JP7244236B2

JP7244236B2 - アウタロータ型のモータのためのロータ、当該ロータを備えるモータ、当該モータを備えるターボ分子ポンプおよび当該モータを備える基板回転装置

Info

Publication number: JP7244236B2
Application number: JP2018165306A
Authority: JP
Inventors: 佑掛巣; 敏光茨田; 直樹飯島; 優酒井; 邦彦田中
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2018-09-04
Filing date: 2018-09-04
Publication date: 2023-03-22
Anticipated expiration: 2038-09-04
Also published as: WO2020050196A1; TWI833793B; TW202021238A; JP2020039212A

Description

本発明は、アウタロータ型のモータのためのロータ、当該ロータを備えるモータ、当該モータを備えるターボ分子ポンプおよび当該モータを備える基板回転装置に関する。

気体を排気する真空用ポンプの一種に、動翼を高速回転させることで真空を生成するターボ分子ポンプ（Turbo Molecular Pump, ＴＭＰ）やねじ溝式ポンプがある。一般的に、ＴＭＰの動翼はモータによって回転運動させられる。特許文献１（特開２０００－２７７８９号公報）には、中空部を有する内筒と、内筒の外周に設けられるアウタロータ型のモータを備えるＴＭＰが開示されている。特許文献１に示されるようなＴＭＰは、回転自在な動翼であって、複数の段を有する動翼と、動翼を支持する回転部と、動翼に対して互い違いに設けられた静翼であって、複数の段を有する静翼と、を備える。

特開２０００－２７７８９号公報

特許文献１においてロータそれ自体の構造は詳述されていない。そこで出願人がロータの構造について検討したところ、以下の課題を見出した。出願人が見出した課題について、図１、図２および図３を用いて説明する。

図１はアウタロータ型の誘導モータにおいて用いられるロータ１００を示す模式図である。図１Ａはロータ１００の上面図である。図１Ｂは、図１Ａにおいて「Ａ－Ａ」と示された切断線におけるロータ１００の正面分解断面図である。図１Ｃは、組み立てられた状態のロータ１００の正面断面図である。ロータ１００は、ロータコア１１０、メタルバー１２０（図１では代表して１つのメタルバーにのみ符号が付されている）およびエンドリング１３０を備える。ロータ１００は、ロータ１００の内周方向の空間に設けられたステータ２５０（図２参照）と組み合わされて、モータ２６０（図２参照）の少なくとも一部を構成する。

図２は、図１のロータ１００を用いたＴＭＰ２００の正面断面図である。ＴＭＰ２００は、円筒状の内筒２１０と、内筒２１０の外周に設けられたモータ２６０と、モータ２６０の外周に設けられた動翼２２０と、動翼２２０の外側に設けられた外筒と、前記外筒の内側かつ前記動翼の外側に設けられた静止翼２３０と、を備える。より詳しくは、ロータ１００は動翼２２０の内周面に設けられている。また、内筒２１０の外周面にはロータ１００と対向するようにステータ２５０が設けられている。ロータ１００とステータ２５０によりモータ２６０の少なくとも一部が構成される。さらに、内筒２１０と動翼２２０との間にはシール部材２７０が設けられる。なお、シール部材２７０はたとえば内筒２１０にのみ接触していてよい。

図３は、図１のロータ１００において用いられるロータコア１１０を示す模式図である。図３Ａはロータコア１１０の上面図である。図３Ｂは、図３Ａにおいて「Ｂ」と示された部分の拡大図である。

ロータコア１１０は、ステータ２５０による磁界と相互作用することによって誘導電流を生じさせるための部材である。ロータコア１１０は実質的に円筒状（円環状）である。ロータコア１１０は例えば鋼板から形成されてよい。より具体的には、ロータコア１１０は、薄い電磁鋼板（たとえば０．５ｍｍ厚の電磁鋼板）を軸方向に複数層（たとえば５０層）積層させることで形成されてよい。ロータコア１１０の内周面には、後述するメタルバー１２０を挿入するためのコア溝１１１（図１および図３では代表して１つのコア溝にのみ符号が付されている）が設けられている。図１および図３の例では、コア溝１１１は矩形状の溝である。また、図１および図３の例では、コア溝１１１が３０度ごとに１つ設けられており、コア溝１１１の総数は１２個である。ただし、図示したコア溝１１１と異なるコア溝１１１を採用することも可能である。コア溝１１１はたとえばアリ溝であってもよい。コア溝１１１の個数（コア溝１１１のピッチ）は任意である。

コア溝１１１にはメタルバー１２０が挿入される。換言すれば、メタルバー１２０はロータコア１１０の内周部分に固定される。また、メタルバー１２０のそれぞれは、ロータコア１１０の軸方向に延びている。図１では直方体状のメタルバー１２０が図示されている（図１では代表して１つのメタルバーにのみ符号が付されている）。また、図１では、メタルバー１２０の個数は１２個である。コア溝１１１に対応した形状であれば、メタルバー１２０の形状は直方体状に限らない。逆の観点から言えば、メタルバー１２０の形状に対応した形状であれば、コア溝１１１の形状は限定されない。メタルバー１２０の少なくとも一部は導電体である。好ましくは、メタルバー１２０は純アルミニウム（ＪＩＳ規格上では「Ａ１１００」）またはアルミニウム合金、より具体的にはＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系合金（ＪＩＳ規格上では「Ａ６０６１」）から形成される。純アルミニウムまたはアルミニウム合金によりメタルバー１２０を形成することで、剛性及び導電性を有する軽量なメタルバー１２０を得ることができる。

ロータ１００はエンドリング１３０を備える。エンドリング１３０は「短絡環」とも呼ばれ、メタルバー１２０同士を電気的に接続する部材である。具体的には、ロータコア１１０の上端面にエンドリング１３０Ａが、ロータコア１１０の下端面にエンドリング１３０Ｂが設けられている。ただし、「ロータコア１１０の上端面」とは、図１Ｂ、図１Ｃおよび図２において上部に位置する端面である。「ロータコア１１０の下端面」とは、図１Ｂ、図１Ｃおよび図２において下部に位置する端面である。エンドリング１３０は実質的に円筒形状である。ロータコア１１０にコア溝１１１が設けられていることと同様に、エンドリング１３０にはリング溝１３１が設けられている（図１では代表して１つのリング溝にのみ符号が付されている）。エンドリング１３０の少なくとも一部は導電体である。エンドリング１３０をアルミニウム合金、より具体的にはＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系合金（ＪＩＳ規格上では「Ａ６０６１」）から形成することで、剛性および導電性を有する軽量なエンドリング１３０を得ることができる。

メタルバー１２０およびエンドリング１３０は、ロータコア１１０とステータ２５０との相互作用により発生した誘導電流のための電流路として働く。メタルバー１２０およびエンドリング１３０を流れる誘導電流と、ステータ２５０による磁界との間のローレンツ力により、ロータ１００全体が回転する。ロータ１００が回転することにより、その外周に固定された動翼２２０も回転する。動翼２２０は、たとえばエンドリング１３０と動翼２２０とをはめ合うことによってロータ１００に固定されている。より具体的には、エンドリング１３０と動翼２２０とは焼きばめにより固定されている。

図１で示したロータ１００を回転させると、ロータ１００の各部品は径方向の遠心力を受ける。ロータコア１１０およびエンドリング１３０は実質的に円筒形状をしているので、ロータコア１１０およびエンドリング１３０が遠心力を受けた際に、ロータコア１１０およびエンドリング１３０の内部には周方向の応力が発生する。ロータコア１１０が周方
向の応力を受けた場合、コア溝１１１の角部（図３Ｂにおいて点線で囲われた部分）に応力が集中する。同様に、リング溝１３１の角部にも応力が集中する。ロータ１００の回転数（回転速度）は数万ｒｐｍ以上にもなり得るので、コア溝１１１の角部および／またはリング溝１３１の角部が受ける応力は非常に強くなり得る。モータ２６０の大型化に伴いロータ１００が大径化すると、発生する遠心力が強くなり得るので、コア溝１１１の角部および／またはリング溝１３１の角部が受ける応力はさらに強くなり得る。コア溝１１１の角部および／またはリング溝１３１の角部に集中する強い応力は、ロータコア１１０および／またはエンドリング１３０の形状を変化させ得、最終的にはモータ２６０の性能を変化させ得る。特に、ロータ１００の各部品が薄肉化されている場合、各部品の剛性は低下し得るので、応力の集中という問題は顕著になる。

本願は、ロータコア１１０および／またはエンドリング１３０内部の応力の集中を抑制することを１つの目的にする。

本願は、一実施形態として、アウタロータ型のモータのためのロータであって、ロータは、実質的に円筒状のロータコアであって、複数の独立した円弧部に分割されているロータコアと、ロータコアの内周部分に固定される複数のメタルバーであって、それぞれのメタルバーはロータコアの軸方向に延びる、複数のメタルバーと、複数のメタルバー同士を電気的に接続するエンドリングと、を備える、ロータを開示する。

ロータの上面図である。図１Ａにおいて「Ａ－Ａ」と示された切断線におけるロータの正面分解断面図である。組み立てられた状態のロータの正面断面図である。図１のロータを用いたＴＭＰの正面断面図である。図１のロータにおいて用いられるロータコアの上面図である。図３Ａにおいて「Ｂ」と示された部分の拡大図である。一実施形態にかかるロータコアの上面図である。一実施形態にかかるエンドリングおよびエンドリングに溶接されたメタルバーの上面図である。図５Ａにおいて「Ｃ」と示された部分の拡大図である。スペーサを備えるモータを備えるＴＭＰの正面断面図である。モータを備える基板回転装置の正面断面図である。基板回転装置を備える基板洗浄装置の正面断面図である。基板洗浄装置を備える基板処理装置の上面図である。図６の部分拡大図である。図１０ではモータ付近が拡大されている。

以下では、図４から図７の各図を参照しつつ、本願にかかる発明の実施形態についての詳細を説明する。なお、特に断りの無い限りまたは矛盾が生じない限り、図４から図７に示された各部品、各部分または各要素のうち、図１から図３で既に示された部品等は、図１から図３で示された部品等と同一または類似の性質または特性等を有していてよい。

＜分割されたロータコアについて＞
図４は一実施形態にかかるロータコア１１０を示す上面図である。ロータコア１１０は金属（たとえばアルミ）から形成されていてもよく、その他の材質から形成されていてもよい。「その他の材質」はたとえばＦＲＰを含んでよい。図４のロータコア１１０は、実質的に円弧状の複数の部品から構成されている。以下では、「実質的に円弧状の部品」を
「円弧部４００」と称する。複数の円弧部４００が組み合わされることで、ロータコア１１０は全体として実質的に円筒状となる。すなわち、円弧部４００のそれぞれの中心角の総和はおよそ３６０°となる。図４のロータコア１１０は複数の円弧部４００に分割されていると表現することもできる。ここで「ロータコア１１０は複数の円弧部４００に分割されている」とは「１つのロータコア１１０を複数の円弧部４００に切断すること」のみを意味するのではない。複数の円弧部４００は、それぞれ独立の材料から加工され、形成され、または、製作されてよい。

図４の例では、実質的に半円状の円弧部４００Ａおよび円弧部４００Ｂが示されている。円弧部４００Ａおよび円弧部４００Ｂは互いに独立している。換言すれば、ロータ１００が組み立てられた場合であっても、円弧部４００Ａは円弧部４００Ｂと結合されない。ここで、「結合」と「接触」とは異なった意味である。したがって、「円弧部４００Ａと円弧部４００Ｂとが接触しているが、円弧部４００Ａが円弧部４００Ｂと結合されていない」という状態が起こり得ることに留意すべきである。

図４では、円弧部４００Ａおよび円弧部４００Ｂの端部はＶ字状または逆Ｖ字状に形成されている。しかし、円弧部４００Ａおよび円弧部４００Ｂの端部の形状は任意であってよい。また、図４では２つの円弧部４００からロータコア１１０が構成されるとして説明したが、ロータコア１１０は３つ以上の円弧部４００から構成されてもよい。また、図４では、図示の便宜のため、円弧部４００Ａと円弧部４００Ｂとの間に目視可能な大きさの空隙が設けられている。しかし、円弧部４００Ａと円弧部４００Ｂとの間に大きな空隙が存在すると、モータ２６０の性能が本来所望していた性能とならない可能性がある。さらに、円弧部４００Ａと円弧部４００Ｂとの間に大きな空隙が存在すると、ロータ１００の回転がアンバランスになる可能性がある。ロータコア１１０の具体的な形状等（空隙の大きさを含む）は、モータ２６０の必要な出力、回転数および安定性などによって決定されることが好ましい。

図４のロータコア１１０は複数の独立した円弧部４００に分割される。したがって、ロータコア１１０が遠心力を受けた場合であっても、図４のロータコア１１０の内部に発生する周方向の応力は比較的弱い。よって、コア溝１１１の角部が受ける応力も弱くなる。応力の問題を解決した、本明細書に記載のロータ１００を採用することにより、所望の性能のモータ２６０および／またはＴＭＰ２００を提供すること、または、モータ２６０および／またはＴＭＰ２００の性能を向上させることができる。

後述するように、ある実施形態におけるメタルバー１２０の厚みは、図１で示されたメタルバー１２０の厚みよりも薄くなりうる。したがって、図４におけるコア溝１１１の深さ図１におけるコア溝１１１の深さより浅くてもよい。

＜エンドリングとメタルバーの溶接について＞
図２に示したように、ロータコア１１０の外周には動翼２２０が設けられる。したがって、図４のロータ１００を回転させると、円弧部４００Ａおよび円弧部４００Ｂが動翼２２０を径方向外側に押すこととなる。

動翼２２０が径方向外側に押されると、動翼２２０とエンドリング１３０との間のはめあい圧力が低下すると考えられる。換言すれば、動翼２２０が径方向外側に押されると、エンドリング１３０を外周から押さえつける力が低下すると考えられる。したがって、ロータ１００を回転させた場合にエンドリング１３０の内部に発生する応力が大きくなり得る。一見すると、ロータコア１１０同様にエンドリング１３０を複数の独立した部品から構成することでエンドリング１３０の内部に発生する応力の問題を解決できるようにも思える。しかし、エンドリング１３０には誘導電流が流れるので、エンドリング１３０のそ
れぞれは一体形成されていることが好ましい。

エンドリング１３０における応力集中の問題を解決するため、一実施形態においては、メタルバー１２０が溶接によってエンドリング１３０に接合されている。ここで、「溶接」とは広義の溶接を意味する。具体的には、「溶接」には「融接」「圧接」および「ろう接」が含まれる。エンドリング１３０とメタルバー１２０との間の溶接について、図５を用いて説明する。図５Ａはエンドリング１３０およびエンドリング１３０に溶接されたメタルバー１２０の上面図である。図５Ｂは、図５Ａにおいて「Ｃ」と示された部分の拡大図である。

図５では、円筒状のエンドリング１３０の内周面にメタルバー１２０が溶接されている。好ましくは、メタルバー１２０の辺（エッジ）のうちエンドリング１３０の内周面と接触する辺（図５Ｂにおいて点線で囲まれた部分）は融接により接合されている。融接により、メタルバー１２０の辺とエンドリング１３０とを強固に接合することが可能である。さらに好ましくは、メタルバー１２０の面のうちエンドリング１３０の内周面と対向する面（図５Ｂにおいて一点鎖線で囲まれた部分）はろう接により接合されている。メタルバー１２０をたとえば四角柱状（特に直方体状）に形成した場合、メタルバー１２０とエンドリング１３０との間にはわずかな隙間が生じる。ろう接を用いることで、メタルバー１２０とエンドリング１３０との間の隙間を埋めることができる。隙間を埋めることにより、メタルバー１２０とエンドリング１３０とを強固に接合することができる。かつ、隙間を埋めることにより、メタルバー１２０は（ろう材を介して）エンドリング１３０に面接触することとなる。したがって、メタルバー１２０とエンドリング１３０との間に電流が流れることを確実にすることができる。異なった観点から表現すれば、ろう接を用いることにより、メタルバー１２０のうちエンドリング１３０との接触面を、エンドリング１３０の内周に沿った形状にする必要がなくなる。換言すれば、ろう接を用いることにより、四角柱状、特に直方体状のメタルバー１２０を用いることが可能になる。四角柱状または直方体状のメタルバー１２０は、一部が湾曲したメタルバー１２０よりも容易に製作可能である。

メタルバー１２０を溶接によりエンドリング１３０に接合することで、リング溝１３１が不要になる。したがって、リング溝１３１の角部に応力が集中することを防止することが可能である。ただし、メタルバー１２０とエンドリング１３０を溶接した上で、エンドリング１３０にリング溝１３１などの溝構造を設けることが排除されるわけではない。また、溶接の種類は明示したものに限られない。たとえば、メタルバー１２０とエンドリング１３０とは超音波はんだによって接合されていてよい。なお、超音波はんだは溶接の一種、より具体的にはろう接の一種である。さらに、メタルバー１２０の辺および面のどちらか一方のみが溶接により接合されていてもよい。

上述のとおり、好ましい形態においては、メタルバー１２０もエンドリング１３０も同種のアルミニウム合金、たとえばＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系合金（ＪＩＳ規格上では「Ａ６０６１」）から形成される。したがって、メタルバー１２０を容易にエンドリング１３０に溶接することが可能である。

＜スペーサについて＞
図４のロータコア１１０が遠心力を受けると、円弧部４００Ａ自身および円弧部４００Ｂ自身が径方向外側への力を受ける。換言すれば、ロータコア１１０が回転した場合、円弧部４００Ａおよび円弧部４００Ｂは、円弧部４００Ａと円弧部４００Ｂとの間の空隙が広がる方向の力を受ける。したがって、図４のロータコア１１０を回転させると、円弧部４００Ａおよび円弧部４００Ｂが動翼２２０を径方向外側に押すこととなる。動翼２２０が径方向外側に押されると、動翼２２０が変形してしまう可能性がある。ＴＭＰにおいて
動翼２２０が変形するとＴＭＰの性能および寿命が低下する可能性がある。モータ２６０がＴＭＰ以外の装置に取り付けられている場合であっても、ロータコア１１０は、モータ２６０の外周部に設置される部材を変形させる可能性がある。

動翼２２０またはモータ２６０の外周部に設置される部材の変形の問題を解決するため、一実施形態にかかるモータ２６０はスペーサ６００（スペーサ６００Ａおよびスペーサ６００Ｂ）を備える。図６は、スペーサ６００を備えるモータ２６０を備えるＴＭＰ２００の正面断面図である。後述する通り、スペーサ６００はロータ１００の外周部に設けられているので、スペーサ６００はモータ２６０のもっとも外周の部分に位置する部品であるといえる。したがって、図６の構成においては「動翼２２０はモータ２６０の外周部に設けられている」と表現できる。

スペーサ６００は実質的に円筒状の部材である。スペーサ６００はロータ１００の外周に設けられる。具体的には、２つのスペーサ６００（スペーサ６００Ａおよびスペーサ６００Ｂ）が、ロータ１００の軸方向からロータ１００を挟み込むように配置される。スペーサ６００のそれぞれは、はめ合いによってエンドリング１３０のそれぞれと固定されている。より具体的には、スペーサ６００Ａはエンドリング１３０Ａに焼きばめによって固定され、スペーサ６００Ｂはエンドリング１３０Ｂに焼きばめによって固定されている。スペーサ６００がエンドリング１３０を外周から押すことによって、エンドリング１３０内部に発生する応力を低減することが可能である。ずれや振動を防ぐため、スペーサ６００は、ロータコア１１０と接触するように構成されていることが好ましい。ただし、スペーサ６００は、ロータコア１１０と接触しないように構成されていてもよい。スペーサ６００は、動翼２２０にはめ込まれて用いられる。より具体的には、スペーサ６００のそれぞれと動翼２２０は焼きばめにより固定される。２つのスペーサ６００の側面積の合計は、ロータコア１１０の側面積（円弧部４００Ａおよび円弧部４００Ｂの側面積の合計）より大きいことが好ましい。

ロータコア１１０と動翼２２０との間にスペーサ６００を介在させることによって、ロータコア１１０が動翼２２０を直接押さないようになる。ロータコア１１０がスペーサ６００を径方向外側に押したとしても、スペーサ６００の側面積は大きいので、動翼２２０（またはモータ２６０の外周部に設けられた何らかの部品）の変形量は少なくなると考えられる。

好ましくは、スペーサ６００は、軽量かつ剛性の高いアルミニウム合金から形成される。なお、スペーサ６００は、誘導電流のための電流路となることを意図された部材ではない。したがって、エンドリング１３０およびメタルバー１２０と異なり、スペーサ６００の導電性を高くする必要はない。よって、スペーサ６００は、ジュラルミン、超ジュラルミンまたは超々ジュラルミン（ＪＩＳ規格上ではそれぞれ「Ａ２０１７」、「Ａ２０２４」および「Ａ７０７５」）から形成されてよい。また、スペーサ６００の材質はアルミニウム合金に限られない。たとえば、スペーサ６００は、非磁性のステンレス材（例えばＳＵＳ６３０等）から形成されてもよい。そのようなステンレス材は、たとえば、純アルミニウムよりも２０倍程度高い抵抗率を有し得る。また、スペーサ６００は高強度樹脂材ＦＲＰやカーボンファイバーから形成されてもよい。

また、スペーサ６００Ａとスペーサ６００Ｂとは電気的に接触していないことが好ましい。より具体的には、スペーサ６００Ａとスペーサ６００Ｂとの間には空隙が設けられる。２つのスペーサ６００のそれぞれを電気的に非接触とすることで、誘導電流が本来流れるべき電流路（エンドリング１３０およびメタルバー１２０）を流れることを確実にすることができる。なお、ロータコア１１０が積層体である場合、ロータコア１１０の１層分の厚さより、２つのスペーサ６００間の空隙の軸方向の長さが小さいことが好ましい。た
とえばロータコア１１０が０．５ｍｍ厚の電磁鋼板の積層体である場合、２つのスペーサ６００間の空隙は０．２ｍｍであってよい。空隙を小さくすることで、スペーサ６００がロータコア１１０の全ての層を支えることができるようになる。

スペーサ６００はアルミニウム合金などの導電体で形成され得る。スペーサ６００が導電性を有する場合は、モータ２６０内部で生じる電流（誘導電流）は所望の電流路以外の電流路を流れ得る。誘導電流が所望の電流路で流れることをより確実にするために、スペーサ６００Ａおよびスペーサ６００Ｂの少なくとも一方、好ましくの双方は絶縁層を有してよい。図１０は図６の部分拡大図である。図１０ではモータ２６０付近が拡大されている。ただし、図１０のスペーサ６００Ａおよび６００Ｂのそれぞれは絶縁層１０００を有する点において図６と異なる。絶縁層１０００は樹脂コーティングによって形成されてよい。ただし、他の手法によって絶縁層１０００が形成されてもよい。。絶縁層１０００は少なくともスペーサ６００とエンドリング１３０との間およびスペーサ６００とロータコア１１０との間に設けられる。絶縁層１０００はスペーサ６００とエンドリング１３０とを絶縁し、かつ、スペーサ６００とロータコア１１０を絶縁する。

＜メタルバーの厚みについて＞
メタルバー１２０の厚みが大きい場合、ロータ１００を回転させた場合のメタルバー１２０内部の応力が大きくなる。薄型のメタルバー１２０を用いることで、メタルバー１２０内部に発生する応力を低減することが可能である。一方で、後述するように、メタルバー１２０の厚みによって銅損の値が変化する。
出願人は、メタルバー１２０の厚みには最適解（仮に最適解でなくとも、局所解）が存在することを見出した。メタルバー１２０の厚みを最適化して銅損を最小化することにより、モータ２６０の性能、ひいてはＴＭＰ２００の性能を向上させることができると考えられる。

メタルバー１２０の厚みについて、以下詳述する。なお、以下では、各部品の寸法および特性を以下の記号で表現する（記号については、図５および図６も参照のこと）。ただし、エンドリング１３０Ａと１２０Ｂは上下が反転した同一形状を有するものとする。
ｘ：メタルバー１２０の厚み（単位はメートル）
ｗ：メタルバー１２０の幅（単位はメートル）
ｌ_ｂａｒ：メタルバー１２０の軸方向の長さ（メタルバー１２０の高さとも表現可能、単位はメートル）
ｌ_ｒｉｎｇ：エンドリング１３０の軸方向の長さ（エンドリング１３０の高さとも表現可能、単位はメートル）
ｒ_{ｉｎｎｅｒ}：ロータ１００の内半径（１つのメタルバー１２０と、そのメタルバー１２０に対向するメタルバー１２０との間の距離の半分の長さとも表現可能、単位はメートル）
ｒ_{ｏｕｔｅｒ}：エンドリング１３０の外半径（単位はメートル）
ρ_ｂａｒ：メタルバー１２０の抵抗率（単位はオームメートル）
Ｒ_ｂａｒ：すべてのメタルバー１２０の抵抗値の合計（単位はオーム）
ρ_ｒｉｎｇ：エンドリング１３０の抵抗率（単位はオームメートル）
Ｒ_ｒｉｎｇ：すべてのエンドリング１３０の抵抗値の合計（単位はオーム）
Ｒ_{ｔｏｔａｌ}：すべてのメタルバー１２０およびすべてのエンドリング１３０の抵抗値の合計、すなわちＲ_ｂａｒとＲ_ｒｉｎｇの和（単位はオーム）
ｎ_ｂａｒ：メタルバー１２０の本数（無次元数）
ｎ_ｒｉｎｇ：エンドリング１３０の個数（無次元数）
なお、メタルバー１２０およびエンドリング１３０の実際の寸法が場所によって異なる場合、計算には、実際の寸法の平均値を用いてもよい。たとえばメタルバー１２０がアリほぞ形状である場合、「メタルバー１２０の二つの底辺（上底および下底）の長さの平均値
」をメタルバー１２０の幅ｗとしてよい。

なお、ｒ_{ｉｎｎｅｒ}は定数であるとする。これは、ステータ２５０の形状が一定であるとすれば、ロータ１００とステータ２５０の間のギャップ長は一定であることを意味する。さらに、ｒ_{ｏｕｔｅｒ}は定数であるとする。これは、ステータ２５０の外部に取り付けられる部材（たとえば動翼２２０）の寸法、特に当該部材の内径寸法、によって決定される数値である。

まず、抵抗率の定義から、以下の関数により、Ｒ_ｒｉｎｇ、Ｒ_ｂａｒおよびＲ_{ｔｏｔａｌ}とｘとの関係を記載することができる。

銅損は「抵抗値×（電流値の二乗）」で求められる。したがって、電流値が一定である場合、抵抗値が最小になれば銅損も最小になる。つまり、Ｒ_{ｔｏｔａｌ}が最小になるようにｘの値を決定することにより、最も銅損の少ないモータ２６０を得ることができる。

一例として、次の寸法および特性を有するロータ１００について、望ましいｘの値を計算する。なお、自明ではあるが、ｘは０より大きい値となる。
ｗ＝０．０１２（ｍ）
ｌ_ｂａｒ＝０．０５３（ｍ）
ｌ_ｒｉｎｇ＝０．０１４（ｍ）
ｒ_{ｉｎｎｅｒ}＝０．２０８５（ｍ）
ｒ_{ｏｕｔｅｒ}＝０．２１４（ｍ）
ρ_ｂａｒ＝２．８×１０^－８（Ωｍ）
ρ_ｒｉｎｇ＝５．６×１０^－８（Ωｍ）
ｎ_ｂａｒ＝３６（本）
ｎ_ｒｉｎｇ＝２（個）
なお、本事例では、ｘは０．００５５（ｍ）より小さい値となる（０．２１４（ｍ）－０．２０８５（ｍ）＝０．００５５（ｍ））。ｘが０．０５５ｍ以上の値をとるとなれば、エンドリングの厚みが負の値になってしまうためである。

上記のそれぞれの値を用いた場合、Ａ＝２．５１×１０^－５（Ω）、Ｂ＝４．４５×１０^－６（Ωｍ）となる。したがって、Ｒ_{ｔｏｔａｌ}（ｘ）の一次導関数であるＲ’_{ｔｏｔａｌ}（ｘ）＝０となるようにｘの値を決定することで、Ｒ_{ｔｏｔａｌ}（ｘ）が最小値となり、銅損を最小化することができる。一次導関数に基づくｘの導出方法を下記の式により
示す。

定数Ａ、定数Ｂ、ｒ_{ｉｎｎｅｒ}およびｒ_{ｏｕｔｅｒ}に前述の値を代入すると、計算上は、ｘ＝２．１５×１０^－３の場合にＲ’_{ｔｏｔａｌ}（ｘ）＝０となる。したがって、この例においては、メタルバー１２０の厚みを約２．２ｍｍにすることによって、銅損の少ないモータ２６０を得ることが可能である。

＜モータの応用例について＞
これまでの説明では、モータ２６０はＴＭＰ用のモータであった。しかし、モータ２６０の適用範囲はＴＭＰに限られない。モータ２６０の応用例について、図７を用いて説明する。図７は、半導体等の基板７３０を回転させるための基板回転装置７００の正面断面図である。基板回転装置７００は、内筒７１０と、内筒７１０の外周部に取り付けられたモータ２６０と、モータ２６０のさらに外周に設けられた基板支持部７２０であって、基板７３０を支持するための基板支持部７２０とを備える。内筒７１０に代え、中実の円柱状の部材を用いることもできる。図７におけるモータ２６０は、例えば図６に図示されたモータ２６０と同等の構成を有する。基板回転装置７００を他の装置、たとえば基板研磨装置、基板洗浄装置または基板加工装置などと組み合わせることで、基板７３０を回転させながら基板の処理をすることが可能になる。モータ２６０を適用することができる装置はＴＭＰ２００および基板回転装置７００に限られない。

基板回転装置により基板を回転させながら基板を処理する装置の例を、図８を用いて説明する。図８は基板回転装置７００’を備える基板洗浄装置８００の正面断面図である。図８の基板回転装置７００’は、基板支持部７２０’を除いて図７の基板回転装置７００とほぼ同一の構造である。図８の基板支持部７２０’は、図７の基板支持部７２０と異なり、基板７３０のエッジ部を支えるよう構成されている。したがって、図７の構成においては、基板７３０の両面にアクセスすることが可能である。図示の便宜上、基板回転装置７００’の部品のいくつかには符号が付されていない（図７を参照のこと）。

基板洗浄装置８００は、基板回転装置７００’と、ハウジング８１０と、洗浄アーム（８２０Ｕおよび８２０Ｌ）と、カップ８３０と、ダウンフロージェネレータ８４０と、を備える。ハウジング８１０は基板洗浄装置８００の他の部品を内包する。基板支持部７２０は、たとえば玉軸受などの軸受（図示なし）を介してハウジング８１０に回転可能に取り付けられる。内筒７１０はハウジング８１０の一部であってもよい。基板７３０は、ハウジング８１０のロードポート（図示なし）から基板支持部７２０’に向かって搬送される。

基板洗浄装置８００は、基板支持部７２０’により支持された基板７３０を洗浄するための洗浄アームを備える。一実施形態にかかる基板洗浄装置８００は、基板７３０の上部から基板７３０を洗浄するためのアッパーアーム８２０Ｕ（“U”pper）と、基板７３０の下部から基板７３０を洗浄するためのローワーアーム８２０Ｌ（“L”ower）と、を備える。各アームは基板７３０の両面を洗浄することを可能にする。アッパーアーム８２０Ｕおよびローワーアーム８２０Ｌは上下動可能に構成される。各アームが上下動することにより、基板７３０の洗浄が開始され、または、停止される。アッパーアーム８２０Ｕおよびローワーアーム８２０Ｌはさらに水平移動可能に構成されている。各アームが水平移動することで、基板７３０のうち洗浄される領域が決定される。ローワーアーム８２０Ｌは内筒７１０の中空部分を介して基板７３０に接触可能である。

具体的には、アッパーアーム８２０Ｕおよびローワーアーム８２０Ｌのそれぞれの先端には、洗浄部材８２１と、液体供給ノズル８２２と、が設けられている。この技術分野において、洗浄部材８２１は「ペンシル形状の洗浄部材」とも称される。洗浄部材８２１が基板７３０と接触した状態で、基板回転装置７００’が基板７３０を回転させることにより、基板７３０が洗浄される。液体供給ノズル８２２は基板７３０の洗浄のための液体、たとえば洗浄液または純水、を基板７３０に向けて供給する。

図８の構成では基板支持部７２０’および基板７３０に液体が付着し得る。これらの部材を回転させると、遠心力によってこれらの部材から液体が飛散し得る。飛散した液体を受けるため、基板洗浄装置８００はカップ８３０を備える。カップ８３０の上端は、基板支持部７２０’および基板７３０の少なくとも一方、好ましくは双方の上端より高く位置付けられている。また、カップ８３０は、上部が基板回転装置７００’の回転軸に向かって傾けられたリング状である。このようにカップ８３０を構成することで、カップ８３０は基板支持部７２０’などから飛散した液体を受けることができる。受けられた液体は、ドレンポート（図示なし）から基板洗浄装置８００の外部へ排出されてよい。カップ８３０は回転可能に構成されてもよく、回転可能でなくともよい。カップ８３０を基板支持部７２０’とともに回転させると、液体がカップ８３０に衝突した際の、液体の更なる飛散を抑制することができる。一方で、回転可能でないカップ８３０は構成が簡易であり、低コストであるという利点がある。

基板洗浄装置８００の上部にはダウンフロージェネレータ８４０が設けられている。ダウンフロージェネレータ８４０はハウジング８１０内にダウンフローを生成する。ハウジング８１０内の気流を制御することによって、ハウジング８１０内の微粒子（異物）の挙動を制御することができる。

図８および図８に関連する説明により、一実施形態にかかるモータを備える基板回転装置を備える基板洗浄装置の詳細が明らかにされる。ただし、図７および図８は例示に過ぎないことに留意されたい。たとえば、基板洗浄装置８００は、アッパーアーム８２０Ｕとローワーアーム８２０Ｌの一方のみを有してもよい。たとえば、洗浄部材８２１に代え、高圧で液体を噴射することで基板を洗浄する機構が用いられてもよい。その他、基板回転
装置（７００、７００’）および基板洗浄装置８００の具体的な構成は当業者によって適宜決定されてよい。一実施形態にかかる基板洗浄装置によれば、基板を高速かつ確実に回転させながらより適切に洗浄することができる。

図８の基板洗浄装置８００を備える装置の例を、図９を用いて説明する。図９は基板洗浄装置８００を備える基板処理装置９００を模式的に示す上面図である。図９の基板処理装置９００は、ロード・アンロード部９１０と、研磨部９２０と、ウエハステーション９３０とを備える。基板処理装置９００はさらに、基板搬送ユニット９４０と、基板洗浄部９５０と、制御部９６０とを備える。

ロード・アンロード部９１０は、ＦＯＵＰ９１１と、ロード・アンロード部の搬送ロボット９１２とを備えてよい。研磨部９２０は、第１の研磨装置９２１、第２の研磨装置９２２、第３の研磨装置９２３および第４の研磨装置９２４を備えてよい。それぞれの研磨装置はたとえばＣＭＰ装置であってよい。基板洗浄部９５０は１つまたは複数（図９では３つ）の基板洗浄装置８００を備えてよい。基板洗浄部９５０はさらに第１の洗浄部搬送ロボット９５４および第２の洗浄部搬送ロボット９５５を備えてよい。

基板は、ロード・アンロード部９１０によってロードされる。ロードされた基板はたとえば搬送ロボット９１２によって研磨部９２０まで搬送される。搬送ロボット９１２に追加してまたは代替して、基板搬送ユニット９４０がロードされた基板を搬送してもよい。研磨部９２０で研磨された基板は基板搬送ユニット９４０によりウエハステーション９３０へと収容される。ウエハステーション９３０に収容された基板は第１の洗浄部搬送ロボット９５４により取り出される。第１の洗浄部搬送ロボット９５４は基板を一つの基板洗浄装置８００へ搬送する。基板は基板洗浄装置８００によって洗浄される。洗浄された後の基板は第１の洗浄部搬送ロボット９５４および／または第２の洗浄部搬送ロボット９５５によって搬送される。洗浄された後の基板は他の基板洗浄装置８００によってさらに洗浄され得る。洗浄された後の基板はたとえば第２の洗浄部搬送ロボット９５５、基板搬送ユニット９４０および／または搬送ロボット９１２などによって基板処理装置９００から取り出され得る。

一実施形態にかかる基板処理装置９００は、研磨部９２０によって研磨された基板を基板洗浄装置８００によって適切に洗浄することができる。図９は例示に過ぎないことに留意されたい。基板処理装置９００の具体的な構成は当業者によって適宜決定されてよい。

以上、いくつかの本発明の実施形態について説明してきた。上記した発明の実施形態は、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勿論である。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任意の組み合わせ、または、省略が可能である。モータ２６０は、本明細書に開示された全ての要素または特徴を備えなくともよい。一例として、少なくとも一部が複数の円弧部４００から構成されるロータコア１１０を備えるモータ２６０であって、エンドリング１３０とメタルバー１２０とが溶接されていないモータ２６０を使用することもできる。さらなる一例として、少なくとも一部が複数の円弧部４００から構成されるロータコア１１０を備えるモータ２６０であって、スペーサ６００を備えないモータ２６０を使用することもできる。

本願は、一実施形態として、アウタロータ型のモータのためのロータであって、ロータは、実質的に円筒状のロータコアであって、複数の独立した円弧部に分割されているロータコアと、ロータコアの内周部分に固定される複数のメタルバーであって、それぞれのメ
タルバーはロータコアの軸方向に延びる、複数のメタルバーと、複数のメタルバー同士を電気的に接続するエンドリングと、を備える、ロータを開示する。

このロータは、ロータコア内部に発生する応力を低減し得るという効果を一例として奏する。

さらに本願は、一実施形態として、メタルバーは、エンドリングの内周面に溶接されている、ロータ、を開示する。

このロータは、エンドリング内部に発生する応力を低減し得るという効果を一例として奏する。

さらに本願は、一実施形態として、メタルバーは直方体形状またはアリ溝形状であり、メタルバーの厚みは、メタルバーの幅の半分以下である、ロータ、を開示する。

このロータは、メタルバー内部に発生する応力を低減し得るという効果を一例として奏する。

さらに本願は、一実施形態として、メタルバーの辺のうちエンドリングの内周面に接触する辺は融接されており、メタルバーの面のうちエンドリングの内周面と対向する面はろう接されている、ロータ、を開示する。

このロータは、メタルバーとエンドリングの固定およびメタルバーとエンドリングとの間の導通を確実にするという効果を一例として奏する。

さらに本願は、一実施形態として、本明細書に記載のロータと、ロータの内周方向の空間にロータと対向するように設けられたステータと、を備える、モータ、を開示する。

この開示内容により、本明細書に記載のロータはモータに適用可能であることが明らかとなる。

さらに本願は、一実施形態として、ロータの外周に設けられた実質的に円筒状のスペーサを備える、モータ、を開示する。さらに本願は、一実施形態として、スペーサの側面積は、ロータコアの側面積より大きい、モータ、を開示する。

これらのモータは、モータの外周に設置される部材（たとえばＴＭＰの動翼）の変形を抑止することができるという効果を一例として奏する。

さらに本願は、一実施形態として、ロータは、エンドリングを２つ備え、エンドリングのそれぞれは、ロータコアの端面のそれぞれに設けられており、モータは、スペーサを２つ備え、スペーサのそれぞれは、エンドリングのそれぞれに固定されており、スペーサのそれぞれは電気的に非接触であり、前記スペーサの表面には、前記エンドリングと前記スペーサを絶縁するためおよび前記ロータコアと前記スペーサを絶縁するための絶縁層が設けられている、モータ、を開示する。

このモータは、誘導電流が本来流れるべき電流路を流れることを確実にすることができるという効果を一例として奏する。

さらに本願は、ロータコアは複数の板の積層体であり、スペーサのそれぞれの間に空隙が設けられるよう、スペーサが構成されており、空隙の軸方向の長さは、ロータコアの１
層分の厚さより小さい、モータを開示する。

このモータは、スペーサがロータコアの全ての層を支えることができるようになるという効果を一例として奏する。

さらに本願は、一実施形態として、内筒と、内筒に設けられた、本明細書に記載のモータと、モータの外周に設けられた動翼と、動翼の外側に設けられた外筒と、外筒の内側かつ動翼の外側に設けられた静止翼と、を備える、ターボ分子ポンプを開示する。さらに本願は、一実施形態として、内筒と、内筒に設けられた、請求項５から９のいずれか一項に記載のモータと、モータの外周に設けられた基板支持部と、を備える、基板回転装置を開示する。

これらの開示内容により、本明細書に記載のモータが適用される具体的な装置が説明される。

１００…ロータ
１１０…ロータコア
１１１…コア溝
１２０…メタルバー
１３０…エンドリング
１３１…リング溝
２１０…内筒
２２０…動翼
２３０…静止翼
２４０…外筒
２５０…ステータ
２６０…モータ
２７０…シール部材
４００…円弧部
６００…スペーサ
７００、７００’…基板回転装置
７１０…内筒
７２０、７２０’…基板支持部
７３０…基板
８００…基板洗浄装置
８１０…ハウジング
８２０Ｕ、８２０Ｌ…洗浄アーム（アッパーアーム、ローワーアーム）
８２１…洗浄部材
８２２…液体供給ノズル
８３０…カップ
８４０…ダウンフロージェネレータ
９００…基板処理装置
９１０…ロード・アンロード部
９１２…搬送ロボット
９２０…研磨部
９２１…第１の研磨装置
９２２…第２の研磨装置
９２３…第３の研磨装置
９２４…第４の研磨装置
９３０…ウエハステーション
９４０…基板搬送ユニット
９５０…基板洗浄部
９５４…第１の洗浄部搬送ロボット
９５５…第２の洗浄部搬送ロボット
９６０…制御部
１０００…絶縁層

Claims

ロータを有するアウタロータ型のモータであって、前記ロータは、
実質的に円筒状のロータコアであって、複数の独立した円弧部に分割されている、ロータコアと、
前記ロータコアの内周部分に固定される複数のメタルバーであって、それぞれのメタルバーは前記ロータコアの軸方向に延びる、複数のメタルバーと、
前記複数のメタルバー同士を電気的に接続するエンドリングと、
を備え、
前記モータはさらに、
前記ロータの内周方向の空間に設けられたステータであって、前記ロータと対向するステータと、
前記ロータの外周に設けられた実質的に円筒状のスペーサと、を備え、
前記ロータは、前記エンドリングを２つ備え、
前記エンドリングのそれぞれは、前記ロータコアの端面のそれぞれに設けられており、
前記モータは、前記スペーサを２つ備え、
前記スペーサのそれぞれは、前記エンドリングのそれぞれに固定されており、
前記スペーサのそれぞれは電気的に非接触であり、
前記スペーサの表面には、前記エンドリングと前記スペーサを絶縁するためおよび前記ロータコアと前記スペーサを絶縁するための絶縁層が設けられている、
モータ。
請求項１に記載のモータであって、前記メタルバーは、前記エンドリングの内周面に溶接されている、モータ。
請求項２に記載のモータであって、
前記メタルバーは直方体形状またはアリ溝形状であり、
前記メタルバーの厚みは、前記メタルバーの幅の半分以下である、モータ。
請求項３に記載のモータであって、
前記メタルバーの辺のうち前記エンドリングの内周面に接触する辺は融接されており、
前記メタルバーの面のうち前記エンドリングの内周面と対向する面はろう接されている、モータ。
請求項１に記載のモータであって、前記スペーサの側面積は、前記ロータコアの側面積より大きい、モータ。
請求項１から５のいずれか一項に記載のモータであって、
前記ロータコアは複数の板の積層体であり、
前記スペーサのそれぞれの間に空隙が設けられるよう、前記スペーサが構成されており、
前記空隙の軸方向の長さは、前記ロータコアの１層分の厚さより小さい、モータ。
内筒と、
前記内筒の外周に設けられた、請求項１から６のいずれか一項に記載のモータと、
前記モータの外周に設けられた動翼と、
前記動翼の外側に設けられた外筒と、
前記外筒の内側かつ前記動翼の外側に設けられた静止翼と、
を備える、真空ポンプ。
内筒と、
前記内筒に設けられた、請求項１から６のいずれか一項に記載のモータと、
前記モータの外周に設けられた基板支持部と、
を備える、基板回転装置。