JP6072467B2 - キャンドモータ、真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、キャンドモータのシール技術に関する。

従来から、例えば、下記特許文献１に記載されるような真空ポンプが知られている。かかる真空ポンプは、半導体製造工程における真空チャンバ内のプロセスガスの排気などに広く使用されている。

真空ポンプ用のモータでは、ポンプ室を密封するため、および、プロセスガスとの接触による腐食等からモータのステータコアを保護するために、モータステータとモータロータとを隔離するロータ室が形成されており、ロータ室は、真空ポンプ側に固定される隔壁、すなわち、キャンによって、モータステータに対して密閉された空間となっている。このように、モータステータとモータロータとがキャンによって隔離された構造を備えるモータは、キャンドモータと称される。かかるキャンドモータは、通常、真空ポンプのポンプロータの端部に設置され、ポンプロータに直結される。

特開２００３−１５３４９４号公報 特開平１０−５２００２号公報 特開平５−２２３０９８号公報 特開昭６１−２３１８４８号公報

かかるキャンドモータでは、モータロータがポンプ軸受によって片持ち支持されているため、ポンプ軸受と、キャンドモータの、ポンプ軸受と反対側の端部と、の距離であるオーバハングが長くなると、ポンプ主軸に必要とされる機械強度が増大する、あるいは、振動が生じやすくなる、といった問題が生じるおそれがある。このため、キャンドモータのオーバハングを低減することが求められる。また、真空ポンプの一般的な課題として、モータ効率の向上や、製造を簡単に行うことが求められる。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、例えば、以下の形態として実現することが可能である。

本発明の第１の形態は、真空ポンプに連結され、真空ポンプの回転駆動源として使用されるキャンドモータとして提供される。このキャンドモータは、ステータコアと、ステータコアの内側に配置されたロータと、ステータコアとロータとの間に配置され、ステータコアとロータとを隔離するキャンであって、ロータの回転中心軸線方向に延びる中空形状の胴部と、回転中心軸線方向のうちの、真空ポンプに直結される側である第１の側の胴部の開口を形成する開口部とを有するキャンとを備える。ステータコアとロータとは、キャンと、キャンの開口部の外面に周方向に沿って配置されたＯリングとによって、気密に隔離される。

かかるキャンドモータによれば、Ｏリングがキャンの周方向の外面に設けられるので、Ｏリングをキャンの第２の側の端面に設ける場合と比べて、Ｏリングの設置スペース分だ
けオーバハングを短くできる。通常、真空ポンプは、回転中心軸線方向が水平方向（鉛直方向と直交する方向）となるように配置され、組み立てられる。かかる配置を前提とする場合、第１の形態によれば、Ｏリングは、水平方向の面に装着されるため、Ｏリングをキャンの第２の側の端面に形成された、鉛直方向の面に装着する場合と比べて、真空ポンプの組み立て途中にＯリングが外れにくい。したがって、真空ポンプの組み立てが容易になる。

本発明の第２の形態として、キャンは、樹脂にて形成されてもよい。開口部は、フランジ形状に形成され、フランジ形状の回転中心軸線に直交する方向の厚みは、胴部の厚みよりも大きくてもよい。かかる形態によれば、モータ特性を向上するために、胴部の厚みを極力、薄肉にして、ロータとステータとの離間距離を小さくする場合であっても、開口部の十分な剛性が得られる。したがって、Ｏリングを好適に圧縮変形させて、良好なシール性能を得ることができる。

本発明の第３の形態として、キャンは、樹脂にて形成されてもよい。開口部は、胴部から、回転中心軸線方向と交差する方向のうちのキャンの外方側に向かって形成される第１部位と、第１部位から第１の側に向かって形成される第２部位と、第１部位と第２部位との間に形成されたリブとを有していてもよい。第１部位および第２部位の厚みは、胴部の厚みの１倍以上、かつ、２倍以下であってもよい。かかる形態によれば、胴部の厚みを極力、薄肉にして、ロータとステータとの離間距離を小さくする場合であっても、開口部がリブによって補強され、十分な剛性が得られる。したがって、Ｏリングを好適に圧縮変形させて、確実なシール性能を得ることができる。しかも、キャンの厚みが、部位によらず、所定の範囲内に収まるので、樹脂製のキャンを射出成形によって好適に製造できる。さらに、射出成形においては、成形後、脱型する際に、成形品を内径型に残すことになる。第３の形態によれば、キャンにリブが形成されていることによって、成形品が内型（雄型）に係止されやすくなり、その結果、樹脂製のキャンを射出成形によって製造しやすくなる。

本発明の第４の形態として、胴部の外面には、段部が、周方向に沿って形成され、前記胴部の外面は、前記段部を境に前記第１の側で前記キャンの径方向外方に突出していてもよい。キャンは、段部とステータコアとが当接した状態で取り付けられてもよい。かかる形態によれば、キャンドモータの組み立て時において、段部によって、回転中心軸線方向の位置決めを行える。したがって、ステータコアを嵌め込む、中空状のステータフレームの内面の一部に、内径側に突出した突出部が形成されるとともに、キャンの第１の側の端部がフランジ状に形成され、当該突出部と、キャンのフランジ状の端部とが当接して、回転中心軸線方向の位置決めがされる場合と比べて、突出部の分だけ、オーバハングを短くできる。

本発明の第５の形態として、キャンは、第１の側と反対側の第２の側で、胴部の内部空間を閉じる閉塞部を有していてもよい。かかる形態によれば、キャンの内部を容易に密封し、ステータコアとロータとを気密に隔離できる。

本発明の第６の形態は、真空ポンプとして提供される。この真空ポンプは、第１の形態ないし第５の形態のいずれかのキャンドモータを備えていてもよい。

本発明の実施例としての真空ポンプの概略構成を示す説明図である。 実施例としてのキャンドモータの概略構成を示す説明図である。 比較例としてのキャンドモータの概略構成を示す説明図である。 第２実施例としてのキャンドモータのキャンの構成を示す説明図である。 キャンを開口部側から見た図である。

Ａ．第１実施例：

図１は、真空ポンプ２０の概略断面を示す。図１では、真空ポンプ２０が有する回転中心軸線ＡＲ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（図１では、一方のロータのみを示す）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および第３段ロータ３３と、ポンプ主軸３４とを備えている。かかるロータ３０は、その両端部の近傍で、軸受部材５０，６０に設けられた軸受５１，６１によって支承されている。このロータ３０は、ケーシング４０に収容されている。ケーシング４０の上方には、吸気口（図示省略）が形成され、下方には、排気口（図示省略）が形成される。

かかるロータ３０は、真空ポンプ２０の回転中心軸線ＡＲの一端側に設けられたモータ１００によって駆動される。一対のロータ３０の一端側の軸端には、互いに噛み合う一対のタイミングギア７０（図１では一方のギヤのみ示す）が固定されている。ロータ３０の他端側の軸端は、モータ１００に連結されている。本実施例では、モータ１００は、ブラシレス直流モータである。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、一対のロータ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、３段のロータ３０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は、ロータ３０を回転駆動するモータ１００の概略構成を示す。以下の説明では、モータ１００について、回転中心軸線ＡＲ方向のうちの、真空ポンプ２０（より具体的には、ロータ３０）に連結される側を連結側Ｓ１とも呼び、連結側Ｓ１と反対側を外方側Ｓ２とも呼ぶ。連結側Ｓ１は、請求項の第１の側に該当し、外方側Ｓ２は、請求項の第２の側に該当する。図２に示すように、モータ１００は、ステータ１１０とロータ１２０とキャン１３０とステータフレーム１４０とを備える。

ステータフレーム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、回転中心軸線ＡＲ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、円板形状を有しており、フレーム本体１４１の外方側Ｓ２の開口を閉じる。ステータ１１０、ロータ１２０およびキャン１３０は、このステータフレーム１４０の内部空間に収容されている。

ステータ１１０は、ステータコア１１１にコイル１１２が装着された構成を有する。ステータ１１０は、ステータフレーム１４０のフレーム本体１４１の内部にステータコア１１１が嵌め込まれることによって、回転中心軸線ＡＲと同心にステータフレーム１４０に固定される。ロータ１２０は、ステータ１１０の内部に、回転中心軸線ＡＲと同心に配置され、真空ポンプ２０のロータ３０のポンプ主軸３４に直結されている。

かかるステータ１１０とロータ１２０との間には、キャン１３０が設けられている。キャン１３０は、ステータ１１０とロータ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、回転中心軸線ＡＲと同心に配置されている。この胴部１３１は、回転中心軸線ＡＲ方向におけるステータ１１０の設置範囲の全体に延びて形成されている。また、胴部１３
１の外面には、連結側Ｓ１が外方に突出した段部１３４が周方向に沿って形成されている。本実施例では、段部１３４は、環状に連続的に形成されている。つまり、胴部１３１の厚みは、段部１３４を境に、連結側Ｓ１が外方側Ｓ２よりも大きくなっている。ただし、段部１３４は、周方向に沿って突出部位が点在する態様であってもよい。

閉塞部１３２は、キャン１３０の外方側Ｓ２の端面であり、胴部１３１の内部空間を、胴部１３１の外方側Ｓ２の端部で閉じる。開口部１３３は、キャン１３０の連結側Ｓ１の端部であり、キャン１３０の連結側Ｓ１の開口を形成する。開口部１３３は、本実施例では、その外径が胴部１３１の外径よりも大きく形成されたフランジ形状を有している。このため、開口部１３３の回転中心軸線ＡＲに直交する方向の厚みは、段部１３４よりも連結側Ｓ１ならびに外方側Ｓ２の胴部１３１、および、閉塞部１３２よりも厚くなっている。

本実施例では、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および開口部１３３は、一体的に形成されている。胴部１３１の厚みは、例えば、１．５ｍｍ〜２．０ｍｍとすることができる。胴部１３１の厚みは、薄肉、例えば、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍとしてもよい。かかるキャン１３０は、ステータコア１１１と、胴部１３１のうちの段部１３４よりも外方側Ｓ２の部位とが周方向に当接するように、取り付けられる。このとき、段部１３４の端面は、ステータコア１１１と当接した状態となる。つまり、段部１３４は、キャン１３０の回転中心軸線ＡＲ方向の位置決め手段としての機能を有する。

かかるモータ１００は、ステータフレーム１４０のフレーム本体１４１が、ボルト（図示省略）によって軸受部材５０に固定されることによって、真空ポンプ２０に取り付けられる。なお、図２では、ボルトが取り付けられる断面は示されていない。このとき、キャン１３０の開口部１３３の連結側Ｓ１の端面は、軸受部材５０の外方側Ｓ２の端面と当接する。また、ステータ１１０とロータ１２０とは、キャン１３０の開口部１３３の外面に周方向に沿って配置されたＯリング１５１によって、気密に隔離される。具体的には、ステータフレーム１４０のフレーム本体１４１の内面に周方向に沿って凹部１４３が形成され、この凹部１４３にＯリング１５１が配置されている。このＯリング１５１は、開口部１３３とフレーム本体１４１との間で、回転中心軸線ＡＲに交差（ここでは直交）する方向に圧縮され、ステータ１１０とロータ１２０との間をシールする。

また、フレーム本体１４１の連結側Ｓ１の端面には、凹部１４４が形成され、この凹部１４４にＯリング１５２が配置されている。このＯリング１５２は、フレーム本体１４１と軸受部材５０との間で、回転中心軸線ＡＲ方向に圧縮され、ロータ１２０と、モータ１００の外部との間をシールする。

図３は、比較例としてのモータ１００ａの概略構成を示す。図３において、モータ１００ａの各構成要素には、これに対応する、実施例としてのモータ１００の各構成要素に付した符号の末尾に「ａ」を付した符号を付している。以下、モータ１００ａについて、モータ１００と異なる点についてのみ説明する。

ステータフレーム１４０ａは、突出部１４６ａを備えている。突出部１４６ａは、フレーム本体１４１ａの内面から、内側に突出した部位であり、フレーム本体１４１ａの連結側Ｓ１の端部付近に形成されている。突出部１４６ａの突出長さは、開口部１３３ａと略等しく形成されている。突出部１４６ａの回転中心軸線ＡＲ方向の幅を幅Ｗ１とも呼ぶ。キャン１３０ａの胴部１３１ａは、回転中心軸線ＡＲ方向における任意の位置で、略同一の厚みを有している。つまり、胴部１３１ａには、モータ１００の段部１３４は形成されていない。このため、キャン１３０ａは、突出部１４６ａの連結側Ｓ１の端面と、開口部
１３３ａの外方側Ｓ２の端面とが当接することによって、回転中心軸線ＡＲ方向に位置決めされている。

軸受部材５０ａの外方側Ｓ２の端面には、環状の凹部５２ａが周方向に形成されている。凹部５２ａの回転中心軸線ＡＲ方向の幅を幅Ｗ２とも呼ぶ。この凹部５２ａには、Ｏリング１５１ａが配置されている。Ｏリング１５１ａは、開口部１３３ａと凹部５２ａとの間で、回転中心軸線ＡＲ方向に圧縮され、ステータ１１０ａとロータ１２０ａとの間、および、ロータ１２０ａと、モータ１００ａの外部との間をシールする。モータ１００ａは、軸受部材５０ａに対して、回転中心軸線ＡＲ方向に押し当てて取り付けられるので、通常、図３のように、Ｏリング１５１ａは、当該押し当てる方向、すなわち、回転中心軸線ＡＲ方向に圧縮変形するように配置される。

以上の説明からも明らかなように、突出部１４６ａは、キャン１３０の回転中心軸線ＡＲの位置決めを行うために設けられている。また、突出部１４６ａは、開口部１３３ａが肉薄に形成されている場合に、開口部１３３ａの剛性を補助する役割も有する。つまり、突出部１４６ａは、Ｏリング１５１ａを回転中心軸線ＡＲ方向に圧縮するために必要な剛性を開口部１３３ａに付与する。

以上説明した真空ポンプ２０によれば、ロータ１２０とステータフレーム１４０との間をシールするＯリング１５１が、キャン１３０（開口部１３３）の外面に周方向に沿って設けられる。このため、モータ１００ａのように、Ｏリング１５１ａをキャン１３０（開口部１３３ａ）の連結側Ｓ１の端面に設ける場合と比べて、真空ポンプ２０は、Ｏリング１５１の設置スペース、つまり、幅Ｗ２の分だけ、オーバハングを短くできる。

しかも、真空ポンプ２０は、モータ１００の組み立て時において、段部１３４によって、回転中心軸線ＡＲ方向の位置決めを行える。このため、モータ１００ａのように、ステータフレーム１４０ａの内面側に突出部１４６ａが形成されるとともに、キャン１３０ａの開口部１３３ａがフランジ状に形成され、突出部１４６ａと、開口部１３３ａとが当接して、回転中心軸線ＡＲ方向の位置決めがされる場合と比べて、真空ポンプ２０は、突出部１４６ａのスペース、つまり、幅Ｗ１の分だけ、オーバハングを短くできる。

また、真空ポンプ２０を水平に配置、つまり、回転中心軸線ＡＲが水平方向に沿って延びるように配置した状態で、モータ１００を真空ポンプ２０に取り付ける場合、Ｏリング１５１は、水平方向の面に装着される。このため、モータ１００ａのように、Ｏリング１５１ａを鉛直方向の面に装着する場合と比べて、真空ポンプ２０は、真空ポンプ２０の組み立て途中にＯリング１５１が凹部１４３から外れて脱落することを抑制できる。その結果、真空ポンプ２０の組み立てが容易になる。

また、真空ポンプ２０において、キャン１３０は、樹脂にて形成され、開口部１３３の厚みは、胴部１３１の厚みよりも大きい。このため、モータ効率を向上するために、胴部１３１の厚みを極力、薄肉にして、ロータ１２０とステータ１１０との離間距離を小さくする場合であっても、開口部１３３の十分な剛性が得られるため、Ｏリング１５１を好適に圧縮変形させて、良好なシール性能を得ることができる。

Ｂ．第２実施例：
図４および図５は、第２実施例としての真空ポンプのキャン２３０の構成を示す。第２実施例としての真空ポンプは、キャンの構成の一部分のみが第１実施例と異なり、その他の点は、第１実施例と共通する。このため、以下では、キャン２３０について、第１実施例と異なる点についてのみ説明する。図４は、図２に対応する、キャン２３０の部分断面図である。図５は、キャン２３０を連結側Ｓ１から見た図である。

キャン２３０は、第１実施例と同様に、胴部２３１と閉塞部２３２と開口部２３３とを備える。閉塞部２３２の厚みは、胴部２３１の厚みよりも若干大きく形成されている。閉塞部２３２は、外方側Ｓ２に向かって膨らんだ円弧形状を有している。開口部２３３は、胴部２３１から、回転中心軸線ＡＲ方向と交差（ここでは直交）する方向のうちのキャン２３０の外方側に向かって形成される第１部位２３４と、第１部位２３４から連結側Ｓ１に向かって形成される第２部位２３５とを有する。第１部位２３４および第２部位２３５の厚みは、胴部２３１の厚みに対して、１００％以上、２００％以下の範囲にある。

第１部位２３４と第２部位２３５との間には、図４および図５に示すように、リブ２３６が、周方向に点在して形成されている。このリブ２３６は、第２部位２３５の連結側Ｓ１の頂面の内側の端部から、回転中心軸線ＡＲに直交し、かつ、回転中心軸線ＡＲに向かう方向に、第１部位２３４の回転中心軸線ＡＲと直交する方向の長さと同程度延びて、回転中心軸線ＡＲと鋭角をなす傾きで、第１部位２３４の胴部２３１側の基端部にすり付くように形成されている。かかるキャン２３０を備えるモータにおいて、上述したＯリング１５１は、開口部２３３の第２部位２３５の外面に配置される。

かかるキャン２３０によれば、胴部２３１の厚みを極力、薄肉にする場合であっても、開口部２３３がリブ２３６によって補強され、十分な剛性が得られる。したがって、Ｏリング１５１を好適に圧縮変形させて、確実なシール性能を得ることができる。しかも、キャン１３０の厚みが、部位によらず、所定の範囲内に収まるので、樹脂製のキャン２３０を射出成型によって好適に製造できる。さらに、射出成形においては、成形後、脱型する際に、成形品を内径型に残すことになる。キャン２３０によれば、キャン２３０にリブ２３６が形成されていることによって、成形品が内型に係止されやすくなり、その結果、樹脂製のキャン２３０を射出成形によって製造しやすくなる。

Ｃ．変形例：
Ｃ−１．変形例１：
開口部１３３は、必ずしもフランジ形状を有している必要はない。例えば、開口部１３３は、胴部１３１と同一の外径で形成されていてもよい。この場合にも、Ｏリング１５１は、開口部１３３とステータフレーム１４０との間に配置されてもよい。

Ｃ−２．変形例２：
Ｏリング１５１は、必ずしも、フレーム本体１４１と開口部１３３との間に配置される必要はない。例えば、軸受部材５０とモータ１００との取り合い面の形状によっては、Ｏリング１５１は、軸受部材５０と開口部１３３との間で、回転中心軸線ＡＲと直交する方向に圧縮変形されるように、配置されてもよい。

Ｃ−３．変形例３：
Ｏリング１５１を配置するための凹部１４３は、必ずしもフレーム本体１４１に形成される必要はない。例えば、開口部１３３に凹部が形成されてもよい。

Ｃ−４．変形例４：
キャン１３０の材質は、樹脂に限らず、種々の材質とすることができる。例えば、キャン１３０の材質は、ステンレススチール等の非磁性金属としてもよい。こうしても、実施例と同様に、オーバハングを短くできる。

Ｃ−５．変形例５：
キャン１３０は、必ずしも、外方側Ｓ２で閉じた形状を有している必要はない。例えば、胴部１３１が、外方側Ｓ２にさらに延びて形成され、側板１４２に気密に当接していて
もよい。

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の組み合わせ、または、省略が可能である。

２０…真空ポンプ
３０…ロータ
３１…第１段ロータ
３２…第２段ロータ
３３…第３段ロータ
３４…ポンプ主軸
４０…ケーシング
５０，６０…軸受部材
５１，６１…軸受
７０…タイミングギア
１００…モータ
１１０…ステータ
１１１…ステータコア
１１２…コイル
１２０…ロータ
１３０，２３０…キャン
１３１，２３１…胴部
１３２，２３２…閉塞部
１３３，２３３…開口部
１３４…段部
１４０…ステータフレーム
１４１…フレーム本体
１４２…側板
１４３，１４４…凹部
１５１．１５２…Ｏリング
２３４…第１部位
２３５…第２部位
２３６…リブ
ＡＲ…回転中心軸線
Ｓ１…連結側
Ｓ２…外方側

Claims (5)

1. 真空ポンプに連結され、該真空ポンプの回転駆動源として使用されるキャンドモータであって、
   ステータコアと、
   前記ステータコアの内側に配置されたロータと、
   前記ステータコアと前記ロータとの間に配置され、前記ステータコアと前記ロータとを隔離するキャンであって、前記ロータの回転中心軸線方向に延びる中空形状の胴部と、前記回転中心軸線方向のうちの、前記真空ポンプに直結される側である第１の側の前記胴部の開口を形成する開口部とを有するキャンと
   を備え、
   前記開口部は、前記胴部から前記回転中心軸線方向と交差する方向のうちの前記キャンの外方側に向かって形成される第１部位と、該第１部位から前記第１の側に向かって形成される第２部位とを有するフランジ形状であり、
   前記第１部位と前記第２部位の間には前記キャンの周方向に点在するリブを有し、
   前記ステータコアと前記ロータとは、前記キャンと、該キャンの前記開口部の前記第２部位の外面に周方向に沿って配置され、回転中心軸線に直交する方向に圧縮されたＯリングとによって、気密に隔離され、
   前記リブの少なくとも一部と前記Ｏリングは前記回転中心軸線に直交する直線上に配置される
   キャンドモータ。
2. 請求項１記載のキャンドモータであって、
   前記キャンは、樹脂にて形成され、
   前記第１部位および前記第２部位の厚みは、前記胴部の厚みの１倍以上、かつ、２倍以下である
   キャンドモータ。
3. 請求項１または請求項２に記載のキャンドモータであって、
   前記胴部の外面には、段部が、周方向に沿って形成され、前記胴部の外面は、前記段部を境に前記第１の側で前記キャンの径方向外方に突出しており、
   前記段部と前記ステータコアとが当接した状態で、前記キャンが取り付けられた
   キャンドモータ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のキャンドモータであって、
   前記キャンは、前記第１の側と反対側の第２の側で、前記胴部の内部空間を閉じる閉塞部を有する
   キャンドモータ。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載されたキャンドモータを備えた真空ポンプ。

Images