JP2006057788A - シール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
製造コストを抑えながらも、部品同士の競り合いを抑制できるシール装置を提供する。
【解決手段】
本体２１、回転軸３、ベアリングブロック２２及びベアリング２２ａ、２２ａの寸法誤差が積み重なり、本体２１と回転軸３との間に軸ズレが生じた場合には、その軸ズレに応じて静圧軸受の調心作用により回転軸３に対してシールユニット２７が半径方向、軸線方向、或いは軸線が傾く方向のいずれか１つ以上の方向へ付勢されることとなる。かかる場合、Ｏ−リング３０，３０，３１のいずれか１つ以上が弾性変形することで、本体２１に対する上記いずれか１つ以上の方向へのシールユニット２７の変位を許容できることから、結果的に回転軸３とシールユニット２７との競り合いが抑制される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、シール装置に関し、たとえば外部環境から隔離されたハウジング内に対して回転力を伝達する回転軸をシールするシール装置に関する。

半導体製造装置などにおいては、真空や特殊ガス雰囲気に維持したプロセス室内で、ワークをステージに載置して移動させて加工処理することが行われている。ここで、プロセス室内のワークを加工するために、ワークもしくは工具を移動させる必要がある。

例えばプロセス室の外部に駆動源を設け、それに連結した回転軸をハウジングの開口を介してプロセス室内へと延在させ、かかる回転軸を介して駆動力をワークや工具に伝達することが考えられる。ここで、プロセス室内における大気とは異なる特殊な環境をどのように維持するかが問題となる。特許文献１には、静圧軸受と差動排気シールとを備えた駆動装置が開示されている。
特開２００２−３０３３２３号公報

ところで、差動排気シールのシール機能を高めるためには、回転軸との間のスキマを小さくすることが考えられる。ところが、スキマを小さくするとハウジングと回転軸とが競り合う恐れが生じる。かかる競り合いを回避するためには、ハウジングと回転軸の寸法管理を厳密に行う必要が生じ、製造コストが増大するという問題がある。上記特許文献１には、軸部材の半径方向の調心機能をもたせたものも示されてはいるが、特に回転軸とハウジングとのスキマが小さい場合での、軸部材の傾き等に対する対策は十分とはいえない。

そこで本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、製造コストを抑えながらも、部品同士の競り合いを抑制できるシール装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明のシール装置は、ハウジングに対して取り付けられ、前記ハウジングの開口を介して延在する回転軸を回転自在に支持すると共に、前記ハウジングに対して前記回転軸をシールするシール装置において、
前記ハウジングに取り付けられる本体と、
前記本体と前記回転軸とを回転自在に支持する軸受と、
前記本体と前記回転軸とをシールする差動排気シールを備えたシールユニットと、
前記シールユニットを、前記本体に対して前記回数軸の半径方向、軸線方向、及び軸線が傾く方向に変位可能に支持する弾性部材と、を有することを特徴とする。

本発明のシール装置によれば、前記シールユニットを、前記本体に対して変位可能に支持する弾性部材とを有しているので、前記本体と前記回転軸との間に寸法誤差による軸ズレがあったとしても、前記弾性部材が変形することによって、前記本体と前記回転軸との前記回転軸の半径方向、前記回転軸の軸線方向、前記回転軸の軸線が傾く方向に変位を許容し、それにより部品同士の競り合いを回避することができる。

前記弾性部材は、前記シールユニットと前記本体との間に配置されたＯ−リングであると好ましい。

前記シールユニットは、前記回転軸を支持する静圧軸受を備えていると、前記本体と前記回転軸とのスキマを一定に維持できるので、部品同士の競り合いを回避することができる。

本明細書中で用いる差動排気シールとは、例えば対向する２面間の微小な間隙にある気体を前記２面間に設けられた差圧室を介して排気することにより、非接触の状態で、対向面を挟む両側の雰囲気（例えば大気圧と高真空）を一定の状態に保つように機能するものをいう。以下に述べる実施の形態においては、差圧室とそれに隣接する間隙を差動排気シールという。

以下、図面を参照して、比較例と、本発明の好適な実施の形態について説明する。図１は、比較例にかかるシール装置の断面図であり、図２は、本実施の形態にかかるシール装置の断面図であり、いずれもプロセス室を覆うハウジングに取り付けた状態で示している。

まず、比較例から説明する。図１において、内部が高真空状態に維持されるプロセス室Ｐを有するハウジング２の一面に設けられた開口２ａに、回転軸３が挿入されている。開口２ａを覆うようにして、ハウジング２の大気側の外壁にシール装置１０が取り付けられている。回転軸３は、シール装置１０に支持されている。

シール装置１０は、本体１１と、ベアリング１２ａ、１２ａを有するベアリングブロック１２とを有する。円筒状の本体１１は、ハウジング２に対してボルト止めされるフランジ部１１ａを有している。本体１１は、回転軸３を挿通させたシール開口１１ｂを有しており、また差圧室となる周溝１１ｃを有している。尚、回転軸３の外周面とシール開口１１ｂとのスキマは、５〜１０μｍ程度に維持される。

本体１１には、周溝１１ｃから半径方向外方に延在する排気貫通路１１ｄが形成されている。貫通路１１ｄの外方端を覆うようにして、本体１１の外周面にコネクタ１４が、Ｏ−リング１５を介して気密状態で取り付けられている。コネクタ１４は、不図示の排気ポンプに接続されている。

ベアリングブロック１２は、本体１１の外方端に取り付けられ、アンギュラコンタクト玉軸受であるベアリング１２ａ、１２ａを介して、回転軸３を軸線方向移動不能且つ回転自在に支持している。

尚、本体１１の端面と、ハウジング２の外壁との間にはＯ−リング１６が配置されているが、これは両者間を気密する機能を有し、従ってボルト止めされた本体１１とハウジング２との相対変位は生じない。

次に、比較例に係るシール装置の動作について説明する。回転軸３の図で左端部は、モータ等の駆動源（不図示）に接続されており、回転軸３を回転駆動するようになっている。このとき、回転軸３は、ベアリング１２ａ、１２ａにより回転自在に支持されているので、摩擦などの抵抗が少ない状態で、本体１１に対して回転可能となっている。

また、周溝１１ｃ内が、コネクタ１４を介して不図示の排気ポンプにより吸引されるので、差動排気シールのシール機能により、周溝１１ｃに隣接する回転軸３の外周面とシール開口１１ｂとの間隙を介して、外部から空気や異物がプロセス室Ｐ内に侵入することを防止できる。

しかるに、比較例のシール装置においては、回転軸３の外周面とシール開口１１ｂとのスキマを、全周にわたって５〜１０μｍ程度に維持しなくてはならない。ところが、本体１１と回転軸３との間には、ベアリングブロック１２及びベアリング１２ａ、１２ａが介在しているので、これらの寸法誤差が積み重なることから、回転軸３の外周面とシール開口１１ｂとのスキマを、全周にわたって５〜１０μｍ程度に精密に維持するのは困難である。従って、競り合いを防止するために、スキマを大きくとるなどすると、差動排気シールの性能が低下することとなる。以下に述べる本実施の形態によれば、かかる不具合を解消することができる。

図２において、内部が高真空状態に維持されるプロセス室Ｐを有するハウジング２の一面に設けられた開口２ａに、回転軸３が挿入されている。開口２ａを覆うようにして、ハウジング２の大気側の外壁にシール装置２０が取り付けられている。回転軸３は、シール装置２０に支持されている。

シール装置２０は、本体２１と、ベアリング２２ａ、２２ａを有するベアリングブロック２２と、本体２１内に設置されたシールユニット２７と、円筒部２８とを有する。円筒状の本体２１は、ハウジング２に対してボルト止めされるフランジ部２１ａを有している。本体２１は、内部に中央開口２１ｂを有しており、ここに円筒状のシールユニット２７を、半径方向及び軸線方向にスキマを介在させつつ配置している。シールユニット２７は、その中央に、回転軸３により挿通される小径のシール開口２７ａと、それに隣接し且つ大径の周溝２７ｂとを有している。回転軸３の外周面とシール開口２７ａの内周面との間隙と、差圧室である周溝２７ｂとで差動排気シールを構成する。

シールユニット２７には、周溝２７ｂから半径方向外方に延在する排気貫通路２７ｃが形成されている。また、本体２１には、排気貫通路２７ｃに連通し半径方向外方に延在する本体排気貫通路２１ｄが形成されている。貫通路２１ｄの外方端を覆うようにして、本体２１の外周面にコネクタ２４が、Ｏ−リング２５を介して気密状態で取り付けられている。コネクタ２４は、不図示の排気ポンプに接続されている。

シールユニット２７の図で左端に形成された環状大径空間には、回転軸３の外径よりわずかに大きい内径の静圧軸受を構成する円筒状の多孔質部材３２が、回転軸３を内包するようにして配置されている。更にシールユニット２７には、かかる環状空間に連通し半径方向外方に延在する圧縮エア貫通路２７ｄが形成されている。圧縮エア貫通路２７ｄは、エア継ぎ手２９及びこれに連結された可撓性のチューブ（例えばウレタン製）などを介して不図示の静圧ポンプに接続されている。また、本体２１には、半径方向外方に延在し、エア継手２９及びこれに接続された前記チューブがすきまを有して挿通される本体貫通路２１ｅが形成されている。

ベアリングブロック２２は、本体２１の外方端に固定された円筒部材２８に取り付けられ、アンギュラコンタクト玉軸受であるベアリング２２ａ、２２ａを介して、回転軸３を軸線方向移動不能且つ回転自在に支持している。

尚、本体２１の端面と、ハウジング２の外壁との間にはＯ−リング２６が配置されているが、これは両者間を気密する機能を有し、従ってボルト止めされた本体２１とハウジング２との相対変位は生じない。

一方、本体２１とシールユニット２７との間には、半径方向において比較的剛性が高い２つのＯ−リング３０，３０が、間隔をあけそれぞれ本体２１の内周溝に収容された形で介在し、且つ軸線方向において比較的剛性が高いＯ−リング３１が、本体２１の底面周溝に収容される形で介在している。Ｏ−リング３０，３０が介在する本体２１の内周面とシールユニット２７の外周面は、互いに接触しておらず、且つＯ−リング３１が介在する本体２１の底面とシールユニット２７の端面も、互いに接触していない。尚、Ｏ−リング３０，３０、３１が弾性部材を構成する。

次に、実施例に係るシール装置の動作について説明する。図２において、回転軸３の図で左端部は、モータ等の駆動源（不図示）に接続されており、回転軸３を回転駆動するようになっている。このとき、回転軸３は、ベアリング２２ａ、２２ａにより回転自在に支持されているので、摩擦などの抵抗が少ない状態で、本体１１に対して回転可能となっている。

一方、静圧軸受を構成する多孔質部材３２は、外部の静圧ポンプより空気を供給されるので、その内周面から加圧された空気を回転軸３の外周面に向かって噴出する。従って、シールユニット２７は、回転軸３に対して全周にわたって５〜１０μｍ程度のスキマを維持しながら非接触状態で調心作用的に保持されることとなる。

ここで、周溝２７ｂ内が、コネクタ２４を介して不図示の排気ポンプにより吸引されるので、差動排気シールのシール機能により、周溝２７ｂに隣接する回転軸３の外周面とシール開口２７ａとの間隙を介して、静圧軸受或いは外部から空気や異物がプロセス室Ｐ内に侵入することを防止できる。

本発明によれば、本体２１、回転軸３、ベアリングブロック２２及びベアリング２２ａ、２２ａの寸法誤差が積み重なり、本体２１と回転軸３との間に軸ズレが生じた場合には、その軸ズレに応じて静圧軸受の調心作用により回転軸３に対してシールユニット２７が半径方向、軸線方向、或いは軸線が傾く方向のいずれか１つ以上の方向へ付勢されることとなる。かかる場合、Ｏ−リング３０，３０，３１のいずれか１つ以上が弾性変形することで、本体２１に対する上記いずれか１つ以上の方向へのシールユニット２７の変位を許容できることから、結果的に回転軸３とシールユニット２７との競り合いが抑制される。又、シールユニット２７が変位しても、Ｏ−リング３０，３０，３１のシール機能は維持されるので、差動排気シールの性能の低下を抑制できる。又、エア継ぎ手２９は、本体２１との間にスキマを介して設けられており、かつ、これに接続されているチューブはは可撓性を有し、シールユニット２７の変位に応じて変形するので、静圧軸受による上述のような調心作用の妨げとなることもないので、より高い調心作用を得られる。

但し、Ｏ−リング３０，３０，３１の弾性変形量によっては、若干の気体漏れも発生する恐れがある。この場合には、Ｏ−リング３０，３０，３１からの気体漏れを、差動排気シールで再度回収すべく、排気ポンプの排気量を増大させることが望ましい。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。

比較例にかかるシール装置の断面図である。 実施例にかかるシール装置の断面図である。

符号の説明

２ ハウジング
２ａ 開口
３ 回転軸
２１ 本体
２１ａ フランジ部
２１ｂ 中央開口
２１ｄ 排気貫通路
２１ｅ 第２本体貫通路
２２ ベアリングブロック
２２ａ ベアリング
２４ コネクタ
２７ シールユニット
２７ａ シール開口
２７ｂ 周溝
２７ｃ 排気貫通路
２７ｄ 圧縮エア貫通路
２８ 円筒部
２９ エア継ぎ手
３０，３１ Ｏ−リング
３２ 多孔質部材

Claims (3)

1. ハウジングに対して取り付けられ、前記ハウジングの開口を介して延在する回転軸を回転自在に支持すると共に、前記ハウジングに対して前記回転軸をシールするシール装置において、
   前記ハウジングに取り付けられる本体と、
   前記本体と前記回転軸とを回転自在に支持する軸受と、
   前記本体と前記回転軸とをシールする差動排気シールを備えたシールユニットと、
   前記シールユニットを、前記本体に対して前記回数軸の半径方向、軸線方向、及び軸線が傾く方向に変位可能に支持する弾性部材と、を有することを特徴とするシール装置。
2. 前記弾性部材は、前記シールユニットと前記本体との間に配置されたＯ−リングであることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
3. 前記シールユニットは、前記回転軸を支持する静圧軸受を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のシール装置。
   
   

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