JP6772440B2 - シール構造、回転駆動装置、搬送装置、工作機械および半導体製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧力の異なる２つの空間を隔てるシール構造、回転−直動駆動装置、搬送装置、工作機械および半導体製造装置に関する。

搬送装置、半導体製造装置または工作機械等の製造装置には、真空チャンバなどのプロセス室内と外部環境とを隔離させつつ、回転ステージを回転させたり、半導体基板、工作物または工具を回転又は直線移動させたりするシール構造が用いられる。このようなシール構造として、例えば、特許文献１には、位置決め装置（図１、図２参照）が記載されている。

特開２００７−９９３９号公報

特許文献１に記載された技術は、シール溝内に接触式シールであるＯリングが収容されていることで、真空チャンバなどのプロセス室内と外部環境とを隔離させつつ、回転軸を回転させたり、平板を移動させたりするものである。しかし、特許文献１における接触式シールは、密封性を高めるものの、回転軸または平板との接触部分で摩擦を生じるので、摩耗を生じる可能性がある。さらに、摩擦熱により接触式シールの温度が上昇すると、接触式シールが熱膨張し接触式シールの回転軸または平板に対する接触圧が大きくなるので、接触式シールの摩耗が進みやすくなる。このため、接触式シールの寿命が短くなり、部品交換の頻度が高くなる可能性があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、接触式シールの交換頻度を低減することができるシール構造、回転−直動駆動装置、搬送装置、工作機械および半導体製造装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るシール構造は、圧力の異なる２つの空間を隔てるシール構造であって、前記圧力の異なる２つの空間のうち高圧側の空間に配置される筒状のハウジングと、前記ハウジングに挿入されるシャフトと、前記シャフトの一端部に固定されて前記シャフトの回転とともに回転し、かつ前記シャフトの軸方向の移動とともに移動し、前記ハウジングに接して、前記シャフトの外径面と前記シャフトが挿入される前記ハウジングの貫通穴との間の隙間である第１隙間を密封する環状の第１シール部材と、を備えることを特徴とする。

これにより、シャフトが回転または軸方向に移動すると、第１シール部材とハウジングとの間で摩擦が生じる。密封部材である第１シール部材の熱伝導率は、他の部材と比較して小さい。したがって、第１シール部材およびハウジングの間で生じた摩擦熱の大部分は、ハウジング側に伝わり、シャフトの温度上昇は抑制される。そして、ハウジングの熱は、異なる２つの空間のうち高圧側の空間に伝熱する。高圧側の空間では、低圧側の空間と比較して空気の対流が大きいため、高圧側の空間の空気とハウジングの外表面との間で熱伝達が生じやすい。これにより、第１シール部材との摩擦によってハウジングに生じた熱の放熱が促進される。このため、第１シール部材の温度上昇が抑制されるので、第１シール部材の熱膨張が抑制される。したがって、第１シール部材のハウジングに対する接触圧の増加が抑制されることで、第１シール部材の摩耗の進行が抑制される。よって、本発明に係るシール構造は、接触式シールである第１シール部材の交換頻度を低減することができる。

本発明の望ましい態様として、前記第１シール部材は、前記シャフトの径方向内側に向かって突出し、前記シャフトおよび前記シャフトの一端部に固定されて、前記シャフトとともに回転する回転部材に挟まれて固定されるシールフランジ部を備えることが好ましい。

これにより、シャフトがハウジングに対して回転する際、第１シール部材のシャフトに対する相対的な回転が抑制される。すなわち、第１シール部材は、シャフトとともに回転しやすくなる。このため、シール構造は、第１シール部材がハウジングとの摩擦により滑る可能性を低減できる。よって、シール構造は、第１シール部材とシャフトとの間に摩擦が生じる可能性を抑制することができる。

本発明の望ましい態様として、前記第１シール部材は、前記シャフトに接する固定部と、前記ハウジングに接するリップ部と、前記固定部と前記リップ部とを連結する環状連結部と、を備えることが好ましい。

これにより、リップ部の弾性変形による弾性力により、第１シール部材はハウジングに押し付けられる。このため、シール構造は、ハウジングに対する第１シール部材の押圧力を高め、第１隙間の密封性を向上させることができる。そして、第１シール部材は、Ｏリング等である場合に比較して、ハウジングとシャフトとの間のヒートブリッジとなる部分が小さいため、ハウジングとの間で生じる摩擦熱をシャフト側へ熱伝導しにくくしている。これにより、シール構造は、摩擦熱の外部空間側への放熱をより促進することができる。このため、シール構造は、第１シール部材の摩耗を抑制することができる。

本発明の望ましい態様として、前記リップ部と、前記環状連結部と、前記固定部とで囲まれる空間に設けられて、前記リップ部を前記ハウジングに押し付ける付勢部材を備えることが好ましい。

これにより、第１シール部材は、リップ部の弾性変形による弾性力および付勢部材の弾性変形による弾性力により、ハウジングに押し付けられる。このため、シール構造は、ハウジングに対する第１シール部材の押圧力を高め、第１隙間の密封性を向上させることができる。そして、リップ部に摩耗が生じても、付勢部材は、ハウジングに対する第１シール部材の押圧力を維持するように作用する。このため、シール構造は、接触式シールである第１シール部材の交換頻度を低減することができる。

本発明の望ましい態様として、前記リップ部と、前記環状連結部と、前記固定部とで囲まれる空間は、前記圧力の異なる２つの空間のうち、高圧側の空間に向かって開口していることが好ましい。

これにより、リップ部と、環状連結部と、固定部とで囲まれる空間に、圧力の異なる２つの空間のうち高圧側の空間の空気が流入することで、リップ部と、環状連結部と、固定部とで囲まれる空間が膨張する。このため、圧力の異なる２つの空間の圧力差によって、ハウジングに対する第１シール部材の押圧力が高められる。これにより、シール構造は、圧力の異なる２つの空間のうち低圧側を高真空環境としても、高い密封性を維持できる。

本発明の望ましい態様として、前記第１シール部材と軸方向に所定の間隔を有して前記シャフトに固定されて前記シャフトとともに回転し、かつ側面が所定の大きさの隙間である第１隙間を有して前記ハウジングの内壁（内周面）と対向するシール固定部材と、前記シール固定部材に固定されて前記シール固定部材とともに回転し、前記ハウジングに接して、前記第１隙間を密封する環状の第２シール部材を、さらに備えることが好ましい。

これにより、第１シール部材と、第２シール部材が、それぞれ第１隙間を密封することで、圧力の異なる２つの空間を２重に密封し、さらに高い密封性能を維持できる。

本発明の望ましい態様として、前記ハウジング内周面と、前記第１シール部材と、前記第２シール部材と、前記シャフト外周面とで囲まれる空間を排気するための排気孔が前記ハウジングに形成されることが望ましい。

これにより、第１シール部材と第２シール部材との間を排気することで、さらに高い密封性能を維持できる。

本発明の望ましい態様として、ハウジングに上述したシール構造とを備えるとともに、第２ハウジングに前記シャフトを回転させる電動機とを備える、回転駆動装置であることが好ましい。この構造により、回転駆動装置は、高い密封性を実現でき、かつ接触式シールの交換頻度を低減することができる。

本発明の望ましい態様として、上述したシール構造と、被搬送物を移動させる可動部材を備え、前記シャフトの回転及び軸方向移動と、前記可動部材とが連動する、搬送装置であることが好ましい。この構造により、搬送装置は、高い密封性を実現でき、かつ接触式シールの交換頻度を低減することができる。

本発明の望ましい態様として、上述したシール構造を備える、工作機械であることが好ましい。この構造により、工作機械は、高い密封性を実現することができ、かつ接触式シールの交換頻度を低減することができる。その結果、工作機械は、工作の品質を高めることができる。

本発明の望ましい態様として、上述したシール構造を備える、半導体製造装置であることが好ましい。この構造により、半導体製造装置は、高い密封性を実現することができ、かつ接触式シールの交換頻度を低減することができる。その結果、半導体製造装置は、製造物である半導体の品質を高めることができる。

本発明によれば、接触式シールの交換頻度を低減することができるシール構造、回転−直動駆動装置、搬送装置、工作機械および半導体製造装置を提供することができる。

図１は、実施形態１に係るシール構造を備えた半導体製造装置を模式的に示す断面図である。 図２は、実施形態１に係るシール構造を模式的に示す断面図である。 図３は、実施形態１に係る第１シール部材の周辺部分の拡大図である。 図４は、実施形態２に係るシール構造を模式的に示す断面図である。 図５は、実施形態３に係るシール構造を模式的に示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という）につき、図面を参照しつつ説明する。なお、下記の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るシール構造を備えた半導体製造装置を模式的に示す断面図である。図２は、実施形態１に係るシール構造を模式的に示す断面図である。図１および図２は、回転部材３の回転中心軸Ｚｒを含み、かつ回転中心軸Ｚｒと平行な平面でシール構造１を切った断面を示している。なお、実施形態１において、軸方向とは、回転中心軸Ｚｒと平行な方向であり、径方向とは、回転中心軸Ｚｒに対して直交する方向である。図３は、実施形態１に係る第１シール部材の周辺部分の拡大図である。シール構造１は、例えば、真空環境、減圧環境、プロセスガス充填環境等の特殊環境下におかれる内部空間Ｖの密閉を保ちながら回転を伝達する機械要素である。内部空間Ｖと隔てられた外部空間Ｅは、内部空間Ｖに対して高圧である空間または大気雰囲気の空間である。シール構造１は、半導体製造または工作機械製造等の製造装置、搬送装置、回転駆動装置に適用される。ここでは、一例として、半導体製造のための製造装置において、スピンドルを回転軸として備える回転駆動装置（スピンドルユニット）にシール構造１を適用する場合を説明するが、シール構造１の適用対象はこれに限定されるものではない。

図１に示すように、例えば半導体製造に用いられる半導体製造装置１００は、シール構造１と、筐体１０と、電動機８と、直動機構７と、電動機８及び直動機構７を制御する制御装置９１を含む。シール構造１と、電動機８と、直動機構７とは、回転−直動駆動装置６として、電動機８の回転を伝達して、搬送テーブルとしての可動部材３３を回転させるとともに、直動機構７の軸方向の運動を伝達して可動部材３３を軸方向に移動させる。半導体製造装置１００は、筐体１０の内部空間Ｖを真空環境、減圧環境、プロセスガス充填環境にした上で、内部空間Ｖにある被搬送物（例えば、半導体基板、工作物または工具）を可動部材３３に搭載して移動させる。被搬送物を移動させる場合、電動機８及び、直動機構７を内部空間Ｖに設置すると、電動機８及び、直動機構７の動作により異物が発生する可能性がある。そこで、半導体製造装置１００は、内部空間Ｖに可動部材３３を残したまま、電動機８及び、直動機構７を外部空間Ｅに設置する。そして、シール構造１は、内部空間Ｖと外部空間Ｅを隔てて密封性を高めながら、外部空間Ｅに設置された電動機８及び、直動機構７の動力を内部空間Ｖに伝える。電動機８は、例えば、ダイレクトドライブモータ、ベルトドライブを用いた駆動装置、リニアモータ、サーボモータなどである。直動機構７は、例えば、モータ、ねじ機構、直動案内機構を用いた駆動装置である。制御装置９１は、入力回路と、中央演算処理装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）と、記憶装置であるメモリと、出力回路とを含む。メモリに記憶させるプログラムに応じて、電動機８及び、直動機構７を制御し、内部空間Ｖにある被搬送物（例えば、半導体基板、工作物または工具）を搬送テーブル（可動部材）３３に搭載して移動させ、半導体製造装置１００は、所望の製品を製造することができる。

シール構造１は、ハウジング２と、回転部材３とを含む。実施形態１において、ハウジング２は、例えばアルミニウム合金、鉄またはステンレス鋼等の金属で形成されており、軸方向に貫通する貫通穴２２を有する筒状部２１Ａと、筒状部２１Ａの軸方向中間に形成されるフランジ部２１Ｂを備える。

フランジ部２１Ｂは、板状の鍔部材である。実施形態１において、フランジ部２１Ｂの形状は、平面視が円形であるが、これらの形状は円形に限定されない。ハウジング２は、フランジ部２１Ｂを筐体１０の外部から筐体１０の開口部１０ｅを覆うようにあてがい、フランジ部２１Ｂと筐体１０の壁面とをボルト２７で締結することで筐体１０に固定されている。これにより、ハウジング２は、筐体１０の開口部１０ｅを筐体１０の外部から塞ぐことができる。このため、ハウジング２の一端からフランジ部２１Ｂまでの外壁は外部空間Ｅに曝されている。フランジ部２１Ｂは、平面視で筐体１０と重なり合う部分に環状溝２１ｃがあり、この環状溝にＯリング１１がはめ込まれている。Ｏリング１１は、フランジ部２１Ｂと筐体１０との間の隙間を密封し、シール構造１の密封性を向上させている。

回転部材３は、例えばアルミニウム合金、鉄またはステンレス鋼等の金属で形成されており、シャフト８１と、可動部材３３とを備えている。シャフト８１の外径は、ハウジングの貫通孔２２の内径よりも小さくなっている。シャフト８１の一端部は、ハウジング２の貫通孔２２に挿入されている。シャフト８１の他端部は、電動機８の出力シャフト８１に接続されている。実施形態１において、シャフト８１は、電動機８の出力シャフトと一体に形成されているが、シャフト８１と電動機８の出力シャフトとの間にカップリングを介しても良い。可動部材３３は、シャフト８１の一端部に固定されている。

可動部材３３は、シャフト８１とともに回転する。可動部材３３は、シャフト８１の一端部に接する円柱状の胴部３３１と、胴部３３１のシャフト８１側とは反対側の一端部に設けられる載置部３３２とを有する。胴部３３１の外径は、シャフト８１と同様、ハウジングの貫通孔２２の内径よりも小さくなっている。実施形態１において、載置部３３２は、胴部３３１と一体に形成される板状の部材であって、平面視が円形である。載置部３３２の外径は、胴部３３１の外径よりも大きくなっている。載置部３３２の胴部３３１側とは反対側の面に被搬送物が載置される。なお、胴部３３１および載置部３３２は、別部材で構成されてもよい。

なお、上述した本実施形態において、可動部材３３は電動機８によって回転運動し、直動機構７によって軸方向に直線運動させられているが、可動部材３３の動作は必ずしも回転運動または直線運動のいずれか一方である必要はない。例えば、可動部材３３が電動機８によって回転運動しながら、直動機構７で直線運動してもよい。

シャフト８１の一端にはシール固定部３２が形成されている。シール固定部３２は、回転中心軸Ｚｒを中心とした環状の切り欠きであるシール固定凹部３２ｂを有する。

図２に示すように、本実施形態において、シャフト８１と可動部材３３とは、シャフト８１の一端に形成されたねじ部８１ａと、可動部材３３の形成されたねじ穴３３１ａによって互いに固定されるが、シャフト８１と可動部材３３との固定方法はこれに限定されない。例えば、シャフト８１にねじ穴を、可動部材３３に貫通孔を形成し、ボルトによって両者を締結固定してもよい。また、複数のボルトを用いても良い。

シール固定部３２には、第１シール部材５が備えられている。第１シール部材５は、例えば、樹脂またはゴム等の非金属材料で形成されている。第１シール部材５は、回転中心軸Ｚｒを中心とした環状の弾性部材であり、ハウジングの貫通孔２２の内径面に接するようにシャフト８１のシール固定凹部３２ｂに嵌められるとともに、シャフト８１のシール固定部３２と可動部材３３の胴部３３１の端面とで挟まれて固定されている。これにより、第１シール部材５は、シャフト８１及び可動部材３３とともに回転中心軸Ｚｒを中心として回転する。第１シール部材５は、シャフト８１の外径面８２ｂとハウジング２の貫通穴２２との間の隙間（第１隙間）１５を密封する。

図３に示すように、第１シール部材５は、弾性部材であり、リップ部５１と、固定部５２と、環状連結部５３と、シールフランジ部５４とを備える。リップ部５１は、ハウジング２が有する貫通孔２２の内壁に沿った環状部材であり、貫通孔２２の内壁に接する。固定部５２は、シャフト８１の外径面８２ｂに沿った環状部材であり、シャフト８１の外径面８２ｂに接する。環状連結部５３は、リップ部５１と固定部５２とを連結している。この構造により、リップ部５１、固定部５２および環状連結部５３の一体としての断面形状が略Ｕ字形状となっている。これにより、リップ部５１の弾性変形による圧力により、ハウジング２に対する第１シール部材５の押圧力が高められる。このため、第１隙間１５の密封性が向上する。また、リップ部５１と、環状連結部５３と、固定部５２とで囲まれる空間は、圧力の異なる２つの空間のうち、高圧側となる外部空間Ｅに向かって開口している。

シールフランジ部５４は、固定部５２から径方向内側に向かって突出する部材である。シールフランジ部５４は、例えば、環状で板状の部材であり、シール固定部３２のシール固定凹部３２ｂに挿入されている。可動部材３３がシャフト８１にねじ固定されると、シャフト８１および可動部材３３は、シール固定凹部３２ｂに挿入されたシールフランジ部５４を挟み込み固定する。これにより、第１シール部材５のシャフト８１に対する相対的な回転が抑制される。すなわち、第１シール部材５は、シャフト８１とともに回転しやすくなる。このため、シール構造１は、第１シール部材５がハウジング２との摩擦により、シャフト８１に対して滑る可能性を低減できる。よって、シール構造１は、第１シール部材５とシャフト８１との間に摩擦が生じる可能性を抑制することができる。

実施形態１において、可動部材３３は、搬送テーブルであるとともに、シール押え部材でもある。この構造により、シール構造１は、部品点数を削減することができ、製造コストを抑制できる。なお、搬送テーブルとシール押え部材とは、別部材であってもよい。

図３に示すように、リップ部５１と、環状連結部５３と、固定部５２とで囲まれる空間には、付勢部材５６が配置されている。付勢部材５６は、例えばステンレス鋼等であり、平板状の板状部５６ａおよび板状部５６ｂを屈曲部５６ｃで折り曲げた、断面視でＶ字状となる弾性体である。付勢部材５６には、板状部５６ａおよび５６ｂの先端同士が広がるように弾性力が生じている。これにより、付勢部材５６は、リップ部５１をハウジング２の貫通孔２２に押し付けることができる。

第１シール部材５は、リップ部５１の弾性変形による圧力および付勢部材５６の弾性変形による圧力により、貫通孔２２に押し付けられる。このため、シール構造１は、貫通孔２２に対する第１シール部材５の押圧力を高めることができる。さらに、リップ部５１と、環状連結部５３と、固定部５２とで囲まれる空間は、圧力の異なる２つの空間のうち、高圧側となる外部空間Ｅに向かって開口しているので、当該空間に外部空間Ｅの空気が流入することで当該空間が膨張する。このため、圧力の異なる２つの空間の圧力差によって、貫通孔２２に対する第１シール部材５の押圧力が高められる。これにより、シール構造１は、内部空間Ｖを高真空環境としても、高い密封性を維持できる。

また、図３に示すように、第１シール部材５のリップ部５１においては、先端部５１ａが貫通孔２２に接触している。一方、リップ部５１の基部５１ｂは、貫通孔２２に接触しておらず、貫通孔２２との間に隙間をあけて対向している。これにより、第１シール部材５は、リップ部５１の先端部５１ａにて線状に貫通孔２２に接触するので、密封性を向上させることができる。

ところで、特許文献１のような従来技術においては、接触式シールは、ハウジングに固定されてシャフトに接している。このため、シャフトが回転すると、接触式シールとシャフトとの間で摩擦が生じることになる。したがって、摩擦熱によって接触式シールおよびシャフトの温度が上昇する。特に、シャフトの接触式シールと接触する面において、回転中心軸Ｚｒに対して直交する接線方向の速度が０．５ｍ／ｓ以上である場合、接触式シールの温度が上昇しやすい。樹脂またはゴムで形成される接触式シールは、金属で形成される他の部材と比較して熱膨張係数が大きいため、接触式シールが熱膨張すると、接触式シールのシャフトに対する接触圧が大きくなる。これにより、接触式シールの摩耗が進みやすくなる可能性がある。このため、接触式シールの温度上昇は抑制されるのが望ましい。そのために、従来の技術のシール構造は、接触式シールとともに高温となるシャフトの温度上昇を抑える必要がある。しかし、シャフトの一端部は高真空環境であるプロセス室に位置しているため、シャフトに蓄積した熱は、プロセス室側に放熱されない。このため、シャフトに蓄積した熱は、駆動源側に伝熱するが、駆動源側も発熱しているため、駆動源側への放熱量も限定される。

これに対して、実施形態１においては、シャフト８１が回転すると、接触式シールである第１シール部材５とハウジング２の貫通孔２２との間で摩擦が生じる。第１シール部材５は上述したように樹脂またはゴムで形成されているため、第１シール部材５の熱伝導率は、金属で形成された他の部材と比較して１／１０００から１／１００程度である。したがって、第１シール部材５および貫通孔２２の間で生じた摩擦熱の大部分は、貫通孔２２側に伝わり、回転部材３の温度上昇は抑制される。可動部材３３と貫通孔２２との間には、高真空環境である内部空間Ｖに繋がる隙間が設けられているため、実施形態１における貫通孔２２の熱は、可動部材３３側へ伝熱しにくくなっている。一方、貫通孔２２の熱は、フランジ部２１Ｂから筒状部２１Ａに伝熱する。外部空間Ｅでは、高真空環境である内部空間Ｖと異なり空気の対流があるため、外部空間Ｅの空気と外側部材２１の外表面との間で熱伝達が生じやすい。これにより、第１シール部材５との摩擦によってハウジング２の貫通孔の内壁２２ｂに生じた熱の放熱が促進される。このため、第１シール部材５の温度上昇が抑制されるので、第１シール部材５の熱膨張が抑制される。したがって、第１シール部材５の貫通孔２２に対する接触圧の増加が抑制されることで、第１シール部材５の摩耗の進行が抑制される。よって、シール構造１は、接触式シールである第１シール部材５の交換頻度を低減することができる。

なお、シール構造１は、シャフト８１がハウジング２に対して回転運動するとともに、軸方向に移動するため、ハウジング２の貫通孔２２の、第１シール部材との摺接面の軸方向長さを、シャフト８１のハウジング２に対する軸方向ストロークよりも大きくする必要がある。これにより、シャフト８１が軸方向に所定の距離移動する全域において第１シール部材５によって内部空間Ｖを外部空間Ｅに対して密封することができる。

上述したように、第１シール部材５は、リップ部５１と、固定部５２と、環状連結部５３と、を備える。これにより、第１シール部材５は、例えばＯリング等である場合に比較して、貫通孔２２とシャフト８１との間のヒートブリッジとなる部分が小さいため、貫通孔２２との間で生じる摩擦熱をシャフト８１側へ熱伝導しにくくしている。これにより、シール構造１は、摩擦熱の外部空間Ｅ側への放熱をより促進することができる。このため、シール構造１は、第１シール部材５の摩耗を抑制することができる。

なお、第１シール部材５は、例えば、シールフランジ部５４に相当する部分でシャフト８１および可動部材３３によって固定されるＯリング等であってもよい。第１シール部材５がＯリングである場合であっても、第１シール部材５とハウジング２の貫通孔２２との間で摩擦が生じることに変わりなく、第１シール部材５との摩擦によって貫通孔２２に生じた熱は、外部空間Ｅに放熱される。ただし、第１シール部材５は、上述したようにリップ部５１と、固定部５２と、環状連結部５３と、を備える方が摩擦熱をシール固定部材３２側へ熱伝導しにくくできる点で好ましい。

また、実施形態１においては、リップ部５１に摩耗が生じても、付勢部材５６が接触圧を維持するように作用する。このため、シール構造１は、接触式シールである第１シール部材５の交換頻度を低減することができる。

第１シール部材５の材質は、ポリエチレンまたはポリテトラフルオロエチレンであるとより好ましい。ポリエチレンまたはポリテトラフルオロエチレンは、第１シール部材５の材質として、耐摩耗性、耐薬品性に優れ、ハウジング２の貫通孔２２との潤滑に好適である。

第１シール部材５が接触するシャフト８１およびハウジング２の貫通孔２２の材質は、高炭素クロム軸受鋼鋼材、マルテンサイト系ステンレス鋼、析出硬化系ステンレス鋼、Ｓｉを３．４質量％以上含む析出硬化性ステンレスの高珪素合金のいずれか１つが好ましい。この構造により、第１シール部材５の摩耗が抑制され、実施形態１においてシール構造１は、接触式シールである第１シール部材５の交換頻度を低減することができる。

以上説明したように、シール構造１は、圧力の異なる２つの内部空間Ｖと外部空間Ｅとを隔てることができる。シール構造１は、圧力の異なる２つの空間のうち高圧側である外部空間Ｅに配置される筒状のハウジング２と、ハウジング２に挿入されるシャフト８１と、を備える。また、シール構造１は、シャフト８１の一端部に形成されシャフト８１とともに回転し、かつシャフト８１の外径面が所定の大きさの隙間である第１隙間１５を有してハウジング２が有する貫通孔の内壁２２ｂと対向するシール固定部３２と、シール固定部３２に固定されてシール固定部３２とともに回転し、ハウジング２が有する貫通孔２２の内壁２２ｂに接して、第１隙間１５を密封する環状の第１シール部材５とを備える。

これにより、シャフト８１が回転すると、第１シール部材５とハウジング２の貫通孔２２との間で摩擦が生じる。上述したように、樹脂またはゴムで形成された第１シール部材５の熱伝導率は、金属で形成された他の部材と比較して小さい。したがって、第１シール部材５および貫通孔２２の間で生じた摩擦熱の大部分は、貫通孔２２側に伝わり、回転部材３の温度上昇は抑制される。そして、貫通孔２２の熱は、ハウジング２を介して外部空間Ｅ側に伝熱する。外部空間Ｅでは、高真空環境である内部空間Ｖと異なり空気の対流があるため、外部空間Ｅの空気とハウジング２の外表面との間で熱伝達が生じやすい。これにより、第１シール部材５との摩擦によって貫通孔２２に生じた熱の放熱が促進される。このため、第１シール部材５の温度上昇が抑制されるので、第１シール部材５の熱膨張が抑制される。したがって、第１シール部材５の貫通孔２２に対する接触圧の増加が抑制されることで、第１シール部材５の摩耗の進行が抑制される。よって、シール構造１は、接触式シールである第１シール部材５の交換頻度を低減することができる。

実施形態１に係るシール構造１は、シャフト８１に固定されてシャフト８１とともに回転する可動部材（シール押え部材）３３を備える。また、第１シール部材５は、シャフト８１の径方向内側に向かって突出しシール固定部３２および可動部材（シール押え部材）３３に挟まれて固定されるシールフランジ部５４を備える。

これにより、第１シール部材５のシャフト８１に対する相対的な回転が抑制される。すなわち、第１シール部材５は、シャフト８１とともに回転しやすくなる。このため、シール構造１は、第１シール部材５が貫通孔２２との摩擦により滑る可能性を低減できる。よって、実施形態１に係るシール構造１は、第１シール部材５とシャフト８１との間に摩擦が生じる可能性を抑制することができる。

実施形態１に係るシール構造１において、第１シール部材５は、シール固定部３２に接する固定部５２と、ハウジング２が有する貫通孔２２の内壁２２ｂに接するリップ部５１と、固定部５２とリップ部５１とを連結する環状連結部５３と、を備える。

これにより、リップ部５１の弾性変形による弾性力により、第１シール部材５はハウジング２の貫通孔２２に押し付けられる。このため、シール構造１は、貫通孔２２に対する第１シール部材５の押圧力を高め、第１隙間１５の密封性を向上させることができる。そして、第１シール部材５は、例えばＯリング等である場合に比較して、貫通孔２２（ハウジング２）とシャフト８１との間のヒートブリッジとなる部分が小さいため、貫通孔２２との間で生じる摩擦熱をシャフト８１側へ熱伝導しにくくしている。これにより、シール構造１は、摩擦熱の外部空間Ｅ側への放熱をより促進することができる。このため、シール構造１は、第１シール部材５の摩耗を抑制することができる。

実施形態１に係るシール構造１において、リップ部５１と、環状連結部５３と、固定部５２とで囲まれる空間に設けられて、リップ部５１をハウジング２が有する貫通孔２２の内壁に押し付ける付勢部材５６を備える。

これにより、第１シール部材５は、リップ部５１の弾性変形による弾性力および付勢部材５６の弾性変形による弾性力により、貫通孔２２に押し付けられる。このため、シール構造１は、貫通孔２２に対する第１シール部材５の押圧力を高め、第１隙間１５の密封性を向上させることができる。そして、リップ部５１に摩耗が生じても、付勢部材５６は、貫通孔２２に対する第１シール部材５の押圧力を維持するように作用する。このため、シール構造１は、接触式シールである第１シール部材５の交換頻度を低減することができる。

実施形態１に係るシール構造１において、リップ部５１と、環状連結部５３と、固定部５２とで囲まれる空間は、圧力の異なる２つの空間のうち高圧側の空間である外部空間Ｅに向かって開口している。

これにより、リップ部５１と、環状連結部５３と、固定部５２とで囲まれる空間に外部空間Ｅの空気が流入することで、当該空間が膨張する。このため、圧力の異なる２つの空間の圧力差によって、貫通孔２２に対する第１シール部材５の押圧力が高められる。これにより、シール構造１は、内部空間Ｖを高真空環境としても、高い密封性を維持できる。

実施形態１に係るシール構造１において、ハウジング２は、筒状の部材である筒状部２１Ａと、筒状部２１Ａの軸方向中間に形成されるフランジ部２１Ｂと、を備え、第１シール部材５は、貫通孔２２の内壁に接する。そして、貫通孔２２の、第１シール部材との摺接面の軸方向長さは、シャフト８１のハウジング２に対する軸方向ストロークよりも長くなっている。

これにより、シャフトが直動機構７によってハウジング２に対して軸方向に所定のストロークの範囲で往復移動しても、第１シール部材５は貫通穴２２の内壁２２ｂから外れることなく摺接しつづけることができ、シャフトが軸方向に移動できる範囲において内部空間Ｖを外部空間Ｅに対して密封することができる。

（実施形態２）
図４は、実施形態２に係るシール構造を模式的に示す断面図である。上述した実施形態１と同じ構成要素には、同じ構造を付して、説明を省略する。実施形態２に係るシール構造１は、シール部材５を軸方向に２つ備える点が上述した実施形態１とは異なる。

第２実施形態では、シャフト８１と可動部材３３との間に、シール固定部材３５が設けられる。シール固定部材３５は、軸方向両端に形成されたねじ部３５ａと、シャフト８１及び可動部材３３に形成されたねじ穴３３１ａ、３５ａによって互いに固定される。シール固定部材３５のシャフト８１側端面は、シャフト８１のシール固定凹部３２ｂに挿入された第１シール部材５のシールフランジ部５４を挟み込み固定する。シール固定部材３５の軸方向端面側端部にはシール固定凹部３５ｂが形成されており、そこに挿入された第２シール部材５０のフランジ部５４０を、可動部材３３の軸方向端面で挟み込み固定する。
本実施例では、第２シール部材５０は、第１シール部材５と同一のものを用いているが、同様の構成であれば、形状や大きさは異なっていても良い。例えば、シャフト８１に対して、可動部材３３の外径を大きく、又は小さく形成し、それに合わせて第１シール部材５に対して大きい、又は小さい第２シール部材５０を使用しても良い。

上記実施形態によれば、ハウジング２とシャフト８１、可動部材３３及びシール固定部材３５との間の隙間を第１シール部材５及び第２シール部材５０で２重に密封することができるので、よりシール性能を向上させることができる。

（実施形態３）
図５は、実施形態３に係るシール構造を模式的に示す断面図である。上述した実施形態２とは、ハウジング２の軸方向中間に形成された気体通路２２ｂから、シャフト８１、貫通孔２２の内壁、第１シール部材５、及び、第２シール部材５０で囲まれた空間Ｓの気体を排気する点が異なる。

気体通路２２ｂは、ハウジング２の筒状部２１Ａの軸方向中間位置に形成される。
筒状部２１Ａの貫通孔２２の内壁には環状溝２２ａが形成され、環状溝２２ａの底部に気体通路２２ｂが開口している。環状溝２２ａは、シャフト８１のハウジング２に対する軸方向移動の範囲において、常に第１シール部材５と、第２シール部材５０との間に位置する様な位置に形成される。

上記実施形態によれば、ハウジング２とシャフト８１、可動部材３３及びシール固定部材３５と、第１シール部材５と、第２シール部材５０で囲まれる空間を気体通路２２ｂから排気することによって、よりシール性能を向上させることができる。

以上、実施形態１、実施形態２および実施形態３を説明したが、前述した内容により限定されるものではない。また、実施形態１から実施形態３の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換および変更のうち少なくとも１つを行うことができる。

１,１Ａ,１Ｂ シール構造
１０ 筐体
１１ Ｏリング
１５ 第１隙間
２ ハウジング
２１Ａ 筒状部
２１Ｂフランジ部
２２ 貫通孔
２２ａ 環状溝
２２ｂ 貫通孔
３ 回転部材
３２ シール固定部材
３２ｂ シール固定凹部
３３ 可動部材（搬送テーブル、シール押え部材）
３３１ 胴部
３３２ 載置部
５ 第１シール部材
５１ リップ部
５２ 固定部
５３ 環状連結部
５４ シールフランジ部
５６ 付勢部材
６ 回転−直動駆動装置
７ 直動機構
８ 電動機
９１ 制御装置
１００ 半導体製造装置
Ｅ 外部空間
Ｖ 内部空間

Claims (10)

1. 圧力の異なる２つの空間を隔てるシール構造であって、前記圧力の異なる２つの空間のうち高圧側の空間に配置される筒状のハウジングと、前記ハウジングに挿入されるシャフトと、前記シャフトの一端部に固定されて前記シャフトの回転とともに回転し、かつ前記シャフトの軸方向の移動とともに移動し、前記ハウジングに接して、前記シャフトの外径面と前記シャフトが挿入される前記ハウジングの貫通穴との間の隙間である第１隙間を密封する環状の第１シール部材と、を備え、
   前記第１シール部材は、前記シャフトの径方向内側に向かって突出し、前記シャフトの一端部と、前記シャフトの一端部に固定されて前記シャフトとともに回転する回転部材との間に挟まれて固定されるシールフランジ部を備えることを特徴とするシール構造。
2. 前記第１シール部材は、前記シャフトに接する固定部と、前記ハウジングに接するリップ部と、前記固定部と前記リップ部とを連結する環状連結部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のシール構造。
3. 前記リップ部と、前記環状連結部と、前記固定部とで囲まれる空間に設けられて、前記リップ部を前記ハウジングに押し付ける付勢部材を備えることを特徴とする請求項２に記載のシール構造。
4. 前記リップ部と、前記環状連結部と、前記固定部とで囲まれる空間は、前記圧力の異なる２つの空間のうち、高圧側の空間に向かって開口していることを特徴とする請求項２または３に記載のシール構造。
5. 前記第１シール部材と軸方向に所定の間隔を有して前記シャフトに固定されて前記シャフトとともに回転し、かつ側面が所定の大きさの隙間である前記第１隙間を有して前記ハウジングの内壁と対向するシール固定部材と、前記シール固定部材に固定されて前記シール固定部材とともに回転し、前記ハウジングに接して、前記第１隙間を密封する環状の第２シール部材を、さらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のシール構造。
6. 前記ハウジング内周面と、前記第１シール部材と、前記第２シール部材と、前記シャフト外周面とで囲まれる空間を排気するための排気孔が前記ハウジングに形成されることを特徴とする請求項５に記載のシール構造。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のシール構造と、前記シャフトを回転させる電動機とを備える、回転駆動装置。
8. 請求項１から６のいずれか１項に記載のシール構造と、被搬送物を移動させる可動部材を備え、前記シャフトの回転と、前記可動部材とが連動する、搬送装置。
9. 請求項１から６のいずれか１項に記載のシール構造を備える、工作機械。
10. 請求項１から６のいずれか１項に記載のシール構造を備える、半導体製造装置。

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