(57)【要約】【課題】非導電性であり、薄肉であり、かつ機械的強度に優れたキャンを提供する。【解決手段】キャンドモータ２００は、ポンプロータを回転駆動するためのポンプ主軸３１０に設けられたモータロータ２２０と、モータロータ２２０の外側に配置されたモータステータ２３０と、モータロータ２２０とモータステータ２３０との間に配置され、モータロータ２２０とモータステータ２３０とを隔離するキャン２４０と、を備える。キャン２４０は、モータロータ２２０とモータステータ２３０との間に配置され、樹脂で形成された筒状の胴部２４２と、胴部２４２の外周に巻きつけられた炭素繊維２４８と、を備えている。【選択図】図３
2015008591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプの回転駆動源として使用されるキャンドモータであって、
前記ポンプのロータを回転駆動するための回転軸に設けられたモータロータと、
前記モータロータの外側に配置されたモータステータと、
前記モータロータと前記モータステータとの間に配置され、前記モータロータと前記モータステータとを隔離するキャンと、
を備え、
前記キャンは、樹脂と炭素繊維とを含んで形成されている、
ことを特徴とするキャンドモータ。
【請求項２】
請求項１のキャンドモータにおいて、
前記キャンは、前記モータロータと前記モータステータとの間に配置され、樹脂で形成された筒状の胴部と、
前記胴部の外周に巻きつけられた炭素繊維と、
を含むことを特徴とするキャンドモータ。
【請求項３】
請求項１のキャンドモータにおいて、
前記キャンは、炭素繊維が内部に含有された樹脂によって形成されている、
ことを特徴とするキャンドモータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のキャンドモータを備えたことを特徴とする真空ポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャンドモータ、及び真空ポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、下記特許文献に記載されるようなモータを備えた真空ポンプ装置が知られている。真空ポンプ装置は、半導体製造工程における真空チャンバ内のプロセスガスの排気などに広く使用されている。
【０００３】
真空ポンプ装置用のモータは、キャンドモータ化が進んでいる。キャンドモータとは、モータステータとモータロータの間にキャン（隔壁）を設けることによって、大気側に連通するモータステータとポンプ排気部に連通するモータロータとを隔離させるものである。キャンドモータ化によって、ポンプ軸のシール機構を削除することができるので、気密性能の向上、メンテナンスフリー化、及び構造簡略化などが図られる。
【０００４】
キャンドモータにおけるキャンは、モータステータとモータロータとの間の離隔距離を小さくするために、可能な限り薄肉とすることが望ましい。一方で、キャンは、真空ポンプ装置における圧力容器の一部を担うため、少なくとも大気による外圧に対して十分強度を確保する必要がある。また、キャンは、真空ポンプ装置で排気するガスに対して腐食などにより損傷を受けない、真空環境を汚染しない、モータの発熱に対する耐熱性を有する、などの特性が求められる。
【０００５】
このため、従来のキャンは一般に、ステンレス鋼やハステロイなどの耐食性を有する非磁性金属材料で形成されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−８９１５８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１０１５９４号公報
【特許文献３】特開２００５−１８４９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非磁性金属製のキャンを使用した場合、モータステータからの磁束の作用によってキャンの表面に渦電流が発生し、このときの損失によってモータ効率が低下するおそれがある。
【０００８】
そこで、モータ効率の低下を防ぐために、樹脂製のキャンを使用する技術が知られている。樹脂製のキャンは、通常、射出成形によって製造されるが、真空ポンプ装置の圧力変動に耐えられるだけの機械的強度を確保するために、非磁性金属製のキャンと比べて厚みが大きくなる傾向になる。キャンの厚みが大きくなると、モータステータとモータロータとの離隔距離が大きくなり、モータ特性が低下するおそれがある。
【０００９】
そこで本願発明は、非導電性であり、薄肉であり、かつ機械的強度に優れたキャンを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明のキャンドモータの一形態は、上記課題に鑑みなされたもので、ポンプの回転
駆動源として使用されるキャンドモータであって、前記ポンプのロータを回転駆動するための回転軸に設けられたモータロータと、前記モータロータの外側に配置されたモータステータと、前記モータロータと前記モータステータとの間に配置され、前記モータロータと前記モータステータとを隔離するキャンと、を備え、前記キャンは、樹脂と炭素繊維とを含んで形成されている、ことを特徴とする。
【００１１】
また、前記キャンは、前記モータロータと前記モータステータとの間に配置され、樹脂で形成された筒状の胴部と、前記胴部の外周に巻きつけられた炭素繊維と、を含むことができる。
【００１２】
また、前記キャンは、炭素繊維が内部に含有された樹脂によって形成することができる。
【００１３】
また、本願発明の真空ポンプ装置の一形態は、上記のいずれかのキャンドモータを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
かかる本願発明によれば、非導電性であり、薄肉であり、かつ機械的強度に優れたキャンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本実施形態の真空ポンプ装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図２は、本実施形態の真空ポンプ装置の概略構成を示す他の断面図である。
【図３】図３は、本実施形態のキャンドモータの概略構成を示す断面図である。
【図４】図４は、本実施形態のキャンドモータに用いられるキャンの概略構成を示す図である。
【図５】図５は、比較例のキャンドモータの概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本願発明の一実施形態に係るキャンドモータ、及び真空ポンプ装置を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、本実施形態の真空ポンプ装置の概略構成を示す断面図である。図２は、本実施形態の真空ポンプ装置の概略構成を示す他の断面図である。
【００１８】
図１は、真空ポンプ装置１００が有する一対のポンプロータ３００，４００のうちの一方のポンプロータ３００の回転中心軸線ＡＲ１を含む断面を示しており、図２は、真空ポンプ装置１００が有する一対のポンプロータ３００，４００の双方の回転中心軸線ＡＲ１，２を含む断面を示している。
【００１９】
図１，２に示すように、真空ポンプ装置１００は、キャンドモータ２００と、キャンドモータ２００によって回転駆動される一対のポンプロータ３００，４００とを備えている（図１では、一方のポンプロータ３００のみが図示されている）。
【００２０】
ポンプロータ３００は、ポンプ主軸（回転軸）３１０と、ポンプ主軸３１０にそれぞれ間隔を空けて取り付けられた第１段ポンプロータ３１２、第２段ポンプロータ３１４、及び第３段ポンプロータ３１６と、を備えている。また、ポンプロータ４００は、ポンプ主軸４１０と、ポンプ主軸４１０にそれぞれ間隔を空けて取り付けられた第１段ポンプロータ４１２、第２段ポンプロータ４１４、及び第３段ポンプロータ４１６と、を備えている。
【００２１】
第１段ポンプロータ３１２，４１２、第２段ポンプロータ３１４，４１４、及び第３段ポンプロータ３１６，４１６は、上ケーシング３２０と下ケーシング３３０とによって形成される空間内に収容されている。上ケーシング３２０の上部には上閉止板３２２が取り付けられ、下ケーシング３３０の下部には下閉止板３３２が取り付けられる。
【００２２】
上閉止板３２２には、ポンプロータ３００，４００へ処理ガスを吸気するための吸気口３２４が形成される。下閉止板３３２には、ポンプロータ３００，４００から処理ガスを排気するための排気口３３４が形成される。
【００２３】
上ケーシング３２０及び下ケーシング３３０の反キャンドモータ２００側には、反キャンドモータ２００側へ突き出したポンプ主軸３１０，４１０を収容する吸気側中間部材３４５が設けられる。吸気側中間部材３４５から反キャンドモータ２００側へ突き出したポンプ主軸３１０，４１０の端部は、軸受３４０，４４０によって軸支されている。また、吸気側中間部材３４５の反キャンドモータ２００側にはサイドキャップ３５０，４５０が設けられている。ポンプ主軸３１０，４１０の端部と軸受３４０，４４０は、サイドキャップ３５０，４５０に収容されている。
【００２４】
上ケーシング３２０及び下ケーシング３３０のキャンドモータ２００側には、排気側中間部材３６０が設けられており、排気側中間部材３６０のキャンドモータ２００側には、排気側カバー３７０が設けられている。排気側中間部材３６０及び排気側カバー３７０は、上ケーシング３２０及び下ケーシング３３０からキャンドモータ２００側へ突き出したポンプ主軸３１０，４１０を収容する。ポンプ主軸３１０，４１０は、上ケーシング３２０と下ケーシング３３０とによって形成される空間からキャンドモータ２００側へ突き出した部分において、軸受３４２，４４２によって軸支されている。軸受３４２，４４２は、排気側中間部材３６０及び排気側カバー３７０内に収容されている。
【００２５】
排気側中間部材３６０は、ポンプ主軸３１０，４１０と対向する面に周方向に沿って溝が形成されており、排気側中間部材３６０とポンプ主軸３１０，４１０との間には、この溝を含む中間室３６２，４６２が設けられている。中間室３６２，４６２と排気口３３４は、連通路３６４によって連通されている。
【００２６】
排気側カバー３７０の内部には、一対のタイミングギア３８０，４８０が収容されている。タイミングギア３８０，４８０は、ポンプ主軸３１０，４１０と連結され、相互に噛み合うようになっている。
【００２７】
キャンドモータ２００を駆動すると、タイミングギア３８０及びポンプロータ３００が回転駆動される。タイミングギア３８０，４８０が相互に噛み合うことによって、ポンプロータ４００も回転駆動される。一対のポンプロータ３００，４００は、上ケーシング３２０及び下ケーシング３３０の内面との間、及び第１段ポンプロータ３１２，４１２、第２段ポンプロータ３１４，４１４、及び第３段ポンプロータ３１６，４１６同士の間にわずかな隙間を保持して、非接触で逆方向に同期回転する。一対のポンプロータ３００，４００の回転につれて、吸気口３２４から導入された処理ガスは、第１段ポンプロータ３１２，４１２、第２段ポンプロータ３１４，４１４、及び第３段ポンプロータ３１６，４１６により圧縮移送されて、排気口３３４から排出される。
【００２８】
次に、キャンドモータ２００の構成について説明する。図３は、本実施形態のキャンドモータの概略構成を示す断面図である。図４は、本実施形態のキャンドモータに用いられるキャンの概略構成を示す図である。
【００２９】
キャンドモータ２００は、真空ポンプ装置１００（ポンプロータ３００）の回転駆動源として使用される。キャンドモータ２００は、ポンプロータ３００を回転駆動するためのポンプ主軸３１０に設けられたモータロータ２２０と、モータロータ２２０の外側に配置されたモータステータ２３０と、を備える。また、キャンドモータ２００は、モータロータ２２０とモータステータ２３０との間に配置されたキャン２４０と、ステータフレーム２５０とを備える。
【００３０】
ステータフレーム２５０は、フレーム本体２５２と側板２５４とを備える。フレーム本体２５２は、回転中心軸線ＡＲ１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２５４は、円板形状を有しており、フレーム本体２５２の反ポンプロータ３００側の開口を閉じる。モータロータ２２０、モータステータ２３０、及びキャン２４０は、ステータフレーム２５０の内部空間に収容されている。
【００３１】
モータステータ２３０は、ステータコア２３２にコイル２３４が装着された構成を有する。モータステータ２３０は、フレーム本体２５２の内部にステータコア２３２が嵌め込まれることによって、回転中心軸線ＡＲ１と同心にステータフレーム２５０に固定される。
【００３２】
モータロータ２２０は、モータステータ２３０の内部に、回転中心軸線ＡＲ１と同心に配置され、ポンプ主軸３１０に直結されている。
【００３３】
キャン２４０は、モータロータ２２０とモータステータ２３０との間に配置され、モータステータ２３０（ステータコア２３２）と当接した状態で、モータロータ２２０とモータステータ２３０とを隔離するための部材である。キャン２４０は、胴部２４２と、閉塞部２４４と、フランジ部２４６とを備えている。
【００３４】
胴部２４２は、筒形状を有し、回転中心軸線ＡＲ１と同心に配置されている。胴部２４２は、回転中心軸線ＡＲ１方向におけるモータステータ２３０の設置範囲の全体に延びて形成されている。閉塞部２４４は、円板状に形成されており、胴部２４２の反ポンプロータ３００側の端部の開口を閉じる。フランジ部２４６は、胴部２４２のポンプロータ３００側の端部から外方向に向けて張り出して形成されている。キャン２４０は、ステータフレーム２５０と排気側カバー３７０の間にフランジ部２４６を挟み込むことによって固定される。胴部２４２、閉塞部２４４、及びフランジ部２４６は、樹脂によって形成されている。
【００３５】
ここで、本実施形態のキャン２４０は、樹脂と炭素繊維とを含んで形成されている。具体的には、キャン２４０は、胴部２４２の外周部に接着して巻きつけられた炭素繊維２４８を備える。より具体的には、炭素繊維２４８は、円筒網目状（円筒ネット状）に形成されている。キャン２４０は、円筒網目状の炭素繊維２４８を閉塞部２４４側から被せて胴部２４２の外周面に取り付け、胴部２４２の外周面に接着することによって形成される。なお、円筒網目状の炭素繊維２４８を被せやすいように、閉塞部２４４の端面２４５はＲ加工されている。また、図４に示すように、閉塞部２４４の端面２４５をテーパ加工することもできる。なお、本実施形態では、胴部２４２の外周部に炭素繊維２４８を巻きつけて接着する例を示したが、これには限られない。例えば、樹脂の内部に炭素繊維を含有させた部材によってキャン２４０を形成することもできる。
【００３６】
（比較例）
次に、比較例のキャンドモータについて説明する。図５は、比較例のキャンドモータの概略構成を示す断面図である。比較例のキャンドモータ５００は、キャン５４０の構成のみが本実施形態のキャン２４０と異なり、その他の構成は同様である。そこで、キャン５
４０についてのみ説明し、その他の構成についての説明は省略する。
【００３７】
比較例のキャン５４０は、胴部５４２と、閉塞部５４４と、フランジ部５４６とを備えている。胴部５４２は、筒形状を有し、回転中心軸線ＡＲ１と同心に配置されている。胴部５４２は、回転中心軸線ＡＲ１方向におけるモータステータ５３０の設置範囲の全体に延びて形成されている。閉塞部５４４は、円板状に形成されており、胴部５４２の反ポンプロータ３００側の端部の開口を閉じる。フランジ部５４６は、胴部５４２のポンプロータ３００側の端部から外方向に向けて張り出して形成されている。胴部５４２、閉塞部５４４、及びフランジ部５４６は、樹脂によって形成されている。
【００３８】
比較例のキャン５４０は、樹脂製材料の胴部５４２、閉塞部５４４、及びフランジ部５４６によって形成されている。ここで、キャン５４０は、真空ポンプ装置１００における圧力容器の一部を担うため、十分な強度が求められる。このため、キャン５４０（特に胴部５４２）は、本実施形態に比べて、厚肉に形成される。
【００３９】
これに対して、本実施形態によれば、非導電性であり、薄肉であり、かつ機械的強度に優れたキャンを提供することができる。すなわち、本実施形態のキャン２４０は、単に樹脂で形成されるのではなく、炭素繊維を含んだ樹脂で形成されているので、薄肉化しても強度を高めることができる。このため、本実施形態のキャン２４０は、比較例のキャン５４０に比べて薄肉化を図ることができる。
【００４０】
また、本実施形態のキャン２４０は、樹脂で形成された胴部２４２の外周部に炭素繊維２４８を巻きつけて接着しているので、処理ガスに接する部分は胴部２４２の内周面の樹脂ということになる。このため、キャン２４０が処理ガスによって損傷を受けたり、真空環境を汚染したりすることを抑制することができる。また、キャン２４０は高温環境においても強度を維持できるため、従来に比してキャンドモータ２００の高温化が可能となる。その結果、真空ポンプ装置１００用のモータとして更なる設計自由度の向上、小型高出力化が可能となる。
【００４１】
また、本実施形態によれば、樹脂等の非電導性材料で薄肉のキャン２４０を構成することができる。このため、いかなるキャンドモータ、例えばＡＣ誘導モータやＤＣブラシレスモータにおいても、渦電流損失を発生することなく、モータステータ２３０とモータロータ２２０との間の空隙を小さくすることができる。その結果、キャンドモータ２００の高効率化とコストダウンの両立を図ることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１００  真空ポンプ装置
２００  キャンドモータ
２２０  モータロータ
２３０  モータステータ
２４０  キャン
２４２  胴部
２４４  閉塞部
２４５  端面
２４６  フランジ部
２４８  炭素繊維
３００，４００  ポンプロータ
３１０  ポンプ主軸
３１０，４１０  ポンプ主軸
４１０  ポンプ主軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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