JP4189181B2 - ロータリージョイント - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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、例えば、研磨剤の流体を供給する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３に示すロータリージョイントが存在する。図３は、スラリー流体用のロータリージョイントの断面図である。
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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とが配置されている。
【０００７】
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。
【０００８】
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第１流通路１１５Ａとキリ孔により形成された第２流通路１１５Ｂから構成されている。
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。更に、回転体１０２が大径になるために第２メカニカルシール１１６も大径になる。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、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大径になる。
【０００９】
【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、第１回転密封環のスラリー流体を流通させる流通路を大径にできるようにすると共に、軸方向の長さを小型にし、第１固定密封環と各第シール装置とを近接させてシール装置全体を小型にすることにある。
又、対向するシール装置を軸方向に小型にすると共に、対向するシール装置と第１回転密封環の外周を冷却水が循環できるようにして各シール面の摩擦、摩耗を防止することにある。
【００１０】
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、回転軸を支持する軸受けから第１メカニカルシールまでの長さを短形にしてシール面の揺動を防止することにある。
【００１１】
【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。
【００１２】
請求項１に係わる本発明のロータリージョイントは、本体に密封に保持されて前記本体のスラリー流体用供給通路と連通する第１連通路を有すると共に端面に前記第１連通路を囲むシール面を有する第１固定密封環と、
前記第１固定密封環の前記第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回転密封環と、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と、前記回転軸を囲んで前記流体用シール面と密接する第２シール面を有すると共に前記本体に密封嵌合して前記第２シール面が前記流体用シール面へ向かって弾発自在に保持された第２固定密封環と、前記第２シール面と反対側で前記回転軸を囲む第３シール面を有して前記本体に密封嵌合し前記第３シール面が前記第２シール面と反対側へ向かって弾発自在に保持された第３固定密封環と、前記第３シール面と対向して密接する第３対向シール面を有すると共に前記回転軸に密封嵌合する第３回転密封環とを具備し、
前記第１回転密封環と前記第２固定密封環と前記第３回転密封環に囲まれた内周通路面と前記回転軸との間に流体通路を有し、前記流体通路と前記本体に有する真空用又は流体用の第１流体通路とが前記第２シール面と前記第３シール面との間の通路を介して連通すると共に前記流体通路が前記回転軸の内部に有する第２流体通路と連通するものである。
【００１３】
この請求項１に係わる本発明のロータリージョイントでは、第１固定密封環と第１回転密封環と第２固定密封環と第３固定密封環とは、第１回転密封環の軸方向に対して狭くした形状により、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として重要な、装置への取り付けを容易にするための軸方向長さを小形にすることが可能になる。また、ロータリージョイントに設けた別の第２の流体通路は、本体の第１流体通路と回転軸の流体通路とを第１回転密封環に近接して第２固定密封環と第３固定密封環との間で回転軸が回転中でも連通可能にする。
同時に、第１回転密封環は第１固定密封環と第２固定密封環との間で互いの弾発手段により押圧されて保持された構造であるから、回転軸と第１回転密封環の保持面はシールできる接合状態であれば良い。その結果、スラリー流体によって、第１回転密封環が摩耗しても交換することが容易になる。さらに、この構造は、第１回転密封環の軸方向長さを短形にできるので、第１回転密封環の外周側から冷却効果とともに、洗浄効果を可能にする。また、各第１および第２連通路と流通路と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研磨剤等により詰まる問題や各連通路が研磨剤等により摩耗されるのを効果的に防止できる。
【００１４】
また、第１固定密封環と第１回転密封環と第固定密封環とを互いに近接して配置できるので、軸受もメカニカルシールに近接できる。このため、全体が近接した構造になり、回転軸を支持する軸受が第１回転密封環を確実に支持して各シール面が摺動時に偏心して摩耗するのを効果的に防止できる。
【００１５】
請求項２に係わる本発明のロータリージョイントは、第２シール面を有する第２固定密封環と第３シール面を有する第３固定密封環とが両シール面の外周側の本体に有する通路に配置されたコイルスプリングにより相反する方向へ押圧されているものである。
【００１６】
この請求項２に係わる本発明のロータリージョイントでは、第２シール面を有する第２固定密封環と第３シール面を有する第３固定密封環とが両シール面の外周側に有するコイルスプリングにより相反する方向へ押圧されているので、両固定密封環を弾発に押圧する、この弾発力によってさらに第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回転密封環を薄型の形状にできるとともに、取付と取り外し構造が簡素化できる。
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。
又、第２固定密封環と第３固定密封環と第１回転密封環と第１固定密封環との外周にコイルスプリングを設けた通路を介し、冷却通路を効率的に設けることが可能になる。
【００１７】
請求項３に係わる本発明のロータリージョイントは、第１固定密封環が本体と密接する弾性Ｏリングにより前記スラリー用シール面へ向かって弾発に支持されているものである。
【００１８】
請求項３に係わる本発明のロータリージョイントでは、第１固定密封環が弾性Ｏリングにより本体との間をシールすると共に、弾性Ｏリングにより第１固定密封環を弾発に押圧しているので、第１固定密封環を押圧するばねを設ける必要がなく、第１固定密封環を軸方向と共に、径方向へ小型にすることができる。
同時に、第１固定密封環の全体形状に対して第１連通路を大径に形成できるから、スラリー流体の流速を、その分低速にできるので、連通路の目詰まりや摩耗を効果的に防止できる。更に、第１固定密封環と本体との弾性Ｏリングを装着した間隔が大きくとれるので、スラリー流体が第１固定密封環と本体との狭い嵌合面間にかみ込むこともなく、スラリー用シール面に対する第１固定密封環の応答性が良好になる。
【００１９】
請求項４に係わる本発明のロータリージョイントは、本体に設けた供給口に一端が連通するとともに他端が流出口に連通して第３シール面の外周と第２シール面の外周と第１回転密封環の外周を通る冷却通路を有するものである。
【００２０】
請求項４に係わる本発明のロータリージョイントでは、第２及び第３固定密封環と第１回転密封環とが互いにシール面が連続しているので、各シール面を通路と連続の冷却通路により効率よく冷却することが可能になる。
特に、第１固定密封環と第１回転密封環との摺動するシール面のスラリー流体によるシール能力の低下を冷却通路内の循環する流体の流れにより効果的に防止すると共に、第１回転密封環の軸方向の薄肉構造により全体を冷却してスラリー用シール面と流体用シール面の摺動発熱と摩耗とを効果的に防止できる。
【００２１】
更に、第２及び第３固定密封環の内周通路面内の流体通路を流れる真空又は気体等により潤滑作用のない各シール面が発熱して摩耗するのを冷却通路により効果的に防止する。
しかも、第２及び第３固定密封環と第１回転密封環と第１固定密封環とが軸方向に１列に配置されるから、冷却通路の長さを拡大することなく全体を１つの冷却通路で冷却することが可能になる。
【００２２】
【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。
【００２３】
図１は本発明に係わる好ましい実施の形態を示すロータリージョイント１の断面図である。
図１に於いて、ジョイント用の本体１０には回転軸２０が貫通する貫通孔１１が設けられている。又、本体１０は、第１本体１０Ａと第２本体１０Ｂと第３本体１０ＣとがボルトＡ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。
【００２４】
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。
【００２５】
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連通路２Ｃ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（以下保持面とも言う）３Ｃが形成されており、この嵌合面３Ｃに回転軸２０の一端部がＯリングを介して嵌着している。
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。
【００２６】
第２本体１０Ｂの貫通孔１１の内周面１１Ｃには、メカニカルシール４が装着されている。
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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対向シール面（以下、単に、第３シール面という）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。
【００３０】
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はメカニカルシール４の近くに取り付けられるので、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。
【００３１】
回転軸２０の段付面には、メカニカルシール４内の流体通路１４に連通する孔の流体通路（第２流体通路とも言う）１４が軸方向へ貫通して形成されている。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、６Ｂ３には液体が介在しないから、このシール面３Ｂ、５Ａ３、６Ａ３、６Ｂ３は発熱しやすく、急速に摩耗することになるが、冷却通路１３を流れる冷却水により効果的に防止される。
【００３２】
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によりエア供給用ロータリージョイント３０等の他の部品を取り付ける。この回転軸２０には、第２連通路１２Ｃと連通する流通路１２が軸芯に大径に形成されている。この流通路１２をスラリー流体が流れる。
【００３３】
図２は、エアー供給用ロータリージョイント３０の断面図である。
図２に於いて、回転軸３３には、スリーブ３３Ａが嵌着している。
又、図１の回転軸２０の流通路１２と連通する連通路１２が軸方向へ形成されている。更に又、回転軸３３には第１エアー通路３１と第２エアー通路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、回転軸３３には、図１のスラリー流体供給用のロータリージョイント１の流体通路１４に連通する流体通路１４が軸方向に貫通している。
【００３４】
一方、本体４０には第１エアー通路３１に連通する第１エアー供給口３１Ａが設けられている。
更に、本体４０に第２エアー通路３２と連通する第２エアー供給口３２Ｂが設けられている。そして、スリーブ３３Ａと本体４０との嵌合間の第１エアー供給口３１Ａと第２エアー供給用３２Ｂの両側にはリング状のパッキン３５が３個所に嵌着している。そして、各パッキン３５、３５、３５によりスリーブ３３Ａの各エアー通路３１、３２と各エアー供給口３１Ａ、３２Ａとの連通する両側がシールされている。
このパッキン３５、３５、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、各パッキン３５、３５、３５との摺動面が摩耗しないように構成されている。なお、４０Ａはドレン受け等の容器である。
【００３５】
上述のように構成されたロータリージョイント１では、１実施例として、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。
【００３６】
更に、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を大径にしてもメカニカルシール４を流通路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、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。
このロータリージョイント１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
【００３７】
【発明の効果】
本発明のロータリージョイントによれば、弾性Ｏリングにより第１固定密封環を弾性に支持するので、スラリーを通す流通路を大径にしても第１固定密封環全体が小形にできる効果を奏する。
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。
【００３８】
又、ばね手段を成す弾性Ｏリングによる第１固定密封環の保持と、第１回転密封環が回転軸に簡単に保持できる構成とは、ロータリージョイント全体の組立を容易にして組立コストを低減できる効果を奏する。更に、軸方向の長さを短くして装置への取り付け場所の制限を緩和し、このロータリージョイントの産業上の用途を拡大する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる１実施の形態を示すロータリージョイントの断面図である。
【図２】本発明に係わるロータリージョイントに取り付けられるエアー供給用ロータリージョイントの断面である。
【図３】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】
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 嵌合面（保持面）
４ 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
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
１３ 冷却通路
１３Ａ 供給口
１３Ｂ 流出口
１３Ｃ 通路
１４ 流体通路（第２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
【発明の属する技術分野】
本発明は、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、例えば、研磨剤の流体を供給する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３に示すロータリージョイントが存在する。図３は、スラリー流体用のロータリージョイントの断面図である。
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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とが配置されている。
【０００７】
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。
【０００８】
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第１流通路１１５Ａとキリ孔により形成された第２流通路１１５Ｂから構成されている。
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。更に、回転体１０２が大径になるために第２メカニカルシール１１６も大径になる。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、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大径になる。
【０００９】
【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、第１回転密封環のスラリー流体を流通させる流通路を大径にできるようにすると共に、軸方向の長さを小型にし、第１固定密封環と各第シール装置とを近接させてシール装置全体を小型にすることにある。
又、対向するシール装置を軸方向に小型にすると共に、対向するシール装置と第１回転密封環の外周を冷却水が循環できるようにして各シール面の摩擦、摩耗を防止することにある。
【００１０】
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、回転軸を支持する軸受けから第１メカニカルシールまでの長さを短形にしてシール面の揺動を防止することにある。
【００１１】
【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。
【００１２】
請求項１に係わる本発明のロータリージョイントは、本体に密封に保持されて前記本体のスラリー流体用供給通路と連通する第１連通路を有すると共に端面に前記第１連通路を囲むシール面を有する第１固定密封環と、
前記第１固定密封環の前記第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回転密封環と、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と、前記回転軸を囲んで前記流体用シール面と密接する第２シール面を有すると共に前記本体に密封嵌合して前記第２シール面が前記流体用シール面へ向かって弾発自在に保持された第２固定密封環と、前記第２シール面と反対側で前記回転軸を囲む第３シール面を有して前記本体に密封嵌合し前記第３シール面が前記第２シール面と反対側へ向かって弾発自在に保持された第３固定密封環と、前記第３シール面と対向して密接する第３対向シール面を有すると共に前記回転軸に密封嵌合する第３回転密封環とを具備し、
前記第１回転密封環と前記第２固定密封環と前記第３回転密封環に囲まれた内周通路面と前記回転軸との間に流体通路を有し、前記流体通路と前記本体に有する真空用又は流体用の第１流体通路とが前記第２シール面と前記第３シール面との間の通路を介して連通すると共に前記流体通路が前記回転軸の内部に有する第２流体通路と連通するものである。
【００１３】
この請求項１に係わる本発明のロータリージョイントでは、第１固定密封環と第１回転密封環と第２固定密封環と第３固定密封環とは、第１回転密封環の軸方向に対して狭くした形状により、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として重要な、装置への取り付けを容易にするための軸方向長さを小形にすることが可能になる。また、ロータリージョイントに設けた別の第２の流体通路は、本体の第１流体通路と回転軸の流体通路とを第１回転密封環に近接して第２固定密封環と第３固定密封環との間で回転軸が回転中でも連通可能にする。
同時に、第１回転密封環は第１固定密封環と第２固定密封環との間で互いの弾発手段により押圧されて保持された構造であるから、回転軸と第１回転密封環の保持面はシールできる接合状態であれば良い。その結果、スラリー流体によって、第１回転密封環が摩耗しても交換することが容易になる。さらに、この構造は、第１回転密封環の軸方向長さを短形にできるので、第１回転密封環の外周側から冷却効果とともに、洗浄効果を可能にする。また、各第１および第２連通路と流通路と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研磨剤等により詰まる問題や各連通路が研磨剤等により摩耗されるのを効果的に防止できる。
【００１４】
また、第１固定密封環と第１回転密封環と第固定密封環とを互いに近接して配置できるので、軸受もメカニカルシールに近接できる。このため、全体が近接した構造になり、回転軸を支持する軸受が第１回転密封環を確実に支持して各シール面が摺動時に偏心して摩耗するのを効果的に防止できる。
【００１５】
請求項２に係わる本発明のロータリージョイントは、第２シール面を有する第２固定密封環と第３シール面を有する第３固定密封環とが両シール面の外周側の本体に有する通路に配置されたコイルスプリングにより相反する方向へ押圧されているものである。
【００１６】
この請求項２に係わる本発明のロータリージョイントでは、第２シール面を有する第２固定密封環と第３シール面を有する第３固定密封環とが両シール面の外周側に有するコイルスプリングにより相反する方向へ押圧されているので、両固定密封環を弾発に押圧する、この弾発力によってさらに第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回転密封環を薄型の形状にできるとともに、取付と取り外し構造が簡素化できる。
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。
又、第２固定密封環と第３固定密封環と第１回転密封環と第１固定密封環との外周にコイルスプリングを設けた通路を介し、冷却通路を効率的に設けることが可能になる。
【００１７】
請求項３に係わる本発明のロータリージョイントは、第１固定密封環が本体と密接する弾性Ｏリングにより前記スラリー用シール面へ向かって弾発に支持されているものである。
【００１８】
請求項３に係わる本発明のロータリージョイントでは、第１固定密封環が弾性Ｏリングにより本体との間をシールすると共に、弾性Ｏリングにより第１固定密封環を弾発に押圧しているので、第１固定密封環を押圧するばねを設ける必要がなく、第１固定密封環を軸方向と共に、径方向へ小型にすることができる。
同時に、第１固定密封環の全体形状に対して第１連通路を大径に形成できるから、スラリー流体の流速を、その分低速にできるので、連通路の目詰まりや摩耗を効果的に防止できる。更に、第１固定密封環と本体との弾性Ｏリングを装着した間隔が大きくとれるので、スラリー流体が第１固定密封環と本体との狭い嵌合面間にかみ込むこともなく、スラリー用シール面に対する第１固定密封環の応答性が良好になる。
【００１９】
請求項４に係わる本発明のロータリージョイントは、本体に設けた供給口に一端が連通するとともに他端が流出口に連通して第３シール面の外周と第２シール面の外周と第１回転密封環の外周を通る冷却通路を有するものである。
【００２０】
請求項４に係わる本発明のロータリージョイントでは、第２及び第３固定密封環と第１回転密封環とが互いにシール面が連続しているので、各シール面を通路と連続の冷却通路により効率よく冷却することが可能になる。
特に、第１固定密封環と第１回転密封環との摺動するシール面のスラリー流体によるシール能力の低下を冷却通路内の循環する流体の流れにより効果的に防止すると共に、第１回転密封環の軸方向の薄肉構造により全体を冷却してスラリー用シール面と流体用シール面の摺動発熱と摩耗とを効果的に防止できる。
【００２１】
更に、第２及び第３固定密封環の内周通路面内の流体通路を流れる真空又は気体等により潤滑作用のない各シール面が発熱して摩耗するのを冷却通路により効果的に防止する。
しかも、第２及び第３固定密封環と第１回転密封環と第１固定密封環とが軸方向に１列に配置されるから、冷却通路の長さを拡大することなく全体を１つの冷却通路で冷却することが可能になる。
【００２２】
【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。
【００２３】
図１は本発明に係わる好ましい実施の形態を示すロータリージョイント１の断面図である。
図１に於いて、ジョイント用の本体１０には回転軸２０が貫通する貫通孔１１が設けられている。又、本体１０は、第１本体１０Ａと第２本体１０Ｂと第３本体１０ＣとがボルトＡ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。
【００２４】
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。
【００２５】
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連通路２Ｃ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（以下保持面とも言う）３Ｃが形成されており、この嵌合面３Ｃに回転軸２０の一端部がＯリングを介して嵌着している。
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。
【００２６】
第２本体１０Ｂの貫通孔１１の内周面１１Ｃには、メカニカルシール４が装着されている。
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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対向シール面（以下、単に、第３シール面という）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。
【００３０】
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はメカニカルシール４の近くに取り付けられるので、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。
【００３１】
回転軸２０の段付面には、メカニカルシール４内の流体通路１４に連通する孔の流体通路（第２流体通路とも言う）１４が軸方向へ貫通して形成されている。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、６Ｂ３には液体が介在しないから、このシール面３Ｂ、５Ａ３、６Ａ３、６Ｂ３は発熱しやすく、急速に摩耗することになるが、冷却通路１３を流れる冷却水により効果的に防止される。
【００３２】
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によりエア供給用ロータリージョイント３０等の他の部品を取り付ける。この回転軸２０には、第２連通路１２Ｃと連通する流通路１２が軸芯に大径に形成されている。この流通路１２をスラリー流体が流れる。
【００３３】
図２は、エアー供給用ロータリージョイント３０の断面図である。
図２に於いて、回転軸３３には、スリーブ３３Ａが嵌着している。
又、図１の回転軸２０の流通路１２と連通する連通路１２が軸方向へ形成されている。更に又、回転軸３３には第１エアー通路３１と第２エアー通路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、回転軸３３には、図１のスラリー流体供給用のロータリージョイント１の流体通路１４に連通する流体通路１４が軸方向に貫通している。
【００３４】
一方、本体４０には第１エアー通路３１に連通する第１エアー供給口３１Ａが設けられている。
更に、本体４０に第２エアー通路３２と連通する第２エアー供給口３２Ｂが設けられている。そして、スリーブ３３Ａと本体４０との嵌合間の第１エアー供給口３１Ａと第２エアー供給用３２Ｂの両側にはリング状のパッキン３５が３個所に嵌着している。そして、各パッキン３５、３５、３５によりスリーブ３３Ａの各エアー通路３１、３２と各エアー供給口３１Ａ、３２Ａとの連通する両側がシールされている。
このパッキン３５、３５、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、各パッキン３５、３５、３５との摺動面が摩耗しないように構成されている。なお、４０Ａはドレン受け等の容器である。
【００３５】
上述のように構成されたロータリージョイント１では、１実施例として、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。
【００３６】
更に、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を大径にしてもメカニカルシール４を流通路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、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。
このロータリージョイント１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
【００３７】
【発明の効果】
本発明のロータリージョイントによれば、弾性Ｏリングにより第１固定密封環を弾性に支持するので、スラリーを通す流通路を大径にしても第１固定密封環全体が小形にできる効果を奏する。
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。
【００３８】
又、ばね手段を成す弾性Ｏリングによる第１固定密封環の保持と、第１回転密封環が回転軸に簡単に保持できる構成とは、ロータリージョイント全体の組立を容易にして組立コストを低減できる効果を奏する。更に、軸方向の長さを短くして装置への取り付け場所の制限を緩和し、このロータリージョイントの産業上の用途を拡大する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる１実施の形態を示すロータリージョイントの断面図である。
【図２】本発明に係わるロータリージョイントに取り付けられるエアー供給用ロータリージョイントの断面である。
【図３】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】
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 嵌合面（保持面）
４ 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
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
１３ 冷却通路
１３Ａ 供給口
１３Ｂ 流出口
１３Ｃ 通路
１４ 流体通路（第２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
Claims (4)
- 本体に密封に保持されて前記本体のスラリー流体用供給通路と連通する第１連通路を有すると共に端面に前記第１連通路を囲むシール面を有する第１固定密封環と、
前記第１固定密封環の前記第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回転密封環と、
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と、
前記回転軸を囲んで前記流体用シール面と密接する第２シール面を有すると共に前記本体に密封嵌合して前記第２シール面が前記流体用シール面へ向かって弾発自在に保持された第２固定密封環と、
前記第２シール面と反対側で前記回転軸を囲む端面に第３シール面を有して前記本体に密封嵌合し前記第３シール面が前記第２シール面と反対側へ向かって弾発自在に保持された第３固定密封環と、
前記第３シール面と対向して密接する第３対向シール面を有すると共に前記回転軸に密封嵌着する第３回転密封環とを具備し、
前記第１回転密封環と前記第２固定密封環と前記第３回転密封環に囲まれた内周通路面と前記回転軸との間に流体通路を有し、
前記流体通路と前記本体に有する真空用又は流体用の第１流体通路とが前記第２シール面と前記第３シール面との間の通路を介して連通すると共に、前記流体通路が前記回転軸の内部に有する第２流体通路と連通するロータリージョイント。 - 前記第２シール面を有する第２固定密封環と前記第３シール面を有する第３固定密封環とが前記第２シール面と第３シール面の外周側の本体に有する通路に配置されたコイルスプリングにより相反する方向へ押圧されていることを特徴とする請求項１に記載のロータリージョイント。
- 前記第１固定密封環が前記本体と密接する弾性Ｏリングにより前記スラリー用シール面へ向かって弾発に支持されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロータリージョイント。
- 前記本体に設けた供給口に一端が連通するとともに他端が流出口に連通して前記第３シール面の外周と前記第２シール面の外周と前記第１回転密封環の外周を通る冷却通路を有することを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３に記載のロータリージョイント。
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