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

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２】 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
に、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。