JP2012097761A - Rotary joint - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体製造装置，攪拌機，医療用機器，食品用機器等に装備される回転機器において相対回転部材間で流体を流動させるためのロータリジョイントに関するものである。 The present invention relates to a rotary joint for allowing fluid to flow between relative rotating members in a rotating device equipped in a semiconductor manufacturing apparatus, a stirrer, a medical device, a food device, or the like.
この種のロータリジョイントとしては、特許文献１又は特許文献２に開示される如く、ケース体とこれに相対回転自在に連結された回転体との対向周面間に、これに軸線方向に並列配置された複数のメカニカルシールによってシールされたシール空間を形成して、両体間に、ケース体に形成されたケース体側通路と回転体に形成された回転体側通路とをシール空間に介して連通接続してなる一連の流体通路を形成するように構成されたものが周知である。 As this type of rotary joint, as disclosed in Patent Document 1 or Patent Document 2, an axially parallel arrangement is provided between opposed circumferential surfaces of a case body and a rotating body that is rotatably coupled to the case body. A seal space sealed by a plurality of mechanical seals is formed, and a case body side passage formed in the case body and a rotary body side passage formed in the rotating body are communicated between the two bodies via the seal space. It is well known that it is configured to form a series of fluid passages.
かかるロータリジョイントであっては、各メカニカルシールがケース体に軸線方向移動可能に保持された静止密封環と回転体に固定された回転密封環との対向端面たる密封端面の相対回転作用によりシール空間をシールするように構成されており、回転体が、軸体とこれに嵌挿された複数のスリーブとを具備するものであり、各回転密封環が、その内周部分を隣接するスリーブ間に挟圧させることによる摩擦係合力によって、回転体に固定保持されており、各回転体側通路が、シール空間に配置されたスリーブと軸体との対向周面間に形成した環状空間と、当該スリーブに穿設されてシール空間と環状空間とを連通する連通孔と、軸体の端部から軸体を貫通して環状空間に開口する通路孔とからなる。 In such a rotary joint, each mechanical seal is sealed by a relative rotational action of a sealing end surface which is an opposing end surface of a stationary sealing ring held axially movable in the case body and a rotating sealing ring fixed to the rotating body. The rotating body includes a shaft body and a plurality of sleeves fitted into the shaft body, and each rotary sealing ring has an inner peripheral portion between adjacent sleeves. An annular space which is fixedly held by the rotating body by the frictional engagement force caused by the clamping and each rotating body side passage is formed between the opposed peripheral surfaces of the sleeve and the shaft body arranged in the seal space, and the sleeve And a communication hole that communicates between the seal space and the annular space, and a passage hole that penetrates the shaft body from the end of the shaft body and opens into the annular space.
而して、このようなロータリジョイントは、回転密封環の回転体への固定をスリーブ間に挟圧させることによる摩擦係合力により行うようにしているため、メカニカルシールを含むロータリジョイントの構造を簡略化でき、その組み立ても容易に行うことができるといった利点を有する。 Thus, in such a rotary joint, the rotary seal ring is fixed to the rotating body by a frictional engagement force between the sleeves, so that the structure of the rotary joint including the mechanical seal is simplified. And the assembly thereof can be easily performed.
しかし、スリーブを挟圧した場合、シール空間に位置するスリーブについては、連通孔が形成された部分と形成されていない部分とで当該スリーブの端面における回転密封環への押圧力（回転密封環の内周部分にその両側から作用する挟圧力）が異なるため、当該押圧力が回転密封環の周方向において不均一となる。その結果、２つのスリーブで両側から挟圧された回転密封環においては、その密封端面に歪が生じて、相手密封環（静止密封環）の密封端面との相対回転によるメカニカルシール機能が良好に発揮されない虞れがある。なお、スリーブによる挟圧力を、上記した圧縮歪が生じない程度に低減した場合には、回転密封環とスリーブとの間の摩擦係合力が不足し、回転密封環の回転体への固定保持が十分に行われず、良好なメカニカルシール機能が期待できない。 However, when the sleeve is clamped, for the sleeve located in the seal space, the pressing force (the rotation seal ring of the rotation seal ring) on the end face of the sleeve at the portion where the communication hole is formed and the portion where the communication hole is not formed. Since the clamping force acting on the inner peripheral portion from both sides thereof is different, the pressing force is not uniform in the circumferential direction of the rotary seal ring. As a result, in the rotary seal ring clamped from both sides by the two sleeves, distortion occurs in the seal end face, and the mechanical seal function by the relative rotation with the seal end face of the mating seal ring (stationary seal ring) is good. There is a possibility that it will not be demonstrated. When the clamping pressure by the sleeve is reduced to such an extent that the above-described compression strain does not occur, the frictional engagement force between the rotary seal ring and the sleeve is insufficient, and the rotary seal ring is not fixedly held on the rotating body. It is not performed sufficiently and a good mechanical seal function cannot be expected.
本発明は、このような問題を生じることなく、回転密封環をスリーブとの摩擦係合力によって簡易に固定保持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。 An object of the present invention is to provide a rotary joint that can easily fix and hold a rotary seal ring by a frictional engagement force with a sleeve without causing such a problem.
本発明は、ケース体とこれに相対回転自在に連結された回転体との対向周面間に、これに軸線方向に並列配置された複数のメカニカルシールによってシールされたシール空間を形成して、両体間に、ケース体に形成されたケース体側通路と回転体に形成された回転体側通路とをシール空間を介して連通接続してなる一連の流体通路を形成するように構成されたロータリジョイントであって、各メカニカルシールがケース体に軸線方向移動可能に保持された静止密封環と回転体に固定された回転密封環との対向端面たる密封端面の相対回転作用によりシール空間をシールするように構成されており、回転体が、軸体とこれに嵌挿された複数のスリーブとを具備するものであり、各回転密封環が、その内周部分を隣接するスリーブ間に挟圧させることによる摩擦係合力によって、回転体に固定保持されており、各回転体側通路が、シール空間に配置されたスリーブと軸体との対向周面間に形成した環状空間と、当該スリーブに穿設されてシール空間と環状空間とを連通する連通孔と、軸体の端部から軸体を貫通して環状空間に開口する通路孔とからなるロータリジョイントにおいて、上記の課題を解決すべく、特に、シール空間に配置されたスリーブに、その周方向に等間隔を隔てて、同一形状をなす複数の連通孔又は同一形態をなす複数組の連通孔群を形成して、当該スリーブと回転密封環との接触面圧がスリーブの周方向において均一となるようにすることによって、スリーブによる挟圧によって当該回転密封環の密封端面に生じる歪を防止するように構成しておくことを提案するものである。 The present invention forms a seal space sealed by a plurality of mechanical seals arranged in parallel in the axial direction between the opposing peripheral surfaces of the case body and the rotating body connected to the case body in a relatively rotatable manner, A rotary joint configured to form a series of fluid passages formed by connecting a case body-side passage formed in the case body and a rotor-side passage formed in the rotating body through a seal space between the two bodies. And each mechanical seal seals the seal space by the relative rotational action of the sealing end surface which is the opposite end surface of the stationary sealing ring held movably in the axial direction on the case body and the rotating sealing ring fixed to the rotating body. The rotating body includes a shaft body and a plurality of sleeves fitted into the shaft body, and each rotary sealing ring clamps the inner peripheral portion between adjacent sleeves. The rotary body side passages are fixedly held by the frictional engagement force caused by the above, and each rotary body side passage is formed in the annular space formed between the opposed peripheral surfaces of the sleeve disposed in the seal space and the shaft body, and in the sleeve. In order to solve the above-mentioned problem, in a rotary joint comprising a communication hole that communicates between the seal space and the annular space and a passage hole that penetrates the shaft body from the end of the shaft body and opens into the annular space, The sleeve disposed in the seal space is formed with a plurality of communication holes having the same shape or a plurality of sets of communication holes having the same shape at equal intervals in the circumferential direction, and the sleeve and the rotary sealing ring are formed. It is proposed that the contact surface pressure with the sleeve be uniform in the circumferential direction of the sleeve to prevent distortion generated on the sealing end surface of the rotary sealing ring due to the clamping pressure by the sleeve. Than is.
かかるロータリジョイントにあって、複数組の連通孔群は、これらが形成されるスリーブをその周方向に複数のスリーブ部分に等分したときに、各スリーブ部分に形成される複数の連通孔とこれに隣接するスリーブ部分に形成される複数の連通孔とがそれらの形状、数及び配置において同一となるように、形成される。 In such a rotary joint, the plurality of sets of communication hole groups include a plurality of communication holes formed in each sleeve portion when the sleeve in which the sleeves are formed is equally divided into a plurality of sleeve portions in the circumferential direction. The plurality of communication holes formed in the sleeve portion adjacent to the same are formed so as to be the same in shape, number and arrangement.
本発明のロータリジョイントにあっては、シール空間に位置するスリーブに形成する連通孔又は連通孔群の数，配置を工夫することにより、当該スリーブの軸方向圧縮歪を周方向に均一，分散化させることができ、当該スリーブとこれに隣接するスリーブとの間に挟圧させた回転密封環を、その密封端面における歪の発生を可及的に防止して、当該回転密封環と相手密封環たる静止密封環との相対回転作用によるシール機能を良好に発揮させることができる。したがって、本発明によれば、回転密封環の簡易的な固定構造を採用しているにも拘わらず、極めて信頼性の高く且つ実用的なロータリジョイントを提供することができる。 In the rotary joint of the present invention, the axial compression strain of the sleeve is made uniform and distributed in the circumferential direction by devising the number and arrangement of communication holes or communication hole groups formed in the sleeve located in the seal space. The rotation sealing ring clamped between the sleeve and the sleeve adjacent to the sleeve prevents the occurrence of distortion at the sealing end surface as much as possible, and the rotation sealing ring and the mating sealing ring The sealing function by the relative rotation action with the stationary sealing ring can be satisfactorily exhibited. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a highly reliable and practical rotary joint in spite of adopting a simple fixing structure of the rotary seal ring.
以下、本発明の実施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縦断正面図であり、図２はその要部を拡大して示す詳細図であり、図３は図１のIII −III 線に沿う横断平面図であり、図４は図２の要部を取り出して示す作用説明図である。なお、以下の説明において、上下とは図１における上下を意味するものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal front view showing an example of a rotary joint according to the present invention, FIG. 2 is a detailed view showing an enlarged main portion thereof, and FIG. 3 is a cross-sectional plan view taken along line III-III in FIG. FIG. 4 is an operation explanatory view showing the main part of FIG. In the following description, the top and bottom mean the top and bottom in FIG.
本発明に係るロータリジョイントは、ＣＭＰ装置等の回転機器に装備されて、性状や流動条件の異なる複数種の流体を当該回転機器の固定側部材（例えば、ＣＭＰ装置本体）と回転側部材（例えば、ＣＭＰ装置のトップリング又はターンテーブル）との間で相互干渉することなく独立して流動させるものであり、図１に示す如く、ケース体１とこれに相対回転自在に連結された回転体２との対向周面間に、複数のメカニカルシール３，４，６を軸線方向に並列配置してなる。この例では、両体１，２の対向周面間に、軸線方向の両端部を第１及び第２メカニカルシール３，４でシールされた円筒状のシール室５を形成し、このシール室５内を、これに軸線方向に並列する複数個の第３メカニカルシール６を配設することにより、各メカニカルシールとこれに隣接するメカニカルシールとでシールされた複数のシール空間に区画してある。すなわち、シール室５内は、第１メカニカルシール３とこれに隣接する第３メカニカルシール６とでシールされた第１シール空間７ａ、第２メカニカルシール４とこれに隣接する第３メカニカルシール６とでシールされた第２シール空間８ａ及び各第３メカニカルシール６とこれに隣接する第３メカニカルシール６とでシールされた一又は複数の第３シール空間９ａに区画されている。そして、両体１，２には、各々が独立した一連の流体通路であって、各シール空間７ａ，８ａ，９ａとケース体１に形成されて当該シール空間７ａ，８ａ，９ａに開口するケース体側通路７ｂ，８ｂ，９ｂと回転体２に形成されて当該シール空間７ａ，８ａ，９ａに開口する回転体側通路７ｃ，７ｄ，７ｅ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，９ｃ，９ｄ，９ｅとからなる３本以上の流体通路７，８，９が形成されている。なお、第３メカニカルシール６の数Ｍは、必要とされる流体通路数つまりシール空間数Ｎに応じて決定され、Ｍ＝Ｎ−１で得られる。この例では、Ｍ＝２，Ｎ＝３としてある。 The rotary joint according to the present invention is installed in a rotating device such as a CMP apparatus, and a plurality of types of fluids having different properties and flow conditions are supplied to a fixed side member (for example, a CMP apparatus main body) and a rotating side member (for example, a CMP apparatus main body). , A top body or a turntable of a CMP apparatus), and independently flow without interfering with each other. As shown in FIG. 1, a case body 1 and a rotating body 2 connected to the case body 1 so as to be relatively rotatable. A plurality of mechanical seals 3, 4 and 6 are arranged in parallel in the axial direction between the opposed peripheral surfaces. In this example, a cylindrical seal chamber 5 is formed between the opposing peripheral surfaces of both bodies 1 and 2 with both axial ends sealed with first and second mechanical seals 3 and 4. The interior is partitioned into a plurality of seal spaces sealed by each mechanical seal and the adjacent mechanical seal by disposing a plurality of third mechanical seals 6 arranged in parallel in the axial direction. That is, the inside of the seal chamber 5 is the first seal space 7a sealed by the first mechanical seal 3 and the third mechanical seal 6 adjacent thereto, the second mechanical seal 4 and the third mechanical seal 6 adjacent thereto. The second seal space 8a and the third mechanical seals 6 that are sealed with each other and the third mechanical seal 6 adjacent thereto are partitioned into one or a plurality of third seal spaces 9a. Each of the bodies 1 and 2 is a series of independent fluid passages, each of which is formed in each seal space 7a, 8a, 9a and the case body 1 and opens to the seal spaces 7a, 8a, 9a. 3 formed of body-side passages 7b, 8b, 9b and rotor-side passages 7c, 7d, 7e, 8c, 8d, 8e, 9c, 9d, 9e formed in the rotor 2 and opened to the seal spaces 7a, 8a, 9a. More fluid passages 7, 8, 9 are formed. The number M of the third mechanical seals 6 is determined according to the required number of fluid passages, that is, the number N of seal spaces, and is obtained by M = N−1. In this example, M = 2 and N = 3.
ケース体１は、図１及び図３に示す如く、断面円形の内周部を有する筒体に構成されており、前記回転機器の固定側部材に取り付けられるものである。 As shown in FIGS. 1 and 3, the case body 1 is configured as a cylindrical body having an inner peripheral portion having a circular cross section, and is attached to a stationary member of the rotating device.
回転体２は、前記回転機器の回転側部材に取り付けられるものであり、図１に示す如く、その両端部をケース体１の内周部に上下一対のベアリング１０，１１を介して相対回転自在且つ同心状に支持させてあり、外径一定の円筒状軸体１２と、その一端部（上端部）に一体形成された大径円筒状のベアリング保持部１２ａと、軸体１２に軸線方向（上下方向）に所定間隔を隔てて並列状に嵌挿された円筒状をなす複数のスリーブ１３，１４，１５，１６，１７と、軸体１２の他端部（下端部）に取付けられた円環状の締付体１８とからなる。スリーブ群の最上位に位置する上端スリーブ１３は、その上端部をベアリング保持部１２ａの下端部に衝合係止させた状態で軸体１２に嵌挿されている。スリーブ群の最下位に位置する下端スリーブ１７は、締付体１８の上端部に一体形成されており、軸体１２の下端部に嵌挿されている。スリーブ群の中間に位置する複数の中間スリーブ１４，１５，１６の数は流体通路数（シール空間数）Ｎに一致しており、この例では３個である。これらの中間スリーブ１４，１５，１６はシール空間７ａ，８ａ，９ａに位置するものであり、後述する如く、流体通路７，８，９の一部が貫通形成されている。締付体１８は、これに一体形成された下端スリーブ１７を軸体１２に嵌挿させた状態で、図１に示す如く、軸体１２の下端部に適当本数（一本のみ図示）の締付ボルト１９により取付けられている。締付ボルト１９を締付けることにより、締付体１８とベアリング保持部１２ａとの間にスリーブ１３〜１７及び後述する回転密封環２０，２４，２８が挟圧固定されて、これらと軸体１２とが一体化されるようになっている。なお、上位のベアリング１０は軸体１２の上端部であるベアリング保持部１２ａとケース体１の上端部との対向周面間に装填されており、下位のベアリング１１は締付体１８とケース体１の下端部との対向周面部間に装填されている。 The rotating body 2 is attached to a rotating side member of the rotating device. As shown in FIG. 1, both ends of the rotating body 2 are rotatable relative to the inner peripheral portion of the case body 1 via a pair of upper and lower bearings 10 and 11. The cylindrical shaft body 12 is concentrically supported and has a constant outer diameter, the large-diameter cylindrical bearing holding portion 12a integrally formed at one end (upper end) thereof, and the shaft body 12 in the axial direction ( A plurality of cylindrical sleeves 13, 14, 15, 16, and 17 that are inserted in parallel at predetermined intervals in the vertical direction) and a circle attached to the other end (lower end) of the shaft body 12. And an annular fastening body 18. The upper end sleeve 13 positioned at the uppermost position of the sleeve group is fitted and inserted into the shaft body 12 with its upper end portion being abutted and locked to the lower end portion of the bearing holding portion 12a. The lower end sleeve 17 positioned at the lowest position of the sleeve group is integrally formed with the upper end portion of the fastening body 18 and is fitted into the lower end portion of the shaft body 12. The number of the plurality of intermediate sleeves 14, 15, 16 located in the middle of the sleeve group is equal to the number of fluid passages (number of seal spaces) N, and is three in this example. These intermediate sleeves 14, 15, 16 are located in the seal spaces 7 a, 8 a, 9 a, and part of the fluid passages 7, 8, 9 are formed so as to pass through as will be described later. As shown in FIG. 1, an appropriate number (only one) of the fastening body 18 is fastened to the lower end portion of the shaft body 12 with the lower end sleeve 17 formed integrally therewith inserted into the shaft body 12. It is attached with an attached bolt 19. By tightening the tightening bolt 19, sleeves 13 to 17 and rotary seal rings 20, 24, and 28, which will be described later, are clamped and fixed between the tightening body 18 and the bearing holding portion 12 a. Are integrated. The upper bearing 10 is loaded between the opposed peripheral surfaces of the bearing holding portion 12a, which is the upper end portion of the shaft body 12, and the upper end portion of the case body 1, and the lower bearing 11 includes the tightening body 18 and the case body. 1 is loaded between the opposite peripheral surface portion with the lower end portion.
各第３メカニカルシール６は、図１及び図２に示す如く、回転体２に固定された回転密封環２０と、ケース体１にＯリング２１を介して軸線方向移動可能に保持された静止密封環２２と、ケース体１と静止密封環２２との間に介装されて静止密封環２２を回転密封環２０へと押圧附勢するスプリング部材２３とを具備して、両密封環２０，２２の対向端面である密封端面２０ａ，２２ａ（図２参照）の相対回転摺接作用により、当該相対回転摺接部分２０ａ，２２ａの内周側領域であるシール空間とその外周側領域であるシール空間とを遮蔽シールするように構成された端面接触形メカニカルシールである。この例では、上位の第３メカニカルシール６により第１シール空間７ａと第３シール空間９ａとが遮蔽シールされており、下位の第３メカニカルシール６により第２シール空間８ａと第３シール空間９ａとが遮蔽シールされている。また、両第３メカニカルシール６，６は、上下対称のダブルシール構造をなすように配置されており、両回転密封環２０ａ，２０ａ間に両静止密封環２２，２２が上下対称形態をなして配置されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, each third mechanical seal 6 includes a rotary seal ring 20 fixed to the rotary body 2 and a static seal that is held on the case body 1 via an O-ring 21 so as to be movable in the axial direction. The ring 22 includes a spring member 23 that is interposed between the case body 1 and the stationary seal ring 22 and presses and urges the stationary seal ring 22 toward the rotary seal ring 20. By the relative rotational sliding contact action of the sealing end surfaces 20a and 22a (see FIG. 2) which are opposite end surfaces of the sealing space, the sealing space which is the inner peripheral side region and the sealing space which is the outer peripheral side region thereof. It is an end surface contact type mechanical seal comprised so that it may carry out the shielding seal. In this example, the first seal space 7 a and the third seal space 9 a are shield-sealed by the upper third mechanical seal 6, and the second seal space 8 a and the third seal space 9 a are sealed by the lower third mechanical seal 6. Are shield-sealed. Moreover, both the 3rd mechanical seals 6 and 6 are arrange | positioned so that the double-seal structure symmetrical up and down may be comprised, and both the stationary sealing rings 22 and 22 have comprised the up-down symmetrical form between both the rotation sealing rings 20a and 20a. Has been placed.
また、第１及び第２メカニカルシール３，４も、第３メカニカルシール６と同様の端面接触形メカニカルシールに構成されている。すなわち、第１メカニカルシール３は、回転体２に固定された回転密封環２４と、ケース体１にＯリング２５を介して軸線方向移動可能に保持された静止密封環２６と、ケース体１と静止密封環２６との間に介装されて静止密封環２６を回転密封環２４へと押圧附勢するスプリング部材２７とを具備して、両密封環２４，２６の対向端面である密封端面の相対回転摺接作用により、当該相対回転摺接部分の内周側領域であるベアリング装填空間（ベアリング１０が配置された大気領域）１０ａとその外周側領域である第１シール空間７ａとを遮蔽シールするように構成された端面接触形メカニカルシールである。また、第２メカニカルシール４は、回転体２に固定された回転密封環２８と、ケース体１にＯリング２９を介して軸線方向移動可能に保持された静止密封環３０と、ケース体１と静止密封環３０との間に介装されて静止密封環３０を回転密封環２８へと押圧附勢するスプリング部材３１とを具備して、両密封環２８，３０の対向端面である密封端面の相対回転摺接作用により、当該相対回転摺接部分の内周側領域であるベアリング装填領域（ベアリング１１が配置された大気領域）１１ａとその外周側領域である第２シール空間８ａとを遮蔽シールするように構成された端面接触形メカニカルシールである。なお、ケース体１には、ベアリング装填領域１０ａ，１１ａにおけるベアリング１０，１１とメカニカルシール３，４との間に開口するドレン路１０ｂ，１１ｂが設けられている。 The first and second mechanical seals 3 and 4 are also configured as end surface contact type mechanical seals similar to the third mechanical seal 6. That is, the first mechanical seal 3 includes a rotary seal ring 24 fixed to the rotary body 2, a stationary seal ring 26 held on the case body 1 via an O-ring 25 so as to be movable in the axial direction, and the case body 1. A spring member 27 interposed between the stationary seal ring 26 and pressing and urging the stationary seal ring 26 against the rotary seal ring 24; The relative rotational sliding contact action shields the bearing loading space (atmosphere region in which the bearing 10 is disposed) 10a that is the inner peripheral side region of the relative rotational sliding contact portion and the first seal space 7a that is the outer peripheral side region. It is the end surface contact type mechanical seal comprised so that. The second mechanical seal 4 includes a rotary sealing ring 28 fixed to the rotating body 2, a stationary sealing ring 30 held in the case body 1 via an O-ring 29 so as to be movable in the axial direction, and the case body 1. A spring member 31 interposed between the stationary seal ring 30 and pressing and urging the stationary seal ring 30 to the rotary seal ring 28; By the relative rotational sliding contact action, the bearing loading region (atmosphere region in which the bearing 11 is disposed) 11a that is the inner peripheral side region of the relative rotational sliding contact portion and the second seal space 8a that is the outer peripheral side region are shielded and sealed. It is the end surface contact type mechanical seal comprised so that. The case body 1 is provided with drain passages 10b and 11b that open between the bearings 10 and 11 and the mechanical seals 3 and 4 in the bearing loading regions 10a and 11a.
各回転密封環２０，２４，２８は、図１に示す如く、回転体２の軸線と同心をなす円環状板であり、軸体１２に嵌合されると共に両側に配したスリーブにより挟圧固定されている。すなわち、第１メカニカルシール３の回転密封環２４は上端スリーブ１３と中間スリーブ群の上位に位置する第１中間スリーブ１４とによって、第２メカニカルシール４の回転密封環２８は中間スリーブ群の下位に位置する第３中間スリーブ１６と下端スリーブ１７とによって、上位の第３メカニカルシール６の回転密封環２０は第１中間スリーブ１４とその下位に位置する第２中間スリーブ１５とによって、また下位の第３メカニカルシール６の回転密封環２０は第２中間スリーブ１５と第３中間スリーブ１６とによって、夫々挟圧されており、各回転密封環２０，２４，２８はその内周部分（密封端面として機能する外周部分を除く部分）をその両側からスリーブで挟圧することによる摩擦係合力により回転体２に固定されている。スリーブによる挟圧力ないし摩擦係合力は、締付体１８を締付ボルト１９により締付けることによって得られる。すなわち、締付ボルト１９を締め付けることにより、締付体１３とベアリング保持部１２ａとの間にスリーブ群１３，１４，１５，１６，１７が軸線方向に挟圧され、回転密封環２０，２４，２８が所定位置に固定されるのである。なお、スリーブ１３，１４，１５，１６，１７の内外径及び材質は同一とされており、その内外径（径方向厚み）は回転密封環２０，２４，２８の上記内周部分を挟圧することにより当該回転密封環を固定するに十分な摩擦係合力が得られることを条件として決定されている。スリーブ１３，１４，１５，１６，１７の構成材としては、金属又は高強度プラスチック（例えば、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン），ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン），ＰＯＭ（ポリアセタール）等のエンジニアリングプラスチック）が使用される。また、各回転密封環２０，２４，２８の一方の側端面とこれに接触するスリーブ端面との間は当該スリーブ端面の内周端部に形成せる環状凹部に装填したＯリング３２によりシールされている。 As shown in FIG. 1, each of the rotary seal rings 20, 24, 28 is an annular plate concentric with the axis of the rotary body 2, and is fitted to the shaft body 12 and clamped and fixed by sleeves arranged on both sides. Has been. That is, the rotary seal ring 24 of the first mechanical seal 3 is provided by the upper end sleeve 13 and the first intermediate sleeve 14 positioned above the intermediate sleeve group, and the rotary seal ring 28 of the second mechanical seal 4 is provided below the intermediate sleeve group. Due to the third intermediate sleeve 16 and the lower end sleeve 17 positioned, the rotary sealing ring 20 of the upper third mechanical seal 6 is formed by the first intermediate sleeve 14 and the second intermediate sleeve 15 positioned lower than the first intermediate sleeve 14 and the lower second sleeve 17. The rotary seal ring 20 of the three mechanical seal 6 is pinched by the second intermediate sleeve 15 and the third intermediate sleeve 16, and each rotary seal ring 20, 24, 28 has an inner peripheral portion (functions as a sealing end face). The portion excluding the outer peripheral portion) is fixed to the rotating body 2 by a frictional engagement force obtained by clamping with a sleeve from both sides. The clamping pressure or frictional engagement force by the sleeve is obtained by tightening the tightening body 18 with the tightening bolt 19. That is, by tightening the tightening bolt 19, the sleeve groups 13, 14, 15, 16, and 17 are sandwiched between the tightening body 13 and the bearing holding portion 12a in the axial direction, and the rotary seal rings 20, 24, 28 is fixed at a predetermined position. The sleeves 13, 14, 15, 16, and 17 have the same inner and outer diameters and materials, and the inner and outer diameters (diameter thickness) clamp the inner peripheral portions of the rotary seal rings 20, 24, and 28. Is determined on the condition that a sufficient frictional engagement force for fixing the rotary seal ring is obtained. As a constituent material of the sleeves 13, 14, 15, 16, and 17, a metal or high-strength plastic (for example, engineering plastics such as PEEK (polyetheretherketone), PES (polyethersulfone), and POM (polyacetal)) is used. used. Further, a space between one side end face of each of the rotary sealing rings 20, 24, and 28 and a sleeve end face in contact therewith is sealed by an O-ring 32 loaded in an annular recess formed at the inner peripheral end of the sleeve end face. Yes.
各静止密封環２２，２６，３０は、図１に示す如く、回転密封環２０，２４，２８に直対向した状態でケース体１の内周部にＯリング２１，２５，２９を介して軸線方向（上下方向）に移動可能に内嵌保持されており、その外周部に形成した凹部にケース体１に両端保持させたドライブピン３３を係合させることによりケース体１に対する相対回転を阻止されている。なお、ドライブピン３３は、図１に示す如く、第１メカニカルシール３及びこれに隣接する第３メカニカルシール６の静止密封環２２，２６並びに第２メカニカルシール４及びこれに隣接する第３メカニカルシール６の静止密封環２６，３０について夫々共通部材としてある。 As shown in FIG. 1, each stationary sealing ring 22, 26, 30 is axially connected to the inner peripheral portion of the case body 1 through O-rings 21, 25, 29 in a state of directly facing the rotary sealing rings 20, 24, 28. It is internally fitted and held so as to be movable in the direction (vertical direction). By engaging a drive pin 33 held at both ends of the case body 1 with a recess formed on the outer periphery thereof, relative rotation with respect to the case body 1 is prevented. ing. As shown in FIG. 1, the drive pin 33 includes the first mechanical seal 3 and the stationary sealing rings 22 and 26 of the third mechanical seal 6 adjacent thereto, the second mechanical seal 4 and the third mechanical seal adjacent thereto. The six stationary sealing rings 26 and 30 are common members.
各スプリング部材２３，２７，３１は、図１に示す如く、静止密封環２２，２６，３０とケース体１との間に介装された複数（一個のみ図示）の圧縮コイルバネで構成されており、静止密封環２２，２６，３０を回転密封環２０，２４，２８へと押圧接触させるべく附勢する。 As shown in FIG. 1, each spring member 23, 27, 31 is composed of a plurality (only one is shown) of compression coil springs interposed between the stationary sealing rings 22, 26, 30 and the case body 1. The stationary sealing rings 22, 26, 30 are urged to make pressing contact with the rotary sealing rings 20, 24, 28.
各流体通路７，８，９は、図１に示す如く、シール空間７ａ，８ａ，９ａとケース体１に形成されたケース体側通路７ｂ，８ｂ，９ｂと回転体２に形成された回転体側通路７ｃ，７ｄ，７ｅ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，９ｃ，９ｄ，９ｅとからなる。各ケース体側通路７ｂ，８ｂ，９ｂは、ケース体１を径方向に貫通してシール空間７ａ，８ａ，９ａに連通するものであり、前記回転機器の固定側部材に形成された固定側流路に接続されている。各回転体側通路は、シール空間７ａ，８ａ，９ａに位置する中間スリーブ１４，１５，１６と軸体１２との対向周面間に形成した環状空間７ｃ，８ｃ，９ｃと、当該環状空間７ｃ，８ｃ，９ｃとシール空間７ａ，８ａ，９ａ７ｂ，７ｃとを連通すべく当該中間スリーブ１４，１５，１６に穿設された複数個の連通孔７ｄ，８ｄ，９ｄと、当該環状空間７ｃ，８ｃ，９ｃに連通する一端部から軸体１２を軸線方向に貫通して軸体１２の一端部（上端部）に開口する通路孔７ｅ，８ｅ，９ｅとからなり、各通路孔７ｅ，８ｅ，９ｅは前記回転機器の回転側部材に形成された回転側流路に接続されている。この例では、各環状空間７ｃ，８ｃ，９ｃは、図１に示す如く、中間スリーブ１４，１５，１６の内周面に形成した環状凹部によって形成されている。 As shown in FIG. 1, each fluid passage 7, 8, 9 has a seal body 7 a, 8 a, 9 a and case body side passages 7 b, 8 b, 9 b formed in the case body 1, and a rotator side passage formed in the rotator 2. 7c, 7d, 7e, 8c, 8d, 8e, 9c, 9d, 9e. Each case body side passage 7b, 8b, 9b penetrates the case body 1 in the radial direction and communicates with the seal spaces 7a, 8a, 9a, and is a fixed side channel formed in the fixed side member of the rotating device. It is connected to the. Each rotor-side passage includes annular spaces 7c, 8c, 9c formed between the opposed peripheral surfaces of the intermediate sleeves 14, 15, 16 positioned in the seal spaces 7a, 8a, 9a and the shaft body 12, and the annular spaces 7c, A plurality of communication holes 7d, 8d, 9d formed in the intermediate sleeves 14, 15, 16 to communicate the seal spaces 7a, 8a, 9a7b, 7c with the annular spaces 7c, 8c, It consists of passage holes 7e, 8e, 9e that penetrate the shaft body 12 in the axial direction from one end communicating with 9c and open to one end (upper end) of the shaft body 12, and each of the passage holes 7e, 8e, 9e It is connected to the rotation side flow path formed in the rotation side member of the said rotation apparatus. In this example, each annular space 7c, 8c, 9c is formed by an annular recess formed on the inner peripheral surface of the intermediate sleeves 14, 15, 16 as shown in FIG.
而して、各中間スリーブ１４，１５，１６に形成される連通孔７ｄ，８ｄ，９ｄは、本発明に従って、図３に例示する如く、当該中間スリーブ１４，１５，１６の周方向に等間隔を隔てた複数位置に配置されている。 Thus, according to the present invention, the communication holes 7d, 8d, 9d formed in the intermediate sleeves 14, 15, 16 are equally spaced in the circumferential direction of the intermediate sleeves 14, 15, 16 as illustrated in FIG. Are arranged at a plurality of positions separated from each other.
各中間スリーブ１４，１５，１６に形成される連通孔７ｄ，８ｄ，９ｄは、各々、同一径の円形状をなすものであり、その数及び周方向の相互間隔（等間隔）は、中間スリーブ１４，１５，１６が回転密封環２０，２４，２９を相対回転不能に摩擦係合させるべく軸線方向に圧縮（挟圧）された場合において、連通孔７ｄ，８ｄ，９ｄの存在によって中間スリーブ１４，１５，１６の軸方向圧縮歪が周方向において不均一とならないように、つまり中間スリーブ１４，１５，１６の周方向においてその回転密封環２０，２４，２８への押圧力が不均一となって回転密封環２０，２４，２８の密封端面に大きな歪が生じないように、設定されている。すなわち、各中間スリーブ１４，１５，１６に生じる軸線方向圧縮歪量は、当該スリーブの周方向において、連通孔７ｄ，８ｄ，９ｄが形成されている部分（以下「有孔部分」という）で大きく、これが形成されていない部分（以下「無孔部分」という）で小さくなるが、連通孔７ｄ，８ｄ，９ｄとして同一形状（円形状）のものを周方向に等間隔を隔てた一定数以上の個所に形成しておくことにより、つまり有孔部分を周方向において等間隔を隔てて一定数以上設けておくことにより、当該中間スリーブ１４，１５，１６の端面（回転密封環２０，２４，２８との接触面）における歪を周方向に均一，分散化させることができ、回転密封環２０，２４，２８をスリーブで挟圧させた場合おいてその密封端面に生じる歪を可及的に防止することができる。各連通孔７ｄ，８ｄ，９ｄの数は、このような条件が満足される範囲において中間スリーブ１４，１５，１６の内外径，長さ，材質に応じて適宜に設定されるが、一般には１０〜２０個としておくことが好ましく、この例では、図３に例示する如く、各連通孔７ｄ，８ｄ，９ｄの数を１８個としてある。 The communication holes 7d, 8d, and 9d formed in the intermediate sleeves 14, 15, and 16 each have a circular shape with the same diameter, and the number and circumferential interval (equal interval) in the circumferential direction are the intermediate sleeves. When the 14, 15, and 16 are compressed (clamped) in the axial direction so as to frictionally engage the rotary seal rings 20, 24, and 29 so as not to rotate relative to each other, the presence of the communication holes 7d, 8d, and 9d causes the intermediate sleeve 14 to exist. , 15, 16 so that the axial compressive strain does not become uneven in the circumferential direction, that is, the pressing force to the rotary seal rings 20, 24, 28 in the circumferential direction of the intermediate sleeves 14, 15, 16 becomes non-uniform. Thus, the sealing end faces of the rotary sealing rings 20, 24, and 28 are set so as not to cause large distortion. That is, the amount of axial compressive strain generated in each intermediate sleeve 14, 15, 16 is large at the portion where the communication holes 7 d, 8 d, 9 d are formed in the circumferential direction of the sleeve (hereinafter referred to as “perforated portion”). Although it is small in the portion where this is not formed (hereinafter referred to as “non-hole portion”), the communication holes 7d, 8d, 9d have the same shape (circular shape) of a certain number or more at equal intervals in the circumferential direction. By forming at a certain location, that is, by providing a certain number of perforated portions at equal intervals in the circumferential direction, the end surfaces of the intermediate sleeves 14, 15, 16 (rotary seal rings 20, 24, 28). Can be uniformly distributed in the circumferential direction, and when the rotary sealing rings 20, 24, 28 are clamped by the sleeve, the distortion generated on the sealing end face is prevented as much as possible. To do Can. The number of communication holes 7d, 8d, and 9d is appropriately set according to the inner and outer diameters, lengths, and materials of the intermediate sleeves 14, 15, and 16 within a range in which such conditions are satisfied. In this example, the number of communication holes 7d, 8d, 9d is 18 as illustrated in FIG.
したがって、シール空間７ａ，８ａ，９ａに位置する中間スリーブ１４，１５，１６は、他のスリーブ１３，１７と異なって連通孔７ｄ，８ｄ，９ｄが形成されているが、その数及び配置を上記のように設定しておくことにより、挟圧による負荷（軸方向圧縮力）をスリーブ端面において分散，均一化し得て、回転密封環２０，２４，２８に生じる歪を大幅に緩和することができ、その結果、スリーブによる摩擦係合力によって回転密封環２０，２４，２８を回転体２に固定するといった簡易な固定手段を採用しているにも拘わらず、その密封端面を適正に保持して相手密封端面（静止密封環２２，２６，３０の密封端面）との相対回転摺接作用によるシール機能を良好に発揮することができる。 Therefore, the intermediate sleeves 14, 15 and 16 located in the seal spaces 7a, 8a and 9a are formed with communication holes 7d, 8d and 9d unlike the other sleeves 13 and 17, but the number and arrangement thereof are as described above. By setting as described above, the load (axial compressive force) due to pinching can be distributed and uniformized on the end face of the sleeve, and the distortion generated in the rotary seal rings 20, 24, and 28 can be greatly relieved. As a result, despite the fact that simple fixing means such as fixing the rotary sealing rings 20, 24, 28 to the rotating body 2 by the frictional engagement force by the sleeve is adopted, the sealing end face is properly held and the counterpart is held. The sealing function by the relative rotational sliding contact with the sealing end face (sealing end faces of the stationary sealing rings 22, 26, 30) can be satisfactorily exhibited.
ところで、上記した流体通路７，８，９によれば、同種又は異種の流体を図１に示す矢印方向又はその逆方向に各別に流動させることができるが、この例においては、各第３メカニカルシール６におけるＯリング２１による二次シール構造を次のように構成しておくことによって、流体通路７，８，９を流動する流体圧力を各別に制御することができるように工夫している。 By the way, according to the fluid passages 7, 8, and 9 described above, the same kind or different kinds of fluids can be made to flow separately in the direction of the arrow shown in FIG. 1 or in the opposite direction. The secondary seal structure by the O-ring 21 in the seal 6 is configured as follows so that the fluid pressure flowing in the fluid passages 7, 8, 9 can be controlled separately.
すなわち、各第３メカニカルシール６にあっては、図２に示す如く、静止密封環２２にＯリング２１の前記外周側領域（第１シール空間７ａ又は第２シール空間８ａ）への飛び出しを係止する第１係止部２２ｂを形成すると共にケース体１にＯリング２１の前記内周側領域（第３シール空間９ａ）への飛び出しを係止する第２係止部１ａを形成して、前記内外周側領域の圧力関係に拘わらず静止密封環２２にこれを回転密封環２０へと押圧する背圧による軸方向推力が作用するように構成してある。なお、第１係止部２２ｂはＯリング２１の内周部が接触する静止密封環２２の外周面である密封環側シール面２２ｃより大径の環状部であり、第２係止部１ａはＯリング２１の外周部が接触するケース体１の内周面であるケース体側シール面１ｂより小径の環状部である。 That is, in each of the third mechanical seals 6, as shown in FIG. 2, the stationary seal ring 22 is protruded to the outer peripheral side region (the first seal space 7 a or the second seal space 8 a) of the O-ring 21. Forming a first locking portion 22b to be stopped and forming a second locking portion 1a for locking the protrusion of the O-ring 21 to the inner peripheral side region (third seal space 9a) in the case body 1; Regardless of the pressure relationship between the inner and outer peripheral side regions, axial thrust by back pressure is applied to the stationary sealing ring 22 to press it against the rotary sealing ring 20. In addition, the 1st latching | locking part 22b is an annular part larger diameter than the sealing ring side sealing surface 22c which is an outer peripheral surface of the stationary sealing ring 22 with which the inner peripheral part of the O-ring 21 contacts, The O-ring 21 is an annular portion having a smaller diameter than the case body-side seal surface 1b, which is the inner peripheral surface of the case body 1 with which the outer peripheral portion contacts.
かかる構成としておくことにより、例えば、上位の第３メカニカルシール６を例として説明すると、相対回転摺接部分２０ａ，２２ａの内周側領域である第３シール空間９ａの圧力（流体通路９を流動する流体の圧力）Ｐ１が当該相対回転摺接部分２０ａ，２２ａの外周側領域である第１シール空間７ａの圧力（流体通路７を流動する流体の圧力）Ｐ２より大きい場合には、図４（Ａ）に示す如く、その差圧ΔＰ１（＝Ｐ１−Ｐ２）によりＯリング２１が第１係止部２２ｂに衝合係止されて、静止密封環２２にこれを回転密封環２０方向へと押圧する軸線方向推力（背圧力）Ｆ１が作用する。この推力Ｆ１は、両密封端面２０ａ，２２ａが摺接する環状領域（シール面）の内外径をＤ１，Ｄ２とし、Ｏリング２１による二次シール面の内外径（ケース体側シール面１ａの内径及び密封環側シール面２２ｃの外径）をｄ１，ｄ２とすると、Ｆ１＝（π／４）（（ｄ１）2−（Ｄ１）2）・ΔＰ１で与えられる。なお、Ｄ１，Ｄ２，ｄ１，ｄ２の間にはＤ１＜ｄ１，Ｄ２＞ｄ２の関係がある。 With this configuration, for example, the upper third mechanical seal 6 will be described as an example. The pressure in the third seal space 9a that is the inner peripheral region of the relative rotational sliding contact portions 20a and 22a (flows through the fluid passage 9). When the pressure P1 of the fluid is larger than the pressure (pressure of the fluid flowing in the fluid passage 7) P2 of the first seal space 7a which is the outer peripheral side region of the relative rotational sliding contact portions 20a and 22a, FIG. As shown in A), the differential pressure ΔP1 (= P1-P2) causes the O-ring 21 to abut against the first locking portion 22b and press it against the stationary sealing ring 22 in the direction of the rotary sealing ring 20. An axial thrust (back pressure) F1 is applied. The thrust F1 is obtained by setting the inner and outer diameters of the annular regions (seal surfaces) where the sealed end surfaces 20a and 22a are in sliding contact with each other as D1 and D2, and the inner and outer diameters of the secondary seal surface by the O-ring 21 Assuming that the outer diameter of the ring-side sealing surface 22c is d1 and d2, F1 = (π / 4) ((d1) 2 − (D1) 2 ) · ΔP1. Note that there is a relationship of D1 <d1, D2> d2 between D1, D2, d1, and d2.
また、逆に、流体通路７を流動する流体の圧力Ｐ２が流体通路９を流動する流体の圧力Ｐ１より大きい場合には、図４（Ｂ）に示す如く、その差圧ΔＰ２（＝Ｐ２−Ｐ１）によりＯリング２１が第２係止部１ａに衝合係止されて、上記の場合と同様に、静止密封環２２にこれを回転密封環２０方向へと押圧する軸線方向推力（背圧力）Ｆ２が作用する。この推力Ｆ２は、Ｆ２＝（π／４）（（Ｄ２）2−（ｄ２）2）・ΔＰ２で与えられる。 Conversely, when the pressure P2 of the fluid flowing in the fluid passage 7 is larger than the pressure P1 of the fluid flowing in the fluid passage 9, the differential pressure ΔP2 (= P2-P1) as shown in FIG. ), The O-ring 21 is abutted and locked to the second locking portion 1a, and in the same manner as described above, the axial thrust (back pressure) that presses the stationary sealing ring 22 in the direction of the rotary sealing ring 20 F2 acts. This thrust F2 is given by F2 = (π / 4) ((D2) 2 − (d2) 2 ) · ΔP2.
したがって、各第３メカニカルシール６においては、これによってシールすべき２つのシール空間７ａ，９ａ又は８ａ，９ａの圧力関係つまり二つの流体通路７，９又は８，９を流動する流体の圧力関係が逆転するような場合にも、常に、上記した推力Ｆ１又はＦ２が作用することになり、良好なシール機能が発揮されることになる。このため、各流体通路７，８，９を流動させる流体の圧力を任意且つ各別に制御することができる。なお、第３メカニカルシール６によるシール機能がより確実且つ良好に発揮されるためには、上記圧力関係に拘わらず、バランス比κが０．５以上となるように設計しておくことが好ましい。すなわち、流体通路９を流動する流体の圧力Ｐ１が流体通路７を流動する流体の圧力Ｐ２より大きい場合にはκ＝（（ｄ１）2−（Ｄ１）2）／（（Ｄ２）2−（Ｄ１）2）≧０．５となり、逆に流体通路７を流動する流体の圧力Ｐ２が流体通路９を流動する流体の圧力Ｐ１より大きい場合にはκ＝（（Ｄ２）2−（ｄ２）2）／（（Ｄ２）2−（Ｄ１）2）≧０．５となるように設計しておくことが好ましい。 Accordingly, in each third mechanical seal 6, there is a pressure relationship between the two seal spaces 7 a, 9 a or 8 a, 9 a to be sealed, that is, a pressure relationship between the fluid flowing in the two fluid passages 7, 9 or 8, 9. Even in the case of reverse rotation, the above-described thrust F1 or F2 always acts, and a good sealing function is exhibited. For this reason, the pressure of the fluid that flows through the fluid passages 7, 8, and 9 can be arbitrarily and separately controlled. In order to achieve the sealing function by the third mechanical seal 6 more reliably and satisfactorily, it is preferable to design the balance ratio κ to be 0.5 or more regardless of the pressure relationship. That is, when the pressure P1 of the fluid flowing in the fluid passage 9 is higher than the pressure P2 of the fluid flowing in the fluid passage 7, κ = ((d1) 2 − (D1) 2 ) / ((D2) 2 − (D1 2 ) ≧ 0.5, and if the pressure P2 of the fluid flowing in the fluid passage 7 is larger than the pressure P1 of the fluid flowing in the fluid passage 9, κ = ((D2) 2 − (d2) 2 ) / ((D2) 2- (D1) 2 ) is preferably designed so as to satisfy 0.5.
一方、第１及び第２メカニカルシール３，４は、シール空間７ａ，８ａと圧力が変化しない大気領域１０ａ，１１ａとの間をシールするものであるから、一般的なメカニカルシールと同様に、図１に示す如く、Ｏリング２５，２９をケース本体１の内周部に形成した環状のＯリング溝１ｃ，１ｄ（又は静止密封環２６，３０の外周部に形成した環状のＯリング溝）に係合させて、その両側面である係止部によってＯリング２５，２９のシール空間７ａ，８ａへの飛び出し及び大気領域１０ａ，１１ａへの飛び出しを係止，阻止している。 On the other hand, the first and second mechanical seals 3 and 4 seal the space between the seal spaces 7a and 8a and the atmospheric regions 10a and 11a where the pressure does not change. As shown in FIG. 1, O-rings 25 and 29 are formed into annular O-ring grooves 1c and 1d formed on the inner peripheral portion of the case body 1 (or annular O-ring grooves formed on the outer peripheral portions of the stationary sealing rings 26 and 30). By engaging, the locking portions on both sides of the O-rings 25 and 29 are locked out and prevented from popping out into the seal spaces 7a and 8a and into the atmospheric regions 10a and 11a.
ところで、第１及び第２メカニカルシール３，４のようにＯリング２５，２９をケース体１のＯリング溝１ｃ，１ｄに係合させるものでは、一般に、バランス比κが０．５となるように設計されていて、シール空間７ａ，８ａが大気領域１０ａ，１１ａより低圧（負圧）となる逆圧時にも対応できるように工夫されているが、この場合、ある程度の圧力（０．５ＭＰａ程度）以下であれば良好なシール機能を発揮できるが、これを超えるような高圧（高差圧）条件下では対応することが困難である。しかし、各第３メカニカルシール６については、上記のような構成としているため、κ＞０．５となるように設計しておくことができ、シールすべき両シール空間の圧力が高い場合や両シール空間の差圧が大きい場合にも良好なシール機能を発揮するができる。 By the way, when the O-rings 25 and 29 are engaged with the O-ring grooves 1c and 1d of the case body 1 like the first and second mechanical seals 3 and 4, the balance ratio κ is generally 0.5. The seal spaces 7a and 8a are designed to be able to cope with a reverse pressure that is lower than the atmospheric regions 10a and 11a (negative pressure). ) A good sealing function can be exhibited as long as it is below, but it is difficult to cope under high pressure (high differential pressure) conditions exceeding this. However, since each third mechanical seal 6 has the above-described configuration, it can be designed so that κ> 0.5. If the pressure in both seal spaces to be sealed is high or both Even when the pressure difference in the seal space is large, a good sealing function can be exhibited.
なお、本発明の構成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。 The configuration of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately improved and changed without departing from the basic principle of the present invention.
例えば、上記した例では、環状空間７ｃ，８ｃ，９ｃを中間スリーブ１４，１５，１６の内周面に形成した環状凹部で構成するようにしているが、当該環状凹部を軸体１２の外周面に形成するようにしてもよい。 For example, in the above-described example, the annular spaces 7 c, 8 c, and 9 c are configured by annular recesses formed on the inner peripheral surfaces of the intermediate sleeves 14, 15, and 16. You may make it form in.
また、上記した例では、各シール空間７ａ，８ａ，９ａに配置されたスリーブ（中間スリーブ）１４，１５，１６に、その周方向に等間隔を隔てて、同一形状をなす複数の連通孔７ｄ，８ｄ，９ｄを形成するようにしたが、当該各スリーブ１４，１５，１６には、その周方向に等間隔を隔てて、同一形態をなす複数組の連通孔群を形成するようにしてもよい。すなわち、中間スリーブ１４を例にとって説明すると、図５に示す如く、複数の連通孔７ｄを一組の連通孔群７Ｄとして、複数組の連通孔群７Ｄをスリーブ１４の周方向に等間隔を隔てて形成しておくのである。すなわち、複数組の連通孔群７Ｄは、図５に示す如く、これらが形成されるスリーブ１４をその周方向に複数のスリーブ部分１４ａに等分したと仮定した場合に、各スリーブ部分１４ａに形成される複数の連通孔７ｄとこれに隣接するスリーブ部分１４ａに形成される複数の連通孔７ｄとがそれらの形状、数及び配置において同一となるように、形成される。各連通孔群７Ｄを構成する連通孔７ｄの数、形状及び配置は、当該スリーブ１４の内外径，長さ，材質等に応じて、適宜に設定することができる。例えば、各連通孔群７Ｄは、図５（Ａ）に示す如く、同一径をなす複数（図示では２個）の連通孔７ｄをスリーブ１４の軸線方向（図５における上下方向）に齟齬するように配置した形態、同図（Ｂ）に示す如く、同一径をなす複数（図示では４個）の連通孔７ｄをスリーブ１４の軸線方向及び径方向（図５における左右方向）に齟齬するように配置した形態、又は同図（Ｃ）に示す如く、径の異なる複数（図示では２個）の連通孔７ｄをスリーブ１４の径方向（及び／又は軸線方向）に齟齬するように配置した形態となすことができる。また、各連通孔７ｄの形状は円形状に限定されることはなく、楕円形等とすることも可能である。勿論、各中間スリーブに形成される連通孔の数、連通孔群を構成する連通孔の数及びこれらの配置等は、当該スリーブが回転密封環を相対回転不能に摩擦係合させるべく軸線方向に圧縮（挟圧）された場合において、これら連通孔又は連通孔群の存在によって当該スリーブの周方向における回転密封環への押圧力が不均一となることを防止できるように、設定される。 In the above-described example, the plurality of communication holes 7d having the same shape are formed in the sleeves (intermediate sleeves) 14, 15, 16 disposed in the seal spaces 7a, 8a, 9a at equal intervals in the circumferential direction. 8d and 9d are formed, but the sleeves 14, 15, and 16 are formed with a plurality of sets of communication hole groups having the same configuration at equal intervals in the circumferential direction. Good. That is, the intermediate sleeve 14 will be described as an example. As shown in FIG. 5, the plurality of communication holes 7d are set as one set of communication hole groups 7D, and the plurality of sets of communication hole groups 7D are spaced at equal intervals in the circumferential direction of the sleeve 14. Is formed. That is, as shown in FIG. 5, a plurality of sets of communication hole groups 7D are formed in each sleeve portion 14a when it is assumed that the sleeve 14 in which they are formed is equally divided into a plurality of sleeve portions 14a in the circumferential direction. The plurality of communicating holes 7d and the plurality of communicating holes 7d formed in the sleeve portion 14a adjacent thereto are formed in the same shape, number and arrangement. The number, shape, and arrangement of the communication holes 7d constituting each communication hole group 7D can be appropriately set according to the inner and outer diameters, lengths, materials, and the like of the sleeve 14. For example, in each communication hole group 7D, as shown in FIG. 5A, a plurality (two in the figure) of communication holes 7d having the same diameter are formed in the axial direction of the sleeve 14 (vertical direction in FIG. 5). As shown in FIG. 5B, a plurality (four in the figure) of communication holes 7d having the same diameter are formed so as to be laid in the axial direction and the radial direction (left and right direction in FIG. 5) of the sleeve 14. Or a configuration in which a plurality (two in the drawing) of communication holes 7d having different diameters are arranged so as to be flared in the radial direction (and / or the axial direction) of the sleeve 14, as shown in FIG. Can be made. Further, the shape of each communication hole 7d is not limited to a circular shape, and may be an ellipse or the like. Of course, the number of communication holes formed in each intermediate sleeve, the number of communication holes constituting the communication hole group, and their arrangement, etc. are determined in the axial direction so that the sleeve frictionally engages the rotary seal ring so as not to rotate relative to each other. In the case of compression (clamping), it is set so that the pressing force to the rotary seal ring in the circumferential direction of the sleeve can be prevented from being non-uniform due to the presence of the communication holes or the communication hole group.
また、第１メカニカルシール３と第２メカニカルシール４との間に配置される第３メカニカルシール６の数Ｍ（≧２）は、必要とされる流体通路数Ｎ（≧３）に応じて任意に設定することができる（Ｍ＝Ｎ−１）。例えば、上記した例では、図１に示す如く、ダブルシール構造に配置した一対のメカニカルシール６，６で構成される１組のシールユニットを両メカニカルシール３，４間に配置したが、両メカニカルシール３，４間には、このようなシールユニットを複数組配置してもよい。図６はその一例を示す図１相当の縦断正面図であり、図６に示すロータリジョイントは、両メカニカルシール３，４間に上記したシールユニットを２組配置して、両体１，２間に５本の流体通路を形成してなるものである。両シールユニット間に形成されるシール空間１０９ａ及びこれを通過する流体通路１０９（ケース体側通路１０９ｂと回転体側通路１０９ｃ，１０９ｄ，１０９ｅとをシール空間１０９ａを介して連通接続してなる）並びに当該シール空間１０９ａに位置される中間スリーブ１１５の構成は、第１シール空間７ａ、第１流体通路７及び上端スリーブ１４（又は第２シール空間８ａ、第２流体通路８及び下端スリーブ１６）と同一構成をなしている。 Further, the number M (≧ 2) of the third mechanical seals 6 disposed between the first mechanical seal 3 and the second mechanical seal 4 is arbitrary depending on the required number of fluid passages N (≧ 3). (M = N−1). For example, in the above-described example, as shown in FIG. 1, a pair of seal units composed of a pair of mechanical seals 6 and 6 disposed in a double seal structure is disposed between both mechanical seals 3 and 4, A plurality of such seal units may be arranged between the seals 3 and 4. FIG. 6 is a longitudinal front view corresponding to FIG. 1 showing an example of this, and the rotary joint shown in FIG. Are formed with five fluid passages. Seal space 109a formed between both seal units, fluid passage 109 passing therethrough (case body side passage 109b and rotary body side passages 109c, 109d, 109e are connected in communication via seal space 109a) and the seal The intermediate sleeve 115 positioned in the space 109a has the same configuration as the first seal space 7a, the first fluid passage 7 and the upper end sleeve 14 (or the second seal space 8a, the second fluid passage 8 and the lower end sleeve 16). There is no.
また、本発明のロータリジョイントにあっては、第１及び第２メカニカルシール３，４を廃して複数の第３メカニカルシール６を並列配置する構成とすることができる。また、第１メカニカルシール３（又は第２メカニカルシール４）を廃して、第２メカニカルシール４（又は第１メカニカルシール３）と一又は複数の第３メカニカルシール６とを並列配置する構成とすることもできる。 Moreover, in the rotary joint of the present invention, the first and second mechanical seals 3 and 4 can be eliminated and a plurality of third mechanical seals 6 can be arranged in parallel. Further, the first mechanical seal 3 (or the second mechanical seal 4) is eliminated, and the second mechanical seal 4 (or the first mechanical seal 3) and one or more third mechanical seals 6 are arranged in parallel. You can also.
１ ケース体
１ａ 第２係止部
１ｂ ケース体側シール面
１ｃ Ｏリング溝
１ｄ Ｏリング溝
２ 回転体
３ メカニカルシール（第１メカニカルシール）
４ メカニカルシール（第２メカニカルシール）
５ シール室
６ メカニカルシール（第３メカニカルシール）
７ 流体通路
７ａ シール空間
７ｂ ケース体側通路
７ｃ 環状空間（回転体側通路）
７ｄ 連通孔（回転体側通路）
７Ｄ 連通孔群
７ｅ 通路孔（回転体側通路）
８ 流体通路
８ａ シール空間
８ｂ ケース体側通路
８ｃ 環状空間（回転体側通路）
８ｄ 連通孔（回転体側通路）
８ｅ 通路孔（回転体側通路）
９ 流体通路
９ａ シール空間
９ｂ ケース体側通路
９ｃ 環状空間（回転体側通路）
９ｄ 連通孔（回転体側通路）
９ｅ 通路孔（回転体側通路）
１０ ベアリング
１０ａ ベアリング装填空間
１１ ベアリング
１１ａ ベアリング装填領域
１２ 軸体
１３ 上端スリーブ
１４ 中間スリーブ（シール空間に位置するスリーブ）
１５ 中間スリーブ（シール空間に位置するスリーブ）
１６ 中間スリーブ（シール空間に位置するスリーブ）
１７ 下端スリーブ
１８ 締付体
１９ 締付ボルト
２０ 回転密封環
２０ａ 密封端面
２１ Ｏリング
２２ 静止密封環
２２ａ 密封端面
２２ｂ 第１係止部
２３ スプリング部材
２４ 回転密封環
２５ Ｏリング
２６ 静止密封環
２７ スプリング部材
２８ 回転密封環
２９ Ｏリング
３０ 静止密封環
３１ スプリング部材
１０９ 流体通路
１０９ａ シール空間
１０９ｂ ケース体側通路
１０９ｃ 環状空間（回転体側通路）
１０９ｄ 連通孔（回転体側通路）
１０９ｅ 通路孔（回転体側通路）
１１５ 中間スリーブ（シール空間に位置するスリーブ）
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Case body 1a 2nd latching | locking part 1b Case body side sealing surface 1c O ring groove 1d O ring groove 2 Rotating body 3 Mechanical seal (1st mechanical seal)
4 Mechanical seal (second mechanical seal)
5 Seal chamber 6 Mechanical seal (third mechanical seal)
7 Fluid passage 7a Seal space 7b Case body side passage 7c Annular space (rotary body side passage)
7d Communication hole (rotor side passage)
7D communication hole group 7e passage hole (rotary body side passage)
8 Fluid passage 8a Seal space 8b Case body side passage 8c Annular space (rotary body side passage)
8d communication hole (rotor side passage)
8e passage hole (rotor side passage)
9 Fluid passage 9a Seal space 9b Case body side passage 9c Annular space (rotary body side passage)
9d Communication hole (rotor side passage)
9e passage hole (rotor side passage)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Bearing 10a Bearing loading space 11 Bearing 11a Bearing loading area 12 Shaft body 13 Upper end sleeve 14 Intermediate sleeve (sleeve located in seal space)
15 Intermediate sleeve (sleeve located in seal space)
16 Intermediate sleeve (sleeve located in the seal space)
17 Lower end sleeve 18 Tightening body 19 Tightening bolt 20 Rotating seal ring 20a Sealed end face 21 O-ring 22 Static seal ring 22a Sealed end face 22b First locking part 23 Spring member 24 Rotating seal ring 25 O-ring 26 Static seal ring 27 Spring Member 28 Rotating sealing ring 29 O-ring 30 Static sealing ring 31 Spring member 109 Fluid passage 109a Sealing space 109b Case body side passage 109c Annular space (rotating body side passage)
109d communication hole (rotor side passage)
109e passage hole (rotor side passage)
115 Intermediate sleeve (sleeve located in the seal space)
Claims (2)
各メカニカルシールがケース体に軸線方向移動可能に保持された静止密封環と回転体に固定された回転密封環との対向端面たる密封端面の相対回転作用によりシール空間をシールするように構成されており、回転体が、軸体とこれに嵌挿された複数のスリーブとを具備するものであり、各回転密封環が、その内周部分を隣接するスリーブ間に挟圧させることによる摩擦係合力によって、回転体に固定保持されており、各回転体側通路が、シール空間に配置されたスリーブと軸体との対向周面間に形成した環状空間と、当該スリーブに穿設されてシール空間と環状空間とを連通する連通孔と、軸体の端部から軸体を貫通して環状空間に開口する通路孔とからなるロータリジョイントにおいて、
シール空間に配置されたスリーブに、その周方向に等間隔を隔てて、同一形状をなす複数の連通孔又は同一形態をなす複数組の連通孔群を形成して、当該スリーブと回転密封環との接触面圧がスリーブの周方向において均一となるようにすることによって、スリーブによる挟圧によって当該回転密封環の密封端面に生じる歪を防止するように構成したことを特徴とするロータリジョイント。 A seal space sealed by a plurality of mechanical seals arranged in parallel in the axial direction is formed between the opposing peripheral surfaces of the case body and the rotary body connected to the case body so as to be relatively rotatable. A rotary joint configured to form a series of fluid passages formed by connecting the case body side passage formed in the case body and the rotor side passage formed in the rotating body through the seal space,
Each mechanical seal is configured to seal the seal space by the relative rotational action of the sealing end surface which is the opposite end surface of the stationary sealing ring held axially movable in the case body and the rotating sealing ring fixed to the rotating body. The rotating body includes a shaft body and a plurality of sleeves fitted into the shaft body, and each rotational sealing ring causes frictional engagement force caused by clamping the inner peripheral portion between adjacent sleeves. The rotary body is fixedly held by the rotary body, and each rotary body side passage is formed between an annular space formed between the sleeve and the shaft body disposed in the seal space, and the sleeve is drilled into the seal space. In a rotary joint comprising a communication hole that communicates with the annular space, and a passage hole that penetrates the shaft body from the end of the shaft body and opens into the annular space,
A plurality of communication holes having the same shape or a plurality of sets of communication holes having the same shape are formed in the sleeve disposed in the seal space at equal intervals in the circumferential direction, and the sleeve and the rotary seal ring are formed. A rotary joint characterized in that the contact surface pressure of the sleeve is made uniform in the circumferential direction of the sleeve, so that distortion generated on the sealing end surface of the rotary sealing ring due to clamping pressure by the sleeve is prevented.
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