JPWO2016166899A1 - 静圧シール付きモーター - Google Patents

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Abstract

静圧シール付きモーター(1)では、前後に突出するモーター回転軸(12)の第1、第2軸端部(12a、12c)に配置した第1、第2静圧シール部(30、40)によって、前後の隙間がシールされる。第1、第2静圧シール部(30、40)のシール隙間(32、42)に供給されるシールガスは、薬液雰囲気(5a、5b)とモーター室(18)あるいはエンコーダー室(21)に分岐して流れる。シールガスの分岐流によって、モーター室(18)、エンコーダー室(21)から薬液雰囲気(5a、5b)に塵埃が侵入することが防止され、薬液雰囲気(5a、5b)からモーター室(18)、エンコーダー室(21)に薬液を含むガスが侵入することが防止される。

Description

本発明は、例えば、半導体製造工程において使用されるウエハの洗浄装置、薬液塗布装置、ウエハ搬送装置等の駆動源等として用いる静圧シール付きモーターに関する。
ウエハの洗浄等に使用する駆動機構としては、特許文献1に記載された構成のものが知られている。ここに開示の駆動機構では、容器内において垂直に配置したモーター中空軸の先端に回転テーブルを取り付け、回転テーブルを回転させ、その上に載せたウエハに対して上側に配置された供給ノズルから洗浄液を吹き付けている。中空軸の外周側および内周側の双方のシール性を確保するために、中空軸の外周側および内周側にラビリンスシールが配置されている。
このようなシール部を備えた駆動機構は、シール性を確保するために所定の軸長が必要であるので、モーター中空軸の軸方向の長さが長くなってしまう。モーター中空軸の軸受け位置からシール位置までの距離が長くなると、軸振れ等が大きくなるので、シール性の低下を回避するために、シールを大型化せざるを得ない。
特許文献2には、シール部として静圧シールを用いた回転型電動機が提案されている。この回転型電動機においては、モーター回転軸を支持する両側のモーター軸受けの両側に密閉空間が形成され、密閉空間は静圧シールによってシールされている。静圧シールは、モーター回転軸の両側の軸端部の外周面に対峙するモーターケースの両側の部位に形成されている。各静圧シールには、モーターケースに形成した給気路を介して、外部からシールガスが供給される。
各静圧シールに供給されるシールガスの一部は密閉空間内に導かれ、密閉空間内の内圧が、モーター軸受けの間に形成されているモーター室内の内圧よりも高くなる。モーターケースには排気口が形成されており、両側の密閉空間から両側のモーター軸受けを通ってモーター室内に流入するシールガスが、モーター室から直接に排気口を介して外部に排出される。これにより、回転型電動機の内部、両端のモーター軸受けから、摩耗粉、グリースなどが外部に漏れ出て周囲環境を汚染することを防止している。
特開平11−265868号公報 特許第4314625号公報
静圧シールを用いることにより、モーターの回転部と固定部との間のシール部をコンパクトに構成できるので、モーターの偏平化に有利である。しかしながら、特許文献2に記載の回転型電動機においては、モーターケースの構成部品に、静圧シール用の周溝、および、当該周溝にシールガスを供給するための給気路を形成している。また、両側のモーター軸受けのそれぞれの外側には静圧シールから漏れ出るシールガスによって内圧をモーター室の内圧よりも高くするための密閉空間を形成している。このように、モーターケース自体に、静圧シール、給気路を形成し、モーター軸受けの両側に密閉空間を付設しているので、構造の複雑化、大型化を招き、モーターの小型化には好ましくない。
また、モーターケースに排気口を設けてモーター室内から気体を外部に排出するようにしている。モーターケースの内周部にはモーターステータの構成部品が組み付けられており、一般に、排気口を設けるスペースを確保することが困難な場合が多い。このため、排気口を設けるためにモーターの軸長が長くなることが多く、モーターの小型化には好ましくない。
さらに、モーター回転軸を支持している両側のモーター軸受けの内部を通って、シールガスがモーター室内に流れ込む。このため、モーター軸受けの内部において発生した摩耗粉等の異物が、モーター内部の各部分に拡散して付着するおそれがある。
本発明の課題は、このような点に鑑みて、機構の複雑化、大型化を伴うことなく、異物が外部に漏れ出ることを防止でき、外部から腐食性の気体や液体等が内部に侵入することを防止できる静圧シール付きモーターを提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明の静圧シール付きモーターは、
モーターケースと、
前記モーターケースの後端に取り付けたエンコーダーカバーと、
前記モーターケースの内部に形成されるモーター室と前記エンコーダーカバーの内部に形成されるエンコーダー室との間を仕切る仕切り板と、
前記モーターケースのケース前板部分、前記仕切り板、および前記エンコーダーカバーのカバー背板部分を貫通して延びるモーター回転軸と、
前記ケース前板部分と、当該ケース前板部分から前方に突出している前記モーター回転軸の第1軸端部との間の隙間を封鎖している第1静圧シール部と、
前記カバー背板部分と、当該カバー背板部分から後方に突出している前記モーター回転軸の第2軸端部との間の隙間を封鎖している第2静圧シール部と、
前記モーター室と前記エンコーダー室を連通するために前記仕切り板に形成した仕切り板連通路と、
前記エンコーダー室と外部を連通するために前記エンコーダーカバーに形成した排気口と
を有しており、
前記第1静圧シール部は、前記第1軸端部の外周面との間に、外部から供給されるシールガスによって密閉される第1シール隙間を形成する第1シールリングを備え、
前記第2静圧シール部は、前記第2軸端部の外周面との間に、外部から供給されるシールガスによって密閉される第2シール隙間を形成する第2シールリングを備えていることを特徴としている。
本発明では、モーターケースの前端およびエンコーダーカバーの後端から前後に突出しているモーター回転軸の第1、第2軸端部に第1、第2シールリングを取り付けている。これらシールリングによって構成される第1、第2静圧シール部によって、モーターケース前端およびエンコーダーカバー後端におけるモーター固定部とモーター回転部との間の隙間をシールしている。
第1、第2シールリングのシール隙間に供給されたシールガスによって、当該シール隙間がシールされ、シール隙間に供給されたシールガスの一部により、シール隙間からモーター室内、エンコーダー室内へ向かうガス流が形成される。これにより、モーター室内、エンコーダー室内から外部に摩耗粉等の異物が漏れ出ることが防止される。
モーター室内に流入したシールガスはモーター室内を通って仕切り板連通路からエンコーダー室内に流入する。エンコーダー室内に流入したシールガスは、エンコーダーカバーに形成されている排気口から外部に排出されて所定の回収部に回収される。
一方、第1、第2シールリングのシール隙間に供給されたシールガスの一部は第1、第2軸端部の外周面に沿って前側および後側に流れてシール隙間から外部に流出する。シール隙間がシールガスによってシールされると共に、シール隙間から外部に流出するシールガスの流れが形成されるので、外部からモーター室内、エンコーダー室内に、腐食性のガス、液体等が侵入することが防止される。
本発明では、第1、第2シールリングをモーター回転軸の第1、第2軸端部に取り付けて第1、第2静圧シール部を構成している。モーターケースの構成部材にシールガスの給気路を形成し、そのケース前板部分と、ここを貫通しているモーター回転軸の外周面との間に静圧シール部を形成する場合に比べて、モーター構成部品の構造の複雑化を招くことなく、モーターケースの前端の隙間およびエンコーダーカバーの後端の隙間を確実にシールできる。
また、モーター室内に流入したシールガスを、仕切り板連通路を介してエンコーダー室に流出させ、エンコーダー室からエンコーダーカバーに形成されている排気口を介して外部に排出している。モーターカバーに排気口を形成する場合に比べて、モーターの偏平化に有利である。
すなわち、モーター室から直接外部にシールガスを排出する場合には、モーターケースに排気口を形成する必要がある。モーターケースの内周面にはモーターステータを構成しているステータコア、駆動コイル等が組み付けられる。したがって、モーターケースには排気口を設けるスペースを確保できない場合が多い。排気口を設けると、モーターケースの軸長が長くなってしまうことが多く、モーターの偏平化には不利である。
また、モーター回転軸を回転自在の状態で支持するための軸受けが、モーターケースのケース前板部分、モーターケースの後端に取り付けた仕切り板に取り付けられる。排気口等による断面欠損は、モーターケースに必要とされる強度、剛性の確保には不利である。エンコーダーカバーは、モーターケースに比べて強度、剛性が低くてもよく、排気口を設けることが容易である。
ここで、第1、第2静圧シール部は次の構成とすることができる。前記第1シールリングは、その外周面に形成したシールガスの第1給気口を備え、前記第1シール隙間は、前記第1給気口からシールガスが供給される円環状の第1給気溜まりと、この第1給気溜まりと前記モーター室内とを連通する当該第1給気溜まりよりも狭い円環状の第1内側隙間と、前記第1給気溜まりと外部とを連通する前記第1給気溜まりよりも狭い円環状の第1外側隙間とを備えている。
前記第2シールリングは、その外周面に形成したシールガスの第2給気口を備え、前記第2シール隙間は、前記第2給気口からシールガスが供給される円環状の第2給気溜まりと、この第2給気溜まりと前記エンコーダー室内とを連通する当該第2給気溜まりよりも狭い円環状の第2内側隙間と、前記第2給気溜まりと外部とを連通する前記第2給気溜まりよりも狭い円環状の第2外側隙間とを備えている。
本発明の静圧シール付きモーターにおいて、モーター回転軸を支持する軸受けは、モーターケースのケース前板部分および仕切り板にそれぞれ取り付けられる。
この場合には、ケース前板部分におけるモーター側軸受けが取り付けられている軸受け取り付け部には、モーター側軸受けを迂回させて、第1シール隙間の第1内側隙間からモーター室内にシールガスを導く迂回路が形成されていることが望ましい。
迂回路を形成することにより、モーター室内へのシールガスの円滑な流れが形成される。また、シールガスがモーター側軸受けの内部を通って、ここで発生する摩耗粉等の異物をモーター室内に飛散させてしまうことを抑制できる。
なお、他方のエンコーダー側軸受けの内部を通ってシールガスが流れることは殆ど無い。すなわち、当該軸受けが取り付けられている仕切板に連通路が形成されており、ここを通ってシールガスがエンコーダー室内に流れ込む。また、第2静圧シール部においては、その第2シール隙間からエンコーダー室内に流れ込むシールガスは当該エンコーダー室から排気口を介して外部に排出される。よってシールガスによって、エンコーダー側軸受けで発生した摩耗粉等の異物が、モーター室内あるいはエンコーダー室内に飛散するおそれがない。
本発明の静圧シール付きモーターにおいて、エンコーダー室内に配置されているモーターエンコーダーは、磁気エンコーダーであることが望ましい。モーター室内で発生した油分などの異物がエンコーダー室内に流入してモーターエンコーダーに付着することが考えられる。磁気エンコーダーを用いれば、油分等の異物が付着しても検出動作に支障を来すことがない。
なお、本発明の静圧シール付きモーターのモーター回転軸を中空軸とすることができる。
本発明を適用した静圧シール付きモーターの正面図および断面図である。 前側静圧シール部を示す拡大図およびシール隙間の圧力分布図、並びに、後側静圧シール部を示す拡大図およびシール隙間の圧力分布図である。
以下に、図面を参照して、本発明を適用した静圧シール付きモーターの実施の形態を説明する。以下に述べる実施の形態は、本発明をウエハの洗浄等に使用する駆動機構として用いる場合の例であるが、本発明の静圧シール付きモーターは、モーター設置雰囲気と、これを取り囲むクリーンルーム等の外周雰囲気との間をシールする必要がある各種の駆動機構に適用可能である。
(全体構成)
図1(a)は本実施の形態に係る静圧シール付きモーターの正面図であり、図1(b)はその断面図である。静圧シール付きモーター1は、ウエハ洗浄装置の容器の構成部品である一対の隔離壁2、3の間に架け渡された状態に設置され、隔離壁2、3の間の空間がモーター設置雰囲気4であり、隔離壁2、3の前後がウエハ洗浄用の薬液がウエハに吹き付けられる薬液雰囲気5a、5bである。モーター設置雰囲気4と薬液雰囲気5a、5bとの間を確実にシールした状態で、静圧シール付きモーター1が前後の隔離壁2、3の間に設置されている。
静圧シール付きモーター1(以下、単に「モーター1」と呼ぶものとする。)は、円筒状のハウジング11と、このハウジング11の中心部分をモーター軸線1aの方向に貫通して延びる中空軸からなるモーター回転軸12とを備えている。
ハウジング11は、モーターケース13と、このモーターケース13におけるモーター軸線1aの方向の一方の端に同軸に取り付けたエンコーダーカバー14とを備えている。以下の説明においては、便宜上、モーター軸線1aの方向におけるモーターケース13の側を「前側」、エンコーダーカバー14の側を「後側」と呼ぶものとする。
モーターケース13は円筒状のケース胴部13aと、その前側の端から半径方向の内方に延びる円盤状のケース前板部分13bとを備えている。エンコーダーカバー14は、ケース胴部13aに同軸に取り付けた円筒状のカバー胴部14aと、その後側の端から半径方向の内方に延びる円盤状のカバー背板部分14bとを備えている。ケース胴部13aの後端部は、当該後端部に同軸に取り付けた円盤状の仕切り板15によって封鎖されている。
モーター回転軸12は、前側のモーター側軸受け16と、後側のエンコーダー側軸受け17とによって回転自在の状態で支持されている。モーター側軸受け16は、ケース前板部分13bの内周側の部分に形成した軸受け保持部13cに取り付けられている。エンコーダー側軸受け17は、仕切り板15の内周面に形成した軸受け保持部15aに取り付けられている。
モーターケース13と、仕切り板15と、モーター回転軸12とによって区画された空間がモーター室18であり、ここには、ケース胴部13aの内周面に取り付けたステーターアセンブリ19およびモーター回転軸12の外周面に取り付けたローターアセンブリ20とが組み込まれている。
エンコーダーカバー14と、仕切り板15と、モーター回転軸12とによって区画された空間がエンコーダー室21であり、ここには、モーター回転軸12の回転情報を検出するための磁気エンコーダー22が組み込まれている。磁気エンコーダー22の磁極エンコーダー板22aがモーター回転軸12に同軸に取り付けられ、磁極検出部22bおよび信号変換部22cが仕切り板15に取り付けられている。
仕切り板15における半径方向の中程の部位には、貫通穴からなる仕切板連通路15bが形成されている。仕切板連通路15bを介して、モーター室18とエンコーダー室21が連通している。また、エンコーダーカバー14のカバー胴部14aには排気口14cが形成されている。排気口14cには排気回収管23が接続され、ここを介して不図示の回収部に排気を回収可能となっている。
ここで、モーター回転軸12の前側の第1軸端部12aは、ケース前板部分13bから前方に突出し、さらに、前側の隔離壁2を貫通して薬液雰囲気5aの側に突入している。第1軸端部12aの外周部には、ケース前板部分13bと隔離壁2との間に、前側の第1静圧シール部30が配置されている。第1静圧シール部30は、ケース前板部分13bの円形内周面13dと第1軸端部12aの円形外周面12bとの間の隙間をシールしていると共に、隔離壁2の円形内周面2aと第1軸端部12aの円形外周面12bとの間の隙間をシールしている。
同様に、モーター回転軸12の後側の第2軸端部12cは、カバー背板部分14bから後方に突出し、さらに、後側の隔離壁3を貫通して薬液雰囲気5bの側に露出している。第2軸端部12cの外周部には、カバー背板部分14bと隔離壁3との間に、後側の第2静圧シール部40が配置されている。第2静圧シール部40は、カバー背板部分14bの円形内周面14dと第2軸端部12cの円形外周面12dとの間の隙間をシールしていると共に、隔離壁3の円形内周面3aと第2軸端部12cの円形外周面12dとの間の隙間をシールしている。
前後の第1、第2静圧シール部30、40は基本的に同一構造である。第1静圧シール部30は、第1軸端部12aを同軸に取り囲む第1シールリング31を備えている。第1シールリング31はケース前板部分13bの内周縁部分にボルトによって同軸に取り付けられている。第1シールリング31の内周面と第1軸端部12aの円形外周面12bとの間には、外部から供給され窒素ガスなどの清浄なシールガスによって密閉される第1シール隙間32が形成されている。
同様に、第2静圧シール部40は、第2軸端部12cを同軸に取り囲む第2シールリング41を備えている。第2シールリング41はカバー背板部分14bの内周縁部分にボルトによって取り付けられている。第2シールリング41の内周面と第2軸端部12cの円形外周面12dとの間には、外部から供給され窒素ガスなどの清浄なシールガスによって密閉される第2シール隙間42が形成されている。
(第1、第2静圧シール部)
図2(a)、(b)は、それぞれ、前側の第1静圧シール部30の拡大図および第1シール隙間32の圧力分布図である。図2(c)、(d)は、それぞれ、後側の第2静圧シール部40の拡大図および第2シール隙間42の圧力分布図である。
図2(a)を参照して説明すると、第1静圧シール部30の第1シールリング31は、その内周側の部分が前後に対称な状態で突出しており、これにより、前側フランジ部31aおよび後側フランジ部31bが形成されている。前側フランジ部31aの側は、前側の隔離壁2の内周縁部分に密着している。後側フランジ部31bの円形外周面31cおよび後側端面31dは、ケース前板部分13bの内周縁部分に密着しており、これらの間は、Oリング33によってシールされている。
第1シールリング31の円形外周面にはシールガスを外部から第1シール隙間32に供給するための第1給気口31eが開口している。第1給気口31eには、給気管34が接続され、給気管34は不図示のシールガス供給源に繋がっている。
第1シールリング31と第1軸端部12aとの間に形成されている第1シール隙間32は、第1給気口31eからシールガスが供給される円環状の第1給気溜まり32aと、この第1給気溜まり32aとモーター室18内とを連通する円環状の第1内側隙間32bと、第1給気溜まり32aと外部(薬液雰囲気5a)とを連通する円環状の第1外側隙間32cとを備えている。第1給気溜まり32aに比べて、その両側の第1内側隙間32b、第1外側隙間32cは半径方向の間隔が狭い。
ここで、第1シールリング31が取り付けられているケース前板部分13bの軸受け保持部13cにはシールガス迂回路34としての溝(半径方向溝34aおよび軸線方向溝34b)が、モーター側軸受け16との間に形成されている。シールガス迂回路34は、第1シール隙間32の第1内側隙間32bとモーター室18の内部空間とを連通している。
次に、図2(c)を参照して説明すると、他方の第2静圧シール部40の第2シールリング41は、その内周側の部分が前後に突出して、前側フランジ部41aおよび後側フランジ部41bが形成されている。前側フランジ部41aは、カバー背板部分14bの内周縁部分に密着しており、これらの間が、Oリング43によってシールされている。後側フランジ部41bは、後側の隔離壁3の内周縁部分に密着している。
第2シールリング41の円形外周面にはシールガスを外部から第2シール隙間42に供給するための第2給気口41eが開口している。第2給気口41eには、給気管44が接続されており、給気管44は不図示のシールガス供給源に繋がっている。
第2シールリング41と第2軸端部12cとの間に形成されている第2シール隙間42は、第2給気口41eからシールガスが供給される円環状の第2給気溜まり42aと、この第2給気溜まり42aとエンコーダー室内とを連通する円環状の第2内側隙間42bと、第2給気溜まり42aと外部(薬液雰囲気5b)とを連通する円環状の第2外側隙間42cとを備えている。第2給気溜まり42aに比べて、その両側の第2内側隙間42b、第2外側隙間42cは半径方向の間隔が狭い。
(動作説明)
この構成のモーター1においては、窒素ガス(N)などの清浄なシールガスを、第1、第2静圧シール部30、40の給気口31e、41eから第1、第2シール隙間32、42に導入する。第1シール隙間32に導入されたシールガスは、第1給気溜まり32aで薬液雰囲気5aとモーター室18に分岐して流れる。第1シール隙間32に供給されるシールガスの静圧分布は、第1シール隙間32におけるモーター軸線1aの方向に沿って、図2(b)に示すような状態になる。すなわち、第1給気溜まり32aの部分において最も圧力が高く、モーター軸線1aに沿って、第1内側隙間32b、第1外側隙間32cの側に向かって漸減している。
前側の第1静圧シール部30の第1シール隙間32からモーター室18の内部に流入するシールガスは、モーター側軸受け16を迂回して、シールガス迂回路34を通ってモーター室18の内部に流入する。モーター室18の内部に流入したシールガスは、仕切り板15に形成されている仕切板連通路15bを通ってエンコーダー室21に流れ込み、エンコーダーカバー14に形成されている排気口14cから排出される。
後側の第2静圧シール部40の第2シール隙間42に導入されるシールガスは、第2給気溜まり42aで薬液雰囲気5bとエンコーダー室21に分岐して流れる。この場合のシールガスの静圧分布は、図2(d)に示すような状態になる。エンコーダー室21に流入したシールガスは、エンコーダーカバー14に形成されている排気口14cから排出される。
薬液雰囲気5a、5bの内圧および、モーター室18またはエンコーダー室21の内圧に対して、第1、第2給気溜まり32、42の内圧を高く保持することにより、薬液を含んだガスがモーター室18またはエンコーダー室21に侵入するのを防ぐことができる。また、モーター室18またはエンコーダー室21の塵埃が薬液雰囲気5a、5bに流出することを防ぐことができる。
第1シールリング31の円形外周面にはシールガスを外部から第1シール隙間32に供給するための第1給気口31eが開口している。第1給気口31eには、給気管35が接続され、給気管35は不図示のシールガス供給源に繋がっている。

Claims (6)

  1. モーターケースと、
    前記モーターケースの後端に取り付けたエンコーダーカバーと、
    前記モーターケースの内部に形成されるモーター室と前記エンコーダーカバーの内部に形成されるエンコーダー室との間を仕切る仕切り板と、
    前記モーターケースのケース前板部分、前記仕切り板、および前記エンコーダーカバーのカバー背板部分を貫通して延びるモーター回転軸と、
    前記ケース前板部分と、当該ケース前板部分から前方に突出している前記モーター回転軸の第1軸端部との間の隙間を封鎖している第1静圧シール部と、
    前記カバー背板部分と、当該カバー背板部分から後方に突出している前記モーター回転軸の第2軸端部との間の隙間を封鎖している第2静圧シール部と、
    前記モーター室と前記エンコーダー室を連通するために前記仕切り板に形成した仕切り板連通路と、
    前記エンコーダー室と外部を連通するために前記エンコーダーカバーに形成した排気口と
    を有しており、
    前記第1静圧シール部は、前記第1軸端部の外周面との間に、外部から供給されるシールガスによって密閉される第1シール隙間を形成する第1シールリングを備え、
    前記第2静圧シール部は、前記第2軸端部の外周面との間に、外部から供給されるシールガスによって密閉される第2シール隙間を形成する第2シールリングを備えていることを特徴とする静圧シール付きモーター。
  2. 前記第1シールリングは、その外周面に形成したシールガスの第1給気口を備え、
    前記第1シール隙間は、前記第1給気口からシールガスが供給される円環状の第1給気溜まりと、この第1給気溜まりと前記モーター室内とを連通する当該第1給気溜まりよりも狭い円環状の第1内側隙間と、前記第1給気溜まりと外部とを連通する前記第1給気溜まりよりも狭い円環状の第1外側隙間とを備えており、
    前記第2シールリングは、その外周面に形成したシールガスの第2給気口を備え、
    前記第2シール隙間は、前記第2給気口からシールガスが供給される円環状の第2給気溜まりと、この第2給気溜まりと前記エンコーダー室内とを連通する当該第2給気溜まりよりも狭い円環状の第2内側隙間と、前記第2給気溜まりと外部とを連通する前記第2給気溜まりよりも狭い円環状の第2外側隙間とを備えている請求項1に記載の静圧シール付きモーター。
  3. 前記モーター室内における前記ケース前板部分に取り付けられて前記モーター回転軸を支持しているモーター側軸受けと、
    前記仕切り板に取り付けられて前記モーター回転軸を支持しているエンコーダー側軸受けと
    を有している請求項2に記載の静圧シール付きモーター。
  4. 前記ケース前板部分における前記モーター側軸受けが取り付けられている軸受け取り付け部には、前記モーター側軸受けを迂回させて、前記第1シール隙間の前記第1内側隙間から前記モーター室内にシールガスを導く迂回路が形成されている請求項3に記載の静圧シール付きモーター。
  5. 前記エンコーダー室内に配置されているモーターエンコーダーは磁気エンコーダーである請求項1に記載の静圧シール付きモーター。
  6. 前記モーター回転軸は中空軸である請求項1に記載の静圧シール付きモーター。
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