JP6565499B2 - 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、ハウジングに取り付けたオイルシールを径方向に緊縮させて、ロール軸に面接触させるシール装置が記載されている。

特開平１０−００９４０１号公報

特許文献１に記載された技術は、密封性を高めるものの、オイルシールがハウジングに取り付けられるため、例えば、プロセス室内でワークを加熱するような場合、ワークの熱は平板を介して回転軸に伝わり、接触式シールの温度も上昇する。一般的に、シールに用いられるゴムやエラストマー等の弾性部材は熱伝導性が低く、シールからハウジングへ熱を放熱しづらいため、シール周りの温度が上昇しやすくなる。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、回転軸及び接触式シールの温度上昇を防ぎ、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、前記シャフトの外径面で固定されて、前記シャフトとともに回転または、軸方向に所定の距離間を移動し、前記ハウジングに接して、前記ハウジングと前記シャフトとの間に設けられた隙間を密封する環状の第１シール部材と、前記シャフトの外径面で前記第１シール部材と一定の間隔を有し、前記第１シール部材よりも高圧側空間寄りの位置に固定されて、前記シャフトとともに回転または軸方向に所定の距離間を移動し、前記ハウジングに接して、前記隙間を密封する環状の第２シール部材と、を有し、前記ハウジングは、前記隙間の内、前記第１シール部材と前記第２シール部材とで囲まれる空間に冷却用の流体を通過させるための複数の貫通孔を備えることを特徴とする。

これにより、ハウジングの貫通孔によって第１シール部材と第２シール部材との間の空間に冷却用流体を流すことで、ハウジング内径面、シャフトの外径面、第１シール部材、第２シール部材を冷却することができる。
また、シャフトが回転または軸方向に移動するときに生じる、第１シール部材及び第２シール部材とハウジングとの間の摩擦熱や、ワークの加熱やプロセス室内の環境によってシャフトに伝わる熱を外部に逃がすことで、シャフト,第１シール部材及び第２シール部材の温度上昇を抑制できる。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シール部材及び第２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シール部材と前記第２シール部材との間隔は、前記シャフト及び前記第１シール部材、前記第２シール部材が軸方向に移動可能な距離よりも大きく設定するとともに、
前記複数の貫通孔の前記空間側の開口部は、前記第１シール部材の前記高圧側の空間側への軸方向移動端と、前記第２シール部材の前記低圧側の空間側への軸方向移動端と、の間に形成されることが好ましい。

これにより、前記貫通穴は、前記シャフトの軸方向の移動範囲全域において、前記空間に冷却用流体を流すことができる。

本発明の望ましい態様として、前記第１シール部材及び第２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シール部材及び第２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シール部材及び第２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シール部材及び第２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シール部材及び第２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シール部材及び第２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シール部材及び第２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シール部材及び第２シール部材の押圧力を高め、隙間の密封性を向上させることができる。そして、第１シール部材及び第２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シール部材及び第２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、前記第１シール部材及び第２シール部材は、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シール部材及び第２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シール部材及び第２シール部材の押圧力を高め、前記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シール部材及び第２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シール部材及び第２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、ハウジングに上述したシール構造を備えるとともに、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。

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孔２２と、半径方向に貫通する流体通路（貫通穴）２３,２３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、シール固定部材３５と、を備えている。シャフト８１及びシール固定部材３５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おり、シャフト８１及びシール固定部材３５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の一端にはシール固定部材３５が固定され、シール固定部材３５の端部には、可動部材３３が固定されている。実施形態１において、シャフト８１とシール固定部材３５及びシール固定部材と可動部材３３とはそれぞれに形成されたねじによって固定されている。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及びシール固定部材３５とともに回転する。可動部材３３は、シール固定部材３５の一端部に接する円柱状の胴部３３１と、胴部３３１のシール固定部材シャフト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するが、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た状態で、直動機構７によって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。同様に、シール固定部材３５の一端にはシール固定部３６が形成されている。シール固定部３６は、回転中心軸Ｚｒを中心とした環状の切欠きであるシール固定凹部３６ｂ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とシール固定部材３５とは、シャフト８１の一端に形成されたねじ部８１ａと、シール固定部材３５に一端に形成されたねじ穴３５ａによって互いに固定されるが、シャフト８１とシール固定部材３５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、シール固定部材３５に貫通孔を形成し、１本、又は複数のボルトによって両者を締結固定してもよい。同様に、シール固定部材３５と可動部材３３とは、シール固定部材３５の他端に形成されたねじ部３５ｂと、可動部材３３の胴部３３１に形成されたねじ穴３３１ａとによって互いに固定されるが、シール固定部材３５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、シール固定部材３５の他端面にねじ穴を、可動部材３３に貫通穴を形成し、１本、又は複数のボルトによって両者を締結固定しても良い。

シール固定部材３５のシール固定部３６には第１シール部材５Ａが、シャフト８１のシール固定部３２には第２シール部材５Ｂが備えられている。第１シール部材５Ａ及び第２シール部材５Ｂ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５Ａ及び第２シール部材５Ｂ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ール固定部材３５のシール固定凹部３６ｂに第１シール部材５Ａが、シャフト８１のシール固定凹部３２ｂに第２シール部材５Ｂがそれぞれ嵌められるとともに、シール固定部材３５のシール固定部３６と、可動部材３３の胴部３３１の端面とで第１シール部材５Ａが、シャフト８１のシール固定部３２とシール固定部材３５の端面とで第２シール部材５Ｂがそれぞれ挟まれて固定されている。これにより、第１シール部材５Ａ及び第２シール部材５Ｂは、シャフト８１,シール固定部材３５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５Ａ及び第２シール部材５Ｂ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５Ａ及び第２シール部材５Ｂは弾性部材であり、それぞれに、リップ部５１Ａ,５１Ｂと、固定部５２Ａ,５２Ｂと、環状連結部５３Ａ,５３Ｂと、シールフランジ部５４Ａ,５４Ｂと、を備える。リップ部５１Ａ,５１Ｂ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。第１シール部材５Ａの固定部５２Ａは、シール固定部材３５の外径面３５ｂに沿った環状部材であり、シール固定部材３５の外径面３５ｂに接する。第２シール部材５Ｂの固定部５２Ｂ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５３Ａ,５３Ｂは、リップ部５１Ａ,５１Ｂと固定部５２Ａ,５２Ｂとを連結している。この構造により、リップ部５１Ａ,５１Ｂ、固定部５２Ａ,５２Ｂおよび環状連結部５３Ａ,５３Ｂを含む断面形状が略Ｕ字形状となっている。これにより、リップ部５１Ａ,５１Ｂ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５Ａ及び第２シール部材５Ｂ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。

シールフランジ部５４Ａ,５４Ｂは、固定部５２Ａ,５２Ｂ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５４Ａ,５４Ｂは、例えば、環状で板状の部材であり、シール固定部３２,３６のシール固定凹部３２ｂ,３６ｂに挿入されている。シール固定部材３５に可動部材３３を固定すると、可動部材３３は、シール固定部材３５のシール固定凹部３６ｂに挿入された第１シール部材５Ａのシールフランジ部５４Ａを挟み込み固定する。さらに、シャフト８１にシール固定部材３５を固定すると、シャフト８１およびシール固定部材３５は、シャフト８１のシール固定凹部３６ｂに挿入された第２シール部材５Ｂのシールフランジ部５４Ｂを挟み込み固定する。これにより、第１シール部材５Ａ及び第２シール部材５Ｂの回転部材３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５Ａ及び第２シール部材５Ｂは、回転部材３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５Ａ及び第２シール部材５Ｂがハウジング２との摩擦により、回転部材３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５Ａ及び第２シール部材５Ｂと回転部材３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、搬送テーブルの機能を有する戴置部３３２と、第１シール部材５Ａを挟み込むためのシール押えの機能を有する胴部３３１とが一体に形成されている。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、戴置部３３２と胴部３３１とは、別部材であってもよい。

図３に示すように、リップ部５１Ａ,５１Ｂと、環状連結部５３Ａ,５３Ｂと、固定部５２Ａ,５２Ｂとで囲まれる空間には、付勢部材５６Ａ,５６Ｂが配置されている。付勢部材５６Ａ,５６Ｂは、例えばステンレス鋼等であり、平板状の板状部５６１ａ,５６１ｂおよび板状部５６１ａ,５６１ｂを屈曲部５６２ａ,５６２ｂ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５６Ａ,５６Ｂには、板状部５６１ａ,５６１ｂの開先側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５６Ａ,５６Ｂは、リップ部５１Ａ,５１Ｂ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５Ａ及び第２シール部材５Ｂは、リップ部５１Ａ,５１Ｂの弾性変形による圧力および付勢部材５６Ａ,５６Ｂ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５Ａ及び第２シール部材５Ｂの押圧力を高めることができる。

また、図３に示すように、第１シール部材５Ａ及び、第２シール部材５Ｂのリップ部５１Ａ,５１Ｂにおいては、先端部５１１ａ,５１１ｂが貫通孔２２に接触している。一方、リップ部５１Ａ,５１Ｂの基部５１２ａ,５１２ｂ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５Ａ及び第２シール部材５Ｂは、リップ部５１Ａ,５１Ｂの先端部５１１ａ,５１１ｂ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。

さらに、ハウジング２には、第１シール部材５Ａと、第２シール部材５Ｂによって囲まれた冷却用空間Ｍに冷却用流体を通過させるための流体通路２３,２３が設けられている。これにより、冷却用空間Ｍに触れているハウジング２の内周面（内壁）、シール固定部材３５の外周面、第１シール部材５Ａ,第２シール部材５Ｂを冷却することができる。

流体通路２３,２３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の底部に流体通路２３が開口している。流体通路２３及び環状溝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５Ａと、第２シール部材５Ｂとの間に位置する様な位置に形成される。また、第１シール部材５Ａと、第２シール部材５Ｂとの間の間隔は、回転部材３の軸方向ストロークと、環状溝２２ａの軸方向幅寸法とを足した値よりも大きくすることが望ましい。もし、第１シール部材５Ａと第２シール部材５Ｂとの間隔が回転部材３の軸方向ストロークよりも小さい場合、回転部材３の軸方向移動時に、第１シール部材５Ａ,第２シール部材５Ｂのいずれか一方が、環状溝２２ａを通過してしまう恐れがあるので好ましくない。

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５Ａ及び第２シール部材５Ｂ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５Ａ及び第２シール部材５Ｂ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５Ａ及び第２シール部材５Ｂ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５Ａ,第２シール部材５Ｂ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。冷却用空間Ｍ及び外部空間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５Ａ及び第２シール部材５Ｂとの摩擦によってハウジング２の貫通孔の内壁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５Ａ及び第２シール部材５Ｂの温度上昇が抑制されるので、第１シール部材５Ａ及び第２シール部材５Ｂの熱膨張が抑制される。したがって、第１シール部材５Ａ及び第２シール部材５Ｂ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５Ａ及び第２シール部材５Ｂ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５Ａ及び第２シール部材５Ｂ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、回転部材３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５Ａとの摺接面の軸方向長さを、回転部材３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。同様に、貫通穴２２の、第２シール部材５Ｂとの摺接面の軸方向長さも、回転部材３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。これにより、回転部材３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５Ａ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５Ａ（第２シール部材５Ｂ）は、リップ部５１Ａ（５１Ｂ）と、固定部５２Ａ（５２Ｂ）と、環状連結部５３Ａ（５３Ｂ）と、を備える。これにより、第１シール部材５Ａ及び第２シール部材５Ｂは、例えばＯリング等である場合に比較して、貫通孔２２と回転部材３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回転部材３側へ熱伝導しにくくしている。さらに、第１シール部材５Ａと第２シール部材５Ｂとの間の空間に冷却用流体を流すことにより、ハウジング２,回転部材３,第１シール部材５Ａ及び第２シール部材５Ｂを冷却している。これにより、シール構造１は、摩擦熱の外部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５Ａ及び第２シール部材５Ｂの摩耗を抑制することができる。

また、実施形態１においては、リップ部５１Ａ,５１Ｂに摩耗が生じても、付勢部材５６Ａ,５６Ｂ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５Ａ及び第２シール部材５Ｂの交換頻度を低減することができる。

第１シール部材５Ａ及び第２シール部材５Ｂ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５Ａ及び第２シール部材５Ｂ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５Ａ及び第２シール部材５Ｂが接触するシャフト８１,シール固定部材３５,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５Ａ及び第２シール部材５Ｂ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５Ａ及び第２シール部材５Ｂの交換頻度を低減することができる。

以上、実施形態１について説明したが、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。
例えば、上述の実施形態１では、第２シール部材５Ｂは、第１シール部材５Ａ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、回転部材３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５Ａに対して大きい、又は小さい第２シール部材５Ｂを使用しても良い。

１ 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
２３ 貫通孔
３ 回転部材
３２ シール固定部
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
３５ シール固定部材
３６ シール固定部
３６ｂ シール固定凹部
５Ａ 第１シール部材
５Ｂ 第２シール部材
５１Ａ,５１Ｂ リップ部
５２Ａ,５２Ｂ 固定部
５３Ａ,５３Ｂ 環状連結部
５４Ａ,５４Ｂ シールフランジ部
５６Ａ,５６Ｂ 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
Ｍ 冷却用空間

Claims (11)

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、前記シャフトに固定されて前記シャフトとともに回転または、軸方向に移動し、前記ハウジングに接して、前記ハウジングと前記シャフトとの間に設けられた隙間を密封する環状の第１シール部材と、前記シャフトの外径面で前記第１シール部材と所定の間隔を有し、前記第１シール部材よりも高圧側空間寄りの位置に固定されて、前記シャフトとともに回転または軸方向に所定の距離間を移動し、前記ハウジングに接して、前記隙間を密封する環状の第２シール部材と、を有し、前記ハウジングは、前記隙間の内、前記第１シール部材と前記第２シール部材とで囲まれる空間に冷却用流体を通過させるための複数の貫通穴を備えることを特徴とするシール構造。
2. 前記第１シール部材及び前記第２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を特徴とする請求項１に記載のシール構造。
3. 前記第１シール部材及び前記第２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または２に記載のシール構造。
4. 前記第１シール部材及び前記第２シール部材は、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３に記載のシール構造。
5. 前記第１シール部材及び前記第２シール部材の、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３または４に記載のシール構造。
6. 前記第１シール部材と、前記第２シール部材との軸方向間隔は、前記シャフト,前記第１シール部材及び前記第２シール部材が軸方向に移動可能な距離よりも大きく設定されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のシール構造。
7. 前記貫通穴は、前記空間側の軸方向開口位置が、前記第１シール部材と前記第２シール部材との間にあることを特徴とする請求項１に記載のシール構造。
8. 請求項１から７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。
9. 請求項１から７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。
10. 請求項１から７のいずれか１項に記載のシール構造を備える、工作機械。
11. 請求項１から７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。

Images