JP2003042306A - ロータリージョイント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロータリージョイントのシールリングの摩耗
を防止すると共に、メカニカルシール１０のシール面の
密封能力を向上させることにある。 【解決手段】 第２密封環１２には第２受圧背面に第２
支持端面との間に形成されるシールリング取付溝を有
し、前記シールリング取付溝に装着されたシールリング
を有すると共に前記シールリングの表面に前記シールリ
ングより摩擦係数の小さな材質の低摩擦外周部又は／及
び前記シールリング取付部の前記シールリングと接合す
る面に前記シールリングより摩擦係数の小さな材質の低
摩擦外周部を有するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、半導体製
造装置等の流体供給機器において、流体供給機器から回
転体に供給される多通路の接続部分に用いられるロータ
リージョイントに関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明に係わるロータリージョイントの
用途に関し、例えば、集積回路の基板に使用される半導
体ウエハは、シリコン等の円柱状の超純度結晶体を、一
定の厚さの円盤状にスライスしてから研削加工し、更に
表面の平坦仕上加工及び鏡面加工を行っている。そし
て、半導体デバイスの高集積化の進歩につれて、更に一
層の高精度の平坦度や鏡面加工精度が要求されている。

【０００３】このような半導体ウエハの超平坦化及び鏡
面化のための研磨加工は、例えば、ポリッシング装置
（ＣＭＰ装置）により行われている。この種のポシリッ
シング装置の構成は、上面に半導体ウエハを保持するタ
ーンテーブルと、その上部に対向して設けられた研磨面
を有するトップリングと、トップリングの研磨面をター
ンテーブル上に配置された半導体ウエハに対し接触させ
て水平移動させながらトップリングを回転させる駆動装
置と、トップリングの研磨面と半導体ウエハの被研磨面
との間に研磨液（純水＋スラリー）、空気、真空状態、
等を断続に供給や吸引する装置とを備えている。

【０００４】この様に構成されたＣＭＰ装置による半導
体ウエハの研磨加工は、研磨液、空気、真空引き等を交
互に供給したり吸引したりしながら、トップリングを半
導体ウエハの被研磨面に接触させて回転させることによ
って処理が行われる。このため、回転するトップリング
と、非回転側の研磨液供給装置との間の接続通路は、多
流路用ロータリージョイントを介して接続されている。

【０００５】図５は、この様な流体供給装置からの流体
を回転する処理装置へ供給する接続通路を接続可能とす
る従来のロータリージョイントの断面図である。図５に
於いて、ロータリージョイント１００は、内周面を設け
たボディ１０１が配置されており、そのボディ１０１の
内周面内に回転可能に挿通されたロータ１０２が設けら
れている。又、ボディ１０１には、多数の流体供給用通
路１０３が設けられている。更に、ロータ１０２にも対
応する多数の流体用通路１０４が設けられている。そし
て、ボディ１０１とロータ１０２の間に軸方向へ多数の
メカニカルシール１０５が配置されている。

【０００６】このメカニカルシール１０５は固定用密封
環１０５Ａと回転用密封環１０５Ｂとが対向して配置さ
れている。そして、各メカニカルシール１０５の間に流
体用通路１０３、１０４が形成される。この流体用通路
１０３、１０４が往復通路に構成されているために、固
定用密封環１０５Ａはボディブロック１１０により狭持
されている。又、回転用密封環１０５Ｂは、ゴム材製の
Ｏリング１１０を介してロータ１０２に摺動自在に嵌合
すると共に、コイルばね１１２により固定用密封環１０
５Ａの方向へ押圧されている。尚、この固定用密封環１
０５Ａはカーボン又はセラミックなどにより形成されて
いる。このメカニカルシール１０５間に形成される各シ
ール室１０６を介して流体供給用通路１０３と流体用通
路１０４とが連通されている。これらの各シール室１０
６内は、作動する処理装置のプログラムに従って、液体
＋スラリー、気体、真空状態が交互に供給されることに
なる。このため、流体供給用通路１０３が流体を供給し
たり排出したりする往復の給排通路となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のようにロータリ
ージョイント１００には、本体１０１とロータ１０２と
に多数の通路１０４が形成される。一般にメカニカルシ
ール１０５は、一方からのみ流れる流体をシールするよ
うに構成されているために、往復通路を必要とするとき
には、メカニカルシール１０５のシールする方向に合わ
せて往・復通路ごとに各メカニカルシール１０５が設ら
れている。このため、メカニカルシール１０５とロータ
１０２との嵌合間をシールするＯリング１１０も多数設
けられることになる。そして、Ｏリング１１０が被密封
流体の圧力を受けてＯリング取付溝に圧接変形し、更に
はＯリング取付溝内を移動するから、その摩擦により摩
耗・損傷することになる。このＯリング１１０は、１箇
所損傷しただけでも処理装置全体の性能に影響する。
又、Ｏリング１１０の１箇所の損傷は、ロータリージョ
イント１００全体を交換しなければならなくなる。

【０００８】又、図６は、図５に示す回転用密封環１０
５Ｂを拡大した半断面図である。図６に於いて、Ｏリン
グ１１０は回転用密封環１０５Ｂの背面から被密封流体
の圧力を受けて図示左側へ移動して圧着される。この状
態で、ゴム材製のＯリング１１０が１０分間位作動しな
い状態が継続されると、Ｏリング１１０がＯリング取付
溝１１４の形成面に接着して接着面から移動しなくな
る。次に、流体用通路１０４を被密封流体が流れて被密
封流体がＯリング１１０に作用し、Ｏリング１１０をコ
イルばね１１２が圧縮される方向へ移動させる場合に、
回転用密封環１０５Ｂに接着しているＯリング１１０
は、回転用密封環１０５Ｂをも同時に移動させるような
力が働くので固定用密封環１０５Ａと回転用密封環１０
５Ｂとのシール面Ｓの密接状態を開くことになる。

【０００９】特に、流体用通路１０４内が真空になる場
合には、真空力がＯリング１１０の直径の断面全面積に
作用してＯリング１１０をコイルばね１１２が圧縮され
る方向へ移動させるので、Ｏリング１１０に接着した回
転用密封環１０５Ｂもコイルばね１１２を圧縮する方向
へ移動しようとする。その結果、固定用密封環１０５Ａ
と回転用密封環１０５Ｂとのシール面は密接力を弱める
から、被密封流体が漏洩することになる。又、被密封流
体がスラリーを含む流体、或いは水、空気、真空等が交
互に流れるような半導体製造装置のような場合には、こ
の悪影響がさらに増加してシール能力を低下させること
になる。

【００１０】本発明は、上述のような問題点に鑑みてな
されたものであって、その技術的課題は、ロータとメカ
ニカルシールを構成する一方のばね手段を介して弾発に
押圧されている密封環との間に取り付けられてシールす
るＯリングの摩耗や損傷を防止して、ロータリージョイ
ントに於ける接続連通路のシール能力を向上させること
にある。又、ばね手段を介して弾発に押圧されているメ
カニカルシール１０５の一方の密封環の密封力を確実に
保持することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した技術
的課題を解決するために成されたものであって、その技
術的解決手段は以下のように構成されている。

【００１２】請求項１に係わる本発明のロータリージョ
イントは、内周面内へ貫通する第１通路を有する本体
と、前記本体の内周面と外周面が嵌合して回転自在に配
置されていると共に前記外周面に貫通して前記第１通路
と連通可能な第２通路を有するロータと、前記本体の内
周面と前記ロータの外周面との間の前記第１通路と前記
第２通路との接続空間部の両側に配置されて前記第１通
路と前記第２通路との連通路を形成するメカニカルシー
ルとを具備し、前記メカニカルシールは前記本体又は前
記ロータの一方に有する第１保持部に保持されて一端に
第１シール面を有する第１密封環と、前記ロータ又は前
記本体の他方に有する第２保持部に軸方向移動自在に保
持されて対向する前記第１シール面と密接する第２シー
ル面を有すると共に他端に弾発手段により押圧される第
２背面を有する第２密封環とを備え、前記第２密封環に
は第２受圧背面と第２支持端面との間に形成されるシー
ルリング取付部を有し、前記シールリング取付溝に装着
されたゴム状弾性材製のシールリングを有すると共に前
記シールリングの表面に前記ゴム状弾性材より摩擦係数
の小さな材質の低摩擦外周部又は／及び前記シールリン
グ取付溝の前記シールリングと接合する面に前記ゴム状
弾性材より摩擦係数の小さな材質の低摩擦外周部を有す
るものである。

【００１３】請求項１に係わる本発明のロータリージョ
イントでは、シールリングの表面がゴム材製よりも摩擦
係数の小さな材質により低摩擦外周部に構成されている
から、又は、シールリングと接面するシールリング取付
溝の形成面及びロータの接触面が摩擦係数の小さな材質
の低摩擦外周部に形成されているから、シールリングが
シールリング取付溝の形成面に接着することがなく、被
密封流体の圧力又は負圧力がシールリングに作用しても
シールリングのみがシールリング溝内で移動変形し、密
封環をシールリングと共に移動させるような作用力は防
止できる。このため、メカニカルシールのシール面は、
密接力を弱めることなく、常にシール能力を保持する効
果を奏する。

【００１４】又、シールリングに対してスラリー液体、
気体、真空状態が交互に作用してもシールリング又は／
及びシールリング取付溝にゴム材質よりも摩擦係数の小
さな材質の低摩擦外周部が形成されているから、シール
リングが圧力に応じて移動できるので、シールリングが
シールリング取付溝又はロータとの接触面により摩耗或
いは損傷させられることが防止できる。

【００１５】請求項２に係わる本発明のロータリージョ
イントは、前記第１保持部には内周に前記第２密封環方
向へリング状に突出して外周面に第１嵌合面を有すると
共に自由端に第１支持端面を形成した第１嵌合案内部を
有し、前記第１密封環にはシールリングを介して前記第
１嵌合面に嵌合する第１案内面を有すると共に前記第１
支持端面と対向する第１受圧背面を有し、前記第２保持
部には前記第１密封環側へリング状に突出して外周面に
第２嵌合面を有すると共に自由端に前記第２支持端面を
形成した第２嵌合案内部を有し、前記第２密封環には前
記第２嵌合面と嵌合摺動する第２案内面を有すると共に
前記第２案内面と前記第２支持端面との間にシールリン
グ取付溝を形成する前記第２受圧背面を有し、前記第１
受圧背面の面積と前記第２受圧背面の面積とをほぼ同一
面積に形成したロータ側の第２通路から被密封流体が流
れる場合、又は本体側の第１通路が真空状態に切り替え
られた場合に、第１受圧背面の受圧面積と第２受圧背面
の受圧面積がほぼ同一であるから、各密封環の第１シー
ル面と第２シール面に作用する力は、釣り合うことにな
り、通路を流れる流体が正逆どちらから流れてもメカニ
カルシールの密封能力を常に保持することが可能になる
ものである。

【００１６】請求項２に係わる本発明のロータリージョ
イントでは、ロータ側の第２通路から被密封流体が流れ
る場合、又は本体側の第１通路が真空状態に切り替えら
れた場合に、第１受圧背面の受圧面積と第２受圧背面の
受圧面積がほぼ同一であるから、各密封環の第１シール
面と第２シール面に作用する力は、釣り合うことにな
り、通路を流れる流体が正逆どちらから流れてもメカニ
カルシールの密封能力を常に保持することが可能にな
る。又、固定用密封環がリング状に回転用密封環側へ突
出した第１嵌合案内部に移動自在に嵌合して保持されて
いると共に、第１支持端面と第１受圧背面との間に被密
封流体の圧力が作用して固定用密封環を回転用密封環側
へ押圧可能に構成されているので、転用密封環のシール
面が密接力を弱めようとしても固定用密封環の追随する
移動により押圧して、シール面の密封力を常に保持する
ことが可能になる。

【００１７】請求項３に係わる本発明のロータリージョ
イは、前記ロータリージョイントが半導体製造装置用多
流路のロータリージョイントとして用いられるものであ
る。

【００１８】請求項３に係わる本発明のロータリージョ
イでは、半導体製造装置用の多流路用として用いられ
る。そして、流体がロータリージョイントの多流通路を
断続に流入及び流出が繰り返されるものである。この様
な用途のロータリージョイントにメカニカルシールとロ
ータとの間をシールするシールリングが多数設けられて
いるがシールリングの表面が低摩擦係数の材質に構成さ
れていると共に全体がゴム状弾性力に構成されているの
で、シール能力と共に耐摩耗性を発揮する。

【００１９】特に、半導体製造装置用のロータリージョ
イントでは、流体を操作する通路に流体が流入した後
に、通路が真空状態にきりかいられる流れの断続操作が
行われるが、シールリング又は／及びシールリング取付
溝の形成面には低摩擦の材質による被覆層が形成されて
いるから、シールリングが接触面に対して接着すること
もないので、回転用密封環のシール面の密接が被密封流
体の圧力により弱められて被密封流体を漏洩させるのを
効果的に防止する。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るロータリージ
ョイントの好ましい実施の形態を、図１、図図２及び図
３を参照しながら説明する。図１は、本発明に係わる第
１実施の形態の半導体製造装置のポリッシング装置用多
流路ロータリージョイントとして用いられるロータリー
ジョイントの断面図である。又、図２は図１のロータリ
ージョイントの１部を拡大した断面図である。更に、図
３は第２実施の形態のメカニカルシールの要部を拡大し
た断面図である。尚、図１と図３のロータリージョイン
トの構成は、メカニカルシールと流路の数を除いては、
ほぼ同一である。

【００２１】図１は、半導体製造装置のポリッシング装
置用多流路のロータリージョイントの断面図である。図
１に於いて、１Ａはロータリージョイントである。ロー
タリージョイント１の本体２は、ほぼ円筒状を成して内
周面６が設けられていると共に、内周面６には軸方向に
等配に環状溝を成した空間部３が形成されている。この
本体２には、外周から内周面６に貫通する多数の第１通
路４が形成されている。この第１通路４には開口に管用
ねじが形成されており、この管用ねじに図示省略の配管
が螺合される。又、この本体２は、メカニカルシール１
０を取り付けやすいように各ブロック２ＡをＯリング３
７を介してボルト３２により結合して一体に形成してい
る。

【００２２】本体２の内周面６内には、外周面２８を設
けたロータ２０が軸受３３を介して相対回転可能に配置
されている。ロータ２０には、第１通路４に対応する第
２通路２４が外周面２８を貫通して対向した位置に設け
られている。この第２通路２４は、ロータ２０の内部で
直交して軸方向の一端面に貫通している。その配置状況
は、図１に示す通りである。この図１から明らかなよう
にロータ２０に設けられる第２通路２４の数が多くなれ
ば、ロータ２４の径も大きくなる。同時に、シールリン
グ３６やメカニカルシール１０も大径になる。尚、ロー
タ２０の第２通路２４の軸方向開口側には取付治具２１
が取り付けられている。そして、この取付治具２１によ
りロータリージョイント１Ａが作動装置と連結できるよ
うに構成されている。

【００２３】この様に構成された本体２とロータ２０と
の嵌合間の第１通路４と第２通路２４との連結間はメカ
ニカルシール１０を介して連通路３０に形成される。こ
の２つの１対のメカニカルシール１０は、本体２の空間
部３の第２通路２４の両側に配置されて連通路３０を形
成している。この２つの通路４、２４の連結間はメカニ
カルシール１０のシールにより被密封流体が外部に流出
しないように密封される。

【００２４】図２は、図１の下側の２個で１対のメカニ
カルシール１０の配置を拡大したものである。図２に於
いて、メカニカルシール１０は、非回転用密封環１１と
回転用密封環１２とが対向して互いの第１及び第２シー
ル面１１Ａ、１２Ａを密接するように配置されている。
非回転用密封環１１は本体２の保持部５に設けられて軸
方向に延在するリング状に形成された第１嵌合案内部５
Ｒの外周の第１嵌合面５Ｂに軸方向移動自在に嵌合す
る。この第１嵌合案内部５Ｒの自由端は第１支持端面５
Ａに形成されていると共に、第１嵌合面５ＢにはＯリン
グ取付溝５Ｃが形成されている。又、本体２の第１保持
部５には第１止めピン９が設けられている。

【００２５】メカニカルシール１０を構成する一方の非
回転用密封環１１は、第１保持部５に軸方向移動自在に
保持される形に構成されている。この非回転用密封環１
１の軸方向の端面には、第１シール面１１Ａが形成され
ており、この第１シール面１１Ａと反対面には径方向幅
寸法Ｂの第１背面１１Ｈが形成されている。この第１背
面１１Ｈには第１止めピン９と係合する第１係止溝１１
Ｂが設けられている。又、非回転用密封環１１には、第
１嵌合面５Ｂと移動自在に嵌合して摺動する第１案内面
１１Ｃが設けられていると共に、第１支持端面５Ａと径
方向に接面可能な第１受圧背面１１Ｄが設けられてお
り、この面は直交を成す段面に形成されている。そし
て、第１嵌合面５ＢのＯリング取付溝５Ｃに装着された
第１Ｏリング３５により嵌合面間に侵入する被密封流体
がシールされる。この非回転用密封環１１は炭化珪素に
より構成されているが、その他の材質、例えば、カーボ
ン材などにより構成することもできる。

【００２６】非回転用密封環１１と対称の位置には第１
シール面１１Ａと密接する第２シール面１２Ａを設けた
回転用密封環１２が配置されている。そして、この回転
用密封環１２も非回転用密封環１１と類似した形に形成
されている。つまり、第２シール面１２Ａと反対面には
径方向幅寸法Ｂの第２背面１２Ｈが形成されている。こ
の第１背面１１Ｈと第２背面１２Ｈの面積はほぼ同一に
形成することが好ましい寸法Ｂである。そして、この第
２背面１２Ｈにも第２止めピン２９と係合する係止溝１
２Ｂが形成されている。尚、回転用密封環１１と固定用
密封環１２のシール面１１Ａ、１２Ａ側の正面の受圧幅
寸法も、ほぼ背面１１Ｈ、１２Ｈの幅寸法Ｂと同一であ
る。この幅寸法の関係は、ばね手段３８のばね常数によ
り決定されるので、必ずしも同一でなくとも良いが、類
似形状にすると、ばね常数を小さくすることができるの
で、構成上から好ましい。

【００２７】又、回転用密封環１２には、第２嵌合面２
５Ｂと移動自在に嵌合して摺動する第２案内面１２Ｃが
設けられていると共に、第２支持端面２５Ａと第２受圧
背面１２Ｄとの間はシールリング取付溝１３を形成する
間隔に形成されている。この間隔は、回転用密封環１２
が軸方向へ微少な移動が可能なようにシールリング取付
溝１３に装着されたシールリング３６よりも径方向幅寸
法の大きい寸法に形成されている。そして、このシール
リング取付溝１３にはシールリング３６が装着されてロ
ータ２０と回転用密封環１２との間を被密封流体が通過
しないようにシールしている。このシールリング取付溝
１３にゴムより摩擦係数が小さな材質をコーテングして
低摩擦外周部１２ＣＨが形成されている（図３参照）。
この低摩擦外周部１２ＣＨの材質としてフッ素樹脂など
が適している。

【００２８】この第２シールリング３６は、全体がフッ
素樹脂より成る低摩擦外周部３６Ａを有するＯリング、
又はニトリルゴム、フッ素ゴム、ブチルゴムの外表面に
フッ素樹脂をコーテングして低摩擦外周部３６Ａを設け
たＯリングが用いられる。被密封流体の圧力が大きい場
合にはフッ素樹脂材製のＯリングでも良いが、低圧の場
合には、シール能力の点からゴムの外表面にゴムより摩
擦係数の小さな材質をコーテングして低摩擦外周部３６
Ａを形成することが好ましい。この回転用密封環１２
は、被密封流体がスラリ状液体を含むので、炭化珪素に
より構成されているが、その他の材質、例えば、カーボ
ン材などにより構成される。

【００２９】対称を成す２つの回転用密封環１２の間に
は、図２から明らかなように通路用リング２６がロータ
２０に嵌着すると共に、止めねじ３９により固定されて
いる。この通路用リング２６には、ロータ２０の第２通
路２４と連通する接続通路２４Ａが設けられている。
又、接続通路２４Ａは、第１通路４に対応する位置に配
設されている。そして、通路用リング２６の両側面に
は、第２保持部２５が各々形成されている。この第２保
持部２５には、第２止めピン２９が設けられている。更
に、両側面から突出する第２リング部２５Ｒが両側に各
々も受けられている。この第２嵌合案内部２５Ｒには、
外周面に第２嵌合面２５Ｂが設けられていると共に、自
由端に第２支持端面２５Ａが形成されている。この第２
支持端面２５Ａの径方向幅寸法Ａは、好ましくは、第１
支持端面５Ａの幅寸法Ａとほぼ同一にすると良い。

【００３０】更に、この通路用リング部２６には等配に
軸方向へ貫通溝が設けられている。そして、貫通溝を介
してコイルスプリング（弾発手段）３８が各々受けられ
ている。このコイルスプリング３８により回転用密封環
１２が非回転用密封環１１方向へ弾発に押圧されてい
る。この様に構成された２個１対のメカニカルシール１
０は各通路４、２４ごとに空間部３内の接続通路２４Ａ
の両側に図１に示すように配置されて連通路３０を構成
する。

【００３１】この様に構成された第１実施の形態のロー
タリージョイント１Ａは、作動流体である被密封流体が
配管を通じて第１通路４から第２通路２４に流入すると
きに空間部３内で通路の両側に配置されたメカニカルシ
ール１０に作用する。そして、メカニカルシール１０を
構成する非回転用密封環１１の第１背面１１Ｈに被密封
流体が作用する。同時に、ほぼ同一面積の正面にも同一
の力が作用する。転用密封環２の背面１２Ｈとシールリ
ング３６の径方向面積にも被密封流体が作用する。そし
て、シールリング３６を第２受圧背面１２Ｄに圧接して
回転用密封環１２とロータ２０との間をシールする。こ
の両背面１１Ｈ、１２Ｈの受圧面積はほぼ同一に構成さ
れており、回転用密封環１２はシールリング３６の面積
だけ大きな面圧を受ける。更に、回転用密封環１２はば
ね手段３８により非回転用密封環１１側へ押圧されてい
るから、摺動シール面１１Ａとシール面１２Ａとが強く
密接する。その結果、第１通路４と第２通路２４との連
通路３０は、これらのシール面１１Ａ、１２Ａとシール
リング３６により密封した状態に構成される。

【００３２】一方、この流体の代わりに第１通路４が真
空状態に切り替えられた場合には、固定用密封環１１に
作用する圧力は、第１背面１１Ｈと正面とは互いに消し
合いながら第１保持部５により支持される。又、回転用
密封環１２に受ける圧力も同様に第２背面１２Ｈと正面
とに受ける圧力が消し合いながら、ばね手段３８により
押圧されているから第１シール面１１Ａに密接してい
る。同時に、シールリング３６は、外表面がゴムより摩
擦係数の小さな材質の低摩擦外周部３６Ａが設けられて
いるから、回転用密封環１２の第２案内面１２Ｃなどに
接着することもなく、又、シールリング取付溝１３にも
フッ素樹脂材等のコーテングが施されて低摩擦外周部１
２ＣＨに形成されているから、接着することなく、第２
支持面２５Ａ側に引き寄せられて第２支持面２５Ａに圧
接し、第２案内面１２Ｃの嵌合間をシールする。その結
果、真空力により回転用密封環１２がばね手段３８を圧
縮して第２背面１２Ｈ側へ吸引力されて第２シール面１
２Ａを第１シール面１１Ａから開くような状態にはなら
ない。この低摩擦外周部３６Ａ、１２ＣＨは、シールリ
ング３６及びシールリング取付溝１３の両方の面、又は
シールリング３６だけに設けても良い。更に、ロータ２
０のシールリングと接する外周面にも設けても良い。

【００３３】又、ロータ２０の第２通路２４から第１通
路４に作動流体である被密封流体が流れる場合には、被
密封流体の圧力が非回転用密封環１１の第１受圧背面１
１Ｄに作用する。同時に、回転用密封環１２の第２受圧
背面１２Ｄも第１受圧背面１１Ｄとほぼ同一面積にする
と良いから、被密封流体の圧力が均一にシール面１１
Ａ、１２Ａに対して作用する。これは、第１受圧背面１
１Ｄと第２受圧背面１２Ｄとの受圧面積が等しく、しか
もシールリング３６の表面が低摩擦に形成されて移動自
在に構成されているからである。そして、非回転用密封
環１１の第１シール面１１Ａと回転用密封環１２の第２
シール面１２Ａとが密接する。その状態で、ばね手段３
８が回転用密封環１２を第１シール面１１Ａ方向へ押圧
するから、各シール面１１Ａ、１２Ａは密封接触を強
め、第１通路４と第２通路２４との連結間をシールして
連通路３０を形成する。

【００３４】図３は、本発明に係わる第２実施の形態の
ロータリージョイント１Ｂの要部を示す半断面図であ
る。

【００３５】図４に於いて、メカニカルシール１０を構
成する一方の非回転用密封環１１は、保持部５に軸方向
移動自在に保持されている。この非回転用密封環１１の
軸方向の端面には、第１シール面１１Ａが形成されてお
り、この第１シール面１１Ａと反対面には、径方向幅寸
法Ｂの第１背面１１Ｈが形成されている。この第１背面
１１Ｈには第１ピン９と係合する第１係止溝１１Ｂが設
けられている。又、非回転用密封環１１には、第１嵌合
面５Ｂと移動自在に嵌合して摺動する第１案内面１１Ｃ
が設けられていると共に、径方向幅寸法Ａの第１支持端
面５Ａと接面可能な径方向寸法Ａの第１受圧面１１Ｄが
設けられている。この径方向寸法Ａは第１シール面１１
Ａの径方向寸法とほぼ同一寸法である。そして、嵌合面
５Ｂのシールリング取付溝５Ｃに装着された第１シール
リング３５により嵌合面間に侵入する被密封流体がシー
ルされる。このため、第１支持端面５Ａと第１受圧背面
１１Ｄとの間に被密封流体が作用すると非回転用密封環
１１は回転用密封環１２方向にＰの力を受ける。この非
回転用密封環１１は炭化珪素により構成されているが、
その他の材質、例えば、カーボン材などにより構成する
こともできる。

【００３６】非回転用密封環１１と対称の一方の位置に
は第１シール面１１Ａと密接する第２シール面１２Ａを
設けた回転用密封環１２が配置されている。そして、こ
の回転用密封環１２も非回転用密封環１１と類似した形
に形成されている。この回転用密封環１１は、シール面
１２Ａ側の正面と反対面に正面と同一寸法の径方向幅寸
法Ｂの第２背面１２Ｈが形成されているので、非回転用
密封環１１の第１背面１１Ｈとも、ほぼ同一面積に形成
されている。そして、この第２背面１２Ｈにも第２止め
ピン２９と係合する係止溝１２Ｂが形成されている（図
２参照）。又、回転用密封環１２には、第２嵌合面２５
Ｂと移動自在に嵌合して摺動する第２案内面１２Ｃが設
けられていると共に、第２支持端面２５Ａとの間に第２
シールリング３６を配置する間隔を形成する第２受圧背
面１２Ｄが設けられている。この間隙の第２受圧背面１
２Ｄと第２支持面２５Ａとの間はシールリング取付溝１
３に形成される。この第２受圧背面１２Ｄの径方向幅寸
法Ａは、第１受圧背面１１Ｄの径方向幅寸法Ａとほぼ同
一である。更に、第１嵌合面５Ｂのシールリング取付溝
５Ｃに装着された第１シールリング３５により嵌合面間
に侵入する被密封流体はシールされる。このシールリン
グ取付溝１３には、フッ素樹脂材などの摩擦係数が小さ
な材質をコーテングして低摩擦外周部１２ＣＨを形成し
ている。更に、ロータ２０の対応する外周面２０Ｃにも
フッ素樹脂をコーテングして低摩擦外周部を形成してい
る。これらは、シーリング取付溝１３と、ロータ２０の
両方又は１方のみを低摩擦外用部１２ＣＨとして選定す
ることができる。この回転用密封環１２はカーボンによ
り構成されているが、その他の材質、例えば、炭化珪素
材などにより構成される。

【００３７】対称を成す２つの回転用密封環１２、１２
の間には、通路用リング２６がロータ２０に嵌着すると
共に、止めねじ３９により固定されている。この通路用
リング２６には、ロータ２０の第２通路２４と連通する
接続通路２４Ａが設けられている。又、接続通路２４Ａ
は、第１通路４に対応する位置に配設されている。そし
て、通路用リング２６の両側面には、第２保持部２５が
各々形成されている。この第２保持部２５には、第２止
めピン２９が設けられている。更に、両側面から軸方向
へ突出する第２嵌合案内部２５Ｒが両側に各々も受けら
れている。この第２嵌合案内部２５Ｒには、外周面に第
２嵌合面２５Ｂが設けられていると共に、自由端に第２
支持端面２５Ａが形成されている。この第２支持端面２
５Ａと回転用密封環１２の第２受圧背面１２Ｄとの間に
より形成されるシールリング取付溝１３には第２シール
リング３６が装着されている。このシールリング３６に
より、回転用密封環１２とロータ２０との間をシールす
る。

【００３８】このシールリング３６も第１実施例と同様
にゴムの外表面がゴムなどに比べて摩擦係数が小さな材
質のコーテングが施されている。このシールリング３６
は、Ｏリングの外に断面がＸリングなど種々な形状に形
成される。又、Ｏリング状のシールリング自体をゴムに
比べて摩擦係数の小さな、例えばフッ素樹脂にすること
もできる。又、ゴム材、例えば、ニトリルゴム、フッ素
ゴム、ウレタンゴム、ブチルゴム材製のＯリング外表面
をフッ素樹脂材によりコーテングした低摩擦外周部３６
Ａを有するものを実施した実施例がある。これらは、必
要に応じて、シールリング３６，シールリング取付溝１
３、ロータ２０の外表面に設けられる。

【００３９】更に、この通路用リング２６には等配に軸
方向へ貫通溝が設けられている。そして、貫通溝を介し
てコイルスプリング（弾発手段）３８が各々設けられて
いる。このコイルスプリング３８により回転用密封環１
２が非回転用密封環１１方向へ弾発に押圧されている。
この様に構成されたメカニカルシール１０は各通路ごと
に空間部３内の通路の両側に図１に示すように配置され
て連通路３０を構成する。

【００４０】この様に構成された第２実施の形態の第２
ロータリージョイント１Ｂは、作動流体である被密封流
体が配管を通じて第１通路４から第２通路２４に流入す
るときにに、空間部３内で各通路４、２４の両側に配置
されたメカニカルシール１０に圧力が作用する。そし
て、メカニカルシール１０を構成する非回転用密封環１
１の第１背面１１Ｈとその正面にも作用する。同時に、
回転用密封環２の第２背面１２Ｈとその正面にも同様に
圧力が作用する。そして、この両正面と両背面１１Ｈ、
１２Ｈの受圧面積はほぼ同一に構成されているから、両
シール面１１Ａ、１２Ａはばね手段３８により設定通り
に接合する。又、回転用密封環１２はばね手段３８によ
り非回転用密封環１１側へ押圧されているから、第１シ
ール面１１Ａと第２シール面１２Ａとが密接し、第１通
路４と第２通路２４とを接続した連通路３０を形成す
る。

【００４１】更に、真空状態の場合にも、又ロータ２０
の第２通路２４から第１通路４に被密封流体が流れる場
合にも、第１実施の形態と同様な作用効果を奏する。

【００４２】図４は、本発明に係わる実施の形態の第１
ロータリージョイント１Ａ及び第２ロータリージョイン
ト１Ｂを半導体製造装置に取り付けた構成図である。図
５に於いて、図１に示す第１のロータリージョイント１
Ａをウェハポリッシングを行うＣＭＰ装置に於けるテー
ブル４０へ冷却水を供給するために回転部に取り付けた
状態を示す構成の側面図である。このＣＭＰ装置に取り
付けた第１ロータリージョイント１Ａを以下に説明す
る。

【００４３】回転テーブル４０の下部には、図示省略の
モータにより駆動される第１回転軸４１が設けられてい
る。この第１回転軸４１には、冷却水用の供給通路４２
と冷却水用の回収通路４３が設けられている。更に、第
１回転軸４１の下部には図１に示す構造の第１ロータリ
ージョイント１Ａが設けられている。又、第１回転軸４
１の供給通路４２と第１ロータリジョイント１Ａの第１
通路４（図１参照）が連通すると共に、回収通路４３と
第１通路４、４、４（図１参照）が連通する。そして、
第１ロータリージョイント１Ａの本体２の第１通路４、
４、４、４と回転するロータ２０の第２通路２４、２
４、２４、とは、各メカニカルシール１０間に形成され
る連通路３０、３０、３０、を介して回転状態でも連通
する。

【００４４】更に、この供給通路４２に接続された流体
供給用ポンプ６０から回転テーブル４０に設けられた冷
却回路４４に、回転又は非回転状態に係わらず、冷却水
を供給することが可能になる。そして、回転テーブル４
０に冷却水が送られてシリコンウェハＳや回転テーブル
４０が冷却される。

【００４５】これらの冷却水は回転テーブル４０の冷却
回路４４に対して十分に供給しなければならない。又、
回収通路４３も供給通路４２の流量断面積と同等以上に
しなければならない。しかし、本発明のようにシールリ
ング３６を耐摩耗性と共に、シールリングによる不具合
を解決することにより、往復可能な通路にすることが可
能であり、冷却通路と排出通路を兼用できるのでロータ
２０の径を大きくすることなく、多機能の通路を構成す
ることが可能になる。更に、シールリング３６の摩耗を
惹起させることなく、優れたシール能力を発揮する。

【００４６】次に、図４に示すＣＭＰ装置の上部に取り
付けられた第２ロータリージョイント１Ｂについて説明
する。図４に於いて、４０はシリコンウェハＳを載置し
て加工する回転テーブルである。この回転テーブル４０
は、第１回転軸４１に連結されてＰ１方向に回転する。
同時に、第２ロータリージョイント１Ｂを装備したパッ
ド支持体５３は、図示するＸ方向に進退移動する。更
に、パッド支持体５３に支持されている図示省略の駆動
モータにより回転する研磨パッド５４が、パッド支持体
５３の下部に取り付けられている。この研磨パッド５４
は、パッド支持体５３と研磨パッド５４に連結している
第２回転軸５５によりＰ２方向へ回動する。そして、研
磨パッド５４は、回動しながらシリコンウェハ上をＸ方
向に移動して研磨加工を行う。

【００４７】パッド支持体５３に設けられている第１給
排通路５８は、配管により研磨液を圧送する給排装置７
０と連通されている。更に、この第１給排通路５８は、
第２ロータリージョイント１Ｂの第１通路４に連通する
と共に、隣り合わせのメカニカルシール１０の間に形成
される連通路３０を介して第２通路２４に回動状態で連
通可能になる。又、第２ロータリージョイント１Ｂの第
１通路４は、第２回転軸５５に設けられている第２給排
通路５６に連通すると共に、研磨パッド５４の噴射通路
５１に連通する。

【００４８】そして、給排装置７０から圧送される研磨
液を第１給排通路５８を通して第２ロータリージョイン
ト１Ｂの第１通路４へ送り、第２ロータリージョイント
１Ｂでメカニカルシール１０間に形成される連通路３０
を介して回転するロータ２０の第２通路２４へ供給さ
れ、第２回転軸５５の第２給排通路５６を介して研磨パ
ッド５４の噴射通路５１に圧送する。そして、噴射通路
５１からシリコンウェハＳの上面に研磨液を噴射してシ
リコンウェハＳの表面研磨加工を行う。

【００４９】同時に、パッド支持体５３に設けられてい
る第１流体通路５９は、配管により空圧の流体給給装置
７５に連通されている。更に、第１流体通路５９は第２
ロータリージョイント１Ｂの第１通路４、４、４に連通
している。この第１通路４、４、４は、ロータ２０の第
２通路２４、２４、２４にメカニカルシール１０間の連
通路３０、３０，３０を介して回転状態でも連通する。
そして、第２通路２４、２４、２４から回転する第２回
転軸５５の第２流体通路５７に連通すると共に、第２流
体通路５７から研磨パッド５４の第２噴射通路５２に連
通して空気圧を噴射し、第１噴射通路５１から噴射され
る研磨液を均一に分散させる作用をする。同時に、研磨
した研磨液をシリコンウェハＳや、回転テーブル４０の
上面等から素早く排除させるために第１噴射通路５１内
を真空状態にする。

【００５０】これらの真空状態は、研磨液を素早く吸い
取る必要から、多数の第１及び第２噴射通路５１、５２
を介して行うか否かにその品質がかかっている。又、供
排装置７０により、研磨液等が第１給排通路５８を介し
て第１通路４、・・、連通路３０、・・、第２通路２
４、・・へ圧送され、第２ロータリージョイント１Ｂに
より回転状態でも研磨パット５４の第１噴射通路５１及
び第２噴射通路５２に研磨液と空気圧とを供給するが、
これらの作動は、供排装置７０の正圧作動により研磨パ
ット部５４とシリコンウェハＳとの間に流体供給装置７
５からの圧搾空気と共に、研磨液を噴射させて、研磨パ
ット部５４を回転させながらパット支持体５３によりシ
リコンウェハＳの上面を往復移動してシリコンウェハＳ
を研磨するものである。尚、研磨パッド部５４は、加工
前後の作業のために、Ｙ方向に上下移動する。

【００５１】更に、研磨終了後は、給排装置７０の研磨
ポンプを吸引作動に切り替えて第１噴射通路５１に残留
する研磨液を同一通路を介して吸引と排出とを可能に
し、シリコンウェハＳの表面に滴下しないように素早く
処理する。これらは多数の通路を必要とするが、１つの
通路を往復可能にすることによりこの通路の数を少なく
して作動流体の処理制御を容易にすると共に、ロータ２
０を小径にして研磨パット部５４やターンテーブルの作
動制御を良好にする。本発明の第１及び第２ロータリー
ジョイント１Ａ、１Ｂは、作動流体に応じて往復可能な
通路に構成でき且つメカニカルシール１０のシールリン
グ３６の摩耗等を防止して耐久能力を向上させる効果を
奏する。そして、本発明のロータリージョイント１Ａ、
１Ｂは、この様な用途に優れた効果を発揮する。

【００５２】更に、研磨終了後は、給排装置７０の研磨
ポンプを吸引作動に切り替えて各通路に残留する研磨液
を往復通路を介して吸引排出し、シリコンウェハＳの表
面に滴下しないように素早く処理することが可能にな
る。これらの作動はシールリング３６の表面を低摩擦材
製にすることにより、確実にメカニカルシール１０のシ
ール能力を向上できるからである。本発明のロータリー
ジョイント１は、往復通路を可能にし、しかも、メカニ
カルシール１０のシール能力を確実にすることにより、
この様な用途に優れた効果を発揮する。尚、図１及び図
２に示すロータ２０を軸方向へ貫通する通孔Ｓは、セン
サや制御用機器等に用いられるものである。

【００５３】

【発明の効果】本発明に係わるロータリージョイントに
よれば、以下のような効果を奏する。

【００５４】請求項１及び請求項２に係わる本発明のロ
ータリージョイントによれば、非回転用密封環と回転用
密封環とのシール面に対して内周側から被密封流体が作
用しても低摩擦でシールリングが移動自在に構成されて
いるから、メカニカルシールのシール面が確実にシール
する効果を奏する。

【００５５】又、ロータリージョイントを通る通路が真
空状態になっても、シールリングが低摩擦でシールリン
グ取付溝内を移動自在に構成されているから、固定用密
封環と回転用密封環とのシール面の密接が設定通りに設
計できて、確実にシール効果を発揮させることが可能に
なる。

【００５６】又、シールリングは摩擦係数が小さいから
シールリングの形成面に接着した状態で被密封流体の圧
力により無理に剥離されることもないから、摩耗、損傷
するのが防止される効果を奏する。更に、スラリー液
体、空気、真空状態が交互に作用する状態ではシールリ
ングの面にスラリー液体が入り込んで、簡単に摩耗させ
るが、シールリングの摩擦係数を小さくするとシールリ
ングの摩耗が防止できる効果を奏する。更に、シールリ
ングのシールリング取付溝内での移動自在な構成は、固
定用密封環と回転用密封環とのシール面を確実に密接さ
せるから、シール面にスラリー液体が入り込んでシール
面を摩耗させるのも防止する効果を奏する。

【００５７】請求項３に係わる本発明のロータリージョ
イントによれば、半導体製造装置用の多流路ロータリー
ジョイントは、多流路の構成であると共に、流体がロー
タリージョイントの多流通路を連続して流入及び流出が
繰り返されるものであるが、この様な用途のロータリー
ジョイントに、１つの作動流通路で流体を往復できるよ
うに構成されているのでロータリージョイントとしての
優れた効果を発揮する。つまり、本発明のようにシール
リングを低摩擦にしてメカニカルシールのシール効果を
高めると１つの流通路で作動流体を流入及び流出させる
ことができ、作動流体の応答性を向上させることが可能
になる。更に、シールリングの摩耗、損傷を防止し、メ
カニカルシールのシール能力を向上させることは、ロー
タリージョイントの耐久能力を向上させて、ロータリー
ジョイントを取り付けた装置の処理能力を安定させる効
果を奏する。例えば、シールリングが接着した不具合で
メカニカルシール１のシール面が簡単に被密封流体を漏
洩させるから、半導体製造装置の処理で簡単に不良を発
生させることになるが、これが防止される効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる第１の実施の形態を示すロータ
リージョイントの断面図である。

【図２】図１に示すロータリージョイントの１部を拡大
した断面図である。

【図３】本発明に係わる第２の実施の形態を示すロータ
リージョイント一部の断面図である。

【図４】本発明のロータリージョイントを装着したＣＭ
Ｐ装置の側面図である。

【図５】従来技術のロータリージョイントの断面図であ
る。

【図６】図５の１部を拡大した断面図である。

【符号の説明】

１ ロータリージョイント １Ａ 第１ローターリジョイント １Ｂ 第２ロータリージョイント ２ 本体 ２Ａ ブロック ３ 空間部 ４ 第１通路 ５ 第１保持部 ５Ａ 第１支持端面 ５Ｂ 第１嵌合面 ５Ｃ Ｏリング取付溝 ５Ｒ 第１嵌合案内部 ６ 内周面 ９第１止めピン １０ メカニカルシール １１ 第１密封環（非回転用密封環） １１Ａ 第１シール面 １１Ｂ 第１係止溝 １１Ｃ 第１案内面 １１Ｄ 第１受圧背面 １１Ｈ 第１背面 １２ 第２密封環（回転用密封環） １２Ａ 第２シール面 １２Ｂ 第２係止溝 １２Ｃ 第２案内面 １２ＣＨ 低摩擦外周部 １２Ｄ 第２受圧背面 １２Ｈ 第２背面 １３ シールリング取付溝（Ｏリング取付溝） ２０ ロータ ２１ 取付治具 ２４ 第２通路 ２４Ａ 接続通路 ２５ 第２保持部 ２５Ａ 第２支持端面 ２５Ｂ 第２嵌合面 ２５Ｒ 第２嵌合案内部 ２６ 通路用リング ２８ 外周面 ２９ 第２止めピン ３０ 連通路 ３２ ボルト ３３ 軸受 ３４ 配管 ３５ 第１シールリング ３６ 第２シールリング ３６Ａ 低摩擦外周部 ３７ Ｏリング ３８ ばね手段 ３９ 止めねじ ６０ 流体供給ポンプ ６５ 流体回収ポンプ ７０ 給排装置 ７５ 流体供給装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内周面内へ貫通する第１通路を有する本
   体と、前記本体の内周面と外周面が嵌合して回転自在に
   配置されていると共に前記外周面に貫通して前記第１通
   路と連通可能な第２通路を有するロータと、前記本体の
   内周面と前記ロータの外周面との間の前記第１通路と前
   記第２通路との接続空間部の両側に配置されて前記第１
   通路と前記第２通路との連通路を形成するメカニカルシ
   ールとを具備し、前記メカニカルシールは前記本体又は
   前記ロータの一方に有する第１保持部に保持されて一端
   に第１シール面を有する第１密封環と、前記ロータ又は
   前記本体の他方に有する第２保持部に軸方向移動自在に
   保持されて対向する前記第１シール面と密接する第２シ
   ール面を有すると共に他端に弾発手段により押圧される
   第２背面を有する第２密封環とを備え、前記第２密封環
   には第２案内面に第２支持端面との間に形成されるシー
   ルリング取付溝を有し、且つ前記シールリング取付溝に
   装着されたゴム状弾性材製のシールリングを有すると共
   に前記シールリングの表面に前記ゴム状弾性材より摩擦
   係数の小さな材質の低摩擦外周部又は／及び前記シール
   リング取付溝の前記シールリングと接合する面に前記ゴ
   ム状弾性材より摩擦係数の小さな材質の低摩擦外周部を
   有することを特徴とするロータリージョイント。
2. 【請求項２】 前記第１保持部には内周に前記第２密封
   環方向へリング状に突出して外周面に第１嵌合面を有す
   ると共に自由端に第１支持端面を形成した第１嵌合案内
   部を有し、前記第１密封環にはシールリングを介して前
   記第１嵌合面に嵌合する第１案内面を有すると共に前記
   第１支持端面と対向する第１受圧背面を有し、前記第２
   保持部には前記第１密封環側へリング状に突出して外周
   面に第２嵌合面を有すると共に自由端に前記第２支持端
   面を形成した第２嵌合案内部を有し、前記第２密封環に
   は前記第２嵌合面と嵌合摺動する第２案内面を有すると
   共に前記第２案内面と前記第２支持端面との間にシール
   リング取付溝を形成する前記第２受圧背面を有し、前記
   第１受圧背面の面積と前記第２受圧背面の面積とをほぼ
   同一面積に形成したことを特徴とする請求項１に記載の
   ロータリージョイント。
3. 【請求項３】 前記ロータリージョイントが半導体製造
   装置用多流路ロータリージョイントとして用いられるこ
   とを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロータリ
   ージョイント。