スラリ流体用ロータリジョイント
【課題】スラリ流体を回転機器の相対回転部材間において良好に流動させることができるロータリジョイントを提供する。
【解決手段】スラリ流体用ロータリジョイントは、相対回転自在に連結されたケース体２と回転体３との間に回転体３の径方向に同心状に並列配置された第１及び第２メカニカルシール４，５と、両体２，３間の空間であって第１メカニカルシール４内に形成された第１シール空間６及び両メカニカルシール４，５間に形成された第２シール空間７と、ケース体２に形成された静止側通路８と回転体３に形成された回転側通路９とを第１シール空間６を介して連通させてなる一連のスラリ流体通路１０と、ケース体２に形成されて第２シール空間７に冷却液１１を給排させる給排液通路１２，１３とを具備する。両メカニカルシール４，５は端面接触形のものであり、これらの固定密封環１８，２２は一体構成されている。
【解決手段】スラリ流体用ロータリジョイントは、相対回転自在に連結されたケース体２と回転体３との間に回転体３の径方向に同心状に並列配置された第１及び第２メカニカルシール４，５と、両体２，３間の空間であって第１メカニカルシール４内に形成された第１シール空間６及び両メカニカルシール４，５間に形成された第２シール空間７と、ケース体２に形成された静止側通路８と回転体３に形成された回転側通路９とを第１シール空間６を介して連通させてなる一連のスラリ流体通路１０と、ケース体２に形成されて第２シール空間７に冷却液１１を給排させる給排液通路１２，１３とを具備する。両メカニカルシール４，５は端面接触形のものであり、これらの固定密封環１８，２２は一体構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固形微粒子を含有する液体，気体や凝固成分を含有する液体等のスラリ流体を扱う回転機器（例えば、半導体ウエハ研磨装置，ガラス基板研磨装置やマイクロビーズ等を粉砕・分散させる超微粉砕・分散機等）において相対回転部材間において当該スラリ流体を流動（圧送及び／又は真空吸引）させるためのスラリ流体用ロータリジョイントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スラリ流体用ロータリジョイントとして、例えば、特許文献１に開示される如く、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法による半導体ウエハの表面研磨を行う半導体ウエハ研磨装置において装備されるものであって、相対回転自在に連結されたケース体と回転体との間に、ケース体の静止側通路と回転体の回転側通路とを端面接触形メカニカルシールでシールしたシール空間を介して連通接続してなる一連のスラリ流体通路を形成して、このスラリ流体通路により当該装置の固定側部材（装置本体等）と回転側部材（ターンテーブル，トップリング等）との間でスラリ流体を流動させるように構成したものが公知である。
【０００３】
かかるスラリ流体用ロータリジョイント（以下「従来ジョイント」という）にあっては、端面接触形メカニカルシールがドライ運転される場合（例えば、スラリ流体が気体である場合やスラリ流体を真空吸引により排出させる場合）にもケース体側の密封環と回転体側の密封環との摺接部分の発熱，焼き付き，摩耗が可及的に防止されるように、当該摺接部分を冷却水により冷却するように工夫されている。
【０００４】
すなわち、ケース体と回転体との対向周面間に配設したリップシール等の弾性材シールにより当該メカニカルシールを囲繞する冷却室を形成し、この冷却室に冷却水を供給することにより前記摺接部分を冷却，潤滑するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２３０３６６号公報
【特許文献２】特開平１１−２８７３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来ジョイントにあっては、冷却室のシール手段としてリップシール等の弾性材シールを使用しているために、冷却室に供給できる冷却水の圧力が制限され、高圧の冷却水を使用することができない。このため、前記摺接部分の冷却，潤滑を十分に行うことができず、その発熱，焼き付き，摩耗損傷を効果的に防止することできないといった問題があった。かかる問題は、高圧のスラリ流体を流動させる場合にあって両密封環の接触圧を高く設定する場合やその相対回転が高速である場合（高速回転機器に装備される場合）にあって、より顕著となる。
【０００７】
このような問題を解決するために、冷却室のシール手段としてリップシール等に比してシール力の高いメカニカルシールを使用することも考えられる（例えば、特許文献２を参照）が、スラリ流体通路をシールするための上記メカニカルシールに加えて更に冷却室用のメカニカルシールを設けておくことは、ロータリジョイントの軸長（軸線方向長さ）が必要以上に大きくなると共にロータリジョイントの構造も複雑化することになり、用途が制限される（軸線方向スペースが小さな回転機器には装備できない）と共にロータリジョイントの製造コストも高騰する。
【０００８】
本発明は、このような問題を生じることなく、スラリ流体を回転機器の相対回転部材間において良好に流動させることができ、広範な用途に供しうる実用的なスラリ流体用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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記の目的を達成すべく、ケース体とこれに相対回転自在に連結された回転体との間に回転体の径方向に同心状に並列配置された第１及び第２メカニカルシールと、両体間の空間であって第１メカニカルシール内に形成された第１シール空間及び両メカニカルシール間に形成された第２シール空間と、ケース体に形成された静止側通路と回転体に形成された回転側通路とを第１シール空間を介して連通させてなる一連のスラリ流体通路と、ケース体に形成されて第２シール空間に冷却液を給排させる給排液通路とを具備しており、第１メカニカルシールが、回転体に固定された第１固定密封環と、ケース体に形成され且つ静止側通路が貫通する第１保持突起に第１Ｏリングを介して回転体の軸線方向に移動可能に外嵌保持された第１可動密封環と、第１可動密封環とケース体との間に介装されて、第１可動密封環を第１固定密封環へと押圧接触させるべく附勢する第１スプリング部材とを具備して、両密封環の対向端面である第１密封端面の相対回転摺接作用により第１シール空間をシールするように構成された端面接触形メカニカルシールであり、第２メカニカルシールが、第１固定密封環の外周部に一体形成された第２固定密封環と、ケース体に第２Ｏリングを介して前記軸線方向に移動可能に保持された第２可動密封環と、第２可動密封環とケース体との間に介装されて、第２可動密封環を第２固定密封環へと押圧接触させるべく附勢する第２スプリング部材とを具備して、両密封環の対向端面である第２密封端面の相対回転摺接作用により第２シール空間をシールするように構成された端面接触形メカニカルシールであり、第２シール空間に供給された冷却液により第１及び第２密封端面を冷却すると共に第１密封端面を洗浄，潤滑するように構成したことを特徴とするスラリ流体用ロータリジョイントを提案するものである。
【００１０】
かかるスラリ流体用ロータリジョイントの好ましい実施の形態にあって、第１保持突起の外周部には第１Ｏリングを係合保持する環状のＯリング溝が形成されており、第１保持突起の先端部分はその周方向に所定間隔を隔てた複数個所において切除されており、この切除箇所においてＯリング溝を静止側通路及び第１シール空間に全面的に開放することにより、Ｏリング溝内におけるスラリ流体の滞留を防止するように構成される。第２シール空間には、スラリ流体通路を流動するスラリ流体より高圧の冷却液を供給するようにすることが好ましい。また、ケース体は、周壁部分とその一端部を閉塞する端壁部分とに分離構成されたものであって、中間部分をケース体内に露出する状態で配置したボルトにより当該両壁部分を連結することによって有底筒状構造物に組み立てられたものとしておくことが好ましく、かかる構造においては、当該ボルトの中間部分を第２可動密封環の外周部に形成した凹部に係合させて、この係合により第２可動密封環のケース体に対する相対回転を軸線方向移動を許容しつつ阻止するように構成しておくことが好ましい。また、第１及び第２固定密封環はセラミックスで構成しておくことが好ましく、この場合において、第１固定密封環を、外周部を第２固定密封環に一体構成した円環状板部とこれに一体形成されて回転体の端部に嵌合された円筒状部とで構成し、回転体に対する相対回転を円筒状部に嵌合固着した金属製の固定環を回転軸にキー止めすることにより阻止するように構成しておくことが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、冷却室として機能させる第２シール空間を第１及び第２メカニカルシールでシールするようにしたから、第２シール空間に第１メカニカルシールの摺接部分である密封端面の冷却，洗浄，潤滑を行いうるに十分な圧力の冷却液を供給することができる。したがって、当該メカニカルシールが高速運転，ドライ運転される条件下においても、密封端面の発熱，焼き付き，摩耗を効果的に防止することができ且つ当該密封端面を良好に洗浄することができ、固形成分，凝固成分を含有するスラリ流体を良好に流動させることができる。しかも、第１及び第２メカニカルシールが回転体の径方向に並列配置されており且つ両メカニカルシールの固定密封環が１つの部材で兼用構成されていることから、第２シール空間をメカニカルシール（第２メカニカルシール）でシールするようにしているに拘わらず、ロータリジョイントの軸長がスラリ流体通路をシールするメカニカルシール（第１メカニカルシール）のみを設けた場合と同等となり、ロータリジョイントの小型化，構造簡略化を実現することができ、ロータリジョイント設置スペースの小さな回転機器や高速回転機器にも適用することができ、広範な用途に供しうる実用的なスラリ流体用ロータリジョイントを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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る。
【図２】図２は同ロータリジョイントの縦断側面図である。
【図３】図３は図１の要部を拡大して示す縦断正面図である。
【図４】図４は同要部の横断底面図（断面は図３のIV−IV線に沿う）である。
【図５】図５は変形例を示す図４相当の横断底面図である。
【図６】図６は図５に示す要部の一部切欠斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態を図１〜図３に基づいて具体的に説明する。図１は本発明に係るスラリ流体用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は同ロータリジョイントの縦断側面図であり、図３は図１の要部（第１保持突起及びこれに係合保持させたＯリング）を拡大して示す縦断正面図であり、図４は同要部の横断底面図（断面は図３のIV−IV線に沿う）である。
【００１４】
図１及び図２に示すスラリ流体用ロータリジョイントは、半導体ウエハ研磨装置，ガラス基板研磨装置やマイクロビーズ等を粉砕・分散させる超微粉砕・分散機等の回転機器において回転テーブル等の回転側部材とこれを支持する機器本体等の固定側部材との間でスラリ流体（固形成分（砥粒等の固形微粒子）を含有する液体，気体や凝固成分を含有する液体等）１を流動させるためのものであって、前記固定側部材に取付けられるケース体２と、前記回転側部材に取付けられる回転体３と、両体２，３に同心状に並列配置された第１及び第２メカニカルシール４，５と、両体２，３間の空間であって第１メカニカルシール４内に形成された第１シール空間６及び両メカニカルシール４，５間に形成された第２シール空間７と、ケース体２に形成された静止側通路８と回転体３に形成された回転側通路９とを第１シール空間６を介して連通させてなる一連のスラリ流体通路１０と、ケース体２に形成されて第２シール空間７に冷却液１１を給排させる給排液通路１２，１３とを具備する。なお、以下の説明において、上下とは図１及び図２における上下を意味するものとする。
【００１５】
ケース体２は、図２に示す如く、円筒状の周壁部分１４とその上端部を閉塞する端壁部分１５とに分離構成された金属（ＳＵＳ３１６等）製のものであり、両壁部分１４，１５を適当数（１本のみ図示）のボルト１６により連結することにより、中心線が上下方向に延びる有底筒状体に組み立てられている。
【００１６】
端壁部分１５は、図１及び図２に示す如く、下面中心部に円柱状の第１保持突起１５ａを突設すると共に下面外周縁近傍に第１保持突起１５ａと同心をなす環状の第２保持突起１５ｂを突設した円盤状のものであり、中心部には、上下方向に貫通する静止側通路８が形成されている。なお、静止側通路８は、第１保持突起１５ａの中心部を貫通している。
【００１７】
周壁部分１４は、図２に示す如く、端壁部分１５と外径を同一とするものであって、上端側部分１４ａを下端側部分１４ｂより薄肉として端壁部分１５の第２保持突起１５ｂの外周面に嵌合させると共に、下端側部分１４ｂのみを上下方向に貫通するボルト１６を端壁部分１５の第２保持突起１５ｂに螺着させることにより、端壁部分１５に固着されている。ボルト１６の中間部分１６ａは、薄肉部分１５ａの内周面の近傍をこれに平行して通過するものであり、ケース体２内に露出されている。
【００１８】
回転体３は、図１及び図２に示す如く、軸線が上下方向に延びる軸状の金属（ＳＵＳ３１６等）製のもので、ベアリング１７，１７によりケース体２に同心をなして相対回転自在に連結されている。ベアリング１７，１７は、回転体３の上端近傍部位とケース体２の下端側部分（周壁部分１４の下端側部分）１４ｂとの間に装填されている。回転体３の中心部には、これを上下方向に貫通する回転側通路９が形成されている。
【００１９】
第１及び第２メカニカルシール４，５は、両体２，３間に、回転体１の径方向（軸線に直交する方向）に同心をなして並列状に配置されており、次のように構成されている。
【００２０】
すなわち、内側に位置する小径の第１メカニカルシール４は、図２に示す如く、回転体３の上端部にこれと同心をなして固定された第１固定密封環１８と、ケース体２の第１保持突起１５ａに、第１固定密封環１８にこれと同心をなして直対向する状態で、第１Ｏリング１９を介して回転体３の軸線方向（上下方向）に移動可能に外嵌保持された第１可動密封環２０と、第１可動密封環２０とケース体２との間に介装されて、第１可動密封環２０を第１固定密封環１８へと押圧接触させるべく附勢する第１スプリング部材２１とを具備して、両密封環１８，２０の対向端面である第１密封端面１８ａ，２０ａの相対回転摺接作用により第１シール空間６をシールするように構成された端面接触形メカニカルシールである。すなわち、第１メカニカルシール４は、第１密封端面１８ａ，２０ａの内周側領域である第１シール空間６とその外周側領域である第２シール空間７とを遮蔽シールするものである。
【００２１】
また、外側に位置する大径の第２メカニカルシール５は、図１及び図２に示す如く、第１固定密封環１８の外周部に一体形成された第２固定密封環２２と、ケース体２の第２保持突起１５ｂに、第２固定密封環２２にこれと同心をなして直対向する状態で、第２Ｏリング２３を介して回転体３の軸線方向（上下方向）に移動可能に内嵌保持された第２可動密封環２４と、第２可動密封環２４とケース体２との間に介装されて、第２可動密封環２４を第２固定密封環２２へと押圧接触させるべく附勢するスプリング部材２５とを具備して、両密封環２２，２４の対向端面である第２密封端面２２ａ，２４ａの相対回転摺接作用により第２シール空間７をシールするように構成された端面接触形メカニカルシールである。すなわち、第２メカニカルシール５は、第２密封端面２２ａ，２４ａの内周側領域である第２シール空間７と両体２，３間に形成される空間であって第２密封端面２２ａ，２４ａの外周側領域であるベアリング配設空間２６とを遮蔽シールするものである。
【００２２】
第１固定密封環１８は、図２に示す如く、中心孔を回転側通路９に合致させた状態で回転体３の上端面に衝合された円環状板部２７と回転体３に嵌合された円筒状部２８とからなるセラミックス（この例では炭化珪素）製の一体構造物である。第１固定密封環１８の回転体３に対する相対回転は、円筒状部２８に焼嵌め等により嵌合固着した金属（ＳＵＳ３１６等）製の固定環２９を回転体２にキー止めすることにより行われている。すなわち、脆性材料であるセラミックス部材をキー止めしておくことはキー止め部分が欠損する等の問題を生じるが、円筒状部２８に嵌合固着した金属製の固定環２９をキー３０により回転体３に連結しておくことにより、このような問題を生じることなくセラミックス製の第１固定密封環１８と回転体３との連結を強固に行うことができる。なお、回転体３と円筒状部２８との間はＯリング３１により二次シールされている。
【００２３】
第２固定密封環２２は、図１及び図２に示す如く、円環状板部２７の外周部分で構成されている。すなわち、第１及び第２固定密封環１８，２２はセラミックス製の一体構造物に構成されている。なお、円環状板部２７の上面には、軸線に直交する環状平滑面である小径の第１密封端面１８ａ及びこれと同心をなす大径の第２密封端面２２ａが形成されている。
【００２４】
第１可動密封環２０は、図２に示す如く、第１保持突起１５ａに第１Ｏリング１９を介して軸線方向に移動可能に外嵌保持されており、ケース体２の端壁部分１５に両保持突起１５ａ，１５ｂ間に配して突設されたドライブピン３２を第１可動密封環２０の外周部に形成した凹部２０ｂに係合させることにより、軸線方向移動を許容しつつケース体２に対する相対回転が阻止されている。第１可動密封環２０はセラミックス（この例では炭化珪素）製のもので、その先端面（下端面）は軸線に直交する平滑環状面たる第１密封端面２０ａに形成されている。なお、第１密封端面２０ａの内径を第１Ｏリング１９との接触面の径（バランス径）より若干小さく設定すると共に当該密封端面２０ａの外径を当該バランス径より若干大きく設定することにより、第１メカニカルシール４を所謂バランス形メカニカルシールに構成して、スラリ流体１や冷却液１１の圧力変動等により両シール空間６，７の圧力バランスが逆転した場合にも、良好なシール機能を維持できるように工夫してある。
【００２５】
第１Ｏリング１９は、図１及び図２に示す如く、第１保持突起１５ａの外周部に形成した環状のＯリング溝３３に係合保持されている。ところで、このＯリング溝３３には第１シール空間６を通過するスラリ流体１が侵入，滞留して、スラリ流体１に含まれる固形成分，凝固成分が堆積し、これにより、第１可動密封環２０と第１Ｏリング１９との接触面における相対運動が円滑に行われなくなり、第１可動密封環２０の追従性が低下する虞れがある。当該ロータリジョイントでは、このような事態の発生を回避すべく、第１保持突起１５ａの先端部分を次のように部分的に切除してある。すなわち、第１保持突起１５ａは、図３に示す如く、Ｏリング溝３３の一側壁（上側壁）を形成する基端部１５ｃとＯリング溝３３の底壁を形成する中間部１５ｄとＯリング溝３３の他側壁（下側壁）を形成する先端部１５ｅとからなる円筒状構造物である。而して、第１保持突起１５ａの先端部１５ｅは、図３及び図４に示す如く、その周方向に所定間隔を隔てた複数個所１５ｆにおいて切除されており、この切除箇所１５ｆにおいてＯリング溝３３を静止側通路８及び第１シール空間６に全面的に開放することにより、Ｏリング溝３３内におけるスラリ流体の滞留を防止するように工夫してある。
【００２６】
第２可動密封環２４は、図２に示す如く、第２保持突起１５ｂに第２Ｏリング２３を介して軸線方向に移動可能に内嵌保持されており、前記ボルト１６の露出部分（中間部分）１６ａを第２可動密封環２４の外周部に形成した凹部２４ｂに係合させることにより、軸線方向移動を許容しつつケース体２に対する相対回転が阻止されている。第２可動密封環２４はカーボン製又はセラミックス製（この例ではカーボン製）のもので、その先端面（下端面）は軸線に直交する平滑環状面たる第２密封端面２４ａに形成されている。
【００２７】
第１及び第２スプリング部材２１，２５は、図２に示す如く、夫々、可動密封環２０，２４とケース体２の端壁部分１５との間に周方向に所定間隔を隔てて配置された複数のコイルスプリング（１個のみ図示）で構成されており、可動密封環２０，２４を固定密封環１８，２２へと押圧附勢して、第１密封端面１８ａ，２０ａ及び第２密封端面２２ａ，２４ａを適当圧で接触させるものである。
【００２８】
スラリ流体通路１０は、図１及び図２に示す如く、ケース体２に形成された静止側通路８と回転体３に形成された回転側通路９とを、第１メカニカルシール４でシールされた第１シール空間６を介して連通させてなる一連のものであり、静止側通路８を当該回転機器の静止側部材（図示せず）に形成された静止側流路３４に接続すると共に回転側通路９を当該回転機器の回転側部材（図示せず）に形成された回転側流路３５に接続することによって、スラリ流体１を、図１及び図２に矢印で示す如く静止側流路３４から回転側流路３５へと、或いは逆に回転側流路３５から静止側流路３４へと流動させるものである。
【００２９】
給液通路１２及び排液通路１３は、図１に示す如く、ケース体２に形成されており、一端部を可動密封環２０，２４の背面側（上面側）において第２シール空間７に開口させる共に他端部をケース体２の外周面に開口して冷却液１１の循環装置（図示）に接続させたものである。すなわち、第２シール空間７には所定圧の冷却液１１が給排液通路１２，１３により循環供給され、この冷却液１１により、第１密封端面１８ａ，２０ａ及び第２密封端面２２ａ，２４ａが冷却，洗浄，潤滑されるようになっている。この例では、冷却液１１の圧力（第２シール空間７における冷却液圧力）を第１シール空間６を流動するスラリ流体１の圧力より若干高くなるように設定すると共に、冷却液１１として、スラリ流体１に混入しても支障のない性状のもの（この例では清水）を使用している。
【００３０】
なお、ケース体２の周壁部分１４には、図１に示す如く、ベアリング（上位のベアリング）１７の直上位に配して厚肉部分１４ｂから内方に張り出す断面Ｌ字状の環状をなすドレン受け３６が形成されると共に、このドレン受け３６内に開口するドレン路３７が形成されていて、第２密封端面２２ａ，２４ａからベアリング配設空間２６に漏洩した冷却液１１がベアリング１７，１７に侵入しないように工夫してある。すなわち、第１密封端面２２ａ，２４ａからベアリング配設空間２６に漏洩した冷却液１１は、第２固定密封環２２及び固定環２９と周壁部分１４との間からドレン受け３６に回収され、ドレン受け３６からドレン路３７へと排出される。
【００３１】
以上のように構成されたスラリ流体ロータリジョイントにあっては、スラリ流体通路１０の相対回転部分（静止側通路８と回転側通路９との対向端部を接続する第１シール空間６）が端面接触形の第１メカニカルシール４によりシールされているから、スラリ流体１を漏れを生じることなく良好に流動させることができる。また、第１メカニカルシール４のシール部分である第１密封端面１８ａ，２０ａが硬質のセラミックス材（炭化珪素）で構成されているから、第１密封端面１８ａ，２０ａの接触による摩耗粉が大量に生じることがない。
【００３２】
しかも、第１密封端面１８ａ，２０ａが第２シール空間７に供給される冷却液１１によって潤滑されることから、第１メカニカルシール４が端面接触形のものであり且つその密封端面１８ａ，２０ａが自己潤滑性に乏しい炭化珪素等のセラミックス製のものであっても、第１密封端面１８ａ，２０ａの摩耗，発熱が可及的に防止，抑制され、良好なメカニカルシール機能が発揮される。かかるメカニカルシール機能は、スラリ流体１が気体である場合やスラリ流体１を真空吸引させる場合等において第１密封端面１８ａ，２０ａがドライ運転されるときにも、冷却液１１による第１密封端面１８ａ，２０ａの潤滑作用により良好に発揮される。特に、冷却液１１を第１シール空間６の圧力より高く設定しておくことにより、冷却液１１が第１密封端面１８ａ，２０ａを確実に潤滑すると共に当該密封端面１８ａ，２０ａを良好に洗浄することができ（密封端面１８ａ，２０ａ間へのスラリ成分（固形成分，凝固成分）の侵入，堆積を確実に防止することができ）、スラリ流体１の性状に拘わらず常に良好なメカニカルシール機能が発揮される。
【００３３】
したがって、本発明に係るスラリ流体用ロータリジョイントによれば、高度のコンタミネーション防止対策を必要とする回転機器（半導体ウエハ研磨装置等）においてもスラリ流体１を相対回転部材間において良好に流動させることができる。
【００３４】
また、本発明に係るスラリ流体用ロータリジョイントにあっては、スラリ流体通路１０のシール部分を冷却する冷却室（冷却液１１が供給される第２シール空間）７を端面接触形メカニカルシール４，５でシールしているから、高圧の冷却液１１を使用することができ（例えば、スラリ流体１より高圧の冷却液１１を使用することができ）、両体２，３が高速で相対回転する場合にも第１密封端面１８ａ，２０ａ（及び第２密封端面２２ａ，２４ａ）の冷却，潤滑を良好に行うことができる。したがって、従来ジョイントでは適用できないような高速回転機器においても好適に使用することができる。
【００３５】
また、上記冷却室７をシールする第２メカニカルシール５を第１メカニカルシール４の軸線方向ではなく径方向に並列配置するようにしたから、当該ロータリジョイントの軸長（軸線方向長さ）が第１メカニカルシール４のみを設けた場合と同様になり、軸線方向のスペースが小さな回転機器にも適用することができる。しかも、両メカニカルシール４，５の固定密封環１８，２２を共通部材で兼用構成したから、両メカニカルシール４，５の全体構造を簡略化，小型化することができ、回転機器への設置スペースを更に減少させると共に、部品点数の削減による当該ロータリジョイントの製作コストを低減することができる。また、上記した構成のスラリ流体用ロータリジョイントは、ケース２を周壁部分１４と端壁部分１５とに分離構成して、その組み立て（メカニカルシール４，５の組み込み等）を容易に行うことができるものであるが、ケース体２の組み立て（周壁部分１４と端壁部分１５との連結）に使用するボルト１６の一部１６ａを第２可動密封環２４の相対回転阻止用ドライブピンとして兼用していることによって、更に構造の簡略化，小型化，部品点数の削減を図ることができる。なお、ドライブピンとして使用されるボルト１６の中間部分（ベアリング配設空間２６に露出する部分）１６ａは、その両側が周壁部分１４の厚肉部分１４ｂと端壁部分１５の第２保持突起１５ｂとで支持された両端支持構造をなすものであるから、高速回転等により第２可動密封環２４に必要以上のトルクが作用した場合にも、当該密封環２４の相対回転阻止機能を確実に発揮させることができる。
【００３６】
また、第１可動密封環２０を第１保持突起１５ａに第１Ｏリング１９を介して外嵌保持させると共に、当該Ｏリング１９を係合保持するＯリング溝３３を複数個所１５ｆにおいて第１シール空間６及び静止側通路８に全面的に開放するようにしたから、スラリ流体１に含まれるスラリ成分（固形成分，凝固成分等）がＯリング溝３３内に侵入しても、これがスラリ流体通路１０を流動するスラリ流体１によってＯリング溝３３外に速やかに流動されることになり、Ｏリング溝３３内においてスラリ流体１ないしこれに含まれるスラリ成分の滞留が可及的に防止，抑制される。したがって、スラリ成分がＯリング溝３３内に付着，堆積して第１可動密封環２０と第１Ｏリング１９との相対運動を妨げることがなく、第１可動密封環２０の追従性が長期に亘って良好に保持されることになる。したがって、第１メカニカルシール４による被密封流体が固形成分，凝固成分等のスラリ成分を含むスラリ流体１であっても、当該メカニカルシール４によるシール機能を良好に発揮させることができる。
【００３７】
なお、本発明に係るスラリ流体用ロータリジョイントの構成は上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適宜に改良，変更することができる。例えば、第１保持突起１５ａの先端部分の切除範囲１５ｆは、第１Ｏリング１９のＯリング溝３３から第１シール空間６への飛び出しを阻止する部分が先端部１５ｅに存在すること及び第１Ｏリング１９の内周部が接触するシール部分１５ｇが中間部１５ｄに存在することを条件として、適宜に設定することができる。例えば、図５及び図６に示すものでは、切除範囲１５ｆが先端部１５ｅのみならず中間部１５ｄの先端側（シール部分１５ｇより先端側）にまで拡大されている。
【符号の説明】
【００３８】
１ スラリ流体
２ ケース体
３ 回転体
４ 第１メカニカルシール
５ 第２メカニカルシール
６ 第１シール空間
７ 第２シール空間
８ 静止側通路
９ 回転側通路
１０ スラリ流体通路
１１ 冷却液
１２ 給液通路
１３ 排液通路
１４ 周壁部分
１５ 端壁部分
１５ａ 第１保持突起
１６ ボルト
１６ａ ボルトの中間部分
１８ 第１固定密封環
１８ａ 第１密封端面
１９ 第１Ｏリング
２０ 第１可動密封環
２０ａ 第１密封端面
２１ 第１スプリング部材
２２ 第２固定密封環
２２ａ 第２密封端面
２３ 第２Ｏリング
２４ 第２可動密封環
２４ａ 第２密封端面
２５ 第２スプリング部材
２７ 円環状板部
２８ 円筒状部
２９ 固定環
３０ キー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固形微粒子を含有する液体，気体や凝固成分を含有する液体等のスラリ流体を扱う回転機器（例えば、半導体ウエハ研磨装置，ガラス基板研磨装置やマイクロビーズ等を粉砕・分散させる超微粉砕・分散機等）において相対回転部材間において当該スラリ流体を流動（圧送及び／又は真空吸引）させるためのスラリ流体用ロータリジョイントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スラリ流体用ロータリジョイントとして、例えば、特許文献１に開示される如く、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法による半導体ウエハの表面研磨を行う半導体ウエハ研磨装置において装備されるものであって、相対回転自在に連結されたケース体と回転体との間に、ケース体の静止側通路と回転体の回転側通路とを端面接触形メカニカルシールでシールしたシール空間を介して連通接続してなる一連のスラリ流体通路を形成して、このスラリ流体通路により当該装置の固定側部材（装置本体等）と回転側部材（ターンテーブル，トップリング等）との間でスラリ流体を流動させるように構成したものが公知である。
【０００３】
かかるスラリ流体用ロータリジョイント（以下「従来ジョイント」という）にあっては、端面接触形メカニカルシールがドライ運転される場合（例えば、スラリ流体が気体である場合やスラリ流体を真空吸引により排出させる場合）にもケース体側の密封環と回転体側の密封環との摺接部分の発熱，焼き付き，摩耗が可及的に防止されるように、当該摺接部分を冷却水により冷却するように工夫されている。
【０００４】
すなわち、ケース体と回転体との対向周面間に配設したリップシール等の弾性材シールにより当該メカニカルシールを囲繞する冷却室を形成し、この冷却室に冷却水を供給することにより前記摺接部分を冷却，潤滑するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２３０３６６号公報
【特許文献２】特開平１１−２８７３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来ジョイントにあっては、冷却室のシール手段としてリップシール等の弾性材シールを使用しているために、冷却室に供給できる冷却水の圧力が制限され、高圧の冷却水を使用することができない。このため、前記摺接部分の冷却，潤滑を十分に行うことができず、その発熱，焼き付き，摩耗損傷を効果的に防止することできないといった問題があった。かかる問題は、高圧のスラリ流体を流動させる場合にあって両密封環の接触圧を高く設定する場合やその相対回転が高速である場合（高速回転機器に装備される場合）にあって、より顕著となる。
【０００７】
このような問題を解決するために、冷却室のシール手段としてリップシール等に比してシール力の高いメカニカルシールを使用することも考えられる（例えば、特許文献２を参照）が、スラリ流体通路をシールするための上記メカニカルシールに加えて更に冷却室用のメカニカルシールを設けておくことは、ロータリジョイントの軸長（軸線方向長さ）が必要以上に大きくなると共にロータリジョイントの構造も複雑化することになり、用途が制限される（軸線方向スペースが小さな回転機器には装備できない）と共にロータリジョイントの製造コストも高騰する。
【０００８】
本発明は、このような問題を生じることなく、スラリ流体を回転機器の相対回転部材間において良好に流動させることができ、広範な用途に供しうる実用的なスラリ流体用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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記の目的を達成すべく、ケース体とこれに相対回転自在に連結された回転体との間に回転体の径方向に同心状に並列配置された第１及び第２メカニカルシールと、両体間の空間であって第１メカニカルシール内に形成された第１シール空間及び両メカニカルシール間に形成された第２シール空間と、ケース体に形成された静止側通路と回転体に形成された回転側通路とを第１シール空間を介して連通させてなる一連のスラリ流体通路と、ケース体に形成されて第２シール空間に冷却液を給排させる給排液通路とを具備しており、第１メカニカルシールが、回転体に固定された第１固定密封環と、ケース体に形成され且つ静止側通路が貫通する第１保持突起に第１Ｏリングを介して回転体の軸線方向に移動可能に外嵌保持された第１可動密封環と、第１可動密封環とケース体との間に介装されて、第１可動密封環を第１固定密封環へと押圧接触させるべく附勢する第１スプリング部材とを具備して、両密封環の対向端面である第１密封端面の相対回転摺接作用により第１シール空間をシールするように構成された端面接触形メカニカルシールであり、第２メカニカルシールが、第１固定密封環の外周部に一体形成された第２固定密封環と、ケース体に第２Ｏリングを介して前記軸線方向に移動可能に保持された第２可動密封環と、第２可動密封環とケース体との間に介装されて、第２可動密封環を第２固定密封環へと押圧接触させるべく附勢する第２スプリング部材とを具備して、両密封環の対向端面である第２密封端面の相対回転摺接作用により第２シール空間をシールするように構成された端面接触形メカニカルシールであり、第２シール空間に供給された冷却液により第１及び第２密封端面を冷却すると共に第１密封端面を洗浄，潤滑するように構成したことを特徴とするスラリ流体用ロータリジョイントを提案するものである。
【００１０】
かかるスラリ流体用ロータリジョイントの好ましい実施の形態にあって、第１保持突起の外周部には第１Ｏリングを係合保持する環状のＯリング溝が形成されており、第１保持突起の先端部分はその周方向に所定間隔を隔てた複数個所において切除されており、この切除箇所においてＯリング溝を静止側通路及び第１シール空間に全面的に開放することにより、Ｏリング溝内におけるスラリ流体の滞留を防止するように構成される。第２シール空間には、スラリ流体通路を流動するスラリ流体より高圧の冷却液を供給するようにすることが好ましい。また、ケース体は、周壁部分とその一端部を閉塞する端壁部分とに分離構成されたものであって、中間部分をケース体内に露出する状態で配置したボルトにより当該両壁部分を連結することによって有底筒状構造物に組み立てられたものとしておくことが好ましく、かかる構造においては、当該ボルトの中間部分を第２可動密封環の外周部に形成した凹部に係合させて、この係合により第２可動密封環のケース体に対する相対回転を軸線方向移動を許容しつつ阻止するように構成しておくことが好ましい。また、第１及び第２固定密封環はセラミックスで構成しておくことが好ましく、この場合において、第１固定密封環を、外周部を第２固定密封環に一体構成した円環状板部とこれに一体形成されて回転体の端部に嵌合された円筒状部とで構成し、回転体に対する相対回転を円筒状部に嵌合固着した金属製の固定環を回転軸にキー止めすることにより阻止するように構成しておくことが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、冷却室として機能させる第２シール空間を第１及び第２メカニカルシールでシールするようにしたから、第２シール空間に第１メカニカルシールの摺接部分である密封端面の冷却，洗浄，潤滑を行いうるに十分な圧力の冷却液を供給することができる。したがって、当該メカニカルシールが高速運転，ドライ運転される条件下においても、密封端面の発熱，焼き付き，摩耗を効果的に防止することができ且つ当該密封端面を良好に洗浄することができ、固形成分，凝固成分を含有するスラリ流体を良好に流動させることができる。しかも、第１及び第２メカニカルシールが回転体の径方向に並列配置されており且つ両メカニカルシールの固定密封環が１つの部材で兼用構成されていることから、第２シール空間をメカニカルシール（第２メカニカルシール）でシールするようにしているに拘わらず、ロータリジョイントの軸長がスラリ流体通路をシールするメカニカルシール（第１メカニカルシール）のみを設けた場合と同等となり、ロータリジョイントの小型化，構造簡略化を実現することができ、ロータリジョイント設置スペースの小さな回転機器や高速回転機器にも適用することができ、広範な用途に供しうる実用的なスラリ流体用ロータリジョイントを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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る。
【図２】図２は同ロータリジョイントの縦断側面図である。
【図３】図３は図１の要部を拡大して示す縦断正面図である。
【図４】図４は同要部の横断底面図（断面は図３のIV−IV線に沿う）である。
【図５】図５は変形例を示す図４相当の横断底面図である。
【図６】図６は図５に示す要部の一部切欠斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態を図１〜図３に基づいて具体的に説明する。図１は本発明に係るスラリ流体用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は同ロータリジョイントの縦断側面図であり、図３は図１の要部（第１保持突起及びこれに係合保持させたＯリング）を拡大して示す縦断正面図であり、図４は同要部の横断底面図（断面は図３のIV−IV線に沿う）である。
【００１４】
図１及び図２に示すスラリ流体用ロータリジョイントは、半導体ウエハ研磨装置，ガラス基板研磨装置やマイクロビーズ等を粉砕・分散させる超微粉砕・分散機等の回転機器において回転テーブル等の回転側部材とこれを支持する機器本体等の固定側部材との間でスラリ流体（固形成分（砥粒等の固形微粒子）を含有する液体，気体や凝固成分を含有する液体等）１を流動させるためのものであって、前記固定側部材に取付けられるケース体２と、前記回転側部材に取付けられる回転体３と、両体２，３に同心状に並列配置された第１及び第２メカニカルシール４，５と、両体２，３間の空間であって第１メカニカルシール４内に形成された第１シール空間６及び両メカニカルシール４，５間に形成された第２シール空間７と、ケース体２に形成された静止側通路８と回転体３に形成された回転側通路９とを第１シール空間６を介して連通させてなる一連のスラリ流体通路１０と、ケース体２に形成されて第２シール空間７に冷却液１１を給排させる給排液通路１２，１３とを具備する。なお、以下の説明において、上下とは図１及び図２における上下を意味するものとする。
【００１５】
ケース体２は、図２に示す如く、円筒状の周壁部分１４とその上端部を閉塞する端壁部分１５とに分離構成された金属（ＳＵＳ３１６等）製のものであり、両壁部分１４，１５を適当数（１本のみ図示）のボルト１６により連結することにより、中心線が上下方向に延びる有底筒状体に組み立てられている。
【００１６】
端壁部分１５は、図１及び図２に示す如く、下面中心部に円柱状の第１保持突起１５ａを突設すると共に下面外周縁近傍に第１保持突起１５ａと同心をなす環状の第２保持突起１５ｂを突設した円盤状のものであり、中心部には、上下方向に貫通する静止側通路８が形成されている。なお、静止側通路８は、第１保持突起１５ａの中心部を貫通している。
【００１７】
周壁部分１４は、図２に示す如く、端壁部分１５と外径を同一とするものであって、上端側部分１４ａを下端側部分１４ｂより薄肉として端壁部分１５の第２保持突起１５ｂの外周面に嵌合させると共に、下端側部分１４ｂのみを上下方向に貫通するボルト１６を端壁部分１５の第２保持突起１５ｂに螺着させることにより、端壁部分１５に固着されている。ボルト１６の中間部分１６ａは、薄肉部分１５ａの内周面の近傍をこれに平行して通過するものであり、ケース体２内に露出されている。
【００１８】
回転体３は、図１及び図２に示す如く、軸線が上下方向に延びる軸状の金属（ＳＵＳ３１６等）製のもので、ベアリング１７，１７によりケース体２に同心をなして相対回転自在に連結されている。ベアリング１７，１７は、回転体３の上端近傍部位とケース体２の下端側部分（周壁部分１４の下端側部分）１４ｂとの間に装填されている。回転体３の中心部には、これを上下方向に貫通する回転側通路９が形成されている。
【００１９】
第１及び第２メカニカルシール４，５は、両体２，３間に、回転体１の径方向（軸線に直交する方向）に同心をなして並列状に配置されており、次のように構成されている。
【００２０】
すなわち、内側に位置する小径の第１メカニカルシール４は、図２に示す如く、回転体３の上端部にこれと同心をなして固定された第１固定密封環１８と、ケース体２の第１保持突起１５ａに、第１固定密封環１８にこれと同心をなして直対向する状態で、第１Ｏリング１９を介して回転体３の軸線方向（上下方向）に移動可能に外嵌保持された第１可動密封環２０と、第１可動密封環２０とケース体２との間に介装されて、第１可動密封環２０を第１固定密封環１８へと押圧接触させるべく附勢する第１スプリング部材２１とを具備して、両密封環１８，２０の対向端面である第１密封端面１８ａ，２０ａの相対回転摺接作用により第１シール空間６をシールするように構成された端面接触形メカニカルシールである。すなわち、第１メカニカルシール４は、第１密封端面１８ａ，２０ａの内周側領域である第１シール空間６とその外周側領域である第２シール空間７とを遮蔽シールするものである。
【００２１】
また、外側に位置する大径の第２メカニカルシール５は、図１及び図２に示す如く、第１固定密封環１８の外周部に一体形成された第２固定密封環２２と、ケース体２の第２保持突起１５ｂに、第２固定密封環２２にこれと同心をなして直対向する状態で、第２Ｏリング２３を介して回転体３の軸線方向（上下方向）に移動可能に内嵌保持された第２可動密封環２４と、第２可動密封環２４とケース体２との間に介装されて、第２可動密封環２４を第２固定密封環２２へと押圧接触させるべく附勢するスプリング部材２５とを具備して、両密封環２２，２４の対向端面である第２密封端面２２ａ，２４ａの相対回転摺接作用により第２シール空間７をシールするように構成された端面接触形メカニカルシールである。すなわち、第２メカニカルシール５は、第２密封端面２２ａ，２４ａの内周側領域である第２シール空間７と両体２，３間に形成される空間であって第２密封端面２２ａ，２４ａの外周側領域であるベアリング配設空間２６とを遮蔽シールするものである。
【００２２】
第１固定密封環１８は、図２に示す如く、中心孔を回転側通路９に合致させた状態で回転体３の上端面に衝合された円環状板部２７と回転体３に嵌合された円筒状部２８とからなるセラミックス（この例では炭化珪素）製の一体構造物である。第１固定密封環１８の回転体３に対する相対回転は、円筒状部２８に焼嵌め等により嵌合固着した金属（ＳＵＳ３１６等）製の固定環２９を回転体２にキー止めすることにより行われている。すなわち、脆性材料であるセラミックス部材をキー止めしておくことはキー止め部分が欠損する等の問題を生じるが、円筒状部２８に嵌合固着した金属製の固定環２９をキー３０により回転体３に連結しておくことにより、このような問題を生じることなくセラミックス製の第１固定密封環１８と回転体３との連結を強固に行うことができる。なお、回転体３と円筒状部２８との間はＯリング３１により二次シールされている。
【００２３】
第２固定密封環２２は、図１及び図２に示す如く、円環状板部２７の外周部分で構成されている。すなわち、第１及び第２固定密封環１８，２２はセラミックス製の一体構造物に構成されている。なお、円環状板部２７の上面には、軸線に直交する環状平滑面である小径の第１密封端面１８ａ及びこれと同心をなす大径の第２密封端面２２ａが形成されている。
【００２４】
第１可動密封環２０は、図２に示す如く、第１保持突起１５ａに第１Ｏリング１９を介して軸線方向に移動可能に外嵌保持されており、ケース体２の端壁部分１５に両保持突起１５ａ，１５ｂ間に配して突設されたドライブピン３２を第１可動密封環２０の外周部に形成した凹部２０ｂに係合させることにより、軸線方向移動を許容しつつケース体２に対する相対回転が阻止されている。第１可動密封環２０はセラミックス（この例では炭化珪素）製のもので、その先端面（下端面）は軸線に直交する平滑環状面たる第１密封端面２０ａに形成されている。なお、第１密封端面２０ａの内径を第１Ｏリング１９との接触面の径（バランス径）より若干小さく設定すると共に当該密封端面２０ａの外径を当該バランス径より若干大きく設定することにより、第１メカニカルシール４を所謂バランス形メカニカルシールに構成して、スラリ流体１や冷却液１１の圧力変動等により両シール空間６，７の圧力バランスが逆転した場合にも、良好なシール機能を維持できるように工夫してある。
【００２５】
第１Ｏリング１９は、図１及び図２に示す如く、第１保持突起１５ａの外周部に形成した環状のＯリング溝３３に係合保持されている。ところで、このＯリング溝３３には第１シール空間６を通過するスラリ流体１が侵入，滞留して、スラリ流体１に含まれる固形成分，凝固成分が堆積し、これにより、第１可動密封環２０と第１Ｏリング１９との接触面における相対運動が円滑に行われなくなり、第１可動密封環２０の追従性が低下する虞れがある。当該ロータリジョイントでは、このような事態の発生を回避すべく、第１保持突起１５ａの先端部分を次のように部分的に切除してある。すなわち、第１保持突起１５ａは、図３に示す如く、Ｏリング溝３３の一側壁（上側壁）を形成する基端部１５ｃとＯリング溝３３の底壁を形成する中間部１５ｄとＯリング溝３３の他側壁（下側壁）を形成する先端部１５ｅとからなる円筒状構造物である。而して、第１保持突起１５ａの先端部１５ｅは、図３及び図４に示す如く、その周方向に所定間隔を隔てた複数個所１５ｆにおいて切除されており、この切除箇所１５ｆにおいてＯリング溝３３を静止側通路８及び第１シール空間６に全面的に開放することにより、Ｏリング溝３３内におけるスラリ流体の滞留を防止するように工夫してある。
【００２６】
第２可動密封環２４は、図２に示す如く、第２保持突起１５ｂに第２Ｏリング２３を介して軸線方向に移動可能に内嵌保持されており、前記ボルト１６の露出部分（中間部分）１６ａを第２可動密封環２４の外周部に形成した凹部２４ｂに係合させることにより、軸線方向移動を許容しつつケース体２に対する相対回転が阻止されている。第２可動密封環２４はカーボン製又はセラミックス製（この例ではカーボン製）のもので、その先端面（下端面）は軸線に直交する平滑環状面たる第２密封端面２４ａに形成されている。
【００２７】
第１及び第２スプリング部材２１，２５は、図２に示す如く、夫々、可動密封環２０，２４とケース体２の端壁部分１５との間に周方向に所定間隔を隔てて配置された複数のコイルスプリング（１個のみ図示）で構成されており、可動密封環２０，２４を固定密封環１８，２２へと押圧附勢して、第１密封端面１８ａ，２０ａ及び第２密封端面２２ａ，２４ａを適当圧で接触させるものである。
【００２８】
スラリ流体通路１０は、図１及び図２に示す如く、ケース体２に形成された静止側通路８と回転体３に形成された回転側通路９とを、第１メカニカルシール４でシールされた第１シール空間６を介して連通させてなる一連のものであり、静止側通路８を当該回転機器の静止側部材（図示せず）に形成された静止側流路３４に接続すると共に回転側通路９を当該回転機器の回転側部材（図示せず）に形成された回転側流路３５に接続することによって、スラリ流体１を、図１及び図２に矢印で示す如く静止側流路３４から回転側流路３５へと、或いは逆に回転側流路３５から静止側流路３４へと流動させるものである。
【００２９】
給液通路１２及び排液通路１３は、図１に示す如く、ケース体２に形成されており、一端部を可動密封環２０，２４の背面側（上面側）において第２シール空間７に開口させる共に他端部をケース体２の外周面に開口して冷却液１１の循環装置（図示）に接続させたものである。すなわち、第２シール空間７には所定圧の冷却液１１が給排液通路１２，１３により循環供給され、この冷却液１１により、第１密封端面１８ａ，２０ａ及び第２密封端面２２ａ，２４ａが冷却，洗浄，潤滑されるようになっている。この例では、冷却液１１の圧力（第２シール空間７における冷却液圧力）を第１シール空間６を流動するスラリ流体１の圧力より若干高くなるように設定すると共に、冷却液１１として、スラリ流体１に混入しても支障のない性状のもの（この例では清水）を使用している。
【００３０】
なお、ケース体２の周壁部分１４には、図１に示す如く、ベアリング（上位のベアリング）１７の直上位に配して厚肉部分１４ｂから内方に張り出す断面Ｌ字状の環状をなすドレン受け３６が形成されると共に、このドレン受け３６内に開口するドレン路３７が形成されていて、第２密封端面２２ａ，２４ａからベアリング配設空間２６に漏洩した冷却液１１がベアリング１７，１７に侵入しないように工夫してある。すなわち、第１密封端面２２ａ，２４ａからベアリング配設空間２６に漏洩した冷却液１１は、第２固定密封環２２及び固定環２９と周壁部分１４との間からドレン受け３６に回収され、ドレン受け３６からドレン路３７へと排出される。
【００３１】
以上のように構成されたスラリ流体ロータリジョイントにあっては、スラリ流体通路１０の相対回転部分（静止側通路８と回転側通路９との対向端部を接続する第１シール空間６）が端面接触形の第１メカニカルシール４によりシールされているから、スラリ流体１を漏れを生じることなく良好に流動させることができる。また、第１メカニカルシール４のシール部分である第１密封端面１８ａ，２０ａが硬質のセラミックス材（炭化珪素）で構成されているから、第１密封端面１８ａ，２０ａの接触による摩耗粉が大量に生じることがない。
【００３２】
しかも、第１密封端面１８ａ，２０ａが第２シール空間７に供給される冷却液１１によって潤滑されることから、第１メカニカルシール４が端面接触形のものであり且つその密封端面１８ａ，２０ａが自己潤滑性に乏しい炭化珪素等のセラミックス製のものであっても、第１密封端面１８ａ，２０ａの摩耗，発熱が可及的に防止，抑制され、良好なメカニカルシール機能が発揮される。かかるメカニカルシール機能は、スラリ流体１が気体である場合やスラリ流体１を真空吸引させる場合等において第１密封端面１８ａ，２０ａがドライ運転されるときにも、冷却液１１による第１密封端面１８ａ，２０ａの潤滑作用により良好に発揮される。特に、冷却液１１を第１シール空間６の圧力より高く設定しておくことにより、冷却液１１が第１密封端面１８ａ，２０ａを確実に潤滑すると共に当該密封端面１８ａ，２０ａを良好に洗浄することができ（密封端面１８ａ，２０ａ間へのスラリ成分（固形成分，凝固成分）の侵入，堆積を確実に防止することができ）、スラリ流体１の性状に拘わらず常に良好なメカニカルシール機能が発揮される。
【００３３】
したがって、本発明に係るスラリ流体用ロータリジョイントによれば、高度のコンタミネーション防止対策を必要とする回転機器（半導体ウエハ研磨装置等）においてもスラリ流体１を相対回転部材間において良好に流動させることができる。
【００３４】
また、本発明に係るスラリ流体用ロータリジョイントにあっては、スラリ流体通路１０のシール部分を冷却する冷却室（冷却液１１が供給される第２シール空間）７を端面接触形メカニカルシール４，５でシールしているから、高圧の冷却液１１を使用することができ（例えば、スラリ流体１より高圧の冷却液１１を使用することができ）、両体２，３が高速で相対回転する場合にも第１密封端面１８ａ，２０ａ（及び第２密封端面２２ａ，２４ａ）の冷却，潤滑を良好に行うことができる。したがって、従来ジョイントでは適用できないような高速回転機器においても好適に使用することができる。
【００３５】
また、上記冷却室７をシールする第２メカニカルシール５を第１メカニカルシール４の軸線方向ではなく径方向に並列配置するようにしたから、当該ロータリジョイントの軸長（軸線方向長さ）が第１メカニカルシール４のみを設けた場合と同様になり、軸線方向のスペースが小さな回転機器にも適用することができる。しかも、両メカニカルシール４，５の固定密封環１８，２２を共通部材で兼用構成したから、両メカニカルシール４，５の全体構造を簡略化，小型化することができ、回転機器への設置スペースを更に減少させると共に、部品点数の削減による当該ロータリジョイントの製作コストを低減することができる。また、上記した構成のスラリ流体用ロータリジョイントは、ケース２を周壁部分１４と端壁部分１５とに分離構成して、その組み立て（メカニカルシール４，５の組み込み等）を容易に行うことができるものであるが、ケース体２の組み立て（周壁部分１４と端壁部分１５との連結）に使用するボルト１６の一部１６ａを第２可動密封環２４の相対回転阻止用ドライブピンとして兼用していることによって、更に構造の簡略化，小型化，部品点数の削減を図ることができる。なお、ドライブピンとして使用されるボルト１６の中間部分（ベアリング配設空間２６に露出する部分）１６ａは、その両側が周壁部分１４の厚肉部分１４ｂと端壁部分１５の第２保持突起１５ｂとで支持された両端支持構造をなすものであるから、高速回転等により第２可動密封環２４に必要以上のトルクが作用した場合にも、当該密封環２４の相対回転阻止機能を確実に発揮させることができる。
【００３６】
また、第１可動密封環２０を第１保持突起１５ａに第１Ｏリング１９を介して外嵌保持させると共に、当該Ｏリング１９を係合保持するＯリング溝３３を複数個所１５ｆにおいて第１シール空間６及び静止側通路８に全面的に開放するようにしたから、スラリ流体１に含まれるスラリ成分（固形成分，凝固成分等）がＯリング溝３３内に侵入しても、これがスラリ流体通路１０を流動するスラリ流体１によってＯリング溝３３外に速やかに流動されることになり、Ｏリング溝３３内においてスラリ流体１ないしこれに含まれるスラリ成分の滞留が可及的に防止，抑制される。したがって、スラリ成分がＯリング溝３３内に付着，堆積して第１可動密封環２０と第１Ｏリング１９との相対運動を妨げることがなく、第１可動密封環２０の追従性が長期に亘って良好に保持されることになる。したがって、第１メカニカルシール４による被密封流体が固形成分，凝固成分等のスラリ成分を含むスラリ流体１であっても、当該メカニカルシール４によるシール機能を良好に発揮させることができる。
【００３７】
なお、本発明に係るスラリ流体用ロータリジョイントの構成は上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適宜に改良，変更することができる。例えば、第１保持突起１５ａの先端部分の切除範囲１５ｆは、第１Ｏリング１９のＯリング溝３３から第１シール空間６への飛び出しを阻止する部分が先端部１５ｅに存在すること及び第１Ｏリング１９の内周部が接触するシール部分１５ｇが中間部１５ｄに存在することを条件として、適宜に設定することができる。例えば、図５及び図６に示すものでは、切除範囲１５ｆが先端部１５ｅのみならず中間部１５ｄの先端側（シール部分１５ｇより先端側）にまで拡大されている。
【符号の説明】
【００３８】
１ スラリ流体
２ ケース体
３ 回転体
４ 第１メカニカルシール
５ 第２メカニカルシール
６ 第１シール空間
７ 第２シール空間
８ 静止側通路
９ 回転側通路
１０ スラリ流体通路
１１ 冷却液
１２ 給液通路
１３ 排液通路
１４ 周壁部分
１５ 端壁部分
１５ａ 第１保持突起
１６ ボルト
１６ａ ボルトの中間部分
１８ 第１固定密封環
１８ａ 第１密封端面
１９ 第１Ｏリング
２０ 第１可動密封環
２０ａ 第１密封端面
２１ 第１スプリング部材
２２ 第２固定密封環
２２ａ 第２密封端面
２３ 第２Ｏリング
２４ 第２可動密封環
２４ａ 第２密封端面
２５ 第２スプリング部材
２７ 円環状板部
２８ 円筒状部
２９ 固定環
３０ キー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース体とこれに相対回転自在に連結された回転体との間に回転体の径方向に同心状に並列配置された第１及び第２メカニカルシールと、両体間の空間であって第１メカニカルシール内に形成された第１シール空間及び両メカニカルシール間に形成された第２シール空間と、ケース体に形成された静止側通路と回転体に形成された回転側通路とを第１シール空間を介して連通させてなる一連のスラリ流体通路と、ケース体に形成されて第２シール空間に冷却液を給排させる給排液通路とを具備しており、
第１メカニカルシールが、回転体に固定された第１固定密封環と、ケース体に形成され且つ静止側通路が貫通する第１保持突起に第１Ｏリングを介して回転体の軸線方向に移動可能に外嵌保持された第１可動密封環と、第１可動密封環とケース体との間に介装されて、第１可動密封環を第１固定密封環へと押圧接触させるべく附勢する第１スプリング部材とを具備して、両密封環の対向端面である第１密封端面の相対回転摺接作用により第１シール空間をシールするように構成された端面接触形メカニカルシールであり、
第２メカニカルシールが、第１固定密封環の外周部に一体形成された第２固定密封環と、ケース体に第２Ｏリングを介して前記軸線方向に移動可能に保持された第２可動密封環と、第２可動密封環とケース体との間に介装されて、第２可動密封環を第２固定密封環へと押圧接触させるべく附勢する第２スプリング部材とを具備して、両密封環の対向端面である第２密封端面の相対回転摺接作用により第２シール空間をシールするように構成された端面接触形メカニカルシールであり、
第２シール空間に供給された冷却液により第１及び第２密封端面を冷却すると共に第１密封端面を洗浄，潤滑するように構成したことを特徴とするスラリ流体用ロータリジョイント。
【請求項２】
第１保持突起の外周部には第１Ｏリングを係合保持する環状のＯリング溝が形成されており、第１保持突起の先端部分はその周方向に所定間隔を隔てた複数個所において切除されており、この切除箇所においてＯリング溝を静止側通路及び第１シール空間に全面的に開放することにより、Ｏリング溝内におけるスラリ流体の滞留を防止するように構成したことを特徴とする、請求項１に記載するスラリ流体用ロータリジョイント。
【請求項３】
第２シール空間に供給される冷却液がスラリ流体通路を流動するスラリ流体より高圧であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載するロータリジョイント。
【請求項４】
ケース体が周壁部分とその一端部を閉塞する端壁部分とに分離構成されたものであって、中間部分をケース体内に露出する状態で配置したボルトにより当該両壁部分を連結することによって有底筒状構造物に組み立てられたものであり、当該ボルトの中間部分を第２可動密封環の外周部に形成した凹部に係合させて、この係合により第２可動密封環のケース体に対する相対回転を軸線方向移動を許容しつつ阻止するように構成してあるこを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載するスラリ流体用ロータリジョイント。
【請求項５】
第１及び第２固定密封環がセラミックスで構成されており、第１固定密封環が、外周部を第２固定密封環に構成した円環状板部とこれに一体形成されて回転体の端部に嵌合された円筒状部とで構成されると共に、円筒状部に嵌合固着した金属製の固定環を回転軸にキー止めすることにより回転体に対する相対回転を阻止されたものであることを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載するスラリ流体用ロータリジョイント。
【請求項１】
ケース体とこれに相対回転自在に連結された回転体との間に回転体の径方向に同心状に並列配置された第１及び第２メカニカルシールと、両体間の空間であって第１メカニカルシール内に形成された第１シール空間及び両メカニカルシール間に形成された第２シール空間と、ケース体に形成された静止側通路と回転体に形成された回転側通路とを第１シール空間を介して連通させてなる一連のスラリ流体通路と、ケース体に形成されて第２シール空間に冷却液を給排させる給排液通路とを具備しており、
第１メカニカルシールが、回転体に固定された第１固定密封環と、ケース体に形成され且つ静止側通路が貫通する第１保持突起に第１Ｏリングを介して回転体の軸線方向に移動可能に外嵌保持された第１可動密封環と、第１可動密封環とケース体との間に介装されて、第１可動密封環を第１固定密封環へと押圧接触させるべく附勢する第１スプリング部材とを具備して、両密封環の対向端面である第１密封端面の相対回転摺接作用により第１シール空間をシールするように構成された端面接触形メカニカルシールであり、
第２メカニカルシールが、第１固定密封環の外周部に一体形成された第２固定密封環と、ケース体に第２Ｏリングを介して前記軸線方向に移動可能に保持された第２可動密封環と、第２可動密封環とケース体との間に介装されて、第２可動密封環を第２固定密封環へと押圧接触させるべく附勢する第２スプリング部材とを具備して、両密封環の対向端面である第２密封端面の相対回転摺接作用により第２シール空間をシールするように構成された端面接触形メカニカルシールであり、
第２シール空間に供給された冷却液により第１及び第２密封端面を冷却すると共に第１密封端面を洗浄，潤滑するように構成したことを特徴とするスラリ流体用ロータリジョイント。
【請求項２】
第１保持突起の外周部には第１Ｏリングを係合保持する環状のＯリング溝が形成されており、第１保持突起の先端部分はその周方向に所定間隔を隔てた複数個所において切除されており、この切除箇所においてＯリング溝を静止側通路及び第１シール空間に全面的に開放することにより、Ｏリング溝内におけるスラリ流体の滞留を防止するように構成したことを特徴とする、請求項１に記載するスラリ流体用ロータリジョイント。
【請求項３】
第２シール空間に供給される冷却液がスラリ流体通路を流動するスラリ流体より高圧であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載するロータリジョイント。
【請求項４】
ケース体が周壁部分とその一端部を閉塞する端壁部分とに分離構成されたものであって、中間部分をケース体内に露出する状態で配置したボルトにより当該両壁部分を連結することによって有底筒状構造物に組み立てられたものであり、当該ボルトの中間部分を第２可動密封環の外周部に形成した凹部に係合させて、この係合により第２可動密封環のケース体に対する相対回転を軸線方向移動を許容しつつ阻止するように構成してあるこを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載するスラリ流体用ロータリジョイント。
【請求項５】
第１及び第２固定密封環がセラミックスで構成されており、第１固定密封環が、外周部を第２固定密封環に構成した円環状板部とこれに一体形成されて回転体の端部に嵌合された円筒状部とで構成されると共に、円筒状部に嵌合固着した金属製の固定環を回転軸にキー止めすることにより回転体に対する相対回転を阻止されたものであることを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載するスラリ流体用ロータリジョイント。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２７０８３４（Ｐ２０１０−２７０８３４Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２３３８４（Ｐ２００９−１２３３８４）
【出願日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【出願人】（０００２２９７３７）日本ピラー工業株式会社 (337)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【出願人】（０００２２９７３７）日本ピラー工業株式会社 (337)
【Ｆターム（参考）】
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