JP2010223383A - ロータリージョイント - Google Patents

Abstract

【課題】回転する研磨プレートの冷却を目的として、複数の冷却流体をスムーズに漏れなく流動させることができる薄型で構成部品の少ないロータリージョイントを提供する。
【解決手段】ジョイント本体に装着するシールは、回転体の面と平行に入れた面接触とし、シールの内側から圧力流体で押し付けることで、供給流体の圧力や回転数に応じてシールの面圧を変えることを可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコン、ガラス、金属等のワークを加工する研磨装置で、加工時に回転する研磨プレートの温度を一定に保つために、複数の冷却流体を漏れなく流動させるためのロータリージョイントに関する。

従来よりシリコンウエハ、ガラス板等を研磨する平面研磨装置によれば、ワークを保持したキャリヤを研磨プレートに載置し研磨プレートを回転させ、加工面に対し研磨剤を供給しつつ、ワークまたは研磨プレートを相対的移動させ、ラッピング又はポリッシングの研磨加工を行なう。

この研磨装置で行うラップ及びポリッシ加工は、研磨板の加工面の精度をワークに転写する加工方法であり、研磨プレートの温度を一定とし加工面の精度を常に高精度の平面に維持することにより加工後のワーク精度を向上させるものである。
そのため、研磨加工時に発生する加工熱を、回転する研磨プレートより除去するために冷却流体を個別のルートで流動させるためのロータリージョイントが必要となる。
特開２００4 −１８３９０１ 特開２００２−２２０７６ 特開２００１−１４１１５０

ロータリジョイントとしては、ジョイント本体とその内周部に相対回転自在に支持された回転体との対向周面部間に、両体に形成された流路の相対回転部分をメカニカルシール又は弾性シールリングでシールするようにしたものが提案されている。

そして、メカニカルシールは、ジョイント本体に設けた密封リングと回転体に設けた密封リングとをコイルスプリングにより押し圧接触させて,両密封リングの相対回転摺接作用によりシールを行うためのものであり、構造上、大きな設置スペースが必要となるものである。

上記、従来からのロータリジョイントで使用するメカニカルシールは、特殊な材料を使うため高価となり、硬い材料と高精度の部品の構成で構造も複雑であった。またシール面にのったジョイント本体に設けた密封リングと回転体に設けた密封リングとをスプリングにより押し圧接触させて,両密封リングの相対回転摺接作用によりシール面に押し付けるばねが必要なため軸方向に大きくなり薄型にならなかった。

そして、流体の圧力や回転数が変わった場合は、ばねや構成部品も交換が必要となる。シールタイプは、Ｕ字形を用い、リップ部分で摺動するため,線接触となり、発熱が大きく寿命も短かった。

上記、従来からの課題を解決した本発明のロータリジョイントは、シール材を滑り特性の有る柔らかなエンジニアリング・プラスチックに置き換え、取り扱いを容易にし、大きな径の製作を可能とする。またエンジニアプラスチック材のリング状シールを用いることで部品構成の簡素化を図る。

本発明の研磨装置に用いるロータリージョイントは、前記で述べたように、シールの装着方向を回転体の面と平行に入れた面接触構造により、発熱を押さえ、シールの内側から圧力流体で押し付ける構造とするため薄型の製作を可能とする。

また、シールの内側から圧力流体で押し付ける構造であるため、供給流体の圧力や回転数が変わった場合でもシールの面圧の微調整を可能とする。

以下、本発明の最良の実施形態を図１から図６に基づいて具体的に説明する。なお、説明において左右とは図１における左右を意味するものである。

図１は，本発明のロータリージョイントを搭載した研磨装置の実施形態の概略断面図であリ、冷却流体の流路を示している。
ベース４内に設置された、モータ１の駆動力は,カップリング２を介して減速機３に伝えられ,駆動軸７に接続された主軸１２はベアリング１４によって支持されて同軸に固定された冷却プレート２２とロータリープレート２３を回転させる、

冷却プレート２２には流体を導く穴と排出する穴があって、ロータープレート上２１に固定されたガイドピン９が差込まれ、回転する主軸１２がガイドピン９に回転力が伝達され断面形状がコの字形状に一体締結された、ロータプレート上２１とリングスペーサ２０とロータプレート下１９はステータプレート２４と隙間を保って回転する。

ステータプレート２４の内部には冷却流体等の流体供給回路３１と流体排出回路３２を設け、回転体である冷却プレート２２内の冷却水路８に冷却流体等を供給する。冷却流体排出回路において、ロータプレート上２１およびロータプレート下１９からステータプレート２４への流路を形成するが、ステータプレート２４の流路の両側にシーリングＡ１７およびシールリングＢ１８を設置する。これにより、冷却流体の排出系のシールおよび供給系のシールを同時に行う。

図２は、シールリングへ供給する圧力流体経路における断面図である。
ボルト１１によってベース４に固定された主軸フランジ１６の下面から、図示されていない流体出口５と流体入口６及び図示されているエアー供給回路１５の穴が貫通されている。ステータプレート２４には、上記の各口と一致した所に穴を設け密封用のＯリング２５を挟み、ボルト１１によって固定されている回路形を示している。

ステータプレート２４内部は図示されていない半径方向に複数の流体供給回路２６と流体排出回路２７を設け、回転体である冷却プレート２２内の冷却水路８に冷却媒体を導く。

図３の（ａ）は、図２のシールリングへ供給する圧力流体経路における部分拡大断面図である。
また、ステータプレート２４内部には、半径方向にエアー供給回路１５を設け、シールリングＡ１７およびシールリングＢ１８の背面へ圧力流体の供給している。

ステータプレート２４に設けたシール装着溝２８にシールリングＡ１７の摺動面を表側にして挿入すると、０リング２５の弾性力によって両側の溝とリップ２９が両縦壁に押されて接触するためエア−供給回路１５から送られた圧縮空気は密封される。圧力を上げると、柔らかな材料でできたこのシールリングＡ１７及びシールリングＢ１８は、ロータプレート下１９とロータプレート上２１及びステータプレート２４の隙間側面に向かって移動後、均一に密着する。

図３の（ｂ）は、シールリングＡ１７及びシールリングＢ１８部分の拡大図であり、シールリングＡ１７及びシールリングＢ１８は、エア供給回路１５からの図示されていないエアコントロール装置からの供給圧力を徐々に上げ、冷却媒体の漏れが止まるところで圧力調整を完了する。

図４は、本発明に使用する各種シールリング構造の一例を示す。
シールリングの基本形状は、圧力流体が作用する方向に開口側を向ける構造とし、両側面のリップ２９への初期押し付け力付与手段として、０リング２５を内蔵するＵ型シールリング１７ｂ、Ｘ型シールリング１７ｃ、Ｙ型シールリング１７ｄ等が使用される。なお本発明では、シールリングＡ１７及びシールリングＢ１８のリップ２９開口部へ供給する圧力流体の圧力によりリップ２９の押し付け力が付与されるので、前記０リング２５を省略することも可能である。

シールリングの摺動部は,基本的に面接触する構造であるが、接触面積を小さくしたり、接触部を複数設けたり，線接触に近い構造にしてもよく、供給する圧力や流体の種類あるいは回転体の材質や面状態などを勘案して形状を選択できる。図（ｂ）は、図（ａ）の０リング２５を省略した図である。

図５（ａ）は、本発明のシール構造をロータリージョイントと呼称する回転軸シールへ展開したときの適用例を示す、
図（ｂ）は、図（ａ）のシール部の拡大一例を示図である。
駆動軸７の内部に流体供給路２６および流体排出回路２７を設け、ステータプレート２４に配置した各シール材背面へ流体を分配・供給するエアー回路１５を設け、ロータリージョイント部側面に配置した各シール材背面へ流体を分配・供給する回路を設け，冷却流体等を供給回路２６から図示されていない冷却プレート２２を通り排出回路２７を経由し流体出口５へ戻す。

図６（ａ）は、従来のＵ字型シールを用いた多回路ロータリージョイントの概念断面図を示す。主軸１２は、ステータプレート２４両端をベアリング１４で支持し、密封用Ｕ字型シール１７ｂを保持したステータプレート２４外周には、流体入口６及び流体口５を設けている。
図（ｂ）は、図（ａ）のシール部の拡大一例を示す。

本発明のロータリージョイントを搭載した研磨装置の実施形態の概略断面図である。 ロータリージョイント部分の概略断面図である。 本発明の部分拡大断面図である。 本発明のシールリングの断面図である。 本発明のシールを用いた多回路のロータリージョイントの断面図である。 従来のＵ字シールを用いた多回路のロータリージョイント概略断面図である。

１ モータ
２ カップリング
３ 減速機
４ ベース
５ 流体出口
６ 流体入口
７ 駆動軸
８ 冷却水路
９ ガイドピン
１０ プラグ
１１ ボルト
１２ 主軸
１３ ナット
１４ ベアリング
１５ エアー供給回路
１６ 主軸フランジ
１７ シールリングＡ
１７ｂ Ｕ型シールリング
１７ｃ Ｘ型シールリング
１７ｄ Ｙ型シールリング
１８ シールリングＢ
１９ ロータプレート下
２０ リングスペーサ
２１ ロータプレート上
２２ 冷却プレート
２３ ロータリープレート
２４ ステータプレート
２５ ０リング
２６ 流体供給回路
２７ 流体排出回路
２８ シール装着溝
２９ リップ
３０ 埋め栓

Claims (3)

1. 回転体の内部に冷却水などの流体を供給する装置において、前記流体を供給する供給通路と前記流体を排出する排出通路を設け、これらに連結して回転体と一緒に回転するロータプレート内に前記流体を供給する前記供給通路と連結する供給回路と前記流体を排出する前記排出通路と連結する排出回路を設け、前記ロータプレートと僅かな隙間で接するステータプレートへ前記供給回路と接続する主供給回路と前記排出回路と接続する主排出回路を設けてそれぞれの流体の供給および排出を行う装置において、前記ロータプレートと前期ステータプレート間のシール構造として、前記ステータプレート側に流体の供給通路および排出通路を挟んだ位置にそれぞれ略コの字状のシールリングを設け、前記ステータプレート内部から該シールリングの背面に圧力流体を導く回路を構成し、前期圧力流体回路に向かって、前記シールリングの開口部を配置し、摺動面同士を対向に配置したことを特徴とするロータリージョイント。
2. 摺動面を持つ前記シールリングの断面形状を概ねＵ字状あるいはＸ字状あるいはＹ字状に形成し、両側面に凸状のリップ部を形成して、シールリング側面のシールを行うことを特徴とする請求項１記載のロータリージョイント。
3. １、２記載の多流路形ロータリージョイント。

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