(57)【要約】  【課題】  コンパクトな構成ながら、部品の干渉等を回避できる回転軸支持装置を提供する。  【解決手段】  オリフィス部１１ｄ、１１ｅにより、ベアリング１２ａ、１２ａを軸線方向に挟んで配置しており、即ちオリフィス部１１ｄ、１１ｅはそれぞれベアリング１２ａ、１２ａの直近に配置されているので、ベアリング１２ａからオリフィス部１１ｄ或いは１１ｅまでの距離を短縮でき、回転軸３が傾いたりたわんだりした場合でも、オリフィス部１１ｄ或いは１１ｅとの接触を抑制することができる。【選択図】  図３
2006250310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに対して取り付けられ、前記ハウジングの開口を介して延在する回転軸を回転自在に支持すると共に、前記ハウジングに対して前記回転軸をシールする回転軸支持装置において、
前記ハウジングに取り付けられる本体と、
前記本体に取り付けられて前記回転軸を回転自在に支持する複数の軸受と、
前記本体と前記回転軸との間を密封する差動排気シールとを有し、
前記差動排気シールは、軸線方向において前記複数の軸受を間に挟んで配置されている少なくとも一対のオリフィス部を有することを特徴とする回転軸支持装置。
【請求項２】
ハウジングに対して取り付けられ、前記ハウジングの開口を介して延在する回転軸を回転自在に支持すると共に、前記ハウジングに対して前記回転軸をシールする回転軸支持装置において、
前記ハウジングに取り付けられる本体と、
前記本体に取り付けられて前記回転軸を回転自在に支持する複数の軸受と、
前記本体と前記回転軸との間を密封する差動排気シールとを有し、
前記差動排気シールは、軸線方向において前記複数の軸受の間に配置されている少なくとも一対のオリフィス部を有することを特徴とする回転軸支持装置。
【請求項３】
前記一対のオリフィス部の間に差圧室が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転軸支持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸支持装置に関し、たとえば外部環境から隔離されたハウジング内に対して回転力を伝達する回転軸をシールする回転軸支持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置などにおいては、真空や特殊ガス雰囲気に維持したプロセス室内で、ワークをステージに載置して移動させて加工処理することが行われている。ここで、プロセス室内のワークを加工するために、ワークもしくは工具を移動させる必要がある。
【０００３】
例えばプロセス室の外部に駆動源を設け、それに連結した回転軸をハウジングの開口を介してプロセス室内へと延在させ、かかる回転軸を介して駆動力をワークや工具に伝達することが考えられる。ここで、プロセス室内における大気とは異なる特殊な環境をどのように維持するかが問題となる。特許文献１には、静圧軸受と差動排気シールとを備えた駆動装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３０３３２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の駆動装置によれば、軸受部と差動排気シール部とが軸線方向に分離されて配置されており、軸受部が回転軸を支持し、差動排気シール部がプロセス室と大気とを隔絶している。ところで、軸受部で回転軸を高精度に支持しても、その傾きや撓みなどがある程度生じうる。しかるに、特に軸受として転がり軸受を使用する場合、差動排気シールのオリフィス部は、その性能を発揮するのに、例えば１０μｍ程度の微小スキマが必要とされるので、軸受部と差動排気シール部とが軸線方向に分離されて配置されていると、軸受部より遠い場所にあるオリフィス部において、傾きや撓みによる回転軸の接触が生じる恐れがある。これを回避するために、オリフィス部の微小スキマを増大させると、その分だけオリフィス部を長くしなくてはならず、構成の大型化を招く。
【０００５】
そこで本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、コンパクトな構成ながら、部品の干渉等を回避できる回転軸支持装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために、第１の本発明の回転軸支持装置は、ハウジングに対して取り付けられ、前記ハウジングの開口を介して延在する回転軸を回転自在に支持すると共に、前記ハウジングに対して前記回転軸をシールする回転軸支持装置において、
前記ハウジングに取り付けられる本体と、
前記本体に取り付けられて前記回転軸を回転自在に支持する複数の軸受と、
前記本体と前記回転軸との間を密封する差動排気シールとを有し、
前記差動排気シールは、軸線方向において前記複数の軸受を間に挟んで配置されている少なくとも一対のオリフィス部を有することを特徴とする。
【０００７】
第２の本発明の回転軸支持装置は、ハウジングに対して取り付けられ、前記ハウジングの開口を介して延在する回転軸を回転自在に支持すると共に、前記ハウジングに対して前記回転軸をシールする回転軸支持装置において、
前記ハウジングに取り付けられる本体と、
前記本体に取り付けられて前記回転軸を回転自在に支持する複数の軸受と、
前記本体と前記回転軸との間を密封する差動排気シールとを有し、
前記差動排気シールは、軸線方向において前記複数の軸受の間に配置されている少なくとも一対のオリフィス部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
第１の本発明の回転軸支持装置によれば、前記差動排気シールが、軸線方向において前記複数の軸受を間に挟んで配置されている少なくとも一対のオリフィス部を有するので、前記軸受から前記オリフィス部までの距離を短縮でき、前記回転軸が傾いたりたわんだりした場合でも、前記オリフィス部との接触を抑制することができる。ここでオリフィス部とは、前記回転軸とのスキマが３０μｍ（好ましくは２０μｍ）以下の領域を言うものとする。
【０００９】
第２の本発明の回転軸支持装置によれば、前記差動排気シールが、軸線方向において前記複数の軸受の間に配置されている少なくとも一対のオリフィス部を有するので、前記軸受から前記オリフィス部までの距離を短縮でき、前記回転軸が傾いたりたわんだりした場合でも、前記オリフィス部との接触を抑制することができる。
【００１０】
更に、前記一対のオリフィス部の間に差圧室が形成されていると、差動排気シールの効果を発揮する上で好ましい。
【００１１】
本明細書中で用いる差動排気シールとは、例えば対向する２面（例えばシール開口と回転軸外周面）間の微小な間隙にある気体を前記２面間に設けられた差圧室を介して排気することにより、非接触の状態で、対向面を挟む両側の雰囲気（例えば大気圧と高真空）を一定の状態に保つように機能するものをいう。以下に述べる実施の形態においては、差圧室とそれに隣接する間隙（オリフィス部）を差動排気シールという。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、比較例と、本発明の好適な実施の形態について説明する。図１は、比較例にかかる回転軸支持装置の断面図であり、プロセス室を覆うハウジングに取り付けた状態で示している。
【００１３】
まず、比較例から説明する。図１において、ハウジング（真空チャンバともいう）１０２は、ターボ分子ポンプＴＰ及び補助ポンプＳＰに接続され、それらを動作させることによって高真空状態に維持されるプロセス室Ｐを、その内部に有している。プロセス室Ｐ内の真空度は真空計ＶＭにより検出できる。ハウジング１０２の一面に設けられた開口１０２ａに、回転軸１０３が挿入されている。開口１０２ａを覆うようにして、ハウジング１０２の大気側の外壁に回転軸支持装置１１０が取り付けられている。回転軸１０３は、回転軸支持装置１１０に支持されている。
【００１４】
回転軸支持装置１１０は、本体１１１と、回転軸１０３を回転自在に支持する転がり軸受などのベアリング１１２ａ、１１２ａとからなる。円筒状の本体１１１は、ハウジング１０２に対してボルト止めされるフランジ部１１１ａと、回転軸１０３を挿通させたシール開口１１１ｂとを有している。なお、フランジ部１１１ａの端面には、シール開口１１１ｂを取り巻くようにしてＯ−リング周溝１１１ｃが形成されており、フランジ部１１１ａをハウジング１０２の外壁に取り付けたときに、Ｏ−リング周溝１１１ｃ内に配置されたＯ−リングＯＲが両者間を気密するようになっている。
【００１５】
ベアリング１１２ａ、１１２ａよりハウジング１０２側において、シール開口１１１ｂには、それぞれ回転軸１０３とのスキマを小さくした第１オリフィス部１１１ｄと、第２オリフィス部１１１ｅとを、この順序で大気側より配置形成している。第１オリフィス部１１１ｄと、第２オリフィス部１１１ｅとの間におけるシール開口１１１ｂには、差圧室となる周溝１１１ｆが形成されており、これは本体１１１に設けた孔を介して外部の排気ポンプＰ１に接続されている。
【００１６】
次に、比較例に係る回転軸支持装置の動作について説明する。回転軸１０３の図で右端部は、モータ等の駆動源（不図示）に接続されており、回転軸１０３を回転駆動するようになっている。このとき、回転軸１０３は、ベアリング１１２ａ、１１２ａにより回転自在に支持されているので、摩擦などの抵抗が少ない状態で、本体１１１に対して回転可能となっている。
【００１７】
差動排気シールの作用について説明すると、周溝１１１ｆとプロセス室Ｐとの間にある第２オリフィス部１１１ｅにおいて、シール開口１１１ｂと回転軸１０３とのクリアランスを極力小さくして気体の流れを制限すると、大気側から流入する気体（一般的にはエア）の量が少なくなる。流入するガスのほとんどの量を周溝１１１ｆから排気すると、プロセス室Ｐ側への気体の流入は極めて微量となる。したがって、回転軸１０３が回転（又は直動）自在にシール開口１１１ｂを貫通しているにもかかわらず、プロセス室Ｐは気密的に隔離された状態を得ることができる。周溝１１１ｆ（差圧室）に接続される排気ポンプＰ１の能力（到達圧力と排気速度）に応じて、複数段の差圧室を設ける場合もある。即ち、非接触状態で回転軸１０３と本体１１１との間を気密できるため、シールからの発塵・アウトガスがなく、長寿命で、さらに温度に寿命が依存しないという特長を有する。
【００１８】
ところで、比較例に示す回転軸支持装置において、第２オリフィス部１１１ｅは、スキマが極めて小さいにもかかわらず、ベアリング１１２ａから離れた位置に配置されている。従って、回転軸１０３が傾いたりたわんだりした場合、オリフィス部１１１ｅと接触する恐れがある。
【００１９】
ここで、オリフィス部のスキマをどれくらいの寸法にする必要があるか、比較例の回転軸支持装置を例に取った排気系モデルについて検討する。図１に示すように、真空チャンバは、ターボ分子ポンプＴＰによって排気され、そのターボ分子ポンプＴＰを別の補助ポンプＳＰが排気しているものとする。ターボ分子ポンプＴＰの排気速度性能は、５５０Ｌ／ｓｅｃであり、補助ポンプＳＰは、このターボ分子ポンプＴＰの排気速度に見合ったものが選定されているとする。
【００２０】
差動排気シールに接続されている排気ポンプＰ１の性能は、排気速度性能が２６７Ｌ／ｍｉｎ、到達圧力が０．２Ｐａであり、回転軸１０３の軸径はφ８ｍｍとしている。この排気系モデルで、真空計ＶＭの測定位置での到達圧力が１．３×１０-5Ｐａになるようにした時、所定のスキマに対してどれくらいのオリフィス長さが必要かを計算した。計算結果を図２に示す。この、１．３×１０-5Ｐａ（＝１０-7Ｔｏｒｒ）という圧力値は、半導体製造装置のプロセス室等で必要とされる真空度を満足するものである。
【００２１】
図２によれば、第２オリフィス部１１１ｅの長さＬが約１０ｍｍである時、第２オリフィス部１１１ｅの許容最大スキマＣを１０μｍ以下とする必要があることが分かる。ここで、最大許容スキマＣが１０μｍであるとすると、回転軸１０３の傾きや撓みが生じたとき、第２オリフィス部１１１ｅとの間で接触が生ずる恐れがある。これに対し、許容最大スキマＣを２０μｍまで条件を緩めると、第２オリフィス部１１１ｅとの接触は回避できるが、図２から、第２オリフィス部１１１ｅの長さＬが約７０ｍｍ以上必要となってしまい、回転軸支持装置の大型化を招くため好ましくない。以下の実施の形態によれば、かかる問題を解消できる。
【００２２】
図３は、本実施の形態にかかる回転軸支持装置の断面図であり、プロセス室を覆うハウジングに取り付けた状態で示している。図３において、ハウジング（真空チャンバともいう）２は、ターボ分子ポンプＴＰ及び補助ポンプＳＰに接続され、それらを動作させることによって高真空状態に維持されるプロセス室Ｐを、その内部に有している。プロセス室Ｐ内の真空度は真空計ＶＭにより検出できる。ハウジング２の一面に設けられた開口２ａに、回転軸３が挿入されている。開口２ａを覆うようにして、ハウジング２の大気側の外壁に回転軸支持装置１０が取り付けられている。回転軸３は、回転軸支持装置１０に支持されている。
【００２３】
回転軸支持装置１０は、本体１１と、回転軸３を回転自在に支持する転がり軸受などのベアリング１２ａ、１２ａとを有する。円筒状の本体１１は、ハウジング２に対してボルト止めされるフランジ部１１ａと、回転軸３を挿通させた中央開口１１ｂとを有している。なお、フランジ部１１ａの端面には、中央開口１１ｂを取り巻くようにしてＯ−リング周溝１１ｃが形成されており、フランジ部１１ａをハウジング２の外壁に取り付けたときに、Ｏ−リング周溝１１ｃ内に配置されたＯ−リングＯＲが両者間を気密するようになっている。
【００２４】
本体１１のシール開口１１ｂは、回転軸３とのスキマを小さくした第１オリフィス部１１ｄと、拡径部１１ｆと、回転軸３とのスキマを小さくした第２オリフィス部１１ｅとを、この順序で大気側より軸線方向に並べて配置形成している。拡径部１１ｆ内には、一対のベアリング１２ａ、１２ａと、両者間に配置されその外輪に当接する円環状の外輪間座１３と、その内輪に当接する内輪間座１４とを配置している。所定長の外輪間座１３と内輪間座１４により、ベアリング１２ａ、１２ａに予圧が付与されるようになっている。なお図示してないが、本体１１は、軸線方向に分離可能な構成となっており、分離されることで、拡径部１１ｆに外輪間座１３と、内輪間座１４と、ベアリング１２ａ、１２ａとを組み込めるようになっている。
【００２５】
差動排気シールの差圧室として機能するシール開口１１ｂの拡径部１１ｆは、外輪間座１３に形成された孔１３ａと、本体１１に設けた孔１１ｇとを介して外部の排気ポンプＰ１に接続されている。
【００２６】
次に、本実施の形態に係る回転軸支持装置１０の動作について説明する。回転軸３の図で右端部は、モータ等の駆動源（不図示）に接続されており、回転軸３を回転駆動するようになっている。このとき、回転軸３は、ベアリング１２ａ、１２ａにより回転自在に支持されているので、摩擦などの抵抗が少ない状態で、本体１１に対して回転可能となっている。
【００２７】
差動排気シールの作用について説明すると、第１オリフィス部１１ｄと、第２オリフィス部１１ｅにおいて、回転軸３とのクリアランスを極力小さくして気体の流れを制限すると、大気側から流入する気体（一般的にはエア）の量が少なくなる。流入するガスのほとんどの量を拡径部１１ｆの孔１１ｇから排気すると、プロセス室Ｐ側への気体の流入は極めて微量となる。したがって、回転軸３が回転（又は直動）自在にシール開口１１ｂを貫通しているにもかかわらず、プロセス室Ｐは気密的に隔離された状態を得ることができる。拡径部１１ｆ（差圧室）に接続される排気ポンプＰ１の能力（到達圧力と排気速度）に応じて、複数段の差圧室を設ける場合もある。即ち、非接触状態で回転軸３と本体１１との間を気密できるため、シールからの発塵・アウトガスがなく、長寿命で、さらに温度に寿命が依存しないという特長を有する。
【００２８】
なお、拡径部１１ｆ内の空間が排気ポンプＰ１により吸引され、差圧室を構成するので、そこに設けられるベアリング１２ａ、１２ａには、固体潤滑剤やその他の低蒸気圧の各種潤滑剤などを付与されることが望ましい（例えば特開平７−２５９８６７号参照）。
【００２９】
本実施の形態によれば、オリフィス部１１ｄ、１１ｅにより、ベアリング１２ａ、１２ａを軸線方向に挟んで配置しており、即ちオリフィス部１１ｄ、１１ｅはそれぞれベアリング１２ａ、１２ａの直近に配置されているので、ベアリング１２ａからオリフィス部１１ｄ或いは１１ｅまでの距離を短縮でき、回転軸３が傾いたりたわんだりした場合でも、オリフィス部１１ｄ或いは１１ｅとの接触を抑制することができる。ここで「直近」とは、ベアリング１２ａの内輪の側面と、これと隣り合うオリフィス部１１ｄ、或いは１１ｅの側面とが、接触する恐れがない範囲内で、できるだけ接近した状態とするという意味である。例えば１ｍｍ以内とする。
【００３０】
図４は、第２の実施の形態にかかる回転軸支持装置１０’の断面図である。本実施の形態においては、図３の実施の形態に対して、本体１１’の構成のみが異なっているので、異なる点のみを説明し、共通する構成に関しては同じ符号を付すことで説明を省略する。
【００３１】
本体１１’のシール開口１１ｂ’は、回転軸３とのスキマを小さくした第１オリフィス部１１ｄと、第１拡径部１１ｆと、回転軸３とのスキマを小さくした第３オリフィス部１１ｄ’と、第２拡径部１１ｆと、回転軸３とのスキマを小さくした第４オリフィス部１１ｅ’と、第３拡径部１１ｆ’と、回転軸３とのスキマを小さくした第２オリフィス部１１ｅとを、この順序で大気側より軸線方向に並べて配置形成している。
【００３２】
第１拡径部１１ｆ’及び第３拡径１１ｆ’内には、それぞれベアリング１２ａ、１２ａが配置されている。差動排気シールの差圧室として機能する第２拡径部１１ｆは、本体１１’に設けた孔１１ｇとを介して外部の排気ポンプＰ１に接続されている。なお、本実施の形態においては、ベアリング１２ａ、１２ａは本体１１’により個々に軸線方向位置が固定されるので、内輪間座と外輪間座を設けていない。
【００３３】
本実施の形態によれば、上述の実施の形態の効果に加え、ベアリング１２ａ、１２ａにより、第３オリフィス部１１ｄ’及び第４オリフィス部１１ｅ’を軸線方向に挟んで配置しており、即ちオリフィス部１１ｄ’、１１ｅ’はそれぞれベアリング１２ａ、１２ａの直近に配置されているので、ベアリング１２ａからオリフィス部１１ｄ’或いは１１ｅ’までの距離を短縮でき、回転軸３が傾いたりたわんだりした場合でも、オリフィス部１１ｄ’或いは１１ｅ’との接触を抑制することができる。「直近」の意味は上記第１の実施の形態の場合と同様である。
【００３４】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】比較例にかかる回転軸支持装置の断面図である。
【図２】オリフィス長さと、スキマとの関係を示す図である。
【図３】第１の実施の形態にかかる回転軸支持装置の断面図である。
【図４】第２の実施の形態にかかる回転軸支持装置の断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０、１０’ 回転軸支持装置
１１、１１’ 本体
１１ａ フランジ部
１１ｂ シール開口
１１ｂ 中央開口
１１ｃ リング周溝
１１ｄ 第１オリフィス部
１１ｅ 第２オリフィス部
１１ｆ 拡径部
１１ｇ 孔
１２ａ ベアリング
１３ 外輪間座
１３ａ 孔
１４ 内輪間座
ＯＲ Ｏ−リング
Ｐ プロセス室
Ｐ１ 排気ポンプ
ＳＰ 補助ポンプ
ＴＰ ターボ分子ポンプ
ＶＭ 真空計
【図１】
2006250310.tif 000003
【図２】
2006250310.tif 000004
【図３】
2006250310.tif 000005
【図４】
2006250310.tif 000006