WO2006004052A1

WO2006004052A1 - メカニカルシール

Info

Publication number: WO2006004052A1
Application number: PCT/JP2005/012225
Authority: WO
Inventors: Makoto Ueda; Satoshi Fujiwara; Mitsuru Kudari; Masanobu Ninomiya
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co., Ltd.
Priority date: 2004-07-02
Filing date: 2005-07-01
Publication date: 2006-01-12
Also published as: EP1780450A1; KR20060034724A; EP1780450A4; EP1780450B1; KR100711114B1; US20090189355A1; US7883093B2; DE602005025776D1

Abstract

　メカニカルシール４は、回転軸側に固定された回転密封環５と金属製のシールケース６の内周部にＯリング１２を介して軸線方向に移動可能に嵌合保持された静止密封環７とを具備する静圧形ノンコンタクトガスシールであり、Ｏリング１２を静止密封環７の外周面部に係合保持すると共にシールケース６の内周面部に押圧接触させることによって、シールケース６と静止密封環７との間が当該密封環７の軸線方向移動を許容しつつ二次シールされるように構成されている。シールケース６の内周面部には、少なくとも静止密封環７の軸線方向移動に伴って当該Ｏリング１２が相対変位する範囲において、膜厚：５～１００μｍの樹脂コーティング膜６３が形成されている。

Description

明細書

メカ二カノレシ一ノレ技術分野

[0001] 本発明は、回転軸側に固定された回転密封環と回転軸が洞貫する金属製のシールケースに oリングを介して軸線方向に移動可能に保持された静止密封環とを具備しており、当該 oリングを静止密封環の周面部に係合保持すると共にシールケースの周面部に押圧接触させることによって、シールケースと静止密封環との間が当該密封環の軸線方向移動を許容しつつ二次シールされるように構成されたメカ-カルシールに関するものである。背景技術

[0002] 従来の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一対の Oリングを介して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ており、シールケースと静止密封環との間に当該一対の oリングによりシールされた連通空間を形成すると共に、シールケース及び静止密封環に、当該連通空間を介して連通する一連の通路であって両密封環の対向端面たる密封端面間に開口するシールガス噴出通路を形成して、このシールガス噴出通路から密封端面間に所定圧のシールガスを導入することによって、密封端面間を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が周知である (例えば、特許文献 1参照)。

[0003] ところで、このような静圧形ノンコンタクトガスシールにあっては、シール条件や構造上、前記 Oリングを静止密封環の周面部に係合保持させておくことが好ましい場合やそうせざるを得な、場合がある。

特許文献 1： W099/27281 (図 8)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] しかし、 Oリングを静止密封環に係合保持させた場合、静止密封環の軸線方向移動に伴って、 oリングがシールケースの周面部に押圧接触した状態で滑動するため、次のような問題が生じる。

[0005] すなわち、シールケースは、その機能上、強度に優れる金属製のものとされることから、 Oリングとの接触抵抗が大きぐ Oリングの静止密封環に伴う滑動が円滑に行われない。その結果、静止密封環の軸線方向移動が良好に行われず、静止密封環の追従性が低下して、良好なシール機能を発揮できない。特に、上記したような静圧形ノンコンタクトガスシールにあっては、シールガスの供給を停止した場合、静止密封環が回転密封環方向に円滑に移動せず、静止密封環が回転密封環に激しく衝突して、密封端面が損傷，破損する虞れがある。また、逆に、シールガスの供給を停止しても、静止密封環が移動せず、密封端面間に隙間が生じた状態となると、シールガスの供給を再開した場合に、密封端面間にシールガスによる適正な静圧が発生せず、シール機能が喪失する虞れがある。

[0006] このような問題は、両密封環が相対回転摺接することによってシール機能を発揮させる端面接触形のメカ-カルシールや密封端面をこの間に動圧を発生させることにより非接触状態に保持するように構成された動圧形の非接触形メカ-カルシールにおいても、同様に、生じる。

[0007] 本発明は、このような問題を生じることなぐ静止密封環の追従性に優れ、良好なシール機能を発揮しうるメカ-カルシールを提供することを目的とするものである。課題を解決するための手段

[0008] 本発明は、回転軸側に固定された回転密封環と回転軸が洞貫する金属製のシールケースに Oリングを介して軸線方向に移動可能に保持された静止密封環とを具備しており、当該 Oリングを静止密封環の周面部に係合保持すると共にシールケースの周面部に押圧接触させることによって、シールケースと静止密封環との間が当該密封環の軸線方向移動を許容しつつ二次シールされるように構成されたメカ-カルシールにおいて、上記の目的を達成すベぐ特に、シールケースの周面部に、少なくとも静止密封環の軸線方向移動に伴って当該 Oリングが相対変位する範囲において、榭脂コーティング膜を形成しておくことを提案する。

[0009] 力かるメカ-カルシールの好まし、実施の形態にあっては、例えば、前記 Oリングを所定間隔を隔てて一対設けて、シールケースと静止密封環との間に当該一対の oリングによりシールされた連通空間を形成すると共に、シールケース及び静止密封環に、当該連通空間を介して連通する一連の通路であって両密封環の対向端面たる密封端面間に開口するシールガス噴出通路を形成して、このシールガス噴出通路から密封端面間に所定圧のシールガスを導入することによって、密封端面間を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として提案される。

[0010] この静止形ノンコンタクトガスシールは、回転テーブルを使用して基板（半導体ゥェノヽ，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)の洗浄処理等を行なう処理装置において、回転テーブルが配置される処理領域に高度のコンタミネーシヨン防止対策が必要とされる場合にも、有効なシール手段として採用される。例えば、この静止形ノンコンタクトガスシールは、回転テーブルの駆動部を筒状のプラスチックカバーで覆ってある処理装置にぉ、て、回転テーブルが配置された処理領域とプラスチックカバー内の領域との間を遮蔽するためのシール手段として使用される。このような使用形態にあっては、回転密封環が、回転テーブルにその回転軸線と同心状に固定されており、シールケースが、プラスチックカバー内に配して駆動部の支持機枠に取り付けられた円筒状のものであり、静止密封環が、回転密封環と同心状をなして当該回転密封環に直対向する状態で、シールケースの内周部に軸線方向移動可能に保持される。この場合、プラスチックカバーの内周部に、シールケースの端部に衝合する環状のカバー段部が形成されており、プラスチックカバーに、シールガスをシールガス噴出通路に供給するシールガス供給通路が形成されており、このシールガス供給通路とシールケースに形成されたシールガス噴出通路部分と力力バー段部とシールケース端部との衝合部分にぉ、て連通接続されて、ることが好ましい。

[0011] また、上記した静圧形ノンコンタクトガスシールにあっては、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できる。

[0012] また、被密封流体が金属成分 (金属イオン等)の混入を回避すべきものである場合や金属腐食を発生する虞れのあるものである場合にあっては、被密封流体が金属製のシールケースに直接に触れることを防止するために、シールケースにおける周面部であって被密封流体が接触する部分に、前記 oリングが相対変位する部分を含めて、榭脂コーティング膜を形成しておくことが好ましい。特に、上記した静圧形ノンコンタクトガスシールにあっては、被密封流体に加えてシールガスがシールケースに接触することによる金属成分の発生等を防止するために、シールケースにおける表面部分並びに必要に応じて被密封流体及び Z又はシールガスが接触する部分 (これが接触する可能性のある部分を含む）に、前記 oリングが滑動する部分を含めて、榭脂コーティング膜を形成しておくことが好ましい。

[0013] 榭脂コーティング膜の構成材としては、前記 Oリングとの接触抵抗が低ヽ低摩擦製のプラスチックを使用することが好ましぐ更には、被密封流体の性状やシール条件に応じて耐食性，耐薬品性等の特性に優れたものを使用することが好ましい。一般には、低摩擦性，耐食性等に優れたポリテトラフルォロエチレン (PTEF)等のフッ素榭脂を使用することが好ましい。また、榭脂コーティング膜の膜厚は 5〜： LOO mであることが好ましぐ 20〜40 /ζ πιとしておくことが最適する。榭脂コーティング膜の表面（少なくとも当該 Οリングが滑動する部分）は、平滑面に機械加工されていることが好ましい。

発明の効果

[0014] 本発明によれば、静止密封環の移動に伴う Οリングのシールケースに対する相対変位が円滑に行われ、静止密封環の追従性に優れたメカ-カルシールを提供することができる。したがって、静圧形ノンコンタクトガスシール等のメカ-カルシールにあつて、静止密封環の追従不良によりシール機能が損なわれるようなことがなぐ常に、良好なシール機能を発揮させることができる。また、シールケースにおいて、 Οリングとの接触部分を含めて、被密封流体が接触する部分 (静圧形ノンコンタ外ガスシールにあっては、更にシールガスが接触する部分)を榭脂コーティング膜で被覆しておくことにより、被密封流体及び/又はシールガスが金属製シールケースに接触することによる金属イオンの発生を防止することができ、金属イオンの発生を回避する必要のある条件においても、良好なシール機能を発揮させることができる。また、被密封流体と接触するシールケース部分を耐食性，耐薬品性に優れた榭脂コーティング膜で被覆しておくことにより、被密封流体が腐食性を有するものである場合にも、金属製のシールケースが腐食されるようなことがなぐ良好なシール機能を発揮させることができる。

[0015] ところで、回転テーブルを使用して半導体ウェハ等の基板を洗浄処理する場合、回転テーブルが配置される処理領域を清浄に保持しておく必要があり、回転テーブルの駆動側力処理領域へのパーティクル侵入を確実に阻止しておく必要がある。そこで、このような高度のコンタミネーシヨン防止対策を必要とする処理装置にあっては、従来から、回転テーブルとその駆動部を覆うプラスチックカバーとの間に、回転テーブルが配置された処理領域とプラスチックカバー内の領域とを遮蔽するシール手段を設けておくことが提案されており、かかるシール装置としては、一般に、ラビリンスシールゃ磁性流体シールが採用されて!、る（例えば、特開平 11― 265868号公報を参照)。而して、このようなシール手段を設けておくことにより、カバー内領域から処理領域へのパーティクル侵入が阻止されて基板等が汚損されることがなぐまた処理領域で発生する処理残渣 (洗浄液や有害物質等）がカバー内領域に侵入して回転軸の駆動系にトラブルが生じるといった問題も生じない。しかし、従来の処理装置で採用されているラビリンスシール等のシール手段によっては、処理領域とカバー内領域との遮蔽を十分に行い得ず、基板洗浄装置等の処理装置におけるコンタミネーション防止対策に万全を期すことができないのが実情である。すなわち、ラビリンスシールでは、ラビリンスを構成する環状隙間が回転精度や機器精度によって不均一となり易ぐ力かるラビリンス隙間の不均一に起因する呼吸作用により、両領域間の遮蔽機能が十分に発揮されない。また、磁性流体シールについても、品質が不安定なため、ラビリンスシールと同様に十分なシール機能を発揮し難、。

[0016] しかし、このように回転テーブルの駆動部を筒状のプラスチックカバーで覆ってある処理装置において、回転テーブルが配置された処理領域とプラスチックカバー内の領域との間を遮蔽するためのシール手段として、回転テーブル側の回転密封環とプラスチックカバー側の静止密封環との間から処理領域とカバー内領域とにシールガスを噴出させる静圧形ノンコンタクトガスシールに構成した本発明のメカ-カルシールを採用すると、上記したラビリンスシール等を使用する場合に比して、回転テープルが配置される処理領域と回転軸の駆動手段等が配置されるカバー内領域との間を確実に遮蔽することができるものである。したがって、本発明のメカ-カルシール (静圧形ノンコンタクトガスシール)を使用することによって、処理領域における処理を力バー内領域からのパーティクル侵入を完全に防止した清浄雰囲気に保持することができ、基板の洗浄等の処理を良好に行なうことができ、高度のコンタミネーシヨン防止対策を実現することができる。また、処理領域で発生する洗浄液残渣ゃ処理領域で使用，発生する有害物質がカバー内領域へと漏洩して回転軸の駆動系に悪影響を及ぼす等の問題も排除することができる。さらに、シールガスをシールガス噴出通路に供給するためのシールガス供給通路をプラスチックカバーに形成する場合、シールガス供給通路カゝらシールガス噴出通路 (シールケースに形成されたシールガス噴出通路部分)へのガス流動がプラスチックカバーの径方向にぉ、て行われるように構成すると、シールガス供給通路とシールガス噴出通路との接続個所に作用するガス圧によってプラスチックカバーが変形して、シールガス供給が良好に行われな、等の問題を生じる虞れがあるが、本発明のメカ-カルシール (静圧形メカ-カルシール）にあっては、シールガス供給通路力シールガス噴出通路へのガス流動がプラスチックカバーの軸線方向にぉ、て行われるようになって!/、ることから、プラスチックカバーの材質や肉厚 (径方向の厚み）に拘わらず、プラスチックカバーが変形することがなぐ上記した問題は生じない。したがって、プラスチックカバーの材質，形状（肉厚）を、上記ガス圧に対する強度を考慮することなぐ処理装置の使用条件に応じて自由に設定することができる。

また、静圧形ノンコンタクトガスシールに構成された本発明のメカ-カルシールは、密封端面間をシールガスによる静圧に加えて動圧発生溝による動圧の作用によって非接触状態に保持するように構成しておくことができ、このように構成しておくことにより、一般的な静圧形ノンコンタクトガスシール (密封端面間を静圧のみにより非接触状態に保持させるように構成された静圧形ノンコンタクトガスシール)ではシール機能が十分に発揮し得ないような条件下においても、シール機能及びコンタミレス機能を良好〖こ発揮させることができる。図面の簡単な説明

[0018] [図 1]本発明に係るメカニカルシールの一例を示す縦断正面図である。

[図 2]図 1の要部を拡大して示す詳細図である。

[図 3]当該メカ-カルシールにおける静止密封環の平面図である。

[図 4]本発明に係るメカ-カルシールの第 1の変形例を示す図 2相当の縦断正面図である。

[図 5]本発明に係るメカ-カルシールの第 2の変形例を示す図 1相当の縦断正面図である。

[図 6]図 5の要部を拡大して示す詳細図である。

[図 7]本発明に係るメカ-カルシールの第 3の変形例を示す図 6相当の縦断正面図である。

[図 8]本発明に係るメカ-カルシールの第 4の変形例を示す図 2相当の縦断正面図である。

[図 9]本発明に係るメカ-カルシールの第 5の変形例を示す図 6相当の縦断正面図である。

[図 10]図 8又は図 9の要部を拡大して示す詳細図である。

[図 11]図 8又は図 9に示すメカ-カルシール（複合形ノンコンタクトガスシール）におけ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。

[図 12]図 8又は図 9に示すメカ-カルシール（複合形ノンコンタクトガスシール）におけ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。

符号の説明

[0019] 1 回転テーブル

2 駆動部

2a 回転軸

2b 支持機枠

3 プラスチックカバー

4 メカ-カルシール（静圧形ノンコンタクトガスシール）

5 回転密封環 5a 回転密封環の密封端面

6 シーノレケース

6a シーノレケースの内周面

7 静止密封環

7a 静止密封環の密封端面

7b Oリング溝

8 スプリング部材

9 シーノレガス通路

10 シールガス

12 Oリング

61 密封環保持部

63 榭脂コーティング膜

19 動圧発生溝

90 シールガス供給通路

91 シールガス噴出通路

92 ケース側通路

93 静圧発生溝

94 連通空間

95 密封環側通路

104 メカ-カルシール（複合形ノンコンタクトガスシール)

A 処理領域

B プラスチックカバー内の領域 (カバー内領域）

発明を実施するための最良の形態

図 1は本発明に係るメカ-カルシール 4を装備した処理装置の一例を示す縦断正面図であり、図 2はその要部の拡大図である。この処理装置にあっては、回転テープル 1の駆動部 2を円筒状のプラスチックカバー 3で覆ってあり、被処理物である基板（半導体ウェハ，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）に回転テーブル 1を使用して適宜の処理 (洗浄処理，薬剤処理等）を施す場合に、回転テ一ブル 1が配置された被密封流体領域である処理領域 Aと非密封流体領域であるプラスチックカバー 3内の領域 (この例では大気領域であり、以下「カバー内領域」という ) Bとをメカ-カルシールシール 4により遮蔽シールして、処理領域 Aをクリーンに保持するように工夫されている。

[0021] なお、駆動部 2は、回転テーブル 2に連結されて上下方向に延びる回転軸 2a、回転軸 2aを回転自在に軸受支持するベアリング、回転軸 2aの駆動手段及びこれらをカバー内領域 Bにおいて支持する支持機枠 2bを具備するものであり、回転テーブル 1を回転駆動するように構成されている。回転テーブル 1は炭化珪素製のもので、処理領域 Aに水平に配置された円板等の回転体形状をなすものである。また、プラスチックカバー 3は、図 1に示す如ぐ耐薬品性プラスチック（この例では PTFEを使用）で一体成形された上端開口状の円筒形状をなすもので、回転テーブル 1の下面側に配置される駆動部 2を覆っている。回転テーブル 1とプラスチックカバー 3との間には、必要に応じて、図 1に示す如ぐ適宜のラビリンスシール laを設けておくことができる。このようなラビリンスシール laを設けておくことにより、後述するシールガス 10のラビリンスシール laから処理領域 Aへの噴出作用と相俟って、薬液等が処理領域 Aからカバー内領域 Bへの薬液等の侵入を有効に防止することができる。

[0022] メカ-カルシール 4は、図 1及び図 2に示す如ぐ回転テーブル 1にその回転軸線と同心状に固定された回転密封環 5と、プラスチックカバー 3内に配して駆動部 2の支持機枠 2bに取り付けられた円筒状のシールケース 6と、回転密封環 5と同心状をなして回転密封環 5に直対向する状態で、シールケース 6の内周部（後述する密封環保持部 61の内周部） 6aに一対の Oリング 12, 12を介して軸線方向移動可能に保持された静止密封環 7と、シールケース 6と静止密封環 7との間に介装されて、静止密封環 7を回転密封環 5へと押圧附勢するスプリング部材 8と、プラスチックカバー 3の内周部に形成されてシールケース 6の端部（後述する密封環保持部 61の下端部） 6bに衝合する環状のカバー段部 3aと、プラスチックカバー 3、シールケース 6及び静止密封環 7を貫通して両密封環 5, 7の対向端面である密封端面 5a, 7a間に開口する一連のシールガス通路 9と、を具備して、密封端面 5a, 7a間を、これにシールガス通路 9からシールガス 10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た静圧形ノンコンタクトガスシール (静圧形の非接触形メカ-カルシール)である。

[0023] シールケース 6は、図 1及び図 2に示す如ぐ円筒状の密封環保持部 61とそ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 62とからなる金属製 (例えば、 SU S316等のステンレス鋼製)のものである。シールケース 6は、その下端部 (密封環保持部 61の下端部） 6bをカバー段部 3aに衝合させると共にその外周部 (密封環保持部 61の外周部）をプラスチックカバー 3の上端側内周部 (カバー段部 3aより上方側部分の内周部）にフッ素ゴム製の Oリング 11を介して密接させた状態で、スプリング保持部 62を介して支持機枠 2bに取り付けられている。

[0024] 回転密封環 5は、静止密封環 7の構成材 (例えば、カーボン)より硬質の材料 (例えば、炭化珪素)で成形された円環状体であり、図 1に示す如ぐ回転テーブル 1の下面部に固定されている。回転密封環 5の下端面は、平滑環状面である密封端面（以下「回転側密封端面」とも!/、う） 5aとされて、る。

[0025] 静止密封環 7は、図 1に示す如ぐ上端面を平滑環状面である密封端面 (以下「静止側密封端面」ともいう） 7a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 12, 12を介してシールケース 6の密封環保持部 61の内周部 6a 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。静止側密封端面 7aの外径は回転側密封端面 5aの外径より若干小さく設定されており、静止側密封端面 7aの内径は回転側密封端面 5aの内径より若干大きく設定されている。各 Oリング 1 2は、シールケース 6の内周部 6aに圧接された状態で、静止密封環 7の外周部に形成した環状の Oリング溝 7bに係合保持されていて、静止密封環 7の軸線方向移動（上下方向移動）を許容しつつ、静止密封環 7とシールケース 6との間を二次シールしている。また、静止密封環 7の下端部には軸線方向に延びる円形孔 7cが形成されており、この円形孔 7cにシールケース 6のスプリング保持部 62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 13を係合させることにより、静止密封環 7を、その軸線方向移動を所定範囲で許容しつつ、シールケース 6に対して相対回転不能ならしめている。なお、円形孔 7c及びこれに係合するドライブピン 13の数は任意であり、必要に応じて複数個設けられる。 [0026] スプリング部材 8は、図 1に示す如ぐ静止密封環 7とその下位のスプリング保持部 6 2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 7を回転密封環 5へと押圧附勢するものであり、密封端面 5a, 7aを閉じる方向に作用する閉カを発生させるものである。

[0027] シールガス通路 9は、図 1及び図 2に示す如ぐプラスチックカバー 3に形成されたシールガス供給通路 90と、シールケース 6及び静止密封環 7に形成された一連のシールガス噴出通路 91とからなる。このシールガス噴出通路 91は、シールケース 6に形成されたケース側通路 92と、静止側密封端面 7aに形成された静圧発生溝 93と、静止密封環 7とシールケース 6との対向周面部間に形成され且つ Oリング 12, 12によりシールされた環状の連通空間 94と、静止密封環 7を貫通して連通空間 94から静圧発生溝 93に至る密封環側通路 95とからなる。

[0028] シールガス供給通路 90は、図 1に示す如ぐプラスチックカバー 3を上下方向（プラスチックカバー 3の軸線方向）に貫通して、その上端部（下流端）はカバー段部 3aに開口されており、その下端部（上流端）は適宜のシールガス供給ライン（図示せず）に接続されている。

[0029] ケース側通路 92は、図 1に示す如ぐシールケース 6の密封環保持部 61をその下端部から内周部 6aへと貫通して、シールガス供給通路 90と連通空間 94とを連通接続している。ケース側通路 92の下流端とシールガス供給通路 90の上流端との間は、カバー段部 3aとシールケース端部 6bとの間に介装したフッ素ゴム製の Oリング 16によりシールされた状態で、連通接続されている。

[0030] 静圧発生溝 93は、静止側密封端面 7a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 (断続する凹溝)を採用している。すなわち、静圧発生溝 93は、図 3に示す如ぐ静止側密封端面 7aと同心環状をなして並列する複数の円弧状凹溝 93a…で構成されている。連通空間 94の上下方向幅 (Oリング 12, 12間の間隔）は、静止密封環 7の追従性を確保するために必要とされる軸線方向移動量（上下方向移動量）に応じて設定されており、静止密封環 7が移動した場合にも、ケース側通路 92と連通空間 94との接続が解除されないように工夫してある。また、密封環側通路 95の一端部（上流端）は、 Oリング溝 7b, 7b間において静止密封環 7の外周面に開口されており（連通空間 94に開口されており）、その他端部（下流端）は複数の分岐部 95aに分岐されていて、各分岐部 95aを、図 3に示す如ぐ静圧発生溝 9 3を構成する各円弧状凹溝 93aに開口させてある。また、シールガス通路 9の適所（例えば、密封環側通路 95の適所であって分岐部分 95aより上流側の部分）には適宜の絞り器 96 (オリフィス，毛細管，多孔質部材等の絞り機能を有するもの）が配設されていて、密封端面 5a, 7aの隙間が変動した場合にも、その隙間が自動的に調整されて適正に保持されるように工夫されている。すなわち、回転機器（回転テーブル 1)の振動等により密封端面 5a, 7aの隙間が大きくなつたときは、静圧発生溝 93から密封端面 5a, 7a間に流出するシールガス量と絞り器 96を通って静圧発生溝 93に供給されるシールガス量とが不均衡となり、静圧発生溝 93内の圧力が低下して、シールガス 10による開力がスプリング部材 8による閉力より小さくなるため、密封端面 5a, 7a間の隙間が小さくなるように変化して、その隙間が適正なものに調整される。逆に、密封端面 5a, 7a間の隙間が小さくなつたときは、上記したと同様の絞り器 96による絞り機能により、静圧発生溝 93内の圧力が上昇して、開力が閉力より大きくなり、密封端面 5a, 7a間の隙間が大きくなるように変化して、その隙間が適正なものに調整される。

[0031] 静圧発生溝 93には、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 10がシールガス通路 9 (シールガス供給通路 90、ケース側通路 92、連通空間 94及び密封環側通路 95)から供給される。シールガス 10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 10は、一般に、回転テーブル 1の運転中（回転軸 2aの駆動中）において供給され、運転停止後には供給を停止される。回転テーブル 1の運転は、シールガス 10の供給が開始された後であって、密封端面 5a , 7a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 10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 2a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が運転されていると否とに拘らず、シールガス 10の供給を常時、継続して行なうようにすることも可能である。

[0032] シールガス 10を静圧発生溝 93に供給すると、静圧発生溝 93に導入されたシールガス 10により、密封端面 5a, 7a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 5a, 7a間に導入されたシールガス 10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 5a, 7aは、この開力と密封端面 5a, 7a間を閉じる方向に作用するスプリング部材 8による閉カ（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 93に導入されたシールガス 10は密封端面 5a, 7a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 5 a, 7a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 10の圧力及びスプリング部材 8のパネ力（スプリング荷重）は、密封端面 5a, 7a間の隙間が適正（一般に、 5〜 15 m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。

[0033] ところで、静止密封環 7は、シールガス 10の供給，停止や絞り器 96による隙間調整等によって軸線方向に移動することになり、力かる移動が良好且つ円滑に行われることによって適正なシール機能が発揮される。而して、このような静止密封環 7の追従性は、静止密封環 7に係合保持された Oリング 12, 12がシールケース 6の内周面 6a を円滑に相対変位 (滑動)することによって確保されるが、シールケース 6が金属製のものであって、その内周面 6aとフッ素ゴム等で構成される Oリング 12, 12との摩擦係数が大きいこと、及び Oリング 12, 12が二次シール機能を発揮すべくシールケース 6 と静止密封環 7との間に圧縮された状態で装填されていて、 Oリング 12, 12がシールケース 6の内周面 6aに圧接されていること等から、静止密封環 7の移動に伴う Oリング 12, 12の変位 (滑動）が円滑に行われ難ぐ静止密封環 7の追従性が低下する虞れがある。

[0034] そこで、本発明のメカニカルシール 4では、図 2に示す如ぐ Oリング 12, 12が滑動するシールケース部分である密封環保持部 61の内周面 6aに、低摩擦性の榭脂コ一ティング膜 63を形成して、 Oリング 12, 12の円滑な滑動を可能とし、静止密封環 7の追従性を向上させるように図って!/、る。

[0035] さらに、この例では、榭脂コーティング膜 63を、 Oリング 12, 12が接触，滑動するシールケース部分 6aのみでなぐ被密封流体が接触する (又は被密封流体が接触する可能性のある）シールケース部分にも形成してある。すなわち、図 2に示す如ぐシールケース 6の密封環保持部 61の表面部分に一連の榭脂コーティング膜 63を形成して、被密封流体がシールケース 6の金属部分に直接に接触しな、ように工夫してある。このようにしておくことによって、金属製のシールケース 6に被密封流体が接触することによる金属イオンの発生を防止し、処理領域 Aでの処理が金属イオンにより不良となることが防止できる。なお、処理装置及びこれに装備されたメカ-カルシール 4の構成部材のうち、被密封流体に接触する部材については、シールケース 7を除いて、全て、金属イオンを発生しな、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 5を炭化珪素製のものとすると共に静止密封環 7をカーボン製のものとし、各 Oリング 11, 12, 16をフッ素ゴム製のものとしてある。さらに、回転テーブル 1及びカバー 3についても、これらを PTFE等の非金属材で構成する力これらの被処理領域 Aに面する部分に接触する部分を PTFE等で榭脂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 8やドライブピン 13等については、これらをすベてカバー内領域 Bに配置してある。したがって、被処理物が半導体ウェ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。

[0036] ところで、榭脂コーティング膜 63の構成材としては、 Oリング 12との摩擦係数が小さなフッ素榭脂等の低摩擦性プラスチックを使用することが好ましぐこの例では、 PTF Eを使用している。

[0037] また、榭脂コーティング膜 63の膜厚は 5〜： LOO mとしておくことが好ましぐ 20〜4 O /z mとしておくことが最適する。このような膜厚としておくことにより、膜厚のバラツキをなくして均一な膜厚を得ることができ、 Oリング 12, 12との接触抵抗におけるバラッキを回避して、静止密封環 7の追従性を大幅に向上させることができる。更に、榭脂コーティング膜 63の表面、特に、 Oリング 12, 12が接触する膜部分 63aの表面につ V、ては、高精度の平滑面に機械加工しておくことが好ま U、。

[0038] ところで、シールガス通路 9は、例えば図 1に鎖線で示すように、シールガス供給通路 90の下流端 90aをプラスチックカバー 3の内周面に開口させると共にシールガス噴出通路 91の上流端 91aをシールケース 6の外周面に開口させて、両開口端 90a, 91a間を連通させるような形態とすることも可能であるが、このようにすると、両開口端 90a, 91aの連通部分に高圧のシールガス 10による圧力が作用するため、プラスチックカバー 3が径方向に変形する。その結果、両開口端 90a, 91aの連通部分におけるシール機能が低下又は喪失して、シールガス供給が良好に行われない等の問題を生じる虞れがある。

[0039] し力し、上記したメカ-カルシール 4にあっては、プラスチックカバー 3に形成したシールガス供給通路 90とシールケース 6に形成したシールガス噴出通路部分 (ケース側通路 92)とをカバー段部 3aとシールケース端部 6bとの衝合部分にぉ、て連通接続させてあって、シールガス供給通路 90からシールガス噴出通路 91へのガス流動がプラスチックカバー 3の軸線方向にぉ、て行われるように工夫されて、るから、プラスチックカバー 3の材質や肉厚（径方向の厚み）に拘わらず、シールガス 10の圧力によってプラスチックカバー 3が径方向に変形することがない。したがって、プラスチックカバー 3の材質，形状（肉厚)を、シールガス 10の圧力に対する強度を考慮することなぐ処理装置の使用条件に応じて自由に設定することができる。また、当該カバー 3と回転テーブル 1との間に前記したようなラビリンスシール laを設ける場合にも、ブラスチックカバー 3が変形しないことから、当該ラビリンスシール laの機能を損なうようなことがない。

[0040] なお、本発明の構成は、上記した実施の形態に限定されるものでなぐ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，変更することができる。

[0041] 例えば、図 1及び図 2に示すメカ-カルシール 4では、榭脂コーティング膜 63を、 O リング 12, 12が接触，滑動するシールケース部分 6a及び被密封流体が接触するシールケース部分 (被密封流体が接触する可能性のあるシールケース部分を含む）に形成したが、これらのシールケース部分に加えて、更にシールガス 10が接触する（又はシールガス 10が接触する可能性のある）シールケース部分にも形成してぉヽてもよい。すなわち、図 4に示す如ぐシールケース 6の密封環保持部 61の表面部分及び密封環側通路 92の内面部分に一連の榭脂コーティング膜 63を形成して、被密封流体及びシールガス 10がシールケース 6の金属部分に直接に接触しな、ようにする。このようにしておくことによって、金属製のシールケース 6に被密封流体及びシールガス 10が接触することによる金属イオンの発生を防止し、処理領域 Aでの処理が金属イオンにより不良となることが防止できる。 [0042] また、図 1又は図 4に示すメカ-カルシール 4ではシールケース 6を一体構造物としたが、このシールケース 6は金属製の複数部分に分割されたものとしておくことも可能である。例えば、図 5及び図 6に示す如ぐシールケース 6を、円筒状の上部体 64と下部体 65, 66とからなる分割構造物に構成しておくことができる。下部体は、円筒状の密封環保持部 65とそ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 66と力らなる。上部体 64と下部体 65, 66とは、適宜の連結具により連結されている。シールケース 6は、その下端部 (密封環保持部 65の下端部） 6aをカバー段部 3aに衝合させると共にその外周部（上部体 64の外周部）をプラスチックカバー 3の上端側内周部 (カバー段部 3aより上方側部分の内周部）にフッ素ゴム製の Oリング 11を介して密接させた状態で、スプリング保持部 66を介して支持機枠 2bに取り付けられている。 Oリング 12, 12は、静止密封環 7の外周部に形成した環状突部 7dとその上下に対向して上部体 64と密封環保持部 65とに形成した環状突部 64a, 65aとの間に形成される環状空間に装填されている。また、静止密封環 7の下端部には軸線方向に延びる円形孔 7cが形成されており、この円形孔 7cにシールケース 6のスプリング保持部 66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 13を係合させることにより、静止密封環 7を、その軸線方向移動を所定範囲で許容しつつ、シールケース 6に対して相対回転不能ならしめている。ケース側通路 92は、密封環保持部 65を軸線方向に貫通する第 1ガス路 92aと、上部体 64をその下端部から内周部へと貫通する第 2ガス路 92bとからなる。第 1ガス路 92aの上端部と第 2ガス路 92bの下端部とは、上部体 64と密封環保持部 65との衝合部分に介装したフッ素ゴム製の O リング 15によりシールされた状態で、連通接続されている。第 2ガス路 92bの上端部（下流端）は連通空間 94に連通されている。第 1ガス路 92aの下端部（上流端）は、シールガス供給通路 90の上端開口部（下流端開口部）に直対向してシールケース端部 6aに開口されている。そして、両者 90, 92aの対向端部間は、カバー段部 3aとシールケース端部 6aとの間に介装したフッ素ゴム製の Oリング 16によりシールされた状態で、連通接続されている。

[0043] このようにシールケース 6を分離構造物とした場合にぉヽては、榭脂コーティング膜 63を、図 5及び図 6に示す如ぐ Oリング 12, 12が接触，滑動するシールケース部分 6a及び被密封流体が接触するシールケース部分、つまり上部体 64の表面部分に形成しておく。必要に応じて、図 7に示す如ぐシールガス 10が接触するシールケース部分、つまりケース側通路 92の内周面及び密封環保持部 65の表面部分にも、榭脂コーティング膜 63を形成しておくことができる。

[0044] 本発明は、両密封環が相対回転摺接する端面接触形のメカ-カルシールにも適用することができる。しかし、本発明は、静止密封環の追従性が重視される非接触形メ力-カルシール (上記した静圧形ノンコンタクトガスシールや一方の密封端面に動圧発生溝を形成して密封端面間をこれに発生させた動圧により非接触状態に保持するように構成された動圧形の非接触形メカ-カルシール）において、より好適に適用することがでさる。

[0045] また、図 1、図 4、図 5又は図 7に示したメカ-カノレシ一ノレにあっては、シーノレガス 10 による静圧のみによって密封端面 5a, 7a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 4に構成した力図 8又は図 9に示す如ぐ本発明のメカ-カルシールを、密封端面 5a, 7a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 104に構成しておくことも可能である。力かる複合形ノンコンタクトガスシール 104においては、シール機能上、静止密封環 7の追従性の良否が更に重要な要素となる。

[0046] すなわち、図 8又は図 9に示す複合形ノンコンタクトガスシール 104にあっては、一方の密封端面である回転密封環 5の密封端面（回転側密封端面） 5aに動圧発生溝 1 9を形成して、この動圧発生溝 19により密封端面 5a, 7a間に動圧を発生させるように構成してある。動圧発生溝 19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力この例では、動圧発生溝 19を、図 11又は図 12に示す如ぐ回転側密封端面 5aにおける静圧発生溝 93に対向する部位力も外径方向であって且つ回転密封環 5の回転方向（ィ方向）と逆方向に傾斜状に延びる第 1グループ部分 20aと内径方向且つ回転密封環 5の回転方向（ィ方向）と逆方向に傾斜状に延びる第 2グルーブ部分 20bとからなる複数のグループ 20が密封端面 5aの周方向に並列してなる形状に構成してある。各グループ 20は 1〜： LO /z mの浅い深さ一定の溝であり、その最外径側端部 (第 1グループ部分 20aの外径側端部)及び最内径側端部 (第 2グルーブ部分 20bの内径側端部）は、両密封端面 5a, 7aの重合領域内に位置されている。すなわち、図 10に示す如ぐ動圧発生溝 19の内外径 E, Fは、静止密封環 7の密封端面 (静止側密封端面） 7aの外径 (≤回転側密封端面 5aの外径) A及びその内径（ ≥回転側密封端面 5aの内径) D並びに静圧発生溝 93 (円弧状凹溝 93a)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。各グループ 20は、図 11に示す如ぐ第 1グループ部分 20aと第 2グループ部分 20bとが基端部で一致する略く字状をなすものとするか、図 12に示す如ぐ第 1グループ部分 20aと第 2グループ部分 20b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。なお、この複合形ノンコンタクトガスシール 104における上記以外の構成は、図 1、図 4、図 5又は図 7に示した静圧形ノンコンタクトガスシール 4と同一である。

このような複合形ノンコンタクトガスシール 104によれば、密封端面 5a, 7a間にシールガス 10による静圧に加えて動圧発生溝 19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 5a, 7a間を非接触状態に保持する。したがって、シールガス 10 による静圧によっては密封端面 5a, 7a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に比して、シールガス 10による静圧によってシールガス 10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 19を密封端面 5a, 7aの重複領域外に開放されていないため、各ダルーブ 20の最内径側端部及び最外径側端部が、密封端面 5a, 7a間に導入されたシールガス 10に対する堰として機能することになると共に、密封端面 5a, 7a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 5a, 7a間に導入されたシールガス 10の処理領域 (被密封ガス領域) A側への漏れ量が抑制されて動圧発生溝 19によるシールガス 10の捕捉特性が極めて良好なものになる。したがつて、シールガス 10の消費量を低減でき、万一シールガス 10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、複合形ノンコンタタトガスシール 104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 2aがー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 19を回転密封環 5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 19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、回転側密封端面 5aに、径方向に縦列し且つ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 5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 5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。

[0048] また、榭脂コーティング膜 63は、金属イオンの発生を抑制する必要のな、シール条件下においては、シールケース 6における Oリング 12の接触部分であって当該 Oリング 12が静止密封環 7の移動に伴って相対変位 (滑動）する部分 6aのみに形成しておけばよい。また、榭脂コーティング膜 63の材質は、 Oリング 12との接触抵抗を低減させるものであることを条件として、被密封流体の性状やシール条件に応じて適宜に選定される。例えば、被密封流体がシールケース 6を腐食させる虞れのある場合には、シールケース 6における被密封流体との接触部分に耐食性，耐薬品性を有する材質の榭脂コーティング膜 63を形成しておく。この場合、シールケース 6以外のメカ-力ルシール構成部材又はその部分であって被密封流体に接触する部材又は部分は、耐食性，耐薬品性を有する材質で構成するか又はカゝかる材質のコーティングを施しておく。このようにすれば、被密封流体が腐食性を有するものである場合にも、良好なシール機能を発揮させることができる。

[0049] また、回転密封環 5は、回転軸 2a以外の回転側部材 (例えば、回転テーブル 1)に設ける他、回転軸 2a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 7をシールケース 6に固定し、回転密封環 5を回転側部材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も可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 回転軸側に固定された回転密封環と回転軸が洞貫する金属製のシールケースに oリングを介して軸線方向に移動可能に保持された静止密封環とを具備しており、この oリングを静止密封環の周面部に係合保持すると共にシールケースの周面部に押圧接触させることによって、シールケースと静止密封環との間が当該密封環の軸線方向移動を許容しつつ二次シールされるように構成されたメカニカルシールにぉヽて、

シールケースの周面部に、少なくとも静止密封環の軸線方向移動に伴って前記 oリングが相対変位する範囲において、榭脂コーティング膜を形成してあることを特徴とするメカ-カルシール。

[2] 前記 Oリングを所定間隔を隔てて一対設けて、シールケースと静止密封環との間に当該一対の Oリングによりシールされた連通空間を形成すると共に、シールケース及び静止密封環に、当該連通空間を介して連通する一連の通路であって両密封環の対向端面たる密封端面間に開口するシールガス噴出通路を形成して、このシールガス噴出通路から密封端面間に所定圧のシールガスを導入することによって、密封端面間を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であることを特徴とする、請求項 1に記載するメカ-カルシール。

[3] 回転テーブルの駆動部を筒状のプラスチックカバーで覆ってある処理装置にお!ヽて回転テーブルが配置された処理領域とプラスチックカバー内の領域との間を遮蔽すべく設けられた静圧形ノンコンタクトガスシールであって、

回転密封環が、回転テーブルにその回転軸線と同心状に固定されており、シールケースが、プラスチックカバー内に配して駆動部の支持機枠に取り付けられた円筒状のものであり、

静止密封環が、回転密封環と同心状をなして当該回転密封環に直対向する状態で、シールケースの内周部に軸線方向移動可能に保持されていることを特徴とする、請求項 2に記載するメカ-カルシール。

[4] プラスチックカバーの内周部に、シールケースの端部に衝合する環状のカバー段部が形成されており、プラスチックカバーに、シールガスをシールガス噴出通路に供給するシールガス供給通路が形成されており、

このシールガス供給通路とシールケースに形成されたシールガス噴出通路部分と力カバー段部とシールケース端部との衝合部分にぉ、て連通接続されて、ることを特徴とする、請求項 3に記載するメカ-カルシール。

[5] 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 2、請求項 3又は請求項 4に記載するメカ-カルシール。

[6] シールケースにおける周面部であって被密封流体が接触する部分に、前記 Oリングが相対変位する部分を含めて、榭脂コーティング膜を形成してあることを特徴とする、請求項 1に記載するメカ-カルシール。

[7] シールケースにおけるシールガス及び Z又は被密封流体が接触する部分に、前記

Oリングが滑動する部分を含めて、榭脂コーティング膜を形成してあることを特徴とする、請求項 2、請求項 3、請求項 4又は請求項 5に記載するメカニカルシール。

[8] 榭脂コーティング膜の膜厚が 5〜： LOO μ mであることを特徴とする、請求項 6又は請求項 7に記載するメカ-カルシール。

[9] 榭脂コーティング膜の膜厚が 20〜40 μ mであることを特徴とする、請求項 6又は請求項 7に記載するメカ-カルシール。

[10] 榭脂コーティング膜の表面であって、少なくとも前記 Oリングが滑動する部分が、平滑面に機械加工されていることを特徴とする、請求項 6又は請求項 7に記載するメカ二カノレシ一ノレ。