JP7124787B2 - 電源一体型真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、電源一体型真空ポンプに関する。

従来、ポンプ本体と電源部とを一体に構成した電源一体型ターボ分子ポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の電源一体型ターボ分子ポンプでは、ポンプ本体側の配線が接続されるコネクタがポンプ本体の外表面に直接固定されている。電源部側は大気圧環境下であるがポンプベース側は真空環境であるため、コネクタにはハーメチックシールコネクタが用いられる。

特開２０１８-１８４８７４号公報

上述のような電源一体型ターボ分子ポンプにおいては、電源部をポンプ本体に固定する際に、ポンプ本体に固定されたコネクタに接続されている電源側配線の一部が電源部筐体からはみ出して、ポンプ本体やコネクタと電源部筐体との間に挟み込まれるという不具合が発生しやすかった。

本発明の態様による電源一体型真空ポンプは、内部にポンプロータが配置されるポンプ筐体と、前記ポンプ筐体の外表面に固定される電源筐体と、ポンプ筐体側の配線と電源筐体側の配線とを接続するコネクタと、前記ポンプ筐体の外表面に固定され、前記コネクタが固定されるコネクタ固定面を有するスペーサとを備える。

本発明によれば、電源部固定時における配線の挟み込みを低減することができる。

図１は、電源一体型ターボ分子ポンプの概略構成を示す断面図である。 図２は、ポンプ本体と電源部との接続部の拡大図である。 図３は、電源部をポンプ本体側から見た平面図である。 図４は、コネクタスペーサの平面図およびＡ－Ａ断面図を示す図である。 図５は、コネクタに配線をハンダ付けする際の状態を示す図である。 図６は、ポンプ本体に電源部を固定する際の状況を示す図であり、コネクタスペーサを使用しない場合を示す。 図７は、ポンプ本体に電源部を固定する際の状況を示す図であり、コネクタスペーサを使用した場合を示す。 図８は、変形例を示す図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は、電源一体型真空ポンプの一例である電源一体型ターボ分子ポンプ１の概略構成を示す断面図である。図１に示す電源一体型ターボ分子ポンプ１は、ポンプ本体１０と電源部２０とがボルト３０によって固定されることでそれらが一体となっている。

ポンプ本体１０は、ポンプ筐体を構成するポンプケーシング１４およびポンプベース１５を備えている。ポンプ本体１０において、ポンプロータ１１が取り付けられたシャフト１２は、ポンプベース１５に設けられた磁気軸受５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃによって非接触支持されている。シャフト１２の浮上位置は、ポンプベース１５に設けられたラジアル変位センサ５１Ａ，５１Ｂおよびアキシャル変位センサ５１Ｃによって検出される。なお、磁気軸受が作動していない状態では、シャフト１２はメカニカルベアリング１６，１７によって支持される。

シャフト１２の下端には円形のロータディスク１２１が設けられており、このロータディスク１２１を上下に挟むように隙間を介して磁気軸受５０Ｃの電磁石が設けられている。磁気軸受５０Ｃによりロータディスク１２１を吸引することで、シャフト１２がアキシャル方向に浮上する。

ポンプロータ１１には、回転軸方向に複数段の回転翼１１０が形成されている。上下に並んだ回転翼１１０の間には固定翼１１１がそれぞれ配設されている。これらの回転翼１１０と固定翼１１１とによりタービン翼段が構成される。各固定翼１１１は、スペーサ１１４によって上下に挟持されるように保持されている。スペーサ１１４は、固定翼１１１を保持する機能とともに、固定翼１１１間のギャップを所定間隔に維持する機能を有している。

固定翼１１１の後段（図示下方）にはドラッグポンプ段を構成するネジステータ１１３が設けられており、ネジステータ１１３の内周面とポンプロータ１１の円筒部１１２との間にはギャップが形成されている。ポンプロータ１１と、スペーサ１１４によって保持された固定翼１１１とはポンプケーシング１４内に納められている。ポンプベース１５の外周には、ポンプベース１５を所定温度に調整するためのヒータ１９が設けられている。この温調は、ポンプ内に反応生成物が堆積するのを抑制するために行われる。

電源部２０は、ポンプ筐体であるポンプベース１５の底面側にボルト固定されている。ポンプ本体１０を駆動制御する電源部２０には、図示は省略したが主制御部、磁気軸受制御部およびモータ制御部等を構成する電子部品が設けられており、それらの電子部品は電源部２０の筐体内に収納されている。電源部２０の筐体は、電源ケーシング２０１と、電源ケーシング２０１の上部開口を覆う冷却ジャケット２０２とにより構成される。ポンプベース１５には、ポンプ側配線６０と電源側配線６１とを接続するコネクタ４０が設けられている。コネクタ４０の電源側配線６１が接続される領域には、電源側配線６１を一体に保持するためのモールド材６３が施されている。

図２は、コネクタ４０による接続部分の拡大図である。なお、図２では、図１に示したモールド材６３の図示を省略した。冷却ジャケット２０２は電源部２０を冷却するためのものであり、冷却ジャケット２０２と温調が行われるポンプベース１５との間には断熱板２１が設けられている。断熱板２１には、熱伝導率の小さな材料（例えば、セラミックスや樹脂材等）が用いられる。ポンプベース１５には、冷却ジャケット２０２と対向する底面１５１にコネクタスペーサ４１が固定されている。コネクタ４０は、コネクタスペーサ４１のコネクタ固定面４１１に固定されている。

図２に示す例では、コネクタスペーサ４１，冷却ジャケット２０２および断熱板２１の厚さＨ１，Ｈ２，Ｈ３に関して、Ｈ１＞Ｈ２＋Ｈ３のように設定されている。厚さＨ１は、後述するようにＨ１≧Ｈ２＋Ｈ３と設定するのが好ましい。このように設定することで、冷却ジャケット２０２の開口部２０２ａから挿入されたコネクタスペーサ４１のコネクタ固定面４１１は、冷却ジャケット２０２の内周面２０２ｂと同一面となるか、または、内周面２０２ｂから突出するようになる。コネクタスペーサ４１とポンプベース１５との間は真空シール６２ａにより封止され、コネクタ４０とコネクタスペーサ４１との間は真空シール６２ｂにより封止されている。

コネクタ４０に関して、ポンプ側配線６０が設けられるポンプ側空間は真空であり、電源側配線６１が設けられる電源側空間は大気圧になっている。そのため、コネクタ４０にはハーメチックシールコネクタが用いられる。コネクタ４０は、フランジが形成されたシェル４０１内に封止材４０２が設けられ、その封止材４０２を貫通するように複数のコネクタピン４０３が設けられている。コネクタ４０はフィードスルータイプのコネクタであって、ポンプ側配線６０および電源側配線６１はコネクタピン４０３に半田付けされる。コネクタ４０のシェル４０１とコネクタスペーサ４１との間には上述した真空シール６２ｂが設けられる。

図３は、電源部２０をポンプ本体１０側から見た平面図である。なお、図３では断熱板２１の形状を想像線（二点鎖線）で示した。電源部２０の平面形状は８角形であり、電源ケーシング２０１の８角形状の開口部には８角形の冷却ジャケット２０２がボルト３１により固定されている。冷却ジャケット２０２に形成された８か所のネジ穴２０２ｃは、冷却ジャケット２０２をポンプベース１５に固定するボルト３０（図１，２参照）が螺合するネジ穴である。

冷却ジャケット２０２には、冷媒を流すための配管２０３が埋設されている。二点鎖線で示した断熱板２１は外形形状が８角形で、内側に円形孔２１ａが形成されている。すなわち、断熱板２１は矩形の開口部２０２ａを避けるように、冷却ジャケット２０２の周辺領域に設けられている。

図４はコネクタスペーサ４１の平面図およびＡ－Ａ断面図を示す図である。平面図におけるコネクタスペーサ４１の形状は、冷却ジャケット２０２の開口部２０２ａと同様の四角形であり、ポンプ側配線６０を通すための円形の貫通孔４１０が形成されている。コネクタ４０が固定されるコネクタ固定面４１１には、コネクタ４０をボルト固定するためのネジ穴４１５と、真空シール（Ｏリング）６２ｂが配置されるシール面４１３とが形成されている。また、コネクタ固定面４１１の四隅には、コネクタスペーサ４１をポンプベース１５の底面１５１に固定するボルトが通るボルト孔４１４が形成されている。上述した厚さＨ１は、コネクタ固定面４１１からポンプ側固定面４１２までの高さ寸法である。

（コネクタスペーサ４１の効果）
本実施の形態では、コネクタ４０をポンプベース１５の底面１５１に直接固定せず、図２に示すようにコネクタスペーサ４１を介してコネクタ４０を固定するようにした。それにより、コネクタ４０の位置をポンプベース１５の底面１５１から突出させることができ、電源部２０とポンプベース１５との間に電源側配線６１を挟み込んでしまうという電源固定時における不具合の発生を防止することができる。

図５～７は配線挟み込み防止効果を説明する図である。図５は、コネクタ４０に配線をハンダ付けする際の状態を示す図である。図６，７はポンプベース１５に電源部２０を固定する際の状況を示す図であり、図６はコネクタスペーサ４１を使用しない場合を示す。なお、図５～７では、図１に示したモールド材６３の図示を省略した。

図５に示すように、コネクタ４０のコネクタピン４０３にポンプ側配線６０および電源側配線６１をハンダ付けする場合には、ハンダ付け作業が楽に行えるようにポンプベース１５および電源部２０からポンプ側配線６０および電源側配線６１を引き出すようにする。ハンダ付け後は、コネクタ４０をポンプベース１５の底面１５１に固定する。その固定の際には、引き出されたポンプ側配線６０を畳み込むようにしてポンプ本体内部に押し込む。

次いで、電源部２０をポンプベース１５に固定する。この固定の際には、引き出された電源側配線６１を電源筐体内に畳み込むように押し込んで、電源部２０を二点鎖線で示すようにポンプベース１５側に近づけて固定する。電源部２０をポンプベース１５側に近づける際に、図６のように畳み込まれた電源側配線６１の一部が冷却ジャケット２０２とポンプベース１５との間に挟み込まれる場合がある。このような挟み込は冷却ジャケット２０２とポンプベース１５との隙間から目視で確認することになるが、図６に示すように冷却ジャケット２０２がポンプベース１５に近づいた状態にならないと挟み込まれるか否かの判定ができない。

開口部２０２ａは冷却ジャケット２０２の外周面から離れた位置にあるので、図６のように冷却ジャケット２０２とポンプベース１５とが近づいた状態では、目視での確認が非常に難しく、挟み込みを見逃してしまう可能性が高い。電源側配線６１が図６に示すような状態になった場合、電源部２０をポンプベース１５に密着させたときに、符号Ｂで示す部分の配線は電源筐体内に引き込まれず冷却ジャケット２０２とポンプベース１５との間に挟み込まれてしまう。

一方、本実施の形態ではコネクタ４０とポンプベース１５との間にコネクタスペーサ４１を配置しているので、電源部２０をポンプベース１５に固定した状態では、図６のようにコネクタスペーサ４１を使用しない場合に比べて、コネクタ４０がコネクタスペーサ４１の厚さＨ１の分だけ余計に電源筐体内部に入り込むことになる。そのため、図７に示す状態において図６の場合と同程度に電源側配線６１が開口部２０２ａから外側に出ていても、ポンプベース１５に密着する状態まで電源部２０を近づけたときに、符号Ｂで示す部分の電源側配線６１は電源筐体内に引き込まれることになる。その結果、電源側配線６１の挟み込みが防止される。

また、電源部２０とポンプベース１５との隙間が図６の場合に比べて大きいので、開口部２０２ａから出ている電源側配線６１を目視で容易に確認することができる。例えば、電源側配線６１が図７に示す場合よりもさらに長く開口部２０２ａから外に出ている場合には、二点鎖線で示すように電源部２０をポンプベース１５に近づけた際に、外に出ている電源側配線６１が完全に電源筐体内に引き込まれずに、一部が電源部２０をポンプベース１５に挟み込まれる危険がある。本実施の形態では、図６のようにコネクタ４０が開口部２０２ａにほとんど挿入された状態において、電源部２０とポンプベース１５との隙間が従来の場合よりも大きい。そのため、電源側配線６１が開口部２０２ａから出ているのを容易に確認でき、電源部２０の固定作業をやり直すことで電源側配線６１の挟み込みを未然に防止することができる。

ところで、ポンプベース１５はヒータ１９を用いた温調により７０～８０℃程度まで昇温される。本実施の形態では、コネクタスペーサ４１を介してコネクタ４０をポンプベース１５に固定しているので、図６のようにコネクタ４０をポンプベース１５に直接固定する場合に比べて、ポンプベース１５からコネクタ４０への熱伝達を低減することができ、コネクタ４０の温度上昇を抑えることができる。コネクタピン４０３に流せる許容電流値はコネクタ温度が高くなるほど低下するが、コネクタスペーサ４１を設けてコネクタ温度をより低く抑えることにより、コネクタ温度上昇による許容電流値の悪化を防止できる。また、コネクタ温度上昇によるコネクタ４０の耐久性および寿命の低下も防止できる。

コネクタスペーサ４１には、一般的にアルミ材が用いられるポンプベース１５よりも熱伝導率の低い金属材料（例えば、ＳＵＳ材）が用いられるが、樹脂材等により形成しても良い。また、コネクタスペーサ４１とポンプベース１５との間に断熱材を配置することで、さらに熱伝達低減を図ることができる。なお、断熱材を配置する場合には、コネクタスペーサ４１がポンプベース１５と同様のアルミ材であっても熱伝達低減を図ることができる。

さらに、コネクタ４０をコネクタスペーサ４１に固定した際に、ポンプ側配線６０の一部をコネクタスペーサ４１の貫通孔４１０に収納することができるので、ポンプ本体側の配線収納スペースを少なくすることが可能となる。

また、図６に示す構成の場合、ポンプベース１５の底面１５１が冷却ジャケット２０２にかなり近づいた状態とならないと、コネクタ４０が開口部２０２ａに挿入される状態にならない。そのため、コネクタ４０と開口部２０２ａとの位置関係の確認が難しく、コネクタ４０が冷却ジャケット２０２と干渉するおそれがある。一方、図７のようにコネクタスペーサ４１を用いる場合には、コネクタ４０と開口部２０２ａとの位置合わせ確認がしやすく、挿入の際にコネクタ４０が開口部２０２ａに干渉するのを防止することができる。さらに、コネクタスペーサ４１が開口部２０２ａに挿入され始めると、コネクタスペーサ４１がガイドとして機能するので、挿入作業中にコネクタ４０が開口部２０２ａと干渉することは無い。このように、コネクタスペーサ４１を設けたことによって、電源部固定作業の作業性向上が図れる。

なお、図１に示すように、コネクタピン４０３と電源側配線６１との接続部分を含むようにモールド材６３でモールドすることにより、電源側配線６１がコネクタピン４０３から外れるのを防止することができるとともに、電源側配線６１の全体が電源筐体方向に方向付けされる。その結果、電源側配線６１の一部が図７のように挟み込まれるのを防止することができる。

(変形例)
上述した実施の形態では、コネクタ４０は、図２に示すようにコネクタピン４０３の真空側にポンプ側配線６０が接続されると共に大気圧側に電源側配線６１が接続される、フィードスルー方式のコネクタであった。しかし、コネクタ４０の構成はこのような構成に限定されず、図８に示すような着脱可能なレセプタクル４２１とプラグ４２２とで構成されるコネクタ４２であっても良い。その場合、レセプタクル４２１がコネクタスペーサ４１に固定される。

また、一つのコネクタ４０を、弱電系（センサ信号など）の配線を接続するためのコネクタと、強電系（モータ電流、電磁石電流）の配線を接続するためのコネクタとに分けても良い。

上述した複数の例示的な実施の形態および変形例は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

［１］一態様に係る電源一体型真空ポンプは、内部にポンプロータが配置されるポンプ筐体と、前記ポンプ筐体の外表面に固定される電源筐体と、ポンプ筐体側の配線と電源筐体側の配線とを接続するコネクタと、前記ポンプ筐体の外表面に固定され、前記コネクタが固定されるコネクタ固定面を有するスペーサとを備える。

図５～７で説明したように、コネクタスペーサ４１の分だけコネクタ４０のポンプベース１５の底面１５１からの高さが増加するので、開口部２０２ａを通したコネクタ４０の電源筐体への挿入量が増加する。その結果、電源筐体組付け時における電源側配線６１の挟み込みの発生を低減することができる。さらに、コネクタ４０をコネクタスペーサ４１に固定した際に、ポンプ側配線６０の一部をコネクタスペーサ４１の内部空間である貫通孔４１０に収納することができるので、ポンプ本体側の配線収納スペースを少なくすることが可能となる。

また、図２に示すように、スペーサとしてのコネクタスペーサ４１を設けたことによりポンプ筐体であるポンプベース１５からの熱伝達が低減され、コネクタ４０の温度上昇を抑えることができる。その結果、コネクタ４０の電流容量の低下およびコネクタ耐久性の低下を防止することができる。

［２］上記［１］に記載の電源一体型真空ポンプにおいて、前記スペーサのポンプ側固定面から前記コネクタ固定面までの厚さは、前記ポンプ筐体の外表面から前記電源筐体の内周面までの厚さ方向寸法以上に設定される。

このように設定すると、図２のようにコネクタ固定面４１１は電源筐体の一例である冷却ジャケット２０２の内周面２０２ｂと同一面、または、内周面２０２ｂよりも電源筐体内側に突出した状態となる。その結果、図７の符号Ｂで示すような配線の飛び出しは、電源部２０をポンプベース１５に密着させたときに解消されることになり、電源側配線６１の挟み込みを防止する効果が向上する。

［３］上記［１］または［２］に記載の電源一体型真空ポンプにおいて、前記スペーサの熱伝導率は前記ポンプ筐体の熱伝導率よりも小さい。

コネクタスペーサ４１をコネクタ４０とポンプベース１５との間に介在させることにより、コネクタスペーサ４１の熱抵抗によりコネクタスペーサ４１を設けない場合に比べてコネクタ４０の温度を下げることができる。さらに、上記のようにコネクタスペーサ４１の熱伝導率をコネクタスペーサ４１が固定されるポンプベース１５の熱伝導率よりも小さくすることで、コネクタ４０の温度をより低くすることができる。その結果、コネクタ４０の電流容量低下やコネクタ耐久性低下を防止する効果がより高まる。

［４］上記［１］から［３］までのいずれか一項に記載の電源一体型真空ポンプにおいて、前記スペーサと前記ポンプ筐体との間を封止する第１真空シールと、前記スペーサと前記コネクタとの間を封止する第２真空シールとを備える。

図２に示すように、コネクタスペーサ４１とポンプベース１５との間を封止する真空シール６２ａと、コネクタスペーサ４１とコネクタ４０との間を封止する真空シール６２ｂとを設けることで、ポンプ電源側からポンプ筐体側への空気の浸入を確実に防止することができ、ポンプ性能への悪影響を防止することができる。

［５］上記［１］から［４］までのいずれか一項に記載の電源一体型真空ポンプにおいて、前記ポンプ筐体と前記電源筐体との間に設けられる断熱材を備え、前記スペーサのポンプ側固定面から前記コネクタ固定面までの厚さは、前記電源筐体の厚さと前記断熱材の厚さとの和以上に設定される。

図２に示すように、ポンプ筐体と電源筐体との間の断熱材として断熱板２１を設けることでポンプベース１５から電源部２０への熱侵入を低減できる。その際に、コネクタスペーサ４１のポンプ側固定面４１２からコネクタ固定面４１１までの厚さＨ１を、電源筐体の一例である冷却ジャケット２０２の厚さＨ２と断熱板２１の厚さＨ３との和以上、すなわち、Ｈ１≧Ｈ２＋Ｈ３に設定する。そのように設定することで、コネクタスペーサ４１のコネクタ固定面４１１は、冷却ジャケット２０２の内周面２０２ｂと同一面となるか、または、内周面２０２ｂから突出するようになり、電源側配線６１の挟み込みを防止することができる。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。例えば、上述した実施の形態では、図１に示したように電源部２０をポンプベース１５の底面１５１に固定する構成を例に説明したが、ポンプベース１５の側面に電源部２０を固定する構造の場合にも、同様にコネクタスペーサ４１を適用することができる。また、電源一体型ターボ分子ポンプに限らず、電源一体型の真空ポンプにも同様に適用することができる。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１…電源一体型ターボ分子ポンプ、１０…ポンプ本体、１１…ポンプロータ、１４…ポンプケーシング、１５…ポンプベース、２０…電源部、２１…断熱板、４０，４２…コネクタ、４１…コネクタスペーサ、６０…ポンプ側配線、６１…電源側配線、６２ａ，６２ｂ…真空シール、２０１…電源ケーシング、２０２…冷却ジャケット、２０２ａ…開口部、４１１…コネクタ固定面、４１２…ポンプ側固定面

Claims (4)

1. 内部にポンプロータが配置されるポンプ筐体と、
   前記ポンプ筐体の外表面に固定される電源筐体と、
   ポンプ筐体側の配線と電源筐体側の配線とを接続するコネクタと、
   前記ポンプ筐体の外表面に固定され、前記コネクタが固定されるコネクタ固定面を有するスペーサとを備え、
   前記スペーサのポンプ側固定面から前記コネクタ固定面までの厚さは、前記ポンプ筐体の外表面から前記電源筐体の内周面までの厚さ方向寸法以上に設定される、
   電源一体型真空ポンプ。
2. 内部にポンプロータが配置されるポンプ筐体と、
   前記ポンプ筐体の外表面に固定される電源筐体と、
   ポンプ筐体側の配線と電源筐体側の配線とを接続するコネクタと、
   前記ポンプ筐体の外表面に固定され、前記コネクタが固定されるコネクタ固定面を有するスペーサとを備え、
   前記スペーサの熱伝導率は前記ポンプ筐体の熱伝導率よりも小さい、
   電源一体型真空ポンプ。
3. 内部にポンプロータが配置されるポンプ筐体と、
   前記ポンプ筐体の外表面に固定される電源筐体と、
   ポンプ筐体側の配線と電源筐体側の配線とを接続するコネクタと、
   前記ポンプ筐体の外表面に固定され、前記コネクタが固定されるコネクタ固定面を有するスペーサと、
   前記ポンプ筐体と前記電源筐体との間に設けられる断熱材と、を備え、
   前記スペーサのポンプ側固定面から前記コネクタ固定面までの厚さは、前記電源筐体の厚さと前記断熱材の厚さとの和以上に設定される、
   電源一体型真空ポンプ。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電源一体型真空ポンプにおいて、
   前記スペーサと前記ポンプ筐体との間を封止する第１真空シールと、
   前記スペーサと前記コネクタとの間を封止する第２真空シールとを備える、電源一体型真空ポンプ。
   

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