JP2001141149A - Rotary joint - Google Patents
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L27/00—Adjustable joints, Joints allowing movement
- F16L27/08—Adjustable joints, Joints allowing movement allowing adjustment or movement only about the axis of one pipe
- F16L27/0804—Adjustable 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
- F16L27/0808—Adjustable 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
- F16L27/0824—Adjustable 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
- F16L27/0828—Adjustable 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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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ジョイント構成部
材を損傷（腐食等）させる虞れのある腐食性流体等やジ
ョイント構成部材からの汚染（金属汚染等）を嫌う半導
体ウエハの処理液等の各種流体を良好に流動させ得るロ
ータリジョイントに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a corrosive fluid or the like which may damage joint components (corrosion, etc.) and a processing liquid for semiconductor wafers which are not susceptible to contamination (metal contamination, etc.) from joint components. The present invention relates to a rotary joint capable of causing various fluids to flow well.
【０００２】[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半導
体ウエハや常盤の真空吸着のための真空と、ウエハ加圧
のための圧縮空気、洗浄のための純水、エアーブロー用
圧縮空気を供給する。このため、ＣＭＰ法による表面研
摩装置（以下「ＣＭＰ装置」という）にあっては、ＣＭ
Ｐ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、処理液をその漏れが生じ
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。2. Description of the Related Art For example, CMP (Chemical M)
The surface polishing treatment of the semiconductor wafer by the mechanical polishing method is performed by separately and independently rotating the turntable and the top ring while the semiconductor wafer is sandwiched between the turntable and the top ring. From the table or the top ring, a vacuum for vacuum suction of a semiconductor wafer or a regular board, compressed air for wafer pressurization, pure water for cleaning, and compressed air for air blow are supplied. For this reason, in a surface polishing apparatus using a CMP method (hereinafter referred to as “CMP apparatus”), CM
It is necessary to provide a rotary joint between the P device main body and a turntable or a top ring rotatably supported by the P device main body so that the processing liquid flows without causing leakage.
【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路とを連結
するロータリジョイントとして、固定側部材に取付けら
れるジョイント本体と回転側部材に取付けられる回転体
とを相対回転自在に連結し、回転体に回転側流路に連結
される第１通路を形成し、ジョイント本体に固定側流路
に連結される第２通路を形成し、回転体の第１通路開口
部に設けた第１密封環とジョイント本体の第２通路開口
部に設けた第２密封環とを、回転側部材による回転体の
回転に伴って、相対回転摺接するようになして、第１通
路と第２通路とが両密封環によりシール状態で相対回転
自在に接続されるように構成されたものが提案されてい
る。すなわち、かかるロータリジョイントでは、第１及
び第２通路と両密封環の中心孔とで、回転側流路と固定
側流路とを接続する一連の流体通路が構成されているの
である。As a rotary joint for connecting a fixed-side flow path formed in a fixed-side member such as a main body of a CMP apparatus and a rotation-side flow path formed in a rotating side member such as a turntable or a top ring, A joint body attached to the stationary member and a rotating body attached to the rotating member are rotatably connected to each other, and a first passage connected to the rotating passage is formed in the rotating body. A second passage connected to the passage is formed, and a first seal ring provided at the first passage opening of the rotating body and a second seal ring provided at the second passage opening of the joint body are formed by a rotating member. There has been proposed a configuration in which the first passage and the second passage are configured to be relatively rotatably connected in a sealed state by both sealing rings by being brought into relative rotational sliding contact with the rotation of the rotating body. I have. That is, in such a rotary joint, the first and second passages and the center holes of both sealing rings form a series of fluid passages that connect the rotation-side flow path and the fixed-side flow path.
【０００４】ところで、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、表面研磨等に使用される処理
液を金属汚染させることなく流動，供給させることが必
要である。したがって、このような処理液を流動させる
ロータリジョイントにあっては、流体通路の少なくとも
接液面（通路内壁面）を処理液との接触により金属成分
を溶出しないセラミックやプラスチックで構成しておく
ことが必要とされる。In the field of semiconductor manufacturing, since the quality of a semiconductor wafer is degraded by contact with a metal component, surface polishing or the like is performed in combination with the tendency that semiconductor devices are highly integrated. It is necessary to flow and supply the processing liquid used in the process without causing metal contamination. Therefore, in such a rotary joint for flowing the processing liquid, at least the liquid contact surface (path inner wall surface) of the fluid passage should be made of ceramic or plastic which does not elute metal components by contact with the processing liquid. Is required.
【０００５】このため、密封環については炭化珪素等の
セラミックで構成し、ジョイント本体及び回転体につい
ては、その全体をプラスチックで構成しておくこと、又
は金属材で構成して第１及び第２通路の内壁面にプラス
チックをコーティングしておくことが提案されている。For this reason, the sealing ring is made of ceramic such as silicon carbide, and the joint body and the rotating body are made of plastic as a whole, or the first and second joints are made of metal. It has been proposed to coat the inner wall of the passage with plastic.
【０００６】しかし、ジョイント本体及び回転体の全体
をプラスチックで構成した場合、その構成プラスチック
として機械的強度に優れたエンジニアリングプラスチッ
クを選択したとしても、固定側部材に取付けられるジョ
イント本体についてはともかく、回転側部材により強制
回転される回転体については、第１通路が軸線方向に貫
通していることとも相俟って、如何なるプラスチックで
構成しても機械的強度が不足することになり、ロータリ
ジョイントの耐久性ないし寿命が低下するといった問題
がある。However, when the entire joint body and rotating body are made of plastic, even if an engineering plastic having excellent mechanical strength is selected as the constituent plastic, the joint body attached to the fixed member is not rotated. Regarding the rotating body forcedly rotated by the side member, the mechanical strength is insufficient even if it is made of any plastic, in combination with the fact that the first passage penetrates in the axial direction. There is a problem that the durability or the life is reduced.
【０００７】一方、通路内壁面にプラスチックコーティ
ングを施しておく場合には、このような機械的強度不足
による問題は生じないが、処理液の金属汚染を確実に防
止できない。すなわち、プラスチックコーティング層は
薄い（通常、数μｍ〜数十μｍ）ものであるから、とか
くピンホールが生じ易く、またピンホールが生じていな
い場合にも、処理液との接触等により局部的に損傷，剥
離する虞れがあり、このようなピンホールや損傷，剥離
部分において処理液が金属部分と接触して金属汚染され
る虞れがある。On the other hand, when a plastic coating is applied to the inner wall of the passage, such a problem due to insufficient mechanical strength does not occur, but metal contamination of the processing solution cannot be reliably prevented. That is, since the plastic coating layer is thin (usually several μm to several tens μm), pinholes are easily generated, and even when no pinholes are generated, the plastic coating layer is locally formed by contact with the processing solution. There is a possibility that the processing liquid may be damaged and peeled off, and the processing liquid may come into contact with the metal part in such pinholes, damaged and peeled parts, and may be contaminated with the metal.
【０００８】このように、流体通路が形成されるジョイ
ント構成部材のうち、密封環やジョイント本体について
は、全体をセラミックや機械的強度に優れたプラスチッ
クで構成しておくことにより金属汚染を確実に回避する
ことができるが、強度面からプラスチックで構成し難い
回転体については、処理液の金属汚染を確実に防止する
術がない。勿論、第１通路の内壁面に形成するプラスチ
ックコーティング層を必要以上に厚いものとしておくこ
とも考えられるが、製作経済上、コーティング層の厚み
には限度があり、長期に亘って金属汚染を確実に回避す
ることは困難である。また、コーティング層を如何に厚
いものとしたとしても、コーティング層と第１密封環と
の接着部分が、両密封環の相対回転摺接に伴う振動や回
転側部材から伝達される振動等によって分離する虞れが
あり、この分離部分から処理液が滲出して金属汚染され
る虞れがある。[0008] As described above, the sealing ring and the joint body among the joint constituent members in which the fluid passages are formed are made entirely of ceramic or plastic having excellent mechanical strength so that metal contamination can be reliably prevented. Although it can be avoided, there is no way to reliably prevent metal contamination of the processing liquid for a rotating body that is difficult to be made of plastic because of its strength. Of course, it is conceivable to make the plastic coating layer formed on the inner wall surface of the first passage unnecessarily thick. However, in terms of manufacturing economy, the thickness of the coating layer is limited, and metal contamination over a long period of time is ensured. It is difficult to avoid. Also, no matter how thick the coating layer is, the bonding portion between the coating layer and the first sealing ring is separated by vibrations caused by the relative rotation sliding contact of the two sealing rings and vibrations transmitted from the rotating member. There is a possibility that the treatment liquid may ooze out of the separated portion and contaminate the metal.
【０００９】このような問題は、強度的な要請等から回
転体を金属材で構成しておく必要のあるロータリジョイ
ントにおいて、金属との接触による汚染を回避する必要
のある流体の他、金属腐食，損傷を生じさせる腐食性流
体等を扱う場合において、共通するものであり、従来か
らも、その解決が強く要請されているのが実情である。[0009] Such a problem arises in a rotary joint in which a rotating body needs to be made of a metal material due to a demand for strength or the like. This is common when handling corrosive fluids or the like that cause damage, and the fact is that there has been a strong demand for a solution to this problem.
【００１０】本発明は、このような金属製の回転体を使
用することによる問題を解決して、金属との接触を回避
すべき各種流体を良好に流動させることができ、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。[0010] The present invention solves the problem of using such a metal rotating body, and allows various fluids to be prevented from coming into contact with metal to flow well, and is used for a wide range of applications. It is an object of the present invention to provide a practical rotary joint.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成すべく、ジョイント本体に金属製の回転体を回転自
在に連結し、回転体の一端部に、その軸線と同心をなす
セラミック製の第１密封環を相対回転不能に嵌合保持
し、ジョイント本体に、第１密封環と同心をなして直対
向するセラミック製の第２密封環を軸線方向移動可能に
且つ相対回転不能に保持すると共に第２密封環を第１密
封環へと押圧附勢するスプリング部材を設け、回転体に
第１密封環の中心孔に連通する第１通路を設けると共
に、ジョイント本体に第２密封環の中心孔に連通する第
２通路を設けて、両通路と両密封環の中心孔とで一連の
流体通路を構成してあるロータリジョイントを提案す
る。而して、かかるロータリジョイントにあって、第１
通路は、回転体を軸線方向に貫通する貫通孔に、当該流
体通路を流動する流体に対して不活性なプラスチックか
らなる通路形成パイプを嵌合固着することによって構成
されており、通路形成パイプの先端部は、回転体におけ
る貫通孔の開口端面から僅かに突出して、第１密封環に
おける中心孔の開口端面に当該中心孔を囲繞する状態で
全面的に圧接されている。また、ジョイント本体にあっ
ては、少なくとも第２密封環を保持させる部分及び第２
通路を形成する部分を、前記流体に対して不活性なプラ
スチックで構成し、その他の部分、特に、回転体をベア
リング等により回転自在に支持する部分等の機械的強度
を必要とする部分については、ステンレス鋼等の金属材
で構成しておくことが好ましい。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides a rotating body made of a metal, which is rotatably connected to a joint body, and one end of the rotating body is provided with a ceramic concentric with its axis. A first sealing ring made of ceramic is fitted and held so as to be relatively non-rotatable, and a second sealing ring made of ceramic, which is concentric with the first sealing ring and is directly opposed to the first sealing ring, is axially movable and relatively non-rotatable with the joint body. A spring member for holding and urging the second seal ring against the first seal ring is provided, a first passage communicating with a center hole of the first seal ring is provided in the rotating body, and a second seal ring is provided in the joint body. The present invention proposes a rotary joint in which a second passage communicating with the center hole is provided, and the two passages and the center holes of both sealing rings constitute a series of fluid passages. Thus, in such a rotary joint, the first
The passage is formed by fitting and fixing a passage forming pipe made of plastic that is inert to the fluid flowing through the fluid passage, into a through hole that penetrates the rotating body in the axial direction. The tip portion slightly protrudes from the opening end face of the through-hole in the rotating body, and is entirely pressed against the opening end face of the center hole in the first sealing ring so as to surround the center hole. Also, in the joint body, at least a portion for holding the second sealing ring and the second
The portion forming the passage is made of plastic which is inert to the fluid, and other portions, particularly, portions that require mechanical strength such as a portion that rotatably supports a rotating body with a bearing or the like are described. It is preferable to use a metal material such as stainless steel.
【００１２】ここに、流体通路を流動する流体に対して
不活性なプラスチックとは、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、当該流体が上記した処理液のように金
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
とがないプラスチック（通常のプラスチックはすべて該
当する）であり、砥粒等の固形分を含有するスラリ流体
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、高温流体である場合には耐熱性を有する
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
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，耐薬品性等に優れたＰＴＦ
Ｅ，ＰＦＡ，ＦＥＰ，ＰＶＤＦ等の弗素系プラスチック
が使用される。なお、各密封環の構成材たるセラミック
としては、炭化珪素や酸化アルミニウム等が使用される
が、一般には、炭化珪素を使用しておくことが好まし
い。Here, the plastic inert to the fluid flowing through the fluid passage is determined in relation to the properties of the fluid and the use conditions (avoidance of metal contamination, etc.). If the fluid is one that avoids metal contamination, such as the treatment liquid described above, plastic that does not elute metal components or generate metal powder upon contact with the fluid (all ordinary plastics are applicable) If it is a slurry fluid containing solids such as abrasive grains, it is a plastic that does not generate dust due to contact with the solids, and if it is a high-temperature fluid, it is a plastic that has heat resistance. When it is an ionic fluid, it refers to a plastic having corrosion resistance or chemical resistance. Specifically, engineering plastics such as PEEK, PES, PC, etc., which do not generate particles due to contact with solids such as abrasive grains and have excellent dimensional stability and heat resistance due to processing, and corrosion resistance and chemical resistance Excellent PTF
Fluorine-based plastics such as E, PFA, FEP, and PVDF are used. Silicon carbide, aluminum oxide, or the like is used as a ceramic as a constituent material of each sealing ring. In general, it is preferable to use silicon carbide.
【００１３】[0013]
【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。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
This will be specifically described with reference to FIGS.
【００１４】この実施の形態における本発明に係る流体
用ロータリジョイント１は、図１に示す如く、固定側部
材（例えば、ＣＭＰ装置本体）に取付けられるジョイン
ト本体１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）に取付けられる回転体２
と、両体１，２間に介装されたメカニカルシール３と、
両体１，２にメカニカルシール３を介して形成された一
連の流体通路４とを具備する。なお、以下の説明におい
て、上下とは図１における上下を意味するものとする。As shown in FIG. 1, a fluid rotary joint 1 according to the present invention in this embodiment includes a joint body 1 attached to a fixed-side member (for example, a CMP apparatus body) and a rotating-side member (for example, a CMP apparatus body). Rotating body 2 mounted on top ring or turntable of device
And a mechanical seal 3 interposed between the two bodies 1 and 2,
The two bodies 1 and 2 are provided with a series of fluid passages 4 formed through a mechanical seal 3. In the following description, up and down means up and down in FIG.
【００１５】ジョイント本体１は、図１に示す如く、上
端部を閉塞した筒形状をなすもので、円形の内周部を有
する筒状の側部壁６と、その上端部にこれを閉塞すべく
取着された端部壁７とからなる。端部壁７の下端部は側
部壁６の上端部に嵌合されており、この嵌合部分はＯリ
ング８によりシールされている。側部壁６は、後述する
如く、ベアリング９による回転体２の支持部や固定側部
材への取付部等として機能するものであり、一定以上の
機械的強度が要求されるものであることから、ステンレ
ス鋼等の金属材で構成されている。一方、端部壁７は、
後述する如く、第２通路４１等の流体接触部が形成され
るものであり、第２密封環１２やスプリング部材４の保
持等を行いうる程度の機械的強度を有すればよいもので
あることから、流体４４に対して不活性であり且つ加工
性，機械的強度に優れたプラスチック（ＰＥＥＫ等）で
構成されている。As shown in FIG. 1, the joint body 1 has a cylindrical shape with its upper end closed, and has a cylindrical side wall 6 having a circular inner peripheral portion and a closed upper end portion. End wall 7 which is attached as desired. The lower end of the end wall 7 is fitted to the upper end of the side wall 6, and this fitted portion is sealed by an O-ring 8. As described later, the side wall 6 functions as a supporting portion of the rotating body 2 by the bearing 9 and a mounting portion to the fixed side member, and is required to have a certain level of mechanical strength. , And a metal material such as stainless steel. On the other hand, the end wall 7
As will be described later, a fluid contact portion such as the second passage 41 is formed, and it is sufficient that the fluid contact portion has sufficient mechanical strength to hold the second sealing ring 12 and the spring member 4. Therefore, it is made of a plastic (eg, PEEK) which is inert to the fluid 44 and has excellent workability and mechanical strength.
【００１６】回転体２は、図１に示す如く、下端部を除
いてジョイント本体１の側部壁６内に同心状に配置され
た円柱形状をなすもので、側部壁６の下端部に上下一対
のベアリング９，９を介して回転自在に連結されてい
る。ジョイント本体１から突出する回転体２の下端部に
は、回転側部材に連結するためのねじ部１０が形成され
ている。回転体２は、回転側部材により強制回転される
ものであり、ベアリング９，９により支持されるもので
あり、高度の機械的強度が要求されるものであるから、
ステンレス鋼等の金属材で構成されている。As shown in FIG. 1, the rotating body 2 has a cylindrical shape and is concentrically arranged in the side wall 6 of the joint body 1 except for the lower end. It is rotatably connected via a pair of upper and lower bearings 9,9. At the lower end of the rotating body 2 protruding from the joint body 1, a screw portion 10 for connecting to a rotating member is formed. The rotating body 2 is forcibly rotated by the rotating side member, is supported by the bearings 9, 9, and requires a high degree of mechanical strength.
It is made of a metal material such as stainless steel.
【００１７】メカニカルシール３は、図１及び図２に示
す如く、回転体２の上端部に設けられた第１密封環１１
と、ジョイント本体１の下端部に設けられた第２密封環
１２と、第２密封環１２とジョイント本体１との間に介
装された回転阻止機構１３及びスプリング部材１４とを
具備するものである。As shown in FIGS. 1 and 2, the mechanical seal 3 includes a first sealing ring 11 provided at the upper end of the rotating body 2.
A second sealing ring 12 provided at the lower end of the joint body 1, a rotation preventing mechanism 13 and a spring member 14 interposed between the second sealing ring 12 and the joint body 1. is there.
【００１８】第１密封環１１は、図１及び図２に示す如
く、円環状の本体部１５とその下端部に一体形成された
円筒状の嵌合部１６とからなるものであり、嵌合部１６
を回転体２の上端部である被嵌合部１７に嵌合させるこ
とにより、本体部１５の下端面１８と被嵌合部１７の上
端面１９との間に微小なクリアランス２０を有した状態
で、回転体２にその回転軸線と同心状に嵌合保持固定さ
れている。本体部１５の上面は、軸線に直交する平滑な
環状平面である密封端面２１とされている。嵌合部１６
と被嵌合部１７との間には、Ｏリング２２及びドライブ
ピン２３が設けられている。Ｏリング２２は、被嵌合部
１７の上端部に形成されたＯリング溝２４に係合保持さ
れていて、両部１６，１７の軸線方向（上下方向）にお
ける相対変位を摩擦係合力により阻止すると共に両部１
６，１７間をシールする。ドライブピン２３は、被嵌合
部１７の下端部に植設されていて、嵌合部１６の下端内
周部に形成した凹部２５に係合されている。このドライ
ブピン２３の凹部２５への係合作用により、両部１６，
１７の相対回転を阻止する。As shown in FIGS. 1 and 2, the first sealing ring 11 comprises an annular main body 15 and a cylindrical fitting portion 16 integrally formed at the lower end thereof. Part 16
Is fitted to the fitted portion 17, which is the upper end of the rotating body 2, so that a small clearance 20 is provided between the lower end surface 18 of the main body 15 and the upper end surface 19 of the fitted portion 17. Thus, it is fitted and held and fixed to the rotating body 2 concentrically with its rotation axis. The upper surface of the main body 15 is a sealed end surface 21 that is a smooth annular plane orthogonal to the axis. Fitting part 16
An O-ring 22 and a drive pin 23 are provided between and the fitted portion 17. The O-ring 22 is engaged and held in an O-ring groove 24 formed at the upper end of the fitted portion 17, and prevents the relative displacement of the two portions 16, 17 in the axial direction (vertical direction) by a frictional engagement force. And both parts 1
Seal between 6,17. The drive pin 23 is implanted at a lower end of the fitted portion 17 and is engaged with a concave portion 25 formed on an inner peripheral portion of a lower end of the fitted portion 16. The engagement of the drive pin 23 with the concave portion 25 causes the two portions 16,
The relative rotation of No. 17 is prevented.
【００１９】第２密封環１２は、図２に示す如く、円環
状の本体部２６とその上端部に一体形成された円筒状の
保持部２７とからなるものであり、保持部２７を端部壁
７に設けた保持孔（後述する第２通路４１の開口部を構
成する）２８に嵌合させることにより、第１密封環１１
と同心対向状をなしてジョイント本体１に軸線方向移動
可能に保持されている。保持部２７と保持孔２８との嵌
合部分は、保持孔２８の内周部に保持させたＯリング２
９により二次シールされている。Ｏリング２９として
は、一般的なゴム製のものの他、流体４４が腐食性流体
である等の場合には弗素系樹脂又は弗素ゴム（例えば、
デュポン社製の「バイトン」又は「カルレッツ」）で構
成されたものが使用される。本体部２６の外周部は、保
持部２７の外周部から径方向に突出している。第２密封
環１２の下端部は、図３に示す如く、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）を微小幅Ｗの円環状面を
なす密封端面３０に構成してある。すなわち、第２密封
環１２の密封端面３０は、第１密封環１１の密封端面２
１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。両密封環１１，１２は、使用する流体４４に対し
て不活性なセラミックで構成されており、一般に、炭化
珪素で構成される。As shown in FIG. 2, the second sealing ring 12 comprises an annular main body 26 and a cylindrical holding portion 27 integrally formed at the upper end thereof. The first sealing ring 11 is fitted to a holding hole (constituting an opening of a second passage 41 described later) 28 provided in the wall 7.
Are concentrically opposed to each other and held by the joint body 1 so as to be movable in the axial direction. The fitting portion between the holding portion 27 and the holding hole 28 is an O-ring 2 held on the inner peripheral portion of the holding hole 28.
9 is a secondary seal. The O-ring 29 may be made of a general rubber or a fluorine resin or a fluorine rubber (for example, when the fluid 44 is a corrosive fluid).
A product composed of "Viton" or "Kalrez" manufactured by DuPont) is used. The outer peripheral portion of the main body 26 projects radially from the outer peripheral portion of the holding portion 27. As shown in FIG. 3, the lower end of the second sealing ring 12 is formed in a pointed shape by forming its outer peripheral surface into a tapered surface with a downward constriction and its inner peripheral surface with a tapered surface with a downward expansion. The front end surface (lower end surface) is formed as a sealed end surface 30 that forms an annular surface with a small width W. That is, the sealing end face 30 of the second sealing ring 12 is
1 is formed in a pointed shape which is concentric with and can contact the line. Both sealing rings 11 and 12 are made of a ceramic inert to the fluid 44 to be used, and are generally made of silicon carbide.
【００２０】回転阻止機構１３は、図２に示す如く、ジ
ョイント本体１の端部壁７の下端部に、保持孔２８の外
周領域に配して、一又は複数の係止ピン３１を下方に向
けて突設すると共に、第２密封環１２の本体部２６の外
周部に一又は複数の係合凹部３２を形成して、係止ピン
３１を係合凹部３２に係合させることにより、第２密封
環１２をジョイント本体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。As shown in FIG. 2, the rotation preventing mechanism 13 is disposed at the lower end of the end wall 7 of the joint body 1 in the outer peripheral area of the holding hole 28, and one or a plurality of locking pins 31 are moved downward. And at least one engaging recess 32 is formed on the outer peripheral portion of the main body 26 of the second sealing ring 12 so that the locking pin 31 is engaged with the engaging recess 32. The two sealing rings 12 are locked and held so as to be relatively non-rotatable while permitting axial movement with respect to the joint body 1.
【００２１】スプリング部材１４は、図１及び図２に示
す如く、第２密封環１２の本体部２６の外周部とこれに
対向するジョイント本体１の端部壁７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１２を、両密封端面２１，３０が相互に押圧
接触せしめられるべく、第１密封環１１へと押圧附勢す
るものである。As shown in FIGS. 1 and 2, the spring member 14 is interposed between the outer peripheral portion of the main body 26 of the second sealing ring 12 and the lower end of the end wall 7 of the joint main body 1 opposed thereto. It is composed of a plurality of coil springs mounted
The second sealing ring 12 is urged against the first sealing ring 11 so that the two sealing end faces 21 and 30 are pressed against each other.
【００２２】このように構成されたメカニカルシール３
は、回転体２の回転に伴う密封端面２１，３０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
（密封環１１，１２の中心孔３３，３４内）と外周側領
域と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。The mechanical seal 3 configured as described above
Due to the relative rotational sliding action of the sealing end faces 21 and 30 accompanying the rotation of the rotating body 2, the inner peripheral region (in the center holes 33 and 34 of the sealing rings 11 and 12) and the outer peripheral side of the relative rotational sliding contact portion It seals the area and exhibits the same sealing function as a well-known end face contact type mechanical seal.
【００２３】両密封環１１，１２の外周側領域は、側部
壁６と端部壁７と両体１１，１２間に配設した環状シー
ル部材（オイルシール等）３３とで密閉された冷却室３
４とされている。そして、冷却室３４には、ジョイント
本体１の側部壁６に設けた給水口３５から冷却水（通
常、常温清水が使用される）３６が供給されるようにな
っており、この冷却水３６により密封環１１，１２を冷
却するように工夫されている。すなわち、流体４４が気
体である場合や流体４４を吸引排出させる等の負圧モー
ドへの切り換える場合等において、流体通路４内がドラ
イモードとなったときにも、密封端面２１，３０の接触
熱による焼き付きや密封環１１，１２の熱歪等を冷却水
３６による冷却効果により効果的に防止することができ
る。なお、側部壁６には、冷却水室３４に開口する排水
口３７が設けられていて、給排口３５，３７に接続され
た冷却水循環機構により、冷却水３６が冷却室３４に循
環供給されるようになっている。The outer peripheral area of the sealing rings 11, 12 is cooled by a side wall 6, an end wall 7, and an annular seal member (oil seal or the like) 33 disposed between the two bodies 11, 12. Room 3
It is set to 4. The cooling chamber 34 is supplied with cooling water (usually normal-temperature clean water) 36 from a water supply port 35 provided in the side wall 6 of the joint body 1. The sealing rings 11 and 12 are designed to cool down. That is, when the fluid 44 is a gas, or when the mode is switched to a negative pressure mode such as suctioning and discharging the fluid 44, even when the inside of the fluid passage 4 is in the dry mode, the contact heat of the sealed end faces 21 and 30 is maintained. Can be effectively prevented by the cooling effect of the cooling water 36. The side wall 6 is provided with a drain port 37 opening to the cooling water chamber 34, and the cooling water circulating mechanism connected to the supply / discharge ports 35, 37 circulates and supplies the cooling water 36 to the cooling chamber 34. It is supposed to be.
【００２４】流体通路４は、図１及び図２に示す如く、
第１密封環１１の中心孔（本体部１５の中心部に形成さ
れる貫通孔）３８と、これに連通して回転体２に設けら
れた第１通路３９と、第２密封環１２の中心孔（本体部
２６及び保持部２７の中心部に形成される貫通孔）４０
と、これに連通してジョイント本体１に設けられた第２
通路４１とで構成される一連のものである。The fluid passage 4 is, as shown in FIGS.
A center hole (a through hole formed in the center of the main body 15) of the first seal ring 11, a first passage 39 provided in the rotating body 2 in communication therewith, and a center of the second seal ring 12; Hole (through-hole formed in central part of main body part 26 and holding part 27) 40
And a second provided on the joint body 1 in communication therewith.
And a passage 41.
【００２５】第１通路３９は、図１及び図２に示す如
く、回転体２の中心部を軸線方向に貫通する貫通孔４２
に通路形成パイプ４３を嵌合固着することによって構成
されている。通路形成パイプ４３は、前述した如く、流
体通路４を流動する流体４４に対して不活性なプラスチ
ック（ＰＴＦＥ，ＰＦＡ，ＰＥＥＫ，ＰＶＤＦ等）で構
成されている。而して、軸線方向に対向する第１密封環
１１における中心孔３８の開口端面（本体部１５の下端
面であり、以下「中心孔開口端面」という）１８と回転体
２における貫通孔４２の開口端面（回転体２の上端面で
あり、以下「貫通孔開口端面」という）１９との間には上
記した如く微小なクリアランス２０が形成されている
が、通路形成パイプ４３の先端部（上端部）４５は、貫
通孔開口端面１９からクリアランス２０に突出して、中
心孔開口端面１８に当該中心孔３８を囲繞する状態で全
面的に圧接されている。すなわち、通路形成パイプ４３
の先端部４３は、それ自身の有する軸線方向の弾性力と
スプリング部材１４による押圧力（及び第２密封環１２
に作用する背圧（第２密封環１２の保持部２７の上端面
に作用する流体４４による圧力）Ｐによる押圧力）によ
って、中心孔開口端面１８に圧接されている。As shown in FIGS. 1 and 2, the first passage 39 has a through hole 42 passing through the center of the rotating body 2 in the axial direction.
Is formed by fitting and fixing a passage forming pipe 43 to the passage. As described above, the passage forming pipe 43 is made of a plastic (PTFE, PFA, PEEK, PVDF, or the like) that is inert to the fluid 44 flowing through the fluid passage 4. Thus, the opening end face of the center hole 38 (the lower end face of the main body 15, hereinafter referred to as the “center hole opening end face”) 18 of the first sealing ring 11 and the through hole 42 of the rotating body 2 that face each other in the axial direction. The minute clearance 20 is formed between the opening end face (the upper end face of the rotating body 2, hereinafter referred to as “through hole opening end face”) 19 as described above. The part) 45 protrudes from the through-hole opening end face 19 to the clearance 20 and is entirely pressed against the center hole opening end face 18 in a state surrounding the center hole 38. That is, the passage forming pipe 43
The distal end portion 43 has its own axial elastic force and the pressing force of the spring member 14 (and the second sealing ring 12).
(Pressing force by the fluid P acting on the upper end surface of the holding portion 27 of the second sealing ring 12) P, and is pressed against the central hole opening end surface 18.
【００２６】通路形成パイプ４３の厚みは、冒頭で述べ
たコーティング層に比して厚いものであることは当然で
あるが、耐久性を考慮して、一般に、０．５ｍｍ以上と
しておくことが好ましい。通路形成パイプ４３の先端部
４５の肉厚は、これ以外のパイプ部分と同一としても薄
くしても何れでもよいが、流体４４の性状，使用目的か
ら選定されるパイプ構成材の性質（特に、弾性変形能）
を勘案して、第１密封環１１から受ける押圧力によっ
て圧潰されないこと、及び第１密封環１１が流体４４
の圧力変動等により軸線方向に変位，振動した場合に
も、これに追従して充分な圧接状態（シール状態）を確
保できる程度に弾性変形（軸線方向の弾性変形）できる
ことを条件として適宜に設定される。この例では、先端
部４３とこれ以外のパイプ部分とを同一肉厚としてい
る。しかし、このような同一肉厚としておくことによっ
ての条件を満足できないときは、の条件が満足され
る範囲において、先端部４５をこれ以外のパイプ部分よ
り薄肉のものとしておく。The thickness of the passage forming pipe 43 is naturally thicker than the coating layer described at the beginning, but it is generally preferable to set it to 0.5 mm or more in consideration of durability. . The wall thickness of the distal end portion 45 of the passage forming pipe 43 may be the same as or thinner than the other pipe portions. However, the properties of the pipe components selected from the properties of the fluid 44 and the purpose of use (particularly, Elastic deformability)
In consideration of the above, it is not crushed by the pressing force received from the first sealing ring 11 and the first sealing ring 11
If any displacement or vibration occurs in the axial direction due to the pressure fluctuation, etc., the elastic deformation (elastic deformation in the axial direction) can be set appropriately so that a sufficient pressure contact state (sealing state) can be secured following the displacement and vibration. Is done. In this example, the tip portion 43 and the other pipe portions have the same thickness. However, when the condition of the same thickness cannot be satisfied, the tip portion 45 is made thinner than the other pipe portions within a range where the condition is satisfied.
【００２７】また、先端部４５の軸線方向長さ、つまり
中心孔開口端面１８からの突出量も、の条件を満足
する範囲で適宜に設定されるが、一般的には、０．２〜
０．３ｍｍとしておくことが好ましい。クリアランス２
０の軸線方向寸法は、この先端部４５の突出量によって
必然的に決定される。The axial length of the distal end portion 45, that is, the amount of protrusion from the center hole opening end surface 18 is also appropriately set within a range satisfying the following condition.
It is preferable to set it to 0.3 mm. Clearance 2
The axial dimension of 0 is inevitably determined by the amount of protrusion of the tip 45.
【００２８】通路形成パイプ４３の基端部（下端部）に
は、図１及び図２に示す如く、回転体２のねじ部１０の
端面に接着する環状鍔部４６が一体形成されている。こ
の環状鍔部４６は、ねじ部１０に回転側部材を連結した
場合に、これとの間に挟圧されて、回転側流路５ａと第
１通路３９との接続部をシールする。なお、環状鍔部４
６は、かかるシール機能を発揮する他、回転側部材との
間に挟圧されることにより、通路形成パイプ４３と貫通
孔４２との軸線方向における相対変位を阻止する機能も
発揮しうる。As shown in FIGS. 1 and 2, an annular flange 46 adhered to the end face of the screw portion 10 of the rotating body 2 is integrally formed at the base end (lower end) of the passage forming pipe 43. When the rotation side member is connected to the screw portion 10, the annular flange portion 46 is sandwiched between the rotation side member and the screw portion 10 to seal the connection between the rotation side flow path 5 a and the first passage 39. In addition, the annular flange 4
In addition to exhibiting such a sealing function, 6 can also exert a function of preventing relative displacement in the axial direction between the passage forming pipe 43 and the through hole 42 by being sandwiched between the rotating side member.
【００２９】通路形成パイプ４３の貫通孔への嵌合固着
は、一般に、貫通孔を形成した回転体を成形型又はその
一部として使用するブロー成形法（例えば、ＰＥＴボト
ルの成形に使用される射出延伸ブロー成形法）により行
われる。勿論、これ以外のライニング法等により行うこ
とができる。例えば、当該パイプ４３を独立部材として
成形した上、これを適宜の圧入工具により、貫通孔４２
に圧入させるようにすることも可能である。The fitting of the passage forming pipe 43 to the through hole is generally performed by a blow molding method using a rotating body having the through hole as a mold or a part thereof (for example, used for molding a PET bottle). Injection stretch blow molding method). Of course, it can be performed by other lining method or the like. For example, after forming the pipe 43 as an independent member, the pipe 43 is formed by an appropriate press-fitting tool.
It is also possible to make it press-fit.
【００３０】以上のように構成されたロータリジョイン
トにあっては、流体通路４は複数の部分３８，３９，４
０，４１を一連に連結してなるが、これらが全て流体４
４に対して不活性なセラミック又はプラスチックで構成
されていることから、流体４４を金属汚染や腐食等の問
題を生じることなく良好に両体１，２間で流動させるこ
とができる。In the rotary joint constructed as described above, the fluid passage 4 has a plurality of portions 38, 39, 4
0 and 41 are connected in series, but these are all fluid 4
Since the fluid 44 is made of a ceramic or a plastic inert to the fluid 4, the fluid 44 can be satisfactorily flowed between the two bodies 1 and 2 without causing problems such as metal contamination and corrosion.
【００３１】すなわち、第１通路３９を構成する通路形
成パイプ４３及び第２通路４１を形成したジョイント本
体１の端部壁７は、使用される流体４４の性状，使用目
的に応じたプラスチックつまり当該流体４４に対して不
活性なプラスチックで構成されることから、第１及び第
２通路３９，４１を流動する間において流体４４が汚染
（例えば、金属との接触による金属汚染，流体４４に含
有される固形分と通路内壁面との接触による摩耗粉の発
生，流体４４との接触による通路構成材料の腐食，溶
出）される虞れはない。また、両通路３９，４１の連結
部分は、あらゆる性状の流体４４に対して不活性なセラ
ミック（炭化珪素等）からなる密封環１１，１２の中心
孔３８，４０で構成されているから、この連結部分にお
いても流体４４が汚染されるようなことはない。なお、
第２通路４１の開口部２８とこれに保持された第２密封
環１２との間をシールするＯリング２９についても、流
体４４に不活性な材料で構成しておくことにより、例え
ば、流体４４が腐食性流体である場合においてはフッ素
ゴム等の耐食性材製のＯリング２９を使用しておくこと
により、流体４４とＯリング２９との接触による問題は
生じない。That is, the end wall 7 of the joint body 1 in which the passage forming pipe 43 forming the first passage 39 and the second passage 41 are formed is made of a plastic material according to the properties of the fluid 44 used and the purpose of use. Since the fluid 44 is made of a plastic inert to the fluid 44, the fluid 44 is contaminated during the flow through the first and second passages 39 and 41 (for example, metal contamination due to contact with metal, contained in the fluid 44). There is no danger of the generation of abrasion powder due to the contact between the solid content and the inner wall surface of the passage and the corrosion and elution of the passage constituting material due to the contact with the fluid 44. Since the connecting portion between the two passages 39 and 41 is constituted by the center holes 38 and 40 of the sealing rings 11 and 12 made of ceramic (silicon carbide or the like) which is inert to the fluid 44 of any property. The fluid 44 is not contaminated at the connection part. In addition,
The O-ring 29 that seals between the opening 28 of the second passage 41 and the second sealing ring 12 held therein is also made of a material that is inert to the fluid 44, for example. Is a corrosive fluid, by using the O-ring 29 made of a corrosion-resistant material such as fluorine rubber, the problem caused by the contact between the fluid 44 and the O-ring 29 does not occur.
【００３２】また、流体通路４を構成する部分３８，３
９，４０，４１相互の連結部分が確実にシールされるこ
とから、流体４４がこれらの連結箇所から流体通路４外
に漏れることがなく、漏洩流体が流体通路４外の金属部
分に接触して金属汚染や腐食を生じる等の問題を生じる
こともない。The parts 38, 3 constituting the fluid passage 4
Since the connecting portions of 9, 40 and 41 are securely sealed, the fluid 44 does not leak out of the fluid passage 4 from these connecting portions, and the leaked fluid contacts the metal portion outside the fluid passage 4 There is no problem such as metal contamination or corrosion.
【００３３】すなわち、第１通路３９を構成する通路形
成パイプ４３と第１密封環１１の中心孔３８との間は、
通路形成パイプ４３の先端部４５を、その全周に亘っ
て、第１密封環１１の中心孔開口端面１８に中心孔３８
を囲繞する状態で圧接させておくことにより、確実にシ
ールされる。このパイプ先端部４４の中心孔開口端部１
８への圧接力（シール力）は、パイプ先端部４４自身の
有する軸線方向の弾性力とスプリング部材１４による押
圧力（及び第２密封環１２に作用する背圧Ｐによる押圧
力）とによって与えられることから、振動や圧力変動等
により密封環１１の位置が変動した場合にも充分に確保
される。したがって、流体４４が両者１８，４４の接触
部分から第１通路３９外のクリアランス２０に漏洩する
虞れはない。なお、Ｏリング２２は、回転体２と第１密
封環１１との嵌合力（摩擦係合力）を得ること及び冷却
水３６のクリアランス２０への侵入を阻止することを目
的として設けられたものであり、第１通路３９と第１密
封環１１の中心孔３８との間をシールすることを目的と
して設けられたものでない。第１通路３９と第１密封環
１１の中心孔３８との間をシールは、あくまでも、上記
した如く、パイプ先端部４４の中心孔開口端面１８への
圧接作用により行われる。That is, between the passage forming pipe 43 constituting the first passage 39 and the center hole 38 of the first sealing ring 11,
The front end portion 45 of the passage forming pipe 43 is formed in the center hole opening end face 18 of the first sealing ring 11 over the entire periphery thereof.
Is sealed in a state where it is in contact with the surrounding area. Open end 1 of the center hole of this pipe tip 44
8 is given by the elastic force in the axial direction of the pipe tip 44 itself and the pressing force by the spring member 14 (and the pressing force by the back pressure P acting on the second sealing ring 12). Therefore, even when the position of the sealing ring 11 fluctuates due to vibration, pressure fluctuation, or the like, it is sufficiently ensured. Therefore, there is no fear that the fluid 44 leaks from the contact portion between the two 18 and 44 to the clearance 20 outside the first passage 39. The O-ring 22 is provided for the purpose of obtaining a fitting force (friction engagement force) between the rotating body 2 and the first sealing ring 11 and preventing the cooling water 36 from entering the clearance 20. In addition, it is not provided for the purpose of sealing between the first passage 39 and the center hole 38 of the first sealing ring 11. The sealing between the first passage 39 and the center hole 38 of the first sealing ring 11 is performed by the press-contact action of the pipe tip 44 against the center hole opening end face 18 as described above.
【００３４】また、流体通路４の相対回転部分３８，４
０は、メカニカルシール３の両密封端面２１，３０の相
対回転摺接作用によりシールされ、当該相対回転部分３
８，４０からその外部領域たる冷却室３４へと流体４４
が漏れることはない。なお、回転阻止機構１３やスプリ
ング部材１４は、密封端面２１，３０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３
１，スプリング部材１４は金属製のものであることか
ら、これらが流体通路４内に存在するときには、流体４
４との接触により金属イオンの溶出等を生じて、それが
流体４４に混入する虞れがある。しかし、両機構１３，
３３は密封環１２の外周側に配置されていて、流体通路
４を流動する流体４４とは接触しないことから、流体４
４との接触による汚染や腐食等の問題は生じない。The relative rotation portions 38, 4 of the fluid passage 4
0 is sealed by the relative rotation sliding action of the two sealing end faces 21 and 30 of the mechanical seal 3, and the relative rotation portion 3
Fluid 44 flows from the cooling chambers 8 and 40 to the cooling chamber 34 which is an external area thereof.
Does not leak. The rotation preventing mechanism 13 and the spring member 14 are indispensable for exerting a good sealing function by relatively rotating the sealing end faces 21 and 30 with an appropriate contact pressure. Stop pin 3
1, since the spring member 14 is made of metal, when these are present in the fluid passage 4, the fluid 4
There is a possibility that metal ions elute or the like due to contact with the fluid 4, and the metal ions are mixed into the fluid 44. However, both mechanisms 13,
33 is disposed on the outer peripheral side of the sealing ring 12 and does not come into contact with the fluid 44 flowing through the fluid passage 4;
No problems such as contamination and corrosion due to contact with the sample No. 4 occur.
【００３５】ところで、メカニカルシール３によるシー
ル機能が良好に発揮されるためには、両密封端面２１，
３０が適正な接触状態に保持されることが必要である
が、かかる適正な接触状態に確実に保持するために、流
体４４の性状や流動条件（圧力条件）に応じて、次のよ
うな工夫を施しておくことができる。なお、両密封端面
２１，３０を適正な接触状態に保持しておくことによ
り、上記したパイプ先端部４５と中心孔開口端面１８と
の間の適正なシール力も確保されることになる。By the way, in order for the sealing function of the mechanical seal 3 to be sufficiently exhibited, the two sealing end faces 21 and
It is necessary for the fluid 30 to be maintained in a proper contact state, but in order to reliably maintain the proper contact state, the following contrivances are made according to the properties of the fluid 44 and the flow conditions (pressure conditions). Can be given. By maintaining the two sealing end faces 21 and 30 in an appropriate contact state, an appropriate sealing force between the pipe tip 45 and the center hole opening end face 18 described above is also ensured.
【００３６】第１に、ＣＭＰ装置にあっては研磨液等の
流体４４を流体通路４から吸引排出させることがあり、
流体通路４内が負圧モードに切り換えられることがあ
る。また、正圧モードにおいても、流動させる流体４４
を変更する等により圧力変動が生じる場合がある。この
ように、流体通路４内が大きく圧力変動する場合にも、
メカニカルシール３のバランス比κを適当に設定してお
くことにより、密封端面２１，３０の接触圧を適正に維
持することができ、更にはパイプ先端部４５の中心孔開
口端面１８への圧接力を適正に維持することができる。First, in a CMP apparatus, a fluid 44 such as a polishing liquid may be sucked and discharged from the fluid passage 4.
The inside of the fluid passage 4 may be switched to the negative pressure mode. Also, in the positive pressure mode, the fluid 44
The pressure may fluctuate due to changes in the pressure. Thus, even when the pressure inside the fluid passage 4 fluctuates greatly,
By appropriately setting the balance ratio κ of the mechanical seal 3, the contact pressure of the sealing end faces 21 and 30 can be appropriately maintained, and further, the pressure contact force of the pipe tip 45 to the center hole opening end face 18. Can be properly maintained.
【００３７】ところで、メカニカルシール３のバランス
比κは、図３に示す如く、第２密封端面３０の内外径ｄ
1 ，ｄ2 と第２密封環１２の保持部１２の外径ｄ0 とで
特定され、設計上、κ＝（（ｄ0 ）2 −（ｄ1 ）2 ）／
（（ｄ2 ）2 −（ｄ1 ）2 ）とすることができる。すな
わち、両密封環１１，１２の相対回転摺接部分に作用す
る見掛け上の面圧（推力）Ｐa は、軸線方向に移動可能
な第２密封環１２にこれを第１密封環１１へと押圧すべ
く作用する流体４４による圧力（背圧）Ｐとスプリング
部材１４による圧力（スプリング圧）Ｆとによって得ら
れ、Ｐa ＝（π／４）（（ｄ0 ）2 −（ｄ1 ）2 ）Ｐ／
（π／４）（（ｄ2 ）2 −（ｄ1 ）2 ）＋（π／４）
（（ｄ2 ）2 −（ｄ1 ）2 ）Ｆ／（π／４）（（ｄ2 ）
2 −（ｄ1）2 ）＝（（（ｄ0 ）2 −（ｄ1 ）2 ）／
（（ｄ2 ）2 −（ｄ1 ）2 ））Ｐ＋Ｆで与えられること
になり、この式における背圧Ｐの係数（（ｄ0 ）2 −
（ｄ1 ） 2 ）／（（ｄ2 ）2 −（ｄ1 ）2 ）がバランス
比Κである。By the way, the balance of the mechanical seal 3
The ratio κ is, as shown in FIG.
1, DTwoAnd the outer diameter d of the holding portion 12 of the second sealing ring 120And in
Κ = ((d0)Two− (D1)Two) /
((DTwo)Two− (D1)Two). sand
That is, it acts on the part of the sealing rings 11 and 12 that are in relative sliding contact with each other.
Apparent surface pressure (thrust) Pa can move in the axial direction
The second sealing ring 12 should be pressed against the first sealing ring 11.
(Back pressure) P and spring by the fluid 44 acting
Obtained by the pressure (spring pressure) F by the member 14
And Pa = (π / 4) ((d0)Two− (D1)Two) P /
(Π / 4) ((dTwo)Two− (D1)Two) + (Π / 4)
((DTwo)Two− (D1)Two) F / (π / 4) ((dTwo)
Two− (D1)Two) = ((((D0)Two− (D1)Two) /
((DTwo)Two− (D1)Two)) Be given by P + F
And the coefficient of the back pressure P in this equation ((d0)Two−
(D1) Two) / ((DTwo)Two− (D1)Two) Is balance
It is a comparison.
【００３８】而して、ｄ0 ，ｄ1 ，ｄ2 を０≦κ≦０．
６となるように設計しておくことにより、流体通路４内
が圧力変動する場合にも、両密封環１１，１２の相対回
転摺接部分における推力Ｐa が大きく変動せず、両密封
端面２１，３０の接触圧を適正に保持しておくことがで
きる。κ＜０であると、スプリング圧力Ｆを必要以上に
高くしておく等の問題があり、κ＞０．６であると、負
圧状態において逆圧により両密封端面２１，３０の接触
圧が不足する虞れがあるが、０≦κ≦０．６としておく
と、逆圧が作用する負圧状態も含めた流体通路４内の圧
力変動に拘わらず、両密封端面２１，３０の接触圧を適
正に保持することができる。図３に示す例では、密封端
面３０の内径ｄ1 と背圧Ｐが作用する保持部端面の外
径ｄ0 とを同一として、κ＝０に設定してある。第２
に、流体４４が固形成分や凝固成分を含有するスラリ流
体である場合、両密封端面２１，３０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２１，３０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
３０の径方向幅Ｗを微小としておくことによって、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２１，３０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３０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３０の径方向幅
Ｗを小さくして、密封端面２１，３０の接触面積を小さ
くしておくことにより、密封端面２１，３０の接触によ
る摩耗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）こともできる。したがって、流体４４
が固形成分や凝固成分を含有するスラリ流体である場合
にも、密封端面２１，３０間における固形成分等の付
着，堆積や摩耗粉の発生を効果的に防止しつつ、良好な
シール機能を発揮することができる。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３０の径方向幅Ｗを０．１〜４．０ｍｍに
設定しておくことが好ましい。Ｗ＞４.０ｍｍである
と、密封端面３０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２１，３０の接触による摩耗を効果
的に防止できない。また、Ｗ＜０．１ｍｍであると、密
封端面３０の強度上の問題の他、密封端面３０による削
り取り力が過大となって、密封端面２１，３０間に形成
される潤滑膜までも破壊され、密封端面２１，３０が焼
き付く虞れがあると共に、密封端面２１，３０の接触圧
が必要以上に高くなるため密封端面２１，３０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。このような密封端面幅Ｗの上下限値は、シール条件
（密封すべきスラリ流体の性状，圧力等）によって多少
異なるが、かかるシール条件に拘わらず、潤滑膜の破壊
を確実に防止しつつ付着物排除機能及び摩耗防止効果を
充分に発揮させるためには、０．４ｍｍ≦Ｗ≦２.０ｍ
ｍとしておくことがより好ましい。Thus, d 0 , d 1 , d 2 are set to 0 ≦ κ ≦ 0.
6, the thrust Pa at the portion of the sealing rings 11 and 12 in relative rotational sliding does not fluctuate greatly even when the pressure in the fluid passage 4 fluctuates, and the sealing end faces 21 and The contact pressure of 30 can be appropriately maintained. If κ <0, there is a problem that the spring pressure F is unnecessarily high, and if κ> 0.6, the contact pressure between the two sealing end faces 21 and 30 is reduced by a back pressure in a negative pressure state. However, if 0 ≦ κ ≦ 0.6, the contact pressure between the two sealing end faces 21 and 30 can be reduced irrespective of the pressure fluctuation in the fluid passage 4 including the negative pressure state where the back pressure acts. Can be properly maintained. In the example shown in FIG. 3, the inner diameter d 1 of the sealing end face 30 and the outer diameter d 0 of the holding section end face on which the back pressure P acts are set to κ = 0. Second
On the other hand, when the fluid 44 is a slurry fluid containing a solid component and a solidified component, the slurry fluid penetrates between the two sealed end faces 21 and 30, and the solid component and the solidified component contained therein adhere and deposit. There is a possibility that the proper contact state between the sealing end faces 21 and 30 may be impaired. However, as described above, by making the radial width W of one of the sealing end faces 30 minute, the adhesion and deposition of solid components and the like can be effectively prevented. Can be prevented.
In other words, solid components and the like that have entered and adhered between the sealing end faces 21 and 30 are eliminated by scraping off the knife edge-shaped sealing end face 30 (this function is hereinafter referred to as “adhered matter removing function”). In addition, by reducing the radial width W of the sealing end face 30 and reducing the contact area of the sealing end faces 21 and 30, wear due to the contact of the sealing end faces 21 and 30 is effectively suppressed (this function is reduced). , Hereinafter referred to as “wear suppression function”). Therefore, the fluid 44
Even when is a slurry fluid containing a solid component and a solidified component, a good sealing function is exhibited while effectively preventing the adhesion and accumulation of solid components and the like and the generation of abrasion powder between the sealing end faces 21 and 30. can do. In order to effectively exhibit such an attached matter removing function and a wear suppressing function, the radial width W of the sealed end face 30 is preferably set to 0.1 to 4.0 mm. If W> 4.0 mm, the function of removing solids by the sealed end face 30 is not sufficiently exhibited, and wear due to contact between the sealed end faces 21 and 30 cannot be effectively prevented. If W <0.1 mm, in addition to the problem of the strength of the sealing end face 30, the scraping force by the sealing end face 30 becomes excessive, and the lubricating film formed between the sealing end faces 21 and 30 is broken. In addition, the sealing end faces 21 and 30 may be seized, and the contact pressure between the sealing end faces 21 and 30 may be increased more than necessary. Increase. The upper and lower limits of the sealing end face width W slightly vary depending on the sealing conditions (properties of the slurry fluid to be sealed, pressure, etc.), but regardless of the sealing conditions, the lubricating film is reliably prevented from being broken. In order to fully exert the kimono elimination function and the wear prevention effect, 0.4 mm ≦ W ≦ 2.0 m
More preferably, m is set.
【００３９】なお、本発明は上記した実施の形態に限定
されず、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。特に、第１密封環１
１と回転体２との嵌合形態は任意であり、例えば、密封
環１１を嵌合部１６を有しない円筒状のものとして、回
転体１２の端部に形成した凹部に嵌合させるようにして
もよい。この場合、上記にいう中心孔開口端面１８は密
封環１１の端面（密封端面２１と反対側の端面）とな
り、貫通孔開口端面１９は上記凹部の底面となる。It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be appropriately improved and changed without departing from the basic principle of the present invention. In particular, the first sealing ring 1
The fitting form between the rotating body 1 and the rotating body 2 is arbitrary. For example, the sealing ring 11 is formed in a cylindrical shape having no fitting portion 16 so as to be fitted into a concave portion formed at the end of the rotating body 12. You may. In this case, the above-described center hole opening end face 18 becomes an end face of the sealing ring 11 (an end face opposite to the sealing end face 21), and the through hole opening end face 19 becomes a bottom face of the concave portion.
【００４０】[0040]
【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明によれば、回転体が強度的な要請等から金属材で構成
しておかざるを得ない場合にも、金属との接触を回避す
べき各種流体（例えば、金属との接触による金属汚染を
回避する必要のある半導体ウエハ処理用流体や金属腐
食，損傷を生じさせる虞れのある腐食性流体等）を良好
に流動させることができ、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ができる。As will be understood from the above description, according to the present invention, even when the rotating body has to be made of a metal material due to a demand for strength or the like, the contact with the metal is prevented. It is possible to satisfactorily flow various fluids to be avoided (for example, a semiconductor wafer processing fluid that needs to avoid metal contamination due to contact with metal, a corrosive fluid that may cause metal corrosion or damage, and the like). Thus, a practical rotary joint that can be used for a wide range of applications can be provided.
【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。FIG. 1 is a longitudinal sectional side view showing an example of a rotary joint according to the present invention.
【図２】図１の要部を拡大して示す縦断側面図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional side view showing a main part of FIG. 1 in an enlarged manner.
【図３】図１の他の要部を拡大して示す縦断側面図であ
る。FIG. 3 is a longitudinal sectional side view showing another main part of FIG. 1 in an enlarged manner.
１…ジョイント本体、２…回転体、３…メカニカルシー
ル、４…流体通路、５ａ…回転側流路、５ｂ…固定側流
路、６…側部壁、７…端部壁、１１…第１密封環、１２
…第２密封環、１３…回転阻止機構、１４…スプリング
部材、１５…本体部、１６…嵌合部、１７…被嵌合部、
１８…中心孔開口端（第１密封環における中心孔の開口
端面）、１９…貫通孔開口端面（回転体における貫通孔
の開口端面）、２０…クリアランス、３８…第１密封環
の中心孔、３９…第１通路、４０…第２密封環の中心
孔、４１…第２通路、４２…貫通孔、４３…通路形成パ
イプ、４４…流体、４５…通路形成パイプの先端部。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Joint main body, 2 ... Rotating body, 3 ... Mechanical seal, 4 ... Fluid passage, 5a ... Rotation side flow path, 5b ... Fixed side flow path, 6 ... Side wall, 7 ... End wall, 11 ... First Seal ring, 12
... second sealing ring, 13 ... rotation prevention mechanism, 14 ... spring member, 15 ... main body part, 16 ... fitting part, 17 ... fitted part,
18: Opening end of the center hole (opening end surface of the center hole in the first sealing ring), 19: Opening end surface of the through hole (opening end surface of the through hole in the rotating body), 20: Clearance, 38: Center hole of the first sealing ring, 39: a first passage, 40: a center hole of a second sealing ring, 41: a second passage, 42: a through hole, 43: a passage forming pipe, 44: a fluid, 45: a distal end portion of the passage forming pipe.
Claims (2)
自在に連結し、 回転体の一端部に、その軸線と同心をなすセラミック製
の第１密封環を相対回転不能に嵌合保持し、 ジョイント本体に、第１密封環と同心をなして直対向す
るセラミック製の第２密封環を軸線方向移動可能に且つ
相対回転不能に保持すると共に第２密封環を第１密封環
へと押圧附勢するスプリング部材を設け、 回転体に第１密封環の中心孔に連通する第１通路を設け
ると共に、ジョイント本体に第２密封環の中心孔に連通
する第２通路を設けて、両通路と両密封環の中心孔とで
一連の流体通路を構成してあり、 第１通路は、回転体を軸線方向に貫通する貫通孔に、当
該流体通路を流動する流体に対して不活性なプラスチッ
クからなる通路形成パイプを嵌合固着することによって
構成されており、 通路形成パイプの先端部は、回転体における貫通孔の開
口端面から僅かに突出して、第１密封環における中心孔
の開口端面に当該中心孔を囲繞する状態で全面的に圧接
されていることを特徴とするロータリジョイント。1. A rotating body made of metal is rotatably connected to a joint body, and a first sealing ring made of ceramic concentric with an axis of the rotating body is fitted and held on one end of the rotating body so as to be relatively non-rotatable. A second sealing ring made of ceramic, which is concentric with and directly opposed to the first sealing ring, is held on the joint body so as to be axially movable and non-rotatable, and is pressed against the first sealing ring. A first spring communicating with the center hole of the first seal ring is provided on the rotating body, and a second passage communicating with the center hole of the second seal ring is provided on the joint body. A series of fluid passages is constituted by the center holes of both sealing rings, and the first passage is formed by a through hole penetrating the rotating body in the axial direction from a plastic inert to the fluid flowing through the fluid passage. Fitting and fixing a passage forming pipe The end of the passage forming pipe is slightly protruded from the opening end face of the through hole in the rotating body, and is entirely formed on the opening end face of the center hole in the first sealing ring so as to surround the center hole. A rotary joint characterized by being pressed.
密封環を保持させる部分及び第２通路を形成する部分
を、前記流体に対して不活性なプラスチックで構成して
あ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。2. At least a second part of the joint body
2. The rotary joint according to claim 1, wherein a part holding the sealing ring and a part forming the second passage are made of a plastic inert to the fluid. 3.
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1999
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