特許 5759301 多流路形ロータリジョイント

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5759301

(24)【登録日】2015年6月12日

(45)【発行日】2015年8月5日

(54)【発明の名称】多流路形ロータリジョイント

(51)【国際特許分類】

   F16L 27/08 20060101AFI20150716BHJP

   F16J 15/34 20060101ALI20150716BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20150716BHJP

【ＦＩ】

   F16L27/08 Z

   F16J15/34 B

   H01L21/304 622Z

【請求項の数】8

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2011-170828(P2011-170828)

(22)【出願日】2011年8月4日

(65)【公開番号】特開2013-36489(P2013-36489A)

(43)【公開日】2013年2月21日

【審査請求日】2014年2月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000229737

【氏名又は名称】日本ピラー工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100084342

【弁理士】

【氏名又は名称】三木 久巳

(72)【発明者】

【氏名】木久山 貴規

【審査官】 正木 裕也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−００５３６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／１１４１１３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｌ ２７／０８

Ｆ１６Ｊ １５／３４

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の第１ジョイント通路を形成した第１ジョイント構成部材と複数の第２ジョイント通路を形成した第２ジョイント構成部材とを相対回転自在に連結すると共に、両ジョイント構成部材間にその相対回転軸線を中心とする同心状に３つ以上のメカニカルシールを並列配置して、両ジョイント構成部材に、各第１ジョイント通路と各第２ジョイント通路とをメカニカルシール相互間に形成された環状のシール空間を介して一連に連通接続する複数のジョイント流路が形成されるように構成された多流路形ロータリジョイントにおいて、
各第１ジョイント通路が、シール空間に連通接続された複数の分岐ジョイント通路で構成されており、
各第２ジョイント通路が、第２ジョイント構成部材に前記相対回転軸線を中心として同心状に形成された複数の中空環状のヘッダ空間の一つと、当該ヘッダ空間とシール空間とを連通接続する複数の連結通路と、当該ヘッダ空間に連通接続された一つの幹通路とで構成されており、
各ジョイント流路において、分岐ジョイント通路及び連結通路の数及び内径を全分岐ジョイント通路の合計断面積が幹通路の断面積と同一又はこれより若干大きくなるように且つ全連結通路の合計断面積が幹通路の断面積と同一又はこれより若干大きくなるように設定してあることを特徴とする多流路形ロータリジョイント。

【請求項2】

複数の第１ジョイント通路を形成した第１ジョイント構成部材と複数の第２ジョイント通路を形成した第２ジョイント構成部材とを相対回転自在に連結すると共に、両ジョイント構成部材間にその相対回転軸線を中心とする同心状に３つ以上のメカニカルシールを並列配置して、両ジョイント構成部材に、各第１ジョイント通路と各第２ジョイント通路とをメカニカルシール相互間に形成された環状のシール空間を介して一連に連通接続する複数のジョイント流路が形成されるように構成された多流路形ロータリジョイントにおいて、
第1ジョイント構成部材に形成される第1ジョイント通路が、第1ジョイント構成部材に前記相対回転軸線を中心として同心状に形成された複数の中空環状のヘッダ空間の一つと、当該ヘッダ空間とシール空間とを連通接続する複数の連結通路と、当該ヘッダ空間に連通接続された一つの幹通路とで構成されると共に、第２ジョイント構成部材に形成される第２ジョイント通路が、第２ジョイント構成部材に前記相対回転軸線を中心として同心状に形成された複数の中空環状のヘッダ空間の一つと、当該ヘッダ空間と前記シール空間とを連通接続する複数の連結通路と、当該ヘッダ空間に連通接続された一つの幹通路とで構成されており、
各ジョイント流路において、連結通路の数及び内径を全連結通路の合計断面積が幹通路の断面積と同一又はこれより若干大きくなるように設定してあることを特徴とする多流路形ロータリジョイント。

【請求項3】

相対回転部材の一方である回転側機器部材に設けた回転側機器流路と当該相対回転部材の他方である固定側機器部材に設けた固定側機器流路との間で流体を循環させるように構成された回転機器に使用される多流路形ロータリジョイントであって、回転側機器流路の上下流端と固定側機器流路の上下流端とを夫々接続する第１及び第２ジョイント流路を有するものであることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載する多流路形ロータリジョイント。

【請求項4】

回転側機器流路が複数の分岐機器流路で構成されており且つ固定側機器流路が単一の流路である回転機器に使用される多流路形ロータリジョイントであって、回転側機器部材に取り付けられる第１ジョイント構成部材における第１ジョイント通路の各分岐ジョイント通路が各分岐機器流路に接続されると共に、固定側機器部材に取り付けられる第２ジョイント構成部材における第２ジョイント通路が固定側機器流路に接続されるように構成したことを特徴とする、請求項１及び請求項３に記載する多流路形ロータリジョイント。

【請求項5】

各ジョイント流路における分岐ジョイント通路及び連結通路が、シール空間の周状に配置された複数個所において、当該シール空間に接続されていることを特徴とする、請求項１、請求項１及び請求項３、又は請求項４に記載する多流路形ロータリジョイント。

【請求項6】

各ジョイント流路における連結通路が、シール空間の周状に配置された複数個所において、当該シール空間に接続されていることを特徴とする、請求項２、又は請求項２及び請求項３に記載する多流路形ロータリジョイント。

【請求項7】

ヘッダ空間が形成されるジョイント構成部材が、複数のジョイント構成部分を連結してなる複合構造物に構成されており、当該ヘッダ空間がジョイント構成部分間に形成されていることを特徴とする、請求項１〜６の何れかに記載する多流路形ロータリジョイント。

【請求項8】

両ジョイント構成部材に、最小径のメカニカルシールの内周側領域を通過する貫通孔を形成してあることを特徴とする、請求項１〜７の何れかに記載する多流路形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、半導体製造装置、攪拌機、医療用機器、食品用機器等の回転機器に装備されるロータリジョイントであって、当該回転機器の相対回転部材間で複数の異種流体又は同種流体を混在させることなく各別のルートで流動させるための多流路形ロータリジョイントに関するものである。

【背景技術】

【0002】

この種の多流路形ロータリジョイントとしては、例えば特許文献１に開示される如く、複数の第１ジョイント通路を形成した第１ジョイント構成部材と複数の第２ジョイント通路を形成した第２ジョイント構成部材とを相対回転自在に連結し、両ジョイント構成部材間に複数対のメカニカルシールを両ジョイント構成部材の相対回転軸線方向に縦列配置して、両ジョイント構成部材に、各第１ジョイント通路と各第２ジョイント通路とを一対のメカニカル間に形成された環状のシール空間を介して一連に連通接続させてなる複数のジョイント流路を形成したもの（以下「シリアル形ロータリジョイント」という）と、例えば特許文献２に開示される如く、複数の第１ジョイント通路を形成した第１ジョイント構成部材と複数の第２ジョイント通路を形成した第２ジョイント構成部材とを相対回転自在に連結し、両ジョイント構成部材間に３個以上のメカニカルシールを両ジョイント構成部材の相対回転軸線を中心とする同心状に並列配置して、両ジョイント構成部材に、各第１ジョイント通路と各第２ジョイント通路とをメカニカルシール相互間に形成された環状のシール空間を介して一連に連通接続させてなる複数のジョイント流路を形成したもの（以下「パラレル形ロータリジョイント」という）とが公知である。

【0003】

このようなロータリジョイントによれば、シリアル形及びパラレル形の何れにおいても、回転機器の相対回転部材の一方である回転側機器部材に形成された複数の回転側機器側流路と当該相対回転部材の他方である固定側機器部材に形成された複数の固定側流路とをジョイント流路により相対回転自在に連結することができ、両機器部材間で複数の異種流体又は同種流体を混在させることなく各別のルートで流動させることができる。

【0004】

而して、ロータリジョイントは、両ジョイント構成部材の相対回転軸線（以下「ジョイント軸線」という）を回転機器の相対回転部材の相対回転軸線（以下「機器軸線」という）と一致させた状態で当該相対回転部材間（回転機器部材とその回転支持手段及び回転駆動手段等を有する固定機器部材との間）に装着されるが、回転機器には、一般に、相対回転部材間に大きな機器軸線方向のスペース（以下「軸線方向スペース」という）を確保できないものが多い。なお、以下の説明においては、両ジョイント構成部材の相対回転軸線と回転機器の相対回転部材の相対回転軸線とを区別する必要がある場合は前者を「ジョイント軸線」といい後者を「機器軸線」というものとし、両相対回転軸線を区別する必要のない場合には両相対回転軸線を単に「軸線」ということとする。

【0005】

しかし、シリアル形ロータリジョイントは、複数対のメカニカルシールをジョイント軸線方向に縦列させるものであるから、どうしてもジョイントの軸線方向寸法が長大となり、相対回転部材間に大きな軸線方向スペースを確保し得ない回転機器には使用できない。

【0006】

すなわち、メカニカルシールはジョイント流路の相対回転接続部分（第１ジョイント通路と第２ジョイント通路との接続部分であるシール空間）のシール手段として極めて優れたものであるが、一方のジョイント構成部材に固定された固定密封環と他方のジョイント構成部材に軸線方向移動自在に保持された可動密封環とがコイルスプリングにより押圧接触された状態で相対回転するように構成されたものであり、両密封環の設置スペースに加えて可動密封環の移動スペース及びコイルスプリングの設置スペースが必要となるものである。したがって、複数対のメカニカルシールをジョイント軸線方向に縦列配置するシリアル形ロータリジョイントにおいては、メカニカルシール数が多くなるに従い、つまりジョイント流路数が多くなるに従い、軸線方向におけるメカニカルシール設置スペースがジョイント流路数に比例して増大することになり、ロータリジョイントの軸線方向寸法が長大となる。なお、メカニカルシールによるシール機能が良好に発揮されるためには、固定密封環と可動密封環とが適正に接触する必要があり、両ジョイント構成部材間における振動や軸振れの発生を確実に防止しておく必要があることから、両ジョイント構成部材を相対回転自在に連結するベアリングを、少なくとも、メカニカルシール群の両側つまり軸線方向の２箇所に設けておくことが必要となり（メカニカルシール数が多くなれば、ベアリングをメカニカルシール群の両側に配置しておくだけでは軸触れ等を確実に防止することができず、メカニカルシール群の中間部分にもベアリングを配置する必要が生じる）、ベアリング設置スペースを確保するためにロータリジョイントの軸線方向寸法が更に長大化することになる。

【0007】

一方、パラレル形ロータリジョイントでは、複数のメカニカルシールが軸線に直交する同一平面上に同心状に並列配置される（以下、この配置形態を「ＰＣＤ配置」という）ことから、必要とされるメカニカルシール数（ジョイント流路数）に拘らず、軸線方向寸法は１つのメカニカルシールを組み込んだ場合と同一となる。また、メカニカルシール数の多少に拘らず、両ジョイント構成部材を連結するベアリングもジョイント軸線方向の一箇所に設けておけばよく、ベアリング設置スペースによるロータリジョイントの軸線方向寸法の長大化は生じない。したがって、ジョイント流路数（メカニカルシール数）に拘らず、ロータリジョイントの軸線方向寸法をシリアル形ロータリジョイントに比して大幅に短尺化することができるから、上記したような問題は生じず、相対回転部材間に大きな軸線方向設置スペースをとることができない回転機器にも好適に使用することができる。

【0008】

ところで、ロータリジョイントは回転機器の付属部品に過ぎないものであるから当然に大型化することは回避すべきであり、可及的に小型化しておくことが好ましい。しかも、回転機器の相対回転部材間には、軸線方向スペースは勿論、機器軸線方向に直交する方向のスペース（以下「径方向スペース」という）も無制限に大きくとれる訳ではないから、ロータリジョイントの径方向寸法も可及的に小さくしておくことが好ましい。

【0009】

したがって、軸線方向寸法を小さくできるパラレル形ロータリジョイントにあっては、径方向寸法を可及的に小さくして全体的に小型化することが強く要請されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２００１−１４１１５０公報

【特許文献2】特開２００２−００５３６５公報

【特許文献3】特開２００８−２６３１２０公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかし、パラレル形ロータリジョイントにあって径方向寸法を小さくするためには、各メカニカルシールとこれに隣接するメカニカルシールとの間隔つまり各シール空間の径方向幅を小さくして最外周側のメカニカルシールの径が可及的に小さくなるようにすることが必要であるが、このようなシール空間の径方向幅の縮小は、ジョイント流路における圧力損失の増大化やジョイント流路を介して流動させ得る流量の大幅な制限を招くことになるため、従来のパラレル形ロータリジョイントでは十分な小型化を図り得ないのが実情である。

【0012】

すなわち、パラレル形ロータリジョイントにあっては、一般に、各ジョイント流路の第１及び第２ジョイント通路が夫々一つの断面円形の貫通孔（キリ孔）で形成されており、各ジョイント通路がシール空間の軸線方向端部に接続されていることから、各ジョイント通路の内径寸法はシール空間の径方向幅以下となるように設定しておく必要がある。

【0013】

したがって、シール空間の径方向幅を小さくすると、これに伴って各ジョイント通路の内径寸法も小さくなり、各ジョイント通路が回転機器の各機器流路より狭隘となる（流体の流動方向に直交する断面の面積が狭小となる）場合がある。かかる場合、両機器流路間をジョイント流路で接続してなる流動ルートにおいて局部的な狭隘部分（各ジョイント流路における第１及び第２ジョイント通路で構成される部分）が存在することになり、この狭隘部分において激しい流量変化や圧力損失が生じて、当該流動ルートによる流体移送が円滑に行われず、回転機器自体の機能にも大きな悪影響を及ぼす虞れがある。

【0014】

特に、回転側機器流路と固定側機器流路との両端部間を２つのジョイント流路により接続してなる両端閉塞形の循環流動ルートにおいては、両機器流路をジョイント流路で直線状に連結して下流端が大気に開放される一端開放型の流動ルートに比して、狭隘部分の存在による流量変化や圧力損失による悪影響は極めて大きく、回転機器に重大な機能障害をもたらす原因となる。

【0015】

例えば、ＣＭＰ装置（ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法による半導体ウエハの表面研摩処理装置）は、半導体ウエハを、ターンテーブル上に貼設した研摩パッドと研摩ヘッドとの間に挟圧させた状態で、ターンテーブルと研摩ヘッドとを独立して回転させることにより、表面研摩処理するように構成されているが、研摩の摩擦熱によるウエハ温度の上昇を防止するために、一般に、ターンテーブルに冷却流体（例えば、冷却水等の冷却液）を循環供給して研摩パッドを冷却するように工夫されている（例えば、特許文献３を参照）。

【0016】

すなわち、ターンテーブル（回転側機器部材）に設けた冷却流路（回転側機器流路）の上下流端（流出入口）とターンテーブルを回転自在に支持する支持手段及びターンテーブルを回転駆動する駆動手段等を有するＣＭＰ装置本体（固定側機器部材）に設けた冷却流体供給路（固定側機器流路）の上下流端（流出入口）とをロータリジョイントの２つのジョイント流路（冷却流路の流入口（上流端）と冷却流体供給路の流出口（下流端）とを接続するジョイント流路及び冷却流路の流出口（下流端）と冷却流体供給路の流入口（上流端）とを接続するジョイント流路）で連通接続して、冷却流体供給路に配設した循環ポンプ等の強制循環手段により冷却液を冷却流体供給路から冷却流路へと供給させると共に、冷却流路を通過した冷却液を冷却流体供給路に配設したクーラ等の冷却手段で冷却した上で冷却流路に循環させることにより、ターンテーブルつまり研摩パッドを冷却するようになっている。

【0017】

而して、このような冷却液の循環流動ルートを構成するためにパラレル形ロータリジョイントを使用した場合においては、循環流動ルートに存在する狭隘部分で生じる大きな流量変化や圧力損失によって冷却液の流動形態が不安定となって、ターンテーブル（研摩パッド）の冷却を良好に行い得ない。

【0018】

特に、上記したＣＭＰ装置におけるターンテーブルの冷却システムにおいては、冷却流路（回転側機器流路）をターンテーブルの横断面上に均等配置した複数の分岐冷却流路（分岐機器流路）で構成することによりターンテーブルの全面を均等に冷却できるように配慮されていることが多く、従来のパラレル形ロータリジョイントを使用する場合には、全分岐冷却流路の上流端及び下流端を夫々集合させて、これらの集合部と冷却液供給流路の上下流端とを夫々一つのジョイント流路で接続するようにしているが、このように冷却流路を複数の分岐冷却流路で構成した場合においては半導体ウエハの表面研摩処理に大きな弊害をもたらす。

【0019】

すなわち、各ジョイント流路の狭隘部分である第１及び第２ジョイント通路において上記したような流量変化や圧力損失が生じると、全分岐流路における冷却流体の流動形態が同一となり難く、各分岐冷却流路と他の分岐冷却流路とで冷却流体の流動形態が大きく異なることになる。したがって、ターンテーブルの冷却温度にバラツキが生じて、ターンテーブルの全面を均等に冷却することができない。その結果、半導体ウエハの表面研摩処理が不良ないし不完全となり、半導体ウエハの品質低下を招く虞れがある。

【0020】

したがって、従来のパラレル型ロータリジョイントでは、上記したような弊害を回避するためには、第１及び第２ジョイント通路を回転機器の回転側機器流路及び固定側機器流路に比して極端に狭隘とならないような断面径のものにしておく必要があり、その結果、第１及び第２ジョイント通路が接続されるシール空間の径方向幅はこれを一定以上に小さくことができない。このように、従来のパラレル型ロータリジョイントでは、シール空間の径方向幅に大きな制約があり、ロータリジョイントの径方向寸法を可及的に小さくして全体としての小型化を図ることができないでいたのが実情である。

【0021】

本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、パラレル形ロータリジョイントの径方向寸法を圧力損失等の問題を生じることなく可及的に小さくすることができ、メカニカルシール数ないしジョイント流路数が同一である従来のバラレル形ロータリジョイントに比して大幅な小型化（特に径方向寸法の小型化）を実現した多流路形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】

【0022】

本発明は、複数の第１ジョイント通路を形成した第１ジョイント構成部材と複数の第２ジョイント通路を形成した第２ジョイント構成部材とを相対回転自在に連結すると共に、両ジョイント構成部材間にその相対回転軸線を中心とする同心状に３つ以上のメカニカルシールを並列配置して、両ジョイント構成部材に、各第１ジョイント通路と各第２ジョイント通路とをメカニカルシール相互間に形成された環状のシール空間を介して一連に連通接続する複数のジョイント流路が形成されるように構成されたパラレル形ロータリジョイントにおいて、上記の目的を達成すべく、特に、次のように構成しておくことを提案するものである。

【0023】

すなわち、第１発明は、上記パラレル形ロータリジョイントにおいて、各第１ジョイント通路が、シール空間に連通接続された複数の分岐ジョイント通路で構成されており、各第２ジョイント通路が、第２ジョイント構成部材に前記相対回転軸線を中心として同心状に形成された複数の中空環状のヘッダ空間の一つと、当該ヘッダ空間とシール空間とを連通接続する複数の連結通路と、当該ヘッダ空間に連通接続された一つの幹通路とで構成されており、各ジョイント流路において、分岐ジョイント通路及び連結通路の数及び内径を全分岐ジョイント通路の合計断面積が幹通路の断面積と同一又はこれより若干大きくなるように且つ全連結通路の合計断面積が幹通路の断面積と同一又はこれより若干大きくなるように設定してあることを特徴とする多流路形ロータリジョイントを提案する。

【0024】

また、第２発明においては、上記パラレル形ロータリジョイントにおいて、第1ジョイント構成部材に形成される各第1ジョイント通路が、第1ジョイント構成部材に前記相対回転軸線を中心として同心状に形成された複数の中空環状のヘッダ空間の一つと、当該ヘッダ空間とシール空間とを連通接続する複数の連結通路と、当該ヘッダ空間に連通接続された一つの幹通路とで構成されると共に、第２ジョイント構成部材に形成される各第２ジョイント通路が、第２ジョイント構成部材に前記相対回転軸線を中心として同心状に形成された複数の中空環状のヘッダ空間の一つと、当該ヘッダ空間と前記シール空間とを連通接続する複数の連結通路と、当該ヘッダ空間に連通接続された一つの幹通路とで構成されており、各ジョイント流路において、連結通路の数及び内径を全連結通路の合計断面積が幹通路の断面積と同一又はこれより若干大きくなるように設定してあることを特徴とする多流路形ロータリジョイントを提案する。

【0025】

而して、第１及び第２発明の好ましい実施の形態にあって、多流路形ロータリジョイントは、相対回転部材の一方である回転側機器部材に設けられた回転側機器流路と当該相対回転部材の他方である固定側機器部材に設けられた固定側機器流路との間で流体を強制循環させるように構成された回転機器に使用されるものであり、回転側機器流路の上下流端と固定側機器流路の上下流端とを接続する第１及び第２ジョイント流路を有する。この場合において、回転側機器流路が複数の分岐機器流路で構成され且つ固定側機器流路が単一の流路で構成される回転機器に使用されるときは、第１発明の多流路形ロータリジョイントにおいて、回転側機器部材に取り付けられる第１ジョイント構成部材における第１ジョイント通路の各分岐ジョイント通路が各分岐流路に接続されると共に、固定側機器部材に取り付けられる第２ジョイント構成部材における第２ジョイント通路が固定側機器流路に接続されるように構成しておくことが好ましい。

【0026】

また、第１発明の多流路形ロータリジョイントにおいては、各ジョイント流路における分岐ジョイント通路及び連結通路が、また第２発明の多流路形ロータリジョイントにおいては連結通路が、夫々、シール空間の周状に配置された複数個所において、当該シール空間に接続されていることが好ましい。また第１及び第２発明の多流路形ロータリジョイントにおいては、ヘッダ空間が形成されるジョイント構成部材が、複数のジョイント構成部分を連結してなる複合構造物に構成されており、当該ヘッダ空間がジョイント構成部分間に形成されていることが好ましい。

【0027】

さらに、第１及び第２発明の多流路形ロータリジョイントにおいては、両ジョイント構成部材に、最小径のメカニカルシールの内周側領域を通過する貫通孔を形成することができ、この貫通孔を、ジョイント流路以外の流体流動路或いは特許文献２に開示されるような電線挿通路として利用することも可能である。

【発明の効果】

【0028】

第１発明の多流路形ロータリジョイントにあっては、第１及び第２ジョイント通路におけるシール空間との接続部分が複数の分岐ジョイント通路及び連結通路で構成されていることから、分岐ジョイント通路及び連結通路の数及び孔径を上記した如く設定しておくことにより、また第２発明の多流路形ロータリジョイントにあっては、各ジョイント通路におけるシール空間との接続部分が複数の連結通路で構成されていることから、連結通路の数及び孔径を上記した如く設定しておくことにより、ジョイント流路の何れの箇所においてもジョイント流路によって接続される回転機器の回転側機器流路及び固定側機器流路と同等の流量を確保しつつ、シール空間の径方向幅を大幅に小さくすることができる。したがって、第１及び第２発明によれば、冒頭で述べたＣＭＰ装置におけるターンテーブルの冷却システムのように両端閉塞形の循環流動ルートを構築する場合にも、各ジョイント通路が単一の通路で構成される従来のパラレル形ロータリジョイントに比して、大幅な小型化を可能としつつ回転機器の両機器流路間での流体流動を円滑且つ良好に行うことができ、極めて実用性に富む多流路形ロータリジョイントを提供することができる。

【0029】

さらに、第１発明の多流路形ロータリジョイントによれば、両機器流路の一方が複数の分岐機器流路で構成されている回転機器（例えば、冒頭で述べた冷却システムを有するＣＭＰ装置）に使用する場合にも、従来のパラレル形ロータリジョイントのように全分岐機器流路の端部をヘッダ等で集合させた上でジョイント通路に接続させるといった複雑な構造を必要とすることなく、各分岐機器流路を第１ジョイント通路の各分岐ジョイント通路に直結させておくことができ、回転機器における当該ロータリジョイントとの連結部分（特に、回転側機器部材における第１ジョイント構成部材との連結部分）における構造の簡略化及び流体流動の円滑化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】図１は本発明に係る多流路形ロータリジョイントの一例を示す縦断正面図（断面は図５のＩ−Ｉ線に沿う）である。

【図2】図２は図１と異なる断面を示す当該ロータリジョイントの縦断面図（断面は図５のII−II線に沿う）である。

【図3】図３は図１の要部を拡大して示す詳細図である。

【図4】図４は当該ロータリジョイントの平面図である。

【図5】図５は図１のＶ−Ｖ線に沿う横断平面図である。

【図6】図６は本発明に係る多流路形ロータリジョイントの変形例を示す縦断正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて具体的に説明する。

【0032】

図１〜図５は第１発明に係る多流路形ロータリジョイントの一例を示すもので、図１は当該ロータリジョイントの縦断正面図（断面は図５のＩ−Ｉ線に沿う）であり、図２は図１と異なる断面を示す当該ロータリジョイントの縦断面図（断面は図５のII−II線に沿う）であり、図３は図１の要部を拡大して示す詳細図であり、図４は当該ロータリジョイントの平面図であり、図５は図１のＶ−Ｖ線に沿う横断平面図である。また、図６は第２発明に係る多流路形ロータリジョイントの一例を示す縦断正面図である。なお、以下の説明において、上下とは図１、図２及び図６における上下をいうものとする。

【0033】

図１及び図２に示す多流路形ロータリジョイント（以下「第１発明ジョイント」という）は、冒頭で述べたターンテーブルの冷却システムのように回転側機器部材１に設けられた回転側機器流路１１と固定側機器部材２に設けられた固定側機器流路２１とで両端閉塞形の循環流動ルートが構成される回転機器であって、回転側機器流路１１が複数の分岐機器流路１１ａ…で構成され且つ固定側機器流路２１が単一の流路で構成されているＣＭＰ装置等の回転機器に使用されるパラレル形ロータリジョイントに第１発明を適用したものであり、複数の第１ジョイント通路３１，３２を形成した第１ジョイント構成部材３と複数の第２ジョイント通路４１，４２を形成した第２ジョイント構成部材４とを相対回転自在に連結すると共に、両ジョイント構成部材３，４間にその相対回転軸線（ジョイント軸線）を中心とする同心状に３つ以上のメカニカルシール５ａ，５ｂ，５ｃを並列配置して、両ジョイント構成部材３，４に、各第１ジョイント通路３１，３２と各第２ジョイント通路４１，４２とをメカニカルシール５ａ，５ｂ，５ｃ相互間に形成された環状のシール空間６ａ，６ｂを介して一連に連通接続する複数のジョイント流路７，８を形成したものである。なお、回転側機器流路１１を構成する分岐機器流路１１ａの数及び内径（断面径）は、全分岐機器流路１１ａの合計断面積が固定側機器流路２１の断面積と同一となるように、つまり両機器流路１１，２１が同等の流量を確保できるように設定されている。

【0034】

第１ジョイント構成部材３は、図１及び図２に示す如く、円柱状の一体構造物であって回転側機器部材１に取り付けられる。第２ジョイント構成部材４は、図１及び図２に示す如く、複数のジョイント構成部分４３，４４，４５，４６に分割された複合構造物であって、円筒状の第１ジョイント構成部分４３と、その下端に連結された円盤状の第２ジョイント構成部分４４と、これと同一径の円盤状をなして第２ジョイント構成部分４４の下端に連結された第３ジョイント構成部分４５と、第２及び第３ジョイント構成部分４４，４５間にジョイント軸線と同心をなして連結された円筒状の第４ジョイント構成部分４６とからなる有底円筒体に組み立てたものであり、固定側機器部材２に取り付けられる。

【0035】

両ジョイント構成部材３，４は、図１及び図２に示す如く、上下方向（ジョイント軸線方向）の一箇所において上下一対のベアリング９，９により相対回転自在に且つジョイント軸線方向に相対移動不能に連結されている。すなわち、両ジョイント構成部材３，４は、第２ジョイント構成部材４の第1ジョイント構成部分４３の内周部と第１ジョイント構成部材３の外周部との間にベアリング９，９を介装することにより、第１ジョイント構成部材３の下端部と第２ジョイント構成部材４の第２ジョイント構成部分４４の上端部とが対向する状態で相対回転自在に連結されている。なお、第１ジョイント構成部材３の回転側機器部材１への取り付け及び第２ジョイント構成部材４の回転側機器部材２への取り付けは、両ジョイント構成部材３，４の相対回転軸線（ジョイント軸線）が両機器部材１，２の相対回転軸線（機器軸線）に一致するように行われる。

【0036】

メカニカルシール５ａ，５ｂ，５ｃは、図１及び図２に示す如く、ジョイント軸線を中心とする同心状をなして、ジョイント軸線方向における両ジョイント構成部材３，４の対向端面部間つまり第１ジョイント構成部材３の下端部と第２構成部材４の第２ジョイント構成部分４４の上端部との間に並列配置されていて、当該両ジョイント構成部材３，４の対向端面部間の空間を同心状をなす複数の環状のシール空間６ａ，６ｂに区画している。この例では、両ジョイント構成部材３，４の対向端面部間に、異なる３つのメカニカルシール５ａ，５ｂ，５ｃを同心状に並列配置して、最小径の第１メカニカルシール５ａと中間径の第２メカニカルシール５ｂとでシールされた小径の第１シール空間６ａ及び第２メカニカルシール５ｂと最大径の第３メカニカルシール５ｃとでシールされた大径の第２シール空間６ｂが形成されている。なお、各シール空間６ａ，６ｂは単一管路の接続部或いは複数管路の集合部として使用される一般的なヘッダと同一機能を発揮させるものであるから、その大きさ（容積）つまり各シール空間６ａ，６ｂの径方向寸法（メカニカルシール５ａ，５ｂ，５ｃの径方向における相互間隔）は機器流路１１，２１と同等又はそれ以上の流量を確保しうるように設定される。

【0037】

各メカニカルシール５ａ，５ｂ，５ｃは、図１〜図３に示す如く、第１ジョイント構成部材３の下端部に固定された固定密封環５１ａ，５１ｂ，５１ｃと、これに上下方向に直対向して、第２ジョイント構成部材４の第２ジョイント構成部分４４の上端部に上下方向（ジョイント軸線方向）に移動可能に保持された可動密封環５２ａ，５２ｂ，５２ｃと、可動密封環５２ａ，５２ｂ，５２ｃを固定密封環５１ａ，５１ｂ，５１ｃへと押圧接触させるべく上方に附勢する複数のコイルスプリング（一つのみ図示）５３ａ…，５３ｂ…，５３ｃ…とを具備するものであり、固定密封環５１ａ，５１ｂ，５１ｃと可動密封環５２ａ，５２ｂ，５２ｃとの対向端面たる密封端面の相対回転摺接作用によりシール機能を発揮する端面接触形のものである。

【0038】

固定密封環５１ａ，５１ｂ，５１ｃは、図３に示す如く、夫々、第１ジョイント構成部材３の下端部にジョイント軸線を中心とする同心状に突設された円筒状突起３ａ，３ｂ，３ｃに外嵌固定されている。

【0039】

可動密封環５２ａ，５２ｂ，５２ｃは、図１〜図３に示す如く、第２ジョイント構成部材４の第２ジョイント構成部分４４の上端部にジョイント軸線を中心とする同心状に突設された円筒状突起４４ａ，４４ｂ，４４ｃに内嵌保持されている。すなわち、各可動密封環５２ａ，５２ｂ，５２ｃは、図３に示す如く、円筒状突起４４ａ，４４ｂ，４４ｃの内周部にＯリング５４ａ，５４ｂ，５４ｃを介してジョイント軸線方向に移動可能に嵌合保持されている。各可動密封環５２ａ，５２ｂ，５２ｃは、上記円筒状突起４４ａ，４４ｂ，４４ｃの上端部に突設したドライブピン５５ａ，５５ｂ，５５ｃを係合させることにより（可動密封環５２ａについては後述するスプリングリテーナ５７ａにドライブピン５５ａを係合させることにより）、上下方向移動を所定範囲で許容された状態で第２ジョイント構成部材４に対する相対回転が阻止されるようになっている。なお、最小径の第１メカニカルシール５ａにおいては、固定密封環５１ａ及び可動密封環５２ａが他のメカニカルシール５ｂ，５ｃの固定密封環５１ｂ，５１ｃ及び可動密封環５２ｂ，５２ｃと若干形状が異なっている。すなわち、図３に示す如く、固定密封環５１ａの外周部には補強リング５６ａが、また可動密封環５２ａの外周部には円盤状のスプリングリテーナ５７ａが、夫々焼き嵌め固定されており、更に可動密封環５２ａの先端部分の内周面が密封端面に向かって先拡がりのテーパ面５８ａに形成されている。また、可動密封環５２ａを押圧附勢するコイルスプリング５３ａは、図３に示す如く、スプリングリテーナ５６ａと前記円筒状突起４４ａとの間に介装されている。

【0040】

而して、両ジョイント構成部材３，４には複数のジョイント流路７，８が形成されるが、この例では、２つのジョイント流路、つまり回転側機器流路１１の上流端（流入口）と固定側機器流路２１の下流端（流出口）とを接続する第１ジョイント流路７及び回転側機器流路１１の下流端（流出口）と固定側機器流路２１の上流端（流入口）とを接続する第２ジョイント流路８が形成されている。

【0041】

各ジョイント流路７，８は、図１及び図２に示す如く、第１ジョイント構成部材３に形成した第１ジョイント通路３１，３２と第２ジョイント構成部材４に形成した第２ジョイント通路４１，４２とをシール空間６ａ，６ｂで相対回転自在に連通接続してなる一連のものである。

【0042】

第１ジョイント流路７の第１ジョイント通路３１は、図１〜図５に示す如く、ジョイント軸線を中心とする第１円環状領域においてその周方向に等間隔を隔てて上下方向に延びる複数の第１分岐ジョイント通路３１ａ…で構成されている。また、第２ジョイント流路８の第１ジョイント通路３２は、図１〜図５に示す如く、第１円環状領域と同心をなし且つ第１円環状領域より大径をなす第２円環状領域においてその周方向に等間隔を隔てて上下方向に延びる複数の第２分岐ジョイント通路３２ａ…で構成されている。

【0043】

これらの分岐ジョイント通路３１ａ…，３２ａ…は、図１〜図５に示す如く、断面一様の円形孔（キリ孔）であり、その内径（断面径）及び数は回転側機器流路１１の分岐機器流路１１ａ…の内径及び数と同一である。すなわち、各分岐ジョイント通路３１ａ，３２ａは各分岐機器流路１１ａと同一流量を確保できるものであり、各分岐ジョイント通路群３１ａ…，３２ａ…の合計流量は、回転側機器流路１１の流量（分岐機器流路群１１ａ…の合計流量）と同一である。

【0044】

各分岐ジョイント通路３１ａ，３２ａの一端は、図１及び図２に示す如く、第１ジョイント構成部材３の上端部に開口されていて、各分岐機器流路１１ａに接続されるようになっている。すなわち、各第１分岐ジョイント通路３１ａの一端は各分岐機器流路１１ａの上流端に接続され、各第２分岐ジョイント通路３２ａの一端は各分岐機器流路１１ａの下流端に接続されるようになっている。

【0045】

各分岐ジョイント通路３１ａ，３２ａの他端は、図１及び図２に示す如く、シール空間６ａ，６ｂの上端部に開口されている。すなわち、第１分岐ジョイント通路３１ａ…の他端は第１シール空間６ａにその周方向に等間隔を隔てて連通接続されており、第２分岐ジョイント通路３２ａ…の他端は第２シール空間６ｂにその周方向に等間隔を隔てて連通接続されている。

【0046】

各第２ジョイント通路４１，４２は、図１及び図２に示す如く、第２ジョイント構成部材４にジョイント軸線を中心として同心状に形成された複数の中空環状のヘッダ空間４１ａ，４２ａの一つと、当該ヘッダ空間４１ａ，４２ａとシール空間６ａ，６ｂとを連通接続する複数の連結通路４１ｂ…，４２ｂ…と、当該ヘッダ空間４１ａ，４２ａに連通接続された一つの幹通路４１ｃ，４２ｃとで構成されている。

【0047】

ヘッダ空間４１ａ，４２ａは、第２ジョイント構成部材４を構成するジョイント構成部分間に形成されている。すなわち、図１及び図２に示す如く、小径の第１ヘッダ空間４１ａは第２、第３及び第４ジョイント構成部分４４，４５，４６で囲繞形成された断面方形の中空環状をなすものであり、大径の第２ヘッダ空間４２ａは第２及び第３ジョイント構成部分４４，４５で囲繞形成された断面方形の中空環状をなすものである。なお、各ヘッダ空間４１ａ，４２ａは単一管路の接続部或いは複数管路の集合部として使用される一般的なヘッダと同一機能を発揮させるものであるから、その大きさ（容積）は、かかる一般的ヘッダと同様に、後述する幹通路４１ｃ，４２ｃを接続するに十分なものとされ、幹通路４１ｃ，４２ｃの流量と同等若しくはそれ以上の流量を確保できるものとされている。

【0048】

各連結通路４１ｂ，４２ｂは、図１及び図２に示す如く、第２ジョイント構成部分４４を上下方向に貫通する断面一様の円形孔（キリ孔）であり、シール空間６ａ，６ｂとヘッダ空間４１ａ，４２ａとを連通接続している。第１シール空間６ａと第１ヘッダ空間４１ａとを連通する第１連結通路４１ｂ…は、両空間６ａ，４１ａにその周方向に等間隔を隔てた複数個所において接続されており、第２シール空間６ｂと第２ヘッダ空間４２ａとを連通する第２連結通路４２ｂ…は、両空間６ｂ，４２ａにその周方向に等間隔を隔てた複数個所において接続されている。なお、第１連結通路４１ｂ…と第２連結通路４２ｂ…とは数及び内径（断面径）を同一とするものである。

【0049】

各幹通路４１ｃ，４２ｃは、図１及び図２に示す如く、一端を第２ジョイント構成部材４の表面（この例では外周面）に開口すると共に他端をヘッダ空間４１ａ，４２ａに連通接続する断面一様の円形孔（キリ孔）である。すなわち、第１ヘッダ空間４１ａに接続される第１幹通路４１ｃは、図１及び図２に示す如く、第３ジョイント構成部分４５に形成されており、その一端（開口）は固定側機器流路２１の下流端（流出口）に接続される。第２ヘッダ空間４２ａに接続される第２幹通路４２ｃは、図１及び図２に示す如く、第２ジョイント構成部分４４に形成されており、その一端（開口）は固定側機器流路２１の上流端（流入口）に接続される。なお、各幹通路４１ｃ，４２ｃの内径（断面径）は固定側機器流路２１と同一に設定されている。すなわち、各幹通路４１ｃ，４２ｃは固定側機器流路２１と同一の流量を確保できるものとされている。

【0050】

以上のように構成された第１発明ジョイントにおいては、これをジョイント軸線を機器軸線に一致させた状態で両機器部材１，２間に装着させて、両機器流路１１，２１間を第１及び第２ジョイント流路７，８で接続した両端閉塞形の循環流動ルートを構築することにより、冷却液等の流体が、固定側機器流路２１に設けられた循環ポンプ等の強制循環手段により、固定側機器流路２１から第１ジョイント流路７つまり第１幹通路４１ｃ、第１ヘッダ空間４１ａ、第１連結通路４１ｂ…、第１シール空間６ａ及び第１分岐ジョイント通路３１ａ…を順次通過して回転側機器流路１１を構成する分岐機器流路１１ａ…に供給され、更に回転側機器流路１１から第２ジョイント流路８つまり第２分岐ジョイント通路３２ａ…、第２シール空間６ｂ、第２連結通路４２ｂ…、第２ヘッダ空間４２ａ及び第２幹通路４２ｃを順次通過して固定側機器流路２１へと循環されことになる。このような循環流動ルートにおいては、各分岐機器流路１１ａの上下流端が各分岐ジョイント通路３１ａ，３２ａに直結されていることから、従来のパラレル形ロータリジョイントのように全分岐機器流路の端部をヘッダ等で集合させた上でジョイント通路に接続させるといった複雑な構造を必要とすることなく、回転機器における第１発明ジョイントとの連結部分（特に、回転側機器部材１における第１ジョイント構成部材３との連結部分）における構造の簡略化及び流体流動の円滑化を図ることができる。

【0051】

而して、各ジョイント流路７，８にあっては、第１に、分岐ジョイント通路３１ａ，３２ａ及び連結通路４１ｂ，４２ｂの数及び内径を幹通路４１ｃ，４２ｃの断面積との関係において、（１）（２）のように設定してある。

【0052】

（１）分岐ジョイント通路３１ａ，３２ａの数Ｎ１及び内径Ｄ１（ないし断面積ａ１）を、幹通路４１ｃ，４２ｃの断面積Ａ２（ないし内径Ｄ２）との関係において、全分岐ジョイント通路３１ａ…，３１ａ…の合計断面積Ａ１（＝ａ１・Ｎ１）が幹通路４１ｃ，４２ｃの断面積Ａ２と同一又はこれより若干大きくなるように設定する。

【0053】

（２）連結通路４１ｂ，４２ｂの数Ｎ３及び内径Ｄ３（ないし断面積ａ３）を、幹通路４１ｃ，４２ｃの断面積Ａ２（ないし内径Ｄ２）との関係において、全連結通路４１ｂ…，４２ｂ…の合計断面積Ａ３（＝ａ３・Ｎ３）が幹通路４１ｃ，４２ｃの断面積Ａ２と同一又はこれより若干大きくなるように設定する。なお、連結通路４１ｂ…，４２ｂ…の合計断面積Ａ３は、一般には、幹通路４１ｃ，４２ｃの断面積Ａ２より若干大きくなるように設定しておくことが好ましい。けだし、このように設定しておくことで、シール空間６ａ，６ｂとヘッダ空間４１ａ，４２ａとの間での流体移動がより円滑に行われることになるからである。なお、連結通路４１ｂ…，４２ｂ…の合計断面積を幹通路４１ｃ，４２ｃの断面積より若干大きくしておく場合で且つ連結通路４１ｂ，４２ｂの内径を分岐ジョイント通路３１ａ，３２ａの内径より若干小さく設定しておく場合には、連結通路４１ｂ，４２ｂの数を分岐ジョイント通路３１ａ，３２ａの数より多く設定しておくことが好ましい。

【0054】

具体的には、例えば、回転側機器流路１１を構成する分岐機器流路１１ａの数Ｎ４、内径Ｄ４及び固定側機器流路２１の内径Ｄ５がＮ４＝４、Ｄ４＝８ｍｍ、Ｄ５＝１６ｍｍである場合、回転側機器流路１１の断面積Ａ４（分岐機器流路１１ａの断面積ａ４（＝π（Ｄ４）²／４＝１６πｍｍ²）×Ｎ４）及び回転側機器流路２１の断面積Ａ５はＡ４＝Ａ５＝６４πｍｍ²となり、幹通路４１ｃ，４２ｃの内径Ｄ２及び断面積Ａ２は固定側機器流路２１の内径Ｄ５及び各機器流路１１，２１の断面積Ａ４，Ａ５に合わせてＤ２＝８ｍｍ、Ａ２＝６４πｍｍ²と設定される。さらに、この幹通路４１ｃ，４２ｃの断面積Ａ２との関係において、分岐ジョイント通路３１ａ，３２ａの数Ｎ１、内径Ｄ１、断面積ａ１及び第１ジョイント通路３１，３２の面積Ａ１（全分岐ジョイント通路３１ａ…，３２ａ…の合計面積（ａ１×Ｎ１））はＮ１（＝Ｎ４）＝４、Ｄ１（＝Ｄ４）＝８ｍｍ、ａ１＝π（Ｄ１）²／４＝１６πｍｍ²、Ａ１＝ａ１・Ｎ１（＝Ａ２＝Ａ４＝Ａ５）＝６４πｍｍ²と設定され、連結通路４１ｂ，４２ｂの数Ｎ３、内径Ｄ３、断面積ａ３及び全連結通路４１ａ…，４２ａ…の合計面積Ａ３（＝ａ３・Ｎ３）はＮ３（＞Ｎ１）＝８、Ｄ３（＜Ｄ１）＝６ｍｍ、ａ３（＜ａ１）＝π（Ｄ１）²／４＝９πｍｍ²、Ａ３（＞Ａ１）＝ａ１・Ｎ１＝７２πｍｍ²と設定される。

【0055】

このように設定することにより、各ジョイント流路７，８の何れの箇所においても断面積が大きく変化することがなく、局部的に流量が大きく減少するようなことがないから、（１）（２）のように設定された第１発明ジョイントを使用することにより両機器流路１１，２１間での流動を円滑に行うことができる。すなわち、幹通路４１ｃ，４２ｃの断面積Ａ１を回転側機器流路１１の断面積Ａ４（分岐機器流路１１ａ…の合計断面積）及び固定側機器流路２１の断面積Ａ５と同一に設定しておくことにより、両機器流路１，２を第１及び第２ジョイント流路７，８で接続することによって構築される両端閉塞形の循環流動ルートにおいて、両機器流路１１，２１の接続部分である各ジョイント流路７，８において大きな流量変化や圧力損失が生じることがなく、当該循環流動ルートにおける流体流動を円滑且つ良好に行うことができる。その結果、循環流動ルートにおいて圧力損失等に起因する流動形態が不安定となるようなことがなく、流動形態が不安定となることによる回転機器の機能障害はこれを確実に防止することができる。

【0056】

例えば、冒頭で述べたＣＭＰ装置におけるターンテーブルの冷却システムに第１発明ジョイントを使用した場合、冷却流体（冷却水等）が、ＣＭＰ装置本体（固定側機器部材）２の冷却流体供給路（固定側機器流路）２１からこれに設けた循環ポンプ等の強制循環手段により第１ジョイント流路７を経てターンテーブル（回転側機器部材）１に均等配置された複数の分岐冷却流路（分岐機器流路）１１ａ…に供給されてターンテーブル１を冷却する。そして、分岐冷却流路１１ａ…を通過した冷却流体は、第２ジョイント流路８を経て冷却流体供給路２１に返戻されて当該供給路２１に設けられたクーラ等の冷却手段により再度冷却された上で、第１ジョイント流路７を経て分岐冷却流路１１ａ…へと循環される。このとき、各ジョイント流路７，８の何れの箇所においても断面積が極端に減少することがなく、しかも各分岐冷却流路１１ａと各ジョイント通路３１ａ，３２ａとが直結されていることから、各分岐冷却流路１１ａと他の分岐冷却流路１１ａとで冷却流体の流動形態が大きく異なることがなく、冷却流体は分岐冷却流路１１ａ…を均等且つ安定した状態で流動されることになる。したがって、ターンテーブル１の冷却温度にバラツキが生じることがなく、ターンテーブル１の全面を均等に冷却することができる。その結果、半導体ウエハの表面研摩処理を良好に行うことができ、半導体ウエハの品質低下を招く虞れがない。

【0057】

また、各ジョイント流路７，８にあっては、第２に、シール空間６ａ，６ｂの径方向幅を分岐ジョイント通路３１ａ，３２ａ及び連結通路４１ｂ，４２ｂとの関係において（３）のように設定してある。

【0058】

（３）シール空間６ａ，６ｂの径方向幅（メカニカルシール５ａ，５ｂ，５ｃ相互の径方向間隔）を、各分岐ジョイント通路３１ａ，３２ａ及び各連結通路４１ｂ，４２ｂを連通接続しうるに必要最小限の大きさに設定してある。

【0059】

このように設定しておくことにより、単一の第１及び第２ジョイント通路をシール空間に接続するようにした従来のパラレル形ロータリジョイントに比して、シール空間６ａ，６ｂの径方向幅が小さくなり、第１発明ジョイントの径方向寸法を大幅に縮小でき、軸線方向寸法も含めた第１発明ジョイントの小型化を実現することができる。

【0060】

すなわち、各ジョイント流路７，８は上記した如く機器流路１１，２１と同一流量を確保できる断面積のものとされているが、各ジョイント流路７，８において、第１ジョイント通路３１，３２及び第２ジョイント通路４１，４２のシール空間６ａ，６ｂへの接続が複数箇所に分散させていて、その個々の接続部分における断面積つまり各分岐ジョイント通路３１ａ，３２ａ及び連結通路４１ｂ，４２ｂの断面積ａ１，ａ３は単一の幹通路４１ｃ，４２ｃの断面積Ａ２より極めて小さくなっており、その内径Ｄ１，Ｄ３も幹通路４１ｃ，４２ｃの内径Ｄ２より極めて小さい。つまり、分岐ジョイント通路３１ａ，３２ａの内径Ｄ１及びは連結通路４１ｂ，４２ｂの内径Ｄ３は、幹通路Ｄ４１ｃ，４２ｃの内径Ｄ２を分岐ジョイント通路数Ｎ１又は連結通路数Ｎ３の平方根で除した寸法となっている（Ｄ１＝Ｄ２／（Ｎ１）^1/2、Ｄ３＝Ｄ２／（Ｎ３）^1/2）。

【0061】

したがって、シール空間６ａ，６ｂの径方向幅は、分岐ジョイント通路３１ａ，３２ａ及び連結通路４１ｂ，４２ｂを接続しうるに必要最小限の寸法、つまりこれらの通路径Ｄ１，Ｄ３と同程度の寸法に設定しておくことができる。なお、連結通路４１ｂ，４２ｂの内径Ｄ３はその数Ｎ３に応じて分岐ジョイント通路３１ａ，３２ａの内径Ｄ１と同程度又はこれより小さくなることから、実質的に、シール空間６ａ，６ｂの径方向幅は分岐ジョイント通路３１ａ，３２ａの内径Ｄ１と同程度の寸法に設定しておけばよい。

【0062】

このようにシール空間６ａ，６ｂの径方向幅を分岐ジョイント通路３１ａ，３２ａの内径Ｄ１（ないし連結通路４１ｂ，４２ｂの内径Ｄ３）と同程度の寸法に設定しておくことにより、幹通路４１ｃ，４２ｃのような単一の通路をシール空間６ａ，６ｂに接続した場合と同等の流量を確保しながらも、かかる場合よりシール空間６ａ，６ｂの径方向寸法を大幅に小さくすることができ、第１発明ジョイントの径方向寸法の縮小ひいては第１発明ジョイント全体の小型化を実現できるのである。

【0063】

ところで、この例では、図１及び図２に示す如く、両ジョイント構成部材３，４に、最小径の第１メカニカルシール５ａの内周側領域を通過する貫通孔１０が形成されており、この貫通孔１０をジョイント流路７，８と異なる流体を流動させる流路として使用するように構成してある。

【0064】

すなわち、貫通孔１０は、図１及び図２に示す如く、ジョイント軸線上を通過して第１ジョイント構成部３の中心部を固定密封環５１ａの内周部へと貫通する断面一様の円形孔である第１貫通路１０ａと、可動密封環５２ａの内周部から第２ジョイント構成部材４における第２ジョイント構成部分４４の円筒状突起４４ａ、第４ジョイント構成部分４６を通過して第３ジョイント構成部分４５をその外周部へと貫通する第２貫通路１０ｂとを構成する。第１貫通路１０ａの開口端は回転側機器部材１に設けられた回転側機器流路１２（例えば、ＣＭＰ装置における研摩液の注入路等）に接続されると共に第２貫通路１０ｂの開口端は固定側機器部材２の固定側機器流路２２（例えば、ＣＭＰ装置における研摩液の供給路等）に接続される。この貫通孔１０によって、流体を固定側機器流路２２から回転側機器流路１２へと流動させる（例えば、ＣＭＰ装置のターンテーブル上に研摩液の注入させる）ことができ、逆に流体を回転側機器流路１２から固定側機器流路２２へと流動させる（例えば、ＣＭＰ装置のターンテーブル上の研摩残渣を真空吸引により排出させる）ことができる。なお、貫通孔１０は、このような流路として使用せず、特許文献２に開示されるような電線挿通路として使用することもできる。

【0065】

また、図６は第２発明に係る多流路形ロータリジョイントの一例を示す縦断正面図であるが、この多流路形ロータリジョイント（以下「第２発明ジョイント」という）は、第１ジョイント構成部材３及びこれに形成される第１ジョイント通路３５，３６の構成を除いて、上記した第１発明ジョイントと同一構成をなすものであるから、第１発明ジョイントと同一構成部分については、図６において、図１〜図５に示す符号と同一の符号を付することにより、その詳細な説明は省略する。

【0066】

すなわち、第２発明ジョイントにおいては、図６に示す如く、第１ジョイント構成部材３が第２ジョイント構成部材４と同様の複合構造物とされている。第１ジョイント構成部材３は、実質的に第１発明ジョイントの第１ジョイント構成部材３と同様の円柱状をなすものであるが、第２発明ジョイントにおいては、図６に示す如く、第１ジョイント構成部分３３とその下端部に取り付けられる第２ジョイント構成部分３４とに上下２分割された構造をなしている。そして、両ジョイント構成部材３，４は、第１ジョイント構成部材３の第２ジョイント構成部分３４の外周部と第２ジョイント構成部材４の第１ジョイント構成部分４３の内周部との間に介装したベアリング９，９により相対回転自在に連結されている。

【0067】

また、第２発明ジョイントにおいては、第１ジョイント流路７の第１ジョイント通路３５及び第２ジョイント流路８の第１ジョイント通路３６が夫々第２ジョイント通路４１，４２と同様に実質的な単一通路構造をなしている。

【0068】

すなわち、各第１ジョイント通路３５，３６は、図６に示す如く、第１ジョイント構成部材３にジョイント軸線を中心として同心状に形成された複数の中空環状のヘッダ空間３５ａ，３６ａの一つと、当該ヘッダ空間３５ａ，３６ａとシール空間６ａ，６ｂとを連通接続する複数の連結通路３５ｂ…，３６ｂ…と、当該ヘッダ空間３５ａ，３６ａに連通接続された一つの幹通路３５ｃ，３６ｃとで構成されている。

【0069】

ヘッダ空間３５ａ，３６ａは、図６に示す如く、第１ジョイント構成部材３を構成するジョイント構成部分３３，３４間に形成されており、第１ジョイント構成部分３３の下端部にジョイント軸線を中心として同心状に形成された環状溝を第２ジョイント構成部分３４で閉塞することにより構成されている。なお、各ヘッダ空間３５ａ，３６ａの径方向（ジョイント軸線方向に直交する方向）断面積は、第２ジョイント通路４１，４２のヘッダ空間４１ｂ，４２ｂと同様に、後述する幹通路３５ｃ，３６ｃを接続するに十分なものとされ、幹通路３５ｃ，３６ｃの流量と同等又はそれ以上の流量を確保できるものとされている。

【0070】

各連結通路３５ｂ，３６ｂは、図６に示す如く、第２ジョイント構成部分３４を上下方向に貫通する断面一様の円形孔（キリ孔）であり、シール空間６ａ，６ｂとヘッダ空間３５ａ，３６ａとを連通接続している。シール空間６ａとヘッダ空間３５ａとを連通する連結通路３５ｂ…は、両空間６ａ，３５ａにその周方向に等間隔を隔てた複数個所において接続されており、シール空間６ｂとヘッダ空間３６ａとを連通する連結通路３６ｂ…は、両空間６ｂ，３６ａにその周方向に等間隔を隔てた複数個所において接続されている。なお、連結通路３５ｂ，３６ｂの数及び内径（断面径）は、第２ジョイント通路４１，４２の連結通路４１ｂ，４２ｂと同一に設定されている。

【0071】

各幹通路３５ｃ，３６ｃは、図６に示す如く、第１ジョイント構成部分３３を上下方向に貫通してヘッダ空間３５ａ，３６ａに連通接続する断面一様の円形孔（キリ孔）である。第１ジョイント流路７の幹通路３５ｃは回転側機器流路１１の上流端（流入口）に接続され、第２ジョイント流路８の幹通路３６ｃは回転側機器流路１１の下流端（流出口）に接続されている。なお、回転側機器流路１１が前記した如く複数の分岐機器流路１１ａ…で構成されている場合には、分岐機器流路群１１ａ…の上流端及び下流端を夫々集合させて、その集合部が幹通路３５ｃ，３６ｃに接続される。また、幹通路３５ｃ，３６ｃの内径（断面径）は、第２ジョイント通路４１，４２の幹通路４１ｃ，４２ｃと同一に設定されている。

【0072】

而して、第２発明ジョイントにおいては、前記（２）と同様に、連結通路３５ｂ，３６ｂ及び連結通路４１ｂ，４２ｂの数Ｎ３及び内径Ｄ３（ないし断面積ａ３）は、幹通路３５ｃ，３６ｃ及び４１ｃ，４２ｃの断面積Ａ２（ないし内径Ｄ２）との関係において、全連結通路３５ｂ…，３６ｂ…及び４１ｂ…，４２ｂ…の合計断面積Ａ３（＝ａ３・Ｎ３）が幹通路３５ｃ，３６ｃ及び４１ｃ，４２ｃの断面積Ａ２（＝Ａ７）と同一又はこれより若干大きくなるように設定される。また、シール空間６ａ，６ｂの径方向幅（メカニカルシール５ａ，５ｂ，５ｃ相互の径方向間隔）は、前記（３）と同様に、各連結通路３５ｂ，３６ｂ及び４１ｂ，４２ｂを連通接続しうるに必要最小限の大きさ、つまり連結通路３５ｂ，３６ｂ及び４１ｂ，４２ｂの内径Ｄ３と同等の寸法に設定されている。

【0073】

したがって、上記のように構成された第２発明ジョイントにあっても、第１発明ジョイントと同様に、両機器流路１１，２１を第１及び第２ジョイント流路７，８で接続することによって構築される両端閉塞形の循環流動ルートにおいて、両機器流路１１，２１の接続部分である各ジョイント流路７，８において大きな流量変化や圧力損失が生じることがなく、当該循環流動ルートにおける流体流動を円滑且つ良好に行うことができる。その結果、循環流動ルートにおいて圧力損失等に起因する流動形態が不安定となるようなことがなく、流動形態が不安定となることによる回転機器の機能障害はこれを確実に防止することができる。

【0074】

しかも、シール空間６ａ，６ｂの径方向幅を連結通路３５ｂ，３６ｂ，４１ｂ，４２ｂの内径Ｄ３と同程度の寸法に設定しておくことにより、幹通路３５ｃ，３６ｃ，４１ｃ，４２ｃのような単一の通路をシール空間６ａ，６ｂに接続した場合と同等の流量を確保しながらも、かかる場合よりシール空間６ａ，６ｂの径方向寸法を大幅に小さくすることができ、第２発明ジョイントの径方向寸法の縮小ひいては第２発明ジョイント全体の小型化を実現できる。

【0075】

なお、第１及び第２発明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。

【0076】

例えば、第１及び第２発明に係る多流路ロータリジョイントにおけるジョイント流路７，８の数、分岐ジョイント通路３１ａ，３２ａ及び連結通路３５ｂ，３６ｂ，４１ｂ，４２ｂ、…の数及び内径（断面径）並びに幹通路３５ｃ，３６ｃ，４１ｃ，４２ｃの内径（断面径）は、当該ロータリジョイントを使用する回転機器の形態ないし用途に応じて適宜に設定することができる。また、上記した第１及び第２発明ジョイントにおいては、ヘッダ空間３５ａ，３６ａ，４１ａ，４２ａを形成するために、これが形成されるジョイント構成部材を複数のジョイント構成部分３３，３４，４３，４４，４５，４６に分割された複合構造物としたが、当該ジョイント構成部材はこれをプラスチック製の一体構造物とすることも可能である。また、第１及び第２発明に係る多流路ロータリジョイントは、ＣＭＰ装置のターンテーブル冷却システムにおける如き両端閉塞形の循環流動ルートを構築する場合の他、一端開放形の流動ルートを構築する場合にも使用することができ、上記した第１及び第２発明ジョイントと同様の作用効果を奏しうる。また、第１及び第２発明に係る多流路形ロータリジョイントは、第１ジョイント構成部材３を固定側機器部材に取り付け且つ第２ジョイント構成部材４を回転側機器部材に取り付けるような形態で使用することも可能である。

【符号の説明】

【0077】

１ 回転側機器部材
２ 固定側機器部材
３ 第１ジョイント構成部材
４ 第２ジョイント構成部材
５ａ メカニカルシール（第1メカニカルシール）
５ｂ メカニカルシール（第２メカニカルシール）
５ｃ メカニカルシール（第３メカニカルシール）
６ａ シール空間(第１シール空間)
６ｂ シール空間(第２シール空間)
７ ジョイント流路(第１ジョイント流路)
８ ジョイント流路(第２ジョイント流路)
９ ベアリング
１０ 貫通孔
１１ 回転側機器流路
１１ａ 分岐機器流路
２１ 固定側機器流路
３１ 第１ジョイント通路
３１ａ 分岐ジョイント通路
３２ 第１ジョイント通路
３２ａ 分岐ジョイント通路
３３ ジョイント構成部分
３４ ジョイント構成部分
３５ 第１ジョイント通路
３５ａ ヘッダ空間
３５ｂ 連結通路
３５ｃ 幹通路
３６ 第１ジョイント通路
３６ａ ヘッダ空間
３６ｂ 連結通路
３６ｃ 幹通路
４１ 第２ジョイント通路
４１ａ ヘッダ空間
４１ｂ 連結通路
４１ｃ 幹通路
４２ 第２ジョイント通路
４２ａ ヘッダ空間
４２ｂ 連結通路
４２ｃ 幹通路
４３ ジョイント構成部分
４４ ジョイント構成部分
４５ ジョイント構成部分
４６ ジョイント構成部分
５１ａ 固定密封環
５１ｂ 固定密封環
５１ｃ 固定密封環
５２ａ 可動密封環
５２ｂ 可動密封環
５２ｃ 可動密封環
５３ａ コイルスプリング
５３ｂ コイルスプリング
５３ｃ コイルスプリング
５４ａ Ｏリング
５４ｂ Ｏリング
５４ｃ Ｏリング
５５ａ ドライブピン
５５ｂ ドライブピン
５５ｃ ドライブピン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】