(57)【要約】直線運動ロータリーユニオンが開示される。本発明の一実施形態に係る直線運動ロータリーユニオンは、複数の流体供給路を含む駆動軸と、前記駆動軸の外部を取り囲んで側壁に複数の第１貫通孔を含む中空部の中間ハウジングと、前記中間ハウジングと前記駆動軸との間に複数設けられ、流体の漏れを防止する第１シール部材と、前記中間ハウジングの外部を取り囲んで側壁に複数の第２貫通孔を含む中空部の外部ハウジングと、前記中間ハウジングと前記外部ハウジングとの間に複数設けられ、流体の漏れを防止する第２シール部材とを含み、前記駆動軸は、前記中間ハウジング内で回転運動可能に設けられ、前記中間ハウジングは、前記外部ハウジング内で軸方向に往復運動可能に設けられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の流体供給路を含む駆動軸と、
前記駆動軸の外部を取り囲んで側壁に複数の第１貫通孔を含む中空部の中間ハウジングと、
前記中間ハウジングと前記駆動軸との間に複数設けられ流体の漏れを防止する第１シール部材と、
前記中間ハウジングの外部を取り囲んで側壁に複数の第２貫通孔を含む中空部の外部ハウジングと、
前記中間ハウジングと前記外部ハウジングとの間に複数設けられ流体の漏れを防止する第２シール部材と、
を含み、
前記駆動軸は、前記中間ハウジング内で回転運動可能に設けられ、前記中間ハウジングは、前記外部ハウジング内で軸方向に往復運動可能に設けられる、直線運動ロータリーユニオン。
【請求項２】
前記駆動軸と前記中間ハウジングとの間にはベアリングが設けられ、前記第１シール部材は回転運動用シールである、請求項１に記載の直線運動ロータリーユニオン。
【請求項３】
前記中間ハウジングは、一端部に行くほど外径が縮小する多段に形成され、前記外部ハウジングは、一端部に行くほど内径が縮小する多段に形成され、
前記中間ハウジングの前記外径が縮小する部分と、前記外部ハウジングの前記内径が縮小する部分は、係止鍔部がそれぞれ形成されて前記中間ハウジングの軸方向往復運動を制限する、請求項１に記載の直線運動ロータリーユニオン。
【請求項４】
前記中間ハウジングの外周面と前記外部ハウジングの内周面のいずれか１つには軸方向に延びる突起が形成され、他方は、前記突起が挿入される溝が形成されている、請求項１に記載の直線運動ロータリーユニオン。
【請求項５】
前記第２シール部材は、往復運動用リニアシールである、請求項１に記載の直線運動ロータリーユニオン。
【請求項６】
前記第１シール部材と前記第２シール部材は、合成樹脂から製造される、請求項１に記載の直線運動ロータリーユニオン。
【請求項７】
前記駆動軸の外周面、前記中間ハウジングの内周面と外周面、及び前記外部ハウジングの内周面は研磨処理される、請求項１に記載の直線運動ロータリーユニオン。
【請求項８】
前記駆動軸の一端部に接続し、前記駆動軸を前記中間ハウジングに対して回転運動させ、
前記中間ハウジングの一端部に接続し、前記中間ハウジングを前記外部ハウジングに対して軸方向往復運動させる駆動部をさらに含む、請求項１に記載の直線運動ロータリーユニオン。
【請求項９】
前記駆動部は、前記中間ハウジングに接続されるリニアガイドを含む、請求項８に記載の直線運動ロータリーユニオン。
【請求項１０】
前記第１シール部材は、前記中間ハウジングの内周面に複数設けられ、前記駆動軸の前記流体供給路の位置に対応するように互いに離隔して配置される、請求項１に記載の直線運動ロータリーユニオン。
【請求項１１】
前記第２シール部材は、前記中間ハウジングの外周面に複数設けられ、前記中間ハウジングのそれぞれの前記第１貫通孔が対応する前記外部ハウジングのそれぞれの前記第２貫通孔にのみ連通し、他の第２貫通孔には密封を保持できる位置で互いに離隔して配置される、請求項１に記載の直線運動ロータリーユニオン。
【請求項１２】
前記第１シール部材は、環状シールの内周面に湾曲したリップが形成されたリップシールである、請求項１に記載の直線運動ロータリーユニオン。
【請求項１３】
前記駆動軸の前記流体供給路、前記中間ハウジングの前記第１貫通孔、及び前記外部ハウジングの前記第２貫通孔が連通する瞬間に前記流体供給路から流入した流体が前記第２貫通孔に流出される、請求項１に記載の直線運動ロータリーユニオン。
【請求項１４】
前記駆動軸の前記流体供給路、前記中間ハウジングの前記第１貫通孔、及び前記外部ハウジングの前記第２貫通孔が連通する瞬間に前記第２貫通孔から流入された流体が前記流体供給路に流出される、請求項１に記載の直線運動ロータリーユニオン。
【請求項１５】
前記第２貫通孔のいずれか１つには負圧チャンバが接続し、これに連通する前記流体供給路のいずれか１つには負圧が形成される、請求項１に記載の直線運動ロータリーユニオン。
【請求項１６】
複数の流体供給路を含む駆動軸と、
前記駆動軸の外部を取り囲んで側壁に複数の第１貫通孔を含む中空部の中間ハウジングと、
前記中間ハウジングと前記駆動軸との間に複数設けられ、流体の漏れを防止する第１シール部材と、
前記中間ハウジングの外部を取り囲んで側壁に複数の第２貫通孔を含む中空部の外部ハウジングと、
前記中間ハウジングと前記外部ハウジングとの間に複数設けられ、流体の漏れを防止する第２シール部材と、
を含み、
前記駆動軸は、前記中間ハウジング内で軸方向に垂直運動可能に設けられ、前記中間ハウジングは、前記外部ハウジング内で回転運動可能に設けられる、直線運動ロータリーユニオン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直線運動ロータリーユニオンに関し、回転する駆動軸が軸方向に直線運動可能でありながら、圧力及び真空状態で駆動軸と外部ハウジングを流動する多種流体の漏れを効率よく防止できるロータリーユニオンに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装備は、商業上の重要な集積回路の大量生産のために使用されている。半導体ウェハやガラスなどの基板上に所定の厚さの薄膜を蒸着するために、スパッタリング（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）などの物理気相蒸着法（ＰＶＤ；Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）と、化学反応を使用する化学気相蒸着法（ＣＶＤ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などが使用されている。化学気相蒸着法として、常圧化学気相蒸着法（ＡＰＣＶＤ；Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ＣＶＤ）、低圧化学気相蒸着法（ＬＰＣＶＤ；Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ＣＶＤ）、プラズマ有機化学気相蒸着法（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  ＣＶＤ）などが挙げられる。
【０００３】
半導体素子の高集積化に伴って、微細パターンの薄膜が求められている。そのため、原子層の厚さの微細パターンを極めて均一に形成することができるだけではなく、ステップカバレージ（Ｓｔｅｐ  Ｃｏｖｅｒａｇｅ）の優れた原子層堆積（ＡＬＤ；Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）の使用が広がっている。例えば、半導体製造工程のゲート酸化膜、キャパシタ誘電膜、及び拡散防止膜のような薄膜の蒸着に使用されている。
【０００４】
原子層蒸着のための装置として、複数の集積回路をシリコン装備の回路基板に重なり合って付着（Ｌａｙｅｒｉｎｇ）させることになるが、このとき、必ず化学機械的研磨装置（Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ：以下、ＣＭＰという）による研磨工程が行われなければならない。
【０００５】
上記の化学機械的な研磨工程は、シリコン装備の回路基板の活性面に脱イオン化された水と腐食液、そして研磨用スラリーを含んでいる化学薬品が供給されている研磨パッドを接触して回転させることで、化学的又は機械的な反応工程により表面の不純物質を除去して平坦化させる。
【０００６】
このような化学機械的研磨装置（ＣＭＰ）には、固定部から流入される流体を回転部に移送させるためにロータリーユニオンが設けられる。
【０００７】
即ち、上記のロータリーユニオンは、圧力のある流体や大気圧以下の真空状態で流体を漏らすことなく、固定配管から各種の機械装置の回転部分に供給したり、排出させるとき用いられる回転管継手装置であって、例えば、回転しているドラム、シリンダなどに加熱のための蒸気、熱水、熱油などの熱媒体、及び冷却のための水、アンモニア、フレオン（登録商標）などのような冷媒体や流体に作動するクラッチ、ブレーキなどのような回転機器に圧縮空気や作動油などの作動媒体を供給しようとするとき用いられることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、通常のロータリーユニオンにおいて、流体供給路のある駆動軸を中間ハウジングに対して回転させると同時に、中間ハウジングを外部ハウジングに対して垂直方向、即ち、軸方向に往復運動させることができる直線運動ロータリーユニオンを提供することにある。
【０００９】
また、回転運動と軸方向往復運動を同時にすることができ、駆動軸と中間ハウジング、及び中間ハウジングと外部ハウジングとの間の密閉力を向上させ、圧力及び真空状態で流体の漏れを防止できる直線運動ロータリーユニオンを提供することにある。
【００１０】
また、密閉構造を簡潔にして製造と維持及び補修を容易にし、サイズを最小化して設置空間を削減することができ、駆動軸と中間ハウジングが互いに対して線接触することにより、摩擦力を最小化させ、潤滑油の供給が必要でない直線運動ロータリーユニオンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一実施形態に係る直線運動ロータリーユニオンは、複数の流体供給路を含む駆動軸と、前記駆動軸の外部を取り囲んで側壁に複数の第１貫通孔を含む中空部の中間ハウジングと、前記中間ハウジングと前記駆動軸との間に複数設けられ流体の漏れを防止する第１シール部材と、前記中間ハウジングの外部を取り囲んで側壁に複数の第２貫通孔を含む中空部の外部ハウジングと、前記中間ハウジングと前記外部ハウジングとの間に複数設けられ流体の漏れを防止する第２シール部材とを含み、前記駆動軸は、前記中間ハウジング内で回転運動可能に設けられ、前記中間ハウジングは、前記外部ハウジング内で軸方向に往復運動可能に設けられることができる。
【００１２】
また、前記駆動軸と前記中間ハウジングとの間にはベアリングが設けられ、前記第１シール部材は回転運動用シールであり得る。
【００１３】
また、前記中間ハウジングは、一端部に行くほど外径が縮小する多段に形成され、前記外部ハウジングは、一端部に行くほど内径が縮小する多段に形成され、前記中間ハウジングの前記外径が縮小する部分と、前記外部ハウジングの前記内径が縮小する部分は、係止鍔部がそれぞれ形成されて前記中間ハウジングの軸方向往復運動を制限することができる。
【００１４】
また、前記中間ハウジングの外周面と前記外部ハウジングの内周面のいずれか１つには軸方向に延びる突起が形成され、他方は、前記突起が挿入される溝が形成されている。
【００１５】
前記第２シール部材は、往復運動用リニアシールであってもよい。
【００１６】
また、前記第１シール部材と前記第２シール部材は、合成樹脂から製造されることができる。
【００１７】
また、前記駆動軸の外周面、前記中間ハウジングの内周面と外周面、及び前記外部ハウジングの内周面は研磨処理されることができる。
【００１８】
また、前記駆動軸の一端部に接続し、前記駆動軸を前記中間ハウジングに対して回転運動させ、前記中間ハウジングの一端部に接続し、前記中間ハウジングを前記外部ハウジングに対して軸方向往復運動させる駆動部をさらに含むことができる。
【００１９】
また、前記駆動部は、前記中間ハウジングに接続されるリニアガイドを含むことができる。
【００２０】
また、前記第１シール部材は、前記中間ハウジングの内周面に複数設けられ、前記駆動軸の前記流体供給路の位置に対応するように互いに離隔して配置されることができる。
【００２１】
また、前記第２シール部材は、前記中間ハウジングの外周面に複数設けられ、前記中間ハウジングのそれぞれの前記第１貫通孔が対応する前記外部ハウジングのそれぞれの前記第２貫通孔にのみ連通し、他の第２貫通孔には密封を保持できる位置で互いに離隔して配置されることができる。
【００２２】
また、前記第１シール部材は、環状シールの内周面に湾曲したリップが形成されたリップシールであってもよい。
【００２３】
また、前記駆動軸の前記流体供給路、前記中間ハウジングの前記第１貫通孔、及び前記外部ハウジングの前記第２貫通孔が連通する瞬間に前記流体供給路から流入した流体が前記第２貫通孔に流出されることができる。
【００２４】
また、前記駆動軸の前記流体供給路、前記中間ハウジングの前記第１貫通孔、及び前記外部ハウジングの前記第２貫通孔が連通する瞬間に前記第２貫通孔から流入された流体が前記流体供給路に流出されることができる。
【００２５】
また、前記第２貫通孔のいずれか１つには負圧チャンバが接続し、これに連通する前記流体供給路のいずれか１つには負圧が形成されることができる。
【００２６】
本発明の一実施形態に係る直線運動ロータリーユニオンは、複数の流体供給路を含む駆動軸と、前記駆動軸の外部を取り囲んで側壁に複数の第１貫通孔を含む中空部の中間ハウジングと、前記中間ハウジングと前記駆動軸との間に複数設けられ、流体の漏れを防止する第１シール部材と、前記中間ハウジングの外部を取り囲んで側壁に複数の第２貫通孔を含む中空部の外部ハウジングと、前記中間ハウジングと前記外部ハウジングとの間に複数設けられ、流体の漏れを防止する第２シール部材とを含み、前記駆動軸は、前記中間ハウジング内で軸方向に垂直運動可能に設けられ、前記中間ハウジングは、前記外部ハウジング内で回転運動可能に設けられることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る直線運動ロータリーユニオンによれば、駆動軸を回転させると同時に、駆動軸を中間ハウジングと共に外部ハウジングに対して垂直方向への移送を可能にし、別途の装置なくとも、ロータリーユニオンが作業対象物に対して垂直方向への距離調整を行うことができる。
【００２８】
また、駆動軸と中間ハウジングと外部ハウジングとの間にシール部材を備えることで、回転運動と軸方向の往復運動時にも流体の漏れを効率よく防止することができる。
【００２９】
また、密閉力を向上させて流体の漏れを防止でき、かつ、その密閉構造を簡潔にして製造と維持及び補修を容易にし、サイズを最小化して設置空間を削減することができる。
【００３０】
また、それと共に、シール部材が回転対象物に対して線接触することで摩擦力を最小化し、別途の潤滑油の供給が不要で構造を極めて簡潔かつ単純にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る直線運動ロータリーユニオンの斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る直線運動ロータリーユニオンの第１位置における断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る直線運動ロータリーユニオンの第２位置における断面図である。
【図４】図４は、図２において、線ＩＶに沿って取った断面図である。
【図５】図５は、図２において、線Ｖに沿って取った断面図である。
【図６】図６は、図３において、ＶＩ領域の拡大概念図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態に係る直線運動ロータリーユニオンに使用されるシール部材の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下では添付の図面を参照して本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の実施形態が詳細に説明される。しかし、本発明は、様々な異なる形態で実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されることはない。そして、図面で本発明の実施形態を明確に説明するために、説明と関係のない部分は省略することにする。
【００３３】
本明細書で使用された用語は、単に、特定の実施形態を説明するために使用されているものであり、本発明を限定しようとする意図はない。単数の表現は、文脈上、明確に異なる意味を持たない限り、複数の表現を含むことができる。
【００３４】
本明細書で、「含む」、「有する」又は「備える」等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品、又はこれらを組み合わせたものの存在を示すことを意図し、１つ又はそれ以上の異なる特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品又はこれらを組み合わせたものなどの存在又は付加の可能性を予め排除しないものと理解することができる。
【００３５】
また、本発明の実施形態に示される構成部は、互いに異なる特徴的な機能を示すために独立して示されたものであって、各構成部が分離したハードウェアや１つのソフトウェアの構成単位からなることを意味しない。すなわち、各構成部は、説明の便宜上、それぞれの構成部で羅列して記述され、各構成部のうち少なくとも２つの構成部が合わさって１つの構成部からなるか、１つの構成部が複数の構成部に分けられて機能を実行することができる。このような各構成部の統合された実施形態及び分離した実施形態も、本発明の本質から逸脱しない限り本発明の権利範囲に含まれる。
【００３６】
また、以下の実施形態は当業界で平均的な知識を有する者に、より明確に説明するために提供されるものであり、図面における要素の形状及び大きさなどは、より明確な説明のために誇張されることもある。
【００３７】
以下、添付された図面を参考して、本発明の実施形態を詳細に説明することにする。
【００３８】
図１は、本発明の一実施形態に係る直線運動ロータリーユニオンの斜視図であり、図２は、本発明の一実施形態に係る直線運動ロータリーユニオンの第１位置における断面図である。図３は、本発明の一実施形態に係る直線運動ロータリーユニオンの第２位置における断面図である。
【００３９】
図１〜図３を参照すると、本発明の一実施形態に係る直線運動ロータリーユニオン１０は、半導体装備、例えば、化学気相蒸着（ＣＶＤ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程又は原子層蒸着（ＡＬＤ；Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、イオン注入工程、ＯＬＥＤ及びエッチング工程に適用されるロータリーユニオンであってもよい。本発明の一実施形態に係る直線運動ロータリーユニオン１０は、原子層蒸着装置（ＡＬＤ）に使用されてもよく、工程チャンバ２０内に位置するサセプター３２上に装着された半導体ウェハ３０を処理するよう、距離を調整して作動流体を供給するために備えられたものである。
【００４０】
直線運動ロータリーユニオン１０は、駆動軸１００、中間ハウジング２００、第１シール部材２０２、外部ハウジング３００、及び第２シール部材２０６を含む。
【００４１】
駆動軸１００は、内部に複数の流体供給路１１２、１１３、１１４、１１５が軸に沿ってその長さを相違にして形成される。本実施形態では、流体供給路１１２、１１３、１１４、１１５は４個供えられ、平行に形成されているものを例にしたが、これに限定されることはない。流体供給路の１つが軸の真ん中に配置され、これを中心から外側に向かって等間隔にそれぞれの長さを相違にする方式で複数の流体供給路が配置されてもよい。前記流体供給路１１２、１１３、１１４、１１５には、温度上昇を抑制するために冷却材が流動してもよく、表面処理のための様々な作動流体が流れてもよい。また、外部の加圧又は負圧チャンバと連通して流体供給路１１２、１１３、１１４、１１５に加圧又は負圧を形成してもよい。それぞれの流体供給路１１２、１１３、１１４、１１５は、軸方向に延びる部分の終端と連通している流体供給孔が外周縁に複数形成されてもよい。
【００４２】
また、駆動軸１００の一端に温度を測定するための温度センサ素子（図示せず）が設けられ、駆動軸１００の内部には、前記温度センサ素子と電気的に接続するワイヤ又はコネクタが貫通しているセンサ貫通孔１１１が設けられる。センサ貫通孔１１１を介して前記温度センサ素子から測定された温度の値が、前記センサ貫通孔１１１を通過するコネクタを介して別途の計測装置（図示せず）に伝達されることがある。勿論、前記センサ貫通孔１１１を介して熱線又は圧力センサなどの他のセンサが接続されてもよい。センサ貫通孔１１１は、流体供給路１１２、１１３、１１４、１１５の位置を考慮して連通しない位置に設けられることが好ましい。
【００４３】
中間ハウジング２００は、駆動軸１００が挿入されるように所定の大きさの中空部を有する円筒体として、側壁には、前記中空部と垂直に連通している複数の第１貫通孔２５４、２５６、２５８、２６０が形成される。第１貫通孔２５４、２５６、２５８、２６０の位置は、軸方向に沿って互いに離隔して異なる位置に形成され、中間ハウジング２００の外周縁に沿って等間隔に形成されてもよい。中間ハウジング２００の内周面には、中間ハウジング２００に外接する複数のベアリング２３０及び第１シール部材２０２、２２０が設けられる。前記ベアリング２３０は、ラジアルベアリングが複数設けられることが好ましい。また、中間ハウジング２００の一端には、ベアリング２３０を固定させるためのカバー２１０が設けられ、前記カバー２１０は、中間ハウジング２００の内部に挟まれている状態で、締結ボルト２１２により中間ハウジング２００に固定されてもよい。
【００４４】
第１シール部材２０２、２２０は、中間ハウジング２００と駆動軸１００との間に複数設けられ、その間の流体の漏れを防止することができる。具体的に、駆動軸１００は、中間ハウジング２００の間で複数のベアリング２３０によって支持されて回転運動（Ｒ）可能であるが、回転運動の際に密閉力を向上させるために中間ハウジング２００の内周面に介在され、駆動軸１００の外周縁に接地される第１シール部材２０２、２２０が設けられる。第１シール部材２０２、２２０は、中間ハウジング２００の内周面に複数設けられるが、駆動軸１００の流体供給路１１２、１１３、１１４、１１５の位置に対応するように互いに離隔して配置されている。より詳細に、複数の第１シール部材２０２のそれぞれは、流体供給路１１２、１１３、１１４、１１５と連通するように、前記駆動軸１００の外周縁に複数形成されている前記流体供給孔の位置に対応する位置に配置されてもよい。このような第１シール部材２０２の配置に応じて、前記中間ハウジング２００の第１貫通孔２５４、２５６、２５８、２６０のそれぞれは、駆動軸１００の対応する流体供給路１１２、１１３、１１４、１１５のいずれか１つの流体供給路と任意に連通することになり、他の流体供給路とは連通しない。
【００４５】
第１シール部材２０２、２２０は回転運動用シールであってもよく、合成樹脂素材のリップシールであってもよい。第１シール部材２０２、２２０は、設けられる位置の駆動軸１００の外径に応じて、その大きさが互いに異なってもよい。
【００４６】
外部ハウジング３００は、その内側に中間ハウジング２００が挿入されるように所定の大きさの中空部を有する円筒体であって、側壁には、前記中空部と垂直に連通している複数の第２貫通孔３０４、３０６、３０８、３１０が形成される。外部ハウジング３００の内周面には、外部ハウジング３００に外接する複数の第２シール部材２０６が設けられる。
【００４７】
第２シール部材２０６は、外部ハウジング３００と中間ハウジング２００との間に複数設けられ、その間の流体の漏れを防止することができる。具体的に、中間ハウジング２００は、外部ハウジング３００の間で垂直方向、即ち、軸方向に往復運動（Ｖ）できるが、密閉力を向上させるために外部ハウジング３００の内周面に介在されて中間ハウジング２００の外周縁に接地される第２シール部材２０６が複数設けられる。第２シール部材２０６は、リング状のシールとして合成樹脂で製造されてもよい。第２シール部材２０６は、往復運動用のリニアシールであってもよい。本実施形態では、第２シール部材２０６としてＯリングを使用したが、これに限定されることなく、往復運動可能な様々な形態のリニアシールを適用することができる。
【００４８】
第２シール部材２０６は、中間ハウジング２００の外周面に複数設けられるが、中間ハウジング２００のそれぞれの第１貫通孔２５４、２５６、２５８、２６０が対応する外部ハウジング３００のそれぞれの第２貫通孔３０４、３０６、３０８、３１０のいずれか１つのみに連通し、他の第２貫通孔には密封を保持できるように互いに離隔して配置されてもよい。
【００４９】
駆動軸１００は、中間ハウジング２００内で回転運動（Ｒ）可能に設けられ、中間ハウジング２００は、外部ハウジング３００内で軸方向往復運動（Ｖ）できるように設けられる。この場合、直線運動ロータリーユニオン１０は、外部の駆動部４０へ電気／機械的に接続され、駆動軸１００が回転運動を行って、中間ハウジング２００と駆動軸１００は共に外部ハウジング３００に対して軸方向往復運動（Ｖ）を行う。一例として、駆動部４０は、モータとリニアガイドを含んでもよい。
【００５０】
一方、図２を参照すると、中間ハウジング２００は、一端部に行くほど外径が縮小する多段に形成され、外部ハウジング３００は、一端部に行くほど内径が縮小する多段に形成されてもよい。中間ハウジング２００の外径が縮小する部分２７０と、外部ハウジング３００の内径が縮小する部分３５０即ち内側に突出する部分は係止鍔部がそれぞれ形成され、中間ハウジング２００の軸方向往復運動が一定の距離だけ制限される。
【００５１】
また、中間ハウジング２００は、他の端部に行くほど外径が拡大する形状であってもよい。中間ハウジング２００の他の端部には、外径が拡大する部分２５０が備えられ、中間ハウジング２００の軸方向往復運動の際に、図面上に垂直の下方向に移動する場合に外部ハウジング３００の他の端部にかかり、中間ハウジング２００の軸方向移動を一定の距離だけ制限することができる。一例として、図２において、距離（Ｖ１）と距離（Ｖ２）は同一に設定されてもよい。
【００５２】
一方、図示していないが、中間ハウジング２００の外周面と外部ハウジング３００の内周面のいずれか１つには、軸方向に沿って延びる突起が形成され、他の１つには前記突起が挿入される溝が形成されてもよい。そのため、中間ハウジング２００が外部ハウジング３００内で軸方向への往復運動だけを可能にし、外部ハウジング３００内における回転を防止することができる。また、外部ハウジング３００の一端部には、第３シール部材２０８が複数設けられる。第３シール部材２０８は、中間ハウジング２００と外部ハウジング３００との間を密封するためのもので、軸方向の往復運動を行う中間ハウジング２００に適用できるように、往復運動に優れた密封性能を示す往復運動用リニアシールが適し、本実施形態においてはＯリングを使用したが、これに限定されることなく、様々な形態のリニアシールを適用することができる。一方、外部ハウジング３００の一端には、第３シール部材２０８を固定するための蓋２２０が設けられ、蓋２２０を貫通する締結ボルト３０３が、外部ハウジング３００に締結して蓋２２０を固定している。
【００５３】
本実施形態のように、外部ハウジング３００の一端に工程チャンバ２０が結合される場合、第３シール部材２０８は工程チャンバ２０の内部と、中間ハウジング２００と外部ハウジング３００との間を密封する役割を行ったりもする。また、外部ハウジング３００と工程チャンバ２０は、締結ボルト３０１によって固定され、この場合に外部ハウジング３００の一端にはＯリング形態の第４シール部材２１が備えられ、工程チャンバ２０を外部から密封することができる。
【００５４】
本実施形態では、中間ハウジング２００が外部ハウジング３００に直接挿入されることを例にしたが、外部ハウジング３００の内周面には円筒状のブッシュ（図示せず）が備えられてもよい。前記ブッシュは、中間ハウジング２００と外部ハウジング３００との間の摩擦を低減するためのものとして様々な種類のブッシュが使用されているが、固体潤滑剤が備えられるスライドブッシュを使用してもよい。
【００５５】
駆動軸１００の外周面、中間ハウジング２００の内周面及び外周面、そして、外部ハウジング３００の内周面は、高い硬度と精密な表面を有することができるように研磨処理される。これは接触面の間の接触応力分布及び温度分布を均一にするためのものであって、研磨処理を実行すれば、駆動軸１００と中間ハウジング２００、中間ハウジング２００と外部ハウジング３００との間の気密をさらに確実に行うことができる。研磨処理の一例として、機械及び熱処理などのような方法により加工された駆動軸１００、中間ハウジング２００、外部ハウジング３００の少なくとも一端部の表面に所定のコーティング材料を一定の厚さでコーティングした後、コーティングされた表面が均一な厚さを有するように研磨処理する。ここで、上記のようにコーティングした以後に研磨処理を行う理由は、コーティングの厚さを任意に調整することができ、かつ均一なコーティングの厚さを取得することができる。しかし、必ずこれに限定されることなく、研磨処理の後にコーティング作業を行うことも可能である。
【００５６】
以下、本発明の一実施形態に係る直線運動ロータリーユニオンの作動について説明することにする。
【００５７】
図４は、図２において線ＩＶに沿って取った断面図であり、図５は、図２において線Ｖに沿って取った断面図である。図６は、図３においてＶＩ領域の拡大概念図である。
【００５８】
図２〜図６を参照すると、本発明の一実施形態に係るロータリーユニオン１０は、内部に複数の流体供給路１１２、１１３、１１４、１１５を含む駆動軸１００が、中間ハウジング２００の内部で高速に回転することができる。中間ハウジング２００の側壁には、複数の第１貫通孔２５４、２５６、２５８、２６０が備えられ、外部ハウジング３００の側壁には第１貫通孔２５４、２５６、２５８、２６０にそれぞれ対応する第２貫通孔３０４、３０６、３０８、３１０が設けられる。駆動軸１００の回転により、流体供給路１１２、１１３、１１４、１１５のそれぞれが前記第１貫通孔のいずれか１つの貫通孔に連通する瞬間が存在し、このとき、第２貫通孔に一定の圧力で供給される流体が、結局は前記第１貫通孔を介して前記流体供給路に移送される。逆に、流体供給路１１２、１１３、１１４、１１５には加圧された流体供給チャンバが接続されてもよく、この場合に、流体供給路１１２、１１３、１１４、１１５を介して一定の圧力で供給される流体が、それぞれに対応する第１貫通孔と連通する瞬間に前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔を介して外部に移送されてもよい。
【００５９】
図２及び図４に示すような条件では、流体供給路１１２と第１貫通孔２５４、及び第２貫通孔３０４が連通するため、第２貫通孔３０４を介して所定の圧力で供給される流体が、流体供給路１１２を介して工程チャンバ２０内部に移送されてもよい。同時に、図５に示すように、流体供給路１１４と第１貫通孔２５８、及び第２貫通孔３０８が連通しているため、第２貫通孔３０８を介して所定の圧力で供給される流体が、流体供給路１１４を介して工程チャンバ２０の内部に排出されてもよい。
【００６０】
一方、第２貫通孔３０４、３０６、３０８、３１０のいずれか１つに負圧チャンバが接続される場合、駆動軸１００の回転により駆動軸１００の流体供給路１１２、１１３、１１４、１１５のいずれか１つが、前記負圧チャンバが接続されているいずれか１つの前記第２貫通孔と連通する瞬間に、前記流体供給路に負圧が形成されてもよい。この場合、前記駆動軸１００の一端には、流体供給路１１２、１１３、１１４、１１５を介して負圧が形成され、真空吸着が可能であるため、半導体ウェハなどを持ち上げるために使用されてもよい。
【００６１】
一方、図３に示すように、駆動軸１００と中間ハウジング２００は、外部ハウジング３００に対して軸方向に運動する。軸方向に移動をする間にも駆動軸１００は、同じ速度で回転し、軸方向に移動をする場合にもそれぞれの流体供給路１１２、１１３、１１４、１１５には作動流体が供給されるようにする必要がある。図示するように、第２貫通孔３０４を介して供給される作動流体は、駆動軸１００が下方へ移動しても、中間ハウジング２００の第１貫通孔２５４を介して流体供給路１１２に移送されてもよい。このような理由は、第２シール部材２０６が他の経路への流体の移送を遮断できるためである。同じ方式により、第２貫通孔３０８を介して供給される流体は、駆動軸１００が下方へ移動しても、中間ハウジング２００の第１貫通孔２５８を介して流体供給路１１４に移送されてもよい。第２シール部材２０６の設置位置のおかげで、第２貫通孔３０８を介して供給される流体は、１つの第１貫通孔２５８にのみ連通し、他の第１貫通孔２５４、２５６、２６０とは連通しない。
【００６２】
上述した実施形態に係る直線運動ロータリーユニオンによれば、駆動軸を回転させると同時に、駆動軸を中間ハウジングと共に外部ハウジングに対して垂直方向への移送を可能にし、別途の装置なくてもロータリーユニオンが作業対象物に対して垂直方向への距離調整を行うことができる。
【００６３】
また、駆動軸と中間ハウジングと外部ハウジングとの間にシール部材を備えることで、回転運動と軸方向往復運動する時にも流体の漏れを効率よく防止することができる。
【００６４】
また、密閉力を向上させて流体の漏れを防止できながらも、その密閉構造を簡潔にし、製造と維持及び補修を容易にし、サイズを最小化することで設置空間を削減することができる。
【００６５】
上述した実施形態では、前記駆動軸が前記中間ハウジング内で回転運動を行い、前記中間ハウジングが前記外部ハウジング内で軸方向に往復運動することについて例を挙げて説明した。しかし、前記駆動軸が前記中間ハウジング内で軸方向に垂直運動可能に設けられ、前記中間ハウジングは、前記外部ハウジング内で回転運動可能に設けられることは勿論、この場合にも同じ効果を得ることができる。
【００６６】
以下、本発明の一実施形態に係る直線運動ロータリーユニオンに使用されるシール部材について説明することにする。
【００６７】
図７は、本発明の一実施形態に係る直線運動ロータリーユニオンに使用されるシール部材の斜視図である。
【００６８】
図７を参照すると、第１シール部材２０２は、環状シールの内周面に湾曲したリップ２０３が形成されたリップシールである。図２に示された実施形態において、第２シール部材２０６はＯリングであることを例にして説明したが、第２シール部材２０６も図７に示されているリップシールであってもよい。第１シール部材２０２は、その中心に駆動軸２００が貫通可能なように、貫通孔が形成されている。第１シール部材２０２は、軟性を有するゴム又はプラスチックのような合成樹脂で製造されてもよい。一方、図３に示すように、それぞれの第１シール部材２０２を中間ハウジング２００の内周面に密着固定させるよう第１シール部材２０２の側面には、第１シール部材２０２を加圧させるリング状の加圧固定部材２０４が設けられる。加圧固定部材２０４は、軟性の第１シール部材２０２を中間ハウジング２００の内周面に配置させ、その状態を保持できるように金属で製造されることが好ましい。
【００６９】
一方、上述した実施形態では、複数の第１シール部材２０２のリップ２０３がすべて同じ方向に向かっていることを例にして説明したが、シール部材が設けられる位置に２つの第１シール部材２０２のシールリング面が互いに対向し、上下に合わせて一対で構成させることで、リップ２０３の方向が上下互いに対向していてもよい。この場合、前記第１シール部材の先端を駆動軸１００の外周縁に接地可能にすることで、線接触による密閉力を提供することができる。本実施形態に係るシールリング部材によれば、シール部材が回転の対象物に対して線接触をすることで摩擦力を最小化し、別途の潤滑油の供給が不要で構造を極めて簡潔かつ単純にすることができる。
【００７０】
以上で本発明の代表的な実施形態を詳細に説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は上述した実施形態に対して本発明の範疇から逸脱しない限り様々な変形が可能であることを理解するのであろう。従って、本発明の権利範囲は、説明された実施形態に限定されて決定されることなく、特許請求の範囲及び特許請求の範囲と均等なものなどによって定められるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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