(57)【要約】【課題】メカニカルシールのシール面が潤滑不足に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のケース体２は、環状空間Ａの最下部に配置された第一及び第二密封環１１Ａ，１２Ａのシール面２１，２２間よりも上方から、シール面２１，２２間を潤滑する封液を環状空間Ａの下端部に供給するための入口流路１５１を有する円環状のフランジ１３２Ａを備えている。入口流路１５１は、フランジ１３２Ａの外周側で開口する流入口１５１ａと、フランジ１３２Ａの下面のみで開口する流出口１５１ｂとを有する。フランジ１３２Ａには、入口流路１５１の流出口１５１ｂから周方向に離れた位置において、当該流出口１５１ｂから環状空間Ａに供給された封液を、フランジ１３２Ａの上方へ導くための貫通孔４６，４７が上下方向に貫通して形成されている。【選択図】図４
2017110702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被密封流体が流れる第一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第二流路が外周側で開口して形成されている軸体と、
前記ケース体と前記軸体との間に形成される環状空間の軸方向に複数設けられ、当該環状空間を区画して前記第一流路と前記第二流路とを繋ぐ流路を形成するためのメカニカルシールと、を備え、
前記メカニカルシールは、前記ケース体に取り付けられていると共に環状の第一シール面を軸方向の一方側に有する第一密封環、前記軸体に取り付けられていると共に前記第一シール面に摺接する環状の第二シール面を有する第二密封環、及び前記第一密封環に沿って周方向に複数設けられ当該第一密封環に軸方向力を与えて前記第一シール面を前記第二シール面に対して押し付ける弾性部材を有するロータリジョイントであって、
前記ケース体は、
前記環状空間の最も軸方向一方側に配置された前記第一及び第二密封環のシール面間よりも軸方向他方側から、前記各メカニカルシールの前記シール面間を潤滑する封液を前記環状空間の軸方向一端部に供給するための入口流路を有し、かつ前記ケース体の軸方向一端部の一部を構成する円環状のフランジと、
前記ケース体の軸方向他端部に形成され、前記環状空間の軸方向他端部から前記封液を外部へ排出するための出口流路と、を備え、
前記入口流路は、前記フランジの外周側で開口する流入口と、前記フランジの軸方向一端面のみで開口する流出口と、を有し、
前記フランジには、前記入口流路の流出口から周方向に離れた位置において、当該流出口から前記環状空間に供給された前記封液を、前記フランジの軸方向他方側へ導くための貫通孔が軸方向に貫通して形成されていることを特徴とするロータリジョイント。
【請求項２】
被密封流体が流れる第一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第二流路が外周側で開口して形成されている軸体と、
前記ケース体と前記軸体との間に形成される環状空間の軸方向に複数設けられ、当該環状空間を区画して前記第一流路と前記第二流路とを繋ぐ流路を形成するためのメカニカルシールと、を備え、
前記メカニカルシールは、前記ケース体に取り付けられていると共に環状の第一シール面を軸方向の一方側に有する第一密封環、前記軸体に取り付けられていると共に前記第一シール面に摺接する環状の第二シール面を有する第二密封環、及び前記第一密封環に沿って周方向に複数設けられ当該第一密封環に軸方向力を与えて前記第一シール面を前記第二シール面に対して押し付ける弾性部材を有するロータリジョイントであって、
前記ケース体は、
前記ケース体の軸方向一端部に形成され、前記各メカニカルシールの前記第一及び第二密封環のシール面間を潤滑する封液を前記環状空間の軸方向一端部に供給するための入口流路と、
前記環状空間の最も軸方向他方側に配置された前記第一及び第二密封環のシール面間よりも軸方向一方側から前記封液を外部へ排出するための出口流路を有し、かつ前記ケース体の軸方向他端部の一部を構成する円環状のフランジと、を備え、
前記出口流路は、前記フランジの軸方向他端面のみで開口する流入口と、前記フランジの外周側で開口する流出口と、を有し、
前記フランジには、前記出口流路の流入口から周方向に離れた位置において、前記封液を前記フランジの軸方向一方側から軸方向他方側へ導くための貫通孔が軸方向に貫通して形成されていることを特徴とするロータリジョイント。
【請求項３】
前記フランジには、前記各弾性部材が挿通される複数の挿通孔が、前記フランジを軸方向に貫通して形成されており、
前記挿通孔が前記貫通孔を兼ねている請求項１又は２に記載のロータリジョイント。
【請求項４】
前記フランジには、前記第一密封環を回り止めするピンが挿入されるピン孔が、前記フランジを軸方向に貫通して形成されており、
前記ピン孔が前記貫通孔を兼ねている請求項１〜３のいずれか一項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、メカニカルシールを備えている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ＣＭＰ装置（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ装置）が用いられており、このＣＭＰ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、研磨残渣液等の被密封流体が流れる。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、これら部材間を接続するジョイント部には、独立した流体通路が複数必要である。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】
図７は、従来のロータリジョイントの縦断面図である。このロータリジョイントは、筒形のケース体８０と、このケース体８０内に回転可能として設けられている軸体８３と、これらケース体８０と軸体８３との間の空間８４に設けられている複数のメカニカルシール８６とを備えている。
ケース体８０は、最上部および最下部にそれぞれ配置された端部フランジ８０Ａ，８０Ｃと、これら端部フランジ８０Ａ，８０Ｃ間において上下方向に積み重ねられた複数の流路フランジ８０Ｂとを有している。
【０００４】
メカニカルシール８６は、ケース体８０に取り付けられている第一密封環９１と、軸体８３と一体回転する第二密封環９２と、複数のコイルスプリング９７とを有している。そして、このロータリジョイントには複数の独立した流体通路８５が設けられている。
なお、コイルスプリング９７は、ケース体８０の流路フランジ８０Ｂにおいて上下方向に貫通形成された挿通孔９８に挿通した状態で保持されている。
【０００５】
軸体８３は、軸本体８７と、この軸本体８７に外嵌しているスリーブ８９とを有している。スリーブ８９は、メカニカルシール８６の第二密封環９２と、軸方向に沿って交互に配置されている。そして、押し付け部材９０がボルト９０ａによって軸本体８７に締め付けられることにより、スリーブ８９及び第二密封環９２は軸方向に押し付けられる。この押し付け部材９０の押し付け力により、第二密封環９２とスリーブ８９とを相互に押し付けた状態とし、相互間の摩擦力によって全てのスリーブ８９及び第二密封環９２が、軸本体８７と一体回転可能となる。
【０００６】
ケース体８０には、外周側及び内周側で開口する第一流路８１が形成されている。そして、軸本体８７及びスリーブ８９を含む軸体８３には、外周側で開口する第二流路８２が形成されている。なお、軸本体８７に、前記第二流路８２の一部となる流路孔８７ａが形成されており、スリーブ８９の軸方向中央部に、前記第二流路８２の他部となる貫通孔８８が形成されている。この貫通孔８８は、流路孔８７ａと繋がっており、第二流路８２の外周側の開口孔となる。
また、軸本体８７とスリーブ８９と第二密封環９２との間にＯリング９３が設けられており、各第二流路８２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いでいる。
【０００７】
一つの第一流路８１と一つの第二流路８２とは、軸方向同じ高さ位置で開口しており、これら第一流路８１と第二流路８２とにより一つの独立した流体通路８５が構成される。このために、前記空間８４にメカニカルシール８６が設けられている。すなわち、スリーブ８９の径方向外側であってそのスリーブ８９を挟んで隣り合う第二密封環９２，９２の間に、メカニカルシール８６の第一密封環９１，９１が設けられており、これら第一密封環９１，９１同士の間には、第二流路８２（貫通孔８８）と第一流路８１とを繋ぐ環状の流路９６が形成されている。第一密封環９１は、その一部に設けられている爪部（凹部）９４等に、ケース体８０に固定されたドライブピン９５を係合させることによって、ケース体８０に回り止めされている。なお、ドライブピン９５の長手方向の中間部は、各流路フランジ８０Ｂにおいて上下方向に貫通形成されたピン孔（図示省略）に挿通されている。
【０００８】
メカニカルシール８６が有するコイルスプリング９７は、第二密封環９２に対して第一密封環９１を軸方向に向かって押し付けており、第一密封環９１が、その軸方向隣に位置する第二密封環９２に接触し、この接触している面の間から被密封流体が漏れるのを防止する。つまり、第一密封環９１の軸方向側面の一部が第一シール面９１ａとなり、第二密封環９２の環状側面の一部が、この第一シール面９１ａと摺接する第二シール面９２ａとなる。
【０００９】
これら第一シール面９１ａと第二シール面９２ａとの間には、封液によってシール面９１ａ，９２ａ間に潤滑膜が形成され、潤滑効果を得ている。上記封液は、最下部の流路フランジ８０Ｂに形成された入口流路７１から上記空間８４に供給される。そして、上記空間８４に供給された封液は、各流路フランジ８０Ｂの挿通孔９８および上記ピン孔を通過して、最上部の端部フランジ８０Ａに形成された出口流路７２から外部へ排出されるようになっている。
【００１０】
以上の構成により、ケース体８０に対して、軸本体８７、スリーブ８９、及び第二密封環９２は一体となって回転可能となり、回転する第二密封環９２が、静止側となる第一密封環９１に摺接してメカニカルシール８６としての機能が発揮され、これにより、独立した流体通路８５を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１５−８６８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記ロータリジョイントでは、最下部の流路フランジ８０Ｂに形成された入口流路７１は、図８に示すように、流路フランジ８０Ｂの外周側で開口する流入口７１ａと、流路フランジ８０Ｂの上面および下面でそれぞれ開口する２つの流出口７１ｂ，７１ｃと有している。このため、入口流路７１の流入口７１ａから流入した封液は、上側の流出口７１ｂおよび下側の流出口７１ｃからそれぞれ上記空間８４に供給されるようになっている。
【００１３】
しかし、上記空間８４に供給された封液は、上述のように最上部の端部フランジ８０Ａに形成された出口流路７２から外部へ排出されるので、上記空間８４内には封液が下から上に向かって流れる流れが生じる。このため、入口流路７１内の封液のほとんどは、上側の流出口７１ｂから空間８４内に供給され、下側の流出口７１ｃからは少量の封液が供給されるだけであった。
【００１４】
したがって、入口流路７１の下側の流出口７１ｃよりも下方に配置されたメカニカルシール８６（図７参照）のシール面９１ａ，９２ａ間の付近では、封液の流れがほとんど生じないため、この付近に滞留する封液の温度が上昇して封液の沸点に達する場合があった。この場合には、上記シール面９１ａ，９２ａ間が潤滑不足となり、シール面９１ａ，９２ａに面荒れや異常摩耗が生じる原因となっていた。
【００１５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、メカニカルシールのシール面が潤滑不足に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】
【００１６】
本発明のロータリジョイントは、被密封流体が流れる第一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第二流路が外周側で開口して形成されている軸体と、前記ケース体と前記軸体との間に形成される環状空間の軸方向に複数設けられ、当該環状空間を区画して前記第一流路と前記第二流路とを繋ぐ流路を形成するためのメカニカルシールと、を備え、前記メカニカルシールは、前記ケース体に取り付けられていると共に環状の第一シール面を軸方向の一方側に有する第一密封環、前記軸体に取り付けられていると共に前記第一シール面に摺接する環状の第二シール面を有する第二密封環、及び前記第一密封環に沿って周方向に複数設けられ当該第一密封環に軸方向力を与えて前記第一シール面を前記第二シール面に対して押し付ける弾性部材を有するロータリジョイントであって、前記ケース体は、前記環状空間の最も軸方向一方側に配置された前記第一及び第二密封環のシール面間よりも軸方向他方側から、前記各メカニカルシールの前記シール面間を潤滑する封液を前記環状空間の軸方向一端部に供給するための入口流路を有し、かつ前記ケース体の軸方向一端部の一部を構成する円環状のフランジと、前記ケース体の軸方向他端部に形成され、前記環状空間の軸方向他端部から前記封液を外部へ排出するための出口流路と、を備え、前記入口流路は、前記フランジの外周側で開口する流入口と、前記フランジの軸方向一端面のみで開口する流出口と、を有し、前記フランジには、前記入口流路の流出口から周方向に離れた位置において、当該流出口から前記環状空間に供給された前記封液を、前記フランジの軸方向他方側へ導くための貫通孔が軸方向に貫通して形成されていることを特徴とする。
【００１７】
上記のように構成されたロータリジョイントによれば、ケース体の軸方向一端部のフランジには、入口流路の流出口がフランジの軸方向一端面のみで開口しており、その流出口から周方向に離れた位置に、フランジを軸方向に貫通する貫通孔が形成されている。このため、入口流路の流入口から流入した封液は、入口流路の流出口からフランジの軸方向一方側に供給された後、上記貫通孔を通過してフランジの軸方向他方側へ導かれるので、環状空間のフランジの軸方向一方側には、入口流路の流出口から、周方向に離れた貫通孔の軸方向一端側の開口に向かう封液の流れが生じる。これにより、環状空間の最も軸方向一方側に配置された第一および第二密封環のシール面間の付近に封液が滞留することがないので、上記シール面間の付近において封液の温度が上昇するのを抑制することができる。したがって、メカニカルシールの上記シール面間が潤滑不足になるのを抑制することができる。
【００１８】
本発明のロータリジョイントは、被密封流体が流れる第一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第二流路が外周側で開口して形成されている軸体と、前記ケース体と前記軸体との間に形成される環状空間の軸方向に複数設けられ、当該環状空間を区画して前記第一流路と前記第二流路とを繋ぐ流路を形成するためのメカニカルシールと、を備え、前記メカニカルシールは、前記ケース体に取り付けられていると共に環状の第一シール面を軸方向の一方側に有する第一密封環、前記軸体に取り付けられていると共に前記第一シール面に摺接する環状の第二シール面を有する第二密封環、及び前記第一密封環に沿って周方向に複数設けられ当該第一密封環に軸方向力を与えて前記第一シール面を前記第二シール面に対して押し付ける弾性部材を有するロータリジョイントであって、前記ケース体は、前記ケース体の軸方向一端部に形成され、前記各メカニカルシールの前記第一及び第二密封環のシール面間を潤滑する封液を前記環状空間の軸方向一端部に供給するための入口流路と、前記環状空間の最も軸方向他方側に配置された前記第一及び第二密封環のシール面間よりも軸方向一方側から前記封液を外部へ排出するための出口流路を有し、かつ前記ケース体の軸方向他端部の一部を構成する円環状のフランジと、を備え、前記出口流路は、前記フランジの軸方向他端面のみで開口する流入口と、前記フランジの外周側で開口する流出口と、を有し、前記フランジには、前記出口流路の流入口から周方向に離れた位置において、前記封液を前記フランジの軸方向一方側から軸方向他方側へ導くための貫通孔が軸方向に貫通して形成されていることを特徴とする。
【００１９】
上記のように構成されたロータリジョイントによれば、ケース体の軸方向他端部のフランジには、出口流路の流入口がフランジの軸方向他端面のみで開口しており、その流入口から周方向に離れた位置にフランジの軸方向に貫通する貫通孔が形成されている。このため、フランジの軸方向一方側の封液は、上記貫通孔を通過してフランジの軸方向他方側へ導かれた後、その軸方向他端面に形成された出口流路の流入口に流入するので、環状空間のフランジの軸方向他方側には、貫通孔の軸方向他端側の開口から、周方向に離れた出口流路の流入口に向かう封液の流れが生じる。これにより、環状空間の最も軸方向他方側に配置された第一および第二密封環のシール面間の付近に封液が滞留することがないので、上記シール面間の付近において封液の温度が上昇するのを抑制することができる。したがって、メカニカルシールの上記シール面間が潤滑不足になるのを抑制することができる。
【００２０】
前記フランジには、前記各弾性部材が挿通される複数の挿通孔が、前記フランジを軸方向に貫通して形成されており、前記挿通孔が前記貫通孔を兼ねているのが好ましい。
この場合、フランジには、封液を通過させる貫通孔を挿通孔と別に形成する必要がないので、フランジを容易に製作することができる。
【００２１】
前記フランジには、前記第一密封環を回り止めするピンが挿入されるピン孔が、前記フランジを軸方向に貫通して形成されており、前記ピン孔が前記貫通孔を兼ねていてもよい。
この場合、フランジには、封液を通過させる貫通孔をピン孔と別に形成する必要がないので、フランジを容易に製作することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のロータリジョイントによれば、メカニカルシールのシール面が潤滑不足になるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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縦断面図である。
【図２】軸本体に外嵌するスリーブの説明図であり、（Ａ）は軸方向上側（正面）から見た図、（Ｂ）は側面から見た断面図である。
【図３】最上部に配置されるメカニカルシール及びその周囲を示す断面図である。
【図４】最下部に配置される流路フランジの説明図であり、（Ａ）は軸方向上側（正面）から見た図、（Ｂ）は（Ａ）のＰ−Ｐ矢視断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＱ−Ｑ矢視断面図である。
【図５】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縦断面図である。
【図６】図５のロータリジョイントにおいて、最上部に配置される流路フランジの説明図であり、（Ａ）は軸方向上側（正面）から見た図、（Ｂ）は（Ａ）のＰ’−Ｐ’矢視断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＱ’−Ｑ’矢視断面図である。
【図７】従来のロータリジョイントの縦断面図である。
【図８】従来のロータリジョイントにおいて最下部の流路フランジに形成された入口流路を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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縦断面図である。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装置のトップリング又はターンテーブル）に取り付けられる軸体５とを備えている。なお、本発明において、「軸方向」とは、ロータリジョイント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）であり、ケース体２、軸体５、及び後述するメカニカルシール７それぞれの中心線は、このロータリジョイント１の中心線と一致するようにして構成されている。
【００２５】
［ケース体］
ケース体２は、上下の端部フランジ１３０，１３１と、これら端部フランジ１３０，１３１間に設けられているＮ個の流路フランジ１３２とを有している。これらフランジ１３０，１３１，１３２は円環状であり、ボルト１０９によって連結固定されており、ケース体２は、全体として筒形の構造体となる。隣り合う流路フランジ１３２，１３２の間、及び、隣り合う端部フランジ１３０（１３１）と流路フランジ１３２との間には、それぞれＯリング１０６が設けられている。
【００２６】
流路フランジ１３２それぞれは、軸方向の寸法が大きい環状の本体部１３６と、この本体部１３６よりも軸方向寸法が小さく本体部１３６から径方向内側へ突出している突出部１３５とを有している。そして、各流路フランジ１３２に、被密封流体が流れる第一流路１３３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、研磨液、加圧用空気、洗浄水、純水、エアーブロー用空気、研磨残渣液等の流体が挙げられる。本実施形態では、空気が被密封流体とされている。
第一流路１３３は、内周側と外周側とで開口しており、本実施形態では、外周側の開口部が、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なる。以上より、ケース体２には、第一流路１３３が複数形成された構成となる。
【００２７】
［軸体］
軸体５は、上下方向に長い直線状の軸本体１１０と、この軸本体１１０に外嵌する筒形のスリーブ１１１とを有している。軸本体１１０には、スリーブ１１１の他に、メカニカルシール７が備えている円環形の第二密封環１２が外嵌しており、スリーブ１１１と第二密封環１２とは、軸方向に沿って交互に配置されている。スリーブ１１１は、Ｎ個設けられており、第二密封環１２は、（Ｎ＋１）個設けられている。そして、軸本体１１０の上部には、押し付け部材１１４がボルト１３４によって固定されている。
【００２８】
軸本体１１０の下部側（軸方向一方側）には直径が大きくなっている大径部１１９が設けられている。この大径部１１９は、軸本体１１０に外嵌するスリーブ１１１、及び第二密封環１２が下側へ移動するのを規制する。
また、軸本体１１０内には、Ｎ本の流路孔１４２が形成されており、これら流路孔１４２それぞれの一方側は軸本体１１０の外周面で開口しており、しかも、軸方向（上下方向）で異なる高さ位置で開口している。流路孔１４２の他方側は軸本体１１０の端面（下端面）で開口しており、この端面の開口に、前記回転側部材の複数の配管それぞれが接続される。
【００２９】
図２は、軸本体１１０に外嵌するスリーブ１１１の説明図であり、（Ａ）は軸方向上側（正面）から見た図、（Ｂ）は側面から見た断面図である。なお、図２（Ｂ）において、第二密封環１２を二点鎖線で示している。スリーブ１１１には、複数（図例では３つ）の貫通孔１１２が周方向等間隔で形成されており、また、これら貫通孔１１２は、軸方向同じ位置に形成されている。また、スリーブ１１１の径方向内側には、軸本体１１０の外周面１１０ａとの間に環状の隙間１３９を形成しており、各貫通孔１１２は、この環状の隙間１３９と繋がっている。また、この環状の隙間１３９は、軸本体１１０の流路孔１４２と繋がっている。
【００３０】
そして、軸本体１１０内の一つの流路孔１４２と、一つのスリーブ１１１内の環状の隙間１３９と、そのスリーブ１１１の複数の貫通孔１１２とにより、被密封流体が流れる一つの第二流路１１８が構成される。さらに、図２（Ｂ）に示すように、軸本体１１０とスリーブ１１１と第二密封環１２との間に、Ｏリング１１７が設けられており、各第二流路１１８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いでいる。なお、図１に示すように、最上部に配置されるスリーブ１１１には、上下二つのＯリング１１７が設けられている。
【００３１】
以上より、軸体５には、外周側で開口する第二流路１１８がＮ本形成された構成となり、スリーブ１１１に形成されている各貫通孔１１２は、第二流路１１８の外周側開口孔となる。そして、これら第二流路１１８それぞれは、ケース体２の内周側に向かって開口しており、しかも、軸方向（上下方向）で異なる位置で開口している。
【００３２】
軸本体１１０及びスリーブ１１１を含む軸体５と、メカニカルシール７の第二密封環１２との組立構造について説明する。図２において、第二密封環１２は、その軸方向両側に環状の側面（環状側面１１６，１１６）を有しており、各環状側面１１６には、スリーブ１１１の端面１１３が接触し、スリーブ１１１は、第二密封環１２，１２間のスペーサとして機能する。
【００３３】
図１において、押し付け部材１１４は、ボルト１３４によって軸本体１１０に対して軸方向に締め付けられる有底円筒状の部材であり、押し付け部材１１４が締め付けられることにより、全てのスリーブ１１１及び第二密封環１２を、軸本体１１０の大径部１１９に向かって軸方向に押し付けている。なお、押し付け部材１１４による、押し付け力（軸方向の締め付け力）は、周方向で均等となる。この押し付け力により、第二密封環１２にスリーブ１１１が押し付けられた状態となり、全てのスリーブ１１１及び第二密封環１２を、軸本体１１０と一体とすることができ、相互間の摩擦力によって全てのスリーブ１１１及び第二密封環１２を、軸本体１１０と一体回転可能とする。
【００３４】
押し付け部材１１４と端部フランジ１３０との間に転がり軸受１２０が設けられており、軸本体１１０の大径部１１９と端部フランジ１３１との間に転がり軸受１２１が設けられている。これにより、スリーブ１１１及び軸本体１１０を含む軸体５は、第二密封環１２と共に、ケース体２に対して回転可能となる。
【００３５】
上側の端部フランジ１３０と最上部の第二密封環１２との間に、シール部材（オイルシール）１２２が設けられており、また、下側の端部フランジ１３１と最下部の第二密封環１２との間に、シール部材（オイルシール）１２３が設けられている。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において、シール部材１２２，１２３の間に密封空間が形成されている。
【００３６】
［メカニカルシール］
前記のとおり、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にメカニカルシール７が設けられている。メカニカルシール７は、軸体５に沿ってＮ個並べて設けられている。本実施形態のジョイント１は、メカニカルシール７をシリアル方向（直列方向）に複数個配置した多流路ロータリジョイントとなる。
各メカニカルシール７は、一つの第一流路１３３と一つの第二流路１１８とにより一つの流体通路１０８を構成するために設けられている。なお、複数のメカニカルシール７それぞれの機能は同様であり、ここでは、最上部に配置されるメカニカルシール７を代表として説明する。
【００３７】
図３は、最上部に配置されるメカニカルシール７及びその周囲を示す断面図である。一つのスリーブ１１１と一つの流路フランジ１３２とが径方向に対向した配置となっており、スリーブ１１１で開口する第二流路１１８と、流路フランジ１３２の内周側で開口する第一流路１３３とは、軸方向でほぼ同じ位置で開口している。そして、これらの間に一つのメカニカルシール７が設けられている。
メカニカルシール７は、第一密封環１１、第二密封環１２、及び弾性部材としてコイルスプリング１３を有している。前記のとおり、第二密封環１２は軸本体１１０と一体回転することから、この第二密封環１２は、メカニカルシール７の回転環（回転側密封環）となる。これに対して、第一密封環１１は、ケース体２と共に静止した状態となり、メカニカルシール７の静止環（静止側密封環）となる。
【００３８】
第二密封環１２は環状の部材からなり、上下それぞれの環状側面１１６は、押し付け部材１１４（図１参照）による押し付け力が作用する前の状態で、ロータリジョイント１の中心線に直交する平面（水平面）に沿った円環面からなる。
【００３９】
第一密封環１１は上下一対で一組とされ、この一組の第一密封環１１，１１が、一つのメカニカルシール７の構成部材となる。各第一密封環１１は、ケース体２に回り止めされている。本実施形態では、流路フランジ１３２の突出部１３５に、当該突出部１３５を軸方向（上下方向）に貫通するピン孔４７が形成されており、このピン孔４７に、軸方向に延びるピン１３７が挿入して固定されている。なお、ピン孔４７の内周面とピン１３７の外周面との間は密封されていないため、これら両周面の間を後述するクエンチ流体が通過するようになっている。
第一密封環１１の一部には、このピン１３７を周方向両側から挟む爪部（凹部）１３８が形成されており、この爪部１３８がピン１３７に周方向両側から当接することで、第一密封環１１は回り止めされる。
【００４０】
一組の第一密封環１１，１１は、スリーブ１１１の径方向外側であってこのスリーブ１１１を上下挟んで隣り合う第二密封環１２，１２の間に設けられている。前記のとおり、第二密封環１２の環状側面１１６の一部（内径側の一部）には、スリーブ１１１の軸方向端面１１３が接触している。そして、この環状側面１１６の他部（外径側の他部）に、第一密封環１１が接触している。つまり、一組の第一密封環１１，１１は、環状の第一シール面２１，２１を有しており、これら第一シール面２１，２１は、その軸方向両側（上下）に存在している第二密封環１２，１２の環状側面１１６，１１６の他部（外径側の他部）に接触する。そして、第二密封環１２は、前記環状側面１１６の他部（外径側の他部）に、第一シール面２１と接触する第二シール面２２を有している。
【００４１】
第一密封環１１は、断面Ｌ字形の環状の部材からなり、筒状の第一部１２５ａと、この第一部１２５ａの端部から径方向外側へ延びている円環状の第二部１２５ｂとを有している。第二部１２５ｂの軸方向外側の一部に円環状となる第一シール面２１が形成されている。また、第一密封環１１の回り止め用の前記爪部（凹部）１３８は、第二部１２５ｂに形成されている。
【００４２】
コイルスプリング１３は、一対で一組となっている第一密封環１１,１１の間に、圧縮された状態で介在している。このため、コイルスプリング１３の弾性復元力によって、第一密封環１１は第二密封環１２側へ向かって軸方向に押され、第一シール面２１と第二シール面２２との間に軸方向の押し付け力が作用する。コイルスプリング１３は、第一シール面２１と第二シール面２２との間を狭めることができる。コイルスプリング１３は周方向に沿って複数設けられており、例えばその数を１５個とすることができる。なお、コイルスプリング１３の数は、メカニカルシール７の径寸法等に応じて変更自在である。
【００４３】
コイルスプリング１３は、流路フランジ１３２の突出部１３５において当該突出部１３５を軸方向（上下方向）に貫通して形成された挿通孔４６に挿入され、この挿通孔４６により保持されている。挿通孔４６は、周方向に沿って複数形成されている。挿通孔４６の数とコイルスプリング１３の数とは同一であり、また、コイルスプリング１３の配置に併せて挿通孔４６が形成されている。
【００４４】
コイルスプリング１３は、第一密封環１１,１１を軸方向両側（上下）に向かって押し、この押す力によって、第一シール面２１を、第二密封環１２の第二シール面２２に押し付けることができる。第一シール面２１と第二シール面２２とが軸方向に押し付けあった状態で接触することができ、第一シール面２１が、回転する第二密封環１２の第二シール面２２に摺接して、これらシール面２１,２２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。つまり、静止側の第一密封環１１のシール面２１と回転側の第二密封環１２の第二シール面２２との相対回転に伴う摺接作用によりメカニカルシール７のシール機能が発揮される。
【００４５】
一組の第一密封環１１,１１は、スリーブ１１１の外周面との間に隙間を有して設けられており、これら第一密封環１１，１１とスリーブ１１１との間には、円筒状の流路（円筒空間）１５５が形成されている。この円筒状の流路１５５は、スリーブ１１１に形成されている貫通孔１１２と繋がっている。そして、シール面２１,２２による前記シール機能、及びＯリング１１７によるシール機能によって、この流路１５５の被密封流体が外部へ漏れるのを防止している。
【００４６】
更に、一組の第一密封環１１，１１同士の間には、環状の流路１２８が形成されており、この環状の流路１２８は、円筒状の流路１５５と繋がっている。そして、第一密封環１１，１１の第一部１２５ａの外周面と、流路フランジ１３２の突出部１３５の内周面との間には、Ｏリング１２４が設けられており、このＯリング１２４によるシール機能によって、環状の流路１２８の被密封流体が外部へ漏れるのを防いでいる。なお、第一密封環１１，１１は、Ｏリング１２４を介して流路フランジ１３２の突出部１３５に対して軸方向に移動可能な状態で嵌合保持されている。
【００４７】
これにより、第一流路１３３と第二流路１１８との間には、密封された環状の流路１２８及び円筒状の流路１５５が介在しており、これら流路１５５,１２８は、第二流路１１８と第一流路１３３とを繋ぐ流路となる。このように、メカニカルシール７により構成される流路１２８，１５５によって、第一流路１３３と第二流路１１８とが連結され、第一流路１３３、環状の流路１２８、円筒状の流路１５５、及び第二流路１１８により、一つの独立した流体通路１０８が構成される。
【００４８】
以上より、メカニカルシール７は、ケース体２と軸体５との間に形成される環状空間Ａを区画して第一流路１３３と第二流路１１８とを繋ぐ流路（１２８，１５５）を形成することができる。そして、コイルスプリング１３は、第一密封環１１の第二部１２５ｂに沿って周方向に複数（１５個）設けられており、これらコイルスプリング１３によって、第一密封環１１に軸方向力を与えて第一シール面２１を第二シール面２２に対して押し付けることができる。
【００４９】
これにより、軸体５が回転すると、回転方向について静止状態にある第一密封環１１に対して、当該軸体５と共に第二密封環１２は回転し、第一シール面２１と第二シール面２２とが摺接し、これらシール面２１，２２の間から被密封流体が外部へ漏れるのを防ぐことができる。この際、第一シール面２１と第二シール面２２との間は、クエンチ流体（封液）によって潤滑膜が形成される。クエンチ流体としては、例えば油や水等が用いられ、本実施形態では、クエンチ流体として水が用いられている。
このクエンチ流体によってシール面２１，２２間の摺接状態を良好とし、シール面２１，２２の摺動抵抗を低減することができ、また、シール面２１，２２間における異常摩耗や面荒れ等の不具合の発生を抑制することができる。
【００５０】
［クエンチ流体の流路］
上記クエンチ流体は、ケース体２の下端部から環状空間Ａに供給され、ケース体２の上端部から外部に排出されるようになっている。以下、そのクエンチ流体の流路について説明する。
図１において、ケース体２の下端部の一部を構成する流路フランジ１３２Ａには、クエンチ流体を環状空間Ａに供給するための入口流路１５１が形成されている。この入口流路１５１は、環状空間Ａの最下部に配置された第一および第二密封環１１Ａ，１２Ａのシール面２１，２２間よりも上方から環状空間Ａの下端部にクエンチ流体を供給するように形成されている。
【００５１】
また、ケース体２の上側の端部フランジ１３０には、環状空間Ａの上端部からクエンチ流体を外部へ排出するための出口流路１５２が形成されている。本実施形態の出口流路１５２は、環状空間Ａの最上部に配置された第一および第二密封環１１Ｂ，１２Ｂのシール面２１，２２間よりも上方に、環状空間Ａのクエンチ流体を排出するための流入口１５２ａが形成されている。これにより、環状空間Ａの上端部に流れてきたクエンチ流体によって、第一および第二密封環１１Ｂ，１２Ｂのシール面２１，２２間の付近にエア溜まりが生じるのを抑制することができ、当該シール面２１，２２間が潤滑不足になるのを抑制することができる。
【００５２】
なお、ケース体２の下側の端部フランジ１３１には、シール部材１２３と端部フランジ１３１の内周面との間から下方に漏れたクエンチ流体を外部へ排出するためのドレン流路１５３が形成されている。
【００５３】
図４は、最下部に配置される流路フランジ１３２Ａの説明図であり、（Ａ）は軸方向上側（正面）から見た図、（Ｂ）は（Ａ）のＰ−Ｐ矢視断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＱ−Ｑ矢視断面図である。
図４（Ａ）および（Ｃ）において、入口流路１５１は、流路フランジ１３２Ａの周方向の１箇所（図４（Ａ）では９時の位置）に形成されており、流路フランジ１３２Ａの本体部１３６の外周側で開口する流入口１５１ａと、流路フランジ１３２Ａの突出部１３５の下面のみで開口する流出口１５１ｂとを有している。
【００５４】
また、入口流路１５１には、上記流入口１５１ａから径方向内方に延びる径方向流路１５１ｃと、この径方向流路１５１ｃの内周端部から軸方向下側に延びる軸方向流路１５１ｄとが形成されている。軸方向流路１５１ｄの軸方向下端には、上記流出口１５１ｂが形成されている。これにより、クエンチ流体は、入口流路１５１の流入口１５１ａから径方向流路１５１ｃに流入し、軸方向流路１５１ｄを通過して流出口１５１ｂから環状空間Ａに供給される。
なお、流路フランジ１３２Ａには、入口流路１５１に対して、流路フランジ１３２Ａの軸線を挟んだ反対側の位置（図４（Ａ）では３時の位置）に被密封流体が通過する第一流路１３３が形成されている。
【００５５】
図４（Ａ）および（Ｂ）において、流路フランジ１３２Ａの突出部１３５には、コイルスプリング１３（図３参照）が挿通される複数の上記挿通孔４６、および第一密封環１１を回り止めするピン１３７（図３参照）が挿通される複数の上記ピン孔４７が形成されている。
ピン孔４７は、例えば、入口流路１５１の流出口１５１ｂから周方向に４５°離れた位置を基準として、突出部１３５の周方向に互いに９０度の間隔をあけて合計４個形成されている。また、挿通孔４６は、上記４個のピン孔４７および流出口１５１ｂに対して周方向に離れた位置に、互いに所定間隔をあけて合計１５個形成されている。なお、挿通孔４６およびピン孔４７の形成位置と個数は、流路フランジ１３２Ａの径寸法等に応じて変更自在である。
【００５６】
本実施形態では、上記各挿通孔４６および上記各ピン孔４７は、入口流路１５１の流出口１５１ｂから流路フランジ１３２Ａの下方に供給されたクエンチ流体を、流路フランジ１３２Ａの上方へ導くための貫通孔として機能する。
なお、本実施形態では、上記貫通孔として、流路フランジ１３２Ａの挿通孔４６およびピン孔４７を用いているが、いずれか一方の孔のみを用いてもよいし、これら両孔とは別に専用の孔を流路フランジ１３２Ａに形成してもよい。
【００５７】
図１において、流路フランジ１３２Ａの上方に積み重ねられた他の流路フランジ１３２には、図示を省略するが、流路フランジ１３２Ａと同様の位置に、１５個の挿通孔４６および４個のピン孔４７が形成されている。
以上の構成により、クエンチ流体は、最下部の流路フランジ１３２Ａに形成された入口流路１５１から、環状空間Ａの下端部である流路フランジ１３２Ａの下方に供給された後、流路フランジ１３２Ａの周方向に離れた各挿通孔４６および各ピン孔４７を通過して流路フランジ１３２Ａの上方へ導かれる。そして、流路フランジ１３２Ａの上方へ導かれたクエンチ流体は、その上方に配置された各流路フランジ１３２の各挿通孔４６および各ピン孔４７を通過して環状空間Ａの最上部へ導かれ、上側の端部フランジ１３０に形成された出口流路１５２から外部へ排出される。
【００５８】
したがって、環状空間Ａには、各流路フランジ１３２の挿通孔４６およびピン孔４７によって、ケース体２の下端部の入口流路１５１からケース体２の上端部の出口流路１５２に向かってクエンチ流体が流れる流路が形成される。これにより、環状空間Ａの上下方向に配置された各メカニカルシール７の第一および第二密封環１１，１２のシール面２１，２２間にクエンチ流体が供給されるので、各メカニカルシール７のシール面２１，２２間は良好な摺接状態を維持することができる。
【００５９】
以上、本実施形態のロータリジョイント１によれば、ケース体２の下端部の流路フランジ１３２Ａには、入口流路１５１の流出口１５１ｂが流路フランジ１３２Ａの下面のみで開口しており、その流出口１５１ｂから周方向に離れた位置に、流路フランジ１３２Ａを上下方向に貫通する貫通孔として挿通孔４６およびピン孔４７が形成されている。このため、入口流路１５１の流入口１５１ａから流入したクエンチ流体は、入口流路１５１の流出口１５１ｂから流路フランジ１３２Ａの下方に供給された後、挿通孔４６およびピン孔４７を通過して流路フランジ１３２Ａの上方へ導かれるので、環状空間Ａの流路フランジ１３２Ａの下方には、入口流路１５１の流出口１５１ｂから、周方向に離れた挿通孔４６およびピン孔４７の下側の開口に向かうクエンチ流体の流れが生じる。これにより、環状空間Ａの最下部に配置された第一および第二密封環１１Ａ，１２Ａのシール面２１，２２間の付近にクエンチ流体が滞留することがないので、上記シール面２１，２２間の付近においてクエンチ流体の温度が上昇するのを抑制することができる。したがって、メカニカルシール７の上記シール面２１，２２間が潤滑不足になるのを抑制することができる。
【００６０】
また、最下部の流路フランジ１３２Ａには、クエンチ流体を通過させる貫通孔を挿通孔４６およびピン孔４７と別に形成する必要がないので、流路フランジ１３２Ａを容易に製作することができる。
【００６１】
［第２実施形態］
図５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縦断面図である。本実施形態のロータリジョイント１は、ケース体２の上端部におけるクエンチ流体の出口流路１５２の形成位置が第１実施形態と相違する。図５において、本実施形態のロータリジョイント１では、ケース体２の上端部の一部を構成する流路フランジ１３２Ｂに、環状空間Ａの上端部からクエンチ流体を外部へ排出するための出口流路１５２が形成されている。この出口流路１５２は、環状空間Ａの最上部に配置された第一および第二密封環１１Ｂ，１２Ｂのシール面２１，２２間よりも下方から環状空間Ａのクエンチ流体を外部へ排出するように形成されている。
【００６２】
図６は、最上部に配置される流路フランジ１３２Ｂの説明図であり、（Ａ）は軸方向上側（正面）から見た図、（Ｂ）は（Ａ）のＰ’−Ｐ’矢視断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＱ’−Ｑ’矢視断面図である。
図６（Ａ）および（Ｃ）において、出口流路１５２は、流路フランジ１３２Ｂの周方向の１箇所（図６（Ａ）では９時の位置）に形成されており、流路フランジ１３２Ｂの突出部１３５の上面のみで開口する流入口１５２ａと、流路フランジ１３２Ｂの本体部１３６の外周側で開口する流出口１５２ｂとを有している。
【００６３】
また、出口流路１５２には、上記流入口１５２ａから軸方向下側に延びる軸方向流路１５２ｄと、この軸方向流路１５２ｄの軸方向下端部から径方向外方に延びる径方向流路１５２ｃとが形成されている。径方向流路１５２ｃの外周端には、上記流出口１５２ｂが形成されている。これにより、クエンチ流体は、出口流路１５２の流入口１５２ａから軸方向流路１５２ｄに流入し、径方向流路１５２ｃを通過して流出口１５２ｂから外部へ排出される。
なお、流路フランジ１３２Ｂには、出口流路１５２に対して、流路フランジ１３２Ｂの軸線を挟んだ反対側の位置（図６（Ａ）では３時の位置）に被密封流体が通過する第一流路１３３が形成されている。
【００６４】
図６（Ａ）および（Ｂ）において、流路フランジ１３２Ｂの突出部１３５には、コイルスプリング１３（図３参照）が挿通される複数の上記挿通孔４６、および第一密封環１１を回り止めするピン１３７（図３参照）が挿通される複数の上記ピン孔４７が形成されている。
ピン孔４７は、例えば、出口流路１５２の流入口１５２ａから周方向に４５°離れた位置を基準として、突出部１３５の周方向に互いに９０度の間隔をあけて合計４個形成されている。また、挿通孔４６は、上記４個のピン孔４７および流出口１５１ｂに対して周方向に離れた位置に、互いに所定間隔をあけて合計１５個形成されている。なお、挿通孔４６およびピン孔４７の形成位置と個数は、流路フランジ１３２Ｂの径寸法等に応じて変更自在である。
【００６５】
本実施形態では、上記各挿通孔４６および上記各ピン孔４７は、環状空間Ａの下端部から流路フランジ１３２Ｂの下方に流れてきたクエンチ流体を、流路フランジ１３２Ｂの上方へ導くための貫通孔として機能する。なお、本実施形態では、上記貫通孔として、流路フランジ１３２Ｂの挿通孔４６およびピン孔４７を用いているが、いずれか一方の孔のみを用いてもよいし、これら両孔とは別に専用の孔を流路フランジ１３２Ｂに形成してもよい。
なお、第２実施形態において説明を省略した点は、第１実施形態と同様である。
【００６６】
以上、本実施形態のロータリジョイント１によれば、ケース体２の上端部の流路フランジ１３２Ｂには、出口流路１５２の流入口１５１ａが流路フランジ１３２Ｂの上面のみで開口しており、その流入口１５１ａから周方向に離れた位置に流路フランジ１３２Ｂの上下方向に貫通する貫通孔として挿通孔４６およびピン孔４７が形成されている。このため、流路フランジ１３２Ｂの下方のクエンチ流体は、挿通孔４６およびピン孔４７を通過して流路フランジ１３２Ｂの上方へ導かれた後、その上面に形成された出口流路１５２の流入口１５２ａに流入するので、環状空間Ａの流路フランジ１３２Ｂの上方には、挿通孔４６およびピン孔４７の上側の開口から、周方向に離れた出口流路１５２の流入口１５２ａに向かうクエンチ流体の流れが生じる。これにより、環状空間Ａの最上部に配置された第一および第二密封環１１Ｂ，１２Ｂのシール面２１，２２の付近にクエンチ流体が滞留することがないので、上記シール面２１，２２間の付近においてクエンチ流体の温度が上昇するのを抑制することができる。したがって、メカニカルシール７の上記シール面２１，２２間が潤滑不足になるのを抑制することができる。
【００６７】
また、最上部の流路フランジ１３２Ｂには、クエンチ流体を通過させる貫通孔を挿通孔４６およびピン孔４７と別に形成する必要がないので、流路フランジ１３２Ｂを容易に製作することができる。
【００６８】
なお、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。例えば、上記実施形態におけるケース体は、その軸方向が上下方向となるように配置されているが、前記軸方向が水平方向となるように配置されていてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
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
１１  第一密封環
１２  第二密封環
１３  コイルスプリング（弾性部材）
２１  第一シール面
２２  第二シール面
４６  挿通孔（貫通孔）
４７  ピン孔（貫通孔）
１１８  第二流路
１２８  流路
１３２Ａ  流路フランジ（フランジ）
１３２Ｂ  流路フランジ（フランジ）
１３３  第一流路
１３７  ピン
１５１  入口流路
１５１ａ  流入口
１５１ｂ  流出口
１５２  出口流路
１５２ａ  流入口
１５２ｂ  流出口
１５５  流路
Ａ  環状空間
【図１】
2017110702.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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【図７】
2017110702.tif 000009
【図８】
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