、モータロータ１６−２の
外周に位置する電機子２２の磁極歯Ｘ、ＵにはＮ極、磁
極歯Ｗ、ＺにはＳ極が同時に形成される。このように連
続した回転力でモータロータ１６−１、１６−２は互い
に反対方向に回転する。

【００２６】モータロータ１６−１、１６−２の永久磁
石１９により発生する磁界は、電機子２２によって磁路
が各モータロータ１６−１、１６−２で形成され閉じる
ように構成されているので、異磁極面で磁気カップリン
グ作用が働き必ず同期して回転する。

【００２７】図７は図６に示すモータ動作時のコイル２
１への通電パターンのタイムチャートであり、モータロ
ータ１６−１側（モータロータ１６−１の外周に位置す
る）の磁極歯Ｕ〜Ｚのコイル２１とモータロータ１６−
２側（モータロータ１６−２の外周に位置する）の磁極
歯Ｕ〜Ｚのコイル２１への通電パターンを示している。
このタイムチャートに従い各コイル２１への通電タイミ
ングを切り替えることでモータロータ１６−１、１６−
２は互いに同期して反転する。通電回路は省略するが、
既存の電気素子で構成することができる。

【００２８】図８はモータロータ１６−１と１６−２に
対応するモータステータ１１の磁極歯Ｕ〜Ｚのコイル２
１_U〜２１_Zの結線構成及びモータ回転時の電流Ｉの流れ
を示す図である。図８（ａ）は図６（ａ）の磁極歯Ｕ〜
Ｚのコイル２１_U〜２１_Zへの通電方向を、図８（ｂ）は
図６（ｂ）の磁極歯Ｕ〜Ｚのコイル２１_U〜２１_Zへの通
電方向を、図８（ｃ）は図６（ｃ）の磁極歯Ｕ〜Ｚのコ
イル２１_U〜２１_Zへの通電方向をそれぞれ示す。図示す
るように、コイル２１_U〜２１_Zは星型結線されており、
図７に示すタイムチャートのタイミングに従い各コイル
２１_U〜２１_Zに電流Ｉを通電する。

【００２９】以上説明したモータＭは、ポンプＰのポン
プ主軸２−１、２−２に直結され互いに並列に配置した
２本のモータロータ１６−１、１６−２が該各モータロ
ータ１６−１、１６−２の外周全周に複数の電機子２２
を配設し、各モータロータ１６−１、１６−２に周設し
た永久磁石１９において電機子２２を介して磁気カップ
リングを形成し、２軸間の中心線Ｃにて対称に隣り合う
位置の磁極歯Ｕ〜Ｚが異磁極になるように同時に通電
し、同期して反転することを可能としたものである。こ
れにより、軸受４に過大な偏心荷重をかけず、またタイ
ミングギヤ５にも過大な荷重をかけない高速で高効率の
直流ブラシレスモータが実現できる。

【００３０】上記のように構成されたモータＭにポンプ
Ｐは回転駆動される。運転中にポンプＰにより排気され
るガスはモータＭのロータ室１７−１、１７−２に浸入
するが、モータステータ１１と隔絶するために設けられ
たステータキャン１８−１、１８−２により、モータス
テータ１１へのガス接触を防止することができる。該モ
ータステータ１１は樹脂材（ここでは不飽和ポリエステ
ル）１２にて全体が覆われており、該樹脂材１２にて密
閉された状態を構成するものである。

【００３１】これにより、ポンプＰの運転中に何らかの
理由により、ステータキャン１８−１、１８−２が破壊
し、密閉構造が壊れても、モータステータ１１の全体を
覆っている樹脂材１２の作り出す密閉構造により真空状
態を維持するものである。更に何らかの理由によりポン
プＰの停止とともにステータキャン１８−１、１８−２
が破壊し、密閉構造が壊されても同様に樹脂材１２の密
閉構造により、排気していたガスが外部に漏出すること
を防止できる。

【００３２】また、該樹脂材１２にて一体成形される取
付部１３によりモータＭをポンプＰのポンプケーシング
３に取り付ける構成となっているので、モータフレーム
等の別部材が必要でなくなり真空ポンプの小型、軽量化
が可能となる。また、取付部１３にはカバー１４が設け
られ、樹脂材１２の内部には補強部材１５が設けられて
いるから、使用に耐え得る強度を充分確保できる。

【００３３】また、従来、モータステータのキャン構造
のキャンは金属製であり、その物性が導電性なのでポン
プ運転時、モータにおいてはモータロータに周設してい
る永久磁石の磁界やモータステータの発生磁界により、
渦電流損失が発生しステータキャンでの発熱やモータ効
率の低下を招いていた。本発明に係る真空ポンプではモ
ータＭのステータキャン１８−１、１８−２を電気絶縁
体である樹脂（ここではポリフェニレンスルフィルド
（ＰＰＳ））にて成形している。これによりステータキ
ャン１８−１、１８−２で発生する渦電流損失をなくす
ことができるから、発熱をなくし、モータ効率の向上が
可能となる。

【００３４】更に、真空ポンプにおいては、真空到達運
転や排気工程において各段階の圧縮工程により、ポンプ
ロータ１−１、１−２は発熱するものである。この発熱
によりポンプロータ１−１、１−２の温度が高温にな
り、熱伝導の作用により直結されるモータロータ１６−
１、１６−２の温度も高温になる。それゆえに可能な限
りモータＭでの冷却を高め、効率良くする必要がある。
そこで本発明に係る真空ポンプにおいては、モータステ
ータ１１を覆っている樹脂材１２に冷却水を流すための
パイプ２３を一体に形成している。

【００３５】パイプ２３には腐食防止のためステンレス
管を用い、これを螺旋状にモータステータ１１に沿って
形成する（図５参照）ものである。このパイプ２３に冷
却水を通水することにより、樹脂材１２を直接冷却する
ので、冷却効率を高めることが可能となる。

【００３６】なお、上記実施形態例では、ポンプＰにル
ーツ型ポンプを用いる例を示したが、本発明に係る真空
ポンプのポンプＰはルーツ型に限定されるものではな
く、スクリュー型等の他の方式のポンプにおいても同様
な効果が得られる。

【００３７】また、上記実施形態例では、モータＭに２
軸型ブラシレス直流モータを用いる例を説明したが、図
９に示すように、１軸型ブラシレス直流モータＭを用
い、該モータＭのモータロータ１６をポンプＰの一方の
ポンプロータ１−１のポンプ主軸２−１に連結するよう
にしても同様な効果が得られる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように各請求項に記載の発
明によれば下記のような優れた効果が得られる。

【００３９】請求項１に記載の発明によれば、上記のよ
うにモータのステータの全体を樹脂材にて覆うことによ
り、モータフレームを無くすることが可能となり、モー
タを小型化、軽量化することが可能となり、これによ
り、真空ポンプも小型化、軽量化することが可能とな
る。

【００４０】また、モータのステータを覆った樹脂材は
密閉構造を構成し、且つモータステータ内周に密封用の
ステータキャン部材を配置してキャンド構造としたの
で、ポンプとモータを一体とした構成の真空ポンプとす
ることができ、ポンプの排気するガスがモータステータ
室に浸入することを防止することが可能となる。また、
何らかの理由によりモータステータ内周に配置した密封
用のステータキャン部材が割れ、気密漏れを引き起こし
た場合でもモータステータ全体を覆っている樹脂材が密
封構造になっているので、真空状態を保つことが可能で
ある。

【００４１】また、何らかの理由によりポンプ停止と共
に、モータステータ内周に配置した密封用のステータキ
ャン部材が割れ、気密漏れが生じた場合において、真空
ポンプで排気していたガスがモータより外部に漏洩する
のを防止できる。

【００４２】請求項２に記載の発明によれば、ステータ
キャン部材を樹脂材で形成することにより、渦電流損失
をなくすことが可能となり、それによる発熱やモータ効
率の低下を防止できる。これにより高効率な真空ポンプ
を実現できる。

【００４３】請求項３に記載の発明によれば、樹脂材で
覆われたモータステータに冷水用パイプを一体的に成形
したことにより、モータステータを覆う樹脂そのものを
冷却することになり、冷却効率を高め、且つモータフレ
ーム部材がない分軽量化が可能となる。これにより冷却
効率のよい真空ポンプを実現できる。

【００４４】請求項４に記載の発明によれば、モータス
テータの全体を覆う樹脂材と一体に樹脂材で取付部を設
けたことにより、該取付部を介して樹脂材で覆われたモ
ータステータをポンプのケーシングに直接取り付けるこ
とが可能となり、モータフレーム部材を必要としないか
ら、モータの小型化、軽量化が可能となる。

【００４５】請求項５に記載の発明によれば、樹脂材で
形成された取付部の強度を補強する補強部材、例えば取
付部を保護するカバー、取付部の樹脂材内に設けた補強
部材を設けることにより、モータフレームを設けなくと
も強度を保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のルーツ型容積式真空ポンプの構成例を示
す断面図である。

【図２】本発明に係るルーツ型容積式真空ポンプの構成
例を示す断面図である。

【図３】図２のＸ−Ｘ矢視断面図である。

【図４】図２におけるモータＭ部分の詳細を示す断面図
（図２のＹ−Ｙ矢視断面図）である。

【図５】図２におけるモータＭの径方向の断面図（図４
のＺ−Ｚ矢視断面図）である。

【図６】本発明に係るルーツ型容積式真空ポンプのモー
タＭの動作を説明するための図である。

【図７】図６に示すモータ動作時のコイルへの通電パタ
ーンのタイムチャートである。

【図８】本発明に係るルーツ型容積式真空ポンプのモー
タＭのコイルの結線構成を示す図である。

【図９】本発明に係るルーツ型容積式真空ポンプのモー
タＭの他の構成例を示す断面図である。

【符号の説明】

１−１ ポンプロータ １−２ ポンプロータ ２−１ ポンプ主軸 ２−２ ポンプ主軸 ３ ポンプケーシング ４ 軸受 ５ タイミングギヤ １１ モータステータ １２ 樹脂材 １３ 取付部 １４ カバー １５ 補強部材 １６ モータロータ １６−１、２ モータロータ １７−１、２ ロータ室 １８−１、２ ステータキャン １９ 永久磁石 ２０ 磁極歯 ２１ コイル ２２ 電機子 ２３ パイプ ２４ シール部材 ２５ シール部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮下 信人 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原電産内 (72)発明者 稲田 高典 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原電産内 (72)発明者 真武 幸三 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原電産内 (72)発明者 柳澤 清司 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 Ｆターム(参考） 3H029 AA06 AB06 BB12 BB32 CC07 5H607 AA00 AA02 BB01 BB07 BB09 BB14 CC01 CC05 CC07 CC09 DD01 DD08 DD19 FF07 GG08 HH01 JJ01 JJ10 KK00 KK07

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸排気口及び対向して配置された一対の
   ポンプロータを備えたポンプとモータを具備し、該ポン
   プロータを該モータにて駆動回転することにより、ガス
   の吸入排気を行う真空ポンプにおいて、 前記モータはモータステータとモータロータとを備え、
   該モータステータは樹脂材にて全体を覆い、且つ該樹脂
   材にて該モータステータの内周を密封すると共に、該モ
   ータステータ内周に密封用のステータキャン部材を配置
   してキャンド構造としたことを特徴とする真空ポンプ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の真空ポンプにおいて、 前記ステータキャン部材は樹脂材で形成されることを特
   徴とする真空ポンプ。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の真空ポンプにお
   いて、 前記全体が樹脂材で覆われたモータのステータに冷水用
   パイプを一体的に成形したことを特徴とする真空ポン
   プ。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
   真空ポンプにおいて、 前記モータステータの全体を覆う樹脂材と一体に樹脂材
   で該モータステータを前記ポンプのケーシングに取り付
   ける取付部を設けたことを特徴とする真空ポンプ。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
   真空ポンプにおいて、前記取付部には該取付部の強度を
   補強する補強部材を設けたことを特徴とする真空ポン
   プ。