(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と大気圧空間とを遮断させる真空機器用密封装置であるとともに、外筒とその中心に回転可能に挿通される回転軸との間の環状空間を軸方向で真空側と大気圧側との２つに仕切る真空機器用密封装置であって、前記外筒もしくは回転軸のいずれか一方に対して軸方向隣り合わせに配置されて嵌合固定されるとともに他方に対してそれぞれ接触させられる複数のシールを有し、これら複数のシールにより軸方向において多重の密封機能を有しており、前記いずれか一つのシールが、他のシールよりも短寿命に設定されている、ことを特徴とする真空機器用密封装置。
【請求項２】
請求項１に記載の真空機器用密封装置において、
前記一方空間が真空空間に、また、前記他方空間が大気圧空間とされており、前記短寿命に設定されたシールが、前記真空空間よりも前記大気圧空間寄りに配置される、ことを特徴とする真空機器用密封装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の真空機器用密封装置において、
前記短寿命に設定されたシールの寿命を認識して全てのシールの交換が必要であることを示す報知動作を行う監視装置をさらに有する、ことを特徴とする真空機器用密封装置。
【請求項４】
請求項３に記載の真空機器用密封装置において、
前記監視装置が、前記短寿命に設定されたシールの摩耗状態を検知する検知要素と、全てのシールの交換が必要であることを示す報知動作を行う報知要素と、前記検知要素の出力に基づいて前記シールが寿命に至ったか否かを判定するとともに、寿命と判定したときに前記報知要素を駆動する制御要素とを有する、ことを特徴とする真空機器用密封装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外筒とその中心に回転可能に挿通される回転軸との間の環状空間を軸方向で２つに仕切る真空機器用密封装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば半導体製造装置などの真空容器内の機器に対して大気圧空間に配置されるモータなどの回転動力を入力させる場合に、動力伝達装置を用いるようにしている。
【０００３】
上記動力伝達装置としては、例えば、真空容器と大気圧空間とにまたがって配置される回転軸と、この回転軸を囲む状態で回転自在に支持するケースと、ケースと回転軸との間の環状空間を軸方向で２つに仕切って真空容器と大気圧空間とを遮断させる密封装置とを少なくとも有している。
【０００４】
上記密封装置は、前記環状空間において、複数のシールリングを軸方向に隣り合せて設置するようにしている。これら複数のシールリングは、いずれも密封能力が同じとなる条件で使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例では、複数のシールリングのすべてがほぼ同時期に寿命に至るため、これらのシールリングが寿命に至ると、真空容器内の圧力が急上昇してしまい、瞬時に真空系に悪影響をおよぼすことになり、結果的に復旧に多大な時間やコストがかかるといったことになる。
【０００６】
このため、本願出願人は、シールリングをそれ本来の寿命よりもかなり前の時期に交換するように対処しているが、これでは交換周期が短くなりランニングコストが嵩むなど、改良の余地がある。
【０００７】
このような事情に鑑み、本発明は、複数のシールリングを有する密封装置において、密封対象空間の急激な雰囲気破壊を回避することを目的としている。また、本発明は、上記目的に加えて、シールリングの交換周期を可及的に長くできるようにするとともに、シールリングの交換時期を自動的に認識できるようにしてオペレータの負担を軽減することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明第一の密封装置は、真空容器と大気圧空間とを遮断させる真空機器用密封装置であるとともに、外筒とその中心に回転可能に挿通される回転軸との間の環状空間を軸方向で真空側と大気圧側との２つに仕切る真空機器用密封装置であって、前記外筒もしくは回転軸のいずれか一方に対して軸方向隣り合わせに配置されて嵌合固定されるとともに他方に対してそれぞれ接触させられる複数のシールを有し、これら複数のシールにより軸方向において多重の密封機能を有しており、前記いずれか一つのシールが、他のシールよりも短寿命に設定されている、ことを特徴としている。
【００１１】
本発明第二の真空機器用密封装置は、請求項１に記載の真空機器用密封装置において、前記一方空間が真空空間に、また、前記他方空間が大気圧空間とされており、前記短寿命に設定されたシールが、前記真空空間よりも前記大気圧空間寄りに配置される、ことを特徴としている。
【００１２】
本発明第三の真空機器用密封装置は、請求項１または２に記載の真空機器用密封装置において、前記短寿命に設定されたシールの寿命を認識して全てのシールの交換が必要であることを示す報知動作を行う監視装置をさらに有する、ことを特徴としている。
【００１３】
本発明第四の真空機器用密封装置は、請求項３に記載の真空機器用密封装置において、前記監視装置が、前記短寿命に設定されたシールの摩耗状態を検知する検知要素と、全てのシールの交換が必要であることを示す報知動作を行う報知要素と、前記検知要素の出力に基づいて前記シールが寿命に至ったか否かを判定するとともに、寿命と判定したときに前記報知要素を駆動する制御要素とを有する、ことを特徴としている。
【００１９】
要するに、本発明では、複数のシールのうち、少なくともいずれか一つを短寿命に設定することにより、すべてのシールが同時に寿命にならないようにしている。これにより、従来のように、すべてのシールの密封性能がほぼ同時に低下して、密封対象空間の雰囲気が急激に破壊されるという不具合が避けられる。
【００２０】
特に、上記第三、第四の構成では、上記短寿命に設定されたシールの摩耗状態に関連つけられた寿命の到来の有無を監視し、当該シールが寿命に至ったときにすべてのシールの交換を要求する報知動作を行うようにしている。これにより、いずれかのシールが寿命になる前に、すべてのシールを交換する必要性をオペレータが確実に認識できるようになり、交換などの対処を確実かつ的確に行えるようになる。しかも、短寿命に設定されるシールについては寿命まで使用できるとともに、他のシールの寿命についても前記短寿命に設定してあるシールよりも少し長く設定しておけば、すべてのシールの交換周期を従来例に比べて長くすることができ、ランニングコストの低減に貢献できる。
【００２１】
このようなことから、密封対象空間において何らかの作業を行っている場合に、オペレータが前記作業の停止時期を意図的に管理することができるから、従来のように前記作業が不意に中断されて復旧に多大な時間やコストがかかるといった事態に至らずに済む。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００２３】
図１ないし図３に本発明の一実施形態を示している。図１は、密封装置を備えた動力伝達装置を示す断面図、図２は、図１の（２）−（２）線断面の矢視図、図３は、図１の密封装置を拡大して示す断面図である。
【００２４】
図中、１は真空チャンバ、２はモータなどの動力源、３は動力伝達装置である。
【００２５】
動力伝達装置３は、真空チャンバ１内の図示しない機器に対してモータ２の回転動力を減速して伝達するためのもので、円筒形のケース４と、入力軸５と、出力軸６と、遊星ローラ式の減速機７と、密封装置８とを備えている。
【００２６】
ケース４は、真空チャンバ１の壁面に横向き姿勢で取り付けられており、このケース４内に対して入力軸５および出力軸６がそれぞれ２つずつの転がり軸受９Ａ〜９Ｄを介して同軸状に支持されている。
【００２７】
入力軸５は、その外端がケース４の一方開口から大気圧空間へ突出されており、この突出部分とモータ２の出力軸とが歯車１０Ａ，１０Ｂを介して連動連結されている。
【００２８】
出力軸６は、その外端がケース４の他方開口から真空チャンバ１内へ突出されており、この突出部分が真空チャンバ１内の図示しない機器に対して連結される。
【００２９】
遊星ローラ式の減速機７は、入力軸５の回転動力を減速して出力回転軸６に伝達するものである。この減速機７は、ケース４に内嵌固定される固定輪１５と、入力軸５に一体形成されて固定輪１５と同心状に挿通される太陽ローラ１６と、固定輪１５と太陽ローラ１６との間の円周数ヶ所に介装される複数の遊星ローラ１７と、各遊星ローラ１７の中心に針状ころ１９を介して挿入されかつ一端が出力軸６の内端に形成された径方向外向きのフランジ６ａに対して片持ち状態で支持される複数の遊星軸１８とを備えている。
【００３０】
なお、上記減速機７の固定輪１５は、２つの環体１１Ａ，１１Ｂにより挟持された状態でケース４に位置決め装着されている。また、入力軸５、出力軸６、減速機７は、入力軸５および出力軸６にそれぞれ１つずつ螺合装着されるナット１２Ａ，１２Ｂと、転がり軸受９Ａと９Ｂとの間および転がり軸受９Ｃと９Ｄとの間に介装されるスペーサ１３Ａ，１３Ｂとによって軸方向に位置決めされている。
【００３１】
密封装置８は、ケース４と出力６との間の環状空間を軸方向で２つに仕切るものであり、軸方向で隣り合わせに配設されるシールとしての２つのシールリング２０，３０を備えている。
【００３２】
これらのシールリング２０，３０は、環状芯金２１，３１の内周に対してゴムなどからなる主リップ２２，３２および補助リップ２３，３３を被着した構成であり、それぞれの環状芯金がケース４において真空チャンバ１寄りの領域に対して嵌合固定されて、各リップ２２，２３，３２，３３が出力軸６の外周面に対してそれぞれ接触させられるようになっている。なお、主リップ２２，３２は、その外周に対して装着されるガータスプリング２４，３４の締め付け力によって出力軸６の外周面に対して所要の圧力をもって接触させられるようになっている。なお、ここでのシールリング２０，３０は、例えば本願出願人が出願している特願平１１−２７２１９６号などに示す耐圧構造を有するものとするのが好ましい。
【００３３】
ここでは、２つのシールリング２０，３０の寿命を異ならせる条件に設定してある。
【００３４】
つまり、両シールリング２０，３０の外径寸法は、同じに設定されているが、真空チャンバ１寄りに配置される第一シールリング２０の内径寸法が、大気圧空間寄りに配置される第二シールリング３０の内径寸法よりも小さく設定されている。
【００３５】
また、出力軸６についても、その真空チャンバ１寄りの部分が小径に形成されており、この小径部６ｂの外周面に対して第一シールリング２０の各リップ２２，２３を接触させるようにする一方で、出力軸６における大径の本体部分の外周面に対して第二シールリング３０の各リップ３２，３３を接触させるようにしている。
【００３６】
このような条件であれば、出力軸６における大径の本体部分の外表面における周速が、小径部６ｂの外表面における周速よりも速くなるので、第一シールリング２０の各リップ２２，２３における総すべり距離よりも、第二シールリング３０の各リップ３２，３３における総すべり距離が長くなり、結果的に発熱や摩耗などが相違することになって、第一シールリング２０よりも第二シールリング３０が短寿命となるのである。
【００３７】
この密封装置８の密封性能が低下すると、真空チャンバ１内の圧力が高くなるなど、好ましくないので、上述した動力伝達装置３には、上述したように短寿命に設定されてある第二シールリング３０が寿命に至ったか否かを監視して両方のシールリング２０，３０の交換を要求するための報知動作を行う監視装置４０が装備されている。
【００３８】
この監視装置４０は、検知部４１と、報知部４２と、制御部４３とを備えている。
【００３９】
検知部４１は、上記第二シールリング３０の各リップ３２，３３の摩耗状態を計測するものであり、ここでは、歪みゲージを用い、それを第二シールリング３０の環状芯金３１に貼着する形態で使用される。この検知部４１を歪みゲージとした理由は、シールリング２０，３０のリップ２２，２３，３２，３３の摩耗が進展するに従い当該シールリング２０，３０の周方向での歪みが大きくなる現象の知見に基づいている。
【００４０】
報知部４２は、表示パネルやブザーなどからなり、制御部４３から駆動信号が入力されたときに両方のシールリング２０，３０の交換を要求するための報知動作を行うものである。
【００４１】
制御部４３は、マイクロコンピュータなどからなり、歪みゲージからなる検知部４１の出力データと、内部メモリに予め格納されてある基準データとを対比することにより、各リップ３２，３３の摩耗状態を認識して第二シールリング３０が寿命であるか否かを判定し、寿命であると判断したときに報知部４２に対して駆動信号を出力するものである。
【００４２】
なお、制御部４３の内部メモリに格納する基準データは、いろいろな実験結果に基づいて作成されたものであり、歪みゲージからなる検知部４１により計測されるデータと寿命とを対応付けたものとされている。
【００４３】
次に、動作を説明する。上述した動力伝達装置３の動作時間が所要時間を越えることによって第二シールリング３０が寿命に至ると、そのことを監視装置４０の制御部４３が検知部４１からの出力に基づいて認識し、報知部４２を駆動することにより、密封装置８を交換する必要があることを示す報知動作を行う。この報知動作により、オペレータは、密封装置８を新しいものと交換する必要があることを認識できるようになる。
【００４４】
しかも、上述したように第二シールリング３０が寿命になったとしても、第一シールリング２０については寿命になっていないから、密封装置８の密封性能がわずかに低下するだけで済み、真空チャンバ１内の圧力はほんのわずかに上昇する程度で済むことになる。換言すれば、真空チャンバ１内の圧力をほぼ不変に維持できる。
【００４５】
ところで、密封装置８の交換が必要なことを認識したオペレータは、密封装置８を交換するにあたって、真空チャンバ１内の図示しない機器の作業を停止してから、真空チャンバ１内を大気圧に開放するという準備を最適なタイミングで行うように管理することができるので、従来のように前記機器の作業が不意に中断されてしまって復旧に多大な時間やコストがかかるといった事態には至らずに済む。
【００４６】
しかも、第二シールリング３０の寿命を第一シールリング２０の寿命よりも少し短く設定するから、従来例のようにすべてのシールリングの交換時期をその寿命よりも余裕をもって早めに設定する場合に比べて交換周期を長くすることができて、ランニングコストの低減に貢献できる。
【００４７】
なお、本発明は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、いろいろな応用や変形が考えられる。
【００４８】
（１）上記実施形態では、密封装置８について、真空チャンバ１寄りに長寿命に設定される第一シールリング２０を、また、大気圧空間寄りに短寿命に設定される第二シールリング３０を配置しているが、図４に示すように、逆に配置するとともに、出力軸６において真空チャンバ１寄りの部分を大径にし、この大径部６ｃに対して第二シールリング３０を、また、出力軸６の小径な本体部分に対して第一シールリング２０を配置させるようにしてもよい。この場合でも、上記実施形態と同様の作用、効果が得られる。この他、シールリングの使用数をさらに増やしてもよい。その場合、少なくともいずれか一つを他に比べて短寿命に設定すればよい。
【００４９】
（２）上記実施形態では、監視装置４０の検知部４１について歪みゲージを用いて第二シールリング３０の歪みを計測する形態にしているが、熱電対のような温度センサを用いて第二シールリング３０の温度を計測する形態にしたり、振動計ピックアップなどを用いて第二シールリング３０の振動を計測する形態にすることができる。
【００５０】
なお、検知部４１を温度センサとする場合には、図５に示すように、第二シールリング３０に装着するガータスプリング３４に対して非接触に対向させるようにケース４に取り付けるのが好ましい。この場合、第二シールリング３０のリップ３２，３３の摩耗進展に応じてその温度が上昇することになるから、この温度の変化を制御部４３で判定すればよい。
【００５１】
また、検知部４１を振動計ピックアップとする場合には、図６に示すように、ケース４において第二シールリング３０が嵌合固定される領域の外周に凹部４ａを設けて、この凹部４ａの底に取り付けるのが好ましい。この場合、第二シールリング３０のリップ３２，３３の摩耗進展に応じてその振動が増加することになるから、この振動の変化を制御部４３で判定すればよい。
【００５２】
この他、検知部４１については、図７に示すように、入力軸５を駆動するモータ２の出力電流を計測する電流測定器とすることができるとともに、図８に示すように、真空チャンバ１内の圧力上昇を計測する圧力センサとすることができる。前者の場合、第二シールリング３０のリップ３２，３３の摩耗進展に応じてモータ２の出力電流が増加することになるから、この電流の変化を制御部４３で判定すればよい。後者の場合、第二シールリング３０のリップ３２，３３の摩耗進展に応じて真空チャンバ１内の圧力が上昇することになるから、この圧力の変化を制御部４３で判定すればよい。
【００５３】
また、検知部４１については、上述した形態を２つ以上組み合わせるようにしてもよい。その場合には、検知精度が向上するので、寿命判定の信頼性が高められる。
【００５４】
（３）上記実施形態における第一シールリング２０と第二シールリング３０の少なくともいずれか一方については、ゴム部分の外表面に対してそれから真空チャンバ１内の雰囲気ガスが透過漏洩することを防止させる膜をコーティングするようにしてもよい。例えば、図３に示した形態のときには、図９に示すように、真空チャンバ１寄りに配置される第一シールリング２０のリップ２２，２３を含むゴムの外表面に対して銀、アルミニウム、銅などの軟質金属膜５０をコーティングすることにより、ゴム部分から真空チャンバ１内の雰囲気ガスが透過漏洩することを防止させるようにしてもよい。この場合、前述したガス透過を防止することの他に、リップ２２，２３の摺動部分の潤滑性が向上する他、リップ２２，２３が摺動動作に伴い発熱したときに、放熱性が高められるようになる。
【００５５】
【発明の効果】
請求項１ないし４の発明では、複数のシールのうち、少なくともいずれか一つを短寿命に設定することにより、すべてのシールが同時に寿命にならないようにしているから、従来例のように、すべてのシールの密封性能がほぼ同時に低下して、密封対象空間の雰囲気が急激に破壊されるという不具合が避けられる。
【００５６】
特に、請求項３または４の発明では、上記短寿命に設定されたシールの摩耗状態に関連つけられた寿命の到来の有無を監視し、当該シールが寿命に至ったときにすべてのシールの交換を要求する報知動作を行うようにしているから、いずれかのシールが寿命になる前に、すべてのシールを交換する必要性をオペレータが確実に認識できるようになり、交換などの対処を確実かつ的確に行えるようになる。しかも、短寿命に設定されるシールについては寿命まで使用できるとともに、他のシールの寿命についても前記短寿命に設定してあるシールよりも少し長く設定しておけば、すべてのシールの交換周期を従来例に比べて長くすることができ、ランニングコストの低減に貢献できる。
【００５７】
このように、本発明では、密封対象空間において何らかの作業を行っている場合に、オペレータが前記作業の停止時期を計画的に管理することができるから、従来のように前記作業が不意に中断されて復旧に多大な時間やコストがかかるといった事態に至らずに済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る密封装置を備えた動力伝達装置を示す断面図
【図２】図１の（２）−（２）線断面の矢視図
【図３】図１の密封装置を拡大して示す断面図
【図４】図３の密封装置の変形例を示す断面図
【図５】図３または図４の監視装置における検知部の変形例１を示す部分拡大図
【図６】図３または図４の監視装置における検知部の変形例２を示す部分拡大図
【図７】図３または図４の監視装置における検知部の変形例３を示す部分拡大図
【図８】図３または図４の監視装置における検知部の変形例４を示す部分拡大図
【図９】図３のシールリングの変形例を示す上半分の断面図
【符号の説明】
１      真空チャンバ
２      モータ
３      動力伝達装置
４      動力伝達装置のケース
６      動力伝達装置の出力軸
８      動力伝達装置の密封装置
２０      密封装置の第一シールリング
２２，２３      第一シールリングのリップ
３０      密封装置の第二シールリング
３２，３３      第二シールリングのリップ
４０      監視装置
４１      監視装置の検知部
４２      監視装置の報知部
４３      監視装置の制御部
【図１】
0004020237.tif 000002
【図２】
0004020237.tif 000003
【図３】
0004020237.tif 000004
【図４】
0004020237.tif 000005
【図５】
0004020237.tif 000006
【図６】
0004020237.tif 000007
【図７】
0004020237.tif 000008
【図８】
0004020237.tif 000009
【図９】
0004020237.tif 000010