JP2007139140A - 回転運動伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が比較的に簡単で廉価に製作することができ、しかもシール性能が長続きする動力伝達装置を提供すること。
【解決手段】シール機構が、筒状支持部材の内部にあって、動力伝達軸の外周にフランジ状に突設されて動力伝達軸と一体に回転するリング状回転板と、リング状回転板と対向しかつその外周面を筒状支持部材の内周面に接して筒状支持部材の内部に保持されると共に、その中心孔には動力伝達軸が回転自在に挿通されるリング状静止板と、リング状静止板上の周方向等間隔の複数箇所を圧気を介して弾性的に押圧することにより、リング状静止板をリング状回転板へと圧接させる圧気式付勢部材と、を含み、それにより、リング状回転板とリング状静止板との摺り合わせ面を介して両雰囲気間をシールする。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、半導体製造に供される真空チャンバ内のマニピュレータ等に、真空チャンバ外部のモータから得られた回転運動を伝達する場合等に好適な回転運動伝達装置に関する。

半導体製造に供される真空チャンバ内のマニピュレータ等に、真空チャンバ外部のモータから得られた回転駆動力を伝達する場合等においては、大気側雰囲気と真空側雰囲気を隔てるチャンバ壁に貫通固定されて両雰囲気間を連通する筒状支持部材と、この筒状支持部材の内部に挿通されかつ筒状支持部材に内装された回転軸受けを介して支持された動力伝達軸と、筒状支持部材の内周面と動力伝達軸との隙間をシールするためのシール機構とを有する回転運動伝達装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−６３８９７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の回転運動伝達装置にあっては、シール機構として、大気に向かって開く端を有する環状溝で形成されたシール部と、環状溝内に内装され回転軸に対して接圧するばね部とを有するものが採用されていたため、構造が複雑で製作組立に手間がかかり、コストアップが将来され、しかも付勢手段として複雑な螺旋構造等を有するばねが使用されていたため、シール部を回転軸の周囲に均一に接圧させることが難しく、シール性能が長続きしないと言った問題点があった。

この発明は、上述の問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、構造が比較的に簡単で廉価に製作することができ、しかもシール性能が長続きする回転運動伝達装置を提供することにある。

この発明は、上記の目的を達成するために、下記の構成を採用するものである。すなわち、本発明の回転運動伝達装置は、大気側雰囲気と真空側雰囲気等のように、気圧差の存在する２つの雰囲気を隔てる隔壁に貫通固定されて両雰囲気間を連通する筒状支持部材と、筒状支持部材の内部に挿通されかつ筒状支持部材に内装された回転軸受けを介して支持された動力伝達軸と、筒状支持部材の内周面と動力伝達軸との隙間をシールするためのシール機構とを有する。

そして、シール機構は、筒状支持部材の内部にあって、動力伝達軸の外周にフランジ状に突設されて動力伝達軸と一体に回転するリング状回転板と、リング状回転板と対向しかつその外周面を筒状支持部材の内周面に接して筒状支持部材の内部に保持されると共に、その中心孔には動力伝達軸が回転自在に挿通されるリング状静止板と、リング状静止板上の周方向等間隔の複数箇所を圧気を介して弾性的に押圧することにより、リング状静止板をリング状回転板へと圧接させる圧気式付勢部材と、を含んでおり、リング状回転板とリング状静止板との摺り合わせ面を介して両雰囲気間をシールする、ようになっている。

このような構成によれば、リング状回転板とリング状静止板との摺り合わせを介して両雰囲気間を回転運動を許容しつつシールすると言う基本構造を有することから、構造が簡単で組立も容易であって廉価に製作することができ、しかも圧気を介して付勢力を調整することで、摺り合わせ面の接圧力を自在に制御できるため、長期にわたってシール性能を維持することが容易となる。

また、リング状回転板とリング状静止板とのいずれか一方の対向面は、半径方向に沿って傾斜しかつ表面が平滑処理（ラップ処理等）されたテーパー面とすると共に、そのテーパー面を他方の部材の対向面に比べて摩耗しにくい硬質素材で形成すれば、他方の部材の対向面の摩耗が進むに連れて、摺り合わせ面の半径方向外方の周縁が半径方向外方へと移動乃至拡張して、摩耗していない平滑な表面が常に現れることとなり、その結果、一方の部材の平滑処理された対向面（テーパー面）と他方の部材の平滑な対向面とが摺り合わさせることにより、シール性能は長期にわたって維持されることとなる。

さらに、テーパー面との対向面を、半径方向に沿って湾曲する湾曲面としておけば、テーパー面との摺り合わせ摩耗による粉塵の発生量が減少して、真空側への粉塵混入を効果的に軽減させることができる。

本発明の回転運動伝達装置によれば、圧気を介して周方向多点を均一に圧接されたリング状回転板とリング状静止板との摺り合わせを介して両雰囲気間をシールすると言う基本構造を有することから、シール性能が良好であることに加えて、構造が簡単で組立も容易であって廉価に製作することができ、しかも圧気を介して付勢力を調整することで、摺り合わせ面の接圧力を自在に制御できるため、長期にわたってシール性能を維持することが容易となる。

以下に、この発明に係る回転運動伝達装置の好適な実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。

この実施形態に示される回転運動伝達装置１は、半導体の製造に供される真空チャンバに適用されたものである。周知のように、半導体の製造に供される真空チャンバ内は高真空に維持せねばならないことに加えて、外部からの磁気的並びに静電的影響からも遮断された状態に維持されねばならない。そのため、真空チャンバ内のマニピュレータ作動のためにモータを使用する場合にも、モータからの磁気的並びに電気的影響を考慮して、それらの駆動源となるモータ等はすべて真空チャンバの外部に置かれるのが通例である。そのため、真空チャンバ内のマニピュレータ等に、真空チャンバ外部のモータから得られた回転駆動力を伝達するために、本発明に係る回転運動伝達装置が採用される。

本発明に係る回転運動伝達装置の断面図が図１に示されている。同図に示されるように、回転運動伝達装置１は、筒状支持部材３と、動力伝達軸４と、回転軸受け５と、リング状回転板６と、リング状静止板７と、圧気式付勢部材８とを備えている。なお、符号２で示されるものは、真空チャンバの容器壁である。

筒状支持部材３は、真空チャンバ内と大気中とを隔てる隔壁として機能する容器壁２に貫通固定されて両雰囲気間を連通する。筒状支持部材３と容器壁２との固定は、この例にあっては、筒状支持部材３のフランジ部３ａに図示しないボルトを挿通して行われる。

動力伝達軸４は、大気側の端部には図示しないモータの駆動軸が接続され、真空チャンバ内の端部には図示しないマニピュレータの操作軸が接続される。この動力伝達軸４は、筒状支持部材３の内部に挿通されかつ筒状支持部材３に内装された回転軸受け５を介して回転自在に支持される。

筒状支持部材３の内周面と動力伝達軸４との隙間には、これをシールするためのシール機構が介在されている。図示のシール機構は、リング状回転板６と、リング状静止板７と、圧気式付勢部材８とを備えている。

リング状回転板６は、筒状支持部材３の内部にあって、動力伝達軸４の外周にフランジ状に突設されて動力伝達軸４と一体に回転する。図示の例では、リング状回転板６の材質としては、ＳＵＳ系やＡｌ系等の金属、又はセラミックが採用されている。動力伝達軸４とリング状回転板６との固定手段としては、圧入嵌合等の公知の結合手段を適宜に採用すればよい。

リング状静止板７は、リング状回転板６と対向しかつその外周面を筒状支持部材３の内周面に接して筒状支持部材３の内部に保持されると共に、その中心孔７ｂには動力伝達軸４が回転自在に挿通される。図示の例では、リング状静止板７の材質としては、樹脂（例えば、ＰＥＴ等の超高分子量ポリエチレン）が採用されている。リング状静止板７の外周面と筒状支持部材３の内周面との隙間には、図示しないが、Ｏリング等の公知のシール手段が介在されることが好ましい。

圧気式付勢部材８は、金属製又は樹脂製のリング状ブロック体で構成され、リング状静止板７と対向する面には、円周に沿って等間隔に６個の超小型のエアシリンダ（市販のミニチュアシリンダ）９，９・・・が埋め込まれている。これらのエアシリンダ９，９・・・のそれぞれからは図示しない押圧子が出没自在に設けられており、これらの押圧子の先端によって、図２（ａ）に示されるように、リング状静止体７の円周上の６箇所の点ｃ１〜ｃ６が均一な力で押圧されるようになっている。これらのエアシリンダ９，９・・・は、エア通路１０を介して共通の圧気源に接続されている。圧気源から各エアシリンダへ供給れる圧気の圧力は図示しない圧力調整器を介して調整可能とされている。したがって、この圧力調整器の操作で、エアシリンダによる押圧力を適切に制御できる。

このように、圧気式付勢部材８は、リング状静止板７上の周方向等間隔の複数箇所ｃ１〜ｃ６を圧気を介して弾性的に押圧することにより、リング状静止板７をリング状回転板６へと均一な圧力で圧接させる機能を有している。これにより、リング状回転板６とリング状静止板７との摺り合わせ面を介して両雰囲気間が良好にシールされるように構成されている。

リング状静止板７は、図２及び図３に示されるように、この例では、大径の基部７１と小径の段部７２とを有する。そして、小径の段部７２の端面がリング状回転板６との対向面７ａ、すなわち摺り合わせ面とされている。この対向面７ａは、表面が平滑処理されると共に、動力伝達軸４と垂直な面に対して平行になされている。一方、リング状回転板６のリング状静止板７との対向面６ａは、半径方向に沿って傾斜しかつ表面が平滑処理（ラップ仕上げ）されたテーパー面とされている。

先に説明したように、リング状回転板６の材質としては、ＳＵＳ系やＡｌ系の金属又はセラミックが採用されている一方、リング状静止板７の材質としては、ＰＥＴ等の樹脂が採用されている。そのため、リング状回転板６のテーパー面（対向面６ａ）はリング状静止板７の対向面７ａに比べて摩耗しにくい硬度関係となっている。

リング状静止板の摩耗と摺り合わせ面周縁の移動との関係を示す説明図が図３に示されている。同図に示されるように、図示しないモータの回転に連れて動力伝達軸４が回転すると、リング状回転板６側の対向面（テーパー面）６ａとリング状静止板７側の対向面７ａとが摺り合わされた回転状態となる。

このとき、両者の摺り合わせ面においては、圧気式付勢部材８の作用で、円周に沿った各点において均一な接圧力となることに加えて、両対向面６ａ，７ａはいずれも高度に平滑処理された面とされているため、両者は密に接して良好なシール性能が得られる。

当初、リング状回転板６とリング状静止板７とは、摺り合わせ面の周縁Ｐ１において円周に沿って接するが、時間の経過とと共に、接圧力と両者の材質とで定まる程度をもって摩耗が進行する。このとき、硬度の関係から、リング状回転板６側の対向面（テーパー面）６ａは殆ど摩耗せずに維持されるのに対して、リング状静止板７側の対向面７ａの方は摩耗が進行するため、摩耗の進行と共に、摺り合わせ面の周縁は、対向面（テーパー面）６ａに沿ってＰ１からＰｘへと半径方向外方へと移動する。

なお、図ではテーパー面が６ａから６ａ´へと移動しているように描かれているが、実際は、テーパー面６ａの側は固定されていて、対向面７ａの側の摩耗が進行するものであることは、当業者であれば容易に理解されるであろう。

このとき、摺り合わせ面の新たな周縁Ｐｘにおいては、常に、平滑処理された滑らかな表面層（対向面７ａ）が現れるため、対向面７ａが段部７２の端面の半径方向全幅に亘って摩耗するまでの間、両者は密に接して良好なシール性能が維持されることとなる。

シール部の他の一例を示す断面図（その１）が図４に示されている。この例にあっては、リング状静止板７のリング状回転板６のテーパー面６ａとの対向面７ａは、半径方向に沿って湾曲する湾曲面とされている。より具体的には、この湾曲面は、曲率の小さな第１の湾曲面７３と曲率の大きな第２の湾曲面７４とから構成されている。さらに、小径段部７２の外周にはリング状の切り込み溝７５が形成されており、この切り込み溝７５の作用により、湾曲部７３，７４には弾性が付与されている。

このような構成によれば、リング状回転板６のテーパー面６ａとリング状静止板７の対向面７ａとが圧接しつつ回転すると、湾曲部７３，７４は切り込み溝７５の作用により適度に撓んで両者は密に点接触することにより、良好なシール性能が得られる。また、湾曲部７３，７４の摩耗に連れて、両者の接触点は半径方向内方へと徐々に移動しつつ、常に、平滑な表面との接触が維持されるため、シール性能は長期に亘り良好に維持される。加えて、シール作用に殆ど寄与しない第１の湾曲部７３は曲率が小さいため、逃げ空間が確保されて摩耗による粉塵の発生が少ない一方、シール作用に寄与する第２の湾曲部７４は曲率が大きいため、テーパー面６ａと接しつつも摩耗による粉塵の発生が少ない。そのため、この例によれば、テーパー面との摺り合わせ摩耗による粉塵の発生量が減少して、真空側への粉塵混入を効果的に軽減させることができる。

シール部の他の一例を示す断面図（その１）が図５に示されている。図４に示されるテーパー面６ａは凸部となる形態を有するのに対して、図５に示されるテーパー面６ａは凹部となる形態を有するものであり、テーパー面６ａは凹凸いずれの形態としてもよい。そして、図４の例と同様にして、この例によっても、良好なシール性能が長期に亘り維持されると共に、摩耗による粉塵の発生が極力抑制される利点がある。なお、同図において、図４と同一構成部分については同符号を付して説明は省略する。

なお、以上の実施形態においては、リング状回転板６の対向面６ａとリング状静止板７の側の対向面７ａとのうちで、対向面６ａの側をテーパー面としたが、逆に対向面７ａの側をテーパー面とすることもできる。この場合には、上述した硬度の関係を得るために、リング状回転板６の素材として樹脂を使用し、リング状静止板７の素材を金属とすればよいであろう。

本発明の回転運動伝達装置によれば、圧気を介して周方向多点を均一に圧接されたリング状回転板とリング状静止板との摺り合わせを介して両雰囲気間をシールすると言う基本構造を有することから、シール性能が良好であることに加えて、構造が簡単で組立も容易であって廉価に製作することができ、しかも圧気を介して付勢力を調整することで、摺り合わせ面の接圧力を自在に制御できるため、長期にわたってシール性能を維持することが容易となり、例えば、半導体製造に供される真空チャンバ等に好適なものとなる。

本発明に係る動力伝達装置の断面図である。 リング状静止板の詳細説明図である。 リング状静止板の摩耗と摺り合わせ面周縁部の移動との関係を示す説明図である。 シール部の他の例を示す断面図（その１）である。 シール部の他の例を示す断面図（その２）である。

符号の説明

１ 動力伝達装置
２ 真空チャンバの容器壁
３ 筒状支持部材
３ａ 取付用フランジ
４ 動力伝達軸
５ 回転軸受け
６ リング状回転板
６ａ，６ａ´ 対向面（テーパー面）
７ リング状静止板
７ａ 対向面
７ｂ 中心孔
８ 圧気式付勢部材
９ エアシリンダ
１０ エア通路
７１ 基部
７２ 段部
７３ 第１の湾曲部
７４ 第２の湾曲部
７５ リング状切り込み溝
ｃ１〜ｃ６ エアシリンダのプランジャによる押圧位置
Ｐ１，Ｐｘ 摺り合わせ面の周縁

Claims (3)

1. 大気側雰囲気と真空側雰囲気等のように、気圧差の存在する２つの雰囲気を隔てる隔壁に貫通固定されて両雰囲気間を連通する筒状支持部材と、
   筒状支持部材の内部に挿通されかつ筒状支持部材に内装された回転軸受けを介して支持された動力伝達軸と、
   筒状支持部材の内周面と動力伝達軸との隙間をシールするためのシール機構とを有し、
   シール機構が、
   筒状支持部材の内部にあって、動力伝達軸の外周にフランジ状に突設されて動力伝達軸と一体に回転するリング状回転板と、
   リング状回転板と対向しかつその外周面を筒状支持部材の内周面に接して筒状支持部材の内部に保持されると共に、その中心孔には動力伝達軸が回転自在に挿通されるリング状静止板と、
   リング状静止板上の周方向等間隔の複数箇所を圧気を介して弾性的に押圧することにより、リング状静止板をリング状回転板へと圧接させる圧気式付勢部材と、を含み、
   リング状回転板とリング状静止板との摺り合わせ面を介して両雰囲気間をシールする、ことを特徴とする回転運動伝達装置。
2. リング状回転板とリング状静止板とのいずれか一方の対向面は、半径方向に沿って傾斜しかつ表面が平滑処理されたテーパー面とされ、かつそのテーパー面は他方の部材の対向面に比べて摩耗しにくい硬質素材で形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の回転運動伝達装置。
3. テーパー面との対向面は、半径方向に沿って湾曲する湾曲面とされている、ことを特徴とする請求項２に記載の回転運動伝達装置。

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