JP4119398B2 - 非接触形メカニカルシール - Google Patents

Description

本発明は、２つのガス領域間を遮蔽シールするメカニカルシールであって、特に、少なくとも一方のガス領域に高度のコンタミネーション防止対策を講じておく必要のある回転機器に好適に使用される非接触形メカニカルシールに関するものであり、より具体的には、回転軸側に設けられた回転密封環と回転軸が洞貫するシールケースに設けられた静止密封環とを、シールガスを静止密封環に形成されたシールガス通路から両密封環の対向端面たる密封端面間に供給することにより、非接触状態に保持するように構成された非接触形メカニカルシールに関するものである。

従来の非接触形メカニカルシールとして、回転軸に固定された回転密封環と、回転軸が洞貫するシールケースに軸線方向に移動可能に保持された静止密封環と、静止密封環とシールケースとの間に介装されて、静止密封環を回転密封環へと押圧附勢するスプリングとを具備し、両密封環を、シールガスを静止密封環に形成したシールガス通路から両密封環の対向端面たる密封端面間に供給することにより、非接触状態に保持するように構成された静圧形ノンコンタクトガスシール（以下「従来ガスシール」という）が周知である（例えば、特許文献１参照）。

而して、かかる従来ガスシールは、シールガスにより密封端面間に静圧の流体膜を形成し、この流体膜の存在によって、密封端面間を非接触状態に保持しつつ、密封環の内径側ガス領域と外径側ガス領域とを遮蔽シールするものであるから、両密封端面が相対回転摺接する端面接触形のメカニカルシールと異なって、密封端面の接触による摩耗粉が発生せず、両ガス領域の一方又は両方にコンタミネーション防止対策を講じておく必要のある回転機器において好適に使用されるものである。

ところで、従来ガスシールにあって、静止密封環は、相手密封環（回転密封環）との接触による密封端面へのダメージを最小限とするために、更には加工性が要求される（静止密封環は、シールガス通路を形成する必要がある等、単純な円環状をなす回転密封環に比して複雑な形状をなすものであるから、加工性に富む材料で構成しておくことが好ましい）ために、一般に、軟質で加工性に富むカーボンで構成される。
ＷＯ９９／２７２８１（図８）

しかし、カーボン製の静止密封環を使用した場合、シールガス通路を通過するシールガスによりカーボン表面から微細なパーティクル（カーボン粉）が発生し易く、このパーティクルがシールガスと共に密封端面間から両ガス領域に侵入する虞れがある。

したがって、従来ガスシールは、静止密封環以外の部分について如何にコンタミネーション防止対策を講じていたとしても、パーティクルの発生，侵入を阻止できず、両ガス領域の一方又は両方についてパーティクルの発生，侵入を厳格に管理する必要がある回転機器においては好適に使用することができないものであった。

本発明は、このような問題を生じることなく、シールガスとの接触によるパーティクルの発生を効果的に防止することができる非接触形メカニカルシールを提供することを目的とするものである。

本発明は、回転軸側に設けられた回転密封環と回転軸が洞貫するシールケースに設けられた静止密封環とを、シールガスを静止密封環に形成されたシールガス通路から両密封環の対向端面たる密封端面間に供給することにより、非接触状態に保持するように構成された非接触形メカニカルシールにおいて、上記の目的を達成すべく、特に、静止密封環を、基体をカーボンで構成すると共に基体の表面層であって少なくともシールガス通路の内周面層をガラス状炭素層又は合成樹脂層で構成した複合材構造物としておくことを提案するものである。かかる非接触形メカニカルシールにあっては、パーティクルの発生をより効果的に防止するために、静止密封環における基体の表面層を、密封端面を形成する部分を除いて、ガラス状炭素層又は合成樹脂層で構成しておくことが好ましい。また、シール条件によっては、一方の密封環の密封端面に動圧発生溝を形成して、密封端面間にシールガスによる静圧に加えて動圧発生溝による動圧を作用させることにより、密封端面間を非接触状態に保持するように構成しておくことが好ましい。

本発明によれば、カーボン製の静止密封環を使用することによって宿命的なパーティクルの発生，侵入を効果的に防止することができ、高度のコンタミネーション防止対策を講じておく必要のある回転機器においても好適に使用することができる非接触形メカニカルシールを提供することができる。また、一方の密封端面に動圧発生溝を形成して、密封端面間に動圧を作用させるように構成しておくことにより、密封端面間をシールガスによる静圧と動圧発生溝による動圧との複合作用によって非接触状態に保持させることができ、シールガスの供給量を可及的に減少させることができる。

図１は半導体ウエハ，電子デバイスの基板，液晶基板，フォトマスク，ガラス基板等の基板を回転テーブル１を使用して洗浄する基板洗浄装置の一例を示したものである。この基板洗浄装置は、回転テーブル１とその回転軸２を覆うカバー３との間に本発明に係る非接触形メカニカルシール４を設けて、この非接触形メカニカルシール４により回転テーブル１が配置された被密封ガス領域たる処理領域Ａと非密封ガス領域たるカバー内領域Ｂとを遮蔽するように構成されたものである。

回転テーブル１は、図１に示す如く、処理領域Ａに水平に配置された円板形状をなすものであり、その中心部に連結された回転軸２により回転駆動される。回転軸２は、図１に示す如く、上下方向に延びており、図示しない駆動手段（モータ等）により回転駆動される。

カバー３は、図１に示す如く、上端部を開口するカバー本体６とその上端開口部６ａに取り付けられたシールケース７とを具備してなる。カバー本体６は、上端部（開口部６ａの上端部）を回転テーブル１の下面部に近接させた状態で配置されており、回転軸２並びにその駆動手段及び軸受手段等を覆っている。カバー本体６の上端開口部６ａの内外周面は回転軸２と同心をなす円柱面とされている。なお、回転テーブル１の下面部には、上端開口部６ａの外周面に近接して対向する円環状の突起１ｂが設けられている。シールケース７は、円筒状の密封環保持部７ａと密封環保持部７ａの下端部から内方に張り出す円環状のスプリング保持部７ｂとからなる金属製（例えば、ＳＵＳ３１６等のステンレス鋼製）の一体構造物であり、密封環保持部７ａをカバー本体６の上端開口部６ａの内周面に上下方向に並列する一対のフッ素ゴム製のＯリング８，８を介して嵌合させると共に、スプリング保持部７ｂをカバー本体６の内部仕切壁６ｂにボルト５に固定することにより、カバー本体６の上端開口部６ａに回転軸２と同心状に取り付けられている。なお、密封環保持部７ａの上端部とカバー本体６の上端部とは面一状とされている。また、密封環保持部７ａの表面７１は、図２に示す如く、フッ素樹脂をコーティングしてある。

而して、非接触形メカニカルシール４は、図１に示す如く、回転軸２と同心をなして回転テーブル１に固定された回転密封環９と、回転軸２と同心をなして回転密封環９に対向する状態で、カバー３に軸線方向移動可能に且つ相対回転不能に保持された静止密封環１０と、カバー３内に配置されて静止密封環１０を回転密封環９へと押圧附勢するスプリング部材１１と、静止密封環１０を貫通して両密封環９，１０の対向端面たる密封端面９ａ，１０ａ間に開口するシールガス通路１２ａと、カバー３を貫通してシールガス通路１２ａに連通するシールガス供給路１２ｂとを具備する静圧形ノンコンタクトガスシールであって、密封端面９ａ，１０ａ間を、これにシールガス通路１２ａからシールガスＧを噴出させることにより、非接触状態に保持しつつ、前記両領域Ａ，Ｂ間を遮蔽シールするように構成されている。

回転密封環９は、後述する静止密封環１０の構成基材（カーボン）より硬質材製（この例では、炭化珪素製）の円環状体であり、図１及び図２に示す如く、回転テーブル１の下面部に金属製（例えば、ＳＵＩＳ３１６等のステンレス鋼製）の取付リング１３及びフッ素ゴム製のＯリング１４を介して固定されている。取付リング１３は、外周部を回転密封環９の下端内周部に係合させた状態で、回転テーブル１の下面部にボルト１５により取付けられており、回転密封環９を回転テーブル１の下面部に押圧固定している。Ｏリング１４は、回転密封環９の上端内周部と回転テーブル１との間に挟圧されており、両者１，９間を二次シールする。回転密封環９の下端面は平滑環状面に研磨されており、取付リング１３が係合する部分を除く部分が密封端面（以下「回転密封端面」ともいう）９ａとして機能する。

静止密封環１０は、図１及び図２に示す如く、上端面を平滑環状面に研磨された密封端面（以下「静止密封端面」ともいう）１０ａとした円環状体であり、上下方向に並列する一対のフッ素ゴム製のＯリング１６，１６を介してシールケース７の密封環保持部７ａに軸線方向移動可能（上下方向移動可能）に嵌合保持されている。静止密封端面１０ａの外径は回転密封端面９ａの外径より若干小さく設定されており、静止密封端面１０ａの内径は回転密封端面９ａの内径より若干大きく設定されている。各Ｏリング１６は、静止密封環１０の外周部に形成した環状のＯリング溝１０ｂに係合保持されている。また、静止密封環１０の下端部には軸線方向に延びる円形孔１０ｃが形成されており、この円形孔１０ｃにシールケース７のスプリング保持部７ｂに植設した金属製（例えば、ＳＵＳ３１６等のステンレス鋼製）のドライブピン１７を係合させることにより、静止密封環１０を、その軸線方向移動を所定範囲で許容しつつ、カバー３（シールケース７）に対して相対回転不能に保持させている。なお、円形孔１０ｃ及びこれに係合するドライブピン１７の数は任意であり、必要に応じて複数個設けられる。

スプリング部材１１は、図１に示す如く、静止密封環１０とその下位のスプリング保持部７ｂとの間に介装された複数個（１個のみ図示）のコイルスプリングで構成されていて、静止密封環１０を回転密封環９へと押圧附勢するものであり、密封端面９ａ，１０ａを閉じる方向に作用する閉力を発生させるものである。

シールガス通路１２ａ及びシールガス供給路１２ｂは、図１に示す如く、静止密封端面１０ａに形成された静圧発生溝１８と、静止密封環１０の外周面とシールケース７の密封環保持部７ａの内周面との間に形成される環状の連通空間１９と、カバー３を貫通して連通空間１９に至るカバー側シールガス通路２０，２１と、静止密封環１０を貫通して連通空間１９から静圧発生溝１８に至る密封環側シールガス通路２２とからなる。静圧発生溝１８は、静止密封端面１０ａと同心状の環状をなして連続又は断続する浅い凹溝であり、この例では後者を採用している。すなわち、静圧発生溝１８は、図４に示す如く、静止密封端面１０ａと同心環状をなして並列する複数の断面略三角形をなす円弧状凹溝１８ａ…で構成されている。連通空間１９は、密封環保持部７ａと静止密封環１０との対向周面間に形成された環状空間であって、Ｏリング１６，１６によってシールされている。連通空間１９の上下方向幅（Ｏリング１６，１６間の間隔）は、静止密封環１０に必要とされる上下方向移動に伴って連通空間１９と後述する第１カバー側シールガス通路２０との連結が解除されることがない範囲で適宜に設定されている。カバー側シールガス通路は、シールケース７の密封環保持部７ａを径方向に貫通して連通空間１９に連通する第１カバー側シールガス通路２０と、カバー本体６を貫通して第１カバー側シールガス通路２０に連通する第２カバー側シールガス通路２１とからなる。両カバー側シールガス通路２０，２１の連通部分は、前記Ｏリング８，８によってシールされている。密封環側シールガス通路２２の上流端は連通空間１９に開口されており、密封環側シールガス通路２２の下流端は分岐されており、その各分岐部を、図４に示す如く、静圧発生溝１８を構成する各円弧状凹溝１８ａに開口させてある。第２カバー側シールガス通路２１の上流端部は所定のシールガス供給源（図示せず）に接続されていて、両領域Ａ，Ｂより高圧で且つパーティクルを含まない清浄なシールガスＧを第２カバー側シールガス通路２１、第１カバー側シールガス通路２０、連通空間１９及び密封環側シールガス通路２２から静圧発生溝１８に供給するようになっている。シールガスＧとしては、各領域Ａ，Ｂに流出しても何らの悪影響を及ぼさない性状のものを、シール条件に応じて適宜に選定する。この例では、各種物質に対して不活性であり且つ人体に無害である清浄な窒素ガスが使用されている。なお、シールガスＧは、一般に、回転テーブル１の運転中（回転軸２の駆動中）においてのみ供給され、運転停止後には供給を停止される。回転テーブルの運転は、シールガスＧの供給が開始された後であって、密封端面９ａ，１０ａ間が適正な非接触状態に保持された後において開始され、シールガスＧの供給停止は、回転テーブルの運転停止後であって回転軸２が完全に停止した後に行なわれる。なお、必要に応じて、回転テーブル１の発停に拘らず、シールガスＧの供給を継続して行なうようにすることも可能である。また、シールガス通路１２ａの適所（例えば、密封環側シールガス通路２２の上流側部分）には、必要に応じて、オリフィス等の絞り器が設けられる。

而して、シールガスＧを静圧発生溝１８に供給すると、静圧発生溝１８に導入されたシールガスＧにより、密封端面９ａ，１０ａ間にこれを開く方向に作用する開力が発生する。この開力は、密封端面９ａ，１０ａ間に導入されたシールガスＧによって発生する静圧によるものである。したがって、密封端面９ａ，１０ａは、この開力と密封端面９ａ，１０ａ間を閉じる方向に作用するスプリング部材１１による閉力（スプリング荷重）とがバランスする非接触状態に保持される。すなわち、静圧発生溝１８に導入されたシールガスＧは密封端面９ａ，１０ａ間に静圧の流体膜を形成し、この流体膜の存在によって、密封端面９ａ，１０ａの外周側領域（処理領域）Ａとその内周側領域（カバー内領域）Ｂとの間が遮蔽シールされる。シールガスＧの圧力及びスプリング部材１１のバネ力（スプリング荷重）は、密封端面９ａ，１０ａ間の隙間が適正（一般に、５〜１５μｍである）となるように、シール条件に応じて適宜に設定される。

ところで、静止密封環１０は、冒頭で述べた理由から、回転密封環９の構成材より軟質で加工性に富むカーボンで構成されている。このため、シールガス通路１２ａを通過するシールガスＧとの接触によりカーボン表面から微細なパーティクルが発生し易く、このパーティクルがシールガスＧと共に密封端面９ａ，１０ａから処理領域Ａ（及びカバー内領域Ｂ）に侵入する虞れがある。したがって、より高度のコンタミネーション防止対策を図るためには、このようなカーボン製の静止密封環１０からのパーティクル侵入をも防止しておくことが好ましい。そこで、静止密封環１０を、図２及び図３に示す如く、基体１０１をカーボンで構成すると共に、基体１０１の表面層を、静止密封端面１０ａを形成する部分を除いて、ガラス状炭素層１０２で構成した複合材構造物としてある。

すなわち、静止密封環１０は、静圧発生溝１８及び密封環側シールガス通路２２を形成した静止密封環形状のカーボン製基体１０１を製作した上、この基体１０１の全表面（シールガス通路１８，２２及び円形孔１０ｃ等の貫通孔及び凹部の内周面を含む）にガラス状炭素をコーティング又は含浸させた上、静止密封端面１０ａに相当する部分をカーボンが露出するように研磨する。このようなガラス状炭素層１０２の形成は周知手法によって行なうことができる。例えば、適当な合成樹脂を有機溶媒に溶解して前駆体溶液を得た上、この前駆体溶液を基体１０１の表面に含浸又は／及び塗布し、乾燥後、不活性雰囲気又は真空雰囲気で加熱硬化し、更に焼成する。或いは、液状の合成樹脂をそのまま基体１０１に含浸又は／及び塗布して加熱硬化させた上、更に焼成してもよい。なお、使用する合成樹脂としては、焼成後にガラス状炭素質となるものであればよく、例えば、フェノール合成樹脂，フラン合成樹脂，ポリアミド合成樹脂，ポリイミド合成樹脂，ポリアミドイミド合成樹脂，ポリカルボジイミド合成樹脂，エポキシ合成樹脂，ユリア合成樹脂，メラミン合成樹脂，不飽和ポリエステル合成樹脂，キシレン合成樹脂，アルキッド合成樹脂，塩化ビニル合成樹脂等を使用することができる。また、前駆体溶液を得るための有機溶媒としては、使用する合成樹脂を溶解するものであればよく、例えば、テトラクロロエチレン，トリクロロエチレン，ジメチルアセトアミド，Ｎ−メチルピロリドン，ケトン類（アセトン，メチルエチルケトン等），アルコール類（メタノール，エタノール等）等を使用することができる。例えば、ポリカルボジイミド合成樹脂についてはテトラクロロエチレンを使用し、フェノール合成樹脂についてはメタノールを使用し、ポリアミドイミド合成樹脂についてはＮ−メチルピロリドンを使用する。上記した溶媒は、使用する合成樹脂に応じて、２種以上混合させたものを使用することができる。

以上のように構成された非接触形メカニカルシールたる静圧形ノンコンタクトガスシール４を使用した基板洗浄装置にあっては、回転テーブル１に設けた回転密封環９とカバー３に設けた静止密封環１０との対向端面である密封端面９ａ，１０ａ間からシールガスＧが両領域Ａ，Ｂに噴出することから、処理領域Ａとカバー内領域Ｂとの間が完全に遮断されることになる。また、両密封端面９ａ，１０ａはシールガスＧによって非接触状態に保持されるから、密封端面９ａ，１０ａの接触による摩耗粉等のパーティクルを生じることがない。したがって、カバー内領域Ｂで発生する粉塵等が処理領域Ａに侵入することがなく、処理領域Ａが清浄に保持される。逆に、処理領域Ａで生じる処理残渣がカバー内領域Ｂに侵入して、回転軸２の駆動系等がトラブルを生じることもない。

そして、静止密封環１０に形成されるシールガス通路１２ａ（静圧発生溝１８及び密封環側シールガス通路２２）の内周面層１０２ａがガラス状炭素で構成されているから、基体１０１がカーボン製のものであるに拘らず、シールガス通路１２ａを通過するシールガスＧとの接触によりカーボン粉が発生するようなことがない。したがって、静止密封環１０からのパーティクル発生がなく、処理領域Ａの清浄化をより効果的に図ることができる。

また、静止密封環１０の外周面層１０２ｂが、Ｏリング溝１０ｂの内周面層を含めて、ガラス状炭素で構成されていることから、Ｏリング１６，１６を介しての静止密封環１０の軸線方向移動が円滑に行なわれる。このため、静止密封環１０の追従性が向上して、密封端面９ａ，１０ａ間が適正な非接触状態に保持され、メカニカルシール４によるシール機能が良好に発揮される。また、連通空間１９を通過するシールガスＧに接触する部分もガラス状炭素層１０２ｂで構成されていることから、連通空間１９においてカーボン粉が発生することもない。

また、円形孔１０ｃの内周面を含む静止密封環１０の下端面もガラス状炭素層１０２ｃで被覆されているから、静止密封環１０とドライブピン１７及びスプリング部材１１との接触によってカーボン粉が発生せず、カバー内領域Ｂにおいても可及的にパーティクルが生じず、カーボン粉により回転軸２の駆動系等がトラブルを生じる虞れもない。また、スプリング部材１１やドライブピン１７との接触部分が硬質のガラス状炭素層１０２ｃで被覆されているから、スプリング部材１１やドライブピン１７との接触により静止密封環１０が摩耗，損傷することがなく、静止密封環１０の耐久性が向上する。

また、上記した基板洗浄装置にあっては、処理領域Ａの流体やシールガスＧに接触する部分をすべて非金属材で構成するか非金属材でコーティングしてある。すなわち、回転密封環９を炭化珪素製のものとし、各Ｏリング８，１４，１６はフッ素ゴム製のものとし、シールケース７の処理領域Ａに面する部分及びシールガスＧに接触する部分（密封環保持部７ａの表面部分）はフッ素樹脂コーティング層７１としてある。さらに、回転テーブル１及びカバー本体６についても、これらを非金属材で構成するか、これらの被処理領域Ａに面する部分及びシールガスＧ３に接触する部分を非金属材でコーティングしてある。一方、金属で構成されるスプリング部材１１やドライブピン１７等については、これらをすべてカバー内領域Ｂに配置してある。したがって、被処理物が半導体ウエハ等の金属イオンを嫌うものである場合にも、その処理を良好に行なうことができる。

なお、本発明の非接触形メカニカルシール４は上記した構成に限定されるものでなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適宜に改良，変形することが可能である。

例えば、図１〜図３に示した例では、非接触形メカニカルシール４を、シールガスＧによる静圧のみによって密封端面９ａ，１０ａ間を非接触状態に保持する静圧形ノンコンタクトガスシールに構成したが、図５及び図６に示す如く、密封端面９ａ，１０ａをこの間に静圧に加えて動圧を発生させることにより非接触状態に保持する複合形ノンコンタクトガスシールに構成することも可能である。

すなわち、図５及び図６に示す非接触形メカニカルシール４１にあっては、一方の密封端面である回転密封環９の密封端面（回転密封端面）９ａに動圧発生溝９１を形成して、この動圧発生溝９１により密封端面９ａ，１０ａ間に動圧を発生させるように構成してある。動圧発生溝９１の形状は、シール条件等に応じて適宜に設定することができるが、この例では、動圧発生溝９１を、図７又は図８に示す如く、回転密封端面９ａにおける静圧発生溝１８に対向する部位から外径方向であって且つ回転密封環９の回転方向（イ方向）と逆方向に傾斜状に延びる第１グルーブ部分９２ａと内径方向且つ回転密封環９の回転方向（イ方向）と逆方向に傾斜状に延びる第２グルーブ部分９２とからなる複数のグルーブ９２が密封端面９ａの周方向に並列してなる形状に構成してある。各グルーブ９２は１〜１０μｍの浅い深さ一定の溝であり、その最外径側端部（第１グルーブ部分９２ａの外径側端部）及び最内径側端部（第２グルーブ部分９ｂの内径側端部）は、図６に示す如く、両密封端面９ａ，１０ａの重合領域内に位置されている。すなわち、動圧発生溝９１の内外径Ｅ，Ｆは、静止密封環１０の密封端面（静止密封端面）１０ａの外径（≦回転密封端面９ａの外径）Ａ及びその内径（≧回転密封端面９ａの内径）Ｄ並びに静圧発生溝１８（円弧状凹溝１８ａ）の外径Ｂ及びその内径Ｃに対して、Ｂ＜Ｆ＜Ａ，Ｄ＜Ｅ＜Ｃの関係を有する範囲で適宜に設定されている。この例では、０．５≦（Ｆ−Ｂ）／（Ａ−Ｂ）≦０．９又は０．５≦（Ｃ−Ｅ）／（Ｃ−ＢＤ）≦０．９の条件を満足するように設定されている。各グルーブ９２は、図７に示す如く、第１グルーブ部分９２ａと第２グルーブ部分９２ｂとが基端部で一致する略く字状をなすものとするか、図８に示す如く、第１グルーブ部分９２ａと第２グルーブ部分９２ｂとの基端部が周方向に齟齬する千鳥形状をなすものとされる。

このような複合形ノンコンタクトガスシール４１によれば、密封端面９ａ，１０ａ間にシールガスＧによる静圧に加えて動圧発生溝９１による動圧が発生し、これらの静圧及び動圧により密封端面９ａ，１０ａ間を非接触状態に保持する。したがって、シールガスＧによる静圧によっては密封端面９ａ，１０ａを適正な非接触状態に保持し得ない事態が発生したときにも、動圧によって適正な非接触状態を維持することができる。また、静圧のみで非接触状態に保持する静圧形ノンコンタクトガスシール４に比して、シールガスＧによる静圧によってシールガスＧの必要供給量を少なくすることができる。また、動圧発生溝９１を密封端面９ａ，１０ａの重複領域外に開放されていないため、各グルーブ９２の最内径側端部及び最外径側端部が、密封端面９ａ，１０ａ間に導入されたシールガスＧに対する堰として機能することになると共に、密封端面９ａ，１０ａ間に形成される漏れ間隙を狭めるように作用することになる。その結果、密封端面９ａ，１０ａ間に導入されたシールガスＧの処理領域（被密封ガス領域）Ａ側への漏れ量が抑えられて動圧発生溝９１によるシールガスＧの捕捉特性が極めて良好なものになる。したがって、シールガスＧの消費量を低減でき、万一シールガスＧに同伴されるパーティクルがある場合にも、その侵入を極力抑制することができる。

なお、図５に示された非接触形メカニカルシール４１及び基板洗浄装置の構成は、上記した構成（動圧発生溝９１を設けた点）を除いて、図１に示された非接触形メカニカルシール４及び基板洗浄装置と同一である。

ところで、図５に示されたシール装置たる複合形ノンコンタクトガスシール４１を装備する処理装置の構成，使用条件等によっては、回転テーブル１ないし回転軸２が一方向でなく両方向に回転される場合があるが、かかる場合には、上記動圧発生溝９１を回転密封環９が正転方向及び逆転方向の何れの方向に回転しても動圧を発生しうるような形状としておけばよい。このような動圧発生溝９１の形状については、シール条件等に応じて任意に設定することができ、従来からも種々の形状が提案されている。例えば、回転密封端面９ａに、直径線に対して対称形状をなす第１動圧発生溝と第２動圧発生溝とからなる動圧発生溝ユニットを周方向に所定間隔を隔てて複数組並列状に形成して、回転密封環９が正転方向に回転するときには第１動圧発生溝により動圧が発生せしめられ、また回転密封環９が逆転方向に回転するときには第２動圧発生溝により動圧が発生せしめられるように構成しておくのである。各第１及び第２動圧発生溝としては、例えば、溝深さ及び溝幅を一定とするＬ字形溝等を採用することができる。

また、上記した非接触形メカニカルシール４，４１の静止密封環１０の構成においては、ガラス状炭素層１０２に代えて、基体１０１の表面層を適当な合成樹脂をコーティング又は含浸させてなる合成樹脂層としておくことも可能である。また、ガラス状炭素層１０２（又は合成樹脂層）は、少なくとも静圧発生溝１８及び静止密封環側シールガス通路２２の内周面に形成されるが、必要に応じて、図９に示す如く、静止密封端面１０ａを含む全表面に形成しておくことも可能である。但し、図２及び図３に示す如く、静止密封端面１０ａをガラス状炭素層１０２（又は合成樹脂層）で被覆せずカーボンを露出させておくと、シールガスＧの供給停止や軸振れ等によって回転密封端面９ａと接触して損傷した場合にも、静止密封端面１０ａの修復を容易に行い得る利点がある。さらに、図１０に示す如く、ガラス状炭素（又は合成樹脂）を静止密封環１０の内部にまで含浸させておくようにしてもよい。この場合、ガラス状炭素層１０２（又は合成樹脂層）は必要以上に厚くしておく必要はない。

また、回転密封環９は、回転軸２以外の回転軸側部分（例えば、回転テーブル１）に設ける他、回転軸２又はそのスリーブに固定するようにしてもよい。また、シール条件によっては、静止密封環１０をシールケース７に固定し、回転密封環９を回転軸側に軸線方向移動可能に且つ相対回転不能に保持するようにすることができる。

本発明に係る非接触形メカニカルシールである静圧形ノンコンタクトガスシールを装備した基板洗浄装置の一例を示す縦断側面図である。 図１の要部を示す詳細図である。 図１の要部（静止密封環）を取り出して示す縦断側面図である。 図３に示す静止密封環の平面図である。 本発明に係る非接触形メカニカルシールである複合形ノンコンタクトガスシールを装備した基板洗浄装置の変形例を示す縦断側面図である。 図５の要部を示す詳細図である。 動圧発生溝の一例を示す回転密封環の半截平面図である。 動圧発生溝の変形例を示す回転密封環の半截平面図である。 静止密封環の変形例を示す図３相当の縦断側面図である。 静止密封環の他の変形例を示す図３相当の縦断側面図である。

符号の説明

１…回転テーブル、２…回転軸、３…カバー、４…非接触形メカニカルシール（静圧形ノンコンタクトガスシール）、６…カバー本体、７…シールケース、７ａ…密封環保持部、７ｂ…スプリング保持部、９…回転密封環、９ａ…回転密封端面、１０…静止密封環、１０ａ…静止密封端面、１１…スプリング部材、１２ａ…シールガス通路、１２ａ…シールガス供給路、４１…非接触形メカニカルシール（複合形ノンコンタクトガスシール）、９１…動圧発生溝、９２…グルーブ、９２ａ…第１グルーブ部分、９２ｂ…第２グルーブ部分、１０１…基体、１０２，１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ…ガラス状炭素層、Ａ…処理領域（被密封ガス領域）、Ｂ…カバー内領域（非密封ガス領域）、Ｇ…シールガス。

Claims (2)

1. 回転軸側に設けられた回転密封環と回転軸が洞貫するシールケースに設けられた静止密封環とを、シールガスを静止密封環に形成されたシールガス通路から両密封環の対向端面たる密封端面間に供給することにより、非接触状態に保持するように構成された非接触形メカニカルシールにおいて、
   静止密封環を、基体をカーボンで構成すると共に、密封端面を形成する部分を除く基体の表面層を、シールガス通路の内周面層を含めて、ガラス状炭素層又は合成樹脂層で構成した複合材構造物として、シールガスとの接触による静止密封環からのパーティクルの発生を防止するように構成したことを特徴とする非接触形メカニカルシール。
2. 一方の密封環の密封端面に動圧発生溝を形成して、密封端面間にシールガスによる静圧に加えて動圧発生溝による動圧を作用させることにより、密封端面間を非接触状態に保持するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載する非接触形メカニカルシール。

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