JPH11287372A - ロータリジョイント - Google Patents

ロータリジョイント

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JPH11287372A
JPH11287372A JP10092100A JP9210098A JPH11287372A JP H11287372 A JPH11287372 A JP H11287372A JP 10092100 A JP10092100 A JP 10092100A JP 9210098 A JP9210098 A JP 9210098A JP H11287372 A JPH11287372 A JP H11287372A
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joint
fluid passage
liquid
sealing ring
joint component
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Junji Omiya
潤治 大宮
Masato Wada
正人 和田
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Nippon Pillar Packing Co Ltd
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    • F16L27/00Adjustable joints, Joints allowing movement
    • F16L27/08Adjustable joints, Joints allowing movement allowing adjustment or movement only about the axis of one pipe
    • F16L27/087Joints with radial fluid passages
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16L27/0808Adjustable joints, Joints allowing movement allowing adjustment or movement only about the axis of one pipe the fluid passing axially from one joint element to another the joint elements extending coaxially for some distance from their point of separation
    • F16L27/0824Adjustable joints, Joints allowing movement allowing adjustment or movement only about the axis of one pipe the fluid passing axially from one joint element to another the joint elements extending coaxially for some distance from their point of separation with ball or roller bearings
    • F16L27/0828Adjustable joints, Joints allowing movement allowing adjustment or movement only about the axis of one pipe the fluid passing axially from one joint element to another the joint elements extending coaxially for some distance from their point of separation with ball or roller bearings having radial bearings

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Quick-Acting Or Multi-Walled Pipe Joints (AREA)
  • Joints Allowing Movement (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属成分との接触を回避する必要のある半導
体ウエハ等の処理に使用される液体を相対回転部材間で
良好に流動させうるロータリジョイントを提供する。 【解決手段】 第1ジョイント構成部材1にベアリング
13を介して第2ジョイント構成部材2を回転自在に連
結し、第2ジョイント構成部材2に、その回転軸線と同
心状をなして第1密封環30を固定し、第1ジョイント
構成部材1に、第2密封環31を第1密封環30と同心
対向状をなして軸線方向に移動可能に且つ第1密封環3
0へと押圧附勢させた状態に保持し、各ジョイント構成
部材1,2に、両密封環30,31の内周側領域3bに
開口する流体通路部分60,61を形成して、当該内周
側領域3b及びこれを介して連通する両流体通路部分6
0,61をもって、液体102を流動させ得る一連の流
体通路6となし、この流体通路6の接液部を、液体10
2との接触により金属成分を発生することのないPEE
K等で構成してある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属成分との接触
を回避する必要のある半導体ウエハ等の処理に使用され
る液体を相対回転部材間で流動させるためのロータリジ
ョイントに関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば、CMP(Chemical M
echanical Polishing)法による半
導体ウエハの表面研摩処理は、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ことにより行われるが、か
かる場合に、ターンテーブル又はトップリングから純水
等の処理液を半導体ウエハに向けて噴出させることがあ
る。このため、CMP法による表面研摩装置(以下「C
MP装置」という)にあっては、CMP装置本体とこれ
に回転自在に支持されたターンテーブル又はトップリン
グとの間に、処理液を漏れを生じることなく流動させる
ロータリジョイントを設けておく必要がある。
【0003】而して、CMP装置本体のような固定側部
材に形成した固定側流体通路とターンテーブル又はトッ
プリングのような回転側部材に形成した回転側流体通路
とを連結するロータリジョイントとしては、一般に、固
定側部材に取付けた第1ジョイント構成部材と回転側部
材に取付けた第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に、回転軸線方向に対
向して相対回転自在に密接する第1及び第2シール面を
一体形成又は固設し、第1シール面が設けられている第
1ジョイント構成部材に、固定側流体通路に連通し且つ
第1シール面の相対回転中心部に開口する流体通路部分
を形成すると共に、第1シール面が設けられている第2
ジョイント構成部材に、回転側流体通路に連通し且つ第
2シール面の相対回転中心部に開口する流体通路部分を
形成して、両流体通路部分をシールされた状態で相対回
転自在に連結するように構成された金属製のもの(以下
「従来ジョイント」という)が周知である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来ジョイン
トは、次のような問題があるため、CMP装置のように
厳格な清浄条件下での処理が求められる装置,機器には
使用することができず、その用途が大幅に限定されるも
のであった。
【0005】例えば、半導体製造分野においては、半導
体ウエハが金属成分との接触により品質低下するもので
あることから、半導体デバイスが高集積化される傾向に
あることとも相俟って、表面研磨等の処理液としては金
属イオン等の金属成分を含有しない純水等を使用するよ
うに、最善の注意が払われている。一方、従来ジョイン
トによれば、各ジョイント構成部材及びシール面がステ
ンレス鋼等の金属製のものとされていることから、流動
液体との接触により接液部(流体通路部分の内壁面やシ
ール面)から金属イオンが溶出したり、また流動液体が
砥粒等の固形分を含むスラリ液である場合には、含有固
形分との接触により接液部から金属粉が発生して、これ
らの金属成分が流動液体に混入する虞れがある。したが
って、従来ジョイントは、金属成分との接触を回避する
必要のある半導体ウエハ等の処理に使用される液体を扱
うCMP装置等の装置,機器には到底使用することがで
きない。
【0006】また、従来ジョイントは、流体通路部分間
をシール面の接触によりシールさせるように構成された
ものであるから、良好なシール機能を維持するために
は、両シール面の接触圧及び接触状態を適正に保持して
おく必要がある。しかし、シール面はジョイント構成部
材と一体をなすものであるから、両ジョイント構成部材
の連結状態がその相対回転運動に伴う振動等によって変
動すると、これに伴って、両シール面の接触圧及び接触
状態が変化して、シール機能が低下する。また、両シー
ル面は、その接触状態が変化すると、不均一に接触(片
当たり等)して、局部的に摩耗し、シール機能が損なわ
れる虞れがある。
【0007】したがって、従来ジョイントによっては、
長期に亘って良好なシール機能を発揮することが困難で
あり、流体通路部分間からの液漏れを確実に阻止するこ
とができない。このため、従来ジョイントは、液漏れを
環境衛生等の点から許容し難い装置,機器(例えば、腐
食性液体や有毒性液体等を扱う装置,機器)について
も、使用することができない。なお、シール面の接触に
より発生する磨耗粉は金属成分であり、これが流体通路
部分を流動する液体に混入する虞れがあるが、この点か
らも、従来ジョイントは、金属成分との接触を回避する
必要のある半導体ウエハ等の処理に使用される液体を扱
う装置,機器に使用することができないものである。
【0008】本発明は、このような問題を生じることな
く、相対回転部材間での液体流動を良好に行うことがで
き、広範な用途に供しうる実用的な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。
【0009】
【課題を解決するための手段】この課題を解決した本発
明のロータリジョイントは、第1ジョイント構成部材に
第2ジョイント構成部材を回転自在に連結し、一方のジ
ョイント構成部材に、第2ジョイント構成部材の回転軸
線と同心状をなして第1密封環を固定し、他方のジョイ
ント構成部材に、第2密封環を第1密封環と同心対向状
をなして軸線方向に移動可能に且つ第1密封環へと押圧
附勢させた状態に保持し、各ジョイント構成部材に、両
密封環の内周側領域に開口する流体通路部分を形成し
て、当該内周側領域及びこれを介して連通する両流体通
路部分をもって、液体を流動させ得る一連の流体通路と
なし、この流体通路の接液部を、これを流動する液体と
の接触により金属成分を発生することのない材料で構成
したものである。
【0010】ここに、液体との接触により金属成分を発
生することのない材料とは、流体通路を流動する液体と
の接触により金属イオンが溶出するようなことがなく、
或いは当該液体が砥粒等の固形分を含むスラリ液である
場合において含有固形分との接触により金属粉を発生す
るようなことがない材料をいい、一般には、後述するプ
ラスチックや炭化珪素が該当する。また、流体通路の接
液部をかかる材料で構成しておく態様としては、接液部
のみをコーティング等の手段によりかかる材料で構成し
ておく場合の他、流体通路部分が形成されている両ジョ
イント構成部材の構成部分や両ジョイント構成部材及び
密封環全体をかかる材料で構成しておく場合が含まれ
る。例えば、少なくとも各流体通路部分の内壁部(上記
両ジョイント構成部材の構成部分や両ジョイント構成部
材全体を含む)を、これを流動する液体に対して不活性
なプラスチックで構成しておくことが好ましい。ここ
に、液体に対して不活性なプラスチックとは、当該液体
の性状において決定されるものであり、例えば、当該液
体が砥粒等の固形分を含有するものである場合には固形
分との接触により発塵しないプラスチックであり、当該
液体が高温である場合には耐熱性を有するプラスチック
であり、また当該液体が腐食性を有するものである場合
には耐腐性を有するプラスチックをいう。具体的には、
砥粒等の固形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,耐熱性に優れ
たPEEK(polyether ether ket
one)、PES(polyethersulfon
e)又はPC(polycarbonate)等のエン
ジニアリングプラスチック又はPTFE(polyte
trafluoroethylene plasti
c)、PFA(tetrafluoroethylen
e perfluoroalkoxy vinyl e
ther copolymer)又はFEP(fluo
rnated ethylene propylene
copolymer plastics)等の耐食性
プラスチックを使用することが好ましい。また、各密封
環は、炭化珪素で構成しておくことが好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図1
〜図3に基づいて具体的に説明する。
【0012】この実施の形態は、金属成分の混入を避け
る必要のある液体(例えば、半導体ウエハの処理に使用
される純水等であり、以下「処理液」という)及びこの
ような配慮を必要としない流体(例えば、CMP装置の
トップリングに設けられた半導体ウエハ保持機能部を作
動させるための加圧空気等であり、以下「非処理流体」
という)を、固定側部材(例えば、CMP装置本体)と
回転側部材(例えば、CMP装置のトップリング又はタ
ーンテーブル)との間で流動させるためのロータリジョ
イントに本発明を適用した例に係る。
【0013】すなわち、この実施の形態における本発明
に係るロータリジョイント101は、図1に示す如く、
固定側部材に取り付けられる第1ジョイント構成部材1
と、回転側部材に取付けられる第2ジョイント構成部材
2と、両ジョイント構成部材1,2間に介装された第1
〜第3メカニカルシール3,4,5と、両ジョイント構
成部材1,2に形成された一連の流体通路たる処理液通
路6及び非処理流体通路7とを具備する。なお、以下に
おいて、上下とは図1における上下を意味するものとす
る。
【0014】第1ジョイント構成部材1は、図1に示す
如く、円形の内周部10aを有する筒状の側部壁10
と、その上端部にこれを閉塞すべく嵌合取着された端部
壁11とからなる。なお、両壁10,11の嵌合部分
は、Oリング12によりシールされている。
【0015】第2ジョイント構成部材2は、図1に示す
如く、円柱状の主体部20と主体部20の上端部に形成
された密封環保持部21と主体部20の下端部に形成さ
れた円盤状のフランジ部22と主体部20に外嵌された
円筒状の蓋部23とからなる。蓋部23を除く第2ジョ
イント構成部材部分(主体部20、密封環保持部21及
びフランジ部22)は一体成形されている。密封環保持
部21は主体部20と同心状をなすもので、その横断面
形状は主体部20より小径の円形状とされている。第2
ジョイント構成部材2は、側部壁10と蓋部23との下
端部間に介装したベアリング13により、フランジ部2
2を除く第2ジョイント構成部材部分(主体部20、密
封環保持部21及び蓋部23)を第1ジョイント構成部
材1内に挿入させた状態で、第1ジョイント構成部材1
に回転自在に支持されている。なお、第2ジョイント構
成部材2は、トップリング等の回転側部材の回転に伴っ
て強制回転せしめられる。また、主体部20と蓋部23
との嵌合部分は、その上下端部位に配したOリング2
6,26によりシールされている。
【0016】第1メカニカルシール3は、図1及び図2
に示す如く、第2ジョイント構成部材2に設けられた第
1密封環30と、第1ジョイント構成部材1に設けられ
た第2密封環31と、第2密封環31と第1ジョイント
構成部材1との間に介装された回転阻止機構32及びス
プリング部材33とを具備するものである。
【0017】第1密封環30は、図2に示す如く、円環
状の本体部30aとその下端部に一体形成された円筒状
の固定部30bとからなるものであり、固定部30bを
密封環保持部21に外嵌させることにより、第2ジョイ
ント構成部材2にその回転軸線と同心状に固定されてい
る。本体部30aの上端部は、軸線に直交する環状平滑
面である密封端面30cに構成されている。固定部30
bと密封環保持部21との嵌合部分は、密封環保持部2
1の外周部に保持させたOリング24により二次シール
されている。
【0018】第2密封環31は、図2に示す如く、円環
状の本体部31aとその上端部に一体形成された円筒状
の保持部31bとからなるものであり、保持部31bを
端部壁11に設けた保持孔11aに嵌合させることによ
り、第1ジョイント構成部材1に第1密封環30と同心
対向状をなして軸線方向移動可能に保持されている。保
持部31bと保持孔11aとの嵌合部分は、保持孔11
aの内周部に保持させたOリング14により二次シール
されている。本体部31aの外径は保持部31bの外径
より所定量大きく設定されている。第2密封環31の下
端部は、その外周面を下窄まりのテーパ面に形成すると
共にその内周面を下拡がりのテーパ面に形成することに
よって尖端形状に形成されていて、その先端面(下端
面)を極小幅の円環状面をなす密封端面31cに構成し
てある。すなわち、第2密封環31の密封端面31c
は、第1密封環30の密封端面30cに同心状をなして
線接触しうる尖端形状に構成されている。
【0019】回転阻止機構32は、図2に示す如く、第
1ジョイント構成部材1の端部壁11の下端部に、保持
孔11aの外周領域に配して、一又は複数の係止ピン3
2aを下方に向けて突設すると共に、第2密封環31の
本体部31aの外周部に一又は複数の係合凹部32bを
形成して、係止ピン32aを係合凹部32bに係合させ
ることにより、第2密封環31を第1ジョイント構成部
材1に対して軸線方向移動を許容しつつ相対回転不能に
係止保持するものである。
【0020】スプリング部材33は、図2に示す如く、
第2密封環31の本体部31aの上端部とこれに対向す
る第1ジョイント構成部材1の端部壁11の下端部との
間に介装された複数のコイルスプリングで構成されてお
り、第2密封環31を、両密封端面30c,31cが相
互に押圧接触せしめられるべく、第1密封環30へと押
圧附勢するものである。
【0021】第1メカニカルシール3は、第2ジョイン
ト構成部材2の回転に伴う密封端面30c,31cの相
対回転摺接作用により、その相対回転部分の内周側領域
(以下「第1接続領域」という)3aと外周側領域3b
との間をシールするものであり、周知の端面接触形メカ
ニカルシールと同様のシール機能を発揮するものであ
る。なお、密封端面30c,31cの径を含めた各構成
要素の寸法等は、両領域3a,3bの圧力関係が逆転す
る場合(例えば、処理液通路6内が負圧ないしドライモ
ードに切り換えられた場合)にも密封端面30c,31
cによる良好なシール機能が維持されるように(例えば
バランス比を零とする等)設定されている。
【0022】第2及び第3メカニカルシール4,5は、
図1に示す如く、第2ジョイント構成部材2の外周部で
ある蓋部23とこれを同心状に囲繞する第1ジョイント
構成部材1の内周部つまり側部壁10の内周部10aと
の間に第2ジョイント構成部材2の軸線方向に並列して
上下に配設されている。
【0023】上位の第2メカニカルシール4は、図1及
び図3に示す如く、側部壁10と蓋部23との間に介装
された端面接触形のメカニカルシールであり、前記外周
側領域3bの下端部をシールして、この領域を密閉され
た冷却水供給領域3bとなすものである。すなわち、第
2メカニカルシール4は、図3に示す如く、側壁部10
の内周部10aにOリング42を介して内嵌状に固定さ
れた静止密封環43と、静止密封環43の下位に配し
て、蓋部23にOリング44を介して軸線方向移動可能
に挿通保持された回転密封環45と、回転密封環45の
下位に配して、蓋部23に固定されたスプリングリテー
ナ46と、回転密封環45とスプリングリテーナ46と
の間に介装されて、回転密封環45を静止密封環43へ
と押圧附勢するスプリング部材47とを具備して、両密
封環43,45の相対回転摺接作用により、その相対回
転部分の外周側領域4aと内周側領域たる冷却水供給領
域3bとの間をシールするように構成されている。回転
密封環45は、図1に示す如く、その外周部に形成した
係合溝45aにスプリングリテーナ46に形成した係合
突部46aを係合させることにより、第2ジョイント構
成部材2に軸線方向移動を許容しつつ相対回転不能に保
持されている。スプリング部材47は、軸線方向に密接
状に並列する複数の皿状の板バネで構成されている。而
して、冷却水供給領域3bには、図1及び図2に示す如
く、第1ジョイント構成部材1の側部壁10に設けた給
水口10bから冷却水(通常、常温清水が使用される)
108が供給されるようになっており、この冷却水10
8により第1メカニカルシール3の密封環30,31を
冷却するように工夫されている。なお、側部壁10に
は、図示していないが、冷却水供給領域3bに連通する
排水口が設けられている。
【0024】また、静止密封環43の内周部には、これ
を第2ジョイント構成部材2の軸受部材としても機能さ
せるべく、蓋部23の上端部を相対回転自在に嵌合保持
する環状の軸受部48が形成されている。したがって、
第2ジョイント構成部材2は、その上下端部をベアリン
グ13及び軸受部48を介して第1ジョイント構成部材
1に回転自在に支持されることになり、ベアリング13
のみで支持させた場合に比して、軸振れを生じることな
く円滑に回転されることになる。なお、軸受部48と蓋
部23との間には、極く微小な環状間隙49が存在し
て、これに侵入した冷却水108により潤滑膜が形成さ
れることになり、この潤滑膜の形成により軸受部48に
よる軸受機能がより効果的に発揮されることになる。軸
受部48の内径は、蓋部23を径方向変位不能(軸振れ
しない)に且つ相対回転自在に嵌合保持しうることを条
件として、蓋部23の外径に略一致する寸法に設定され
る。具体的には、蓋部23との間に0.1mm程度の環
状隙間49が生じるように設定しておくことが好まし
い。
【0025】下位の第3メカニカルシール5は、図1及
び図3に示す如く、第2メカニカルシール4の下方位に
おいて側部壁10と蓋部23との間に介装された端面接
触形のメカニカルシールであって、第2メカニカルシー
ル4とは上下対称構造をなす点及び軸受部48を有しな
い点を除いて同一構造に構成されたものである。すなわ
ち、第3メカニカルシール5は、図3に示す如く、側壁
部10の内周部10aにOリング52を介して内嵌状に
固定された静止密封環53と、静止密封環53の上位に
配して、蓋部23にOリング54を介して軸線方向移動
可能に挿通保持された回転密封環55と、回転密封環5
5の上位に配して、蓋部23に固定されたスプリングリ
テーナ46と、回転密封環55とスプリングリテーナ4
6との間に介装されて、回転密封環55を静止密封環5
3へと押圧附勢するスプリング部材(複数の皿状の板バ
ネで構成されている)57とを具備して、両密封環5
3,55の相対回転摺接作用により、その外周側領域4
aと内周側領域であるベアリング13側の大気領域4b
との間をシールするように構成されている。スプリング
リテーナ46は、第2メカニカルシール4と兼用されて
いる。回転密封環55は、第2メカニカルシール4にお
ける回転密封環45と同様に、その外周部に形成した係
合溝55aにスプリングリテーナ46に形成した係合突
部56aを係合させることにより、第2ジョイント構成
部材2に軸線方向移動を許容しつつ相対回転不能に保持
されている。外周側領域4aは、両ジョウイント構成部
材1,2の内外周部10a,23間の環状領域の上下端
部を第2及び第3メカニカルシール4,5により密閉シ
ールされた接続領域(以下「第2接続領域」という)4
aとなされている。
【0026】処理液通路6は、図1〜図3に示す如く、
第1ジョイント構成部材1に形成した第1流体通路部分
60と第2ジョイント構成部材2に形成した第2流体通
路部分61とを第1メカニカルシール3により密閉シー
ルされた第1接続領域3aを介して連通させてなる一連
のものであり、純水等の処理液102を流動させるもの
である。第1流体通路部分60は第1ジョイント構成部
材1の端部壁11に形成されている。第1流体通路部分
60の一端部は第1接続領域3aに開口されており、そ
の他端部は、端部壁11の外周部に開口されていて、第
1ジョイント構成部材1が取付けられる固定側部材の固
定側流体通路103に接続されるようになっている。第
2流体通路部分61は第2ジョイント構成部材2の主体
部20、密封環保持部21及びフランジ部22にその回
転軸線(第2ジョイント構成部材2の回転軸線)を貫通
して形成されている。第2流体通路部分61の一端部は
第1接続領域3aに開口されており、その他端部は、フ
ランジ部22の下端部に開口されていて、第2ジョイン
ト構成部材2が取付けられる回転側部材の回転側流体通
路104に接続されるようになっている。
【0027】非処理流体通路7は、図1及び図3に示す
如く、第1ジョイント構成部材1に形成した第1非処理
流体通路部分70と第2ジョイント構成部材2に形成し
た第2非処理流体通路部分71とを、第2及び第3メカ
ニカルシール4,5により密閉シールされた第2接続領
域4aを介して、連通させてなる一連のものであり、加
圧空気等の非処理流体105を処理液102と別ルート
で流動させるものである。第1非処理流体通路部分70
は、第2接続領域4aに開口させた状態で、第1ジョイ
ント構成部材1の側部壁10に穿設されている。この第
1非処理流体通路部分70には、固定側部材に形成され
た固定側流体通路106が接続されていて、非処理流体
105が供給されるようになっている。第2非処理流体
通路部分71は、主体部20の外周部に形成した環状溝
を蓋部23で閉塞してなる環状通路71aと、第2流体
通路部分61を囲繞する環状をなしてフランジ部22の
下端部に開口された環状通路71bと、主体部20に形
成されて両環状通路71a,71b間を連通する連通路
71cと、蓋部23及びスプリングリテーナ46を貫通
して、環状通路71aを第2接続領域4aに開口させる
開口通路71dとからなる。この第2非処理流体通路部
分71の下端開口部である環状通路71bは、回転側部
材に形成された回転側流体通路107に接続されてい
る。
【0028】而して、処理液通路6の接液部は、これを
流動する処理液102との接触により金属成分を発生す
ることのない材料で構成してある。すなわち、この例で
は、第1ジョイント構成部材1及び第2ジョイント構成
部材2の構成部分のうち、第1流体通路部分60が形成
されている第1ジョイント構成部材1の端部壁11及び
第2流体通路部分61が形成されている第2ジョイント
構成部材2の主体部20(これに一体形成された密封環
保持部21及びフランジ部22を含む)を、処理液10
2との接触により金属イオンを溶出したり金属パーティ
クルを発生したりすることがなく且つ加工による寸法安
定性,耐熱性に優れたPEEK,PES,PC等のエン
ジニアリングプラスチックで構成すると共に、各密封環
30,31全体を炭化珪素で構成してある。なお、処理
液102が接触しない上記部材11,20,30,31
以外のジョイント構成部材10,13,14,23,2
4,32a,33a,42,44,45,46,47,
52,53,54,57等については、金属成分の発生
を考慮する必要がなく、ジョイント使用条件等に応じ
て、その構成材を任意に選定することができる。例え
ば、ジョンイト本体1の側部壁10及び第2ジョイント
構成部材2の蓋部23はSUS304等の金属材で、静
止密封環43,53はカーボンで、回転密封環45,5
5は炭化珪素で、各Oリング14等はバイトンで、係止
ピン32a及び各スプリング部材33,47,57はS
US316等の金属材で、夫々構成される。
【0029】以上のように構成されたロータリジョイン
ト101によれば、冒頭で述べた如き問題を生じること
なく、処理液102及び非処理流体105を相対回転部
材間で良好に流動させることができる。
【0030】すなわち、処理液102は、固定側部材の
固定側流体通路103からロータリジョイント101の
処理液通路6を経て回転側部材の回転側流体通路104
へと流動される。そして、処理液通路6においては、第
1ジョイント構成部材10の第1流体通路部分60と第
2ジョイント構成部材11の第2流体通路部分61とが
回転側部材の回転に伴って相対回転せしめられるが、両
流体通路部分60,61間を接続する第1接続領域3a
が第1密封環30と第2密封環31との相対回転摺接作
用によってシールされていることから、処理液102は
両通路部分60,61間から漏洩することなく処理液通
路6を流動せしめられることになる。
【0031】このとき、第2密封環31がスプリング部
材33により第1密封環30へと押圧附勢されているか
ら、両ジョイント構成部材1,2の相対位置関係が振動
等により変動した場合にも、両密封端面30c,31c
が適正に接触されることになる。しかも、第2ジョイン
ト構成部材3の上下端部が静止密封環43の軸受部48
とベアリング13とによって軸受支持されているから、
第2ジョイント構成部材3の軸振れが効果的に防止され
る。したがって、両密封端面30c,31cの径方向位
置関係が変動するようなことなく、常に、両密封端面3
0c,31cの接触状態が適正に保持されて、良好なシ
ール機能が発揮される。
【0032】また、処理液102の性状によっては、処
理液102中の含有物質が両密封環30,31の接触部
分に付着,堆積する虞れがあるが、第2密封環31の密
封端面31cが尖端形状とされていることから、このよ
うな付着物は密封端面31cにより削り取られて、両密
封端面30c,31c間に処理液102中の固形分つま
り砥粒が侵入,堆積するようなことがない。したがっ
て、両密封端面30c,31cは常に適正な接触状態を
保つことができ、密封端面30c,31cの接触不足に
よりシール機能が低下するようなことがない。また、密
封端面30c,31cは、冷却水供給領域3bに供給さ
れた冷却水108により冷却されて、焼き付きを生じる
虞れはない。
【0033】また、両密封環30,31は超硬質材であ
る炭化珪素で構成されているから、、それらを金属若し
くはカーボンで構成した場合や一般的な端面接触形のメ
カニカルシールにおける如く炭化珪素等の硬質材からな
る密封環とカーボン等の軟質材からなる密封環との組み
合わせとした場合と異なって、密封端面30c,31c
の接触により摩耗粉が発生したりすることがなく、摩耗
粉が処理液102に混入することがない。
【0034】また、処理液通路6が形成される第1ジョ
イント構成部材1の端部壁11及び第2ジョイント構成
部材2の主体部20並びに密封環30,31がPEEK
等のエンジニアリングプラスチック並びに炭化珪素で構
成されているから、つまり処理液通路6の接液部が処理
液102との接触により金属イオンの溶出等を生じない
材料で構成されていることから、処理液102が処理液
通路6を流動する間において、処理液102に金属成分
が混入することがない。
【0035】ところで、第2ジョイント構成部材2の主
体部20をPEEK等のプラスチックで構成した場合、
主体部20が密封環30,31の接触熱等により膨張し
て、密封端面30c,31cの適正な接触が妨げられ
(接触圧が異常に高くなる等)良好なシール機能を発揮
し得なくなる虞れがある。かかる虞れは、密封端面30
c,31cが上記した如く線接触するようなシール構造
にあっては、特に、顕著である。しかし、上記した如
く、主体部20に金属製スリーブである蓋部23を外嵌
させておくと、主体部20が熱伝導率の低いプラスチッ
ク部材であっても、熱伝導率の高い金属部材たる蓋部2
3からの放熱作用により、主体部20の熱膨張が可及的
に防止されることになる。しかも、上記した例では、蓋
部23に冷却水108及び非処理流体105が接触する
構造となしていることから、これらの流体105,10
8による冷却効果も期待される。したがって、主体部2
0は、かかる放熱効果及び冷却効果により、その熱膨張
が防止されることになり、上記した虞れはない。なお、
金属製スリーブ23を設けておくことにより、第2ジョ
イント構成部材2の主要部たる主体部20を機械的強度
の低いプラスチック材で構成する場合にも、第2ジョイ
ント構成部材2全体の機械的強度を充分に確保できる効
果も奏せられる。
【0036】また、回転阻止機構32やスプリング部材
33は、密封端面30c,31cを適正な接触圧で相対
回転させて良好なシール機能を発揮させるために必要不
可欠なものであるが、その構成材である係止ピン32
a,スプリング部材33は金属製のものであることか
ら、これらが処理液通路6内に存在するときには、処理
液102との接触により金属イオンの溶出等を生じて、
それが処理液102に混入する虞れがある。しかし、両
機構32,33は第2密封環31の外周側に配置されて
いて、処理液通路6を流動する処理液102とは接触し
ないことから、処理液102に金属成分が混入するとい
った問題は生じない。
【0037】したがって、当該ロータリジョイント10
1によれば、処理液102を、金属イオンの溶出等によ
り金属成分が混入するといった問題を生じることなく且
つ液漏れを生じることなく、相対回転部材間で良好に流
動させることができる。また、処理液通路7内を、必要
に応じて、正圧モードから負圧ないしドライモードに切
り換えることができ、その場合にも、第1メカニカルシ
ール3の密封環30,31は冷却水108により冷却さ
れるから、金属スリーブたる蓋部23による放熱効果並
びにこれと冷却水108(及び非処理流体105)との
接触による冷却効果と相俟って、密封端面30c,31
cが焼き付くような虞れはない。
【0038】また、加圧空気等の非処理流体105は、
固定側流体通路106からロータリジョイント105の
非処理流体通路7を経て回転側流体通路107に供給さ
れる。非処理流体通路7においては、第1ジョイント構
成部材1の第1非処理流体通路部分70と第2ジョイン
ト構成部材2の第2非処理流体通路部分71とが回転側
部材の回転に伴って相対回転せしめられるが、両通路部
分70,71間を接続する第2接続領域4aが第1及び
第2メカニカルシール4,5によりシールされているこ
とから、非処理流体105は非処理流体通路部分70,
71間から漏洩することなく非処理流体通路7を流動せ
しめられることになる。
【0039】このとき、前述した如く、第2ジョイント
構成部材2の上下端部が、ベアリング13と第2メカニ
カルシール4の静止密封環43に設けた軸受部48とに
よって軸受支持されていて、第2ジョイント構成部材2
に軸振れが生じることがないから、第2及び第3メカニ
カルシール4,5における両密封環43,45及び5
3,55の径方向位置関係が変動するようなことがな
く、各メカニカルシール4,5によるシール機能が良好
に発揮され、非処理流体105が非処理流体通路7から
漏洩する虞れはない。また、このように、第2メカニカ
ルシール4の静止密封環43に軸受機能をもたせたか
ら、第2ジョイント構成部材2の軸振れを防止するため
にベアリング数を多く設ける必要がなく、ベアリング1
3の設置数を最小限とし得て、ロータリジョイント10
1の小型化(回転軸線方向長さの短縮化)を図ることが
できる。また、スプリング部材47,57として、コイ
ルスプリングに比して占有スペースが小さくて足りる皿
状の板バネを使用することによって、ロータリジョイン
ト101の更なる小型化を図ることができる。
【0040】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。
【0041】例えば、流体通路6の接液部は、金属成分
を発生(金属イオンの溶出等)しない材料(エンジニア
リングプラスチック,耐食性プラスチック,炭化珪素
等)で構成されるが、その場合、上記した如く流体通路
6が形成される部分のみを当該材料で構成しておく他、
接液部のみをコーティング等の手法により当該材料で構
成しておくこと、更には各ジョイント構成部材1,2や
ロータリジョイント101全体を当該材料で構成してお
くことができる。但し、ジョイント構成部材全体又はそ
の大部分をプラスチック材で構成しておく場合、当該プ
ラスチック材としては機械的強度、特に曲げ強度が一定
以上のものを選定することが好ましい。一般には、曲げ
強度が1000kg/cm2 以上のPEEK,PES等
を選定しておくことが好ましい。
【0042】また、本発明は、処理液102として砥粒
のような硬質の固形分を含むスラリ液や腐食性を有する
液体を扱う装置,機器にも適用することができるが、特
に、処理液102が激しい腐食性を有するものである場
合には、処理液通路6における通路部分60,61の内
壁面等の接液部にPTFE,PFA,FEP等の耐食性
プラスチックをコーティングしておくことができる。ま
た、密封環31,32は炭化珪素で構成しておくことが
好ましいが、必要に応じて、上記したエンジニアリング
プラスチックで構成しておくことも可能である。
【0043】また、上記した例では、処理液102の
他、加圧空気等の非処理流体105をも同時に流動させ
るため、非処理流体通路7及びその相対回転部分70,
71間をシールするための第2及び第3メカニカルシー
ル4,5を設けたが、このような構成は、処理液102
のみを対象とする場合や処理液流路6を処理液102以
外の流体についても選択的に流動させるべく兼用使用す
るような場合には、当然に不要である。
【0044】また、逆に、複数の非処理流体通路7を設
けて、複数種の流体を流動させるようにすることも可能
である。例えば、第2ジョイント構成部材2の外周部2
3とこれを同心状に囲繞する第1ジョイント構成部材1
の内周部10aとの間に、第2及び第3メカニカルシー
ル4,5と同様構造の一又は複数のメカニカルシールと
を第2ジョイント構成部材2の軸線方向に並列状に配設
して、流動させようとする流体の種類数に相当する数の
接続領域(第2接続領域)4aを確保するようにすれば
よい。この場合、ロータリジョイント101の各構成部
分の材質は、流体の性状や使用条件等に応じて、適宜に
選定しておく。
【0045】また、上記した例では、冷却水供給領域3
bをシールさせるための第2メカニカルシール4が第2
接続領域4aをシールさせるためのものとして兼用され
るようにしたが、両領域3b,4aを異なるメカニカル
シールでシールするように構成してもよい。但し、両領
域3b,4aのシール手段4を兼用することによってロ
ータリジョイン101の構成を簡素化できるといったメ
リットがあり、特に、上記した如く複数種の流体を対象
とする場合には、そのメリットは大きい。また、一又は
複数の第2接続領域4aをシールさせるためのメカニカ
ルシールとしては、当該流体のシール条件に応じて、非
接触形のメカルシール(ガスシール)を使用することが
できる。
【0046】また、第1メカニカルシール3において、
上記した例と異なって、第1密封環30を第1ジョイン
ト構成部材1側に設けると共に第2密封環31(及びそ
の付属部材32,33)を第2ジョイント構成部材2側
に設けるようにすることも当然に可能である。
【0047】
【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明のロータリジョイントによれば、金属成分との接触を
回避する必要のある半導体ウエハ等の処理に使用される
純水等の液体を、金属イオンの溶出等を生じさせること
なく且つ漏れを生じることなく、相対回転部材間で良好
に流動させることができる。したがって、本発明のロー
タリジョイントは、極めて厳格な清浄条件下で運転され
るCMP装置等にも好適に使用することができ、広範な
用途に供しうる極めて実用的価値大なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るロータリジョイントの一例を示す
縦断側面図である。
【図2】図1の要部の拡大図である。
【図3】図1の他の要部の拡大図である。
【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…第1メカニカルシール、3a…第1接続領域
(密封環の内周側領域)、6…処理液通路(流体通
路)、30…第1密封環、31…第2密封環、33…ス
プリング部材、60…第1流体通路部分(第1ジョイン
ト構成部材に形成された流体通路部分)、61…第2流
体通路部分(第2ジョイント構成部材に形成された流体
通路部分)、102…処理液(流体通路を流動する液
体)。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成11年3月8日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【請求項】 各密封環が炭化珪素で構成されているこ
とを特徴とする、請求項1に記載するロータリジョイン
ト。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0009
【補正方法】変更
【補正内容】
【0009】
【課題を解決するための手段】この課題を解決した本発
明のロータリジョイントは、第1ジョイント構成部材
、円柱状の主体部とこれに外嵌された円筒状の蓋部と
を具備する第2ジョイント構成部材を回転自在に連結
し、一方のジョイント構成部材に、第2ジョイント構成
部材の回転軸線と同心状をなして第1密封環を固定し、
他方のジョイント構成部材に、第2密封環を第1密封環
と同心対向状をなして軸線方向に移動可能に且つ第1密
封環へと押圧附勢させた状態に保持し、第1ジョイント
構成部材及び第2ジョイント構成部材の主体部に、各
々、両密封環の内周側領域に開口する流体通路部分を形
成して、当該内周側領域及びこれを介して連通する両流
体通路部分をもって、液体を流動させ得る一連の流体通
路となし、この流体通路の接液部を、これを流動する液
体との接触により金属成分を発生することのない材料で
構成してあり、少なくとも各流体通路部分の内壁部が、
これを流動する液体に対して不活性なプラスチックで構
成されており、且つ第2ジョイント構成部材の蓋部を金
属材で構成したものである。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】符号の説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【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…第1メカニカルシール、3a…第1接続領域
(密封環の内周側領域)、6…処理液通路(流体通
路)、20…第2ジョイント構成部材の主体部、23…
第2ジョイント構成部材の蓋部、30…第1密封環、3
1…第2密封環、33…スプリング部材、60…第1流
体通路部分(第1ジョイント構成部材に形成された流体
通路部分)、61…第2流体通路部分(第2ジョイント
構成部材に形成された流体通路部分)、102…処理液
(流体通路を流動する液体)。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1ジョイント構成部材に第2ジョイン
    ト構成部材を回転自在に連結し、 一方のジョイント構成部材に、第2ジョイント構成部材
    の回転軸線と同心状をなして第1密封環を固定し、他方
    のジョイント構成部材に、第2密封環を第1密封環と同
    心対向状をなして軸線方向に移動可能に且つ第1密封環
    へと押圧附勢させた状態に保持し、 各ジョイント構成部材に、両密封環の内周側領域に開口
    する流体通路部分を形成して、当該内周側領域及びこれ
    を介して連通する両流体通路部分をもって、液体を流動
    させ得る一連の流体通路となし、 この流体通路の接液部を、液体との接触により金属成分
    を発生することのない材料で構成してあることを特徴と
    するロータリジョイント。
  2. 【請求項2】 少なくとも各流体通路部分の内壁部が、
    これを流動する液体に対して不活性なプラスチックで構
    成されていることを特徴とする、請求項1に記載するロ
    ータリジョイント。
  3. 【請求項3】 各密封環が炭化珪素で構成されているこ
    とを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載するロー
    タリジョイント。
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JP2008025597A (ja) * 2006-07-18 2008-02-07 Nippon Pillar Packing Co Ltd ロータリジョイント
JP2017515056A (ja) * 2014-03-18 2017-06-08 ジエ・アヴィオ・エッセ・エッレ・エッレ 特にエピサイクリック・トランスミッション用の、静止部から回転部へと潤滑オイルを流すためのオイル移送アセンブリ
KR20170113119A (ko) * 2016-03-30 2017-10-12 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 기판 처리 장치

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