JP2007278424A - Rotary joint - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガス等の流体を相対回転部材間において流動させるために使用されるロータリジョイントに関するものである。 The present invention relates to a rotary joint used for flowing a fluid such as a gas between relative rotating members.
例えば、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法による半導体ウエハの表面研磨処理は、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ウエハ加圧用の圧縮空気を供給したり、ウエハ，定盤を吸着するために真空吸引したりすることがある。このため、ＣＭＰ法による表面研磨装置（以下「ＣＭＰ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での流体流動を遺漏なく良好に行なうロータリジョイントが必要となる。 For example, the surface polishing treatment of a semiconductor wafer by CMP (Chemical Mechanical Polishing) is performed by rotating the turntable and the top ring separately and independently with the semiconductor wafer sandwiched therebetween. In such a case, compressed air for wafer pressurization may be supplied from the turntable or top ring, or vacuum suction may be performed to adsorb the wafer and the surface plate. For this reason, in a surface polishing apparatus using CMP (hereinafter referred to as “CMP apparatus”), the fluid flow between the CMP apparatus main body and the turntable or top ring rotatably supported by the CMP apparatus is excellent. A rotary joint is required.
而して、かかるロータリジョイントとしては、ケース体とこれに回転自在に連結された回転軸体との対向周面部間に、軸線方向に並列配設された複数の端面接触形メカニカルシールで区画シールされた複数のシール空間を形成して、ケース体と回転軸体との間に、両体に夫々形成した通路をシール空間を介して連通接続してなる一連の複数の流路を形成するように構成されたもの（以下「従来ジョイント」という）が周知である（例えば、特許文献１の図１を参照）。 Thus, as such a rotary joint, a partition seal is formed by a plurality of end surface contact type mechanical seals arranged in parallel in the axial direction between the opposing peripheral surface portions of the case body and the rotary shaft body rotatably connected thereto. A plurality of sealed spaces are formed, and a series of a plurality of flow paths are formed between the case body and the rotary shaft body by connecting the passages formed in both bodies through the seal space. (Hereinafter referred to as “conventional joint”) is well known (see, for example, FIG. 1 of Patent Document 1).
しかし、かかる従来ジョイントにあっては、各メカニカルシールとして、回転軸体に固定保持された回転密封環とケース体に軸線方向に移動可能に且つ相対回転不能に保持された静止密封環とを相対回転摺接するように構成された端面接触形のものが使用されているため、例えば、流路がガス流路として使用される場合（例えば、加圧空気を供給させる場合）や真空吸引路として使用される場合（例えば、ＣＭＰ装置にあって定盤を真空吸着させる場合又は研磨残渣液を吸引排出させる場合）には、メカニカルシールがドライ運転となるため、密封環の相対回転摺接面（密封端面）に異常発熱や異常摩耗を生じて、シール空間のシールを長期に亘って良好にシールすることができず、シール寿命が極めて短いといった問題があった。なお、かかる問題を解決するために、フラッシング等の冷却手段を設けて密封端面の冷却及び潤滑を図るように工夫することも試みられているが、このような冷却手段を設けておくことはロータリジョイント構造及び付属機器の複雑化，大型化を招来するといった新たな問題が生じる。 However, in such a conventional joint, as each mechanical seal, a rotary seal ring fixedly held on the rotary shaft body and a stationary seal ring held on the case body so as to be movable in the axial direction and non-rotatably relative are relatively provided. Since the end-contact type that is configured to be in sliding contact is used, for example, when the flow path is used as a gas flow path (for example, when pressurized air is supplied) or used as a vacuum suction path When it is performed (for example, when a surface plate is vacuum-adsorbed or a polishing residue liquid is sucked and discharged in a CMP apparatus), since the mechanical seal is in a dry operation, the relative rotational sliding contact surface (sealing) of the sealing ring is performed. There is a problem that abnormal heat generation or abnormal wear occurs on the end face, the seal in the seal space cannot be satisfactorily sealed over a long period of time, and the seal life is extremely short. In order to solve such a problem, attempts have been made to provide cooling means such as flushing so as to cool and lubricate the sealed end face. However, providing such a cooling means is not recommended. New problems arise, such as the complexity and size of the joint structure and accessories.
また、従来ロータリジョイントで使用される各メカニカルシールにあっては、静止密封環の外周部に係合凹部を形成すると共に、ケース体に、これに形成したねじ孔又は圧入孔に基端部をねじ込み又は圧入させることにより、ドライブピンを取り付けて、このドライブピンの先端部分を静止密封環の係合凹部に軸線方向相対移動可能に係合させることによって、静止密封環の追従性を確保しつつ（つまりケース体に対する軸線方向への所定範囲での相対移動を許容しつつ）ケース体に対する相対回転を阻止するように工夫されている（例えば、特許文献１の図１及び段落番号［００１８］の記載を参照）。 Further, in each mechanical seal used in a conventional rotary joint, an engagement recess is formed in the outer peripheral portion of the stationary seal ring, and a base end portion is formed in a screw hole or press-fitting hole formed in the case body. The drive pin is attached by screwing or press-fitting, and the distal end portion of the drive pin is engaged with the engagement recess of the stationary seal ring so as to be movable in the axial direction, while ensuring the followability of the stationary seal ring. In other words, the invention is devised to prevent relative rotation with respect to the case body (while allowing relative movement in a predetermined range in the axial direction with respect to the case body) (for example, in FIG. 1 and paragraph number [0018] of Patent Document 1). See description).
しかし、このような静止密封環のドライブピンによる回転阻止機構にあっては、ドライブピンがケース体に片持ち支持されているにすぎないことから、次のような問題が生じ、良好なメカニカルシール機能を長期に亘って安定して発揮させることが困難であった。 However, in such a mechanism for preventing rotation by the drive pin of the stationary sealing ring, the drive pin is only cantilevered by the case body. It has been difficult to exert its function stably over a long period of time.
すなわち、ドライブピンは、その基端部をケース体に形成したねじ孔又は圧入孔にねじ込み又は圧入させているにすぎないから、静止密封環に係合する先端部に曲げモーメントが作用した場合、基端部とねじ孔又は圧入孔との間に緩みを生じたり、ドライブピンが曲がったりする虞れがあり、ドライブピンによる静止密封環の回転阻止機能（以下「ドライブピン機能」という）が安定して発揮されない。このような状態となると、静止密封環と回転密封環との相対回転によるシール機能が良好に発揮されなくなる。さらに、このような状態で使用を継続すると、ドライブピンがケース体から脱落したり、ねじ孔又は圧入孔にねじ込み又は圧入されているドライブピンの基端部が折損，破損し、その結果、ドライブピン機能が完全に喪失して当該シール機能が発揮されなくなる。 That is, since the drive pin is only screwed or press-fitted into the screw hole or press-fitting hole formed in the case body at the base end part, when a bending moment acts on the tip part engaged with the stationary seal ring, There is a risk of loosening between the base end and the screw hole or press-fitting hole, or the drive pin may bend, and the rotation prevention function (hereinafter referred to as “drive pin function”) of the stationary seal ring by the drive pin is stable. It is not demonstrated. In such a state, the sealing function due to the relative rotation between the stationary seal ring and the rotary seal ring is not satisfactorily exhibited. Furthermore, if the use is continued in such a state, the drive pin falls off from the case body, or the base end portion of the drive pin screwed or press-fitted into the screw hole or the press-fitting hole is broken or damaged. The pin function is completely lost, and the seal function is not exhibited.
このように、ドライブピンはメカニカルシール全体からすれば極く軽微な構成材であり、その機能（ドライブピンにより静止密封環の相対回転を阻止する機能であり、以下「ドライブピン機能」という）も軽視されがちであるが、メカニカルシールのシール機能に大きな影響を与えるものであり、ドライブピン機能が喪失すれば、メカニカルシール全体の交換，修理が必要となる。このような問題は、特に、従来ジョイントのように複数のメカニカルシールを並列配置する多流路形ロータリジョイントにあっては顕著である。けだし、１つのメカニカルシールにおけるドライブピン機能の低下，喪失がメカニカルシール装置全体の機能低下，機能喪失に直結するからである。 In this way, the drive pin is a very light component material from the whole mechanical seal, and its function (function to prevent relative rotation of the stationary seal ring by the drive pin, hereinafter referred to as “drive pin function”) Although it tends to be neglected, it greatly affects the sealing function of the mechanical seal, and if the drive pin function is lost, the entire mechanical seal must be replaced and repaired. Such a problem is particularly remarkable in a multi-channel rotary joint in which a plurality of mechanical seals are arranged in parallel as in a conventional joint. However, a decrease or loss of the drive pin function in one mechanical seal is directly linked to a decrease or loss of the function of the entire mechanical seal device.
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、流路をシールするための端面接触形メカニカルシールがドライ運転されるような状況下においても、冷却手段を設けることなく、密封端面の異常発熱，異常摩耗を効果的に防止することができ、信頼性，機能性，耐久性に富む極めて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。 The present invention has been made in view of such a point, and even in a situation where an end surface contact type mechanical seal for sealing a flow path is dry-operated, the cooling end surface is not provided without providing a cooling means. An object of the present invention is to provide a highly practical rotary joint that can effectively prevent abnormal heat generation and abnormal wear and has high reliability, functionality, and durability.
本発明は、上記の目的を達成すべく、ケース体とこれに回転自在に連結した回転軸体との対向周面部間に、各々が回転軸体の外周部に固定された回転密封環とケース体の内周部に軸線方向に移動可能に保持された静止密封環とを相対回転摺接させるように構成された第１〜第４周面側メカニカルシールを、軸線方向に並列状に配設し、
両体の軸線方向における対向端面部に、回転軸体の端面部に固定された固定密封環とケース体の端面部に軸線方向に移動可能に保持された可動密封環とを相対回転摺接させるように構成された端面側メカニカルシールを配設し、
ケース体と回転軸体との間に、両体に夫々形成した通路を第１及び第２周面側メカニカルシール間に形成された第１シール空間に開口させてなる第１流路と両体に夫々形成した通路を第３及び第４周面側メカニカルシール間に形成された第２シール空間に開口させてなる第２流路と両体に夫々形成した通路を端面側メカニカルシールの密封環内（密封環の内周部領域）に開口させてなる第３流路とを形成し、
各メカニカルシールにおける両密封環の相対回転摺接面の一方に、潤滑材を保持させた潤滑材保持用凹部を形成すると共に、
第２周面側メカニカルシール及びこれに隣接する第３周面側メカニカルシールにおける各静止密封環の外周部に形成した係合凹部に係合させたドライブピンを、当該係合凹部に係合する箇所の両側において、ケース体に支持させることにより、当該静止密封環のケース体に対する相対回転を阻止するように構成してあることを特徴とするロータリジョイントを提案する。好ましい実施の形態にあっては、第２周面側メカニカルシールにおけるドライブピンと第３周面側メカニカルシールにおけるドライブピンとが１本のドライブバーで兼用される。また、第１〜第３流路は、ガス流動路及び／又は真空吸引路として使用することができる。
In order to achieve the above object, the present invention provides a rotary sealing ring and a case each fixed to the outer peripheral portion of the rotary shaft body between the opposing peripheral surface portions of the case body and the rotary shaft body rotatably connected thereto. The first to fourth peripheral surface side mechanical seals configured to be in relative rotational sliding contact with the stationary seal ring held movably in the axial direction on the inner peripheral portion of the body are arranged in parallel in the axial direction. And
A fixed sealing ring fixed to the end surface portion of the rotating shaft body and a movable sealing ring held movably in the axial direction on the end surface portion of the case body are brought into relative rotational sliding contact with opposite end surface portions in the axial direction of both bodies. An end face side mechanical seal configured as described above is disposed,
A first flow path formed by opening a passage formed in both bodies between the case body and the rotary shaft body into a first seal space formed between the first and second peripheral surface side mechanical seals, and both bodies The passages formed respectively in the second and second bodies are opened in the second seal space formed between the third and fourth circumferential surface side mechanical seals, and the passages formed in both bodies are respectively used as the sealing ring of the end surface side mechanical seal. Forming a third flow path that is opened inside (inner peripheral region of the sealing ring),
On one of the relative rotational sliding contact surfaces of both seal rings in each mechanical seal, and forming a lubricant holding recess for holding the lubricant,
The drive pin engaged with the engagement recess formed in the outer peripheral portion of each stationary seal ring in the second peripheral surface side mechanical seal and the third peripheral surface side mechanical seal adjacent thereto is engaged with the engagement recess. A rotary joint is proposed which is configured to prevent relative rotation of the stationary sealing ring with respect to the case body by supporting the stationary seal ring on both sides of the location. In the preferred embodiment, the drive pin in the second circumferential surface side mechanical seal and the drive pin in the third circumferential surface side mechanical seal are combined with one drive bar. The first to third flow paths can be used as gas flow paths and / or vacuum suction paths.
ところで、ケース体と回転軸体との対向周面部間及び対向端面部間に配設される各メカニカルシールにあって、密封環の相対回転摺接面たる密封端面の一方に形成しておく潤滑材保持用凹部は、密封端面の相対回転摺接作用によるシール機能を妨げないことを条件として任意形状とされるが、一般には、密封環と同心をなす環状凹溝としておくことが好ましい。潤滑材としては、流路を流動させる流体の性状等の使用条件に応じて適宜に選定することができ、適当粘度の液体潤滑材（例えば、タービンオイル，エンジンオイル，弗素系オイル等）又は固体潤滑材（例えば、自己潤滑性を有する樹脂材料（例えば弗素系樹脂材）や潤滑材を含浸させた多孔質材等からなるもの）を使用することができる。また、必要に応じて、密封端面における潤滑材保持用凹部以外の部分に適宜の潤滑材（例えば、タービンオイルや弗素系オイル等）を塗布しておくことが可能である。液体潤滑材を使用する場合、密封端面の材質に応じたものを使用することが好ましい。例えば、密封端面がカーボン等で形成されている場合にはタービンオイル等を使用し、密封端面が弗素系の樹脂材で形成されている場合には弗素系オイル等を使用することが好ましい。 By the way, in each mechanical seal disposed between the opposed peripheral surface portions and the opposed end surface portions of the case body and the rotating shaft body, lubrication is formed on one of the sealed end surfaces which are the relative rotational sliding contact surfaces of the sealing ring. The material holding recess is arbitrarily shaped as long as it does not hinder the sealing function due to the relative rotational sliding contact of the sealing end face, but in general, it is preferably an annular groove that is concentric with the sealing ring. The lubricant can be appropriately selected according to the use conditions such as the properties of the fluid flowing in the flow path, and can be a liquid lubricant (eg, turbine oil, engine oil, fluorine-based oil, etc.) having an appropriate viscosity or solid. A lubricant (for example, a resin material having a self-lubricating property (for example, a fluorine-based resin material) or a porous material impregnated with a lubricant) can be used. Further, if necessary, an appropriate lubricant (for example, turbine oil, fluorine-based oil, etc.) can be applied to a portion other than the lubricant retaining recess on the sealed end face. When using a liquid lubricant, it is preferable to use a material corresponding to the material of the sealed end face. For example, it is preferable to use turbine oil or the like when the sealed end face is made of carbon or the like, and to use fluorine oil or the like when the sealed end face is made of a fluorine-based resin material.
本発明のロータリジョイントにあっては、各メカニカルシールの密封端面（相対回転摺接面）の一方に潤滑材を保持させた潤滑材保持用凹部を形成しておくことによって、当該メカニカルシールが端面接触形のものであるにも拘わらず、ガスを流動させたり真空吸引させるといったドライ条件下で使用する場合にも、密封端面の異常発熱，異常摩耗を効果的に防止することができる。また、第１〜第４周面側メカニカルシールのうち、第１及び第４周面側メカニカルシール間に位置してメンテナンスが困難な中央位置の第２及び第３周面側メカニカルシールにおいて、静止密封環に係合するドライブピンが、その係合部分の両側においてケース体に支持されていることから、冒頭で述べた如くすべてのメカニカルシールのドライブピンを片持ち支持構造とした場合のような問題を生じず、ドライブピン機能（ドライブピンによる静止密封環の回転阻止機能）を安定して発揮させることができる。したがって、本発明によれば、信頼性，機能性，耐久性に富む極めて実用的なロータリジョイントを提供することができる。また、第２及び第３周面側メカニカルシールのドライブピンを１本のドライブバーで兼用構成しておくことによって、従来ジョイントのようにメカニカルシール毎にドライブピンを設けておく場合に比して、メカニカルシールないしロータリジョイントの装置構造を大幅に簡略化することができ、製作経済上、極めて有利である。また、並列するメカニカルシール群の中間に位置するために第１及び第４周面側メカニカルシールに比してメンテナンスが困難である第２及び第３周面側メカニカルシールのドラブピンを両端支持構造としたことによって、第１〜第４周面側メカニカルシールすべてのドライブピンを冒頭で述べた如き不安定な片持ち支持構造とした場合に比して、メンテナンスも極めて容易となる。 In the rotary joint of the present invention, by forming a lubricant holding recess for holding the lubricant on one of the sealed end faces (relative rotational sliding contact surfaces) of each mechanical seal, the mechanical seal is end faced. In spite of the contact type, abnormal heat generation and abnormal wear of the sealed end face can be effectively prevented even when used under dry conditions such as flowing gas or vacuuming. In addition, among the first to fourth circumferential surface side mechanical seals, the second and third circumferential surface side mechanical seals located between the first and fourth circumferential surface side mechanical seals and difficult to maintain are stationary. Since the drive pin that engages with the seal ring is supported by the case body on both sides of the engagement portion, as described at the beginning, all the drive pins of the mechanical seal have a cantilevered support structure. A drive pin function (rotation prevention function of a stationary seal ring by a drive pin) can be stably exhibited without causing a problem. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an extremely practical rotary joint that is rich in reliability, functionality, and durability. Also, by combining the drive pins of the second and third peripheral surface side mechanical seals with a single drive bar, compared to the case where a drive pin is provided for each mechanical seal as in the conventional joint. The structure of the mechanical seal or rotary joint can be greatly simplified, which is extremely advantageous in terms of production economy. In addition, since it is located in the middle of the parallel mechanical seal group, the maintenance pins are difficult to maintain as compared with the first and fourth circumferential surface side mechanical seals. As a result, the maintenance becomes extremely easy as compared to the case where the drive pins of all the first to fourth circumferential surface side mechanical seals are made to be an unstable cantilever support structure as described at the beginning.
図１は本発明に係るロータリジョイントの一例を示す縦断正面図であり、図２及び図３は当該ロータリジョイントの要部を示す縦断正面図であり、図４は当該ロータリジョイントの横断底面図（断面は図１のIV−IV線に沿う）である。なお、以下の説明において、上下とは図１〜図３における上下をいうものとする。 FIG. 1 is a longitudinal front view showing an example of a rotary joint according to the present invention, FIG. 2 and FIG. 3 are longitudinal front views showing main parts of the rotary joint, and FIG. 4 is a transverse bottom view of the rotary joint ( The cross section is along line IV-IV in FIG. In the following description, “upper and lower” refers to the upper and lower sides in FIGS.
図１に示すロータリジョイントは、ＣＭＰ装置における固定側部材である装置本体と回転側部材であるトップリング又はターンテーブルとの間で複数種のガスを各別に流動させる場合（真空吸引を含む）に使用される多流路形のロータリジョイントである。 The rotary joint shown in FIG. 1 is used when a plurality of types of gases are separately flowed (including vacuum suction) between an apparatus main body that is a stationary member in a CMP apparatus and a top ring or turntable that is a rotating member. This is a multi-channel rotary joint used.
すなわち、このロータリジョイントは、図１に示す如く、固定側部材（例えば、ＣＭＰ装置本体）に取り付けられる筒状のケース体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）に取り付けられる回転軸体２と、両体１，２の対向周面部間に軸線方向（上下方向）に並列状に配設された第１〜第４周面側メカニカルシール４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと、両体１，２の軸線方向における対向端面部間に配設された端面側メカニカルシール３３と、両部材（固定側部材及び回転側部材）に形成された流体通路間を相対回転自在に接続するための第１〜第３流路３ａ，３ｂ，１０３とを具備するものである。 That is, as shown in FIG. 1, the rotary joint is attached to a cylindrical case body 1 attached to a fixed side member (for example, a CMP apparatus main body) and a rotation side member (for example, a top ring or a turntable of the CMP apparatus). First to fourth circumferential surface side mechanical seals 4a, 4b, 4c, 4d arranged in parallel in the axial direction (vertical direction) between the rotating shaft body 2 to be attached and the opposed circumferential surface portions of both bodies 1 and 2. And an end surface side mechanical seal 33 disposed between opposing end surface portions in the axial direction of both bodies 1 and 2 and a fluid passage formed in both members (fixed side member and rotating side member) to be relatively rotatable. 1st-3rd flow path 3a, 3b, 103 for connecting is comprised.
ケース体１は、図１に示す如く、上端部を閉塞した筒構造体であり、ＣＭＰ装置本体等の固定側部材に取り付けられる。ケース体１の内周部には、後述する如く、軸線方向（上下方向）に一定間隔を隔てて並列する一対の環状支持壁１０，１０が突設されている。 As shown in FIG. 1, the case body 1 is a cylindrical structure whose upper end is closed, and is attached to a fixed member such as a CMP apparatus main body. As will be described later, a pair of annular support walls 10, 10 juxtaposed in the axial direction (vertical direction) with a constant interval is provided on the inner peripheral portion of the case body 1.
回転軸体２は、図１に示す如く、円柱状の本体１２と、これに軸線方向（上下方向）に所定間隔を隔てて並列状に嵌合固定された複数の保持筒１３…，１４とで構成されており、上下ベアリング１５ａ，１５ｂによりケース体１の内周部に同心状をなして回転自在に支持されている。なお、最上位に位置する保持筒１４は、本体１２の上端部に固着されたベアリング受部に構成されている。また、ベアリング１５ａ，１５ｂは、ベアリング受部１４の外周部とケース体１の上端内周部との間及び本体１２の下端外周部とケース体１の下端内周部との間に介装されている。 As shown in FIG. 1, the rotary shaft body 2 includes a cylindrical main body 12 and a plurality of holding cylinders 13, 14 that are fitted and fixed in parallel to each other at a predetermined interval in the axial direction (vertical direction). The upper and lower bearings 15a and 15b are rotatably supported concentrically on the inner periphery of the case body 1. The uppermost holding cylinder 14 is configured as a bearing receiving portion fixed to the upper end portion of the main body 12. The bearings 15 a and 15 b are interposed between the outer peripheral portion of the bearing receiving portion 14 and the upper end inner peripheral portion of the case body 1 and between the lower end outer peripheral portion of the main body 12 and the lower end inner peripheral portion of the case body 1. ing.
第１流路３ａは、図１及び図２に示す如く、両体１，２の対向周面部間に形成された環状空間であって上位の第１周面側メカニカルシール４ａとこれに隣接する下位の第２周面側メカニカルシール４ｂとでシールされた第１シール空間５ａと、回転軸体２に形成されて第１シール空間５ａに開口する通路（以下「第１軸側通路」という）６ａと、ケース体１に形成されて第１シール空間５ａに開口する通路（以下「第１ケース側通路」という）７ａとからなり、ガス等の第１流体２８ａを流動させるガス流動路又は真空吸引路として使用される。 As shown in FIGS. 1 and 2, the first flow path 3a is an annular space formed between the opposed peripheral surface portions of the two bodies 1 and 2, and is adjacent to the upper first peripheral surface side mechanical seal 4a. A first seal space 5a sealed with a lower second circumferential surface side mechanical seal 4b, and a passage formed in the rotary shaft body 2 and opened to the first seal space 5a (hereinafter referred to as “first shaft side passage”). 6a and a passage 7a formed in the case body 1 and opened to the first seal space 5a (hereinafter referred to as "first case side passage") 7a, and a gas flow path or vacuum for flowing the first fluid 28a such as gas. Used as a suction path.
第２流路３ｂは、図１及び図３に示す如く、両体１，２の対向周面部間に形成された環状空間であって上位の第３周面側メカニカルシール４ｃとこれに隣接する下位の第４周面側メカニカルシール４ｄとでシールされた第２シール空間５ｂと、回転軸体２に形成されて第２シール空間５ｂに開口する通路（以下「第２軸側通路」という）６ｂと、ケース体１に形成されて第２シール空間５ｂに開口する通路（以下「第２ケース側通路」という）７ｂとからなり、ガス等の第２流体２８ｂを流動させるガス流動路又は真空吸引路として使用される。 As shown in FIGS. 1 and 3, the second flow path 3b is an annular space formed between the opposed peripheral surface portions of the two bodies 1 and 2, and is adjacent to the upper third peripheral surface side mechanical seal 4c. The second seal space 5b sealed with the lower fourth circumferential surface side mechanical seal 4d, and a passage formed in the rotary shaft body 2 and opened to the second seal space 5b (hereinafter referred to as “second shaft side passage”). 6b and a passage 7b formed in the case body 1 and opening to the second seal space 5b (hereinafter referred to as "second case side passage") 7b, and a gas flow path or vacuum for flowing the second fluid 28b such as gas. Used as a suction path.
第１シール空間５ａをシールする第１及び第２周面側メカニカルシール４ａ，４ｂ（以下、両メカニカルシール４ａ，４ｂを「第１シールユニット」という）は、第２シール空間５ｂをシールする第３及び第４周面側メカニカルシール４ｃ，４ｄ（以下、両メカニカルシール４ｃ，４ｄを「第２シールユニット」という）より上位に配置されており、第３周面側メカニカルシール４ｃは、第２周面側メカニカルシール４ｂの下位においてこれに隣接している。第１及び第２シールユニットは、図１に示す如く、各々、一対のメカニカルシール４ａ，４ｂ（又は４ｃ，４ｄ）を上下方向に向きを反対とする形態で配置したものである。第１〜第４周面側メカニカルシール４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、第１及び第３周面側メカニカルシール４ａ，４ｃと第２及び第４周面側メカニカルシール４ｂ，４ｄとで両密封環の配置形態が上下逆になっている点を除いて同一構造をなすものであり、各々、図１〜図３に示す如く、回転軸体２に固定された回転密封環８とケース体１に軸線方向（上下方向）に移動可能に保持された静止密封環９と静止密封環９を回転密封環８へと押圧附勢するスプリング２５とからなり、両密封環８，９の相対回転摺接によりシール空間５ａ，５ｂをシールするように構成された端面接触形のものである。なお、各回転密封環８は炭化珪素等の硬質材で構成されており、各静止密封環９は回転密封環８の構成材より軟質のカーボン等で構成されている。 The first and second peripheral surface side mechanical seals 4a and 4b (hereinafter, both mechanical seals 4a and 4b are referred to as “first seal unit”) for sealing the first seal space 5a are used to seal the second seal space 5b. 3 and the fourth peripheral surface side mechanical seals 4c, 4d (hereinafter, both mechanical seals 4c, 4d are referred to as “second seal unit”), and the third peripheral surface side mechanical seal 4c is the second It is adjacent to the lower side of the peripheral surface side mechanical seal 4b. As shown in FIG. 1, each of the first and second seal units is a unit in which a pair of mechanical seals 4a and 4b (or 4c and 4d) are arranged in opposite directions in the vertical direction. The first to fourth peripheral surface side mechanical seals 4a, 4b, 4c, 4d are both sealed with the first and third peripheral surface side mechanical seals 4a, 4c and the second and fourth peripheral surface side mechanical seals 4b, 4d. Except for the fact that the arrangement of the rings is upside down, they have the same structure. As shown in FIGS. 1 to 3, the rotary seal ring 8 fixed to the rotary shaft 2 and the case body 1, respectively. The stationary sealing ring 9 is held so as to be movable in the axial direction (vertical direction) and a spring 25 that presses and urges the stationary sealing ring 9 against the rotary sealing ring 8. It is an end face contact type configured to seal the seal spaces 5a and 5b by contact. Each rotary seal ring 8 is made of a hard material such as silicon carbide, and each stationary seal ring 9 is made of softer carbon than the constituent material of the rotary seal ring 8.
各回転密封環８は、図１に示す如く、回転軸体２の本体１２に嵌合させると共に、本体１２の下端段部１９と保持筒１３との間又は隣接する保持筒１３，１４間に軸線方向に挟圧させることにより、回転軸体２に固定されている。各回転密封環８は回転軸体２の軸線と同心をなす円環状板であり、図２又は図３に示す如く、各シールユニットを構成する両回転密封環８，８の対向端面を軸線に直交する平滑な環状平面である密封端面（以下「第１密封端面」という）２１，２１に構成してある。 As shown in FIG. 1, each rotary seal ring 8 is fitted to the main body 12 of the rotary shaft body 2 and between the lower end step portion 19 of the main body 12 and the holding cylinder 13 or between the adjacent holding cylinders 13 and 14. It is fixed to the rotating shaft body 2 by being clamped in the axial direction. Each rotary seal ring 8 is an annular plate concentric with the axis of the rotary shaft 2, and as shown in FIG. 2 or FIG. 3, the opposing end faces of the rotary seal rings 8 and 8 constituting each seal unit are used as axes. The sealing end faces (hereinafter referred to as “first sealing end faces”) 21 and 21 which are orthogonal and smooth annular planes are configured.
各環状支持壁１０は、図１〜図３に示す如く、各シールユニットを構成する両回転密封環８，８の対向面間に位置してケース体１の内周部に突設された環状壁である。 As shown in FIGS. 1 to 3, each annular support wall 10 is an annular projecting projecting from the inner peripheral portion of the case body 1 located between the opposing surfaces of the two rotary seal rings 8, 8 constituting each seal unit. It is a wall.
各環状支持壁１０には、その上下両側に位置する回転密封環８，８の対向端面たる第１密封端面２１，２１に直対向して、上下一対の静止密封環９，９が軸線方向に移動可能に且つ相対回転不能に保持されている。すなわち、各静止密封環９は、図２又は図３に示す如く、環状支持壁１０の内周部にＯリング２２を介して軸線方向移動可能に嵌合保持されると共に、次のような回転阻止機構により所定範囲での軸線方向移動を許容する状態で回転（ケース体１に対する相対回転）を阻止されている。 Each annular support wall 10 has a pair of upper and lower stationary sealing rings 9 and 9 in the axial direction so as to be directly opposite to the first sealing end faces 21 and 21 which are opposing end faces of the rotary sealing rings 8 and 8 positioned on both upper and lower sides thereof. It is held so as to be movable and relatively non-rotatable. That is, as shown in FIG. 2 or FIG. 3, each stationary seal ring 9 is fitted and held on the inner peripheral portion of the annular support wall 10 through the O-ring 22 so as to be movable in the axial direction, and the following rotation is performed. The blocking mechanism prevents rotation (relative rotation with respect to the case body 1) while allowing movement in the axial direction within a predetermined range.
この回転阻止機構は、図１〜図４に示す如く、各静止密封環９の外周部に等間隔を隔てて形成した３つの係合凹部２３…に各々軸線方向相対移動可能に係合させた各ドライブピン２４ａ，２４ｂをケース体１に固定支持させることにより、静止密封環９のケース体１に対する相対回転を阻止するように構成されている。最上位の第１周面側メカニカルシール４ａ及び最下位の第４周面側メカニカルシール４ｄについては、各ドライブピン２４ａの基端部を環状支持壁１０に形成したねじ孔又は圧入孔にねじ込み又は圧入させており、従来ジョイントと同様に片持ち支持構造としているが、中間位の第２及び第３周面側メカニカルシール４ｂ，４ｃについては、各ドライブピン２４ｂを係合凹部２３に係合する箇所の上下両側においてケース体１に固定支持させた両端支持構造としてある。この例では、第２周面側メカニカルシール４ｂの各ドライブピン２４ｂと第３周面側メカニカルシール４ｃの各ドライブピン２４ｂとを、各々、１本のドライブバー２４により兼用させている。すなわち、上下方向に長尺な断面円形棒であるドライブバー２４の両端部を、図１に示す如く、両環状支持壁１０，１０の軸線方向における対向端面部に形成した凹部に嵌合支持させると共に、当該ドライブバー２４の中間部を両メカニカルシール４ｂ，４ｃの静止密封環９，９に軸線方向相対移動可能に係合させてある。 As shown in FIGS. 1 to 4, this rotation prevention mechanism is engaged with three engaging recesses 23 formed at equal intervals on the outer periphery of each stationary sealing ring 9 so as to be axially movable relative to each other. The drive pins 24a and 24b are fixedly supported on the case body 1 so as to prevent relative rotation of the stationary seal ring 9 with respect to the case body 1. For the uppermost first circumferential surface side mechanical seal 4a and the lowermost fourth circumferential surface side mechanical seal 4d, the base end portion of each drive pin 24a is screwed into a screw hole or press-fitting hole formed in the annular support wall 10 or It is press-fitted and has a cantilevered support structure as in the conventional joint, but the second and third peripheral surface side mechanical seals 4b, 4c are engaged with the respective drive pins 24b in the engagement recesses 23. Both end support structures are fixed to and supported by the case body 1 on both the upper and lower sides. In this example, each drive pin 24 b of the second circumferential surface side mechanical seal 4 b and each drive pin 24 b of the third circumferential surface side mechanical seal 4 c are shared by one drive bar 24. That is, both end portions of the drive bar 24, which is a circular bar having a long cross section in the vertical direction, are fitted and supported in recesses formed in opposing end surface portions in the axial direction of the two annular support walls 10, 10, as shown in FIG. At the same time, the intermediate portion of the drive bar 24 is engaged with the stationary sealing rings 9 and 9 of both mechanical seals 4b and 4c so as to be movable in the axial direction.
このようにドライブピン２４ａ，２４ｂによりケース体１に軸線方向移動可能且つ回転不能に保持された各静止密封環９は、複数のコイルスプリング２５…により、回転密封環８へと押圧附勢されている。すなわち、各スプリング２５は、図１〜図３に示す如く、環状支持壁１０に形成した貫通孔２６に挿通保持された状態で、環状支持壁１０に保持された静止密封環９，９間に介挿されていて、当該両静止密封環９，９に共通の附勢手段として機能するように工夫されている。各静止密封環９の端面は、スプリング２５…により第１密封端面２１にこれと同心をなして押圧接触される円環状の第２密封端面２７に構成されている。 The stationary sealing rings 9 that are axially movable and non-rotatable in the case body 1 by the drive pins 24a and 24b are pressed and urged to the rotating sealing ring 8 by a plurality of coil springs 25. Yes. That is, as shown in FIGS. 1 to 3, each spring 25 is inserted and held in a through hole 26 formed in the annular support wall 10, and between the stationary sealing rings 9 and 9 held on the annular support wall 10. It is inserted and devised to function as a biasing means common to the stationary seal rings 9 and 9. The end face of each stationary sealing ring 9 is configured as an annular second sealing end face 27 that is pressed and contacted with the first sealing end face 21 by springs 25.
回転軸体２には、図１〜図４に示す如く、相互に交差することなく各シール空間５ａ，５ｂに開口する第１及び第２軸側通路６ａ，６ｂが形成されている。すなわち、図１に示す如く、各軸側通路６ａ，６ｂの一端部は回転軸体２の外周部から保持筒１３を貫通してシール空間５ａ，５ｂに開口されており、その他端部は本体１２の下端部に開口されていて、前記回転側部材（トップリング又はターンテーブル）に形成した回転側流路に接続される。 As shown in FIGS. 1 to 4, the rotary shaft body 2 is formed with first and second shaft-side passages 6 a and 6 b that open to the seal spaces 5 a and 5 b without intersecting each other. That is, as shown in FIG. 1, one end of each of the shaft-side passages 6a and 6b passes through the holding cylinder 13 from the outer periphery of the rotary shaft 2 and is opened to the seal spaces 5a and 5b, and the other end is the main body. 12 is opened at the lower end portion and is connected to a rotation-side flow path formed in the rotation-side member (top ring or turntable).
ケース体１には、図１に示す如く、相互に交差しない第１及び第２ケース側通路７ａ，７ｂが径方向に貫通形成されている。各ケース側通路７ａ，７ｂの一端部は環状支持壁１０を貫通してシール空間５ａ，５ｂに開口されており、その他端部はケース体１の外周部に開口されていて、前記固定側部材（ＣＭＰ装置本体）に形成した固定側流路に接続される。 As shown in FIG. 1, the case body 1 is formed with first and second case side passages 7 a and 7 b that do not cross each other in a radial direction. One end portion of each case side passage 7a, 7b passes through the annular support wall 10 and is opened to the seal space 5a, 5b, and the other end portion is opened to the outer peripheral portion of the case body 1, and the fixed side member It is connected to a fixed-side flow path formed in the (CMP apparatus main body).
したがって、両体１，２には、第１軸側通路６ａと第１ケース側通路７ａとを第１シール空間５ａにより相対回転自在に接続してなる第１流路３ａ及び第２軸側通路６ｂと第２ケース側通路７ｂとを第２シール空間５ｂにより相対回転自在に接続してなる第２流路３ｂが相互に独立した形態で形成されることになり、２種（同種又は異種）の第１及び第２流体２８ａ，２８ｂを、図１に矢印で示す如くケース側通路７ａ，７ｂから軸側通路６ａ，６ｂへと、或いは当該矢印と逆方向に軸側通路６ａ，６ｂからケース側通路７ａ，７ｂへと、流動させることができる。 Accordingly, the first and second flow passages 3a and 2 are formed by connecting the first shaft side passage 6a and the first case side passage 7a to the both bodies 1 and 2 so as to be relatively rotatable by the first seal space 5a. The second flow path 3b formed by connecting the 6b and the second case side passage 7b to be relatively rotatable by the second seal space 5b is formed in a mutually independent form, and two types (same or different) The first and second fluids 28a, 28b are transferred from the case side passages 7a, 7b to the shaft side passages 6a, 6b as shown by arrows in FIG. 1, or from the shaft side passages 6a, 6b in the opposite direction to the arrows. It can be made to flow to the side passages 7a and 7b.
第３流路１０３は、図１に示す如く、第１及び第２流路３ａ，３ｂと同様にガス流動路，真空吸引路等として使用されるものであり、ケース体１に形成された通路（以下「第３ケース側通路」という）３１と回転軸体２に形成された通路（以下「第３軸側通路」という）３２とを一つの端面側メカニカルシール３３により連通接続させてなる。 As shown in FIG. 1, the third flow path 103 is used as a gas flow path, a vacuum suction path, and the like, similarly to the first and second flow paths 3 a and 3 b, and is a path formed in the case body 1. (Hereinafter referred to as “third case side passage”) 31 and a passage (hereinafter referred to as “third shaft side passage”) 32 formed in the rotary shaft body 2 are connected in communication by one end face side mechanical seal 33.
端面側メカニカルシール３３は、図１及び図２に示す如く、軸線方向における両体１，２の対向端面部間つまりケース体１の上端部と回転軸体２の上端部との間に配設されており、回転軸体２に設けた固定密封環３４とケース体１に設けた可動密封環３５とを相対回転摺接させることにより、両密封環３４，３５の内周部領域３６ａ，３６ｂを外周部領域から遮蔽シールするように構成された端面接触形のものである。なお、固定密封環３４は炭化珪素等の硬質材で構成されており、可動密封環３５は固定密封環３４の構成材より軟質のカーボン等で構成されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the end surface side mechanical seal 33 is disposed between the opposing end surface portions of the bodies 1 and 2 in the axial direction, that is, between the upper end portion of the case body 1 and the upper end portion of the rotating shaft body 2. The inner peripheral regions 36a and 36b of the two sealing rings 34 and 35 are brought into relative sliding contact with the fixed sealing ring 34 provided on the rotary shaft body 2 and the movable sealing ring 35 provided on the case body 1. Is an end face contact type configured to shield and seal from the outer peripheral region. The fixed sealing ring 34 is made of a hard material such as silicon carbide, and the movable sealing ring 35 is made of softer carbon than the constituent material of the fixed sealing ring 34.
固定密封環３４は、図２に示す如く、回転軸体２の上端部に同心状に嵌合固定されている。固定密封環３４の上端面は、軸線に直交する環状平滑面である密封端面３７に構成されている。 As shown in FIG. 2, the fixed sealing ring 34 is concentrically fitted and fixed to the upper end portion of the rotating shaft body 2. An upper end surface of the fixed sealing ring 34 is configured as a sealing end surface 37 that is an annular smooth surface orthogonal to the axis.
可動密封環３５は、図２に示す如く、ケース体１の上端部に固定密封環３４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。可動密封環３５の下端面は、軸線に直交する環状平滑面である密封端面３８に構成されている。可動密封環３５は、これとケース体１との間に介装した複数のコイルスプリング（１個のみ図示）３９により、固定密封環３４に押圧接触されている。また、可動密封環３５は、その外周部に形成した係合凹部４０に、ケース体１に固設したドライブピン４１を係合させることにより、所定範囲での軸線方向移動を許容しつつケース体１に対する相対回転を阻止されている。 As shown in FIG. 2, the movable seal ring 35 is held at the upper end of the case body 1 so as to be concentrically opposed to the fixed seal ring 34 and movable in the axial direction. The lower end surface of the movable sealing ring 35 is configured as a sealing end surface 38 which is an annular smooth surface orthogonal to the axis. The movable seal ring 35 is pressed against the fixed seal ring 34 by a plurality of coil springs (only one is shown) 39 interposed between the movable seal ring 35 and the case body 1. In addition, the movable sealing ring 35 is engaged with the engaging recess 40 formed on the outer peripheral portion of the movable sealing ring 35 by engaging the drive pin 41 fixed to the case body 1, thereby permitting movement in the axial direction within a predetermined range. Relative rotation with respect to 1 is prevented.
回転軸体２には、図１及び図２に示す如く、第１及び第２軸側通路６ａ，６ｂと交差することなく、一端部を固定密封環３４の内周部領域３６ａに開口する第３軸側通路３２が形成されている。第３軸側通路３２の他端部は前記回転側部材（トップリング又はターンテーブル）に形成した回転側流路に接続される。 As shown in FIGS. 1 and 2, the rotary shaft body 2 has a first end opened to the inner peripheral region 36 a of the fixed sealing ring 34 without intersecting the first and second shaft-side passages 6 a and 6 b. A triaxial passage 32 is formed. The other end of the third shaft side passage 32 is connected to a rotation side flow path formed in the rotation side member (top ring or turntable).
ケース体１には、図１に示す如く、第１及び第２ケース側通路７ａ，７ｂと交差することなく、一端部を可動密封環３５の内周部領域３６ｂに開口する第３ケース側通路３１が形成されている。第３ケース側通路３１の他端部は、前記固定側部材（ＣＭＰ装置本体）に形成した固定側流路に接続される。 As shown in FIG. 1, the case body 1 has a third case-side passage that opens at one end to the inner peripheral region 36 b of the movable sealing ring 35 without intersecting the first and second case-side passages 7 a and 7 b. 31 is formed. The other end of the third case side passage 31 is connected to a fixed side flow path formed in the fixed side member (CMP apparatus main body).
したがって、両体１，２には、第３ケース側通路３１と第３軸側通路３２とを両密封環３４，３５の内周部領域３６ａ，３６ｂにより相対回転自在に接続してなる第３流路１０３が形成されることになり、ガス等の第３流体４２を、図１に矢印で示す如く第３ケース側通路３１から第３軸側通路３２へと、或いは当該矢印と逆方向に第３軸側通路３２から第３ケース側通路３１へと、流動させることができる。 Therefore, the third case side passage 31 and the third shaft side passage 32 are connected to both bodies 1 and 2 by the inner peripheral regions 36a and 36b of both the sealing rings 34 and 35 so as to be relatively rotatable. The flow path 103 is formed, and the third fluid 42 such as a gas is transferred from the third case side passage 31 to the third shaft side passage 32 as shown by an arrow in FIG. 1 or in the direction opposite to the arrow. The third shaft side passage 32 can flow to the third case side passage 31.
而して、各周面側メカニカルシール４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄにおいては、図２及び図３に示す如く、密封環の相対回転摺接面たる密封端面の一方（この例では、静止密封環９の密封端面２７）に、潤滑材５１を保持させた潤滑材保持用凹部５２が形成されていて、流路３がガス流動路又は真空吸引路として使用されるようなドライ運転条件下においても、密封端面２１，２７が潤滑材５１により効果的に潤滑されるように工夫されている。また、端面側メカニカルシール３３においても、図２に示す如く、密封環の相対回転摺接面たる密封端面の一方（この例では、可動密封環３５の密封端面３８）に潤滑材５３を保持させた潤滑材保持用凹部５４が形成されている。潤滑材保持用凹部５２，５４は、密封環９，３５と同心をなす環状凹溝とされており（図４参照）、潤滑材５１，５３としては、流路３ａ，３ｂ，１０３を流動させる流体２８ａ，２８ｂ，４２の性状等の使用条件に応じて適宜に選定することができ、一般に、適当粘度の液体潤滑材（例えば、タービンオイル，エンジンオイル，弗素系オイル等）又は固体潤滑材（例えば、自己潤滑性を有する樹脂材料（例えば弗素系樹脂材）や潤滑材を含浸させた多孔質材等からなるもの）が使用される。なお、各メカニカルシール４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，３３の密封端面には、必要に応じて、適宜の潤滑材（例えば、タービンオイルや弗素系オイル等）を塗布しておいてもよい。 Thus, in each of the peripheral surface side mechanical seals 4a, 4b, 4c, 4d, as shown in FIGS. 2 and 3, one of the sealing end surfaces which are the relative rotational sliding contact surfaces of the sealing ring (in this example, the stationary sealing ring) 9 is provided with a lubricant holding recess 52 for holding the lubricant 51 in the sealed end face 27), and even under dry operation conditions in which the flow path 3 is used as a gas flow path or a vacuum suction path. The sealing end faces 21 and 27 are devised so as to be effectively lubricated by the lubricant 51. Also in the end face side mechanical seal 33, as shown in FIG. 2, the lubricant 53 is held on one of the sealing end faces (in this example, the sealing end face 38 of the movable sealing ring 35) which is the relative rotational sliding contact surface of the sealing ring. A lubricant retaining recess 54 is formed. The lubricant holding recesses 52 and 54 are annular grooves that are concentric with the seal rings 9 and 35 (see FIG. 4). The lubricants 51 and 53 flow through the flow paths 3a, 3b, and 103. The fluids 28a, 28b, and 42 can be appropriately selected according to usage conditions such as the properties of the fluids 28a, 28b, and 42. Generally, liquid lubricants having appropriate viscosity (for example, turbine oil, engine oil, fluorine-based oil, etc.) or solid lubricants ( For example, a self-lubricating resin material (for example, a fluorine resin material) or a porous material impregnated with a lubricant is used. In addition, you may apply | coat an appropriate lubricant (for example, turbine oil, fluorine-type oil, etc.) to the sealing end surface of each mechanical seal 4a, 4b, 4c, 4d, 33 as needed.
以上のように構成されたロータリジョイントによれば、第１、第２及び第３流路３ａ，３ｂ，１０３が各々独立して形成されていることから、３種の流体２８ａ，２８ｂ，４２を回転側流体通路と固定側流体通路との間で混在させることなく良好に流動させることができ、それらの流動状態制御も各別に行うことができる。 According to the rotary joint configured as described above, since the first, second, and third flow paths 3a, 3b, 103 are formed independently, the three types of fluids 28a, 28b, 42 are provided. It can be made to flow satisfactorily without mixing between the rotation-side fluid passage and the stationary-side fluid passage, and the flow state control thereof can be performed separately.
そして、各流路３ａ，３ｂ，１０３が液体流動路として使用される場合は勿論、ガス流体路や真空吸引路として使用される場合等にあって各メカニカルシール４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，３３がドライ運転されるときにも、各周面側メカニカルシール４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの密封端面２１，２７又は端面側メカニカルシール３３の密封端面３７，３８が潤滑材５１，５３により潤滑されることから、密封端面２１，２７又は３７，３８が異常発熱して焼き付いたり、異常摩耗したりするようなことがなく、当該メカニカルシール４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，３３による流路３ａ，３ｂ，１０３のシール機能が長期に亘って良好に発揮され、冒頭で述べた従来ジョイントのように格別の冷却手段を設けておく必要がない。このような効果（冷却手段を必要とすることなく密封端面の発熱，摩耗防止を図りうる点）は、すべての流路３ａ，３ｂ，１０３をガス流動路及び／又は真空吸引路として使用する場合には、ロータリジョイント構造の簡略化，小型化を図る上で極めて重要である。けだし、かかる場合には複雑且つ大型の冷却手段が必要となり、ロータリジョイント構造がどうしても複雑化，大型化するからである。したがって、本発明によれば、メカニカルシール４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，３３の寿命を大幅に向上させ得て、耐久性，信頼性の高いロータリジョイントを提供することができる。 Each of the mechanical seals 4a, 4b, 4c, 4d, 33 is used not only when the flow paths 3a, 3b, 103 are used as liquid flow paths but also when used as a gas fluid path or a vacuum suction path. Even when the dry operation is performed, the sealing end surfaces 21 and 27 of the peripheral surface side mechanical seals 4a, 4b, 4c and 4d or the sealing end surfaces 37 and 38 of the end surface side mechanical seal 33 are lubricated by the lubricants 51 and 53. Therefore, the sealed end faces 21, 27 or 37, 38 do not cause abnormal heat generation and seize or wear abnormally, and the flow paths 3a, 3b, The sealing function 103 is satisfactorily demonstrated over a long period of time, and it is not necessary to provide special cooling means unlike the conventional joint described at the beginning. Such an effect (a point that can prevent heat generation and wear of the sealed end face without requiring a cooling means) is the case where all the flow paths 3a, 3b, 103 are used as gas flow paths and / or vacuum suction paths. Therefore, it is extremely important to simplify and miniaturize the rotary joint structure. However, in such a case, a complicated and large cooling means is required, and the rotary joint structure is inevitably complicated and enlarged. Therefore, according to the present invention, the life of the mechanical seals 4a, 4b, 4c, 4d, 33 can be significantly improved, and a rotary joint having high durability and reliability can be provided.
また、ガス流路３ａ，３ｂの相対回転接続部分（シール空間５ａ，５ｂ）をシールするメカニカルシール群のうち中間に配置される第２及び第３周面側メカニカルシール４ｂ，４ｃにあっては、各ドライブピン２４ｂが静止密封環９との係合個所の両側において環状支持壁１０，１０に支持（両端支持）されていることから、ドライブピン２４ｂを金属材で構成した場合は勿論、金属材に比して強度的に劣るプラスチック材で構成した場合にも、冒頭で述べた如き問題を生じることがなく、ドライブピン機能が安定して発揮されることになる。したがって、ドライブピン機能の低下，喪失によりメカニカルシール機能が低下，喪失するような事態の発生が少なくなり、流体２８ａ，２８ｂの流動を良好に行うことができる。また、一般に、ドライブピン機能の低下，喪失を防止するために、上記した如く静止密封環９に複数（上記の例では３つ）の係合凹部２３…を形成して、各係合凹部２３にドライブピン２４ｂを係合させておくように工夫されるが、上記の如くドライブピン２４ｂを両端支持構造としておくと、このように複数本のドライブピン２４ｂ…を設けておかずともドライブピン機能の低下を防止することができ、静止密封環９の回転阻止を１本のドライブピン２４ｂで十分に行うことも可能となり、メカニカルシール構造ひいてはロータリジョイント構造の更なる簡略化を図ることができる。 Further, in the second and third circumferential surface side mechanical seals 4b and 4c arranged in the middle of the mechanical seal group for sealing the relative rotational connection portions (seal spaces 5a and 5b) of the gas flow paths 3a and 3b, Since each drive pin 24b is supported (supported at both ends) by the annular support walls 10 and 10 on both sides of the engaging portion with the stationary seal ring 9, when the drive pin 24b is made of a metal material, Even when the plastic material is inferior in strength to the material, the problem as described at the beginning does not occur and the drive pin function is stably exhibited. Therefore, the occurrence of a situation in which the mechanical seal function is reduced or lost due to the reduction or loss of the drive pin function is reduced, and the fluids 28a and 28b can be flowed satisfactorily. In general, in order to prevent the drive pin function from being deteriorated or lost, a plurality of (three in the above example) engagement recesses 23 are formed in the stationary seal ring 9 as described above, and each engagement recess 23 is formed. Although the drive pin 24b is devised so that the drive pin 24b is engaged with the drive pin 24b as described above, the drive pin function can be achieved without providing a plurality of drive pins 24b as described above. The lowering can be prevented, the rotation of the stationary seal ring 9 can be sufficiently prevented by the single drive pin 24b, and the mechanical seal structure, and thus the rotary joint structure can be further simplified.
また、第２及び第３周面側メカニカルシール４ｂ，４ｃのドライブピン２４ｂ，２４ｂを１本のドライブバー２４で兼用しているから、各メカニカルシール４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ毎に各別のドラブピン２４ａ，２４ｂを設ける場合に比して、メカニカルシール構造の簡略化を図ることができる。 Further, since the drive pins 24b, 24b of the second and third circumferential surface side mechanical seals 4b, 4c are also used by one drive bar 24, each mechanical seal 4a, 4b, 4c, 4d is provided separately. The mechanical seal structure can be simplified as compared with the case where the drib pins 24a and 24b are provided.
なお、本発明に係るロータリジョイントは、上記した実施の形態に限定されるものでなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適宜に変更，改良することができる。 The rotary joint according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed and improved without departing from the basic principle of the present invention.
１ ケース体
２ 回転軸体
３ａ 第１流路
３ｂ 第２流路
４ａ 第１週面側メカニカルシール
４ｂ 第２週面側メカニカルシール
４ｃ 第３週面側メカニカルシール
４ｄ 第４週面側メカニカルシール
５ａ 第１シール空間
５ａ 第２シール空間
６ａ 第１軸側通路
６ｂ 第２軸側通路
７ａ 第１ケース側通路
７ｂ 第２ケース側通路
８ 回転密封環
９ 静止密封環
２１ 回転密封環の密封端面（相対回転摺接面）
２７ 静止密封環の密封端面（相対回転摺接面）
２８ａ 第１流体
２８ｂ 第２流体
３１ 第３ケース側通路
３２ 第３軸側通路
３４ 固定密封環
３５ 可動密封環
３６ａ 固定密封環の内周部領域
３６ｂ 可動密封環の内周部領域
４２ 第３流体
５１ 潤滑材
５２ 潤滑材保持用凹部
５３ 潤滑材
５４ 潤滑材保持用凹部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Case body 2 Rotating shaft 3a 1st flow path 3b 2nd flow path 4a 1st week surface side mechanical seal 4b 2nd week surface side mechanical seal 4c 3rd week surface side mechanical seal 4d 4th week surface side mechanical seal 5a 1st seal space 5a 2nd seal space 6a 1st axis | shaft side channel | path 6b 2nd axis | shaft side channel | path 7a 1st case side channel | path 7b 2nd case side channel | path 8 Rotating sealing ring 9 Stationary sealing ring 21 Sealing end surface (relative) Rotating sliding contact surface)
27 Sealing end face of stationary sealing ring (relative rotational sliding contact surface)
28a First fluid 28b Second fluid 31 Third case side passage 32 Third shaft side passage 34 Fixed seal ring 35 Movable seal ring 36a Inner peripheral region 36b of fixed seal ring 42b Inner peripheral region of movable seal ring 42 Third fluid 51 Lubricant 52 Recessed part for retaining lubricant 53 Lubricant 54 Recessed part for retaining lubricant
Claims (3)
両体の軸線方向における対向端面部に、回転軸体の端面部に固定された固定密封環とケース体の端面部に軸線方向に移動可能に保持された可動密封環とを相対回転摺接させるように構成された端面側メカニカルシールを配設し、
ケース体と回転軸体との間に、両体に夫々形成した通路を第１及び第２周面側メカニカルシール間に形成された第１シール空間に開口させてなる第１流路と両体に夫々形成した通路を第３及び第４周面側メカニカルシール間に形成された第２シール空間に開口させてなる第２流路と両体に夫々形成した通路を端面側メカニカルシールの密封環内に開口させてなる第３流路とを形成し、
各メカニカルシールにおける両密封環の相対回転摺接面の一方に、潤滑材を保持させた潤滑材保持用凹部を形成すると共に、
第２周面側メカニカルシール及びこれに隣接する第３周面側メカニカルシールにおける各静止密封環の外周部に形成した係合凹部に係合させたドライブピンを、当該係合凹部に係合する箇所の両側において、ケース体に支持させることにより、当該静止密封環のケース体に対する相対回転を阻止するように構成してあることを特徴とするロータリジョイント。 Between the opposing peripheral surface portions of the case body and the rotary shaft body rotatably connected thereto, a rotary seal ring fixed to the outer peripheral portion of the rotary shaft body and the inner peripheral portion of the case body are movable in the axial direction. The first to fourth peripheral surface side mechanical seals configured to make relative rotational sliding contact with the held stationary sealing ring are arranged in parallel in the axial direction,
A fixed sealing ring fixed to the end surface portion of the rotating shaft body and a movable sealing ring held movably in the axial direction on the end surface portion of the case body are brought into relative rotational sliding contact with opposite end surface portions in the axial direction of both bodies. An end face side mechanical seal configured as described above is disposed,
A first flow path formed by opening a passage formed in both bodies between the case body and the rotary shaft body into a first seal space formed between the first and second peripheral surface side mechanical seals, and both bodies The passages formed respectively in the second and second bodies are opened to a second seal space formed between the third and fourth circumferential side mechanical seals, and the passages formed in both bodies are provided in the sealing ring of the end side mechanical seal. Forming a third flow path opened in the inside,
On one of the relative rotational sliding contact surfaces of both seal rings in each mechanical seal, and forming a lubricant holding recess for holding the lubricant,
The drive pin engaged with the engagement recess formed in the outer peripheral portion of each stationary seal ring in the second peripheral surface side mechanical seal and the third peripheral surface side mechanical seal adjacent thereto is engaged with the engagement recess. A rotary joint configured to prevent relative rotation of the stationary seal ring with respect to the case body by being supported by the case body on both sides of the portion.
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