JP7451056B2 - ロータリージョイント - Google Patents

Description

本発明は、ハウジングの流路から回転する回転体の流路へ流体を供給するためのロータリージョイントに関する。

従来、ロータリージョイントは、流体の供給配管と接続される筒状のハウジングに形成されるハウジング流路からハウジング内に相対回転可能に設けられる回転体であるシャフトに形成される回転体流路へ流体を供給するために用いられている。ハウジングおよびシャフトに複数の流路を設けることで、供給する流体の汎用性や拡張性を高めたロータリージョイントも知られている。このようなロータリージョイントにあっては、複数のシール装置をシャフトの軸方向に配置することにより、軸方向にシール装置により区画され径方向に延びる独立した複数の連通路を形成できるようにして、ハウジングとシャフトとの間に形成される環状の空間を異なる流体が混ざることなく流れるようにしている。

このようなロータリージョイントにおいては、独立した複数の連通路を形成するためにシール装置としてリップシール等を用いることができるが、流体にスラリー（固形分）が含まれる場合や流体の圧力が高い場合や腐食性の高い特殊な流体が使用される場合にはメカニカルシールが用いられている（特許文献１参照）。

特許文献１に開示されているロータリージョイントは、例えば半導体ウエハの表面研磨処理を行うための半導体製造装置に適用され、装置本体に取り付けられるハウジングとしての筒状のケース体と、研磨用のターンテーブルが取り付けられる回転体としてのシャフトとの間に形成される空間にシャフトに沿ってダブル形のメカニカルシールが直列方向に複数配置されることにより、ケース体に形成される複数のハウジング流路から供給される研磨液、加圧用空気、洗浄水、純水、エアーブロー用空気、真空時の研磨残渣液等の被密封流体がメカニカルシールにより径方向に形成される独立した複数の連通路を介して混ざることなくシャフトの対応する回転体流路に流れるようになっている。

特開２０１７－１１０７０２号公報（第７頁、第１図）

特許文献１においては、軸方向において２つの回転要素である回転密封環の間に２つの静止要素である静止密封環が背中合わせで配置されており、当該２つの静止密封環の背面間に径方向に延びる連通路が形成されることにより、ケース体の流路と回転体流路とが連通されている。このように連通路が２つの静止密封環の間にのみ形成される構成であると、隣接する連通路が回転密封環を挟んで軸方向に離間してしまうため、軸方向における一定の長さの中に設置可能なハウジング流路の数が限られてしまうという問題があった。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、軸方向にコンパクトに構成することができるロータリージョイントを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明のロータリージョイントは、
複数のハウジング流路が形成される筒状のハウジングと、前記ハウジング内に相対回転可能に設けられ前記複数のハウジング流路に連通される複数の回転体流路が形成される回転体と、を備えるロータリージョイントであって、
前記回転体と共に回転する回転要素とを有し、前記回転要素を径方向に貫通し、前記ハウジングと前記回転要素との間の回転要素側空間から前記回転体流路に到達する回転側連通路が形成されており、
前記ハウジングに固定される静止要素を有し、前記静止要素を径方向に貫通し、前記静止要素と前記回転体との間の静止要素側空間から前記回転体流路に到達する静止側連通路が形成されている。
これによれば、ハウジングに隣接して形成されるハウジング流路を回転側連通路と静止側連通路のいずれかを介して回転体の対応する回転体流路にそれぞれ連通させることにより、回転側連通路と静止側連通路とが互いに干渉することがないため、回転側連通路と静止側連通路を軸方向に近接させて配置することができ、ロータリージョイントを軸方向にコンパクトに構成することができる。

前記静止要素は静止密封環を有し、前記回転要素は回転密封環を有し、
軸方向に１つの前記静止密封環と２つの前記回転密封環とが摺動可能に配置されたダブル形のメカニカルシールが構成されていてもよい。
これによれば、メカニカルシールにより回転要素とハウジングとの間の回転要素側空間と、静止要素とシャフトとの間の静止要素空間をそれぞれ密封空間とすることができ、回転側連通路と静止側連通路の一部を径方向に重畳させることができるため、軸方向によりコンパクトにできる。

前記メカニカルシールは、内外径にそれぞれシール部があり、内外径の前記シール部間にクエンチング用流路が形成されていてもよい。
これによれば、メカニカルシールの内外径のシール部の間に形成されるクエンチング用流路を流れるクエンチング流体により静止密封環および回転密封環の摺動面を保護することができ、さらに回転側連通路と静止側連通路を流れる被密封流体が直接混ざり合うことを防止できる。

前記回転要素には、軸方向に貫通するクエンチング用の貫通孔が形成されていてもよい。
これによれば、軸方向に貫通する貫通孔により回転要素にクエンチング用の流路を形成しながら、径方向に貫通する回転側連通路の形成領域を確保することができる。

前記静止要素には、軸方向に貫通するクエンチング用の貫通孔が形成されていてもよい。
これによれば、軸方向に貫通する貫通孔により静止要素にクエンチング用の流路を形成しながら、径方向に貫通する静止側連通路の形成領域を確保することができる。

前記メカニカルシールは、内外２つの前記回転密封環を備えていてもよい。
これによれば、メカニカルシールの内外径のシール部におけるセッティングを変更することができる。

軸方向両端に配置される前記静止密封環には、前記クエンチング用流路の入口または出口が形成されていてもよい。
これによれば、軸方向両端に配置される静止密封環にクエンチング用流路の入口または出口を形成することにより、メカニカルシールの構成部材内にクエンチング用流路を形成できるため、クエンチング用流路を有するロータリージョイントを軸方向によりコンパクトに構成することができる。

本発明の実施例のロータリージョイントの構造を示す断面図である。 実施例のロータリージョイントの構造を示す拡大断面図である。 実施例の静止密封環における静止側連通路および貫通孔の形成位置を示す図である。 実施例のシャフトにおける複数の回転体流路の形成位置を示す図である。 実施例のホルダにおける回転側連通路および貫通孔の形成位置を示す図である。

本発明に係るロータリージョイントを実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

実施例に係るロータリージョイントにつき、図１から図５を参照して説明する。以下、図１の紙面正面側をロータリージョイントの正面側（前方側）とし、その前方側から見たときの上下左右方向を基準として説明する。

図１に示されるように、本実施例のロータリージョイント１は、半導体ウエハの表面研磨処理を行うための図示しない半導体製造装置の装置本体に固定される筒状のハウジング２と、ハウジング２内に相対回転可能に挿通される回転体としてのシャフト３と、から主に構成され、ハウジング２の内周面とシャフト３の外周面との間に形成される環状の空間に４つのシール装置４を鉛直方向である軸方向に配置することにより、軸方向に４つのシール装置４により区画され径方向に延びる独立した複数の連通路を形成するものである。

図１に示されるように、ハウジング２は、フランジ付き略円筒形状の下端部ケース２０と、下端部ケース２０の鉛直上方から円環状のスペーサ２５とともにボルト５０により連結固定される段付き略円筒形状の第１ケース２１と、第１ケース２１の鉛直上方から円環状のスペーサ２６とともにボルト５１により連結固定される段付き略円筒形状の第２ケース２２と、第２ケース２２の鉛直上方から円環状のスペーサ２７とともにボルト５２により連結固定される段付き略円筒形状の第３ケース２３と、第３ケース２３の鉛直上方からフランジ付き略円筒形状の上端部ケース２８とともにボルト５３により連結固定される第４ケース２４と、から略円筒形状に形成されている。尚、第１ケース２１、第２ケース２２、第３ケース２３および第４ケース２４は、耐薬品性の高いＰＥＥＫ等の樹脂素材から形成され、下端部ケース２０、上端部ケース２８およびスペーサ２５，２６，２７は、ステンレス鋼等の金属素材から形成されている。

また、ハウジング２の内周には、下端部ケース２０と第１ケース２１との間に静止要素としての静止密封環４０が挟み込まれ、第１ケース２１と第２ケース２２との間に静止要素としての静止密封環４１が挟み込まれ、第２ケース２２と第３ケース２３との間に静止要素としての静止密封環４２が挟み込まれ、第３ケース２３と第４ケース２４との間に静止要素としての静止密封環４３が挟み込まれ、第４ケース２４と上端部ケース２８との間に静止要素としての静止密封環４４が挟み込まれた状態で、一体に固定されている。

また、ハウジング２には、径方向に貫通し、外側開口が図示しない半導体製造装置の複数の供給配管とそれぞれ接続されるハウジング流路が形成されている。詳しくは、下端部ケース２０には、クエンチング流体の供給配管Ｑ_ｉｎと接続されるハウジング流路１０が形成され、第１ケース２１には、被密封流体の供給配管Ａと接続されるハウジング流路１１および被密封流体の供給配管Ｂと接続されるハウジング流路１２が形成され、第２ケース２２には、被密封流体の供給配管Ｃと接続されるハウジング流路１３および被密封流体の供給配管Ｄと接続されるハウジング流路１４が形成され、第３ケース２３には、被密封流体の供給配管Ｅと接続されるハウジング流路１５および被密封流体の供給配管Ｆと接続されるハウジング流路１６が形成され、第４ケース２４には、被密封流体の供給配管Ｇと接続されるハウジング流路１７が形成され、上端部ケース２８には、クエンチング流体の排出配管Ｑ_ｏｕｔと接続されるハウジング流路１８が形成されている。尚、下端部ケース２０および上端部ケース２８には、下端部ケース２０および上端部ケース２８内に漏出したクエンチング流体を排出するためのドレン流路１９がそれぞれ形成されている。

また、図１において紙面右側に配置されるハウジング流路１１，１３，１５，１７は、内側開口がハウジング２の内周面とシャフト３と共に回転する回転要素としてのホルダ３３，３４，３５，３６の外周面との間にそれぞれ形成される回転要素側空間１２０（以下、単に「空間１２０」とも言う。）に開放しており、ハウジング流路１１，１３，１５，１７を流れる流体が空間１２０を通ってホルダ３３，３４，３５，３６の外周を回り込めるようになっている。

また、図１において紙面左側に配置されるハウジング流路１０，１２，１４，１６，１８は、内側開口が静止密封環４０，４１，４２，４３，４４の外周面と接続されている。さらに、ハウジング２の内周には、静止密封環４０，４１，４２，４３，４４の外周面と接続される軸方向位置にハウジング流路１０，１２，１４，１６，１８の内側開口とそれぞれ連通する周溝１００が形成されており、ハウジング流路１０，１２，１４，１６，１８を流れる流体が周溝１００を通って静止密封環４０，４１，４２，４３，４４の外周を回り込めるようになっている。また、静止密封環４１，４２，４３に形成される後述する静止側連通路１４１，１４２，１４３は、内側開口が静止密封環４１，４２，４３の内周面とシャフト３に外嵌される回転要素としてのスペーサ３７，３８，３９の外周面との間にそれぞれ形成される静止要素側空間１２１（以下、単に「空間１２１」とも言う。）に開放しており、周溝１００から静止側連通路１４１，１４２，１４３に流入した流体が空間１２１を通って静止密封環４１，４２，４３の内周を回り込めるようになっている。

ここで、静止密封環４０，４１，４２，４３，４４について説明する。図１および図２に示されるように、軸方向下端に配置される静止密封環４０には、一端が下端部ケース２０に形成されるハウジング流路１０の内側開口と接続され、他端がホルダ３３側に向けて鉛直上方に開放するクエンチング用流路の入口としてのクエンチング連通路１４０が形成されている。また、図１に示されるように、軸方向上端に配置される静止密封環４４には、一端が上端部ケース２８に形成されるハウジング流路１８の内側開口と接続され、他端がホルダ３６側に向けて鉛直下方に開放するクエンチング用流路の出口としてのクエンチング連通路１４４が形成されている。

図３に示されるように、静止密封環４１には、周方向に５等配され軸方向に貫通するクエンチング用流路としての貫通孔１４５が形成されるとともに、貫通孔１４５に干渉しない領域を径方向に貫通する静止側連通路１４１が形成されている。また、図１および図２に示されるように、静止側連通路１４１の外側開口は、ハウジング２、すなわち第１ケース２１の内周に形成されハウジング流路１２の内側開口と連通する周溝１００と接続されており、静止側連通路１４１の内側開口は、静止密封環４１の内周面とシャフト３に外嵌されるスペーサ３７の外周面との間に形成される空間１２１に開放している。尚、スペーサ３７には、径方向に貫通する貫通孔１３７が形成されており、ハウジング流路１２を流れる被密封流体は、周溝１００を通って静止密封環４１の外周を回り込み、静止密封環４１を径方向に貫通する静止側連通路１４１から空間１２１を通ってスペーサ３７の外周、すなわち静止密封環４１の内周を回り込み、スペーサ３７を径方向に貫通する貫通孔１３７を介してシャフト３に形成される回転体流路１１２まで到達できるようになっている。尚、静止密封環４２，４３は、静止密封環４１と同一構成であるため、詳細な説明を省略する。

次いで、シャフト３について説明する。図１に示されるように、シャフト３は、鉛直方向に延び下端部に図示しない研磨用のターンテーブルを取り付けるためのフランジ形状の取付部３０ａが形成される軸本体３０と、取付部３０ａの鉛直上方に外嵌される略円筒形状のスリーブ３１と、軸本体３０の上端部が挿入された状態でボルト５４により連結固定される押さえ部材３２と、から主に構成されている。また、シャフト３は、スリーブ３１とハウジング２の下端部ケース２０との間にボールベアリング６０が設けられるとともに、押さえ部材３２とハウジング２の上端部ケース２８との間にボールベアリング６１が設けられることにより、ハウジング２に対して相対回転可能に支持されている。

また、シャフト３は、スリーブ３１とハウジング２の下端部ケース２０との間、かつボールベアリング６０の鉛直上方にリップシール６２が設けられるとともに、押さえ部材３２と上端部ケース２８との間、かつボールベアリング６１の鉛直下方にリップシール６３が設けられることにより、ハウジング２の内周面とシャフト３の外周面との間に環状の密封空間が形成されている。これにより、下端部ケース２０および上端部ケース２８内に漏出したクエンチング流体がボールベアリング６０，６１に侵入することが防止されている。

図１および図４に示されるように、シャフト３の軸本体３０には、ハウジング２に形成されるハウジング流路１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７にそれぞれ対応する回転体流路１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６，１１７が形成されている。回転体流路１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６，１１７は、一端が軸本体３０の外周面の異なる軸方向位置で外径方向に開口しており、他端が軸方向に延びて軸本体３０、すなわち取付部３０ａの下端面で鉛直下方に開口している。尚、回転体流路１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６，１１７の他端側の開口は、図示しない研磨用のターンテーブルに形成される配管とそれぞれ接続される。

また、軸本体３０には、スリーブ３１の上方に回転要素としての略円筒形状のホルダ３３，３４，３５，３６と略円筒形状のスペーサ３７，３８，３９とが軸方向に交互に外嵌されており、軸本体３０の上端部に押さえ部材３２がボルト５４により連結固定される際のボルト５４の締め付け力によってスリーブ３１と押さえ部材３２との間にホルダ３３，３４，３５，３６およびスペーサ３７，３８，３９が一体に挟圧固定されるようになっている。また、ホルダ３３，３４，３５，３６の軸方向の隙間には、ハウジング２に固定される静止密封環４１，４２，４３が配置されており、スペーサ３７，３８，３９と静止密封環４１，４２，４３の軸方向位置がそれぞれ一致している。すなわち、回転要素としてのホルダ３３，３４，３５，３６と静止要素としての静止密封環４１，４２，４３とは、凹凸関係に配置され、ハウジング２の内周面とホルダ３３，３４，３５，３６の外周面との間にそれぞれ形成される空間１２０と、静止密封環４１の内周面とシャフト３に外嵌されるスペーサ３７，３８，３９の外周面との間に形成される空間１２１とは、空間１２０が外径側に配置され、空間１２１が空間１２０よりも内径側に配置されることにより、軸方向視で径方向に交互に配置されている。尚、軸本体３０とホルダ３３，３４，３５，３６およびスペーサ３７，３８，３９は、耐薬品性の高いＰＥＥＫ等の樹脂素材から形成され、スリーブ３１および押さえ部材３２は、ステンレス鋼等の金属素材から形成されている。

また、ホルダ３３，３４，３５，３６は、内周に形成される切欠部に軸本体３０の外周から延びる固定ピン５５が挿嵌されることによりシャフト３に対して回り止めされている。尚、図１においては、説明の便宜上、ホルダ３６における回り止め構造のみを図示している。

ここで、ホルダ３３，３４，３５，３６の構造について説明する。尚、ホルダ３３，３４，３５，３６は同一構成であるため、ホルダ３３の構造について説明し、他のホルダ３４，３５，３６の説明を省略する。

図２に示されるように、ホルダ３３は、軸方向両端からそれぞれ軸方向に凹む環状の凹溝３３ａ，３３ｂが形成され、軸方向下側に形成される凹溝３３ａ内には、シール装置４を構成する内外２つの回転密封環４５，４７が保持され、軸方向上側に形成される凹溝３３ｂ内には、シール装置４を構成する内外２つの回転密封環４６，４８が保持されている。尚、回転密封環４５，４７は、背面側に形成される切欠部にそれぞれ凹溝３３ａの底部から鉛直下方に延び周方向に４等配される内外一対のノックピン６５が挿嵌され、回転密封環４６，４８は、背面側に形成される切欠部にそれぞれ凹溝３３ｂの底部から鉛直上方に延び周方向に４等配される内外一対のノックピン６６が挿嵌されることにより、ホルダ３３に対して回り止めされている。

また、図２および図５に示されるように、ホルダ３３には、周方向に４等配され凹溝３３ａ，３３ｂを軸方向に貫通する内外２つの貫通孔１７０，１７１がそれぞれ形成されるとともに、凹溝３３ａ，３３ｂおよび貫通孔１７０，１７１に干渉しない領域を径方向に貫通する回転側連通路１３３が形成されている。尚、図５は、ホルダ３３を鉛直下方から見た端面を示している。

また、回転側連通路１３３の内側開口は、回転体流路１１１の外側開口に接続され、回転側連通路１３３の外側開口は、ホルダ３３の外周面とハウジング２、すなわち第１ケース２１の内周面との間に形成される空間１２０に開放しており、ハウジング流路１１を流れる被密封流体は、空間１２０を介してホルダ３３を径方向に貫通する回転側連通路１３３と通ってシャフト３に形成される回転体流路１１１まで到達できるようになっている。尚、ホルダ３３の内周面とシャフト３の軸本体３０の外周面との間には、回転体流路１１１の外側開口を挟んで軸方向に一対のＯリング６４が設けられており、ホルダ３３の回転側連通路１３３から回転体流路１１１へ流れる被密封流体がシールされている。

次いで、シール装置４について説明する。尚、ロータリージョイント１に設けられる４つのシール装置４は同一構成であるため、図２を用いてホルダ３３の外周面とハウジング２、すなわち第１ケース２１の内周面との間に形成される空間１２０と、静止密封環４１の内周面とシャフト３に外嵌されるスペーサ３７の外周面との間に形成される空間１２１との間をシールするシール装置４について説明し、他のシール装置４の説明を省略する。

図２に示されるように、シール装置４は、内外２つのダブル形のメカニカルシールにより構成されている。詳しくは、シール装置４は、シャフト３に外嵌されるホルダ３３の凹溝３３ａ，３３ｂにＯリングを介してそれぞれ保持される回転密封環４５，４６，４７，４８が、ホルダ３３の貫通孔１７０，１７１に挿通されるコイルスプリング７０，７１により背面側から軸方向両側にそれぞれ付勢されることにより、回転密封環４５，４７の摺動面４５ａ，４７ａを静止密封環４０の摺動面４０ａに密接摺動させ、静止密封環４０の摺動面４０ａに形成されるクエンチング連通路１４０を挟んで内径側および外径側にシール部Ｓ１，Ｓ２を形成するとともに、回転密封環４６，４８の摺動面４６ａ，４８ａを静止密封環４１の摺動面４１ａに密接摺動させ、静止密封環４１に形成されるクエンチング連通路１４０を挟んで内径側および外径側にシール部Ｓ３，Ｓ４を形成している。

また、シール装置４は、コイルスプリング７０により軸方向両側に付勢される内径側の回転密封環４５，４６と、コイルスプリング７１により軸方向両側に付勢される外径側の回転密封環４７，４８と、から構成される内外２つのダブル形のメカニカルシールであるため、例えばコイルスプリング７０，７１のバネ定数を変えることにより、内外径のシール部Ｓ１，Ｓ２およびシール部Ｓ３，Ｓ４におけるセッティングを変更することができる。

尚、静止密封環４０，４１，４２，４３，４４および回転密封環４５，４６，４７，４８は、代表的にはＳｉＣ（硬質材料）同士またはＳｉＣ（硬質材料）とカーボン（軟質材料）の組み合わせで形成されるが、これに限らず、摺動材料はメカニカルシール用摺動材料として使用されているものであれば適用可能である。尚、ＳｉＣとしては、ボロン、アルミニウム、カーボン等を焼結助剤とした焼結体をはじめ、成分、組成の異なる２種類以上の相からなる材料、例えば、黒鉛粒子の分散したＳｉＣ、ＳｉＣとＳｉからなる反応焼結ＳｉＣ、ＳｉＣ－ＴｉＣ、ＳｉＣ－ＴｉＮ等があり、カーボンとしては、炭素質と黒鉛質の混合したカーボンをはじめ、樹脂成形カーボン、焼結カーボン等が利用できる。また、上記摺動材料以外では、金属材料、樹脂材料、表面改質材料（コーティング材料）、複合材料等も適用可能である。

また、シール部Ｓ１，Ｓ２の間およびシール部Ｓ３，Ｓ４の間には、クエンチング用流路１７２がそれぞれ形成されている。さらに、ホルダ３３には、凹溝３３ａに保持される回転密封環４５，４７間の径方向の隙間に形成されるクエンチング用流路１７３と、ホルダ３３の貫通孔１７０，１７１と、凹溝３３ｂに保持される回転密封環４６，４８間の径方向の隙間に形成されるクエンチング用流路１７３により軸方向に貫通する流路が形成されている。これにより、クエンチング流体の供給配管Ｑ_ｉｎからハウジング流路１０を通って静止密封環４０のクエンチング連通路１４０を通って流入したクエンチング流体は、各シール装置４のシール部Ｓ１，Ｓ２およびシール部Ｓ３，Ｓ４の間にそれぞれ形成されるクエンチング用流路１７２、回転密封環４５，４７および回転密封環４６，４８間の径方向の隙間にそれぞれ形成されるクエンチング用流路１７３、ホルダ３３，３４，３５，３６に形成されコイルスプリング７０，７１の保持部を兼ねるクエンチング用流路としての貫通孔１７０，１７１、静止密封環４１，４２，４３のクエンチング用流路としての貫通孔１４５，１４６，１４７をそれぞれ通過し、静止密封環４４のクエンチング連通路１４４からハウジング流路１８を通ってクエンチング流体の排出配管Ｑ_ｏｕｔに排出されるようになっている（図１参照）。

このように、シール装置４は、シール部Ｓ２，Ｓ４によりホルダ３３，３４，３５，３６の外周面とハウジング２の内周面との間に形成される空間１２０と、クエンチング用流路１７２とをシールするとともに、シール部Ｓ１，Ｓ３により静止密封環４１の内周面とシャフト３に外嵌されるスペーサ３７の外周面との間に形成される空間１２１と、クエンチング用流路１７２、または、下端部ケース２０および上端部ケース２８内の空間とクエンチング用流路１７２とをシールできるようになっている。

これによれば、本実施例のロータリージョイント１は、シャフト３と共に回転するホルダ３３，３４，３５，３６を有し、ホルダ３３，３４，３５，３６を径方向に貫通し、ホルダ３３，３４，３５，３６の外周面とハウジング２の内周面との間にそれぞれ形成される回転要素側空間１２０からシャフト３に形成される回転体流路１１１，１１３，１１５，１１７に到達する回転側連通路１３３，１３４，１３５，１３６が形成されており、ハウジング２に固定される静止密封環４１，４２，４３を有し、静止密封環４１，４２，４３を径方向に貫通し、静止密封環４１，４２，４３の内周面とシャフト３に外嵌されるスペーサ３７，３８，３９の外周面との間にそれぞれ形成される空間１２１およびスペーサ３７，３８，３９の貫通孔１３７，１３８，１３９からシャフト３に形成される回転体流路１１２，１１４，１１６に到達する静止側連通路１４１，１４２，１４３が形成されることにより、例えば、ハウジング２に隣接して形成されるハウジング流路１１，１２を回転側連通路１３３と静止側連通路１４１を介してシャフト３の対応する回転体流路１１１，１１２にそれぞれ連通させることにより、回転側連通路１３３と静止側連通路１４１とが互いに干渉することがないため、回転側連通路１３３と静止側連通路１４１を軸方向に近接させて配置することができ、ロータリージョイント１を軸方向にコンパクトに構成することができる。

また、ロータリージョイント１に設けられるシール装置４は、内外２つのダブル形のメカニカルシールにより構成されることにより、内外径に形成されるシール部Ｓ１，Ｓ２およびシール部Ｓ３，Ｓ４により、ホルダ３３，３４，３５，３６の外周面とハウジング２の内周面との間の空間１２０と、静止密封環４１，４２，４３の内周面とシャフト３に外嵌されるスペーサ３７，３８，３９の外周面との間の空間１２１をそれぞれ密封空間とすることができ、回転側連通路１３３，１３４，１３５，１３６とそれぞれ連通する空間１２０と静止側連通路１４１，１４２，１４３とそれぞれ連通する空間１２１の一部を径方向に重畳させてシールすることができるため、ロータリージョイント１を軸方向によりコンパクトにできる。さらに、シール部Ｓ１，Ｓ２およびシール部Ｓ３，Ｓ４の間には、クエンチング用流路１７２がそれぞれ形成されることにより、クエンチング用流路１７２を流れるクエンチング流体により静止密封環４０，４１，４２，４３，４４および回転密封環４５，４６，４７，４８の各摺動面を保護することができ、さらに回転側連通路１３３，１３４，１３５，１３６と静止側連通路１４１，１４２，１４３を流れる被密封流体が直接混ざり合うことを防止できる。

また、ホルダ３３，３４，３５，３６は、軸方向に貫通する貫通孔１７０，１７１が形成されることにより、ホルダ３３，３４，３５，３６にクエンチング用流路を形成しながら、径方向に貫通する回転側連通路１３３，１３４，１３５，１３６の形成領域を確保することができる。

また、静止密封環４１，４２，４３は、軸方向に貫通する貫通孔１４５，１４６，１４７が形成されることにより、静止密封環４１，４２，４３にクエンチング用流路を形成しながら、径方向に貫通する静止側連通路１４１，１４２，１４３の形成領域を確保することができる。

また、軸方向両端に配置される静止密封環４０，４４にクエンチング用流路の入口または出口としてのクエンチング連通路１４０，１４４が形成されることにより、シール装置４を構成するダブル形のメカニカルシールの構成部材、すなわち静止密封環４０，４１，４２，４３，４４および回転密封環４５，４６，４７，４８内にクエンチング用流路を形成することができるため、クエンチング用流路を有するロータリージョイント１を軸方向によりコンパクトに構成することができる。

また、ロータリージョイント１において、被密封流体の流路を形成するハウジング２の第１ケース２１、第２ケース２２、第３ケース２３、第４ケース２４と、シャフト３の軸本体３０と、ホルダ３３，３４，３５，３６と、スペーサ３７，３８，３９は、耐薬品性の高いＰＥＥＫ等の樹脂素材から形成されることにより、被密封流体への金属イオンの溶出がなく、荷重がかかるハウジング２の下端部ケース２０、上端部ケース２８およびスペーサ２５，２６，２７と、シャフト３のスリーブ３１および押さえ部材３２は、ステンレス鋼等の金属素材から形成されることにより、構造強度が保たれている。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

例えば、前記実施例では、ロータリージョイント１は、半導体ウエハの表面研磨処理を行うための半導体製造装置に適用される例について説明したが、これに限らず、ハウジングの流路から回転する回転体の流路へ流体を供給する回転機器であれば、例えば遠心分離機や回転式充填機等に適用されてもよい。

また、前記実施例では、シール装置４としての内外２つのダブル形のメカニカルシールの内部にクエンチング用流路が形成される態様について説明したが、半導体製造装置のように真空や圧縮空気の環境で使用されるものでなければ、ダブル形のメカニカルシールを１つ使用し、クエンチング用流路を設けなくてもよい。

また、前記実施例では、シール装置４として、内外２つのダブル形のメカニカルシールが使用される例について説明したが、使用環境に応じてＯリングやオイルシール等の他のシール装置が使用されてもよい。

また、前記実施例では、ハウジング２と静止要素としての静止密封環４０，４１，４２，４３，４４とが別体に構成されるものとして説明したが、これらは一体に形成されていてもよい。

また、前記実施例では、静止密封環および回転密封環に、静止側連通路および回転側連通路がそれぞれ１つずつ形成されるものとして説明したが、これに限らず、軸方向に貫通する貫通孔に干渉しない位置であれば、静止側連通路および回転側連通路は複数形成されてもよい。

また、ロータリージョイントの軸方向における静止要素と回転要素の構成を入れ替えてもよい。具体的には、ホルダをハウジングに固定される静止要素として構成し、ホルダの軸方向両側に内外２つずつ保持される静止密封環と、シャフト３と共に回転する１つの回転密封環とにより、ダブル形のメカニカルシールが構成されていてもよい。

また、ホルダ３３，３４，３５，３６にそれぞれ形成される貫通孔１７０，１７１は、コイルスプリング７０，７１の保持部とクエンチング用流路を兼用していなくてもよく、貫通孔１７０，１７１をクエンチング用流路専用とすることにより、クエンチング流体を流れやすくしてもよい。尚、この場合、コイルスプリングは、ホルダに別途形成される貫通孔に保持させてもよいし、ホルダの軸方向両側に形成される一対の有底の保持穴に２つのコイルスプリングをそれぞれ保持させてもよい。

また、ホルダ３３，３４，３５，３６における内外２つの貫通孔１７０，１７１およびノックピン６５は、周方向に４等配されるものに限らず、配置や数や形状等は自由に構成されてよい。尚、貫通孔およびノックピンは、回転側連通路に干渉しないように配置されることが好ましい。

また、静止密封環４１，４２，４３における貫通孔１４５は、周方向に５等配されるものに限らず、配置や数や形状等は自由に構成されてよい。尚、貫通孔は、静止側連通路に干渉しないように配置されることが好ましい。

また、シャフト３にクエンチング用流路を形成することにより、例えばクエンチング用流路の入口としてのクエンチング連通路１４０から流入したクエンチング流体をシャフトに形成されるクエンチング用流路に流して研磨用のターンテーブル等を冷却し、クエンチング流体の戻りをクエンチング用流路の出口としてのクエンチング連通路１４４から排出するように構成することにより、ロータリージョイントを軸方向にさらにコンパクトに構成できるようにしてもよい。

また、ホルダ３３，３４，３５，３６がシャフト３の軸本体３０に十分に固定されていれば、スペーサ３７，３８，３９は設けなくてもよい。

また、前記実施例では、ロータリージョイント１において、被密封流体の流路を形成する部材が耐薬品性の高いＰＥＥＫ等の樹脂素材から形成されるものとして説明したが、これに限らず、使用される被密封流体の種類等に応じて被密封流体の流路を形成する部材に金属素材が使用されてもよい。また、ロータリージョイント全体を樹脂素材により構成してもよい。

また、ロータリージョイントのハウジング流路および回転体流路の数や配置は、適用される回転機器に設けられる配管の数や配置に応じて自由に構成されてよく、ハウジング流路の数については、ハウジングを構成する上端部ケースと下端部ケースとの間に配置されるケースの数を変更することにより容易に増減させることができる。

１ ロータリージョイント
２ ハウジング
３ シャフト（回転体）
４ シール装置
１０～１８ ハウジング流路
１９ ドレン流路
２０ 下端部ケース（ハウジング）
２１ 第１ケース（ハウジング）
２２ 第２ケース（ハウジング）
２３ 第３ケース（ハウジング）
２４ 第４ケース（ハウジング）
２５～２７ スペーサ
２８ 上端部ケース（ハウジング）
３０ 軸本体
３１ スリーブ
３２ 押さえ部材
３３～３６ ホルダ（回転要素）
３３ａ，３３ｂ 凹溝
３７～３９ スペーサ（回転要素）
４０～４４ 静止密封環（静止要素）
４５～４８ 回転密封環（回転要素）
７０，７１ コイルスプリング
１００ 周溝
１１１～１１７ 回転体流路
１２０ 回転要素側空間
１２１ 静止要素側空間
１３３～１３６ 回転側連通路
１３７～１３９ 貫通孔
１４０ クエンチング連通路（クエンチング用流路の入口）
１４４ クエンチング連通路（クエンチング用流路の出口）
１４１～１４３ 静止側連通路
１４５～１４７ 貫通孔（クエンチング用流路）
１７０，１７１ 貫通孔（クエンチング用流路）
１７２，１７３ クエンチング用流路
Ａ～Ｇ 供給配管
Ｑ_ｉｎ 供給配管
Ｑ_ｏｕｔ 排出配管
Ｓ１～Ｓ４ シール部

Claims (3)

1. 複数のハウジング流路が形成される筒状のハウジングと、前記ハウジング内に相対回転可能に設けられ前記複数のハウジング流路に連通される複数の回転体流路が形成される回転体と、を備えるロータリージョイントであって、
   前記回転体と共に回転する回転要素を有し、前記回転要素を径方向に貫通し、前記ハウジングと前記回転要素との間の回転要素側空間から前記回転体流路に到達する回転側連通路が形成されており、
   前記ハウジングに固定される静止要素を有し、前記静止要素を径方向に貫通し、前記静止要素と前記回転体との間の静止要素側空間から前記回転体流路に到達する静止側連通路が形成されており、
   前記静止要素は静止密封環を有し、前記回転要素は回転密封環を有し、
   径方向に配置された内外２つの前記回転密封環が、１つの前記静止密封環の軸方向一方側にも軸方向他方側にもそれぞれ摺動可能に配置されたダブル形のメカニカルシールが構成されており、
   径方向に配置された内外２つの前記回転密封環の間に、軸方向に貫通するクエンチング用流路が形成されているロータリージョイント。
2. 前記静止要素には、軸方向に貫通するクエンチング用の貫通孔が形成されている請求項１に記載のロータリージョイント。
3. 軸方向両端に配置される前記静止密封環には、前記クエンチング用流路の入口または出口が形成されている請求項１または２に記載のロータリージョイント。

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