JP4929314B2 - Multi-channel rotary joint - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造装置，攪拌機，医療用機器，食品用機器等の各種回転機器の相対回転部材間において複数の流体を各別のルートで流動させるための多流路形ロータリジョイントに関するものである。   The present invention relates to a multi-channel rotary joint for causing a plurality of fluids to flow through different routes between relative rotating members of various rotating devices such as a semiconductor manufacturing apparatus, a stirrer, a medical device, and a food device. is there.

従来の多流路形ロータリジョイントとしては、ケース体とその内周部に相対回転自在に支持された回転軸体との対向周面部間に、両体に形成された各流路の相対回転部分を端面接触形のメカニカルシールでシールするようにしたもの（例えば、特許文献１を参照）や当該相対回転部分をリップシール等の弾性シール部材でシールするようにしたもの（例えば、特許文献２）が周知である。   As a conventional multi-channel type rotary joint, a relative rotation portion of each channel formed on both bodies between the opposing peripheral surface portions of the case body and the rotary shaft body supported relatively rotatably on the inner peripheral portion thereof Is sealed with an end surface contact type mechanical seal (for example, see Patent Document 1), and the relative rotating portion is sealed with an elastic seal member such as a lip seal (for example, Patent Document 2). Is well known.

特開２００２−００５３８０号公報JP 2002-005380 A 特開２００２−０２２０７６号公報JP 2002-022076 A

しかし、メカニカルシールは、ケース体に設けた密封環と回転軸体に設けた密封環とをスプリングにより押圧接触させて、両密封環の相対回転摺接作用によりシールを行うものであり、構造上、大きな設置スペースが必要となるものである。したがって、メカニカルシールを使用したロータリジョイントでは、両体間に形成すべき流路が多くなると、メカニカルシールの設置スペースを確保するために、ロータリジョイントが必要以上に大型化し、用途も限定されることになる。また、メカニカルシールは密封環相互を強力に押圧接触させたものであるから、流路つまりメカニカルシールの設置数が多くなると、両体の回転抵抗力が大きくなり、回転機器の相対回転部材間に必要以上の負荷をかけることになる。さらに、潤滑性に乏しい流体を扱う場合には、密封環間の潤滑不足が生じるため、クエンチング手段等の格別の補助装置を必要とする等、ロータリジョイント構造がいたずらに複雑化することにもなる。   However, the mechanical seal is a structure in which the sealing ring provided on the case body and the sealing ring provided on the rotary shaft body are pressed and brought into contact with each other by a spring, and sealing is performed by the relative rotational sliding contact action of both sealing rings. A large installation space is required. Therefore, in a rotary joint using a mechanical seal, if the number of flow paths to be formed between both bodies increases, the rotary joint becomes larger than necessary to secure the installation space for the mechanical seal, and the application is limited. become. In addition, since the mechanical seal is a strong press contact between the sealing rings, if the number of flow paths, that is, the number of mechanical seals is increased, the rotational resistance force of both bodies increases, and the relative rotational members of the rotating device become larger. The load is more than necessary. Furthermore, when handling fluids with poor lubricity, insufficient lubrication between the sealing rings occurs, so that special auxiliary devices such as quenching means are required, and the rotary joint structure becomes unnecessarily complicated. Become.

一方、シール手段としてリップシール等の弾性シール部材を使用したロータリジョイントでは、上記した問題は生じないものの、回転軸体の外周面への弾性シール部材の圧接力（弾性接触力）によってシール力を確保するものであるため、回転軸体の形状，精度，表面粗さや回転軸体の振動，撓みによる径方向への振れ等によって各弾性シール部材によるシール力にバラツキが生じて、全流路の相対回転部分を均一且つ適正にシールすることが困難であり、ロータリジョイントとしての信頼性に乏しい。   On the other hand, in a rotary joint using an elastic seal member such as a lip seal as a sealing means, the above-mentioned problem does not occur, but the sealing force is applied by the pressure contact force (elastic contact force) of the elastic seal member to the outer peripheral surface of the rotating shaft body. Therefore, the sealing force of each elastic seal member varies due to the shape, accuracy, surface roughness of the rotating shaft body, vibration in the rotating shaft body, radial deflection due to bending, etc. It is difficult to seal the relative rotating part uniformly and properly, and the reliability as a rotary joint is poor.

本発明は、このような問題を生じることなく、複数の流路における相対回転部分のシールを適正に行うことができる実用的な多流路形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。   An object of the present invention is to provide a practical multi-channel rotary joint that can properly seal the relative rotation portions in a plurality of channels without causing such problems. .

本発明は、ケース体とこれに回転自在に連結された回転軸体との間に、両体の対向周面間に軸線方向に並列する複数のシール手段により区画形成された複数の接続空間を介して連通する複数の流路を形成してなる多流路形ロータリジョイントにおいて、上記の目的を達成すべく、特に、各シール手段が、回転軸体にその軸線方向に所定間隔を隔てて固定された一対の非弾性材製のシールリングとケース体の内周部に嵌合保持された弾性材製の環状シール部材であって内周部に両シールリングの対向端面に圧接する一対の環状のリップ部を有する環状シール部材とからなり、環状シール部材と回転軸体との対向周面間に一対のシールリング及び環状リップ部でシールされた接続空間を形成するように構成されると共に、各流路を、接続空間とケース体及び環状シール部材を貫通して当該接続空間に開口する固定側通路と回転軸体を貫通して当該接続空間に開口する回転側通路とで構成される一連のものとされている。好ましい実施の形態にあっては、各シール手段が、リップ部のシールリングへの圧接が当該環状リップ部自身の弾性力と接続空間を通過する流体の圧力とによって行われるように構成される。   According to the present invention, a plurality of connection spaces defined by a plurality of sealing means arranged in parallel in the axial direction between the opposing peripheral surfaces of the two bodies are provided between the case body and the rotating shaft body rotatably connected thereto. In order to achieve the above object, in the multi-channel rotary joint formed with a plurality of channels communicating with each other, in particular, each sealing means is fixed to the rotating shaft body at a predetermined interval in the axial direction. A pair of non-elastic seal rings and an annular seal member made of an elastic material fitted and held on the inner periphery of the case body, and a pair of rings that press the opposite end surfaces of both seal rings on the inner periphery An annular seal member having a lip portion, and configured to form a connection space sealed by a pair of seal rings and an annular lip portion between opposed circumferential surfaces of the annular seal member and the rotary shaft body, Connect each channel to the connection space and Through the scan body and the annular sealing member is a series of ones composed of the rotation-side passage that opens to the fixed-side passage and the rotary shaft through to the connection is an open space in the connection space. In a preferred embodiment, each sealing means is configured such that the pressure contact of the lip portion to the seal ring is performed by the elastic force of the annular lip portion itself and the pressure of the fluid passing through the connection space.

本発明の多流路形ロータリジョイントは、メカニカルシールやリップシール等の弾性シール部材を使用した場合における問題を排除して、複数の流路における相対回転部分をバラツキなく適正にシールすることができるものであり、信頼性の高いシール機能を発揮して用途の拡大を図りうる実用的価値極めて大なるものである。   The multi-channel rotary joint of the present invention can properly seal the relative rotating parts in a plurality of channels without variation, eliminating the problems when using an elastic seal member such as a mechanical seal or a lip seal. Therefore, the practical value that can be used for expanding the application by exhibiting a highly reliable sealing function is extremely large.

図１は本発明に係る多流路形ロータリジョイントの一例を示す縦断正面図である。FIG. 1 is a longitudinal front view showing an example of a multi-channel rotary joint according to the present invention. 図２は図１の要部を拡大して示す詳細図である。FIG. 2 is an enlarged detailed view showing the main part of FIG. 図３は当該ロータリジョイントの変形例を示す図２相当の縦断正面図である。FIG. 3 is a longitudinal front view corresponding to FIG. 2 showing a modification of the rotary joint.

図１は本発明に係る多流路形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は図１の要部を拡大して示す詳細図である。   FIG. 1 is a longitudinal front view showing an example of a multi-channel rotary joint according to the present invention, and FIG. 2 is a detailed view showing an enlarged main part of FIG.

図１に示す多流路形ロータリジョイントは、半導体製造装置等の相対回転部材間、例えば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の流体（同種又は異種）を各別に流動させる場合に使用されるものである。   The multi-channel rotary joint shown in FIG. 1 has a plurality of relative rotation members such as semiconductor manufacturing apparatuses, for example, between a device main body that is a fixed side member and a top ring or turntable that is a rotation side member in a CMP apparatus. It is used when fluid (same type or different type) flows separately.

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（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（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とを回転軸線（以下、単に「軸線」という）が鉛直をなした状態で相対回転自在に連結し、両体１，２の対向周面間に、軸線方向（鉛直方向である上下方向）に並列するＮ個（Ｎは２以上の自然数）のシール手段３…により区画形成されたＮ個の接続空間４…を介して連通するＮ本の流路５…を形成してなるものである。なお、以下の説明において、上下とは図１及び図２における上下をいうものとする。   That is, as shown in FIG. 1, the rotary joint includes a cylindrical case body 1 attached to a fixed side member (CMP apparatus main body) and a rotary shaft body 2 attached to a rotation side member (top ring or turntable). A rotation axis (hereinafter simply referred to as an “axis”) is connected in a relatively rotatable manner in a vertical state, and is arranged in parallel in the axial direction (vertical direction, the vertical direction) between the opposing circumferential surfaces of both bodies 1 and 2. N flow paths 5 communicating with each other via N connection spaces 4 defined by N (N is a natural number of 2 or more) sealing means 3 are formed. In the following description, “upper and lower” refers to the upper and lower sides in FIGS.

ケース体１は、図１に示す如く、内周部が断面円形をなす筒構造体であり、ＣＭＰ装置等の固定側部材に取り付けられる。なお、ケース体１は、上下方向に分割された構造をなしており、複数個の筒状分割部分１ａ，１ｂ，１ｃをボルト等（図示せず）により連結することによって、円筒状の一体構造物に組み立てられる。すなわち、ケース体１は、図１に示す如く、上下分割部分１ａ，１ｂ及びその中間に配した流路数と同数（Ｎ個）の中間分割部分１ｃを上下に積層連結してなる。上下分割部分１ａ，１ｂと中間部分１ｃ，１ｃとの接合面及び隣接する中間分割部分１ｃ，１ｃ相互の接合面には相互に係合する環状凹凸部が形成されていて、かかる環状凹凸部の係合により、これらの分割部分１ａ，１ｂ，１ｃが同心状に位置決めされた状態で積層されるように工夫してある。   As shown in FIG. 1, the case body 1 is a cylindrical structure having an inner peripheral portion having a circular cross section, and is attached to a stationary member such as a CMP apparatus. The case body 1 has a vertically divided structure, and a cylindrical integrated structure is formed by connecting a plurality of cylindrical divided portions 1a, 1b, and 1c with bolts (not shown). Assembled into things. That is, as shown in FIG. 1, the case body 1 is formed by vertically stacking and connecting upper and lower divided portions 1a and 1b and intermediate divided portions 1c of the same number (N) as the number of flow paths arranged in the middle. An annular concavo-convex portion that is engaged with each other is formed on the joint surface between the upper and lower divided portions 1a, 1b and the intermediate portion 1c, 1c and the adjacent intermediate divided portion 1c, 1c. It is devised that these divided portions 1a, 1b, and 1c are stacked in a concentrically positioned state by engagement.

回転軸体２は、図１に示す如く、円柱状の軸本体６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Ｎ＋１個の円筒状の保持筒７とで構成されており、上下一対のベアリング８，９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、最上端に位置する保持筒７は、軸本体６の上端部に固着された有底円筒状のベアリング受体１０の周壁を構成している。また、上位のベアリング８はベアリング受体１０の外周部とケース体１の上ベアリング支持部分１ａの内周部との間に介装されており、下位のベアリング９は軸本体６の下端外周部とケース体１の下ベアリング支持部分１ｂの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 columnar shaft body 6 and N + 1 cylindrical holding cylinders fitted and fixed in parallel to each other at a predetermined interval in the axial direction (vertical direction). 7 and is supported by a pair of upper and lower bearings 8 and 9 concentrically on the inner peripheral portion of the case body 1 so as to be rotatable. The holding cylinder 7 positioned at the uppermost end constitutes a peripheral wall of the bottomed cylindrical bearing receiver 10 fixed to the upper end portion of the shaft body 6. The upper bearing 8 is interposed between the outer periphery of the bearing receiver 10 and the inner periphery of the upper bearing support portion 1 a of the case body 1, and the lower bearing 9 is the lower end outer periphery of the shaft body 6. And the inner peripheral portion of the lower bearing support portion 1b of the case body 1.

各シール手段３は、図１及び図２に示す如く、回転軸体２に軸線方向に所定間隔を隔てて固定された一対のシールリング１１，１１と、両シールリング１１，１１間に配してケース体１の内周部に嵌合保持された環状シール部材１２とを具備し、両体１，２の対向周面間に環状のシール空間である接続空間４を形成する。   As shown in FIGS. 1 and 2, each sealing means 3 is arranged between a pair of seal rings 11 and 11 fixed to the rotary shaft 2 at a predetermined interval in the axial direction, and between the seal rings 11 and 11. And an annular seal member 12 fitted and held on the inner peripheral portion of the case body 1, and a connection space 4, which is an annular seal space, is formed between the opposing peripheral surfaces of both bodies 1 and 2.

各シールリング１１は、セラミックス等の非弾性材で構成された円環状板であり、図１に示す如く、軸本体６に嵌合させると共に、軸本体６の下端段部１３と最上位の保持筒７との間又は保持筒７，７相互間にＯリング１４を介在させて挟圧させることにより、軸線と同心をなす状態で軸線方向に等間隔を隔てて回転軸体２の外周部に固定されている。各シール手段３における一対のシールリング１１，１１の対向端面は、図２に示す如く、軸線に直交する平滑な環状平面であるシール面１５，１５に構成してある。   Each seal ring 11 is an annular plate made of an inelastic material such as ceramics. As shown in FIG. 1, the seal ring 11 is fitted to the shaft body 6 and is held at the uppermost position with the lower end step portion 13 of the shaft body 6. By interposing the O-ring 14 between the cylinders 7 or between the holding cylinders 7 and 7 and sandwiching them, the outer periphery of the rotary shaft body 2 is equidistantly spaced in the axial direction while being concentric with the axis. It is fixed. The opposing end surfaces of the pair of seal rings 11 and 11 in each sealing means 3 are configured as seal surfaces 15 and 15 which are smooth annular planes orthogonal to the axis as shown in FIG.

この例では、図１に示す如く、各シール手段３の一方のシールリング１１とこれに隣接するシール手段３の一方のシールリング１１とを共通のシールリングとして兼用してある。すなわち、上下両端に位置するシール手段３，３を除いて、隣接する２つのシール手段３，３のシールリング１１は共通とされており、最上位及び最下位の各シールリング１１については、その一端面のみをシール面１５に構成してあるが、これら以外の各シールリング１１については、その両端面をシール面１５，１５に構成してある。なお、シールリング１１の構成材としては、弾性変形しないセラミックス（炭化珪素，酸化アルミニウム等）、金属（超硬合金等）や硬質プラスチック（ＰＥＥＫ，ＰＥＳ，ＰＣ等のエンジニアリングプラスチック又はＰＴＦＥ，ＰＦＡ，ＦＥＰ等の弗素樹脂等）が使用される。この例では、各シールリング１１を炭化珪素で構成してある。   In this example, as shown in FIG. 1, one seal ring 11 of each seal means 3 and one seal ring 11 of the seal means 3 adjacent thereto are used as a common seal ring. That is, the seal rings 11 of the two adjacent seal means 3 and 3 are common except for the seal means 3 and 3 located at both upper and lower ends, and the uppermost and lowermost seal rings 11 are Although only one end surface is configured as the seal surface 15, each of the other seal rings 11 is configured as the seal surfaces 15 and 15 at both end surfaces. As the constituent material of the seal ring 11, ceramics (silicon carbide, aluminum oxide, etc.) that are not elastically deformed, metals (cemented carbide, etc.), hard plastics (engineering plastics such as PEEK, PES, PC, etc.) or PTFE, PFA, FEP Etc.). In this example, each seal ring 11 is made of silicon carbide.

各環状シール部材１２は弾性材で構成されたものであり、図２に示す如く、円筒状をなす本体部１６とその内周両端部から内方に突出する一対の円環状のリップ部１７，１７とからなり、ケース体１の中間分割部分１ｃの内周部に一対のＯリング１８，１８を介して嵌合保持されている。なお、Ｏリング１８，１８は、ケース体１の中間分割部分１ｃの内周部に形成したＯリング溝に係合保持されており、ケース体１と環状シール部材１２の本体部１６との嵌合部をシール（二次シール）している。   Each annular seal member 12 is made of an elastic material, and as shown in FIG. 2, a cylindrical main body portion 16 and a pair of annular lip portions 17 projecting inwardly from both inner peripheral ends thereof, 17 and is fitted and held via a pair of O-rings 18, 18 on the inner peripheral portion of the intermediate divided portion 1 c of the case body 1. The O-rings 18 and 18 are engaged and held in an O-ring groove formed in the inner peripheral portion of the intermediate divided portion 1c of the case body 1, and the fitting between the case body 1 and the main body portion 16 of the annular seal member 12 is performed. The joint is sealed (secondary seal).

各環状シール部材１２のリップ部１７，１７は、図１及び図２に示す如く、当該環状シール部材１２のシールリング１１，１１の対向端面であるシール面１５，１５に相対回転自在に圧接しており、環状シール部材１２と回転軸体２の保持筒７との対向端面間にシールされた環状空間である接続空間４を形成する。なお、環状シール部材１２の構成材としては、環状リップ部１７が接続空間４をシールすべくシール面１５に圧接する弾性力を有するプラスチック，ゴム等の弾性材が使用されるが、その選定はシール条件に応じて行われる。例えば、当該環状シール部材１２によってシールすべき流体（接続空間４を通過する流体）が高温である場合には耐熱性の弾性材が使用され、また当該流体１９が腐食性を有するものである場合には耐食性の弾性材（弗素樹脂，弗素ゴム等）が使用されるが、一般には、自己潤滑性，低摩擦性（摩擦係数０．２〜０．３程度）を有するＰＴＦＥ等の弗素樹脂やこれにガラス繊維，炭素繊維，二硫化モリブデン等の充填材を一種以上配合してなる弾性複合材等を使用することが好ましい。この例では、ＰＴＦＥにガラス繊維及び二硫化モリブデン又はポリイミド樹脂を配合した、低摩擦性，耐摩耗性等に優れる弾性複合材が使用されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the lip portions 17, 17 of each annular seal member 12 are pressed against the seal surfaces 15, 15, which are opposed end surfaces of the seal rings 11, 11, of the annular seal member 12 so as to be relatively rotatable. A connection space 4 is formed as an annular space sealed between the opposed end surfaces of the annular seal member 12 and the holding cylinder 7 of the rotary shaft body 2. As a constituent material of the annular seal member 12, an elastic material such as plastic or rubber having an elastic force with which the annular lip portion 17 is pressed against the seal surface 15 to seal the connection space 4 is used. It is performed according to the sealing conditions. For example, when the fluid to be sealed by the annular seal member 12 (fluid passing through the connection space 4) is at a high temperature, a heat-resistant elastic material is used, and the fluid 19 is corrosive. Corrosion-resistant elastic materials (fluorine resin, fluorine rubber, etc.) are used for the above, but in general, fluorine resin such as PTFE having self-lubricating property and low friction property (friction coefficient of about 0.2 to 0.3) It is preferable to use an elastic composite material or the like in which one or more fillers such as glass fiber, carbon fiber, and molybdenum disulfide are blended. In this example, an elastic composite material that is excellent in low friction, wear resistance, and the like, in which glass fiber and molybdenum disulfide or polyimide resin are blended with PTFE is used.

ところで、上記した如く、複数のシールリング１１及び保持筒７がこれらを交互に配して軸線方向に並列されていること及び複数の環状シール部材１２がこれらを各々保持する中間分割部分１ｃが軸線方向に並列されていることから、シール手段群の一端側においてシールリング１１と環状シール部材１２との軸線方向位置関係が適正であって両者１１，１２の接触状態が適正である場合にも、保持筒７、シールリング１１及び中間分割部分１ｃの少なくとも何れかに軸線方向寸法の製作誤差があると、それが寸法公差であるとしても、その誤差が軸線方向に累積することにより、当該シール手段群の他端側においてはシールリング１１と環状シール部材１２との軸線方向位置関係が不適正となり、両者１１，１２が適正に接触しない（例えば、環状シール部材１２の一方のリップ部１７と他方のリップ部１７とでシール面１５，１５への接触圧が大きく異なる）といった問題が生じ、シール手段３によるシール機能が良好に発揮されない虞れがある。かかる問題は、軸線方向寸法の誤差が大きい程、誤差のある部材点数が多くなる程、又はシール手段３の配置数が多くなる程、顕著となる。   By the way, as described above, the plurality of seal rings 11 and the holding cylinders 7 are alternately arranged so that they are arranged in parallel in the axial direction, and the intermediate divided portion 1c in which the plurality of annular seal members 12 respectively hold them is the axis. Since the axial direction positional relationship between the seal ring 11 and the annular seal member 12 is appropriate on one end side of the seal means group and the contact state between the two is appropriate, If at least one of the holding cylinder 7, the seal ring 11, and the intermediate divided portion 1 c has a manufacturing error in the axial direction dimension, even if this is a dimensional tolerance, the error is accumulated in the axial direction, thereby the sealing means. On the other end side of the group, the axial positional relationship between the seal ring 11 and the annular seal member 12 becomes inappropriate, and the both 11 and 12 do not contact properly (for example, The contact pressure to the seal surfaces 15 and 15 is greatly different between the one lip portion 17 and the other lip portion 17 of the annular seal member 12, and the sealing function by the sealing means 3 may not be satisfactorily exhibited. There is. Such a problem becomes more prominent as the axial dimension error is larger, the number of erroneous members is increased, or the number of the sealing means 3 is increased.

このような問題を排除するためには、環状シール部材１２を中間分割部分１ｃに固定せず、これに軸線方向変位可能として、上記した寸法誤差による環状シール部材１２とシールリング１１との軸線方向位置を適正に調整できるようにすればよい。しかし、このように構成した場合、当該ロータリジョイントをその回転軸線が鉛直となる状態で使用すると、環状シール部材１２が自重により下方に変位して両リップ部１７，１７のシール面１５，１５への接触圧にバラツキが生じる（当該接触圧が下側のリップ部１７において高く、上側のリップ部１７において低くなる）虞れがある。   In order to eliminate such a problem, the annular seal member 12 is not fixed to the intermediate divided portion 1c, but can be displaced in the axial direction thereof, so that the axial direction between the annular seal member 12 and the seal ring 11 due to the dimensional error described above is achieved. What is necessary is just to enable it to adjust a position appropriately. However, in such a configuration, when the rotary joint is used in a state in which the rotation axis is vertical, the annular seal member 12 is displaced downward due to its own weight, and is moved to the seal surfaces 15 and 15 of the lip portions 17 and 17. There is a risk that the contact pressure will vary (the contact pressure is high at the lower lip 17 and lower at the upper lip 17).

そこで、この実施の形態では、各環状シール部材１２を中間分割部分１ｃの内周部にＯリング１８，１８を介して軸線方向変位可能に内嵌保持させると共に、最上位及び最下位の環状シール部材１２，１２と上下分割部分１ａ，１ｂとの間及び隣接する環状シール部材１２，１２間に夫々軸線方向に伸縮するスプリング１９を装填して、各環状シール部材１２のシールリング１１に対する軸線方向位置を適正に調整し、各環状シール部材１２における両リップ部１７，１７のシール面１５，１５への接触圧が可及的に均等となるように工夫してある。なお、各環状シール部材１２のケース体１に対する相対回転は、共通のドライブバー２０により阻止されている。すなわち、図１に示す如く、ケース体１に軸線方向（上下方向）に平行させた状態で両端支持させた断面円形棒であるドライブバー２０を、各環状シール部材１２の本体部１６に形成した貫通孔に挿通させることにより、全環状シール部材１２…をその軸線方向変位を許容する状態でケース体１に対して相対回転不能に保持させてある。ドライブバー２０を挿通させる貫通孔は、各環状シール部材１２に形成される流路５部分とは干渉しない位置に形成されている。   Therefore, in this embodiment, each annular seal member 12 is fitted and held in the inner peripheral portion of the intermediate divided portion 1c through the O-rings 18 and 18 so as to be axially displaceable, and the uppermost and lowermost annular seals are also held. A spring 19 that expands and contracts in the axial direction is loaded between the members 12, 12 and the upper and lower divided parts 1a, 1b and between the adjacent annular seal members 12, 12, and the axial direction of each annular seal member 12 relative to the seal ring 11 is loaded. The position is adjusted appropriately, and it is devised so that the contact pressures to the sealing surfaces 15 and 15 of both lip portions 17 and 17 in each annular seal member 12 are made as uniform as possible. The relative rotation of each annular seal member 12 with respect to the case body 1 is blocked by a common drive bar 20. That is, as shown in FIG. 1, a drive bar 20, which is a circular bar with a cross-section supported at both ends in a state parallel to the axial direction (vertical direction) on the case body 1, is formed on the main body portion 16 of each annular seal member 12. By inserting the through-holes, the all-annular seal members 12 are held so as not to rotate relative to the case body 1 in a state in which the axial displacement is allowed. The through hole through which the drive bar 20 is inserted is formed at a position where it does not interfere with the flow path 5 portion formed in each annular seal member 12.

各流路５は、図１に示す如く、シール手段３によってシールされた接続空間４と、ケース体１及び環状シール部材１２を貫通して接続空間４に開口する固定側通路２１と、回転軸体２を貫通して接続空間４に開口する回転側通路２２とで構成される一連のものであり、所望の流体２３（圧縮空気等のガス又はウエハ研摩液等のスラリ流体や洗浄用純水等の液体）を回転機器の相対部材間において流動させることができるようになっている。   As shown in FIG. 1, each flow path 5 includes a connection space 4 sealed by the sealing means 3, a fixed-side passage 21 that passes through the case body 1 and the annular seal member 12 and opens to the connection space 4, and a rotating shaft. And a rotation side passage 22 that passes through the body 2 and opens to the connection space 4. A desired fluid 23 (a gas such as compressed air or a slurry fluid such as a wafer polishing liquid or pure water for cleaning) Or the like) can flow between the relative members of the rotating device.

すなわち、ケース体１の各中間分割部分１ｃ及びこれに内嵌保持された環状シール部材１２の本体部１６には、図１に示す如く、Ｏリング１８，１８間を通過する固定側通路２１が径方向に貫通形成されている。各固定側通路２１の一端部は接続空間４に開口されている。また、各固定側通路２１の他端部はケース体１の外周部に開口されており、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。   That is, as shown in FIG. 1, a fixed-side passage 21 that passes between the O-rings 18 and 18 is formed in each intermediate divided portion 1c of the case body 1 and the main body portion 16 of the annular seal member 12 fitted and held therein. It is formed to penetrate in the radial direction. One end of each fixed-side passage 21 is open to the connection space 4. The other end of each fixed-side passage 21 is opened to the outer peripheral portion of the case body 1 and is connected to a fixed-side channel formed in the fixed-side member (CMP apparatus main body).

また、回転軸体２には、図１に示す如く、相互に交差することなく各接続空間５に開口するＮ個の回転側通路２２が形成されている。すなわち、各回転側通路２２は軸本体６を軸線方向に貫通して、その一端部は保持筒７を貫通して接続空間４に開口されている。また、各回転側通路２２の他端部は軸本体１２の下端部に開口されており、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。   Further, as shown in FIG. 1, the rotation shaft body 2 is formed with N rotation-side passages 22 that open to the connection spaces 5 without crossing each other. That is, each rotation-side passage 22 passes through the shaft body 6 in the axial direction, and one end thereof passes through the holding cylinder 7 and is opened in the connection space 4. Moreover, the other end part of each rotation side channel | path 22 is opened by the lower end part of the shaft main body 12, and is connected to the rotation side flow path formed in the said rotation side member (top ring or turntable).

したがって、両体１，２には、固定側通路２１と回転側通路２２とを接続空間４により相対回転自在に接続してなるＮ本の流路５…が相互に独立した形態で形成されることになり、Ｎ種（同種又は異種）の流体２３を、図１に矢印で示す如く固定側通路２１から回転側通路２２へと、或いは逆に回転側通路２２から固定側通路２１へと、各別のルートで流動させることができる。   Accordingly, the N bodies 1 and 2 are formed in both bodies 1 and 2 in a form independent of each other, in which the fixed side passage 21 and the rotation side passage 22 are connected to each other by the connection space 4 so as to be relatively rotatable. Thus, the N type (same type or different type) fluid 23 is changed from the fixed side passage 21 to the rotation side passage 22 as shown by the arrow in FIG. 1, or conversely, from the rotation side passage 22 to the fixed side passage 21. It can be made to flow in each different route.

以上のように構成された多流路形ロータリジョイントによれば、Ｎ本の流路５が相互に干渉せず各々独立して形成されていることから、Ｎ種の流体２３を固定側流路と回転側流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 multi-channel rotary joint configured as described above, since the N channels 5 are formed independently without interfering with each other, N types of fluids 23 are connected to the fixed-side channel. Can be made to flow well without mixing between them and the rotation side flow path, and their flow state control can be performed separately.

また、回転軸体２に振動，撓みにより振れが生じて、シール面１５の軸線方向位置が変化した場合にも、リップ部１７がこれに追従して弾性変形し、リップ部１７とシール面１５とが適正な接触状態に維持される。また、流体２３の圧力が変動した場合にも、リップ部１７は接続空間４内の流体圧力によってシール面１５への圧接力が変化するものであり、当該圧接力が接続空間４に供給される流体つまりシールすべき流体２３の圧力に比例して増減変化することになる。しかも、リップ部１７に作用する流体２３の圧力は、リップ部１５の全周において均一に作用することから、リップ部１７のシール面１５への圧接力もバラツキを生じることなく均等となり、メカニカルシールのように密封端面の接触が不均一（片当たり，外高，内高）となることがない。したがって、回転軸体２の振動，撓み等や流体２３の圧力変動等によるシール条件変動に拘わらず、常に、各接続空間４のシールを良好且つ適正に行うことができ、各流体２３を両体１，２間において漏れを生じたりすることなく良好に流動させることができる。   Further, even when the rotation shaft 2 is shaken by vibration or deflection and the axial position of the seal surface 15 is changed, the lip portion 17 is elastically deformed following this, and the lip portion 17 and the seal surface 15 are also deformed. Are maintained in proper contact with each other. Further, even when the pressure of the fluid 23 fluctuates, the lip portion 17 changes the pressure contact force against the seal surface 15 due to the fluid pressure in the connection space 4, and the pressure contact force is supplied to the connection space 4. The pressure changes in proportion to the pressure of the fluid, that is, the fluid 23 to be sealed. Moreover, since the pressure of the fluid 23 acting on the lip portion 17 acts uniformly on the entire circumference of the lip portion 15, the pressure contact force of the lip portion 17 to the seal surface 15 is also uniform without causing variation, and the mechanical seal In this way, the contact of the sealed end face does not become uneven (per piece, outer height, inner height). Therefore, the connection spaces 4 can always be properly and properly sealed regardless of the fluctuations in the sealing conditions caused by the vibration and deflection of the rotating shaft 2 and the pressure fluctuations of the fluid 23. It can be made to flow satisfactorily without causing leakage between 1 and 2.

さらに、シール手段３としてメカニカルシールを使用する場合に比して、ロータリジョイントを大幅に小型することができ、シール手段３としてリップシール等の弾性シール部材を使用する場合のように回転軸体２の形状，精度，表面粗さ等に影響されることなく、接続空間４のシールを良好に行うことができ、信頼性も高い。また、シールリング１１及び環状シール部材１２として、シール面１５とリップ部１７との接触抵抗が低くなる材質のものを使用することによって、流体２３が潤滑性を有しないガス等である場合にも、クエンチング等の潤滑，冷却手段を設けることなく良好なシール機能を発揮させることができ、ロータリジョイント構造をいたずらに複雑化，大型化させるようなことがない。   Further, the rotary joint can be significantly reduced in size as compared with the case where a mechanical seal is used as the sealing means 3, and the rotary shaft body 2 is used as in the case where an elastic seal member such as a lip seal is used as the sealing means 3. The connection space 4 can be satisfactorily sealed without being affected by the shape, accuracy, surface roughness, etc., and the reliability is high. In addition, when the seal ring 11 and the annular seal member 12 are made of a material whose contact resistance between the seal surface 15 and the lip portion 17 is low, the fluid 23 is a gas having no lubricity or the like. Therefore, it is possible to exhibit a good sealing function without providing lubrication and cooling means such as quenching, and the rotary joint structure is not unnecessarily complicated and enlarged.

なお、本発明に係る多流路形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 multi-channel 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.

例えば、上記したロータリジョイントの各環状シール部材１２において、図３に示す如く、本体部１６の内周中央部に形成した環状突起２４と各リップ部１７との間に断面コ字状の環状をなす板ばね２５を装填して、各リップ部１７のシール面１５への圧接力を増大させるように工夫することも可能である。この場合において、環状突起２４と各リップ部１７との間には、板ばね２５以外の弾性部材（例えば、Ｏリング等）を装填させてもよい。   For example, in each annular seal member 12 of the rotary joint described above, as shown in FIG. 3, an annular ring having a U-shaped cross section is formed between the annular protrusion 24 formed on the inner peripheral center portion of the main body portion 16 and each lip portion 17. It is also possible to devise so as to increase the pressure contact force of the lip portions 17 to the seal surface 15 by loading the formed leaf spring 25. In this case, an elastic member (for example, an O-ring or the like) other than the leaf spring 25 may be loaded between the annular protrusion 24 and each lip portion 17.

また、本発明に係る多流路形ロータリジョイントを、環状シール部材１２の自重による変位，変形を考慮する必要がない状態で使用する場合（例えば、当該ロータリジョイントをその回転軸線が水平となる状態で使用する場合）には、図１に示すスプリング１９を排除しておくことも可能である。   Further, when the multi-channel rotary joint according to the present invention is used in a state where it is not necessary to consider the displacement and deformation due to the weight of the annular seal member 12 (for example, the rotary joint is in a state where the rotation axis is horizontal) 1), the spring 19 shown in FIG. 1 can be eliminated.

また、本発明の多流路形ロータリジョイントは、上記したＣＭＰ装置以外の各種回転機にも相対回転部材間の流体流動手段として好適に適用することができるものである。   Further, the multi-channel rotary joint of the present invention can be suitably applied to various rotating machines other than the above-described CMP apparatus as a fluid flow means between relative rotating members.

１ ケース体
２ 回転軸体
３ シール手段
４ 接続空間
５ 流路
１１ シールリング
１２ 環状シール部材
１５ シール面（シールリングの対向端面）
１７ リップ部
２１ 固定側通路
２２ 回転側通路
２３ 流体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Case body 2 Rotating shaft body 3 Sealing means 4 Connection space 5 Flow path 11 Seal ring 12 Annular seal member 15 Seal surface (opposite end surface of seal ring)
17 Lip part 21 Fixed side passage 22 Rotation side passage 23 Fluid

Claims (2)

ケース体とこれに回転自在に連結された回転軸体との間に、両体の対向周面間に軸線方向に並列する複数のシール手段により区画形成された複数の接続空間を介して連通する複数の流路を形成してなる多流路形ロータリジョイントであって、
各シール手段は、回転軸体の外周部にその軸線方向に所定間隔を隔てて固定された一対の非弾性材製のシールリングとケース体の内周部に嵌合保持された弾性材製の環状シール部材であって内周部に両シールリングの対向端面に圧接する一対の環状のリップ部を有する環状シール部材とからなり、環状シール部材と回転軸体との対向周面間に一対のシールリング及びリップ部でシールされた接続空間を形成するように構成されており、
各流路は、接続空間とケース体及び環状シール部材を貫通して当該接続空間に開口する固定側通路と回転軸体を貫通して当該接続空間に開口する回転側通路とで構成される一連のものであることを特徴とする多流路形ロータリジョイント。 The case body and the rotating shaft body rotatably connected to the case body communicate with each other through a plurality of connection spaces defined by a plurality of sealing means arranged in parallel in the axial direction between the opposing peripheral surfaces of both bodies. A multi-channel rotary joint formed with a plurality of channels,
Each sealing means is made of a pair of non-elastic material seal rings fixed to the outer peripheral portion of the rotary shaft body at a predetermined interval in the axial direction and an elastic material fitted and held on the inner peripheral portion of the case body. An annular seal member comprising an annular seal member having a pair of annular lip portions in pressure contact with opposite end surfaces of both seal rings on the inner peripheral portion, and a pair of annular seal members between the opposed peripheral surfaces of the annular seal member and the rotary shaft body It is configured to form a connection space sealed with a seal ring and a lip portion,
Each flow path is composed of a connection side, a fixed side passage that passes through the case body and the annular seal member and opens into the connection space, and a rotation side passage that passes through the rotary shaft body and opens into the connection space. A multi-channel rotary joint characterized by the above. 各シール手段が、リップ部のシールリングへの圧接が当該リップ部自身の弾性力と接続空間を通過する流体の圧力とによって行われるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載する多流路形ロータリジョイント。 2. Each of the sealing means is configured such that the pressure contact of the lip portion with the seal ring is performed by the elastic force of the lip portion itself and the pressure of the fluid passing through the connection space. Multi-channel rotary joint to be described.