(57)【要約】      （修正有）【課題】ポンプ効率の良好なブラインを循環させるためのポンプを提供する。【解決手段】外部装置５０の温度調節を行うためのブラインを循環させるポンプ１０が提供される。このポンプは、羽根車が取り付けられたポンプ主軸と、ポンプ主軸を内部に収容するポンプケーシング１１と、ポンプ主軸の軸方向においてポンプケーシングの吐出管とは反対側に設けられた、ポンプ主軸を回転させるためのモータ１００と、を有する。モータは、ロータ及びステータを有し、ロータは液体を封入可能なモータの内部空間内に設けられ、ステータは前記モータの密閉空間内に設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部装置の温度調節を行うためのブラインを循環させるポンプであって、
羽根車が取り付けられたポンプ主軸と、
前記ポンプ主軸を内部に収容するポンプケーシングと、
前記ポンプ主軸の軸方向において前記ポンプケーシングの吐出管とは反対側に設けられた、前記ポンプ主軸を回転させるためのモータと、を有し、
前記モータは、ロータ及びステータを有し、前記ロータは液体を封入可能な前記モータの内部空間内に設けられ、前記ステータは前記モータの密閉空間内に設けられる、ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載されたポンプにおいて、
前記モータの前記内部空間には、前記ブラインと同一の液体が封入される、ポンプ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載されたポンプにおいて、
前記モータは、永久磁石モータである、ポンプ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載されたポンプにおいて、
前記モータは、前記ロータと結合したモータ主軸を有し、
前記モータ主軸は、前記内部空間から前記ポンプ主軸に向かって延在し、
前記ポンプは、前記内部空間と前記モータ主軸との間を封止するためのオイルシールと、前記モータ主軸のラジアル方向の荷重を受けるすべり軸受と、を有する、ポンプ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載されたポンプと、
前記ポンプの少なくとも前記モータ及び吸込口が収容されるタンクと、
前記ポンプケーシングに接続される吐出管と、
一端が前記吐出管に接続されて前記ブラインを前記外部装置に供給し、且つ前記タンクに前記ブラインを戻すためのブライン配管と、
前記ブラインの温度を調節するための温度調節装置と、を有する、ブライン循環装置。
【請求項６】
請求項５に記載されたブライン循環装置において、
前記吐出管は、前記タンクの蓋に固定され、
前記ポンプは、前記ポンプケーシングが前記吐出管に接続されることにより、前記タンク内に吊り下げられる、ブライン循環装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ及びブライン循環装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置又は射出装置等の外部装置を冷却又は温度調節することを目的として、ブラインタンクに貯留したブラインを外部装置の熱交換部に圧送するためにポンプが用いられている。このようなポンプとして、例えば縦型多段式の浸漬式ポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３３０９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような縦型多段式のポンプは、ブラインタンクの上方に設置されたモータによりタンク内部に配置された羽根車を駆動するので、モータからタンク内部まで延在する長い主軸を有する。ポンプの吸込口と羽根車は、少量のブラインがタンクに貯留されている場合でもブラインを吸い込むことができるように、できるだけタンクの下部に位置させることが望ましい。このため、従来の縦型多段式のポンプでは、中間ケーシングを複数設けて、羽根車の位置を調整している。しかしながら、中間ケーシングの数が増えるほど、羽根車の吐き出し流路が複雑になり、圧力損失が増加してポンプ効率が悪くなるという問題がある。
【０００５】
また、特許文献１に開示されているように、縦型多段式のポンプでは、ブラインがポンプの内部からタンク外部へ漏れ出さないように、ポンプの主軸とモータケーシングとの間にメカニカルシールが設けられる。また、このようなポンプでは、ポンプの主軸の軸受としてボールベアリングが用いられる。しかしながら、メカニカルシール及びボールベアリングは、摩耗により消耗されるので、定期的な交換作業を要する。また、縦型多段式のポンプのモータは、タンク外部に配置されるので、モータを冷却するために冷却ファンを有する。このため、特に高速回転時におけるモータ及びファンの騒音が大きいという問題がある。
【０００６】
モータの出力は、モータトルクとモータの回転数に比例する。このため、モータの出力を大きくするためには、モータトルク又はモータの回転数を大きくする必要がある。しかしながら、上述したように、モータの回転数を大きくするとモータ及びファンの騒音が大きくなるし、回転数の上昇によりメカニカルシール及びボールベアリングの交換頻度を高くするおそれがある。このため、従来の縦型多段式のポンプでは、ある程度のモータ出力を得るためには、モータトルクを大きく、即ちモータそのもののサイズを大きくせざるを得ない。よって、タンク外部にモータを配置するスペースが大きくなる傾向があった。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、ポンプ効率の良好なブラインを循環させるためのポンプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一形態によれば、外部装置の温度調節を行うためのブラインを循環させるポンプが提供される。このポンプは、羽根車が取り付けられたポンプ主軸と、前記ポンプ主軸
を内部に収容するポンプケーシングと、前記ポンプ主軸の軸方向において前記ポンプケーシングの吐出管とは反対側に設けられた、前記ポンプ主軸を回転させるためのモータと、を有する。前記モータは、ロータ及びステータを有し、前記ロータは液体を封入可能な前記モータの内部空間内に設けられ、前記ステータは前記モータの密閉空間内に設けられる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係るポンプを使用したブライン循環装置の概略図である。
【図２】図１に示したポンプの部分拡大断面図である。
【図３】図１に示したモータの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下で説明する図面において、同一の又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。図１は、本実施形態に係るポンプを使用したブライン循環装置の概略図である。図１には、ブライン循環装置３０と、半導体製造装置又は射出装置等の外部装置５０とが示されている。ブライン循環装置３０は、外部装置の温度調節を行うために、温度調節したブラインを外部装置とブライン循環装置３０との間で循環させるように構成される。具体的には、ブライン循環装置は、外部装置が半導体製造装置である場合には例えば半導体ウェハを支持するサセプタを冷却し、外部装置が射出装置である場合には例えば金型を予熱するように構成される。本明細書におけるブラインとは、例えば水、プロピレングリコール水溶液、油、及びフロリナート（登録商標）等の熱媒体をいう。
【００１１】
図１に示すように、ブライン循環装置３０は、ポンプ１０と、吐出管１２と、タンク３１と、ブライン配管３２と、冷凍機３３と、戻り配管３４を有する。吐出管１２は、ポンプ１０に接続され、ポンプ１０が圧送するブラインをブライン配管３２に供給する。タンク３１は、外部装置の温度調節を行うためのブラインを貯留する。ポンプ１０は、その少なくとも一部がタンク３１内に収容され、タンク３１内のブラインを吐出管１２を介してブライン配管３２に圧送するように構成される。ブライン配管３２は、一端が吐出管１２に接続され、外部装置５０を通過して、他端が戻り配管３４に接続される。即ち、ブライン配管３２は、ポンプ１０から圧送されたブラインを外部装置５０に供給し、そのブラインをタンク３１に戻すように構成される。冷凍機３３は、ブライン配管３２を通過するブラインの温度を調節するための温度調節装置の一例である。具体的には、冷凍機３３は、ブライン配管３２を通過するブラインを冷却するように構成される。なお、本実施形態では、外部装置５０を冷却するために、温度調節装置の一例として冷凍機３３が設けられているが、これに限らず、外部装置５０に応じて、例えばヒータ等の温度調節装置を採用することができる。戻り配管３４は、ブライン配管３２からのブラインをタンク３１内に戻すように構成される。
【００１２】
図示のように、ポンプ１０は、タンク３１内に吊り下げ支持され、一部がブライン中に浸漬される縦型の浸漬式ポンプである。具体的には、ポンプ１０は、ポンプケーシング１１と、モータ１００と、を有する。なお、吐出管１２がポンプ１０の一部を構成していてもよい。ポンプケーシング１１は、後述する羽根車及びポンプ主軸（図２参照）を内部に収容し、ポンプ１０が圧送するブラインの流路を構成する。吐出管１２は、ポンプケーシング１１の上端に接続されて上方に延在し、ポンプケーシング１１内を通過するブラインをブライン配管３２に吐き出すように構成される。モータ１００は、ポンプ主軸（図２参照）を回転させるように構成され、図示のように、ポンプ主軸の軸方向（図中上下方向）において、吐出管１２とは反対側のポンプケーシング１１に設けられる。即ち、モータ１００は、モータ軸が上方に延在するように配置される。モータ１００は、ブラインの内部に浸漬して使用することができる液中モータである。
【００１３】
タンク３１は、開口部３１ａを有する。開口部３１ａは、タンク蓋３５により閉止される。タンク蓋３５は、例えばボルト等によりタンク３１に固定される。吐出管１２は、タンク蓋３５を貫通し、タンク蓋３５に溶接等により固定される。ポンプケーシング１１が吐出管１２と接続されることにより、ポンプ１０は、タンク蓋３５によって吊下げ支持される。タンク蓋３５には、さらに、口出線（リードワイヤ）３６が貫通し、その穴はゴムパッキン３７により封止される。口出線３６は、モータ１００と、タンク３１の外部に設けられた交流電源３９とをコネクタ４１を介して電気的に接続する。さらに、ブライン循環装置３０は、インバータ３８を有する。インバータ３８は、交流電源３９の周波数を変更することで、モータ１００の回転数を制御するように構成される。また、タンク３１の壁面には、安全弁４０が設けられる。安全弁４０は、ブラインの温度上昇等によりタンク３１の圧力が高くなりすぎたときに、タンク３１内の圧力を外部に逃がすように構成される。なお、安全弁４０は、図１に示されるようにタンク３１の壁面に設けられてもよいし、タンク蓋３５に設けられてもよい。
【００１４】
次に、図１に示したポンプ１０の構造について詳細に説明する。図２は、図１に示したポンプ１０の部分拡大断面図である。図２に示すように、ポンプ１０のポンプケーシング１１は、吐出ケーシング１１ａ、上部ケーシング１１ｂ、中間ケーシング１１ｃ、及び吸込ケーシング１１ｄを含む。また、ポンプケーシング１１の中間ケーシング１１ｃと吸込ケーシング１１ｄとの間には、ブラインを吸い込むための吸込口１３が設けられている。吐出ケーシング１１ａは、図１に示した吐出管１２に接続される。
【００１５】
ポンプケーシング１１の内部には、モータ１００のモータ軸（図３参照）とカップリング等を介して結合したポンプ主軸１４が延在する。ポンプ主軸１４には、複数の羽根車１５が取り付けられる。複数の羽根車１５は、ポンプ主軸１４の回転に伴って回転し、遠心力によりブラインを昇圧して吐出ケーシング１１ａに向かってブラインを圧送する。ポンプ主軸１４のモータ１００とは反対側の端部近傍は、すべり軸受１６によって支持される。
【００１６】
次に、図１に示したモータ１００の構造について詳細に説明する。図３は、図１に示したモータ１００の断面図である。モータ１００は、ブラインの内部に浸漬されて使用される液中モータであり、且つモータ内部に液体を収容する液封式モータである。図３に示すように、モータ１００は、ケーシング１０１を備える。ケーシング１０１は、筒状のフレーム１０２、第１のフレーム側板１２０、及び第２のフレーム側板１３０を有する。また、モータ１００は、フレーム１０２内に固定されたステータ（固定子）１０４、ステータ１０４の内側に設けられたロータ（回転子）１０７、及びロータ１０７に取り付けられたモータ主軸１１０を備える。さらに、モータ１００は、ステータ１０４とロータ１０７との間に介在する筒状のキャン１１１を備える。
【００１７】
ステータ１０４は、電磁鋼板を積層して形成されるステータコア１０５と、ステータコア１０５に巻かれるステータコイル１０６と、を有する。ステータコイル１０６には、ステータコイル１０６に通電するためのケーブルコネクタ１１２が接続されている。ロータ１０７は、積層した電磁鋼板と二次導体１０９と、を有する。本実施形態のモータ１００は、誘導電動機であるが、永久磁石をロータに配置した、いわゆる永久磁石モータとしてもよい。永久磁石モータは励磁回路が不要であるので、誘導電動機に比べて高効率にすることができ且つ長手方向の長さをより短く設計することができる。本実施形態のように、有限長のタンク３１内にモータポンプを設置する場合は、永久磁石モータの方が好ましい。モータ１００では、ステータコイル１０６への通電による回転磁界によってロータ１０７がフレーム１０２内で回転し、ロータ１０７の回転に伴ってモータ主軸１１０も回転する。
【００１８】
第１のフレーム側板１２０は、ポンプ１０が接続されない側の端部（反負荷側の端部）を覆うように設けられる。具体的には、第１のフレーム側板１２０は、ボルト１８４によって反負荷側ブラケット１２２に固定されている。一方、第２のフレーム側板１３０は、ポンプ１０が接続される側の端部（負荷側の端部）を覆うように設けられる。具体的には、第２のフレーム側板１３０は、ボルト１９４によって負荷側ブラケット１３１に固定されている。
【００１９】
キャン１１１は、ステータ１０４が配置される外周側のステータ室（密閉空間の一例に相当する）と、ロータ１０７が配置される内周側のロータ室（内部空間の一例に相当する）と、を隔離する。ステータ室には、ステータ１０４等から発生する熱を冷却するために、絶縁性の冷却油１１５が封入されている。また、ロータ室には、ロータ１０７等から発生する熱を冷却するとともにモータ主軸１１０の摺動性を向上させるために、封入液１１４が封入されている。キャン１１１は、封入液１１４と冷却油１１５とが互いに混入しないように、ステータ室とロータ室とを隔離する。このように、キャン１１１によってステータ室とロータ室とが隔離されることにより、冷却油１１５がモータ１００の外部に放出されるのを防止しつつ、絶縁性の冷却油１１５によってステータ１０４を冷却することができる。
【００２０】
本実施形態では、冷却油１１５として絶縁油であるパラフィン油等が用いられる。また、封入液１１４としては、例えば水、プロピレングリコール水溶液、油、及びフロリナート（登録商標）等が用いられる。後述するように、ロータ室に封入される封入液１１４は、ポンプ１０が圧送するブラインと同一の液体であることが好ましい。これにより、ロータ室内の封入液１１４が仮にタンク３１内に漏れたとしても、ブラインに影響を与えることがない。
【００２１】
モータ１００の反負荷側には、ロータ室内の圧力変動を吸収するダイヤフラム１８２が設けられている。ダイヤフラム１８２は、ロータ室内の圧力変動に応じて膜を変位させることにより、ロータ室内とモータ１００の外圧との圧力変動を吸収する。ダイヤフラム１８２は、モータ１００の定格、モータ１００が設置されるブラインの深さ及び温度（例えば、−２０℃〜８０℃など）、及びマージン等を考慮して、所定の体積量（圧力差）を吸収できるものを用いればよい。
【００２２】
モータ１００の反負荷側には、モータ主軸１１０を軸支するためのラジアル軸受１８８及びスラスト軸受１９０が設けられている。一方、モータ１００の負荷側には、第２のフレーム側板１３０と負荷側ブラケット１３１との間をシールするＯリング１９６、及びモータ主軸１１０を軸支するためのラジアル軸受１９８が設けられている。
【００２３】
第２のフレーム側板１３０の中央部には、モータ主軸１１０の先端部をモータ１００の外部へ突出させるために、モータ主軸１１０が貫通可能な貫通孔１３２が形成されている。モータ主軸１１０は、貫通孔１３２を通ってモータ１００の外部へ突出し、ポンプ１０のポンプ主軸１４と接続される。
【００２４】
本実施形態では、貫通孔１３２には、封入液１１４が外部に漏れたり、タンク３１内のブラインがモータ１００の内部へ侵入したりするのを防止する軸封機構１５０が設けられている。軸封機構１５０は、本実施形態では、例えばオイルシール又はメカニカルシールを有することができる。なお、封入液１１４がブラインと混合されてもよい場合は、軸封機構１５０を省略することもできる。また、モータ１００は、封入液１１４をロータ室内に供給するための注入口１６０を有する。
【００２５】
以上で説明したブライン循環装置３０の作用及び効果について説明する。まず、図１に関連して説明したように、ブライン循環装置３０のポンプ１０では、モータ１００が、ポンプ主軸１４の軸方向においてポンプケーシング１１の吐出管１２とは反対側に設けられている。これにより、ポンプ１０をタンク３１内に配置したときに、モータ１００をブラインに浸漬させることができる。したがって、モータ１００は、駆動中、ブラインにより冷却される。このため、モータ１００には、タンク３１の外部に配置された場合に必要であった冷却ファンを設ける必要が無いので、モータ１００の駆動時の冷却ファンによる騒音の発生を防止することができる。また、モータ１００がブラインに浸漬されているので、モータ１００の駆動による電磁音がブラインに吸収され、タンク外部への騒音を低減することができる。
【００２６】
また、モータ１００がブラインに浸漬されるので、モータ１００の封入液１１４が仮にロータ室から漏れ出したとしても、タンク３１の外部に流出することを防止することができる。タンク３１の外部に封入液１１４が流出するおそれが無いので、モータ１００に使用する軸封機構１５０を省略するか、又は軸封機構１５０としてメカニカルシールに比べて単純な構造であるオイルシールを採用することができる。また、モータ１００は液封式モータであるので、モータ主軸１１０の回りに液膜を形成することができるので、モータ主軸１１０の軸受としてラジアル軸受１８８，１９８を採用することができる。したがって、本実施形態のモータ１００は、従来のように交換頻度の高いメカニカルシール及びボールベアリングを使用する必要が無いので、メンテナンスコストを低減することができる。なお、軸封機構１５０としてオイルシールを採用した場合において、封入液１１４がブラインと混合しても問題が無ければ、オイルシールの交換はしなくてもよい。即ち、この場合、オイルシールが交換時期に至ったとしても、オイルシールを交換せずに放置することができる。
【００２７】
上述のように、本実施形態によれば、モータ１００による騒音が低減される。このため、モータ１００をより高速に回転させても、モータ１００による騒音の大きさを、従来に比べて抑制することができる。また、モータ１００は、高速回転により消耗しやすいメカニカルシール、及び高速回転に不向きなボールベアリングを有する必要が無いので、モータ１００を高速回転させることができる。上述したように、モータ１００の出力は、モータトルクとモータ１００の回転数に比例する。このため、モータ１００の回転数を増加させることで、所定のモータ出力を得るのに必要なモータトルクを小さくすることができる。その結果、モータ１００の大きさを小さくすることができるので、モータ１００を配置するのに必要なタンク３１内のスペースを小さくすることができる。さらに、本実施形態のようにモータ１００として永久磁石モータを使用する場合は、一層モータを小型化することができる。なお、本実施形態のモータ１００としては永久磁石モータに限らず、誘導モータを採用してもよい。
【００２８】
さらに、図１及び図２に示したように、モータ１００はポンプ１０の下方に設けられる。これにより、モータ１００がタンク３１外部に配置される場合に比べて、ポンプ１０の中間ケーシング１１ｃの長さを短くすることができる。ひいては、中間ケーシング１１ｃの長さに起因する圧力損失を低減することができ、ポンプ効率を向上させることができる。
【００２９】
また、本実施形態に係るブライン循環装置３０において、メンテナンス時、吐出管１２からポンプ１０を取り外すことで、ポンプ１０を交換することができる。ポンプ１０を吐出管１２から取り外すと、吐出管１２及びポンプ１０内の液体はタンク３１内に落下するので、メンテナンス時においてもブラインがタンク３１の外部に流出するおそれが非常に低い。
【００３０】
上述したように、モータ１００の封入液１１４として、ブラインと同一の液体を使用することが好ましい。外部装置５０が半導体製造装置である場合、フロリナート（登録商標）等の絶縁性流体がブラインとして使用され得る。この場合において、モータ１００の封入液１１４としてプロピレングリコールを使用して、封入液１１４とフロリナートとが混合すると、有害なフッ化水素が生成される。これに対して、封入液１１４としてブラインと同一の液体を使用した場合は、このような問題が解消される。また、封入液１１４とブラインとが同一である場合には、これらが混合したとしてもブライン循環装置３０への影響がない。したがって、このような場合は、ポンプ１０の軸封機構１５０を省略することができる。
【００３１】
以下に本明細書が開示する形態のいくつかを記載しておく。
第１形態によれば、外部装置の温度調節を行うためのブラインを循環させるポンプが提供される。このポンプは、羽根車が取り付けられたポンプ主軸と、前記ポンプ主軸を内部に収容するポンプケーシングと、前記ポンプ主軸の軸方向において前記ポンプケーシングの吐出管とは反対側に設けられた、前記ポンプ主軸を回転させるためのモータと、を有する。前記モータは、ロータ及びステータを有し、前記ロータは液体を封入可能な前記モータの内部空間内に設けられ、前記ステータは前記モータの密閉空間内に設けられる。
【００３２】
第２形態によれば、第１形態のポンプにおいて、前記モータの前記内部空間には、前記ブラインと同一の液体が封入される。
【００３３】
第３形態によれば、第１又は第２形態のポンプにおいて、前記モータは、永久磁石モータである。
【００３４】
第４形態によれば、第１から第３形態のいずれかのポンプにおいて、前記モータは、前記ロータと結合したモータ主軸を有し、前記モータ主軸は、前記内部空間から前記ポンプ主軸に向かって延在し、前記ポンプは、前記内部空間と前記モータ主軸との間を封止するためのオイルシールと、前記モータ主軸のラジアル方向の荷重を受けるすべり軸受と、を有する。
【００３５】
第５形態によれば、ブライン循環装置が提供される。このブライン循環装置は、第１から第４形態のいずれかのポンプと、前記ポンプの少なくとも前記モータ及び吸込口が収容されるタンクと、前記ポンプケーシングに接続される吐出管と、一端が前記吐出管に接続されて前記ブラインを前記外部装置に供給し、且つ前記タンクに前記ブラインを戻すためのブライン配管と、前記ブラインの温度を調節するための温度調節装置と、を有する。
【００３６】
第６形態によれば、第５形態のブライン循環装置において、前記吐出管は、前記タンクの蓋に固定され、前記ポンプは、前記ポンプケーシングが前記吐出管に接続されることにより、前記タンク内に吊り下げられる。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上述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、特許請求の範囲及び明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、又は省略が可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１０…ポンプ
１１…ポンプケーシング
１４…ポンプ主軸
１５…羽根車
３０…ブライン循環装置
３１…タンク
３２…ブライン配管
３３…冷凍機
１００…モータ
１１０…モータ主軸
１１４…封入液
【図１】
2018204518.tif 000003
【図２】
2018204518.tif 000004
【図３】
2018204518.tif 000005