(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、上記ハウジング内にて回動可能に取り付いている筒状のロータであって、ユニオンと当該ロータを通る流体を受けるようにした回転装置と結合する筒状ロータと、上記ハウジング内にて軸方向に移動可能としたキャリア部材と、ロータに取り付いていて且つロータと共に回転する回転型の第１のシール部材と、上記ハウジング内第１の位置と第２の位置との間を軸方向に移動可能となるように上記キャリア部材に取り付いた非回動型の第２のシール手段とを有し、上記第１の位置は上記第２のシール部材が上記第１のシール部材から離れた位置であり、上記第２の位置は上記第２のシール部材と上記第１のシール部材が互いに係合してロータと筒状キャリアとの間において回転型の機械的シールを形成するようにしてなり、
更に上記ハウジングに取り付いてロータの回転を保持するベアリング手段と、回転ユニオンと協働して上記ベアリング手段を冷却する内部冷媒手段とを有してなり、
上記冷媒手段は、上記ロータから半径方向外側に等間隔に張り出して上記ロータと上記ベアリング手段との間に空気循環をもたらし上記ベアリング手段を冷却する複数のフィンを備えてなる、デュオフロー型回転ユニオン。
【請求項２】
上記ベアリング手段は、単一のクロスローラベアリングまたは４点接触型ボールベアリング構造体である請求項１の回転ユニオン。
【請求項３】
上記複数のフィン部材は８個のフィン部材である請求項２の回転ユニオン。
【請求項４】
上記冷媒手段は、更にロータの外側壁に円周状の環状凹所を有し、上記環状凹所は環状のシール部材で囲まれており、上記環状のシール部材は上記環状凹所の近傍に張り出して上記ロータの外側壁と上記環状シール部材との間に空域を形成し、これにより上記ベアリング手段を回転ユニオンを通る高温流体から隔離するようにしてなる、請求項１の回転ユニオン。
【請求項５】
上記ハウジングは、回転する上記第１のシール手段と、上記非回転の第２のシール手段とを連通する複数のポートを有し、これにより中性緩衝ガスが導入されて機械的シールから漏れたオイルの酸化を抑制するようにしてなる、請求項１の回転ユニオン。
【請求項６】
上記複数のフィン部材は６個のフィン部材である請求項１の回転ユニオン。
【請求項７】
上記冷媒手段は、上記ロータの上記フィン部材の周囲を延びて配列された環状通路を有しており、更に空気冷媒を移送して上記ロータと上記ベアリング手段との間に空気循環を形成して上記ベアリング手段を冷却してなる、請求項１の回転ユニオン。
【請求項８】
ハウジングと、上記ハウジング内にて回動可能に取り付いている筒状のロータであって、ユニオンと当該ロータを通る流体を受けるようにした回転装置と結合する筒状ロータと、上記ハウジング内にて軸方向に移動可能としたキャリア部材と、ロータに取り付いていて且つロータと共に回転する回転型の第１のシール部材と、上記ハウジング内の第１の位置と第２の位置との間を軸方向に移動可能となるように上記キャリア部材に取り付いた非回動型の第２のシール部材とを有し、上記第１の位置は上記第２のシール部材が上記第１のシール部材から離れた位置であり、上記第２の位置は上記第２のシール部材と上記第１のシール部材が互いに係合してロータと筒状キャリアとの間において回転型の機械的シールを形成するようにしてなり、
更に上記ハウジングに取り付いてロータの回転を保持するベアリング手段と、回転ユニオンと協働して上記ベアリング手段を冷却する内部冷媒手段とを有してなり、
上記冷媒手段は、ロータの外側壁に設けた円周状の環状凹所を有し、この環状凹所の周りに張り出した環状の絶縁部材によってロータの外側壁を囲む構成として、上記ロータの外側壁と上記絶縁部材との間に空域を形成することで、上記ベアリング手段を上記回転ユニオンを通る高温流体から隔絶してなる、回転ユニオン。
【請求項９】
上記ベアリング手段は、単一のクロスローラベアリングまたは４点接触型ボールベアリング構造体である請求項８の回転ユニオン。
【請求項１０】
上記ハウジングは回転する第１のシール手段と非回転型の第２のシール部材とを連通するように配置されたポートを有して、中性緩衝ガスの導入を許容して、機械的シールから漏れた高温オイルの酸化を抑制するようにしてなる、請求項８の回転ユニオン。
【請求項１１】
ハウジングと、上記ハウジング内にて回動可能に取り付いている筒状のロータであって、ユニオンと当該ロータを通る流体を受けるようにした回転装置と結合する筒状ロータと、上記ハウジング内にて軸方向に移動可能としたキャリア部材と、ロータに取り付いていて且つロータと共に回転する回転型の第１のシール部材と、上記ハウジング内第１の位置と第２の位置との間を軸方向に移動可能となるように上記キャリア部材に取り付いた非回動型の第２のシール手段とを有し、上記第１の位置は上記第２のシール部材が上記第１のシール部材から離れた位置であり、上記第２の位置は上記第２のシール部材と上記第１のシール部材が互いに係合してロータと筒状キャリアとの間において回転型の機械的シールを形成するようにしてなり、
更に上記ハウジングに取り付いてロータの回転を保持するベアリング手段と、回転ユニオンと協働して上記ベアリング手段を冷却する内部冷媒手段とを有してなり、
上記冷媒手段は、上記ロータから半径方向外側に等間隔に張り出して上記ロータと上記ベアリング手段との間に空気循環をもたらし上記ベアリング手段を冷却する複数のフィンを備えてなる、モノフロー型回転ユニオン。
【請求項１２】
上記ベアリング手段は単一のクロスローラベアリングである、請求項１１の回転ユニオン。
【請求項１３】
上記複数のフィン部材は８個のフィン部材である請求項１２の回転ユニオン。
【請求項１４】
上記冷媒手段は、更にロータの外側壁に円周状の環状凹所を有し、上記環状凹所は環状のシール部材で囲まれており、上記環状のシール部材は上記環状凹所の近傍に張り出して上記ロータの外側壁と上記環状シール部材との間に空域を形成し、これにより上記ベアリング手段を回転ユニオンを通る高温流体から隔離するようにしてなる、請求項１１の回転ユニオン。
【請求項１５】
上記ハウジングは、回転する上記第１のシール手段と、上記非回転の第２のシール手段とを連通する複数のポートを有し、これにより中性緩衝ガスが導入されて、機械的シールから漏れたオイルの酸化を抑制するようにしてなる、請求項１１の回転ユニオン。
【請求項１６】
上記複数のフィン部材は６個のフィン部材である請求項１１の回転ユニオン。
【請求項１７】
上記冷媒手段は、上記ロータの上記フィン部材の周囲を延びて配列された環状通路を有しており、更に空気冷媒を移送して上記ロータと上記ベアリング手段との間に空気循環を形成して上記ベアリング手段を冷却してなる、請求項１１の回転ユニオン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気、高温水、高温油を用いるなどの高温環境下で特に有用な回転ユニオン（ロータリーユニオン）結合装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、回転ユニオンは、紙やプラスチック或いは織物の製造処理において広く使用されており、流体源の出口を回転ドラム或いは円筒ロールに結合したり、或いは開放型の紙製造機に結合されている。流体源をこのような回転装置に結合する公知の回転ユニオンにおいて、回転ユニオンは炭素ジャーナルベアリングか、或いは二重ボールベアリングを採用することでロータの整合を維持しジョイント結合体の負荷を吸収している。しかしながら、このようなボールベアリング集成体は約１２５℃の最大温度範囲に限定されてしまうことであり、その理由は上記の温度を越えると通常のベアリング材質では熱的な安定性が無いからである。更に、回転ユニオン内において上記ボールベアリング集成体を回転ベアリングとして使用するに際し、ボールベアリング集成体はグリスなどの潤滑剤を用いなければならず、このことはベアリングの温度制限によってベアリング構造体の使用を使用温度に効果的に制限されることになる。 更に、かようなボールベアリング集成体は熱伝達型オイルによって円滑状態にすることが可能であり、このオイルは比較的潤滑性が悪く、従って、集成体自体が少なくとも二重ベアリング構造を有して回転ユニオンにおける回転ロータを保持することが要求される。
回転ユニオンのボールベアリングの別の利用としては、多重シールの集成体構造を要求されると共に、外部バッファ装置を備えてカーボンベアリング材の熱安定性を維持することが必要である。従って、このようなベアリング構造は高価となり、余分な空間を必用とするものである。従って、高温でも使用可能であって、且つ構造簡単な回転ユニオンが要求されるのであれば、上記のようなベアリング集成体は自ずとその用途が制限されるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、軸方向、半径方向及び揺動的な負荷に対応できるように配置された単一型特殊軸受け部（single special bearing portion）を使用した回転ユニオン集成体を提供することである。
【０００４】
本発明の別の目的は、軸方向、半径方向及び揺動的な負荷に対応できるように配置された単筒型の、クロスシリンダ状のローラベアリング、または単一型で４点接触型ボールベアリング構造体を採用した回転ユニオン集成体を提供することである。
【０００５】
本発明の更に別の目的は、回転ロータ内に絶縁エアポケット（即ち、空域）を備えて回転ユニオン集成体のベアリング部を冷却する作用を有する回転ユニオン集成体を提供することである。
【０００６】
本発明の更に他の目的は、回転ロータに配列された一体構造のフィンを有し、回転ユニオンの一部若しくはベアリング構造体に対して空気循環をもたらし、ベアリング温度を作動温度の範囲内に保持することのできる回転ユニオンを提供することである。
【０００７】
本発明の別の目的は、半径方向及び軸方向に位置するベアリング集成体をロータに対して間隔をおいて配置し、回転ユニオンからベアリング集成体への熱伝達を最小に抑えることのできる回転ユニオン集成体を提供することである。
【０００８】
本発明の更に別の目的は、機械的接顔（フェースシール：face seal）構成の回転ユニオンを提供することである。
【０００９】
本発明の更に別の目的は、機械的な接顔集成体と作動的に協働する中性緩衝ガスポートを備えて、上記接顔から漏れた高温のオイルが酸化するのを抑制することのできる回転ユニオン集成体を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その一実施例において、回転ジョイント若しくはユニオン集成体は、円筒状のハウジングと、エンドキャップ又はヘッド部材と、筒状ロータ部材と、ロータベアリング集成体と、機械的面シール集成体とを有し、上記接顔部集成体は筒状ロータの端部に保持された回転シール部材と、ハウジング内に位置して軸方向に移動可能な保持体（キャリア）若しくはスリーブ部材に装着された非回転型シール部材とを備えている。上記筒状ロータはハウジング内に取り付いており、且つ、単一のベアリング集成体を備えたロータベアリング集成体によって、上記筒状ロータは、非加熱安定状態にて非回転シール部材と軸方向に整合され、且つハウジングの深座ぐり（counterbore）に設置されている。ベアリング構造体の外側レース（軌道）部材はハウジングに保持され、ベアリング部材の内側レース（軌道）部材はロータ部材の肩部に保持されている。
【００１１】
上記筒状ロータ部材は冷却手段を備え、この冷却手段がロータ壁に位置した周状（円周方向）の凹所を有している。この周状凹所は環状のシール若しくは絶縁部材によって放射状に取り囲まれていてロータと環状シール部材との間にエアポケット若しくは空域を形成し、ベアリング構造体を、ローターを流れる高温流体から遮断している。また、上記冷却手段はロータから半径方向外側に張り出した複数のフィンを備え、ベアリング集成体の周り及びその後方の空気循環を促進し、これによって外部供給型の冷却手段無しで、およそ１２０℃の許容範囲内のレベルの温度内にてベアリング温度を維持することができる。
【００１２】
円筒状のハウジング内にてベアリング集成体を半径方向及び軸方向に配置することで、回転集成体の作動中においてベアリングの作動温度を最低とすることによって、ベアリング効率を最大とすることができる。ベアリング集成体は、比較的潤滑性に乏しい熱伝達オイルによってベアリングを潤滑状態とする必要のない、単一型の特殊軸受け構造を有している。また、このベアリング構造体は、回転ロータに対してハウジング内で軸方向に配置されているために、ロータの半径方向と軸方向との双方の負荷を操作し、ロータの全方向において改良された枢支状態を提供する。従って、この単一型特殊軸受け構造体は、炭素ジャーナル型のベアリングに比べて遙かに高い負荷と速度範囲をもたらすものであり、他方、更にコンパクト構造であるために従来のような二重ボールベアリング構造よりも非常に少ないスペースで良いことになる。
【００１３】
本発明は、以下に図面を参照して詳細を説明するように、新規な構成を備えたものであり、本発明の技術的思想の範囲内で種々変更が可能である。
【００１４】
【実施例】
先ず、図１はデュオフロー（duoflow）型回転ユニオン若しくはジョイント集成体１０を示しており、これが流体源を回転ドラムまたはカレンダローラ（図示せず）に結合するように形成されている。回転ユニオン集成体１０は、円筒状のハウジング１２と、エンドキャップ若しくはヘッド部材１４と、筒状ロータ部材１１と、ロータベアリングおよび機械的接顔（フェイスシール）集成体１８とを備えている。上記機械的接顔集成体１８は、筒状ロータ１１の端部１１ａに取り付けた回転接顔部材２２を有すると共に、キャリアスリーブ集成体２４に取り付いた第２の非回転シール部材２２とを備えており、これが第１の位置と第２の位置との間を軸方向に移動可能となっている。ここで、上記第１の位置は、上記第２のシール部材が上記第１のシール部材から離れた状態であり、上記第２の位置は、上記第２のシール部材と上記第１のシール部材とが互いに係合してロータとキャリアとの間のシールを構成している状態である。筒状ロータ１１は軸方向の排出孔若しくは通路１７を備えている。
【００１５】
ロータベアリング集成体３０は、非熱安定状態で位置し、且つ、ロータ１１の内部軸体１１ｂを囲んでいるハウジング１２内の深座ぐりに載置された単一型の特殊軸受け集成体３２を備えている。前記ベアリング集成体３０の外側のレース部材３４はハウジング１２に保持され、内側のレース部材３６は構造的に配列されてロータ部材１１の肩部２５と協働するようになっており、これによってロータの回転を保持している。
【００１６】
ハウジング１２、又は前記終端キャップ若しくはヘッド部材１４は、フランジ部２６を備えており、従来周知の技術によりユニオンを作動結合させて、連結媒体の供給と取り外しをなしている。図１と図３にはデュオフロー型ユニオンが図示されており、これがそれぞれ第１と第２のポート（口部）２８，２９を備え、また、図４と図５には単一のポート２８を備えたモノフロー（monoflow）型のユニオンが図示されている。
【００１７】
本発明において、筒状ロータ部材１１はその周囲に延びた絶縁性の空隙若しくは空域４０を有している。上記空域４０は外側ロータ壁１３の凹所４２で画成されていると共に、ロータ壁１３の凹所に位置しており、上記ロータ壁１３は絶縁部材４４によって放射状に囲繞され且つシールされている。上記空域４０は、ロータ１１の排出通路１７を介して流れる高温流体から上記ベアリング集成体を絶縁している。図２に示すとおり、ロータ１１はロータに対して等間隔で配置され且つロータから外側に張り出した複数のフィン４６を備えており、ベアリング集成体３０の周囲及びその後方の空気の循環を助長し、これによって外部の冷却手段を要することなく約１２０℃の容認レベル内のベアリング温度を維持することになる。
【００１８】
図２に示すように、本発明の一実施例においては、８個のフィンを設けてあり、これがロータから半径方向外側に張り出した構成を示している。しかしながら、フィンの数については適宜選択可能であり、ロータの周りのフィン間の距離が等間隔にバランス良く形成されていれば都度変更可能である。フィン回転に起因する空気冷却によって、空気冷媒をフィン４６間の空隙５７に導き、ベアリング集成体を冷却し、且つ、非加熱安定型ベアリングをベアリング集成体に使用できるようにしている。更には、ベアリング集成体３０を上記円筒状のハウジング１２内にて上記半径方向及び軸方向の配置とすることで、回転集成体の作動中ベアリングの作動温度を最低とすることができるので、ベアリング効率を最大に高めることができる。かくて、デュオフロー型回転ジョイント１０（図３）とモノフロー型の回転ジョイント１０（図５）の作動条件によって、図３及び図５の矢印で示すようにベアリング集成体３０の周りに空気冷媒を流すことが可能となる。
【００１９】
図１と図４に示す本発明の実施例において、デュオフロー型回転ジョイント１０（図１）とモノフロー型の回転ジョイント１０（図４）は、もしベアリング構造体の周囲と後部における空気冷媒の流れを増大させたい場合には、回転ユニオンはロータ１１の周囲に配列された環状通路５４を設けて送風機５６からフィン４６間の空隙５７を介して空気冷媒を導いて、ベアリングハウジングの冷却を促進するようにすることもできる。この構成を図１と図４に示す。
【００２０】
本願の回転ユニオンの新規構成では、筒状ロータの端部１１ａに回転シール部材２０を取り付けて、キャリア集成体２４に取り付けた非回転シール部材２２に関連して機械的シールを構成する。図１及び図３乃至５において、上記非回転シール部材２２は別個に取り付けたバネ付勢型の保持部材２３と縦列配置され、上記バネ付勢の保持部材２３によって非回転型シールが浮き上がり、これによって、回転ユニオン１０の作動中における温度勾配からくる
シール面の歪みを最小にする。
【００２１】
図１と図３乃至５に示すように、円筒状のハウジングは、冷媒ユニオンの機械的なシールを囲むキャビティと連通するポート（口部）５０を有している。このポートにより、窒素などの中性緩衝ガスの注入が可能となり、ポート５０を介してキャビティ５２に導くこととなり、機械的シール面（接顔）集成体１８から漏れた高温オイルの酸化を抑制することができる。中性緩衝ガスを使用することによって、機械的な接顔部（即ち、フェースシール）のいかなるシール漏れをも制御でき、良好な環境保護をもたらし、流体への人体の露出も最小とすることができる。
【００２２】
単一型特殊軸受け構成が好ましいのは、この構成が潤滑性では比較的乏しい熱伝達オイルによって滑らかにする必要がない、という理由からである。従って、絶縁の空域の使用と関連するフィン構造によって、ベアリング集成体の周りの優れた空気循環を得ることができ、ベアリング集成体の温度を許容できる範囲の作動レベル内に維持することができる。
【００２３】
更に、単一型のベアリング構造は、ロータに対してハウジング内で軸方向に配置されているために、回転するロータの半径方向の負荷と軸方向の負荷の双方を扱い、且つロータの全ての方向の改善された保持をもたらすものである。前記特殊軸受け構造によって、炭素ジャーナル型のベアリングよりも遙かに高い負荷と速度能力とを呈し、また、構成としては更にコンパクトにすることができて、従来公知の対となるジャーナルボールベアリングよりも少ないスペースとすることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、その一実施例において説明したように、回転ジョイント若しくはユニオン集成体は、円筒状のハウジングと、端末キャップ又はヘッド部材と、筒状ロータ部材と、ロータベアリング集成体と、機械的面シール集成体とを有し、上記面シール集成体は筒状ロータの端部に保持された回転シール部材と、ハウジング内に位置して軸方向に移動可能な保持体（キャリア）若しくはスリーブ部材に装着された非回転型シール部材とを備えている。上記筒状ロータはハウジング内に取り付いており、且つ、単一のベアリング集成体を備えたロータベアリング集成体によって、上記筒状ロータは、非加熱安定状態にて非回転シール部材と軸方向に整合され、且つハウジングの深座ぐりに設置されている。ベアリング構造体の外側レース部材はハウジングに保持され、ベアリング部材の内側レース部材はロータ部材の肩部に保持されている。
【００２５】
そして、上記筒状ロータ部材は冷却手段を備え、この冷却手段がロータ壁に位置した周状（円周方向）の凹所を有している。この周状凹所は環状のシール若しくは絶縁部材によって放射状に取り囲まれていてロータと環状シール部材との間にエアポケット若しくは空域を形成し、ベアリング構造体を、ローターを流れる高温流体から遮断している。また、上記冷却手段はロータから半径方向外側に張り出した複数のフィンを備え、ベアリング集成体の周り及びその後方の空気循環を促進し、これによって外部供給型の冷却手段無しで、およそ１２０℃の許容範囲内のレベルの温度内にてベアリング温度を維持することができる。
【００２６】
円筒状のハウジング内にてベアリング集成体を半径方向及び軸方向に配置することで、回転集成体の作動中においてベアリングの作動温度を最低とすることによって、ベアリング効率を最大とすることができる。ベアリング集成体は、比較的潤滑性に乏しい熱伝達オイルによってベアリングを潤滑状態とする必要のない、単一型の特殊軸受け構造を有している。また、このベアリング構造体は、回転ロータに対してハウジング内で軸方向に配置されているために、ロータの半径方向と軸方向との双方の負荷を扱い、ロータの全方向において改良された枢支状態を提供する。従って、この単一型特殊軸受け構造体は、炭素ジャーナル型のベアリングに比べて遙かに高い負荷と速度範囲をもたらすものであり、加えて、更にコンパクト構造であるために従来のような二重ボールベアリング構造よりも非常に少ないスペースで良いことになる等の数々の作用効果を奏することができるものである。
【００２７】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるによる、デュオフロー型の回転ジョイントを示す図である。
【図２】第１図の２−２線に沿って破断した端面図である。
【図３】本発明の更に別の実施例によるデュオフロー型回転ジョイントの断面図であある。
【図４】図１に示す実施例による、本発明のモノフロー型回転ジョイントの断面図である。
【図５】図３に示す実施例による、本発明のモノフロー型回転ジョイントの断面図である。
【符号の説明】
１０  回転ユニオン集成体
１１  筒状ロータ部材
１２  円筒ハウジング
１４  ヘッド部材
１７  通路
１８  シール集成体
２０  回転接顔（フェースシール）部材
２２  非回転の第２のシール部材
２３  保持部材
２４  キャリアスリーブ集成体
２５  肩部
２８，２９，５０  ポート
３０  ベアリング集成体
３４  外側レース部材
４０  空域
４２  凹所
４６  フィン
５２  キャビティ
５６  送風機
５７  空隙
【図１】
0003706013.tif 000002
【図２】
0003706013.tif 000003
【図３】
0003706013.tif 000004
【図４】
0003706013.tif 000005
【図５】
0003706013.tif 000006