JP4083690B2 - 多流路形ロータリジョイント - Google Patents

Description

本発明は、ＣＭＰ装置（ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）法による半導体ウエハの表面研摩処理装置）等における相対回転部材間で複数の異種流体又は同種流体を混在させることなく各別のルートで流動させるための多流路形ロータリジョイントに関するものである。

例えば、ＣＭＰ装置による半導体ウエハの表面研摩処理にあっては、ターンテーブルとトップリングとを、その間に半導体ウエハを挟圧させた状態で、別個独立して回転させるが、かかる場合に、回転側部材（トップリング又はターンテーブル）とこれを支持する固定側部材（ＣＭＰ装置本体）との間で、ウエハ研磨液，ウエハ加圧用空気，ウエハ洗浄水（純水），エアーブロ−用空気等の供給や半導体ウエハ，定盤等の真空吸着又は研磨残渣液の吸引排出等を行うことがある。そこで、ＣＭＰ装置にあっては、一般に、かかる回転側部材と固定側部材との間に複数の流路を有するロータリジョイントを設けて、相対回転する両部材間において上記した複数の異種流体又は同種流体を各別のルート（流路）で流動させるようにしているのが普通である。

而して、このような相対回転部材間に設けられる多流路形ロータリジョイントとしては、従来から、固定側部材に取り付けられる第１ジョイント構成部材と回転側部材に取り付けられる第２ジョイント構成部材とを相対回転自在に連結し、両ジョイント構成部材の対向周面部間に、相対回転軸線方向に並列する複数のメカニカルシールを設けると共に、両ジョイント構成部材に、隣接するメカニカルシール間に形成されるシール領域を貫通する複数の流路を設けたもの（以下「従来ジョイント」という）が、知られている（例えば、特許文献１参照）。
特願平１１−３２８３６９号（特開２００１−１４１１５０）

ところで、メカニカルシールは、両ジョイント構成部材の一方に固定された固定密封環と他方に軸線方向移動自在に保持された可動密封環とがコイルスプリングにより押圧接触された状態で相対回転するように構成されたものであるから、両密封環の設置スペースに加えて可動密封環の移動スペース及びコイルスプリングの設置スペースが必要となり、軸線方向（両ジョイント構成部材の相対回転軸線方向）において大きな設置スペースを必要とするものである。

したがって、複数のメカニカルシールを軸線方向に並列させる構成をなす従来ジョイントでは軸線方向寸法が長大となり、この軸線方向寸法は流路数が多くなるに従い増大することになる。

また、メカニカルシールによるシール機能が良好に発揮されるためには、固定密封環と可動密封環とが適正に接触する必要があり、両ジョイント構成部材間における振動や軸触れの発生を確実に防止しておく必要がある。したがって、両ジョイント構成部材を相対回転自在に連結するベアリングを、少なくとも、メカニカルシール群の両側に設けておくことが必要となり、ベアリング設置スペースを確保するためにロータリジョイントの軸線方向寸法は更に長大化する。勿論、メカニカルシール数が多くなれば、ベアリングをメカニカルシール群の両側に配置しておくだけでは軸触れ等を確実に防止することができず、メカニカルシール群の中間部分にもベアリングを配置する必要が生じることになる。

一方、ＣＭＰ装置等にあっては、ロータリジョイントが配置される相対回転部材間のスペースは、相対回転部材の一方（トップリング等の回転側部材）を他方（ＣＭＰ装置本体等の固定側部材）に回転自在に支持させておく構造上、両部材の相対回転軸線方向に直交する方向（径方向）に大きくすることはできても、相対回転軸線方向には一定以上に大きくすることができないことが多い。

したがって、従来ジョイントでは、このような相対回転軸線方向のスペースに制限がある機器であって多くの流体ルートを必要とするＣＭＰ装置等には使用することができない。また、かかるスペースに制限がない機器においても、多くの流体ルートを必要とする場合には、機器全体が必要以上に大型化する。

また、従来ジョイントでは、１つのメカニカルシールを２つの流路間をシールする手段として兼用させることにより、軸線方向寸法の短尺化を図ることができるが、このようにすると、流路内の圧力変動等により一方の流路から他方の流路へと流体が漏れることがある。かかる場合、漏れが僅かであっても、他方の流路を流れる流体がウエハ処理用の純水等であるときは、一方の流路を流れる流体の混入により、ウエハに悪影響を及ぼす虞れがある。したがって、従来ジョイントでは、このような他流路からの流体混入を避ける必要がある流体を扱う場合には、軸線方向寸法の短尺化を有効に図る術はないし、仮にメカニカルシールを上記した如く兼用したとしても、短尺化できる範囲は僅かである。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、１つの流路を設ける場合と同等の軸線方向寸法で流路数に可及的に多く設けることができ、狭いスペースにも良好に設置することができ、他の流体の混在を避ける必要のある流体をも良好に流動させ得る実用的な多流路形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。

本発明は、上記の目的を達成すべく、第１ジョイント構成部材と第２ジョイント構成材とを相対回転自在に連結し、両ジョイント構成部材の相対回転軸線方向における対向端面部間に、両ジョイント構成部材の相対回転軸線を中心として同心状に並列する複数のメカニカルシールにより区画形成される複数のシール領域を設けると共に、両ジョイント構成部材に各シール領域を各別に通過する流路を設けたことを特徴とする多流路形ロータリジョイントを提案する。

かかる多流路形ロータリジョイントにあっては、各メカニカルシールが、第１ジョイント構成部材に前記相対回転軸線方向に移動可能に保持された可動密封環と、前記相対回転軸線方向において可動密封環に対向して第２ジョンイト構成部材に固定された固定密封環と、可動密封環と第１ジョイント構成部材との間に介装されて可動密封環を固定密封環へと押圧附勢するスプリングと、を具備するものであって、特に、バランス比κが０≦κ≦０．５（より好ましくはκ＝０又はκ≒０）となるバランスシールに構成されていることが好ましく、両密封環の対向端面である密封端面の一方を微小幅の円環状をなすナイフエッジ形状とした端面接触形のものに構成されていることが好ましい。当該ロータリジョイントを相対回転部材間で電気的な接続を必要とする機器に使用する場合には、両ジョイント構成部材に、最小径のメカニカルシールの内周側領域を通過する電線挿通路を設けておくことが好ましい。当該内周側領域は、電線挿通路の一部として使用しない場合においては、流路の一部を構成するシール領域として使用することができる。

本発明の多流路形ロータリジョイントは、軸線方向寸法を長大化させることなく、複数の異種流体又は同種流体を混在させることなく各別の流路により相対回転部材間において良好に流動させることができるものである。したがって、本発明によれば、相対回転部材間の回転軸線方向におけるロータリジョイント設置スペースが小さく且つ多数の流体ルートを必要とするＣＭＰ装置等においても好適に使用することができ、極めて機能性，実用性に富むロータリジョイントを提供することができる。

図１及び図２は本発明の多流路形ロータリジョイントの一例を示す断面図であり、図１及び図２に示す多流路形ロータリジョイントは、ＣＭＰ装置の相対回転部材間、つまりターンテーブル等の回転側部材Ａとこれを回転自在に支持するＣＭＰ装置本体等の固定側部材Ｂとの間に配置されるものであり、固定側部材Ｂに取り付けられる第１ジョイント構成部材１と、回転側部材Ａに取り付けられる第２ジョイント構成部材２と、両ジョイント構成部材１，２に設けられた複数の流路３…と、各流路３の相対回転部分をシールする複数のメカニカルシール４…と、第１ジョイント構成部材１に設けられたドレン路５１，５２と、を具備する。

第１ジョイント構成部材１は、図１に示す如く、円筒状の周壁６と厚肉円板状の底壁７と薄肉円板状の取付板８とからなり、底壁７及びその下位の取付板８の外周側部分に挿通させた適当数のボルト９…（１つのみ図示）を周壁６の下端部に螺着させることにより有底円筒構造体に組み立てられている。

第２ジョイント構成部材２は、図２に示す如く、円柱状のシャフト１０と円筒状のスリーブ１１とからなり、シャフト１０にスリーブ１１を嵌合させると共に適当数のボルト１２ａ…（１つのみ図示）により取付けることにより、シャフト１０の下端部をスリーブ１１から下方に若干突出させた状態で一体構造物に組み立てられている。なお、スリーブ１１の上端部には、回転側部材Ａに取り付けるための環状フランジ１１ａが一体形成されている。

両ジョイント構成部材１，２は、図１及び図２に示す如く、第１ジョイント構成部材１の底壁７の上端面部７ａと第２ジョイント構成部材２のシャフト１０の下端面部１０ａとを近接対向させた状態で、第１ジョイント構成部材１の周壁６と第２ジョイント構成部材２のスリーブ１１との対向周面部間に介装した１つのベアリング１２により相対回転自在に連結されている。さらに、周壁６とスリーブ１１との対向周面部間には、ベアリング１２の近傍下位に配して、オイルシール１３が介装されている。このオイルシール１３は、周壁６内周部に嵌合保持されてスリーブ１１の外周部に押圧接触されたゴム等の弾性材製のシールリング１３ａと、シールリング１３ａに埋設された補強金属材１３ｂと、シールリング内周部のスリーブ１１への接触力を確保するためのガータスプリング１３ｃとからなる。

各ジョイント構成部材１，２の中心部には貫通孔５３，５４が形成されている。両貫通孔５３，５４は、両ジョイント構成部材１，２の軸線（相対回転軸線）上を貫通する電線挿通孔５５として機能する。すなわち、この電線挿通孔５５は、回転側部材Ａと固定側部材Ｂとの間での送電や各種の電気的制御を行うための電線（図示せず）を挿通させるためのものであり、必要に応じて、両貫通孔５３，５４間にはロータリコネクタが配設される。

メカニカルシール４…は、図１及び図２に示す如く、ジョイント構成部材１，２の軸線（ジョイント構成部材１，２の相対回転軸線）を中心とする同心状をなして、両ジョイント構成部材１，２の軸線方向における対向端面部間つまり底壁７の上端面部７ａとシャフト１０の下端面部１０ａとの間に並列配置されていて、両ジョイント構成部材１，２の対向端面部７ａ，１０ａ間を同心状をなす複数のシール領域５…に区画している。この例では、両ジョイント構成部材１，２の対向端面部７ａ，１０ａ間に、図１及び図２に示す如く、径の異なる５つのメカニカルシール４…を同心状に配置して、最小径のメカニカルシール４の内周側領域及び径方向に隣接するメカニカルシール４，４間の環状領域で形成される５つのシール領域５…及び最大径のメカニカルシール４とオイルシール１３との間の環状領域で形成されるドレン領域５ｆが設けられている。なお、以下の説明において、各メカニカルシール４を他のメカニカルシール４…と区別する必要があるときは、最小径のものから順に「第１メカニカルシール４ａ」「第２メカニカルシール４ｂ」「第３メカニカルシール４ｃ」「第４メカニカルシール４ｄ」及び「第５メカニカルシール４ｅ」ということとする。また、各シール領域５を他のシール領域５と区別する必要があるときは、第１メカニカルシール４ａの内周側領域で形成されるものから順に「第１シール領域５ａ」「第２シール領域５ｂ」「第３シール領域５ｃ」「第４シール領域５ｄ」及び「第５シール領域５ｅ」ということとする。

而して、両ジョイント構成部材１，２には、図１及び図２に示す如く、第１及び第３シール領域５ａ，５ｃを除くシール領域５…を各別に通過する３つの流路３…（以下、「第１流路３ａ」「第２流路３ｂ」及び「第３流路３ｃ」という）が形成されている。すなわち、第１流路３ａは、第１及び第２メカニカルシール４ａ，４ｂ間の第２シール領域５ｂと第１ジョイント構成部材１の底壁７及び第２ジョイント構成部材２のシャフト１０に形成されて第２シール領域５ｂに開口する貫通孔３１ａ，３２ａとで一連に構成されたものであり、第２流路３ｂは、第３及び第４メカニカルシール４ｃ，４ｄ間の第４シール領域５ｄと底壁７及びシャフト１０に形成されて第４シール領域５ｄに開口する貫通孔３１ｂ，３２ｂとで一連に構成されたものであり、また第３流路３ｃは、第４及び第５メカニカルシール４ｄ，４ｅ間の第５シール領域５ｅと底壁７及びシャフト１０に形成されて第５シール領域５ｅに開口する貫通孔３１ｃ，３２ｃとで一連に構成されたものである。この例では、第１流路３ａが、他の流体との混合や金属汚染を回避すべき流体、例えば半導体ウエハの処理（表面研磨等）に使用される純水，研磨液等の処理流体を流動させる通路として使用されている。また、第２及び第３流路３ｂ，３ｃは、このような条件（金属汚染等の回避）が格別要求されない加圧空気，上水等の非処理流体（又は相互混入による影響のない同種流体）を流動させる通路として使用されている。なお、貫通孔３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、後述するスプリング嵌挿用の凹部２５…に連通しないように配置されている。

最小径の第１メカニカルシール４ａの内周領域で形成される第１シール領域５ａは、電線挿通孔５５が貫通しており、貫通孔５３，５４と共に電線挿通孔５５を構成する。

第２及び第３メカニカルシール４ｂ，４ｃ間の環状領域で形成される第３シール領域５ｃはドレン領域として使用され、第１ジョイント構成部材１の底壁７には、図２に示す如く、ドレン領域５ｃに開口するドレン路５１が形成されている。また、底壁７には、図２に示す如く、オイルシール１３下のドレン領域５ｆに開口するドレン路５２が形成されている。

各メカニカルシール４は、第１ジョイント構成部材１に回転軸線方向（両ジョイント本体１，２の相対回転軸線方向）に移動可能に保持された可動密封環１４と、当該回転軸線方向において可動密封環１４に対向して第２ジョンイト構成部材２に固定保持された固定密封環１５と、可動密封環１４と第１ジョイント構成部材１との間に介装されて可動密封環１４を固定密封環１５へと押圧附勢するスプリング１６とを具備する。すなわち、メカニカルシール４は、図１〜図４に示す如く、第１ジョイント構成部材１の底壁７の上端面部７ａに軸線方向（上下方向）に移動可能に保持された可動密封環１４と、これに直対向して第２ジョイント構成部材２のシャフト１０の下端面部１０ａに固定された固定密封環１５と、可動密封環１４を固定密封環１５へと押圧接触されるべく附勢する複数のコイルスプリング１６…（１つのみ図示）と、を具備するものであり、両密封環１４，１５の対向端面たる密封端面１４ａ，１５ａの相対回転摺接作用によりシール機能を発揮する端面接触形のものに構成されている。

各可動密封環１４は、図１〜図４に示す如く、第１メカニカルシール４ａにおいては底壁７の上端面部７ａの中心部に形成した円形凹部１７に嵌合保持されており、これを除く各メカニカルシール４においては底壁７の上端面部７ａに形成した環状溝１８に嵌合保持されている。なお、第２及び第３メカニカルシール４ｂ，４ｃの可動密封環１４，１４は共通の環状溝１８に近接状態で嵌合保持されており、第２メカニカルシール４ｂの可動密封環１４は当該共通の環状溝１８の内径側壁面に外嵌保持されると共に第３メカニカルシール４ｃの可動密封環１４は当該共通の環状溝１８の外径側壁面に内嵌保持されている。

各メカニカルシール４の可動密封環１４は、その上下方向移動を許容する状態で、Ｏリング１９により底壁７との間を二次されると共にドライブピン２０により底壁７との間の相対回転を阻止されている。すなわち、Ｏリング１９は、図１〜図４に示す如く、第２メカニカルシール４ｂにおいては可動密封環１４の内周面と環状溝１８の内径側壁面との間を二次シールしており、これ以外の各メカニカルシール４においては可動密封環１４の外周面と円形凹部１７の側壁面又は環状溝１８の外径側壁面との間を二次シールしている。また、ドライブピン２０は、図１〜図４に示す如く、円形凹部１７又は環状溝１８の底壁面に突設されていて、第２メカニカルシール４ｂにおいては可動密封環１４の外周部に形成した凹溝１４ｂに係合されており、これ以外の各メカニカルシール４においては可動密封環１４の内周部に形成した凹溝１４ｃに係合されている。

各固定密封環１５は、図１〜図４に示す如く、第１メカニカルシール４ａにおいてはシャフト１０の下端面部１０ａの中心に形成した円形凹部２１に嵌合固定されており、第５メカニカルシール４ｅにおいてはシャフト１０の下端面部１０ａの外周面に嵌合固定されており、またこれらを除く各メカニカルシール４においてはシャフト１０の下端面部１０ａに形成した環状溝２２に嵌合固定されている。各固定密封環１５とシャフト１０との嵌合部分には、両者１０，１５間を二次シールするＯリング２３が介装されている。すなわち、Ｏリング２３は、第１メカニカルシール４ａにおいては固定密封環１５の外周面と前記円形凹部２１の内周面との間に介装されており、第５メカニカルシール４ｅにおいては固定密封環１５の内周面とシャフト１０の外周面との間に介装されており、これら以外のメカニカルシール４においては固定密封環１５の内周面又は外周面とこれに対向する環状溝２２の内周面との間に介装されている。また、各固定密封環１５は、その上端部に形成した凹部にスリーブ１１の下端面又は円形凹部２１若しくは環状溝２２の底壁面に突設したドライブピン２４を係合させることにより、シャフト１０に対する相対回転を阻止されている。なお、両密封環１４，１５の背面にはシール領域５を流動する流体の圧力が背圧として作用することになるが、かかる背圧が作用する面積（密封環１４，１５の背面の面積）は、図４に示す如く、固定密封環１５より可動密封環１４の方が大きくなっている。

各メカニカルシール４におけるコイルスプリング１６…は、円形凹部１７又は環状溝１８の底壁面に周方向に所定ピッチで穿設された複数の凹部２５…（１つのみ図示）に嵌挿されていて、可動密封環１４を上方へと押圧附勢して固定密封環１５に圧接させる。

また、この例では、各固定密封環１５の下端面たる密封端面１５ａは、ジョイント構成部材１，２の軸線（相対回転軸線）に直交する平滑な円環状面に構成されており、各可動密封環１４の上端面たる密封端面１４ａは微小幅Ｗの円環状をなすナイフエッジ形状とされていて、対向する固定密封環１５の密封端面１５ａにほぼ線接触しうるようになっている（図４参照）。

ところで、流路３…、例えば第１流路３ａを通過する処理液が固形成分や凝固成分を含有する研磨液等のスラリ流体である場合、密封端面１４ａ，１５ａ間にスラリ流体が侵入して、これに含まれている固形成分や凝固成分が付着，堆積し、密封端面１４ａ，１５ａの適正な接触状態が損なわれる虞れがあるが、上述した如く、一方の密封端面１４ａを微小幅Ｗのナイフエッジ形状としておくことによって、このような固形成分等の付着，堆積を効果的に防止することができる。すなわち、密封端面１４ａ，１５ａ間に侵入，付着した固形成分等をナイフエッジ状の密封端面１４ａによって削り取る如くして排除する（この機能を、以下「付着物排除機能」という）のである。また、密封端面幅Ｗを微小として、密封端面１４ａ，１５ａの接触面積を小さくしておくことにより、ドライ条件下（例えば、研磨処理後に第１流路３ａに残存する処理液を真空吸引により排出させるような場合や第２又は第３流路３ｂ，３ｃに加圧空気等の気体を流動させる場合）においても密封端面１４ａ，１５ａの接触による摩耗や発熱を効果的に抑制する（この機能を、以下「摩耗抑制機能」という）ことができる。このような付着物排除機能及び摩耗抑制機能を効果的に発揮させるためには、密封端面幅Ｗを１〜５ｍｍに設定しておくことが好ましい。Ｗ＞５ｍｍであると、密封端面１４ａによる固形分排除機能が充分に発揮されないし、密封端面１４ａ，１５ａの接触による摩耗を効果的に防止できない。また、Ｗ＜１ｍｍであると、密封端面１４ａの強度上の問題の他、密封端面１４ａによる削り取り力が過大となって、密封端面１４ａ，１５ａ間に形成される潤滑膜までも破壊され、密封端面１４ａ，１５ａが焼き付く虞れがあると共に、密封端面１４ａ，１５ａの接触圧が必要以上に高くなるため密封端面１４ａ，１５ａの接触による摩耗が効果的に抑制されず、摩耗粉の発生が多くなる。したがって、密封端面幅Ｗは、シール条件（密封すべき流体の性状，圧力等）に応じて、上記した範囲（１ｍｍ≦Ｗ≦５ｍｍ）で適当に設定しておくことが好ましい。

また、各メカニカルシール４を、密封端面１４ａ，１５ａの相対回転摺接作用により、その相対回転摺接部分の内周側領域と外周側領域とをシールする端面接触形のものに構成してあるが、この例では、更に図４に例示する如く、バランス比κが０≦κ≦０．５となるバランスシールに構成して、正圧，負圧の切り換えや上記内外周領域間の圧力バランスの逆転（両領域の圧力が高低逆転する場合）等にも十分に対応できるように工夫してある。

図４に示す第１メカニカルシール４ａを例として説明すると、各メカニカルシール４におけるバランス比κは、設計上、密封端面１４ａ，１５ａの相対回転摺接部分の内外径Ｄ₁，Ｄ₂（密封端面１４ａの内外径であり、（Ｄ₂−Ｄ₁）／２＝Ｗである）と可動密封環１４の二次シール部分の径（Ｏリング１９に接触する可動密封環部分の外径であり、以下「バランス径」という）Ｄ₀とで決定され、κ＝（（Ｄ₁ ）² −（Ｄ₀ ）² ）／（（Ｄ₂ ）² −（Ｄ₁ ）² ）とされる。すなわち、図４に示す如く、密封端面１４ａ，１５ａの相対回転摺接部分の内周側領域（第１シール領域）５ａ及び外周側領域（第２シール領域）５ｂにおける圧力をＰａ，Ｐｂ（Ｐａ＜Ｐｂ）とし、コイルスプリング１６…による附勢力（スプリング圧）をＦとすると、当該相対回転摺接部分に作用する見掛け上の面圧（推力）Ｐは、Ｐ＝（π／４）（（Ｄ₁ ）² −（Ｄ₀ ）² ）（Ｐｂ−Ｐａ）／（π／４）（（Ｄ₂ ）² −（Ｄ₁ ）² ）＋（π／４）（（Ｄ₂ ）² −（Ｄ₁ ）² ）Ｆ／（π／４）（（Ｄ₂ ）² −（Ｄ₁ ）² ）＝（（（Ｄ₁ ）² −（Ｄ₀ ）² ）／（（Ｄ₂ ）² −（Ｄ₁ ）² ））（Ｐｂ−Ｐａ）＋Ｆで与えられることになり、この式における第１項の係数（（Ｄ₁ ）² −（Ｄ₀ ）² ）／（（Ｄ₂ ）² −（Ｄ₁ ）² ）がバランス比κである。このように、バランス比κは、密封端面１４ａの内外径Ｄ₁ ，Ｄ₂ 及びバランス径Ｄ₀ によって必然的に決定されるものであり、バランス比κを０≦κ≦０．５に設定しておくことにより、当該メカニカルシール４ａによって区画される両領域５ａ，５ｂ間の差圧（Ｐｂ−Ｐａ）が大小変動，正負変動した場合（例えば、圧力Ｐａが大気圧力で一定となる第１シール領域５ａとの関係において、第２シール領域５ｂが正圧モード（処理液の流動時）と負圧モード（処理液の真空吸引排出時）とに切り換えられた場合）にも上記推力Ｐが大きく変化せず、密封端面１４ａ，１５ａの接触圧を適正に維持することができ、両領域５ａ，５ｂ間のシールを良好に行うことができる。この例では、ナイフエッジ形状をなす密封端面１４ａの内径Ｄ₁若しくは外径Ｄ₂又は平均径（（Ｄ₁＋Ｄ₂）／２）とバランス径Ｄ₀とを一致又は略一致させることによりκ＝０又はκ≒０に設定してある。

ところで、当該ロータリジョイントの各部材の構成材は、当該部材に要求される機能，機械的強度に応じて選択される他、各流路３を流動する流体の性状，使用目的に応じて選択しておくことが必要であり、一般に、当該流体に対して不活性なものを選択しておくことが好ましい。流体に対して不活性な構成材は、当該流体の性状や使用条件（金属汚染の回避等）との関係において決定されるものであり、例えば、当該流体が半導体ウエハの処理に使用する研磨液，洗浄液等のように金属汚染を回避すべきものである場合には、流体との接触により金属成分を溶出したり金属粉を発生したりすることがないセラミックスやプラスチックが該当する。また、当該流体が砥粒等の固形成分を含有するスラリ流体である場合には、含有固形成分との接触により発塵しないセラミックス，プラスチックであり、高温流体である場合には耐熱性を有するセラミックス，プラスチックであり、腐食性流体である場合には、耐食性ないし耐薬品性を有するセラミックス，プラスチックが該当する。

したがって、各メカニカルシール４における密封環１４，１５については、一般に、密封環１４，１５の摺動接触による摩耗粉等を発生し難い炭化珪素，酸化アルミニウム等のセラミックスで構成しておくことが好ましい。勿論、使用条件によっては、後述のエンジニアリングプラスチックで構成しておくことも可能である。この例では、各メカニカルシール４の密封環１４，１５は、すべて炭化珪素で構成されている。

また、密封環１４，１５以外の流体接触部分（当該流体侵入して接触する虞れのある部分を含む）については、当該流体の性状，使用目的に応じて、砥粒等の固形成分との接触によりパーティクルを発生させることがなく且つ加工による寸法安定性，耐熱性等に優れたＰＥＥＫ，ＰＥＳ，ＰＣ等のエンジニアリングプラスチックや耐食性，耐薬品性に優れたＰＴＦＥ，ＰＦＡ，ＦＥＰ，ＰＶＤＦ等の弗素樹脂で構成しておくことが好ましい。そして、流路３における流体接触部分を、選定された材料（以下「選定材料」という）で構成しておく態様としては、流路３が形成される部材全体又は部分を選定材料で構成しておく場合と、流体接触部分のみ（例えば、流路３の内壁面等）をコーティング，パイプ圧入等の手段による選定材料層で構成しておく場合とに大別される。この例では、流路３…が形成される底壁７及びシャフト１０を、金属汚染等を生じないＰＰ（ポリプロピレン樹脂）等の合成樹脂で構成してある。そして、底壁７及びシャフト１０がかかる合成樹脂で構成されることによるジョイント構成部材１，２の機械的強度不足を、周壁６，取付板８及びスリーブ１１を金属製のものとすることによって防止している。この例では、特に、ジョイント全体の軽量化を図るために周壁６及び取付板８をアルミニウム合金製とし、回転体であるシャフト１０の強度維持及び回転側部材Ａへの取付強度等を図るためにスリーブ１１は鋼製（ＳＵＳ３１６等）としてある。

以上のように構成された多流路形ロータリジョイントにあっては、複数の流体を独立した流路３…により良好に流動させることができる。特に、第１流路３ａにあっては、他の流路３ｂ，３ｃからの流体侵入が確実に防止されることから、純水等の処理液を他流体の混入による汚染を生じることなく良好に流動させることができ、当該処理液によるウエハ処理を良好に行うことができる。すなわち、第１流路３ａのシール領域５ｂとこれに隣合う第２流路３ｂのシール領域５ｄとの間にはドレン領域（第３シール領域）５ｃが介在しているから、シール領域５ｄからシール領域５ｂ側への流体漏れが生じた場合にも、その漏洩流体はドレン領域５ｃに開口するドレン路５１から排出されて、第２シール領域５ｂに侵入することがない。また、第１流路３ａのシール領域５ｂには、ドレン領域５ｃの他、第１シール領域５ａが隣接するが、この第１シール領域５ａは電線挿通路５５の一部を構成する大気領域であるから、第１メカニカルシール４ａが上記したバランスシールに構成されていることとも相俟って、第１流路３ａを流動する処理液が第１シール領域５ａ側から汚染されるようなことはない。

また、第２及び第３流路３ｂ，３ｃにあっては、相互に混入することがあっても影響のない非処理流体（又は同種流体）を流動させることから、隣接するシール領域５ｄ，５ｅ間において流体漏れが生じたとしても問題はない。また、オイルシール１３下のドレン領域５ｆにベアリング１２の潤滑オイルが漏洩した場合、これがドレン領域５ｆに隣接する第３流路３ｃのシール領域５ｅに侵入する虞れがあるが、かかる漏洩オイルはドレン領域５ｆに開口するドレン路５２から排出されて、シール領域５ｅに侵入することがない。このようなシール領域５ｅとこれに隣接する領域５ｄ，５ｆとの間における流体漏れは、これらの領域間をシールするメカニカルシール４ｄ，４ｅをバランスシールとしておくことにより、より確実に防止される。

このように、多流路形ロータリジョイントにあっては、ジョイント構成部材１，２間に流路３…を構成するためのシール領域５ｂ，５ｄ，５ｅ及び流路３…への流体混入を避けるためのドレン領域５ｃ，５ｆ並びに電線挿通路５５を構成するための領域５ａを設け、これらの領域５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ間をシールするために多数のメカニカルシール４…を設けたものであるが、メカニカルシール４…をジョイントの径方向に同心状に配置したことから、軸線方向寸法を極めて小さくすることができる。すなわち、軸線方向寸法を、従来ジョイントにおいて１つのメカニカルシールを設けた場合と同等に設定することができ、これはメカニカルシールの設置数に拘わらず一定である。したがって、多くの流体ルートを必要とするＣＭＰ装置等であって、相対回転部材（回転側部材Ａ及び固定側部材Ｂ）間の回転軸線方向におけるロータリジョイント設置スペースが小さな機器にも、好適に使用することができる。しかも、軸線方向寸法が小さいために、上記した如く、両ジョイント構成部材１，２を１つのベアリング１２により軸触れ等を生じない適正状態に確実に連結することができるから、ベアリング１２による軸線方向寸法の増大を招くことがなく、ベアリング１２を含めたジョイント全体のメンテナンスを容易に行うことができる。

なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において、適宜に改良，変更することができる。例えば、流路を構成するためのシール領域(及びシール領域間の流体侵入を防止するためのドレン領域）の数，配置は、流動させようとする流体の性状，使用目的等に応じて任意に設定することができる。

本発明に係る多流路形ロータリジョイントを示す断面図である。 図１と異なる位置で切断した断面図である。 図１の要部の拡大図である。 図２の要部の拡大詳細図である。

符号の説明

１…第１ジョイント構成部材、２…第２ジョイント構成部材、３…流路、３ａ…第１流路、３ｂ…第２流路、３ｃ…第３流路、４…メカニカルシール、４ａ…第１メカニカルシール、４ｂ…第２メカニカルシール、４ｃ…第３メカニカルシール、４ｄ…第４メカニカルシール、４ｅ…第５メカニカルシール、５…シール領域、５ａ…第１シール領域（電線挿通路）、５ｂ…第２シール領域、５ｃ…第３シール領域（ドレン領域）、５ｄ…第４シール領域、５ｅ…第５シール領域、５ｆ…ドレン領域、７ａ…底壁の上端面部（両ジョイント構成部材の対向端面部）、１０ａ…シャフトの下端面部（両ジョイント構成部材の対向端面部）。

Claims (1)

1. 第１ジョイント構成部材と第２ジョイント構成材とを相対回転自在に連結し、両ジョイント構成部材の相対回転軸線方向における対向端面部間に、両ジョイント構成部材の相対回転軸線を中心として同心状に並列する複数のメカニカルシールにより区画形成される複数のシール領域を設けると共に、両ジョイント構成部材に各シール領域を各別に通過する流路を設けたことを特徴とする多流路形ロータリジョイント。

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