JP2975923B1 - 回転継手装置 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】耐圧性及び耐久性を確保することができるとと
もに、小型化が可能な回転継手装置Ａを提供する。 【解決手段】ハウジング２と回転体３との間の隙間を、
ダブルメカニカルシール４によって密封した。一対の回
転密封環４１を一対の静止密封環４２で挟み、一対の回
転密封環４１の相互間に、当該回転密封環４１と回転体
３とが相対回転するのを阻止するストッパーリング４４
を設けた。このストッパーリング４４と各回転密封環４
１との間に、各回転密封環４１を静止密封環４２側に押
圧付勢するスプリング４３を介在した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、流体配管用の回
転継手装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記回転継手装置は、例えばＣＭＰ（Ch
emical Mechanical Polishing ）法を用いたシリコンウ
エハの表面研磨装置に装備されている。この表面研磨装
置は、図３に示すように、回転テーブル１０１上にセッ
トしたシリコンウエハ１０２の表面に、研磨パッド１０
３を接触させ、両者間にポンプ１０４から吐出したスラ
リ流体としての研磨液を噴出させつつ、研磨パッド１０
３を回転及び水平進退させることにより、シリコンウエ
ハ１０２の表面を研磨するものである。この種の表面研
磨装置において、回転テーブル１０１の回転軸１０５に
は、研磨が完了した後にシリコンウエハ１０２及び回転
テーブル１０１に洗浄液や乾燥用の圧縮空気等を供給す
るための流体供給路１０６と、シリコンウエハ１０２等
に供給した洗浄液を回収するための流体回収路１０７と
が設けられており、上記流体供給路１０６は、回転継手
装置１０８を介して流体供給用のポンプＰ１０に接続さ
れ、上記流体回収路１０７は、上記回転継手装置１０８
を介して流体回収用のポンプＰ２０に接続されている。

【０００３】上記回転継手装置１０８は、図４に示すよ
うに、中空のハウジング１０９の内部に回転体１１０が
回転自在に保持されているものであり、上記ハウジング
１０９には、流体供給用のポンプＰ１０に連通する第１
の流体流通口１０９ａと、流体回収用のポンプＰ２０に
連通する第２の流体流通口１０９ｂとが設けられてお
り、回転体１１０の内部には、上記第１の流体流通口１
０９ａと回転軸１０５の流体供給路１０６とを連通させ
る第１の流体通路１１１と、上記第２の流体流通口１０
９ｂと回転軸１０５の流体回収路１０７とを連通させる
第２の流体通路１１２とが設けられている。また、上記
ハウジング１０９と回転体１１０との間の隙間は、Ｏリ
ング１１３によって密封されている。ところが、上記回
転継手装置１０８は、回転体１１０との摺接によってＯ
リング１１３が摩耗し易く、耐久性に劣るという問題が
あった。また、上記Ｏリング１１３による密封では耐圧
性を確保し難いので、高圧の流体を使用することができ
ないという問題もあった。

【０００４】このような問題点を解決するために、上記
ハウジング１０９と回転体１１０との間の隙間を、ダブ
ルメカニカルシールによって密封した回転継手装置も提
供されている。この回転継手装置は、図５に示すよう
に、回転体１１０の下端部側に第１の回転密封環１２１
を軸方向へ移動可能に取付け、この第１の回転密封環１
２１に対向させた状態で、第１の静止密封環１２２をハ
ウジング１０９に固定し、上記第１の回転密封環１２１
を、第１のコイルスプリング１２３によって押圧付勢し
て第１の静止密封環１２２に密着させている。また、回
転体１１０の上端部側に第２の回転密封環１２４を固定
し、この第２の回転密封環１２４に対向させた状態で、
第２の静止密封環１２５をハウジング１０９に軸方向へ
移動可能に取付け、この第２の静止密封環１２５を、第
２のコイルスプリング１２６によって押圧付勢して、第
２の回転密封環１２４に密着させている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記回転継手
装置は、第１の回転密封環１２１の下端部側に第１のコ
イルスプリング１２３を配置し、両静止密封環１２２，
１２５の相互間に第２のコイルスプリングを配置してい
る構造上、ハウジング１０９及び回転体１１０の軸方向
の長さを長くする必要があり、装置が大型化するという
問題があった。この発明は、上記問題点に鑑みてなされ
たものであり、耐圧性及び耐久性を確保することができ
るとともに、小型化が可能な回転継手装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
のこの発明の回転継手装置は、流体流通口が設けられた
中空のハウジングと、上記流体流通口に連通される流体
通路を有し、上記ハウジングの中空内部に回転自在に保
持された回転体と、上記ハウジングと回転体との間の隙
間を密封し、上記ハウジングの内面との間に密閉空間を
形成するダブルメカニカルシールとを備える回転継手装
置において、上記ダブルメカニカルシールが、軸方向に
互いに離して、かつ、直接の取付部位に対して軸方向へ
の移動が許容された状態で上記回転体に取付けられ、密
封部に対する背面側が上記密閉空間に連通した一対の回
転密封環と、この一対の回転密封環を挟んだ状態で上記
ハウジングに保持された一対の静止密封環と、上記一対
の回転密封環の相互間に隙間を設けて介在し、当該回転
密封環と回転体とが相対回転するのを阻止するととも
に、上記流体流通口と流体通路とを連通させる連通孔を
有するストッパーリングと、このストッパーリングと各
回転密封環との間の隙間に介在し、各回転密封環を付勢
して対応する静止密封環に密着させるスプリングとを備
えることを特徴とする（請求項１）。

【０００７】上記の構成の回転継手装置によれば、一対
の回転密封環の相互間にストッパーリングを介在し、こ
のストッパーリングと各回転密封環との間に、各回転密
封環を付勢するスプリングを介在したものであるので、
ダブルメカニカルシールの全長を短くすることができ
る。このため、ハウジング及び回転体の軸方向長さを短
くすることができる。また、メカニカルシールによる密
封構造であるので、耐圧性及び耐久性を確保することが
できる。

【０００８】上記回転継手装置において、上記スプリン
グは、板ばねであるのが好ましく（請求項２）、この場
合には、所望の弾性付勢力を確保しつつ、スプリングの
軸方向長さを短くすることができる。このため、ハウジ
ング及び回転体の軸方向長さをより一層短くすることが
できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照しながら説明する。図２はこの発明
の回転継手装置を適用したＣＭＰ法によるシリコンウエ
ハの表面研磨装置１を示す概略図である。上記表面研磨
装置１は、垂直軸回りに回転駆動される回転軸１０と、
この回転軸１０と一体回転する回転テーブル１１と、水
平方向に進退駆動される昇降可能なパッド支持体１２
と、このパッド支持体１２に支持された状態で回転駆動
される研磨パッド１３とによって主要部が構成されてい
る。上記パッド支持体１２及び研磨パッド１３には、こ
れらを貫通してパッド部１３ａの下面に開口するスラリ
流体給排路１５が設けられており、このスラリ流体給排
路１５の静止側（パッド支持体１２側）と、回転側（研
磨パッド１３側）とは、回転継手１４によって回転自在
に接続されている。また、上記スラリ流体給排路１５の
一端部には、タンクＴに貯蔵されたスラリ流体としての
研磨液をシリコンウエハＷに供給したり、スラリ流体給
排路１５に残留する研磨液をタンクＴに回収したりする
ためのポンプＰ１が接続されている。

【００１０】上記回転軸１０には、研磨完了後において
シリコンウエハＷ及び回転テーブル１１に純水、温水等
の洗浄液や乾燥用の圧縮空気等を供給するための回転側
流体供給路１６と、シリコンウエハＷ等に供給した洗浄
液を回収するための回転側流体回収路１７とが設けられ
ている。上記回転側流体供給路１６は、回転軸１０の下
端部に設けられたこの発明の回転継手装置Ａ及び静止側
流体供給路１８を介して流体供給用のポンプＰ２に接続
され、回転側流体回収路１７は、上記回転継手装置Ａ及
び静止側流体回収路１９を介して流体回収用のポンプＰ
３に接続されている。

【００１１】図１も参照して、上記回転継手装置Ａは、
フレームＦに取付けらたハウジング２と、このハウジン
グ２の中空内部に回転自在に保持された回転体３と、ハ
ウジング２と回転体３との間の隙間を密封するダブルメ
カニカルシール４とによって主要部が構成されている。
上記ハウジング２は、底板２０及び第１，第２の環状部
材２１，２２を上下方向に直列に連結することにより構
成された有底筒状のものであり、上記底板２０の中心部
には、静止側流体供給路１８を通して供給される流体を
ハウジング２の内部に供給するための第１の流体流通口
２３が貫通形成されている。また、第１の環状部材２１
には、ハウジング２の内部から上記静止側流体回収路１
９に流体を導くための第２の流体流通口２４が径方向に
貫通形成されている。

【００１２】回転体３は、第１の筒体３１の内部に第２
の筒体３２を所定隙間を設けて挿通させた中空二重構造
のものであり、上記第１の筒体３１の外周には、スリー
ブ３１ａ，３１ｂが嵌合されている。この回転体３は、
スリーブ３１ｂに嵌合された一対のベアリング５を介し
てハウジング２に回転自在に保持されているとともに、
その上端部側がハウジング２から突出しており、突出部
の端部は回転軸１０に一体回転可能に接続されている。
また、上記第１の筒体３１の下部側の外周とハウジング
２の内周との間には、環状の密閉空間Ｓが形成されてお
り、この密閉空間Ｓに臨ませて上記第２の流体流通口２
４が設けられている。上記第２の筒体３２の下端部は、
第１の筒体３１の下端部に開口しており、当該第２の筒
体３２の内部は、静止側流体供給路１８と回転側流体供
給路１６を連通させる第１の流体通路３３として構成さ
れている。また、上記第１の筒体３１の下部側の周壁に
は、第１の筒体３１の内部を上記隙間Ｓに連通させるた
めの連通孔３３ａが径方向に貫通形成されており、第１
の筒体３１の内周と第２の筒体３２の外周との間の隙間
は、上記連通孔３３ａ、隙間Ｓ及び第２の流体流通口２
４と協働して回転側流体回収路１７と静止側流体回収路
１９とを連通させる第２の流体通路３４として構成され
ている。

【００１３】ダブルメカニカルシール４は、炭化珪素等
からなる一対の回転密封環４１と、この回転密封環４１
に摺接させる炭化珪素等からなる一対の静止密封環４２
と、各回転密封環４１を互いに離反する方向へ弾性付勢
する一対のスプリング４３と、この一対のスプリング４
３の相互間に介在したストッパーリング４４とを備えて
いる。両回転密封環４１は、回転体３の軸方向に所定間
隔離した状態で、軸方向へ移動可能に当該回転体３の外
周に嵌合されている。また、両回転密封環４１は互いに
逆向きに配置されている。すなわち、下部側の回転密封
環４１は、その摺接面を回転体３の下端部方向へ向けた
状態で配置されており、上部側の回転密封環４１は、そ
の摺接面を回転体３の上端部方向へ向けた状態で配置さ
れている。なお、両回転密封環４１と回転体３との間の
隙間は、第１のＯリング４５によって密封されている。

【００１４】１両静止密封環４２は、両回転密封環４１
を挟んだ状態で、ハウジング２の内周に固定されてい
る。これら静止密封環４２は、その摺接面どうしが対向
するように互いに逆向きに配置されている。また、両静
止密封環４２は、回り止めピン４２ａを介してハウジン
グ２に回転不能に係止されている。なお、両静止密封環
４２とハウジング２の内周との間の隙間は、第２のＯリ
ング４６によって密封されている。両スプリング４３
は、複数の皿ばね状の環状部材を交互に逆向きに接続し
た板ばねからなるものであり、各回転密封環４１を互い
に離反する方向へ弾性付勢して対応する静止密封環４２
に密着させている。このように、スプリング４３として
板ばねを使用することにより、所望の弾性付勢力を確保
しつつ、当該スプリング４３の軸方向長さ短くすること
ができる。

【００１５】ストッパーリング４４は、回転体３の外周
に嵌合された状態で、セットスクリュー４４ｃにより回
転体３と相対回転するのが阻止されている。このストッ
パーリング４４の一側面と他側面のそれぞれの外周側に
は、軸方向に沿って互いに逆向きに延びる係合突部４４
ａが、相互に位相を１８０°ずらした状態で形成されて
いる。両係合突部４４ａは、それぞれ両回転密封環４１
の外周側に設けられた係合溝４１ａに係合されており、
これにより、回転体３と両回転密封環４１とが相対回転
するのが阻止されている。また、上記ストッパーリング
４４には、回転体３の周壁に設けられた連通孔３３ａに
連続する連通孔４４ｂが径方向に貫通形成されている。
なお、上記ハウジング２の第２の環状部材２２には、回
転密封環４１と静止密封環４２との摺接面を冷却する冷
却液の供給口２５が径方向に貫通形成されている。

【００１６】以上の構成のダブルメカニカルシール４
は、一対の回転密封環４１の相互間にストッパーリング
４４を介在し、このストッパーリング４４と各回転密封
環４１との間に、スプリング４３を介在しているので、
その軸方向の全長を短くすることができる。このため、
ハウジング２及び回転体３の軸方向長さを短くすること
ができ、その分、回転継手装置Ａを小型にすることがで
きる。しかも、ダブルメカニカルシール４による密封構
造であるので、Ｏリングによる密封構造のものよりも耐
圧性及び耐久性を確保することができる。しかも、上記
スプリング４３として板ばねを使用しているので、当該
スプリング４３の軸方向長さを短くすることができる。
このため、ハウジング２及び回転体３の軸方向長さをよ
り一層短くすることができ、回転継手装置Ａをより効果
的に小型化することができる。

【００１７】この発明の回転継手装置は、上記の実施の
形態に限定されるものでなく、例えば、スプリング４３
としてコイルスプリングを使用する等、種々の設計変更
を施すことができる。また、この発明の回転継手装置
は、上記したシリコンウエハの表面研磨装置のほか、ロ
ボツト、自動塗装機、自動加工用工作機械及び自動組立
機等、回転部分に対して流体を供給する必要のある各種
機械に適用することができ、この場合には、回転体３の
内部の流体通路を一つだけ構成する場合もある。

【００１８】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の回転継手
装置によれば、ダブルメカニカルシールによる密封構造
であるので、耐圧性及び耐久性を確保することができる
とともに、当該ダブルメカニカルシールの全長を短くす
ることができるので、その分、装置を小型化することが
できる。

【００１９】請求項２記載の回転継手装置によれば、回
転密封環を押圧付勢するためのスプリングが、板ばねで
あるので、所望の弾性付勢力を確保しつつ、スプリング
の軸方向長さを短くすることができる。このため、回転
継手装置をより一層効果的に小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の回転継手装置の一つの実施の形態を
示す断面図である。

【図２】上記回転継手装置を適用したシリコンウエハの
表面研磨装置を示す概略図である。

【図３】従来の回転継手装置を適用したシリコンウエハ
の表面研磨装置を示す概略図である。

【図４】従来の回転継手装置を示す断面図である。

【図５】従来の回転継手装置の他の例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

２ ハウジング ２３ 第１の流体流通口 ２４ 第２の流体流通口 ３ 回転体 ４ ダブルメカニカルシール ４１ 回転密封環 ４２ 静止密封環 ４４ ストッパーリング ４４ｂ 連通孔 ４３ スプリング Ａ 回転継手装置

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体流通口が設けられた中空のハウジング
   と、 上記流体流通口に連通される流体通路を有し、上記ハウ
   ジングの中空内部に回転自在に保持された回転体と、 上記ハウジングと回転体との間の隙間を密封し、上記ハ
   ウジングの内面との間に密閉空間を形成するダブルメカ
   ニカルシールとを備える回転継手装置において、 上記ダブルメカニカルシールが、軸方向に互いに離して、かつ、直接の取付部位に対して
   軸方向への移動が許容された状態で 上記回転体に取付け
   られ、密封部に対する背面側が上記密閉空間に連通した
   一対の回転密封環と、 この一対の回転密封環を挟んだ状態で上記ハウジングに
   保持された一対の静止密封環と、 上記一対の回転密封環の相互間に隙間を設けて介在し、
   当該回転密封環と回転体とが相対回転するのを阻止する
   とともに、上記流体流通口と流体通路とを連通させる連
   通孔を有するストッパーリングと、 このストッパーリングと各回転密封環との間の隙間に介
   在し、各回転密封環を付勢して対応する静止密封環に密
   着させるスプリングとを備えることを特徴とする回転継
   手装置。
2. 【請求項２】上記スプリングが板ばねである請求項１記
   載の回転継手装置。