ロータリージョイントおよびメカニカルシール装置
【課題】メンテナンス性に優れ、かつ、流路数の変更に柔軟に対応し得るロータリージョイントを提供する。
【解決手段】軸内流路１６を有する回転軸１２と、回転軸１０に取り付けられるメカニカルシール装置２６と、第１ベアリング２０、第２ベアリング２２を含むロータリージョイント１０であって、前記メカニカルシール装置２６はスリーブ内流路３８が形成されており、前記回転軸１２を挿通させるスリーブ３０と、第１回転環６０および第２回転環６２とを含み、ケーシング７０と前記第１回転環６０に対して摺動する第１固定環１３３と、前記第２回転環６２に対して摺動する第２固定環１３５を含み、前記スリーブ３０の外周面には第１ベアリング内周側設置面４６と第２ベアリング内周側設置面５４とが形成されており、前記ケーシング７０の内周面には第１ベアリング外周側設置面８２と第２ベアリング外周側設置面１１１とが形成されているロータリージョイント。
【解決手段】軸内流路１６を有する回転軸１２と、回転軸１０に取り付けられるメカニカルシール装置２６と、第１ベアリング２０、第２ベアリング２２を含むロータリージョイント１０であって、前記メカニカルシール装置２６はスリーブ内流路３８が形成されており、前記回転軸１２を挿通させるスリーブ３０と、第１回転環６０および第２回転環６２とを含み、ケーシング７０と前記第１回転環６０に対して摺動する第１固定環１３３と、前記第２回転環６２に対して摺動する第２固定環１３５を含み、前記スリーブ３０の外周面には第１ベアリング内周側設置面４６と第２ベアリング内周側設置面５４とが形成されており、前記ケーシング７０の内周面には第１ベアリング外周側設置面８２と第２ベアリング外周側設置面１１１とが形成されているロータリージョイント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリージョイント及びロータリージョイントに用いられるメカニカルシール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
研磨装置等の回転部分と、固定側の流体供給経路を接続するロータリージョイントとしては、複数のメカニカルシールを含むものが知られている（例えば特許文献１等参照）。メカニカルシールを用いるロータリージョイントは、摺動部分にパッキン等を用いるロータリージョイントに比べて、回転速度の大きい装置に適用することが可能である等の利点を有している。しかしながら、従来技術に係るロータリージョイントは、メカニカルシール等を構成する個々の部材を、ローターに対して順番に組み付けていく構造を有するため、組立および分解に手間が掛かり、メンテナンス性に問題を有している。また、装置に必要とされる流路数が変更された場合であっても、流路数に応じて組立構造を変更することが難しく、流路数の増減に応じて、新たな部品を設計・製造等する必要があった。
【０００３】
必要とされる流路数に応じて組立構造を変更可能なロータリージョイントとしては、パッキンによってシールされる筐体流通路が形成された筐体分割体を、シャフトに取り付けるものが知られている（例えば特許文献２等参照）。しかし、流路数の変更に対応可能な従来技術に係るロータリージョイントは、シャフトと筐体分割体の間をパッキンでシールするため、シャフトの損傷が発生しやすいという問題を有している。また、ベアリングが、筐体流通路が含まれる筐体分割体とは別個の分割体を介して設置されているため、流路数が変更されると、シャフト等を新たに設計・製造等する必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１９９１２号公報
【特許文献２】特開２００６−１７７４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、メンテナンス性に優れ、かつ、流路数の変更に柔軟に対応し得るロータリージョイント及びこのようなロータリージョイントに用いられるメカニカルシール装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、請求項１に係る本発明のロータリージョイントは、
内部に軸内流路を有する回転軸と、当該回転軸に取り付けられるメカニカルシール装置と、第１ベアリングと、第２ベアリングと、を含むロータリージョイントであって、
前記メカニカルシール装置は、
前記軸内流路に連通するように配置されるスリーブ内流路が形成されており前記回転軸を挿通させるスリーブと、当該スリーブに対して回転不可に取り付けられており前記スリーブ内流路の開口を挟み込むように配置されている第１回転環および第２回転環と、前記スリーブを前記回転軸に固定するセットスクリューと、を含む回転部と、
前記回転部を内径側に収納するケーシングと、当該ケーシングに対して回転不可に取り付けられており前記第１回転環に対して摺動する第１固定環と、前記ケーシングに対して回転不可に取り付けられており前記第２回転環に対して摺動する第２固定環と、を含む固定部と、を含み、
前記スリーブの外周面には、前記第１ベアリングの内周面を設置可能な第１ベアリング内周側設置面と、前記第１ベアリング内周側設置面より径が小さく前記第２ベアリングの内周面を設置可能な第２ベアリング内周側設置面とが形成されており、
前記ケーシングの内周面には、前記第１ベアリング内周側設置面に対向するように配置されており前記第１ベアリングの外周面が設置可能な第１ベアリング外周側設置面と、前記第２ベアリング内周側設置面に対向するように配置されており前記第１ベアリング外周側設置面より径が小さく前記第２ベアリングの外周面が設置可能な第２ベアリング外周側設置面とが形成されており、
前記ケーシングには、前記メカニカルシールと同様の構造を有しており前記回転軸に取り付けられ得る他のメカニカルシール装置に含まれる他のケーシングと連結可能な連結部が形成されている。
【０００７】
本発明に係るロータリージョイントは、回転軸に取り付けるメカニカルシール装置の数を増減させることによって、ロータリージョイントが取付けられる装置に必要とされる流路の増減に柔軟に対応することが可能である。したがって、流路数が変更された場合でも、新たな回転軸等を設計・製造することなく、回転軸を含むロータリージョイントの大部分を継続して使用することが可能である。また、流路の数が増加した場合や、ロータリージョイントを構成するメカニカルシールの一部が故障した場合にも、予備のメカニカルシール装置を用意しておくだけで対応できるため、設備の維持に必要なコストを抑制することができる。
【０００８】
さらに、本発明に係るロータリージョイントに用いられるメカニカルシール装置には、第１ベアリングおよび第２ベアリングを設置するための内周側設置面および外周側設置面が形成されている。すなわち、本発明に係るロータリージョイントは、メカニカルシール装置の内部にベアリングを設置することができる。また、ロータリージョイントに含まれるメカニカルシール装置には、スリーブを回転環に固定するためのセットスクリューが含まれる。
【０００９】
したがって、本発明に係るロータリージョイントは、１つのメカニカルシール装置を、他のメカニカルシール装置等から独立させた状態で回転軸に取り付けることが可能であり、１つのメカニカルシール装置が独立に１つの流路を構成することができる。このように、本発明に係るロータリージョイントに含まれるメカニカルシール装置は、一つの流路を構成するシールおよびシールの取り付け構造を、１つのメカニカルシール装置内において完結させることができる。したがって、使用する軸内流路に対してメカニカルシール装置を取り付け、あるいは、不要である軸内流路に取り付けられていたメカニカルシール装置を取り外すだけで、流路の増減に対応することができる。
【００１０】
また、ロータリージョイントのメカニカルシール装置内部に形成される第２ベアリング内周側設置面の径は第１ベアリング内周側設置面の径より小さく、第２ベアリング外周側設置面の径は第１ベアリング外周側設置面の径より小さい。このように、第１ベアリングの設置面の径と、第２ベアリングの設置面の径を、互いに異なる大きさとすることによって、第１および第２ベアリングを、メカニカルシール装置内に形成される流路に対して径方向にずらして配置することが可能となる。したがって、本発明に係るロータリージョイントに含まれるメカニカルシール装置は、軸方向の大きさを小さくすることが可能であり、小型化に適している。
【００１１】
また、ロータリージョイントのメカニカルシール装置に含まれるケーシングには、他の流路を構成するメカニカルシール装置に含まれる他のケーシングと連結可能な連結部が形成されている。回転軸に取り付けられているメカニカルシール装置のケーシング同士を、連結部を介して連結させることによって、メカニカルシール装置の固定部を連結し、固定部の固定構造を簡略化することが可能である。また、本発明に係るロータリージョイントは、ケーシング同士を連結することによって、メカニカルシール装置の固定部と回転部とを接続するために使用されるベアリングの数を、減少させることができる。
【００１２】
また、例えば、本実施形態に係るロータリージョイントにおいて、前記第１ベアリング内周側設置面は、前記スリーブ内流路の外径側に配置されていてもよい。第１ベアリング内周側設置面を、スリーブ内流路の外径側とすることによって、メカニカルシール装置およびロータリージョイントの軸方向の大きさを縮小することができる。
【００１３】
また、例えば、本発明に係るロータリージョイントに含まれるメカニカルシール装置において、前記第１回転環の内径は、前記第２回転環の外径より大きくてもよく、前記第１回転環と前記第２回転環は、前記回転軸の中心軸に直交する一つの平面に沿って配置されていてもよく、また、前記第１固定環の内径は、前記第２固定環の外径より大きくてもよく、前記第１固定環と前記第２固定環は、前記回転軸の前記中心軸に直交する他の一つの平面に沿って配置されていてもよい。
【００１４】
第１回転環と第２回転環、及び第１固定環と第２固定環を、回転軸の中心軸に直交する平面に沿って配置する構造とすることによって、２つのメカニカルシールが、互いの間に流路を径方向に挟んで配置される。２つのメカニカルシールが、互いの間に流路を径方向に挟んで配置されるメカニカルシール装置は、２つの回転環が流路を軸方向に挟んで配置されるメカニカルシール装置に比べてカートリッジ化し易いため、このような構造とすることにより、スリーブおよびこれを含むメカニカルシール装置の構造を単純化することができる。
【００１５】
また、例えば、前記第１ベアリング外周側設置面の径は、前記第１回転環および前記第１固定環の内径よりも大きくてもよく、前記第２ベアリング内周側設置面の径は、前記第２回転環および前記第２固定環の外径よりも小さくてもよい。第１ベアリング外周側設置面の径と、第２ベアリング内周側設置面の径を、上述のように設計することによって、第１および第２ベアリングを、メカニカルシール装置内に効率よく配置することが可能であり、メカニカルシール装置を小型化することができる。
【００１６】
また、例えば、前記固定部は、前記第１固定環を前記ケーシングから前記第１回転環に向かって付勢する第１付勢部材と、前記第２固定環を前記ケーシングから前記第２回転環に向かって付勢する第２付勢部材を有していてもよい。第１および第２付勢部材を有するメカニカルシール装置は、例えばロータリージョイントの回転軸がメカニカルシール装置に対して傾いた場合でも、シール面のシール状態を良好に保つことができる。
【００１７】
また、例えば、本発明に係るロータリージョイントは、前記回転軸に取り付けられる複数の前記メカニカルシール装置である第１メカニカルシール装置および第２メカニカルシール装置を含んでいてもよく、前記回転軸は複数の前記軸内流路を有していてもよく、前記第１ベアリングは、前記第１メカニカルシール装置の内部に設置されており、前記第２ベアリングは、前記第２メカニカルシール装置の内部に設置されていてもよい。第１メカニカルシール装置および第２メカニカルシール装置によって構成される複数のメカニカルシール装置を有するロータリージョイントは、２つのベアリングをそれぞれ異なるメカニカルシールの内部に設置することによって、ロータリージョイント全体で使用されるベアリングの数を減少させつつも、固定部を回転軸に対して精度良く配置することができる。
【００１８】
また、本発明に係るメカニカルシール装置は、回転軸の内部に形成されている軸内流路に連通するように配置されるスリーブ内流路が形成されており前記回転軸を挿通させるスリーブと、当該スリーブに対して回転不可に取り付けられており前記スリーブ内流路の開口を挟み込むように配置されている第１回転環および第２回転環と、前記スリーブを前記回転軸に固定するセットスクリューと、を含む回転部と、
前記回転部を内径側に収納するケーシングと、当該ケーシングに対して回転不可に取り付けられており前記第１回転環に対して摺動する第１固定環と、前記ケーシングに対して回転不可に取り付けられており前記第２回転環に対して摺動する第２固定環と、を有し、前記第１ベアリングおよび前記第２ベアリングを介して前記回転部に対して相対回転するように接続され得る固定部と、を含み、
前記スリーブの外周面には、前記第１ベアリングを設置可能な第１ベアリング内周側設置面と、前記第１ベアリング内周側設置面より径が小さく前記第２ベアリングの内周面を設置可能な第２ベアリング内周側設置面とが形成されており、
前記ケーシングの内周面には、前記第１ベアリング内周側設置面に対向するように配置されており前記第１ベアリングの外周面が設置可能な第１ベアリング外周側設置面と、前記第２ベアリング内周側設置面に対向するように配置されており前記第１ベアリング外周側設置面より径が小さく前記第２ベアリングの外周面が設置可能な第２ベアリング外周側設置面とが形成されており、
前記ケーシングには、前記メカニカルシールと同様の構造を有しており前記回転軸に取り付けられ得る他のメカニカルシール装置に含まれる他のケーシングと連結可能な連結部が形成されている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るロータリージョイントの縦断面図である。
【図２】図２は、図１に示すロータリージョイントに含まれる第１カートリッジの回転部を拡大して表示した拡大断面図である。
【図３】図３は、図１に示すロータリージョイントに含まれる第１カートリッジの固定部を拡大して表示した拡大断面図である。
【図４】図４は、本発明の第２実施形態に係るロータリージョイントの縦断面図である。
【図５】図５は、本発明の第３実施形態に係るロータリージョイントの縦断面図である。
【図６】図６は、図５に示すロータリージョイントの他の実施態様を表す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態に係るロータリージョイント１０の縦断面図である。ロータリージョイント１０は、図１に示すように、内部に第１軸内流路１６を有する回転軸１２と、回転軸１２に取り付けられる第１カートリッジ部２６と、第１ベアリング２０と、第２ベアリング２２とを含む。
【００２１】
回転軸１２の一方の端部である装置側の端部には、取り付けフランジ１４が形成されている。回転軸１２は、取り付けフランジ１４を介して、回転装置に固定される。本実施形態に係るロータリージョイント１０の取り付けフランジ１４が固定される回転装置としては、特に限定されないが、例えばＣＭＰ装置（Chemical Mechanical Polishing法による表面研磨装置）等の研磨パッド部等が挙げられる。ロータリージョイント１０は、回転装置と、当該回転装置に対して流体を供給したり、回転装置から流体を排出させたりするための固定配管部（不図示）との間に設置され、回転する回転装置と、固定されている固定配管部との間における流体の供給・排出を可能にする。
【００２２】
回転軸１２の内部には、第１軸内流路１６が形成されている。第１軸内流路１６は、回転軸１２の一方の端面であって、取り付けフランジ１４が形成されている側の端面に、一方の開口である装置側開口１６ａを有する。また、第１軸内流路１６は、回転軸１２の軸外周面１３に、他方の開口である軸側面開口１６ｂを有する。すなわち、第１軸内流路１６は、回転軸１２の内部を、装置側開口１６ａから軸側面開口１６ｂまで貫通する貫通孔によって構成されている。
【００２３】
回転軸１２には、図１に示す第１カートリッジ部２６が取り付けられている。第１カートリッジ部２６の内部には、回転軸１２の内部に形成されている第１軸内流路１６に連通しており、固定配管部と第１軸内流路１６を接続する連続流路が形成されている。第１カートリッジ部２６は、固定配管部に対して相対移動できないように接続される固定部６８（図３参照）と、回転軸１２に固定され、回転軸１２と一体的に回転し固定部６８に対して相対移動可能である回転部２８（図２参照）とから成る。
【００２４】
また、第１カートリッジ部２６における固定部６８と回転部２８の間には、第１カートリッジ部２６の内部に形成されている連続流路をシールするためのメカニカルシールが形成されている。さらに、第１カートリッジ部２６の内部には、固定部６８と回転部２８とを相対回転可能に接続する第１ベアリング２０と第２ベアリング２２とを配置することが可能である。図１に示すように、本実施形態に係る第１カートリッジ部２６は、回転軸１２に対して、セットスクリュー５８によって一体的に着脱することが可能なカートリッジ型のメカニカルシール装置である。
【００２５】
第１カートリッジ部２６の回転部２８は、回転軸１２を抱き込んだ状態で回転軸１２に取り付けられるスリーブ３０と、スリーブ３０を回転軸１２に固定するセットスクリュー５８と、スリーブ３０に対して回転不可に取り付けられている第１回転環６０および第２回転環６２を含む。
【００２６】
スリーブ３０には、回転軸１２を挿通させるための回転軸挿通孔３２が形成されている。回転軸挿通孔３２は、回転軸１２より僅かに大きい径を有している。第１カートリッジ部２６は、スリーブ３０の回転軸挿通孔３２を回転軸１２が貫通するように、回転軸１２の他方の端部である軸側の端部から、回転軸１２に取り付けられる。
【００２７】
また、スリーブ３０は、装置側に配置されており径の小さい外周面を有する小径部５２と、小径部５２より軸側に配置されており小径部５２の外周面（小径部外周面５２ａ）より径の大きい外周面（大径部外周面３６ａ）を有する大径部３６から成る。大径部３６の外周面である大径部外周面３６ａには、第１ベアリング２０の内周面である第１ベアリング内周面２０ａを設置可能な第１ベアリング内周側設置面４６が形成されている。また、小径部５２の外周面である小径部外周面５２ａには、第２ベアリング２２の内周面である第２ベアリング内周面２２ａを設置可能な第２ベアリング内周側設置面５４が形成されている。図１に示す第１実施形態に係るロータリージョイント１０において、第１ベアリング２０および第２ベアリング２２は、固定部６８を、回転部２８に対して相対回転可能に接続している。
【００２８】
図２は、図１に示すロータリージョイント１０のうち、回転部２８のみを拡大して表示した拡大断面図である。スリーブ３０の大径部３６には、スリーブ３０を径方向に貫通している径方向貫通孔４０が形成されている。径方向貫通孔４０の壁面の一部には、螺旋溝が形成されている。
【００２９】
径方向貫通孔４０には、スリーブ３０を回転軸１２に固定するセットスクリュー５８が螺合される。セットスクリュー５８の先端部５８ａは、回転軸１２に形成された円錐溝１８（図１）に係合される。セットスクリュー５８は、スリーブ３０を回転軸１２（図１参照）に対して位置決めし、かつ、スリーブ３０を回転軸１２に対して固定することができる。したがって、スリーブ３０は、回転軸１２が回転すると、回転軸１２と一体となって回転する。なお、図１および図２では、１つのセットスクリュー５８のみが図示されているが、スリーブ３０は、スリーブ３０の周方向に沿って略等間隔に配置される複数のセットスクリュー５８によって、回転軸１２に固定されている。
【００３０】
図２に示すように、スリーブ３０の大径部３６には、軸側面開口１６ｂ（図１）を介して第１軸内流路１６と連通するように配置されるスリーブ内流路３８が形成されている。スリーブ内流路３８の一方の開口である軸内流路側開口３８ａは、スリーブ３０の内周面に形成されており、第１軸内流路１６の軸側面開口１６ｂ（図１）と重なるように配置される。また、スリーブ３０の内周面には、軸内流路側開口３８ａを軸方向に挟むように、Ｏリング１３９およびＯリング１５１が配置されている。Ｏリング１３９およびＯリング１５１は、回転軸１２の外周面とスリーブ３０の内周面とのすき間を封止し、第１軸内流路１６およびスリーブ内流路３８と、外気との間をシールしている。
【００３１】
スリーブ内流路３８は、図２に示すように、大径部３６の内部において、軸側に向かって折れ曲がっている。すなわち、スリーブ内流路３８は、回転軸１２の径方向に延在する部分と、回転軸１２の中心軸Ｌに対して略平行に延在する部分とによって構成される。したがって、スリーブ内流路３８の他方の開口である回転環側開口３８ｂは、大径部３６における軸側の端面に形成されている。
【００３２】
また、大径部３６における軸側の端面には、第１回転環６０が設置される回転環設置第１段差面４２と、第２回転環６２が設置される回転環設置第２段差面４４が形成されている。回転環設置第１段差面４２は、スリーブ内流路３８の回転環側開口３８ｂの外径側に形成されており、回転軸１２に対して直交する平面に略平行である２つの面と、当該２つの面を接続しており回転軸１２の外周面に対して略平行である１つの面を有している。これに対して、回転環設置第２段差面４４は、スリーブ内流路３８の回転環側開口３８ｂの内径側に形成されている。回転環設置第２段差面４４は、回転環設置第１段差面４２と同様に、回転軸１２に対して直交する平面に略平行な２つの面と、当該２つの面を接続しており回転軸１２の外周面に対して略平行な１つの面を有している。
【００３３】
また、回転環設置第１段差面４２と、回転環設置第２段差面４４とは、回転環側開口３８ｂを径方向に挟んで、略対称な縦断面形状を有するように形成されている。さらに、回転環設置第１段差面４２は、スリーブ３０の周方向に沿って連続しており、回転環設置第２段差面４４も、スリーブ３０の周方向に沿って連続している。すなわち、回転環設置第１段差面４２と回転環設置第２段差面４４は、回転軸１２に直交する断面による横断面図で見て、略同心円状に形成されている。なお、回転環設置第１段差面４２および回転環設置第２段差面４４の一部には、第１回転環６０または第２回転環６２がスリーブ３０に対して回転することを防止する回転止めピン６４，６６を挿入するための凹部が形成されている。
【００３４】
第１回転環６０と、第２回転環６２とは、スリーブ内流路３８の回転環側開口３８ｂを挟み込むように配置されている。第１回転環６０は、スリーブ３０の大径部３６における装置側端面に形成されている回転環設置第１段差面４２に設置される。第２回転環６２は、スリーブ３０の大径部３６における装置側端面に形成されている回転環設置第２段差面４４に設置される。これにより、第１回転環６０と第２回転環６２の間には、回転環側開口３８ｂを介してスリーブ内流路３８と連通する回転環流路６１が形成される。
【００３５】
第１回転環６０および第２回転環６２は、リング状の外形状を有している。第１回転環６０における軸側の端面には、回転環設置第１段差面４２に対応する第１回転環段差面６０ｂが形成されている。第１回転環６０の第１回転環段差面６０ｂと、スリーブ３０の回転環設置第１段差面４２との間には、Ｏリング１５３が設置される。Ｏリング１５３は、スリーブ３０と第１回転環６０との隙間を封止し、スリーブ内流路３８等の流体が流路外にリークしたり、外気がスリーブ内流路３８等に浸入したりすることを防止している。なお、第１回転環段差面６０ｂの一部には、回転止めピン６４を係合させるための凹部が形成されている。第１回転環６０は、回転止めピン６４によって回転方向の移動が規制されるため、スリーブ３０と一体となって回転する。
【００３６】
また、第２回転環６２における軸側の端面には、回転環設置第２段差面４４に対応する第２回転環段差面６２ｂが形成されている。第２回転環６２の第２回転環段差面６２ｂと、スリーブ３０の回転環設置第２段差面４４との間には、Ｏリング１５５が設置される。Ｏリング１５５は、Ｏリング１５３と同様に、スリーブ３０と第２回転環６２との隙間を封止する。第２回転環段差面６２ｂの一部にも、第１回転環段差面６０ｂと同様に、回転止めピン６６を係合させるための凹部が形成されている。第２回転環６２も、第１回転環６０と同様に、回転止めピン６６によって回転方向の移動が規制されており、スリーブ３０と一体となって回転する。
【００３７】
本実施形態に係る回転部２８においては、第１回転環６０の内径は、第２回転環６２の外径より大きく、第１回転環６０と第２回転環６２は、回転軸１２の中心軸Ｌ（図１）に直交する一つの平面に沿って配置されている。すなわち、第１回転環６０と、第２回転環６２とは、スリーブ内流路３８の回転環側開口３８ｂを径方向に挟み込むように配置される。
【００３８】
第１回転環６０の装置側端面には、第１固定環１３３（図１、図３参照）と摺動する第１回転環シール面６０ａが形成されている。また、第２回転環６２の装置側端面には、第２固定環１３５（図１、図３参照）と摺動する第２回転環シール面６２ａが形成されている。
【００３９】
スリーブ３０の大径部外周面３６ａには、第１ベアリング内周面２０ａ（図１参照）を設置可能な第１ベアリング内周側設置面４６が形成されている。本実施形態に係るスリーブ３０において、第１ベアリング内周側設置面４６は、スリーブ内流路３８の外径側に形成されている。また、大径部外周面３６ａには、第１ベアリング内周側設置面４６を軸方向に挟んで、ベアリング止め段差部５０および止め輪用溝部４８が形成されている。止め輪用溝部４８には、ベアリング止め輪１７１が設置される。ベアリング止め輪１７１は、ベアリング止め段差部５０との間に第１ベアリング２０（図１参照）を挟んで、第１ベアリング２０が軸方向に移動することを防止する。
【００４０】
スリーブ３０の小径部外周面５２ａには、第２ベアリング２２の内周面である第２ベアリング内周面２２ａ（図１参照）を設置可能な第２ベアリング内周側設置面５４が形成されている。また、小径部外周面５２ａには、第２ベアリング内周側設置面５４を軸方向に挟んで、止め輪用溝部５６ａおよび止め輪用溝部５６ｂが形成されている。止め輪用溝部５６ａ，５６ｂには、ベアリング止め輪１７３，１７５が設置される。ベアリング止め輪１７３，１７５は、第２ベアリング２２（図１参照）を軸方向に挟んで、第２ベアリング２２が軸方向に移動することを防止する。
【００４１】
図１に示すように、第１カートリッジ部２６の固定部６８は、回転部２８を内径側に収納するケーシング７０と、ケーシング７０に対して回転不可に取り付けられており第１回転環６０に対して摺動する第１固定環１３３と、第１固定環１３３と同様にケーシング７０に対して回転不可に取り付けられており第２回転環６２に対して摺動する第２固定環１３５とを有する。
【００４２】
本実施形態に係るケーシング７０は、軸側に配置されるケーシング本体部７４と、装置側に配置される接続用フランジ部９４とから成る。ケーシング本体部７４と、接続用フランジ部９４とは、六角孔付きボルト９６によって連結される。また、ケーシング本体部７４は、装置側に配置される肉厚部８６と、軸側に配置される肉薄部７６とから成る。
【００４３】
ケーシング本体部７４における肉薄部７６の内周面である肉薄部内周面７６ａには、スリーブ３０の第１ベアリング内周側設置面４６に対向するように配置される第１ベアリング外周側設置面８２が形成されている。第１ベアリング外周側設置面８２には、第１ベアリング２０の外周面である第１ベアリング外周面２０ｂを設置することができる。
【００４４】
また、肉厚部８６の内周面である肉厚部内周面８６ａおよびフランジ部９４の内周面であるフランジ部内周面９４ａには、第２ベアリング外周側設置面１１１が形成されている。第２ベアリング外周側設置面１１１には、第２ベアリング２２の外周面である第２ベアリング外周面２２ｂを設置することができる。
【００４５】
図３は、図１に示すロータリージョイント１０のうち、固定部６８のみを拡大して表示した拡大断面図である。ケーシング本体部７４の肉薄部７６には、ケーシング本体部７４を径方向に貫通しているセットスクリュー用貫通孔８０が形成されている。セットスクリュー用貫通孔８０は、図１に示すように、スリーブ３０に形成された径方向貫通孔４０を径方向に延長した位置に形成されている。ロータリージョイント１０を組み立てる者は、セットスクリュー用貫通孔８０を介して治具を挿入することによって、回転部２８と固定部６８とを組み立てた状態で、スリーブ３０を固定するセットスクリュー５８を締め付けたり、緩めたりすることができる。そのため、本実施形態に係る第１カートリッジ部２６は、回転部２８と固定部６８とを分解すること無く、回転部２８と固定部６８とが一体となっている状態のままで、回転軸１２に対して着脱することが可能である。
【００４６】
図３に示すように、ケーシング本体部７４の肉厚部８６には、不図示の固定配管部に含まれる流路に連通するケーシング内流路９２が形成されている。ケーシング内流路９２の一方の開口である固定配管側開口９２ａは、ケーシング本体部７４の外周面に形成されている。固定配管側開口９２ａには、固定配管部の流路を構成する配管等が取り付けられる。
【００４７】
ケーシング内流路９２の他方の開口である固定環側開口９２ｂは、軸側に向かって開いている。また、ケーシング本体部７４の肉厚部８６における軸側の端面は、段差状の形状を有している。固定環側開口９２ｂは、肉厚部８６の軸側の端面における径方向中央部に形成されている。
【００４８】
ケーシング本体部７４の肉厚部８６における軸側の端面には、第１固定環１３３が設置される固定環設置第１段差面８８と、第２固定環１３５が設置される固定環設置第２段差面９０が形成されている。固定環設置第１段差面８８は、ケーシング内流路９２の固定環側開口９２ｂの外径側に形成されており、回転軸１２の中心軸Ｌ（図１）に直交する平面に略平行である２つの面と、当該２つの面に接続されており回転軸１２の外周面に対して略平行である２つの面を有している。
【００４９】
これに対して、固定環設置第２段差面９０は、ケーシング内流路９２の固定環側開口９２ｂの内径側に形成されている。固定環設置第２段差面９０は、固定環設置第１段差面８８と同様に、回転軸１２の中心軸Ｌに直交する平面に略平行である２つの面と、当該２つの面に接続されており回転軸１２の外周面に対して略平行である２つの面を有している。
【００５０】
また、固定環設置第１段差面８８と、固定環設置第２段差面９０とは、固定環側開口９２ｂを径方向に挟んで、略対称な縦断面形状を有するように形成されている。さらに、固定環設置第１段差面８８は、ケーシング７０の周方向に沿って連続しており、固定環設置第２段差面９０も、ケーシング７０の周方向に沿って連続している。すなわち、固定環設置第１段差面８８と固定環設置第２段差面９０は、回転軸１２に略直交する断面による横断面図で見て、略同心円状に形成されている。
【００５１】
固定環設置第１段差面８８に含まれる面のうち、中心軸Ｌ（図１）に対して直交する平面に略平行であって軸側に配置されている面には、コイルスプリング１３１を設置するためのコイルスプリング設置凹部８８ａが形成されている。また、図３には示されていないが、コイルスプリング設置凹部８８ａが形成されている面には、第１固定環１３３がケーシング本体部７４に対して回転することを防止する回転止めピンを係合させるためのピン係合凹部も形成されている。固定環設置第１段差面８８において、コイルスプリング設置凹部８８ａとピン係合凹部とは、ケーシング７０の周方向に沿って互いに異なる位置に形成されている。
【００５２】
また、固定環設置第２段差面９０に含まれる面のうち、中心軸Ｌ（図１）に対して直交する平面に略平行であって、軸側に配置される面には、第２固定環１３５がケーシング本体部７４に対して回転することを防止する回転止めピン１１９を係合させるためのピン係合凹部９０ａが形成されている。また、図３には示されていないが、ピン係合凹部９０ａが形成されている面には、コイルスプリング１３１を設置するためのコイルスプリング設置凹部も形成されている。固定環設置第２段差面９０においても、固定環設置第１段差面８８と同様に、コイルスプリング設置凹部とピン係合凹部９０ａとは、ケーシング７０の周方向に沿って互いに異なる位置に形成されている。
【００５３】
ケーシング本体部７４の固定環設置第１段差面８８には、ケーシング本体部７４に対して回転不可に取り付けられており第１回転環６０（図２参照）に対して摺動する第１固定環１３３が設置されている。また、本実施形態に係る第１固定環１３３は、回転軸１２の中心軸Ｌ（図１）に沿う方向である軸方向に沿って、ケーシング本体部７４に対して相対移動できるように取り付けられている。
【００５４】
ケーシング本体部７４の固定環設置第２段差面９０には、ケーシング本体部７４に対して回転不可に取り付けられており第２回転環６２（図２参照）に対して摺動する第２固定環１３５が設置されている。本実施形態に係る第２固定環１３５は、第１固定環１３３と同様に、回転軸１２の軸方向に沿って、ケーシング本体部７４に対して相対移動できるように取り付けられている。
【００５５】
第１固定環１３３と第２固定環１３５とは、ケーシング内流路９２の固定環側開口９２ｂを挟み込むように配置されている。また、第１固定環１３３と第２固定環１３５とは、リング状の外形状を有している。したがって、第１固定環１３３と第２固定環１３５との間には、固定環側開口９２ｂを介してケーシング内流路９２と連通する固定環流路１３４が形成される。
【００５６】
第１固定環１３３における装置側の端面には、固定環設置第１段差面８８に対向するように配置される第１固定環段差面１３３ｂが形成されている。第１固定環段差面１３３ｂと、ケーシング本体部７４の固定環設置第１段差面８８の間には、Ｏリング１５７が設置される。Ｏリング１５７は、ケーシング本体部７４と第１固定環１３３との隙間を封止し、ケーシング内流路９２等に存在する流体が流路外にリークしたり、外気がケーシング内流路９２に浸入したりすることを防止している。
【００５７】
第２固定環１３５における装置側の端面には、固定環設置第２段差面９０に対向するように配置される第２固定環段差面１３５ｂが形成されている。第２固定環段差面１３５ｂと、ケーシング本体部７４の固定環設置第２段差面９０の間には、Ｏリング１５９が設置される。Ｏリング１５９は、Ｏリング１５７と同様に、ケーシング本体部７４と第２固定環１３５との隙間を封止し、ケーシング内流路９２および固定環流路１３４等に存在する流体が流路外にリークしたり、外気がケーシング内流路９２および固定環流路１３４に浸入したりすることを防止している。
【００５８】
第１固定環１３３は、外径側に突出している腕部１３３ｃを有している。腕部１３３ｃは、ケーシング本体部７４における固定環設置第１段差面８８に含まれる面のうち、コイルスプリング設置凹部８８ａおよびピン係合凹部が形成されている面に対向するように配置される。コイルスプリング１３１は、ケーシング本体部７４におけるコイルスプリング設置凹部８８ａと、第１固定環１３３の腕部１３３ｃとの間に設置される。したがって、コイルスプリング１３１は、第１固定環１３３を、ケーシング本体部７４側から第１回転環６０（図１参照）に向かって付勢する。なお、図３には示されていないが、第２固定環１３５の腕部１３５ｃと、ケーシング本体部７４の肉厚部８６における軸側の端面との間にも、コイルスプリングが配置されている。したがって、第２固定環１３５も、コイルスプリングによって、第２回転環６２（図１参照）に向かって付勢されている。
【００５９】
第２固定環１３５は、内径側に突出している腕部１３５ｃを有している。腕部１３５ｃは、ケーシング本体部７４における固定環設置第２段差面９０に含まれる面のうち、コイルスプリング設置凹部およびピン係合凹部９０ａが形成されている面に対向するように配置される。腕部１３５ｃには、回転止めピン１１９が係合する係合溝１３５ｄが形成されている。すなわち、回転止めピン１１９は、ケーシング本体部７４のピン係合凹部９０ａと第２固定環１３５の係合溝１３５ｄの両方に係合しており、第２固定環１３５がケーシング本体部７４に対して回転することを防止している。なお、図３には示されていないが、第１固定環の腕部１３３ｃと、ケーシング本体部７４の肉厚部８６における軸側の端面との間にも、第１固定環１３３とケーシング本体部７４の両方に係合する回転止めピンが設置されている。したがって、第１固定環１３３も、第２固定環１３５と同様に、ケーシング本体部７４に対して相対回転することを防止されている。
【００６０】
本実施形態に係る固定部６８においては、第１固定環１３３の内径は、第２固定環１３５の外径より大きく、第１固定環１３３と第２固定環１３５は、回転軸１２の中心軸Ｌ（図１参照）に略直交する一つの平面に沿って配置されている。すなわち、第１固定環１３３と、第２固定環１３５とは、ケーシング内流路９２の固定環側開口９２ｂを径方向に挟み込むように配置される。
【００６１】
第１固定環１３３の軸側端面には、第１回転環シール面６０ａ（図２参照）と摺動する第１固定環シール面１３３ａが形成されている。また、第２固定環１３５の軸側端面には、第２回転環シール面６２ａ（図２参照）と摺動する第２固定環シール面１３５ａが形成されている。したがって、第１固定環１３３と第２固定環１３５の間に形成される固定環流路１３４は、第１回転環６０と第２回転環６２の間に形成される回転環流路６１（図２参照）と連通している。また、回転環流路６１と固定環流路１３５との接続部は、第１回転環シール面６０ａおよび第１固定環シール面１３３ａによって形成されるメカニカルシールと、第２回転環シール面６２ａおよび第２固定環シール面１３５ａによって形成されるメカニカルシールから成る２つのメカニカルシールによって、封止される。
【００６２】
ケーシング本体部７４の肉薄部内周面７６ａには、第１ベアリング外周面２０ｂ（図１参照）を設置可能な第１ベアリング外周側設置面８２が形成されている。第１ベアリング外周側設置面８２は、スリーブ３０の大径部外周面３６ａに形成されている第１ベアリング内周側設置面４６（図２参照）に対向するように配置される。また、肉薄部内周面７６ａには、第１ベアリング外周側設置面８２を軸方向に挟んで、止め輪用溝部８４ａ，８４ｂが形成されている。止め輪用溝部８４ａ，８４ｂには、ベアリング止め輪１７７，１７９が設置される。ベアリング止め輪１７７，１７９は、第１ベアリング２０（図１参照）を挟んで、第１ベアリング２０が軸方向に移動することを防止する。
【００６３】
ケーシング本体部７４の肉厚部内周面８６ａおよびフランジ部９４のフランジ部内周面９４ａには、第２ベアリング外周面２２ｂ（図１参照）を設置可能な第２ベアリング外周側設置面１１１が形成されている。第２ベアリング外周側設置面１１１は、スリーブ３０の小径部外周面５２ａに形成されている第２ベアリング内周側設置面５４（図２参照）に対向するように配置される。第２ベアリング外周側設置面１１１は、ケーシング本体部７４に形成されている本体部側部分１１１ａと、フランジ部９４に形成されているフランジ部側部分１１１ｂとから成る。
【００６４】
第２ベアリング外周側設置面１１１の軸側端部には、一方のベアリング止め段差部９８ａが形成されており、第２ベアリング外周側設置面１１１の装置側端部には、他方のベアリング止め段差部９８ｂが形成されている。ベアリング止め段差部９８ａ，９８ｂは、第２ベアリング２２（図１参照）を挟んで、第２ベアリング２２が軸方向に移動することを防止する。このように、一方のベアリング止め段差部９８ａがケーシング本体部７４に形成されており、他方のベアリング止め段差部９８ｂがフランジ部９４に形成されており、ケーシング本体部７４とフランジ部９４とは、六角孔付きボルト９６を外すことによって互いに分離することができるため、第１カートリッジ部２６には、第２ベアリング２２を容易に着脱することができる。
【００６５】
ケーシング７０には、当該ケーシング７０が含まれる第１カートリッジ部２６と同様の構造を有しており回転軸１２に取りつけ得る他のカートリッジ部に含まれる他のケーシングと連結可能な連結部が、２種類形成されている。一方の連結部は、フランジ部９４の外径側に形成されている接続シャフト挿通孔１１３である。ケーシング７０には、接続シャフト挿通孔１１３が、周方向に沿って複数形成されている。接続シャフト挿通孔１１３は、フランジ部９４を軸方向に貫通している貫通孔である。また、接続シャフト挿通孔１１３は、ケーシング本体部７４の外周面より外径側に形成されている。なお、接続シャフト挿通孔１１３の作用は、第２実施形態において詳述する。
【００６６】
他方の連結部は、ケーシング７０の一方の端部である第１端部７８に形成された先端面７８ａおよび内周係合面７８ｂと、ケーシング７０の他方の端部である第２端部１１５に形成されたケーシング係合段差部１１７によって構成される。先端面７８ａは、ケーシング本体部７４に含まれる肉薄部７６の軸側端面に形成されており、内周係合面７８ｂは、肉薄部内周面７６ａの軸側端部付近に形成されている。第１端部７８に形成された先端面７８ａおよび内周係合面７８ｂと、第２端部１１５に形成されたケーシング係合段差部１１７の作用は、第２実施形態において詳述する。
【００６７】
図１に示すように、本実施形態に係るロータリージョイント１０の第１カートリッジ部２６には、第１ベアリング２０と、第２ベアリング２２とが設置されている。第１ベアリング内周面２０ａおよび第１ベアリング外周面２０ｂは、第１カートリッジ部２６の軸方向中央より軸側に形成されている第１ベアリング内周側設置面４６および第１ベアリング外周側設置面８２に設置される。また、第２ベアリング内周面２２ａおよび第２ベアリング外周面２２ｂは、第１カートリッジ部２６の軸方向中央より装置側に形成されている第２ベアリング内周側設置面５４および第２ベアリング外周側設置面１１１に設置される。図１に示す第１実施形態に係るロータリージョイント１０において、第１ベアリング２０および第２ベアリング２２は、図３に示す固定部６８を、図２に示す回転部２８に対して、相対回転可能に接続している。
【００６８】
図１に示すように、本実施形態に係るロータリージョイント１０の第１カートリッジ部２６には、第１ベアリング２０および第２ベアリング２２を設置するための第１および第２ベアリング内周側設置面４６，５４と、第１および第２ベアリング外周側設置面８２，１１１が形成されている。したがって、第１カートリッジ部２６は、当該第１カートリッジ部２６の内部に、回転部２８と固定部６８とを相対回転可能に接続する第１および第２ベアリング２０，２２を設置することができる。さらに、第１カートリッジ部２６は、セットスクリュー５８を含んでおり、回転部２８および当該回転部２８に接続される固定部６８を含む第１カートリッジ部２８全体は、セットスクリュー５８を締め付けることによって、回転軸１２に取り付けられる。
【００６９】
したがって、本発明に係るロータリージョイント１０は、１つの第１カートリッジ部２６を、他のカートリッジ部や取り付け部品等から独立させた状態で回転軸１２に取り付けることが可能である。また、第１カートリッジ部２６は、第１カートリッジ部２６の外部に、第１カートリッジ部２６を取り付けるための別の部品を必要としない。
【００７０】
さらに、第１カートリッジ部２６は、回転軸１２に形成されている第１軸内流路１６と固定配管部とを連通させる連続流路や、当該流路をシールするメカニカルシール等を含んでいる。すなわち、第１カートリッジ部２６の内部には、スリーブ内流路３８、回転環流路６１、固定環流路１３４およびケーシング内流路９２から成る連続流路が形成されており、当該連続流路によって、第１軸内流路１６と固定配管部の流路とが連通される。また、第１カートリッジ部２６は、これらの連続流路をシールするためのメカニカルシール装置およびＯリングを含んでいる。
【００７１】
言い換えると、第１カートリッジ部２６内部の連続流路は、第１カートリッジ部２６に含まれる部材によってシールされており、第１カートリッジ部２６に含まれる部材によって完成される流路である。したがって、第１カートリッジ部２６は、当該第１カートリッジ部２６を回転軸１２に取り付ける際に、他のカートリッジ部や取り付け部材との間にＯリング等を配置する必要がない。
【００７２】
このように、第１カートリッジ部２６は、第１カートリッジ部２６に含まれる部材によって完成される流路と、第１カートリッジ部２６を回転軸１２に対して位置決めして固定するセットスクリュー５８とを有する。すなわち、本実施形態に係るロータリージョイント１０において、第１軸内流路１６と固定配管部とを結ぶ連続流路は、セットスクリュー５８を締め付けたり緩めたりするだけで着脱可能なカートリッジ式のメカニカルシールである第１カートリッジ部２６によって構成されている。
【００７３】
したがって、本実施形態に係るロータリージョイント１０は、第１カートリッジ部２６を、他のカートリッジ部等から独立させた状態で回転軸１２に取り付け、使用することが可能である。また、第１および第２ベアリング２０，２２が内部に設置された第１カートリッジ部２６を、第１軸内流路１６が形成された回転軸１２に取り付けるだけで、固定配管部と第１軸内流路１６とを連通させる流路を有するロータリージョイント１０が完成する。そのため、本実施形態に係るロータリージョイント１０は、組立が容易である。
【００７４】
本実施形態に係るロータリージョイント１０の第１カートリッジ部２６に形成される第２ベアリング内周側設置面５４の径は第１ベアリング内周側設置面４６の径より小さく、第２ベアリング外周側設置面１１１の径は第１ベアリング外周側設置面８２の径より小さい。このように、第１ベアリング２０の設置面の径と、第２ベアリング２２の設置面の径を、互いに異なる大きさとすることによって、第１および第２ベアリング２０，２２を、第１カートリッジ部２６内に形成される流路や、第１カートリッジ部２６に含まれる部材に対して、位置をずらして配置することが可能となる。
【００７５】
すなわち、第１カートリッジ部２６に形成されるベアリング設置面４６，５４，８２，１１１の径に対応して、第１ベアリング２０の径は、第２ベアリング２２の径より大きくなる。しかし、第１ベアリング２０の径を大きくすることによって、第１ベアリング２０の設置位置を外径側にずらし、径方向貫通孔４０やスリーブ内流路３８等のように、スリーブ３０の内径側に形成される構造を避けて、第１ベアリング２０を配置することができる。したがって、第１カートリッジ部２６は、軸方向の大きさを小さくすることが可能であり、本実施形態に係るロータリージョイント１０は、小型化に適している。特に、第１ベアリング内周側設置面４６を、スリーブ内流路３８の外径側に形成することによって、第１カートリッジ部２６およびロータリージョイント１０の軸方向の大きさを、効果的に縮小することができる。
【００７６】
また、第１ベアリング２０のベアリング設置面４６，８２の径と、第２ベアリング２２のベアリング設置面５４，１１１の径とを互いに異なる大きさとすることによって、スリーブ３０やケーシング７０の形状および構造を単純化することができる。また、これによって、第１カートリッジ部２６の組立を容易にできる。すなわち、図２および図３に示すように、スリーブ３０およびケーシング７０は、長手方向が回転軸１２に略平行であるＬ字状の縦断面形状を有している。したがって、図１に示す第１カートリッジ部２６は、スリーブ３０を含む回転部２８（図２）と、ケーシング７０を含む固定部６８（図３）とを、長手方向にスライドさせることによって、容易に組み立てることができる。
【００７７】
しかしながら、もし第１ベアリング２０と第２ベアリング２２の設置面の径が同一である場合は、例えばケーシング７０の縦断面形状を、開口部が回転軸１２方向を向くＵ字状とする必要がある。そうすると、回転環６０，６２や固定環１３３，１３５を組み立てるために、図３に示すケーシング本体部７４に相当する部品を分割する等の対策を講じる必要があるため、第１カートリッジ部２６の構造が複雑になり、第１カートリッジ部２６の組立に手間がかかる。
【００７８】
図１に示すように、第１カートリッジ部２６において、第１回転環６０の内径は、第２回転環６２の外径より大きく、第１回転環６０と第２回転環６２は、回転軸１２の中心軸Ｌに略直交する一つの平面に沿って配置されている。また、第１カートリッジ部２６において、第１固定環１３３の内径は、前記第２固定環１３５の外径より大きく、第１固定環１３３と第２固定環１３５は、回転軸１２の中心軸Ｌに略直交する他の一つの平面に沿って配置されている。
【００７９】
第１回転環６０と第２回転環６２、及び第１固定環１３３と第２固定環１３５を、回転軸１２の中心軸Ｌに略直交する平面に沿って配置することによって、これらの回転環６０，６２および固定環１３３，１３５によって形成される２つのメカニカルシールが、互いの間に回転環流路６１および固定環流路１３４を径方向に挟んで配置される。２つのメカニカルシールが、互いの間に回転環流路６１および固定環流路１３４を径方向に挟んで配置される第１カートリッジ部２６は、２つのメカニカルシールが流路を軸方向に挟んで配置されるメカニカルシール装置に比べてカートリッジ化し易いため、このような構造とすることにより、第１カートリッジ部２６の構造を単純化することができる。また、２つのメカニカルシールが互いの間に回転環流路６１および固定環流路１３４を径方向に挟んで配置される構造とすることにより、第１カートリッジ部２６の軸方向の長さを短縮することができる。
【００８０】
また、本実施形態に係る第１カートリッジ部２６において、第１ベアリング外周側設置面８２の径は、第１回転環６０および第１固定環１３３の内径よりも大きく、第２ベアリング内周側設置面５４の径は、第２回転環６２および第２固定環１３５の外径よりも小さい。第１ベアリング外周側設置面８２の径と、第２ベアリング内周側設置面５４の径を、上述のように設計することによって、第１および第２ベアリング２０，２２を、第１カートリッジ部２６内に存在する他の構造を避けつつ、効率よく配置することが可能である。したがって、第１カートリッジ部２６およびこれを含むロータリージョイント１０は、小型化に適している。
【００８１】
本実施形態に係る第１カートリッジ部２６において、固定部６８は、第１固定環１３３をケーシング７０から第１回転環６０に向かって付勢するコイルスプリング１３１と、第２固定環１３５をケーシング７０から第２回転環６２に向かって付勢する他のコイルスプリングとを有している。コイルスプリング１３１等を有する第１カートリッジ部２６は、例えばロータリージョイント１０の回転軸１２が第１カートリッジ部２６のケーシング７０に対して傾いた場合や、軸方向に振動したような場合でも、シール面のシール状態を良好に保つことができる。なお、第１固定環１３３と第２固定環１３５とは、図３に示すように互いに分離していてもよいが、一体であってもよい。
【００８２】
ロータリージョイント１０において、回転軸１２，スリーブ３０およびケーシング７０は、ステンレス等によって作成することができる。また、第１カートリッジ部２６において、回転環６０，６２および固定環１３３，１３５は、各々、炭化ケイ素（シリコンカーバイト、ＳｉＣ）、カーボン、超硬合金等の材質で製作される。好適には、固定環１３３，１３５と回転環６０，６２との組み合わせは、各々、炭化ケイ素（ＳｉＣ）と炭化ケイ素（ＳｉＣ）の組み合わせ、カーボンと炭化ケイ素（ＳｉＣ）の組み合わせ、超硬合金と超硬合金の組み合わせ、あるいは、カーボンと超硬合金の組み合わせが好適である。
【００８３】
また、ロータリージョイント１０に含まれる各Ｏリング１３９，１５１〜１５９の材質は、フッ素ゴム、ニトリルゴム、ＥＰＤＭ、パーフロロエラストマなどが用いられる。ただし、ロータリージョイント１０を構成する各部材の材質については、ここに例示したものに限定されない。
【００８４】
第２実施形態
図４は、本発明の第２実施形態に係るロータリージョイント１０ａの縦断面図である。ロータリージョイント１０ａは、図４に示すように、内部に第１軸内流路１６および第２軸内流路１９７が形成されている回転軸１２ａと、回転軸１２ａに取り付けられる第１カートリッジ部２６および第２カートリッジ部２６−２と、第１ベアリング２０と、第２ベアリング２２とを含む。回転軸１２ａに取り付けられる第２カートリッジ部２６−２は、第１実施形態で説明した第１カートリッジ部２６と同様の構造を有するため、第２カートリッジ部２６−２自体の構造については説明を省略する。
【００８５】
また、第２カートリッジ部２６−２は、第１カートリッジ部２６と同様の構造を有しており、第２カートリッジ部２６−２に含まれる各部材は、第１カートリッジ部２６に含まれる各部材と同様である。図４において、第２カートリッジ部２６−２を構成する各部材には、対応する第１カートリッジ部２６の部材に付された符号の後に「−２」を追加した符号を付している。
【００８６】
回転軸１２ａの一方の端部である装置側の端部には、第１実施形態に係る回転軸１２（図１）と同様に、取り付けフランジ１４が形成されており、回転軸１２ａは、取り付けフランジ１４を介して、回転装置に固定される。回転軸１２ａの内部には、第１実施形態に係る回転軸１２に形成されているものと同様の第１軸内流路１６が形成されており、さらに、第１軸内流路１６に加えて、第２軸内流路１９７が形成されている。第２軸内流路１９７は、第１軸内流路１６と同様に、装置側開口１９７ａと、軸側面開口１９７ｂとを有する。
【００８７】
回転軸１２ａには、第１カートリッジ部２６と、第２カートリッジ部２６−２が取り付けられている。第１カートリッジ部２６は、第１実施形態と同様に、第１軸内流路１６と固定配管部との間に設置されている。また、第１カートリッジ部２６の内部に形成されている連続流路は、第１軸内流路１６と固定配管部の流路とを連通させる。第１カートリッジ部２６は、スリーブ内流路３８の軸内流路側開口３８ａと第１軸内流路１６の軸側面開口１６ｂとが重なり、スリーブ内流路３８と第１軸内流路１６とが連通するように、セットスクリュー５８を用いて、回転軸１２ａに固定される。
【００８８】
第２カートリッジ部２６−２は、第２軸内流路１９７と固定配管部との間に設置される。第２カートリッジ部２６−２の内部には、第１カートリッジ部２６と同様の連続流路が形成されており、第２カートリッジ部２６−２の連続流路は、第２軸内流路１９７と固定配管部における他の流路とを連通させる。第２カートリッジ部２６−２は、スリーブ内流路３８−２の軸内流路側開口３８ａ−２と第２軸内流路１９７の軸側面開口１９７ｂとが重なり、スリーブ内流路３８−２と第２軸内流路１９７とが連通するように、セットスクリュー５８−２を用いて、回転軸１２ａに固定される。
【００８９】
さらに、第１カートリッジ部２６と第２カートリッジ部２６−２とは、第１カートリッジ部２６のケーシング７０に形成された接続シャフト挿通孔１１３と、第２カートリッジ部２６−２のケーシング７０−２に形成された接続シャフト挿通孔１１３−２を介して接続されている。すなわち、第１カートリッジ部２６の接続シャフト挿通孔１１３および第２カートリッジ部２６−２の接続シャフト挿通孔１１３−２には、接続シャフト１９３を取り付けることができる。
【００９０】
図４に示すように、接続シャフト１９３は、第１カートリッジ部２６の接続シャフト挿通孔１１３と、第２カートリッジ部２６−２の接続シャフト挿通孔１１３−２とを連結する。本実施形態において、接続シャフト１９３は、固定用ナット１９５ａ，１９５ｂによって、接続シャフト挿通孔１１３、１１３−２に対して固定される。接続シャフト１９３は、第１カートリッジ部２６のケーシング７０と第２カートリッジ部２６−２のケーシング７０−２とを連結し、第２カートリッジ部２６−２の固定部６８−２が、第１カートリッジ部２６の固定部６８に対して回転することを防止する。また、接続シャフト１９３は、第２カートリッジ部２６−２の固定部６８−２が、第１カートリッジ部２６の固定部６８に対して、軸方向に移動することを防止する。
【００９１】
また、第１カートリッジ部２６におけるケーシング７０の第１端部７８に形成されている先端面７８ａおよび内周係合面７８ｂは、第２カートリッジ部２６−２におけるケーシング７０−２の第２端部１１５−２に形成されているケーシング係合段差部１１７−２と係合される。第１カートリッジ部２６の先端面７８ａは、第２カートリッジ部２６−２のケーシング係合段差部１１７−２と係合し、第２カートリッジ部２６−２の固定部６８−２の軸方向の位置決めを行うことができる。また、第１カートリッジの内周係合面７８ｂは、第２カートリッジ部２６−２のケーシング係合段差部１１７−２と係合し、第２カートリッジ部２６−２の固定部６８−２の径方向の位置決めを行うことができる。
【００９２】
このように、ロータリージョイント１０ａの第１カートリッジ部２６に含まれるケーシング７０には、第２カートリッジ部２６−２に含まれるケーシング７０−２と連結可能な連結部が形成されている。したがって、本実施形態に係るロータリージョイント１０ａは、回転軸１２ａに取り付けられているカートリッジ部２６，２６−２のケーシング７０，７０−２同士を、接続シャフト挿通孔１１３，１１３−２を介して連結させることによって、カートリッジ部２６，２６−２の固定部６８，６８−２を連結し、固定部６８，６８−２の固定構造を簡略化することが可能である。
【００９３】
図４に示すように、第２実施形態に係るロータリージョイント１０ａにおいて、第２ベアリング２２は、第１カートリッジ部２６の内部に設置されており、第１ベアリング２０は、第２カートリッジ部２６−２の内部に設置されている。すなわち、第２ベアリング内周面２２ａと第２ベアリング外周面２２ｂは、第１カートリッジ部２６に形成されている第２ベアリング内周側設置面５４と第２ベアリング外周側設置面１１１に設置される。また、第１ベアリング内周面２０ａと第１ベアリング外周面２０ｂは、第２カートリッジ部２６−２に形成されている第１ベアリング内周側設置面４６−２と第１ベアリング外周側設置面８２−２に設置される。
【００９４】
これに対して、第１カートリッジ部２６の第２ベアリング内周側設置面５４および第２ベアリング外周側設置面１１１と、第２カートリッジ部２６−２の第１ベアリング内周側設置面４６−２および第１ベアリング外周側設置面８２−２との間に形成されているベアリング設置面には、ベアリングが設置されない。すなわち、第１カートリッジ部２６に形成されている第１ベアリング内周側設置面４６および第１ベアリング外周側設置面８２と、第２カートリッジ部２６−２に形成されている第２ベアリング内周側設置面５４−２および第２ベアリング外周側設置面１１１−２には、第１ベアリング２０または第２ベアリング２２が設置されない。
【００９５】
ここで、第２実施形態に係るロータリージョイント１０ａでは、図４に示すように、第１カートリッジ部２６の固定部６８と、第２カートリッジ部２６−２の固定部６８−２とが、接続シャフト１９３等を用いて連結されている。すなわち、第２実施形態に係るロータリージョイント１０ａは、複数の固定部６８，６８−２が連結された固定部連結体を有している。そして、第２実施形態に係るロータリージョイント１０ａでは、固定部連結体における軸方向の両端部に形成されたベアリング設置部５４，１１１，４６−２，８２−２のみにベアリングが設置されており、それらの間に形成されたベアリング設置部４６，８２，５４−２，１１１−２にはベアリングが設置されていない。
【００９６】
第２実施形態に係るロータリージョイント１０ａは、第１ベアリング２０と第２ベアリング２２とを、互いに異なるカートリッジ部２６，２６−２に配置することによって、ロータリージョイント１０ａに使用されるベアリングの数を低減させ、構成部品数の削減および組立の簡略化を図ることができる。この場合、第１ベアリング２０と第２ベアリング２２は、固定部連結体の両端部に配置されることが、回転軸１２ａの傾きを防止するうえで好ましい。
【００９７】
また、ロータリージョイント１０ａにおいて、２つのみのベアリング２０，２２を設置することによって、回転軸１２ａの傾きや、第１および第２カートリッジ部２６，２６−２の取り付け位置ずれに関する許容量が拡大する。すなわち、第２実施形態に係るロータリージョイントには、４つのベアリングを設置することが可能である。しかし、第１および第２カートリッジ部２６，２６−２の各固定部６８，６８−２を図４に示すように連結し、かつ、ロータリージョイント１０ａに３つ以上のベアリングを設置すると、カートリッジ部２６，２６−２の僅かな取り付け誤差等によって、固定部６８，６８−２に対する回転部２８，２８−２および回転軸１２ａの正常な回転が妨げられる場合がある。したがって、２つのみのベアリング２０，２２が設置されるロータリージョイント１０ａは、組立が容易であり、回転軸１２ａの傾き等に対しても好適な許容範囲を有する。
【００９８】
また、第１実施形態および第２実施形態に示すように、これらの実施形態に用いられるカートリッジ部２６，２６−２は、ロータリージョイント１０，１０ａに必要とされる流路の数にかかわらず、使用することができる。すなわち、カートリッジ部２６，２６−２を含むロータリージョイント１０ａは、必要とされる流路の数に合わせて回転軸１２ａに取り付けるカートリッジ部２６，２６−２の数を変更することによって、流路数の異なる装置に適用することが可能である。したがって、本実施形態に係るロータリージョイント１０ａは、ロータリージョイント１０ａが取付けられる装置に必要とされる流路の増減に対して、柔軟に対応することが可能である。
【００９９】
また、ロータリージョイント１０ａにおいて、第１カートリッジ部２６と第２カートリッジ部２６−２は、互いに等しい構造を有している。したがって、第１カートリッジ部２６および第２カートリッジ部２６−２に含まれるメカニカルシールの故障に対しても、１種類のカートリッジ部を用意しておくだけで、いずれの故障に対しても対応することができるため、設備の維持に必要なコストを抑制することができる。
【０１００】
さらに、ロータリージョイント１０ａに含まれる第１および第２カートリッジ部２６，２６−２は、第１実施形態において説明したように、１つのカートリッジ部２６，２６−２に含まれる部材によって完成される流路を有している。したがって、例えば図４において、第１カートリッジ部２６に含まれるメカニカルシールが故障し、第１カートリッジ部２６の内部に形成された流路にリークが発生したとしても、第２カートリッジ部２６−２の流路には影響が及ばない。このように、本実施形態に係るロータリージョイント１０ａは、各流路がカートリッジ部単位で独立しているので、ロータリージョイント１０ａに故障が発生した場合でも、故障が発生した箇所を容易に特定することが可能であり、メンテナンス性に優れている。
【０１０１】
また、さらに、ロータリージョイント１０ａに含まれる第１および第２カートリッジ部２６，２６−２は、第１実施形態において説明したように、セットスクリュー５８，５８−２を締め付けたり緩めたりするだけで、回転軸１２ａに対して着脱可能なカートリッジ式のメカニカルシールである。したがって、ロータリージョイント１０ａに含まれるメカニカルシールの１つが故障したような場合にも、故障したメカニカルシールを含むカートリッジ部２６，２６−２を、カートリッジ部２６，２６−２単位で分解・交換することによって、容易に修理することができる。このように、本実施形態に係るロータリージョイント１０ａは、メカニカルシールの１つが故障したときでも、各カートリッジ部２６，２６−２の内部を分解する必要がなく、故障した部分をカートリッジ部２６，２６−２ごと付け替えるだけで修理できるため、メンテナンス性に優れている。
【０１０２】
ロータリージョイント１０ａに含まれる第１および第２カートリッジ部２６，２６−２において、固定部６８，６８−２は、第１固定環１３３，１３３−２を第１回転環６０，６０−２に向かって付勢するコイルスプリング１３１，１３１−２と、第２固定環１３５，１３５−２を第２回転環６２，６２−２に向かって付勢する他のコイルスプリングを有している。コイルスプリング１３１等を有する第１および第２カートリッジ部２６，２６−２は、例えばロータリージョイント１０ａの回転軸１２ａが、カートリッジ部２６，２６−２のケーシング７０，７０−２に対して傾いた場合でも、シール面のシール状態を良好に保つことができる。また、このようなカートリッジ部２６，２６−２は、複数のカートリッジ部２６，２６−２を軸方向に組み合わせたロータリージョイント１０ａにおいて、各カートリッジ部２６，２６−２に含まれるシール面の傾きにばらつきが生じる場合でも、シール面のシール状態を良好に保つことができる。
【０１０３】
また、本実施形態に係るロータリージョイント１０ａは、第１実施形態に係るロータリージョイント１０ａと同様の効果を有する。
【０１０４】
第３実施形態
図５は、本発明の第３実施形態に係るロータリージョイント１０ｂの縦断面図である。ロータリージョイント１０ｂは、内部に第１〜第３軸内流路１６，１９７，２１７が形成されている回転軸１２ｂと、回転軸１２ｂに取り付けられる第１〜第３カートリッジ部２６，２６−２，２６−３と、第１ベアリング２０と、第２ベアリング２２とを含む。回転軸１２ｂに取り付けられる第２および第３カートリッジ部２６−２，２６−３は、第１実施形態で説明した第１カートリッジ部２６と同様の構造を有するため、第２カートリッジ部２６−２および第３カートリッジ部２６−３自体の構造については説明を省略する。
【０１０５】
また、第２カートリッジ部２６−２および第３カートリッジ部２６−３は、第１カートリッジ部２６と同様の構造を有しており、第２カートリッジ部２６−２および第３カートリッジ部２６−３に含まれる各部材は、第１カートリッジ部２６に含まれる各部材と同様である。図５において、第２カートリッジ部２６−２を構成する各部材には、対応する第１カートリッジ部２６の部材に付された符号の後に「−２」を追加した符号を付し、第３カートリッジ部２６−３を構成する各部材には、対応する第１カートリッジ部２６の部材に付された符号の後に「−３」を追加した符号を付している。
【０１０６】
回転軸１２ｂの一方の端部である装置側の端部には、取り付けフランジ１４が形成されている。回転軸１２ｂは、第１および第２実施形態に係る回転軸１２，１２ａ（図１および図４参照）と同様に、取り付けフランジ１４を介して、回転装置に固定される。回転軸１２ｂの内部には、第２実施形態に係る回転軸１２ａと同様に、第１および第２軸内流路１６，１９７が形成されている。さらに、回転軸１２ｂの内部には、第１および第２軸内流路１６，１９７に加えて、第３軸内流路２１７が形成されている。第３軸内流路２１７は、第１軸内流路１６または第２軸内流路１９７と同様に、装置側開口２１７ａと、軸側面開口２１７ｂとを有する。
【０１０７】
回転軸１２ｂには、第１〜第３カートリッジ部２６，２６−２，２６−３が取り付けられている。第１および第２カートリッジ部２６，２６−２は、第２実施形態と同様に、第１または第２軸内流路１６，１９７と固定配管部との間に設置されている。第１カートリッジ部２６の内部に形成されている連続流路は、第１軸内流路１６と固定配管部の流路とを連通させ、第２カートリッジ部２６−２の内部に形成されている連続流路は、第２軸内流路１９７と固定配管部における他の流路とを連通させる。
【０１０８】
第３カートリッジ部２６−３は、第３軸内流路２１７と固定配管部との間に設置される。第３カートリッジ部２６−３の内部には、第１および第２カートリッジ部２６，２６−２と同様の連続流路が形成されている。第３カートリッジ部２６−３の内部に形成されている連続流路は、第３軸内流路２１７と固定配管部における第３の流路とを連通させる。第３カートリッジ部２６−３は、スリーブ内流路３８−３の軸内流路側開口３８ａ−３と第３軸内流路２１７の軸側面開口２１７ｂとが重なり、スリーブ内流路３８−３と第３軸内流路２１７とが連通するように、セットスクリュー５８−３を用いて、回転軸１２ｃに固定される。
【０１０９】
図５に示すように、第１カートリッジ部２６と第２カートリッジ部２６−２とは、第２実施形態と同様に、接続シャフト挿通孔１１３，１１３−２に挿通される接続シャフト１９３によって接続されている。また、第２カートリッジ部２６−２と第３カートリッジ部２６−３とは、第１カートリッジ部２６と第２カートリッジ部２６−２との接続と同様に、接続シャフト挿通孔１１３−２，１１３−３に挿通される接続シャフト２１３によって接続されている。
【０１１０】
接続シャフト２１３は、図５において点線で示すように、第２カートリッジ部２６−２の接続シャフト挿通孔１１３−２と、第３カートリッジ部２６−３の接続シャフト挿通孔１１３−３とを連結する。また、接続シャフト２１３は、接続シャフト１９３と同様に、固定用ナット２１５ａ，２１５ｂによって、接続シャフト挿通孔１１３−２，１１３−３に対して固定される。ただし、接続シャフト２１３は、接続シャフト１９３とは、周方向に互いに異なる位置に配置される。たとえば、第２カートリッジ部２６−２において、接続シャフト２１３は、接続シャフト１９３が固定される接続シャフト挿通孔１１３−２とは、ケーシング７０−２の周方向に沿って互いに異なる位置に形成された接続シャフト挿通項１１３−２に固定される。
【０１１１】
接続シャフト１９３は、第１カートリッジ部２６のケーシング７０と第２カートリッジ部２６−２のケーシング７０−２とを連結し、第２カートリッジ部２６−２の固定部６８−２が、第１カートリッジ部２６の固定部６８に対して回転することを防止する。また、接続シャフト２１３は、第２カートリッジ部２６−２のケーシング７０−２と第３カートリッジ部２６−３のケーシング７０−３とを連結し、第３カートリッジ部２６−３の固定部６８−３が、第１および第２カートリッジ部２６，２６−２のケーシング７０，７０−２に対して回転することを防止する。また、接続シャフト１９３，２１３は、第２および第３カートリッジ部２６−３の固定部６８−２，６８−３が、第１カートリッジ部２６の固定部６８に対して、軸方向に移動することを防止する。
【０１１２】
第１カートリッジ部２６におけるケーシング７０の第１端部７８は、第２カートリッジ部２６−２におけるケーシング７０−２の第２端部１１５−２と係合される。また、第２カートリッジ部２６−２におけるケーシング７０−２の第１端部７８−２は、第３カートリッジ部２６−３におけるケーシング７０−３の第２端部１１５−３と係合される。第１および第２カートリッジ部２６，２６−２の第１端部７８，７８−２は、第２および第３カートリッジ部２６−２，２６−３の第２端部１１５−２，１１５−３と係合し、第２および第３カートリッジ部２６−２，２６−３に含まれる固定部６８−２，６８−３の軸方向および径方向の位置決めを行うことができる。
【０１１３】
本実施形態に係るロータリージョイント１０ｂは、回転軸１２ｂに取り付けられているカートリッジ部２６，２６−２，２６−３の各ケーシング７０，７０−２，７０−３同士を、接続シャフト挿通孔１１３，１１３−２，１１３−３を介して連結させることによって、カートリッジ部２６，２６−２，２６−３の固定部６８，６８−２，６８−３を連結し、固定部６８，６８−２，６８−３の固定構造を簡略化することが可能である。
【０１１４】
図５に示すように、第３実施形態に係るロータリージョイント１０ｂにおいて、第２ベアリング２２は、第１カートリッジ部２６の内部に設置されており、第１ベアリング２０は、第３カートリッジ部２６−３の内部に設置されている。すなわち、第２ベアリング内周面２２ａと第２ベアリング外周面２２ｂは、第１カートリッジ部２６に形成されている第２ベアリング内周側設置面５４と第２ベアリング外周側設置面１１１に設置される。また、第１ベアリング内周面２０ａと第１ベアリング外周面２０ｂは、第３カートリッジ部２６−３に形成されている第１ベアリング内周側設置面４６−３と第１ベアリング外周側設置面８２−３に設置される。
【０１１５】
これに対して、第２ベアリング２２が設置されているベアリング設置面５４，１１１と、第１ベアリング２０が設置されているベアリング設置面４６−３，８２−３の間に形成されているベアリング設置面には、ベアリングが設置されない。
【０１１６】
ここで、第３実施形態に係るロータリージョイント１０ｂでは、図５に示すように、第１〜第３カートリッジ部２６，２６−２，２６−３に含まれる各固定部６８，６８−２，６８−３が、接続シャフト１９３，２１３等を用いて、互いに連結されている。すなわち、第３実施形態に係るロータリージョイント１０ｂは、複数の固定部６８，６８−２，６８−３が連結された固定部連結体を有している。そして、第３実施形態に係るロータリージョイント１０ｂでは、固定部連結体における軸方向の両端部に形成されたベアリング設置面５４，１１１，４６−３，８２−３のみに、ベアリングが設置されており、それらの間に形成されたベアリング設置面にはベアリングが設置されていない。
【０１１７】
このように、第３実施形態に係るロータリージョイント１０ｂは、第１ベアリング２０と第２ベアリング２２とを、互いに異なるカートリッジ部２６，２６−３に配置することによって、ロータリージョイント１０ａに使用されるベアリングの数を低減させ、構成部品数の削減および組立の簡略化を図ることができる。この場合、第１ベアリング２０と第２ベアリング２２は、固定部６８，６８−２，６８−３が連結された固定部連結体の両端部に配置されることが、回転軸１２ｂの傾きを防止するうえで好ましい。また、ロータリージョイント１０ｂにおいて、２つのみのベアリング２０，２２を設置することによって、回転軸１２ａの傾きや、第１〜第２カートリッジ部２６，２６−２，２６−３の取り付け位置ずれに関する許容量が拡大する。
【０１１８】
また、本実施形態に用いられるカートリッジ部２６，２６−２，２６−３は、ロータリージョイント１０ｂに必要とされる流路の数にかかわらず、使用することができる。すなわち、カートリッジ部２６，２６−２，２６−３を含むロータリージョイント１０ｂは、必要とされる流路の数に合わせて回転軸１２，１２ａ，１２ｂに取り付けるカートリッジ部２６，２６−２，２６−３の数を変更することによって、流路数の異なる装置に適用することが可能である。したがって、本実施形態に係るロータリージョイント１０ｂは、ロータリージョイント１０ｂが取付けられる装置に必要とされる流路の増減に対して、柔軟に対応することが可能である。
【０１１９】
さらに、第２および第３実施形態に係るロータリージョイント１０ａ，１０ｂは、カートリッジ部２６，２６−２，２６−３だけでなく、回転軸１２ａ，１２ｂについても、流路数の異なる装置に適用することが可能である。図６は、図５に示すロータリージョイント１０ｂを、２つの流路が必要とされる装置に適用した場合における実施態様を表す縦断面図である。
【０１２０】
図６に示すロータリージョイント１０ｃは、第１および第２カートリッジ部２６，２６−２のみが回転軸１２ｂに取り付けられており、第１ベアリング２０が第２カートリッジ部２６の内部に設置されている点で、図５に示すロータリージョイント１０ｂと異なるが、その他の点は同様である。
【０１２１】
第２実施形態において説明したように、第１および第２軸内流路１９７と固定配管部の流路を結ぶ各流路は、カートリッジ部２６，２６−２単位で独立しており、また、各カートリッジ部２６，２６−２は、セットスクリュー５８を締め付けたり緩めたりすることによって着脱可能なカートリッジ式のメカニカルシール装置である。したがって、図５に示すロータリージョイント１０ｂは、第３カートリッジ部２６−３を取り外しても、第１ベアリング２０の設置位置を変更するだけで、図６に示すように、残りの第１および第２カートリッジ部２６，２６−２を取り付けた状態で使用することができる。
【０１２２】
このように、第３実施形態に係るロータリージョイント１０ｂは、装置に必要とされる流路数が、回転軸１２ｂの内部に形成されている軸内流路１６，１９７，２１７の数以下であれば、装置に必要とされる流路数が変更された場合であっても、回転軸１２ｂを含むロータリージョイント１０ｂの大部分を継続して使用することが可能である。したがって、流路数が変更された場合でも、新たな回転軸等を設計・製造することなく柔軟に適用することが可能であるため、設備の維持に必要なコストを抑制することができる。
【０１２３】
図５に示すように、第３実施形態に係るロータリージョイント１０ｂでは、軸内流路１６，１９７，２１７と固定配管部との間をつなぐ流路を構成するメカニカルシールが、カートリッジ式のカートリッジ部２６，２６−２，２６−３の内部に収納されている。また、各カートリッジ部２６等は、２つのベアリングを設置できるベアリング設置部４６，５４，８２，１１１と、カートリッジ部２６を回転軸１２ｂに独立に取り付け可能なセットスクリュー５８を有している。したがって、ロータリージョイント１０ｂは、１つのカートリッジ部２６を、他のカートリッジ部や取り付け部品等から独立させた状態で回転軸１２ｂに取り付けることが可能であり、流路数の変更に容易に対応することができる。
【０１２４】
しかし、各カートリッジ部２６，２６−２，２６−３を、各カートリッジ部２６，２６−２，２６−３の内部に２つのベアリング２０，２２を設置した状態のまま回転軸１２ｂに取り付けると、回転軸１２ｂが２を超える数のベアリングを介して、固定部６８，６８−２，６８−３に支持される状態となり、回転軸１２ｂの円滑な回転が阻害されやすい状態となる。
【０１２５】
そこで、各カートリッジ部２６，２６−２，２６−３には、互いの固定部６８，６８−２，６８−３同士を連結可能な連結部であるシャフト挿通孔１１３，１１３−２，１１３−３等が形成されている。ロータリージョイント１０ｂは、各カートリッジ部２６，２６−２，２６−３の固定部６８，６８−２，６８−３同士を、シャフト挿通孔１１３，１１３−２，１１３−３等を介して連結できる。これによって、本実施形態に係るロータリージョイント１０ｂは、固定部６８，６８−２，６８−３が連結された固定部連結体の両端部に２つのベアリング２０，２２を配置するだけでよくなり、他の設置部にベアリングを設置する必要がなくなる。なぜなら、図５に示す状態では、各固定部６８，６８−２，６８−３は一体に連結されており、また、各回転部２８，２８−２，２８−３および回転軸１２ｂもセットスクリュー５８，５８−２，５８−３を介して一体となっているためである。
【０１２６】
このように、本実施形態に係るロータリージョイント１０ｂは、カートリッジ式の第１〜第３カートリッジ部２６，２６−２，２６−３の内部にメカニカルシールを収納して組立を容易にするとともに、第１〜第３カートリッジ部２６，２６−２，２６−３同士を連結可能とすることによって、複数のカートリッジ部２６，２６−２，２６−３を回転軸１２ｂに取り付けた場合でも、回転軸１２ｂを円滑に回転させることができる。
【０１２７】
また、本実施形態に係るロータリージョイント１０ｂ，１０ｃは、第１および第２実施形態に係るロータリージョイント１０，１０ｂと同様の効果を有する。
【０１２８】
なお、前述した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。
【符号の説明】
【０１２９】
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…ロータリージョイント
１２，１２ａ，１２ｂ…回転軸
２０…第１ベアリング
２０ａ…第１ベアリング内周面
２０ｂ…第１ベアリング外周面
２２…第２ベアリング
２２ａ…第２ベアリング内周面
２２ｂ…第２ベアリング外周面
２６，２６−２，２６−３…カートリッジ部
２８，２８−２，２８−３…回転部
３０…スリーブ
３８，３８−２，３８−３…スリーブ内流路
４６，４６−２，４６−３…第１ベアリング内周側設置面
５４，５４−２…第２ベアリング内周側設置面
５８，５８−２，５８−３…セットスクリュー
６０，６０−２…第１回転環
６２，６２−２…第２回転環
６８…固定部
７０…ケーシング
８２，８２−２，８２−３…第１ベアリング外周側設置面
１１１，１１１−２…第２ベアリング外周側設置面
１１３，１１３−２，１１３−３…接続シャフト挿通孔
１３１，１３１−２…コイルスプリング
１３３，１３３−２…第１固定環
１３５，１３５−２…第２固定環
１９３，２１３…接続シャフト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリージョイント及びロータリージョイントに用いられるメカニカルシール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
研磨装置等の回転部分と、固定側の流体供給経路を接続するロータリージョイントとしては、複数のメカニカルシールを含むものが知られている（例えば特許文献１等参照）。メカニカルシールを用いるロータリージョイントは、摺動部分にパッキン等を用いるロータリージョイントに比べて、回転速度の大きい装置に適用することが可能である等の利点を有している。しかしながら、従来技術に係るロータリージョイントは、メカニカルシール等を構成する個々の部材を、ローターに対して順番に組み付けていく構造を有するため、組立および分解に手間が掛かり、メンテナンス性に問題を有している。また、装置に必要とされる流路数が変更された場合であっても、流路数に応じて組立構造を変更することが難しく、流路数の増減に応じて、新たな部品を設計・製造等する必要があった。
【０００３】
必要とされる流路数に応じて組立構造を変更可能なロータリージョイントとしては、パッキンによってシールされる筐体流通路が形成された筐体分割体を、シャフトに取り付けるものが知られている（例えば特許文献２等参照）。しかし、流路数の変更に対応可能な従来技術に係るロータリージョイントは、シャフトと筐体分割体の間をパッキンでシールするため、シャフトの損傷が発生しやすいという問題を有している。また、ベアリングが、筐体流通路が含まれる筐体分割体とは別個の分割体を介して設置されているため、流路数が変更されると、シャフト等を新たに設計・製造等する必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１９９１２号公報
【特許文献２】特開２００６−１７７４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、メンテナンス性に優れ、かつ、流路数の変更に柔軟に対応し得るロータリージョイント及びこのようなロータリージョイントに用いられるメカニカルシール装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、請求項１に係る本発明のロータリージョイントは、
内部に軸内流路を有する回転軸と、当該回転軸に取り付けられるメカニカルシール装置と、第１ベアリングと、第２ベアリングと、を含むロータリージョイントであって、
前記メカニカルシール装置は、
前記軸内流路に連通するように配置されるスリーブ内流路が形成されており前記回転軸を挿通させるスリーブと、当該スリーブに対して回転不可に取り付けられており前記スリーブ内流路の開口を挟み込むように配置されている第１回転環および第２回転環と、前記スリーブを前記回転軸に固定するセットスクリューと、を含む回転部と、
前記回転部を内径側に収納するケーシングと、当該ケーシングに対して回転不可に取り付けられており前記第１回転環に対して摺動する第１固定環と、前記ケーシングに対して回転不可に取り付けられており前記第２回転環に対して摺動する第２固定環と、を含む固定部と、を含み、
前記スリーブの外周面には、前記第１ベアリングの内周面を設置可能な第１ベアリング内周側設置面と、前記第１ベアリング内周側設置面より径が小さく前記第２ベアリングの内周面を設置可能な第２ベアリング内周側設置面とが形成されており、
前記ケーシングの内周面には、前記第１ベアリング内周側設置面に対向するように配置されており前記第１ベアリングの外周面が設置可能な第１ベアリング外周側設置面と、前記第２ベアリング内周側設置面に対向するように配置されており前記第１ベアリング外周側設置面より径が小さく前記第２ベアリングの外周面が設置可能な第２ベアリング外周側設置面とが形成されており、
前記ケーシングには、前記メカニカルシールと同様の構造を有しており前記回転軸に取り付けられ得る他のメカニカルシール装置に含まれる他のケーシングと連結可能な連結部が形成されている。
【０００７】
本発明に係るロータリージョイントは、回転軸に取り付けるメカニカルシール装置の数を増減させることによって、ロータリージョイントが取付けられる装置に必要とされる流路の増減に柔軟に対応することが可能である。したがって、流路数が変更された場合でも、新たな回転軸等を設計・製造することなく、回転軸を含むロータリージョイントの大部分を継続して使用することが可能である。また、流路の数が増加した場合や、ロータリージョイントを構成するメカニカルシールの一部が故障した場合にも、予備のメカニカルシール装置を用意しておくだけで対応できるため、設備の維持に必要なコストを抑制することができる。
【０００８】
さらに、本発明に係るロータリージョイントに用いられるメカニカルシール装置には、第１ベアリングおよび第２ベアリングを設置するための内周側設置面および外周側設置面が形成されている。すなわち、本発明に係るロータリージョイントは、メカニカルシール装置の内部にベアリングを設置することができる。また、ロータリージョイントに含まれるメカニカルシール装置には、スリーブを回転環に固定するためのセットスクリューが含まれる。
【０００９】
したがって、本発明に係るロータリージョイントは、１つのメカニカルシール装置を、他のメカニカルシール装置等から独立させた状態で回転軸に取り付けることが可能であり、１つのメカニカルシール装置が独立に１つの流路を構成することができる。このように、本発明に係るロータリージョイントに含まれるメカニカルシール装置は、一つの流路を構成するシールおよびシールの取り付け構造を、１つのメカニカルシール装置内において完結させることができる。したがって、使用する軸内流路に対してメカニカルシール装置を取り付け、あるいは、不要である軸内流路に取り付けられていたメカニカルシール装置を取り外すだけで、流路の増減に対応することができる。
【００１０】
また、ロータリージョイントのメカニカルシール装置内部に形成される第２ベアリング内周側設置面の径は第１ベアリング内周側設置面の径より小さく、第２ベアリング外周側設置面の径は第１ベアリング外周側設置面の径より小さい。このように、第１ベアリングの設置面の径と、第２ベアリングの設置面の径を、互いに異なる大きさとすることによって、第１および第２ベアリングを、メカニカルシール装置内に形成される流路に対して径方向にずらして配置することが可能となる。したがって、本発明に係るロータリージョイントに含まれるメカニカルシール装置は、軸方向の大きさを小さくすることが可能であり、小型化に適している。
【００１１】
また、ロータリージョイントのメカニカルシール装置に含まれるケーシングには、他の流路を構成するメカニカルシール装置に含まれる他のケーシングと連結可能な連結部が形成されている。回転軸に取り付けられているメカニカルシール装置のケーシング同士を、連結部を介して連結させることによって、メカニカルシール装置の固定部を連結し、固定部の固定構造を簡略化することが可能である。また、本発明に係るロータリージョイントは、ケーシング同士を連結することによって、メカニカルシール装置の固定部と回転部とを接続するために使用されるベアリングの数を、減少させることができる。
【００１２】
また、例えば、本実施形態に係るロータリージョイントにおいて、前記第１ベアリング内周側設置面は、前記スリーブ内流路の外径側に配置されていてもよい。第１ベアリング内周側設置面を、スリーブ内流路の外径側とすることによって、メカニカルシール装置およびロータリージョイントの軸方向の大きさを縮小することができる。
【００１３】
また、例えば、本発明に係るロータリージョイントに含まれるメカニカルシール装置において、前記第１回転環の内径は、前記第２回転環の外径より大きくてもよく、前記第１回転環と前記第２回転環は、前記回転軸の中心軸に直交する一つの平面に沿って配置されていてもよく、また、前記第１固定環の内径は、前記第２固定環の外径より大きくてもよく、前記第１固定環と前記第２固定環は、前記回転軸の前記中心軸に直交する他の一つの平面に沿って配置されていてもよい。
【００１４】
第１回転環と第２回転環、及び第１固定環と第２固定環を、回転軸の中心軸に直交する平面に沿って配置する構造とすることによって、２つのメカニカルシールが、互いの間に流路を径方向に挟んで配置される。２つのメカニカルシールが、互いの間に流路を径方向に挟んで配置されるメカニカルシール装置は、２つの回転環が流路を軸方向に挟んで配置されるメカニカルシール装置に比べてカートリッジ化し易いため、このような構造とすることにより、スリーブおよびこれを含むメカニカルシール装置の構造を単純化することができる。
【００１５】
また、例えば、前記第１ベアリング外周側設置面の径は、前記第１回転環および前記第１固定環の内径よりも大きくてもよく、前記第２ベアリング内周側設置面の径は、前記第２回転環および前記第２固定環の外径よりも小さくてもよい。第１ベアリング外周側設置面の径と、第２ベアリング内周側設置面の径を、上述のように設計することによって、第１および第２ベアリングを、メカニカルシール装置内に効率よく配置することが可能であり、メカニカルシール装置を小型化することができる。
【００１６】
また、例えば、前記固定部は、前記第１固定環を前記ケーシングから前記第１回転環に向かって付勢する第１付勢部材と、前記第２固定環を前記ケーシングから前記第２回転環に向かって付勢する第２付勢部材を有していてもよい。第１および第２付勢部材を有するメカニカルシール装置は、例えばロータリージョイントの回転軸がメカニカルシール装置に対して傾いた場合でも、シール面のシール状態を良好に保つことができる。
【００１７】
また、例えば、本発明に係るロータリージョイントは、前記回転軸に取り付けられる複数の前記メカニカルシール装置である第１メカニカルシール装置および第２メカニカルシール装置を含んでいてもよく、前記回転軸は複数の前記軸内流路を有していてもよく、前記第１ベアリングは、前記第１メカニカルシール装置の内部に設置されており、前記第２ベアリングは、前記第２メカニカルシール装置の内部に設置されていてもよい。第１メカニカルシール装置および第２メカニカルシール装置によって構成される複数のメカニカルシール装置を有するロータリージョイントは、２つのベアリングをそれぞれ異なるメカニカルシールの内部に設置することによって、ロータリージョイント全体で使用されるベアリングの数を減少させつつも、固定部を回転軸に対して精度良く配置することができる。
【００１８】
また、本発明に係るメカニカルシール装置は、回転軸の内部に形成されている軸内流路に連通するように配置されるスリーブ内流路が形成されており前記回転軸を挿通させるスリーブと、当該スリーブに対して回転不可に取り付けられており前記スリーブ内流路の開口を挟み込むように配置されている第１回転環および第２回転環と、前記スリーブを前記回転軸に固定するセットスクリューと、を含む回転部と、
前記回転部を内径側に収納するケーシングと、当該ケーシングに対して回転不可に取り付けられており前記第１回転環に対して摺動する第１固定環と、前記ケーシングに対して回転不可に取り付けられており前記第２回転環に対して摺動する第２固定環と、を有し、前記第１ベアリングおよび前記第２ベアリングを介して前記回転部に対して相対回転するように接続され得る固定部と、を含み、
前記スリーブの外周面には、前記第１ベアリングを設置可能な第１ベアリング内周側設置面と、前記第１ベアリング内周側設置面より径が小さく前記第２ベアリングの内周面を設置可能な第２ベアリング内周側設置面とが形成されており、
前記ケーシングの内周面には、前記第１ベアリング内周側設置面に対向するように配置されており前記第１ベアリングの外周面が設置可能な第１ベアリング外周側設置面と、前記第２ベアリング内周側設置面に対向するように配置されており前記第１ベアリング外周側設置面より径が小さく前記第２ベアリングの外周面が設置可能な第２ベアリング外周側設置面とが形成されており、
前記ケーシングには、前記メカニカルシールと同様の構造を有しており前記回転軸に取り付けられ得る他のメカニカルシール装置に含まれる他のケーシングと連結可能な連結部が形成されている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るロータリージョイントの縦断面図である。
【図２】図２は、図１に示すロータリージョイントに含まれる第１カートリッジの回転部を拡大して表示した拡大断面図である。
【図３】図３は、図１に示すロータリージョイントに含まれる第１カートリッジの固定部を拡大して表示した拡大断面図である。
【図４】図４は、本発明の第２実施形態に係るロータリージョイントの縦断面図である。
【図５】図５は、本発明の第３実施形態に係るロータリージョイントの縦断面図である。
【図６】図６は、図５に示すロータリージョイントの他の実施態様を表す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態に係るロータリージョイント１０の縦断面図である。ロータリージョイント１０は、図１に示すように、内部に第１軸内流路１６を有する回転軸１２と、回転軸１２に取り付けられる第１カートリッジ部２６と、第１ベアリング２０と、第２ベアリング２２とを含む。
【００２１】
回転軸１２の一方の端部である装置側の端部には、取り付けフランジ１４が形成されている。回転軸１２は、取り付けフランジ１４を介して、回転装置に固定される。本実施形態に係るロータリージョイント１０の取り付けフランジ１４が固定される回転装置としては、特に限定されないが、例えばＣＭＰ装置（Chemical Mechanical Polishing法による表面研磨装置）等の研磨パッド部等が挙げられる。ロータリージョイント１０は、回転装置と、当該回転装置に対して流体を供給したり、回転装置から流体を排出させたりするための固定配管部（不図示）との間に設置され、回転する回転装置と、固定されている固定配管部との間における流体の供給・排出を可能にする。
【００２２】
回転軸１２の内部には、第１軸内流路１６が形成されている。第１軸内流路１６は、回転軸１２の一方の端面であって、取り付けフランジ１４が形成されている側の端面に、一方の開口である装置側開口１６ａを有する。また、第１軸内流路１６は、回転軸１２の軸外周面１３に、他方の開口である軸側面開口１６ｂを有する。すなわち、第１軸内流路１６は、回転軸１２の内部を、装置側開口１６ａから軸側面開口１６ｂまで貫通する貫通孔によって構成されている。
【００２３】
回転軸１２には、図１に示す第１カートリッジ部２６が取り付けられている。第１カートリッジ部２６の内部には、回転軸１２の内部に形成されている第１軸内流路１６に連通しており、固定配管部と第１軸内流路１６を接続する連続流路が形成されている。第１カートリッジ部２６は、固定配管部に対して相対移動できないように接続される固定部６８（図３参照）と、回転軸１２に固定され、回転軸１２と一体的に回転し固定部６８に対して相対移動可能である回転部２８（図２参照）とから成る。
【００２４】
また、第１カートリッジ部２６における固定部６８と回転部２８の間には、第１カートリッジ部２６の内部に形成されている連続流路をシールするためのメカニカルシールが形成されている。さらに、第１カートリッジ部２６の内部には、固定部６８と回転部２８とを相対回転可能に接続する第１ベアリング２０と第２ベアリング２２とを配置することが可能である。図１に示すように、本実施形態に係る第１カートリッジ部２６は、回転軸１２に対して、セットスクリュー５８によって一体的に着脱することが可能なカートリッジ型のメカニカルシール装置である。
【００２５】
第１カートリッジ部２６の回転部２８は、回転軸１２を抱き込んだ状態で回転軸１２に取り付けられるスリーブ３０と、スリーブ３０を回転軸１２に固定するセットスクリュー５８と、スリーブ３０に対して回転不可に取り付けられている第１回転環６０および第２回転環６２を含む。
【００２６】
スリーブ３０には、回転軸１２を挿通させるための回転軸挿通孔３２が形成されている。回転軸挿通孔３２は、回転軸１２より僅かに大きい径を有している。第１カートリッジ部２６は、スリーブ３０の回転軸挿通孔３２を回転軸１２が貫通するように、回転軸１２の他方の端部である軸側の端部から、回転軸１２に取り付けられる。
【００２７】
また、スリーブ３０は、装置側に配置されており径の小さい外周面を有する小径部５２と、小径部５２より軸側に配置されており小径部５２の外周面（小径部外周面５２ａ）より径の大きい外周面（大径部外周面３６ａ）を有する大径部３６から成る。大径部３６の外周面である大径部外周面３６ａには、第１ベアリング２０の内周面である第１ベアリング内周面２０ａを設置可能な第１ベアリング内周側設置面４６が形成されている。また、小径部５２の外周面である小径部外周面５２ａには、第２ベアリング２２の内周面である第２ベアリング内周面２２ａを設置可能な第２ベアリング内周側設置面５４が形成されている。図１に示す第１実施形態に係るロータリージョイント１０において、第１ベアリング２０および第２ベアリング２２は、固定部６８を、回転部２８に対して相対回転可能に接続している。
【００２８】
図２は、図１に示すロータリージョイント１０のうち、回転部２８のみを拡大して表示した拡大断面図である。スリーブ３０の大径部３６には、スリーブ３０を径方向に貫通している径方向貫通孔４０が形成されている。径方向貫通孔４０の壁面の一部には、螺旋溝が形成されている。
【００２９】
径方向貫通孔４０には、スリーブ３０を回転軸１２に固定するセットスクリュー５８が螺合される。セットスクリュー５８の先端部５８ａは、回転軸１２に形成された円錐溝１８（図１）に係合される。セットスクリュー５８は、スリーブ３０を回転軸１２（図１参照）に対して位置決めし、かつ、スリーブ３０を回転軸１２に対して固定することができる。したがって、スリーブ３０は、回転軸１２が回転すると、回転軸１２と一体となって回転する。なお、図１および図２では、１つのセットスクリュー５８のみが図示されているが、スリーブ３０は、スリーブ３０の周方向に沿って略等間隔に配置される複数のセットスクリュー５８によって、回転軸１２に固定されている。
【００３０】
図２に示すように、スリーブ３０の大径部３６には、軸側面開口１６ｂ（図１）を介して第１軸内流路１６と連通するように配置されるスリーブ内流路３８が形成されている。スリーブ内流路３８の一方の開口である軸内流路側開口３８ａは、スリーブ３０の内周面に形成されており、第１軸内流路１６の軸側面開口１６ｂ（図１）と重なるように配置される。また、スリーブ３０の内周面には、軸内流路側開口３８ａを軸方向に挟むように、Ｏリング１３９およびＯリング１５１が配置されている。Ｏリング１３９およびＯリング１５１は、回転軸１２の外周面とスリーブ３０の内周面とのすき間を封止し、第１軸内流路１６およびスリーブ内流路３８と、外気との間をシールしている。
【００３１】
スリーブ内流路３８は、図２に示すように、大径部３６の内部において、軸側に向かって折れ曲がっている。すなわち、スリーブ内流路３８は、回転軸１２の径方向に延在する部分と、回転軸１２の中心軸Ｌに対して略平行に延在する部分とによって構成される。したがって、スリーブ内流路３８の他方の開口である回転環側開口３８ｂは、大径部３６における軸側の端面に形成されている。
【００３２】
また、大径部３６における軸側の端面には、第１回転環６０が設置される回転環設置第１段差面４２と、第２回転環６２が設置される回転環設置第２段差面４４が形成されている。回転環設置第１段差面４２は、スリーブ内流路３８の回転環側開口３８ｂの外径側に形成されており、回転軸１２に対して直交する平面に略平行である２つの面と、当該２つの面を接続しており回転軸１２の外周面に対して略平行である１つの面を有している。これに対して、回転環設置第２段差面４４は、スリーブ内流路３８の回転環側開口３８ｂの内径側に形成されている。回転環設置第２段差面４４は、回転環設置第１段差面４２と同様に、回転軸１２に対して直交する平面に略平行な２つの面と、当該２つの面を接続しており回転軸１２の外周面に対して略平行な１つの面を有している。
【００３３】
また、回転環設置第１段差面４２と、回転環設置第２段差面４４とは、回転環側開口３８ｂを径方向に挟んで、略対称な縦断面形状を有するように形成されている。さらに、回転環設置第１段差面４２は、スリーブ３０の周方向に沿って連続しており、回転環設置第２段差面４４も、スリーブ３０の周方向に沿って連続している。すなわち、回転環設置第１段差面４２と回転環設置第２段差面４４は、回転軸１２に直交する断面による横断面図で見て、略同心円状に形成されている。なお、回転環設置第１段差面４２および回転環設置第２段差面４４の一部には、第１回転環６０または第２回転環６２がスリーブ３０に対して回転することを防止する回転止めピン６４，６６を挿入するための凹部が形成されている。
【００３４】
第１回転環６０と、第２回転環６２とは、スリーブ内流路３８の回転環側開口３８ｂを挟み込むように配置されている。第１回転環６０は、スリーブ３０の大径部３６における装置側端面に形成されている回転環設置第１段差面４２に設置される。第２回転環６２は、スリーブ３０の大径部３６における装置側端面に形成されている回転環設置第２段差面４４に設置される。これにより、第１回転環６０と第２回転環６２の間には、回転環側開口３８ｂを介してスリーブ内流路３８と連通する回転環流路６１が形成される。
【００３５】
第１回転環６０および第２回転環６２は、リング状の外形状を有している。第１回転環６０における軸側の端面には、回転環設置第１段差面４２に対応する第１回転環段差面６０ｂが形成されている。第１回転環６０の第１回転環段差面６０ｂと、スリーブ３０の回転環設置第１段差面４２との間には、Ｏリング１５３が設置される。Ｏリング１５３は、スリーブ３０と第１回転環６０との隙間を封止し、スリーブ内流路３８等の流体が流路外にリークしたり、外気がスリーブ内流路３８等に浸入したりすることを防止している。なお、第１回転環段差面６０ｂの一部には、回転止めピン６４を係合させるための凹部が形成されている。第１回転環６０は、回転止めピン６４によって回転方向の移動が規制されるため、スリーブ３０と一体となって回転する。
【００３６】
また、第２回転環６２における軸側の端面には、回転環設置第２段差面４４に対応する第２回転環段差面６２ｂが形成されている。第２回転環６２の第２回転環段差面６２ｂと、スリーブ３０の回転環設置第２段差面４４との間には、Ｏリング１５５が設置される。Ｏリング１５５は、Ｏリング１５３と同様に、スリーブ３０と第２回転環６２との隙間を封止する。第２回転環段差面６２ｂの一部にも、第１回転環段差面６０ｂと同様に、回転止めピン６６を係合させるための凹部が形成されている。第２回転環６２も、第１回転環６０と同様に、回転止めピン６６によって回転方向の移動が規制されており、スリーブ３０と一体となって回転する。
【００３７】
本実施形態に係る回転部２８においては、第１回転環６０の内径は、第２回転環６２の外径より大きく、第１回転環６０と第２回転環６２は、回転軸１２の中心軸Ｌ（図１）に直交する一つの平面に沿って配置されている。すなわち、第１回転環６０と、第２回転環６２とは、スリーブ内流路３８の回転環側開口３８ｂを径方向に挟み込むように配置される。
【００３８】
第１回転環６０の装置側端面には、第１固定環１３３（図１、図３参照）と摺動する第１回転環シール面６０ａが形成されている。また、第２回転環６２の装置側端面には、第２固定環１３５（図１、図３参照）と摺動する第２回転環シール面６２ａが形成されている。
【００３９】
スリーブ３０の大径部外周面３６ａには、第１ベアリング内周面２０ａ（図１参照）を設置可能な第１ベアリング内周側設置面４６が形成されている。本実施形態に係るスリーブ３０において、第１ベアリング内周側設置面４６は、スリーブ内流路３８の外径側に形成されている。また、大径部外周面３６ａには、第１ベアリング内周側設置面４６を軸方向に挟んで、ベアリング止め段差部５０および止め輪用溝部４８が形成されている。止め輪用溝部４８には、ベアリング止め輪１７１が設置される。ベアリング止め輪１７１は、ベアリング止め段差部５０との間に第１ベアリング２０（図１参照）を挟んで、第１ベアリング２０が軸方向に移動することを防止する。
【００４０】
スリーブ３０の小径部外周面５２ａには、第２ベアリング２２の内周面である第２ベアリング内周面２２ａ（図１参照）を設置可能な第２ベアリング内周側設置面５４が形成されている。また、小径部外周面５２ａには、第２ベアリング内周側設置面５４を軸方向に挟んで、止め輪用溝部５６ａおよび止め輪用溝部５６ｂが形成されている。止め輪用溝部５６ａ，５６ｂには、ベアリング止め輪１７３，１７５が設置される。ベアリング止め輪１７３，１７５は、第２ベアリング２２（図１参照）を軸方向に挟んで、第２ベアリング２２が軸方向に移動することを防止する。
【００４１】
図１に示すように、第１カートリッジ部２６の固定部６８は、回転部２８を内径側に収納するケーシング７０と、ケーシング７０に対して回転不可に取り付けられており第１回転環６０に対して摺動する第１固定環１３３と、第１固定環１３３と同様にケーシング７０に対して回転不可に取り付けられており第２回転環６２に対して摺動する第２固定環１３５とを有する。
【００４２】
本実施形態に係るケーシング７０は、軸側に配置されるケーシング本体部７４と、装置側に配置される接続用フランジ部９４とから成る。ケーシング本体部７４と、接続用フランジ部９４とは、六角孔付きボルト９６によって連結される。また、ケーシング本体部７４は、装置側に配置される肉厚部８６と、軸側に配置される肉薄部７６とから成る。
【００４３】
ケーシング本体部７４における肉薄部７６の内周面である肉薄部内周面７６ａには、スリーブ３０の第１ベアリング内周側設置面４６に対向するように配置される第１ベアリング外周側設置面８２が形成されている。第１ベアリング外周側設置面８２には、第１ベアリング２０の外周面である第１ベアリング外周面２０ｂを設置することができる。
【００４４】
また、肉厚部８６の内周面である肉厚部内周面８６ａおよびフランジ部９４の内周面であるフランジ部内周面９４ａには、第２ベアリング外周側設置面１１１が形成されている。第２ベアリング外周側設置面１１１には、第２ベアリング２２の外周面である第２ベアリング外周面２２ｂを設置することができる。
【００４５】
図３は、図１に示すロータリージョイント１０のうち、固定部６８のみを拡大して表示した拡大断面図である。ケーシング本体部７４の肉薄部７６には、ケーシング本体部７４を径方向に貫通しているセットスクリュー用貫通孔８０が形成されている。セットスクリュー用貫通孔８０は、図１に示すように、スリーブ３０に形成された径方向貫通孔４０を径方向に延長した位置に形成されている。ロータリージョイント１０を組み立てる者は、セットスクリュー用貫通孔８０を介して治具を挿入することによって、回転部２８と固定部６８とを組み立てた状態で、スリーブ３０を固定するセットスクリュー５８を締め付けたり、緩めたりすることができる。そのため、本実施形態に係る第１カートリッジ部２６は、回転部２８と固定部６８とを分解すること無く、回転部２８と固定部６８とが一体となっている状態のままで、回転軸１２に対して着脱することが可能である。
【００４６】
図３に示すように、ケーシング本体部７４の肉厚部８６には、不図示の固定配管部に含まれる流路に連通するケーシング内流路９２が形成されている。ケーシング内流路９２の一方の開口である固定配管側開口９２ａは、ケーシング本体部７４の外周面に形成されている。固定配管側開口９２ａには、固定配管部の流路を構成する配管等が取り付けられる。
【００４７】
ケーシング内流路９２の他方の開口である固定環側開口９２ｂは、軸側に向かって開いている。また、ケーシング本体部７４の肉厚部８６における軸側の端面は、段差状の形状を有している。固定環側開口９２ｂは、肉厚部８６の軸側の端面における径方向中央部に形成されている。
【００４８】
ケーシング本体部７４の肉厚部８６における軸側の端面には、第１固定環１３３が設置される固定環設置第１段差面８８と、第２固定環１３５が設置される固定環設置第２段差面９０が形成されている。固定環設置第１段差面８８は、ケーシング内流路９２の固定環側開口９２ｂの外径側に形成されており、回転軸１２の中心軸Ｌ（図１）に直交する平面に略平行である２つの面と、当該２つの面に接続されており回転軸１２の外周面に対して略平行である２つの面を有している。
【００４９】
これに対して、固定環設置第２段差面９０は、ケーシング内流路９２の固定環側開口９２ｂの内径側に形成されている。固定環設置第２段差面９０は、固定環設置第１段差面８８と同様に、回転軸１２の中心軸Ｌに直交する平面に略平行である２つの面と、当該２つの面に接続されており回転軸１２の外周面に対して略平行である２つの面を有している。
【００５０】
また、固定環設置第１段差面８８と、固定環設置第２段差面９０とは、固定環側開口９２ｂを径方向に挟んで、略対称な縦断面形状を有するように形成されている。さらに、固定環設置第１段差面８８は、ケーシング７０の周方向に沿って連続しており、固定環設置第２段差面９０も、ケーシング７０の周方向に沿って連続している。すなわち、固定環設置第１段差面８８と固定環設置第２段差面９０は、回転軸１２に略直交する断面による横断面図で見て、略同心円状に形成されている。
【００５１】
固定環設置第１段差面８８に含まれる面のうち、中心軸Ｌ（図１）に対して直交する平面に略平行であって軸側に配置されている面には、コイルスプリング１３１を設置するためのコイルスプリング設置凹部８８ａが形成されている。また、図３には示されていないが、コイルスプリング設置凹部８８ａが形成されている面には、第１固定環１３３がケーシング本体部７４に対して回転することを防止する回転止めピンを係合させるためのピン係合凹部も形成されている。固定環設置第１段差面８８において、コイルスプリング設置凹部８８ａとピン係合凹部とは、ケーシング７０の周方向に沿って互いに異なる位置に形成されている。
【００５２】
また、固定環設置第２段差面９０に含まれる面のうち、中心軸Ｌ（図１）に対して直交する平面に略平行であって、軸側に配置される面には、第２固定環１３５がケーシング本体部７４に対して回転することを防止する回転止めピン１１９を係合させるためのピン係合凹部９０ａが形成されている。また、図３には示されていないが、ピン係合凹部９０ａが形成されている面には、コイルスプリング１３１を設置するためのコイルスプリング設置凹部も形成されている。固定環設置第２段差面９０においても、固定環設置第１段差面８８と同様に、コイルスプリング設置凹部とピン係合凹部９０ａとは、ケーシング７０の周方向に沿って互いに異なる位置に形成されている。
【００５３】
ケーシング本体部７４の固定環設置第１段差面８８には、ケーシング本体部７４に対して回転不可に取り付けられており第１回転環６０（図２参照）に対して摺動する第１固定環１３３が設置されている。また、本実施形態に係る第１固定環１３３は、回転軸１２の中心軸Ｌ（図１）に沿う方向である軸方向に沿って、ケーシング本体部７４に対して相対移動できるように取り付けられている。
【００５４】
ケーシング本体部７４の固定環設置第２段差面９０には、ケーシング本体部７４に対して回転不可に取り付けられており第２回転環６２（図２参照）に対して摺動する第２固定環１３５が設置されている。本実施形態に係る第２固定環１３５は、第１固定環１３３と同様に、回転軸１２の軸方向に沿って、ケーシング本体部７４に対して相対移動できるように取り付けられている。
【００５５】
第１固定環１３３と第２固定環１３５とは、ケーシング内流路９２の固定環側開口９２ｂを挟み込むように配置されている。また、第１固定環１３３と第２固定環１３５とは、リング状の外形状を有している。したがって、第１固定環１３３と第２固定環１３５との間には、固定環側開口９２ｂを介してケーシング内流路９２と連通する固定環流路１３４が形成される。
【００５６】
第１固定環１３３における装置側の端面には、固定環設置第１段差面８８に対向するように配置される第１固定環段差面１３３ｂが形成されている。第１固定環段差面１３３ｂと、ケーシング本体部７４の固定環設置第１段差面８８の間には、Ｏリング１５７が設置される。Ｏリング１５７は、ケーシング本体部７４と第１固定環１３３との隙間を封止し、ケーシング内流路９２等に存在する流体が流路外にリークしたり、外気がケーシング内流路９２に浸入したりすることを防止している。
【００５７】
第２固定環１３５における装置側の端面には、固定環設置第２段差面９０に対向するように配置される第２固定環段差面１３５ｂが形成されている。第２固定環段差面１３５ｂと、ケーシング本体部７４の固定環設置第２段差面９０の間には、Ｏリング１５９が設置される。Ｏリング１５９は、Ｏリング１５７と同様に、ケーシング本体部７４と第２固定環１３５との隙間を封止し、ケーシング内流路９２および固定環流路１３４等に存在する流体が流路外にリークしたり、外気がケーシング内流路９２および固定環流路１３４に浸入したりすることを防止している。
【００５８】
第１固定環１３３は、外径側に突出している腕部１３３ｃを有している。腕部１３３ｃは、ケーシング本体部７４における固定環設置第１段差面８８に含まれる面のうち、コイルスプリング設置凹部８８ａおよびピン係合凹部が形成されている面に対向するように配置される。コイルスプリング１３１は、ケーシング本体部７４におけるコイルスプリング設置凹部８８ａと、第１固定環１３３の腕部１３３ｃとの間に設置される。したがって、コイルスプリング１３１は、第１固定環１３３を、ケーシング本体部７４側から第１回転環６０（図１参照）に向かって付勢する。なお、図３には示されていないが、第２固定環１３５の腕部１３５ｃと、ケーシング本体部７４の肉厚部８６における軸側の端面との間にも、コイルスプリングが配置されている。したがって、第２固定環１３５も、コイルスプリングによって、第２回転環６２（図１参照）に向かって付勢されている。
【００５９】
第２固定環１３５は、内径側に突出している腕部１３５ｃを有している。腕部１３５ｃは、ケーシング本体部７４における固定環設置第２段差面９０に含まれる面のうち、コイルスプリング設置凹部およびピン係合凹部９０ａが形成されている面に対向するように配置される。腕部１３５ｃには、回転止めピン１１９が係合する係合溝１３５ｄが形成されている。すなわち、回転止めピン１１９は、ケーシング本体部７４のピン係合凹部９０ａと第２固定環１３５の係合溝１３５ｄの両方に係合しており、第２固定環１３５がケーシング本体部７４に対して回転することを防止している。なお、図３には示されていないが、第１固定環の腕部１３３ｃと、ケーシング本体部７４の肉厚部８６における軸側の端面との間にも、第１固定環１３３とケーシング本体部７４の両方に係合する回転止めピンが設置されている。したがって、第１固定環１３３も、第２固定環１３５と同様に、ケーシング本体部７４に対して相対回転することを防止されている。
【００６０】
本実施形態に係る固定部６８においては、第１固定環１３３の内径は、第２固定環１３５の外径より大きく、第１固定環１３３と第２固定環１３５は、回転軸１２の中心軸Ｌ（図１参照）に略直交する一つの平面に沿って配置されている。すなわち、第１固定環１３３と、第２固定環１３５とは、ケーシング内流路９２の固定環側開口９２ｂを径方向に挟み込むように配置される。
【００６１】
第１固定環１３３の軸側端面には、第１回転環シール面６０ａ（図２参照）と摺動する第１固定環シール面１３３ａが形成されている。また、第２固定環１３５の軸側端面には、第２回転環シール面６２ａ（図２参照）と摺動する第２固定環シール面１３５ａが形成されている。したがって、第１固定環１３３と第２固定環１３５の間に形成される固定環流路１３４は、第１回転環６０と第２回転環６２の間に形成される回転環流路６１（図２参照）と連通している。また、回転環流路６１と固定環流路１３５との接続部は、第１回転環シール面６０ａおよび第１固定環シール面１３３ａによって形成されるメカニカルシールと、第２回転環シール面６２ａおよび第２固定環シール面１３５ａによって形成されるメカニカルシールから成る２つのメカニカルシールによって、封止される。
【００６２】
ケーシング本体部７４の肉薄部内周面７６ａには、第１ベアリング外周面２０ｂ（図１参照）を設置可能な第１ベアリング外周側設置面８２が形成されている。第１ベアリング外周側設置面８２は、スリーブ３０の大径部外周面３６ａに形成されている第１ベアリング内周側設置面４６（図２参照）に対向するように配置される。また、肉薄部内周面７６ａには、第１ベアリング外周側設置面８２を軸方向に挟んで、止め輪用溝部８４ａ，８４ｂが形成されている。止め輪用溝部８４ａ，８４ｂには、ベアリング止め輪１７７，１７９が設置される。ベアリング止め輪１７７，１７９は、第１ベアリング２０（図１参照）を挟んで、第１ベアリング２０が軸方向に移動することを防止する。
【００６３】
ケーシング本体部７４の肉厚部内周面８６ａおよびフランジ部９４のフランジ部内周面９４ａには、第２ベアリング外周面２２ｂ（図１参照）を設置可能な第２ベアリング外周側設置面１１１が形成されている。第２ベアリング外周側設置面１１１は、スリーブ３０の小径部外周面５２ａに形成されている第２ベアリング内周側設置面５４（図２参照）に対向するように配置される。第２ベアリング外周側設置面１１１は、ケーシング本体部７４に形成されている本体部側部分１１１ａと、フランジ部９４に形成されているフランジ部側部分１１１ｂとから成る。
【００６４】
第２ベアリング外周側設置面１１１の軸側端部には、一方のベアリング止め段差部９８ａが形成されており、第２ベアリング外周側設置面１１１の装置側端部には、他方のベアリング止め段差部９８ｂが形成されている。ベアリング止め段差部９８ａ，９８ｂは、第２ベアリング２２（図１参照）を挟んで、第２ベアリング２２が軸方向に移動することを防止する。このように、一方のベアリング止め段差部９８ａがケーシング本体部７４に形成されており、他方のベアリング止め段差部９８ｂがフランジ部９４に形成されており、ケーシング本体部７４とフランジ部９４とは、六角孔付きボルト９６を外すことによって互いに分離することができるため、第１カートリッジ部２６には、第２ベアリング２２を容易に着脱することができる。
【００６５】
ケーシング７０には、当該ケーシング７０が含まれる第１カートリッジ部２６と同様の構造を有しており回転軸１２に取りつけ得る他のカートリッジ部に含まれる他のケーシングと連結可能な連結部が、２種類形成されている。一方の連結部は、フランジ部９４の外径側に形成されている接続シャフト挿通孔１１３である。ケーシング７０には、接続シャフト挿通孔１１３が、周方向に沿って複数形成されている。接続シャフト挿通孔１１３は、フランジ部９４を軸方向に貫通している貫通孔である。また、接続シャフト挿通孔１１３は、ケーシング本体部７４の外周面より外径側に形成されている。なお、接続シャフト挿通孔１１３の作用は、第２実施形態において詳述する。
【００６６】
他方の連結部は、ケーシング７０の一方の端部である第１端部７８に形成された先端面７８ａおよび内周係合面７８ｂと、ケーシング７０の他方の端部である第２端部１１５に形成されたケーシング係合段差部１１７によって構成される。先端面７８ａは、ケーシング本体部７４に含まれる肉薄部７６の軸側端面に形成されており、内周係合面７８ｂは、肉薄部内周面７６ａの軸側端部付近に形成されている。第１端部７８に形成された先端面７８ａおよび内周係合面７８ｂと、第２端部１１５に形成されたケーシング係合段差部１１７の作用は、第２実施形態において詳述する。
【００６７】
図１に示すように、本実施形態に係るロータリージョイント１０の第１カートリッジ部２６には、第１ベアリング２０と、第２ベアリング２２とが設置されている。第１ベアリング内周面２０ａおよび第１ベアリング外周面２０ｂは、第１カートリッジ部２６の軸方向中央より軸側に形成されている第１ベアリング内周側設置面４６および第１ベアリング外周側設置面８２に設置される。また、第２ベアリング内周面２２ａおよび第２ベアリング外周面２２ｂは、第１カートリッジ部２６の軸方向中央より装置側に形成されている第２ベアリング内周側設置面５４および第２ベアリング外周側設置面１１１に設置される。図１に示す第１実施形態に係るロータリージョイント１０において、第１ベアリング２０および第２ベアリング２２は、図３に示す固定部６８を、図２に示す回転部２８に対して、相対回転可能に接続している。
【００６８】
図１に示すように、本実施形態に係るロータリージョイント１０の第１カートリッジ部２６には、第１ベアリング２０および第２ベアリング２２を設置するための第１および第２ベアリング内周側設置面４６，５４と、第１および第２ベアリング外周側設置面８２，１１１が形成されている。したがって、第１カートリッジ部２６は、当該第１カートリッジ部２６の内部に、回転部２８と固定部６８とを相対回転可能に接続する第１および第２ベアリング２０，２２を設置することができる。さらに、第１カートリッジ部２６は、セットスクリュー５８を含んでおり、回転部２８および当該回転部２８に接続される固定部６８を含む第１カートリッジ部２８全体は、セットスクリュー５８を締め付けることによって、回転軸１２に取り付けられる。
【００６９】
したがって、本発明に係るロータリージョイント１０は、１つの第１カートリッジ部２６を、他のカートリッジ部や取り付け部品等から独立させた状態で回転軸１２に取り付けることが可能である。また、第１カートリッジ部２６は、第１カートリッジ部２６の外部に、第１カートリッジ部２６を取り付けるための別の部品を必要としない。
【００７０】
さらに、第１カートリッジ部２６は、回転軸１２に形成されている第１軸内流路１６と固定配管部とを連通させる連続流路や、当該流路をシールするメカニカルシール等を含んでいる。すなわち、第１カートリッジ部２６の内部には、スリーブ内流路３８、回転環流路６１、固定環流路１３４およびケーシング内流路９２から成る連続流路が形成されており、当該連続流路によって、第１軸内流路１６と固定配管部の流路とが連通される。また、第１カートリッジ部２６は、これらの連続流路をシールするためのメカニカルシール装置およびＯリングを含んでいる。
【００７１】
言い換えると、第１カートリッジ部２６内部の連続流路は、第１カートリッジ部２６に含まれる部材によってシールされており、第１カートリッジ部２６に含まれる部材によって完成される流路である。したがって、第１カートリッジ部２６は、当該第１カートリッジ部２６を回転軸１２に取り付ける際に、他のカートリッジ部や取り付け部材との間にＯリング等を配置する必要がない。
【００７２】
このように、第１カートリッジ部２６は、第１カートリッジ部２６に含まれる部材によって完成される流路と、第１カートリッジ部２６を回転軸１２に対して位置決めして固定するセットスクリュー５８とを有する。すなわち、本実施形態に係るロータリージョイント１０において、第１軸内流路１６と固定配管部とを結ぶ連続流路は、セットスクリュー５８を締め付けたり緩めたりするだけで着脱可能なカートリッジ式のメカニカルシールである第１カートリッジ部２６によって構成されている。
【００７３】
したがって、本実施形態に係るロータリージョイント１０は、第１カートリッジ部２６を、他のカートリッジ部等から独立させた状態で回転軸１２に取り付け、使用することが可能である。また、第１および第２ベアリング２０，２２が内部に設置された第１カートリッジ部２６を、第１軸内流路１６が形成された回転軸１２に取り付けるだけで、固定配管部と第１軸内流路１６とを連通させる流路を有するロータリージョイント１０が完成する。そのため、本実施形態に係るロータリージョイント１０は、組立が容易である。
【００７４】
本実施形態に係るロータリージョイント１０の第１カートリッジ部２６に形成される第２ベアリング内周側設置面５４の径は第１ベアリング内周側設置面４６の径より小さく、第２ベアリング外周側設置面１１１の径は第１ベアリング外周側設置面８２の径より小さい。このように、第１ベアリング２０の設置面の径と、第２ベアリング２２の設置面の径を、互いに異なる大きさとすることによって、第１および第２ベアリング２０，２２を、第１カートリッジ部２６内に形成される流路や、第１カートリッジ部２６に含まれる部材に対して、位置をずらして配置することが可能となる。
【００７５】
すなわち、第１カートリッジ部２６に形成されるベアリング設置面４６，５４，８２，１１１の径に対応して、第１ベアリング２０の径は、第２ベアリング２２の径より大きくなる。しかし、第１ベアリング２０の径を大きくすることによって、第１ベアリング２０の設置位置を外径側にずらし、径方向貫通孔４０やスリーブ内流路３８等のように、スリーブ３０の内径側に形成される構造を避けて、第１ベアリング２０を配置することができる。したがって、第１カートリッジ部２６は、軸方向の大きさを小さくすることが可能であり、本実施形態に係るロータリージョイント１０は、小型化に適している。特に、第１ベアリング内周側設置面４６を、スリーブ内流路３８の外径側に形成することによって、第１カートリッジ部２６およびロータリージョイント１０の軸方向の大きさを、効果的に縮小することができる。
【００７６】
また、第１ベアリング２０のベアリング設置面４６，８２の径と、第２ベアリング２２のベアリング設置面５４，１１１の径とを互いに異なる大きさとすることによって、スリーブ３０やケーシング７０の形状および構造を単純化することができる。また、これによって、第１カートリッジ部２６の組立を容易にできる。すなわち、図２および図３に示すように、スリーブ３０およびケーシング７０は、長手方向が回転軸１２に略平行であるＬ字状の縦断面形状を有している。したがって、図１に示す第１カートリッジ部２６は、スリーブ３０を含む回転部２８（図２）と、ケーシング７０を含む固定部６８（図３）とを、長手方向にスライドさせることによって、容易に組み立てることができる。
【００７７】
しかしながら、もし第１ベアリング２０と第２ベアリング２２の設置面の径が同一である場合は、例えばケーシング７０の縦断面形状を、開口部が回転軸１２方向を向くＵ字状とする必要がある。そうすると、回転環６０，６２や固定環１３３，１３５を組み立てるために、図３に示すケーシング本体部７４に相当する部品を分割する等の対策を講じる必要があるため、第１カートリッジ部２６の構造が複雑になり、第１カートリッジ部２６の組立に手間がかかる。
【００７８】
図１に示すように、第１カートリッジ部２６において、第１回転環６０の内径は、第２回転環６２の外径より大きく、第１回転環６０と第２回転環６２は、回転軸１２の中心軸Ｌに略直交する一つの平面に沿って配置されている。また、第１カートリッジ部２６において、第１固定環１３３の内径は、前記第２固定環１３５の外径より大きく、第１固定環１３３と第２固定環１３５は、回転軸１２の中心軸Ｌに略直交する他の一つの平面に沿って配置されている。
【００７９】
第１回転環６０と第２回転環６２、及び第１固定環１３３と第２固定環１３５を、回転軸１２の中心軸Ｌに略直交する平面に沿って配置することによって、これらの回転環６０，６２および固定環１３３，１３５によって形成される２つのメカニカルシールが、互いの間に回転環流路６１および固定環流路１３４を径方向に挟んで配置される。２つのメカニカルシールが、互いの間に回転環流路６１および固定環流路１３４を径方向に挟んで配置される第１カートリッジ部２６は、２つのメカニカルシールが流路を軸方向に挟んで配置されるメカニカルシール装置に比べてカートリッジ化し易いため、このような構造とすることにより、第１カートリッジ部２６の構造を単純化することができる。また、２つのメカニカルシールが互いの間に回転環流路６１および固定環流路１３４を径方向に挟んで配置される構造とすることにより、第１カートリッジ部２６の軸方向の長さを短縮することができる。
【００８０】
また、本実施形態に係る第１カートリッジ部２６において、第１ベアリング外周側設置面８２の径は、第１回転環６０および第１固定環１３３の内径よりも大きく、第２ベアリング内周側設置面５４の径は、第２回転環６２および第２固定環１３５の外径よりも小さい。第１ベアリング外周側設置面８２の径と、第２ベアリング内周側設置面５４の径を、上述のように設計することによって、第１および第２ベアリング２０，２２を、第１カートリッジ部２６内に存在する他の構造を避けつつ、効率よく配置することが可能である。したがって、第１カートリッジ部２６およびこれを含むロータリージョイント１０は、小型化に適している。
【００８１】
本実施形態に係る第１カートリッジ部２６において、固定部６８は、第１固定環１３３をケーシング７０から第１回転環６０に向かって付勢するコイルスプリング１３１と、第２固定環１３５をケーシング７０から第２回転環６２に向かって付勢する他のコイルスプリングとを有している。コイルスプリング１３１等を有する第１カートリッジ部２６は、例えばロータリージョイント１０の回転軸１２が第１カートリッジ部２６のケーシング７０に対して傾いた場合や、軸方向に振動したような場合でも、シール面のシール状態を良好に保つことができる。なお、第１固定環１３３と第２固定環１３５とは、図３に示すように互いに分離していてもよいが、一体であってもよい。
【００８２】
ロータリージョイント１０において、回転軸１２，スリーブ３０およびケーシング７０は、ステンレス等によって作成することができる。また、第１カートリッジ部２６において、回転環６０，６２および固定環１３３，１３５は、各々、炭化ケイ素（シリコンカーバイト、ＳｉＣ）、カーボン、超硬合金等の材質で製作される。好適には、固定環１３３，１３５と回転環６０，６２との組み合わせは、各々、炭化ケイ素（ＳｉＣ）と炭化ケイ素（ＳｉＣ）の組み合わせ、カーボンと炭化ケイ素（ＳｉＣ）の組み合わせ、超硬合金と超硬合金の組み合わせ、あるいは、カーボンと超硬合金の組み合わせが好適である。
【００８３】
また、ロータリージョイント１０に含まれる各Ｏリング１３９，１５１〜１５９の材質は、フッ素ゴム、ニトリルゴム、ＥＰＤＭ、パーフロロエラストマなどが用いられる。ただし、ロータリージョイント１０を構成する各部材の材質については、ここに例示したものに限定されない。
【００８４】
第２実施形態
図４は、本発明の第２実施形態に係るロータリージョイント１０ａの縦断面図である。ロータリージョイント１０ａは、図４に示すように、内部に第１軸内流路１６および第２軸内流路１９７が形成されている回転軸１２ａと、回転軸１２ａに取り付けられる第１カートリッジ部２６および第２カートリッジ部２６−２と、第１ベアリング２０と、第２ベアリング２２とを含む。回転軸１２ａに取り付けられる第２カートリッジ部２６−２は、第１実施形態で説明した第１カートリッジ部２６と同様の構造を有するため、第２カートリッジ部２６−２自体の構造については説明を省略する。
【００８５】
また、第２カートリッジ部２６−２は、第１カートリッジ部２６と同様の構造を有しており、第２カートリッジ部２６−２に含まれる各部材は、第１カートリッジ部２６に含まれる各部材と同様である。図４において、第２カートリッジ部２６−２を構成する各部材には、対応する第１カートリッジ部２６の部材に付された符号の後に「−２」を追加した符号を付している。
【００８６】
回転軸１２ａの一方の端部である装置側の端部には、第１実施形態に係る回転軸１２（図１）と同様に、取り付けフランジ１４が形成されており、回転軸１２ａは、取り付けフランジ１４を介して、回転装置に固定される。回転軸１２ａの内部には、第１実施形態に係る回転軸１２に形成されているものと同様の第１軸内流路１６が形成されており、さらに、第１軸内流路１６に加えて、第２軸内流路１９７が形成されている。第２軸内流路１９７は、第１軸内流路１６と同様に、装置側開口１９７ａと、軸側面開口１９７ｂとを有する。
【００８７】
回転軸１２ａには、第１カートリッジ部２６と、第２カートリッジ部２６−２が取り付けられている。第１カートリッジ部２６は、第１実施形態と同様に、第１軸内流路１６と固定配管部との間に設置されている。また、第１カートリッジ部２６の内部に形成されている連続流路は、第１軸内流路１６と固定配管部の流路とを連通させる。第１カートリッジ部２６は、スリーブ内流路３８の軸内流路側開口３８ａと第１軸内流路１６の軸側面開口１６ｂとが重なり、スリーブ内流路３８と第１軸内流路１６とが連通するように、セットスクリュー５８を用いて、回転軸１２ａに固定される。
【００８８】
第２カートリッジ部２６−２は、第２軸内流路１９７と固定配管部との間に設置される。第２カートリッジ部２６−２の内部には、第１カートリッジ部２６と同様の連続流路が形成されており、第２カートリッジ部２６−２の連続流路は、第２軸内流路１９７と固定配管部における他の流路とを連通させる。第２カートリッジ部２６−２は、スリーブ内流路３８−２の軸内流路側開口３８ａ−２と第２軸内流路１９７の軸側面開口１９７ｂとが重なり、スリーブ内流路３８−２と第２軸内流路１９７とが連通するように、セットスクリュー５８−２を用いて、回転軸１２ａに固定される。
【００８９】
さらに、第１カートリッジ部２６と第２カートリッジ部２６−２とは、第１カートリッジ部２６のケーシング７０に形成された接続シャフト挿通孔１１３と、第２カートリッジ部２６−２のケーシング７０−２に形成された接続シャフト挿通孔１１３−２を介して接続されている。すなわち、第１カートリッジ部２６の接続シャフト挿通孔１１３および第２カートリッジ部２６−２の接続シャフト挿通孔１１３−２には、接続シャフト１９３を取り付けることができる。
【００９０】
図４に示すように、接続シャフト１９３は、第１カートリッジ部２６の接続シャフト挿通孔１１３と、第２カートリッジ部２６−２の接続シャフト挿通孔１１３−２とを連結する。本実施形態において、接続シャフト１９３は、固定用ナット１９５ａ，１９５ｂによって、接続シャフト挿通孔１１３、１１３−２に対して固定される。接続シャフト１９３は、第１カートリッジ部２６のケーシング７０と第２カートリッジ部２６−２のケーシング７０−２とを連結し、第２カートリッジ部２６−２の固定部６８−２が、第１カートリッジ部２６の固定部６８に対して回転することを防止する。また、接続シャフト１９３は、第２カートリッジ部２６−２の固定部６８−２が、第１カートリッジ部２６の固定部６８に対して、軸方向に移動することを防止する。
【００９１】
また、第１カートリッジ部２６におけるケーシング７０の第１端部７８に形成されている先端面７８ａおよび内周係合面７８ｂは、第２カートリッジ部２６−２におけるケーシング７０−２の第２端部１１５−２に形成されているケーシング係合段差部１１７−２と係合される。第１カートリッジ部２６の先端面７８ａは、第２カートリッジ部２６−２のケーシング係合段差部１１７−２と係合し、第２カートリッジ部２６−２の固定部６８−２の軸方向の位置決めを行うことができる。また、第１カートリッジの内周係合面７８ｂは、第２カートリッジ部２６−２のケーシング係合段差部１１７−２と係合し、第２カートリッジ部２６−２の固定部６８−２の径方向の位置決めを行うことができる。
【００９２】
このように、ロータリージョイント１０ａの第１カートリッジ部２６に含まれるケーシング７０には、第２カートリッジ部２６−２に含まれるケーシング７０−２と連結可能な連結部が形成されている。したがって、本実施形態に係るロータリージョイント１０ａは、回転軸１２ａに取り付けられているカートリッジ部２６，２６−２のケーシング７０，７０−２同士を、接続シャフト挿通孔１１３，１１３−２を介して連結させることによって、カートリッジ部２６，２６−２の固定部６８，６８−２を連結し、固定部６８，６８−２の固定構造を簡略化することが可能である。
【００９３】
図４に示すように、第２実施形態に係るロータリージョイント１０ａにおいて、第２ベアリング２２は、第１カートリッジ部２６の内部に設置されており、第１ベアリング２０は、第２カートリッジ部２６−２の内部に設置されている。すなわち、第２ベアリング内周面２２ａと第２ベアリング外周面２２ｂは、第１カートリッジ部２６に形成されている第２ベアリング内周側設置面５４と第２ベアリング外周側設置面１１１に設置される。また、第１ベアリング内周面２０ａと第１ベアリング外周面２０ｂは、第２カートリッジ部２６−２に形成されている第１ベアリング内周側設置面４６−２と第１ベアリング外周側設置面８２−２に設置される。
【００９４】
これに対して、第１カートリッジ部２６の第２ベアリング内周側設置面５４および第２ベアリング外周側設置面１１１と、第２カートリッジ部２６−２の第１ベアリング内周側設置面４６−２および第１ベアリング外周側設置面８２−２との間に形成されているベアリング設置面には、ベアリングが設置されない。すなわち、第１カートリッジ部２６に形成されている第１ベアリング内周側設置面４６および第１ベアリング外周側設置面８２と、第２カートリッジ部２６−２に形成されている第２ベアリング内周側設置面５４−２および第２ベアリング外周側設置面１１１−２には、第１ベアリング２０または第２ベアリング２２が設置されない。
【００９５】
ここで、第２実施形態に係るロータリージョイント１０ａでは、図４に示すように、第１カートリッジ部２６の固定部６８と、第２カートリッジ部２６−２の固定部６８−２とが、接続シャフト１９３等を用いて連結されている。すなわち、第２実施形態に係るロータリージョイント１０ａは、複数の固定部６８，６８−２が連結された固定部連結体を有している。そして、第２実施形態に係るロータリージョイント１０ａでは、固定部連結体における軸方向の両端部に形成されたベアリング設置部５４，１１１，４６−２，８２−２のみにベアリングが設置されており、それらの間に形成されたベアリング設置部４６，８２，５４−２，１１１−２にはベアリングが設置されていない。
【００９６】
第２実施形態に係るロータリージョイント１０ａは、第１ベアリング２０と第２ベアリング２２とを、互いに異なるカートリッジ部２６，２６−２に配置することによって、ロータリージョイント１０ａに使用されるベアリングの数を低減させ、構成部品数の削減および組立の簡略化を図ることができる。この場合、第１ベアリング２０と第２ベアリング２２は、固定部連結体の両端部に配置されることが、回転軸１２ａの傾きを防止するうえで好ましい。
【００９７】
また、ロータリージョイント１０ａにおいて、２つのみのベアリング２０，２２を設置することによって、回転軸１２ａの傾きや、第１および第２カートリッジ部２６，２６−２の取り付け位置ずれに関する許容量が拡大する。すなわち、第２実施形態に係るロータリージョイントには、４つのベアリングを設置することが可能である。しかし、第１および第２カートリッジ部２６，２６−２の各固定部６８，６８−２を図４に示すように連結し、かつ、ロータリージョイント１０ａに３つ以上のベアリングを設置すると、カートリッジ部２６，２６−２の僅かな取り付け誤差等によって、固定部６８，６８−２に対する回転部２８，２８−２および回転軸１２ａの正常な回転が妨げられる場合がある。したがって、２つのみのベアリング２０，２２が設置されるロータリージョイント１０ａは、組立が容易であり、回転軸１２ａの傾き等に対しても好適な許容範囲を有する。
【００９８】
また、第１実施形態および第２実施形態に示すように、これらの実施形態に用いられるカートリッジ部２６，２６−２は、ロータリージョイント１０，１０ａに必要とされる流路の数にかかわらず、使用することができる。すなわち、カートリッジ部２６，２６−２を含むロータリージョイント１０ａは、必要とされる流路の数に合わせて回転軸１２ａに取り付けるカートリッジ部２６，２６−２の数を変更することによって、流路数の異なる装置に適用することが可能である。したがって、本実施形態に係るロータリージョイント１０ａは、ロータリージョイント１０ａが取付けられる装置に必要とされる流路の増減に対して、柔軟に対応することが可能である。
【００９９】
また、ロータリージョイント１０ａにおいて、第１カートリッジ部２６と第２カートリッジ部２６−２は、互いに等しい構造を有している。したがって、第１カートリッジ部２６および第２カートリッジ部２６−２に含まれるメカニカルシールの故障に対しても、１種類のカートリッジ部を用意しておくだけで、いずれの故障に対しても対応することができるため、設備の維持に必要なコストを抑制することができる。
【０１００】
さらに、ロータリージョイント１０ａに含まれる第１および第２カートリッジ部２６，２６−２は、第１実施形態において説明したように、１つのカートリッジ部２６，２６−２に含まれる部材によって完成される流路を有している。したがって、例えば図４において、第１カートリッジ部２６に含まれるメカニカルシールが故障し、第１カートリッジ部２６の内部に形成された流路にリークが発生したとしても、第２カートリッジ部２６−２の流路には影響が及ばない。このように、本実施形態に係るロータリージョイント１０ａは、各流路がカートリッジ部単位で独立しているので、ロータリージョイント１０ａに故障が発生した場合でも、故障が発生した箇所を容易に特定することが可能であり、メンテナンス性に優れている。
【０１０１】
また、さらに、ロータリージョイント１０ａに含まれる第１および第２カートリッジ部２６，２６−２は、第１実施形態において説明したように、セットスクリュー５８，５８−２を締め付けたり緩めたりするだけで、回転軸１２ａに対して着脱可能なカートリッジ式のメカニカルシールである。したがって、ロータリージョイント１０ａに含まれるメカニカルシールの１つが故障したような場合にも、故障したメカニカルシールを含むカートリッジ部２６，２６−２を、カートリッジ部２６，２６−２単位で分解・交換することによって、容易に修理することができる。このように、本実施形態に係るロータリージョイント１０ａは、メカニカルシールの１つが故障したときでも、各カートリッジ部２６，２６−２の内部を分解する必要がなく、故障した部分をカートリッジ部２６，２６−２ごと付け替えるだけで修理できるため、メンテナンス性に優れている。
【０１０２】
ロータリージョイント１０ａに含まれる第１および第２カートリッジ部２６，２６−２において、固定部６８，６８−２は、第１固定環１３３，１３３−２を第１回転環６０，６０−２に向かって付勢するコイルスプリング１３１，１３１−２と、第２固定環１３５，１３５−２を第２回転環６２，６２−２に向かって付勢する他のコイルスプリングを有している。コイルスプリング１３１等を有する第１および第２カートリッジ部２６，２６−２は、例えばロータリージョイント１０ａの回転軸１２ａが、カートリッジ部２６，２６−２のケーシング７０，７０−２に対して傾いた場合でも、シール面のシール状態を良好に保つことができる。また、このようなカートリッジ部２６，２６−２は、複数のカートリッジ部２６，２６−２を軸方向に組み合わせたロータリージョイント１０ａにおいて、各カートリッジ部２６，２６−２に含まれるシール面の傾きにばらつきが生じる場合でも、シール面のシール状態を良好に保つことができる。
【０１０３】
また、本実施形態に係るロータリージョイント１０ａは、第１実施形態に係るロータリージョイント１０ａと同様の効果を有する。
【０１０４】
第３実施形態
図５は、本発明の第３実施形態に係るロータリージョイント１０ｂの縦断面図である。ロータリージョイント１０ｂは、内部に第１〜第３軸内流路１６，１９７，２１７が形成されている回転軸１２ｂと、回転軸１２ｂに取り付けられる第１〜第３カートリッジ部２６，２６−２，２６−３と、第１ベアリング２０と、第２ベアリング２２とを含む。回転軸１２ｂに取り付けられる第２および第３カートリッジ部２６−２，２６−３は、第１実施形態で説明した第１カートリッジ部２６と同様の構造を有するため、第２カートリッジ部２６−２および第３カートリッジ部２６−３自体の構造については説明を省略する。
【０１０５】
また、第２カートリッジ部２６−２および第３カートリッジ部２６−３は、第１カートリッジ部２６と同様の構造を有しており、第２カートリッジ部２６−２および第３カートリッジ部２６−３に含まれる各部材は、第１カートリッジ部２６に含まれる各部材と同様である。図５において、第２カートリッジ部２６−２を構成する各部材には、対応する第１カートリッジ部２６の部材に付された符号の後に「−２」を追加した符号を付し、第３カートリッジ部２６−３を構成する各部材には、対応する第１カートリッジ部２６の部材に付された符号の後に「−３」を追加した符号を付している。
【０１０６】
回転軸１２ｂの一方の端部である装置側の端部には、取り付けフランジ１４が形成されている。回転軸１２ｂは、第１および第２実施形態に係る回転軸１２，１２ａ（図１および図４参照）と同様に、取り付けフランジ１４を介して、回転装置に固定される。回転軸１２ｂの内部には、第２実施形態に係る回転軸１２ａと同様に、第１および第２軸内流路１６，１９７が形成されている。さらに、回転軸１２ｂの内部には、第１および第２軸内流路１６，１９７に加えて、第３軸内流路２１７が形成されている。第３軸内流路２１７は、第１軸内流路１６または第２軸内流路１９７と同様に、装置側開口２１７ａと、軸側面開口２１７ｂとを有する。
【０１０７】
回転軸１２ｂには、第１〜第３カートリッジ部２６，２６−２，２６−３が取り付けられている。第１および第２カートリッジ部２６，２６−２は、第２実施形態と同様に、第１または第２軸内流路１６，１９７と固定配管部との間に設置されている。第１カートリッジ部２６の内部に形成されている連続流路は、第１軸内流路１６と固定配管部の流路とを連通させ、第２カートリッジ部２６−２の内部に形成されている連続流路は、第２軸内流路１９７と固定配管部における他の流路とを連通させる。
【０１０８】
第３カートリッジ部２６−３は、第３軸内流路２１７と固定配管部との間に設置される。第３カートリッジ部２６−３の内部には、第１および第２カートリッジ部２６，２６−２と同様の連続流路が形成されている。第３カートリッジ部２６−３の内部に形成されている連続流路は、第３軸内流路２１７と固定配管部における第３の流路とを連通させる。第３カートリッジ部２６−３は、スリーブ内流路３８−３の軸内流路側開口３８ａ−３と第３軸内流路２１７の軸側面開口２１７ｂとが重なり、スリーブ内流路３８−３と第３軸内流路２１７とが連通するように、セットスクリュー５８−３を用いて、回転軸１２ｃに固定される。
【０１０９】
図５に示すように、第１カートリッジ部２６と第２カートリッジ部２６−２とは、第２実施形態と同様に、接続シャフト挿通孔１１３，１１３−２に挿通される接続シャフト１９３によって接続されている。また、第２カートリッジ部２６−２と第３カートリッジ部２６−３とは、第１カートリッジ部２６と第２カートリッジ部２６−２との接続と同様に、接続シャフト挿通孔１１３−２，１１３−３に挿通される接続シャフト２１３によって接続されている。
【０１１０】
接続シャフト２１３は、図５において点線で示すように、第２カートリッジ部２６−２の接続シャフト挿通孔１１３−２と、第３カートリッジ部２６−３の接続シャフト挿通孔１１３−３とを連結する。また、接続シャフト２１３は、接続シャフト１９３と同様に、固定用ナット２１５ａ，２１５ｂによって、接続シャフト挿通孔１１３−２，１１３−３に対して固定される。ただし、接続シャフト２１３は、接続シャフト１９３とは、周方向に互いに異なる位置に配置される。たとえば、第２カートリッジ部２６−２において、接続シャフト２１３は、接続シャフト１９３が固定される接続シャフト挿通孔１１３−２とは、ケーシング７０−２の周方向に沿って互いに異なる位置に形成された接続シャフト挿通項１１３−２に固定される。
【０１１１】
接続シャフト１９３は、第１カートリッジ部２６のケーシング７０と第２カートリッジ部２６−２のケーシング７０−２とを連結し、第２カートリッジ部２６−２の固定部６８−２が、第１カートリッジ部２６の固定部６８に対して回転することを防止する。また、接続シャフト２１３は、第２カートリッジ部２６−２のケーシング７０−２と第３カートリッジ部２６−３のケーシング７０−３とを連結し、第３カートリッジ部２６−３の固定部６８−３が、第１および第２カートリッジ部２６，２６−２のケーシング７０，７０−２に対して回転することを防止する。また、接続シャフト１９３，２１３は、第２および第３カートリッジ部２６−３の固定部６８−２，６８−３が、第１カートリッジ部２６の固定部６８に対して、軸方向に移動することを防止する。
【０１１２】
第１カートリッジ部２６におけるケーシング７０の第１端部７８は、第２カートリッジ部２６−２におけるケーシング７０−２の第２端部１１５−２と係合される。また、第２カートリッジ部２６−２におけるケーシング７０−２の第１端部７８−２は、第３カートリッジ部２６−３におけるケーシング７０−３の第２端部１１５−３と係合される。第１および第２カートリッジ部２６，２６−２の第１端部７８，７８−２は、第２および第３カートリッジ部２６−２，２６−３の第２端部１１５−２，１１５−３と係合し、第２および第３カートリッジ部２６−２，２６−３に含まれる固定部６８−２，６８−３の軸方向および径方向の位置決めを行うことができる。
【０１１３】
本実施形態に係るロータリージョイント１０ｂは、回転軸１２ｂに取り付けられているカートリッジ部２６，２６−２，２６−３の各ケーシング７０，７０−２，７０−３同士を、接続シャフト挿通孔１１３，１１３−２，１１３−３を介して連結させることによって、カートリッジ部２６，２６−２，２６−３の固定部６８，６８−２，６８−３を連結し、固定部６８，６８−２，６８−３の固定構造を簡略化することが可能である。
【０１１４】
図５に示すように、第３実施形態に係るロータリージョイント１０ｂにおいて、第２ベアリング２２は、第１カートリッジ部２６の内部に設置されており、第１ベアリング２０は、第３カートリッジ部２６−３の内部に設置されている。すなわち、第２ベアリング内周面２２ａと第２ベアリング外周面２２ｂは、第１カートリッジ部２６に形成されている第２ベアリング内周側設置面５４と第２ベアリング外周側設置面１１１に設置される。また、第１ベアリング内周面２０ａと第１ベアリング外周面２０ｂは、第３カートリッジ部２６−３に形成されている第１ベアリング内周側設置面４６−３と第１ベアリング外周側設置面８２−３に設置される。
【０１１５】
これに対して、第２ベアリング２２が設置されているベアリング設置面５４，１１１と、第１ベアリング２０が設置されているベアリング設置面４６−３，８２−３の間に形成されているベアリング設置面には、ベアリングが設置されない。
【０１１６】
ここで、第３実施形態に係るロータリージョイント１０ｂでは、図５に示すように、第１〜第３カートリッジ部２６，２６−２，２６−３に含まれる各固定部６８，６８−２，６８−３が、接続シャフト１９３，２１３等を用いて、互いに連結されている。すなわち、第３実施形態に係るロータリージョイント１０ｂは、複数の固定部６８，６８−２，６８−３が連結された固定部連結体を有している。そして、第３実施形態に係るロータリージョイント１０ｂでは、固定部連結体における軸方向の両端部に形成されたベアリング設置面５４，１１１，４６−３，８２−３のみに、ベアリングが設置されており、それらの間に形成されたベアリング設置面にはベアリングが設置されていない。
【０１１７】
このように、第３実施形態に係るロータリージョイント１０ｂは、第１ベアリング２０と第２ベアリング２２とを、互いに異なるカートリッジ部２６，２６−３に配置することによって、ロータリージョイント１０ａに使用されるベアリングの数を低減させ、構成部品数の削減および組立の簡略化を図ることができる。この場合、第１ベアリング２０と第２ベアリング２２は、固定部６８，６８−２，６８−３が連結された固定部連結体の両端部に配置されることが、回転軸１２ｂの傾きを防止するうえで好ましい。また、ロータリージョイント１０ｂにおいて、２つのみのベアリング２０，２２を設置することによって、回転軸１２ａの傾きや、第１〜第２カートリッジ部２６，２６−２，２６−３の取り付け位置ずれに関する許容量が拡大する。
【０１１８】
また、本実施形態に用いられるカートリッジ部２６，２６−２，２６−３は、ロータリージョイント１０ｂに必要とされる流路の数にかかわらず、使用することができる。すなわち、カートリッジ部２６，２６−２，２６−３を含むロータリージョイント１０ｂは、必要とされる流路の数に合わせて回転軸１２，１２ａ，１２ｂに取り付けるカートリッジ部２６，２６−２，２６−３の数を変更することによって、流路数の異なる装置に適用することが可能である。したがって、本実施形態に係るロータリージョイント１０ｂは、ロータリージョイント１０ｂが取付けられる装置に必要とされる流路の増減に対して、柔軟に対応することが可能である。
【０１１９】
さらに、第２および第３実施形態に係るロータリージョイント１０ａ，１０ｂは、カートリッジ部２６，２６−２，２６−３だけでなく、回転軸１２ａ，１２ｂについても、流路数の異なる装置に適用することが可能である。図６は、図５に示すロータリージョイント１０ｂを、２つの流路が必要とされる装置に適用した場合における実施態様を表す縦断面図である。
【０１２０】
図６に示すロータリージョイント１０ｃは、第１および第２カートリッジ部２６，２６−２のみが回転軸１２ｂに取り付けられており、第１ベアリング２０が第２カートリッジ部２６の内部に設置されている点で、図５に示すロータリージョイント１０ｂと異なるが、その他の点は同様である。
【０１２１】
第２実施形態において説明したように、第１および第２軸内流路１９７と固定配管部の流路を結ぶ各流路は、カートリッジ部２６，２６−２単位で独立しており、また、各カートリッジ部２６，２６−２は、セットスクリュー５８を締め付けたり緩めたりすることによって着脱可能なカートリッジ式のメカニカルシール装置である。したがって、図５に示すロータリージョイント１０ｂは、第３カートリッジ部２６−３を取り外しても、第１ベアリング２０の設置位置を変更するだけで、図６に示すように、残りの第１および第２カートリッジ部２６，２６−２を取り付けた状態で使用することができる。
【０１２２】
このように、第３実施形態に係るロータリージョイント１０ｂは、装置に必要とされる流路数が、回転軸１２ｂの内部に形成されている軸内流路１６，１９７，２１７の数以下であれば、装置に必要とされる流路数が変更された場合であっても、回転軸１２ｂを含むロータリージョイント１０ｂの大部分を継続して使用することが可能である。したがって、流路数が変更された場合でも、新たな回転軸等を設計・製造することなく柔軟に適用することが可能であるため、設備の維持に必要なコストを抑制することができる。
【０１２３】
図５に示すように、第３実施形態に係るロータリージョイント１０ｂでは、軸内流路１６，１９７，２１７と固定配管部との間をつなぐ流路を構成するメカニカルシールが、カートリッジ式のカートリッジ部２６，２６−２，２６−３の内部に収納されている。また、各カートリッジ部２６等は、２つのベアリングを設置できるベアリング設置部４６，５４，８２，１１１と、カートリッジ部２６を回転軸１２ｂに独立に取り付け可能なセットスクリュー５８を有している。したがって、ロータリージョイント１０ｂは、１つのカートリッジ部２６を、他のカートリッジ部や取り付け部品等から独立させた状態で回転軸１２ｂに取り付けることが可能であり、流路数の変更に容易に対応することができる。
【０１２４】
しかし、各カートリッジ部２６，２６−２，２６−３を、各カートリッジ部２６，２６−２，２６−３の内部に２つのベアリング２０，２２を設置した状態のまま回転軸１２ｂに取り付けると、回転軸１２ｂが２を超える数のベアリングを介して、固定部６８，６８−２，６８−３に支持される状態となり、回転軸１２ｂの円滑な回転が阻害されやすい状態となる。
【０１２５】
そこで、各カートリッジ部２６，２６−２，２６−３には、互いの固定部６８，６８−２，６８−３同士を連結可能な連結部であるシャフト挿通孔１１３，１１３−２，１１３−３等が形成されている。ロータリージョイント１０ｂは、各カートリッジ部２６，２６−２，２６−３の固定部６８，６８−２，６８−３同士を、シャフト挿通孔１１３，１１３−２，１１３−３等を介して連結できる。これによって、本実施形態に係るロータリージョイント１０ｂは、固定部６８，６８−２，６８−３が連結された固定部連結体の両端部に２つのベアリング２０，２２を配置するだけでよくなり、他の設置部にベアリングを設置する必要がなくなる。なぜなら、図５に示す状態では、各固定部６８，６８−２，６８−３は一体に連結されており、また、各回転部２８，２８−２，２８−３および回転軸１２ｂもセットスクリュー５８，５８−２，５８−３を介して一体となっているためである。
【０１２６】
このように、本実施形態に係るロータリージョイント１０ｂは、カートリッジ式の第１〜第３カートリッジ部２６，２６−２，２６−３の内部にメカニカルシールを収納して組立を容易にするとともに、第１〜第３カートリッジ部２６，２６−２，２６−３同士を連結可能とすることによって、複数のカートリッジ部２６，２６−２，２６−３を回転軸１２ｂに取り付けた場合でも、回転軸１２ｂを円滑に回転させることができる。
【０１２７】
また、本実施形態に係るロータリージョイント１０ｂ，１０ｃは、第１および第２実施形態に係るロータリージョイント１０，１０ｂと同様の効果を有する。
【０１２８】
なお、前述した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。
【符号の説明】
【０１２９】
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…ロータリージョイント
１２，１２ａ，１２ｂ…回転軸
２０…第１ベアリング
２０ａ…第１ベアリング内周面
２０ｂ…第１ベアリング外周面
２２…第２ベアリング
２２ａ…第２ベアリング内周面
２２ｂ…第２ベアリング外周面
２６，２６−２，２６−３…カートリッジ部
２８，２８−２，２８−３…回転部
３０…スリーブ
３８，３８−２，３８−３…スリーブ内流路
４６，４６−２，４６−３…第１ベアリング内周側設置面
５４，５４−２…第２ベアリング内周側設置面
５８，５８−２，５８−３…セットスクリュー
６０，６０−２…第１回転環
６２，６２−２…第２回転環
６８…固定部
７０…ケーシング
８２，８２−２，８２−３…第１ベアリング外周側設置面
１１１，１１１−２…第２ベアリング外周側設置面
１１３，１１３−２，１１３−３…接続シャフト挿通孔
１３１，１３１−２…コイルスプリング
１３３，１３３−２…第１固定環
１３５，１３５−２…第２固定環
１９３，２１３…接続シャフト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に軸内流路を有する回転軸と、当該回転軸に取り付けられるメカニカルシール装置と、第１ベアリングと、第２ベアリングと、を含むロータリージョイントであって、
前記メカニカルシール装置は、
前記軸内流路に連通するように配置されるスリーブ内流路が形成されており前記回転軸を挿通させるスリーブと、当該スリーブに対して回転不可に取り付けられており前記スリーブ内流路の開口を挟み込むように配置されている第１回転環および第２回転環と、前記スリーブを前記回転軸に固定するセットスクリューと、を含む回転部と、
前記回転部を内径側に収納するケーシングと、当該ケーシングに対して回転不可に取り付けられており前記第１回転環に対して摺動する第１固定環と、前記ケーシングに対して回転不可に取り付けられており前記第２回転環に対して摺動する第２固定環と、を含む固定部と、を含み、
前記スリーブの外周面には、前記第１ベアリングの内周面を設置可能な第１ベアリング内周側設置面と、前記第１ベアリング内周側設置面より径が小さく前記第２ベアリングの内周面を設置可能な第２ベアリング内周側設置面とが形成されており、
前記ケーシングの内周面には、前記第１ベアリング内周側設置面に対向するように配置されており前記第１ベアリングの外周面が設置可能な第１ベアリング外周側設置面と、前記第２ベアリング内周側設置面に対向するように配置されており前記第１ベアリング外周側設置面より径が小さく前記第２ベアリングの外周面が設置可能な第２ベアリング外周側設置面とが形成されており、
前記ケーシングには、前記メカニカルシールと同様の構造を有しており前記回転軸に取り付けられ得る他のメカニカルシール装置に含まれる他のケーシングと連結可能な連結部が形成されているロータリージョイント。
【請求項２】
前記第１ベアリング内周側設置面は、前記スリーブ内流路の外径側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載されたロータリージョイント。
【請求項３】
前記第１回転環の内径は、前記第２回転環の外径より大きく、
前記第１回転環と前記第２回転環は、前記回転軸の中心軸に直交する一つの平面に沿って配置されており、
前記第１固定環の内径は、前記第２固定環の外径より大きく、
前記第１固定環と前記第２固定環は、前記回転軸の前記中心軸に直交する他の一つの平面に沿って配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載されたロータリージョイント。
【請求項４】
前記第１ベアリング外周側設置面の径は、前記第１回転環および前記第１固定環の内径よりも大きく、
前記第２ベアリング内周側設置面の径は、前記第２回転環および前記第２固定環の外径よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載されたロータリージョイント。
【請求項５】
前記固定部は、前記第１固定環を前記ケーシングから前記第１回転環に向かって付勢する第１付勢部材と、前記第２固定環を前記ケーシングから前記第２回転環に向かって付勢する第２付勢部材を有することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載されたロータリージョイント。
【請求項６】
前記回転軸に取り付けられる複数の前記メカニカルシール装置である第１メカニカルシール装置および第２メカニカルシール装置を含んでおり、
前記回転軸は複数の前記軸内流路を有しており、
前記第１ベアリングは、前記第１メカニカルシール装置の内部に設置されており、
前記第２ベアリングは、前記第２メカニカルシール装置の内部に設置されていることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載されたロータリージョイント。
【請求項７】
回転軸の内部に形成されている軸内流路に連通するように配置されるスリーブ内流路が形成されており前記回転軸を挿通させるスリーブと、当該スリーブに対して回転不可に取り付けられており前記スリーブ内流路の開口を挟み込むように配置されている第１回転環および第２回転環と、前記スリーブを前記回転軸に固定するセットスクリューと、を含む回転部と、
前記回転部を内径側に収納するケーシングと、当該ケーシングに対して回転不可に取り付けられており前記第１回転環に対して摺動する第１固定環と、前記ケーシングに対して回転不可に取り付けられており前記第２回転環に対して摺動する第２固定環と、を含む固定部と、を含み、
前記スリーブの外周面には、前記第１ベアリングを設置可能な第１ベアリング内周側設置面と、前記第１ベアリング内周側設置面より径が小さく前記第２ベアリングの内周面を設置可能な第２ベアリング内周側設置面とが形成されており、
前記ケーシングの内周面には、前記第１ベアリング内周側設置面に対向するように配置されており前記第１ベアリングの外周面が設置可能な第１ベアリング外周側設置面と、前記第２ベアリング内周側設置面に対向するように配置されており前記第１ベアリング外周側設置面より径が小さく前記第２ベアリングの外周面が設置可能な第２ベアリング外周側設置面とが形成されており、
前記ケーシングには、前記メカニカルシールと同様の構造を有しており前記回転軸に取り付けられ得る他のメカニカルシール装置に含まれる他のケーシングと連結可能な連結部が形成されているメカニカルシール装置。
【請求項１】
内部に軸内流路を有する回転軸と、当該回転軸に取り付けられるメカニカルシール装置と、第１ベアリングと、第２ベアリングと、を含むロータリージョイントであって、
前記メカニカルシール装置は、
前記軸内流路に連通するように配置されるスリーブ内流路が形成されており前記回転軸を挿通させるスリーブと、当該スリーブに対して回転不可に取り付けられており前記スリーブ内流路の開口を挟み込むように配置されている第１回転環および第２回転環と、前記スリーブを前記回転軸に固定するセットスクリューと、を含む回転部と、
前記回転部を内径側に収納するケーシングと、当該ケーシングに対して回転不可に取り付けられており前記第１回転環に対して摺動する第１固定環と、前記ケーシングに対して回転不可に取り付けられており前記第２回転環に対して摺動する第２固定環と、を含む固定部と、を含み、
前記スリーブの外周面には、前記第１ベアリングの内周面を設置可能な第１ベアリング内周側設置面と、前記第１ベアリング内周側設置面より径が小さく前記第２ベアリングの内周面を設置可能な第２ベアリング内周側設置面とが形成されており、
前記ケーシングの内周面には、前記第１ベアリング内周側設置面に対向するように配置されており前記第１ベアリングの外周面が設置可能な第１ベアリング外周側設置面と、前記第２ベアリング内周側設置面に対向するように配置されており前記第１ベアリング外周側設置面より径が小さく前記第２ベアリングの外周面が設置可能な第２ベアリング外周側設置面とが形成されており、
前記ケーシングには、前記メカニカルシールと同様の構造を有しており前記回転軸に取り付けられ得る他のメカニカルシール装置に含まれる他のケーシングと連結可能な連結部が形成されているロータリージョイント。
【請求項２】
前記第１ベアリング内周側設置面は、前記スリーブ内流路の外径側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載されたロータリージョイント。
【請求項３】
前記第１回転環の内径は、前記第２回転環の外径より大きく、
前記第１回転環と前記第２回転環は、前記回転軸の中心軸に直交する一つの平面に沿って配置されており、
前記第１固定環の内径は、前記第２固定環の外径より大きく、
前記第１固定環と前記第２固定環は、前記回転軸の前記中心軸に直交する他の一つの平面に沿って配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載されたロータリージョイント。
【請求項４】
前記第１ベアリング外周側設置面の径は、前記第１回転環および前記第１固定環の内径よりも大きく、
前記第２ベアリング内周側設置面の径は、前記第２回転環および前記第２固定環の外径よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載されたロータリージョイント。
【請求項５】
前記固定部は、前記第１固定環を前記ケーシングから前記第１回転環に向かって付勢する第１付勢部材と、前記第２固定環を前記ケーシングから前記第２回転環に向かって付勢する第２付勢部材を有することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載されたロータリージョイント。
【請求項６】
前記回転軸に取り付けられる複数の前記メカニカルシール装置である第１メカニカルシール装置および第２メカニカルシール装置を含んでおり、
前記回転軸は複数の前記軸内流路を有しており、
前記第１ベアリングは、前記第１メカニカルシール装置の内部に設置されており、
前記第２ベアリングは、前記第２メカニカルシール装置の内部に設置されていることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載されたロータリージョイント。
【請求項７】
回転軸の内部に形成されている軸内流路に連通するように配置されるスリーブ内流路が形成されており前記回転軸を挿通させるスリーブと、当該スリーブに対して回転不可に取り付けられており前記スリーブ内流路の開口を挟み込むように配置されている第１回転環および第２回転環と、前記スリーブを前記回転軸に固定するセットスクリューと、を含む回転部と、
前記回転部を内径側に収納するケーシングと、当該ケーシングに対して回転不可に取り付けられており前記第１回転環に対して摺動する第１固定環と、前記ケーシングに対して回転不可に取り付けられており前記第２回転環に対して摺動する第２固定環と、を含む固定部と、を含み、
前記スリーブの外周面には、前記第１ベアリングを設置可能な第１ベアリング内周側設置面と、前記第１ベアリング内周側設置面より径が小さく前記第２ベアリングの内周面を設置可能な第２ベアリング内周側設置面とが形成されており、
前記ケーシングの内周面には、前記第１ベアリング内周側設置面に対向するように配置されており前記第１ベアリングの外周面が設置可能な第１ベアリング外周側設置面と、前記第２ベアリング内周側設置面に対向するように配置されており前記第１ベアリング外周側設置面より径が小さく前記第２ベアリングの外周面が設置可能な第２ベアリング外周側設置面とが形成されており、
前記ケーシングには、前記メカニカルシールと同様の構造を有しており前記回転軸に取り付けられ得る他のメカニカルシール装置に含まれる他のケーシングと連結可能な連結部が形成されているメカニカルシール装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−６４３０７（Ｐ２０１１−６４３０７Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１７３１６（Ｐ２００９−２１７３１６）
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（０００１０１８７９）イーグル工業株式会社 (119)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（０００１０１８７９）イーグル工業株式会社 (119)
【Ｆターム（参考）】
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