(57)【要約】【課題】特殊なスラリーや純水に対して耐摩耗性を発揮すると共に、低摩擦で鳴き現象がなく、しかも、トルク変動のない摺動部品を得ることにある。【解決手段】スラリー流体が摺動面の一方側に介在する摺動部品１であって、硬質材の摺動面にダイヤモンドライクカーボン被膜Ｈを形成するとともに、ダイヤモンドライクカーボン被膜Ｈの厚さを１×１０−６ｍから５×１０−６ｍに形成したものである。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラリー流体が一方側に介在すると共に相対回動する摺動部品であって、硬質材の摺動面にダイヤモンドライクカーボン被膜を有し且つ前記ダイヤモンドライクカーボン被膜の厚さを１×１０−６ｍから５×１０−６ｍに形成したことを特徴とする摺動部品。
【請求項２】
前記摺動部品は硬質材が炭化珪素材製であり、スラリー又は純水の被密封流体をシールするメカニカルシールの密封環に用いられることを特徴とする請求項１に記載の摺動部品。
【請求項３】
前記摺動部品がコロイダルシリカが含まれる被密封流体をシールするメカニカルシールの密封環であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の摺動部品
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メカニカルシール装置の摺動部品に関する。更に詳しくは、半導体用表面研磨装置等の流体回路に設けられてスラリー流体、空気、純水、真空等の多数の通路を有するロータリジョイント等のメカニカルシール装置用摺動部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明の関連技術として特開平１１−２８７３７２号公報、特開２００１−１４１１４９号公報等に記載のロータリジョイント用メカニカルシール装置の摺動部品が存在する。
図１０に示すロータリジョイント装置は、特開平１１−２８７３７２号公報に開示されたものである。このロータリジョイントはＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法による表面研磨装置（ＣＭＰ装置）に用いられるものである。
この図示省略の半導体用表面研磨装置は、半導体の高密度及び高精度に伴い、積層状態に電気回路が形成されたシリコンウェハーを高精度に表面仕上できるように要求されている。このため、シリコンウェハーの表面仕上げ時に各種の流体を流す多流路を持つロータリジョイントが使用されている。このロータリジョイントにはメカニカルシール装置が装着されている。
この表面研磨装置のボックス内には回転軸が回転可能に取り付けられており、この回転軸は歯車を介してモータにより回動される。この回転軸は、シリコンウェハーを加工台に平面に取り付けて加工する関係から、ボックスに垂直に取り付けられている。そして、回転軸の下端部にパッドが取り付けられていると共に、そのパッドと直結する上部にスラリー流体供給用のロータリジョイントが装着されている。
又、回転軸には、エア供給用ロータリジョイントも装着される。
【０００３】
この回転軸の上部に設けられたエア供給用ロータリジョイントからエアが供給されるエア通路が回転軸の軸方向下方へ貫通する。
又、スラリー流体供給用のロータリジョイントのスラリー流体が供給される流通路が回転軸の軸方向へ貫通する。この他、スラリー流体供給用ロータリジョイントには、スラリー流体用流通路の他に真空通路、冷却通路も通過できるように流体通路が設けられている。このために、流体供給用のロータリジョイントには、多数の連通する接続通路が相対回転してもシールするメカニカルシール装置を設置している。
【０００４】
図１０はロータリジョイント１００の断面図であって、このロータリジョイント１００は、図示省略のシリコンウェハーの表面を研磨する表面研磨装置の通路に装備されるものである。
このロータリジョイント１００には、円筒状のジョイント本体１０１が設けられている。このジョイント本体１０１の内周面内には回転体１０２が回動自在に取り付けられている。
回転体１０２の一端にはフランジ部１０２Ａが設けられており、このフランジ部１０２Ａは、図示省略の研磨パッドに連結される。
そして、回転体１０２に設けられたスラリー用流体通路１０３と図示省略の研磨パッドの流体通路とが連通するように接続される。
【０００５】
回転体１０２の図示上端部には、キャップ状の回転密封環１０５がＯリングを介して嵌合している。回転密封環１０５は中心に連通路が設けられてスラリー用流体通路１０３と連通すると共に、先端面にシール面１０５Ａが設けられている。  この回転密封環１０５は炭化珪素材製である。
【０００６】
回転密封環１０５と対向する位置には固定密封環１０６が設けられている。この固定密封環１０６の円筒部１０６Ａは、ジョイント本体１０１の端部に設けられたヘッドカバー１１０の流体通路の内周面にＯリングを介して移動自在に嵌合している。この固定密封環１０６は、供給通路１１１に嵌合する円筒部１０６Ａと、シール面１０５Ａに密接する対向シール面１０６Ｂ１を設けた円錐状のシール部１０６Ｂとから形成されている。
そして、固定密封環１０６の内周に中間通路１０７が設けられており、この中間通路１０７はスラリー用流体通路１０３と供給通路１１１とに連通している。
この供給通路１１１からスラリー流体が流入するので、固定密封環１０６の摩耗を防止するために、回転密封環１０５と同様に固定密封環１０６も硬質材製の炭化珪素に構成されている。この固定密封環１０６は、コイルばね１０８により回転密封環１０５へ押圧されている。
【０００７】
この回転密封環１０５と固定密封環１０６により第１メカニカルシール１０４の密封部が構成されている。第１メカニカルシール１０４の外周にはジョイント本体１０１との間に冷却通路１０９が形成されている。この冷却通路１０９は冷却流入口兼流出口１０９Ａと連通している。そして、冷却流入口兼流出口１０９Ａから冷却通路１０９に流入した冷却水は、冷却後に流入した冷却流入口兼流出口１０９Ａへ逆流して循環することになる。
【０００８】
更に、ジョイント本体１０１には、流体通路口１１３Ａと連通する環状の非スラリー用流体通路１１３が設けられている。この流体通路１１３は回転体１０２の外周に設けられた流通路１１５と連通している。
この流通路１１５は、回転体１０２に設けられた環状溝にスリーブ１２１を嵌着して形成された環状の第１流通路１１５Ａと径方向の孔を介して形成された軸方向の第２流通路１１５Ｂとから構成されている。
この流通路１１５と非スラリー流体通路１１３との接続部には両側をシールする一対の第２メカニカルシール１１６が配置されている。この第２メカニカルシール１１６は、一方の第３メカニカルシール１１７と他方の第４メカニカルシール１１８とから構成されている。
【０００９】
この第３メカニカルシール１１７は、回転体１０２に摺動自在に嵌合した第１回転密封環１１７Ａとジョイント本体１０１に固着された第１固定密封環１１７Ｂとから構成されている。
又、第４メカニカルシール１１８は、回転体１０２に摺動自在に嵌合した第１回転密封環１１８Ａとジョイント本体１０１に固着された第１固定密封環１１８Ｂとから構成されている。
この第１回転密封環１１７Ａと第１回転密封環１１８Ａは炭化珪素材製である。又、第１固定密封環１１７Ｂと第１固定密封環１１８Ｂは、カーボン材製である。
そして、それぞれの第１回転密封環１１７Ａ、１１８Ａは、背面側に設けられた各板ばね１２０、１２０により対応する各第１固定密封環１１７Ｂ、１１８Ｂへ弾発に押圧されている。
この流通路１１５は、純水や圧縮空気等の非処理流体を流通させるものである。
この第３メカニカルシール１１７と第４メカニカルシール１１８から構成された第２メカニカルシール１１６は、回転体１０２が大径になると第２メカニカルシール１１６も大径になるので、大径の摺動面が周速度を大きくする。
【００１０】
上述のロータリジョイント１００に於いては、供給通路１１１と中間通路１０７とスラリー用流体通路１０３からなる通路は、特殊な研磨液等のスラリー流体が連続に、或いは断続に流通する。この為に、第１メカニカルシール１０４のシール面１０５Ａと対向シール面１０６Ｂ１との相対する摺動面は過酷な条件で摺動する。そして、摺動面の発熱、鳴き、摩耗、或いはトルク変動を発生する。
又、非スラリー流体通路１１３と流通路１１５は、断続的にスラリー流体や純水や空気の流通と共に真空状態にもなるから、第２メカニカルシール１１６の摺動面は、乾燥摩擦、発熱、鳴き、摩耗が発生する。そして、シリコンウェハーの表面を研磨するときに悪影響を与える。
特に、流通路１１５に気体又は純水等の流体を流通させると、工業用水などに比べて不純物がないために、第２メカニカルシール１１６の各シール面の潤滑作用がなくなる。そして、シール面の発熱と同時に摩耗が促進される。
又、スラリー流体は、シール面１０５Ａ、１０６Ｂ１に対して摩耗の発生、腐食の発生、更には乾燥してシール面１０５Ａ、１０６Ｂ１に固形化すると言う問題がある。
【００１１】
この問題点を改善するために、更に、各固定密封環１０６Ｂ、１１７Ｂ、１１８Ｂや各回転密封環１０５、１１７Ａ、１１８Ａをポーラス状ＳｉＣ、緻密性ＳｉＣ、アルミナなどが採用された関連技術が存在する。
しかし、ポーラス状ＳｉＣの密封環は、回転初期には低トルクで安定するが、スラリーがシール面１０５Ａ、１０６Ｂ１の気孔を埋めて停止や起動時にスラリーの固形化したものがシール面１０５Ａ、１０６Ｂ１に固着してトルクオーバーを惹起する。
又、緻密性ＳｉＣの密封環は、摩擦して発熱し、摩耗が促進される。更に、摺動面の鳴きや、各密封環の回転に於けるトルクの変動を伴う。
更に、アルミナの密封環は、密封環の起動、停止時にトルクの変動が発生すると共に、トルクオーバーを惹起する。そして、乾燥状態では摺動面に割れが惹起する。
このため、特に、コロイダルシリカ或いはセリウム研磨剤を含むスラリー流体又は各種流体が交互に通過する場合或いは断続に運転される場合には、耐久性のある密封環を見えだすことができないでいる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述のような問題点に鑑み成されたものであって、その発明が解決しようとする課題は、腐食性流体、摩耗を促進するスラリー流体に対し、摺動面の耐久性を向上させることにある。
又、摺動面の摺動時の発熱を防止すると共に、摺動時の鳴きや、振動を防止して振動に伴う摩耗を低減することにある。
更に、摺動面の断続した摺動に対し、低トルク摺動を可能にして摺動面のスムーズな摺動を可能にすることにある。
【００１３】
更に、スラリー流体によりシール面が摩耗するのを防止し、或いはスラリー等の固形物が乾燥時、又は断続運転の停止時にシール面に固形化してシール面が悪化するのを防止し、シール能力を向上させることにある。
更に、腐食性流体の介在によりシール面が腐食するのを防止し、シール能力を向上させることにある。
更に、シール面のトルク変動を防止し、摺動時の摩擦係数を安定させることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述のような技術的課題を解決するために成されたものであって、その技術的解決手段は以下のように構成されている。
【００１５】
請求項１に係わる本発明の摺動部品は、スラリー流体が一方側に介在すると共に相対回動する摺動部品であって、硬質材の摺動面にダイヤモンドライクカーボン被膜を有し且つダイヤモンドライクカーボン被膜の厚さを１×１０−６  ｍから５×１０−６ｍに形成したものである。
【００１６】
この請求項１に係わる本発明の摺動部品では、摺動する摺動面又は摺動して被密封流体をシールするシール面にダイヤモンドライクカーボン被膜が形成されているので、スラリーを含む流体を一方側に介在させて摺動面を摺動させても摺動面の摩擦係数がＳｉＣ等の硬質材の摺動部品に比べて遥かに小さい。この為に、摺動面の摺動中の摩擦による発熱が抑えられて摩耗が防止される。更に、摺動面の摺動トルクが小さいので、摺動面の振動が防止でき、この振動に伴う摩耗が防止できる。
そして、高速回転する摺動部品の摺動面の耐久性能を向上させることが可能になる。
このダイヤモンドライクカーボン被膜の厚さを１×１０−６ｍから５×１０−６ｍに形成したものは、硬質材から被膜が剥離するのを防止できると共に、耐摩耗能力を発揮する。尚、被膜の厚さが１×１０−６ｍ以下になると、耐摩耗性や耐食性が低下すると共に、摺動面のトルク変動が惹起する。更に、被膜の厚さが５×１０−６ｍ以上になると、被膜の剥離と共に摩耗が増加する。しかし、本発明の皮膜の厚さは、剥離も摩耗も少なく、摺動トルクを小さくして摺動時の鳴き等の変動摩擦を効果的に防止する。
【００１７】
請求項２に係わる本発明の摺動部品は、硬質材が炭化珪素材製であり、スラリー又は純水の被密封流体をシールするメカニカルシールの密封環に用いられるものである。
【００１８】
この請求項２に係わる本発明の摺動部品では、ダイヤモンドライクカーボン被膜はＳｉＣ材とのなじみ性が良く、この皮膜の剥離が防止される。又、スラリー流体、純水等の被密封流体が介在する条件でも優れた低摩擦、低摩耗を発揮すると共に、摺動面のトルクが小さく、摺動面の鳴きや振動を防止する。
【００１９】
請求項３に係わる本発明の摺動部品は、コロイダルシリカスラリーが含まれる被密封流体をシールするメカニカルシールの密封環である。
【００２０】
この請求項３に係わる本発明の摺動部品では、ダイヤモンドライクカーボン被膜がシール面に形成されていると、コロイダルシリカスラリーに対する耐スラリーに優れ、腐食、摩耗が防止されて耐久性能が向上することが認められる。硬質材のみの摺動部品では、硬質材がコロイダルシリカと反応して腐食や摩耗が促進されて、発熱を増大させてシール能力を低下させる。このダイヤモンドライクカーボン被膜は摺動部品の一方のシール面に設けられていても、又、両方のシール面に設けられていても耐摩耗性の能力が発揮される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる摺動部品を用いた好ましい実施の形態のロータリジョイントを図面に基づいて詳述する。
【００２２】
図１は、本発明に係わる第１ロータリジョイント１を組み込んだ研磨装置の断面図である。
図１に於いて、５０は、研磨装置のボックスである。ボックス５０には、回転軸２０が軸受けを介して回転可能に取り付けられている。この回転軸２０は一対の歯車４２、４３を介してモータ４０により回動される。歯車４２、４３が内在するボックス５０の歯車室５１には潤滑液が満たされている。
又、回転軸２０は、加工品（半導体用のシリコンウェハー）を加工台に平面に取り付けて加工する関係から、ボックス５０に垂直に取り付けられている。そして、この回転軸２０の下端部には、パッド６０が取り付けられている。又、回転軸２０の上部には、図示省略の配管からスラリー流体等が供給されると共に、そのパッド６０と回転軸２０を介して回動するスラリー流体供給通路を設けた第１ロータリジョイント１が装着されている。
【００２３】
図２は、この第１ロータリジョイント１の断面図である。第１ロータリジョイント１は、図２に示すように、中心に大径のスラリー流体用流通路１２が設けられている。
又、真空通路となる流体通路１４も側方に設けられている、更には、流体通路１４には純水も流される。更に又、第１ロータリジョイント１の側方他の個所から同様の流体通路を設けて空気や純水を流すこともできる。そして、第１ロータリジョイント１のスラリー流体用通路１２は、研磨剤を含有した流体、高粘度液体、腐食性流体、高温高圧流体、更には空気や、シール面又は摺動面に悪影響を与えるコロイダルシリカを含有したスラリー流体が流れる。
この他、回転軸２０には、他に真空通路、冷却通路に加えてガスも通過できるように流体通路が設けられる。この流体通路の回転部と固定部を連結する接続通路には、この被密封流体をシールする各メカニカルシール４、８が設けられている。
【００２４】
この第１ロータリジョイント１は、このように過酷な影響を与える流体に耐えうる材質に設計されている。そして、スラリー流体用流通路１２及び流体通路１４に設けられた各メカニカルシール４、８の密封環２、３、５Ａ、６Ａ、６Ｂは、ダイヤモンドライクカーボンを摺動面に被覆した炭化珪素材製である。又は、炭化珪素の代わりにセラミック材、超硬質材製にすることも可能である。
【００２５】
炭化珪素材のシール面（摺動面ともいう）２Ａ、３Ａ、３Ｂ、５Ａ３、６Ａ３、６Ｂ３には、ダイヤモンドライクカーボン被覆（以下、皮膜の符号をＨとする）が施されている。
このダイヤモンドライクカーボン被膜（ＤＬＣ被膜）Ｈ（シール面を示す符号の最後のＨが皮膜を表す）は、黒鉛を含む高純度の焼成カーボンとダイヤモンドの中間の性質を持つ総称である。このダイヤモンドライクカーボン被膜Ｈは、製法によりその被膜の性質が異なる。
【００２６】
水素を多量に含有する非晶質グラファイト被膜（ａ−ＣＨ被膜）は、プラズマＣＶＤ（化学蒸着法）が採用される。
又、ダイヤモンド組織を含む硬質皮膜（硬質ＤＬＣ被膜）は、イオンビーム蒸着法が採用される。又、被膜の厚さも種々の寸法に形成できる。このダイヤモンドライクカーボン被膜Ｈの厚さは０．８×１０−６から８×１０−６の範囲にすると良く、好ましくは１×１０−６から５×１０−６の範囲にするとよい。
しかし、被膜の厚さが８×１０−６ｍ以上になると摩耗が促進されて耐久能力が低下する。又、炭化珪素材製の摺動部品の摺動面から被膜の剥離が惹起する。
一方、被膜の厚さが０．８×１０−６ｍ以下になると耐摩耗性が低下する。
【００２７】
以下に、この摺動部品（密封環２、３、５Ａ、６Ａ、６Ｂ）が設けられたロータリジョイントの１実施例を説明する。
図２に於いて、ジョイント用の本体１０には回転軸２０が貫通する貫通孔１１が設けられている。又、本体１０は、第１本体１０Ａと第２本体１０Ｂと第３本体１０ＣとがボルトＡにより軸方向へ連結して一体化されている。
第１本体１０Ａの貫通孔１１の上端がスラリー流体を導入する供給通路１２Ａに形成されている。この供給通路１２Ａは配管が接続可能なように管用ねじが形成されている。又、供給通路１２Ａの下方の貫通孔１１には、弾性Ｏリング１５が取り付けられるテーパ面の小さな環状凹部１１Ａに形成されている。更に、第１本体１０Ａの貫通孔１１は、図示下方が大径孔１１Ｂに形成されて、第１回転密封環３が配置できるように成されている。この大径孔１１Ｂには冷却通路１３の排出口１３Ａが連通している。
【００２８】
第１本体１０Ａの凹部１１Ａには、弾性Ｏリング１５を介して第１固定密封環２が配置されている。この第１固定密封環２には中心に第１連通路１２Ｂが貫通している。
又、第１固定密封環２の一端には第１連通路１２Ｂを囲んでシール面２Ａが形成されている。更に、外周面には環状凹部１１Ａに対向するテーパ溝２Ｂが形成されている。
この環状凹部１１Ａとテーパ溝２Ｂとの間で圧縮された弾性Ｏリング１５は、この接触する両テーパ面の作用により第１固定密封環２のシール面２Ａを第１回転密封環３のスラリー用シール面３Ａへ弾発に押圧して密接している。同時に、このＯリング１５により冷却通路１３へスラリー流体が浸入するのを効果的に防止する。
又、弾性Ｏリング１５は、ニトリルゴム、フッ素ゴム、クロロプレンゴム、ポリウレタンラバー等が利用される。更に又、第１固定密封環２は炭化珪素のシール面２Ａにダイヤモンドライクカーボン被膜２ＡＨが形成されている。このダイヤモンドライクカーボン被膜２ＡＨは、第１固定密封環２全体を被覆することもできる。
【００２９】
第１本体１０Ａの大径孔１１Ｂ内には、第１回転密封環３が配置されている。この第１回転密封環３の第１固定密封環２側にはスラリー用シール面３Ａが第２連通孔を囲んで形成されている。このスラリー用シール面３Ａにはダイヤモンドライクカーボン被膜３ＡＨが形成されている。
又、第１回転密封環３の中心には第１連通路１２Ｂと連通可能な第２連通路１２Ｃが形成されている。尚、この第１連通路１２Ｂと第２連通路１２Ｃをシールするシール面２Ａとスラリー用シール面３Ａの一方をダイヤモンドライクカーボン被膜Ｈのない炭化珪素の密封環にすることも可能である。
更に、第１回転密封環３のスラリー用シール面３Ａと軸方向反対面には流体用シール面３Ｂが形成されている。この流体用シール面３Ｂにもダイヤモンドライクカーボン被膜３ＢＨが形成されている。このダイヤモンドライクカーボン被膜３ＢＨは、純水や空気等による潤滑作用が低下するのに対してシール面の摩耗を防止する。
この流体用シール面３Ｂ内には、嵌合面３Ｃが形成されている。この嵌合面３Ｃに回転軸２０の１端部がＯリングを介して嵌着する。そして、円筒状の回転軸２０の連通路（以下、第１連通路とも言う）１２と第１連通路１２Ｃとは連通している。
この第１回転密封環３は回転軸２０の１端部に設けられたピン２０Ａにより軸方向へは移動可能であるが、回転軸２０とは共に回動するように構成されている。
この第１回転密封環３も炭化珪素材製でスラリー用シール面３Ａと流体用シール面３Ｂにダイヤモンドライクカーボン被膜３ＡＨ、３ＢＨが形成されている。この第１回転密封環３の炭化珪素を他のセラミック、超硬質材製にすることもできる。この第１固定密封環２と第１回転密封環３が一対を成して第１メカニカルシール８を構成する。
【００３０】
第２本体１０Ｂの貫通孔１１の内周面１１Ｃには、第２メカニカルシール４が装着されている。
第２メカニカルシール４は、一方のシール装置５と他方のシール装置６から構成されている。一方のシール装置５は第２固定密封環５Ａと第１回転密封環３の流体用シール面３Ｂから形成されている。又、他方のシール装置６は第３固定密封環６Ａと第３回転密封環６Ｂから形成されている。
この第２固定密封環５Ａは、炭化珪素材製で、断面がＬ型に形成されている。この第２固定密封環５Ａは、円筒外周面５Ａ１がＯリング２５を介して本体１０の貫通孔１１である内周面１１Ｃに軸方向へ移動自在に嵌合している。そして、第２本体１０Ｂに設けられた固定ピンにより回動不能に保持されている。
又、第２固定密封環５Ａのフランジ状の端面に設けられた第２シール面５Ａ３には、ダイヤモンドライクカーボン被膜５Ａ３Ｈが形成されている。この第２シール面５Ａ３は、コイルスプリング（ばね手段）１６により押圧されて第１回転密封環３の流体用シール面３Ｂと密接している。この第２固定密封環５Ａの内周通路面５Ａ４は、回転軸２０との間に間隔を設けて流体通路１４を形成する。この流体通路１４は、純水や空気やガスが通過する。
【００３１】
他方のシール装置６は、第３固定密封環６Ａと第３回転密封環６Ｂから形成されている。第３固定密封環６Ａは炭化珪素材製であり、第２固定密封環５Ａと同形状に形成されている。そして、第２本体１０Ｂの内周面１１Ｃの中央線を境にして第２固定密封環５Ａと対称に配置されている。
この第３固定密封環６Ａには、第２固定密封環５Ａと同様に、円筒外周面６Ａ１と先端面に第３シール面６Ａ３とが設けられている。この第３シール面６Ａ３にもダイヤモンドライクカーボン被膜６Ａ３Ｈが形成されている。又、第２本体１０Ｂに設けられた固定ピンにより回動不能に保持されている。
そして、第３固定密封環６Ａの内周通路面６Ａ４は、第２固定密封環５Ａと同様に、回転軸２０との間に間隔を設けて流体通路１４を形成している。この第２固定密封環５Ａと第３固定密封環６Ａとの間は間隙の連通路１４Ｃに形成されて第１流体通路１４Ａと連通する。
一方のシール装置５と他方のシール装置６の各密封環５Ａ、６Ａ、６Ｂのうち一方の密封環のシール面にダイヤモンドライクカーボン被膜Ｈが設けられていれば、他方の密封環にダイヤモンドライクカーボン被膜Ｈを設けなくとも同様な効果が生じる。このダイヤモンドライクカーボン被膜Ｈのない密封環は、炭化珪素等の硬質材製の他に、硬質樹脂材製等も必要に応じて利用することが可能である。
【００３２】
又、第２固定密封環５Ａと第３固定密封環６Ａとはコイルスプリング１６のばね手段により互いに反する方向へ弾発に押圧されている。このコイルスプリング１６は、第２本体１０Ｂに設けられた通路１３Ｃに挿入されて保持されている。この通路１３Ｃは冷却通路１３と連通している。
本体１０には、他方のシール装置６側に冷却水を冷却通路１３へ供給する供給口１３Ａが設けられていると共に、第１固定密封環２側にこの冷却水を流出する流出口１３Ｂが形成されている。
【００３３】
一方、第３固定密封環６Ａの第３シール面６Ａ３と密接する第３回転密封環６Ｂは、炭化珪素材製で、断面Ｌ型に形成されており、円筒面内周６Ｂ１が回転軸２０にＯリングを介して嵌着している。
そして、第３回転密封環６Ｂの端面に設けられた第３シール面６Ｂ３は、第２固定密封環６Ａの第３シール面６Ａ３と密接する。この第３シール面６Ｂ３にもダイヤモンドライクカーボン被膜６Ｂ３Ｈが形成されている。この第３回転密封環６Ｂは回転軸２０に設けられたドライブピンにより保持されて回動する。
又、第３回転密封環６Ｂの外周面は、本体１０との間を密封するパッキン１７が嵌合している。このパッキン１７により冷却通路１３と軸受２１側との連通間を密閉している。
【００３４】
本体１０のパッキン１７の図示下方の貫通孔１１と回転軸２０との間には、並列に配置された２個の軸受２１が設けられている。そして、本体１０に保持された軸受２１を介して回転軸２０が回転可能に保持されている。この軸受２１は第２メカニカルシール４の近くに取り付けられるので、第２メカニカルシール４及び第１回転密封環３を安定して支持する。
【００３５】
本体１０には、メカニカルシール４内の流体通路１４に連通する軸方向孔の第２流体通路１４が軸方向へ形成されている。又、本体１０には一方のシール装置５と他方のシール装置６との間の連通孔１４Ｃに貫通する第１流体通路１４Ａが設けられている。
この第１流体通路１４Ａの外部には配管により図示省略の真空装置が連通している。そして、第２流体通路１４を介して研磨された加工品等を真空吸着したり、加工品に付着したスラリー流体を吸い取るものである。
特に、この流体通路１４は真空引きに利用するものであり、真空通路では流体用シール面３Ｂ、第２シール面５Ａ３、第３シール面６Ａ３には液体が介在しないから、このシール面３Ｂ、５Ａ３、６Ａ３は発熱しやすく、摺動摩擦が発生するが、このシール面３Ｂ、５Ａ３、６Ａ３にはダイヤモンドライクカーボン被膜３ＢＨ、５Ａ３Ｈ、６Ａ３Ｈが形成されているから、摩耗が防止される。
【００３６】
本体１０には、更に、ドレン孔１８が設けられている。このドレン孔１８は、冷却水等が漏れた場合に排出するものである。
又、本体１０の図示下部には、フランジ部が形成されており、このフランジを介してボルトＢによりエア供給用の第２ロータリジョイント等の他の部品を取り付けられる。
【００３７】
上述のように構成された第１ロータリジョイント１は、第１実施例として、ロータリジョイント１の流通路１２をスラリー流体がシリコンウェハーを研磨するために流れる。又、第２実施例として、液晶ガラスを研磨するための研磨剤を含むスラリー流体を流すこともできる。
又、流体通路１４はシリコンウェハー又は液晶ガラスを吸着して加工装置から他へ移動する吸着手段に利用される真空通路である。或いは、真空通路を利用してシリコンウェハー又は液晶ガラスに付着した加工液等を吸い取るものである。
【００３８】
このスラリー流体は、シリコンウェハー又は液晶ガラスの表面を研磨剤により研磨するために、スラリー流体には高濃度の研磨剤が含んでいる。又、コロイダルシリカを含有する。この為に、各メカニカルシール４、８の各シール面２Ａ、３Ａ、３Ｂ、５Ａ３、６Ａ３、６Ｂ３は、摺動して摩擦と共に温度が上昇する。又、コロイダルシリカによりシール面が腐食され易くなる。しかし、各シール面２Ａ、３Ａ、３Ｂ、５Ａ３、６Ａ３、６Ｂ３には、ダイヤモンドライクカーボンの被膜２ＡＨ、３ＡＨ、３ＢＨ、５Ａ３Ｈ、６Ａ３Ｈ、６Ｂ３Ｈが形成されているから、シール面２Ａ、３Ａ、３Ｂ、５Ａ３、６Ａ３、６Ｂ３の摩耗が防止される。又、シール面２Ａ、３Ａ、３Ｂ、５Ａ３、６Ａ３、６Ｂ３の摺動時の鳴きも防止される。
【００３９】
【実施例】
以下、本発明の摺動部品１の実施例と、比較例の摺動部品Ｒを試験した。その結果を説明する。
【００４０】
本発明の摺動部品１
緻密性ＳｉＣの摺動部品１のシール面にプラズマＣＶＤを利用してａ−ＣＨ被膜であるダイヤモンドライクカーボン被膜Ｈを形成した。ダイヤモンドライクカーボン被膜Ｈの厚さは１．１０×１０−６  である。
である。
【００４１】
比較例の摺動部品Ｒ
１）緻密性ＳｉＣの摺動部品＝Ｒ１
２）ポーラスＳｉＣの摺動部品＝Ｒ２
３）Ａｌ２Ｏ３の摺動部品＝Ｒ３
を製作した。
【００４２】
図３は、上述の各種類の摺動部品を試験した摩擦摩耗試験機の断面図である。図３に於いて、７０は、摩擦摩耗試験機である。摩擦摩耗試験機７０は試験用のスラリー溶液が入れられた液槽７５が設けられており、液槽７５の上部に回転軸７２が設けられていると共に、下部に保持部７３が設けられている。そして、回転軸７２に回転用摺動部品Ａを取り付けると共に、回転用摺動部品Ａに対向する位置の保持部７３に固定用摺動部品Ｂが取り付けられている。尚、回転軸７２側に取り付けられた回転用摺動部品Ａが実施例のテスト用摺動部品である。
液槽７５内には熱電対７６が設けられている。又、固定用摺動部品Ｂ側の保持部７３には、ロードセル７７とカンチレバ７８が設けられている。そして、液槽７５の下部には軸受７４が設けられている。又、液槽７５内にはコロイダルシリカスラリー溶液が図示するように満たされている。
【００４３】
上記の摩擦摩耗試験機に於いて、本発明の摺動部品１と比較例の摺動部品Ｒとを試験した試験条件は下記の通りである。
摺動部品のシール面の面圧＝０．３８ＭＰａ
摺動部品の回転数＝７００ｒｐｍ
ＰＶ値＝０．３９ＭＰａ．ｍ／ｓｅｃ
試験時間＝１時間
被密封流体＝コロイダルシリカスラリー水溶液
【００４４】
本発明の摺動部品１と比較例の各摺動部品Ｒとの試験結果は下記の通りである。
【表１】
2004225725.tif 000003
尚、１＝発明の摺動部品、Ｒ１＝緻密質ＳｉＣ、Ｒ２＝ポーラスＳｉＣ、Ｒ３＝Ａｌ２Ｏ３、摩耗量の単位はμｍ
【００４５】
図４は、実施例１の試験結果の状況である。図４のグラフＸはシール面（摺動面）の温度変化、グラフＹは液槽７５内の温度変化である。また、グラフＺは摩擦係数の変化状態である。
図５は、実施例２の試験結果の状況である。図５のグラフＸはシール面（摺動面）の温度変化、グラフＹは液槽７５内の温度変化である。又、グラフＺは摩擦係数の変化状態である。
図６は、比較例１の試験結果の状況である。図６のグラフＸはシール面（摺動面）の温度変化、グラフＹは液槽７５内の温度変化である。又、グラフＺは摩擦係数の変化状態である。
図７は、比較例２の試験結果の状況である。図７のグラフＸはシール面（摺動面）の温度変化、グラフＹは液槽７５内の温度変化である。又、グラフＺは摩擦係数の変化状態である。
図８は、比較例３の試験結果の状況である。図８のグラフＸはシール面（摺動面）の温度変化、グラフＹは液槽７５内の温度変化である。又、グラフＺは摩擦係数の変化状態である。
図９は、比較例４の試験結果の状況である。図９のグラフＸはシール面（摺動面）の温度変化、グラフＹは液槽７５内の温度変化である。又、グラフＺは摩擦係数の変化状態である。
【００４６】
【発明の効果】
摺動する摺動面又は摺動して被密封流体をシールするシール面にダイヤモンドライクカーボン被膜を形成すると、スラリーを含む流体中で摺動面を摺動させても摺動面の摩擦係数が小さく、しかも、摺動時の発熱が伴わない。この為に、摺動面の摺動中の摩耗が防止される。更に、摺動面の摺動トルクが小さく、鳴きや振動が発生しない。そして、高速回転の摺動部品にも利用することが可能になる。
このダイヤモンドライクカーボン被膜の厚さを１×１０−６ｍから５×１０−６ｍに形成したものは、摺動部品から被膜が剥離するのを効果的に防止できると共に、優れた耐摩耗性を発揮する。
更に、半導体用ＣＭＰ装置などのメカニカルシール用密封環に用いて優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる１実施の形態を示すロータリジョイントを研磨機に取り付けた状態の研磨機の断面図である。
【図２】本発明に係わる１実施の形態の摺動部品をロータリジョイントに取り付けた断面図である。
【図３】実施例と比較例の摺動部品をテストした摩擦摩耗試験機の断面図である。
【図４】本発明の実施例１示す摺動部品１の試験結果のグラフである。
【図５】本発明の実施例２示す摺動部品１の試験結果のグラフである。
【図６】本発明の比較例１示す摺動部品Ｒの試験結果のグラフである。
【図７】本発明の比較例２示す摺動部品Ｒの試験結果のグラフである。
【図８】本発明の比較例３示す摺動部品Ｒの試験結果のグラフである。
【図９】本発明の比較例４示す摺動部品Ｒの試験結果のグラフである。
【図１０】本発明の関連技術に係わるロータリジョイントの断面図である。
【符号の説明】
１  第１ロータリジョイント
２  第１固定密封環
２Ａ  シール面
２ＡＨ  ダイヤモンドライクカーボン皮膜
２Ｂ  テーパ溝
３  第１回転密封環
３Ａ  スラリー用シール面
３ＡＨ  ダイヤモンドライクカーボン皮膜
３Ｂ  流体用シール面
３ＢＨ  ダイヤモンドライクカーボン皮膜
３Ｃ  保持面
４  第２メカニカルシール
５  一方のシール装置
５Ａ  第２固定密封環
５Ａ１  円筒外周面
５Ａ３  第２シール面
５Ａ３Ｈ  ダイヤモンドライクカーボン皮膜
５Ａ４  内周通路面
６  他方のシール装置
６Ａ  第３固定密封環
６Ａ１  円筒外周面
６Ａ３  第３シール面
６Ａ３Ｈ  ダイヤモンドライクカーボン皮膜
６Ａ４  内周通路面
６Ｂ  第３回転密封環
６Ｂ１  円筒内周面
６Ｂ３第３シール面
６Ｂ３Ｈ  ダイヤモンドライクカーボン皮膜
８  第１メカニカルシール
１０  本体
１０Ａ  第１本体
１０Ｂ  第２本体
１０Ｃ  第３本体
１１  貫通孔
１２  流通路
１２Ａ  供給通路
１２Ｂ  第１連通路
１２Ｃ  第２連通路
１３  冷却通路
１３Ａ  供給口
１３Ｂ  流出口
１３Ｃ  通路
１４  流体通路
１４Ａ  第１流体通路
１５  弾性Ｏリング
１６  ばね手段（コイルスプリング）
１７  パッキン
１８  ドレン
２０  回転軸
２０Ａ  ピン
２１  軸受
２５  Ｏリング
【図１】
2004225725.tif 000004
【図２】
2004225725.tif 000005
【図３】
2004225725.tif 000006
【図４】
2004225725.tif 000007
【図５】
2004225725.tif 000008
【図６】
2004225725.tif 000009
【図７】
2004225725.tif 000010
【図８】
2004225725.tif 000011
【図９】
2004225725.tif 000012
【図１０】
2004225725.tif 000013