JP5973839B2 - 真空ポンプ用モータ及びこれを備える真空ポンプ - Google Patents

真空ポンプ用モータ及びこれを備える真空ポンプ Download PDF

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Description

本発明は、真空ポンプ用モータ及びこれを備える真空ポンプに係り、特に、モータロータの回転中心軸線方向の両側にバランスリングを具備した真空ポンプ用モータ及びこれを備える真空ポンプに関するものである。
例えば、半導体製造装置などには、真空ポンプが用いられる場合があり、駆動源としてのモータが取り付けられている。このような真空ポンプに使用されるモータとしては、ポンプ主軸にモータロータが直結されている構造のものがある。このような構造のモータの場合、半導体製造プロセスで用いる腐食性ガスに、モータロータが暴露されることとなる。一方、真空(減圧)状態を維持するために、モータステータとモータロータとの間にキャンを装備して、シール構造を実現している(特許文献1参照)。
また、モータロータのロータコアには、回転中心軸線方向の両端部にエンドリングが設けられている(特許文献2参照)。このエンドリングは、ロータコアと共に誘導回路を形成するものである。しかし、モータロータは高速で回転するものであるので、回転アンバランスがあると、ポンプ主軸に大きな応力が加わって、ポンプ主軸に撓みが発生する。また、大きな振動を発生させてしまう場合もある。このような回転アンバランスを解消する手法として、ポンプ主軸にバランスリングを装着して一部を除肉してバランスをとることが行われている(特許文献2参照)。
特許第3443248号公報 特開平11−27911号公報
モータロータとモータステータの間にキャンを装備した場合でも、上述のようにモータロータ自体は腐食性ガスに暴露される。このため、何ら対策を施さないならば、モータロータも腐食性ガスによって腐食してしまう。モータロータの腐食を避けるために、モータロータに耐食性コーティングによる表面処理を行う場合がある。しかしながら、エンドリングしか具備しないモータの場合、上述した回転アンバランスを解消するために、エンドリングの一部を除肉してバランスをとることとなる。このため、除肉した部分は耐食性コーティングが除去されてしまい、エンドリングの除肉部分が腐食してしまう。
また、エンドリングを除肉したあとに、耐食性コーティングを施すことも考えられる。しかしながら、除肉された部位(修正穴)の寸法は非常に小さいために、除肉した部分に耐食性コーティングの塗膜が均一に形成されない場合もある。更に、バランスリングを装着した場合でもあっても、除肉してしまえばエンドリングの場合と同様に、耐食性コーティングの塗膜の不均一という点は解消できない。
本願発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、第1の発明では、真空ポンプのポンプ主軸に直結された、真空ポンプ用のモータにおいて、前記ポンプ主軸に直接的或いは間接的に装着されるモータロータと、前記ポンプ主軸の回転軸に関して同心にモータフレームに固定されるモータステータと、前記ポンプ主軸の回転軸の方向に延びて前記ポンプ主軸に直接的或いは間接的に接触する第1の部分、および前記ポンプ主軸に垂直な方向に延びる第2の部分をそれぞれが含む1対のバランスリングであって、前記第2の部分がロータコアの両端部から離れた両側に位置するバランスリングを備え、前記バランスリングは、耐食性を有する材料を含み、前記第1の部分および前記第2の部分によって形成される断面L字状の形状を有し、前記ロータコアの両端部にはエンドリングが設けられ、前記エンドリングと前記バランスリングの第1の部分との間、および前記エンドリングと前記バランスリングの第2の部分との間には所定の隙間が形成されている、という構成を採っている。
また、第2の発明では、前記バランスリングの第1の部分は、前記ポンプ主軸に装着されるスリーブに前記ロータコアとともに取り付けられる、という構成を採っている。
また、第3の発明では、前記バランスリングの第1の部分は、前記ロータコアに当接されて前記ロータコアの位置決めをする機能を有する、という構成をとっている。
また、第4の発明では、前記モータロータは、表面に耐食性コーティング又は耐食性塗装による表面処理が行われている、という構成を採っている。
更に、第5の発明では、第1〜第4の発明のモータを備えた真空ポンプ、という構成を採っている。
本願発明によれば、耐食性のあるモータロータとすることができ、かつバランス修正の問題も解決し、性能の向上が図れる。それと同時に、バランスリングとエンドリングの間に軸方向の隙間を設けることで、熱膨張により伸びるエンドリングとの干渉を避けることが可能となり、回転中心軸線方向に荷重が加わることを防止することが可能となり、機械設計上の優位性が図れる、という効果を奏する。
本発明の一実施形態に係るモータの断面図を示す。 図1に開示したモータにおける、一部の構成部品の斜視図である。 図1に開示したモータを備えた真空ポンプを示す断面図である。
次に、添付図面に基づいて、本願発明の一実施形態について説明する。
[全体概要]
先ず、図1及び図2に基づいて、本発明の一実施形態に係るモータ100について説明する。本実施形態に係るモータ100は、真空ポンプのロータ30(図3参照)を回転駆動するものである。モータ100は、モータステータ110とモータロータ120と、モータフレーム140とを備える。
モータフレーム140は、フレーム本体141と側板142とを備える。フレーム本体141は、ポンプ主軸21の中心軸線に沿って内部空間が形成された、円筒形状を有している。側板142は、所定の取付機構によって、フレーム本体141の開口端に取り付けられている。かかるモータフレーム140は、例えば、鉄やアルミで形成できる。モータステータ110、モータロータ120は、このモータフレーム140の内部空間に収容されている。
[モータステータ]
モータステータ110は、ステータコア111aにコイル111bが装着された構成を有する。具体的には、モータステータ110において、ポンプ主軸21の回転中心軸線Cの方向における両端では、ステータコア111aの外方に向けてコイル111bが突出し
ている。モータステータ110は、モータフレーム140のフレーム本体141の内面にステータコア111aが嵌め込まれることによって、ポンプ主軸21の回転中心軸線Cに関して同心にモータフレーム140に固定される。ステータコア111aは、例えば、珪素鋼板を積層して形成できる。
[モータロータ]
モータロータ120は、モータステータ110の内部に、ポンプ主軸21の回転中心軸線Cに関して同心に配置され、真空ポンプ20のポンプ主軸21に直結されている。モータロータ120は、ポンプ主軸21の外周面に装着されているスリーブ121と、このスリーブ121上に固定されているロータコア123と、ロータコア123においてポンプ主軸21の回転中心軸線Cに沿った方向の両側に配置されているエンドリング125と、スリーブ121の外周面上であってエンドリング125の更に外方の両側に配置されるバランスリング127とを備えている。
スリーブ121は、ポンプ主軸21の先端に形成された縮径部に装着され、ワッシャ部材122とボルト124によって固定されている。なお、ポンプ主軸21とスリーブ121との相対回転を防ぐために、キーとキー溝による回り止め機構を両者の境界領域に設けることが望ましい。また、スリーブ121の外周面には、ロータコア123が固定されている。ロータコア123は、モータステータ110からの磁力を受けて、モータロータ120に回転力を生じさせるものである。
ロータコア123の両側(ポンプ主軸の回転中心軸線Cの方向に沿った、ロータコア123の両側)に取り付けられたエンドリング125は、ロータコア123を連結して誘導回路を形成するものであり、材料としては電気伝導率の高いアルミや銅の導電体で構成されている。エンドリング125は、モータロータ120と一体となっている。本実施形態のエンドリング125は、断面が矩形の単純なリング状部材となっている。アルミや銅は半導体製造プロセスで用いる腐食性ガスによって腐食されてしまうため、ロータコア123とエンドリング125の表面には、耐食性コーティングや耐食性塗装等の表面処理が施されている。
スリーブ121の外周面上であって、エンドリング125の更に外方の両側には、バランスリング127が装着されている。バランスリング127の役割は、モータロータ120に生じている回転アンバランスを解消することである。バランスリング127は、断面がL字状となっており、このL字状断面を形成する2辺のうちの一方の辺部分がスリーブ121に当接し、他方の辺部分がポンプ主軸21の回転中心軸線Cに対して直交する方向に立ち上がっている。上記のアンバランスを解消する機能の他、このL字状のバランスリング127は、ロータコア123を位置決めする機能も有している。また、バランスリング127は、ステンレスなどの耐食性材料あるいは耐食性材料を少なくとも部分的に含む材料で造られている。
本実施形態では、エンドリング125とバランスリング127との間には、回転中心軸線Cに沿った方向に関して所定の隙間が形成されると共に、回転中心軸線Cと直交する方向に関しても所定の隙間が形成されている。このため、エンドリング125とバランスリング127とが異なる熱膨張係数を有する材料で構成されていたとしても、両部材の間で熱膨張による応力は発生しない。また、バランスリング127の一方の辺部分の端部は、ロータコア123に当接している。バランスリング127とスリーブ121との相対回転も防ぐ必要があるので、両者の境界領域にキー及びキー溝からなる回り止め機構を設けることが望ましい。
[キャン構造]
本実施形態のモータ100の内部には、キャン130が設けられている。キャン130は、モータロータ120が存在する空間とモータステータ110が存在する空間を分離するためのものである。これは、真空ポンプ20(図3参照)に使用されるモータ100の場合、ポンプ主軸21とモータロータ120が存在している空間は真空(或は減圧)状態を維持する必要があるからである。また、真空ポンプ20は半導体製造設備に用いられる場合があるが、半導体製造時に用いるプロセスガスなどが外部に漏洩しないようにするための対策が必要であり、キャン130がその役割を果たすこととなる。
本実施形態のキャン130は、両端が開放されている円筒状の部材であり、金属材料で構成されている。このキャン130は、図1に示すように、一端(図1の左端)がフレーム本体141と側板142に挟持されており、他端(図1の右端)がリング状封止部材132の内周面に固定されている。これにより、モータロータ120が存在する空間は真空ポンプ20と連通することになるが、一方でモータステータ110が存在する空間は、真空(減圧)状態から隔離されることとなる。
図2は、発明の理解を助けるための斜視図であり、モータ100の一部の構成備品を示した図である。具体的には、ポンプ主軸21と、スリーブ121と、バランスリング127と、ワッシャ部材122と、ボルト124とを示している。図に示すように、スリーブ121上にバランスリング127が固定されて、スリーブ121がポンプ主軸21に装着されて、ワッシャ部材122を介してボルト124がポンプ主軸21にねじ込まれるようになっている。なお、本実施形態のモータ100では、スリーブ121の外周面にロータコア123を設置しているが、本発明において、スリーブ121は必須の構成要素ではないため、省略することが可能である。
[作用]
次に、上述のように構成されたモータ100の作用について説明する。モータ100の製造時において、スリーブ121、ロータコア123、エンドリング125をポンプ主軸21に取り付けた状態では、製造誤差に起因する回転アンバランスが生じてしまう。回転アンバランスを解消するためには、例えばエンドリング125の一部を除肉することも考えられるが、耐食性コーティングが除去されてしまうため、その部分がプロセスガスによって腐食してしまう。
これに対応するために、本実施形態ではバランスリング127を装着している。すなわち、耐食性材料からなるバランスリング127をスリーブ121に取り付けた状態で、回転アンバランスを測定する。そして、回転アンバランスを解消するように、バランスリング127の一部を除肉する。バランスリング127は一部が除肉されたとしても、耐食性材料で造られているため、バランスリング127は腐食しない。
[真空ポンプ]
次に、図3に基づいて、本実施形態に係るモータ100を具備する真空ポンプ20について説明する。この図では、真空ポンプ20が有する2本のポンプ主軸21の回転中心軸線Cを含む断面を示している。図示するように、真空ポンプ20は、一対のロータ30を備えている。本実施形態のモータ100では、ロータ30は、第1段ロータ31、第2段ロータ32、第3段ロータ33及び第4段ロータ34を備えている。これらのロータ30を支持するポンプ主軸21は、その両端部の近傍で、軸受51,61によって支持されている。また、ロータ30は、ケーシング40内に収容されている。
かかるロータ30は、上述したモータ100によって駆動される。ポンプロータ30の他端には、互いに噛み合う一対のタイミングギア70が固定されている。これにより、ポンプ主軸21及びポンプロータ30は、お互いに逆方向に同速度で回転することとなる。
モータ100を駆動すると、ポンプロータ30は、ケーシング40の内面およびポンプロータ30同士の間にわずかな隙間を保持して、非接触で逆方向に回転する。一対のポンプロータ30の回転につれて、吸込側のガスは、ポンプロータ30とケーシング40との間に閉じこめられて、吐出側に移送される。吸気口(図示省略)から導入されたガスは、第4段のロータ34により圧縮移送されて、排気口(図示省略)から排出される。
なお、上記実施形態においては、それぞれの構成要素の組み合わせとして発明を説明している。しかしながら、本願発明では、シール構造を実現できる範囲において、それぞれの構成要素の任意の組み合わせも本願発明の範囲である。例えば、構成要素A、B,Cを全て含んだ発明として記載している場合であっても、当業者にとってAとBの組み合わせでも発明として成立するものであれば、本願発明の範囲に属している。
本願発明は、真空ポンプ用のモータの回転アンバランスの解消に利用することが可能である。
20 真空ポンプ
21 ポンプ主軸
100 モータ
110 モータステータ
120 ロータ
121 スリーブ
123 ロータコア
125 エンドリング
127 バランスリング
130 キャン

Claims (5)

  1. 真空ポンプのポンプ主軸に直結された、真空ポンプ用のモータにおいて、
    前記ポンプ主軸に直接的或いは間接的に装着されるモータロータと、
    前記ポンプ主軸の回転軸に関して同心にモータフレームに固定されるモータステータと、
    前記ポンプ主軸の回転軸の方向に延びて前記ポンプ主軸に直接的或いは間接的に接触する第1の部分、および前記ポンプ主軸に垂直な方向に延びる第2の部分をそれぞれが含む1対のバランスリングであって、前記第2の部分がロータコアの両端部から離れた両側に位置するバランスリング
    を備え、
    前記バランスリングは、耐食性を有する材料を含み、前記第1の部分および前記第2の部分によって形成される断面L字状の形状を有し、
    前記ロータコアの両端部にはエンドリングが設けられ、前記エンドリングと前記バランスリングの第1の部分との間、および前記エンドリングと前記バランスリングの第2の部分との間には所定の隙間が形成されていることを特徴とするモータ。
  2. 前記バランスリングの第1の部分は、前記ポンプ主軸に装着されるスリーブに前記ロータコアとともに取り付けられことを特徴とする、請求項に記載のモータ。
  3. 前記バランスリングの第1の部分は、前記ロータコアに当接されて前記ロータコアの位置決めをする機能を有することを特徴とする、請求項1又は2に記載のモータ。
  4. 前記モータロータは、表面に耐食性コーティング又は耐食性塗装による表面処理が行われていることを特徴とする、請求項1〜3の何れか一項に記載のモータ。
  5. 請求項1〜4の何れか一項に記載のモータを備えていることを特徴とする真空ポンプ。
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