Motor for vacuum pump and vacuum pump including the same

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）。

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、前記ポンプ主軸に直接的或いは間接的に装着されるバランスリングであって、ロータコアの両端部から離れた両側に装着され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む、という構成を採っている。

また、第２の発明では、前記モータロータの両端部にはエンドリングが設けられ、このエンドリングとバランスリングとの間には、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３の発明では、前記バランスリングは断面Ｌ字状の形状を有し、前記ポンプ主軸に装着されるスリーブ又はポンプ主軸に取り付けられ、モータロータ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