(57)【要約】【課題】ポート数が増加しても軸方向の全長が長くなるのを抑制す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】ロータリジョイント１の各メカニカルシール装置７は、軸体５に取り付けられた第一軸側密封環７１及び第二軸側密封環７２と、ケース体２に取り付けられた第一ケース側密封環７３及び第二ケース側密封環７４とを有する。第一軸側密封環７１及び第一ケース側密封環７３の第一摺動部分７７と、第二軸側密封環７２及び第二ケース側密封環７４の第二摺動部分７８との間には、環状空間Ａを区画して第一外側流路３１と第一内側流路６１とを繋ぐ第一連通流路４１が形成されている。軸方向に隣り合うメカニカルシール装置７同士のうち、軸方向一方側の第一摺動部分７７と、軸方向他方側の第二摺動部分７８との間には、環状空間Ａを区画して第二外側流路３２と第二内側流路６２とを繋ぐ第二連通流路４２が形成されている。【選択図】図２
2020106052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被密封流体が流れる複数の外側流路が内周側で開口して形成された筒形のケース体と、
前記ケース体内に相対回転可能として設けられ、被密封流体が流れる複数の内側流路が外周側で開口して形成された軸体と、
前記ケース体と前記軸体との間に形成される環状空間において軸方向に並べて配置された複数のメカニカルシール装置と、を備え、
前記各メカニカルシール装置は、
前記軸体に取り付けられた第一軸側密封環と、
前記ケース体において前記第一軸側密封環の軸方向一方側に隣接して取り付けられ、前記第一軸側密封環に対して相対的に摺動する第一ケース側密封環と、
前記ケース体において前記第一ケース側密封環よりも前記軸方向一方側に取り付けられた第二ケース側密封環と、
前記軸体において前記第二ケース側密封環の前記軸方向一方側に隣接して取り付けられ、前記第二ケース側密封環に対して相対的に摺動する第二軸側密封環と、を有し、
前記各メカニカルシール装置における、前記第一軸側密封環及び前記第一ケース側密封環の第一摺動部分と、前記第二軸側密封環及び前記第二ケース側密封環の第二摺動部分との間には、前記環状空間を区画して一の前記外側流路と一の前記内側流路とを繋ぐ第一連通流路が形成され、
軸方向に隣り合うメカニカルシール装置同士のうち、前記軸方向一方側に配置されたメカニカルシール装置の前記第一摺動部分と、軸方向他方側に配置されたメカニカルシール装置の前記第二摺動部分との間には、前記環状空間を区画して他の一の前記外側流路と他の一の前記内側流路とを繋ぐ第二連通流路が形成されている、ロータリジョイント。
【請求項２】
前記複数のメカニカルシール装置のうち、軸方向の一端に配置されたメカニカルシール装置は、
前記第一摺動部分及び前記第二摺動部分のうち前記一端側に配置された一方の摺動部分よりも前記一端側において前記軸体に取り付けられた第三軸側密封環と、
前記第三軸側密封環の前記一端側に隣接して前記ケース体に取り付けられ、前記第三軸側密封環に対して相対的に摺動する第三ケース側密封環と、をさらに有し、
前記一方の摺動部分と、前記第三軸側密封環及び前記第三ケース側密封環の第三摺動部分との間には、前記環状空間を区画して、さらに他の一の前記外側流路と、さらに他の一の前記内側流路とを繋ぐ第三連通流路が形成されている、請求項１に記載のロータリジョイント。
【請求項３】
前記ケース体は、前記環状空間とは独立して軸方向に延びて形成された、冷却流体が流れる軸方向冷却流路を有する、請求項１又は２に記載のロータリジョイント。
【請求項４】
前記ケース体は、
その周方向に複数形成された前記軸方向冷却流路と、
前記環状空間とは独立して前記周方向に延びて形成され、前記複数の軸方向冷却流路に連通する周方向冷却流路と、を有する、請求項３に記載のロータリジョイント。
【請求項５】
前記複数の軸方向冷却流路は、前記ケース体の外部から前記冷却流体が供給される第一軸方向冷却流路と、前記第一軸方向冷却流路から前記周方向冷却流路を介して前記冷却流体が供給される二以上の第二軸方向冷却流路と、によって構成され、
前記複数の軸方向冷却流路のうち、前記第一軸方向冷却流路の断面積が最も小さく形成され、
前記二以上の第二軸方向冷却流路の各断面積は、前記第一軸方向冷却流路から遠ざかるに従って徐々に大きくなるように形成されている、請求項４に記載のロータリジョイント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリジョイントに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータリジョイントは、固定側部材の流路と回転側部材の流路とを接続するために用いられている。例えば、半導体ウエハの表面研磨処理を行うために用いられるＣＭＰ装置（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ装置）では、回転側部材（ターンテーブル又はトップリング）と、これを支持する固定側部材（ＣＭＰ装置本体）との間を、研磨液、加圧用空気、洗浄水、純水、エアーブロー用空気、研磨残渣液等が被密封流体として流れる。このような被密封流体が混ざることなく前記回転側部材と前記固定側部材との間を流れるために、これらの部材間を接続するジョイント部には、独立した流体通路を複数設けることが必要である。そこで、このようなジョイント部として、例えば特許文献１に開示されている多ポート式のロータリジョイントが用いられる。
【０００３】
特許文献１のロータリジョイントは、筒形のケース体と、ケース体内に回転可能に設けられた回転軸体と、ケース体と回転軸体との間の環状空間において軸方向に並べて設けられた複数のメカニカルシールとを備えている。ケース体には、径方向に貫通する複数のケース側通路が形成されている。回転軸体には、ケース側通路と同数の軸側通路が、回転軸体の外周側で開口するように形成されている。
【０００４】
各メカニカルシールは、ケース体に取り付けられている静止密封環と、回転軸体と一体回転する回転密封環とを有し、回転密封環が静止密封環に対して摺動するようになっている。静止密封環同士が軸方向に隣接する一対のメカニカルシールにおいて、一方のメカニカルシールの摺動部分と、他方のメカニカルシールの摺動部分との間には、一のケース側通路と一の軸側通路とを繋ぐ連通路が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２７８４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記ロータリジョイントでは、１個の前記連通路を形成するためには、２個のメカニカルシールを軸方向に並べて設ける必要がある。このため、前記連通路の個数（ポート数）が増加すると、ロータリジョイントの軸方向の全長が長くなり、装置によってはロータリジョイントを搭載することができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ポート数が増加しても軸方向の全長が長くなるのを抑制することができるロータリジョイントを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明のロータリジョイントは、被密封流体が流れる複数の外側流路が内周側で開口して形成された筒形のケース体と、前記ケース体内に相対回転可能として設けられ、被密封流体が流れる複数の内側流路が外周側で開口して形成された軸体と、前記ケース体と前記軸体との間に形成される環状空間において軸方向に並べて配置された複数のメカニカルシール装置と、を備え、前記各メカニカルシール装置は、前記軸体に取り付けられた第一軸側密封環と、前記ケース体において前記第一軸側密封環の軸方向一方側に隣接して取り付けられ、前記第一軸側密封環に対して相対的に摺動する第一ケース側密封環と、前記ケース体において前記第一ケース側密封環よりも前記軸方向一方側に取り付けられた第二ケース側密封環と、前記軸体において前記第二ケース側密封環の前記軸方向一方側に隣接して取り付けられ、前記第二ケース側密封環に対して相対的に摺動する第二軸側密封環と、を有し、前記各メカニカルシール装置における、前記第一軸側密封環及び前記第一ケース側密封環の第一摺動部分と、前記第二軸側密封環及び前記第二ケース側密封環の第二摺動部分との間には、前記環状空間を区画して一の前記外側流路と一の前記内側流路とを繋ぐ第一連通流路が形成され、軸方向に隣り合うメカニカルシール装置同士のうち、前記軸方向一方側に配置されたメカニカルシール装置の前記第一摺動部分と、軸方向他方側に配置されたメカニカルシール装置の前記第二摺動部分との間には、前記環状空間を区画して他の一の前記外側流路と他の一の前記内側流路とを繋ぐ第二連通流路が形成されている。
【０００９】
上記のように構成されたロータリジョイントでは、各メカニカルシール装置の第一摺動部分と第二摺動部分との間には、一の外側流路と一の内側流路とを繋ぐ第一連通流路が形成される。また、軸方向に隣り合うメカニカルシール装置同士のうち、軸方向一方側のメカニカルシール装置の第一摺動部分と、軸方向他方側のメカニカルシール装置の第二摺動部分との間には、他の一の外側流路と他の一の内側流路とを繋ぐ第二連通流路が形成される。これにより、２個のメカニカルシール装置（従来の４個のメカニカルシールに相当）によって３個の連通流路を形成することができる。これに対して、従来のロータリジョイントでは、３個の連通流路を形成するためには６個のメカニカルシールが必要になる。従って、本発明のロータリジョイントによれば、従来のロータリジョイントに比べて、連通流路の個数（ポート数）が増加しても軸方向の全長が長くなるのを抑制することができる。
【００１０】
（２）前記複数のメカニカルシール装置のうち、軸方向の一端に配置されたメカニカルシール装置は、前記第一摺動部分及び前記第二摺動部分のうち前記一端側に配置された一方の摺動部分よりも前記一端側において前記軸体に取り付けられた第三軸側密封環と、前記第三軸側密封環の前記一端側に隣接して前記ケース体に取り付けられ、前記第三軸側密封環に対して相対的に摺動する第三ケース側密封環と、をさらに有し、前記一方の摺動部分と、前記第三軸側密封環及び前記第三ケース側密封環の第三摺動部分との間には、前記環状空間を区画して、さらに他の一の前記外側流路と、さらに他の一の前記内側流路とを繋ぐ第三連通流路が形成されているのが好ましい。
【００１１】
この場合、例えば、ロータリジョイント１の軸方向の一端に１個の連通流路を増加する場合、前記一端側に配置されたメカニカルシール装置に２個の密封環（第三軸側密封環及び第三ケース側密封環）を追加するだけで、１個の連通流路を増加することができる。これにより、４個の密封環（第一及び第二軸側密封環と、第一及び第二ケース側密封環）で１個の連通流路を形成するメカニカルシール装置を追加する場合に比べて、軸方向の全長が長くなるのを抑制することができる。
【００１２】
（３）前記ケース体は、前記環状空間とは独立して軸方向に延びて形成された、冷却流体が流れる軸方向冷却流路を有するのが好ましい。
この場合、ケース体において環状空間とは独立して軸方向に延びて形成された軸方向冷却流路に冷却流体を流すことにより、ケース体及び各ケース側密封環を介して、当該ケース側密封環と軸側密封環との摺動部分を冷却することができる。これにより、前記各摺動部分での摺動発熱を抑制することができる。特に、上記（１）のように、環状空間Ａに第二連通流路が形成されると、その第二連通流路を冷却空間として利用することができなくなるが、このような場合でも、第二連通流路を形成する第一及び第二摺動部分での摺動発熱を効果的に抑制することができる。
【００１３】
（４）前記ケース体は、その周方向に複数形成された前記軸方向冷却流路と、前記環状空間とは独立して前記周方向に延びて形成され、前記複数の軸方向冷却流路に連通する周方向冷却流路と、を有するのが好ましい。
この場合、冷却流体は、周方向冷却流路を通過して複数の軸方向冷却流路に流れるため、前記各摺動部分を周方向の複数箇所で冷却することができる。これにより、前記各摺動部分での摺動発熱をさらに抑制することができる。
【００１４】
（５）前記複数の軸方向冷却流路は、前記ケース体の外部から前記冷却流体が供給される第一軸方向冷却流路と、前記第一軸方向冷却流路から前記周方向冷却流路を介して前記冷却流体が供給される二以上の第二軸方向冷却流路と、によって構成され、前記複数の軸方向冷却流路のうち、前記第一軸方向冷却流路の断面積が最も小さく形成され、前記二以上の第二軸方向冷却流路の各断面積は、前記第一軸方向冷却流路から遠ざかるに従って徐々に大きくなるように形成されているのが好ましい。
【００１５】
この場合、複数の軸方向冷却流路のうち、冷却流体が最も流れやすい第一軸方向冷却流路の断面積が最も小さく形成され、第一軸方向冷却流路から遠ざかる第二軸方向冷却流路ほど、つまり冷却流体が流れ難くなる第二軸方向冷却流路ほど断面積が徐々に大きくなるように形成されている。これにより、複数の軸方向冷却流路に対して冷却流体を均等に流すことができるため、前記各摺動部分での摺動発熱をさらに抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のロータリジョイントによれば、ポート数が増加しても軸方向の全長が長くなるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るロータリジョイントを示す断面図である。
【図２】ロータリジョイントの下側を示す拡大断面図である。
【図３】第二連通流路の変形例を示す拡大断面図である。
【図４】ロータリジョイントの上側を示す拡大断面図である。
【図５】最下部に配置された流路フランジを上側から見た平面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るロータリジョイントを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
［第１実施形態］
＜全体構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るロータリジョイントを示す断面図である。このロータリジョイント１（以下、ジョイント１ともいう。）は、回転機器の固定側部材（例えば、ＣＭＰ装置本体）に取り付けられる筒形のケース体２と、この回転機器の回転側部材（例えば、ＣＭＰ装置のターンテーブル）に取り付けられる軸体５とを備えている。本実施形態のケース体２及び軸体５は、軸方向が上下方向として配置されている。
【００１９】
なお、本発明において、「軸方向」とは、ジョイント１の中心線に沿った方向（この中心線に平行な方向も含む）である。ケース体２、軸体５、及び後述するメカニカルシール装置７それぞれの中心線は、ジョイント１の中心線と一致するようにして構成されている。また、本発明において「径方向」とは、ジョイント１の中心線に対して直交する方向である。また、ジョイント１の姿勢は、図１に示す姿勢以外であってもよいが、説明の便宜上、本実施形態では、図１に示す上側をジョイント１の「上」とし、下側をジョイント１の「下」とする。
【００２０】
＜ケース体＞
ケース体２は、下部フランジ２１と、複数（図例では４個）の流路フランジ２２と、上部フランジ２３とを、下からこの順に積み重ねて構成されている。各フランジ２１〜２３は、いずれも円環状に形成されており、複数本のボルト２５（図例では１本のみ図示）によって全てのフランジ２１〜２３が連結固定されている。これにより、ケース体２は、全体として筒形の構造体となっている。
【００２１】
隣接する下部フランジ２１と流路フランジ２２との間、隣接する流路フランジ２２同士の間、及び隣接する流路フランジ２２と上部フランジ２３との間には、それぞれＯリング２６が設けられている。
【００２２】
各フランジ２１，２２，２３は、径方向内側へ突出する環状の突出部２１１，２２１，２３１を有している。複数の流路フランジ２２それぞれの突出部２２１には、被密封流体が流れる第一外側流路３１が径方向に貫通して形成されている。また、複数の流路フランジ２２それぞれの突出部２２１を除く部分には、被密封流体が流れる第二外側流路３２が径方向に貫通して形成されている。被密封流体としては、例えば、研磨液、加圧用空気、窒素等の不活性ガス、洗浄水、純水、エアーブロー用空気、研磨残渣液等の流体が挙げられる。
【００２３】
各外側流路３１，３２は、流路フランジ２２の内周側と外周側とで開口している。流路フランジ２２の外周側の開口部は、前記固定側部材の複数の配管それぞれが接続される接続ポートとされている。
以上より、ケース体２には、被密封流体が流れる複数の第一外側流路３１及び複数の第二外側流路３２が、軸方向に沿って所定間隔毎に交互に形成されている。
【００２４】
＜軸体＞
軸体５は、ケース体２の内周側に配置されており、上下方向に長い直線状の軸本体５１と、軸本体５１に嵌合された複数の第一スリーブ５２及び複数の第二スリーブ５３とを有している。第二スリーブ５３は、第一スリーブ５２よりも軸方向に短く形成されている。本実施形態の軸本体５１には、第一スリーブ５２及び第二スリーブ５３が４個ずつ設けられている。
【００２５】
軸本体５１には、第一スリーブ５２及び第二スリーブ５３の他に、後述する第一軸側密封環７１及び第二軸側密封環７２が嵌合されている。なお、本実施形態においては、第一軸側密封環７１及び第二軸側密封環７２を、単に軸側密封環７１，７２ともいう。軸側密封環７１，７２は、上下に配置された第一スリーブ５２同士の間に配置されており、これらの軸側密封環７１，７２同士の間に第二スリーブ５３が配置されている。最上部に配置された軸側密封環７１の上側には、第二スリーブ５３を介して後述する第三軸側密封環８１が配置されている。なお、本実施形態においては、第三軸側密封環８１を、単に軸側密封環８１ともいう。軸側密封環８１は軸本体５１に嵌合されている。
【００２６】
軸本体５１の上方には、押し付け部材５４がボルト５５によって固定されている。また、軸本体５１の下端部には、他の部分よりも直径が大きい大径部５１ａが形成されている。この大径部５１ａは、軸本体５１に嵌合された第一及び第二スリーブ５２，５３、及び軸側密封環７１，７２，８１が下側へ移動するのを規制している。
【００２７】
軸本体５１と第一スリーブ５２と軸側密封環７１（７２）との間、及び軸本体５１と押し付け部材５４の下端部と軸側密封環８１との間には、それぞれＯリング５６が設けられている。Ｏリング５６は、後述する第一内側流路６１及び第二内側流路６２を流れる被密封流体が他の流路へ浸入したり外部へ漏れたりするのを防止している。
【００２８】
軸本体５１の大径部５１ａと下部フランジ２１との間には転がり軸受８が設けられ、押し付け部材５４と上部フランジ２３との間には転がり軸受９が設けられている。これにより、軸本体５１及びスリーブ５２，５３を含む軸体５は、軸側密封環７１，７２，８１と共に、ケース体２に対して回転可能に支持されている。
【００２９】
軸本体５１内には、複数（図例では４個）の流路孔６１ａ、及び複数（図例では４個）の流路孔６２ａが形成されている。複数の流路孔６１ａ，６２ａそれぞれの一端側は、軸本体５１の外周面において軸方向（上下方向）の異なる位置で開口している。複数の流路孔６１ａ，６２ａそれぞれの他端側は、軸本体５１の端面（下端面）で開口しており、この端面の開口に対して、前記回転側部材の複数の配管それぞれが接続される。
【００３０】
各流路孔６１ａの前記一端側の開口に対応する第一スリーブ５２は、その内周側において軸本体５１の外周面との間に形成された環状の隙間６１ｂと、周方向に所定間隔をあけて複数（図中には１つのみ図示）形成された貫通孔６１ｃとを有している。各第一スリーブ５２の隙間６１ｂは、内周側において対応する流路孔６１ａと連通し、外周側において前記複数の貫通孔６１ｃと連通している。
【００３１】
同様に、各流路孔６２ａの前記一端側の開口に対応する第二スリーブ５３は、その径方向内側において軸本体５１の外周面との間に形成された環状の隙間６２ｂと、周方向に所定間隔をあけて複数（図中には１つのみ図示）形成された貫通孔６２ｃとを有している。各第二スリーブ５３の隙間６２ｂは、内周側において対応する流路孔６２ａと連通し、外周側において前記複数の貫通孔６２ｃと連通している。
【００３２】
軸本体５１内の各流路孔６１ａと、当該流路孔６１ａに対応する第一スリーブ５２の隙間６１ｂと、当該隙間６１ｂに対応する複数の貫通孔６１ｃとは、被密封流体が流れる第一内側流路６１を構成している。これにより、第一内側流路６１は、軸体５の外周側の開口孔とされる貫通孔６１ｃを有している。
【００３３】
同様に、軸本体５１内の各流路孔６２ａと、当該流路孔６２ａに対応する第二スリーブ５３の隙間６２ｂと、当該隙間６２ｂに対応する複数の貫通孔６２ｃとは、被密封流体が流れる第二内側流路６２を構成している。これにより、第二内側流路６２は、軸体５の外周側の開口孔とされる貫通孔６２ｃを有している。
以上より、軸体５の外周側には、複数（４個）の第一内側流路６１及び複数（４個）の第二内側流路６２が、軸方向の異なる位置で開口して形成されている。
【００３４】
＜メカニカルシール装置＞
ケース体２と軸体５との間には環状空間Ａが形成されており、この環状空間Ａには複数（図例では４個）のメカニカルシール装置７が軸方向に並べて配置されている。これにより、本実施形態のジョイント１は、環状空間Ａの軸方向に複数のメカニカルシール装置７を配置してなる多流路ロータリジョイントとされている。
【００３５】
図２は、ジョイント１の下側を示す拡大断面図である。図２において、各メカニカルシール装置７は、軸体５に取り付けられた第一軸側密封環７１及び第二軸側密封環７２と、ケース体２に取り付けられた第一ケース側密封環７３及び第二ケース側密封環７４と、押圧部材としての第一コイルスプリング７５及び第二コイルスプリング７６とを有している。
【００３６】
各軸側密封環７１，７２は、環状の部材からなる。各軸側密封環７１，７２は、前記のとおり、軸体５に一体回転可能に設けられており、回転密封環として機能する。軸側密封環７１，７２同士の互いに対向する端面は、第二スリーブ５３の軸方向の両端面にそれぞれ接触している。これにより、第二スリーブ５３は、その軸方向両側に隣接した軸側密封環７１，７２同士の間のスペーサとして機能する。第一軸側密封環７１の下側の端面には、環状のシール面７１ａが形成されている。第二軸側密封環７２の上側の端面には、環状のシール面７２ａが形成されている。
【００３７】
各ケース側密封環７３，７４は、環状の部材からなる。第一ケース側密封環７３は、第一軸側密封環７１の下側に隣接して配置されている。第二ケース側密封環７４は、第一ケース側密封環７３の下側に所定間隔をあけて配置されている。第二ケース側密封環７４の下側には、第二軸側密封環７２が隣接して配置されている。
【００３８】
各ケース側密封環７３，７４の径方向外端部は、流路フランジ２２の突出部２２１において軸方向（上下方向）に突出して固定されたピン２７に当接している。これにより、各ケース側密封環７３，７４は、ケース体２に回り止めされ、静止密封環として機能する。
【００３９】
第一ケース側密封環７３の上側の端面には、第一軸側密封環７１のシール面７１ａに接触する環状のシール面７３ａが形成されている。第二ケース軸側密封環７４の下側の端面には、第二軸側密封環７２のシール面７２ａに接触する環状のシール面７４ａが形成されている。
【００４０】
第一コイルスプリング７５は、対応する流路フランジ２２の突出部２２１において、周方向に複数（図中には１つのみ図示）形成された挿通穴２２２に圧縮された状態で挿入されている。第一コイルスプリング７５の一端部は、第一ケース側密封環７３に当接している。これにより、第一ケース側密封環７３は、第一コイルスプリング７５の弾性復元力によって、第一軸側密封環７１側へ向かって上側に押圧され、両シール面７１ａ，７３ａ間には軸方向の押し付け力が作用している。なお、第一コイルスプリング７５以外に他の押圧部材を用いてもよい。
【００４１】
第二コイルスプリング７６は、対応する流路フランジ２２の突出部２２１において、周方向に複数（図中には１つのみ図示）形成された挿通穴２２３に圧縮された状態で挿入されている。第二コイルスプリング７６の一端部は、第二ケース側密封環７４に当接している。これにより、第二ケース側密封環７４は、第二コイルスプリング７６の弾性復元力によって、第二軸側密封環７２側へ向かって下側に押圧され、両シール面７２ａ，７４ａ間には軸方向の押し付け力が作用している。なお、第二コイルスプリング７６以外に他の押圧部材を用いてもよい。
【００４２】
以上より、ケース体２に対して軸体５が回転することで、第一軸側密封環７１と第一ケース側密封環７３のシール面７１ａ，７３ａ同士は、軸方向に押し付けあった状態で摺動する。シール面７１ａ，７３ａ同士の摺動により、これら両シール面７１ａ，７３ａの間から被密封流体が漏れるのを防止するシール機能が発揮される。
【００４３】
同様に、ケース体２に対して軸体５が回転することで、第二軸側密封環７２と第二ケース側密封環７４のシール面７２ａ，７４ａ同士は、軸方向に押し付けあった状態で摺動する。シール面７２ａ，７４ａ同士の摺動により、これら両シール面７２ａ，７４ａの間から被密封流体が漏れるのを防止するシール機能が発揮される。
【００４４】
従って、第一軸側密封環７１のシール面７１ａと第一ケース側密封環７３のシール面７３ａとの相対回転に伴う摺動作用、及び第二軸側密封環７２のシール面７２ａと第二ケース側密封環７４のシール面７４ａとの相対回転に伴う摺動作用により、メカニカルシール装置７のシール機能が発揮される。以下、シール面７１ａ，７３ａ同士の摺動部分を第一摺動部分７７といい、シール面７２ａ，７４ａ同士の摺動部分を第二摺動部分７８という。
【００４５】
＜第一連通流路＞
各メカニカルシール装置７のケース側密封環７３，７４は、第一スリーブ５２の外周面との間に隙間を有して設けられている。これにより、ケース側密封環７３，７４と第一スリーブ５２との間には、被密封流体が流れる円筒状の隙間流路４１ａが形成されている。この隙間流路４１ａは、第一スリーブ５２の貫通孔６１ｃ（第一内側流路６１）と連通している。各メカニカルシール装置７の第一及び第二摺動部分７７，７８のシール機能、及びＯリング５６のシール機能によって、被密封流体が隙間流路４１ａから外部へ漏れるのを防止している。
【００４６】
各メカニカルシール装置７のケース側密封環７３，７４同士の間には、被密封流体が流れる環状流路４１ｂが形成されている。環状流路４１ｂは、径方向内側の隙間流路４１ａと、径方向外側の第一外側流路３１とを繋いでいる。各ケース側密封環７３，７４の外周面と、流路フランジ２２の突出部２２１の内周面との間には、Ｏリング７９が設けられている。このＯリング７９は、被密封流体が環状流路４１ｂから外部へ漏れるのを防止している。なお、各ケース側密封環７３，７４は、Ｏリング７９を介して突出部２２１に対して軸方向に移動可能な状態で嵌合されている。
【００４７】
以上より、各メカニカルシール装置７の第一摺動部分７７と第二摺動部分７８との間には、密封された隙間流路４１ａ及び環状流路４１ｂが形成されている。これらの流路４１ａ，４１ｂは、第一外側流路３１と第一内側流路６１とを繋ぐ第一連通流路４１を構成している。そして、第一外側流路３１、第一連通流路４１、及び第一内側流路６１は、被密封流体が流れる１つの独立した第一流体通路１１を構成している。
【００４８】
＜第二連通流路＞
軸方向の上下に隣り合うメカニカルシール装置７同士のうち、下側に配置されたメカニカルシール装置７の第一軸側密封環７１と、上側に配置されたメカニカルシール装置７の第二軸側密封環７２との間には、第二スリーブ５３の径方向外側において、被密封流体が流れる内側環状流路４２ａが形成されている。内側環状流路４２ａは、第二スリーブ５３の貫通孔６２ｃ（第二内側流路６２）と連通している。
【００４９】
前記下側に配置されたメカニカルシール装置７に対応する流路フランジ２２の突出部２２１と、前記上側に配置されたメカニカルシール装置７に対応する流路フランジ２２の突出部２２１との間には、被密封流体が流れる外側環状流路４２ｂが形成されている。外側環状流路４２ｂは、径方向内側の内側環状流路４２ａと、径方向外側の第二外側流路３２とを繋いでいる。
【００５０】
内側環状流路４２ａ及び外側環状流路４２ｂは、前記下側に配置されたメカニカルシール装置７の第一摺動部分７７のシール機能、当該第一摺動部分７７の下側に配置されたＯリング７９のシール機能、前記上側に配置されたメカニカルシール装置７の第二摺動部分７８のシール機能、及び当該第二摺動部分７８の上側に配置されたＯリング５６，７９のシール機能、及び外側環状流路４２ｂの径方向外側に配置されたＯリング２６のシール機能によって密閉されている。これにより、被密封流体が内側環状流路４２ａ及び外側環状流路４２ｂから外部へ漏れるのを防止している。
【００５１】
以上より、軸方向の上下に隣り合うメカニカルシール装置７のうち、下側に配置されたメカニカルシール装置７の第一摺動部分７７と、上側に配置されたメカニカルシール装置７の第二摺動部分７８との間には、密封された内側環状流路４２ａ及び外側環状流路４２ｂが形成されている。これらの流路４２ａ，４２ｂは、第二外側流路３２（最上部の第二外側流路３２を除く）と第二内側流路６２（最上部の第二内側流路６２を除く）とを繋ぐ第二連通流路４２を構成している。そして、第二外側流路３２、第二連通流路４２、及び第二内側流路６２は、被密封流体が流れる１つの独立した第二流体通路１２を構成している。
【００５２】
＜第二連通流路の変形例＞
図３は、第二連通流路４２の変形例を示すジョイント１の下側の拡大断面図である。図３において、本変形例の軸本体５１には、第二スリーブ５３の代わりに軸側密封環８０が一体回転可能に嵌合されている。軸側密封環８０は、軸方向の上下に隣り合うメカニカルシール装置７同士のうち、下側に配置されたメカニカルシール装置７の第一軸側密封環７１と、上側に配置されたメカニカルシール装置７の第二軸側密封環７２とを一体に形成してなる。
【００５３】
軸側密封環８０は、その内周面において軸本体５１の外周面との間に形成された環状の隙間４２ｃと、周方向に所定間隔をあけて複数（図中には１つのみ図示）形成された貫通孔４２ｄとを有している。隙間４２ｃは、内周側において軸本体５１の対応する流路孔６２ａと連通し、外周側において前記複数の貫通孔４２ｄと連通している。各貫通孔４２ｄは、外側環状流路４２ｂと連通している。
【００５４】
以上より、本変形例では、第二外側流路３２（最上部の第二外側流路３２を除く）と第二内側流路６２（最上部の第二内側流路６２を除く）とを繋ぐ第二連通流路４２は、隙間４２ｃ、貫通孔４２ｄ、及び外側環状流路４２ｂによって構成されている。なお、本変形例の第二内側流路６２は、軸本体５１に形成された流路孔６２ａのみからなる。
【００５５】
＜第三摺動部分＞
図４は、ジョイント１の上側を示す拡大断面図である。図４において、軸方向の上端（最上部）に配置されたメカニカルシール装置７は、その第一摺動部分７７よりも上側において軸体５に取り付けられた第三軸側密封環８１と、第三軸側密封環８１の上側に隣接してケース体２に取り付けられた第三ケース側密封環８２と、押圧部材としての第三コイルスプリング８３とをさらに有している。
【００５６】
第三軸側密封環８１は、第一及び第二軸側密封環７１，７２と同様に、環状の部材からなる。第三軸側密封環８１は、第一軸側密封環７１よりも上側において、前記のとおり、軸体５に一体回転可能に設けられており、回転密封環として機能する。第三軸側密封環８１の下側の端面は、その下側に配置された第二スリーブ５３の上側の端面に接触している。これにより、当該第二スリーブ５３は、その軸方向両側に隣接した第一軸側密封環７１と第三軸側密封環８１との間のスペーサとして機能する。第三軸側密封環８１の上側の端面には、環状のシール面８１ａが形成されている。
【００５７】
第三ケース側密封環８２は、第一及び第二ケース側密封環７３，７４と同様に、環状の部材からなる。第三ケース側密封環８２の径方向外端部は、上部フランジ２３の突出部２３１において軸方向（上下方向）に突出して固定されたピン２７に当接している。これにより、第三ケース側密封環８２は、ケース体２に回り止めされ、静止密封環として機能する。第三ケース側密封環８２の下側の端面には、第三軸側密封環８１のシール面８１ａに接触する環状のシール面８２ａが形成されている。
【００５８】
第三ケース側密封環８２の外周面と、上部フランジ２３の突出部２３１の内周面との間には、Ｏリング７９が設けられている。このＯリング７９は、被密封流体が後述する外側環状流路４３ｂから外部へ漏れるのを防止している。なお、第三ケース側密封環８２は、Ｏリング７９を介して突出部２３１に対して軸方向に移動可能な状態で嵌合されている。
【００５９】
第三コイルスプリング８３は、上部フランジ２３の突出部２３１において、周方向に複数（図中には１つのみ図示）形成された挿通穴２３２に圧縮された状態で挿入されている。第三コイルスプリング８３の一端部は、第三ケース側密封環８２に当接している。これにより、第三ケース側密封環８２は、第三コイルスプリング８３の弾性復元力によって、第三軸側密封環８１側へ向かって下側に押圧され、両シール面８１ａ，８２ａ間には軸方向の押し付け力が作用している。なお、第三コイルスプリング８３以外に他の押圧部材を用いてもよい。
【００６０】
以上より、ケース体２に対して軸体５が回転することで、第三軸側密封環８１と第三ケース側密封環８２のシール面８１ａ，８２ａ同士は、軸方向に押し付けあった状態で摺動する。シール面８１ａ，８２ａ同士の摺動により、これら両シール面８１ａ，８２ａの間から被密封流体が漏れるのを防止するシール機能が発揮される。
【００６１】
従って、第三軸側密封環８１のシール面８１ａと第三ケース側密封環８２のシール面８２ａとの相対回転に伴う摺動作用により、最上部に配置されたメカニカルシール装置７のシール機能が発揮される。以下、シール面８１ａ，８２ａ同士の摺動部分を第三摺動部分８４という。
【００６２】
＜第三連通流路＞
第三軸側密封環８１と、その下側に配置された第一軸側密封環７１との間には、第二スリーブ５３の径方向外側において、被密封流体が流れる内側環状流路４３ａが形成されている。内側環状流路４３ａは、第二スリーブ５３の貫通孔６２ｃ（第二内側流路６２）と連通している。
【００６３】
上部フランジ２３の突出部２３１と、その下側に配置された流路フランジ２２の突出部２２１との間には、被密封流体が流れる外側環状流路４３ｂが形成されている。外側環状流路４３ｂは、径方向内側の内側環状流路４３ａと、径方向外側の第二外側流路３２とを繋いでいる。
【００６４】
内側環状流路４３ａ及び外側環状流路４３ｂは、第三摺動部分８４のシール機能、及び当該第三摺動部分８４の上側に配置されたＯリング７９のシール機能、第一摺動部分７７のシール機能、当該第一摺動部分７７の下側に配置されたＯリング７９のシール機能、及び外側環状流路４３ｂの径方向外側に配置されたＯリング２６，５６のシール機能によって密閉されている。これにより、被密封流体が内側環状流路４３ａ及び外側環状流路４３ｂから外部へ漏れるのを防止している。
【００６５】
以上より、最上部のメカニカルシール装置７において、第一摺動部分７７と第三摺動部分８４との間には、密封された内側環状流路４３ａ及び外側環状流路４３ｂが形成されている。これらの流路４３ａ，４３ｂは、最上部の第二外側流路３２と最上部の第二内側流路６２とを繋ぐ第三連通流路４３を構成している。そして、最上部の第二外側流路３２、第三連通流路４３、及び最上部の第二内側流路６２は、被密封流体が流れる１つの独立した第二流体通路１２を構成している。
なお、第三連通流路４３は、上記変形例（図３参照）と同様に、第三軸側密封環８１と、その下側に配置された第一軸側密封環７１とが一体に形成された部材に形成してもよい。
【００６６】
＜冷却流路＞
図５は、最下部に配置された流路フランジ２２を上側から見た平面図である。図１及び図５において、ケース体２には、冷却流体が流れる冷却流路９０が、環状空間Ａとは独立して形成されている。冷却流体としては、エア等の気体、又は水等の液体が用いられる。本実施形態では、冷却流体として気体が用いられる。
【００６７】
冷却流路９０は、ケース体２の軸方向（上下方向）に延びる軸方向冷却流路９１と、ケース体２の周方向に延びる周方向冷却流路９２とを有している。
軸方向冷却流路９１は、ケース体２の周方向に所定間隔をあけて複数（図５では９個）形成されている。各軸方向冷却流路９１は、複数の流路フランジ２２それぞれの径方向外側部において軸方向に貫通して形成された貫通孔９１１同士を連通させることによって構成されている。
【００６８】
周方向冷却流路９２は、ケース体２の軸方向に所定間隔をあけて複数（図１では５個）形成されている。各周方向冷却流路９２は、各流路フランジ２２に形成された環状溝９２１によって構成されている。本実施形態では、最上部に配置された流路フランジ２２の上面と下面、及び残りの流路フランジ２２の下面に、周方向冷却流路９２を構成する環状溝９２１が形成されている。
【００６９】
各環状溝９２１は、対応する流路フランジ２２に形成された全ての貫通孔９１１と交差するように形成されている。これにより、各周方向冷却流路９２は、対応する流路フランジ２２に形成された全ての軸方向冷却流路９１（貫通孔９１１）に連通している。なお、最上部に配置された環状溝９２１の上端開口は、上部フランジ２３の下面により塞がれている。また、最下部に配置された環状溝９２１の下端開口は、下部フランジ２１の上面により塞がれている。
【００７０】
冷却流路９０は、ケース体２の外部から軸方向冷却流路９１に冷却流体を供給する流入路９３と、軸方向冷却流路９１から冷却流体を外部に排出する流出路９４とをさらに備えている。
流入路９３は、最下部に配置された流路フランジ２２の外周の１箇所に形成されており、当該流路フランジ２２に形成された複数の貫通孔９１１（軸方向冷却流路９１）のうちの１つと連通している。
【００７１】
流出路９４は、最上部に配置された流路フランジ２２の外周の１箇所に形成されており、当該流路フランジ２２に形成された複数の貫通孔９１１のうちの１つと連通している。
なお、冷却流路９０と環状空間Ａとの間に配置されたＯリング２６は、冷却流路９０内を流れる冷却流体が環状空間Ａに漏れるのを防止するとともに、環状空間Ａ（連通流路４１〜４３）内の被密封流体が冷却流路９０内に漏れるのを防止している。
【００７２】
図５において、複数の軸方向冷却流路９１は、流入路９３から冷却流体が供給される第一軸方向冷却流路９１Ａと、第一軸方向冷却流路９１Ａから周方向冷却流路９２を介して冷却流体が供給される複数の第二軸方向冷却流路９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｄ，９１Ｅとによって構成されている。第二軸方向冷却流路９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｄ，９１Ｅそれぞれは、例えば２個ずつ形成されている。
【００７３】
第一軸方向冷却流路９１Ａは、下端部において流入路９３と連通し、上端部において流出路９４と連通している（図１参照）。第一軸方向冷却流路９１Ａの断面積は、複数の軸方向冷却流路９１（９１Ａ〜９１Ｅ）の中で最も小さく形成されている。ここで、断面積とは、流路における冷却流体の流れ方向に直交する断面の面積をいう（以下、同様）。
【００７４】
複数の第二軸方向冷却流路９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｄ，９１Ｅは、この順に第一軸方向冷却流路９１Ａから周方向に沿って遠ざかるように形成されている。そして、複数の第二軸方向冷却流路９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｄ，９１Ｅの各断面積は、第一軸方向冷却流路９１Ａから遠ざかるに従って徐々に大きくなるように形成されている。すなわち、複数の第二軸方向冷却流路９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｄ，９１Ｅの各断面積は、この順に少しずつ大きくなるように形成されている。
【００７５】
以上より、最下部の流路フランジ２２において、流入路９３から第一軸方向冷却流路９１Ａに供給された冷却流体は、周方向冷却流路９２を通過して、複数の第二軸方向冷却流路９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｄ，９１Ｅの各下端部に、この順に供給される。その際、冷却流体が最も流れやすい第一軸方向冷却流路９１Ａの断面積が最も小さく形成され、第一軸方向冷却流路９１Ａか遠ざかる第二軸方向冷却流路９１Ｂ〜９１Ｅほど、つまり冷却流体が流れ難くなる第二軸方向冷却流路９１Ｂ〜９１Ｅほど断面積が徐々に大きくなるように形成されているので、冷却流体は、複数の軸方向冷却流路９１に均等に流れる。
【００７６】
各軸方向冷却流路９１Ａ〜９１Ｅの下端部に供給された冷却流体は、当該軸方向冷却流路９１Ａ〜９１Ｅの上端部に向かって上方向に流れる。その際、冷却流体は、流路フランジ２２、第一及び第二ケース側密封環７３，７４を介して、第一及び第二摺動部分７７，７８を冷却する。また、冷却流体は、上部フランジ２３、第三ケース側密封環８２を介して、第三摺動部分８４を冷却する。各軸方向冷却流路９１Ａ〜９１Ｅの上端部まで流れた冷却流体は、最上部の流路フランジ２２において、周方向冷却流路９２及び第一軸方向冷却流路９１Ａを通過して、流出路９４から外部に排出される。
【００７７】
＜効果＞
以上、本実施形態のロータリジョイント１によれば、各メカニカルシール装置７の第一摺動部分７７と第二摺動部分７８との間には、第一外側流路３１と第一内側流路６１とを繋ぐ第一連通流路４１が形成される。また、軸方向に隣り合うメカニカルシール装置７同士のうち、軸方向一方側のメカニカルシール装置７の第一摺動部分７７と、軸方向他方側のメカニカルシール装置７の第二摺動部分７８との間には、第二外側流路３２と第二内側流路６２とを繋ぐ第二連通流路４２が形成される。これにより、２個のメカニカルシール装置７（従来の４個のメカニカルシールに相当）によって３個の連通流路（２個の第一連通流路４１と１個の第二連通流路４２）を形成することができる。これに対して、従来のロータリジョイントでは、３個の連通流路を形成するためには６個のメカニカルシールが必要になる。従って、本発明のロータリジョイント１によれば、従来のロータリジョイントに比べて、連通流路の個数（ポート数）が増加しても軸方向の全長が長くなるのを抑制することができる。
【００７８】
また、ロータリジョイント１の軸方向の一端に１個の連通流路を増加する場合、前記一端側に配置されたメカニカルシール装置７に２個の密封環（第三軸側密封環８１及び第三ケース側密封環８２）を追加するだけで、１個の連通流路（第三連通流路４３）を増加することができる。これにより、４個の密封環（第一及び第二軸側密封環７１，７２と、第一及び第二ケース側密封環７３，７４）で１個の連通流路（第一連通流路７１）を形成するメカニカルシール装置７を追加する場合に比べて、軸方向の全長が長くなるのを抑制することができる。
【００７９】
また、ケース体２において環状空間Ａとは独立して軸方向に延びて形成された軸方向冷却流路９１に冷却流体を流すことにより、ケース体２及び各ケース側密封環７３，７４，８２を介して、当該ケース側密封環７３，７４，８２と軸側密封環７１，７２，８１との摺動部分７７，７８，８４を冷却することができる。これにより、各摺動部分７７，７８，８４での摺動発熱を抑制することができる。特に、本実施形態のように、環状空間Ａに第二連通流路４２及び第三連通流路４３が形成されると、これらの連通流路４２，４３を冷却空間として利用することができなくなるが、このような場合でも、連通流路４２，４３を形成する摺動部分７７，７８，８４での摺動発熱を効果的に抑制することができる。
【００８０】
また、冷却流体は、周方向冷却流路９２を通過して複数の軸方向冷却流路９１に流れるため、各摺動部分７７，７８，８４を周方向の複数箇所で冷却することができる。これにより、各摺動部分７７，７８，８４での摺動発熱をさらに抑制することができる。
【００８１】
また、複数の軸方向冷却流路９１のうち、冷却流体が最も流れやすい第一軸方向冷却流路９１Ａの断面積が最も小さく形成され、冷却流体が流れ難くなる第二軸方向冷却流路９１Ｂ〜９１Ｅほど断面積が徐々に大きくなるように形成されている。これにより、複数の軸方向冷却流路９１に対して冷却流体を均等に流すことができるため、各摺動部分７７，７８，８４での摺動発熱をさらに抑制することができる。
【００８２】
［第２実施形態］
図６は、本発明の第２実施形態に係るロータリジョイントを示す断面図である。第２実施形態のロータリジョイント１は、冷却流体として液体が用いられる。ケース体２の冷却流路９０よりも径方向外側には、隣接する下部フランジ２１と流路フランジ２２との間、隣接する流路フランジ２２同士の間、及び隣接する流路フランジ２２と上部フランジ２３との間には、それぞれＯリング２８が設けられている。これらのＯリング２８は、冷却流体である液体が冷却流路９０から外部に漏れるのを防止している。本実施形態の他の構成は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
本実施形態のロータリジョイント１においても、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００８３】
［その他］
上記各実施形態におけるロータリジョイント１は、軸方向において上下逆に配置されていてもよいし、軸方向が水平方向となるように配置されていてもよい。また、ロータリジョイント１は、ＣＭＰ装置以外に、スパッタリング装置やエッチング装置等の他の装置にも適用することができる。また、ロータリジョイント１は、半導体分野での使用に限定されるものではない。
【００８４】
上記各実施形態において、最上部に配置されたメカニカルシール装置７が第三軸側密封環８１及び第三ケース側密封８２を備えているが、これに加えて又はこれに替えて、最下部に配置されたメカニカルシール装置７が第三軸側密封環８１及び第三ケース側密封８２を備えていてもよい。この場合、最下部に配置されたメカニカルシール装置７の第二摺動部分７８よりも下側、すなわち第二軸側密封環７２よりも下側において軸体５に第三軸側密封環８１を取り付け、第三軸側密封環８１の下側に隣接して第三ケース側密封環８２をケース体２に取り付ければよい。
【００８５】
また、最上部及び最下部に配置されたメカニカルシール装置７は、第三軸側密封環８１及び第三ケース側密封８２を必ずしも備える必要はない。
上記各実施形態では、ケース体２を固定側部材に取り付け、軸体５を回転側部材に取り付けているが、ケース体２を回転側部材に取り付け、軸体５を固定側部材に取り付けてもよい。
【００８６】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８７】
１  ロータリジョイント
２  ケース体
５  軸体
７  メカニカルシール装置
３１  第一外側流路（外側流路）
３２  第二外側流路（外側流路）
４１  第一連通流路
４２  第二連通流路
４３  第三連通流路
７１  第一軸側密封環
７２  第二軸側密封環
７３  第一ケース側密封環
７４  第二ケース側密封環
７７  第一摺動部分
７８  第二摺動部分
８１  第三軸側密封環
８２  第三ケース側密封環
８４  第三摺動部分
９１  軸方向冷却流路
９１Ａ  第一軸方向冷却流路
９１Ｂ〜９１Ｅ  第二軸方向冷却流路
９２  周方向冷却流路
Ａ  環状空間
【図１】
2020106052.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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