(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面内へ貫通する第１通路を有する本体と、
外周面が前記本体の前記内周面と嵌合して回転自在に配置されていると共に、前記外周面に貫通して前記第１通路と連通可能な第２通路を有するロータと、
前記ロータに嵌着し前記第２通路と連通する接続通路が設けられている通路用リングと、
前記本体の前記内周面と前記ロータの前記外周面との間の空間部内で前記第２通路の両側に配置されて前記第１通路と前記第２通路との連通路を形成する複数のメカニカルシールと、
を具備し、
前記各メカニカルシールは、
前記本体に形成された前記第１保持部に軸方向移動自在に保持されて一端に第１シール面を有すると共に他端に被密封流体が作用可能な第１背面を有する非回転用密封環と、
前記通路用リングを介して対称に配置され、前記通路用リングの両側面に形成された第２保持部に軸方向移動自在に保持されて、一端に対向する前記第１シール面と密接する第２シール面を有すると共に他端に被密封流体が作用可能な第２背面を有する回転用密封環と、
を備え、
前記非回転用密封環は、内径側から被密封流体の圧力により前記第１シール面側へ押圧される第１受圧背面を有し、
前記回転用密封環は、内径側から被密封流体の圧力により前記第１シール面側へ押圧される第２受圧背面を有し、
前記非回転用密封環又は前記回転用密封環の内の一方が弾発手段により前記シール面側へ押圧されることを特徴とするロータリージョイント。
【請求項２】
前記本体の前記第１保持部は前記回転用密封環方向へ突出してリング状に形成された第１嵌合案内部を有し、該第１嵌合案内部は外周に第１嵌合面を有すると共に自由端に第１支持端面を有し、
前記非回転用密封環の前記第１受圧背面は、前記第１支持端面に対向すると共に径方向に接面可能に形成され、
前記通路用リングの前記第２保持部は、前記非回転用密封環側へ突出してリング状に形成された第２嵌合案内部を有し、該第２嵌合案内部は自由端に第２支持端面を有し、
前記回転用密封環の前記第２受圧背面と前記第２支持端面との間はＯリング取付溝に形成され、
前記非回転用密封環の前記第１受圧背面の面積と前記回転用密封環の前記第２受圧背面の面積とがほぼ等しく構成されていることを特徴とする請求項１に記載のロータリージョイント。
【請求項３】
前記ロータリージョイントが半導体製造装置用多流路ロータリージョイントとして用いられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロータリージョイント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体製造装置等の流体供給機器において、流体供給機器から回転体に供給される多通路の接続部分に用いられるロータリージョイントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に係わるロータリージョイントの用途に関し、例えば、集積回路の基板に使用される半導体ウエハは、シリコン等の円柱状の超純度結晶体を、一定の厚さの円盤状にスライスしてから研削加工し、更に表面の平坦仕上加工及び鏡面加工を行っている。そして、半導体デバイスの高集積化の進歩につれて、更に一層の高精度の平坦度や鏡面加工精度が要求されている。
【０００３】
このような半導体ウエハの超平坦化及び鏡面化のための研磨加工は、例えば、ポリッシング装置（ＣＭＰ装置）により行われている。この種のポリッシング装置の構成は、上面に半導体ウエハを保持するターンテーブルと、その上部に対向して設けられた研磨面を有するトップリングと、トップリングの研磨面をターンテーブル上に配置された半導体ウエハに対し接触させて水平移動させながらトップリングを回転させる駆動装置と、トップリングの研磨面と半導体ウエハの被研磨面との間に研磨液（純水＋スラリー）、空気、純水＋スラリー、空気等を断続に供給する装置とを備えている。
【０００４】
この様に構成されたＣＭＰ装置による半導体ウエハの研磨加工は、研磨液等を供給しながら、トップリングを半導体ウエハの被研磨面に接触させて回転させることによって行われる。このため、回転するトップリングと、非回転側の研磨液供給装置との間の接続通路は、多流路用ロータリージョイントを介して接続されている。
【０００５】
図６は、この様な流体供給装置からの流体を回転する処理装置へ供給する接続通路を接続可能とする従来のロータリージョイントの断面図である。
図６に於いて、ロータリージョイント１００は、内周面を設けたボディ１０１が配置されており、そのボディ１０１の内周面内に回転可能に挿通されたロータ１０２が設けられている。又、ボディ１０１には、多数の流体供給用通路１０３が設けられている。更に、ロータ１０２にも対応する多数の流体用通路１０４が設けられている。そして、ボディ１０１とロータ１０２の間に軸方向へ多数のメカニカルシール１０５が配置されている。
【０００６】
このメカニカルシール１０５は固定用密封環１０５Ａと回転用密封環１０５Ｂとが対向して配置されている。そして、各メカニカルシール１０５の間に流体用通路１０３、１０４が形成される。この流体用通路１０３、１０４が往復通路に構成されているために、固定用密封環１０５Ａはボディブロック１１０により狭持されている。この固定用密封環１０５Ａはカーボン又はセラミックなどにより形成されている。
このメカニカルシール１０５間に形成される各シール室１０６を介して流体供給用通路１０３と流体用通路１０４とが連通されている。これらの各シール室１０６内は、作動する処理装置のプログラムに従って、液体＋スラリー、気体、真空状態が交互に供給されることになる。このため、流体供給用通路１０３が流体を供給したり排出したりする往復の給排通路となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようにロータリージョイント１００には、本体１０１とロータ１０２とに多数の通路１０４が形成される。一般にメカニカルシール１０５は、一方からのみ流れる流体をシールするように構成されているために、往復通路を必要とするときには、メカニカルシール１０５のシールする方向に合わせて往・復通路ごとに各メカニカルシール１０５を設けなければならない。この様にすると２倍の通路とメカニカルシール１０５とを設けなければならないから、この増加につれてロータリージョイント１００の構造が更に大型になる。そこで、メカニカルシール１０５の固定密封環１０５Ａの両側面をボディ１０１を構成するボディブロック１１０により狭持して固定している。
【０００８】
しかし、固定用密封環１０５Ａは、カーボン等で形成されているから、両側から狭持されると密封摺動面が微少に変形してその平坦度が損なわれる。この平坦度が損なわれると偏摩耗が促進し、シール能力が低下する。
又、固定用密封環１０５Ａは、摺動面の発熱と固定された位置での温度との熱変化が生じるから、温度変化による熱的影響により密封摺動面が変形する問題が存在する。
特に、被密封流体がスラリーを含む流体、或いは水、空気、真空等が交互に流れるような場合には、この悪影響がさらに増加してシール能力を低下させることになる。
【０００９】
更に、固定用密封環の摩耗の促進は、回転用密封環１０５Ｂの偏摩耗を惹起してメカニカルシール１０５の耐久性を低下させることになる。
又、固定用密封環のボディブロック１１０による固定はボディの加工精度を必要以上に精密にしなければ成らず、コスト高になる。更に、ボディ１０１の大きさも大きくなる。又、ボディ１０１が大形になれば、装置としての取付場所が問題となる。
【００１０】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、メカニカルシールの固定用密封環を固定することなく、各メカニカルシールにより、メカニカルシール間の１つの通路を確実にシールすると共に、そのメカニカルシール間の通路を往復可能な流体通路に構成することにある。
又、密封摺動面が被密封流体の圧力による変形するのを防止すると共に、摺動等による発熱により密封摺動面が熱変形するのを防止し、且つメカニカルシールの密封摺動面に偏摩耗が惹起するのを防止することにある。
更に又、ロータリージョイントにおけるメカニカルシールの組立精度を低減してもシール能力を向上させることにある。更に、メカニカルシールの摺動抵抗を低減して、摺動抵抗に伴う動力エネルギーの消費を低減することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した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。
【００１２】
請求項１に係わる本発明のロータリージョイントは、内周面内へ貫通する第１通路を有する本体と、外周面が前記本体の前記内周面と嵌合して回転自在に配置されていると共に、前記外周面に貫通して前記第１通路と連通可能な第２通路を有するロータと、前記ロータに嵌着し前記第２通路と連通する接続通路が設けられている通路用リングと、前記本体の前記内周面と前記ロータの前記外周面との間の空間部内で前記第２通路の両側に配置されて前記第１通路と前記第２通路との連通路を形成する複数のメカニカルシールとを具備し、
前記各メカニカルシールは、前記本体に形成された前記第１保持部に軸方向移動自在に保持されて一端に第１シール面を有すると共に他端に被密封流体が作用可能な第１背面を有する非回転用密封環と、前記通路用リングを介して対称に配置され、前記通路用リングの両側面に形成された第２保持部に軸方向移動自在に保持されて、一端に対向する前記第１シール面と密接する第２シール面を有すると共に他端に被密封流体が作用可能な第２背面を有する回転用密封環と、を備え、前記非回転用密封環は、内径側から被密封流体の圧力により前記第１シール面側へ押圧される第１受圧背面を有し、前記回転用密封環は、内径側から被密封流体の圧力により前記第１シール面側へ押圧される第２受圧背面を有し、前記非回転用密封環又は前記回転用密封環の内の一方が弾発手段により前記シール面側へ押圧されているものである。
【００１３】
請求項１に係わる本発明のロータリージョイントでは、一般には、摺動面を貫通する通路を介して本体側通路からロータ側通路へ流体を供給するように構成されている。同時に、この２つの通路の接続路をシールするメカニカルシールも本体側からロータ側へ流通する流体のみをシールする様に構成されている。このために摺動面を貫通する通路を往復して流れる場合、例えば、本体側から供給した流体を逆にロータ側から本体側へ吸い込む場合、又はロータ側の通路を介して本体側通路へ逆に流体を供給する場合には、メカニカルシールはそのように構成されていないから、流体をシールすることが不完全になり、漏洩することになる。しかし、非回転用密封環と回転用密封環との密封摺動面に対して内周側から被密封流体が作用しても両密封環に作用する流体圧力が互いに押圧するように構成されているので、固定用密封環の第１シール面が傾斜することもなく、両メカニカルシール間に形成される連通路に対して被密封流体が流入する場合及び流出する場合でも確実にシールすることが可能になる
【００１４】
非回転用密封環は、従来のように本体が分割された互いのボディブロックにより圧着されて固定されるのではなく、軸方向に摺動自在に保持されているので、第１シール面の接合面が常に密接するように対応して偏摩耗を防止してシール能力を発揮することが可能になる。
又、非回転用密封環は、固定ではなく、軸方向に移動自在に保持させる構成であるから、非回転用密封環の取付加工精度を精密に加工しなくとも、第１シール面の密接が発揮されて密封能力を奏することが可能になる。
【００１５】
請求項２に係わる本発明のロータリージョイントは、前記本体の前記第１保持部は前記回転用密封環方向へ突出してリング状に形成された第１嵌合案内部を有し、該第１嵌合案内部は外周に第１嵌合面を有すると共に自由端に第１支持端面を有し、前記非回転用密封環の前記第１受圧背面は、前記第１支持端面に対向すると共に径方向に接面可能に形成され、前記通路用リングの前記第２保持部は、前記非回転用密封環側へ突出してリング状に形成された第２嵌合案内部を有し、該第２嵌合案内部は自由端に第２支持端面を有し、前記回転用密封環の前記第２受圧背面と前記第２支持端面との間はＯリング取付溝に形成され、前記非回転用密封環の前記第１受圧背面の面積と前記回転用密封環の前記第２受圧背面の面積とがほぼ等しく構成されているものである。
【００１６】
請求項２に係わる本発明のロータリージョイントでは、本体にリング状を成して軸方向へ突出する第１嵌合案内部の第１嵌合面にシールリングを介して移動自在に嵌合しているから、非回転用密封環の保持部の取付精度を精密に加工しなくともシール能力を向上させることが可能になる。
更に、メカニカルシールの内周側から被密封流体の圧力が作用する場合でも、非回転用密封環の第１受圧背面に受ける圧力と、回転用密封環の第２受圧背面に受ける圧力とのほぼ同一な力の釣り合いにより互いの密封摺動面が密接し、同時に、ばね手段により最適に押圧されるので、シール能力を発揮する。このために、２つの通路に於ける連結された連通路に対して被密封流体が往復して流れても確実にシールすることが可能になる。
【００１７】
請求項３に係わる本発明のロータリージョイは、前記ロータリージョイントが半導体製造装置用多流路ロータリージョイントとして用いられるものである。
【００１８】
請求項３に係わる本発明のロータリージョイでは、半導体製造装置用の多流路ロータリージョイントは、多流路の構成であると共に、流体がロータリージョイントの多流通路を連続して流入及び流出が繰り返されるものであるが、この様な用途のロータリージョイントに、１つの作動流通路で流体を往復できるように構成されているので優れた効果を発揮する。つまり、本発明のように１つの流通路で作動流体を流入及び流出させる構成は、作動流体の応答性を向上させると共に、メカニカルシールによる連通路の構成を多流路において少なくすることが可能になる。
更に、流体が往復する通路が少なくできるから、ロータリージョイントを小型に構成することが可能になると共に、製作費を低減することが可能になる。しかも、作動流体の流れを制御する制御装置が容易になると共に、間違った作動流体を流すような誤動作をなくすことが可能になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るロータリージョイントの好ましい実施の形態を、図１、図２及び図３を参照しながら説明する。図１は、本発明に係わる第１実施の形態の半導体製造装置のポリッシング装置用多流路ロータリージョイントとして用いられるロータリージョイントの断面図である。又、図２はその正面図である。更に、図３はメカニカルシールにより第１通路と第２通路との連通路を形成したロータリージョイントの要部断面図である。更に、図４は、第２実施の形態のロータリージョイントに於けるメカニカルシールを示す半断面図である。尚、図１、図３に於ける符号で不明な点は、図１を拡大したものとみなして図４を参照のこと。
【００２０】
図１は、半導体製造装置のポリッシング装置用多流路のロータリージョイントの断面図である。図１に於いて、１Ａはロータリージョイントである。ロータリージョイント１Ａの本体２は、ほぼ円筒状を成して内周面６が設けられていると共に、内周面６には軸方向に等配に環状溝を成した空間部３が形成されている。この本体２には、外周から内周面６に貫通する多数の第１通路４が形成されている。この第１通路４には開口に管用ねじが形成されており、この管用ねじに図示省略の配管が螺合される。又、この本体２は、メカニカルシール１０を取り付けやすいように各ブロック２ＡをＯリング３７（６カ所）を介してボルト３２により結合して一体に形成している。
【００２１】
本体２の内周面６内には、外周面２８を設けたロータ２０が軸受３３を介して相対回転可能に配置されている。ロータ２０には、第１通路４に対応する第２通路２４が外周面２８を貫通して対向した位置に設けられている。この第２通路２４は、ロータ２０の内部で直交して軸方向の一端面に貫通している。その配置状況は、図２に示す通りである。この図２から明らかなようにロータ２０に設けられる第２通路２４の数が多くなれば、ロータ２４の径も大きくなる。又、ロータ２０の第２通路２４の軸方向開口側には取付治具２１が取り付けられている。そして、この取付治具２１によりロータリージョイント１Ａが作動装置と連結できるように構成されている。
【００２２】
この様に構成された本体２とロータ２０との嵌合間の第１通路４と第２通路２４との連結間はメカニカルシール１０を介して連通路３０に形成される。この２つの１対のメカニカルシール１０は、本体２の空間部３の第２通路２４の両側に配置されて連通路３０を形成している。この２つの通路４、２４の連結間はメカニカルシール１０のシールにより被密封流体が外部に流出しないように密封される。
【００２３】
図３は、図１の下側の１対のメカニカルシール１０の配置を拡大したものである。図３に於いて、メカニカルシール１０は、非回転用密封環１１と回転用密封環１２とが対向して互いの第１及び第２シール面１１Ａ、１２Ａを密接するように配置されている。非回転用密封環１１は本体２の保持部５に設けられた軸方向に延在するリング状に形成された第１嵌合案内部５Ｒの外周の第１嵌合面５Ｂに軸方向移動自在に嵌合する。この第１嵌合案内部５Ｒの自由端は第１支持端面５Ａに形成されていると共に、第１嵌合面５ＢにはＯリング取付溝５Ｃが形成されている。又、本体２の第１保持部５には第１止めピン９が設けられている。
【００２４】
メカニカルシール１０を構成する一方の非回転用密封環１１は、第１保持部５に軸方向移動自在に保持される形に構成されている。この非回転用密封環１１の軸方向の端面には、第１シール面１１Ａが形成されており、この第１シール面１１Ａと反対面には径方向幅寸法Ｂの第１背面１１Ｈが形成されている。この第１背面１１Ｈには第１止めピン９と係合する第１係止溝１１Ｂが設けられている。又、非回転用密封環１１には、第１嵌合面５Ｂと移動自在に嵌合して摺動する第１案内面１１Ｃが設けられていると共に、第１支持端面５Ａと径方向に接面可能な第１受圧背面１１Ｄが設けられており、この面は直交を成す段面に形成されている。そして、第１嵌合面５ＢのＯリング取付溝５Ｃに装着された第１Ｏリング３５により嵌合面間に侵入する被密封流体がシールされる。
この非回転用密封環１１は炭化珪素により構成されているが、その他の材質、例えば、カーボン材などにより構成することもできる。
【００２５】
非回転用密封環１１と対称の位置には第１シール面１１Ａと密接する第２シール面１２Ａを設けた回転用密封環１２が配置されている。この第２シール面１２Ａは凸部のシール部に設けられているが、凸部にしない場合の実施例がある。そして、この回転用密封環１２も非回転用密封環１１と類似した形に形成されている。つまり、第２シール面１２Ａと反対面には径方向幅寸法Ｂの第２背面１２Ｈが形成されている。この第１背面１１Ｈと第２背面１２Ｈの面積はほぼ同一に形成することが好ましい寸法Ｂである。そして、この第２背面１２Ｈにも第２止めピン２９と係合する係止溝１２Ｂが形成されている。
又、回転用密封環１２には、第２嵌合面２５Ｂと移動自在に嵌合して摺動する第２案内面１２Ｃが設けられていると共に、第２支持端面２５Ａと第２受圧背面１２Ｄとの間はＯリング取付溝１３を形成する間隔に形成されている。そして、ロータ２０と回転用密封環１２との間は、この第２Ｏリング３６により侵入する被密封流体をシールする。この回転用密封環１２はカーボンにより構成されているが、その他の材質、例えば、炭化珪素材などにより構成される。
【００２６】
対称を成す２つの回転用密封環１２の間には、図３に示すように通路用リング２６がロータ２０に嵌着すると共に、止めねじ３９により固定されている。この通路用リング２６には、ロータ２０の第２通路２４と連通する接続通路２４Ａが設けられている。又、接続通路２４Ａは、第１通路４に対応する位置に配設されている。
そして、通路用リング２６の両側面には、第２保持部２５が各々形成されている。この第２保持部２５には、第２止めピン２９が各々設けられている。更に、両側面から突出する第２リング部２５Ｒが両側に各々設けられている。この第２嵌合案内部２５Ｒには、外周面に第２嵌合面２５Ｂが設けられていると共に、自由端に第２支持端面２５Ａが形成されている。この第２支持端面２５Ａの径方向幅寸法Ａは、好ましくは、第１支持端面５Ａの幅寸法Ａとほぼ同一にすると良い。
【００２７】
更に、この通路用リング部２６には等配に軸方向へ貫通溝が設けられている。そして、貫通溝を介してコイルスプリング（弾発手段）３８が各々受けられている。このコイルスプリング３８により回転用密封環１２が非回転用密封環１１方向へ弾発に押圧されている。
この様に構成された１対のメカニカルシール１０は各通路４、２４ごとに空間部３内の接続通路２４Ａの両側に図１に示すように配置されて連通路３０を構成する。
【００２８】
この様に構成された第１実施の形態のロータリージョイント１Ａは、作動流体である被密封流体が配管を通じて第１通路４から第２通路２４に流入するときに空間部３内で通路の両側に配置されたメカニカルシール１０に作用する。そして、メカニカルシール１０を構成する非回転用密封環１１の第１背面１１Ｈに被密封流体が作用する。又、回転用密封環１２の背面１２Ｈにも被密封流体が作用する。同時に、これらの各正面にも反対方向の力として被密封流体が作用する。
そして、この両背面１１Ｈ、１２Ｈと対応する両正面の受圧面積はほぼ同一に構成すると良いから（ばね手段３８の設計によっては受圧面積は同一にしない場合もある）、これらの互いの作用力は消し合うように釣り合うことになる。その結果、回転用密封環１２は、第２Ｏリングに作用する圧力と、ばね手段３８により作用する力とにより非回転用密封環１１側へ押圧されているから、摺動シール面１１Ａとシール面１２Ａとが平行に密接し、第１通路４と第２通路２４とを密封した連通路３０を形成する。
【００２９】
又、ロータ２０の第２通路２４から第１通路４に作動流体である被密封流体が流れる場合には、被密封流体の圧力が非回転用密封環１１の第１受圧背面１１Ｄに作用する。同時に、回転用密封環１２の第２受圧背面１２Ｄも第１受圧背面１１Ｄとほぼ同一面積にすると良いから、被密封流体の圧力が均一にシール面１１Ａ、１２Ａに対して作用する。
そして、非回転用密封環１１の第１シール面１１Ａと回転用密封環１２の第２シール面１２Ａとが密接する。その状態で、ばね手段３８が回転用密封環１２を第１シール面１１Ａ方向へ押圧するから、各シール面１１Ａ、１２Ａは密封接触を強め、第１通路４と第２通路２４との連結間をシールして連通路３０を形成する。
【００３０】
図４は、本発明に係わる第２実施の形態のロータリージョイント１Ｂの要部を示す半断面図である。
【００３１】
図４に於いて、メカニカルシール１０を構成する一方の非回転用密封環１１は、保持部５に軸方向移動自在に保持されている。この非回転用密封環１１の軸方向の端面には、摺動シール面１１Ａが形成されており、この摺動シール面１１Ａと反対面には、径方向幅寸法Ｂの第１背面１１Ｈが形成されている。この第１背面１１Ｈには第１ピン９と係合する第１係止溝１１Ｂが設けられている。
又、非回転用密封環１１には、第１嵌合面５Ｂと移動自在に嵌合して摺動する第１案内面１１Ｃが設けられていると共に、径方向幅寸法Ａの第１支持端面５Ａと接面可能な径方向寸法Ａの第１受圧面１１Ｄが設けられている。そして、嵌合面５ＢのＯリング取付溝５Ｃに装着された第１Ｏリング３５により嵌合面間に侵入する被密封流体がシールされる。このため、第１支持端面５Ａと第１受圧背面１１Ｄとの間に被密封流体が作用すると非回転用密封環１１は回転用密封環１２方向にＰの力で移動する。
この非回転用密封環１１は炭化珪素により構成されているが、その他の材質、例えば、カーボン材などにより構成することもできる。
【００３２】
非回転用密封環１１と対称の一方の位置には、内径Ｄがロータ２０の外径ｄより大径で、内周側が段部を成して突出するシール部１２Ｓに第１シール面１１Ａと密接する第２シール面１２Ａを設けた回転用密封環１２が配置されている。そして、この回転用密封環１２も非回転用密封環１１と類似した形に形成されている。この回転用密封環１１は、シール面１２Ａと反対面に径方向幅寸法Ｂの第２背面１２Ｈが形成されているので、非回転用密封環１１の第１背面１１Ｈとほぼ同一面積に形成されている。又、第２シール面１２Ａ側の正面も径方向幅がほぼ同一寸法に形成されている。そして、この第２背面１２Ｈにも第２止めピン２９と係合する係止溝１２Ｂが形成されている。
又、回転用密封環１２には、第２嵌合面２５Ｂと移動自在に嵌合して摺動する第２案内面１２Ｃが設けられていると共に、第２支持端面２５Ａとの間に第２Ｏリング３６を配置する間隔の第２受圧背面１２Ｄが設けられている。この間隙の第２受圧背面１２Ｄと第２支持面２５Ａとの間はＯリング取付溝１３に形成される。この第２受圧背面１２Ｄの径方向幅寸法Ａは、第１受圧背面１１Ｄの径方向幅寸法Ａとほぼ同一である。更に、第１嵌合面５ＢのＯリング取付溝５Ｃに装着された第１Ｏリング３５により嵌合面間に侵入する被密封流体はシールされる。この回転用密封環１２はカーボンにより構成されているが、その他の材質、例えば、炭化珪素材などにより構成される。
【００３３】
対称を成す２つの回転用密封環１２、１２の間には、通路用リング２６がロータ２０に嵌着すると共に、止めねじ３９により固定されている。この通路用リング２６には、ロータ２０の第２通路２４と連通する接続通路２４Ａが設けられている。又、接続通路２４Ａは、第１通路４に対応する位置に配設されている。
そして、通路用リング２６の両側面には、第２保持部２５が各々形成されている。この第２保持部２５には、第２止めピン２９が設けられている。更に、両側面から軸方向へ突出する第２嵌合案内部２５Ｒが両側に各々設けられている。この第２嵌合案内部２５Ｒには、外周面に第２嵌合面２５Ｂが設けられていると共に、自由端にだい２支持端面２５Ａが形成されている。この第２支持端面２５Ａと回転用密封環１２の第２受圧背面１２Ｄとの間により形成されるＯリング取付溝１３には第２Ｏリング３６が装着されている。このＯリング３６により、回転用密封環１２とロータ２０との間をシールする。このＯリング３６にはロータ２０とメカニカルシール１０との間の間隙２２から被密封流体が作用する。又、反対に、第２支持端面２５Ａ側からも被密封流体が作用する。
【００３４】
更に、この通路用リング２６には等配に軸方向へ貫通溝が設けられている。そして、貫通溝を介してコイルスプリング（弾発手段）３８が各々受けられている。このコイルスプリング３８により回転用密封環１２が非回転用密封環１１方向へ弾発に押圧されている。この様に構成されたメカニカルシール１０は各通路ごとに空間部３内の通路の両側に図１に示すように配置されて連通路３０を構成する。
【００３５】
この様に構成された第２実施の形態の第２ロータリージョイント１Ｂは、作動流体である被密封流体が配管を通じて第１通路４から第２通路２４に流入するときにに、空間部３内で各通路４、２４の両側に配置されたメカニカルシール１０に圧力が作用する。そして、メカニカルシール１０を構成する非回転用密封環１１の第１背面１１Ｈに作用する。同時に、非回転用密封環１１の正面にもほぼ同一の全圧力が作用する。又、回転用密封環１２の第２背面１２Ｈにも圧力が作用する。同時に、回転用密封環１２の正面にもほぼ同一の全圧力が作用する。そして、この両背面１１Ｈ、１２Ｈと、両正面とは受圧面積がほぼ同一に構成されているから、これらの全圧力は各密封環１１、１２に於いて互いに対向するから力がバランスする。そして、回転用密封環１２は第２Ｏリングに作用する力の内バランスしない作用力と、ばね手段３８による力により非回転用密封環１１側へ押圧されるから、第１シール面１１Ａと第２シール面１２Ａとが平行に密接し、第１通路４と第２通路２４とを接続した連通路３０を形成する。
【００３６】
又、ロータ２０の第２通路２４から第１通路４に被密封流体が流れる場合には、被密封流体の圧力が非回転用密封環１１の第１受圧背面１１Ｄに作用する。同時に、回転用密封環１２の第２受圧背面１２Ｄにも被密封流体の圧力が作用する。これらの作用力は、シール部１２Ｓの存在に関係なく、非回転用密封環１１と回転用密封環１２に於いて、互いにバランスして釣り合う。
そして、非回転用密封環１１の第１シール面１１Ａと回転用密封環１２の第２シール面１２Ａとが同一平面に密接する。その状態で、ばね手段３８が回転用密封環１２を第１シール面１２Ａ方向へ押圧するから、密封接触し、第１通路４と第２通路２４との連結間をシールして連通路３０を形成する。
【００３７】
図５は、本発明に係わる実施の形態の第１ロータリージョイント１Ａ及び第２ロータリージョイント１Ｂを半導体製造装置に取り付けた構成図である。図５に於いて、図１に示す第１のロータリージョイント１Ａをウェハポリッシングを行うＣＭＰ装置に於けるテーブル４０へ冷却水を供給するために回転部に取り付けた状態を示す構成の側面図である。このＣＭＰ装置に取り付けた第１ロータリージョイント１Ａを以下に説明する。
【００３８】
回転テーブル４０の下部には、図示省略のモータにより駆動される第１回転軸４１が設けられている。この第１回転軸４１には、冷却水用の供給通路４２と冷却水用の回収通路４３が設けられている。更に、第１回転軸４１の下部には図１に示す構造の第１ロータリージョイント１Ａが設けられている。
又、第１回転軸４１の供給通路４２と第１ロータリジョイント１Ａの第１通路４（図１参照）が連通すると共に、回収通路４３と第１通路４、４、４（図１参照）が連通する。そして、第１ロータリージョイント１Ａの本体２の第１通路４、４、４、４と回転するロータ２０の第２通路２４、２４、２４、とは、各メカニカルシール１０間に形成される連通路３０、３０、３０、を介して回転状態でも連通する。
【００３９】
更に、この供給通路４２に接続された流体供給用ポンプ６０から回転テーブル４０に設けられた冷却回路４４に、回転又は非回転状態に係わらず、冷却水を供給することが可能になる。そして、回転テーブル４０に冷却水が送られてシリコンウェハＳや回転テーブル４０が冷却される。
【００４０】
これらの冷却水は回転テーブル４０の冷却回路４４に対して十分に供給しなければならないが、本発明のように取付上小型にしなければならないロータリージョイント１Ａでは、従来のように冷却水の供給通路を大きくするとロータ２０が軸方向にも径方向にも大形になる。更に、回収通路４３も供給通路４２の流量断面積と同等以上にしなければならないから、更に大径になる。しかし、本発明のように往復可能な通路にすると少ない通路で、冷却通路と排出通路を兼用できるのでロータ２０の径を大きくすることなく、多機能の通路を構成することが可能になる。更に、密封環を偏摩耗を惹起させることなく、優れたシール能力を発揮する。
【００４１】
次に、図４に示すＣＭＰ装置の上部に取り付けられた第２ロータリージョイント１Ｂについて説明する。図４に於いて、４０はシリコンウェハＳを載置して加工する回転テーブルである。この回転テーブル４０は、第１回転軸４１に連結されてＰ１方向に回転する。同時に、第２ロータリージョイント１Ｂを装備したパッド支持体５３は、図示するＸ方向に進退移動する。更に、パッド支持体５３に支持されている図示省略の駆動モータにより回転する研磨パッド５４が、パッド支持体５３の下部に取り付けられている。この研磨パッド５４は、パッド支持体５３と研磨パッド５４に連結している第２回転軸５５によりＰ２方向へ回動する。そして、研磨パッド５４は、回動しながらシリコンウェハ上をＸ方向に移動して研磨加工を行う。
【００４２】
パッド支持体５３に設けられている第１給排通路５８は、配管により研磨液を圧送する給排装置７０と連通されている。更に、この第１給排通路５８は、第２ロータリージョイント１Ｂの第１通路４に連通すると共に、隣り合わせのメカニカルシール１０の間に形成される連通路３０を介して第２通路２４に回動状態で連通可能になる。
又、第２ロータリージョイント１Ｂの第１通路４は、第２回転軸５５に設けられている第２給排通路５６に連通すると共に、研磨パッド５４の噴射通路５１に連通する。
【００４３】
そして、給排装置７０から圧送される研磨液を第１給排通路５８を通して第２ロータリージョイント１Ｂの第１通路４へ送り、第２ロータリージョイント１Ｂでメカニカルシール１０間に形成される連通路３０を介して回転するロータ２０の第２通路２４へ供給され、第２回転軸５５の第２給排通路５６を介して研磨パッド５４の噴射通路５１に圧送する。そして、噴射通路５１からシリコンウェハＳの上面に研磨液を噴射してシリコンウェハＳの表面研磨加工を行う。
【００４４】
同時に、パッド支持体５３に設けられている第１流体通路５９は、配管により空圧の流体供給装置７５に連通されている。更に、第１流体通路５９は第２ロータリージョイント１Ｂの第１通路４、４、４に連通している。この第１通路４、４、４は、ロータ２０の第２通路２４、２４、２４にメカニカルシール１０間の連通路３０、３０，３０を介して回転状態でも連通する。そして、第２通路２４、２４、２４から回転する第２回転軸５５の第２流体通路５７に連通すると共に、第２流体通路５７から研磨パッド５４の第２噴射通路５２に連通して空気圧を噴射し、第１噴射通路５１から噴射される研磨液を均一に分散させる作用をする。同時に、研磨した研磨液をシリコンウェハＳと回転テーブル４０の上面等から素早く排除させる。
【００４５】
これらの空気圧の噴射は、研磨液を素早く均一に分散させる必要から、多数の第１及び第２噴射通路５１、５２を介して行うか否かにその加工精度及び品質がかかっている。
又、供排装置７０により、研磨液等が第１給排通路５８を介して第１通路４、・・、連通路３０、・・、第２通路２４、・・へ圧送され、第２ロータリージョイント１Ｂにより回転状態でも研磨パット５４の第１噴射通路５１及び第２噴射通路５２に研磨液と空気圧とを供給するが、これらの作動は、供排装置７０の正圧作動により研磨パット部５４とシリコンウェハＳとの間に流体供給装置７５からの圧搾空気と共に、研磨液を噴射させて、研磨パット部５４を回転させながらパット支持体５３によりシリコンウェハＳの上面を往復移動してシリコンウェハＳを研磨するものである。尚、研磨パッド部５４は、加工前後の作業のために、Ｙ方向に上下移動する。
【００４６】
更に、研磨終了後は、給排装置７０の研磨ポンプを吸引作動に切り替えて第１噴射通路５１に残留する研磨液を同一通路を介して吸引と排出とを可能にし、シリコンウェハＳの表面に滴下しないように素早く処理する。これらは多数の通路を必要とするが、１つの通路を往復可能にすることによりこの通路の数を少なくして作動流体の処理制御を容易にすると共に、ロータ２０を小径にして研磨パット部５４やターンテーブルの作動制御を良好にする。本発明の第１及び第２ロータリージョイント１Ａ、１Ｂは、作動流体に応じて往復可能な通路に構成でき且つメカニカルシール１０の摺動シール面の偏摩耗等を防止して耐久能力を向上させる効果を奏する。そして、本発明のロータリージョイント１Ａ、１Ｂは、この様な用途に優れた効果を発揮する。
【００４７】
更に、研磨終了後は、給排装置７０の研磨ポンプを吸引作動に切り替えて各通路に残留する研磨液を往復通路を介して吸引排出し、シリコンウェハＳの表面に滴下しないように素早く処理することが可能になる。これらの作動は往復通路することにより可能になる。本発明のロータリージョイント１は、往復通路を可能にできるから、この様な用途に優れた効果を発揮する。尚、図１及び図２に示すロータ２０を軸方向へ貫通する通孔Ｓは、センサや制御用機器等に用いられるものである。
【００４８】
【発明の効果】
本発明に係わるロータリージョイントによれば、以下のような効果を奏する。
【００４９】
請求項１に係わる本発明のロータリージョイントによれば、非回転用密封環と回転用密封環との密封摺動面に対して内周側から被密封流体が作用しても両密封環の各受圧背面に作用する流体圧力が互いにバランスして押圧するように構成されているので、固定用密封環の第１シール面が傾斜することもなく、両メカニカルシール間に形成される連通路に対して連通路を形成して被密封流体が流入する場合及び流出する場合でも確実にシールすることが可能になる
【００５０】
非回転用密封環は、軸方向のみに移動自在に保持されているので、この第１シール面が第２シール面へ常に密接するように作動して偏摩耗を防止し、シール能力を発揮することが可能になる。
又、非回転用密封環は、固定ではなく、軸方向に移動自在に保持させる構成であるから、非回転用密封環の取付加工精度を精密に加工しなくとも、第１シール面の第２シール面に対する密封接触が維持されて密封効果を奏することが期待できる。
【００５１】
請求項２に係わる本発明のロータリージョイントによれば、本体にリング状を成して軸方向へ突出する第１嵌合案内部の第１嵌合面にシールリングを介して移動自在に嵌合しているから、軸方向に確実に対応し、同時に、従来のように非回転用密封環の保持部の取付精度を精密に加工しなくとも、シール能力を向上させる効果が期待できる。
【００５２】
更に、メカニカルシールの内周側から被密封流体が流れて圧力が作用する場合でも、非回転用密封環の第１受圧背面に受ける圧力と、回転用密封環の第２受圧背面に受ける圧力とのほぼ同一な力の釣り合いにより互いの密封摺動面が密接し、同時に、ばね手段により密封接触に押圧されるので、シール効果を発揮する。このために、摺動面を横切る連結された連通路に対して被密封流体が往復して流通しても確実にシールする効果が奏する。
【００５３】
請求項３に係わる本発明のロータリージョイントによれば、半導体製造装置用の多流路ロータリージョイントは、多流路の構成であると共に、流体がロータリージョイントの多流通路を連続して流入及び流出が繰り返されるものであるが、この様な用途のロータリージョイントに、１つの作動流通路で流体を往復できるように構成されているので優れた効果を発揮する。つまり、本発明のように１つの流通路で作動流体を流入及び流出させるようにすると、作動流体の応答性を向上させることが可能になる。
更に、流体が往復する通路が少なくできるから、ロータリージョイントを小型に構成することが可能になると共に、製作費を低減する効果を奏する。しかも、作動流体の流れを制御する制御装置が容易になると共に、間違った作動流体を流すような誤動作をなくす効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる第１の実施の形態を示すロータリージョイントの断面図である。
【図２】図１に示すロータリージョイントの正面図である。
【図３】図１に示すロータリージョイントの１部の拡大した断面図である。
【図４】本発明に係わる第２の実施の形態を示すロータリージョイントの断面図である。
【図５】本発明のロータリージョイントを装着したＣＭＰ装置の側面図である。
【図６】従来技術のロータリージョイントの断面図である。
【符号の説明】
１  ロータリージョイント
１Ａ  第１ローターリジョイント
１Ｂ  第２ロータリージョイント
２  本体（ボディ）
２Ａ  ブロック
３  空間部
４  第１通路
５  第１保持部
５Ａ  第１支持端面
５Ｂ  第１嵌合面
５Ｃ  Ｏリング取付溝
５Ｒ  第１嵌合案内部
６  内周面
９第１止めピン
１０  メカニカルシール
１１  非回転用密封環
１１Ａ  第１シール面
１１Ｂ  第１係止溝
１１Ｃ  第１案内面
１１Ｄ  第１受圧背面
１１Ｈ  第１背面
１２  回転用密封環
１２Ａ  第２シール面
１２Ｂ  第２係止溝
１２Ｃ  第２案内面
１２Ｄ  第２受圧背面
１２Ｈ  第２背面
１３  Ｏリング取付溝
２０  ロータ
２１  取付治具
２２  間隙
２４  第２通路
２４Ａ  接続通路
２５  第２保持部
２５Ａ  第２支持端面
２５Ｂ  第２嵌合面
２５Ｒ  第２嵌合案内部
２６  通路用リング
２８  外周面
２９  第２止めピン
３０  連通路
３２  ボルト
３３  軸受
３４  配管
３５  第１Ｏリング
３６  第２Ｏリング
３７  Ｏリング
３８  ばね手段
３９  止めねじ
６０  流体供給ポンプ
６５  流体回収ポンプ
７０  給排装置
７５  流体供給装置
【図１】
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【図２】
0004727859.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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