KR100711114B1

KR100711114B1 - 메카니컬 씰

Info

Publication number: KR100711114B1
Application number: KR1020067002756A
Authority: KR
Inventors: 마코토 우에다; 사토시 후지와라; 미츠루 구다리; 마사노부 니노미야
Original assignee: 니폰 필라고교 가부시키가이샤
Priority date: 2004-07-02
Filing date: 2005-07-01
Publication date: 2007-04-24
Also published as: EP1780450A1; WO2006004052A1; KR20060034724A; EP1780450A4; EP1780450B1; US20090189355A1; US7883093B2; DE602005025776D1

Abstract

메카니컬 씰(4)은 회전축측에 고정된 회전밀봉링(5)과 금속제의 씰 케이스(6)의 내주부에 O링(12)을 개재하여 축선방향으로 이동가능하게 끼워 맞춰서 지지된 정지밀봉링(7)을 구비하는 정압형 비접촉 가스 씰이며, O링(12)을 정지밀봉링(7)의 외주면부에 결합 지지함과 아울러, 씰 케이스(6)의 내주면부에 압접 접촉시킴으로써, 씰 케이스(6)와 정지밀봉링(7)의 사이가 그 밀봉링(7)의 축선방향 이동을 허용하면서 ２차 씰링되도록 구성되어 있다. 씰 케이스(6)의 내주면부에는, 적어도 정지밀봉링(7)의 축선방향 이동을 따라 그 O링(12)이 상대 변위하는 범위에 있어서, 막 두께 15∼100㎛의 수지 코팅막(63)이 형성되어 있다.

메카니컬 씰, seal, 축선방향, O링, 밀봉링

Description

메카니컬 씰{Mechanical Seal}

본 발명은, 회전축측에 고정된 회전밀봉링(回轉密封環)과 회전축이 관통하는 금속제의 씰 케이스(seal case)에 O링(O-ring)을 개재하여 축선(軸線)방향으로 이동가능하게 지지된 정지밀봉링(靜止密封環)을 구비하고 있고, 그 O링을 정지밀봉링의 주면부(周面部)에 결합 지지함과 아울러, 씰 케이스의 주면부에 압접(押壓) 접촉시킴으로써, 씰 케이스와 정지밀봉링의 사이가 그 밀봉링의 축선방향 이동을 허용하면서 ２차 씰링되도록 구성된 메카니컬 씰(mechanical seal)에 관한 것이다.

종래의 메카니컬 씰로서, 회전축에 고정된 회전밀봉링과, 회전축이 관통하는 씰 케이스에 한 쌍의 O링을 개재하여 축선방향으로 이동가능하게 지지된 정지밀봉링과, 정지밀봉링과 씰 케이스의 사이에 개재되어, 정지밀봉링을 회전밀봉링으로 눌러서 밀어붙이는 스프링을 구비하고 있고, 씰 케이스와 정지밀봉링의 사이에 그 한 쌍의 O링에 의해 씰링된 연통공간을 형성함과 아울러, 씰 케이스 및 정지밀봉링에, 그 연통공간을 통하여 연통하는 일련의 통로로서 양쪽 밀봉링의 대향 단면(端面)인 밀봉단면 사이에 개구하는 씰 가스(seal gas) 분출통로를 형성하여, 이 씰 가스 분출통로로부터 밀봉단면 사이에 소정 압(壓)의 씰 가스를 도입함으로써, 밀봉단면 사이를 비접촉 상태로 지지하도록 구성된 정압형(靜壓刑) 비접촉 가스 씰 (non-contact gas seal)이 알려져 있다(예컨대, 특허문헌1 참조).

그런데, 이러한 정압형 비접촉 가스 씰에 있어서는, 씰 조건이나 구조상, 상기 O링을 정지밀봉링의 주면부에 결합 지지시켜 두는 것이 바람직한 경우나 그렇게 할 수 없는 경우가 있다.

[특허문헌1] WO99/27281(도 8)

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

그러나, O링을 정지밀봉링에 결합 지지시킨 경우, 정지밀봉링의 축선방향 이동에 수반하여, O링이 씰 케이스의 주면부에 눌러 접촉한 상태에서 미끄럼 이동하기 때문에 다음과 같은 문제가 생긴다.

즉, 씰 케이스는 그 기능상, 강도가 뛰어나는 금속제의 것으로 되므로, O링과의 접촉저항이 크고, O링의 정지밀봉링에 수반하는 미끄럼 이동이 원활하게 행하여지지 않는다. 그 결과, 정지밀봉링의 축선방향 이동이 양호하게 행하여지지 않고, 정지밀봉링의 추종성(追從性)이 낮아져, 양호한 씰 기능을 발휘할 수 없다. 특히, 상기한 바와 같은 정압형 비접촉 가스 씰에 있어서는, 씰 가스의 공급을 정지한 경우, 정지밀봉링이 회전밀봉링 방향으로 원활하게 이동하지 않고, 정지밀봉링이 회전밀봉링에 격렬하게 충돌하여, 밀봉단면이 손상, 파손할 우려가 있다. 또한, 반대로, 씰 가스의 공급을 정지하여도, 정지밀봉링이 이동하지 않고, 밀봉단면 사이에 틈이 생긴 상태로 되면, 씰 가스의 공급을 재개한 경우에, 밀봉단면 사이에 씰 가스에 의한 적당한 정압(靜壓)이 발생하지 않아, 씰 기능이 상실할 우려가 있다.

이러한 문제는, 양쪽 밀봉링이 상대회전(相對回轉)하여 슬라이딩식으로 접촉함으로써 씰 기능을 발휘시키는 단면 접촉형의 메카니컬 씰이나 밀봉단면을 이 사이에 동압(動壓)을 발생시킴으로써 비접촉 상태로 지지하도록 구성된 동압형의 비접촉형 메카니컬 씰에 있어서도 마찬가지로 생긴다.

본 발명은, 이러한 문제를 발생시키는 일 없이, 정지밀봉링의 추종성이 뛰어나, 양호한 씰 기능을 발휘할 수 있는 메카니컬 씰을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명은, 회전축측에 고정된 회전밀봉링과 회전축이 관통하는 금속제의 씰 케이스에 O링을 개재하여 축선방향으로 이동가능하게 지지된 정지밀봉링을 구비하고 있고, 그 O링을 정지밀봉링의 주면부에 결합 지지함과 아울러 씰 케이스의 주면부로 눌러서 접촉시킴으로써, 씰 케이스와 정지밀봉링의 사이가 그 밀봉링의 축선방향 이동을 허용하면서 ２차 씰링되도록 구성된 메카니컬 씰에 있어서, 상기 목적을 달성하기 위해, 특히, 씰 케이스의 주면부에, 적어도 정지밀봉링의 축선방향 이동에 수반하여 그 O링이 상대 변위하는 범위에 있어서, 수지 코팅막을 형성하여 두는 것을 제안한다.

이러한 메카니컬 씰의 바람직한 실시형태에 있어서는, 예컨대, 상기 O링을 소정간격을 두고 한 쌍 설치하여, 씰 케이스와 정지밀봉링의 사이에 그 한 쌍의 O링에 의해 씰링된 연통공간을 형성함과 아울러, 씰 케이스 및 정지밀봉링에, 그 연통공간을 통하여 연통하는 일련의 통로로서 양쪽 밀봉링의 대향 단면인 밀봉단면 사이에 개구하는 씰 가스 분출통로를 형성하여, 이 씰 가스 분출통로로부터 밀봉단면 사이에 소정 압의 씰 가스를 도입함으로써, 밀봉단면 사이를 비접촉 상태로 지지하도록 구성된 정압형 비접촉 가스 씰로서 제안된다.

이 정지형 비접촉 가스 씰은, 회전 테이블을 사용하여 기판(반도체 웨이퍼, 전자 디바이스(device)의 기판, 액정기판, 포토마스크(photo mask), 유리기판 등)의 세정처리 등을 행하는 처리장치에 있어서, 회전 테이블이 배치되는 처리영역에 고도의 오염방지 대책이 필요하게 되는 경우에도, 유효한 씰 수단으로서 채용된다. 예컨대, 이 정지형 비접촉 가스 씰은, 회전 테이블의 구동부를 통(筒)모양의 플라스틱 커버(plastic cover)로 덮고 있는 처리장치에 있어서, 회전 테이블이 배치된 처리영역과 플라스틱 커버내의 영역의 사이를 차폐하기 위한 씰 수단으로서 사용된다. 이러한 사용 형태에 있어서는, 회전밀봉링이 회전 테이블에 그 회전축선과 동심(同心)모양으로 고정되어 있고, 씰 케이스가 플라스틱 커버내에 배치되어 구동부의 지지기(支持機)틀에 설치된 원통모양의 것이고, 정지밀봉링이 회전밀봉링과 동심모양을 이루어 그 회전밀봉링에 직접 대향하는 상태에서, 씰 케이스의 내주부(內周部)에 축선방향으로 이동가능하게 지지된다. 이 경우, 플라스틱 커버의 내주부에, 씰 케이스의 단부에 맞닿는 고리모양의 커버 단부가 형성되어 있고, 플라스틱 커버에, 씰 가스를 씰 가스 분출통로에 공급하는 씰 가스 공급통로가 형성되어 있으며, 이 씰 가스 공급통로와 씰 케이스에 형성된 씰 가스 분출통로 부분이 커버 단부와 씰 케이스 단부와의 맞닿음부에 있어서 연통 접속되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기한 정압형 비접촉 가스 씰에 있어서는, 한 쪽의 밀봉링의 밀봉단면에 동압(動壓)발생홈을 형성하고, 밀봉단면 사이에 씰 가스에 의한 정압에 더하여 동압발생홈에 의한 동압을 작용시킴으로써, 밀봉단면 사이를 비접촉 상태로 지지하도록 구성하여 둘 수 있다.

또한, 피밀봉유체(被密封流體)가 금속성분(금속이온 등)의 혼입을 회피하여야 하는 것인 경우나 금속부식을 발생할 우려가 있는 것인 경우에 있어서는, 피밀봉유체가 금속제의 씰 케이스에 직접적으로 접촉되는 것을 방지하기 위하여, 씰 케이스의 주면부(周面部)로서 피밀봉유체가 접촉하는 부분에, 상기 O링이 상대 변위하는 부분을 포함하여, 수지 코팅막을 형성하여 두는 것이 바람직하다. 특히, 상기한 정압형 비접촉 가스 씰에 있어서는, 피밀봉유체에 더하여 씰 가스가 씰 케이스에 접촉하는 것에 의한 금속성분의 발생 등을 방지하기 위하여, 씰 케이스에서의 표면부분 및 필요에 따라 피밀봉유체 및/또는 씰 가스가 접촉하는 부분(이것이 접촉할 가능성이 있는 부분을 포함)에, 상기 O링이 미끄럼 이동하는 부분을 포함하여, 수지 코팅막을 형성하여 두는 것이 바람직하다.

수지 코팅막의 구성재료로서는, 상기 O링과의 접촉저항이 낮은 저(低)마찰제의 플라스틱을 사용하는 것이 바람직하고, 또는, 피밀봉유체의 성상(性狀)이나 씰 조건에 따라 내식성, 내약품성 등의 특성이 뛰어난 것을 사용하는 것이 바람직하다. 일반적으로는, 저마찰성, 내식성 등이 뛰어난 폴리데트라플루오로 에틸렌(PTEF) 등의 불소수지를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 수지 코팅막의 막 두께는 5∼100㎛인 것이 바람직하며, 20∼40㎛로 하여 두는 것이 가장 적합하다. 수지 코팅막의 표면(적어도 그 O링이 미끄럼 이동하는 부분)은, 평활면으로 기계가공되어 있는 것이 바람직하다.

발명의 효과

본 발명에 따르면, 정지밀봉링의 이동에 수반하는 O링의 씰 케이스에 대한 상대 변위가 원활하게 행하여져, 정지밀봉링의 추종성이 뛰어난 메카니컬 씰을 제공할 수 있다. 따라서, 정압형 비접촉 가스 씰등의 메카니컬 씰에 있어서, 정지밀봉링의 추종불량에 의해 씰 기능이 손상되는 것 같은 일 없이, 항상 양호한 씰 기능을 발휘시킬 수 있다. 또한, 씰 케이스에 있어서, O링과의 접촉부분을 포함하여, 피밀봉유체가 접촉하는 부분(정압형 비접촉 가스 씰에 있어서는, 씰 가스가 더 접촉하는 부분)을 수지 코팅막으로 피복하여 둠으로써, 피밀봉유체 및/또는 씰 가스가 금속제 씰 케이스에 접촉하는 것에 의한 금속이온의 발생을 방지할 수 있고, 금속이온의 발생을 회피할 필요가 있는 조건에 있어서도, 양호한 씰 기능을 발휘시킬 수 있다. 또한, 피밀봉유체와 접촉하는 씰 케이스 부분을 내식성, 내약품성이 뛰어난 수지 코팅막으로 피복하여 둠으로써, 피밀봉유체가 부식성을 갖는 것인 경우에도, 금속제의 씰 케이스가 부식되는 것 같은 일 없이, 양호한 씰 기능을 발휘시킬 수 있다.

그런데, 회전 테이블을 사용하여 반도체 웨이퍼 등의 기판을 세정처리할 경우, 회전 테이블이 배치되는 처리영역을 청정(淸淨)하게 지지하여 둘 필요가 있고, 회전 테이블의 구동측으로부터 처리영역으로의 입자(particle)침입을 확실하게 저지하여 둘 필요가 있다. 그래서, 이러한 고도의 오염방지 대책을 필요로 하는 처리장치에 있어서는, 종래부터, 회전 테이블과 그 구동부를 덮는 플라스틱 커버의 사이에, 회전 테이블이 배치된 처리영역과 플라스틱 커버내의 영역을 차폐하는 씰 수단을 설치하여 두는 것이 제안되어 있고, 이러한 씰 장치로서는, 일반적으로, 래비린스 씰(labyrinth seal)이나 자성유체(磁性流體) 씰이 채용되고 있다(예컨대, 일본 특개평11-265868호 공보 참조). 그리하여, 이러한 씰 수단을 설치하여 둠으로써, 커버내 영역에서 처리영역으로의 입자침입이 저지되어 기판 등이 더럽혀져 손상되는 일 없고, 또한 처리영역에서 발생하는 처리 찌꺼기(세정액이나 유해물질 등)가 커버내 영역에 침입하여 회전축의 구동계에 고장이 발생하는 문제도 생기지 않는다. 그러나, 종래의 처리장치에서 채용되고 있는 래비린스 씰 등의 씰 수단에 의해서는, 처리영역과 커버내 영역의 차폐를 충분히 행할 수 없어, 기판세정장치 등의 처리장치에 있어서의 오염방지 대책에 만전을 기할 수 없는 것이 실상이다. 즉, 래비린스 씰에서는, 래비린스를 구성하는 고리모양 틈이 회전 정밀도나 기기정밀도에 의해 불균일하게 되기 쉽고, 이러한 래비린스 틈의 불균일에 기인하는 호흡 작용에 의해, 양쪽 영역사이의 차폐기능이 충분히 발휘되지 않는다. 또한, 자성유체 씰에 대하여도, 품질이 불안정하기 때문에, 래비린스 씰과 같이 충분한 씰 기능을 발휘하기 어렵다.

그러나, 이와 같이 회전 테이블의 구동부를 통모양의 플라스틱 커버로 덮어 져 있는 처리장치에 있어서, 회전 테이블이 배치된 처리영역과 플라스틱 커버내의 영역의 사이를 차폐하기 위한 씰 수단으로서, 회전 테이블측의 회전밀봉링과 플라스틱 커버측의 정지밀봉링의 사이에서 처리영역과 커버내 영역에 씰 가스를 분출시키는 정압형 비접촉 가스 씰로 구성한 본 발명의 메카니컬을 채용하면, 상기한 래비린스 씰 등을 사용하는 경우에 비하여, 회전 테이블이 배치되는 처리영역과 회전축의 구동수단 등이 배치되는 커버내 영역의 사이를 확실하게 차폐할 수 있는 것이다. 따라서, 본 발명의 메카니컬 씰(정압형 비접촉 가스 씰)을 사용함으로써, 처리영역에서의 처리를 커버내 영역으로부터의 입자침입을 완전히 방지한 청정분위기로 유지할 수 있고, 기판의 세정 등의 처리를 양호하게 행할 수 있어, 고도의 오염방지 대책을 실현할 수 있다. 또한, 처리영역에서 발생하는 세정액 찌꺼기나 처리영역에서 사용하여, 발생하는 유해물질이 커버내 영역으로 누설하여 회전축의 구동계에 악영향을 끼치는 등의 문제도 배제할 수 있다. 또한, 씰 가스를 씰 가스 분출통로에 공급하기 위한 씰 가스 공급통로를 플라스틱 커버에 형성하는 경우, 씰 가스 공급통로로부터 씰 가스 분출통로(씰 케이스에 형성된 씰 가스 분출통로 부분)로의 가스 유동이 플라스틱 커버의 직경방향에서 행하여지도록 구성하면, 씰 가스 공급통로와 씰 가스 분출통로와의 접속부위에 작용하는 가스압에 의해 플라스틱 커버가 변형하여, 씰 가스 공급이 양호하게 행하여지지 않는 등의 문제를 발생할 우려가 있지만, 본 발명의 메카니컬 씰(정압형 메카니컬 씰)에 있어서는, 씰 가스 공급통로로부터 씰 가스 분출통로로의 가스 유동이 플라스틱 커버의 축선방향에서 행하여지게 되고 있으므로, 플라스틱 커버의 재질이나 두께(직경방향의 두께)에 영향을 미치지 않아, 플라스틱 커버가 변형하는 일 없어, 상기한 문제는 생기지 않는다. 따라서, 플라스틱 커버의 재질, 형상(두께)을, 상기 가스압에 대한 강도를 고려하는 일 없이, 처리장치의 사용조건을 따라 자유롭게 설정할 수 있다.

또한, 정압형 비접촉 가스 씰로 구성된 본 발명의 메카니컬 씰은, 밀봉단면 사이를 씰 가스에 의한 정압에 더하여 동압발생홈에 의한 동압의 작용에 의해 비접촉 상태로 지지하도록 구성하여 둘 수 있고, 이와 같이 구성하여 둠으로써, 일반적인 정압형 비접촉 가스 씰(밀봉단면 사이를 정압만에 의해 비접촉 상태로 지지시키도록 구성된 정압형 비접촉 가스 씰)에서는 씰 기능이 충분히 발휘할 수 없는 것 같은 조건하에 두어도, 씰 기능 및 오염방지 기능을 양호하게 발휘시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 메카니컬 씰의 일례를 나타내는 종단 정면도이다.

도 2는 도 1의 요부를 확대하여 나타내는 상세도이다.

도 3은 그 메카니컬 씰에서의 정지밀봉링의 평면도이다.

도 4는 본 발명에 의한 메카니컬 씰의 제1 변형예를 나타내는 도 2에 상당하는 종단 정면도이다.

도 5는 본 발명에 의한 메카니컬 씰의 제2 변형예를 나타내는 도 1에 상당하는 종단 정면도이다.

도 6은 도 5의 요부를 확대하여 나타내는 상세도이다.

도 7은 본 발명에 의한 메카니컬 씰의 제3 변형예를 나타내는 도 6에 상당하는 종단 정면도이다.

도 8은 본 발명에 의한 메카니컬 씰의 제4 변형예를 나타내는 도 2에 상당하 는 종단 정면도이다.

도 9는 본 발명에 의한 메카니컬 씰의 제5 변형예를 나타내는 도 6에 상당하는 종단 정면도이다.

도 10은 도 8 또는 도 9의 요부를 확대하여 나타내는 상세도이다.

도 11은 도 8 또는 도 9에 나타내는 메카니컬 씰(복합형 비접촉 가스 씰)에 서의 동압발생홈의 일례를 나타내는 회전밀봉링의 반절(半截) 평면도이다.

도 12는 도 8 또는 도 9에 나타내는 메카니컬 씰(복합형 비접촉 가스 씰)에 서의 동압발생홈의 변형예를 나타내는 회전밀봉링의 반절 평면도이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 회전 테이블

2 : 구동부

2a : 회전축

2b : 지지기틀

3 : 플라스틱 커버

4 : 메카니컬 씰(정압형 비접촉 가스 씰)

5 : 회전밀봉링

5a : 회전밀봉링의 밀봉단면

6 : 씰 케이스

6a : 씰 케이스의 내주면

7 : 정지밀봉링

7a : 정지밀봉링의 밀봉단면

7b : O링 홈

8 : 스프링 부재

9 : 씰 가스 통로

10 : 씰 가스

12 : O링

61 : 밀봉링 지지부

63 : 수지 코팅막

19 : 동압발생홈

90 : 씰 가스 공급통로

91 : 씰 가스 분출통로

92 : 케이스측 통로

93 : 정압발생홈

94 : 연통공간

95 : 밀봉링측 통로

104 : 메카니컬 실(복합형 비접촉 가스 씰)

A : 처리영역

B : 플라스틱 커버내의 영역(커버내 영역)

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

도 1은 본 발명에 의한 메카니컬 씰(4)을 설치한 처리장치의 일례를 나타내는 종단 정면도이고, 도 2는 그 요부의 확대도이다. 이 처리장치에 있어서는, 회전 테이블(1)의 구동부(2)를 원통모양의 플라스틱 커버(3)로 덮고 있고, 피처리물인 기판(반도체 웨이퍼, 전자 디바이스의 기판, 액정기판, 포토마스크, 유리기판 등)에 회전 테이블(1)을 사용하여 적당한 처리(세정처리, 약제처리 등)를 실시하는 경우에, 회전 테이블(1)이 배치된 피밀봉유체 영역인 처리영역(A)과 비밀봉유체 영역인 플라스틱 커버(3)내의 영역(이 예에서는 대기영역이고, 이하 「커버내 영역」이라 함, B)을 메카니컬 씰(4)에 의해 차폐 씰로 하여, 처리영역(A)을 깨끗하게 지지하도록 고안되고 있다.

한편, 구동부(2)는, 회전 테이블(1)에 연결되어 상하방향으로 뻗는 회전축(2a), 회전축(2a)을 회전이 자유롭게 축받이 지지하는 베어링(bearing), 회전축(2a)의 구동수단 및 이들을 커버내 영역(B)에서 지지하는 지지기틀(2b)을 구비하는 것이며, 회전 테이블(1)을 회전구동하도록 구성되어 있다. 회전 테이블(1)은 탄화 규소제의 것으로, 처리영역(A)에 수평하게 배치된 원판 등의 회전체 형상을 하는 것이다. 또한, 플라스틱 커버(3)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 내약품성 플라스틱(이 예에서는 PTFE를 사용)으로 일체 성형된 상단 개구모양의 원통형상을 하는 것으로, 회전 테이블(1)의 하면측에 배치되는 구동부(2)를 덮고 있다. 회전 테이블(1)과 플라스틱 커버(3)의 사이에는, 필요에 따라, 도 1에 도시하는 바와 같이, 적당한 래비린스 씰(1a)을 설치하여 둘 수 있다. 이러한 래비린스 씰(1a)을 설치하여 둠으로써, 후술하는 씰 가스(10)의 래비린스 씰(1a)로부터 처리영역(A)으로의 분출작용과 더불어, 약액 등이 처리영역(A)으로부터 커버내 영역(B)으로의 약액 등의 침입을 유효하게 방지할 수 있다.

메카니컬 씰(4)은, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 회전 테이블(1)에 그 회전축선과 동심모양으로 고정된 회전밀봉링(5)과, 플라스틱 커버(3)내에 배치하여 구동부(2)의 지지기틀(2b)에 설치된 원통모양의 씰 케이스(6)와, 회전밀봉링(5)과 동심모양을 하여 회전밀봉링(5)에 직접 대향하는 상태에서, 씰 케이스(6)의 내주부(후술하는 밀봉링 지지부(61)의 내주부, 6a)에 한 쌍의 O링(12, 12)을 통하여 축선방향으로 이동가능하게 지지된 정지밀봉링(7)과, 씰 케이스(6)와 정지밀봉링(7)의 사이에 개재되어, 정지밀봉링(7)을 회전밀봉링(5)으로 눌러서 밀어붙이는 스프링부재(8)와, 플라스틱 커버(3)의 내주부에 형성되어 씰 케이스(6)의 단부에(후술하는 밀봉링 지지부(61)의 하단부, 6b)에 맞닿는 고리모양의 커버 단부(3a)와, 플라스틱 커버(3), 씰 케이스(6) 및 정지밀봉링(7)을 관통하여 양쪽 밀봉링(5, 7)의 대향 단면인 밀봉단면(5a, 7a) 사이에 개구하는 일련의 씰 가스 통로(9)를 구비하여, 밀봉단면(5a, 7a) 사이를, 이것에 씰 가스 통로(9)로부터 씰 가스(10)를 분출시킴으로써 비접촉 상태로 지지하면서, 상기 양쪽 영역(A , B) 사이를 차폐 씰하도록 구성된 정압형 비접촉 가스 씰(정압형의 비접촉형 메카니컬 씰)이다.

씰 케이스(6)는, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 원통모양의 밀봉링 지지부(61)와 그 하단부로부터 안쪽으로 돌출하는 원고리모양의 스프링 지지부(62)로 이루어지는 금속제(예컨대, SUS316 등 스테인레스 강제(鋼製))의 것이다. 씰 케이스(6)는, 그 하단부(밀봉링 지지부(61)의 하단부, 6b)를 커버 단부(3a)에 맞닿게 함과 아울러 그 외주부(밀봉링 지지부(61)의 외주부)를 플라스틱 커버(3)의 상단측 내주부(커버 단부(3a)보다 위쪽측 부분의 내주부)에 불소 고무제의 O링(11)을 통하여 밀접시킨 상태에서, 스프링 지지부(62)를 통하여 지지기틀(2b)에 설치되어 있다.

회전밀봉링(5)은, 정지밀봉링(7)의 구성재료(예컨대, 카본(carbon))보다 경질의 재료(예컨대, 탄화 규소)로 성형된 원고리모양체이며, 도 1에 도시하는 바와 같이, 회전 테이블(1)의 하면부에 고정되어 있다. 회전밀봉링(5)의 하단면은, 평활 고리모양면인 밀봉단면(이하 「회전측 밀봉단면」이라고도 함, 5a)으로 되어 있다.

정지밀봉링(7)은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 상단면을 평활 고리모양면인 밀봉단면(이하 「정지측 밀봉단면」이라고도 함, 7a)으로 한 원고리모양체이며, 상하방향으로 병렬하는 한 쌍의 불소 고무제의 O링(12, 12)을 통하여 씰 케이스(6)의 밀봉링 지지부(61)의 내주부(6a)에 축선방향으로 이동가능(상하방향으로 이동가능)하게 끼워맞춰 지지되어 있다. 정지측 밀봉단면(7a)의 외경은 회전측 밀봉단면(5a)의 외경보다 약간 작게 설정되어 있고, 정지측 밀봉단면(7a)의 내경은 회전측 밀봉단면(5a)의 내경보다 약간 크게 설정되어 있다. 각 O링(12)은, 씰 케이스(6)의 내주부(6a)에 압접(壓接)된 상태에서, 정지밀봉링(7)의 외주부에 형성한 고리모양의 O링 홈(7b)에 결합 지지되어 있어, 정지밀봉링(7)의 축선방향 이동(상하방향으로 이동)을 허용하면서, 정지밀봉링(7)과 씰 케이스(6)의 사이를 ２차 씰링하고 있다. 또한, 정지밀봉링(7)의 하단부에는 축선방향으로 뻗는 원형 구멍(7c)이 형 성되어 있고, 이 원형 구멍(7c)에 씰 케이스(6)의 스프링 지지부(62)에 심어 설치한 금속제(예컨대, SUS316 등의 스테인레스 강제)의 드라이브 핀(13)을 결합시킴으로써, 정지밀봉링(7)을 그 축선방향 이동을 소정범위에서 허용하면서, 씰 케이스(6)에 대하여 상대회전이 불가능하게 하고 있다. 한편, 원형 구멍(7c) 및 이에 결합되는 드라이브 핀(13)의 수는 임의적이며, 필요에 따라 복 수개 설치된다.

스프링부재(8)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 정지밀봉링(7)과 그 하위의 스프링 지지부(62)의 사이에 개재된 복 수개(1개만 도시)의 코일 스프링(coil spring)으로 구성되어 있어, 정지밀봉링(7)을 회전밀봉링(5)으로 눌러서 밀어붙이는 것이고, 밀봉단면(5a, 7a)을 닫는 방향으로 작용하는 닫는 힘을 발생시키는 것이다.

씰 가스 통로(9)는, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 플라스틱 커버(3)에 형성된 씰 가스 공급통로(90)와, 씰 케이스(6) 및 정지밀봉링(7)에 형성된 일련의 씰 가스 분출통로(91)로 이루어진다. 이 씰 가스 분출통로(91)는, 씰 케이스(6)에 형성된 케이스측 통로(92)와, 정지측 밀봉단면(7a)에 형성된 정압발생홈(93)과, 정지밀봉링(7)과 씰 케이스(6)와의 대향 주면부 사이에 형성되고, 또한 O링(12, 12)에 의해 씰링된 고리모양의 연통공간(94)과, 정지밀봉링(7)을 관통하여 연통공간(94)으로부터 정압발생홈(93)에 이르는 밀봉링측 통로(95)로 이루어진다.

씰 가스 공급통로(90)는 도 1에 도시하는 바와 같이, 플라스틱 커버(3)를 상하방향(플라스틱 커버(3)의 축선방향)으로 관통하여, 그 상단부(하류단)는 커버 단부(3a)에 개구되어 있고, 그 하단부(상류단)는 적당한 씰 가스 공급라인(도시하지 않음)에 접속되어 있다.

케이스측 통로(92)는 도 1에 도시하는 바와 같이, 씰 케이스(6)의 밀봉링 지지부(61)를 그 하단부로부터 내주부(6a)로 관통하여, 씰 가스 공급통로(90)와 연통공간(94)을 연통 접속하고 있다. 케이스측 통로(92)의 하류단과 씰 가스 공급통로(90)의 상류단의 사이는, 커버 단부(3a)와 씰 케이스 단부(6b)의 사이에 개재한 불소 고무제의 O링(16)에 의해 씰링된 상태에서, 연통 접속되어 있다.

정압발생홈(93)은, 정지측 밀봉단면(7a)과 동심모양의 고리모양을 하여 연속 또는 단속하는 얕은 오목홈이고, 이 예에서는 후자(단속하는 오목홈)를 채용하고 있다. 즉, 정압발생홈(93)은, 도 3에 도시하는 바와 같이, 정지측 밀봉단면(7a)과 동심 고리모양을 하여 병렬하는 복수의 원호모양 오목홈(93a…)으로 구성되어 있다. 연통공간(94)의 상하방향 폭(O링(12, 12)사이의 간격)은, 정지밀봉링(7)의 추종성을 확보하기 위하여 필요하게 되는 축선방향 이동량(상하방향 이동량)을 따라 설정되어 있고, 정지밀봉링(7)이 이동한 경우에도, 케이스측 통로(92)와 연통공간(94)과의 접속이 해제되지 않도록 고안되어 있다. 또한, 밀봉링측 통로(95)의 일단부(상류단)는, O링 홈(7b, 7b) 사이에서 정지밀봉링(7)의 외주면에 개구되어 있고(연통공간(94)에 개구되어 있고), 다른 단부(하류단)는 복수의 분기부(分岐部, 95a)로 분기되어 있어, 각 분기부(95a)를, 도 3에 도시하는 바와 같이, 정압발생홈(93)을 구성하는 각 원호모양 오목홈(93a)에 개구시키고 있다. 또한, 씰 가스 통로(9)의 적소(예컨대, 밀봉링측 통로(95)의 적소로서 분기부분(95a)보다 상류측의 부분)에는 적당한 조임기(96, 오리피스(orifice), 모세관, 다공질부재 등의 조임기 능을 갖는 것)가 배치되어 있어, 밀봉단면(5a, 7a)의 틈이 변동한 경우에도, 그 틈이 자동적으로 조정되어 적당하게 지지되도록 고안되어 있다. 즉, 회전기기(회전 테이블(1))의 진동 등에 의해 밀봉단면(5a, 7a)의 틈이 커졌을 때는, 정압발생홈(93)으로부터 밀봉단면(5a, 7a) 사이로 유출하는 씰 가스량과 조임기(96)를 통하여 정압발생홈(93)에 공급되는 씰 가스량이 불균형하게 되고, 정압발생홈(93)내의 압력이 낮아져서, 씰 가스(10)에 의한 여는 힘이 스프링부재(8)에 의한 닫는 힘보다 작아지기 때문에, 밀봉단면(5a, 7a) 사이의 틈이 작아지도록 변화되어, 그 틈이 적당한 것으로 조정된다. 역으로, 밀봉단면(5a, 7a) 사이의 틈이 작아졌을 때는, 상기한 바와 같은 조임기(96)에 의한 조임기능에 의해, 정압발생홈(93)내의 압력이 상승하여, 여는 힘이 닫는 힘보다 커지고, 밀봉단면(5a, 7a) 사이의 틈이 커지도록 변화되어, 그 틈이 적당한 것으로 조정된다.

정압발생홈(93)에는, 양쪽 영역(A, B)보다 고압으로, 또한 입자를 포함하지 않는 청정한 씰 가스(10)가 씰 가스 통로(9, 씰 가스 공급통로(90), 케이스측 통로(92), 연통공간(94) 및 밀봉링측 통로(95))로부터 공급된다. 씰 가스(10)로서는, 각 영역(A, B)으로 유출하여도 아무런 악영향을 끼치지 않는 성상(性狀)의 것을, 씰 조건에 따라 적당하게 선정한다. 이 예에서는, 각종 물질에 대하여 불활성이면서도 인체에 무해한 청정한 질소 가스가 사용되고 있다. 한편, 씰 가스(10)는 일반적으로, 회전 테이블(1)의 운전중(회전축(2a)의 구동중)에 공급되어, 운전정지 후에는 공급이 정지된다. 회전 테이블(1)의 운전은, 씰 가스(10)의 공급이 개시된 후이며, 밀봉단면(5a, 7a) 사이가 적당한 비접촉 상태로 지지된 후에 개시되고, 씰 가스(10)의 공급정지는 회전 테이블의 운전정지 후이며, 회전축(2a)이 완전히 정지한 후에 행하여진다. 한편, 필요에 따라, 회전 테이블(1)이 운전되고 있는지 여부에 관계없이, 씰 가스(10)의 공급을 항시 계속하여 행하도록 하는 것도 가능하다.

씰 가스(10)를 정압발생홈(93)에 공급하면, 정압발생홈(93)에 도입된 씰가스(10)에 의해, 밀봉단면(5a, 7a) 사이에 이것을 여는 방향으로 작용하는 여는 힘이 발생한다. 이 여는 힘은, 밀봉단면(5a, 7a) 사이에 도입된 씰 가스(10)에 의해 발생하는 정압에 의한 것이다. 따라서, 밀봉단면(5a, 7a)은 이 여는 힘과 밀봉단면(5a, 7a) 사이를 닫는 방향으로 작용하는 스프링부재(8)에 의한 닫는 힘(스프링 하중)이 균형을 잡는 비접촉 상태로 지지된다. 즉, 정압발생홈(93)에 도입된 씰 가스(10)는 밀봉단면(5a, 7a)사이에 정압의 유체막을 형성하고, 이 유체막의 존재에 의해, 밀봉단면(5a, 7a)의 외주측 영역(처리영역, A)과 그 내주측 영역(커버내 영역, B)의 사이가 차폐되어 씰링된다. 씰 가스(10)의 압력 및 스프링부재(8)의 용수철 힘(스프링 하중)은 밀봉단면(5a, 7a) 사이의 틈이 적당(일반적으로, 5∼15㎛임)하게 되도록, 씰 조건에 따라 적당하게 설정된다.

그런데, 정지밀봉링(7)은 씰 가스(10)의 공급, 정지나 조임기(96)에 의한 틈조정 등에 의해 축선방향으로 이동하게 되고, 이러한 이동이 양호하면서도 원활하게 행하여짐으로써 적당한 씰 기능이 발휘된다. 그러나, 이러한 정지밀봉링(7)의 추종성은 정지밀봉링(7)에 결합 지지된 O링(12, 12)이 씰 케이스(6)의 내주면(6a)을 원활하게 상대 변위(미끄럼 이동)함으로써 확보되지만, 씰 케이스(6)가 금속제의 것으로서, 그 내주면(6a)과 불소 고무 등으로 구성되는 O링(12, 12)과의 마찰계 수가 큰 것, 및 O링(012, 12)이 ２차 씰링 기능을 발휘하기 위해 씰 케이스(6)와 정지밀봉링(7)의 사이에 압축된 상태로 장전되어 있어, O링(12, 12)이 씰 케이스(6)의 내주면(6a)에 압접되어 있는 것 등으로부터, 정지밀봉링(7)의 이동에 수반하는 O링(12, 12)의 변위(미끄럼 이동)가 원활하게 행하여지기 어려워서, 정지밀봉링(7)의 추종성이 낮아질 우려가 있다.

그래서, 본 발명의 메카니컬 씰(4)에서는, 도 2에 도시하는 바와 같이, O링(12, 12)이 미끄럼 이동하는 씰 케이스 부분인 밀봉링 지지부(61)의 내주면(6a)에, 저마찰성의 수지 코팅막(63)을 형성하여, O링(12, 12)의 원활한 미끄럼 이동을 가능하게 하고, 정지밀봉링(7)의 추종성을 향상시키도록 도모하고 있다.

또한, 이 예에서는, 수지 코팅막(63)을, O링(12, 12)이 접촉, 미끄럼 이동 하는 씰 케이스 부분(6a)뿐만 아니라, 피밀봉유체가 접촉하는(또는 피밀봉유체가 접촉할 가능성이 있는) 씰 케이스 부분에도 형성하고 있다. 즉, 도 2에 도시하는 바와 같이, 씰 케이스(6)의 밀봉링 지지부(61)의 표면부분에 일련의 수지 코팅막(63)을 형성하여, 피밀봉유체가 씰 케이스(6)의 금속부분에 직접적으로 접촉하지 않도록 고안하고 있다. 이와 같이 하여 둠으로써, 금속제의 씰 케이스(6)에 피밀봉유체가 접촉하는 것에 의한 금속이온의 발생을 방지하고, 처리영역(A)에서의 처리가 금속이온에 의해 불량이 되는 것을 방지할 수 있다. 한편, 처리장치 및 이것에 설치된 메카니컬 씰(4)의 구성부재 중, 피밀봉유체에 접촉하는 부재에 대하여는, 씰 케이스(7)를 제외하고, 전부, 금속이온을 발생하지 않는 비금속 재료로 구성하거나 비금속 재료로 코팅하고 있다. 즉, 회전밀봉링(5)을 탄화 규소제의 것으 로 함과 아울러 정지밀봉링(7)을 카본제의 것으로 하고 각 O링(11, 12, 16)을 불소 고무제의 것으로 하고 있다. 또한, 회전 테이블(1) 및 커버(3)에 대하여도, 이들을 PTFE 등의 비금속 재료로 구성하거나, 이들의 피처리영역(A)에 면하는 부분에 접촉하는 부분을 PTFE 등으로 수지 코팅하고 있다. 한편, 금속으로 구성되는 스프링부재(8)나 드라이브 핀(13) 등에 대하여는, 이들을 모두 커버내 영역(B)에 배치하고 있다. 따라서, 피처리물이 반도체 웨이퍼 등의 금속이온을 기피하는 것인 경우에도, 그 처리를 양호하게 행할 수 있다.

그런데, 수지 코팅막(63)의 구성재료로서는, O링(12)과의 마찰계수가 작은 불소수지 등의 저마찰성 플라스틱을 사용하는 것이 바람직하고, 이 예에서는, PTFE를 사용하고 있다.

또한, 수지 코팅막(63)의 막 두께는 5∼100㎛로 하여 두는 것이 바람직하고, 20∼40㎛로 하여 두는 것이 최적이다. 이러한 막 두께로 하여 둠으로써, 막 두께의 편차를 없애서 균일한 막 두께를 얻을 수 있고, O링(12, 12)과의 접촉저항에서의 편차를 회피하여, 정지밀봉링(7)의 추종성을 대폭 향상시킬 수 있다. 또한, 수지 코팅막(63)의 표면, 특히, O링(12, 12)이 접촉하는 막부분(63a)의 표면에 대하여는, 고정밀도의 평활면으로 기계가공하여 두는 것이 바람직하다.

그런데, 씰 가스 통로(9)는 예컨대 도 1에 쇄선으로 표시하는 바와 같이, 씰 가스 공급통로(90)의 하단부(90a)를 플라스틱 커버(3)의 내주면에 개구시킴과 아울러 씰 가스 분출통로(91)의 상류단(91a)을 씰 케이스(6)의 외주면에 개구시켜서, 양 개구단(90a, 91a) 사이를 연통시키는 것 같은 형태로 하는 것도 가능하지만, 이 와 같이 하면, 양 개구단(90a, 91a)의 연통부분에 고압의 씰 가스(10)에 의한 압력이 작용하기 때문에, 플라스틱 커버(3)가 직경방향으로 변형한다. 그 결과, 양 개구단(90a, 91a)의 연통부분에서의 씰 기능이 낮아지거나 또는 상실하여, 씰 가스 공급이 양호하게 행하여지지 않는 등의 문제를 발생할 우려가 있다.

그러나, 상기한 메카니컬 씰(4)에 있어서는, 플라스틱 커버(3)에 형성한 씰 가스 공급통로(90)와 씰 케이스(6)에 형성한 씰 가스 분출통로부분(케이스측 통로(92))을 커버 단부(3a)와 씰 케이스 단부(6b)와의 맞닿음부에서 연통 접속시키고 있어, 씰 가스 공급통로(90)로부터 씰 가스 분출통로(91)로의 가스 유동이 플라스틱 커버(3)의 축선방향에서 행하여지도록 고안되어 있기 때문에, 플라스틱 커버(3)의 재질이나 두께(직경방향의 두께)에 구속되지 않고, 씰 가스(10)의 압력에 의해 플라스틱 커버(3)가 직경방향으로 변형하는 일이 없다. 따라서, 플라스틱 커버(3)의 재질, 형상(두께)을, 씰 가스(10)의 압력에 대한 강도를 고려하는 일 없이, 처리장치의 사용조건에 따라 자유롭게 설정할 수 있다. 또한, 그 커버(3)와 회전 테이블(1)의 사이에 상기한 바와 같은 래비린스 씰(1a)을 설치하는 경우에도, 플라스틱 커버(3)가 변형하지 않으므로, 그 래비린스 씰(1a)의 기능을 손상시키는 일이 없다.

한편, 본 발명의 구성은, 상기한 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 기본원리를 일탈하지 않는 범위에서, 적당하게 개량, 변경할 수 있다.

예컨대, 도 1 및 도 2에 나타내는 메카니컬 씰(4)에서는, 수지 코팅막(63)을, O링(12, 12)이 접촉, 미끄럼 이동하는 씰 케이스 부분(6a) 및 피밀봉유체가 접 촉하는 씰 케이스 부분(피밀봉유체가 접촉할 가능성이 있는 씰 케이스 부분을 포함함)에 형성하였지만, 이들의 씰 케이스 부분에 더하여, 씰 가스(10)가 더 접촉하는 (또는 씰 가스(10)가 접촉할 가능성이 있는) 씰 케이스 부분에도 형성하여 두어도 좋다. 즉, 도 4에 도시하는 바와 같이, 씰 케이스(6)의 밀봉링 지지부(61)의 표면부분 및 밀봉링측 통로(92)의 내면부분에 일련의 수지 코팅막(63)을 형성하고, 피밀봉유체 및 씰 가스(10)가 씰 케이스(6)의 금속부분에 직접적으로 접촉하지 않도록 한다. 이렇게 하여 둠으로써, 금속제의 씰 케이스(6)에 피밀봉유체 및 씰 가스(10)가 접촉함으로 인한 금속이온의 발생을 방지하여, 처리영역(A)에서의 처리가 금속이온에 의해 불량이 되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 도 1 또는 도 4에 나타내는 메카니컬 씰(4)에서는 씰 케이스(6)를 일체 구조물로 하였지만, 이 씰 케이스(6)는 금속제의 복수부분으로 분할된 것으로 하여 두는 것도 가능하다. 예컨대, 도 5 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 씰 케이스(6)를, 원통모양의 상부체(64)와 하부체(65, 66)로 이루어지는 분할 구조물로 구성하여 둘 수 있다. 하부체는, 원통모양의 밀봉링 지지부(65)와 그 하단부로부터안쪽으로 돌출하는 원고리모양의 스프링 지지부(66)로 이루어진다. 상부체(64)와 하부체(65, 66)는, 적당한 연결구에 의해 연결되어 있다. 씰 케이스(6)는 그 하단부 (밀봉링 지지부(65)의 하단부, 6a)를 커버 단부(3a)에 맞닿게 함과 아울러 그 외주부(상부체(64)의 외주부)를 플라스틱 커버(3)의 상단측 내주부(커버 단부(3a)보다 위쪽측 부분의 내주부)에 불소 고무제의 O링(11)을 통하여 밀접시킨 상태에서, 스프링 지지부(66)를 통하여 지지기틀(2b)에 설치되어 있다. O링(12, 12)은 정지밀봉링(7)의 외주부에 형성한 고리모양 돌기부(7d)와 그 상하에 대향하여 상부체(64)와 밀봉링 지지부(65)에 형성한 고리모양 돌기부(64a, 65a)의 사이에 형성되는 원고리모양 공간에 장전되어 있다. 또한, 정지밀봉링(7)의 하단부에는 축선방향으로 뻗는 원형 구멍(7c)이 형성되어 있고, 이 원형 구멍(7c)에 씰 케이스(6)의 스프링 지지부(66)에 심어 설치한 금속제(예컨대, SUS316 등의 스테인레스 강제)의 드라이브 핀(13)을 결합시킴으로써, 정지밀봉링(7)을, 그 축선방향 이동을 소정범위에서 허용하면서, 씰 케이스(6)에 대하여 상대회전이 불가능하게 하고 있다. 케이스측 통로(92)는, 밀봉링 지지부(65)를 축선방향으로 관통하는 제1 가스로(92a)와, 상부체(64)를 그 하단부로부터 내주부로 관통하는 제2 가스로(92b)로 이루어진다. 제1 가스로(92a)의 상단부와 제2 가스로(92b)의 하단부는, 상부체(64)와 밀봉링 지지부(65)과의 맞닿음부에 개재한 불소 고무제의 O링(15)에 의해 씰링된 상태로 연통 접속되어 있다. 제2 가스로(92b)의 상단부 (하단부)는 연통공간(94)으로 연통시키고 있다. 제1 가스로(92a)의 하단부(상류단)는, 씰 가스 공급통로(90)의 상단 개구부(하류단 개구부)에 직접 대향하여 씰 케이스 단부(6a)에 개구되어 있다. 그리고, 양쪽(90, 92a)의 대향 단부 사이는 커버 단부(3a)와 씰 케이스 단부(6a)의 사이에 개재한 불소 고무제의 O링(16)에 의해 씰링된 상태로 연통 접속되어 있다.

이와 같이 씰 케이스(6)를 분리 구조물로 한 경우에 있어서는, 수지 코팅막(63)을, 도 5 및 도 6에 도시하는 바와 같이, O링(12, 12)이 접촉, 미끄럼 이동하는 씰 케이스 부분(6a) 및 피밀봉유체가 접촉하는 씰 케이스 부분, 즉 상부체(64) 의 표면부분에 형성하여 둔다. 필요에 따라, 도 7에 도시하는 바와 같이, 씰 가스(10)가 접촉하는 씰 케이스 부분, 즉 케이스측 통로(92)의 내주면 및 밀봉링 지지부(65)의 표면부분에도, 수지 코팅막(63)을 형성하여 둘 수 있다.

본 발명은, 양쪽 밀봉링이 상대회전하여 슬라이딩식으로 접촉하는 단면 접촉형의 메카니컬 씰에도 적용할 수 있다. 그러나, 본 발명은, 정지밀봉링의 추종성이 중시되는 비접촉형 메카니컬 씰(상기한 정압형 비접촉 가스 씰이나 한쪽의 밀봉단면에 동압발생홈을 형성하여 밀봉단면 사이를 이것에 발생시킨 동압에 의해 비접촉 상태로 지지하도록 구성된 동압형의 비접촉형 메카니컬 씰)에서, 더욱 적합하게 적용할 수 있다.

또한, 도 1, 도 4, 도 5 또는 도 7에 나타내는 메카니컬 씰에 있어서는, 씰 가스(10)에 의한 정압만에 의해 밀봉단면(5a, 7a) 사이를 비접촉 상태로 지지하는 정압형 비접촉 가스 씰(4)로 구성하였지만, 도 8 또는 도 9에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 메카니컬 씰을, 밀봉단면(5a, 7a)을 이 사이에 정압에 더하여 동압을 발생시킴으로써 비접촉 상태로 지지하는 복합형 비접촉 가스 씰(104)로 구성하여 두는 것도 가능하다. 이러한 복합형 비접촉 가스 씰(104)에 있어서는, 씰 기능상, 정지밀봉링(7)의 추종성의 양호 여부가 더욱 중요한 요소가 된다.

즉, 도 8 또는 도 9에 나타내는 복합형 비접촉 가스 씰(104)에 있어서는, 한 쪽의 밀봉단면인 회전밀봉링(5)의 밀봉단면(회전측 밀봉단면, 5a)에 동압발생홈(19)을 형성하고, 이 동압발생홈(19)에 의해 밀봉단면(5a, 7a) 사이에 동압을 발생시키도록 구성하고 있다. 동압발생홈(19)의 형상은, 씰 조건 등에 따라 적당하게 설정할 수 있지만, 이 예에서는, 동압발생홈(19)을, 도 11 또는 도 12에 도시하는 바와 같이, 회전측 밀봉단면(5a)에서의 정압발생홈(93)에 대향하는 부위로부터 외경방향이면서도 회전밀봉링(5)의 회전방향(A방향)과 역방향으로 경사지는 모양으로 뻗는 제1 그룹(group)부분(20a)과 내경방향, 그리고 회전밀봉링(5)의 회전방향(A방향)과 역방향으로 경사지는 모양으로 뻗는 제2 그룹부분(20b)으로 이루어지는 복수의 그룹(20)이 밀봉단면(5a)의 둘레방향으로 병렬하여 이루어지는 형상으로 구성하고 있다. 각 그룹(20)은 1∼10㎛의 얕은 깊이를 갖는 일정한 홈이고, 그 최외경측 단부(제1 그룹부분(20a)의 외경측 단부) 및 최내경측 단부(제2 그룹부분(20b)의 내경측 단부)는 양쪽 밀봉단면(5a, 7a)의 중합(重合)영역내에 위치되어 있다. 즉, 도 10에 도시하는 바와 같이, 동압발생홈(19)의 내외경(E, F)은 정지밀봉링(7)의 밀봉단면(정지측 밀봉단면, 7a)의 외경(≤회전측 밀봉단면(5a)의 외경, A) 및 그 내경(≥회전측 밀봉단면(5a)의 내경, D) 및 정압발생홈(93, 원호모양 오목홈(93a))의 외경(B) 및 그 내경(C)에 대하여, B <F <A, D <E <C의 관계를 갖는 범위에서 적당하게 설정되어 있다. 이 예에서는, 0.5≤(F-B)/(A-B)≤0.9 또는 0.5≤(C-E)/(C-BD)≤0.9의 조건을 만족하도록 설정되어 있다. 각 그룹(20)은 도 11에 도시하는 바와 같이, 제1 그룹부분(20a)과 제2 그룹부분(20b)이 기단부(基端部)에서 일치하는 대략 'く' 형상을 이루는 것으로 하거나, 도 12에 도시하는 바와 같이, 제1 그룹부분(20a)과 제2 그룹부분(20b)과의 기단부가 둘레방향으로 어긋나는 엇갈림 형상을 이루는 것으로 한다. 한편, 이 복합형 비접촉 가스 씰(104)에서의 상기 이외의 구성은, 도 1, 도 4, 도 5 또는 도 7에 나타내는 정압형 비접촉 가스 씰(4)과 동일하다.

이러한 복합형 비접촉 가스 씰(104)에 의하면, 밀봉단면(5a, 7a) 사이에 씰 가스(10)에 의한 정압에 더하여 동압발생홈(19)에 의한 동압이 발생하고, 이들의 정압 및 동압에 의해 밀봉단면(5a, 7a) 사이를 비접촉 상태로 지지한다. 따라서, 씰 가스(10)에 의한 정압에 따라서는 밀봉단면(5a, 7a)을 적당한 비접촉 상태로 지지할 수 없는 사태가 발생하였을 때에도, 동압에 의해 적당한 비접촉 상태를 유지할 수 있다. 또한, 정압만으로 비접촉 상태로 지지하는 정압형 비접촉 가스 씰에 비하여, 씰 가스(10)에 의한 정압에 의해 씰 가스(10)의 필요 공급량을 적게 할 수 있다. 또한, 동압발생홈(19)을 밀봉단면(5a, 7a)의 중복영역 외에 개방되어 있지 않기 때문에 , 각 그룹(20)의 최내경측 단부 및 최외경측 단부가 밀봉단면(5a, 7a)사이로 도입된 씰 가스(10)에 대한 둑으로서 기능하게 됨과 아울러, 밀봉단면(5a, 7a) 사이에 형성되는 누설 틈을 좁히도록 작용하게 된다. 그 결과, 밀봉단면(5a, 7a) 사이에 도입된 씰 가스(10)의 처리영역(피밀봉 가스 영역, A)측에 대한 누설량이 억제되어 동압발생홈(19)에 의한 씰 가스(10)의 포착 특성이 극히 양호한 것으로 된다. 따라서, 씰 가스(10)의 소비량을 줄일 수 있어, 만일 씰 가스(10)에 동반되는 입자가 있는 경우에도, 그 침입을 최대한 억제할 수 있다. 한편, 복합형 비접촉 가스 씰(104)을 설치하는 처리장치의 구성, 사용조건 등에 따라서는, 회전 테이블(1) 내지 회전축(2a)이 한 방향이 아니라 양 방향으로 회전되는 경우가 있지만, 이러한 경우에는, 상기 동압발생홈(19)을 회전밀봉링(5)이 정전(正轉)방향 및 역전(逆轉)방향 중 어느 방향으로 회전하여도 동압을 발생할 수 있는 형상으로 하 여 두면 좋다. 이러한 동압발생홈(19)의 형상에 있어서는, 씰 조건 등에 따라 임의로 설정할 수 있고, 종래부터도 각종의 형상이 제안되고 있다. 예컨대, 회전측 밀봉단면(5a)에, 직경방향으로 종렬(縱列)하고, 또한 직경선(直徑線)에 대하여 대칭형상을 하는 제1 동압발생홈과 제2 동압발생홈으로 이루어지는 동압발생홈 유닛을 둘레방향으로 소정간격을 두고 복수 조 병렬형상으로 형성하여, 회전밀봉링(5)이 정전방향으로 회전할 때에는 제1 동압발생홈에 의해 동압이 발생하게 할 수 있고, 또한 회전밀봉링(5)이 역전방향으로 회전할 때에는 제2 동압발생홈에 의해 동압이 발생하게 할 수 있도록 구성하여 둔다. 각 제1 및 제2 동압발생홈으로서는, 예컨대, 홈 깊이 및 홈 폭을 일정하게 하는 'L' 형 홈 등을 채용할 수 있다.

또한, 수지 코팅막(63)은, 금속이온의 발생을 억제할 필요가 없는 씰 조건하에 있어서는, 씰 케이스(6)에서의 O링(12)의 접촉부분으로서 그 O링(12)이 정지밀봉링(7)의 이동에 수반하여 상대 변위(미끄럼 이동)하는 부분(6a)만에 형성하여 두면 좋다. 또한, 수지 코팅막(63)의 재질은, O링(12)과의 접촉저항을 줄이는 것을 조건으로 하여, 피밀봉유체의 성상이나 씰 조건에 따라 적당하게 선정된다. 예컨대, 피밀봉유체가 씰 케이스(6)를 부식되게 할 우려가 있을 경우에는, 씰 케이스(6)에서의 피밀봉유체와의 접촉부분에 내식성, 내약품성을 갖는 재질의 수지 코팅막(63)을 형성하여 둔다. 이 경우, 씰 케이스(6) 이외의 메카니컬 씰 구성부재 또는 그 부분으로서 피밀봉유체에 접촉하는 부재 또는 부분은, 내식성, 내약품성을 갖는 재질로 구성하거나 또는 이러한 재질의 코팅을 실시하여 둔다. 이와 같이 하면, 피밀봉유체가 부식성을 갖는 것인 경우에도, 양호한 씰 기능을 발휘시킬 수 있 다. 또한, 회전밀봉링(5)은 회전축(2a) 이외의 회전측 부재(예컨대, 회전 테이블(1))에 설치하는 것 이외에, 회전축(2a) 또는 그 슬리브(sleeve)에 고정하도록 하여도 좋다. 또한, 씰 조건에 따라서는, 정지밀봉링(7)을 씰 케이스(6)에 고정하고, 회전밀봉링(5)을 회전측 부재에 축선방향으로 이동가능하게 하면서도 상대회전 이 불가능하게 지지하도록 하는 것도 가능하다.

Claims

회전 테이블의 구동부를 통모양의 플라스틱 커버로 덮고 있는 처리장치에 있어서 회전 테이블이 배치된 처리영역과 플라스틱 커버내의 영역의 사이를 차폐하기 위해 설치된 정압형 비접촉 가스 씰로서,

회전축측에 고정된 회전밀봉링과 회전축이 관통하는 금속제의 씰 케이스에 O링을 개재하여 축선방향으로 이동가능하게 지지된 정지밀봉링을 구비하고 있고, 이 O링을 정지밀봉링의 주면부에 결합 지지함과 아울러, 씰 케이스의 주면부에 압압(押壓) 접촉시킴으로써, 씰 케이스와 정지밀봉링의 사이가 그 밀봉링의 축선방향 이동을 허용하면서 ２차 씰링되도록 구성되어 있고,

상기 O링을 소정간격을 두고 한 쌍 설치하여, 씰 케이스와 정지밀봉링의 사이에 그 한 쌍의 O링에 의해 씰링된 연통공간을 형성함과 아울러, 씰 케이스 및 정지밀봉링에, 그 연통공간을 통하여 연통하는 일련의 통로로서 회전밀봉링과 정지밀봉링과의 대향 단면인 밀봉단면 사이에 개구하는 씰 가스 분출통로를 형성하여, 이 씰 가스 분출통로로부터 밀봉단면 사이에 소정 압의 씰 가스를 도입함으로써, 밀봉단면 사이를 비접촉 상태로 지지하도록 구성되어 있고,

회전밀봉링이 회전 테이블에 그 회전축선과 동심(同心)모양으로 고정되어 있고, 씰 케이스가 플라스틱 커버내에 배치되어 구동부의 지지기틀에 설치된 원통모양의 것이며,

정지밀봉링이 회전밀봉링과 동심모양을 이루어서 그 회전밀봉링에 직접 대향하는 상태에서 씰 케이스의 내주부에 축선방향으로 이동가능하게 지지되어 있고,

씰 케이스의 주면부에, 적어도 정지밀봉링의 축선방향 이동을 따라 상기 O링이 상대 변위하는 범위에 있어서, 수지 코팅막을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 메카니컬 씰.
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제1항에 있어서,

플라스틱 커버의 내주부에, 씰 케이스의 단부에 맞닿는 고리모양의 커버 단부가 형성되어 있고,

플라스틱 커버에, 씰 가스를 씰 가스 분출통로에 공급하는 씰 가스 공급통로가 형성되어 있고,

이 씰 가스 공급 통로와 씰 케이스에 형성된 씰 가스 분출통로부분이 커버 단부와 씰 케이스 단부와의 맞닿음부에서 연통 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 메카니컬 씰.
제1항에 있어서,

상기 회전밀봉링과 정지밀봉링 중 한쪽의 밀봉링의 밀봉단면에 동압발생홈을 형성하여, 밀봉단면 사이에 씰 가스에 의한 정압에 더하여 동압발생홈에 의한 동압을 작용시킴으로써, 밀봉 단면 사이를 비접촉 상태로 지지하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 메카니컬 씰.
제1항, 제4항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

씰 케이스에서의 주면부로서 피밀봉유체가 접촉하는 부분에, 상기 O링이 상대 변위하는 부분을 포함하여, 수지 코팅막을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 메카니컬 씰.
제1항, 제4항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

씰 케이스에서의 씰 가스가 접촉하는 부분, 씰 케이스에서의 피밀봉유체가 접촉하는 부분, 또는 씰 케이스에서의 씰 가스가 접촉하는 부분과 피밀봉유체가 접촉하는 부분에, 상기 O링이 상대 변위하는 부분을 포함하여, 수지 코팅막을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 메카니컬 씰.
제6항에 있어서,

수지 코팅막의 막 두께가 5∼100㎛인 것을 특징으로 하는 메카니컬 씰.
제6항에 있어서,

수지 코팅막의 막 두께가 20∼40㎛인 것을 특징으로 하는 메카니컬 씰.
제6항에 있어서,

수지 코팅막의 표면으로서, 적어도 상기 O링이 상대 변위하는 부분이 평활면으로 기계가공되어 있는 것을 특징으로 하는 메카니컬 씰.
제4항에 있어서,

상기 회전밀봉링과 정지밀봉링 중 한쪽의 밀봉링의 밀봉단면에 동압발생홈을 형성하여, 밀봉단면 사이에 씰 가스에 의한 정압에 더하여 동압발생홈에 의한 동압을 작용시킴으로써, 밀봉 단면 사이를 비접촉 상태로 지지하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 메카니컬 씰.
제11항에 있어서,

씰 케이스에서의 주면부로서 피밀봉유체가 접촉하는 부분에, 상기 O링이 상대 변위하는 부분을 포함하여, 수지 코팅막을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 메카니컬 씰.
제11항에 있어서,

씰 케이스에서의 씰 가스가 접촉하는 부분, 씰 케이스에서의 피밀봉유체가 접촉하는 부분, 또는 씰 케이스에서의 씰 가스가 접촉하는 부분과 피밀봉유체가 접촉하는 부분에, 상기 O링이 상대 변위하는 부분을 포함하여, 수지 코팅막을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 메카니컬 씰.
제7항에 있어서,

수지 코팅막의 막 두께가 5∼100㎛인 것을 특징으로 하는 메카니컬 씰.
제12항에 있어서,

수지 코팅막의 막 두께가 5∼100㎛인 것을 특징으로 하는 메카니컬 씰.
제13항에 있어서,

수지 코팅막의 막 두께가 5∼100㎛인 것을 특징으로 하는 메카니컬 씰.
제7항에 있어서,

수지 코팅막의 막 두께가 20∼40㎛인 것을 특징으로 하는 메카니컬 씰.
제13항에 있어서,

수지 코팅막의 막 두께가 20∼40㎛인 것을 특징으로 하는 메카니컬 씰.
제7항에 있어서,

수지 코팅막의 표면으로서, 적어도 상기 O링이 상대 변위하는 부분으로서 미끄럼 이동하는 부분이 평활면으로 기계가공되어 있는 것을 특징으로 하는 메카니컬 씰.
제13항에 있어서,

수지 코팅막의 표면으로서, 적어도 상기 O링이 상대 변위하는 부분으로서 미끄럼 이동하는 부분이 평활면으로 기계가공되어 있는 것을 특징으로 하는 메카니컬 씰.