(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直管を把持して該直管と共に回転する回転部と、前記回転部を回転自在に支承する固定部とを有し、前記固定部と前記回転部との間に、シール部材と、該シール部材とは別体に設けられたベアリングとが備えられ、
前記直管はガラス管であり、前記固定部は、中心に形成された貫通孔の内側に、配管用シール部材を介して中空の配管が固定されていることを特徴とするロータリージョイント。
【請求項２】
前記シール部材は、磁性流体であ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】
前記固定部と前記回転部との間の摩擦係数が０．００５以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のロータリージョイント。
【請求項４】
前記ベアリングは、２００℃以上の耐熱性を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のロータリージョイント。
【請求項５】
前記配管用シール部材は、２００℃以上の耐熱性を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項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、ロータリージョイントに関し、さらに詳しくは、回転部によって把持した直管を回転させつつ加工する際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】
光ファイバのガラス母材を製造する方法の１つに、ＭＣＶＤ法（気相内付け法）がある。ＭＣＶＤ法を行う際には、ガラスの直管（以下、「ガラス管」という）を両端部で把持して回転させる必要がある。このように、ガラス管の回転を伴う加工を行う場合に使用される、ガラス旋盤装置等に用いられるロータリージョイントの一例を図３に示す。
【０００３】
図３に示すロータリージョイント６０はガラス管Ａを回転させるための装置であり、ガラス旋盤装置の主軸台５１に備えられている。主軸台５１には、チャックボディ４０が取り付けられており、このチャックボディ４０に設けられているチャック爪４１によって、ガラス管Ａの一端が把持されている。一方、ガラス管Ａの他端は、ガラス旋盤装置に備えられている支持台に取り付けられたチャックによって回転自在に支持されている。さらに、主軸台５１と支持台との間には、ガラス管Ａを加熱するためのバーナが、ガラス管Ａと平行に移動可能なように設けられている。
【０００４】
ロータリージョイント６０は、主軸台５１内に設けられた回転駆動手段（図示せず）に連動する、スピンドルボア４２に接続されている。
図３に示すように、ロータリージョイント６０は、スピンドルボア４２の内側に固定されたフランジ６２と、ガラス管Ａを把持してフランジ６２に固定するための回転スリーブ６３及びナット６４から構成されている。
また、配管Ｂは、ガラス管Ａと連通するように配置されて、主軸台５１の近傍に設置されるガスパネル等によって固定されている。固定されている配管Ｂと回転するフランジ６２との間には、配管Ｂに固定されたシール部材６５が設けられている。このシール部材６５は、フランジ６２とのクリアランスを埋めるためのＯリング６６を備えている。
【０００５】
上記構成のロータリージョイント６０は、回転駆動手段を駆動することによってスピンドルボア４２が回転し、それとともにフランジ６２、回転スリーブ６３、ナット６４、及び把持したガラス管Ａが一体に回転する。
【０００６】
そして、このロータリージョイント６０を用いてＭＣＶＤ法により光ファイバ母材の製造を行う際には、ガラス管Ａを回転させながら、配管Ｂからガラス管Ａ内に原料ガス及び酸素（Ｏ2）ガスを供給して（図３の矢印Ｘ方向）、バーナ５５によってガラス管Ａを外側から加熱する（図２参照）。原料ガスとしては、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）や四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ4）等が用いられる。
【０００７】
このような原料ガスが空気中の水と反応すると、塩化水素が発生して配管Ｂやロータリージョイント６０の金属製部材を腐食させてしまう。そのため、ロータリージョイント６０は、上述したシール部材６５及びＯリング６６により、原料ガスがフランジ６２と配管Ｂとの間から漏れないようにシールしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ガラス管Ａを回転させる際、シール部材６５及びＯリング６６は、フランジ６２と配管Ｂとの間に発生する摩擦抵抗を受けてしまう。また、配管Ｂに固定されたシール部材６５及びＯリング６６は回転しないように構成されているが、フランジ６２の回転による摩擦で、少しずつ回転してしまうことがある。
そのため、シール部材６５の内外周面やＯリング６６がフランジ６２と配管Ｂとの摩擦によって摩耗してしまい、シール性が低下してしまうという問題があった。
これにより、原料ガスを必要とするガラス管Ａ内以外の箇所に原料ガスが漏れ出してしまい、配管Ｂやロータリージョイント６０の金属製部材を腐食させてしまうという状況を招いていた。
また、腐食を防ぐためにはシール部材６５とＯリング６６を頻繁に交換しなければならなかった。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、回転による部品の摩擦を低減して、部品の劣化を抑制できる、長寿命のロータリージョイントを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係るロータリージョイントは、直管を把持して該直管と共に回転する回転部と、回転部を回転自在に支承する固定部とを有し、固定部と回転部との間に、シール部材と、シール部材とは別体に設けられたベアリングとが備えられていることを特徴とする。
【００１１】
このような構成のロータリージョイントによれば、固定部と回転部との間の軸受機能はベアリングによって得ることができ、固定部と回転部との間のシール機能はシール部材によって得ることができる。軸受機能とシール機能とを別部材に独立して持たせることにより、ベアリングはその軸受機能を充分に発揮することが可能となり、シール部材はそのシール機能を充分に発揮することが可能となっている。
これにより、シール部材に発生する摩擦を低減してシール部材の摩耗を抑制することができるため、ロータリージョイントの寿命を伸ばすことが可能となる。
【００１２】
また、本発明に係るロータリージョイントのシール部材は、磁性流体であることが望ましい。
このような構成のロータリージョイントによれば、磁性流体は摩擦抵抗が少なく、磁気力によってシール部分に保持されるように適宜構成されていることから、安定したシール性を保つことができる。また、磁性流体は回転による摩耗等の劣化がないことから、長寿命のロータリージョイントを得ることができる。
【００１３】
また、本発明に係るロータリージョイントにおいて、固定部と回転部との間の摩擦係数が０．００５以下であることが望ましい。
例えば、摩擦係数が０．００５以下のベアリングを使用することによって、回転部の回転状態を良好に保つことができる。
【００１４】
また、本発明に係るロータリージョイントにおいて、ベアリングは、２００℃以上の耐熱性を有していることが望ましい。このようなベアリングとしては、例えばセラミック製の耐熱性ベアリングを用いると良い。
このような構成のロータリージョイントによれば、高温のガスを使用した場合、ガスの凝縮を防ぐために保温する場合、あるいは高回転によって高い摩擦熱が発生するような場合でも、ベアリングの性能を維持することができる。
【００１５】
また、本発明に係るロータリージョイントにおいて、直管はガラス管であり、固定部は、中心に形成された貫通孔の内側に、配管用シール部材を介して中空の配管が固定されていることが望ましい。
このような構成のロータリージョイントによれば、例えばガラス管を回転させながら固定状態の配管からガラス管内にガスを供給する場合に、配管と固定部との間は配管用シール部材によってシールされ、ガスの漏れが防止される。配管と固定部は相互に固定されているため、配管用シール部材は常に安定した高いシール性を保つことができる。
【００１６】
また、本発明に係るロータリージョイントにおいて、配管用シール部材は、２００℃以上の耐熱性を有していることが望ましい。このような配管用シール部材としては、例えばシリコン製のシール部材を用いると良い。
このような構成のロータリージョイントによれば、例えば配管からガラス管に向けて２００℃程度の高温のガスを供給した場合でも、その熱によって配管用シール部材が劣化することがなく、配管と固定スリーブとの間のシール性を高い状態で保つことができる。
【００１７】
【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実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。
図１は、本実施形態のロータリージョイントを示す断面図である。図２は、ロータリージョイントが組み込まれているガラス旋盤装置を示す概略図である。
【００１８】
本実施形態のロータリージョイントは、例えば、ＭＣＶＤ法によって光ファイバ母材を製造する場合に、ガラスの直管であるガラス管の内面にガラス微粒子を堆積させる際に使用される。
図２に示すように、本実施形態のロータリージョイント１０は、ガラス旋盤装置５０の主軸台５１内に設置され、回転駆動手段（図示せず）に連動するスピンドルボア４２に接続されている。
【００１９】
図２に示すガラス旋盤装置５０は、ガラス管Ａを回転させつつ加熱するための装置であり、ガラス管Ａの一端をチャック爪４１で把持し、ガラス管Ａを回転させるためのロータリージョイント１０を有する主軸台５１と、ガラス管Ａの他端をチャック爪４１で回転自在に支持する支持台５２とを備えている。さらに、主軸台５１と支持台５２との間には、ガラス管Ａを加熱するためのバーナ５５が設けられている。このバーナ５５は、バーナ台５４に設置されており、バーナ台５４は、ガラス管Ａと平行に設けられた移動手段５６によって、主軸台５１と支持台５２との間を移動可能なように支持されている。
【００２０】
図１に示すように、ロータリージョイント１０は、ガラス管Ａを把持してこのガラス管Ａと共に回転する回転部２０と、回転部２０を回転自在に支承する固定部３０とを有している。また、ガラス管Ａは、チャック爪４１によって把持されている。固定部３０と回転部２０との間には、この固定部３０と回転部２０との間をシールするためのシール部材３４と、回転部２０を回転自在に支承するためにシール部材３４とは別体に設けられたベアリング３５とを備えている。
【００２１】
まず、回転部２０について説明する。
ガラス管Ａと共に回転する回転部２０は、上述した回転駆動手段と連動するスピンドルボア４２に接続されたフランジ２２及びコネクタ２４を備えている。
スピンドルボア４２は中空の筒状に形成されており、その端部の内周に筒状のフランジ２２が装着されている。スピンドルボア４２とフランジ２２は、それぞれ連通したねじ穴（図示せず）が形成されており、このねじ穴にボルト２３をねじ込んで相互に固定されている。また、フランジ２２は、中心に配管Ｂを挿通するための貫通孔２２ａが設けられている。
また、スピンドルボア４２の端部にはチャック爪４１を有するチャックボディ４０が取り付けられている。
【００２２】
フランジ２２にはコネクタ２４が接続されている。このコネクタ２４は、フランジ２２に嵌入する回転スリーブ２５と、回転スリーブ２５の外側にねじ込まれるナット２６によって構成されている。
回転スリーブ２５は、中心にガラス管Ａを挿通させるための貫通孔２５ａを有し、外周面にテーパ状の雄ねじ２５ｂが形成されている。さらに、回転スリーブ２５は外周にＯリング２８を備え、貫通孔２５ａの内周にはＯリング２７を備えている。この回転スリーブ２５は、フランジ２２に嵌め込んでＯリング２８によって固定することが可能であり、また、貫通孔２５ａの内周面にガラス管Ａを挿入してＯリング２７によって固定することが可能である。
なお、Ｏリング２７は、Ｏリング押さえ２９によって固定されている。また、Ｏリング２７，２８の材質として、フッ素ゴムやシリコンゴム等が使用できる。ナット２６は、断面コ字状に形成され、中心にガラス管Ａを挿通させる貫通孔２６ａを有している。また、回転スリーブ２５のテーパ状の雄ねじ２５ｂに対向する内周面には、テーパ状の雌ねじ２６ｂが形成されている。
【００２３】
回転部２０の取り付け操作について述べる。
ガラス管Ａをナット２６の貫通孔２６ａ及び回転スリーブ２５の貫通孔２５ａに挿通させた状態で、ナット２６を回転スリーブ２５へねじ込むと、ガラス管Ａは、Ｏリング２７を介してコネクタ２４内に固定される。続いて、コネクタ２４を、Ｏリング２８を介してフランジ２２に嵌め込む。そして、チャック爪４１を締め、ガラス管４１を完全に固定する。これにより、回転駆動装置に連動するスピンドルボア４２に対してガラス管Ａを固定することができる。
なお、フランジ２２は通常、スピンドルボア４２に固定した状態で、メンテナンス時以外に外すことはない。
【００２４】
次に、固定部３０について説明する。
上記の回転部２０を回転自在に支承する固定部３０は、配管Ｂの周囲に配管用シール部材３２及び締着部３３が配置され、さらにその周囲を覆うように形成された固定スリーブ３１が設けられている。
【００２５】
固定スリーブ３１は、断面コ字状に形成され、その内側に配管用シール部材３２及び締着部３３を収容して、中心に配管Ｂを通すための貫通孔３１ａが設けられている。また、この貫通孔３１ａの開口内縁部には、テーパ状の雌ねじ３１ｂが形成されている。
【００２６】
配管用シール部材３２は、中心に配管Ｂを通すための貫通孔３２ａを有する円筒状に形成されており、外周面３２ｂにはＯリング３６が備えられている。また、貫通孔３２ａの内周面にはＯリング３７が備えられている。配管用シール部材３２は、外周面３２ｂ及びＯリング３６が固定スリーブ３１の内面である貫通孔３１ａに密着し、貫通孔３２ａ及びＯリング３７が配管Ｂの外周面に密着することで、配管Ｂと固定スリーブ３１の間をシールすることができる。
また、配管用シール部材３２の内外面に使用するＯリング３６，３７の材質は、少なくとも２００℃以上の耐熱性を有するシリコンゴムやフッ素ゴムが望ましい。
【００２７】
締着部３３は、外周面に上述したテーパ状の雌ねじ３１ｂにねじ止めされるテーパ状の雄ねじ３３ｂが形成され、中心に配管Ｂを通すための貫通孔３３ａが設けられている。
【００２８】
固定部３０の取り付け操作について述べる。
まず、配管Ｂを締着部３３、配管用シール部材３２、固定スリーブ３１の各貫通孔３３ａ，３２ａ，３１ａに挿通させる。その後、締着部３３を固定スリーブ３１内にねじ込むことで、固定部３０が一体に固定される。
【００２９】
続いて、固定部３０に対する回転部２０の支承状態について述べる。
回転部２０は、フランジ２２の貫通孔２２ａに配管Ｂの先端を差し込んだ状態で、フランジ２２の内側に固定部３０を収容する。回転部２０は、固定部３０の固定スリーブ３１と回転部２０のフランジ２２との間に介在させたベアリング３５によって、配管Ｂの円周方向に回転可能なように支承される。
【００３０】
ベアリング３５は、固定スリーブ３１の外周面とフランジ２２の内周面との間の、例えば２箇所に設けられている。ベアリング３５は、例えば転動体として玉を用いたボールベアリングであり、摩擦係数が０．００５以下とすることが極めて容易である。摩擦係数の低いベアリング３５を使用することにより、摩擦熱の発生が抑制され、ベアリング３５の焼き付きを防止することができる。
また、ベアリング３５は２００℃以上の耐熱性を有していることが好ましい。特に、材質をセラミックとした場合は、３００〜３５０℃の高い耐熱性を得ることができる。そのため、ＭＣＶＤ法によって２００℃程度の高温の原料ガスを用いた場合や、回転によって発生する摩擦熱によってベアリング３５内の温度が上昇した場合でも、焼き付きを起こすことがない。
【００３１】
また、固定スリーブ３１とフランジ２２との間の、固定スリーブ３１のコ字状に形成された外周面の角部には、シール部材３４が介在されている。シール部材３４としては、例えば磁性流体を用いることができる。磁性流体は、酸化鉄を主成分とした粉をオイルの中に懸濁させたものである。したがって、磁性流体は摩擦抵抗が極めて少なく、むしろ潤滑材としての潤滑作用を有している。また、磁性流体はその磁気力によって固定スリーブ３１及びフランジ２２のシール部分に適宜構成により保持されていることから、安定したシール性を保つことができる。また、磁性流体は回転による摩耗等の劣化がなく、継時劣化が起こりにくい。なお、シール部材３４として、磁性流体に限らず、オイルシールを用いても良い。オイルシールは金属製の環にシールリップを構成するゴムを接着した周知の部材である。
【００３２】
以上説明した構成により、ロータリージョイント１０は、スピンドルボア４２の回転に伴って、フランジ２２とコネクタ２４を介してガラス管Ａを回転させることができる。その際、回転による摩擦はベアリング３５とシール部材３４にのみ発生するため、固定スリーブ３１と配管Ｂとの間は、配管用シール部材３２、Ｏリング３６，３７によって良好なシール状態を保つことができる。
また、ベアリング３５とシール部材３４以外の部材は、回転による摩擦抵抗を考慮する必要がないため、ベアリング３５、シール部材３４、及びＯリング２７，２８，３６，３７を除いたロータリージョイント１０の各部材は、耐腐食性、耐高温性に優れた任意の材質、例えばＳＵＳ、インコネル、ハステロイ等の金属を材料として選ぶことができる。
【００３３】
なお、上記の実施の形態では、ロータリージョイント１０の用途としてＭＣＶＤ法を例示したが、本発明のロータリージョイントは他の用途に使用することもできる。例えば、ＭＣＶＤ法によって作製したガラス体をコラプスする際にも使用できる。その場合、配管からガラス体に向けて塩素ガスを供給、吸引して減圧しつつ、ガラス体を中実化する。
そのとき、従来のロータリージョイントでは圧力の変動によって塩素ガスが漏れ出し易く、金属を腐食させてしまうことがあるが、本発明のロータリージョイント１０の場合はガスの漏洩を確実に防止することができる。
【００３４】
また、本発明のロータリージョイントは、図１に示した実施形態によるＭＣＶＤ法やコラプスに用途を限るものではなく、把持したガラス体を延伸させる際に使用することもできる。その場合、配管を用いてガスの供給や減圧を行う必要がないため、上記のロータリージョイント１０は、配管Ｂが設けられていなくても良い。さらに、固定部を構成する配管用シール部材３２、締着部３３、固定スリーブ３１が一体に形成されていても良い。但し、固定部は主軸台５１に固定されていることは当然である。
【００３５】
また、本発明のロータリージョイントに用いられる直管は、ガラス管に限るものではない。例えば、銅やステンレス等の金属管を用いることも可能である。
【００３６】
（実施例）
次に、本発明の効果を確認するために行った実施例について述べる。
旋盤装置として図２に示す旋盤装置を使用し、ガラス管Ａを把持してＭＣＶＤ法を継続的に実施した（１日あたり１０時間稼動）。その過程で、ガラス管Ａ内の不純物を除去して清浄化するために、塩素ガスを５００sccm（standard  cm3／min）供給した。また、ガス漏れを検出するため、チャックの近傍に、ｐＨ試験紙およびガス検知機の吸引口を設置した。
なお、第１〜第４実施例では、図１に示すロータリージョイントを使用し、ベアリングの摩擦係数が０．００５以下となるように適宜潤滑オイルを補充した。また、比較例では、図３に示す従来のロータリージョイントを使用した。
【００３７】
・第１実施例
第１実施例では、シール部材３４としてオイルシールを用い、ベアリング３５としてＳＵＳ製の玉軸受を用いた。
その結果、稼動開始後２ヶ月が経過してもガスの漏れは検出されなかった。
【００３８】
・第２実施例
第２実施例では、シール部材３４として磁性流体を用い、ベアリング３５としてＳＵＳ製の玉軸受を用いた。
その結果、稼動開始後２ヶ月が経過してもガスの漏れは検出されなかった。
【００３９】
・第３実施例
第３実施例では、塩素ガスを供給する際に、塩素ガスに加えて三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ3）を供給して、さらにガスの凝縮を防ぐために配管Ｂにリードヒータおよび断熱材を巻いて配管Ｂの温度を２００℃に維持した。
その結果、稼動開始後の１０日目にＳＵＳ製のベアリング３５は焼き付きを起こしてしまい、ガラス管Ａを円滑に回転させることが困難となった。
【００４０】
・第４実施例
第４実施例では、ベアリング３５としてセラミック製の玉軸受を用い、それ以外の条件は上記第３実施例と同様にして稼動させた。
その結果、稼動開始後２ヶ月が経過してもベアリング３５が焼き付きを起こすことがなく、ガラス管Ａを円滑に回転させることができた。また、ガスの漏れも検出されなかった。
【００４１】
・比較例
比較例では、図３に示す従来のロータリージョイントを用いた。すなわち、シール部材６５及びＯリング６６は、フランジ６２と配管Ｂとの間に発生する摩擦抵抗を受けてしまう。
その結果、稼動開始後の２週間目に塩素ガスの漏れが確認された。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るロータリージョイントは、回転部を回転自在に支承するベアリングと、回転部と固定部の間をシールするシール部材とを別体として設けているため、ベアリングとシール部材のそれぞれの機能を充分に発揮させて、軸受機能とシール機能を共に向上させることができる。また、回転部の軸受機能はベアリングによって担っているため、シール部材の摩耗を抑制することができる。したがって、シール性の高い、長寿命のロータリージョイントを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のロータリージョイントの一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１のロータリージョイントを適用したガラス旋盤装置を示す概略図である。
【図３】従来のロータリージョイントの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０    ロータリージョイント
２０    回転部
２２    フランジ
２４    コネクタ
２５    回転スリーブ
２６    ナット
３０    固定部
３１    固定スリーブ
３２    配管用シール部材
３３    締結部
３４    シール部材
３５    ベアリング
３６，３７    Ｏリング
４０    チャックボディ
４１    チャック爪
４２    スピンドルボア
５０    ガラス旋盤装置
５１    主軸台
Ａ      ガラス管（直管）
Ｂ      配管
【図１】
0004106534.tif 000002
【図２】
0004106534.tif 000003
【図３】
0004106534.tif 000004