JP7003009B2 - ロータリジョイント - Google Patents

Description

本発明は、半導体分野等で使用される回転機器（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装置）等）における相対回転部材間で流体を流動させるロータリジョイントに関するものである。

従来のこの種のロータリジョイントとして、特許文献１の図６に開示されるように、筒状のケース体とこれに同心をなして相対回転自在に連結した回転軸体との対向周面間に、ケース体に固定した固定密封環と回転軸体に軸線方向移動可能に保持した可動密封環との対向端面を接触状態で相対回転させることによりシール機能を発揮するように構成された６個のメカニカルシールを軸線方向に縦列状に配設して、隣接するメカニカルシールでシールされた通路接続空間を形成し、当該両体に通路接続空間を介して連通する一連の流路を形成したもの（以下「従来ロータリジョイント」という）が周知である。

而して、かかる従来ロータリジョイントにあっては、特許文献１の図６に示される如く、メカニカルシール群の両端部に位置するメカニカルシールを除く２組の隣接するメカニカルシールの固定密封環を両端面が可動密封環と接触する１個の固定密封環（以下「兼用固定密封環」という）で兼用していることから、特許文献１の図１に開示されたもののように、全メカニカルシールの固定密封環が一方の端面のみを可動密封環との接触面とする独立部材としたロータリジョイントに比して、ロータリジョイントの軸長（両体の相対回転軸線方向における長さ）を短縮し得て小型化を図ることができ、また部品点数の削減によりメカニカルシールの構成つまりロータリジョイントの構成を簡素化できる。

特開２００３－４２３７４号公報

しかし、従来ロータリジョイントにあって、上記兼用固定密封環については、その両端面が夫々可動密封環との接触により発熱することから、一方の端面のみが可動密封環と接触する場合に比して当該兼用固定密封環に熱膨張による大きな熱歪が生じ易い。しかも、兼用固定密封環を使用する２個のメカニカルシールによってシールされた夫々の通路接続空間を流動する流体に圧力差があったり或いは当該流体の圧力が変動することにより、当該兼用固定密封環の両端面における可動密封環との接触圧が異なると、当該兼用固定密封環の両端面における接触部での発熱量つまり熱歪が異なることになり、兼用固定密封環に生じる熱歪が周方向に不均一となり易い。

したがって、従来ロータリジョイントでは、兼用固定密封環にこのような周方向に不均一で大きな熱歪が生じ易いため、兼用固定密封環と可動密封環との接触が適正に行われず、兼用固定密封環を使用するメカニカルシールによる通路接続空間のシール機能が良好に発揮されない虞れがあった。

本発明は、このような兼用固定密封環を使用するメカニカルシールにおける上記した問題を解決して、通路接続空間を良好にシール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ものである。

本発明は、上記の目的を達成すべく、筒状のケース体とこれに同心をなして相対回転自在に連結した回転軸体との間に、当該両体の一方に固定した固定密封環と当該両体の他方に軸線方向移動可能に保持した可動密封環との対向端面が接触状態で相対回転することによりシール機能を発揮する４個以上のメカニカルシールを軸線方向に縦列状に配置して、隣接するメカニカルシールでシールされた通路接続空間を形成し、前記両体に当該通路接続空間を介して連通する一連の流路を形成し、前記両体間に形成された空間であって当該メカニカルシールによって通路接続空間と区画されたクエンチング空間に、クエンチング液を供給するように構成されており、少なくとも１組の隣接するメカニカルシールの固定密封環を両端面が可動密封環と接触する１個の固定密封環（以下「兼用固定密封環」という）で兼用し、当該兼用固定密封環の両端面に、可動密封環の端面との接触部を前記クエンチング空間に開口する複数個の潤滑溝を形成し、当該兼用固定密封環の両端面の一方に形成された各潤滑溝とその他方に形成された各潤滑溝とが当該兼用固定密封環の周方向において重ならないように配置されていることを特徴とするロータリジョイントを提案する。

本発明のロータリジョイントにあっては、前記兼用固定密封環の両端面の一方に形成された複数個の潤滑溝とその他方に形成された複数個の潤滑溝とが、夫々、当該兼用固定密封環の周方向に等間隔を隔てて形成されたものであることが好ましい。更には、前記兼用固定密封環の両端面の一方に形成された各潤滑溝が、当該兼用固定密封環の周方向において、当該兼用固定密封環の両端面の他方に形成された隣接する潤滑溝間の中間に位置していることが好ましい。

また、前記４個以上のメカニカルシールを軸線方向に縦列状に配置してなるメカニカルシール群の両端部に位置するメカニカルシールを除くすべてのメカニカルシールにおいて、或は当該メカニカルシール群のすべてのメカニカルシールにおいて、隣接するメカニカルシールの固定密封環が前記１個の兼用固定密封環で兼用されていることが好ましい。

また、本発明のロータリジョイントにあっては、前記各メカニカルシールにおいては、固定密封環が回転軸体に固定されると共に可動密封環がケース体に軸線方向移動可能に保持されているか、或は固定密封環がケース体に固定されると共に可動密封環が回転軸体に軸線方向移動可能に保持されているか、何れも可能である。

本発明のロータリジョイントにあっては、兼用固定密封環の両端面に複数個の潤滑溝が形成されているから、潤滑溝に侵入したクエンチング液により冷却されて当該兼用固定密封環に大きな熱歪が生じることがない。しかも、兼用固定密封環の各端面においては、クエンチング液が直接に接触する潤滑溝が形成された部分では冷却効果が高く熱歪が小さくなり、逆にクエンチング液が直接に接触しない潤滑溝が形成されていない部分では冷却効果が低く熱歪が大きくなるが、兼用固定密封環の一方の端面に形成された各潤滑溝と当該兼用固定密封環の他方の端面に形成された各潤滑溝とが当該兼用固定密封環の周方向において重ならないように配置されていることから、当該兼用固定密封環の周方向においては、前記一方の端面における冷却効果が高く熱歪が小さくなる部分（潤滑溝が形成された部分）と前記他方の端面における冷却効果が低く熱歪が大きくなる部分（潤滑溝が形成されていない部分）とが当該兼用固定密封環の周方向において同一位置又は略同一位置となる。その結果、当該兼用固定密封環に生じる熱歪が周方向において均一となり、当該兼用固定密封環の各端面と可動密封環の端面との接触が適正に行われることになる。

このように、本発明のロータリジョイントにあっては、兼用固定密封環に生じる熱歪が小さく且つその熱歪が当該兼用固定密封環の周方向に均一となるから、当該兼用固定密封環と可動密封環との接触が適正に行われて、兼用固定密封環を使用するメカニカルシールによる通路接続空間のシール機能が良好に発揮され、流体を、その性状に拘わらず、相対回転するケース体と回転軸体との間に形成された流路において漏れを生じることなく良好に流動させることができる。

図１は本発明に係るロータリジョイントの一例を示す断面図である。 図２は図１と異なる位置で断面した当該ロータリジョイントの断面図である。 図３は図１の要部を拡大して示す詳細断面図である。 図４は図３のIV－IV線に沿う要部の断面図である。 図５は図３のＶ－Ｖ線に沿う要部の断面図である。 図６は本発明に係るロータリジョイントの変形例を示す図３相当の要部の断面図である。 図７は本発明に係るロータリジョイントの他の変形例を示す概略断面図である。 図８は図７のVIII－VIII線に沿う要部の断面図である。 図９は本発明に係るロータリジョイントの更に他の変形例を示す図７対応の概略断面図である。 図１０は図９のＸ－Ｘ線に沿う要部の断面図である。 図１１は本発明に係るロータリジョイントの更に他の変形例を示す図７対応の概略断面図である。 図１２は図１１のXII－XII線に沿う要部の断面図である。

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。

図１は本発明に係るロータリジョイントの一例を示す断面図であり、図２は図１と異なる位置で断面した当該ロータリジョイントの断面図であり、図３は図１の要部を拡大して示す詳細断面図であり、図４は図３のIV－IV線に沿う要部の断面図であり、図５は図３のＶ－Ｖ線に沿う要部の断面図である。なお、以下の説明において、上下とは図１～図３における上下をいうものとする。

図１及び図２に示すロータリジョイント（以下「第１ロータリジョイントＲ１」という）は、筒状のケース体１とこれに同心をなして相対回転自在に連結された回転軸体２とを具備し、両体１，２の対向周面間に、４個以上のメカニカルシール３を軸線方向（両体１，２の相対回転軸線方向）つまり上下方向に縦列させて配置して、隣接するメカニカルシール３，３でシールされた複数個の通路接続空間４を形成すると共に、当該通路接続空間４とメカニカルシール３により区画されたクエンチング空間５を形成したものであり、両体１，２間に通路接続空間４を介して連通してなる複数個の一連の流路６（図２参照）を形成した竪型のものであって、ＣＭＰ装置等の回転機器の相対回転部材間で適宜の流体（例えば、液体、気体又はスラリ流体）Ｆを各流路６により各別に流動させるものである。

ケース体１は、図１及び図２に示す如く、上下方向に延びる円形内周部を有するもので、上下方向に複数個の環状部分に分割された筒状構造をなす。ケース本体１は、回転機器の固定側部材（例えば、ＣＭＰ装置の装置本体）に取り付けられる。

回転軸体２は、図１及び図２に示す如く、上下方向に延びる円柱状の軸本体２１と、これに上下方向に所定間隔を隔てて縦列状に嵌合された複数個のスリーブ２２と、軸本体２１の上端部に嵌合された有底筒状のベアリング受体２３とで構成されており、ベアリング受体２３とケース体１の上端部との間及び軸本体２１の下端部に形成した大径のベアリング受部２１ａとケース体１の下端部との間に夫々装填したベアリング２４，２５によりケース体１の内周部に同心をなして相対回転自在に支持されている。回転軸体２は、軸本体２１の下端部において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。

各メカニカルシール３は、図１及び図３に示す如く、両体１，２の一方（この例では回転軸体２）に固定した固定密封環３１とこれに対向して両体１，２の他方（この例ではケース体１）に軸線方向移動可能に保持された可動密封環３２とこれを固定密封環３１に押圧接触させるスプリング３３とを具備して、両密封環３１，３２の対向端面である密封端面３１ａ，３２ａを接触状態で相対回転させることにより、密封端面３１ａ，３２ａの接触部Ｓ（図３参照）の内周側領域である通路接続空間４とその外周側領域であるクエンチング空間５とをシールするように構成された端面接触形のメカニカルシールである。

各固定密封環３１は、図１及び図２に示す如く、両体１，２の軸線（相対回転軸線）と同心をなす断面方形の円環状体であり、隣接する固定密封環３１，３１の相互間隔をスリーブ２２によって規制された状態で回転軸体２の軸本体２１に嵌合固定されている。すなわち、固定密封環３１は、図１に示す如く、ベアリング受体２３をボルト２６により軸本体２１に締め付けて、スリーブ２２を介してベアリング受体２３と軸本体２１のベアリング受体２３との間に挟圧させることにより、軸線方向に等間隔を隔てた縦列状態で回転軸体２に固定されている。なお、各スリーブ２２の上端部（最下位のスリーブ２２については上下端部）と軸本体２１との間には、図１～図３に示す如く、軸本体２１と各固定密封環３１との嵌合部分をシールするＯリング２７が装填されている。

各可動密封環３２は、図３に示す如く、回転軸体２と同心をなす断面略Ｌ字状の円環状体であり、端面を固定密封環３１の密封端面３１ａに全面的に接触する密封端面３２ａに構成してある。すなわち、可動密封環３２の密封端面３２ａの内径は固定密封環３１の密封端面３１ａの内径より大きく設定されており、その外径は当該密封端面３１ａの外径より小さくしてある。各可動密封環３２は、図１及び図３に示す如く、ケース体１の内周部に突出形成した環状の保持壁１１にＯリング３４を介して軸線方向移動可能に保持されている。なお、各可動密封環３２は、図１及び図３に示す如く、その外周部に形成した係合凹部を、保持壁１１に貫通支持されたドライブバー３５に係合させることにより、軸線方向への相対移動を所定範囲で許容された状態でケース体１に相対回転不能に保持されている。

スプリング３３は、図１及び図３に示す如く、隣接するメカニカルシール３，３において、保持壁１１に形成された軸線方向の貫通孔５１に保持されていて、保持壁１１の上下両側に位置する両可動密封環３２，３２を各固定密封環３１へと押圧附勢する共通部材とされている。

両体１，２の対向周面間には、図１～図３に示す如く、固定密封環群３１の両端に位置する固定密封環３１，３１とケース体１との対向周面間に装填された環状シール部材（公知のオイルシール等）５２，５３でシールされた空間であって、通路接続空間４とメカニカルシール３によって区画されたクエンチング空間５が形成されている。クエンチング空間５は、各両密封環３１，３２の接触部Ｓの外周側領域を各保持壁１１の貫通孔５１を介して連通させることにより形成されたもので、ケース体１に形成された給排液通路５４，５５により適宜のクエンチング液（冷却液）Ｑが循環供給される。すなわち、図１に示す如く、給液通路５４をクエンチング空間５の下部（最下端の保持壁１１の貫通孔５１）に連通させると共に排液通路５５をクエンチング空間５の上部（上位の環状シール部材５２と最上位の可動密封環３２との間の空間部）に連通させて、給液通路５４からクエンチング空間５に供給されたクエンチング液Ｑがクエンチング空間５を通過し（各両密封環３１，３２の接触部Ｓの外周側領域を順次通過し）排液通路５５から排出されるようになっている。クエンチング空間５に供給されるクエンチング液Ｑの圧力は各流路６を流動する流体Ｆの圧力より低圧であり、クエンチング液Ｑとしては常温の清浄水、純水等が使用されている。なお、ケース体１には、図１に示す如く、下位の環状シール部材５３とベアリング２５との間の空間部に連通するドレン５６が形成されている。

而して、メカニカルシール群３のうち少なくとも１組の隣接するメカニカルシール３，３の固定密封環３１，３１は、図３に示す如く、両端面を可動密封環３２，３２の密封端面３２ａ，３２ａが接触する密封端面３１ａ，３１ａとする１個の固定密封環３１（以下「兼用固定密封環３１Ａ」という）で兼用されている。この例では、上下方向に縦列するメカニカルシール群３の両端部（上下端部）に位置するメカニカルシール３，３を除くすべてのメカニカルシール３において、隣接するメカニカルシール３，３の固定密封環３１，３１を１個の兼用固定密封環３１Ａで兼用している。すなわち、上下方向に縦列する固定密封環群３１のうち両端部（上下端部）に位置する固定密封環３１，３１を除いて、すべての固定密封環３１を兼用固定密封環３１Ａとしている。

各流路６は、図２に示す如く、ケース体１に形成したケース側通路６１と回転軸体２に形成した軸側通路６２，６３，６４とを通路接続空間４を介して連通させてなる一連のものである。各ケース側通路６１は、保持壁１１の貫通孔５１と交差しない状態でケース体１を径方向に貫通して形成されており、その一端部は保持壁１１の内周面において通路接続空間４に開口すると共にその他端部は回転機器の固定側部材に形成された流路に接続される。各軸側通路６２，６３，６４は、スリーブ２２の内周面に形成した環状凹部を軸本体２１で閉塞してなる環状空間であって、スリーブ２２と軸本体２１との対向周面間に形成されたヘッダ空間６２と、スリーブ２２を径方向に貫通してヘッダ空間６２と通路接続空間４とを連通する複数個の連通孔６３と、軸本体２１をその下端部から軸線方向に貫通してヘッダ空間６２に連通する接続通路６４とで構成されており、接続通路６４の下端部は回転機器の回転側部材に形成された流路に接続される。

各軸側通路における複数個の連通孔６３は、スリーブ２２の軸線方向中央部にスリーブ２２の周方向に等間隔を隔てて形成されており、各スリーブ２２と兼用固定密封環３１を挟んで隣接するスリーブ２２とは、一方のスリーブ２２に形成された連通孔６３と他方のスリーブ２２に形成された連通孔６３とがスリーブ２２の周方向において齟齬する状態（重ならない状態）で、軸本体２１に嵌合されている。この例では、図５に示す如く、各スリーブ２２に５個の連通孔６３が形成されており、隣接するスリーブ２２，２２が、一方のスリーブ２２に形成された各連通孔（同図に実線で示す連通孔）６３が他方のスリーブ２２に形成された隣接する連通孔（同図に破線で示す連通孔）６３，６３の周方向中間に位置する状態で、軸本体２１に嵌合されている。

各兼用固定密封環３１Ａの各端面（密封端面）３１ａには、図３に示す如く、可動密封環３２の密封端面３２ａとの接触部Ｓの一部分（外周側部分）をクエンチング空間５に開口する複数個の潤滑溝３１ｂが形成されている。各潤滑溝３１ｂは一般にハイドロカットと呼ばれる凹溝であり、この例では、図４に示す如く、兼用固定密封環３１Ａの各密封端面３１ａに３個の潤滑溝３１ｂが当該密封端面３１ａの周方向に等間隔を隔てて形成されており、当該密封端面３１ａにおける接触部Ｓの外周側部分（可動密封環３２の密封端面３２ａの外周部分と重なる部分）を通過する直線と当該密封端面３１ａの外周縁とで囲繞された扇形状部分を所定深さに切り欠いてなる断面矩形状のものである。

而して、各兼用固定密封環３１Ａの一方の密封端面３１ａに形成された複数個の潤滑溝３１ｂと他方の密封端面３１ａに形成された同数の潤滑溝３１ｂとは当該兼用固定密封環３１の周方向において齟齬する（重ならない）ように形成されている。この例では、各兼用固定密封環３１Ａの両密封端面３１ａ，３１ａにおける各潤滑溝３１ｂの形成位置を、図４に示す如く、一方の密封端面３１ａに形成された各潤滑溝（同図に実線で示す潤滑溝）３１ｂが他方の密封端面３１ａに形成された隣接する潤滑溝（同図に破線で示す潤滑溝）３１ｂ，３１ｂとの周方向中間に位置するように設定してある。すなわち、各兼用固定密封環３１Ａの両密封端面３１ａ，３１ａにおいて、一方の密封端面３１ａに形成された潤滑溝３１ｂと他方の密封端面３１ａに形成された潤滑溝３１ｂとが周方向に等間隔を隔てて交互に位置するように設定してある。

ところで、ロータリジョイントを構成する構成部材の構成材は、当該構成部材に要求される機能、機械的強度等に応じて選択される他、流路６を流動する流体Ｆの性状や使用目的に応じて選択しておくことが必要であり、一般に、当該流体Ｆに対して不活性なものを選択しておくことが好ましい。流体Ｆに対して不活性な構成材は、当該流体Ｆの性状や使用条件（金属汚染の回避等）との関係において決定されるものであり、例えば、当該流体Ｆが半導体ウエハの処理に使用する研磨液や洗浄液等のように金属汚染を回避すべきものである場合には、流体との接触により金属成分を溶出したり金属粉を発生したりすることがないセラミックスやプラスチック（例えば、ＰＥＥＫ，ＰＥＳ，ＰＣ等）が使用される。すなわち、各密封環３１，３１Ａ，３２は一般に炭化ケイ素等のセラミックスや超硬合金（タングステンカーバイド）等で構成されるが、この例では、各密封環３１，３１Ａ，３２を炭化珪素で構成すると共に、ケース体１及び回転軸体２の構成部材（軸本体２１及び各スリーブ２２等）をＰＥＥＫで構成してある。

以上のように構成された第１ロータリジョイントＲ１にあっては、兼用固定密封環３１Ａの両密封端面３１ａ，３１ａに上記したような潤滑溝３１ｂ，３１ｂを形成しているから、冒頭で述べたような問題は生じない。

すなわち、兼用固定密封環３１の各密封端面３１ａは、各潤滑溝３１ｂに侵入したクエンチング液Ｑにより冷却されることから、兼用固定密封環に潤滑溝を形成していない従来ロータリジョイントに比して、兼用固定密封環３１に大きな熱膨張による大きな熱歪が生じることがない。

ところで、兼用固定密封環３１Ａの各密封端面３１ａにおける潤滑溝３１ｂが形成された部分では、クエンチング液Ｑが直接に接触することから、クエンチング液Ｑによる冷却効果が高くなり、熱膨張により発生する熱歪量が小さくなる。一方、当該各密封端面３１ａにおける潤滑溝３１ｂが形成されていない部分では、クエンチング液Ｑが直接接触しないことから、クエンチング液Ｑによる冷却効果が小さく、熱膨張により発生する熱歪量が大きくなる。したがって、当該各密封端面３１ａには、周方向において、熱歪が小さな部分（潤滑溝３１ｂが形成された部分）と熱歪が大きな部分（潤滑溝３１ｂが形成されていない部分）とが交互に存在することになり、当該各密封端面３１ａが周方向にうねり状の熱歪が生じることになる。

しかし、兼用固定密封環３１Ａにおいては、図４に示す如く、一方の密封端面３１ａに形成された潤滑溝３１ｂと他方の密封端面３１ａに形成された潤滑溝３１ｂとが周方向に重ならないように配置されており、周方向においては、一方の密封端面３１ａにおける潤滑溝３１ｂが形成された部分は他方の密封端面３１ａにおいては潤滑溝３１ｂが形成されていない部分となり、逆に当該一方の密封端面３１ａにおける潤滑溝３１ｂが形成されていない部分は当該他方の密封端面３１ａにおいては潤滑溝３１ｂが形成されている部分となることから、両密封端面３１ａ，３１ａにおいてはうねり状熱歪の山部（熱歪の大きな部分）とうねり状熱歪の谷部（熱歪の小さな部分）とが重なることになる。その結果、兼用固定密封環３１Ａに生じる熱歪が周方向に均一となり、その熱歪量も小さくなる。かかる効果は、図４に示す如く、兼用固定密封環３１Ａの両密封端面３１ａ，３１ａにおいて一方の密封端面３１ａに形成された潤滑溝３１ｂと他方の密封端面３１ａに形成された潤滑溝３１ｂとが周方向に等間隔を隔てて交互に位置するように工夫しておくことにより、より顕著に発揮される。

したがって、第１ロータリジョイントＲ１によれば、兼用固定密封環３１Ａが、熱歪が周方向に不均一となる従来ロータリジョイントに比して、兼用固定密封環３１ａの各密封端面３１ａと可動密封環３２の密封端面３２ａとの接触が適正に行われ、兼用固定密封環３１Ａを使用するメカニカルシール３によるシール機能が良好に発揮される。

また、第１ロータリジョイントＲ１にあっては、兼用固定密封環３１Ａの各密封端面３１ａと可動密封環３２の密封端面３２ａとの接触部Ｓが複数個の潤滑溝３１ｂから侵入したクエンチング液Ｑにより潤滑されるから、兼用固定密封環３１とその両側の可動密封環３２，３２との接触が円滑に行われる。その結果、通路接続空間４を流動する流体Ｆが液体である場合には勿論、当該流体Ｆが気体である場合にも、当該接触部Ｓにおける摩耗が可及的に防止され、流体Ｆが摩耗粉によって汚染される虞れがない。しかも、クエンチング液Ｑの圧力は通路接続空間４を流動する流体Ｆの圧力より低いため、前記接続部Ｓからの流体Ｆの漏れが可及的に防止される。なお、第１ロータリジョイントＲ１においては、メカニカルシール群３の両端部に位置するメカニカルシール３，３においても、各固定密封環３１の密封端面３１ａに前記した潤滑溝３１ｂと同様の潤滑溝を形成しておくことができ、このようにすれば、当該メカニカルシール３，３においても各固定密封環３１と可動密封環３２との接触部でのシールをより良好に行うことができる。

ところで、第１ロータリジョイントＲ１においては、兼用固定密封環３１Ａ，３１Ａ間をプラスチック製（ＰＥＥＫ製）のスリーブ２２で規制すると共に、スリーブ２２にボルト２６の締め付けによる軸方向押圧力が作用することにより、兼用固定密封環３１Ａをスリーブ２２との摩擦係合力により固定するようにしているが、スリーブ２２がプラスチック製（上記の例ではＰＥＥＫ製）のものであり剛体ではないため、スリーブ２２による兼用固定密封環３１Ａへの押圧力が当該スリーブ２２の周方向において均一とならず、兼用固定密封環３１，３１Ａに大きな歪が生じる虞れがある。かかる歪は兼用固定密封環３１Ａの数が多くなるに従い兼用固定密封環群３１，３１Ａ全体として極めて大きくなり、メカニカルシール群３によるシール機能に悪影響を及ぼす虞れがある。

しかし、第１ロータリジョイントＲ１にあっては、各スリーブ２２にその周方向に並列する複数個の連通孔６３が形成されていて、連通孔６３が形成されたスリーブ部分による兼用固定密封環３１Ａへの押圧力が連通孔６３が形成されていないスリーブ部分による兼用固定密封環３１Ａへの押圧力より小さくなる。そして、隣接するスリーブ２２，２２に形成した複数個の連通孔６３，６３が、図５に示す如く、周方向に重ならないように配置してあるから、周方向において、兼用固定密封環３１Ａの一方の端面３１ａにおいて大きな押圧力が作用する部分では他方の端面３１ａにおいて小さな押圧力が作用し、兼用固定密封環３１の両端面３１ａ，３１ａにおいては、大小の押圧力が同時に作用する部分が周方向に交互に存在することになる。

したがって、兼用固定密封環３１Ａにはスリーブ２２の周方向において上記押圧力による歪が均一となり、兼用固定密封環３１Ａに大きな歪が生じることが可及的に防止され、上記した潤滑溝３１ｂによる効果と相俟って、メカニカルシール３によるシール機能を良好に発揮させることができる。

ところで、本発明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。

例えば、潤滑溝３１ｂの形状及び数は任意であり、潤滑溝３１ｂの断面形状は、図６に示す如く、潤滑溝３１ａの深さが兼用固定密封環３１Ａの密封端面３１ａの内周方向に漸次浅くなる三角形状としておくことができる。潤滑溝３１ｂの断面形状が図４に示す如き矩形状である場合には、一般に、潤滑溝３１ｂを切削工程により形成する必要があり、兼用固定密封環３１Ａの成形工程後に潤滑溝３１ｂの形成工程（切削工程）を行う必要があるが、潤滑溝３１ｂの断面形状を上記した如き三角形状とすると、兼用固定密封環３１Ａの成形と潤滑溝３１ｂの形成とを兼用固定密封環３１Ａの成形工程により同時に行うことができ、潤滑溝３１ｂを有する兼用固定密封環３１Ａの製造、更には大量生産が容易となる。

また、メカニカルシール３及び兼用固定密封環３１Ａを含む固定密封環３１の数並びに各密封環３１，３１Ａ，３２をケース体１及び回転軸体２の何れに設けるかは、流動させる流体Ｆの種類、性状やロータリジョイントを装備する回転機器に応じて任意に設定することができる。例えば、本発明に係るロータリジョイントは、図７、図９又は図１１に示す如く構成することができる。

すなわち、図７に示すロータリジョイント（以下「第２ロータリジョイントＲ２」という）は、回転軸体２が軸本体２１の外周部に複数個の密封環保持体２８を取り付けてなる点、固定密封環３１，３１Ａをケース体１に固定すると共に可動密封環３２を密封環保持体２８に軸線方向移動可能に保持した点、通路接続空間４が固定密封環３１，３１Ａと可動密封環３２との接触部Ｓの外周側領域であり、クエンチング空間５が密封環保持体２８に形成した貫通孔５７を介して連通する当該接触部Ｓの内周側領域である点、軸側通路が軸本体２１に形成された接続通路６４と密封環保持体２８に形成されて当該接続通路６４を通路接続空間４に接続する連通孔６５とからなる点、及び図８に示す如く、兼用固定密封環３１Ａの各密封端面３１ａの内周側部分に前記接触部Ｓをクエンチング空間５に開口する複数個の潤滑溝３１ｂを形成した点を除いて、第１ロータリジョイントＲ１と同様構造をなすものである。

また、図９に示すロータリジョイント（以下「第３ロータリジョイントＲ３」という）は、すべてのメカニカルシール３における固定密封環３１を兼用固定密封環３１Ａとした点、通路接続空間４が兼用固定密封環３１Ａと可動密封環３２との接触部Ｓの内周側領域であり、クエンチング空間５が兼用固定密封環３１Ａに形成した貫通孔５８を介して連通する当該接触部Ｓの外周側領域である点、兼用固定密封環３１Ａにケース側通路６１と通路接続空間４とを連通する連通孔６６を形成した点、軸側通路が軸本体２１に形成した接続通路６４を通路接続空間４に接続させてなる点、及び図１０に示す如く、兼用固定密封環３１Ａの各密封端面３１ａの外周側部分に前記接触部Ｓをクエンチング空間５に開口する複数個の潤滑溝３１ｂを形成した点を除いて、第２ロータリジョイントＲ２と同様構造をなすものである。

また、図１１に示すロータリジョイント（以下「第４ロータリジョイントＲ４」という）は、すべてのメカニカルシール３における固定密封環３１を兼用固定密封環３１Ａとした点、通路接続空間４が兼用固定密封環３１Ａと可動密封環３２との接触部Ｓの外周側領域であり、クエンチング空間５が兼用固定密封環３１Ａに形成した貫通孔５９を介して連通する当該接触部Ｓの内周側領域である点、軸側通路が軸本体２１に形成された接続通路６４と兼用固定密封環３１Ａに形成されて当該接続通路６４を通路接続空間４に接続する連通孔６７とからなる点、及び図１２に示す如く、兼用固定密封環３１Ａの各密封端面３１ａの内周側部分に前記接触部Ｓをクエンチング空間５に開口する複数個の潤滑溝３１ｂを形成した点を除いて、第１ロータリジョイントＲ１と同様構造をなすものである。

以上のように構成された第２～第４ロータリジョイントＲ２，Ｒ３，Ｒ４においても、第１ロータリジョイントＲ１と同様に、潤滑溝３１ｂに侵入したクエンチング液Ｑにより接触部Ｓの潤滑、冷却が良好に行われることは勿論、兼用固定密封環３１Ａに生じる熱歪が周方向に均一となって、可動密封環３２との接触が適正に行われ、通路接続空間４を良好にシールすることができる。

１ ケース体
２ 回転軸体
３ メカニカルシール
４ 通路接続空間
５ クエンチング空間
６ 流路
３１ 固定密封環
３１Ａ 兼用固定密封環（固定密封環）
３１ａ 固定密封環の端面（密封端面）
３１ｂ 潤滑溝
３２ 可動密封環
３２ａ 可動密封環の端面（密封端面）
Ｆ 流体
Ｑ クエンチング液
Ｓ 接触部

Claims (7)

1. 筒状のケース体とこれに同心をなして相対回転自在に連結した回転軸体との間に、当該両体の一方に固定した固定密封環と当該両体の他方に軸線方向移動可能に保持した可動密封環との対向端面が接触状態で相対回転することによりシール機能を発揮する４個以上のメカニカルシールを軸線方向に縦列状に配置して、隣接するメカニカルシールでシールされた通路接続空間を形成し、
   前記両体に当該通路接続空間を介して連通する一連の流路を形成し、
   前記両体間に形成された空間であって当該メカニカルシールによって通路接続空間と区画されたクエンチング空間に、クエンチング液を供給するように構成されており、
   少なくとも１組の隣接するメカニカルシールの固定密封環を両端面が可動密封環と接触する１個の固定密封環で兼用し、
   当該兼用された固定密封環の両端面に、可動密封環の端面との接触部を前記クエンチング空間に開口する複数個の潤滑溝を形成し、
   当該固定密封環の両端面の一方に形成された各潤滑溝とその他方に形成された各潤滑溝とが固定密封環の周方向において重ならないように配置されていることを特徴とするロータリジョイント。
2. 前記固定密封環の両端面の一方に形成された複数個の潤滑溝とその他方に形成された複数個の潤滑溝とが、夫々、当該固定密封環の周方向に等間隔を隔てて形成されたものであることを特徴とする、請求項１に記載するロータリジョイント。
3. 前記固定密封環の両端面の一方に形成された各潤滑溝が、当該固定密封環の周方向において、当該固定密封環の両端面の他方に形成された隣接する潤滑溝間の中間に位置していることを特徴とする、請求項２に記載するロータリジョイント。
4. 前記４個以上のメカニカルシールを軸線方向に縦列状に配置してなるメカニカルシール群の両端部に位置するメカニカルシールを除くすべてのメカニカルシールにおいて、隣接するメカニカルシールの固定密封環が前記１個の固定密封環で兼用されていることを特徴とする、請求項１～３の何れかに記載するロータリジョイント。
5. 前記４個以上のメカニカルシールを軸線方向に縦列状に配置してなるメカニカルシール群のすべてのメカニカルシールにおいて、隣接するメカニカルシールの固定密封環が前記１個の固定密封環で兼用されていることを特徴とする、請求項１～３の何れかに記載するロータリジョイント。
6. 前記各メカニカルシールにおいて、固定密封環が回転軸体に固定されると共に、可動密封環がケース体に軸線方向移動可能に保持されていることを特徴とする、請求項１～５の何れかに記載するロータリジョイント。
7. 前記各メカニカルシールにおいて、固定密封環がケース体に固定されると共に、可動密封環が回転軸体に軸線方向移動可能に保持されていることを特徴とする、請求項１～５の何れかに記載するロータリジョイント。

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