JP6030379B2 - シール構造及びこれを備えた真空ポンプ用モータ並びに真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、シール構造に係り、特に、真空ポンプに使用されるモータのシール機構に関する。また、当該シール構造を備えるモータ及び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る。真空ポンプには、駆動源としてのモータが取り付けられている。真空ポンプの主軸とモータが直結され、軸封部を持たない構造の場合、モータ側も真空維持のための密封構造が必要となる。この場合、モータ内にはモータステータが配置されており、このモータステータには電力供給用のリード線が接続されている。このため、リード線自体も真空を維持するための何らかの構造が必要となる。この点に関し、モータステータおよびリード線との接続部を含めて、一体的に樹脂封止してしまうモータが開示されている（特許文献１参照）。
また、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ものもある（特許文献２参照）。更には、モータフレーム自体にシール構造を持たせる場合もある。その場合、リード線を通すための開口部にシール構造を設ける必要があり、ハーメチック端子と呼ばれる部品を使用していた。

特開昭５９−１０６８６４号公報 特許第４４３５５５６号公報

しかしながら、従来のシール構造では、以下のような問題点があった。すなわち、真空ポンプの主軸にはモータロータが直結されており、ロータ主軸は真空（或いは減圧）状態下にあるため、モータロータも同様に真空状態に晒されることになる。このため、モータロータが収容されている空間も真空状態を維持する必要がある。このような目的のために、例えば、上述のようにモータステータを樹脂封止して真空を維持する。しかしながら、モータステータを樹脂封止するためには、複雑な成型金型を用意して射出成型作業を行う必要があり、非常に煩雑である。また、特許文献１のようにステータコアの内周がモータロータ室に露出している場合、その樹脂との界面隙間とモータリード線が気密漏れの沿面が生じていた場合、真空が維持できない。

樹脂封止をせずにキャンを装備して真空を維持する場合であっても、キャン自体が破損することも考えられる。キャンが破損した場合は真空が破壊されてしまう。例えば、半導体プロセスポンプにおいては、瞬時の真空破壊（空気の侵入）は、プロセスガスと空気との反応や、プロセスガスの外部放出などの問題が生じる可能性がある。更には、モータリード線の取出し口にハーメチック端子を使用し、真空維持を行った場合、非常に高価になり、コスト面で不利であった。

本願発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、真空ポンプ用モータのシール構造であって、モータフレームに形成された開口部を通ってモータステータに接続されるリード線と、前記開口部を封止する封止部材とを備え、前記リード線は、芯線部分と当該芯線部分を覆う被覆部分とからなり、前記芯線部分の少なくとも一部に封止部が形成されてい
る、という構成を採っている。

また、真空ポンプ用モータのシール構造であって、モータステータに接続されるリード線と、前記モータステータ及び前記リード線の接続部を樹脂封止する樹脂モールド部とを備え、前記リード線は、芯線部分と当該芯線部分を覆う被覆部分とからなり、前記芯線部分の少なくとも一部に封止部が形成されており、前記樹脂モールド部の少なくとも一部が、真空ポンプへの取付部を兼ねている、という構成を採っている。

また、前記封止部は、前記被覆部分の内部の芯線部分を樹脂にて含浸する密封処理がなされた部位である、という構成を採っている。

また、前記封止部は、前記被覆部分の一部が除去されて半田による単線化で封止処理がなされた部位であり、さらにシール剤を介して熱収縮チューブによって覆われている、という構成を採っている。

また、前記封止部材は、弾性ゴムからなると共に前記リード線を通すキリ穴が形成されている、という構成を採っている。

また、前記弾性ゴムは、所定の押え板によって圧縮された状態で、前記モータフレームの開口部に取り付けられていることを特徴とする、請求項５に記載のシール構造。

また、上記シール構造を備える真空ポンプ用モータであって、真空ポンプのポンプ主軸に直結されたモータロータを備えている、という構成を採っている。

また、前記モータステータとモータロータの間に、モータロータを密閉するキャンを設けた、という構成を採っている。

また、上記シール構造又はモータを備えている真空ポンプ、という構成を採っている。

本願発明によれば、リード線及びモータフレーム自体がシール構造を具備することで、キャンおよびハーメチック端子を無くすことが可能となる。また、キャンを備えたモータにおいて、キャンが破損した場合であっても真空状態が維持される二重シール構造が安価に実現できる、という効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るシール構造を備える真空ポンプとモータを示す断面図である。 モータを示す断面図であり、図２（Ａ）はキャンを具備しないモータであり、図２（Ｂ）はキャンを具備するモータである。 モータステータが樹脂モールド部で樹脂封止されたモータを示す断面図である。 リード線のシール構造を説明する断面図であり、図４（Ａ）は樹脂封止によるシール構造を示し、図４（Ｂ）は半田によるシール構造を示す。 モータフレームの開口部におけるシール構造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。

図１は、本願発明の一実施形態に係るシール構造を備えたモータ１００と、このモータ
１００が取り付けられた真空ポンプ２０の全体概略断面を示す。図１では、真空ポンプ２０が有する２本のポンプ主軸２１の中心軸線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。本実施例では、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、真空ポンプ２０のポンプ主軸２１の一端側に設けられたモータ１００によって駆動される。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。なお、図１では、モータ１００の構成を簡略化して示している。

モータ１００を駆動すると、ロータ３０は、ケーシング４０の内面およびロータ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。一対のロータ３０の回転につれて、吸込側のガスは、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。

図２（Ａ）は、真空ポンプのロータを回転駆動するモータ１００の概略構成を示す断面図である。図２に示すように、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、ボルト（図示省略）によって、フレーム本体１４１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の中心軸線方向の両端では、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の内部にステータコア１１１ａが嵌め込まれることによって、ポンプ主軸２１の中心軸線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１２０は、モータステータ１１０の内部に、ポンプ主軸２１の中心軸線に関して同心に配置され、真空ポンプ１００のポンプ主軸２１に直結されている。

［モータの変形例］
図２（Ｂ）は、モータの変形例である。当該変形例に係るモータ１００ｂでは、モータステータ１１０とモータロータ１２０との間に、キャン１３０が設けられている。キャン１３０は、モータステータ１１０とモータロータ１２０とを離隔する。このキャン１３０は、胴部１３１と、閉塞部１３２と、開口部１３３とを備えている。胴部１３１は、略円筒形状を有し、中心軸線に関して同心に配置されている。

閉塞部１３２は、キャン１３０の一方の端面であり、胴部１３１の内部空間を、胴部１３１の一方の端部で閉じるようになっている。開口部１３３は、キャン１３０の他端部であり、キャン１３０の開口を形成する。開口部１３３の外周部には、外径が胴部１３１の外径よりも大きく形成されたフランジ形状部が設けられている。

かかるキャン１３０は、樹脂によって形成されており、胴部１３１，閉塞部１３２およ
びフランジ形状部は、一体的に形成されている。本実施例では、キャン１３０の材質は、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）樹脂である。胴部１３１の厚みは、モータ効率の向上の観点から、極力小さいことが望ましい。

かかるキャン１３０は、ステータコア１１１ａと、胴部１３１とが周方向に当接するように、取り付けられている。さらに、ステータコア１１１ａと胴部１３１とは、当該当接箇所で接着剤によって、接着される。このように、ステータコア１１１ａと胴部１３１とが接着剤によって接着されることにより、ステータコア１１１ａと胴部１３１とが一体的に形成された状態となる。このため、ステータコア１１１ａが、ステータコア１１１ａに対応する位置の胴部１３１の機械的強度を補強することができる。これによって、ステータコア１１１ａに対応する位置において、上述の胴部１３１の薄肉化が可能となる。接着剤には、真空ポンプ２０の稼働時における耐熱性を考慮して、シリコン系やエポキシ系などを使用可能である。なお、キャン１３０は、モータステータ１１０から離れた位置に設置するようにしてもよい。

図３は、モータステータ１１０が樹脂モールド部１４５ｃによって樹脂封止されている場合を示す断面図である。このモータ１００ｃでは、モータフレームが省かれており、樹脂モールド部１４５ｃが実質的にモータフレームとなっている。すなわち、モータステータ１１０と、リード線１５１ａとモータステータ１１０との接続部は、完全に樹脂封止されている。これにより、モータロータ１２０が収容されている内部空間の真空が維持されている。それと同時に、樹脂の伝熱作用により、モータステータの発熱による温度の上昇を低減させる効果が得られる。

また、樹脂モールド部１４５ｃの端部であって、真空ポンプ（図示略）に接続される側の面（図の左端面）には、取付部１４３ｃが形成されている。この取付部１４３ｃは樹脂モールド部１４５ｃとして一体的に形成された部分であり、図示しないボルトなどによって、真空ポンプのポンプケーシングに取り付けられるようになっている。なお、取付部１４３ｃの構造はあくまでも一例であり、ポンプケーシングに取り付け可能なものであれば、どのような構成を採ってもよい。

［リード線］
次に、図４に基づいて、リード線１５１ａの封止部１５３ａの構造について説明する。リード線１５１ａは、被覆部分１５５ａと芯線部分１５４ａとを備えている。本実施形態の封止部１５３ａは、図４（Ａ）に示すように、リード線１５１ａの少なくとも一部が樹脂封止によって処理された部位であることを特徴とする。すなわち、リード線１５１ａの被覆部分１５５ａの内部に樹脂１５７ａが含浸されており、これによってリード線１５１ａの内部を封止している。このため、リード線１５１ａの内部は空気が通過できないようになる。

次に、樹脂封止処理の具体的手法について説明する。まず、両端部が切断されているリード線が用意される。このとき、リード線の長さは、最終的に製品化された時の長さにしておくことが望ましい。樹脂封止処理後に切断などを行うと、硬化した樹脂に亀裂が入り、シール性が低下する場合があるからである。

次に、リード線が減圧釜の中に収容される。この減圧釜の内部には溶融している樹脂が満たされている。その後、減圧釜の内部が減圧される。すると、リード線の被覆部分の内部に残留していた空気が吸い出されて、これと入れ代わるように樹脂１５７ａがリード線１５１ａの内部に進入することとなる。減圧継続時間を調整することで、リード線１５１ａの全体を樹脂封止することもできるし、一部分のみを樹脂封止することも可能である。また、リード線１５１ａの一方の端部からのみ樹脂を進入させることで、リード線１５１
ａの一端部側のみを樹脂封止するような処理も考えられる、こうすることで、樹脂封止されていない側の端部の芯線の取り扱いが容易となる。

樹脂１５７ａがリード線１５１ａの内部に侵入した後に、減圧釜の内部を加熱する。これは、使用している樹脂１５７ａが熱硬化性樹脂だからである。所定時間加熱した後に所定時間これを放置して冷却する。最終的に減圧釜から取り出して、樹脂封止処理が完了する。樹脂封止されたリード線１５１ａの内部には、概ね全長にわたって樹脂１５７ａが存在しているため、リード線１５１ａを折り曲げることで一部の樹脂１５７ａが損傷したとしても、他の部位でシール性が保たれる。このため、当該リード線１５１ａは、樹脂封止処理後にリード線１５１ａを折り曲げたり加工したりする条件下での利用に有利である。なお、使用する樹脂１５７ａは熱硬化性のものに限定されるものではなく、加熱することなく所定の乾燥時間で硬化するようなものを用いてもよい。また、硬化した後も一定の柔軟性を有する樹脂を用いることで、樹脂封止処理後に折り曲げても、シール性が失われないようにすることも可能である。

次に、図（Ｂ）に基づいて、半田によるリード線の封止部１５３ｂについて説明する。この半田１５７ｂによるリード線１５１ｂの封止部１５３ｂは、リード線１５１ｂの所定位置を封止処理するものである。具体的な手法を説明すると以下のとおりである。先ず、リード線１５１ｂの封止部１５３ｂの被覆部分１５５ｂが除去されて、芯線部分１５４ｂが露出することとなる。芯線部分１５４ｂは細い芯線が束ねられることで形成されて、１本のリード線１５１ｂとなっている。この状態で、芯線部分１５４ｂに対して溶融した半田１５７ｂを流し込む。これにより、半田１５７ｂの一部が芯線の間に入り込み、残りは芯線の外周部に留まる。半田１５７ｂが冷却されて硬化すると芯線部分１５４ｂと半田１５７ｂとが一体となって、すなわち芯線が単線化されて、芯線部分１５４ｂの内部における空気の通り道が塞がれることとなる。

次に、封止部１５３ｂにおける半田１５７ｂの表面に所定の厚さでシール剤１５６ｂを塗布する。ここで、シール剤１５６ｂは、例えばシリコン製コーキング剤などの、耐熱性のある材料が用いられる。コーキング剤は、外気に触れた直後は所定の流動性を有するために、芯線部分１５４ｂ及び半田１５７ｂの形状が複雑であっても、確実に芯線及び半田１５７ｂを覆うことができる。そして、シール剤１５６ｂが塗布されたあとに、封止部１５３ｂに熱収縮チューブ１５８ｂが被せられる。その後、熱収縮チューブ１５８ｂが所定の温度に加熱されて収縮する。これにより、封止部１５３ｂにおいてリード線１５１ｂの内部空気通路が完全に封止される。

［モータフレームの封止機構］
次に、図１及び図５に基づいて、モータフレーム１４０のフレーム本体１４１における封止機構について説明する。フレーム本体１４１には、所定位置に開口部１４３が形成されており、この開口部１４３を通してリード線１５１ａが引き入れられている。リード線１５１ａは、モータステータ１１０（図１参照）に接続され、必要に応じてモータステータ１１０に電力を供給するようになっている。本実施形態では、図１に示されるように、モータ１００の右上に開口部１４３が形成されている。また、本実施形態では、一例として２本のリード線１５１ａが引き入れられている。ただし、リード線１５１ａの数は特に限定されるものではない。

開口部１４３は段付開口となっており、開口部１４３の上側の断面積の方が下側の断面積よりも大きくなっている。そして、この開口部１４３に、封止部材１４５が挿入されている。封止部材１４５は、開口部１４３の上側の領域に挿入されるものであり、開口部内の段差によって下方に落ちないようになっている。封止部材１４５の材質は気密性及び柔軟性があれば、様々な材料を使用できるが、本実施形態では一例として弾性ゴム、より具
体的にはシリコンゴムを使用している。また、この封止部材１４５には、所定のキリ穴（図示略）が形成されており、このキリ穴を通してリード線１５１ａが引き入れられるようになっている。

また、封止部材１４５の上部には所定の押え板１４７が当接している。この押え板１４７は、中心に貫通孔が形成されており、リード線１５１ａを通すことができるようになっている。そして、押え板１４７は、ボルト１４９によってフレーム本体１４１の上面に固定されている。この時、封止部材１４５の初期厚さは、開口部１４３に形成されている段付開口の深さよりも厚くなっている。これは、ボルト１４９で押え板１４７を絞めつけてゆくに従ってシリコンゴム１４５が圧縮されて、フレーム本体１４１との境界面及びリード線１５１ａとの境界面におけるシール性が高まるからである。ただし、全く圧縮しなくても必要なシール性が得られるのであれば、段付開口の深さと同等の厚さか、或いはより薄い封止部材であってもよい。

［作用］
次に、図２及び図５に基づいて、本実施形態に係るシール構造の作用について説明する。上述したように、図２（Ａ）はキャンを具備しないモータ１００である。モータ１００の内部は、真空ポンプ（図１の符号２０）のポンプ主軸２１が挿入されており、モータロータ１２０及びモータステータ１１０も真空（或いは減圧）状態下におかれている。このとき、通常のリード線の場合には被覆部分の内部空間を伝わって外部環境から空気が流れ込んでしまう。しかしながら、本実施形態のリード線１５１ａは樹脂封止されているので、空気がモータ１００に流れ込むことは一切ない。特に、樹脂封止の場合には、リード線１５１ａの長さ方向に沿って広い範囲にわたって樹脂封止処理がなされているため、部分的にシール性が低下している箇所があったとしても、全体としてのシール性は維持されることとなる。すなわち、基本的にはリード線１５１ａの全長にわたって封止部となっている。

一方、フレーム本体１４１の開口部１４３においても、封止部材１４５によって封止状態が維持されている。すなわち、シリコンゴムからなる封止部材１４５が、フレーム本体１４１との境界面とリード線１５１ａとの境界面のシール性を維持している。このため、フレーム本体１４１の開口部１４３からも空気が流れ込むことは無い。

次に、キャン１３０を具備するモータ１００ｂの場合の作用について説明する。当該モータ１００ｂの作用は、上記したキャンを具備しないモータ１００の作用と基本的には同じである。しかしながら、キャン１３０を具備することで、二重の封止構造となっている。すなわち、キャン１３０は、モータロータ１２０とモータステータ１１０の間に配置されている。このため、モータステータ１１０が真空（減圧）状態から隔離されることとなる。このような構造であれば、フレーム本体１４１における封止部材１４５でモータ１００ｂの内部のシール性が確保されると同時に、キャン１３０によってもシール性が確保される。このような構造により、高価なハーメチック端子を使用する必要が無くなる。また、仮にキャン１３０が破損した場合であっても、モータフレーム１４０によって真空が維持される。例えば、半導体製造プロセスにおいては、一瞬の真空破壊（空気の侵入）は、プロセスガスと空気との反応を生じさせ、或いはプロセスガスがモータ１００の外部に漏れ出してしまうことにもつながる。しかしながら、本実施形態の構造により、上述のような真空破壊の可能性を大きく低減することができる。

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封止処理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
３０ ポンプロータ
１００ モータ
１１０ モータステータ
１２０ モータロータ
１４３ 開口部
１４５ 封止部材
１５１ａ リード線

Claims (8)

1. 真空ポンプ用モータのシール構造であって、
   モータフレームに形成された開口部を通ってモータステータに接続されるリード線と、前記開口部を封止する封止部材とを備え、
   前記リード線は、複数の芯線を有する芯線部分と、当該芯線部分を覆う被覆部分とを備え、前記芯線部分の少なくとも一部に封止部が形成されており、
   前記封止部は、前記被覆部分の一部を除去して、前記複数の芯線を有する芯線部分の任意の中間部分の内部および周囲を半田によって取り囲むことによって単線化する封止処理がなされた部位であり、さらにシール剤を介して熱収縮チューブによって覆われていることを特徴とする、シール構造。
2. 真空ポンプ用モータのシール構造であって、
   モータステータに接続されるリード線と、前記モータステータ及び前記リード線の接続部を樹脂封止する樹脂モールド部とを備え、
   前記リード線は、複数の芯線を有する芯線部分と、当該芯線部分を覆う被覆部分とからなり、前記芯線部分の少なくとも一部に封止部が形成されており、
   前記封止部は、前記被覆部分の一部を除去して、前記複数の芯線を有する芯線部分の任意の中間部分の内部および周囲を半田によって取り囲むことによって単線化する封止処理がなされた部位であり、さらにシール剤を介して熱収縮チューブによって覆われており、
   前記樹脂モールド部の少なくとも一部が、真空ポンプへの取付部を兼ねていることを特徴とする、シール構造。
3. 前記封止部材は、弾性ゴムからなると共に前記リード線を通すキリ穴が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のシール構造。
4. 前記弾性ゴムは、所定の押え板によって圧縮された状態で、前記モータフレームの開口部に取り付けられていることを特徴とする、請求項３に記載のシール構造。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載のシール構造を備える真空ポンプ用モータであって、
   真空ポンプのポンプ主軸に直結されたモータロータを備えていることを特徴とする、真空ポンプ用モータ。
6. 前記モータステータとモータロータの間に、モータロータを密閉するキャンを設けたことを特徴とする、請求項５に記載の真空ポンプ用モータ。
7. 請求項１〜４の何れか一項に記載のシール構造を備えていることを特徴とする、真空ポンプ。
8. 請求項５または６の何れか一項に記載の真空ポンプ用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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