JP2009275900A - Rotary joint for strongly corrosive liquid - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体基板洗浄装置(例えば、RCA洗浄装置)等において相対回転部材間でふっ酸等の強腐食性液(強酸,強アルカリ)を流動させる場合に使用される強腐食性液用ロータリジョイントに関するものである。 The present invention relates to a rotary for strong corrosive liquid used when a strong corrosive liquid (strong acid, strong alkali) such as hydrofluoric acid flows between relative rotating members in a semiconductor substrate cleaning apparatus (for example, RCA cleaning apparatus). It relates to joints.
例えば、半導体基板洗浄装置の相対回転部材間(装置本体等の固定側部材と洗浄テーブル等の回転側部材との間)で液状流体を流動させるためのロータリジョイントとしては、従来から、ケース体に形成したケース側通路とケース体に回転自在に連結した回転軸体に形成した軸側通路とを、ケース体に設けた静止密封環と回転軸体に設けた回転密封環とで構成されるメカニカルシールによってシールされたシール空間により相対回転自在に連通接続するように構成したものが提案されており、シール空間をケース体と回転軸体との対向端面間に配設した一つの端面接触形メカニカルシールでシールするようにしたもの(例えば、特許文献1の図1を参照)やシール空間をケース体と回転軸体との対向周面間に配設した一対の端面接触形メカニカルシールでシールするようにしたもの(例えば、特許文献2の図1を参照)が周知である。 For example, as a rotary joint for flowing a liquid fluid between relative rotation members of a semiconductor substrate cleaning apparatus (between a fixed side member such as an apparatus main body and a rotation side member such as a cleaning table), a case body has been conventionally used. A mechanical comprising a case-side passage formed and a shaft-side passage formed in a rotary shaft body rotatably connected to the case body, with a stationary seal ring provided in the case body and a rotary seal ring provided in the rotary shaft body One end face contact type mechanical system has been proposed in which a seal space sealed by a seal is connected to be connected in a relatively rotatable manner. The seal space is disposed between opposing end faces of a case body and a rotary shaft body. A pair of end-face contact type mechanisms in which a seal is provided with a seal (see, for example, FIG. 1 of Patent Document 1) and a seal space is disposed between opposing circumferential surfaces of the case body and the rotary shaft body. Those to be sealed with Lucille (e.g., see Figure 1 of Patent Document 2) are known.
しかし、これら従来のロータリジョイントにあっては、流路の相対回転接続部分であるシール空間をシールするメカニカルシールとして、静止密封環と回転密封環とを相対回転摺接させる端面接触形のものを使用しているために、両密封環の摺接による摩耗粉等のパーティクルが流路を流動する液状流体に混入する虞れがあり、コンタミネーション対策が十分ではなかった。また、メカニカルシールの構造上、液状流体のロータリジョイント外への漏洩を完璧に阻止することができないため、流路を流動させる液状流体がふっ酸等の強腐食性液である場合には、強腐食性液が僅かでもロータリジョイント外に漏洩すると、ロータリジョイント周辺機器が腐食したり作業者が火傷したりする等の問題が生じる。 However, in these conventional rotary joints, as a mechanical seal that seals the seal space that is a relative rotational connection part of the flow path, an end face contact type that makes a stationary sealing ring and a rotational sealing ring make a relative rotational sliding contact is used. Since it is used, there is a possibility that particles such as abrasion powder due to sliding contact between both sealing rings may be mixed into the liquid fluid flowing in the flow path, and contamination countermeasures are not sufficient. In addition, because of the structure of the mechanical seal, it is impossible to completely prevent leakage of the liquid fluid to the outside of the rotary joint. Therefore, if the liquid fluid flowing through the flow path is a strong corrosive liquid such as hydrofluoric acid, If even a little corrosive liquid leaks out of the rotary joint, problems such as corrosion of peripheral devices around the rotary joint and burns of the operator may occur.
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、ふっ酸等の強腐食性液を流動させる場合において、そのコンタミネーション及び漏洩を確実に防止することができる強腐食性液用ロータリジョイントを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of such points, and in the case of flowing a strong corrosive liquid such as hydrofluoric acid, the rotary joint for strong corrosive liquid that can reliably prevent contamination and leakage. Is intended to provide.
本発明は、上記の目的を達成すべく、筒状のケース体とこれに回転自在に連結された回転軸体との対向周面間に、軸線方向に並列する各一対の第1〜第3メカニカルシールにより、第1シール空間、その両側に位置する一対の第3シール空間及び第1シール空間と各第3シール空間との間に位置する一対の第2シール空間からなる5つのシール空間を区画形成し、ケース体に形成したケース側通路と回転軸体に形成した軸側通路とを第1シール空間を介して連続接続させることにより、強腐食性液を流動させる一連の流路を形成し、第2シール空間に強腐食性液よりも低圧の第1封液を供給すると共に第3シール空間に第1封液よりも高圧の第2封液を供給し、第1シール空間と第2シール空間との間をシールする第1メカニカルシールを、ケース体に設けた静止密封環と回転軸体に設けた回転密封環との対向端面である密封端面を非接触状態に保持して強腐食性液の第1シール空間から第2シール空間への微少漏洩を許容する非接触形メカニカルシールに構成し、第2シール空間と第3シール空間との間をシールする第2メカニカルシール及び第3シール空間を第2メカニカルシールと協働してシールする第3メカニカルシールを、各々、ケース体に設けた静止密封環と回転軸体に設けた回転密封環との対向端面である密封端面が相対回転摺接する端面接触形メカニカルシールに構成してあることを特徴とする強腐食性液用ロータリジョイントを提案する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a pair of first to third pairs arranged in parallel in the axial direction between opposed circumferential surfaces of a cylindrical case body and a rotary shaft body rotatably connected thereto. By the mechanical seal, five seal spaces comprising a first seal space, a pair of third seal spaces located on both sides of the first seal space, and a pair of second seal spaces located between the first seal space and each third seal space are provided. A series of flow paths for flowing strongly corrosive liquid is formed by continuously connecting the case side passage formed in the case body and the shaft side passage formed in the rotating shaft body through the first seal space. The first sealing liquid having a pressure lower than that of the strong corrosive liquid is supplied to the second seal space and the second sealing liquid having a pressure higher than that of the first sealing liquid is supplied to the third seal space. A first mechanical seal that seals between two seal spaces, From the first seal space of the highly corrosive liquid to the second seal space, the sealed end face, which is the opposite end face between the stationary seal ring provided on the casing body and the rotary seal ring provided on the rotary shaft body, is maintained in a non-contact state. A non-contact type mechanical seal that allows slight leakage of the second seal and the third seal space that seals between the second seal space and the third seal space in cooperation with the second mechanical seal. Each of the third mechanical seals is configured as an end-face contact type mechanical seal in which a sealing end surface, which is an opposing end surface of a stationary sealing ring provided on the case body and a rotary sealing ring provided on the rotary shaft body, is in relative rotational sliding contact. We propose a rotary joint for highly corrosive liquids.
本発明によれば、流路の相対回転部分を構成する第1シール空間が非接触形メカニカルシールである第1メカニカルシールによってシールされていること及び第1メカニカルシールによって第1シール空間と区画された第2シール空間が第1シール空間より低圧に保持されていることから、第1メカニカルシールの密封端面間から強腐食性液が第2シール空間へと常時漏洩することになり、その結果、当該密封端面間において摩耗粉等のパーティクルが発生したとしても、それが上記漏洩液によって第1シール空間へと侵入することがなく、流路を流動する強腐食性液におけるコンタミネーションの発生はこれが確実に防止される。また、第2シール空間に漏洩した強腐食性液が第2封液によって希釈されること及び第2シール空間がこれより高圧の第1シール空間とその両側の第3シール空間との間に形成されていて第1シール空間から漏洩した強腐食性液が第2シール空間外に漏洩することがないことから、強腐食性液が希釈されないままロータリジョイント外に漏洩することがなく、高圧腐食性液の漏洩による前記した問題の発生が確実に防止される。したがって、本発明のロータリジョイントは、強腐食性液をそのコンタミネーションや漏洩を生じることなく安全且つ確実に相対回転部材間で流動させることができるものであり、厳格なコンタミネーション対策や漏洩防止策を講じておく必要のある半導体基板洗浄装置等の回転機器に好適に使用できる極めて実用的価値大なるものである。 According to the present invention, the first seal space constituting the relative rotation portion of the flow path is sealed by the first mechanical seal that is a non-contact type mechanical seal, and is partitioned from the first seal space by the first mechanical seal. Since the second seal space is held at a lower pressure than the first seal space, the strong corrosive liquid always leaks from between the sealing end faces of the first mechanical seal to the second seal space. Even if particles such as abrasion powder are generated between the sealed end faces, they do not enter the first seal space due to the leakage liquid, and this is the occurrence of contamination in the strong corrosive liquid flowing in the flow path. It is surely prevented. Further, the strong corrosive liquid leaking into the second seal space is diluted with the second seal liquid, and the second seal space is formed between the first seal space having a higher pressure and the third seal spaces on both sides thereof. The strong corrosive liquid leaked from the first seal space does not leak out of the second seal space, so that the strong corrosive liquid does not leak out of the rotary joint without being diluted. Occurrence of the above-described problem due to liquid leakage is reliably prevented. Therefore, the rotary joint of the present invention can flow the strong corrosive liquid between the relative rotating members safely and surely without causing the contamination and leakage. Strict contamination countermeasures and leakage prevention measures This is a very practical value that can be suitably used for a rotating device such as a semiconductor substrate cleaning apparatus that needs to be protected.
図1は本発明に係るロータリジョイントの一例を示す縦断正面図であり、図2は図1の要部を拡大して示す詳細図である。図3〜図5は、夫々、図2のIII−III線に沿う要部の横断底面図であり、動圧発生溝を例示するものである。なお、以下の説明において、上下とは図1及び図2における上下をいうものとする。 FIG. 1 is a longitudinal sectional front view showing an example of a rotary joint according to the present invention, and FIG. 2 is an enlarged detailed view showing a main part of FIG. 3 to 5 are cross-sectional bottom views of essential parts taken along line III-III in FIG. 2, respectively, illustrating dynamic pressure generating grooves. In the following description, “upper and lower” refers to the upper and lower sides in FIGS.
図1に示すロータリジョイントは、ウエハの洗浄液としてフッ酸等の強腐食性液を使用する半導体洗浄装置等における固定側部材と回転側部材との間で当該強腐食性液1を流動させるためのものであり、筒状のケース体2とこれに回転自在に連結された回転軸体3との対向周面間に、軸線方向(上下方向)に並列する各一対の第1メカニカルシール4,4、第2メカニカルシール5,5及び第3メカニカルシール6,6により、第1シール空間7、その両側に位置する一対の第3シール空間9,9及び第1シール空間7と各第3シール空間9との間に位置する一対の第2シール空間8,8からなる5つのシール空間を区画形成して、第1シール空間7を介して連通する一連の流路10により両体2,3間で強腐食性液1をコンタミネーションを生じることなく良好に流動させるように工夫すると共に、第2及び第3シール空間8,9に異圧の封液11,12を供給させることにより流路10からの液漏れを確実に防止するように工夫したものである。
The rotary joint shown in FIG. 1 is for causing the strong
ケース体2は内周面が断面円形をなす筒構造体であり、軸線が上下方向に延びる状態で半導体洗浄装置等の固定側部材に取り付けられている。ケース体2の内周面には、第1環状支持壁2a及びその上下両側に位置する一対の第2環状支持壁2b,2bが突出形成されている。なお、ケース体2は、軸線方向に複数部分に分割された構造をなしており、これらの複数個の分割部分をボルト等(図示せず)により相互連結することによって、円筒状の一体構造物に組み立てられている。
The
回転軸体3は、図1に示す如く、軸線が上下方向に延びる状態で半導体洗浄装置等の回転側部材に取り付けられた円柱状の軸本体3aと、軸本体3aに軸線方向に所定間隔を隔てて並列状に嵌合固定された4個の円筒状の保持筒3bと、軸本体3aの一端部(上端部)に固着されたベアリング受体3cとからなり、第2環状支持壁2b,2bの上下両側に配置した上下一対のベアリング13,13によりケース体2の内周部に同心状をなして回転自在に且つ軸線方向相対移動不能に支持,連結されている。なお、最上端に位置する保持筒3bは、有底円筒状のベアリング受体3cの周壁を構成している。また、上位のベアリング13はベアリング受体3cとケース体2の上端部との対向周面間に装填されており、下位のベアリング13は軸本体3aの下端側部分とケース体2の下端部との対向周面間に装填されている。
As shown in FIG. 1, the
両体2,3の対向周面間(ケース体2の内周面と回転軸体3の外周面との間)に形成される環状空間は、図1に示す如く、軸線方向に並列する6個のメカニカルシール(一対の第1メカニカルシール4,4、その上下両側に配置した一対の第2メカニカルシール5,5及び更にその上下両側に配置した一対の第3メカニカルシール6,6)によって5つのシール空間(第1シール空間7、その上下両側に位置する一対の第3シール空間9,9及び第1シール空間7と各第3シール空間9との間に位置する一対の第2シール空間8,8)とこれらのシール空間群の上下両側に位置する一対のベアリング収納空間(各ベアリング13が配置された空間)14,14とに区画されている。すなわち、第1シール空間7と各第2シール空間8との間は第1メカニカルシール4によって区画シールされており、各第2シール空間8とこれに隣接する第3シール空間9との間は第2メカニカルシール5によって区画シールされており、各第3シール空間9とこれに隣接するベアリング収納空間14との間は第3メカニカルシール6によって区画シールされている。
An annular space formed between the opposing peripheral surfaces of the two
而して、流路10は、図1に示す如く、一対の第1メカニカルシール4,4によりシールされた第1シール空間7と、ケース体2に形成されて第1シール空間7に連通するケース側通路15と、回転軸体3に形成されて第1シール空間7に連通する軸側通路16とからなる。
Thus, as shown in FIG. 1, the
ケース側通路15は、図1に示す如く、第1環状支持壁2aを径方向に貫通しており、その一端部を第1シール空間7に開口すると共にその他端部をケース体2の外周部において前記固定側部材に形成された固定側流路に接続してある。軸側通路16は、図1に示す如く、軸本体3aの中心部を貫通しており、その一端部を保持筒3bを貫通して第1シール空間7に開口すると共に、その他端部を軸本体3aの端部(下端部)において前記回転側部材に形成された回転側流路に接続してある。
As shown in FIG. 1, the case-
第1シール空間7をシールする各第1メカニカルシール4は、図1に示す如く、ケース体2に設けた静止密封環17と回転軸体3に設けた第1回転密封環18と静止密封環17を回転密封環18へと押圧附勢するスプリング19とを具備して、両密封環17,18の対向端面たる密封端面20,21の一方に形成した動圧発生溝22により密封端面20,21間に第1シール空間7内の強腐食性液1による動圧を発生させるように構成された動圧形の非接触形メカニカルシールである。すなわち、各第1メカニカルシール4は、図2に示す如く、回転密封環18の密封端面(回転側密封端面)21に形成した動圧発生溝22により当該密封端面21と第1静止密封環17の密封端面(静止側密封端面)20との間に動圧を発生させることにより、密封端面20,21間を強腐食性液1による潤滑膜が介在する非接触状態に保持しつつ、第1シール空間7とこれに隣接する第2シール空間8との間をシールするように構成されており、第1シール空間7内の強腐食性液1が密封端面20,21間から第2シール空間8へと漏洩することを微少の所定範囲で許容するものである。なお、両第1メカニカルシール4,4は、図1に示す如く、両回転密封環18,18間に両静止密封環17,17が位置するように、軸線方向に逆向きに配置されたダブルシール形態をなしている。
As shown in FIG. 1, each first
各静止密封環17は、図1及び図2に示す如く、第1環状支持壁2aの内周面にOリング23を介して軸線方向に移動可能に嵌合保持されており、その密封端面20は軸線(両体2,3の回転軸線であり、以下、単に「軸線」という)に直交する同心円状の平滑面に構成されている。両静止密封環17,17はその背面(密封端面20,20とは反対側の軸線方向端面)が対向する状態で第1環状支持壁2aに保持されており、各静止密封環17の外周部に形成した凹部24を第1環状支持壁2aに軸線方向に貫通支持させた共通のドライブピン25に係合させることにより、所定範囲での軸線方向移動を許容する状態でケース体2に対する相対回転を阻止されている。なお、第1環状支持壁2aにおけるドライブピン25の挿通箇所はケース側通路15に干渉しない位置に設定されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, each
各回転密封環18は、図1に示す如く、隣接する保持筒3b,3bで挟圧した状態で軸本体3aに嵌挿させることにより、各静止密封環17に対向する位置に配して軸本体3aの外周面に固定されている。なお、各回転密封環18と軸本体3aとの間は、軸本体3aと各保持筒3bとの間に装填したOリング26によりシールされている。
As shown in FIG. 1, each
各回転密封環18の端面(保持筒3bが衝合している内径側部分を除く)は、静止側密封端面20と同様に、軸線に直交する同心円状の平滑面をなす密封端面21に構成されている。各回転側密封端面21の外径は静止側密封端面20の外径と同一又は若干大きく設定されており、その内径(保持筒3bの外径に相当する)は、第1メカニカルシール4の構成上、必然的に静止側密封端面20の内径より小さくなっている(静止密封環17の内径は、当該密封環17の内周部が保持筒3bの外周部に干渉しないように、保持筒3bの外径より大きく設定されている)。したがって、各第1メカニカルシール4において強腐食性液1による潤滑膜が形成される環状領域(両密封端面20,21が重合する環状領域であって、以下「シール領域」という)Wの径方向幅(シール面幅)は静止側密封端面20の径方向幅に一致している。
The end face of each rotary seal ring 18 (excluding the inner diameter side portion with which the
スプリング19は、各第1メカニカルシール4において静止密封環17を回転密封環18へと押圧附勢するためのものであり、複数のコイルスプリング(1個のみ図示)を周方向に配置してなるが、この例では、図1に示す如く、各コイルスプリングを、第1環状支持壁2aに形成した貫通孔27に挿通保持させた状態で当該環状支持壁2aに保持された両第1静止密封環17,17間に装填することによって、両第1メカニカルシール4,4における共通の附勢手段として機能するように工夫してある。なお、各貫通孔27はケース側通路15に干渉しない位置に形成されている。
The
各回転側密封端面21には、図3に示す如く、複数の円弧状をなす動圧発生溝22が周方向にヘリカル状に並列するように形成されている。各動圧発生溝22は、回転側密封端面21の相対回転方向(A方向)において高圧流体領域側(内径側)から低圧流体領域側(外径側)へと円弧状に延びる浅い溝であり、高圧流体領域側の端部22aを除いて密封端面20,21間のシール領域Wに位置するように形成されている。高圧領域側の端部22aはシール領域Wから回転側密封端面21の内径側へと食み出しており、高圧流体領域たる第1シール空間7に開口されている。なお、両回転側密封端面21,21の動圧発生溝22,22は、軸線に直交する面に対して対称形状となっている。而して、各第1メカニカルシール4においては、動圧発生溝22が形成された密封端面(回転側密封端面21)が動圧発生溝22が形成されていない密封端面(静止側密封端面20)に対してA方向に相対回転することにより、シール領域W外に開口する端部22aから第1シール空間7内の強腐食性液1が導入されて、密封端面20,21間のシール領域Wにおいて強腐食性液1による動圧が発生される。そして、この動圧と第1静止密封環17に作用する強腐食性液1による背圧及びスプリング19による附勢力とがバランスされることにより、密封端面20,21間が強腐食性液1による流体膜を介在した非接触状態に保持される。したがって、ケース側通路15と軸側通路16とを第1シール空間7を介して相対回転自在に連通接続してなる流路4においては、強腐食性液1が密封端面20,21間から第1シール空間7外へと(つまり第2シール空間8へと)所定の微量漏れを生じつつ流動されることになる。
As shown in FIG. 3, a plurality of arc-shaped dynamic
なお、動圧発生溝22の形状は、周知の動圧形の非接触形メカニカルシール(例えば、特開平7−260009号公報及び特開平6−174107号公報等を参照)において採用される動圧発生溝と同様であり、シール条件(密封端面20,21の相対回転速度(回転軸体3の回転速度)、第1シール空間7内における強腐食性液1の圧力及び密封端面20,21間からの許容漏れ量等)に応じて適宜に設定することができる。例えば、動圧発生溝22は、図3に示す形状とする他、図4又は図5に例示する如き形状とすることもできる。すなわち、図4に示すものでは、回転側密封端面21の半径方向に直線状に延びる複数の動圧発生溝22が放射状をなして並列している。各動圧発生溝22は、図3に示す動圧発生溝22と同様に、高圧流体領域側(内径側)の端部22aを除いて密封端面20,21間のシール領域Wに位置するように形成されており、高圧領域側の端部22aはシール領域Wから食み出して第1シール空間7に開口されている。図4に示す動圧発生溝22を採用する場合、回転側密封端面21がA方向に正転した場合及びA反対方向に逆転した場合の何れにおいても動圧を発生させることができ、回転軸体3を正逆転駆動する場合にも適正なロータリジョイントとして使用することができる。このように回転軸体3を正逆転駆動させる用途に使用されるロータリジョイントにあっては、動圧発生溝22を図5に示す如き形状としておくこともできる。すなわち、図5は特開平7−260009号公報に開示された動圧発生溝と同様のものであり、回転側密封端面21の直径線に対して対称形状をなす第1及び第2動圧溝群22A,22Bを周方向に交互に並列配置してなるものであって、図4に示すものと同様に、回転側密封端面21がA方向に正転した場合及びA反対方向に逆転した場合の何れにおいても、動圧を発生させることができる。第1動圧溝群22Aは、シール領域W外の高圧側端部22aから回転側密封端面21の半径方向に延びる直線部分とその端部からA方向に延びる円弧部分とからなるL字形の動圧発生溝22のグループで構成され、第2動圧溝群22Bは、シール領域W外のる高圧側端部22aから回転側密封端面21の半径方向に延びる直線部分とその端部からA反対方向に延びる円弧部分とからなるL字形の動圧発生溝22のグループで構成されている。
The shape of the dynamic
各第2シール空間8をシールする第2メカニカルシール5は、図1に示す如く、ケース体2に設けた静止密封環28と回転軸体3に設けた回転密封環29と静止密封環28を回転密封環29へと押圧附勢するスプリング(前記スプリング19と同様に複数のコイルスプリングからなる)30とを具備して、両密封環28,29の対向端面たる密封端面31,32の相対回転摺接作用により、第2シール空間8と第3シール空間9とを遮蔽シールするように構成された端面接触形メカニカルシールである。また、各第3シール空間9をシールする第3メカニカルシール6は、図1に示す如く、第2メカニカルシール5と同様に、ケース体2に設けた静止密封環33と回転軸体3に設けた回転密封環34と静止密封環33を回転密封環34へと押圧附勢するスプリング(前記スプリング19と同様に複数のコイルスプリングからなる)35とを具備して、両密封環33,34の対向端面たる密封端面36,37の相対回転摺接作用により、第3シール空間9とベアリング収納空間14とを遮蔽シールするように構成された端面接触形メカニカルシールである。
As shown in FIG. 1, the second
各メカニカルシール5,6の静止密封環28,33は、図1に示す如く、第2環状支持壁2bの内周面にOリング38,39を介して軸線方向に移動可能に嵌合保持されており、当該静止密封環28,33の外周部に形成した凹部40,41を第2環状支持壁2bに固定したドライブピン42,43に係合させることにより、所定範囲での軸線方向移動を許容する状態でケース体2に対する相対回転を阻止されている。なお、この例では、前記第1環状支持壁2aに貫通支持させたドライブピン25の各端部を延長して、この延長部分を静止密封環28の相対回転を阻止するドライブピン42として兼用している。
As shown in FIG. 1, the stationary seal rings 28 and 33 of the
各回転密封環29,34は、図1に示す如く、隣接する保持筒3b,3b間で挟圧した状態又は保持筒3bと軸本体3aに形成した段部との間で挟圧した状態で軸本体3aに嵌挿させることにより、各静止密封環28,33に対向する位置に配して軸本体3aの外周面に固定されている。なお、各回転密封環29,34と軸本体3aとの間は、軸本体3aと各保持筒3bとの間に装填したOリング26によりシールされている。
As shown in FIG. 1, each
各回転密封環29,34の端面(保持筒3bが衝合している内径側部分を除く)は、静止側密封端面28,34と同様に、軸線(両体2,3の回転軸線)に直交する同心円状の平滑面をなす密封端面32,37に構成されているが、各第2メカニカルシール5の回転密封環29は、前記回転密封環18の両端面を密封端面21,32とすることにより、当該回転密封環18で兼用されている。かかる回転密封環18,29の兼用により、部材点数の削減とロータリジョイントの短尺化(軸線方向長さの短縮化)を図っている。
The end surfaces of the rotary sealing rings 29 and 34 (except for the inner diameter side portion where the holding
而して、両第2シール室8,8には、ケース体2に形成した給排液路44,45により第1封液11が循環供給される。すなわち、この例では、両第2シール室8,8はスプリング挿通孔27を介して連通されていることから、図1に示す如く、ケース体2に一方の第2シール室8に連通する給液路44を形成すると共に他方の第2シール室8に連通する排液路45を形成して、第1封液11を給液路44から両第2シール室8,8に供給するようになっている。両第2シール室8,8に供給された第1封液11は、排液路45からロータリジョイント外に排出され、適宜の循環路を経て給液路44へと循環されるようになっている。第1封液11としては、流路10を流動する強腐食性液体1より低圧の常温水又は冷却水が使用され、第2シール室8を第1シール室7より低圧に保持する。第1封液11の圧力は、例えば、第2シール室8が第1シール室7より0.1MPa程度低圧となるように設定される。
Thus, the first sealing
また、両第3シール室9,9には、ケース体2に形成した給排液路46,47により第2封液12が循環供給される。すなわち、図1に示す如く、ケース体2に各第2シール室8に連通する一対の給液路46,46及び排液路47,47を形成して、第2封液12を各給液路46から各第3シール室9に供給するようになっている。各第3シール室9に供給された第2封液12は、各排液路47からロータリジョイント外に排出され、適宜の循環路を経て各給液路46へと循環されるようになっている。第2封液12としては、第1封液11より高圧の常温水又は冷却水が使用され、両第3シール室9,9を第2シール室8,8より高圧に保持する。第2封液12の圧力は、例えば、第3シール室9が第2シール室8より0.1MPa程度高圧となるように設定される。なお、一方の給排液路46,47間の循環路と他方の給排液路46,47間の循環路とは兼用することができるが、兼用しない場合にも両第3シール室9,9が同圧に保持されるようにしておくことが好ましい。なお、ケース体2には、各ベアリング収納空間14におけるベアリング13と第3回転密封環34との間の部分(ドレン空間)に開口するドレン路48,48が形成されている。
Further, the second sealing
ところで、流路10を流動する強腐食性液1が接触する部材(両体2,3及び密封環17,18等)又はその強腐食性液1の接触面(各通路15,16の内周面及び密封端面20,21等)の構成材料としては、耐腐食性(耐薬品性)に富むものが使用され、特に、強腐食性液1が金属汚染を回避すべきに半導体洗浄等の用途に使用されるものである場合には、耐腐食性に優れた非金属材(例えば、PTFE,PFE,PEEK等の耐食性プラスチック、フッ素ゴム等の耐食性ゴムやSiC等のセラミックス等)が使用される。また、必要に応じて、第1メカニカルシール4から漏洩した強腐食性液1が接触する可能性のある部材又はその接触面についても、上記した耐腐食性に富む材料で構成しておくことが好ましい。なお、部材全体を耐腐食性材で構成しておくことが強度等の面で困難である場合等においては、当該部材の表面(強腐食性液1の接触面)に当該耐腐食性材をコーティングしておく。この例では、全ての密封環17,18,28,29,36,37をSiCで構成し、強度等の点で耐腐食性プラスチック,ゴムで構成することが困難である部材については、鋼等の金属材で構成し、その表面(強腐食性液1の接触面)に耐食性プラスチックをコーティングしてある。
By the way, members (both
以上のように構成されたロータリジョイントにあっては、第1シール空間7をシールする第1メカニカルシール4が非接触形メカニカルシールであるから、密封端面20,21の接触による摩耗粉の発生や焼き付きを生じることなく、強腐食性液1を相対回転部材2,3間で良好に流動させることができる。また、第1メカニカルシール4は第1シール空間7を流動する強腐食性液1が密封端面20,21間から漏洩することを許容するものであり、第1メカニカルシール4により第1シール空間7と区画された第2シール空間8,8の圧力が第1シール空間7より低圧に保持されているから、第1シール空間7内の強腐食性液1が密封端面20,21から第2シール空間8,8へと常時微量漏洩し続けることになる。したがって、仮に密封端面20,21間において摩耗粉等のパーティクルが発生した場合にも、これらのパーティクルは漏洩液と共に第2シール空間8へと排出されて、第1シール空間7内に侵入することがなく、流路10を流動する強腐食性液1へのパーティクル混入は確実に回避される。
In the rotary joint configured as described above, the first
また、第1シール空間7から第2シール空間8,8に漏洩した強腐食性液1は、第2シール空間8,8に循環供給される第1封液(水)11によって希釈される。そして、各第2シール空間8と第3シール空間9とを区画する第2メカニカルシール5が漏れを許容しない端面接触形メカニカルシールであること、各第3シール空間9には第2シール空間8より高圧の第2封液(水)12が循環供給されていることから、第2シール空間8,8に漏洩した強腐食性液1は、万が一にも、第3シール空間9,9に漏洩することがない。したがって、第2及び第3シール空間8,9の存在により、強腐食性液1が第1シール空間7からそのままロータリジョイント外へと漏洩することがなく、強腐食性液1の漏洩による問題(ロータリジョイント周辺機器の腐食や作業者が火傷する等の問題)はこれが全く生じることがない。なお、第1封液11の循環路には、必要に応じて、排液路45から排出される第1封液11に混入する強腐食性液1を更に希釈処理又は除去処理(中和処理等)する処理装置が配設される。
Further, the strong
また、各第2及び第3メカニカルシール5,6は端面接触形メカニカルシールであるが、それらの相対回転摺接部分である密封端面31,32及び36,37は第2封液12で潤滑(及び冷却)されることになるから、当該相対回転摺接部分が異常摩耗したり焼き付いたりすることがない。そして、第2封液12による潤滑に伴い、密封端面31,32間からは液漏れが生じる虞れがあるが、かかる場合、第2メカニカルシール5の密封端面31,32からは高圧の第3シール室9から低圧の第2シール室8へと液漏れ(第2封液12の漏洩)が生じることになるから、第2シール室8に漏洩した強腐食性液1が第3シール室9へと漏洩することがなく、強腐食性液1の漏洩による問題は生じない。また、上記第2封液12による潤滑に伴い第3メカニカルシール6の密封端面36,37からも液漏れが生じる虞れがあり、第2封液12が第3シール室9から大気圧領域であるベアリング収納空間14へと漏洩することがありうるが、かかる場合にも、第3シール室9には上記した如く第1シール室7から第2シール室8への漏洩液(強腐食性液1)が侵入しないことから、ベアリング収納空間14には強腐食性液1を含まない第2封液(水)12が漏洩するにとどまる。したがって、各第2及び第3メカニカルシール5,6が端面接触形メカニカルシールであってそれらの相対回転摺接部分から潤滑に伴う液漏れが生じる場合にも、強腐食性液1の漏洩による問題は全く生じない。なお、各ベアリング収納空間14に漏洩した第2封液12はドレン路48から排出されるが、このドレン液12には上記した如く強腐食性液1は全く含有されていない。
Each of the second and third
ところで、回転軸体3の回転が低速となって密封端面20,21を非接触状態に保持するに十分な動圧を得ることができないような事態となった場合にも、動圧発生溝22の存在により密封端面20,21が異常摩耗する等のトラブルはこれを回避することができる。例えば、ロータリジョイントの運転開始時又は運転停止時において回転軸体3が低速回転のため密封端面20,21を非接触状態に保持するに十分な動圧が発生されない段階では密封端面20,21が接触して摩耗する虞れがあるが、このような虞れは、第1シール空間7に強腐食性液1が充満する状態で運転開始又は運転停止することによって回避することができる。すなわち、運転開始前の回転軸体3の完全停止状態において第1シール空間7に強腐食性液1が充満していると、動圧発生溝22の端部22aが第1シール空間7に開口していることから、この端部22aから動圧発生溝22内に強腐食性液1が侵入,滞留する。したがって、この状態から運転が開始されると、回転軸体3が動圧を発生させるに十分な速度で回転していない段階にあっても、シール領域Wには動圧発生溝22に滞留する強腐食性液1による潤滑(液体潤滑)が行われことから、動圧を発生させるに十分な速度に達するまでの間において密封端面20,21がドライ接触するようなことがなく、摩耗粉の発生や焼き付きを生じることがない。このことは、運転停止時において、回転軸体3の回転速度が動圧を発生させるに十分な速度以下に低下した場合にも同様である。このように回転軸体3が動圧を発生させるに十分な速度で回転していない場合にも密封端面20,21が強腐食性液1による潤滑が行われることになるから、運転開始又は運転停止時における如く回転軸体3が低速回転するような場合にも、コンタミネーションの発生を回避することができる。したがって、運転開始及び運転停止が頻繁に繰り返される条件下で使用される場合や回転軸体3が不測に速度低下,回転停止した場合にも、流路4内にコンタミネーションが発生するようなことがない。勿論、密封端面20,21においてパーティクルが発生するようなことがあっても、第1シール室7が第2シール室8より高圧であるため、上記した如く第1シール室7内の強腐食性液1が汚染されるようなことがなく、コンタミネーションの発生は生じない。
By the way, even when the rotation of the
1 強腐食性液
2 ケース体
3 回転軸体
4 第1メカニカルシール
5 第2メカニカルシール
6 第3メカニカルシール
7 第1シール空間
8 第2シール空間
9 第3シール空間
10 流路
11 第1封液
12 第2封液
14 ベアリング収納空間
15 ケース側通路
16 軸側通路
17 静止密封環
18 回転密封環
19 スプリング
20 静止密封環の密封端面
21 回転密封環の密封端面
22 動圧発生溝
28 静止密封環
29 回転密封環
30 スプリング
31 静止密封環の密封端面
32 回転密封環の密封端面
33 静止密封環
34 回転密封環
35 スプリング
36 静止密封環の密封端面
37 回転密封環の密封端面
DESCRIPTION OF
Claims (1)
ケース体に形成したケース側通路と回転軸体に形成した軸側通路とを第1シール空間を介して連通接続させることにより、強腐食性液を流動させる一連の流路を形成し、
第2シール空間に強腐食性液よりも低圧の第1封液を供給すると共に、第3シール空間に第1封液よりも高圧の第2封液を供給し、
第1シール空間と第2シール空間との間をシールする第1メカニカルシールを、ケース体に設けた静止密封環と回転軸体に設けた回転密封環との対向端面である密封端面を非接触状態に保持して強腐食性液の第1シール空間から第2シール空間への微少漏洩を許容する非接触形メカニカルシールに構成し、
第2シール空間と第3シール空間との間をシールする第2メカニカルシール及び第3シール空間を第2メカニカルシールと協働してシールする第3メカニカルシールを、各々、ケース体に設けた静止密封環と回転軸体に設けた回転密封環との対向端面である密封端面が相対回転摺接する端面接触形メカニカルシールに構成してあることを特徴とする強腐食性液用ロータリジョイント。 A pair of first to third mechanical seals arranged in parallel in the axial direction between the opposed peripheral surfaces of the cylindrical case body and the rotary shaft body rotatably connected thereto, the first seal space, on both sides thereof Partitioning and forming five seal spaces including a pair of third seal spaces and a pair of second seal spaces located between the first seal space and each third seal space;
By connecting the case side passage formed in the case body and the shaft side passage formed in the rotary shaft body through the first seal space, a series of flow paths for flowing the strong corrosive liquid is formed,
Supplying a second sealing liquid having a pressure lower than that of the strong corrosive liquid to the second sealing space, and supplying a second sealing liquid having a pressure higher than that of the first sealing liquid to the third sealing space;
The first mechanical seal that seals between the first seal space and the second seal space is not in contact with the sealing end surface that is the opposing end surface of the stationary sealing ring provided on the case body and the rotary sealing ring provided on the rotating shaft body. A non-contact type mechanical seal that is kept in a state and allows a slight leakage of strong corrosive liquid from the first seal space to the second seal space,
A stationary body provided with a second mechanical seal for sealing between the second seal space and the third seal space and a third mechanical seal for sealing the third seal space in cooperation with the second mechanical seal, respectively, in the case body A rotary joint for a strong corrosive liquid, characterized in that the sealing end surface, which is the opposite end surface between the sealing ring and the rotating sealing ring provided on the rotating shaft body, is configured as an end surface contact type mechanical seal in which the sealing member makes a relative rotational sliding contact.
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