(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｏ−リングを介して、複数の部材間を密封するシールユニットにおいて、前記Ｏ−リングが接触する前記部材の、少なくとも前記Ｏ−リングに対して螺動により摺接する部位に、潤滑被膜処理を施したことを特徴とするシールユニット。
【請求項２】
前記潤滑被膜処理は、官能基付き含フッ素重合体−フッ素油混合被膜を形成する処理であることを特徴とする請求項１に記載のシールユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば真空雰囲気或いはクリーンルームと外界との間を密封するのに好適なシールユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置などにおいては、真空雰囲気に維持したプロセス室内で、ワークをテーブルに載置して移動・回転させることにより、その加工処理や検査などが行われている。ここで、近年においては製造される半導体がより微細化されたことに伴い、プロセス室内の真空度もより高める必要が生じてきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、プロセス室内に、テーブルを移動・回転させる駆動装置を設けることは、プロセス室の大型化を招き、また発塵の機会も増えるので好ましくない。そこで、駆動装置をプロセス室外に設けることが考えられる。かかる場合、駆動装置とプロセス室内のテーブルとを連結する連結部材が必要となるが、そのためプロセス室を覆う筐体には、連結部材を貫通させる開口が必要となり、かかる開口と連結部材とを密封してプロセス室内の雰囲気を維持するシールユニットが必要となる。このようなシールユニットにＯ−リングを使用する場合もある。
【０００４】
かかるシールユニットにおいては、連結部材が筐体の開口に対して移動・回転するものであるため、固定部材密封用のＯ−リングに比べ、滑り性をより高めることで、自身の傷つきを抑えるようにした運動部材密封用のＯ−リングが用いられることが多かった。しかしながら、同一装置において、固定部材密封用のＯ−リングと、運動部材密封用のＯ−リングとを共用する場合には、その誤組が問題となる。ところが、両者の違いは外見では区別が付かないことが多く、区別をつけるためにペイント等を塗布することは、Ｏ−リングの密封性能を低下させるので困難であるし、又Ｏ−リング一つ一つにタグを付すことは、その表面のキズ付きを招くので好ましくない。一方、装置内の全てのＯ−リングを運動部材密封用にものとすると、コストが大幅に増大してしまう。
【０００５】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、摺接部を効果的に密封することができ、耐久性にも優れたシールユニットを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のシールユニットは、Ｏ−リングを介して、複数の部材間を密封するシールユニットにおいて、前記Ｏ−リングが接触する前記部材の、少なくとも前記Ｏ−リングに対して螺動により摺接する部位に、潤滑被膜処理を施したことを特徴とする。
【０００７】
【作用】
まず、本発明者は、問題の原点に立ち返り、固定部材密封用のＯ−リングを運動部材密封用のＯ−リングとして用いることができないかについて検討を行った。本発明者らの検討によれば、固定部材密封用のＯ−リングを摺動部材を密封するために用いた場合、Ｏ−リングが相手部材と摺接することにより、Ｏ−リングに生じた傷が、シール性能低下に大きく影響することが判明した。また、素材からＯ−リングを成形する上で、Ｏ−リングの最大外径部と最大内径部において周方向に延在するわずかな突起（バリのようなもの）が形成されるが、摺動部材の手動時にＯ−リングがねじれて、かかる突起がシール座着面と接触し、密封性能が低下する挙動を示す場合があることも判明した。このようなＯ−リングのねじれに起因するシール性能低下は、常時摺接しない箇所であっても起こり得ることも判明した。特に、Ｏ−リングの長さが長い場合には起こりやすいことも判明した。
【０００８】
部材間との摺動をしやすくし、あるいは部材間の気密性を高めるため、Ｏ−リングにグリースを塗布するという方法も考えられる。しかし、グリースが塗布されたＯ−リングが気密空間（プロセス室）に面していると、気密空間の汚染につながる。特に、気密空間が真空の場合には、気密空間の真空度の悪化につながる。グリースとして低蒸気圧の真空用グリースもあるが、特に高い真空度を要求される場合や、グリースに含まれる成分のアウトガスを極端に嫌うような場合では、たとえ真空用グリースを用いた場合でも所望の真空度もしくはクリーン度を得るのが困難であることがわかった。
【０００９】
また、グリースは塗布むらが発生するため、気密空間の汚染が少ないように微小量の塗布を安定してかつ短時間で行うことは困難である。さらに、組み立て中にＯ−リングにグリースを塗布する場合は、塗布時に手や工具に付着したグリースが部品に付着することが多いため、管理が難しいということもある。
【００１０】
かかる検討結果より、本発明者は上記の特徴を有するシールユニットを成したのである。すなわち本発明のシールユニットは、Ｏ−リングを介して、複数の部材間（図１ではシール用フランジ２１と駆動軸１７，図４では筐体１１０と継手１２０）を密封するシールユニットにおいて、前記Ｏ−リングが接触する前記部材の、少なくとも前記Ｏ−リングと摺接する部位（図１でＡ〜Ｄ、図４でＸ、Ｙ）に、潤滑被膜処理を施したので、前記潤滑被膜処理により前記部位の滑り性を顕著に高めることができる。従って、前記Ｏ−リングと前記部位とが摺接しても、Ｏ−リングに傷が付く恐れが抑制されるため、従来、摺接する部位に用いることは困難とされていた固定部材密封用のＯ−リングを、その摺接部位の密封に用いることができるようになり、Ｏ−リング統一によるコスト低減と誤組防止とを両立できることとなる。また、ねじれを生じやすい長さの長いＯ−リングの場合でも、ねじれを生じることなく結合部を密封することができる。
【００１１】
尚、前記潤滑被膜処理は、官能基付き含フッ素重合体−フッ素油混合被膜を形成する処理であると好ましい。
【００１２】
前記潤滑被膜処理においては、特殊フッ素樹脂被膜、例えば金、銀等の軟質金属被膜や、官能基を有する含フッ素重合体とフッ素油との混合物からなる被膜（以下「官能基付き含フッ素重合体−フッ素油混合被膜」ともいう）、等を用いることができる。特殊フッ素樹脂被膜や軟質金属被膜は、アウトガスの発生が極めて小さく抑えられるという利点がある。特殊フッ素樹脂被膜とは、ニッケル系被膜を形成後、その表面を特殊処理し、さらにＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）被膜を施したものである。
【００１３】
官能基付き含フッ素重合体−フッ素油混合被膜は、金属に対する親和性の高い官能基を有する含フッ素重合体と、フッ素油（例えばＰＦＰＥ（パーフルオロポリエーテル））との混合物からなる潤滑膜であり、極めて高い粘性を有するものである。官能基を有する含フッ素重合体は官能基の働きで極めて強く金属表面に吸着する。一方、フッ素油の分子も、たとえ一旦切り離されてもすぐに再付着する性質があり、逸散し難い。官能基付き含フッ素重合体−フッ素油混合被膜は、このような性質により、更にアウトガスの抑止も図れ、特殊フッ素樹脂被膜や軟質金属と同等の高い性能を示し、発塵も抑えられる。しかも、特殊フッ素樹脂被膜や金属被膜の場合は、被膜処理に手間がかかるため処理コストが嵩むのに対し、官能基付き含フッ素重合体−フッ素油混合被膜は、極めて容易に、かつ同時に大量の被処理物に対して被膜処理を行えるという特長もあり、したがって、処理コストも低くて済む。
【００１４】
以上のように、本発明の用途からすれば、官能基付き含フッ素重合体−フッ素油混合被膜が最も優れていると言えるが、それに限られるわけではない。官能基付き含フッ素重合体−フッ素油混合被膜の被膜処理方法は、フッ素系溶媒に数％程度に前記混合物を希釈した液体中に被処理物を浸漬し、その後乾燥するだけでよい。乾燥を速めるために適宜加熱してもよい。官能基を有する含フッ素重合体やフッ素油は、例えばデュポン社、モンテカチーニ社などより上市された各種のものがある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかるシールユニットを含む駆動装置の一部断面図である。
【００１６】
図１に一部で示す筐体１０の内側（図１で右側）はプロセス室Ｐとなっている。筐体１０は、その側面に開口１０ａを有している。かかる開口１０ａを外側（図１で左側）から覆うようにして、フランジ付き筐体状のユニットハウジング１１が配置されている。ユニットハウジング１１は、本体１１ａと、本体１１ａを筐体１０にボルト１２で固定するためのフランジ部１１ｂと、中央開口１１ｃと、中央開口１１ｃ内に形成された隔壁１１ｄ、１１ｅとを有している。
【００１７】
隔壁１１ｄ、１１ｅに挟まれた中央開口１１ｃと、本体１１ａの外周面とを半径方向に貫通する連通孔１１ｆが形成されており、それが外部に対して開口した面には継手１３が取り付けられ、継手１３に接続された配管１４，及び連通孔１１ｆを介して、中央開口１１ｃは、外部の排気ポンプＰ１と連通している。
【００１８】
大径となっている中央開口１１ｃの端部側（図１で左側）内周面にベアリングホルダ１５が圧入等で取り付けられている。ベアリングホルダ１５内には、一対のアンギュラ玉軸受１６Ａ、１６Ｂが配置されている。アンギュラ玉軸受１６Ａ、１６Ｂは、ユニットハウジング１１の中央開口１１ｃ及び筐体１０の開口１０ａを介して延在する駆動軸１７を回転自在に支持している。
【００１９】
アンギュラ玉軸受１６Ａ、１６Ｂの外輪は、ベアリングホルダ１５に取り付けられた外輪抑え１８により固定され、アンギュラ玉軸受１６Ａ、１６Ｂの内輪は、駆動軸１７のネジ部１７ａに螺合されたナット１９によりスリーブ２０を介して固定されている。
【００２０】
ベアリングホルダ１５全体を覆うようにして、シール用フランジ２１がユニットハウジング１１に対して取り付けられている。シール用フランジ２１は、開口２１ａを有し、駆動軸１７の一端（図１で左端）が、開口２１ａから外部に突出している。開口２１ａから突出した駆動軸１７の端部周囲には、シールユニット３０が取り付けられている。更に、駆動軸１７の端部は、一点鎖線で示すカップリング２２を介して、他の軸２３に連結されている。他の軸２３が不図示の駆動装置によって回転駆動されることにより、駆動軸１７も回転する。
【００２１】
図２は、駆動軸１７の端部周囲を拡大して示す図であり、図２（ａ）はシールユニット３０のシール非当接状態を示し、図２（ｂ）はシール当接状態を示すがハッチングは省略している。なお、実際には当接時にはＯ−リング３２は弾性変形し、図２（ｂ）のＢとＣの間のすきまに侵入する形で密封される。図２に示すように、駆動軸１７の外周の一部には、雄ネジ部１７ｂが形成されている。環状のホルダ３１の内周には雌ネジ部３１ａが形成されており、雌ネジ部３１ａを雄ネジ部１７ｂに螺合させることで、ホルダ３１は駆動軸１７に、軸線方向位置決め可能に取り付けられている。
【００２２】
ホルダ３１は、図２で右側に外方に向かうにつれ内径が縮小したテーパ孔（片ありみぞ）３１ｂを有しており、そのテーパ孔３１ｂ内に、駆動軸１７を取り巻くようにしてＯ−リング３２を配置している。ホルダ３１とＯ−リング３２とで、シールユニット３０を構成する。
【００２３】
図２（ｂ）において、部位Ａ〜Ｄには、官能基付き含フッ素重合体−フッ素油混合被膜を被覆している。より具体的には、部位Ａ（駆動軸１７の雄ネジ部１７ｂ）、部位Ｂ（シール用フランジ２１のＯ−リング３２の当たり面）、部位Ｃ（駆動軸１７のＯ−リング３２の当たる外周面）、部位Ｄ（テーパ孔３１ｂ内の底面）に被覆されている。被覆の方法は、スプレーやハケ塗りでも良いが、フッ素系の溶媒に官能基を有する含フッ素重合体とフッ素油との混合物を数％に希釈した液体中にホルダ３１を浸漬し、その後取り出して乾燥してもよい。
【００２４】
本実施の形態にかかるシールユニット３０は、回転する駆動軸１７とシール用フランジ２１との間を密封することもできるが、主として配管等のリークチェックを行う場合に、静止している駆動軸１７とシール用フランジ２１との間を密封する場合や、プロセス室の真空度を維持したまま、差動排気シールの作動を一時的に停止させたい場合など、その効果を発揮する。従って、駆動装置の動作時には、図２（ａ）に示すように、Ｏ−リング３２がシール用フランジ２１から離隔された状態に維持されれば、駆動軸１７の駆動抵抗が減少し、リークチェック時等には、図２（ｂ）に示すように、Ｏ−リング３２がシール用フランジ２１から当接された状態に維持されれば、シール用フランジ２１とシールユニット３０との間を確実に密封することができ、たとえばリークチェックの精度を向上させることができる。
【００２５】
かかる駆動装置の動作について説明すると、不図示のモータが回転することで、他の軸２３が回転し、カップリングユニット２２を介して駆動軸１７が回転する。それにより、駆動軸１７の図１で右端に取り付けられた不図示のワーク又は工具が回転するので、プロセス室Ｐ内での加工処理を行える。尚、プロセス室Ｐ内が真空雰囲気に維持されている場合、ユニットハウジング１１の中央開口１１ｃを介して、外部より大気が侵入すると、その真空雰囲気を損なうことになる。そこで、本実施の形態においては、中央開口１１ｃ内に侵入した大気を外部のポンプＰ１を用いて吸引することで、プロセス室Ｐの真空雰囲気を維持するようにしている。
【００２６】
ここで、官能基付き含フッ素重合体−フッ素油混合被膜を被覆する必要度であるが、部位Ａについては、雄ネジ部１７ｂとＯ−リング３２との摺接が厳しいので、被覆が最も必要である。部位Ｂについては、必ずしも被覆はなくても良いが、シール用フランジ２１の少なくともＯ−リング３２と密着する部位は、シール性能向上のため引目加工面（Ｏ−リングが当接する面において、密封性能に対し、特に有害なＯ−リングを横断する方向の傷を消すために、Ｏ−リングの周方向に沿った細かいスジをつけた面）としてあり、この引目加工面との摺接で、Ｏ−リング３２が傷つく可能性があるので、被覆があった方が望ましい。部位Ｃについても、雄ネジ部１７ｂとの摺接はあまり厳しくないため、必ずしも被覆はなくても滑り性を確保できるが、摺接は生じるので被覆があった方が望ましい。部位Ｄについては、通常は摺接しないので、必ずしも被覆はなくても良いが、ホルダ３１とＯ−リング３２とが相対回動する場合もないとはいえないので、被覆があった方が好ましい。以上述べたように、被覆の優先度は、部位Ａ〜Ｄに順に低くなる。
【００２７】
尚、本実施の形態の効果を強調するため、比較例について説明する。図３は、比較例にかかる駆動軸１７’の端部周囲を拡大して示す図２と同様な図である。図２の実施の形態と異なる点は、Ｏ−リング３２の摺接を避けるべく、駆動軸１７’の雄ネジ部１７ｂ’の外径が小さくなっていることである。しかしながら、駆動軸１７’の雄ネジ部１７ｂ’の外径を小さくすると、剛性が低下し、振れなどが発生しやすくなり高精度な加工を行う上での障害となり得る。又、駆動軸１７’の雄ネジ部１７ｂ’の外径を追い込んだために生じた角部１７ｃ’が、Ｏ−リング３２に食い込んで破損を招く恐れがある。更に、摺接を抑制するために、図３（ｂ）で示す距離Δを大きくとれないという事情があるが、すると駆動軸１７’の外周面とＯ−リング３２との密封性が低下する恐れがある。以上より、図２に示す実施の形態の方が、密封性に関してより優れていることが分かる。
【００２８】
図４は、第２の実施の形態にかかるシールユニットを示す断面図である。図４において、筐体１１０に形成された管用雌ネジ部１１０ａに、継手１２０の管用雄ネジ部１２０ａが螺合取付されている。継手１２０は、フランジ１２０ｂを有し、フランジ１２０ｂは、筐体１１０の壁面に対向した面に浅い周溝１２０ｃを形成している。周溝１２０ｃと、それに対向する筐体１１０の壁面との間に、Ｏ−リング１３２が配置されている。フランジ１２０ｂと、Ｏ−リング１３２とでシールユニットを構成する。
【００２９】
継手１２０は、筐体１１０に対して一度連結されれば、頻繁に脱着されるものではないが、メンテナンス等のために脱着するとなると、周溝１２０ｃ及びそれに対向する筐体１１０の壁面と、Ｏ−リング１３２との間で摺接が発生し、Ｏ−リングが傷つく恐れもある。又、周溝１２０ｃと、それに対向する筐体１１０の壁面が、高精度の研磨面であったとしても、Ｏ−リング１３２における成形上生じる微小突起（不図示）がＯ−リングのネジレにより変位して、周溝１２０ｃや、それに対向する筐体１１０の壁面に接触してリークを招く恐れがある。そこで、周溝１２０ｃの摺接部位（図４でＸ）と、それに対向する筐体１１０の壁面の摺接部位（図４でＹ）に、官能基付き含フッ素重合体−フッ素油混合被膜を被覆することで、摺接による傷付きやネジレを抑制して、気体漏れを抑制できる。
【００３０】
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。例えば、その他のＯ−リングの摺接面に、官能基付き含フッ素重合体−フッ素油混合被膜を被覆してもよい。
【００３１】
また、第１の実施の形態のように軸方向にＯ−リングを摺接させる場合や、第２の実施の形態のように周方向にＯ−リングを摺接させる場合でなくても、例えばＯ−リングの長さが長い場合などにも、接合時にわずかな摩擦によりねじれが生じる場合があるので、本発明を適用することで一定の効果が得られる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明のシールユニットは、Ｏ−リングを介して、複数の部材間を密封するシールユニットにおいて、前記Ｏ−リングが接触する前記部材の、少なくとも前記Ｏ−リングに対して螺動により摺接する部位に、潤滑被膜処理を施したので、前記潤滑被膜処理により前記部位の滑り性を顕著に高めることができる。従って、前記Ｏ−リングと前記部位とが摺接しても、Ｏ−リングに傷が付く恐れが抑制されるため、従来、摺接する部位に用いることは困難とされていた固定部材密封用のＯ−リングを、その摺接部位の密封に用いることができるようになり、Ｏ−リング統一によるコスト低減と誤組防止とを両立できることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかるシールユニットを含む駆動装置の一部断面図である。
【図２】図２は、本実施の形態にかかる駆動軸１７の端部周囲を拡大して示す図である。
【図３】比較例にかかる駆動軸１７’の端部周囲を拡大して示す図２と同様な図である。
【図４】第２の実施の形態にかかるシールユニットを示す断面図である。
【符号の説明】
１０、１１０  筐体
１７  駆動軸
３０  シールユニット
３１  ホルダ
１２０  継手
【図１】
0004206686.tif 000002
【図２】
0004206686.tif 000003
【図３】
0004206686.tif 000004
【図４】
0004206686.tif 000005