JP2004084692A - Assembled rotary joint - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数通路を有する組立ロータリージョイントに関する。更に詳しくは、表面研磨装置等の配管に設けられてスラリー流体、空気、純水、真空等の多数の通路を有する組立ロータリージョイントに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
本発明の関連技術として図5に示すロータリージョイント装置が存在する。図5は、スラリー流体用ロータリージョイント装置全体の断面図である。
図4に於いて、50は、研磨装置のボックスである。ボックス50には回転軸52が回転可能に取り付けられており、この回転軸52は歯車を介してモータ70により回動される。回転軸52は、加工品を加工台に平面に取り付けて加工する関係から、ボックス50に垂直に取り付けられている。そして、回転軸52の下端部にパッド60が取り付けられていると共に、そのパッド60と直結する上部にスラリー流体供給用のロータリージョイント51が装着されている。
又、回転軸52の上部にはエア供給用ロータリージョイント53が装着されている。
【0003】
この回転軸52の上部に設けられたエア供給用ロータリージョイント53からエアが供給されるエア通路が回転軸52の軸方向下方へ貫通している。
又、スラリー流体供給用のロータリージョイント51のスラリー流体が供給される流通路が回転軸52の軸方向へ貫通している。この他、スラリー流体供給用ロータリージョイント51には、スラリー流体用流通路の他に真空通路、冷却通路に加えてエアも通過できるようにエア通路が設けられてる。このために、スラリー流体供給用のロータリージョイント51には、多数の通路が設けられているので径方向に大型になる。このスラリー流体供給用のロータリージョイント51が大型になると、研磨機に於ける取付スペースとの関係からロータリージョイント51を取付けることが困難になる。更に、回転軸52のパッド60近くにロータリージョイント51を取り付けると遠心力の関係から回転軸に過大の力が作用することになるので、研磨加工精度に影響することになる。
【0004】
更に、本発明の関連技術として図6に示すようなロータリージョイント100が存在する。このロータリージョイント100は、シリコンウエハの表面を研磨する表面研磨装置の配管通路に装備されるものである。このロータリージョイント100には、円筒状のジョイント本体101が設けられている。このジョイント本体101の内周面101A内には回転体102が回動自在に取り付けられている。
回転体102の一端にはフランジ部102Aが設けられており、このフランジ部102Aは、図示省略の研磨パッドに連結される。
そして、回転体102に設けられたスラリー用流体通路103と研磨パッドの流体通路とが連通するように接続される。
【0005】
回転体102の図示上端部には、キャップ状の回転密封環105がOリングを介して嵌合している。回転密封環105は中心に連通路が設けられてスラリー用流体通路103と連通すると共に、先端面にシール面105Aが設けられている。 この回転密封環105は炭化珪素材製である。
【0006】
回転密封環105と対向する位置には固定密封環106が設けられている。この固定密封環106は、ジョイント本体101の端部に設けられたヘッドカバー110の流体通路の内周面に移動自在に嵌合している。この固定密封環106はジョイント本体101の溝に取り付けられたOリングを介してヘッドカバー110の供給通路111に嵌合する円筒部106Aとシール面105Aに密接する対向シール面106B1を設けた円錐状のシール部106Bとに形成されている。そして、固定密封環106の内周に中間通路107が設けられており、この中間通路107はスラリー用流体通路103と供給通路111に連通している。供給通路111からはスラリー流体が流入するので、摩耗との関係から、回転密封環105と同様に固定密封環106も硬質材製の炭化珪素にしなければならない。この固定密封環106は、コイルばね108により回転密封環105へ押圧されている。
この第1メカニカルシール104は、第2メカニカルシール116と単独に構成されているために、両部品間の軸方向の間隔が大きくなると共に、構造が複雑になる。又、固定密封環106の円筒部106Aの嵌合構造と、コイルばねによる押圧構造のために、固定密封環106が軸方向へ長手構造になる。
【0007】
この回転密封環105と固定密封環106により第1メカニカルシール104を構成する。第1メカニカルシール104の外周にはジョイント本体101との間に冷却通路109が形成されている。この冷却通路109は冷却流入口兼流出口109Aと連通して冷却流入口兼流出口109Aから冷却通路109に流入した冷却水は流入した冷却流入口兼流出口109Aにより戻ることになる。このため冷却水の循環が効率的ではなく冷却効果に劣る。
又、この冷却通路109では、以下に述べる第2メカニカルシール116を冷却することは無理である。又、流通路115に気体又は純水等の流体を流通させると、工業用水などに比べて第2メカニカルシール116の各シール面の潤滑作用がないから発熱と同時に摩耗が促進される。
【0008】
更に、ジョイント本体101には、流体通路口113Aと連通する内周に設けられた環状の非スラリー用流体通路113が設けられている。この流体通路113は回転体102に設けられた流通路115と連通している。
この流通路115と非スラリー流体通路113との接続部には第2メカニカルシール116が配置されている。この第2メカニカルシール116は、第3メカニカルシール117と第4メカニカルシール118とから構成されている。
【0009】
この第3メカニカルシール117は、回転体102に摺動自在に嵌合した第1回転密封環117Aとジョイント本体101に固着された第1固定密封環117Bとから構成されている。
又、第4メカニカルシール118は、回転体102に摺動自在に嵌合した第1回転密封環118Aとジョイント本体101に固着された第1固定密封環118Bとから構成されている。
そして、各第1回転密封環117A、118Aはそれぞれの板ばね120、120により各第1固定密封環117B、118Bへ弾発に押圧されている。
【0010】
上述した流通路115は、回転体102に設けられた環状溝にスリーブ121を嵌着して形成された環状の第1流通路115Aと径方向の孔を介して形成された軸方向の第2流通路115Bから構成されている。このために、回転体102に軸方向へ貫通した他の通路を形成できる余裕が無くなることになる。他の通路を形成するためには、ロータリージョイント100の回転体102の径を大径にしなければならない。大径のロータリージョイント100では、回転体102に慣性力を伴うので研磨装置として問題である。又、精密加工における取付スペースの問題があって研磨装置には採用不可能になる。
【0011】
この流通路115は、第1流通路115Aと第2流通路115Bから構成されているために、加工が困難であると共に、部品点数が多くなる問題がある。
更に又、回転体102に環状溝の第1流通路115Aを形成するために、周方向全体が通路になるので、他の流体通路を設けることが困難になる。この流体通路を無理に形成すると、更に回転体102が大径になる。更に又、回転体102が大径になると第2メカニカルシール116も大径になるので、第2メカニカルシール116の大径になる摺動面が周速度の関係から急速に摩耗する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述のような問題点に鑑み成されたものであって、その発明が解決しようとする課題は、ロータリージョイントに多数の必要とする流通路を設けることができるようにすると共に、軸方向の長さを小型にし、必要とする各種のロータリージョイントを組み合わせることができるようにすることにある。
【0013】
更に、スラリー用流通路を大径可能にしてスラリーにより流通路が詰まるのを防止すると共に、流通路がスラリーにより摩耗するのを防止することにある。
又、回転軸の回転中にロータリージョイントにより遠心力の作用でパッドが揺動するのを防止することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述のような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。
【0015】
請求項1に係わる本発明の組立ロータリージョイントは、本体の供給通路と回転軸の流通路とのスラリー流体用の接続連通路を密封に連通させる第1メカニカルシール及び前記本体と前記回転軸との流体通路の連通路を密封して連通させる第2メカニカルシールを有する第1ロータリージョイントと、第2回転軸に有する第2流通路と第2流体通路及び第2本体に有する他の流体供給孔と第2回転軸に有する他の流体通路との連通路を密封に連通させる単体のシール装置を有する第2ロータリージョイントとを前記第1ロータリージョイントを流体の上流側にして第2ロータリージョイントと結合されていると共に各通路が連通されているものである。
【0016】
請求項1に係わる本発明の組立ロータリージョイントでは、第1ロータリージョイントはスラリー流体や純水や真空に耐えるメカニカルシールの構造にし、特殊な条件の流体に対して耐久性と小型化を図ることが可能になる効果を奏する。又、第2ロータリージョイントは他の流体通路を空気通路や工業用水等の流体通路のみを流すようにして低機能のメカニカルシールのような複雑でない機構の単体のシール装置を利用できるようにし、回転軸に多数の流体通路を形成できるようになる。このような第1ロータリージョイントを第2ロータリージョイントの上流側にして結合することにより、シール困難な流体は第1ロータリージョイントから供給し、簡単な構造のシール装置でも耐久性を低下させない流体は第2ロータリージョイントから供給するようにして多数の流体通路を設けることが可能になる。その結果、組立ロータリージョイントの用途が拡大できる効果を奏する。
特に、第2ロータリージョイントの流体通路のシールをパッキン等の簡単なシール装置にすることにより小形が可能になる。このために、第2ロータリージョイントを第1ロータリージョイントに結合することが容易になると共に、全体の組立ロータリージョイントを小型にして、取付場所の問題を解決して取り付け用途を拡大できる効果を奏する。
【0017】
請求項2に係わる本発明の組立ロータリージョイントは、第1固定密封環のシール面内周に設けられた第1連通路と連通する第2連通路を有すると共に前記第2連通路を囲んで前記シール面と密接するスラリー用シール面を有し且つスラリー用シール面と反対の面に流体用シール面と保持面とを有する第1回転密封環を有する第1メカニカルシール、前記第1回転密封環の保持面に密接して前記第2連通路と連通するスラリー流体用流通路を有する回転軸、前記回転環を囲んで一端に前記流体用シール面と密接する第2シール面を設けた第2固定密封環を有すると共に他端に前記回転軸と密接して保持された第3回転密封環を有する第2メカニカルシール及び前記第2メカニカルシールの内周通路面と前記回転軸との間に密閉された流体通路を有し、前記本体に有する第1流体通路と前記回転軸に有する第2流体通路とが前記第2メカニカルシールに有する連通路を介して前記流体通路に連通する第1ロータリージョイントと、前記第1ロータリージョイントの前記スラリー流体用流通路と連通する第2スラリー流体用流通路と前記流体通路と連通する第2流体通路とを有すると共に他の流体を供給する他の流体通路を有する第2回転軸及び前記他の流体通路に供給する他の流体供給口を有する第2ロータリージョイントとを具備し、前記第1ロータリージョイントの前記回転軸と前記第2ロータリージョイントの前記第2回転軸とが前記各通路を連通させて結合したものである。
【0018】
この請求項2に係わる本発明の組立ロータリージョイントでは、第1固定密封環とシールする第1回転密封環の全体の長さが軸方向に小さくした配置構造にできるので、ロータリージョイントの軸方向長さを小形にすることが可能になる。同時に、第1回転密封環は第2メカニカルシールの弾発手段により押圧される構造であるから、回転軸と第1回転密封環との嵌合間はシールできる接合状態であれば良いので、構造的に第1回転密封環の軸方向長さを短形にできると共に、連通路を大径にすることが可能になる。このために、スラリー流体が連通路を通るときに詰まる問題や連通路が研磨材等のスラリーにより摩耗されるのを効果的に防止できる。
そして、小型にできる第1ロータリージョイントは他方の流体を供給できる構造簡単な第2ロータリージョイントと結合すると多通路の組立ロータリージョイントを容易に形成することが可能になる。
【0019】
請求項3に係わる本発明の組立ロータリージョイントは、第2メカニカルシールが一方のシール装置と他方のシール装置とが対称に配置されていると共に一方のシール装置と他方のシール装置との組み合わせ間の連通路を介して第1流体通路と第2流体通路とが連通しているものである。
【0020】
この請求項3に係わる本発明の組立ロータリージョイントでは、第2メカニカルシールが一方のシール装置と対称に配置された他方のシール装置とにより構成されているので、このシール装置間の間隙を連通路の1部にして流体通路と第1流体通路とを連通する連通路を設けることが可能になる。
又、この第2メカニカルシールと回転軸との間に直接に流体通路を形成しているから、回転軸が流通路を大径にした割合には全体を小径にすることができる。更に、第2メカニカルシールを弾発に押圧するばね手段で第1回転密封環の流体用シール面とスラリー用シール面とを圧接させることが可能になる。このために、第1回転密封環の形状及び取付構造が簡素化できる。この第1ロータリージョイントを小型に形成できることは、第2ロータリージョイントを結合できる構造を可能にする。
更に、第2固定密封環と第3固定密封環との内周通路面と、回転軸との間に直接流体通路を形成することを可能にして第1流体通路と第2流体通路との連通を容易にすると共に、回転軸のスラリー流体用流通路を大径にすることができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる好ましい実施の形態の組立ロータリージョイントを、その図面に基づいて詳述する。尚、以下に説明する各図面は、寸法関係が正確な設計図を基にした図面である。
【0022】
図1は、本発明に係わる組立ロータリージョイント1を組み込んだ研磨装置80の断面図である。
図1に於いて、50は、研磨装置80のボックスである。ボックス50には、回転軸20が軸受けを介して回転可能に取り付けられており、この回転軸20は一対の歯車42、43を介してモータ40により回動される。歯車42、43が内在するボックス50の歯車室51には潤滑液が満たされている。
又、回転軸20は、加工品を加工台に平面に取り付けて加工する関係から、ボックス50に垂直に取り付けられている。そして、この回転軸20の下端部には、パッド60が取り付けられている。又、回転軸20の上部には、そのパッド60と回転軸20を介して回動するスラリー流体供給用の第1ロータリージョイント1が装着されている。この第1ロータリージョイント1の下部には、第1ロータリージョイント1と一体に直結したエア供給用の第2ロータリージョイント30が設けられている。
【0023】
第1ロータリージョイント1は、図2に示すように、中心に大径のスラリー流体用流通路12が設けられている。又、真空通路となる流体通路14も設けられている、更には、純水通路も設けることができる。このように、第1ロータリージョイント1は、流通させる流体として、研磨剤、高粘度液体、腐食性流体、高温高圧流体等の流体通路やシール装置に悪影響を与える流体を流す通路が設けられている。
この第1ロータリージョイント1は、このように過酷な影響を与える流体に耐えうる機構に設計されている。例えば、流体をシールする密封環は超硬合金、炭化珪素、セラミック材製である。更に、シール装置はメカニカルシールに構成されている。
【0024】
次の、第2ロータリージョイント30は、エア等の供給用第2ロータリージョイントとして、空気、水等に耐える機構を設けたロータリージョイントとしての材質又はシール装置が使用されている。このために、この材料はコストの安い材質を使用することが可能になる。又、シール装置はゴム材質のOリングやパッキンを使用することが可能になる。
【0025】
そして、回転軸20には、図示は省略されているが、図2に示すような第1ロータリージョイント1の流体通路としてスラリー流体用流通路と真空等の流体通路が軸方向下方へ貫通状態に設けられている。更に、図3及び図4に示すような第2ロータリージョイント30からエアが供給されるエア通路、ガス通路、工業用水通路が回転軸20の軸方向下方へ貫通している。
この他、回転軸20には、第1ロータリージョイント1用の流体通路として、他に真空通路、冷却通路に加えてガスも通過できるように流体通路が設けられてる。このように、回転軸20には、多数の流体通路が設けられている。
そして、過酷な影響を与える流体は、第1ロータリージョイント1を通して供給される。又、通常の水、空気等の流体は第2ロータリージョイント30を通して供給される。
【0026】
図2から図4は本発明に係わる好ましい第2実施の形態を示す組立ロータリージョイントAを示すものである。図2は、第1ロータリージョイント1の断面図である。図3は、第2ロータリージョイント30の断面図である。図4は、図3の平面図である。図2と図3のロータリージョイント1、30を結合して組立ロータリージョイントAとなる。
【0027】
図2に示す組立ロータリージョイントAの一方である第1ロータリージョイント1は、スラリー流体供給用のロータリージョイントであって、研磨剤が含む流体、高粘度流体、純水流体、特殊なガス等を供給するのに適するように発明された技術を付加して設計されている
図2に於いて、ジョイント用の本体10には第1回転軸(以下、回転軸とも言う)20が貫通する貫通孔11が設けられている。又、第1本体(以下、本体とも言う)10は、第1本体10Aと第2本体10Bと第3本体10CとがボルトCにより軸方向へ連結して一体化されている。
第1本体10Aの貫通孔11の上端がスラリー流体を導入する供給通路12Aに形成されている。この供給通路12Aは配管が接続可能なように管用ねじが形成されている。又、供給通路12Aの下方の貫通孔11には、弾性Oリング15が取り付けられるテーパ面の小さな環状凹部11Aに形成されている。更に、第1本体10Aの貫通孔11は、図示下方が大径孔11Bに形成されて、第1回転密封環3が配置できるように成されている。この大径孔11Bには冷却通路13の流出口13Bが連通している。
【0028】
第1本体10Aの凹部11Aには、弾性Oリング15を介して第1固定密封環2が配置されている。この第1固定密封環2には中心に第1連通路12Bが貫通している。
又、第1固定密封環2の一端には第1連通路12Bを囲んでシール面2Aが形成されている。更に、外周面には環状凹部11Aに対向するテーパ溝2Bが形成されている。
この環状凹部11Aとテーパ溝2Bとの間で圧縮された弾性Oリング15は、この接触する両テーパ面の作用により第1固定密封環2のシール面2Aを第1回転密封環3のスラリー用シール面3Aへ弾発に押圧して密接している。同時に、このOリング15により冷却通路13へスラリー流体が浸入するのを効果的に防止する。この第1固定密封環2は弾性Oリング15により支持する構成のために軸方向と径方向へ第1連通路12Bの大きさに比較して小型に形成できる。
尚、弾性Oリング15は、ニトリルゴム、フッ素ゴム、クロロプレンゴム、ポリウレタンラバー等が利用される。又、第1固定密封環2は炭化珪素、超硬質合金、セラミックなどが利用される。
【0029】
第1本体10Aの大径孔11B内には、第1回転密封環3が配置されている。この第1回転密封環3の第1固定密封環2側にはスラリー用シール面3Aが第2連通孔を囲んで形成されている。又、第1回転密封環3の中心には第1連通路12Bと連通可能な第2連通路12Cが形成されている。
更に、第1回転密封環3のスラリー用シール面3Aと軸方向反対面には流体用シール面3Bが形成されている。この流体用シール面3B内には、嵌合面3Cが形成されており、この嵌合面3Cに回転軸20の1端部がOリングを介して嵌着している。そして、円筒状の回転軸20の連通路(以下、第1連通路とも言う)12と第1連通路12Cとは連通している。
この第1回転密封環3は回転軸20の1端部に設けられたピン20Aにより軸方向へは移動可能であるが、回転軸20とは共に回動するように構成されている。尚、第1回転密封環3と回転軸20とは、嵌着結合しても良い。この第1回転密封環3も炭化珪素等の硬質材製である。この第1固定密封環2と第1回転密封環3が一対を成して第1メカニカルシール8を構成する。
【0030】
第2本体10Bの貫通孔11の内周面11Cには、第2メカニカルシール4が装着されている。
第2メカニカルシール4は、一方のシール装置5と他方のシール装置6から構成されている。一方のシール装置5は第2固定密封環5Aと第1回転密封環3の流体用シール面3Bから形成されている。又、他方のシール装置6は第3固定密封環6Aと第3回転密封環6Bから形成されている。
この第2固定密封環5Aは、断面がL型に形成されており、この第2固定密封環5Aは、円筒外周面5A1がOリング25を介して本体10の貫通孔11である内周面11Cに軸方向へ移動自在に嵌合していると共に、第2本体10Bに設けられた固定ピンにより回動不能に保持されている。又、フランジ状の端面に設けられた第2シール面5A3はコイルスプリング(ばね手段)16により押圧されて第1回転密封環3の流体用シール面3Bと密接している。この第2固定密封環5Aの内周通路面5A4は回転軸20との間に間隔を設けて流体通路14を形成する。
【0031】
他方のシール装置6は、第3固定密封環6Aと第3回転密封環6Bから形成されている。第3固定密封環6Aは第2固定密封環5Aと同形状に形成されて第2本体10Bの内周面11Cの中央線を境にして第2固定密封環5Aと対称に配置されている。
この第3固定密封環6Aには、第2固定密封環5Aと同様に、円筒外周面6A1と先端面に第3シール面6A3とが設けられている。又、第2本体10Bに設けられた固定ピンにより回動不能に保持されている。
そして、第3固定密封環6Aの内周通路面6A4は、第2固定密封環5Aと同様に、回転軸20との間に間隔を設けて流体通路14を形成している。この第2固定密封環5Aと第3固定密封環6Aとの間は間隙の連通路14Cに形成されて第1流体通路14Aと連通する。
一方のシール装置5と他方のシール装置6の各密封環5A、6A、6Bはスラリー流体が通過しないので、炭化珪素等の硬質材製の他に、カーボン等も必要に応じて利用することが可能である。
【0032】
又、第2固定密封環5Aと第3固定密封環6Aとはコイルスプリング16のばね手段により互いに反する方向へ弾発に押圧されている。このコイルスプリング16は、第2本体10Bに設けられた通路13Cに挿入されて保持されている。この通路13Cは冷却通路13と連通している。
本体10には、他方のシール装置6側に冷却水を冷却通路13へ供給する供給口13Aが設けられていると共に、第1固定密封環2側にこの冷却水を流出する流出口13Bが形成されている。この冷却通路13は他方のシール装置6から第1固定密封環2までの距離が短いので冷却効果に優れる。又、第1回転密封環3のスラリー用シール面3Aと流体用シール面3Bを外周面から冷却するので各シール面の冷却効果と共に、各シール面の洗浄効果も奏する。
【0033】
一方、第3固定密封環6Aの第3シール面6A3と密接する第3回転密封環6Bは、断面L型に形成されており、円筒内周面6B1が回転軸20にOリングを介して嵌着している。
そして、第3回転密封環6Bの端面に設けられた第3シール面6B3は、第2固定密封環6Aの第3シール面6A3と密接する。この第3回転密封環6Bは回転軸20に設けられたドライブピンにより保持されて回動する。
又、第3回転密封環6Bの外周面は、本体10との間を密封するパッキン17が嵌合している。このパッキン17により冷却通路13と軸受21側との連通間を密閉している。
【0034】
本体10のパッキン17の図示下方の貫通孔11と回転軸20との間には、並列に配置された2個の軸受21が設けられている。そして、本体10に保持された軸受21を介して回転軸20が回転可能に保持されている。この軸受21は第2メカニカルシール4の近くに取り付けられるので、第2メカニカルシール4、第1回転密封環3を安定して支持する。
【0035】
本体10には、第2メカニカルシール4内の流体通路14に連通する軸方向孔の第2流体通路14が軸方向へ形成されている。又、本体10には一方のシール装置5と他方のシール装置6との間の連通孔14Cに貫通する第1流体通路14Aが設けられている。
この第1流体通路14Aの外部には配管により図示省略の真空装置が連通している。そして、第2流体通路14を介して研磨された加工品等を真空吸着したり、加工品に付着したスラリー流体を吸い取るものである。
特に、この流体通路14は真空引きに利用するものであり、真空通路では流体用シール面3B、第2シール面5A3、第3シール面6A3には液体が介在しないから、このシール面3B、5A3、6A3は発熱しやすく、急速に摩耗することになる。しかし、冷却通路13がシール面3B、5A3、6A3の外周に設けられているので、発熱や磨耗は効果的に防止される。
【0036】
本体10には、更に、ドレン孔18が設けられている。このドレン孔18は、冷却水等が漏れた場合に排出するものである。
又、回転軸20の図示下部には、フランジ部が形成されており、このフランジを介してボルトBによりエア供給用の第2ロータリージョイント30等の他の部品を取り付ける。
【0037】
図3は、エア供給用の第2ロータリージョイント30の断面図である。又、図4は図3の第2ロータリージョイント30の上部の平面図である。
図3及び図4に於いて、第2回転軸33には、スリーブ33Aが嵌着している。
又、図2の第1回転軸20の第1流通路12と連通する第2流通路12が軸方向へ形成されている。更に又、第2回転軸33には第1エア通路31と第2エア通路32がそれぞれ外周側のスリーブ33Aを貫通して内部へ形成され、そこから軸方向へL型に曲がった孔に形成されている。
更に、第2回転軸33には、図2の第1ロータリージョイント1の流体通路14に連通する第2流体通路14が軸方向に貫通している。
【0038】
一方、第2本体40には第1エア通路31に連通する第1エア供給口31Aが設けられている。
更に、第2本体40に第2エア通路32と連通する第2エア供給口32Aが設けられている。そして、スリーブ33Aと第2本体40との嵌合間の第1エア供給口31Aと第2エア供給口32Aの両側にはシール装置35が嵌着している。そして、各シール装置35によりスリーブ33Aの各エア通路31、32と各エア供給口31A、32Aとの連通する両側がシールされている。
このシール装置35はパッキン35であり、パッキン35は内周側がフッ素樹脂リングで構成されていると共に、外周側がゴムリングで構成されてた特殊な形状である。そして、ゴムリングとフッ素樹脂リングとは互いに嵌着して一体化されている。
スリーブ33Aのパッキン35と摺動する外周面は、細かいハッチングで示す硬質のメッキが施されている。そして、パッキン35との摺動面が摩耗しないように構成されている。尚、40はドレン受け容器である。
【0039】
上述のように構成された第1ロータリージョイント1と第2ロータリージョイント30を結合したものが組立ロータリージョイントAである。この組立ロータリージョイントAでは、1実施例として、組立ロータリージョイントAの全流通路12を流れるスラリー流体が液晶ガラスを研磨するための研磨剤を含む流体である。又、流体通路14は液晶ガラスを吸着して加工装置から他へ移動する吸着手段に利用される真空通路である。或いは、真空通路を利用して液晶ガラスに付着した加工液等を吸い取るものである。
このスラリー流体は、液晶ガラスの表面を研磨剤により研磨するために、スラリー流体には高濃度の研磨剤が含んでいる。
従来のように流通路12が小径の場合には、この研磨剤が流通路12に詰まる問題がある。又、流通路12が小径であると研磨速度の関係から研磨剤を高速流体で流さなければならない。このように、研磨剤を高速で流すと、この流通路12を流れる研磨剤により流通路12が削り取られたように摩耗して故障の原因となる。
【0040】
第1ロータリージョイント1は第1回転密封環3の構成と、第2メカニカルシール4が直接に回転軸20を囲んで第1流体通路14を形成すると共に、第2メカニカルシール4のばね手段で第1回転密封環3を圧接する構成にしたので、第1ロータリージョイント1を小型に構成できる。そして、小型の第2ロータリージョイント30と同径で結合を可能にする。この第2ロータリージョイント30は、空気、水等をシールするので、シールする上で問題にならない流体である。このために、第2ロータリージョイント30に設けられるシール装置35は、パッキンやOリングのような簡単な構造のシール装置にすることが可能になる。シール装置35が単体とは、パッキン等のもので、メカニカルシールのような複雑な構成のものではない。
更に、第2メカニカルシール4の内周面と回転軸20との間に直接に流体通路14を形成できるので、流通路12を大径にしても第2メカニカルシール4を第1流通路12に比較して小径にすることが可能になる。このために、第2シール面5A3と第3シール面6A3と第3シール面6B3の周速度を小さくできるから、各シール面5A3、6A3、6B3の摺動発熱を防止できる。そして、第1流体通路14を真空通路にしても各シール面5A3、6A3、6B3の摩耗を防止することが可能になる。
更に、冷却通路13を介して冷却水がメカニカルシール4の外周から第1固定密封環2の外周へ循環するので、スラリー流体及び真空に対する各シール面の発熱及び摩耗を効果的に防止する。
この組立ロータリージョイントAは、半導体ウエハ等の研磨加工にも利用される。更に流体通路14は、必要に応じて空気、純水の流路にも利用される
【0041】
【発明の効果】
本発明の組立ロータリージョイントによれば、第1ロータリージョイントを上流にして、しかも小型にできる効果により、第1ロータリージョイントに第2ロータリージョイントを結合できる効果がある。
又、一端にスラリー用シール面と他端に流体用シール面を設けてメカニカルシールに有するばね手段で第1固定密封環に押圧する構成の第1回転密封環は、軸方向の長さを短くできると共に、回転軸の嵌着保持が簡単になる効果を奏する。これらの構成により流通路を大径にしても第1固定密封環と第1回転密封環の軸方向長さを短くすることが可能になる。このために、流通路にスラリー流体が詰まることもなく、又、流通路の摩耗が防止できる。
更に、流通路を流れるスラリー流体の流れを大容量にして研磨速度を向上させることが可能な効果を奏する。
このように第1ロータリージョイントは過酷な条件の流体を流しても耐久能力を発揮する。
【0042】
一方、第1ロータリージョイントの結合した第2ロータリージョイントは、回転軸を横断するような第1メカニカルシールがなく、更に、条件の良い空気や水を流すようにしたので、シール装置が簡単な構造になる。このために、第2ロータリージョイントには、小径の回転軸であっても多数の流体通路を形成できる。その結果、流体の条件を第1ロータリージョイントと第2ロータリージョイントに分類することにより、多数の流体通路を簡単に設けることのできる多数路の組立ロータリージョイントが得られる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる1実施の形態を示す組立ロータリージョイントを研磨機に取り付けた状態の研磨機の断面図である。
【図2】本発明に係わる2実施の形態を示す組立ロータリージョイントの一方の第1ロータリージョイントの断面図である。
【図3】本発明に係わる第1ロータリージョイントの下端に取り付けられる第2ロータリージョイントの断面図である。
【図4】図3の第2ロータリージョイントの平面図である。
【図5】従来例のロータリージョイントの断面図である。
【図6】他の従来例のロータリージョイントの断面図である。
【符号の説明】
A 組立ロータリージョイント
1 第1ロータリージョイント
2 第1固定密封環
2A シール面
2Bテーパ溝
3 第1回転密封環
3A スラリー用シール面
3B 流体用シール面
3C 保持面
4 第2メカニカルシール
5 一方のシール装置
5A 第2固定密封環
5A1 円筒外周面
5A3 第2シール面
5A4 内周通路面
6 他方のシール装置
6A 第3固定密封環
6A1 円筒外周面
6A3 第3シール面
6A4 内周通路面
6B 第3回転密封環
6B1 円筒内周面
6B3第3シール面
8 第1メカニカルシール
10 本体
10A 第1本体
10B 第2本体
10C 第3本体
11 貫通孔
12 流通路
12A 供給通路
12B 第1連通路
12C 第2連通路
13 冷却通路
13A 供給口
13B 流出口
13C 通路
14 流体通路
14A 第1流体通路
15 弾性Oリング
16 ばね手段(コイルスプリング)
17 パッキン
18 ドレン
20 回転軸
20A ピン
21 軸受
25 Oリング
30 第2ロータリージョイント
31 他の流体通路
31A 他の流体供給孔
33 第2回転軸
34 第2本体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an assembled rotary joint having multiple passages. More specifically, the present invention relates to an assembled rotary joint provided in a pipe of a surface polishing apparatus or the like and having a number of passages for slurry fluid, air, pure water, vacuum, and the like.
[0002]
[Prior art]
As a related art of the present invention, there is a rotary joint device shown in FIG. FIG. 5 is a sectional view of the entire rotary joint device for slurry fluid.
In FIG. 4,
An air supply
[0003]
An air passage to which air is supplied from an air
The flow passage of the slurry fluid supply
[0004]
Further, as a related art of the present invention, there is a
A
The
[0005]
A cap-shaped
[0006]
A
Since the first
[0007]
The rotating
In the
[0008]
Further, the joint
A second
[0009]
The third mechanical seal 117 includes a first
The fourth
The first
[0010]
The above-described
[0011]
Since the
Furthermore, since the first
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a rotary joint with a large number of necessary flow passages and a shaft. The object of the present invention is to reduce the length in the direction so that various kinds of necessary rotary joints can be combined.
[0013]
Another object of the present invention is to make the flow passage for slurry large in diameter to prevent the flow passage from being clogged with the slurry and to prevent the flow passage from being worn by the slurry.
Another object of the present invention is to prevent the pad from oscillating by the action of centrifugal force by the rotary joint during rotation of the rotating shaft.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the above-described technical problem, and the technical solution is configured as follows.
[0015]
The assembly rotary joint of the present invention according to claim 1 is a first mechanical seal for sealingly connecting a connection passage for slurry fluid between a supply passage of a main body and a flow passage of a rotation shaft, and a connection between the main body and the rotation shaft. A first rotary joint having a second mechanical seal for sealingly communicating the communication passage of the fluid passage, a second flow passage provided on the second rotating shaft, another fluid supply hole provided on the second fluid passage and the second body, and A second rotary joint having a single sealing device for sealingly communicating a communication passage with another fluid passage provided in the second rotary shaft, and a second rotary joint having the first rotary joint on the upstream side of the fluid; And the respective passages are communicated.
[0016]
In the assembled rotary joint according to the first aspect of the present invention, the first rotary joint has a mechanical seal structure that withstands a slurry fluid, pure water, or a vacuum, and can achieve durability and miniaturization with respect to a fluid under special conditions. This has the effect of being possible. In addition, the second rotary joint allows other fluid passages to flow only through a fluid passage such as an air passage or industrial water so that a simple sealing device of a less complicated mechanism such as a low-performance mechanical seal can be used. A large number of fluid passages can be formed in the shaft. By connecting such a first rotary joint upstream of the second rotary joint, a fluid that is difficult to seal is supplied from the first rotary joint, and a fluid that does not reduce the durability even with a sealing device having a simple structure is the second fluid. A large number of fluid passages can be provided so as to supply from two rotary joints. As a result, there is an effect that the use of the assembled rotary joint can be expanded.
In particular, the seal of the fluid passage of the second rotary joint can be made compact by using a simple sealing device such as packing. For this reason, it becomes easy to couple the second rotary joint to the first rotary joint, and it is possible to reduce the size of the whole assembled rotary joint, solve the problem of the mounting place, and expand the mounting application.
[0017]
The assembled rotary joint of the present invention according to
[0018]
In the assembled rotary joint according to the second aspect of the present invention, since the entire length of the first rotary seal ring that seals with the first stationary seal ring can be configured to be reduced in the axial direction, the axial length of the rotary joint can be reduced. It is possible to reduce the size. At the same time, since the first rotary seal ring has a structure pressed by the resilient means of the second mechanical seal, the joint between the rotary shaft and the first rotary seal ring only needs to be in a joined state capable of sealing. In addition, the axial length of the first rotary seal ring can be shortened, and the diameter of the communication passage can be increased. Therefore, it is possible to effectively prevent the problem that the slurry fluid is clogged when passing through the communication passage and that the communication passage is worn by the slurry such as the abrasive.
When the first rotary joint, which can be reduced in size, is combined with the second rotary joint having a simple structure capable of supplying the other fluid, a multi-passage assembled rotary joint can be easily formed.
[0019]
According to a third aspect of the present invention, there is provided an assembled rotary joint, wherein the second mechanical seal has a structure in which one seal device and the other seal device are symmetrically arranged, and a second mechanical seal is provided between the one seal device and the other seal device. The first fluid passage and the second fluid passage communicate with each other via the communication passage.
[0020]
In the assembled rotary joint according to the third aspect of the present invention, the second mechanical seal is constituted by one seal device and the other seal device arranged symmetrically, so that the gap between the seal devices is communicated with the communication passage. It is possible to provide a communication passage that connects the fluid passage and the first fluid passage as a part of the above.
Further, since the fluid passage is formed directly between the second mechanical seal and the rotating shaft, the diameter of the entire rotating shaft can be reduced to the extent that the diameter of the flowing passage is increased. Further, the fluid seal surface and the slurry seal surface of the first rotary seal ring can be pressed against each other by a spring means for resiliently pressing the second mechanical seal. For this reason, the shape and mounting structure of the first rotary seal ring can be simplified. The fact that the first rotary joint can be formed in a small size enables a structure in which the second rotary joint can be coupled.
Furthermore, it is possible to form a fluid passage directly between the inner peripheral passage surface of the second stationary seal ring and the third stationary seal ring and the rotation shaft, thereby allowing the first fluid passage and the second fluid passage to communicate with each other. And the diameter of the slurry fluid flow passage of the rotating shaft can be increased.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an assembled rotary joint according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Each drawing described below is a drawing based on a design drawing whose dimensional relationship is accurate.
[0022]
FIG. 1 is a sectional view of a polishing
In FIG. 1,
Further, the rotating
[0023]
As shown in FIG. 2, the first rotary joint 1 is provided with a large-diameter slurry
The first rotary joint 1 is designed to have a mechanism capable of withstanding such a severely affected fluid. For example, a sealing ring for sealing a fluid is made of cemented carbide, silicon carbide, or a ceramic material. Furthermore, the sealing device is configured as a mechanical seal.
[0024]
The second rotary joint 30 uses a material or a seal device as a rotary joint provided with a mechanism that withstands air, water, or the like, as a second rotary joint for supplying air or the like. This makes it possible to use a low-cost material. Further, the sealing device can use an O-ring or packing made of a rubber material.
[0025]
Although not shown, the
In addition, the
Then, the fluid having a severe effect is supplied through the first rotary joint 1. Further, normal fluid such as water and air is supplied through the second rotary joint 30.
[0026]
FIGS. 2 to 4 show an assembled rotary joint A according to a second preferred embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view of the first rotary joint 1. FIG. 3 is a sectional view of the second rotary joint 30. FIG. 4 is a plan view of FIG. The rotary joints 1 and 30 of FIGS. 2 and 3 are combined to form an assembled rotary joint A.
[0027]
The first rotary joint 1 as one of the assembled rotary joints A shown in FIG. 2 is a rotary joint for supplying a slurry fluid, and supplies a fluid containing an abrasive, a high-viscosity fluid, a pure water fluid, a special gas, and the like. In FIG. 2, which is designed by adding a technology invented to be suitable for the joint, a through hole 11 through which a first rotating shaft (hereinafter, also referred to as a rotating shaft) 20 penetrates is formed in the
The upper end of the through hole 11 of the first main body 10A is formed in the
[0028]
The first
A sealing
The elastic O-
The elastic O-
[0029]
The first rotary seal ring 3 is disposed in the large-diameter hole 11B of the first main body 10A. On the first
Further, a fluid seal surface 3B is formed on a surface of the first rotary seal ring 3 opposite to the
The first rotary seal ring 3 is movable in the axial direction by a
[0030]
The second
The second
The second stationary sealing ring 5A has an L-shaped cross section. The second stationary sealing ring 5A has an inner peripheral surface where the cylindrical outer peripheral surface 5A1 is a through hole 11 of the
[0031]
The
Like the second fixed sealing ring 5A, the third fixed sealing ring 6A is provided with a cylindrical outer peripheral surface 6A1 and a third sealing surface 6A3 on the distal end surface. Further, it is held non-rotatably by a fixing pin provided on the second main body 10B.
The inner peripheral passage surface 6A4 of the third stationary sealing ring 6A forms a
Since the sealing fluid does not pass through the sealing rings 5A, 6A, 6B of the one
[0032]
Further, the second stationary sealing ring 5A and the third stationary sealing ring 6A are elastically pressed by spring means of the coil spring 16 in directions opposite to each other. The coil spring 16 is inserted and held in a passage 13C provided in the second main body 10B. The passage 13C communicates with the
The
[0033]
On the other hand, the third rotary seal ring 6B which is in close contact with the third seal surface 6A3 of the third fixed seal ring 6A is formed in an L-shaped cross section, and the cylindrical inner peripheral surface 6B1 is fitted to the
The third seal surface 6B3 provided on the end face of the third rotary seal ring 6B is in close contact with the third seal surface 6A3 of the second fixed seal ring 6A. The third rotary seal ring 6B is rotated by being held by a drive pin provided on the
Further, a packing 17 for sealing between the outer peripheral surface of the third rotary sealing ring 6B and the
[0034]
Two
[0035]
In the
A vacuum device (not shown) communicates with the outside of the first fluid passage 14A by piping. Then, the polished processed product or the like is vacuum-adsorbed through the
In particular, the
[0036]
The
Further, a flange portion is formed at a lower portion of the
[0037]
FIG. 3 is a sectional view of the second rotary joint 30 for supplying air. FIG. 4 is a plan view of the upper part of the second rotary joint 30 of FIG.
3 and 4, a
Further, a
Further, a
[0038]
On the other hand, the second
Further, a second
The
The outer peripheral surface of the
[0039]
The assembly of the first rotary joint 1 and the second rotary joint 30 configured as described above is the assembled rotary joint A. In this assembled rotary joint A, as an example, the slurry fluid flowing through all the
This slurry fluid contains a high concentration of the abrasive in order to polish the surface of the liquid crystal glass with the abrasive.
If the
[0040]
The first rotary joint 1 has the structure of the first rotary seal ring 3, the second
Further, since the
Further, since the cooling water circulates from the outer periphery of the
The assembled rotary joint A is also used for polishing semiconductor wafers and the like. Further, the
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the assembled rotary joint of this invention, the 1st rotary joint is made upstream and it has the effect of connecting a 2nd rotary joint to a 1st rotary joint by the effect which can be made small.
The first rotary seal ring having a structure in which a slurry seal surface is provided at one end and a fluid seal surface is provided at the other end and pressed against the first fixed seal ring by a spring means provided in the mechanical seal has a shorter axial length. In addition to this, there is an effect that the fitting and holding of the rotating shaft can be simplified. With these configurations, it is possible to reduce the axial length of the first fixed sealing ring and the first rotary sealing ring even if the flow passage has a large diameter. Therefore, the flow passage is not clogged with the slurry fluid, and the wear of the flow passage can be prevented.
Further, there is an effect that the polishing speed can be improved by increasing the flow of the slurry fluid flowing through the flow passage.
In this way, the first rotary joint exhibits a durable ability even when a fluid under severe conditions is flowed.
[0042]
On the other hand, the second rotary joint to which the first rotary joint is connected does not have the first mechanical seal that crosses the rotation axis, and is made to flow air or water with good conditions. become. For this reason, a large number of fluid passages can be formed in the second rotary joint even with a small-diameter rotary shaft. As a result, by classifying the conditions of the fluid into the first rotary joint and the second rotary joint, it is possible to obtain a multi-path assembled rotary joint in which a large number of fluid passages can be easily provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a polishing machine in a state where an assembly rotary joint according to an embodiment of the present invention is attached to the polishing machine.
FIG. 2 is a sectional view of one first rotary joint of an assembled rotary joint according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view of a second rotary joint attached to a lower end of the first rotary joint according to the present invention.
FIG. 4 is a plan view of a second rotary joint of FIG. 3;
FIG. 5 is a sectional view of a conventional rotary joint.
FIG. 6 is a cross-sectional view of another conventional rotary joint.
[Explanation of symbols]
A Assembly Rotary Joint 1
17
Claims (3)
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