(57)【要約】【課題】  空運転時にも、摺動による軸受の損耗やパーティクルの発生を防止できるモータポンプを提供する。【解決手段】  ポンプ羽根車１３と、永久磁石２２を外周面に備えたモータロータ２１と、該モータロータのさらに外周に配置されたモータステータ２５とを備えたモータポンプ１０であって、前記モータステータのステータコアの軸方向中心（ＡＡ線）と、前記モータロータの永久磁石の軸方向中心（ＢＢ線）とが、軸方向にずれた位置に配置されている。前記ポンプ羽根車の吸込みマウス部１３ａの外周部と、ポンプケーシング１４との間にライナリングを兼用したスラスト滑り軸受１６を配置し、前記滑り軸受は、スパイラルグルーブ溝あるいはヘリングボーン溝を設け、動圧軸受を構成した。【選択図】      図１
2006112235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプケーシング内に配置されたポンプ羽根車と、該ポンプ羽根車と一体に構成された永久磁石を外周面に備えたモータロータと、該モータロータの外周に配置されたモータステータとを備えたモータポンプであって、
前記モータステータのステータコアの軸方向中心と、前記モータロータの永久磁石の軸方向中心とが、軸方向にずれた位置に配置されていることを特徴とするモータポンプ。
【請求項２】
前記ポンプ羽根車の吸込みマウス部の外周部端面と、前記ポンプケーシングとの間にライナリングを兼用したスラスト滑り軸受を配置したことを特徴とする請求項１記載のモータポンプ。
【請求項３】
前記モータロータはその回転軸中心に中空部を備え、該中空部内にラジアル滑り軸受を配置したことを特徴とする請求項１記載のモータポンプ。
【請求項４】
前記滑り軸受は、スパイラルグルーブ溝あるいはヘリングボーン溝を設け、動圧軸受を構成したことを特徴とする請求項２または３記載のモータポンプ。
【請求項５】
前記滑り軸受は、非金属にて構成されていることを特徴とする請求項２または３記載のモータポンプ。
【請求項６】
前記ポンプ羽根車は樹脂にて構成され、前記モータロータは樹脂にて構成され、該樹脂中に前記永久磁石が埋め込まれ、該永久磁石の外周面が樹脂により被覆され、前記モータステータの内周面が樹脂により被覆されていることを特徴とする請求項１記載のモータポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石型モータを備えたモータポンプに係り、例えば半導体製造工程等の極めて清浄度の高い環境で、純水や薬液等を圧送するのに好適なノンパーティクル（微粒子の発生しない）モータポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ポンプ羽根車がモータロータの一端に固定された一体構造のモータポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。係るモータポンプにおいては、モータロータの外周にキャン封止されたモータステータが配置され、ポンプ羽根車の周囲にポンプケーシングが配置され、ポンプケーシングの吸込口から吸込まれた液体がポンプ羽根車により加圧され、ポンプケーシングの吐出口から吐出されるようになっている。
【特許文献１】特開平５−２１９６８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えば、半導体製造工程においては、半導体ウエハの洗浄に用いる純水の圧送用、各種薬液の圧送用等に当該液を可能な限り汚染しない構造のモータポンプが用いられている。これらのモータポンプにおいては、一般に滑り軸受により回転体が支持され、ポンプの取扱液、すなわち、圧送対象の液体により軸受が潤滑されている。しかしながら、ポンプ運転中、液体が存在する場合においても軸受のわずかな摺動による軸受摩擦からパーティクルの発生が生じてしまう。
【０００４】
さらには、ポンプ始動時等に液体が存在しない場合、或いは、気泡が混ざった液体が送られてくる場合には、モータポンプは空運転の状態、或いはこれに近い状態となる。このとき、滑り軸受では潤滑材としての液体が存在しないか不十分となり、摺動熱が発生し、軸受の損耗或いは多量のパーティクル発生等の問題が生じる。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みて為されたもので、モータポンプの空運転時にも、回転体の摺動による軸受の損耗やパーティクルの発生を防止できるモータポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のモータポンプは、ポンプケーシング内に配置されたポンプ羽根車と、該ポンプ羽根車と一体に構成された永久磁石を外周面に備えたモータロータと、該モータロータのさらに外周に配置されたモータステータとを備えたモータポンプであって、前記モータステータのステータコアの軸方向中心と、前記モータロータの永久磁石の軸方向中心とが、軸方向にずれた位置に配置されていることを特徴とするものである。
【０００７】
ここで、前記ポンプ羽根車の吸込みマウス部の外周部と、ポンプケーシングとの間にライナリングを兼用したスラスト滑り軸受を配置し、前記滑り軸受は、スパイラルグルーブ溝あるいはヘリングボーン溝を設け、動圧軸受を構成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、モータステータのステータコアの軸方向中心と、前記モータロータの永久磁石の軸方向中心とが、軸方向にずれた位置に配置されていることで、回転軸方向のバイアス力をモータロータおよびポンプ羽根車に作用させることができる。このバイアス力を適正に設定することでポンプ運転中、及び、ポンプ取扱液が存在しない状態でのポンプ運転においても、スラスト滑り軸受のスパイラル溝等により、液体や空気による動圧を形成して、動圧軸受を構成するので、動圧軸受を構成する両軸受部材の滑り面が非接触の状態で運転することができる。
【０００９】
これにより、軸受からのパーティクルの発生を防止でき、かつポンプ運転時に羽根車吸込口とポンプケーシングとの隙間を最小とすることができ、該隙間での漏れが極小となる効率の良いポンプ性能を得ることができる。またポンプ空運転時でも、滑り軸受を有するモータポンプの軸受部分の摺動に伴うパーティクルの発生や、軸受の摩耗、損傷という問題を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明のモータポンプの外観を示し、図２および図３は断面図によりその構造の詳細を示す。なお、各図中、同一の作用または機能を有する部材または要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１１】
本発明のモータポンプ１０は、例えば半導体製造工程における純水や薬液の圧送に好適ないわゆるノンパーティクルポンプであり、その接液部が樹脂材料により構成されている。ここで、ポンプケーシング１４は、樹脂材により構成され、ポンプ羽根車１３もテフロン（登録商標）等の樹脂材により構成され、その内部に渦巻型の流体の流路が形成されている。したがって、ポンプケーシング１４の吸込口１５から吸い込まれた液体は、ポンプ羽根車の吸込マウス部１３ａからポンプ羽根車１３内部の渦巻型の流路に入り、その回転により加圧され、羽根車出口部１３ｂから吐出される。
【００１２】
このモータポンプ１０は、ポンプ部１１とモータ部１２とから構成され、ポンプ部１１では、ポンプケーシング１４内にポンプ羽根車１３が配置されている。モータ部１２には、後に詳述するように永久磁石型モータロータ２１を備えたブラシレスＤＣモータが配置されている。
【００１３】
ポンプ羽根車１３は、テフロン（登録商標）等の樹脂で構成されたモータロータ２１の端面に固着され、ポンプ羽根車１３とモータロータ２１とは一体的に構成されている。モータロータ２１の内部の外周面側には、リング状の永久磁石２２と、その内周面側にロータバックヨーク（鉄心）２３とが埋め込まれて配置されている。リング状の永久磁石２２は、図３に示すように、例えば４極に着磁されている。
【００１４】
モータロータ２１に埋め込まれた永久磁石２２の表面には樹脂のロータキャン２８が配置され、永久磁石２２の表面が露出しないようになっている。これにより、酸やアルカリ等の薬液を圧送する場合にも、永久磁石材料等の溶解という問題を防止でき、取扱液の汚染を防止できる。
【００１５】
モータロータ２１の外周には、クリアランスＸを隔てて、モータステータ２５が配置されている。モータステータ２５は、その外周面側がモータフレーム２６に固定され、また、その内周面側に樹脂からなるステータキャン２７が配置されている。モータステータ２５は、鉄心からなるステータコア２５ａとコイル２５ｂとにより構成されている。そして、モータステータ２５のコイル２５ｂに交流電流を通電すると、モータステータ２５の電磁気作用により、その形成する空間回転磁界により、４極の永久磁石による磁極を備えたモータロータ２１が回転駆動され、これに一体的に固定されたポンプ羽根車１３が回転駆動される。
【００１６】
図２に示すように、モータステータ２５のステータコア２５ａの軸方向中心（ＡＡ線）と、モータロータ２１の永久磁石２２の軸方向中心（ＢＢ線）とが、回転軸方向にずれた位置に配置されている。このため、回転軸方向に図中の右側に向かうバイアス力がモータロータ２１およびポンプ羽根車１３に発生する。そして、このバイアス力はステータコア２５ａを構成する鉄心と永久磁石の磁極との磁気吸引力に基づくものであるので、モータステータのコイル２５ｂに通電しなくても、常にこのバイアス力は作用する。
【００１７】
このモータポンプ１０では、ポンプ羽根車の吸込みマウス部の外周部端面と、前記ポンプケーシングとの間にライナリングを兼用したスラスト滑り軸受を配置している。すなわち、図２に示すように、ポンプ羽根車１３の吸込マウス部１３ａ外周部端面と、ポンプケーシング１４の吸込管１５ａ外周部端面との間に、ライナーリングを兼用したスラスト滑り軸受１６を配置している。このスラスト滑り軸受１６は、回転側である羽根車１３側にセラミック等の非金属材料（ＳｉＣまたはアルミナ等）にて構成されている滑り軸受部材１６ａと、固定側であるポンプケーシング１４側に同じくセラミック等の非金属材料（ＳｉＣまたはアルミナ等）にて構成された滑り軸受部材１６ｂとを備え、それぞれの滑り面が対面している。
【００１８】
滑り軸受部材１６ａの面には、スパイラルグルーブ溝あるいはへリングボーン溝を設け、対面する滑り軸受部材１６ｂの面には平滑な面を施し、対面する滑り面間で動圧軸受を構成している。すなわち、ポンプ羽根車１３が回転すると、滑り軸受部材の滑り面に設けられたスパイラルグルーブ溝等により、空気や液体による動圧が発生する。この動圧により、滑り軸受部材１６ａ，１６ｂの滑り面間が非接触の状態となり、両者が摺動することなく、ポンプ羽根車１３等の回転体の図中右側に向かうスラスト荷重を支持することができる。なお、スパイラルグルーブ溝等は、滑り軸受１６ｂの面に設け、滑り軸受１６ａの面を平滑面としてもよい。
【００１９】
図２に示すように、ステータキャン２７は有底円筒状をなしていて、その内部にモータロータ２１が挿入されるようになっている。有底円筒状をなすステータキャンの底部２７ａには回転軸方向に伸びる支柱３０が配置され、この支柱３０のフランジ部３０ａがねじ３１によりステータキャン２７の底部２７ａに固定されている。支柱３０はＳｉＣやアルミナなどのセラミック等の非金属材料からなり、軸方向に２カ所、表面の円周上にヘリングボーン溝を設け、動圧軸受を形成している。
【００２０】
このラジアル滑り軸受部３２は、モータロータ２１の内周面に配置されたスリーブ３３とわずかなクリアランスを隔てて対面するようになっている。ここで、スリーブ３３もＳｉＣやアルミナなどの非金属材料により構成されている。このため、モータロータ２１が回転すると、へリングボーン溝等の滑り軸受部材の表面に空気による動圧が生じ、モータロータ２１のスリーブ２４の内周面がラジアル滑り軸受部材３１に対して非接触で支持される。
【００２１】
したがって、このモータポンプ１０においては、ポンプ羽根車１３と一体となったモータロータ２１がラジアル滑り軸受部３２によりラジアル方向に回転自在に支持されるとともに、ポンプ羽根車１３の吸込マウス部外周端面に設けられたスラスト滑り軸受１６によりスラスト方向に、同様に回転自在に支持される。そして、これらの軸受は、空気や液体による動圧で非接触支持が可能なので、ポンプ運転中のパーティクル発生やポンプ空運転時にもパーティクルの発生や軸受の損傷という問題が発生せず、安定な運転が可能である。
【００２２】
本発明のモータポンプ１０では、上述したように、モータステータ２５のステータコア２５ａの軸方向中心（ＡＡ線）と、モータロータ２１の永久磁石２２の軸方向中心（ＢＢ線）とが、回転軸方向にずれた位置に配置されているので、モータロータ２１が軸方向右側に向かうバイアス力が付与される。これにより、前記ポンプ羽根車の吸込みマウス部の外周部端面と、前記ポンプケーシングとの間に、スラスト滑り軸受を兼用したライナリング機構、すなわち、軸シール機構が形成されている。
【００２３】
この軸シール機構は、滑り軸受部材１６ａは、回転体側のインペラリングの役割を果たし、滑り軸受部材１６ｂは固定側のライナーリングの役割を果たしている。すなわち、滑り軸受部材１６ａ，１６ｂの滑り面間の隙間がポンプ室内の高圧部であるボリュート部１４ａと低圧部である吸込マウス部１３ａとの間のポンプ取扱液の漏洩経路に対して、動圧軸受による浮上による隙間のみの最小隙間で回転側と固定側の間の軸シール機構を構成している。これにより、該軸受部からのパーティクルの発生を防止し、ポンプ運転時羽根車吸込口とポンプケーシングとの隙間からの漏洩を極小とし効率の良いポンプ性能を得ることができる。
【００２４】
すなわち、ポンプ起動時等にポンプ取扱液が存在せず、空運転状態となる場合にも、この適正なバイアス力が付与されたもとでの動圧軸受機構により、滑り軸受部材１６ａ，１６ｂの両滑り面を略非接触状態で運転でき、これにより空運転状態における軸受の損傷やパーティクルの発生を防止できる。
【００２５】
このバイアス力の大きさは、ステータコア２５ａの軸方向中心（ＡＡ線）と永久磁石２２の軸方向中心（ＢＢ線）との軸方向のずれの大きさや永久磁石の磁気力の強さ等により調整が可能である。そして、このバイアス力を適正に設定することで、ポンプ取扱液が存在しない状態でのポンプ運転、すなわち空運転の状態においても、スラスト滑り軸受１６において軸受部材１６ａ，１６ｂ間に、スパイラル溝等により、空気や液体により動圧を形成して、動圧軸受を構成することで、両軸受部材１６ａ，１６ｂの滑り面が非接触の状態でかつ極小の漏洩流路を保持して運転することができる。
【００２６】
したがって、ポンプ取扱液が存在しない状態でモータポンプを起動する場合、あるいはポンプ運転中に何らかの状態で取扱液が途絶え、ポンプが空運転する場合等においても、スラスト滑り軸受１６を空気による動圧で非接触状態でポンプ羽根車１３側のスラスト力を受けることができる。これにより、ポンプ空運転時に、滑り軸受を有するモータポンプの軸受部分の摺動に伴うパーティクルの発生や軸受の摩耗、損傷という問題を防止できる。
【００２７】
なお、ポンプ運転中のスラスト力は図中右側に向かう方向に作用する。ポンプに十分な取扱液が存在する場合には、スラスト滑り軸受１６ａ，１６ｂ間には液体が存在し、動圧軸受による浮上力によりスラスト滑り軸受１６ａ，１６ｂ間には、スラスト力およびバイアス力に抗してわずかな隙間が保たれる。これにより、パーティクルの発生のない良好な軸シール特性を得ることができ、効率の良いポンプ特性が得られる。
【００２８】
そして、モータステータ２５は樹脂のステータキャン２７に被覆され、またモータロータ２１の永久磁石２２も同様に樹脂のロータキャン２８により被覆されていて、また、ポンプ羽根車１３自体も樹脂により構成されている。このため、樹脂材料として例えばテフロン（登録商標）等の各種の薬液に対して耐性を有する材料を用いることで、各種の薬液の搬送が可能となる。また、各種の薬液に対して耐性の高い樹脂材料を用いることで、ポンプ取扱液中への樹脂材料の溶解が防止でき、パーティクル汚染およびケミカル汚染を防止できる。
【００２９】
なお、上記実施形態では、接液部が樹脂により構成されたノンパーティクルポンプの例について説明したが、その他の形式のブラシレスＤＣモータにより駆動される一般のモータポンプにも、本発明の趣旨を同様に適用できることは勿論である。
【００３０】
すなわち、これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態のモータポンプの外観を示す部分透過斜視図である。
【図２】図１のモータポンプの回転軸に沿った縦断面図である。
【図３】図２のＡＡ線に沿った横断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０      モータポンプ
１１      ポンプ部
１２      モータ部
１３      ポンプ羽根車
１３ａ    吸込マウス部
１３ｂ    羽根車出口部
１４      ポンプケーシング
１５      吸込口
１５ａ    吸込管
１６      スラスト滑り軸受
１６ａ，１６ｂ       スラスト滑り軸受部材
１７      吐出口
２１      モータロータ
２２      永久磁石
２３      バックヨーク(鉄心)
２４      スリーブ
２５      モータステータ
２５ａ    ステータコア
２５ｂ    コイル
２６      モータフレーム
２７      ステータキャン
２７ａ    ステータキャン底部
２８      ロータキャン
３０      支柱
３０ａ    フランジ部
３１      ねじ
３２      ラジアル滑り軸受部
３３      スリーブ
Ｘ        クリアランス
【図１】
2006112235.tif 000003
【図２】
2006112235.tif 000004
【図３】
2006112235.tif 000005