JP4732631B2 - ロータリージョイント - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体製造装置等の流体供給機器において、流体供給機器から回転体に供給される多通路の接続部分に用いられるロータリージョイントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に係わるロータリージョイントの用途に関し、例えば、集積回路の基板に使用される半導体ウエハは、シリコン等の円柱状の超純度結晶体を、一定の厚さの円盤状にスライスしてから研削加工し、更に表面の平坦仕上加工及び鏡面加工を行っている。そして、半導体デバイスの高集積化の進歩につれて、更に一層の高精度の平坦度や鏡面加工精度が要求されている。
【０００３】
このような半導体ウエハの超平坦化及び鏡面化のための研磨加工は、例えば、ポリッシング装置（ＣＭＰ装置）により行われている。この種のポシリッシング装置の構成は、上面に半導体ウエハを保持するターンテーブルと、その上部に対向して設けられた研磨面を有するトップリングと、トップリングの研磨面をターンテーブル上に配置された半導体ウエハに対し接触させて水平移動させながらトップリングを回転させる駆動装置と、トップリングの研磨面と半導体ウエハの被研磨面との間に研磨液（純水＋スラリー）、空気、真空状態、等を断続に供給や吸引する装置とを備えている。
【０００４】
この様に構成されたＣＭＰ装置による半導体ウエハの研磨加工は、研磨液、空気、真空引き等を交互に供給したり吸引したりしながら、トップリングを半導体ウエハの被研磨面に接触させて回転させることによって処理が行われる。このため、回転するトップリングと、非回転側の研磨液供給装置との間の接続通路は、多流路用ロータリージョイントを介して接続されている。
【０００５】
図５は、この様な流体供給装置からの流体を回転する処理装置へ供給する接続通路を接続可能とする従来のロータリージョイントの断面図である。
図５に於いて、ロータリージョイント１００は、内周面を設けたボディ１０１が配置されており、そのボディ１０１の内周面内に回転可能に挿通されたロータ１０２が設けられている。又、ボディ１０１には、多数の流体供給用通路１０３が設けられている。更に、ロータ１０２にも対応する多数の流体用通路１０４が設けられている。そして、ボディ１０１とロータ１０２の間に軸方向へ多数のメカニカルシール１０５が配置されている。
【０００６】
このメカニカルシール１０５は固定用密封環１０５Ａと回転用密封環１０５Ｂとが対向して配置されている。そして、各メカニカルシール１０５の間に流体用通路１０３、１０４が形成される。この流体用通路１０３、１０４が往復通路に構成されているために、固定用密封環１０５Ａはボディブロック１１０により狭持されている。又、回転用密封環１０５Ｂは、ゴム材製のＯリング１１０を介してロータ１０２に摺動自在に嵌合すると共に、コイルばね１１２により固定用密封環１０５Ａの方向へ押圧されている。尚、この固定用密封環１０５Ａはカーボン又はセラミックなどにより形成されている。
このメカニカルシール１０５間に形成される各シール室１０６を介して流体供給用通路１０３と流体用通路１０４とが連通されている。これらの各シール室１０６内は、作動する処理装置のプログラムに従って、液体＋スラリー、気体、真空状態が交互に供給されることになる。このため、流体供給用通路１０３が流体を供給したり排出したりする往復の給排通路となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようにロータリージョイント１００には、本体１０１とロータ１０２とに多数の通路１０４が形成される。一般にメカニカルシール１０５は、一方からのみ流れる流体をシールするように構成されているために、往復通路を必要とするときには、メカニカルシール１０５のシールする方向に合わせて往・復通路ごとに各メカニカルシール１０５が設られている。このため、メカニカルシール１０５とロータ１０２との嵌合間をシールするＯリング１１０も多数設けられることになる。
そして、Ｏリング１１０が被密封流体の圧力を受けてＯリング取付溝に圧接変形し、更にはＯリング取付溝内を移動するから、その摩擦により摩耗・損傷することになる。このＯリング１１０は、１箇所損傷しただけでも処理装置全体の性能に影響する。又、Ｏリング１１０の１箇所の損傷は、ロータリージョイント１００全体を交換しなければならなくなる。
【０００８】
又、図６は、図５に示す回転用密封環１０５Ｂを拡大した半断面図である。図６に於いて、Ｏリング１１０は回転用密封環１０５Ｂの背面から被密封流体の圧力を受けて図示左側へ移動して圧着される。この状態で、ゴム材製のＯリング１１０が１０分間位作動しない状態が継続されると、Ｏリング１１０がＯリング取付溝１１４の形成面に接着して接着面から移動しなくなる。次に、流体用通路１０４を被密封流体が流れて被密封流体がＯリング１１０に作用し、Ｏリング１１０をコイルばね１１２が圧縮される方向へ移動させる場合に、回転用密封環１０５Ｂに接着しているＯリング１１０は、回転用密封環１０５Ｂをも同時に移動させるような力が働くので固定用密封環１０５Ａと回転用密封環１０５Ｂとのシール面Ｓの密接状態を開くことになる。
【０００９】
特に、流体用通路１０４内が真空になる場合には、真空力がＯリング１１０の直径の断面全面積に作用してＯリング１１０をコイルばね１１２が圧縮される方向へ移動させるので、Ｏリング１１０に接着した回転用密封環１０５Ｂもコイルばね１１２を圧縮する方向へ移動しようとする。その結果、固定用密封環１０５Ａと回転用密封環１０５Ｂとのシール面は密接力を弱めるから、被密封流体が漏洩することになる。
又、被密封流体がスラリーを含む流体、或いは水、空気、真空等が交互に流れるような半導体製造装置のような場合には、この悪影響がさらに増加してシール能力を低下させることになる。
【００１０】
本発明は、上述のような問題点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、ロータとメカニカルシールを構成する一方のばね手段を介して弾発に押圧されている密封環との間に取り付けられてシールするＯリングの摩耗や損傷を防止して、ロータリージョイントに於ける接続連通路のシール能力を向上させることにある。
又、ばね手段を介して弾発に押圧されているメカニカルシール１０５の一方の密封環の密封力を確実に保持することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した技術的課題を解決するために成されたものであって、その技術的解決手段は以下のように構成されている。
【００１２】
請求項１に係わる本発明のロータリージョイントは、内周面内へ貫通する第１通路を有する本体と、前記本体の内周面と外周面が嵌合して回転自在に配置されていると共に前記外周面に貫通して前記第１通路と連通可能な第２通路を有するロータと、前記本体の内周面と前記ロータの外周面との間の前記第１通路と前記第２通路との接続空間部の両側に配置されて前記第１通路と前記第２通路との連通路を形成するメカニカルシールとを具備し、前記メカニカルシールは前記本体又は前記ロータの一方に有する第１保持部に保持されて一端に第１シール面を有する第１密封環と、前記ロータ又は前記本体の他方に有する第２保持部に軸方向移動自在に保持されて対向する前記第１シール面と密接する第２シール面を有すると共に他端に弾発手段により押圧される第２背面を有する第２密封環とを備え、前記第２密封環には第２受圧背面と第２支持端面との間に形成されるシールリング取付部を有し、前記シールリング取付溝に装着されたゴム状弾性材製のシールリングを有すると共に前記シールリングの表面に前記ゴム状弾性材より摩擦係数の小さな材質の低摩擦外周部を有するものである。
また、請求項３に係わる本発明のロータリージョイントは、内周面内へ貫通する第１通路を有する本体と、前記本体の内周面と外周面が嵌合して回転自在に配置されていると共に前記外周面に貫通して前記第１通路と連通可能な第２通路を有するロータと、前記本体の内周面と前記ロータの外周面との間の前記第１通路と前記第２通路との接続空間部の両側に配置されて前記第１通路と前記第２通路との連通路を形成するメカニカルシールとを具備し、前記メカニカルシールは前記本体又は前記ロータの一方に有する第１保持部に保持されて一端に第１シール面を有する第１密封環と、前記ロータ又は前記本体の他方に有する第２保持部に軸方向移動自在に保持されて対向する前記第１シール面と密接する第２シール面を有すると共に他端に弾発手段により押圧される第２背面を有する第２密封環とを備え、前記第２密封環には第２受圧背面と第２支持端面との間に形成されるシールリング取付部を有し、前記シールリング取付溝に装着されたゴム状弾性材製のシールリングを有すると共に前記シールリングの表面に前記ゴム状弾性材より摩擦係数の小さな材質の低摩擦外周部又は／及び前記シールリング取付溝の前記シールリングと接合する面に前記ゴム状弾性材より摩擦係数の小さな材質の低摩擦外周部を有するものである。
【００１３】
請求項１に係わる本発明のロータリージョイントでは、シールリングの表面がゴム材製よりも摩擦係数の小さな材質により低摩擦外周部に構成されているから、シールリングがシールリング取付溝の形成面に接着することがなく、被密封流体の圧力又は負圧力がシールリングに作用してもシールリングのみがシールリング溝内で移動変形し、密封環をシールリングと共に移動させるような作用力は防止できる。このため、メカニカルシールのシール面は、密接力を弱めることなく、常にシール能力を保持する効果を奏する。
また、請求項１に係わる本発明のロータリージョイントでは、シールリングの表面がゴム材製よりも摩擦係数の小さな材質により低摩擦外周部に構成されているから、又は、シールリングと接面するシールリング取付溝の形成面及びロータの接触面が摩擦係数の小さな材質の低摩擦外周部に形成されているから、シールリングがシールリング取付溝の形成面に接着することがなく、被密封流体の圧力又は負圧力がシールリングに作用してもシールリングのみがシールリング溝内で移動変形し、密封環をシールリングと共に移動させるような作用力は防止できる。このため、メカニカルシールのシール面は、密接力を弱めることなく、常にシール能力を保持する効果を奏する。
【００１４】
又、シールリングに対してスラリー液体、気体、真空状態が交互に作用してもシールリング又は／及びシールリング取付溝にゴム材質よりも摩擦係数の小さな材質の低摩擦外周部が形成されているから、シールリングが圧力に応じて移動できるので、シールリングがシールリング取付溝又はロータとの接触面により摩耗或いは損傷させられることが防止できる。
【００１５】
請求項２及び請求項３に係わる本発明のロータリージョイントは、前記第１保持部には内周に前記第２密封環方向へリング状に突出して外周面に第１嵌合面を有すると共に自由端に第１支持端面を形成した第１嵌合案内部を有し、前記第１密封環にはシールリングを介して前記第１嵌合面に嵌合する第１案内面を有すると共に前記第１支持端面と対向する第１受圧背面を有し、前記第２保持部には前記第１密封環側へリング状に突出して外周面に第２嵌合面を有すると共に自由端に前記第２支持端面を形成した第２嵌合案内部を有し、前記第２密封環には前記第２嵌合面と嵌合摺動する第２案内面を有すると共に前記第２案内面と前記第２支持端面との間にシールリング取付溝を形成する前記第２受圧背面を有し、前記第１受圧背面の面積と前記第２受圧背面の面積とをほぼ同一面積に形成したロータ側の第２通路から被密封流体が流れる場合、又は本体側の第１通路が真空状態に切り替えられた場合に、第１受圧背面の受圧面積と第２受圧背面の受圧面積がほぼ同一であるから、各密封環の第１シール面と第２シール面に作用する力は、釣り合うことになり、通路を流れる流体が正逆どちらから流れてもメカニカルシールの密封能力を常に保持することが可能になるものである。
【００１６】
請求項２及び請求項３に係わる本発明のロータリージョイントでは、ロータ側の第２通路から被密封流体が流れる場合、又は本体側の第１通路が真空状態に切り替えられた場合に、第１受圧背面の受圧面積と第２受圧背面の受圧面積がほぼ同一であるから、各密封環の第１シール面と第２シール面に作用する力は、釣り合うことになり、通路を流れる流体が正逆どちらから流れてもメカニカルシールの密封能力を常に保持することが可能になる。又、固定用密封環がリング状に回転用密封環側へ突出した第１嵌合案内部に移動自在に嵌合して保持されていると共に、第１支持端面と第１受圧背面との間に被密封流体の圧力が作用して固定用密封環を回転用密封環側へ押圧可能に構成されているので、転用密封環のシール面が密接力を弱めようとしても固定用密封環の追随する移動により押圧して、シール面の密封力を常に保持することが可能になる。
【００１７】
請求項４に係わる本発明のロータリージョイは、前記ロータリージョイントが半導体製造装置用多流路のロータリージョイントとして用いられるものである。
【００１８】
請求項４係わる本発明のロータリージョイでは、半導体製造装置用の多流路用として用いられる。そして、流体がロータリージョイントの多流通路を断続に流入及び流出が繰り返されるものである。この様な用途のロータリージョイントにメカニカルシールとロータとの間をシールするシールリングが多数設けられているがシールリングの表面が低摩擦係数の材質に構成されていると共に全体がゴム状弾性力に構成されているので、シール能力と共に耐摩耗性を発揮する。
【００１９】
特に、半導体製造装置用のロータリージョイントでは、流体を操作する通路に流体が流入した後に、通路が真空状態にきりかいられる流れの断続操作が行われるが、シールリング又は／及びシールリング取付溝の形成面には低摩擦の材質による被覆層が形成されているから、シールリングが接触面に対して接着することもないので、回転用密封環のシール面の密接が被密封流体の圧力により弱められて被密封流体を漏洩させるのを効果的に防止する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るロータリージョイントの好ましい実施の形態を、図１、図図２及び図３を参照しながら説明する。図１は、本発明に係わる第１実施の形態の半導体製造装置のポリッシング装置用多流路ロータリージョイントとして用いられるロータリージョイントの断面図である。又、図２は図１のロータリージョイントの１部を拡大した断面図である。更に、図３は第２実施の形態のメカニカルシールの要部を拡大した断面図である。尚、図１と図３のロータリージョイントの構成は、メカニカルシールと流路の数を除いては、ほぼ同一である。
【００２１】
図１は、半導体製造装置のポリッシング装置用多流路のロータリージョイントの断面図である。図１に於いて、１Ａはロータリージョイントである。ロータリージョイント１の本体２は、ほぼ円筒状を成して内周面６が設けられていると共に、内周面６には軸方向に等配に環状溝を成した空間部３が形成されている。この本体２には、外周から内周面６に貫通する多数の第１通路４が形成されている。この第１通路４には開口に管用ねじが形成されており、この管用ねじに図示省略の配管が螺合される。又、この本体２は、メカニカルシール１０を取り付けやすいように各ブロック２ＡをＯリング３７を介してボルト３２により結合して一体に形成している。
【００２２】
本体２の内周面６内には、外周面２８を設けたロータ２０が軸受３３を介して相対回転可能に配置されている。ロータ２０には、第１通路４に対応する第２通路２４が外周面２８を貫通して対向した位置に設けられている。この第２通路２４は、ロータ２０の内部で直交して軸方向の一端面に貫通している。その配置状況は、図１に示す通りである。この図１から明らかなようにロータ２０に設けられる第２通路２４の数が多くなれば、ロータ２４の径も大きくなる。同時に、シールリング３６やメカニカルシール１０も大径になる。尚、ロータ２０の第２通路２４の軸方向開口側には取付治具２１が取り付けられている。そして、この取付治具２１によりロータリージョイント１Ａが作動装置と連結できるように構成されている。
【００２３】
この様に構成された本体２とロータ２０との嵌合間の第１通路４と第２通路２４との連結間はメカニカルシール１０を介して連通路３０に形成される。この２つの１対のメカニカルシール１０は、本体２の空間部３の第２通路２４の両側に配置されて連通路３０を形成している。この２つの通路４、２４の連結間はメカニカルシール１０のシールにより被密封流体が外部に流出しないように密封される。
【００２４】
図２は、図１の下側の２個で１対のメカニカルシール１０の配置を拡大したものである。図２に於いて、メカニカルシール１０は、非回転用密封環１１と回転用密封環１２とが対向して互いの第１及び第２シール面１１Ａ、１２Ａを密接するように配置されている。非回転用密封環１１は本体２の保持部５に設けられて軸方向に延在するリング状に形成された第１嵌合案内部５Ｒの外周の第１嵌合面５Ｂに軸方向移動自在に嵌合する。この第１嵌合案内部５Ｒの自由端は第１支持端面５Ａに形成されていると共に、第１嵌合面５ＢにはＯリング取付溝５Ｃが形成されている。又、本体２の第１保持部５には第１止めピン９が設けられている。
【００２５】
メカニカルシール１０を構成する一方の非回転用密封環１１は、第１保持部５に軸方向移動自在に保持される形に構成されている。この非回転用密封環１１の軸方向の端面には、第１シール面１１Ａが形成されており、この第１シール面１１Ａと反対面には径方向幅寸法Ｂの第１背面１１Ｈが形成されている。この第１背面１１Ｈには第１止めピン９と係合する第１係止溝１１Ｂが設けられている。
又、非回転用密封環１１には、第１嵌合面５Ｂと移動自在に嵌合して摺動する第１案内面１１Ｃが設けられていると共に、第１支持端面５Ａと径方向に接面可能な第１受圧背面１１Ｄが設けられており、この面は直交を成す段面に形成されている。そして、第１嵌合面５ＢのＯリング取付溝５Ｃに装着された第１Ｏリング３５により嵌合面間に侵入する被密封流体がシールされる。
この非回転用密封環１１は炭化珪素により構成されているが、その他の材質、例えば、カーボン材などにより構成することもできる。
【００２６】
非回転用密封環１１と対称の位置には第１シール面１１Ａと密接する第２シール面１２Ａを設けた回転用密封環１２が配置されている。そして、この回転用密封環１２も非回転用密封環１１と類似した形に形成されている。つまり、第２シール面１２Ａと反対面には径方向幅寸法Ｂの第２背面１２Ｈが形成されている。この第１背面１１Ｈと第２背面１２Ｈの面積はほぼ同一に形成することが好ましい寸法Ｂである。そして、この第２背面１２Ｈにも第２止めピン２９と係合する係止溝１２Ｂが形成されている。尚、回転用密封環１１と固定用密封環１２のシール面１１Ａ、１２Ａ側の正面の受圧幅寸法も、ほぼ背面１１Ｈ、１２Ｈの幅寸法Ｂと同一である。この幅寸法の関係は、ばね手段３８のばね常数により決定されるので、必ずしも同一でなくとも良いが、類似形状にすると、ばね常数を小さくすることができるので、構成上から好ましい。
【００２７】
又、回転用密封環１２には、第２嵌合面２５Ｂと移動自在に嵌合して摺動する第２案内面１２Ｃが設けられていると共に、第２支持端面２５Ａと第２受圧背面１２Ｄとの間はシールリング取付溝１３を形成する間隔に形成されている。この間隔は、回転用密封環１２が軸方向へ微少な移動が可能なようにシールリング取付溝１３に装着されたシールリング３６よりも径方向幅寸法の大きい寸法に形成されている。そして、このシールリング取付溝１３にはシールリング３６が装着されてロータ２０と回転用密封環１２との間を被密封流体が通過しないようにシールしている。このシールリング取付溝１３にゴムより摩擦係数が小さな材質をコーテングして低摩擦外周部１２ＣＨが形成されている（図３参照）。この低摩擦外周部１２ＣＨの材質としてフッ素樹脂などが適している。
【００２８】
この第２シールリング３６は、全体がフッ素樹脂より成る低摩擦外周部３６Ａを有するＯリング、又はニトリルゴム、フッ素ゴム、ブチルゴムの外表面にフッ素樹脂をコーテングして低摩擦外周部３６Ａを設けたＯリングが用いられる。被密封流体の圧力が大きい場合にはフッ素樹脂材製のＯリングでも良いが、低圧の場合には、シール能力の点からゴムの外表面にゴムより摩擦係数の小さな材質をコーテングして低摩擦外周部３６Ａを形成することが好ましい。
この回転用密封環１２は、被密封流体がスラリ状液体を含むので、炭化珪素により構成されているが、その他の材質、例えば、カーボン材などにより構成される。
【００２９】
対称を成す２つの回転用密封環１２の間には、図２から明らかなように通路用リング２６がロータ２０に嵌着すると共に、止めねじ３９により固定されている。この通路用リング２６には、ロータ２０の第２通路２４と連通する接続通路２４Ａが設けられている。又、接続通路２４Ａは、第１通路４に対応する位置に配設されている。
そして、通路用リング２６の両側面には、第２保持部２５が各々形成されている。この第２保持部２５には、第２止めピン２９が設けられている。更に、両側面から突出する第２リング部２５Ｒが両側に各々も受けられている。この第２嵌合案内部２５Ｒには、外周面に第２嵌合面２５Ｂが設けられていると共に、自由端に第２支持端面２５Ａが形成されている。この第２支持端面２５Ａの径方向幅寸法Ａは、好ましくは、第１支持端面５Ａの幅寸法Ａとほぼ同一にすると良い。
【００３０】
更に、この通路用リング部２６には等配に軸方向へ貫通溝が設けられている。そして、貫通溝を介してコイルスプリング（弾発手段）３８が各々受けられている。このコイルスプリング３８により回転用密封環１２が非回転用密封環１１方向へ弾発に押圧されている。この様に構成された２個１対のメカニカルシール１０は各通路４、２４ごとに空間部３内の接続通路２４Ａの両側に図１に示すように配置されて連通路３０を構成する。
【００３１】
この様に構成された第１実施の形態のロータリージョイント１Ａは、作動流体である被密封流体が配管を通じて第１通路４から第２通路２４に流入するときに空間部３内で通路の両側に配置されたメカニカルシール１０に作用する。そして、メカニカルシール１０を構成する非回転用密封環１１の第１背面１１Ｈに被密封流体が作用する。同時に、ほぼ同一面積の正面にも同一の力が作用する。転用密封環２の背面１２Ｈとシールリング３６の径方向面積にも被密封流体が作用する。そして、シールリング３６を第２受圧背面１２Ｄに圧接して回転用密封環１２とロータ２０との間をシールする。
この両背面１１Ｈ、１２Ｈの受圧面積はほぼ同一に構成されており、回転用密封環１２はシールリング３６の面積だけ大きな面圧を受ける。更に、回転用密封環１２はばね手段３８により非回転用密封環１１側へ押圧されているから、摺動シール面１１Ａとシール面１２Ａとが強く密接する。その結果、第１通路４と第２通路２４との連通路３０は、これらのシール面１１Ａ、１２Ａとシールリング３６により密封した状態に構成される。
【００３２】
一方、この流体の代わりに第１通路４が真空状態に切り替えられた場合には、固定用密封環１１に作用する圧力は、第１背面１１Ｈと正面とは互いに消し合いながら第１保持部５により支持される。又、回転用密封環１２に受ける圧力も同様に第２背面１２Ｈと正面とに受ける圧力が消し合いながら、ばね手段３８により押圧されているから第１シール面１１Ａに密接している。
同時に、シールリング３６は、外表面がゴムより摩擦係数の小さな材質の低摩擦外周部３６Ａが設けられているから、回転用密封環１２の第２案内面１２Ｃなどに接着することもなく、又、シールリング取付溝１３にもフッ素樹脂材等のコーテングが施されて低摩擦外周部１２ＣＨに形成されているから、接着することなく、第２支持面２５Ａ側に引き寄せられて第２支持面２５Ａに圧接し、第２案内面１２Ｃの嵌合間をシールする。その結果、真空力により回転用密封環１２がばね手段３８を圧縮して第２背面１２Ｈ側へ吸引力されて第２シール面１２Ａを第１シール面１１Ａから開くような状態にはならない。この低摩擦外周部３６Ａ、１２ＣＨは、シールリング３６及びシールリング取付溝１３の両方の面、又はシールリング３６だけに設けても良い。更に、ロータ２０のシールリングと接する外周面にも設けても良い。
【００３３】
又、ロータ２０の第２通路２４から第１通路４に作動流体である被密封流体が流れる場合には、被密封流体の圧力が非回転用密封環１１の第１受圧背面１１Ｄに作用する。同時に、回転用密封環１２の第２受圧背面１２Ｄも第１受圧背面１１Ｄとほぼ同一面積にすると良いから、被密封流体の圧力が均一にシール面１１Ａ、１２Ａに対して作用する。これは、第１受圧背面１１Ｄと第２受圧背面１２Ｄとの受圧面積が等しく、しかもシールリング３６の表面が低摩擦に形成されて移動自在に構成されているからである。
そして、非回転用密封環１１の第１シール面１１Ａと回転用密封環１２の第２シール面１２Ａとが密接する。その状態で、ばね手段３８が回転用密封環１２を第１シール面１１Ａ方向へ押圧するから、各シール面１１Ａ、１２Ａは密封接触を強め、第１通路４と第２通路２４との連結間をシールして連通路３０を形成する。
【００３４】
図３は、本発明に係わる第２実施の形態のロータリージョイント１Ｂの要部を示す半断面図である。
【００３５】
図４に於いて、メカニカルシール１０を構成する一方の非回転用密封環１１は、保持部５に軸方向移動自在に保持されている。この非回転用密封環１１の軸方向の端面には、第１シール面１１Ａが形成されており、この第１シール面１１Ａと反対面には、径方向幅寸法Ｂの第１背面１１Ｈが形成されている。この第１背面１１Ｈには第１ピン９と係合する第１係止溝１１Ｂが設けられている。
又、非回転用密封環１１には、第１嵌合面５Ｂと移動自在に嵌合して摺動する第１案内面１１Ｃが設けられていると共に、径方向幅寸法Ａの第１支持端面５Ａと接面可能な径方向寸法Ａの第１受圧面１１Ｄが設けられている。この径方向寸法Ａは第１シール面１１Ａの径方向寸法とほぼ同一寸法である。そして、嵌合面５Ｂのシールリング取付溝５Ｃに装着された第１シールリング３５により嵌合面間に侵入する被密封流体がシールされる。このため、第１支持端面５Ａと第１受圧背面１１Ｄとの間に被密封流体が作用すると非回転用密封環１１は回転用密封環１２方向にＰの力を受ける。
この非回転用密封環１１は炭化珪素により構成されているが、その他の材質、例えば、カーボン材などにより構成することもできる。
【００３６】
非回転用密封環１１と対称の一方の位置には第１シール面１１Ａと密接する第２シール面１２Ａを設けた回転用密封環１２が配置されている。そして、この回転用密封環１２も非回転用密封環１１と類似した形に形成されている。この回転用密封環１１は、シール面１２Ａ側の正面と反対面に正面と同一寸法の径方向幅寸法Ｂの第２背面１２Ｈが形成されているので、非回転用密封環１１の第１背面１１Ｈとも、ほぼ同一面積に形成されている。そして、この第２背面１２Ｈにも第２止めピン２９と係合する係止溝１２Ｂが形成されている（図２参照）。
又、回転用密封環１２には、第２嵌合面２５Ｂと移動自在に嵌合して摺動する第２案内面１２Ｃが設けられていると共に、第２支持端面２５Ａとの間に第２シールリング３６を配置する間隔を形成する第２受圧背面１２Ｄが設けられている。この間隙の第２受圧背面１２Ｄと第２支持面２５Ａとの間はシールリング取付溝１３に形成される。この第２受圧背面１２Ｄの径方向幅寸法Ａは、第１受圧背面１１Ｄの径方向幅寸法Ａとほぼ同一である。更に、第１嵌合面５Ｂのシールリング取付溝５Ｃに装着された第１シールリング３５により嵌合面間に侵入する被密封流体はシールされる。
このシールリング取付溝１３には、フッ素樹脂材などの摩擦係数が小さな材質をコーテングして低摩擦外周部１２ＣＨを形成している。更に、ロータ２０の対応する外周面２０Ｃにもフッ素樹脂をコーテングして低摩擦外周部を形成している。これらは、シーリング取付溝１３と、ロータ２０の両方又は１方のみを低摩擦外用部１２ＣＨとして選定することができる。
この回転用密封環１２はカーボンにより構成されているが、その他の材質、例えば、炭化珪素材などにより構成される。
【００３７】
対称を成す２つの回転用密封環１２、１２の間には、通路用リング２６がロータ２０に嵌着すると共に、止めねじ３９により固定されている。この通路用リング２６には、ロータ２０の第２通路２４と連通する接続通路２４Ａが設けられている。又、接続通路２４Ａは、第１通路４に対応する位置に配設されている。
そして、通路用リング２６の両側面には、第２保持部２５が各々形成されている。この第２保持部２５には、第２止めピン２９が設けられている。更に、両側面から軸方向へ突出する第２嵌合案内部２５Ｒが両側に各々も受けられている。この第２嵌合案内部２５Ｒには、外周面に第２嵌合面２５Ｂが設けられていると共に、自由端に第２支持端面２５Ａが形成されている。この第２支持端面２５Ａと回転用密封環１２の第２受圧背面１２Ｄとの間により形成されるシールリング取付溝１３には第２シールリング３６が装着されている。このシールリング３６により、回転用密封環１２とロータ２０との間をシールする。
【００３８】
このシールリング３６も第１実施例と同様にゴムの外表面がゴムなどに比べて摩擦係数が小さな材質のコーテングが施されている。このシールリング３６は、Ｏリングの外に断面がＸリングなど種々な形状に形成される。又、Ｏリング状のシールリング自体をゴムに比べて摩擦係数の小さな、例えばフッ素樹脂にすることもできる。又、ゴム材、例えば、ニトリルゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、ブチルゴム材製のＯリング外表面をフッ素樹脂材によりコーテングした低摩擦外周部３６Ａを有するものを実施した実施例がある。これらは、必要に応じて、シールリング３６，シールリング取付溝１３、ロータ２０の外表面に設けられる。
【００３９】
更に、この通路用リング２６には等配に軸方向へ貫通溝が設けられている。そして、貫通溝を介してコイルスプリング（弾発手段）３８が各々設けられている。このコイルスプリング３８により回転用密封環１２が非回転用密封環１１方向へ弾発に押圧されている。この様に構成されたメカニカルシール１０は各通路ごとに空間部３内の通路の両側に図１に示すように配置されて連通路３０を構成する。
【００４０】
この様に構成された第２実施の形態の第２ロータリージョイント１Ｂは、作動流体である被密封流体が配管を通じて第１通路４から第２通路２４に流入するときにに、空間部３内で各通路４、２４の両側に配置されたメカニカルシール１０に圧力が作用する。そして、メカニカルシール１０を構成する非回転用密封環１１の第１背面１１Ｈとその正面にも作用する。同時に、回転用密封環２の第２背面１２Ｈとその正面にも同様に圧力が作用する。そして、この両正面と両背面１１Ｈ、１２Ｈの受圧面積はほぼ同一に構成されているから、両シール面１１Ａ、１２Ａはばね手段３８により設定通りに接合する。又、回転用密封環１２はばね手段３８により非回転用密封環１１側へ押圧されているから、第１シール面１１Ａと第２シール面１２Ａとが密接し、第１通路４と第２通路２４とを接続した連通路３０を形成する。
【００４１】
更に、真空状態の場合にも、又ロータ２０の第２通路２４から第１通路４に被密封流体が流れる場合にも、第１実施の形態と同様な作用効果を奏する。
【００４２】
図４は、本発明に係わる実施の形態の第１ロータリージョイント１Ａ及び第２ロータリージョイント１Ｂを半導体製造装置に取り付けた構成図である。図５に於いて、図１に示す第１のロータリージョイント１Ａをウェハポリッシングを行うＣＭＰ装置に於けるテーブル４０へ冷却水を供給するために回転部に取り付けた状態を示す構成の側面図である。このＣＭＰ装置に取り付けた第１ロータリージョイント１Ａを以下に説明する。
【００４３】
回転テーブル４０の下部には、図示省略のモータにより駆動される第１回転軸４１が設けられている。この第１回転軸４１には、冷却水用の供給通路４２と冷却水用の回収通路４３が設けられている。更に、第１回転軸４１の下部には図１に示す構造の第１ロータリージョイント１Ａが設けられている。
又、第１回転軸４１の供給通路４２と第１ロータリジョイント１Ａの第１通路４（図１参照）が連通すると共に、回収通路４３と第１通路４、４、４（図１参照）が連通する。そして、第１ロータリージョイント１Ａの本体２の第１通路４、４、４、４と回転するロータ２０の第２通路２４、２４、２４、とは、各メカニカルシール１０間に形成される連通路３０、３０、３０、を介して回転状態でも連通する。
【００４４】
更に、この供給通路４２に接続された流体供給用ポンプ６０から回転テーブル４０に設けられた冷却回路４４に、回転又は非回転状態に係わらず、冷却水を供給することが可能になる。そして、回転テーブル４０に冷却水が送られてシリコンウェハＳや回転テーブル４０が冷却される。
【００４５】
これらの冷却水は回転テーブル４０の冷却回路４４に対して十分に供給しなければならない。又、回収通路４３も供給通路４２の流量断面積と同等以上にしなければならない。しかし、本発明のようにシールリング３６を耐摩耗性と共に、シールリングによる不具合を解決することにより、往復可能な通路にすることが可能であり、冷却通路と排出通路を兼用できるのでロータ２０の径を大きくすることなく、多機能の通路を構成することが可能になる。更に、シールリング３６の摩耗を惹起させることなく、優れたシール能力を発揮する。
【００４６】
次に、図４に示すＣＭＰ装置の上部に取り付けられた第２ロータリージョイント１Ｂについて説明する。図４に於いて、４０はシリコンウェハＳを載置して加工する回転テーブルである。この回転テーブル４０は、第１回転軸４１に連結されてＰ１方向に回転する。同時に、第２ロータリージョイント１Ｂを装備したパッド支持体５３は、図示するＸ方向に進退移動する。更に、パッド支持体５３に支持されている図示省略の駆動モータにより回転する研磨パッド５４が、パッド支持体５３の下部に取り付けられている。この研磨パッド５４は、パッド支持体５３と研磨パッド５４に連結している第２回転軸５５によりＰ２方向へ回動する。そして、研磨パッド５４は、回動しながらシリコンウェハ上をＸ方向に移動して研磨加工を行う。
【００４７】
パッド支持体５３に設けられている第１給排通路５８は、配管により研磨液を圧送する給排装置７０と連通されている。更に、この第１給排通路５８は、第２ロータリージョイント１Ｂの第１通路４に連通すると共に、隣り合わせのメカニカルシール１０の間に形成される連通路３０を介して第２通路２４に回動状態で連通可能になる。
又、第２ロータリージョイント１Ｂの第１通路４は、第２回転軸５５に設けられている第２給排通路５６に連通すると共に、研磨パッド５４の噴射通路５１に連通する。
【００４８】
そして、給排装置７０から圧送される研磨液を第１給排通路５８を通して第２ロータリージョイント１Ｂの第１通路４へ送り、第２ロータリージョイント１Ｂでメカニカルシール１０間に形成される連通路３０を介して回転するロータ２０の第２通路２４へ供給され、第２回転軸５５の第２給排通路５６を介して研磨パッド５４の噴射通路５１に圧送する。そして、噴射通路５１からシリコンウェハＳの上面に研磨液を噴射してシリコンウェハＳの表面研磨加工を行う。
【００４９】
同時に、パッド支持体５３に設けられている第１流体通路５９は、配管により空圧の流体給給装置７５に連通されている。更に、第１流体通路５９は第２ロータリージョイント１Ｂの第１通路４、４、４に連通している。この第１通路４、４、４は、ロータ２０の第２通路２４、２４、２４にメカニカルシール１０間の連通路３０、３０，３０を介して回転状態でも連通する。そして、第２通路２４、２４、２４から回転する第２回転軸５５の第２流体通路５７に連通すると共に、第２流体通路５７から研磨パッド５４の第２噴射通路５２に連通して空気圧を噴射し、第１噴射通路５１から噴射される研磨液を均一に分散させる作用をする。同時に、研磨した研磨液をシリコンウェハＳや、回転テーブル４０の上面等から素早く排除させるために第１噴射通路５１内を真空状態にする。
【００５０】
これらの真空状態は、研磨液を素早く吸い取る必要から、多数の第１及び第２噴射通路５１、５２を介して行うか否かにその品質がかかっている。
又、供排装置７０により、研磨液等が第１給排通路５８を介して第１通路４、・・、連通路３０、・・、第２通路２４、・・へ圧送され、第２ロータリージョイント１Ｂにより回転状態でも研磨パット５４の第１噴射通路５１及び第２噴射通路５２に研磨液と空気圧とを供給するが、これらの作動は、供排装置７０の正圧作動により研磨パット部５４とシリコンウェハＳとの間に流体供給装置７５からの圧搾空気と共に、研磨液を噴射させて、研磨パット部５４を回転させながらパット支持体５３によりシリコンウェハＳの上面を往復移動してシリコンウェハＳを研磨するものである。尚、研磨パッド部５４は、加工前後の作業のために、Ｙ方向に上下移動する。
【００５１】
更に、研磨終了後は、給排装置７０の研磨ポンプを吸引作動に切り替えて第１噴射通路５１に残留する研磨液を同一通路を介して吸引と排出とを可能にし、シリコンウェハＳの表面に滴下しないように素早く処理する。これらは多数の通路を必要とするが、１つの通路を往復可能にすることによりこの通路の数を少なくして作動流体の処理制御を容易にすると共に、ロータ２０を小径にして研磨パット部５４やターンテーブルの作動制御を良好にする。本発明の第１及び第２ロータリージョイント１Ａ、１Ｂは、作動流体に応じて往復可能な通路に構成でき且つメカニカルシール１０のシールリング３６の摩耗等を防止して耐久能力を向上させる効果を奏する。そして、本発明のロータリージョイント１Ａ、１Ｂは、この様な用途に優れた効果を発揮する。
【００５２】
更に、研磨終了後は、給排装置７０の研磨ポンプを吸引作動に切り替えて各通路に残留する研磨液を往復通路を介して吸引排出し、シリコンウェハＳの表面に滴下しないように素早く処理することが可能になる。これらの作動はシールリング３６の表面を低摩擦材製にすることにより、確実にメカニカルシール１０のシール能力を向上できるからである。本発明のロータリージョイント１は、往復通路を可能にし、しかも、メカニカルシール１０のシール能力を確実にすることにより、この様な用途に優れた効果を発揮する。尚、図１及び図２に示すロータ２０を軸方向へ貫通する通孔Ｓは、センサや制御用機器等に用いられるものである。
【００５３】
【発明の効果】
本発明に係わるロータリージョイントによれば、以下のような効果を奏する。
【００５４】
請求項１〜請求項３に係わる本発明のロータリージョイントによれば、非回転用密封環と回転用密封環とのシール面に対して内周側から被密封流体が作用しても低摩擦でシールリングが移動自在に構成されているから、メカニカルシールのシール面が確実にシールする効果を奏する。
【００５５】
又、ロータリージョイントを通る通路が真空状態になっても、シールリングが低摩擦でシールリング取付溝内を移動自在に構成されているから、固定用密封環と回転用密封環とのシール面の密接が設定通りに設計できて、確実にシール効果を発揮させることが可能になる。
【００５６】
又、シールリングは摩擦係数が小さいからシールリングの形成面に接着した状態で被密封流体の圧力により無理に剥離されることもないから、摩耗、損傷するのが防止される効果を奏する。更に、スラリー液体、空気、真空状態が交互に作用する状態ではシールリングの面にスラリー液体が入り込んで、簡単に摩耗させるが、シールリングの摩擦係数を小さくするとシールリングの摩耗が防止できる効果を奏する。更に、シールリングのシールリング取付溝内での移動自在な構成は、固定用密封環と回転用密封環とのシール面を確実に密接させるから、シール面にスラリー液体が入り込んでシール面を摩耗させるのも防止する効果を奏する。
【００５７】
請求項４に係わる本発明のロータリージョイントによれば、半導体製造装置用の多流路ロータリージョイントは、多流路の構成であると共に、流体がロータリージョイントの多流通路を連続して流入及び流出が繰り返されるものであるが、この様な用途のロータリージョイントに、１つの作動流通路で流体を往復できるように構成されているのでロータリージョイントとしての優れた効果を発揮する。つまり、本発明のようにシールリングを低摩擦にしてメカニカルシールのシール効果を高めると１つの流通路で作動流体を流入及び流出させることができ、作動流体の応答性を向上させることが可能になる。更に、シールリングの摩耗、損傷を防止し、メカニカルシールのシール能力を向上させることは、ロータリージョイントの耐久能力を向上させて、ロータリージョイントを取り付けた装置の処理能力を安定させる効果を奏する。例えば、シールリングが接着した不具合でメカニカルシール１のシール面が簡単に被密封流体を漏洩させるから、半導体製造装置の処理で簡単に不良を発生させることになるが、これが防止される効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる第１の実施の形態を示すロータリージョイントの断面図である。
【図２】図１に示すロータリージョイントの１部を拡大した断面図である。
【図３】本発明に係わる第２の実施の形態を示すロータリージョイント一部の断面図である。
【図４】本発明のロータリージョイントを装着したＣＭＰ装置の側面図である。
【図５】従来技術のロータリージョイントの断面図である。
【図６】図５の１部を拡大した断面図である。
【符号の説明】
１ ロータリージョイント
１Ａ 第１ローターリジョイント
１Ｂ 第２ロータリージョイント
２ 本体
２Ａ ブロック
３ 空間部
４ 第１通路
５ 第１保持部
５Ａ 第１支持端面
５Ｂ 第１嵌合面
５Ｃ Ｏリング取付溝
５Ｒ 第１嵌合案内部
６ 内周面
９第１止めピン
１０ メカニカルシール
１１ 第１密封環（非回転用密封環）
１１Ａ 第１シール面
１１Ｂ 第１係止溝
１１Ｃ 第１案内面
１１Ｄ 第１受圧背面
１１Ｈ 第１背面
１２ 第２密封環（回転用密封環）
１２Ａ 第２シール面
１２Ｂ 第２係止溝
１２Ｃ 第２案内面
１２ＣＨ 低摩擦外周部
１２Ｄ 第２受圧背面
１２Ｈ 第２背面
１３ シールリング取付溝（Ｏリング取付溝）
２０ ロータ
２１ 取付治具
２４ 第２通路
２４Ａ 接続通路
２５ 第２保持部
２５Ａ 第２支持端面
２５Ｂ 第２嵌合面
２５Ｒ 第２嵌合案内部
２６ 通路用リング
２８ 外周面
２９ 第２止めピン
３０ 連通路
３２ ボルト
３３ 軸受
３４ 配管
３５ 第１シールリング
３６ 第２シールリング
３６Ａ 低摩擦外周部
３７ Ｏリング
３８ ばね手段
３９ 止めねじ
６０ 流体供給ポンプ
６５ 流体回収ポンプ
７０ 給排装置
７５ 流体供給装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体製造装置等の流体供給機器において、流体供給機器から回転体に供給される多通路の接続部分に用いられるロータリージョイントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に係わるロータリージョイントの用途に関し、例えば、集積回路の基板に使用される半導体ウエハは、シリコン等の円柱状の超純度結晶体を、一定の厚さの円盤状にスライスしてから研削加工し、更に表面の平坦仕上加工及び鏡面加工を行っている。そして、半導体デバイスの高集積化の進歩につれて、更に一層の高精度の平坦度や鏡面加工精度が要求されている。
【０００３】
このような半導体ウエハの超平坦化及び鏡面化のための研磨加工は、例えば、ポリッシング装置（ＣＭＰ装置）により行われている。この種のポシリッシング装置の構成は、上面に半導体ウエハを保持するターンテーブルと、その上部に対向して設けられた研磨面を有するトップリングと、トップリングの研磨面をターンテーブル上に配置された半導体ウエハに対し接触させて水平移動させながらトップリングを回転させる駆動装置と、トップリングの研磨面と半導体ウエハの被研磨面との間に研磨液（純水＋スラリー）、空気、真空状態、等を断続に供給や吸引する装置とを備えている。
【０００４】
この様に構成されたＣＭＰ装置による半導体ウエハの研磨加工は、研磨液、空気、真空引き等を交互に供給したり吸引したりしながら、トップリングを半導体ウエハの被研磨面に接触させて回転させることによって処理が行われる。このため、回転するトップリングと、非回転側の研磨液供給装置との間の接続通路は、多流路用ロータリージョイントを介して接続されている。
【０００５】
図５は、この様な流体供給装置からの流体を回転する処理装置へ供給する接続通路を接続可能とする従来のロータリージョイントの断面図である。
図５に於いて、ロータリージョイント１００は、内周面を設けたボディ１０１が配置されており、そのボディ１０１の内周面内に回転可能に挿通されたロータ１０２が設けられている。又、ボディ１０１には、多数の流体供給用通路１０３が設けられている。更に、ロータ１０２にも対応する多数の流体用通路１０４が設けられている。そして、ボディ１０１とロータ１０２の間に軸方向へ多数のメカニカルシール１０５が配置されている。
【０００６】
このメカニカルシール１０５は固定用密封環１０５Ａと回転用密封環１０５Ｂとが対向して配置されている。そして、各メカニカルシール１０５の間に流体用通路１０３、１０４が形成される。この流体用通路１０３、１０４が往復通路に構成されているために、固定用密封環１０５Ａはボディブロック１１０により狭持されている。又、回転用密封環１０５Ｂは、ゴム材製のＯリング１１０を介してロータ１０２に摺動自在に嵌合すると共に、コイルばね１１２により固定用密封環１０５Ａの方向へ押圧されている。尚、この固定用密封環１０５Ａはカーボン又はセラミックなどにより形成されている。
このメカニカルシール１０５間に形成される各シール室１０６を介して流体供給用通路１０３と流体用通路１０４とが連通されている。これらの各シール室１０６内は、作動する処理装置のプログラムに従って、液体＋スラリー、気体、真空状態が交互に供給されることになる。このため、流体供給用通路１０３が流体を供給したり排出したりする往復の給排通路となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようにロータリージョイント１００には、本体１０１とロータ１０２とに多数の通路１０４が形成される。一般にメカニカルシール１０５は、一方からのみ流れる流体をシールするように構成されているために、往復通路を必要とするときには、メカニカルシール１０５のシールする方向に合わせて往・復通路ごとに各メカニカルシール１０５が設られている。このため、メカニカルシール１０５とロータ１０２との嵌合間をシールするＯリング１１０も多数設けられることになる。
そして、Ｏリング１１０が被密封流体の圧力を受けてＯリング取付溝に圧接変形し、更にはＯリング取付溝内を移動するから、その摩擦により摩耗・損傷することになる。このＯリング１１０は、１箇所損傷しただけでも処理装置全体の性能に影響する。又、Ｏリング１１０の１箇所の損傷は、ロータリージョイント１００全体を交換しなければならなくなる。
【０００８】
又、図６は、図５に示す回転用密封環１０５Ｂを拡大した半断面図である。図６に於いて、Ｏリング１１０は回転用密封環１０５Ｂの背面から被密封流体の圧力を受けて図示左側へ移動して圧着される。この状態で、ゴム材製のＯリング１１０が１０分間位作動しない状態が継続されると、Ｏリング１１０がＯリング取付溝１１４の形成面に接着して接着面から移動しなくなる。次に、流体用通路１０４を被密封流体が流れて被密封流体がＯリング１１０に作用し、Ｏリング１１０をコイルばね１１２が圧縮される方向へ移動させる場合に、回転用密封環１０５Ｂに接着しているＯリング１１０は、回転用密封環１０５Ｂをも同時に移動させるような力が働くので固定用密封環１０５Ａと回転用密封環１０５Ｂとのシール面Ｓの密接状態を開くことになる。
【０００９】
特に、流体用通路１０４内が真空になる場合には、真空力がＯリング１１０の直径の断面全面積に作用してＯリング１１０をコイルばね１１２が圧縮される方向へ移動させるので、Ｏリング１１０に接着した回転用密封環１０５Ｂもコイルばね１１２を圧縮する方向へ移動しようとする。その結果、固定用密封環１０５Ａと回転用密封環１０５Ｂとのシール面は密接力を弱めるから、被密封流体が漏洩することになる。
又、被密封流体がスラリーを含む流体、或いは水、空気、真空等が交互に流れるような半導体製造装置のような場合には、この悪影響がさらに増加してシール能力を低下させることになる。
【００１０】
本発明は、上述のような問題点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、ロータとメカニカルシールを構成する一方のばね手段を介して弾発に押圧されている密封環との間に取り付けられてシールするＯリングの摩耗や損傷を防止して、ロータリージョイントに於ける接続連通路のシール能力を向上させることにある。
又、ばね手段を介して弾発に押圧されているメカニカルシール１０５の一方の密封環の密封力を確実に保持することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した技術的課題を解決するために成されたものであって、その技術的解決手段は以下のように構成されている。
【００１２】
請求項１に係わる本発明のロータリージョイントは、内周面内へ貫通する第１通路を有する本体と、前記本体の内周面と外周面が嵌合して回転自在に配置されていると共に前記外周面に貫通して前記第１通路と連通可能な第２通路を有するロータと、前記本体の内周面と前記ロータの外周面との間の前記第１通路と前記第２通路との接続空間部の両側に配置されて前記第１通路と前記第２通路との連通路を形成するメカニカルシールとを具備し、前記メカニカルシールは前記本体又は前記ロータの一方に有する第１保持部に保持されて一端に第１シール面を有する第１密封環と、前記ロータ又は前記本体の他方に有する第２保持部に軸方向移動自在に保持されて対向する前記第１シール面と密接する第２シール面を有すると共に他端に弾発手段により押圧される第２背面を有する第２密封環とを備え、前記第２密封環には第２受圧背面と第２支持端面との間に形成されるシールリング取付部を有し、前記シールリング取付溝に装着されたゴム状弾性材製のシールリングを有すると共に前記シールリングの表面に前記ゴム状弾性材より摩擦係数の小さな材質の低摩擦外周部を有するものである。
また、請求項３に係わる本発明のロータリージョイントは、内周面内へ貫通する第１通路を有する本体と、前記本体の内周面と外周面が嵌合して回転自在に配置されていると共に前記外周面に貫通して前記第１通路と連通可能な第２通路を有するロータと、前記本体の内周面と前記ロータの外周面との間の前記第１通路と前記第２通路との接続空間部の両側に配置されて前記第１通路と前記第２通路との連通路を形成するメカニカルシールとを具備し、前記メカニカルシールは前記本体又は前記ロータの一方に有する第１保持部に保持されて一端に第１シール面を有する第１密封環と、前記ロータ又は前記本体の他方に有する第２保持部に軸方向移動自在に保持されて対向する前記第１シール面と密接する第２シール面を有すると共に他端に弾発手段により押圧される第２背面を有する第２密封環とを備え、前記第２密封環には第２受圧背面と第２支持端面との間に形成されるシールリング取付部を有し、前記シールリング取付溝に装着されたゴム状弾性材製のシールリングを有すると共に前記シールリングの表面に前記ゴム状弾性材より摩擦係数の小さな材質の低摩擦外周部又は／及び前記シールリング取付溝の前記シールリングと接合する面に前記ゴム状弾性材より摩擦係数の小さな材質の低摩擦外周部を有するものである。
【００１３】
請求項１に係わる本発明のロータリージョイントでは、シールリングの表面がゴム材製よりも摩擦係数の小さな材質により低摩擦外周部に構成されているから、シールリングがシールリング取付溝の形成面に接着することがなく、被密封流体の圧力又は負圧力がシールリングに作用してもシールリングのみがシールリング溝内で移動変形し、密封環をシールリングと共に移動させるような作用力は防止できる。このため、メカニカルシールのシール面は、密接力を弱めることなく、常にシール能力を保持する効果を奏する。
また、請求項１に係わる本発明のロータリージョイントでは、シールリングの表面がゴム材製よりも摩擦係数の小さな材質により低摩擦外周部に構成されているから、又は、シールリングと接面するシールリング取付溝の形成面及びロータの接触面が摩擦係数の小さな材質の低摩擦外周部に形成されているから、シールリングがシールリング取付溝の形成面に接着することがなく、被密封流体の圧力又は負圧力がシールリングに作用してもシールリングのみがシールリング溝内で移動変形し、密封環をシールリングと共に移動させるような作用力は防止できる。このため、メカニカルシールのシール面は、密接力を弱めることなく、常にシール能力を保持する効果を奏する。
【００１４】
又、シールリングに対してスラリー液体、気体、真空状態が交互に作用してもシールリング又は／及びシールリング取付溝にゴム材質よりも摩擦係数の小さな材質の低摩擦外周部が形成されているから、シールリングが圧力に応じて移動できるので、シールリングがシールリング取付溝又はロータとの接触面により摩耗或いは損傷させられることが防止できる。
【００１５】
請求項２及び請求項３に係わる本発明のロータリージョイントは、前記第１保持部には内周に前記第２密封環方向へリング状に突出して外周面に第１嵌合面を有すると共に自由端に第１支持端面を形成した第１嵌合案内部を有し、前記第１密封環にはシールリングを介して前記第１嵌合面に嵌合する第１案内面を有すると共に前記第１支持端面と対向する第１受圧背面を有し、前記第２保持部には前記第１密封環側へリング状に突出して外周面に第２嵌合面を有すると共に自由端に前記第２支持端面を形成した第２嵌合案内部を有し、前記第２密封環には前記第２嵌合面と嵌合摺動する第２案内面を有すると共に前記第２案内面と前記第２支持端面との間にシールリング取付溝を形成する前記第２受圧背面を有し、前記第１受圧背面の面積と前記第２受圧背面の面積とをほぼ同一面積に形成したロータ側の第２通路から被密封流体が流れる場合、又は本体側の第１通路が真空状態に切り替えられた場合に、第１受圧背面の受圧面積と第２受圧背面の受圧面積がほぼ同一であるから、各密封環の第１シール面と第２シール面に作用する力は、釣り合うことになり、通路を流れる流体が正逆どちらから流れてもメカニカルシールの密封能力を常に保持することが可能になるものである。
【００１６】
請求項２及び請求項３に係わる本発明のロータリージョイントでは、ロータ側の第２通路から被密封流体が流れる場合、又は本体側の第１通路が真空状態に切り替えられた場合に、第１受圧背面の受圧面積と第２受圧背面の受圧面積がほぼ同一であるから、各密封環の第１シール面と第２シール面に作用する力は、釣り合うことになり、通路を流れる流体が正逆どちらから流れてもメカニカルシールの密封能力を常に保持することが可能になる。又、固定用密封環がリング状に回転用密封環側へ突出した第１嵌合案内部に移動自在に嵌合して保持されていると共に、第１支持端面と第１受圧背面との間に被密封流体の圧力が作用して固定用密封環を回転用密封環側へ押圧可能に構成されているので、転用密封環のシール面が密接力を弱めようとしても固定用密封環の追随する移動により押圧して、シール面の密封力を常に保持することが可能になる。
【００１７】
請求項４に係わる本発明のロータリージョイは、前記ロータリージョイントが半導体製造装置用多流路のロータリージョイントとして用いられるものである。
【００１８】
請求項４係わる本発明のロータリージョイでは、半導体製造装置用の多流路用として用いられる。そして、流体がロータリージョイントの多流通路を断続に流入及び流出が繰り返されるものである。この様な用途のロータリージョイントにメカニカルシールとロータとの間をシールするシールリングが多数設けられているがシールリングの表面が低摩擦係数の材質に構成されていると共に全体がゴム状弾性力に構成されているので、シール能力と共に耐摩耗性を発揮する。
【００１９】
特に、半導体製造装置用のロータリージョイントでは、流体を操作する通路に流体が流入した後に、通路が真空状態にきりかいられる流れの断続操作が行われるが、シールリング又は／及びシールリング取付溝の形成面には低摩擦の材質による被覆層が形成されているから、シールリングが接触面に対して接着することもないので、回転用密封環のシール面の密接が被密封流体の圧力により弱められて被密封流体を漏洩させるのを効果的に防止する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るロータリージョイントの好ましい実施の形態を、図１、図図２及び図３を参照しながら説明する。図１は、本発明に係わる第１実施の形態の半導体製造装置のポリッシング装置用多流路ロータリージョイントとして用いられるロータリージョイントの断面図である。又、図２は図１のロータリージョイントの１部を拡大した断面図である。更に、図３は第２実施の形態のメカニカルシールの要部を拡大した断面図である。尚、図１と図３のロータリージョイントの構成は、メカニカルシールと流路の数を除いては、ほぼ同一である。
【００２１】
図１は、半導体製造装置のポリッシング装置用多流路のロータリージョイントの断面図である。図１に於いて、１Ａはロータリージョイントである。ロータリージョイント１の本体２は、ほぼ円筒状を成して内周面６が設けられていると共に、内周面６には軸方向に等配に環状溝を成した空間部３が形成されている。この本体２には、外周から内周面６に貫通する多数の第１通路４が形成されている。この第１通路４には開口に管用ねじが形成されており、この管用ねじに図示省略の配管が螺合される。又、この本体２は、メカニカルシール１０を取り付けやすいように各ブロック２ＡをＯリング３７を介してボルト３２により結合して一体に形成している。
【００２２】
本体２の内周面６内には、外周面２８を設けたロータ２０が軸受３３を介して相対回転可能に配置されている。ロータ２０には、第１通路４に対応する第２通路２４が外周面２８を貫通して対向した位置に設けられている。この第２通路２４は、ロータ２０の内部で直交して軸方向の一端面に貫通している。その配置状況は、図１に示す通りである。この図１から明らかなようにロータ２０に設けられる第２通路２４の数が多くなれば、ロータ２４の径も大きくなる。同時に、シールリング３６やメカニカルシール１０も大径になる。尚、ロータ２０の第２通路２４の軸方向開口側には取付治具２１が取り付けられている。そして、この取付治具２１によりロータリージョイント１Ａが作動装置と連結できるように構成されている。
【００２３】
この様に構成された本体２とロータ２０との嵌合間の第１通路４と第２通路２４との連結間はメカニカルシール１０を介して連通路３０に形成される。この２つの１対のメカニカルシール１０は、本体２の空間部３の第２通路２４の両側に配置されて連通路３０を形成している。この２つの通路４、２４の連結間はメカニカルシール１０のシールにより被密封流体が外部に流出しないように密封される。
【００２４】
図２は、図１の下側の２個で１対のメカニカルシール１０の配置を拡大したものである。図２に於いて、メカニカルシール１０は、非回転用密封環１１と回転用密封環１２とが対向して互いの第１及び第２シール面１１Ａ、１２Ａを密接するように配置されている。非回転用密封環１１は本体２の保持部５に設けられて軸方向に延在するリング状に形成された第１嵌合案内部５Ｒの外周の第１嵌合面５Ｂに軸方向移動自在に嵌合する。この第１嵌合案内部５Ｒの自由端は第１支持端面５Ａに形成されていると共に、第１嵌合面５ＢにはＯリング取付溝５Ｃが形成されている。又、本体２の第１保持部５には第１止めピン９が設けられている。
【００２５】
メカニカルシール１０を構成する一方の非回転用密封環１１は、第１保持部５に軸方向移動自在に保持される形に構成されている。この非回転用密封環１１の軸方向の端面には、第１シール面１１Ａが形成されており、この第１シール面１１Ａと反対面には径方向幅寸法Ｂの第１背面１１Ｈが形成されている。この第１背面１１Ｈには第１止めピン９と係合する第１係止溝１１Ｂが設けられている。
又、非回転用密封環１１には、第１嵌合面５Ｂと移動自在に嵌合して摺動する第１案内面１１Ｃが設けられていると共に、第１支持端面５Ａと径方向に接面可能な第１受圧背面１１Ｄが設けられており、この面は直交を成す段面に形成されている。そして、第１嵌合面５ＢのＯリング取付溝５Ｃに装着された第１Ｏリング３５により嵌合面間に侵入する被密封流体がシールされる。
この非回転用密封環１１は炭化珪素により構成されているが、その他の材質、例えば、カーボン材などにより構成することもできる。
【００２６】
非回転用密封環１１と対称の位置には第１シール面１１Ａと密接する第２シール面１２Ａを設けた回転用密封環１２が配置されている。そして、この回転用密封環１２も非回転用密封環１１と類似した形に形成されている。つまり、第２シール面１２Ａと反対面には径方向幅寸法Ｂの第２背面１２Ｈが形成されている。この第１背面１１Ｈと第２背面１２Ｈの面積はほぼ同一に形成することが好ましい寸法Ｂである。そして、この第２背面１２Ｈにも第２止めピン２９と係合する係止溝１２Ｂが形成されている。尚、回転用密封環１１と固定用密封環１２のシール面１１Ａ、１２Ａ側の正面の受圧幅寸法も、ほぼ背面１１Ｈ、１２Ｈの幅寸法Ｂと同一である。この幅寸法の関係は、ばね手段３８のばね常数により決定されるので、必ずしも同一でなくとも良いが、類似形状にすると、ばね常数を小さくすることができるので、構成上から好ましい。
【００２７】
又、回転用密封環１２には、第２嵌合面２５Ｂと移動自在に嵌合して摺動する第２案内面１２Ｃが設けられていると共に、第２支持端面２５Ａと第２受圧背面１２Ｄとの間はシールリング取付溝１３を形成する間隔に形成されている。この間隔は、回転用密封環１２が軸方向へ微少な移動が可能なようにシールリング取付溝１３に装着されたシールリング３６よりも径方向幅寸法の大きい寸法に形成されている。そして、このシールリング取付溝１３にはシールリング３６が装着されてロータ２０と回転用密封環１２との間を被密封流体が通過しないようにシールしている。このシールリング取付溝１３にゴムより摩擦係数が小さな材質をコーテングして低摩擦外周部１２ＣＨが形成されている（図３参照）。この低摩擦外周部１２ＣＨの材質としてフッ素樹脂などが適している。
【００２８】
この第２シールリング３６は、全体がフッ素樹脂より成る低摩擦外周部３６Ａを有するＯリング、又はニトリルゴム、フッ素ゴム、ブチルゴムの外表面にフッ素樹脂をコーテングして低摩擦外周部３６Ａを設けたＯリングが用いられる。被密封流体の圧力が大きい場合にはフッ素樹脂材製のＯリングでも良いが、低圧の場合には、シール能力の点からゴムの外表面にゴムより摩擦係数の小さな材質をコーテングして低摩擦外周部３６Ａを形成することが好ましい。
この回転用密封環１２は、被密封流体がスラリ状液体を含むので、炭化珪素により構成されているが、その他の材質、例えば、カーボン材などにより構成される。
【００２９】
対称を成す２つの回転用密封環１２の間には、図２から明らかなように通路用リング２６がロータ２０に嵌着すると共に、止めねじ３９により固定されている。この通路用リング２６には、ロータ２０の第２通路２４と連通する接続通路２４Ａが設けられている。又、接続通路２４Ａは、第１通路４に対応する位置に配設されている。
そして、通路用リング２６の両側面には、第２保持部２５が各々形成されている。この第２保持部２５には、第２止めピン２９が設けられている。更に、両側面から突出する第２リング部２５Ｒが両側に各々も受けられている。この第２嵌合案内部２５Ｒには、外周面に第２嵌合面２５Ｂが設けられていると共に、自由端に第２支持端面２５Ａが形成されている。この第２支持端面２５Ａの径方向幅寸法Ａは、好ましくは、第１支持端面５Ａの幅寸法Ａとほぼ同一にすると良い。
【００３０】
更に、この通路用リング部２６には等配に軸方向へ貫通溝が設けられている。そして、貫通溝を介してコイルスプリング（弾発手段）３８が各々受けられている。このコイルスプリング３８により回転用密封環１２が非回転用密封環１１方向へ弾発に押圧されている。この様に構成された２個１対のメカニカルシール１０は各通路４、２４ごとに空間部３内の接続通路２４Ａの両側に図１に示すように配置されて連通路３０を構成する。
【００３１】
この様に構成された第１実施の形態のロータリージョイント１Ａは、作動流体である被密封流体が配管を通じて第１通路４から第２通路２４に流入するときに空間部３内で通路の両側に配置されたメカニカルシール１０に作用する。そして、メカニカルシール１０を構成する非回転用密封環１１の第１背面１１Ｈに被密封流体が作用する。同時に、ほぼ同一面積の正面にも同一の力が作用する。転用密封環２の背面１２Ｈとシールリング３６の径方向面積にも被密封流体が作用する。そして、シールリング３６を第２受圧背面１２Ｄに圧接して回転用密封環１２とロータ２０との間をシールする。
この両背面１１Ｈ、１２Ｈの受圧面積はほぼ同一に構成されており、回転用密封環１２はシールリング３６の面積だけ大きな面圧を受ける。更に、回転用密封環１２はばね手段３８により非回転用密封環１１側へ押圧されているから、摺動シール面１１Ａとシール面１２Ａとが強く密接する。その結果、第１通路４と第２通路２４との連通路３０は、これらのシール面１１Ａ、１２Ａとシールリング３６により密封した状態に構成される。
【００３２】
一方、この流体の代わりに第１通路４が真空状態に切り替えられた場合には、固定用密封環１１に作用する圧力は、第１背面１１Ｈと正面とは互いに消し合いながら第１保持部５により支持される。又、回転用密封環１２に受ける圧力も同様に第２背面１２Ｈと正面とに受ける圧力が消し合いながら、ばね手段３８により押圧されているから第１シール面１１Ａに密接している。
同時に、シールリング３６は、外表面がゴムより摩擦係数の小さな材質の低摩擦外周部３６Ａが設けられているから、回転用密封環１２の第２案内面１２Ｃなどに接着することもなく、又、シールリング取付溝１３にもフッ素樹脂材等のコーテングが施されて低摩擦外周部１２ＣＨに形成されているから、接着することなく、第２支持面２５Ａ側に引き寄せられて第２支持面２５Ａに圧接し、第２案内面１２Ｃの嵌合間をシールする。その結果、真空力により回転用密封環１２がばね手段３８を圧縮して第２背面１２Ｈ側へ吸引力されて第２シール面１２Ａを第１シール面１１Ａから開くような状態にはならない。この低摩擦外周部３６Ａ、１２ＣＨは、シールリング３６及びシールリング取付溝１３の両方の面、又はシールリング３６だけに設けても良い。更に、ロータ２０のシールリングと接する外周面にも設けても良い。
【００３３】
又、ロータ２０の第２通路２４から第１通路４に作動流体である被密封流体が流れる場合には、被密封流体の圧力が非回転用密封環１１の第１受圧背面１１Ｄに作用する。同時に、回転用密封環１２の第２受圧背面１２Ｄも第１受圧背面１１Ｄとほぼ同一面積にすると良いから、被密封流体の圧力が均一にシール面１１Ａ、１２Ａに対して作用する。これは、第１受圧背面１１Ｄと第２受圧背面１２Ｄとの受圧面積が等しく、しかもシールリング３６の表面が低摩擦に形成されて移動自在に構成されているからである。
そして、非回転用密封環１１の第１シール面１１Ａと回転用密封環１２の第２シール面１２Ａとが密接する。その状態で、ばね手段３８が回転用密封環１２を第１シール面１１Ａ方向へ押圧するから、各シール面１１Ａ、１２Ａは密封接触を強め、第１通路４と第２通路２４との連結間をシールして連通路３０を形成する。
【００３４】
図３は、本発明に係わる第２実施の形態のロータリージョイント１Ｂの要部を示す半断面図である。
【００３５】
図４に於いて、メカニカルシール１０を構成する一方の非回転用密封環１１は、保持部５に軸方向移動自在に保持されている。この非回転用密封環１１の軸方向の端面には、第１シール面１１Ａが形成されており、この第１シール面１１Ａと反対面には、径方向幅寸法Ｂの第１背面１１Ｈが形成されている。この第１背面１１Ｈには第１ピン９と係合する第１係止溝１１Ｂが設けられている。
又、非回転用密封環１１には、第１嵌合面５Ｂと移動自在に嵌合して摺動する第１案内面１１Ｃが設けられていると共に、径方向幅寸法Ａの第１支持端面５Ａと接面可能な径方向寸法Ａの第１受圧面１１Ｄが設けられている。この径方向寸法Ａは第１シール面１１Ａの径方向寸法とほぼ同一寸法である。そして、嵌合面５Ｂのシールリング取付溝５Ｃに装着された第１シールリング３５により嵌合面間に侵入する被密封流体がシールされる。このため、第１支持端面５Ａと第１受圧背面１１Ｄとの間に被密封流体が作用すると非回転用密封環１１は回転用密封環１２方向にＰの力を受ける。
この非回転用密封環１１は炭化珪素により構成されているが、その他の材質、例えば、カーボン材などにより構成することもできる。
【００３６】
非回転用密封環１１と対称の一方の位置には第１シール面１１Ａと密接する第２シール面１２Ａを設けた回転用密封環１２が配置されている。そして、この回転用密封環１２も非回転用密封環１１と類似した形に形成されている。この回転用密封環１１は、シール面１２Ａ側の正面と反対面に正面と同一寸法の径方向幅寸法Ｂの第２背面１２Ｈが形成されているので、非回転用密封環１１の第１背面１１Ｈとも、ほぼ同一面積に形成されている。そして、この第２背面１２Ｈにも第２止めピン２９と係合する係止溝１２Ｂが形成されている（図２参照）。
又、回転用密封環１２には、第２嵌合面２５Ｂと移動自在に嵌合して摺動する第２案内面１２Ｃが設けられていると共に、第２支持端面２５Ａとの間に第２シールリング３６を配置する間隔を形成する第２受圧背面１２Ｄが設けられている。この間隙の第２受圧背面１２Ｄと第２支持面２５Ａとの間はシールリング取付溝１３に形成される。この第２受圧背面１２Ｄの径方向幅寸法Ａは、第１受圧背面１１Ｄの径方向幅寸法Ａとほぼ同一である。更に、第１嵌合面５Ｂのシールリング取付溝５Ｃに装着された第１シールリング３５により嵌合面間に侵入する被密封流体はシールされる。
このシールリング取付溝１３には、フッ素樹脂材などの摩擦係数が小さな材質をコーテングして低摩擦外周部１２ＣＨを形成している。更に、ロータ２０の対応する外周面２０Ｃにもフッ素樹脂をコーテングして低摩擦外周部を形成している。これらは、シーリング取付溝１３と、ロータ２０の両方又は１方のみを低摩擦外用部１２ＣＨとして選定することができる。
この回転用密封環１２はカーボンにより構成されているが、その他の材質、例えば、炭化珪素材などにより構成される。
【００３７】
対称を成す２つの回転用密封環１２、１２の間には、通路用リング２６がロータ２０に嵌着すると共に、止めねじ３９により固定されている。この通路用リング２６には、ロータ２０の第２通路２４と連通する接続通路２４Ａが設けられている。又、接続通路２４Ａは、第１通路４に対応する位置に配設されている。
そして、通路用リング２６の両側面には、第２保持部２５が各々形成されている。この第２保持部２５には、第２止めピン２９が設けられている。更に、両側面から軸方向へ突出する第２嵌合案内部２５Ｒが両側に各々も受けられている。この第２嵌合案内部２５Ｒには、外周面に第２嵌合面２５Ｂが設けられていると共に、自由端に第２支持端面２５Ａが形成されている。この第２支持端面２５Ａと回転用密封環１２の第２受圧背面１２Ｄとの間により形成されるシールリング取付溝１３には第２シールリング３６が装着されている。このシールリング３６により、回転用密封環１２とロータ２０との間をシールする。
【００３８】
このシールリング３６も第１実施例と同様にゴムの外表面がゴムなどに比べて摩擦係数が小さな材質のコーテングが施されている。このシールリング３６は、Ｏリングの外に断面がＸリングなど種々な形状に形成される。又、Ｏリング状のシールリング自体をゴムに比べて摩擦係数の小さな、例えばフッ素樹脂にすることもできる。又、ゴム材、例えば、ニトリルゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、ブチルゴム材製のＯリング外表面をフッ素樹脂材によりコーテングした低摩擦外周部３６Ａを有するものを実施した実施例がある。これらは、必要に応じて、シールリング３６，シールリング取付溝１３、ロータ２０の外表面に設けられる。
【００３９】
更に、この通路用リング２６には等配に軸方向へ貫通溝が設けられている。そして、貫通溝を介してコイルスプリング（弾発手段）３８が各々設けられている。このコイルスプリング３８により回転用密封環１２が非回転用密封環１１方向へ弾発に押圧されている。この様に構成されたメカニカルシール１０は各通路ごとに空間部３内の通路の両側に図１に示すように配置されて連通路３０を構成する。
【００４０】
この様に構成された第２実施の形態の第２ロータリージョイント１Ｂは、作動流体である被密封流体が配管を通じて第１通路４から第２通路２４に流入するときにに、空間部３内で各通路４、２４の両側に配置されたメカニカルシール１０に圧力が作用する。そして、メカニカルシール１０を構成する非回転用密封環１１の第１背面１１Ｈとその正面にも作用する。同時に、回転用密封環２の第２背面１２Ｈとその正面にも同様に圧力が作用する。そして、この両正面と両背面１１Ｈ、１２Ｈの受圧面積はほぼ同一に構成されているから、両シール面１１Ａ、１２Ａはばね手段３８により設定通りに接合する。又、回転用密封環１２はばね手段３８により非回転用密封環１１側へ押圧されているから、第１シール面１１Ａと第２シール面１２Ａとが密接し、第１通路４と第２通路２４とを接続した連通路３０を形成する。
【００４１】
更に、真空状態の場合にも、又ロータ２０の第２通路２４から第１通路４に被密封流体が流れる場合にも、第１実施の形態と同様な作用効果を奏する。
【００４２】
図４は、本発明に係わる実施の形態の第１ロータリージョイント１Ａ及び第２ロータリージョイント１Ｂを半導体製造装置に取り付けた構成図である。図５に於いて、図１に示す第１のロータリージョイント１Ａをウェハポリッシングを行うＣＭＰ装置に於けるテーブル４０へ冷却水を供給するために回転部に取り付けた状態を示す構成の側面図である。このＣＭＰ装置に取り付けた第１ロータリージョイント１Ａを以下に説明する。
【００４３】
回転テーブル４０の下部には、図示省略のモータにより駆動される第１回転軸４１が設けられている。この第１回転軸４１には、冷却水用の供給通路４２と冷却水用の回収通路４３が設けられている。更に、第１回転軸４１の下部には図１に示す構造の第１ロータリージョイント１Ａが設けられている。
又、第１回転軸４１の供給通路４２と第１ロータリジョイント１Ａの第１通路４（図１参照）が連通すると共に、回収通路４３と第１通路４、４、４（図１参照）が連通する。そして、第１ロータリージョイント１Ａの本体２の第１通路４、４、４、４と回転するロータ２０の第２通路２４、２４、２４、とは、各メカニカルシール１０間に形成される連通路３０、３０、３０、を介して回転状態でも連通する。
【００４４】
更に、この供給通路４２に接続された流体供給用ポンプ６０から回転テーブル４０に設けられた冷却回路４４に、回転又は非回転状態に係わらず、冷却水を供給することが可能になる。そして、回転テーブル４０に冷却水が送られてシリコンウェハＳや回転テーブル４０が冷却される。
【００４５】
これらの冷却水は回転テーブル４０の冷却回路４４に対して十分に供給しなければならない。又、回収通路４３も供給通路４２の流量断面積と同等以上にしなければならない。しかし、本発明のようにシールリング３６を耐摩耗性と共に、シールリングによる不具合を解決することにより、往復可能な通路にすることが可能であり、冷却通路と排出通路を兼用できるのでロータ２０の径を大きくすることなく、多機能の通路を構成することが可能になる。更に、シールリング３６の摩耗を惹起させることなく、優れたシール能力を発揮する。
【００４６】
次に、図４に示すＣＭＰ装置の上部に取り付けられた第２ロータリージョイント１Ｂについて説明する。図４に於いて、４０はシリコンウェハＳを載置して加工する回転テーブルである。この回転テーブル４０は、第１回転軸４１に連結されてＰ１方向に回転する。同時に、第２ロータリージョイント１Ｂを装備したパッド支持体５３は、図示するＸ方向に進退移動する。更に、パッド支持体５３に支持されている図示省略の駆動モータにより回転する研磨パッド５４が、パッド支持体５３の下部に取り付けられている。この研磨パッド５４は、パッド支持体５３と研磨パッド５４に連結している第２回転軸５５によりＰ２方向へ回動する。そして、研磨パッド５４は、回動しながらシリコンウェハ上をＸ方向に移動して研磨加工を行う。
【００４７】
パッド支持体５３に設けられている第１給排通路５８は、配管により研磨液を圧送する給排装置７０と連通されている。更に、この第１給排通路５８は、第２ロータリージョイント１Ｂの第１通路４に連通すると共に、隣り合わせのメカニカルシール１０の間に形成される連通路３０を介して第２通路２４に回動状態で連通可能になる。
又、第２ロータリージョイント１Ｂの第１通路４は、第２回転軸５５に設けられている第２給排通路５６に連通すると共に、研磨パッド５４の噴射通路５１に連通する。
【００４８】
そして、給排装置７０から圧送される研磨液を第１給排通路５８を通して第２ロータリージョイント１Ｂの第１通路４へ送り、第２ロータリージョイント１Ｂでメカニカルシール１０間に形成される連通路３０を介して回転するロータ２０の第２通路２４へ供給され、第２回転軸５５の第２給排通路５６を介して研磨パッド５４の噴射通路５１に圧送する。そして、噴射通路５１からシリコンウェハＳの上面に研磨液を噴射してシリコンウェハＳの表面研磨加工を行う。
【００４９】
同時に、パッド支持体５３に設けられている第１流体通路５９は、配管により空圧の流体給給装置７５に連通されている。更に、第１流体通路５９は第２ロータリージョイント１Ｂの第１通路４、４、４に連通している。この第１通路４、４、４は、ロータ２０の第２通路２４、２４、２４にメカニカルシール１０間の連通路３０、３０，３０を介して回転状態でも連通する。そして、第２通路２４、２４、２４から回転する第２回転軸５５の第２流体通路５７に連通すると共に、第２流体通路５７から研磨パッド５４の第２噴射通路５２に連通して空気圧を噴射し、第１噴射通路５１から噴射される研磨液を均一に分散させる作用をする。同時に、研磨した研磨液をシリコンウェハＳや、回転テーブル４０の上面等から素早く排除させるために第１噴射通路５１内を真空状態にする。
【００５０】
これらの真空状態は、研磨液を素早く吸い取る必要から、多数の第１及び第２噴射通路５１、５２を介して行うか否かにその品質がかかっている。
又、供排装置７０により、研磨液等が第１給排通路５８を介して第１通路４、・・、連通路３０、・・、第２通路２４、・・へ圧送され、第２ロータリージョイント１Ｂにより回転状態でも研磨パット５４の第１噴射通路５１及び第２噴射通路５２に研磨液と空気圧とを供給するが、これらの作動は、供排装置７０の正圧作動により研磨パット部５４とシリコンウェハＳとの間に流体供給装置７５からの圧搾空気と共に、研磨液を噴射させて、研磨パット部５４を回転させながらパット支持体５３によりシリコンウェハＳの上面を往復移動してシリコンウェハＳを研磨するものである。尚、研磨パッド部５４は、加工前後の作業のために、Ｙ方向に上下移動する。
【００５１】
更に、研磨終了後は、給排装置７０の研磨ポンプを吸引作動に切り替えて第１噴射通路５１に残留する研磨液を同一通路を介して吸引と排出とを可能にし、シリコンウェハＳの表面に滴下しないように素早く処理する。これらは多数の通路を必要とするが、１つの通路を往復可能にすることによりこの通路の数を少なくして作動流体の処理制御を容易にすると共に、ロータ２０を小径にして研磨パット部５４やターンテーブルの作動制御を良好にする。本発明の第１及び第２ロータリージョイント１Ａ、１Ｂは、作動流体に応じて往復可能な通路に構成でき且つメカニカルシール１０のシールリング３６の摩耗等を防止して耐久能力を向上させる効果を奏する。そして、本発明のロータリージョイント１Ａ、１Ｂは、この様な用途に優れた効果を発揮する。
【００５２】
更に、研磨終了後は、給排装置７０の研磨ポンプを吸引作動に切り替えて各通路に残留する研磨液を往復通路を介して吸引排出し、シリコンウェハＳの表面に滴下しないように素早く処理することが可能になる。これらの作動はシールリング３６の表面を低摩擦材製にすることにより、確実にメカニカルシール１０のシール能力を向上できるからである。本発明のロータリージョイント１は、往復通路を可能にし、しかも、メカニカルシール１０のシール能力を確実にすることにより、この様な用途に優れた効果を発揮する。尚、図１及び図２に示すロータ２０を軸方向へ貫通する通孔Ｓは、センサや制御用機器等に用いられるものである。
【００５３】
【発明の効果】
本発明に係わるロータリージョイントによれば、以下のような効果を奏する。
【００５４】
請求項１〜請求項３に係わる本発明のロータリージョイントによれば、非回転用密封環と回転用密封環とのシール面に対して内周側から被密封流体が作用しても低摩擦でシールリングが移動自在に構成されているから、メカニカルシールのシール面が確実にシールする効果を奏する。
【００５５】
又、ロータリージョイントを通る通路が真空状態になっても、シールリングが低摩擦でシールリング取付溝内を移動自在に構成されているから、固定用密封環と回転用密封環とのシール面の密接が設定通りに設計できて、確実にシール効果を発揮させることが可能になる。
【００５６】
又、シールリングは摩擦係数が小さいからシールリングの形成面に接着した状態で被密封流体の圧力により無理に剥離されることもないから、摩耗、損傷するのが防止される効果を奏する。更に、スラリー液体、空気、真空状態が交互に作用する状態ではシールリングの面にスラリー液体が入り込んで、簡単に摩耗させるが、シールリングの摩擦係数を小さくするとシールリングの摩耗が防止できる効果を奏する。更に、シールリングのシールリング取付溝内での移動自在な構成は、固定用密封環と回転用密封環とのシール面を確実に密接させるから、シール面にスラリー液体が入り込んでシール面を摩耗させるのも防止する効果を奏する。
【００５７】
請求項４に係わる本発明のロータリージョイントによれば、半導体製造装置用の多流路ロータリージョイントは、多流路の構成であると共に、流体がロータリージョイントの多流通路を連続して流入及び流出が繰り返されるものであるが、この様な用途のロータリージョイントに、１つの作動流通路で流体を往復できるように構成されているのでロータリージョイントとしての優れた効果を発揮する。つまり、本発明のようにシールリングを低摩擦にしてメカニカルシールのシール効果を高めると１つの流通路で作動流体を流入及び流出させることができ、作動流体の応答性を向上させることが可能になる。更に、シールリングの摩耗、損傷を防止し、メカニカルシールのシール能力を向上させることは、ロータリージョイントの耐久能力を向上させて、ロータリージョイントを取り付けた装置の処理能力を安定させる効果を奏する。例えば、シールリングが接着した不具合でメカニカルシール１のシール面が簡単に被密封流体を漏洩させるから、半導体製造装置の処理で簡単に不良を発生させることになるが、これが防止される効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる第１の実施の形態を示すロータリージョイントの断面図である。
【図２】図１に示すロータリージョイントの１部を拡大した断面図である。
【図３】本発明に係わる第２の実施の形態を示すロータリージョイント一部の断面図である。
【図４】本発明のロータリージョイントを装着したＣＭＰ装置の側面図である。
【図５】従来技術のロータリージョイントの断面図である。
【図６】図５の１部を拡大した断面図である。
【符号の説明】
１ ロータリージョイント
１Ａ 第１ローターリジョイント
１Ｂ 第２ロータリージョイント
２ 本体
２Ａ ブロック
３ 空間部
４ 第１通路
５ 第１保持部
５Ａ 第１支持端面
５Ｂ 第１嵌合面
５Ｃ Ｏリング取付溝
５Ｒ 第１嵌合案内部
６ 内周面
９第１止めピン
１０ メカニカルシール
１１ 第１密封環（非回転用密封環）
１１Ａ 第１シール面
１１Ｂ 第１係止溝
１１Ｃ 第１案内面
１１Ｄ 第１受圧背面
１１Ｈ 第１背面
１２ 第２密封環（回転用密封環）
１２Ａ 第２シール面
１２Ｂ 第２係止溝
１２Ｃ 第２案内面
１２ＣＨ 低摩擦外周部
１２Ｄ 第２受圧背面
１２Ｈ 第２背面
１３ シールリング取付溝（Ｏリング取付溝）
２０ ロータ
２１ 取付治具
２４ 第２通路
２４Ａ 接続通路
２５ 第２保持部
２５Ａ 第２支持端面
２５Ｂ 第２嵌合面
２５Ｒ 第２嵌合案内部
２６ 通路用リング
２８ 外周面
２９ 第２止めピン
３０ 連通路
３２ ボルト
３３ 軸受
３４ 配管
３５ 第１シールリング
３６ 第２シールリング
３６Ａ 低摩擦外周部
３７ Ｏリング
３８ ばね手段
３９ 止めねじ
６０ 流体供給ポンプ
６５ 流体回収ポンプ
７０ 給排装置
７５ 流体供給装置
Claims (4)
- 内周面内へ貫通する第１通路を有する本体と、
前記本体の内周面と外周面が嵌合して回転自在に配置されていると共に前記外周面に貫通して前記第１通路と連通可能な第２通路を有するロータと、
前記本体の内周面と前記ロータの外周面との間の前記第１通路と前記第２通路との接続空間部の両側に配置されて前記第１通路と前記第２通路との連通路を形成するメカニカルシールとを具備し、
前記メカニカルシールは
前記本体又は前記ロータの一方に有する第１保持部に保持されて一端に第１シール面を有する第１密封環と、
前記ロータ又は前記本体の他方に有する第２保持部に軸方向移動自在に保持されて対向する前記第１シール面と密接する第２シール面を有すると共に他端に弾発手段により押圧される第２背面を有する第２密封環とを備え、
前記第２密封環には第２案内面に第２支持端面との間に形成されるシールリング取付溝を有し、且つ前記シールリング取付溝に装着されたゴム状弾性材製のシールリングを有すると共に前記シールリングの表面に前記ゴム状弾性材より摩擦係数の小さな材質の低摩擦外周部を有することを特徴とするロータリージョイント。 - 前記第１保持部には内周に前記第２密封環方向へリング状に突出して外周面に第１嵌合面を有すると共に自由端に第１支持端面を形成した第１嵌合案内部を有し、
前記第１密封環にはシールリングを介して前記第１嵌合面に嵌合する第１案内面を有すると共に前記第１支持端面と対向する第１受圧背面を有し、
前記第２保持部には前記第１密封環側へリング状に突出して外周面に第２嵌合面を有すると共に自由端に前記第２支持端面を形成した第２嵌合案内部を有し、
前記第２密封環には前記第２嵌合面と嵌合摺動する第２案内面を有すると共に前記第２案内面と前記第２支持端面との間にシールリング取付溝を形成する前記第２受圧背面を有し、前記第１受圧背面の面積と前記第２受圧背面の面積とをほぼ同一面積に形成したことを特徴とする請求項１に記載のロータリージョイント。 - 内周面内へ貫通する第１通路を有する本体と、
前記本体の内周面と外周面が嵌合して回転自在に配置されていると共に前記外周面に貫通して前記第１通路と連通可能な第２通路を有するロータと、
前記本体の内周面と前記ロータの外周面との間の前記第１通路と前記第２通路との接続空間部の両側に配置されて前記第１通路と前記第２通路との連通路を形成するメカニカルシールとを具備し、
前記メカニカルシールは
前記本体又は前記ロータの一方に有する第１保持部に保持されて一端に第１シール面を有する第１密封環と、
前記ロータ又は前記本体の他方に有する第２保持部に軸方向移動自在に保持されて対向する前記第１シール面と密接する第２シール面を有すると共に他端に弾発手段により押圧される第２背面を有する第２密封環とを備え、
前記第１保持部は、内周に、前記第２密封環方向へリング状に突出して外周面に第１嵌合面を有すると共に自由端に第１支持端面を形成した第１嵌合案内部を有し、
前記第１密封環は、シールリングを介して前記第１嵌合面に嵌合する第１案内面と、前記第１支持端面と対向する第１受圧背面とを有し、
前記第２保持部は、前記第１密封環側へリング状に突出して外周面に第２嵌合面を有すると共に自由端に前記第２支持端面を形成した第２嵌合案内部を有し、
前記第２密封環は、前記第２嵌合面と嵌合摺動する第２案内面と、前記第２案内面と前記第２支持端面との間にシールリング取付溝を形成する前記第２受圧背面と、前記シールリング取付溝に装着されたゴム状弾性材製のシールリングとを有し、
前記シールリングの表面、及び、前記シールリング取付溝の前記シールリングと接合する面のいずれか一方又は両方に、前記ゴム状弾性材より摩擦係数の小さな材質の低摩擦外周部を有し、
前記第１受圧背面の面積と前記第２受圧背面の面積とをほぼ同一面積に形成したことを特徴とするロータリージョイント。 - 前記ロータリージョイントが半導体製造装置用多流路ロータリージョイントとして用いられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のロータリージョイント。
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