JP2023183943A - ロータリジョイント - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸を回転可能に支持しつつ、被密封流体に異物が混入するのを抑制することができるロータリジョイントを提供する。【解決手段】ロータリジョイント１は、被密封流体が流れる外側流路２３ａを有する筒状のケース体２と、ケース体２内に配置され被密封流体が流れる内側流路４ａを有する回転軸４と、ケース体２に設けられた静止密封環６１，６２、静止密封環６１，６２に軸方向に対向して回転軸４に設けられた回転密封環６３、及び外側流路２３ａと内側流路４ａとを繋ぐための連通流路６４を有し、静止密封環６１，６２と回転密封環６３との間をシールするメカニカルシール６と、ケース体２に設けられ加圧ガスにより回転軸４を非接触で回転可能に支持する気体軸受５と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ロータリジョイントに関する。

ロータリジョイントは、固定側部材の流路と回転側部材の流路とを接続するために用いられる。例えば、半導体ウエハの表面研磨処理を行うために用いられるＣＭＰ装置（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ装置）では、回転側部材（ターンテーブル又はトップリング）と、これを支持する固定側部材（ＣＭＰ装置本体）との間を、研磨液、加圧用空気、洗浄水、純水、窒素等の不活性ガス、エアーブロー用空気、研磨残渣液等が被密封流体として流れる。これらの被密封流体が前記回転側部材と前記固定側部材との間を流れるように、特許文献１に記載されているロータリジョイントが用いられる。

特許文献１のロータリジョイントは、筒状のケース体（本体）と、ケース体内に回転可能に設けられた回転軸と、ケース体と回転軸との間の環状空間において軸方向に並べて設けられた複数のメカニカルシールと、を備えている。ケース体には、径方向に貫通する複数の流体通路が形成されている。回転軸には、ケース体の流体通路と同数の流体通路が、回転軸の外周側で開口するように形成されている。前記環状空間には、ケース体の各流体通路と回転軸の各流体通路とを繋ぐ複数の連通路が形成されている。この連通路は、複数のメカニカルシールにより密封されている。回転軸は、ケース体に対して転がり軸受を介して回転可能に支持されている。

特開２００４－０８４６９１号公報

上記のように構成されたロータリジョイントでは、回転軸を回転可能に支持する転がり軸受の内部は、グリース等の潤滑剤により潤滑されている。転がり軸受内の潤滑剤は、回転軸が回転しているときに、転がり軸受の外側に飛散する場合がある。この場合、飛散した潤滑剤が被密封流体に混入し、半導体の製造プロセス等に悪影響を及ぼすおそれがある。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであり、回転軸を回転可能に支持しつつ、被密封流体に異物が混入するのを抑制することができるロータリジョイントを提供することを目的とする。

（１）本開示は、被密封流体が流れる外側流路を有する筒状のケース体と、前記ケース体内に配置され、被密封流体が流れる内側流路を有する回転軸と、前記ケース体に設けられた静止密封環、前記静止密封環に軸方向に対向して前記回転軸に設けられた回転密封環、及び前記外側流路と前記内側流路とを繋ぐための連通流路を有し、前記静止密封環と前記回転密封環との間をシールするメカニカルシールと、前記ケース体に設けられ、加圧ガスにより前記回転軸を非接触で回転可能に支持する気体軸受と、を備えるロータリジョイントである。

本開示のロータリジョイントによれば、ケース体に設けられた気体軸受により、回転軸は非接触で回転可能に支持される。気体軸受は潤滑剤が不要であるため、外側流路、連通流路、及び内側流路を流れる被密封流体に、異物（潤滑剤）が混入するのを抑制することができる。

（２）前記（１）のロータリジョイントにおいて、前記気体軸受は、前記回転軸の外周面を非接触で支持するラジアル軸受部と、前記回転軸の軸方向の端面を非接触で支持するスラスト軸受部と、を有するのが好ましい。
この場合、回転軸の外周面を非接触で支持するラジアル軸受部、及び軸方向の端面を非接触で支持するスラスト軸受部は、いずれも潤滑剤が不要である。このため、被密封流体に異物（潤滑剤）が混入するのをさらに抑制することができる。

（３）前記（１）又は（２）のロータリジョイントにおいて、前記メカニカルシールは、前記静止密封環と前記回転密封環との間にシールガスにより静圧又は動圧を発生させることで、当該間をシールガスにより非接触状態に保持しながらシールする非接触式メカニカルシールであるのが好ましい。
この場合、メカニカルシールの静止密封環と回転密封環との間はシールガスにより非接触状態に保持されるので、静止密封環と回転密封環との間で摩耗粉が発生するのを抑制することができる。これにより、被密封流体に異物（摩耗粉）が混入するのをさらに抑制することができる。

（４）前記（３）のロータリジョイントにおいて、前記メカニカルシールは、前記静止密封環と前記回転密封環との間に前記シールガスにより静圧を発生させる静圧型の非接触式メカニカルシールであるのが好ましい。
この場合、動圧型の非接触式メカニカルシールよりも、静止密封環と回転密封環との間で摩耗粉が発生するのを抑制することができる。これにより、被密封流体に異物（摩耗粉）が混入するのをさらに抑制することができる。

（５）前記（３）又は（４）のロータリジョイントにおいて、前記シールガスは、前記加圧ガスと同一種類のガスであるのが好ましい。
この場合、メカニカルシール用のシールガスとして、気体軸受用の加圧ガスを用いることができるので、ランニングコストを抑えることができる。

（６）前記（３）から（５）のいずれかのロータリジョイントにおいて、前記ケース体は、前記加圧ガス及び前記シールガスの両方を排出する共用の排出路を有するのが好ましい。
この場合、ケース体に、加圧ガスの排出路とシールガスの排出路とを別々に設ける必要がないので、ケース体の製造コストを抑えることができる。

本開示のロータリジョイントによれば、回転軸を回転可能に支持しつつ、被密封流体に異物が混入するのを抑制することができる。

実施形態に係るロータリジョイントを示す断面図である。 気体軸受の拡大断面図である。 メカニカルシールの拡大断面図である。 気体軸受の変形例を示す拡大断面図である。 気体軸受の他の変形例を示す拡大断面図である。

次に、好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
［全体構成］
図１は、実施形態に係るロータリジョイント１を示す断面図である。ロータリジョイント１は、筒状のケース体２と、回転軸４と、を備えている。ケース体２は、回転機器の固定側部材（例えば、ＣＭＰ装置本体）に取り付けられる。回転軸４は、回転機器の回転側部材（例えば、ＣＭＰ装置のターンテーブル）に取り付けられる。本実施形態のケース体２及び回転軸４は、軸方向が上下方向として配置されている。

なお、本開示において、「軸方向」とは、ロータリジョイント１の中心線Ｃに沿った方向（中心線Ｃに平行な方向も含む）である。また、本開示において、「径方向」とは、ロータリジョイント１の中心線Ｃに対して直交する方向であり、「周方向」とは、ロータリジョイント１の中心線Ｃ回りの方向である。また、ロータリジョイント１の姿勢は、図１に示す姿勢以外であってもよいが、説明の便宜上、本実施形態では、図１の上側をロータリジョイント１の「上側」とし、図１の下側をロータリジョイント１の「下側」とする。

［ケース体］
ケース体２は、第一フランジ２１、第二フランジ２２、第三フランジ２３、第四フランジ２４、第五フランジ２５、及び第六フランジ２６を、この順に下から積み重ねて構成されている。第一フランジ２１～第五フランジ２５は、いずれも円環状に形成されている。第六フランジ２６は、円板状に形成されている。全てのフランジ２１～２６は、複数本のボルト２７（図１では１本のみ図示）により、上下に積み重ねられた状態で固定されている。これにより、ケース体２は、全体として有天筒状に形成されている。

第一フランジ２１と第二フランジ２２との間、第二フランジ２２と第三フランジ２３との間、第三フランジ２３と第四フランジ２４との間、及び第四フランジ２４と第五フランジ２５との間は、それぞれＯリング２８によりシールされている。

第三フランジ２３の周方向の所定箇所には、被密封流体が流れる外側流路２３ａが径方向に延びて形成されている。被密封流体としては、例えば、研磨液、加圧用空気、洗浄水、純水、窒素等の不活性ガス、エアーブロー用空気、研磨残渣液等が挙げられる。外側流路２３ａは、第三フランジ２３の内周面と外周面とでそれぞれ開口している。第三フランジ２３の外周面の開口は、前記固定側部材の配管が接続される接続ポートとされている。以上より、ケース体２は、被密封流体が流れる外側流路２３ａを有している。

［回転軸］
回転軸４は、円柱状に形成されている。回転軸４は、ケース体２の内周側に配置されている。回転軸４は、被密封流体が流れる内側流路４ａを有している。具体的には、回転軸４の内部には、被密封流体が流れる内側流路４ａが軸方向に延びて形成されている。内側流路４ａの上端部は、回転軸４の外周面４ｂにおいて、ケース体２の外側流路２３ａに対応する高さ位置で開口している。図示を省略するが、内側流路４ａの下端部は、回転軸４の下端面で開口している。この下端面の開口には、前記回転側部材の配管が接続される。

［気体軸受］
ロータリジョイント１は、回転軸４を非接触で回転可能に支持する気体軸受５を備えている。本実施形態の気体軸受５は、ケース体２の第五フランジ２５に設けられ、回転軸４の上端部を支持している。具体的には、第五フランジ２５の中央部には、上方に開口する円環状の嵌合溝２５ｅが形成されている。この嵌合溝２５ｅに気体軸受５が上方から嵌め込まれている。

図２は、気体軸受５の拡大断面図である。図２において、気体軸受５は、例えば、静圧気体軸受であり、多数孔型の自成絞り方式を採用している。気体軸受５は、ラジアル軸受部５１と、スラスト軸受部５２と、を有している。ラジアル軸受部５１は、回転軸４の外周面４ｂを非接触で支持する。スラスト軸受部５２は、回転軸４の軸方向上側の端面４ｃを非接触で支持する。

スラスト軸受部５２は、例えば円板状の部材からなる。スラスト軸受部５２には、上側に突出する円環状の突出部５２ａが形成されている。突出部５２ａは、第六フランジ２６の下面の中央部に形成された窪み部２６ａに嵌め込まれている。突出部５２ａの上面は、窪み部２６ａの底面に当接している。スラスト軸受部５２の外周面は、第五フランジ２５の嵌合溝２５ｅの内周面に嵌合して固定されている。

ラジアル軸受部５１は、例えば円筒状の部材からなる。ラジアル軸受部５１は、スラスト軸受部５２の径方向外側部から下方に突出している。ラジアル軸受部５１の外周面は、第五フランジ２５の嵌合溝２５ｅの内周面に嵌合して固定されている。ラジアル軸受部５１の内径は、回転軸４の外径よりも少し大きい。以上より、気体軸受５は、全体として有天筒状に形成されている。気体軸受５の内部には、その下方から回転軸４の上端部が挿入されている。

ラジアル軸受部５１の外周には、全周にわたって円周溝５１ａが形成されている。ラジアル軸受部５１には、円周溝５１ａに連通する複数の噴出孔５３が径方向に貫通して形成されている。複数の噴出孔５３は、ラジアル軸受部５１の周方向に等間隔をあけて形成されている。各噴出孔５３は、ラジアル軸受部５１の内周面５１ｂと回転軸４の外周面４ｂとの間に加圧ガスを噴出する孔である。各噴出孔５３は、径方向外側から順に、大径部５３ａ、絞り部５３ｂ、及び小径部５３ｃを有している。

大径部５３ａは、ラジアル軸受部５１の円周溝５１ａの底面において開口している。小径部５３ｃは、大径部５３ａよりも小径に形成されている。小径部５３ｃは、ラジアル軸受部５１の内周面５１ｂにおいて開口している。この小径部５３ｃの開口は、加圧ガスを噴出する噴出口５３ｄとされている。絞り部５３ｂは、大径部５３ａの径方向内端から小径部５３ｃの径方向外端にかけて、徐々に縮径するように形成されている。

第五フランジ２５には、ロータリジョイント１の外部から複数の噴出孔５３に加圧ガスを供給する供給路２５ｃが形成されている。本実施形態の供給路２５ｃは、第五フランジ２５の周方向の所定箇所において径方向に貫通して形成された孔である。供給路２５ｃは、ラジアル軸受部５１の円周溝５１ａと連通している。これにより、供給路２５ｃは、円周溝５１ａを介して複数の噴出孔５３それぞれと連通している。

スラスト軸受部５２には、その下面５２ｂと回転軸４の上側の端面４ｃとの間に加圧ガスを噴出する複数の噴出孔５４が形成されている。各噴出孔５４は、スラスト軸受部５２の突出部５２ａよりも径方向内側において、上下方向に貫通して形成されている。各噴出孔５４は、上から順に、大径部５４ａ、絞り部５４ｂ、及び小径部５４ｃを有している。

大径部５４ａは、スラスト軸受部５２の上面において開口している。小径部５４ｃは、大径部５４ａよりも小径に形成されている。小径部５４ｃは、スラスト軸受部５２の下面５２ｂにおいて開口している。この小径部５４ｃの開口は、加圧ガスを噴出する噴出口５４ｄとされている。絞り部５４ｂは、大径部５４ａの下端から小径部５４ｃの上端にかけて、徐々に縮径するように形成されている。

ラジアル軸受部５１及びスラスト軸受部５２にそれぞれ用いられる加圧ガスは、気体であれば特に限定されない。本実施形態では、加圧ガスとして圧縮空気が用いられる。

第六フランジ２６の中央部には、ロータリジョイント１の外部から複数の噴出孔５４に加圧ガスを供給する供給路２６ｂが形成されている。本実施形態の供給路２６ｂは、第六フランジ２６において、その上面から窪み部２６ａの底面まで、上下方向に貫通して形成された孔である。供給路２６ｂは、複数の噴出孔５４それぞれと連通している。

以上のように構成された気体軸受５では、第五フランジ２５の供給路２５ｃから、ラジアル軸受部５１の円周溝５１ａを介して複数の噴出孔５３に加圧ガスが供給される。各噴出孔５３に供給された加圧ガスは、噴出口５３ｄからラジアル軸受部５１の内周面５１ｂと回転軸４の外周面４ｂとの間に噴出される。この噴出された加圧ガスにより、回転軸４の外周面４ｂは、ラジアル軸受部５１の内周面５１ｂに対して非接触で回転可能に支持される。

また、第六フランジ２６の供給路２６ｂからスラスト軸受部５２の複数の噴出孔５４に加圧ガスが供給される。各噴出孔５４に供給された加圧ガスは、噴出口５４ｄからスラスト軸受部５２の下面５２ｂと回転軸４の端面４ｃとの間に噴出される。この噴出された加圧ガスにより、回転軸４の端面４ｃは、スラスト軸受部５２の下面５２ｂに対して非接触で回転可能に支持される。

スラスト軸受部５２の突出部５２ａよりも径方向外側には、突出部５２ａの上面と窪み部２６ａの底面との間にＯリング５５が設けられている。Ｏリング５５は、供給路２５ｃからラジアル軸受部５１の各噴出孔５３に供給される加圧ガス、及び供給路２６ｂからスラスト軸受部５２の各噴出孔５４に供給される加圧ガスが、ケース体２の外部に漏れるのを抑制するようになっている。

第五フランジ２５には、気体軸受５の各噴出孔５３，５４から噴出された加圧ガスをロータリジョイント１の外部に排出する排出路２５ｄが形成されている。排出路２５ｄは、気体軸受５の円周溝５１ａよりも下方において第五フランジ２５に形成されている。本実施形態の排出路２５ｄは、第五フランジ２５の周方向の所定箇所（供給路２５ｃとは異なる箇所）において、径方向に貫通して形成された孔である。

［メカニカルシール］
図１において、ロータリジョイント１は、メカニカルシール６をさらに備えている。本実施形態のメカニカルシール６は、静圧型の非接触式メカニカルシールである。メカニカルシール６は、第一静止密封環６１、第二静止密封環６２、回転密封環６３、連通流路６４、第一弾性部材６５、及び第二弾性部材６６を有している。第一静止密封環６１及び第二静止密封環６２は、ケース体２の内周側に設けられた静止密封環である。回転密封環６３は、回転軸４の外周側において回転軸４と一体回転可能に設けられている。

図３は、メカニカルシール６の拡大断面図である。図３において、第一静止密封環６１及び第二静止密封環６２は、回転密封環６３を挟んで上下一対配置されている。これにより、第一静止密封環６１及び第二静止密封環６２は、それぞれ回転密封環６３と軸方向に対向して配置されている。第一静止密封環６１及び第二静止密封環６２は、それぞれ円環状に形成されている。

第一静止密封環６１は、ケース体２の第一フランジ２１に取り付けられている。具体的には、第一フランジ２１における第二フランジ２２よりも径方向内側に、上方に開口する円環状の取付溝２１ａが形成されている。この取付溝２１ａに、第一静止密封環６１が嵌め込まれている。第一静止密封環６１の上面の端面には、全周にわたってシール面６１ａが形成されている。

第二静止密封環６２は、ケース体２の第五フランジ２５に取り付けられている。具体的には、第五フランジ２５における第四フランジ２４よりも径方向内側に、下方に開口する円環状の取付溝２５ａが形成されている。この取付溝２５ａに、第二静止密封環６２が嵌め込まれている。第二静止密封環６２の下側の端面には、全周にわたってシール面６２ａが形成されている。

第一静止密封環６１の下側には、係合穴６１ｂが形成されている。係合穴６１ｂには、取付溝２１ａの底面に固定されたピン２１ｂが係合されている。第二静止密封環６２の上側には、係合穴６２ｂが形成されている。係合穴６２ｂには、取付溝２５ａの底面に固定されたピン２５ｂが係合されている。これにより、第一静止密封環６１及び第二静止密封環６２は、それぞれケース体２に対して回転不能となり、回転密封環６３と連れ回りすることはない。

回転密封環６３は、円環状に形成されている。回転密封環６３は、回転軸４の内側流路４ａの開口に対応する高さ位置において、回転軸４の外周面４ｂに嵌合して固定されている。これにより、回転密封環６３は、回転軸４に一体回転可能に設けられている。回転密封環６３の上側の端面には、全周にわたってシール面６３ａが形成されている。シール面６３ａは、第一静止密封環６１のシール面６１ａと軸方向に対向して配置されている。回転密封環６３の下側の端面には、全周にわたってシール面６３ｂが形成されている。シール面６３ｂは、第二静止密封環６２のシール面６２ａと軸方向に対向して配置されている。本実施形態の各シール面６３ａ，６３ｂには、例えばセラミックコーティングが施されている。

メカニカルシール６の連通流路６４は、第三フランジ２３の外側流路２３ａと回転軸４の内側流路４ａとを繋ぐための流路である。本実施形態の連通流路６４は、回転密封環６３において周方向に間隔をあけて複数形成されている（図１も参照）。各連通流路６４は、回転密封環６３の外周面及び内周面でそれぞれ開口するように径方向に貫通して形成されている。各連通流路６４の径方向内側の開口は、回転軸４の外周面４ｂにおける内側流路４ａの開口に対向して配置されている。各連通流路６４の径方向外側の開口は、第三フランジ２３の内周面における外側流路２３ａの開口に対向して配置されている。

回転密封環６３の外周面と第三フランジ２３の内周面との間には、環状空間６７が形成されている。回転密封環６３の各連通流路６４は、環状空間６７を介して第三フランジ２３の外側流路２３ａと連通している。これにより、第三フランジ２３の外側流路２３ａと回転軸４の内側流路４ａは、環状空間６７及び連通流路６４によって繋がっている。環状空間６７は、その上下両側に配置されたＯリング７２，７５（後述）によって密封されている。回転密封環６３の内周面と回転軸４の外周面４ｂとの間は、連通流路６４を挟んで配置された上下一対のＯリング６８によりシールされている。

図１において、第一弾性部材６５は、例えばコイルスプリングからなる。第一弾性部材６５は、第一フランジ２１の取付溝２１ａにおいて圧縮された状態で設けられている。第一弾性部材６５は、図示を省略するが、取付溝２１ａの周方向に間隔をあけて複数設けられている。第一弾性部材６５の一端部（上端部）は、第一静止密封環６１に当接している。これにより、第一静止密封環６１は、第一弾性部材６５の弾性復元力によって、ケース体２に対して回転密封環６３側へ向かって上側に押圧されている。なお、第一弾性部材６５は、コイルスプリング以外の他の弾性部材であってもよい。

第二弾性部材６６は、例えばコイルスプリングからなる。第二弾性部材６６は、第五フランジ２５の取付溝２５ａにおいて圧縮された状態で設けられている。第二弾性部材６６は、図示を省略するが、取付溝２５ａの周方向に間隔をあけて複数設けられている。第二弾性部材６６の一端部（下端部）は、第二静止密封環６２に当接している。これにより、第二静止密封環６２は、第二弾性部材６６の弾性復元力によって、ケース体２に対して回転密封環６３側へ向かって下側に押圧されている。なお、第二弾性部材６６は、コイルスプリング以外の他の弾性部材であってもよい。

図３において、第一静止密封環６１のシール面６１ａには、全周にわたって円環状の静圧発生溝６１ｃが形成されている。静圧発生溝６１ｃは、第一静止密封環６１のシール面６１ａと回転密封環６３のシール面６３ａとの間に静圧を発生させるための溝である。本実施形態の静圧発生溝６１ｃは、例えば断面Ｖ字状に形成されている。

第一静止密封環６１の周方向の所定箇所には、給気孔６１ｄが形成されている。給気孔６１ｄは、静圧発生溝６１ｃにシールガスを供給するための孔である。図３では、給気孔６１ｄを簡略化して二点鎖線で示している。給気孔６１ｄは、第一静止密封環６１の外周面及び静圧発生溝６１ｃにおいてそれぞれ開口するように形成されている。

第二静止密封環６２のシール面６２ａには、全周にわたって円環状の静圧発生溝６２ｃが形成されている。静圧発生溝６２ｃは、第二静止密封環６２のシール面６２ａと回転密封環６３のシール面６３ｂとの間に静圧を発生させるための溝である。本実施形態の静圧発生溝６１ｃは、例えば断面Ｖ字状に形成されている。

第二静止密封環６２の周方向の所定箇所には、給気孔６２ｄが形成されている。給気孔６２ｄは、静圧発生溝６２ｃにシールガスを供給するための孔である。図３では、給気孔６２ｄを簡略化して二点鎖線で示している。給気孔６２ｄは、第二静止密封環６２の外周面及び静圧発生溝６２ｃにおいてそれぞれ開口するように形成されている。

第一静止密封環６１及び第二静止密封環６２の各静圧発生溝６１ｃ，６２ｃに供給されるシールガスは、気体であれば特に限定されない。本実施形態では、シールガスとして、気体軸受５の加圧ガスと同一種類のガスである圧縮空気が用いられる。

第二フランジ２２には、ロータリジョイント１の外部から第一静止密封環６１の給気孔６１ｄにシールガスを供給する供給路２２ａが形成されている。本実施形態の供給路２２ａは、第二フランジ２２の周方向の所定箇所において径方向に貫通して形成された孔である。第一静止密封環６１の外周面と第二フランジ２２の内周面との間には、環状空間７１が形成されている。これにより、第一静止密封環６１の給気孔６１ｄは、環状空間７１を介して第二フランジ２２の供給路２２ａと連通している。

第一静止密封環６１の外周面と第二フランジ２２の内周面との間は、環状空間７１を挟んで配置された上下一対のＯリング７２よりシールされている。これにより、環状空間７１は、上下一対のＯリング７２により密封されている。第一静止密封環６１の内周面と第一フランジ２１の取付溝２１ａの内周面との間は、Ｏリング７３よりシールされている。

第四フランジ２４には、ロータリジョイント１の外部から第二静止密封環６２の給気孔６２ｄにシールガスを供給する供給路２４ａが形成されている。本実施形態の供給路２４ａは、第四フランジ２４の周方向の所定箇所において径方向に貫通して形成された孔である。第二静止密封環６２の外周面と第四フランジ２４の内周面との間には、環状空間７４が形成されている。これにより、第二静止密封環６２の給気孔６２ｄは、環状空間７４を介して第四フランジ２４の供給路２４ａと連通している。

第二静止密封環６２の外周面と第四フランジ２４の内周面との間は、環状空間７４を挟んで配置された上下一対のＯリング７５よりシールされている。これにより、環状空間７４は、上下一対のＯリング７５により密封されている。第二静止密封環６２の内周面と第五フランジ２５の取付溝２５ａの内周面との間は、Ｏリング７６よりシールされている。

以上のように構成されたメカニカルシール６では、回転軸４の回転を開始する前に、第二フランジ２２の供給路２２ａから、環状空間７１及び第一静止密封環６１の給気孔６１ｄを介して、静圧発生溝６１ｃにシールガスが供給される。静圧発生溝６１ｃに供給されたシールガスにより、第一静止密封環６１のシール面６１ａと回転密封環６３のシール面６３ａとの間に静圧が発生する。この静圧により、第一静止密封環６１は、第一弾性部材６５の弾性復元力に抗して、回転密封環６３から下方に少し離れた状態で保持される。これにより、両シール面６１ａ，６３ａ間は、シールガスにより非接触状態に保持されながら、当該シールガスによってシールされる。

また、回転軸４の回転を開始する前に、第四フランジ２４の供給路２４ａから、環状空間７４及び第二静止密封環６２の給気孔６２ｄを介して、静圧発生溝６２ｃにシールガスが供給される。静圧発生溝６２ｃに供給されたシールガスは、第二静止密封環６２のシール面６２ａと回転密封環６３のシール面６３ｂとの間に静圧が発生する。この静圧により、第二静止密封環６２は、第二弾性部材６６の弾性復元力に抗して、回転密封環６３から上方に少し離れた状態で保持される。これにより、両シール面６２ａ，６３ｂ間は、シールガスにより非接触状態に保持されながら、当該シールガスによってシールされる。

上記のように、第一静止密封環６１及び回転密封環６３の両シール面６１ａ，６３ａ間と、第二静止密封環６２及び回転密封環６３の両シール面６２ａ，６３ｂ間とを、それぞれ非接触状態でシールした状態で、ケース体２に対して回転軸４を回転させる。これにより、回転軸４の回転開始時及び回転中において、両シール面６１ａ，６３ａ間、及び両シール面６２ａ，６３ｂ間において摩耗紛が発生するのを抑制することができる。

第一静止密封環６１の静圧発生溝６１ｃに供給されたシールガスは、両シール面６１ａ，６３ａ間を通過した後、回転軸４の外周面４ｂと第一静止密封環６１の内周面との間、及び回転軸４の外周面４ｂと第一フランジ２１の内周面との間を通過して、ケース体２の下方に排出される。

第二静止密封環６２の静圧発生溝６２ｃに供給されたシールガスは、両シール面６２ａ，６３ｂ間を通過した後、回転軸４の外周面４ｂと第二静止密封環６２の内周面との間、及び回転軸４の外周面４ｂと第五フランジ２５の内周面との間を通過して上方に流れる。このように上方に流れたシールガスは、図１に示すように、気体軸受５の加圧ガスを排出する排出路２５ｄからロータリジョイント１の外部に排出される。したがって、本実施形態の排出路２５ｄは、気体軸受５の加圧ガス及びメカニカルシール６のシールガスの両方をロータリジョイント１の外部に排出する共用の排出路とされている。

［実施形態の作用効果］
以上、本実施形態のロータリジョイント１によれば、ケース体２に設けられた気体軸受５により、回転軸４は非接触で回転可能に支持される。気体軸受５は、グリース等の潤滑剤が不要である。したがって、ケース体２の外側流路２３ａ、メカニカルシール６の連通流路６４、及び回転軸４の内側流路４ａを流れる被密封流体に、異物（潤滑剤）が混入するのを抑制することができる。また、気体軸受５に対する回転軸４の摺動抵抗がほぼゼロになるので、固定側部材に対して回転側部材が高速で回転する高速回転機器に、本実施形態のロータリジョイント１を採用することができる。

また、気体軸受５は、回転軸４の外周面４ｂを非接触で支持するラジアル軸受部５１と、回転軸４の上側の端面４ｃを非接触で支持するスラスト軸受部５２と、を有する。ラジアル軸受部５１及びスラスト軸受部５２は、いずれも潤滑剤が不要である。このため、被密封流体に異物（潤滑剤）が混入するのをさらに抑制することができる。

また、メカニカルシール６は、非接触式メカニカルシールである。このため、各静止密封環６１，６２のシール面６１ａ，６２ａと回転密封環６３のシール面６３ａ，６３ｂとの間は、シールガスにより非接触状態に保持される。その結果、両シール面６１ａ，６３ａ間、及び両シール面６２ａ，６３ｂ間で、それぞれ摩耗粉が発生するのを抑制することができる。これにより、被密封流体に異物（摩耗粉）が混入するのをさらに抑制することができる。

また、メカニカルシール６は、シールガスにより静圧を発生させる静圧型の非接触式メカニカルシールである。このため、動圧型の非接触式メカニカルシールと比較すると、回転軸４の回転開始時に、両シール面６１ａ，６３ａ間、及び両シール面６２ａ，６３ｂ間で、それぞれ摩耗粉が発生するのを抑制することができる。これにより、被密封流体に異物（摩耗粉）が混入するのをさらに抑制することができる。

また、メカニカルシール６に用いられるシールガスは、気体軸受５に用いられる加圧ガスと同一種類のガスである。これにより、メカニカルシール６用のシールガスとして、気体軸受５用の加圧ガスを用いることができるので、ランニングコストを抑えることができる。

また、ケース体２は、加圧ガス及びシールガスの両方を排出する共用の排出路２５ｄを有する。これにより、ケース体２に、加圧ガスの排出路とシールガスの排出路を別々に設ける必要がないので、ケース体２の製造コストを抑えることができる。

［その他］
本実施形態におけるロータリジョイント１は、軸方向において上下逆に配置されていてもよいし、軸方向が水平方向となるように配置されていてもよい。また、ロータリジョイント１は、ＣＭＰ装置以外に、スパッタリング装置やエッチング装置等の他の装置にも適用することができる。また、ロータリジョイント１は、半導体分野での使用に限定されるものではない。また、ロータリジョイント１は、１組の流路（外側流路２３ａ、連通流路６４、内側流路４ａ）を複数組備えた多ポート式のロータリジョイントがであってもよい。

メカニカルシール６は、両シール面６１ａ，６３ａ間及び両シール面６２ａ，６３ｂ間の少なくとも一方を、動圧により非接触でシールする動圧型の接触式メカニカルシールであってもよい。また、メカニカルシール６は、両シール面６１ａ，６３ａ及び両シール面６２ａ，６３ｂの少なくとも一方を接触させてシールする接触式メカニカルシールであってもよい。

メカニカルシール６の連通流路６４は、本実施形態に限定されるものではない。例えば、回転密封環６３を上下に二分割し、この分割された回転密封環６３同士の間に形成した隙間を連通流路６４としてもよい。ケース体２は、シールガスのみを外部に排出する専用の排出路を有していてもよい。また、シールガスは、気体軸受５の加圧ガスと異なる種類のガスを用いてもよい。

本実施形態の気体軸受５は、回転軸４の上端部を支持しているが、これに加えて又はこれに替えて、回転軸４の上端部以外を支持してもよい。また、気体軸受５は、ラジアル軸受部５１及びスラスト軸受部５２の少なくとも一方を有していればよい。例えば、気体軸受５は、ラジアル軸受部５１のみを有していてもよい。その場合、回転軸４の端面４ｃは、滑り軸受等により接触状態で回転可能に支持すればよい。

本実施形態の気体軸受５は、静圧気体軸受として、多数孔型の自成絞り方式を採用しているが、図４に示すように多数孔型のオリフィス絞り方式、又は図５に示すように多孔質型を採用してもよい。図４に示すオリフィス絞り方式の気体軸受５において、ラジアル軸受部５１の各噴出孔５３は、径方向（図４の左右方向）の途中部に絞り部５３ｅを有している。同様に、スラスト軸受部５２の各噴出孔５４は、上下方向の途中部に絞り部５４ｅを有している。図５に示す多孔質型の気体軸受５において、ラジアル軸受部５１は、各噴出孔５３に設けられた多孔質部材５６を有している。同様に、スラスト軸受部５２は、各噴出孔５４に設けられた多孔質部材５７を有している。各多孔質部材５６，５７には、加圧ガスを噴出する多数の微細な孔が形成されている。本実施形態の気体軸受５は、静圧気体軸受に限定されるものではなく、例えばスパイラル溝型の動圧気体軸受であってもよい。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ ロータリジョイント
２ ケース体
４ 回転軸
４ａ 内側流路
４ｂ 外周面
４ｃ 端面
５ 気体軸受
６ メカニカルシール
２３ａ 外側流路
２５ｄ 排出路
５１ ラジアル軸受部
５２ スラスト軸受部
６１ 第一静止密封環（静止密封環）
６２ 第二静止密封環（静止密封環）
６３ 回転密封環
６４ 連通流路

Claims (6)

1. 被密封流体が流れる外側流路を有する筒状のケース体と、
   前記ケース体内に配置され、被密封流体が流れる内側流路を有する回転軸と、
   前記ケース体に設けられた静止密封環、前記静止密封環に軸方向に対向して前記回転軸に設けられた回転密封環、及び前記外側流路と前記内側流路とを繋ぐための連通流路を有し、前記静止密封環と前記回転密封環との間をシールするメカニカルシールと、
   前記ケース体に設けられ、加圧ガスにより前記回転軸を非接触で回転可能に支持する気体軸受と、を備えるロータリジョイント。
2. 前記気体軸受は、前記回転軸の外周面を非接触で支持するラジアル軸受部と、前記回転軸の軸方向の端面を非接触で支持するスラスト軸受部と、を有する、請求項１に記載のロータリジョイント。
3. 前記メカニカルシールは、前記静止密封環と前記回転密封環との間にシールガスにより静圧又は動圧を発生させることで、当該間をシールガスにより非接触状態に保持しながらシールする非接触式メカニカルシールである、請求項１又は請求項２に記載のロータリジョイント。
4. 前記メカニカルシールは、前記静止密封環と前記回転密封環との間に前記シールガスにより静圧を発生させる静圧型の非接触式メカニカルシールである、請求項３に記載のロータリジョイント。
5. 前記シールガスは、前記加圧ガスと同一種類のガスである、請求項３に記載のロータリジョイント。
6. 前記ケース体は、前記加圧ガス及び前記シールガスの両方を排出する共用の排出路を有する、請求項３に記載のロータリジョイント。

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