JP4027857B2 - ロータリジョイント - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、飲料水，純水，薬液等の供給装置やＣＭＰ装置（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ法による半導体ウエハの表面研摩処理装置）等における相対回転部材間で飲料水，純水等の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。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、飲料水をペットボトル等の容器に供給する飲料水供給装置として、装置本体に、複数の容器を保持する容器台を有する回転体を回転駆動自在に設けると共に下流端を回転体の上端中心部（回転中心部）に直対向して開口させた固定側給液路を設け、回転体に、上流端を回転体の上端中心部に開口させた回転側給液路とその下流端から分岐されて各容器の口部へと導かれた複数の注液路とを設け、固定側給液路の下流端と回転側給液路の上流端とをロータリジョイントにより相対回転自在に連通接続して、飲料水を、飲料水供給源から固定側給液路、ロータリジョイント及び回転側給液路を経て各注液路から容器に注入するように構成されたものが周知である。
【０００３】
而して、このような飲料水供給装置に使用されるロータリジョイントとしては、一般に、筒状のジョイント本体と、ジョイント本体の内周部に回転自在に軸受支持された回転軸体と、ジョイント本体に形成されて回転軸体の一端部に直対向して開口する第１流路と、回転軸体の中心部を軸線方向に貫通する第２流路と、ジョイント本体内において両流路の開口端間を相対回転自在に連通シールする端面接触形のメカニカルシールとを具備し、装置本体にジョイント本体を取り付けて、第１流路を固定側給液路の下流端に接続すると共に、回転軸体を回転体に取り付けて、第２流路を回転側給液路の上流端に接続するように構成されたものが周知である。
【０００４】
すなわち、かかるロータリジョイントにあっては、メカニカルシールが、ジョイント本体における第１流路の開口部分に一端部が取り付けられた伸縮可能なベローズと、ベローズの他端部に環状のガスケットを介して取り付けられた第１密封環、つまりジョイント本体にベローズ及びガスケットを介して軸線方向移動可能且つ液密に保持された第１密封環と、回転軸体の一端部である第２流路の開口部分に環状のガスケットを介して液密に取り付けられた第２密封環と、第1密封環を第２密封環に押圧接触させるべく附勢するスプリングとを具備して、両密封環の相対回転摺接作用により、固定側給液路に接続された第１流路と回転側給液路に接続された第２流路とを相対回転自在に連通接続させるように構成されている。なお、一般的なロータリジョイントにあっては、通常、第1密封環をＯリングを介して軸線方向移動可能且つ液密にジョイント本体に保持させるようにしているが、このようにすると、Ｏリング溝が液溜まりとなって雑菌発生等の問題を生じるため、飲料水用のものでは、上記した如く第１密封環をベローズ及びガスケットを介してジョイント本体に保持させている。
【０００５】
ところで、飲料水供給装置にあっては、当然のことながら、ロータリジョイントを含めた飲料水流動経路における飲料水の汚染を回避する必要があり、飲料水との接触面（接液面）を有するジョイント構成部材については、飲料水を汚染しない材質のもので構成しておく必要がある。
【０００６】
すなわち、端面接触形のメカニカルシールにあっては、一般に、一方の密封環を炭化珪素等の硬質材で構成し、他方の密封環をカーボン等の軟質材で構成しておくが、このような硬質材製の密封環と軟質材製の密封環との組み合わせとなすと、両密封環の相対回転摺接によって摩耗粉が発生して、これが飲料水に混入する虞れがある。そこで、飲料水供給装置におけるロータリジョイントにおいては、第１及び第２密封環をこれらの相対回転摺接によって摩耗粉を生じない同質の硬質材（炭化珪素等）で構成している。
【０００７】
また、ベローズ及びガスケットの構成材としては、一般に、弾性に富むゴム材（シリコンゴム等）が使用されるが、かかるゴム材製のベローズやガスケットは、飲料水のような高度の汚染回避を必要とする流体を扱う場合には使用することができない。例えば、飲料水との接触によりベローズやガスケットから構成材成分が溶出して飲料水に混入したり、扱う飲料水を変更した場合、変更前の飲料水の臭成分がベローズやガスケットに残存して、新たな飲料水に混入する等、飲料水に種々の悪影響を及ぼす。また、飲料水供給装置では、運転開始前や運転停止後又は飲料水の変更時において、スチームや洗浄液による滅菌，洗浄処理を行うが、ゴム製のものでは耐熱性等に問題がある。そこで、飲料水供給装置のロータリジョイントにおいては、従来から、ベローズやガスケットをこのような問題を生じない合成樹脂製のものや金属製のものとしておくことが行なわれている。すなわち、ベローズを合成樹脂材（例えば、充填剤等の不純物を含まないＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）単一材）や金属材（例えば、ステンレス鋼）で構成すると共に、各ガスケットを合成樹脂材（例えば、ＰＴＦＥ単一材又はシリコンゴム等からなる弾性芯材の表面（少なくとも接液面に対応する部分）をＰＴＦＥ，ＥＴＦＥ等のフッ素樹脂単一材で被覆した複合材）で構成して、上記した問題（ベローズやガスケットにおける飲料水との接触面（接液面）からの溶出等）の発生を回避するようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように各密封環とベローズ又は回転軸体との間を、合成樹脂製のガスケット、例えばＰＴＦＥ単一材や複合材からなるガスケット（以下、これらを総称して、『フッ素樹脂製ガスケット』という）でシールするように構成されたロータリジョイントにあっては、飲料水の汚染を回避できるものの、新たに次のような問題が生じることになり、その解決が強く要請されている。
【０００９】
すなわち、フッ素樹脂製ガスケットを使用した場合、これがゴム材製ガスケットより遥かに弾性に乏しいものであるため、各密封環とベローズ又は回転軸体との間におけるガスケット挟圧力つまりガスケット締付面圧を、ゴム材製ガスケットを使用した場合に比して、大幅に高くしておく必要がある。つまり、各密封環を、適当な連結部材により、ベローズ又は回転軸体に強くクランプしておく必要があるが、各密封環をこのように強くクランプした場合、炭化珪素製の密封環に歪みが生じて、両密封環の接触が適正に行われず、両密封環の相対回転摺接によるシール機能（以下『メカニカルシール機能』という）が十分に発揮されない。換言すれば、各密封環を、これに歪みが生じる程度にまで強くクランプしておかない限り、フッ素樹脂製ガスケットによるシール機能（以下『ガスケットシール機能』という）は十分に発揮されない。
【００１０】
したがって、メカニカルシール機能及びガスケットシール機能を共に十分に発揮させるためには、ロータリジョイントを組み立てた上で、両密封環の接触面（密封端面）をラッピング装置（ラップ盤）等により平滑面に修正しておく必要があるが、かかる密封端面の修正（ラッピング等）は、ロータリジョイントを分解し、密封環のクランプを解除して行うため、密封端面修正後にロータリジョイントを再度組み立てた場合に、密封端面に再び歪みが生じる虞れがある。
【００１１】
このように、炭化珪素製の密封環及びフッ素樹脂製ガスケットを使用したロータリジョイントでは、メカニカルシール機能及びガスケットシール機能を共に適正に発揮させることができず、一方の機能が不十分にならざるを得ず、第１流路と第２流路とを漏れの生じない良好なシール状態で連結することが極めて困難であった。
【００１２】
本発明は、このような問題を生じることなく、メカニカルシール機能及びガスケットシール機能を共に良好に発揮させることができ、飲料水供給装置やＣＭＰ装置等における相対回転部材間での流体流動を、汚染を回避しつつ良好に行う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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、筒状のジョイント本体と、ジョイント本体の内周部に回転自在に軸受支持された回転軸体と、ジョイント本体に形成された第１流路と、回転軸体を軸線方向に貫通する第２流路と、ジョイント本体内において両流路の開口端間を相対回転自在に連通する状態にシールする端面接触形のメカニカルシールとを具備するロータリジョイントにおいて、上記の目的を達成すべく、特に、ジョイント本体及びメカニカルシールを次のように構成しておくことを提案するものである。
【００１４】
すなわち、ジョイント本体を、第１流路が形成された第１ジョイント本体部分と回転軸体を軸受支持する第２ジョイント本体部分とに分離可能に構成すると共に、メカニカルシールを、第１ジョイント本体部分に取り付けられた第１メカニカルシール構成部材と回転軸体に取り付けられた第２メカニカルシール構成部材とに分離可能に構成しておく。第１ジョイント本体部分及び第１メカニカルシール構成部材からなる第１ジョイント構成要素と第２ジョイント本体部分、回転軸体及び第２メカニカルシール構成部材からなる第２ジョイント構成要素とは相互に独立した一体構造物をなしており、両ジョイント本体部分の連結により、両ジョイント構成要素が一体に連結されてロータリジョイントが組み立てられる。
【００１５】
第１メカニカルシール構成部分は、第１ジョイント本体部分における第１流路の開口部分に一端部が取り付けられた伸縮可能なベローズと、第１ジョイント本体部分にベローズを介して軸線方向移動可能に保持された炭化珪素製の第１密封環と、ベローズの他端部と第１密封環とをその間に介在させた第１ガスケットが挟圧される状態で連結する第1連結部材又は第３連結部材とを具備するものである。また、第２メカニカルシール構成部分は、回転軸体の一端部である第２流路の開口部分に第２ガスケットを介して固定された第２密封環と、回転軸体の一端部と第２密封環とをその間に介在させた第２ガスケットが挟圧される状態で連結する第２連結部材とを具備するものであり、或いは回転軸体の一端部である第２流路の開口部分に密封環保持リング及び第２ガスケットを介して固定された炭化珪素製の第２密封環と、回転軸体の一端部と密封環保持リングとをその間に介在させた第２ガスケットが挟圧されるシール状態で連結する第４連結部材と、第２密封環と密封環保持リングとを当該密封環の背面が密封環保持リングに全面的に密着された状態で連結する第５連結部材とを具備するものである。また、ベローズは合成樹脂材（例えば、充填剤等の不純物を含有しないポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）単一材）又は金属材（例えば、ステンレス鋼）で構成され、第１及び第２密封環は同質の硬質材（例えば、セラミックス又は超硬合金）で構成され、第１及び第２ガスケットは合成樹脂材（例えば、ＰＴＦＥ又は表面をフッ素樹脂で被覆した複合材）で構成される。
【００１６】
好ましい実施の形態にあっては、ロータリジョイントが、両流路をメカニカルシールで接続してなる一連の流体通路が上下方向に延びる竪形のものとされる。また、ベローズが、中央部分を外方に膨出する一つの伸縮部に構成してなる円筒状のものであり、各密封環が、内径をベローズの内径と同一とする円環状のものであり、ベローズの伸縮部及び各密封環は、両密封環の接触端面である密封端面の内外径ｄ１，ｄ２が伸縮部の平均径Ｄｍ（当該伸縮部における基端部の外周面径Ｄ１と先端頂部の内周面径Ｄ２との平均値）を超えない範囲において当該平均径に近似するように、構成される。例えば、前記密封端面の外径ｄ２を平均径Ｄｍに一致又は略一致させると共に、当該密封端面の内径ｄ１を伸縮部における基端部の外周面径Ｄ１より大きく設定しておく。この場合、各密封環の内周面は、密封端面へと漸次拡径するテーパ面に構成しておくことが好ましい。また、竪形のロータリジョイントにあって、各密封環の内周面を、テーパ面とせず、ベローズの内径に一致する一定径とする場合にあっては、密封端面の一方であって下側のものに、当該密封環の内周側に開口する下窄まり状の切欠溝が形成されていることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図１８に基づいて具体的に説明する。
【００１８】
図１〜図１８に示す各実施の形態は、冒頭で述べた飲料水供給装置において固定側給液路と回転側給液路とを接続する竪形のロータリジョイントに本発明を適用した例に係るものである。
【００１９】
図１〜図５は第１の実施の形態を示すもので、この実施の形態における本発明に係るロータリジョイント（以下「第１ロータリジョイント」という）１は、図１に示す如く、筒状のジョイント本体２と、ジョイント本体２の内周部に回転自在に軸受支持された回転軸体３と、ジョイント本体２に形成されて回転軸体３の一端部（上端部）４に直対向して開口する第１流路５と、回転軸体３の中心部を軸線方向（上下方向）に貫通する第２流路６と、ジョイント本体２内において両流路５，６の開口端間を相対回転自在に連通シールする端面接触形のメカニカルシール７と、洗浄機構８とを具備するものであり、図５に示す如く、各々独立して組み立てられる第１ジョイント構成要素１ａと第２ジョイント構成要素１ｂとに軸線方向（上下方向）に分離可能な構造をなすものである。
【００２０】
ジョイント本体２は、飲料水供給装置の装置本体（図示せず）に取り付けられており、図１に示す如く、軸線が上下方向に延びる円筒形状をなす金属製（ＳＵＳ３０４等）のものであって、軸線方向において上位の第１ジョイント本体部分９と下位の第２ジョイント本体部分１０とに分割されている。両ジョイント本体部分９，１０の分割位置は、図１に示す如く、第２ジョイント本体部分１０に支持される回転軸体３の一端部（上端部）４に対応する位置ないし後述の密封環２９，５４に対応する位置に設定されている。
【００２１】
第１ジョイント本体部分９は、図１及び図２に示す如く、円筒状の周壁１１とその上面部を閉塞する端部壁１２とからなる円筒体である。端部壁１２の中心部には、その上面に突設した給液路接続部１３を貫通して上下方向に延びる横断面円形の第１流路５が穿設されている。この第１流路５の上流端（上端）は、給液路接続部１３を介して、所定の流体（飲料水又は洗浄材）４３を供給する固定側給液路１４の下流端に接続されている。
【００２２】
第２ジョイント本体部分１０は、図１に示す如く、第１ジョイント本体部分９の下端つまり周壁１１の下端にボルト１５により同心状に連結された円筒状の接続部１６と、接続部１６の下端にボルト１７により同心状に連結された円環状の仕切部１８と、仕切部１８の下端にボルト１９により同心状に連結された円筒状の軸受部２０とからなる。ジョイント本体２は、図５に示す如く、ボルト１５を取外すことにより、第１ジョイント本体部分９と第２ジョイント本体部分１０とに分離できるようになっている。
【００２３】
回転軸体３は、その下端部が前記飲料水供給装置の回転体（図示せず）に取り付けられた円柱形状をなす金属製（ＳＵＳ３１６等）のもので、回転体の回転駆動に伴って強制回転されるものであり、図１に示す如く、下端側部分をジョイント本体２外に露出させた状態で、ジョイント本体２に、その軸受部２０に設けたベアリング２１，２１により、同心状且つ回転自在に軸受支持されている。回転軸体３は、その一端部たる上端部４が第１ジョイント本体部分９と第２ジョンイト本体部分１０との分割位置（第１ジョイント本体部分９の下端位置ないし第２ジョイント本体部分１０の上端位置）に対応する位置に位置されるように、第２ジョイント本体部分１０にベアリング２１，２１を介して取り付けられている。
【００２４】
回転軸体３の中心部には、図１に示す如く、回転軸体３を上下方向に貫通する第２流路６が形成されている。第２流路６は第１流路５と同一の横断面形状（同一径をなす円形）をなすもので、その上端（上流端）は第１流路５の下端に直対向しており、その下端（下流端）は前記回転体に形成された回転側給液路２２に接続されている。なお、第２ジョイント本体部分１０の仕切部１８及び軸受部２０と回転軸体３との対向周面間には、ベアリング２１，２１の収納空間を閉塞するオイルシール２３，２３が配設されている。
【００２５】
メカニカルシール７は、図１及び図２に示す如く、第１ジョイント本体部分９に取り付けられた第１メカニカルシール構成部材２４と回転軸体３に取り付けられた第２メカニカルシール構成部材２５とからなり、第１流路５と第２流路６とを相対回転自在に連通接続するものである。すなわち、両流路５，６をメカニカルシール７により接続することにより、上下方向に直線状に延びる一連の流体通路８２が形成される。
【００２６】
第１メカニカルシール構成部分２４は、図１〜図３に示す如く、第１ジョイント本体部分９に環状の第１及び第２ガスケット２６，２７並びにベローズ２８を介して軸線方向移動可能（上下移動可能）に取付けられた第１密封環２９と、ベローズ２８と第１密封環２９とを連結する第１連結部材３０，３１，３２と、第１密封環２９を軸線方向に附勢するスプリング３３とを具備する。
【００２７】
ベローズ２８は、図２に示す如く、外方に山形に膨出する一つの伸縮部３４と、伸縮部３４の両端（上下端）に連なる一対の円筒部３５，３６と、各円筒部３５，３６の端部に形成された一対の円環状フランジ部３７，３８とからなる円筒状のものであり、ゴムのような高度の弾性を有しない合成樹脂材又は金属材で構成されている。この例では、ベローズ２８は、充填剤等の不純物を含有しないＰＴＦＥ単一材で構成されている。ベローズ２８の内径Ｄ０つまり伸縮部３４の基端部３４ｂの内周面径、円筒部３５，３６の内径及びフランジ部３７，３８の内径は、流路５，６の径に一致している。伸縮部３４の膨出量（円筒部３５，３６の外周面と伸縮部３４の先端頂部３４ａの内周面との軸線方向に直交する方向の距離）Ｈは、後述する如く伸縮部３４の軸線方向変形能を高くして取付長での剛性が小さくなるように、可及的に大きく設定されている。
【００２８】
而して、ベローズ２８の一端部（上端部）であるフランジ部３７は、当該フランジ部３７及びこれに連なる円筒部３５に外嵌状に係合させた二つ割状（径方向に二分割）の取付リング３９により、第１ジョイント本体部分９における第１流路５の開口部分つまり端部壁１２の下面部にシール状に取り付けられている。取付リング３９は、その下位に配置した円環状のスプリング保持体４０と共に、ボルト４１により端部壁１２に取り付けられている。端部壁１２とフランジ部３７との間は、そこに介在させた環状の第１ガスケット２６によりシールされる。第１ガスケット２６の内径は、ベローズ２８の内径Ｄ０及び第１流路５の径に一致されており、ベローズ２８及び第１ガスケット２６は第１流路５と同心をなして端部壁１２に固定されている。第１ガスケット２６は、ＰＴＦＥ単一材又は表面（少なくとも接液面）をフッ素樹脂単一材で被覆した複合材（例えば、シリコンゴム製の環状芯材の少なくとも接液面に対応する表面部分をＰＴＦＥ単一材層又はＥＴＦＥ単一材層等のフッ素樹脂単一材層で被覆したもの）で構成されたフッ素樹脂製ガスケットである。第１ガスケット２６は、ボルト４１を締め付けることにより端部壁１２とフランジ部３７との間に挟圧されて、両者１２，３７間をシールするものであるが、ボルト４１の締付力は第１ガスケット２６による十分なシール力が確保されるように調整される。
【００２９】
また、ベローズ２８の他端部（下端部）であるフランジ部３８には、第１ガスケット２６と同一形状且つ同一材質のフッ素樹脂製ガスケットたる第２ガスケット２７を介して、第１密封環２９がシール状に取り付けられている。第１密封環２９はセラミックス，超硬合金等の硬質材製（この例では、炭化珪素製）のもので、図２及び図３に示す如く、本体部４４とこれから軸線方向（下方向）に突出するシール部４５とを備えた円筒体に構成されている。第１密封環２９の内径つまり本体部４４の内径ｄ０はベローズ２８の内径Ｄ０に一致しており、シール部４５の先端面（第１密封環２９の下端面）は軸線に直交する平滑面たる密封端面４６とされている。シール部４５の内周面は、本体部４４から密封端面４６へと漸次拡径するテーパ面４５ａとされている。第１密封環２９は第１連結部材３０，３１，３２によりフランジ部３８に取り付けられているが、この第１連結部材は、図２に示す如く、第１密封環２９の本体部４４の外周部に係合させた保持リング３０と、ベローズ２８の円筒部３６及びフランジ部３８の一部に外嵌状に係合させた二つ割状（径方向に二分割）の取付リング３１と、両リング３０，３１を締結するボルト３２とからなる。保持リング３０は、第１密封環２９の本体部４４、フランジ部３８の一部及び取付リング３１に外嵌されると共に第１ジョイント本体部分９の内周部（周壁１１の内周部）に軸線方向に移動自在に内嵌された円環状の本体部４７と、第１密封環２９の本体部４４の下端部に、シール部４５に干渉しない状態で、係合する円環状の係合部４８とからなり、ボルト３２を締め付けることにより、フランジ部３８と第1密封環２９とを第２ガスケット２７を挟圧した状態で連結するように構成されている。ボルト３２の締め付けによる第２ガスケット２７の挟圧力（締付面圧）は、フランジ部３８と第1密封環２９との間を適正にシールしうるに十分なものとされる。なお、各ガスケット２６，２７は、図３に示す如く、円環状板をなすガスケット本体の両面に円環状の膨出部４２を形成したものであり、その位置決めを、当該ガスケット２６，２７の挟圧面（第１ガスケット２６については端部壁１２とフランジ部３７との対向端面であり、第２ガスケット２７については第１密封環２９とフランジ部３８との対向端面である）に形成した各円環状凹部に膨出部４２を係合させることにより、適正に行いうるように（つまり、ガスケット２６，２７の内周面が第１流路５並びにベローズ２８の円筒部３５，３６及びフランジ部３７，３８の内周面と面一となるように）工夫されている。
【００３０】
第１密封環２９は、ベローズ２８の伸縮範囲内（伸縮部３４の上下伸縮範囲内）において上下移動可能とされており、スプリング保持体４０と保持リング３０（本体部４７）との間に介装された適当数（一個のみ図示）のスプリング３３による附勢力により、下方へと附勢されている。そして、第１密封環２９の径方向への変位は、保持リング３０の本体部４７が第１ジョイント本体部分９に嵌合されていることによって阻止され、周方向への変位（回転変位）は、スプリング保持体４０に螺着されて下方に突出するドライブピン４９を、保持リング３０に形成した係合孔５０に上下移動可能に係合させることによって、阻止されている。なお、第１密封環２９と保持リング３０との間の相対回転は、第１密封環２９に形成した係合凹部５１と保持リング３０に突設したドライブピン５２との係合によって阻止されている。
【００３１】
而して、第１ジョイント構成要素１ａは、図５に示す如く、第１ジョイント本体部分９に第１メカニカルシール構成部分２４を組み込むことにより、組み立てられるものであり、後述する第２ジョイント構成要素１ｂとは完全に独立した一体構造物となっている。そして、第１ジョイント構成要素１ａの組み立て、つまり第１メカニカルシール構成部分２４の第１ジョイント本体部分９への組み込みは、次の手順で行なわれる。すなわち、ベローズ２８の一端側部分（円筒部３５及びフランジ部３７）に二つ割状の取付リング３９を係合させた上、スプリング保持体４０及び取付リング３９を、これらに挿通させたボルト４１により第１本体部分９の端部壁１２に取り付け、更にボルト４１を適当に締め付けて、ベローズ２８を端部壁１２との間に第１ガスケット２６を挟圧させた状態で当該端部壁１２にシール状に取り付けて、第１流路５とベローズ２８とを連通接続させる。このとき、第１ガスケット２６の膨出部４２，４２を端部壁１２とフランジ部３７との対向端面に形成した環状凹部に係合させることにより、ガスケット２６の内周面及びベローズ２８の内周面は第１流路５に面一状に連なる。次に、ベローズ２８の他端側部分（円筒部３６及びフランジ部３８）に二つ割状の取付リング３１を係合させた上、保持リング３０を、その係合部４８に第１密封環２９を係合させた状態で且つ第１密封環２９とフランジ３８との間に第２ガスケット２７を介在させると共に保持リング３０とスプリング保持体４０との間にスプリング３３を介在させた状態で、ボルト３２により取付リング３１に取り付け、更にボルト３２を適当に締め付けて、ベローズ２８と第１密封環２９とを、両者２８，２９間に第２ガスケット２７を挟圧させたシール状態で連結する。このとき、第２ガスケット２７の膨出部４２，４２を第１密封環２９の本体部４４とフランジ部３８との対向端面に形成した環状凹部に係合させることにより、第２ガスケット２７の内周面及び第１密封環２９の内周面はベローズ２８の内周面に面一状に連なる。そして、保持リング３０の係合孔５０に挿通させたドラブピン４９をスプリング保持体４０に螺着することによって、メカニカルシール構成部分２４の第１ジョイント本体部分９内への組み込みが完了し、第１ジョイント構成要素１ａが組み立てられる。
【００３２】
第２メカニカルシール構成部分２５は、図１及び図２に示す如く、回転軸体３の一端部４である第２流路６の開口部分に環状の第３ガスケット５３を介して固定された炭化珪素製の第２密封環５４と、回転軸体３の一端部４と第２密封環５４とをその間に介在させた第３ガスケット５３が挟圧されるシール状態で連結する第２連結部材５５，５６，５７，５８，５９とを具備する。
【００３３】
第２密封環５４は第１密封環２９と同一形状且つ同一材質をなす共通部材である。すなわち、第２密封環５４は、図３に示す如く、本体部６０とこれから軸線方向（上方向）に突出するシール部６１とを備えた円筒体に構成されている。第２密封環５４の内径つまり本体部６０の内径ｄ０はベローズ２８の内径Ｄ０に一致している。シール部６１の先端面（第２密封環５４の上端面）は、軸線に直交する平滑面たる密封端面６２とされていて、スプリング３３により第１密封環２９の密封端面４６が押圧接触せしめられている。シール部６１の内周面は、本体部６０から密封端面６２へと漸次拡径するテーパ面６１ａとされている。
【００３４】
第２密封環５４は、第２連結部材５５，５６，５７，５８，５９により、回転軸体３の上端部４にシール状に取り付けられているが、この第２連結部材は、第２密封環５４の本体部６０の外周部に係合させた保持リング５５と、回転軸体３の上端側外周部に形成した環状溝６３に係合させた二つ割状（径方向に二分割）の固定リング５６と、保持リング５５と固定リング５６との間に配して回転軸体３の上端部に外嵌状に挿通させた取付リング５７と、取付リング５７を固定リング５６に取り付けるボルト５８と、保持リング５５を取付リング５７に締結するボルト５９とからなる。取付リング５７は、ボルト５８により、環状溝６３に係合させた固定リング５６に取り付けることによって、回転軸体３の上端部に取り付けられている。この取付リング５７と回転軸体３との相対回転は、取付リング５７の内周部に形成した係合凹部６４と回転軸体３の外周部に突設したドライブピン６５との係合によって阻止される。保持リング５５は、第２密封環５４の本体部６０に外嵌された円環状の本体部６６と、第２密封環５４の本体部６０の上端部にシール部６１に干渉しない状態で係合する円環状の係合部６７とからなり、本体部６６を貫通して取付リング５７に螺合させたボルト５９を締め付けることにより、回転軸体３と第２密封環５４とを第３ガスケット５３を挟圧したシール状態で連結するように構成されている。第３ガスケット５３は、ボルト５９を締め付けることにより回転軸体３の上端部４と第２密封環５４の本体部６０との間に挟圧されるが、ボルト５９による挟圧力（締付面圧）は両部４，６０との間を適正にシールしうるに十分なものとされる。第３ガスケット５３は、ＰＴＦＥ単一材又は表面（少なくとも接液面）をフッ素樹脂単一材で被覆した複合材（例えば、シリコンゴム製の環状芯材の少なくとも接液面に対応する表面部分をＰＴＦＥ単一材層又はＥＴＦＥ単一材層等のフッ素樹脂単一材層で被覆したもの）で構成されたもので、前記ガスケット２６，２７と同一材質，形状のフッ素樹脂製ガスケットである。すなわち、第３ガスケット５３は、図３に示す如く、円環状板をなすガスケット本体の両面に円環状の膨出部４２，４２を形成したものであり、その位置決めを、当該第３ガスケット５３の挟圧面（回転軸体３と第２密封環５４との対向端面）に形成した各円環状凹部に膨出部４２を係合させることにより、適正に行いうるように工夫されている。第２密封環５４と保持リング５５との間の相対回転は、第２密封環５４の外周部に形成した係合凹部６８と保持リング５５の内周部に突設したドライブピン６９との係合によって阻止されている。
【００３５】
洗浄機構８は、図１に示す如く、ジョイント本体２内に形成されたメカニカルシール７の囲繞空間たる洗浄空間７０と、第１ジョイント本体部分９の周壁１１の上端部に形成されて、洗浄空間７０の上部に連通する滅菌，洗浄材供給口７１と、第２ジョイント本体部分１０の仕切部１８に形成されて、洗浄空間７０の下部に連通する滅菌，洗浄材排出口７２と、固定リング５６の下位に配して回転軸体３の外周部にセットスクリュー７３及びＯリング７４を介して取り付けられたスリング固定リング７５と、スリング固定リング７５の外周部に一体形成されて垂下する円筒状のスリング７６と、第２ジョイント本体部分１０の仕切部１８の内周部に一体形成されており、仕切部１８から上方に延びて回転軸体３とスリング７６との対向周面間に挿入された円筒状のシール保持リング７７と、シール保持リング７７の外周部に固定保持されて、スリング７６とシール保持リング７７との対向周面間をシールする環状シール部材（Ｖシール）７８と、第２ジョイント本体部分１０の仕切部１８に形成されて、回転軸体３とシール保持リング７７との対向周面間に形成されるドレン空間７９の下端部に連通するドレン８０とを具備して、スチーム，洗浄液等の滅菌，洗浄材８１を滅菌，洗浄材供給口７１から洗浄空間７０に供給する（例えば、１４０℃，０．３ＭＰaＧの飽和蒸気を３０分供給する）ことにより、第１ロータリジョイント１内を滅菌，洗浄しうるように構成されている。なお、Ｏリング７４等のすべてのＯリング及びシール部材７８のシール部分は、滅菌，洗浄材８１に対して化学的に不活性であり且つ耐熱性を有するＰＴＦＥ等のフッ素樹脂により構成されている。
【００３６】
而して、第２ジョイント構成要素１ｂは、図５に示す如く、第２ジョイント本体部分１０に回転軸体３及び第２メカニカルシール構成部分２５を組み込むことにより、組み立てられるものであり、前記した第２ジョイント構成要素１ｂとは完全に独立した構造をなしている。そして、第２ジョイント構成要素１ｂの組み立ては、次の手順で行なわれる。回転軸体３と第２ジョイント本体部分１０の軸受部２０とをベアリング２１，２１により相対回転自在に連結した上、回転軸体３に挿通させた仕切部１８をボルト１９により軸受部２０に取り付ける。次に、回転軸体３にスリング固定リング７５をセットスクリュー７３により取り付けた上、回転軸体３に第２メカニカルシール構成部分２５を組み込む。すなわち、回転軸体３の環状溝６３に二つ割状の固定リング５６を係合させると共に、この固定リング５６と回転軸体３に挿通させた取付リング５７とをボルト５８（図２参照）により連結する。そして、保持リング５５をボルト５９により取付リング５７に取り付けることにより、第２密封環５４を第３ガスケット５３を介在させた状態で回転軸体３の端部４に取り付けた上、第２密封環５４と回転軸体３とによる第３ガスケット５３の挟圧力（締付面圧）が適正となるように、ボルト５９を適当に締め付けて、両者３，５４間が第３ガスケット５３によりシールされるようにする。しかる後、第２ジョイント本体部分１０の接続部１６をボルト１７により仕切部１８に取り付けることによって、第２ジョイント構成要素１ｂが組み立てられる。なお、第１ジョイント構成要素１ａと第２ジョイント本体部分１ｂとは、第１ジョイント本体部分９の周壁１１と第２ジョイント本体部分１０の接続部１６とをボルト１５により連結することにより、図１に示す如く、密封環２９，５４の密封端面４６，６２が同心状をなして相互に押圧接触して流路５，６がシール状に連通接続された第１ロータリジョイント１が組み立てられる。
【００３７】
ところで、両密封環２９，５４の接触面圧（密封端面４６，６２の接触面圧）は、軸線方向に移動可能な第１密封環２９に作用する背圧Ｆ１及びスプリング３３による押圧力（スプリング圧）による閉力（密封端面４６，６２間を閉じる方向に作用する力）と密封端面４６，６２間に作用する開力（密封端面４６，６２間に形成される流体潤滑膜による）とによって決定されるが、良好なシール機能が発揮されるためには、当該接触面圧が適正となるように、この開閉力がバランスされることが必要である。而して、図４に示す如く、密封環２９，５４の接触端面である密封端面４６，６２の内外径ｄ１，ｄ２はベローズ２８の伸縮部３４の膨出量Ｈに応じて設定され、ベローズ２８には、伸縮部３４に作用する流体４３の圧力（内圧）によって軸線方向の推力Ｆが生じる。この推力Ｆは、ベローズ形伸縮管継手（ＪＩＳ Ｂ２３５２）と同様に、伸縮部３４の平均径Ｄｍによって決定され、Ｆ＝（π／４）（Ｄｍ ２−Ｄ０ ２）Ｐ＝（π／４）（Ｄｍ ２−ｄ０ ２）Ｐ（Ｐは流体４３の圧力）で与えられる。ここに、平均径Ｄｍは伸縮部３４の中心径であり、伸縮部３４における基端部３４ｂの外周面径Ｄ１と先端頂部３４ａの内周面径Ｄ２との平均値（Ｄｍ＝（Ｄ１＋Ｄ２）／２＝Ｄ１＋Ｈ／２＝Ｄ２−Ｈ／２）である。したがって、第１密封環２９には、その密封端面４６の内周側部分（テーパ面４５ａ）に流体４３の圧力によって当該推力に抗する力Ｆ０（＝（π／４）（ｄ１ ２−ｄ０ ２）Ｐ＝（π／４）（ｄ１ ２−Ｄ０ ２）Ｐ）が作用することから、第１密封環２９には、実質的にＦ−Ｆ０（＝（π／４）（Ｄｍ ２−ｄ１ ２）Ｐ）が背圧Ｆ１として作用することになり、この背圧Ｆ１によって前記閉力が決定される。そして、背圧Ｆ１は、密封端面４６，６２の内径ｄ１を大きくするに従って小さくなり、当該内径ｄ１を小さくするに従って大きくなる。例えば、ｄ１＝ｄ０（＝Ｄ０）とした場合、推力Ｆがそのまま背圧Ｆ１として作用する（Ｆ＝Ｆ１）ことになる。背圧Ｆ１が必要以上に高くなると、密封端面４６，６２の接触面圧が適正範囲を超えて、密封端面４６，６２が焼き付く等の問題を生じる。一方、ベローズ２８については、伸縮部３４の膨出量Ｈが小さくなると、平均径Ｄｍが小さくなり背圧Ｆ１も小さくできるが、ベローズ２８が合成樹脂材や金属材（この例ではＰＴＦＥ単一材）で構成されているため、ベローズをゴム等の弾性材で構成した場合と異なって、伸縮部３４の伸縮変形能（軸線方向変形能）が低く剛性が高くなる。その結果、ベローズ２８に連結された第１密封環２９の軸線方向移動が円滑に行なわれず、第１密封環２９の追従性が低下して、適正な接触面圧が得られず、良好なシール機能を発揮し得ない。逆に、剛性を低くするために、伸縮部３４の膨出量Ｈを大きくすると、平均径Ｄｍが大きくなり、流体４３の圧力（流体圧）Ｐが高い場合には、背圧Ｆ１が必要以上に高くなり、接触面圧が適正範囲を超えることになる。また、前記開力は、密封端面４６，６２の内外径ｄ１，ｄ２によって決定され、密封端面４６，６２の径方向幅（シール面幅）Ｗ（＝（ｄ１−ｄ２）／２）を一定とした場合、内外径ｄ１，ｄ２が大きくなるに従い大きくなり、平均径Ｄｍを超えると背圧Ｆ１とのバランスが崩れて、スプリング圧を必要以上に高くしないと、密封端面４６，６２の接触面圧が低下して良好なシール機能が発揮できず、極端な場合には密封端面４６，６２が開いてシール機能が喪失することになる。また、スプリング圧を必要以上に高くすると、当該メカニカルシール７の開始時における密封端面４６，６２の接触面圧（流体４３による潤滑膜が形成されないドライ運転状態における接触面圧）が高くなって、密封端面４６，６２が焼き付く等の問題が生じる。勿論、スプリング圧が必要以上に高い場合には、メカニカルシール構成部分２４の第１ジョイント本体部分９内への組み込み（第１ジョイント構成要素１ａの組み立て）が困難となる。
【００３８】
したがって、密封端面４６，６２の内外径ｄ１，ｄ２を、平均径Ｄｍを超えない範囲（ｄ２≦Ｄｍ）において、所定のシール面幅Ｗ（＝（ｄ２−ｄ１）／２）が確保されること及び推力に抗する力Ｆ０が発生すること（ｄ１＞Ｄ０）を条件として、平均径Ｄｍに近似させておくことにより、伸縮部３４の膨出量Ｈを可及的に大きくしても背圧Ｆ１を前記開閉力がバランスされる範囲で小さくしておくことができ、流体圧Ｐが高い場合にも、密封端面４６，６２の接触面圧を適正に維持して良好なシール機能を発揮させることができる。この例では、図４に示す如く、密封端面４２，６２の外径ｄ２を平均径Ｄｍに一致又は略一致させると共に、内径ｄ１を所定のシール面幅Ｗが確保できることを条件としてｄ１＞Ｄ１の範囲で可及的に大きくしてある。なお、ｄ１＞Ｄ０とすることによって流体通路８２に凹凸が生じるため、流体４３の円滑な流動が妨げられたり、澱みが生じる等の虞れがあるが、かかる虞れは、前述した如く密封環２９，５４の内周面にテーパ面４５ａ，６１ａを形成しておくことによって回避することができる。なお、図示していないが、流体通路８２に望む角部（例えば、密封環２９，５４の内周面とテーパ面４５ａ，６１ａとの接合部）は円弧状に形成して、当該角部による流体４３の円滑な流動が角部によって妨げられないように工夫されている。
【００３９】
以上のように構成された第１ロータリジョイント１にあっては、第１流路５と第２流路６とがベローズ２８、ガスケット２６，２７，５３及び密封環２９，５４を介して連通接続された一連の流体通路８２が形成されている。この流体通路８２の周壁面は、両流路５，６の周壁面、ベローズ２８の最小内周面（円筒部３５，３６及びフランジ部３７，３８の内周面）、ガスケット２６，２７，５３の内周面及び密封環２９，５４の内周面が同一径且つ同心とされていることから、ベローズ２８の伸縮部３４及びテーパ面４５ａ，６１ａによって形成される流体通路部分を除いて、上下方向に直線状に延びる円柱面をなしている。したがって、当該流体通路部分（伸縮部３４又はテーパ面４５ａ，６１ａで形成される環状凹部）がＶ字形状をなすものであることとも相俟って、流体通路８２には流体４３が滞留する部分つまり液溜まりが生じず、流体４３が円滑に流体通路８２を下方へと円滑に流動することになり、液溜まりによる雑菌発生の虞れはない。
【００４０】
また、ボルト３２，５９による締め付け力つまり密封環２９，５４とベローズ２８又は回転軸体３との間におけるガスケット２７，５３の挟圧力（締付面圧）は、フッ素樹脂製ガスケット２７，５３によるガスケットシール機能が十分に発揮されるように設定されるが、そのため密封環２９，５４の密封端面４６，６２に歪みが生じる。ところで、第１ロータリジョイント１は、図５に示す如く、第１ジョイント本体部分９に第１メカニカルシール構成部材２４を組み込んでなる第１ジョイント構成要素１ａと、第２ジョイント本体部分１０に回転軸体３及び第２メカニカルシール構成部材２５を組み込んでなる第２ジョイント構成要素１ｂとを各別に組み立てた上、両ジョイント構成要素１ａ，１ｂを、図１に示す如く、ボルト１５により連結することによって、組み立てられる。したがって、各ジョイント構成要素１ａ，１ｂを、各々、ラッピング装置（ラップ盤）等にセットして、当該ジョイント構成要素１ａ，１ｂの組み立て（ボルト３２，５９の締め付け）によって生じた密封端面４６，６２の歪みを修正した上で、両ジョイント構成要素１ａ，１ｂをボルト１５により連結することにより、密封端面４６，６２が歪みのない平滑面とされた第１ロータリジョイント１を得ることができる。すなわち、冒頭で述べた如く、密封端面の歪み修正後に密封環を組み込むようにせざるを得ない場合に比して、密封端面４６，６２の接触状態を適正且つ高精度に確保することができる。
【００４１】
このようにして組み立てられた第１ロータリジョイント１にあっては、メカニカルシール機能及びガスケット機能が適正に発揮されることになり、第１流路５から第２流路６へと漏れのない良好なシール状態で流体４３を流動させることができる。
【００４２】
また、ベローズ２８の伸縮部３４の膨出量Ｈを可及的に大きくすることによって、ベローズ２８が弾性能力の低い材質のものであるにも拘らず、密封環２９の追従性が向上する。また、伸縮部３４の膨出量Ｈを大きくしたに拘らず、密封端面の内外径Ｄ１，Ｄ２を平均径Ｄｍに近づけておくことにより、流体４３の圧力Ｐが高い場合にも、背圧Ｆ１を小さくして密封端面４６，６２の接触面圧を適正に維持することができる。これらのことから、メカニカルシール７によるシール機能が良好に発揮されて、相対回転部材間での流体流動を良好に行なうことができる。
【００４３】
また、飲料水供給装置の運転開始前、運転停止後又は供給させるべき飲料水を変更する際には、滅菌，洗浄材８１を滅菌，洗浄材供給口７１から洗浄空間７０に供給する（例えば、１４０℃，０．３ＭＰaＧの飽和蒸気を３０分供給する）ことにより、第１ロータリジョイント１内を滅菌，洗浄する。この場合、密封端面２９，５４間から洗浄空間７０に漏洩した流体４３は、滅菌，洗浄材８１と共に滅菌，洗浄材排出口７２から排出されることになり、かかる漏洩流体によりロータリジョイント１内における雑菌発生が回避される。
【００４４】
また、図６〜図９は第２の実施の形態を示すもので、この実施の形態における本発明に係るロータリジョイント（以下「第２ロータリジョイント」という）１０１は、図６に示す如く、筒状のジョイント本体１０２と、ジョイント本体１０２の内周部に回転自在に軸受支持された回転軸体１０３と、ジョイント本体１０２に形成されて回転軸体１０３の一端部（上端部）１０４に直対向して開口する第１流路１０５と、回転軸体１０３の中心部を軸線方向に貫通する第２流路１０６と、ジョイント本体１０２内において両流路１０５，１０６の開口端間を相対回転自在に連通シールする端面接触形のメカニカルシール１０７と、洗浄機構１０８とを具備するものであり、図９に示す如く、軸線方向（上下方向）において第１ジョイント構成要素１０１aと第２ジョイント構成要素１０１ｂとに分離可能な構造をなすものである。
【００４５】
なお、第２ロータリジョイント１０１は、メカニカルシール１０７及びその取付構造を除いて、第１ロータリジョイント１と同一構造をなすものであるから、第１ロータリジョイント１における構成部分と同一の構成部分（材質，形状が同一であるもの）については、図６〜図９において図１〜図５と同一符号を付することによって、その詳細な説明は省略することとする。また、密封環、ガスケット及びＯリングを除くジョイント構成部分は、全て、ステンレス鋼等の金属製である。
【００４６】
ジョイント本体１０２は、前記飲料水供給装置の装置本体（図示せず）に取り付けられており、図６に示す如く、軸線が上下方向に延びる円筒形状をなすものであって、軸線方向（上下方向）において上位の第１ジョイント本体部分１０９と下位の第２ジョイント本体部分１１０とに分割されている。第１ジョイント本体部分１０９は、円筒状の周壁１１１とその上面部を閉塞する端部壁１１２とをボルト１１３により連結してなる円筒体である。第２ジョイント本体部分１１０は、第１ロータリジョイント１の第２ジョイント本体部分１０と同一構造をなしており、第１ジョイント本体部分１０９の周壁１１１にボルト１５により連結された接続部１６と、接続部１６にボルト１７により連結された仕切部１８と、仕切部１８にボルト１９により連結された軸受部２０とからなる。回転軸体１０３は、第１ロータリジョイント１の回転軸体３と同様に、その一端部（上端部）１０４が両ジョイント本体部分１０９，１１０の分割位置（第１ジョイント本体部分１０９の下端位置ないし第２ジョイント本体部分１１０の上端位置）に対応する位置に位置されるように、第２ジョイント本体１１０の軸受部２０にベアリング２１，２１を介して回転自在に軸受支持されている。
【００４７】
メカニカルシール１０７は、図６に示す如く、第１ジョイント本体部分１０９に取り付けられた第１メカニカルシール構成部材１２４と回転軸体１０３に取り付けられた第２メカニカルシール構成部材１２５とからなる。
【００４８】
第１メカニカルシール構成部分１２４は、第１ジョイント本体部分１０９に環状の第１及び第２ガスケット（フッ素樹脂製ガスケット）２６，２７並びにベローズ２８を介して軸線方向移動可能（上下移動可能）に取り付けられた第１密封環２９と、ベローズ２８と第１密封環２９とを連結する第３連結部材１８５，１８６，１８７，１８８，１８９と、第１密封環２９を軸線方向に附勢するスプリング３３とを具備する。
【００４９】
ベローズ２８は、図８に示す如く、第１ロータリジョイント１におけると同様に伸縮部３４の膨出量Ｈを大きくして、剛性を小さくしたものである。ベローズ２８の一端部（上端部）であるフランジ部３７は、円筒部３５に外嵌状に係合させた二つ割状（径方向に二分割）の取付リング１９０及びその下面外周縁部に係合させた押圧リング１９１により、第１ガスケット２６を介在した状態で第１ジョイント本体部分１０９における第１流路１０５の開口部分つまり端部壁１１２の下面部に取り付けられている。すなわち、フランジ部３７は、端部壁１１２を貫通して押圧リング１９１に螺合させたボルト１１４を締め付けることにより、当該フランジ部３７と端部壁１１２との間に挟圧された第１ガスケット２６により、端部壁１１２にシール状に取り付けられている。ベローズ２８の内径（円筒部３５，３６及びフランジ部３７，３８の内径）Ｄ０及び第１ガスケット２６の内径は第１流路１０５の径に一致されており、ベローズ２８及び第１ガスケット２６は第１流路１０５と同心をなして端部壁１１２に固定されている。第１ガスケット２６は、ボルト１１４を締め付けることにより端部壁１１２とフランジ部３７との間に挟圧されて、両者３７，１１２間をシールするものであるが、ボルト１１４の締付力は第１ガスケット２６による十分なシール力が確保されるように調整される。
【００５０】
ベローズ２８の他端部（下端部）であるフランジ部３８には、第３連結部材１８５，１８６，１８７，１８８，１８９により、第１密封環２９が第２ガスケット（フッ素樹脂製ガスケット）２７を介してシール状に取り付けられている。すなわち、第３連結部材は、図７に示す如く、円筒部３６に外嵌させた二つ割状（径方向に二分割）の取付リング１８５と、フランジ部３８に第２ガスケット２７を介在した状態で衝合する保持リング１８６と、保持リング１８６に第１密封環２９を連結させる連結リング１８７と、取付リング１８５と保持リング１８６とを締結するボルト１８８と、保持リング１８６と連結リング１８７とを締結するボルト１８９とからなる。
【００５１】
フランジ部３８と保持リング１８６とのボルト１８８による締付力は、両者３８，１８６間をシールするに十分な締付面圧（第２ガスケット２７の挟圧力）が得られるように調整されるが、保持リング１８６は、その軸線方向の厚みを大きくして、かかる締付力によっては歪を生じないような剛性を有するものとされている。
【００５２】
保持リング１８６の下端面には、第１密封環２９の背面（本体部４４の基端面たる上端面）１１５が全面的に衝合する平滑な環状シール面（バフ仕上げされた鏡面）１１６が形成されており、連結リング１８７の内周部には、当該本体部４４の先端面（下端面）にシール部４５の近傍部位において係合する環状の係合突起１１７が形成されている。そして、保持リング１８６と連結リング１８７とを締結するボルト１８９を締め付けて、係合突起１１７により第１密封環２９をシール面１１６へと押し付けることにより、第１密封環２９が保持リング１８６のシール面１１６に密着されて、両者２９，１８６がシール状に連結される。
【００５３】
このように、第３連結部材１８５，１８６，１８７，１８８，１８９によりベローズ２８にシール状に連結された第１密封環２９は、ベローズ２８の伸縮範囲内（伸縮部３４の上下伸縮範囲内）において上下移動可能とされるが、更に、スプリング３３を含む次のような手段により、径方向変位及び周方向変位（回転変位）を阻止された状態で下方へと附勢されている。
【００５４】
すなわち、保持リング１８６の外周部は、大径部１９５とその下位の小径部１９６とが形成された階段状に構成されており、小径部１９６を、第１ジョイント本体部分１０９の周壁１１１の内周部に突設した環状保持部１９７に軸線方向（上下方向）に摺動可能に内嵌保持させることにより、第１密封環２９の径方向変位を阻止している。また、環状保持部１９７を上下方向に貫通する複数個（一個のみ図示）のドライブピン１９８を保持リング１８６の大径部１９５に螺合させることにより、第１密封環２９の回転変位を阻止している。また、環状保持部１９７から下方に突出するドライブピン１９８の下端側部分に、環状保持部１９７に対向するスプリング保持リング１９９が、当該ドライブピン１９８の下端頭部１９８ａで規制される範囲において上下動自在に挿通保持されていると共に、環状保持部１９７とスプリング保持リング１９９との間に複数個（一個のみ図示）のスプリング３３が介装されていて、第１密封環２９をスプリング３３による附勢力により下方へと附勢させている。
【００５５】
而して、第１ジョイント構成要素１０１aは、図９に示す如く、第１ジョイント本体部分１０９に第１メカニカルシール構成部分１２４を組み込むことにより、組み立てられるものであり、後述する第２ジョイント構成要素１０１ｂとは完全に独立した構造をなしている。そして、第１ジョイント構成要素１０１aの組み立て、つまり第１メカニカルシール構成部分１２４の第１ジョイント本体部分１０９への組み込みは、次の手順で行なわれる。すなわち、第３連結部材１８５，１８６，１８７，１８８，１８９によりベローズ２８と第１密封環２９とを連結した上、ベローズ２８をボルト１１４により取付リング１９０及び押圧リング１９１を介して第１ジョイント本体部分１０９の端部壁１１２に取り付ける。そして、周壁１１１をボルト１１３により端部壁１１２に取り付けた上、スプリング保持リング１９９と環状保持部１９７との間にスプリング３３を介在させた状態で、両者１９７，１９９に挿通させたドライブピン１９８を保持リング１８６の大径部１９５に螺合させることによって、メカニカルシール構成部分１２４の第１ジョイント本体部分１０９内への組み込みが完了し、第１ジョイント構成要素１０１ａが組み立てられる。
【００５６】
ところで、ベローズ２８と保持リング１８６との間はガスケット２７によりシールさせることができ、かかるガスケットシール機能を発揮させる必要なフッ素樹脂製ガスケット２７の締付面圧はボルト１８８の締め付けによって得られるが、その締め付けによっては第１密封環２９に歪みが生じることがない。一方、第１密封環２９は、その背面（上端面）が保持リング１８６の鏡面（シール面）１１６に全面的に密着されることから、ボルト１８９を第１密封環２９に歪みが生じる程度にまで強く締め付けずとも、両者２９，１８６間は良好にシールされる。したがって、第１ロータリジョイント１のように第１密封環２９をフッ素樹脂製ガスケット２７を介してベローズ２８に取り付ける場合と異なって、第１密封環２９をベローズ２８にシール状態で取り付けることにより密封端面４６に歪みが生じることがなく、第１ジョイント構成要素１０１ａについては密封端面４６の歪み修正はこれを必要としない。勿論、仮にボルト１８９の締め付けにより密封端面４６に歪みが生じることがあったとしても、係合突起１１７による密封環２９の押圧個所を密封端面４６に近接させていることから、その歪みは極く僅かであり、第１ジョイント構成要素１０１ａをラッピング装置等にセットすることにより密封端面４２の歪み修正を良好に行うことができる。
【００５７】
第２メカニカルシール構成部分１２５は、図６及び図７に示す如く、回転軸体１０３の一端部である第２流路１０６の開口部分１０４に密封環保持リング１２１及び環状の第３ガスケット（フッ素樹脂製ガスケット）５３を介して固定された炭化珪素製の第２密封環５４と、回転軸体１０３の一端部（上端部）１０４と密封環保持リング１２１とをその間に介在させた第３ガスケット５３が挟圧されるシール状態で連結する第４連結部材１２２，１２３，１２４，１２５と、第２密封環５４と密封環保持リング１２１とを当該密封環５４の背面１２６が密封環保持リング１０１に全面的に密着された状態で連結する第５連結部材１２７，１２８とを具備する。
【００５８】
すなわち、密封環保持リング１２１は、第２密封環５４と同一内径を有する金属製（回転軸体１０３と同一材質）のもので、一端部（上端部）には第２密封環５４の背面（本体部６０の基端面たる下端面）１２６が全面的に密着しうる平滑な環状シール面（バフ仕上げされた鏡面）１２９が形成されている。第４連結部材は、密封環保持リング１２１の他端部(下端部)に衝合した状態で、回転軸体１０３に嵌合された固定筒１２２と、固定筒１２２を回転軸体１０３に固定する適当数のセットスクリュー１２３と、外周部を固定筒１２２の上面部に形成した環状溝１１８に係合されると共に内周部を回転軸体１０３に形成した環状溝１１９に係合された二つ割状のストッパリング１２４と、上下方向において密封環保持リング１２１を貫通して固定筒１２２に螺着された適当数のボルト１２５とからなる。而して、固定筒１２２は、セットスクリュー１２３及びストッパリング１２４により回転軸体１０３に対する上方への変位を確実に阻止されていることから、ボルト１２５を締め付けることにより、密封環保持リング１２１を、ガスケット５３を圧縮する方向に移動させることができる。したがって、ボルト１２５の締め付け量を調整することにより、密封環保持リング１２１と回転軸体１０３の上端部１０４との間における第３ガスケット５３の挟圧力(締付面圧)を、両者１０４，１２１間をシールするに十分なものとできる。なお、密封環保持リング１２１は、その軸線方向の厚みを大きくして、ボルト１２５による締付力によっては歪を生じないような剛性を有するものとされている。また、固定筒１２２の端部(下端部)には、第１ロータリジョイント１におけると同様のスリング７６が一体形成されている。このスリング７６とシール保持リング７７との間は、第１ロータリジョイント１と同様に、環状シール部材（Ｖシール）７８によりシールされている。
【００５９】
第５連結部材は、第２密封環５４を密封環保持リング１２１に連結させるための連結リング１２７と、連結リング１２７を密封環保持リング１２１に締結させるための適当数のボルト１２８とからなり、第２密封環５４をその背面１２６が密封環保持リング１２１のシール面１２９に全面的に密着する状態で密封環保持リング１２１に取り付けるものである。連結リング１２７は、前記連結リング１８７と同一の共通部材であり、その内周部には第２密封環５４の本体部６０の先端面（上端面）にシール部６１の近傍部位において係合する環状の係合突起１３０が形成されている。そして、密封環保持リング１２１と連結リング１２７とを締結するボルト１２８を締め付けて、係合突起１３０により第２密封環５４をシール面１２９へと押し付けることにより、第２密封環５４が密封環保持リング１２１のシール面１２９に密着されて、両者５４，１２１がシール状に連結される。
【００６０】
而して、第２ジョイント構成要素１０１ｂは、図９に示す如く、第２ジョイント本体部分１１０に回転軸体１０３及び第２メカニカルシール構成部分１２５を組み込むことにより、組み立てられるものであり、前記した第２ジョイント構成要素１０１ａとは完全に独立した構造をなしている。そして、第２ジョイント構成要素１０１ｂの組み立ては、次のように行なわれる。すなわち、まず、回転軸体１０３を第２ジョイント本体部分１１０に軸受支持させると共に、スリング７６を有する固定筒１２３を回転軸体１０３に挿通させる。次に、ストッパリング１２４を回転軸体１０３に係合させると共に、固定筒１２３をストッパリング１２４に係合させた状態でセットスクリュー１２３により回転軸体１０３に固定する。さらに、密封環保持リング１２１をガスケット５３を介在した状態で回転軸体１０３に嵌合させると共に、ボルト１２５により密封環保持リング１２１と固定筒１２３とを連結した上、第２密封環５４を密封環保持リング１２１に取り付ける。ところで、回転軸体１０３は長尺のものであることから、その上端面１０４は高度の平滑面（鏡面）に加工しておくことが困難であるが、回転軸体１０３と密封環保持リング１２１との間は、当該上端面１０４を高度の平滑面にしておかずとも、ガスケット５３により良好にシールされる。かかるガスケットシール機能を発揮させる必要なフッ素樹脂製ガスケット５３の締付面圧はボルト１２５の締め付けによって得られるが、その締め付けによっては第２密封環５４に歪みが生じることがない。一方、第２密封環５４は、その背面１２６が密封環保持リング１２１の鏡面（シール面）１２９に全面的に密着されることから、ボルト１２８を第２密封環５４に歪みが生じる程度にまで強く締め付けずとも、両者５４，１２１間は良好にシールされる。したがって、第１ロータリジョイント１のように第２密封環５４をフッ素樹脂製ガスケット５３を介して回転軸体３の上端面４に取り付ける場合と異なって、第２密封環５４を回転軸体１０３にシール状態で取り付けることにより密封端面６２に歪みが生じることがなく、第２ジョイント構成要素１０１ｂについては密封端面６２の歪み修正はこれを必要としない。勿論、仮にボルト１２８の締め付けにより密封端面６２に歪みが生じることがあったとしても、係合突起１３０による密封環５４の押圧個所を密封端面６２に近接させていることから、その歪みは極く僅かであり、第２ジョイント構成要素１０１ｂをラッピング装置等にセットすることにより密封端面６２の歪み修正を良好に行うことができる。
【００６１】
なお、密封環２９，５４は、第１ロータリジョイント１におけると同一形状をなす共通部材であり、密封端面４６，６２の内外径ｄ１，ｄ２を、平均径Ｄｍを超えない範囲（ｄ２≦Ｄｍ）において、所定のシール面幅Ｗ（＝（ｄ２−ｄ１）／２）が確保されること及び推力に抗する力Ｆ０が発生すること（ｄ１＞Ｄ０）を条件として、平均径Ｄｍに近似させてある。すなわち、図８に示す如く、伸縮部３４の膨出量Ｈを可及的に大きくしても背圧Ｆ１を前記開閉力がバランスされる範囲で小さくしておくことができるように、密封端面４２，６２の外径ｄ２を平均径Ｄｍに一致又は略一致させると共に、内径ｄ１を所定のシール面幅Ｗが確保できることを条件としてｄ１＞Ｄ１の範囲で可及的に大きくしてある。また、洗浄機構１０８は、第１ロータリジョイント１の洗浄機構８と同一構造をなしている。
【００６２】
なお、本発明は上記した各実施の形態に限定されるものでなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲で適宜に改良，変更することができる。例えば、図１０は第３の実施の形態を示すもので、この実施の形態における本発明に係るロータリジョイント（以下「第３ロータリジョイント」という）２０１は、以下の点を除いて、第２ロータリジョイント１０１と同一構造をなすものであり、第１及び第２ロータリジョイント１，１０１と同様の作用効果を奏しうるものである。すなわち、第３ロータリジョイント２０１においては、図１０に示す如く、第２ロータリジョイント１０１のドライブピン１９８に対応するドライブピン２９８を、押圧リング１９１に螺合させると共に保持リング１８６に挿通係合させ、且つスプリング３３を保持リング１８６と押圧リング１９１との間に介装させてある。このように構成することによって、第２ロータリジョイント１０１における第２スプリング保持リング１９９に対応する部材を不要とすることができ、ロータリジョイント構造を簡略化できる。また、第３ロータリジョイント２０１にあっては、保持リング１８６を、第１ロータリジョイント１におけると同様に、第１ジョイント本体部分１０９の内周部（周壁１１１の内周部）に軸線方向に移動自在に内嵌させることにより、第１密封環２９の径方向変位を阻止している。
【００６３】
また、図１１及び図１２は第４の実施の形態を示すもので、この実施の形態における本発明に係るロータリジョイント（以下「第４ロータリジョイント」という）３０１は、以下の点を除いて、第３ロータリジョイント２０１と同一構造をなすものであり、第１〜第３ロータリジョイント１，１０１，２０１と同様の作用効果を奏しうるものである。すなわち、第４ロータリジョイント３０１においては、図１１に示す如く、第４連結部材が、密封環保持リング１２１と固定筒１２２とスリング７６とからなる一体構造物と、回転軸体１０３の上端側外周部に形成された断面三角形状の環状溝３０２と、固定筒１２２に形成された複数のネジ孔３０３と、各ネジ孔３０３に螺合された複数のセットスクリュー３０４とからなる。各ネジ孔３０３は、固定筒１２２をその外周面から内周面へと傾斜状に貫通するものであり、各セットスクリュー３０４を環状溝３０２の底面に衝合するように締め付けることにより、密封環保持リング１２１を回転軸体１０３の上端部１０４に近接する方向に移動させる。したがって、各セットスクリュー３０４の締め付け量を調整することにより、密封環保持リング１２１と回転軸体１０３の上端部１０４との間における第３ガスケット５３の挟圧力(締付面圧)を、両者１０４，１２１間をシールするに十分なものとできる。
【００６４】
ところで、第１〜第４ロータリジョイント１，１０１，２０１，３０１にあっては、図３又は図８に示す如く、密封環２９，５４の内周面をテーパ４５ａ，６１ａとして、密封端面４６，６２の内外径ｄ１，ｄ２を平均径Ｄｍに近似させておくことにより、流体圧Ｐが高い場合にも、背圧Ｆ１を過大とすることなくベローズ２８の伸縮部３４の膨出量Ｈを大きくできるように工夫されている。しかし、流体通路８２を流動する流体４３の圧力Ｐが低い場合やベローズ２８が比較的軟質材で構成される場合等のシール条件によっては、このような工夫を格別必要としないこともある。したがって、このようなシール条件で使用される第1〜第４ロータリジョイント１，１０１，２０１，３０１においては、図１３〜図１６に示す如く、密封環２９，５４の内周面を密封端面４６，６２の内径ｄ１に一致する一定径の円柱面に形成しておくことも可能である。なお、図１３〜図１６に示す第１〜第４ロータリジョイント１，１０１，２０１，３０１にあっては、密封端面４６，６２間には流体４３による潤滑膜が形成されることから、両密封端面４６，６２がカーボンの如き自己潤滑性を有しない硬質材（炭化珪素等）製のものであるにも拘わらず、密封端面４６，６２が焼き付いたり、騒音（鳴き）を生じたりすることなく、円滑に相対回転摺接して、摩耗粉を発生しないが、かかる密封端面４６，６２間における流体４３による潤滑膜の形成をより確実に行わしめるためには、図１７及び図１８に例示する如く、密封端面４６，６２の一方に、周方向に等間隔を隔てて複数の切欠溝５４ａを形成して、流体４３を切欠溝５４ａにより密封端面４６，６２間に積極的に導入させるように工夫しておくことが好ましい。切欠溝５４ａは、当該密封環の内周側に開口するものとされるが、液溜まりを発生しないように、図１７及び図１８に示す如く、下側の密封端面６２に形成され且つ下窄まり状の断面三角形状（平面形状は図１８に示す如く半円ないし円弧をなす）のテーパ溝としておくことが好ましい。
【００６５】
また、本発明のロータリジョイントは、ジュース，ミルク，ウイスキー等の飲料水を扱う飲料水供給装置の他、純水，研磨液等を扱うＣＭＰ装置や薬液供給装置等、高度の汚染回避を必要とする装置において相対回転部材間で流体流動させる場合にも好適に使用することができる。かかる場合、密封環、ベローズ及びガスケット以外のジョイント構成部材（特に接液面を有するもの）については、扱う流体に対して不活性（耐薬品性，耐熱性等）な材質のものとしておくことは勿論である。
【００６６】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明のロータリジョイントは、ジョイント本体に形成された第１流路と回転軸体に形成された第２流路とを端面接触形のメカニカルシールにより良好に連結させておくことができるものであり、冒頭で述べた如き問題を生じることなく、飲料水供給装置やＣＭＰ装置等における相対回転部材間での流体流動を汚染を回避しつつ良好に行うことができる極めて実用性に富むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１ロータリジョイントを示す縦断正面図である。
【図２】図１の要部の拡大図である。
【図３】図２の要部の更なる拡大図である。
【図４】第１ロータリジョイントにおける推力と背圧との関係を示す要部の拡大縦断正面図である。
【図５】第１ロータリジョイントを第１ジョイント構成要素と第２ジョイント構成要素とに分離した状態を示す図１対応の縦断正面図である。
【図６】第２ロータリジョイントを示す縦断正面図である。
【図７】図１の要部の拡大図である。
【図８】第２ロータリジョイントにおける推力と背圧との関係を示す要部の拡大縦断正面図である。
【図９】第２ロータリジョイントを第１ジョイント構成要素と第２ジョイント構成要素とに分離した状態を示す図６対応の縦断正面図である。
【図１０】第３ロータリジョイントを示す一部切欠の縦断正面図である。
【図１１】第４ロータリジョイントを示す縦断正面図である。
【図１２】図１１の要部の拡大図である。
【図１３】第１ロータリジョイントの変形例を示す一部切欠の縦断正面図である。
【図１４】第２ロータリジョイントの変形例を示す縦断正面図である。
【図１５】第３ロータリジョイントの変形例を示す一部切欠の縦断正面図である。
【図１６】第４ロータリジョイントの変形例を示す縦断正面図である。
【図１７】第１ロータリジョイントの他の変形例を示す要部の縦断正面図である。
【図１８】図１７のXVII−XVII線に沿う要部の横断平面図である。
【符号の説明】
１…第１ロータリジョイント、１０１…第２ロータリジョイント、２０１…第３ロータリジョイント、３０１…第４ロータリジョイント、１ａ，１０１ａ…第１ジョイント構成要素、１ｂ，１０１ｂ…第２ジョイント構成要素、２，１０２…ジョイント本体、３，１０３…回転軸体、４，１０４…回転軸体の一端部（回転軸体における第２流路の開口部分）、５，１０５…第１流路、６，１０６…第２流路、７，１０７…メカニカルシール、８，１０８…洗浄機構、９，１０９…第１ジョイント本体部分、１０，１１０…第２ジョイント本体部分、２４，１２４…第１メカニカルシール構成部材、２５，１２５…第２メカニカルシール構成部材、２７，５３…ガスケット、２８…ベローズ、２９…第１密封環、３０，３１，３２…第１連結部材、３３…スプリング、４３…流体（飲料水）、４６，６２…密封端面、５４…第２密封環、５５，５６，５７，５８，５９…第２連結部材、１８５，１８６，１８７，１８８，１８９…第３連結部材、１０１，１０２，１０３…第４連結部材、１０４，１０５…第５連結部材。
【発明の属する技術分野】
本発明は、飲料水，純水，薬液等の供給装置やＣＭＰ装置（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ法による半導体ウエハの表面研摩処理装置）等における相対回転部材間で飲料水，純水等の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。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、飲料水をペットボトル等の容器に供給する飲料水供給装置として、装置本体に、複数の容器を保持する容器台を有する回転体を回転駆動自在に設けると共に下流端を回転体の上端中心部（回転中心部）に直対向して開口させた固定側給液路を設け、回転体に、上流端を回転体の上端中心部に開口させた回転側給液路とその下流端から分岐されて各容器の口部へと導かれた複数の注液路とを設け、固定側給液路の下流端と回転側給液路の上流端とをロータリジョイントにより相対回転自在に連通接続して、飲料水を、飲料水供給源から固定側給液路、ロータリジョイント及び回転側給液路を経て各注液路から容器に注入するように構成されたものが周知である。
【０００３】
而して、このような飲料水供給装置に使用されるロータリジョイントとしては、一般に、筒状のジョイント本体と、ジョイント本体の内周部に回転自在に軸受支持された回転軸体と、ジョイント本体に形成されて回転軸体の一端部に直対向して開口する第１流路と、回転軸体の中心部を軸線方向に貫通する第２流路と、ジョイント本体内において両流路の開口端間を相対回転自在に連通シールする端面接触形のメカニカルシールとを具備し、装置本体にジョイント本体を取り付けて、第１流路を固定側給液路の下流端に接続すると共に、回転軸体を回転体に取り付けて、第２流路を回転側給液路の上流端に接続するように構成されたものが周知である。
【０００４】
すなわち、かかるロータリジョイントにあっては、メカニカルシールが、ジョイント本体における第１流路の開口部分に一端部が取り付けられた伸縮可能なベローズと、ベローズの他端部に環状のガスケットを介して取り付けられた第１密封環、つまりジョイント本体にベローズ及びガスケットを介して軸線方向移動可能且つ液密に保持された第１密封環と、回転軸体の一端部である第２流路の開口部分に環状のガスケットを介して液密に取り付けられた第２密封環と、第1密封環を第２密封環に押圧接触させるべく附勢するスプリングとを具備して、両密封環の相対回転摺接作用により、固定側給液路に接続された第１流路と回転側給液路に接続された第２流路とを相対回転自在に連通接続させるように構成されている。なお、一般的なロータリジョイントにあっては、通常、第1密封環をＯリングを介して軸線方向移動可能且つ液密にジョイント本体に保持させるようにしているが、このようにすると、Ｏリング溝が液溜まりとなって雑菌発生等の問題を生じるため、飲料水用のものでは、上記した如く第１密封環をベローズ及びガスケットを介してジョイント本体に保持させている。
【０００５】
ところで、飲料水供給装置にあっては、当然のことながら、ロータリジョイントを含めた飲料水流動経路における飲料水の汚染を回避する必要があり、飲料水との接触面（接液面）を有するジョイント構成部材については、飲料水を汚染しない材質のもので構成しておく必要がある。
【０００６】
すなわち、端面接触形のメカニカルシールにあっては、一般に、一方の密封環を炭化珪素等の硬質材で構成し、他方の密封環をカーボン等の軟質材で構成しておくが、このような硬質材製の密封環と軟質材製の密封環との組み合わせとなすと、両密封環の相対回転摺接によって摩耗粉が発生して、これが飲料水に混入する虞れがある。そこで、飲料水供給装置におけるロータリジョイントにおいては、第１及び第２密封環をこれらの相対回転摺接によって摩耗粉を生じない同質の硬質材（炭化珪素等）で構成している。
【０００７】
また、ベローズ及びガスケットの構成材としては、一般に、弾性に富むゴム材（シリコンゴム等）が使用されるが、かかるゴム材製のベローズやガスケットは、飲料水のような高度の汚染回避を必要とする流体を扱う場合には使用することができない。例えば、飲料水との接触によりベローズやガスケットから構成材成分が溶出して飲料水に混入したり、扱う飲料水を変更した場合、変更前の飲料水の臭成分がベローズやガスケットに残存して、新たな飲料水に混入する等、飲料水に種々の悪影響を及ぼす。また、飲料水供給装置では、運転開始前や運転停止後又は飲料水の変更時において、スチームや洗浄液による滅菌，洗浄処理を行うが、ゴム製のものでは耐熱性等に問題がある。そこで、飲料水供給装置のロータリジョイントにおいては、従来から、ベローズやガスケットをこのような問題を生じない合成樹脂製のものや金属製のものとしておくことが行なわれている。すなわち、ベローズを合成樹脂材（例えば、充填剤等の不純物を含まないＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）単一材）や金属材（例えば、ステンレス鋼）で構成すると共に、各ガスケットを合成樹脂材（例えば、ＰＴＦＥ単一材又はシリコンゴム等からなる弾性芯材の表面（少なくとも接液面に対応する部分）をＰＴＦＥ，ＥＴＦＥ等のフッ素樹脂単一材で被覆した複合材）で構成して、上記した問題（ベローズやガスケットにおける飲料水との接触面（接液面）からの溶出等）の発生を回避するようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように各密封環とベローズ又は回転軸体との間を、合成樹脂製のガスケット、例えばＰＴＦＥ単一材や複合材からなるガスケット（以下、これらを総称して、『フッ素樹脂製ガスケット』という）でシールするように構成されたロータリジョイントにあっては、飲料水の汚染を回避できるものの、新たに次のような問題が生じることになり、その解決が強く要請されている。
【０００９】
すなわち、フッ素樹脂製ガスケットを使用した場合、これがゴム材製ガスケットより遥かに弾性に乏しいものであるため、各密封環とベローズ又は回転軸体との間におけるガスケット挟圧力つまりガスケット締付面圧を、ゴム材製ガスケットを使用した場合に比して、大幅に高くしておく必要がある。つまり、各密封環を、適当な連結部材により、ベローズ又は回転軸体に強くクランプしておく必要があるが、各密封環をこのように強くクランプした場合、炭化珪素製の密封環に歪みが生じて、両密封環の接触が適正に行われず、両密封環の相対回転摺接によるシール機能（以下『メカニカルシール機能』という）が十分に発揮されない。換言すれば、各密封環を、これに歪みが生じる程度にまで強くクランプしておかない限り、フッ素樹脂製ガスケットによるシール機能（以下『ガスケットシール機能』という）は十分に発揮されない。
【００１０】
したがって、メカニカルシール機能及びガスケットシール機能を共に十分に発揮させるためには、ロータリジョイントを組み立てた上で、両密封環の接触面（密封端面）をラッピング装置（ラップ盤）等により平滑面に修正しておく必要があるが、かかる密封端面の修正（ラッピング等）は、ロータリジョイントを分解し、密封環のクランプを解除して行うため、密封端面修正後にロータリジョイントを再度組み立てた場合に、密封端面に再び歪みが生じる虞れがある。
【００１１】
このように、炭化珪素製の密封環及びフッ素樹脂製ガスケットを使用したロータリジョイントでは、メカニカルシール機能及びガスケットシール機能を共に適正に発揮させることができず、一方の機能が不十分にならざるを得ず、第１流路と第２流路とを漏れの生じない良好なシール状態で連結することが極めて困難であった。
【００１２】
本発明は、このような問題を生じることなく、メカニカルシール機能及びガスケットシール機能を共に良好に発揮させることができ、飲料水供給装置やＣＭＰ装置等における相対回転部材間での流体流動を、汚染を回避しつつ良好に行う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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、筒状のジョイント本体と、ジョイント本体の内周部に回転自在に軸受支持された回転軸体と、ジョイント本体に形成された第１流路と、回転軸体を軸線方向に貫通する第２流路と、ジョイント本体内において両流路の開口端間を相対回転自在に連通する状態にシールする端面接触形のメカニカルシールとを具備するロータリジョイントにおいて、上記の目的を達成すべく、特に、ジョイント本体及びメカニカルシールを次のように構成しておくことを提案するものである。
【００１４】
すなわち、ジョイント本体を、第１流路が形成された第１ジョイント本体部分と回転軸体を軸受支持する第２ジョイント本体部分とに分離可能に構成すると共に、メカニカルシールを、第１ジョイント本体部分に取り付けられた第１メカニカルシール構成部材と回転軸体に取り付けられた第２メカニカルシール構成部材とに分離可能に構成しておく。第１ジョイント本体部分及び第１メカニカルシール構成部材からなる第１ジョイント構成要素と第２ジョイント本体部分、回転軸体及び第２メカニカルシール構成部材からなる第２ジョイント構成要素とは相互に独立した一体構造物をなしており、両ジョイント本体部分の連結により、両ジョイント構成要素が一体に連結されてロータリジョイントが組み立てられる。
【００１５】
第１メカニカルシール構成部分は、第１ジョイント本体部分における第１流路の開口部分に一端部が取り付けられた伸縮可能なベローズと、第１ジョイント本体部分にベローズを介して軸線方向移動可能に保持された炭化珪素製の第１密封環と、ベローズの他端部と第１密封環とをその間に介在させた第１ガスケットが挟圧される状態で連結する第1連結部材又は第３連結部材とを具備するものである。また、第２メカニカルシール構成部分は、回転軸体の一端部である第２流路の開口部分に第２ガスケットを介して固定された第２密封環と、回転軸体の一端部と第２密封環とをその間に介在させた第２ガスケットが挟圧される状態で連結する第２連結部材とを具備するものであり、或いは回転軸体の一端部である第２流路の開口部分に密封環保持リング及び第２ガスケットを介して固定された炭化珪素製の第２密封環と、回転軸体の一端部と密封環保持リングとをその間に介在させた第２ガスケットが挟圧されるシール状態で連結する第４連結部材と、第２密封環と密封環保持リングとを当該密封環の背面が密封環保持リングに全面的に密着された状態で連結する第５連結部材とを具備するものである。また、ベローズは合成樹脂材（例えば、充填剤等の不純物を含有しないポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）単一材）又は金属材（例えば、ステンレス鋼）で構成され、第１及び第２密封環は同質の硬質材（例えば、セラミックス又は超硬合金）で構成され、第１及び第２ガスケットは合成樹脂材（例えば、ＰＴＦＥ又は表面をフッ素樹脂で被覆した複合材）で構成される。
【００１６】
好ましい実施の形態にあっては、ロータリジョイントが、両流路をメカニカルシールで接続してなる一連の流体通路が上下方向に延びる竪形のものとされる。また、ベローズが、中央部分を外方に膨出する一つの伸縮部に構成してなる円筒状のものであり、各密封環が、内径をベローズの内径と同一とする円環状のものであり、ベローズの伸縮部及び各密封環は、両密封環の接触端面である密封端面の内外径ｄ１，ｄ２が伸縮部の平均径Ｄｍ（当該伸縮部における基端部の外周面径Ｄ１と先端頂部の内周面径Ｄ２との平均値）を超えない範囲において当該平均径に近似するように、構成される。例えば、前記密封端面の外径ｄ２を平均径Ｄｍに一致又は略一致させると共に、当該密封端面の内径ｄ１を伸縮部における基端部の外周面径Ｄ１より大きく設定しておく。この場合、各密封環の内周面は、密封端面へと漸次拡径するテーパ面に構成しておくことが好ましい。また、竪形のロータリジョイントにあって、各密封環の内周面を、テーパ面とせず、ベローズの内径に一致する一定径とする場合にあっては、密封端面の一方であって下側のものに、当該密封環の内周側に開口する下窄まり状の切欠溝が形成されていることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図１８に基づいて具体的に説明する。
【００１８】
図１〜図１８に示す各実施の形態は、冒頭で述べた飲料水供給装置において固定側給液路と回転側給液路とを接続する竪形のロータリジョイントに本発明を適用した例に係るものである。
【００１９】
図１〜図５は第１の実施の形態を示すもので、この実施の形態における本発明に係るロータリジョイント（以下「第１ロータリジョイント」という）１は、図１に示す如く、筒状のジョイント本体２と、ジョイント本体２の内周部に回転自在に軸受支持された回転軸体３と、ジョイント本体２に形成されて回転軸体３の一端部（上端部）４に直対向して開口する第１流路５と、回転軸体３の中心部を軸線方向（上下方向）に貫通する第２流路６と、ジョイント本体２内において両流路５，６の開口端間を相対回転自在に連通シールする端面接触形のメカニカルシール７と、洗浄機構８とを具備するものであり、図５に示す如く、各々独立して組み立てられる第１ジョイント構成要素１ａと第２ジョイント構成要素１ｂとに軸線方向（上下方向）に分離可能な構造をなすものである。
【００２０】
ジョイント本体２は、飲料水供給装置の装置本体（図示せず）に取り付けられており、図１に示す如く、軸線が上下方向に延びる円筒形状をなす金属製（ＳＵＳ３０４等）のものであって、軸線方向において上位の第１ジョイント本体部分９と下位の第２ジョイント本体部分１０とに分割されている。両ジョイント本体部分９，１０の分割位置は、図１に示す如く、第２ジョイント本体部分１０に支持される回転軸体３の一端部（上端部）４に対応する位置ないし後述の密封環２９，５４に対応する位置に設定されている。
【００２１】
第１ジョイント本体部分９は、図１及び図２に示す如く、円筒状の周壁１１とその上面部を閉塞する端部壁１２とからなる円筒体である。端部壁１２の中心部には、その上面に突設した給液路接続部１３を貫通して上下方向に延びる横断面円形の第１流路５が穿設されている。この第１流路５の上流端（上端）は、給液路接続部１３を介して、所定の流体（飲料水又は洗浄材）４３を供給する固定側給液路１４の下流端に接続されている。
【００２２】
第２ジョイント本体部分１０は、図１に示す如く、第１ジョイント本体部分９の下端つまり周壁１１の下端にボルト１５により同心状に連結された円筒状の接続部１６と、接続部１６の下端にボルト１７により同心状に連結された円環状の仕切部１８と、仕切部１８の下端にボルト１９により同心状に連結された円筒状の軸受部２０とからなる。ジョイント本体２は、図５に示す如く、ボルト１５を取外すことにより、第１ジョイント本体部分９と第２ジョイント本体部分１０とに分離できるようになっている。
【００２３】
回転軸体３は、その下端部が前記飲料水供給装置の回転体（図示せず）に取り付けられた円柱形状をなす金属製（ＳＵＳ３１６等）のもので、回転体の回転駆動に伴って強制回転されるものであり、図１に示す如く、下端側部分をジョイント本体２外に露出させた状態で、ジョイント本体２に、その軸受部２０に設けたベアリング２１，２１により、同心状且つ回転自在に軸受支持されている。回転軸体３は、その一端部たる上端部４が第１ジョイント本体部分９と第２ジョンイト本体部分１０との分割位置（第１ジョイント本体部分９の下端位置ないし第２ジョイント本体部分１０の上端位置）に対応する位置に位置されるように、第２ジョイント本体部分１０にベアリング２１，２１を介して取り付けられている。
【００２４】
回転軸体３の中心部には、図１に示す如く、回転軸体３を上下方向に貫通する第２流路６が形成されている。第２流路６は第１流路５と同一の横断面形状（同一径をなす円形）をなすもので、その上端（上流端）は第１流路５の下端に直対向しており、その下端（下流端）は前記回転体に形成された回転側給液路２２に接続されている。なお、第２ジョイント本体部分１０の仕切部１８及び軸受部２０と回転軸体３との対向周面間には、ベアリング２１，２１の収納空間を閉塞するオイルシール２３，２３が配設されている。
【００２５】
メカニカルシール７は、図１及び図２に示す如く、第１ジョイント本体部分９に取り付けられた第１メカニカルシール構成部材２４と回転軸体３に取り付けられた第２メカニカルシール構成部材２５とからなり、第１流路５と第２流路６とを相対回転自在に連通接続するものである。すなわち、両流路５，６をメカニカルシール７により接続することにより、上下方向に直線状に延びる一連の流体通路８２が形成される。
【００２６】
第１メカニカルシール構成部分２４は、図１〜図３に示す如く、第１ジョイント本体部分９に環状の第１及び第２ガスケット２６，２７並びにベローズ２８を介して軸線方向移動可能（上下移動可能）に取付けられた第１密封環２９と、ベローズ２８と第１密封環２９とを連結する第１連結部材３０，３１，３２と、第１密封環２９を軸線方向に附勢するスプリング３３とを具備する。
【００２７】
ベローズ２８は、図２に示す如く、外方に山形に膨出する一つの伸縮部３４と、伸縮部３４の両端（上下端）に連なる一対の円筒部３５，３６と、各円筒部３５，３６の端部に形成された一対の円環状フランジ部３７，３８とからなる円筒状のものであり、ゴムのような高度の弾性を有しない合成樹脂材又は金属材で構成されている。この例では、ベローズ２８は、充填剤等の不純物を含有しないＰＴＦＥ単一材で構成されている。ベローズ２８の内径Ｄ０つまり伸縮部３４の基端部３４ｂの内周面径、円筒部３５，３６の内径及びフランジ部３７，３８の内径は、流路５，６の径に一致している。伸縮部３４の膨出量（円筒部３５，３６の外周面と伸縮部３４の先端頂部３４ａの内周面との軸線方向に直交する方向の距離）Ｈは、後述する如く伸縮部３４の軸線方向変形能を高くして取付長での剛性が小さくなるように、可及的に大きく設定されている。
【００２８】
而して、ベローズ２８の一端部（上端部）であるフランジ部３７は、当該フランジ部３７及びこれに連なる円筒部３５に外嵌状に係合させた二つ割状（径方向に二分割）の取付リング３９により、第１ジョイント本体部分９における第１流路５の開口部分つまり端部壁１２の下面部にシール状に取り付けられている。取付リング３９は、その下位に配置した円環状のスプリング保持体４０と共に、ボルト４１により端部壁１２に取り付けられている。端部壁１２とフランジ部３７との間は、そこに介在させた環状の第１ガスケット２６によりシールされる。第１ガスケット２６の内径は、ベローズ２８の内径Ｄ０及び第１流路５の径に一致されており、ベローズ２８及び第１ガスケット２６は第１流路５と同心をなして端部壁１２に固定されている。第１ガスケット２６は、ＰＴＦＥ単一材又は表面（少なくとも接液面）をフッ素樹脂単一材で被覆した複合材（例えば、シリコンゴム製の環状芯材の少なくとも接液面に対応する表面部分をＰＴＦＥ単一材層又はＥＴＦＥ単一材層等のフッ素樹脂単一材層で被覆したもの）で構成されたフッ素樹脂製ガスケットである。第１ガスケット２６は、ボルト４１を締め付けることにより端部壁１２とフランジ部３７との間に挟圧されて、両者１２，３７間をシールするものであるが、ボルト４１の締付力は第１ガスケット２６による十分なシール力が確保されるように調整される。
【００２９】
また、ベローズ２８の他端部（下端部）であるフランジ部３８には、第１ガスケット２６と同一形状且つ同一材質のフッ素樹脂製ガスケットたる第２ガスケット２７を介して、第１密封環２９がシール状に取り付けられている。第１密封環２９はセラミックス，超硬合金等の硬質材製（この例では、炭化珪素製）のもので、図２及び図３に示す如く、本体部４４とこれから軸線方向（下方向）に突出するシール部４５とを備えた円筒体に構成されている。第１密封環２９の内径つまり本体部４４の内径ｄ０はベローズ２８の内径Ｄ０に一致しており、シール部４５の先端面（第１密封環２９の下端面）は軸線に直交する平滑面たる密封端面４６とされている。シール部４５の内周面は、本体部４４から密封端面４６へと漸次拡径するテーパ面４５ａとされている。第１密封環２９は第１連結部材３０，３１，３２によりフランジ部３８に取り付けられているが、この第１連結部材は、図２に示す如く、第１密封環２９の本体部４４の外周部に係合させた保持リング３０と、ベローズ２８の円筒部３６及びフランジ部３８の一部に外嵌状に係合させた二つ割状（径方向に二分割）の取付リング３１と、両リング３０，３１を締結するボルト３２とからなる。保持リング３０は、第１密封環２９の本体部４４、フランジ部３８の一部及び取付リング３１に外嵌されると共に第１ジョイント本体部分９の内周部（周壁１１の内周部）に軸線方向に移動自在に内嵌された円環状の本体部４７と、第１密封環２９の本体部４４の下端部に、シール部４５に干渉しない状態で、係合する円環状の係合部４８とからなり、ボルト３２を締め付けることにより、フランジ部３８と第1密封環２９とを第２ガスケット２７を挟圧した状態で連結するように構成されている。ボルト３２の締め付けによる第２ガスケット２７の挟圧力（締付面圧）は、フランジ部３８と第1密封環２９との間を適正にシールしうるに十分なものとされる。なお、各ガスケット２６，２７は、図３に示す如く、円環状板をなすガスケット本体の両面に円環状の膨出部４２を形成したものであり、その位置決めを、当該ガスケット２６，２７の挟圧面（第１ガスケット２６については端部壁１２とフランジ部３７との対向端面であり、第２ガスケット２７については第１密封環２９とフランジ部３８との対向端面である）に形成した各円環状凹部に膨出部４２を係合させることにより、適正に行いうるように（つまり、ガスケット２６，２７の内周面が第１流路５並びにベローズ２８の円筒部３５，３６及びフランジ部３７，３８の内周面と面一となるように）工夫されている。
【００３０】
第１密封環２９は、ベローズ２８の伸縮範囲内（伸縮部３４の上下伸縮範囲内）において上下移動可能とされており、スプリング保持体４０と保持リング３０（本体部４７）との間に介装された適当数（一個のみ図示）のスプリング３３による附勢力により、下方へと附勢されている。そして、第１密封環２９の径方向への変位は、保持リング３０の本体部４７が第１ジョイント本体部分９に嵌合されていることによって阻止され、周方向への変位（回転変位）は、スプリング保持体４０に螺着されて下方に突出するドライブピン４９を、保持リング３０に形成した係合孔５０に上下移動可能に係合させることによって、阻止されている。なお、第１密封環２９と保持リング３０との間の相対回転は、第１密封環２９に形成した係合凹部５１と保持リング３０に突設したドライブピン５２との係合によって阻止されている。
【００３１】
而して、第１ジョイント構成要素１ａは、図５に示す如く、第１ジョイント本体部分９に第１メカニカルシール構成部分２４を組み込むことにより、組み立てられるものであり、後述する第２ジョイント構成要素１ｂとは完全に独立した一体構造物となっている。そして、第１ジョイント構成要素１ａの組み立て、つまり第１メカニカルシール構成部分２４の第１ジョイント本体部分９への組み込みは、次の手順で行なわれる。すなわち、ベローズ２８の一端側部分（円筒部３５及びフランジ部３７）に二つ割状の取付リング３９を係合させた上、スプリング保持体４０及び取付リング３９を、これらに挿通させたボルト４１により第１本体部分９の端部壁１２に取り付け、更にボルト４１を適当に締め付けて、ベローズ２８を端部壁１２との間に第１ガスケット２６を挟圧させた状態で当該端部壁１２にシール状に取り付けて、第１流路５とベローズ２８とを連通接続させる。このとき、第１ガスケット２６の膨出部４２，４２を端部壁１２とフランジ部３７との対向端面に形成した環状凹部に係合させることにより、ガスケット２６の内周面及びベローズ２８の内周面は第１流路５に面一状に連なる。次に、ベローズ２８の他端側部分（円筒部３６及びフランジ部３８）に二つ割状の取付リング３１を係合させた上、保持リング３０を、その係合部４８に第１密封環２９を係合させた状態で且つ第１密封環２９とフランジ３８との間に第２ガスケット２７を介在させると共に保持リング３０とスプリング保持体４０との間にスプリング３３を介在させた状態で、ボルト３２により取付リング３１に取り付け、更にボルト３２を適当に締め付けて、ベローズ２８と第１密封環２９とを、両者２８，２９間に第２ガスケット２７を挟圧させたシール状態で連結する。このとき、第２ガスケット２７の膨出部４２，４２を第１密封環２９の本体部４４とフランジ部３８との対向端面に形成した環状凹部に係合させることにより、第２ガスケット２７の内周面及び第１密封環２９の内周面はベローズ２８の内周面に面一状に連なる。そして、保持リング３０の係合孔５０に挿通させたドラブピン４９をスプリング保持体４０に螺着することによって、メカニカルシール構成部分２４の第１ジョイント本体部分９内への組み込みが完了し、第１ジョイント構成要素１ａが組み立てられる。
【００３２】
第２メカニカルシール構成部分２５は、図１及び図２に示す如く、回転軸体３の一端部４である第２流路６の開口部分に環状の第３ガスケット５３を介して固定された炭化珪素製の第２密封環５４と、回転軸体３の一端部４と第２密封環５４とをその間に介在させた第３ガスケット５３が挟圧されるシール状態で連結する第２連結部材５５，５６，５７，５８，５９とを具備する。
【００３３】
第２密封環５４は第１密封環２９と同一形状且つ同一材質をなす共通部材である。すなわち、第２密封環５４は、図３に示す如く、本体部６０とこれから軸線方向（上方向）に突出するシール部６１とを備えた円筒体に構成されている。第２密封環５４の内径つまり本体部６０の内径ｄ０はベローズ２８の内径Ｄ０に一致している。シール部６１の先端面（第２密封環５４の上端面）は、軸線に直交する平滑面たる密封端面６２とされていて、スプリング３３により第１密封環２９の密封端面４６が押圧接触せしめられている。シール部６１の内周面は、本体部６０から密封端面６２へと漸次拡径するテーパ面６１ａとされている。
【００３４】
第２密封環５４は、第２連結部材５５，５６，５７，５８，５９により、回転軸体３の上端部４にシール状に取り付けられているが、この第２連結部材は、第２密封環５４の本体部６０の外周部に係合させた保持リング５５と、回転軸体３の上端側外周部に形成した環状溝６３に係合させた二つ割状（径方向に二分割）の固定リング５６と、保持リング５５と固定リング５６との間に配して回転軸体３の上端部に外嵌状に挿通させた取付リング５７と、取付リング５７を固定リング５６に取り付けるボルト５８と、保持リング５５を取付リング５７に締結するボルト５９とからなる。取付リング５７は、ボルト５８により、環状溝６３に係合させた固定リング５６に取り付けることによって、回転軸体３の上端部に取り付けられている。この取付リング５７と回転軸体３との相対回転は、取付リング５７の内周部に形成した係合凹部６４と回転軸体３の外周部に突設したドライブピン６５との係合によって阻止される。保持リング５５は、第２密封環５４の本体部６０に外嵌された円環状の本体部６６と、第２密封環５４の本体部６０の上端部にシール部６１に干渉しない状態で係合する円環状の係合部６７とからなり、本体部６６を貫通して取付リング５７に螺合させたボルト５９を締め付けることにより、回転軸体３と第２密封環５４とを第３ガスケット５３を挟圧したシール状態で連結するように構成されている。第３ガスケット５３は、ボルト５９を締め付けることにより回転軸体３の上端部４と第２密封環５４の本体部６０との間に挟圧されるが、ボルト５９による挟圧力（締付面圧）は両部４，６０との間を適正にシールしうるに十分なものとされる。第３ガスケット５３は、ＰＴＦＥ単一材又は表面（少なくとも接液面）をフッ素樹脂単一材で被覆した複合材（例えば、シリコンゴム製の環状芯材の少なくとも接液面に対応する表面部分をＰＴＦＥ単一材層又はＥＴＦＥ単一材層等のフッ素樹脂単一材層で被覆したもの）で構成されたもので、前記ガスケット２６，２７と同一材質，形状のフッ素樹脂製ガスケットである。すなわち、第３ガスケット５３は、図３に示す如く、円環状板をなすガスケット本体の両面に円環状の膨出部４２，４２を形成したものであり、その位置決めを、当該第３ガスケット５３の挟圧面（回転軸体３と第２密封環５４との対向端面）に形成した各円環状凹部に膨出部４２を係合させることにより、適正に行いうるように工夫されている。第２密封環５４と保持リング５５との間の相対回転は、第２密封環５４の外周部に形成した係合凹部６８と保持リング５５の内周部に突設したドライブピン６９との係合によって阻止されている。
【００３５】
洗浄機構８は、図１に示す如く、ジョイント本体２内に形成されたメカニカルシール７の囲繞空間たる洗浄空間７０と、第１ジョイント本体部分９の周壁１１の上端部に形成されて、洗浄空間７０の上部に連通する滅菌，洗浄材供給口７１と、第２ジョイント本体部分１０の仕切部１８に形成されて、洗浄空間７０の下部に連通する滅菌，洗浄材排出口７２と、固定リング５６の下位に配して回転軸体３の外周部にセットスクリュー７３及びＯリング７４を介して取り付けられたスリング固定リング７５と、スリング固定リング７５の外周部に一体形成されて垂下する円筒状のスリング７６と、第２ジョイント本体部分１０の仕切部１８の内周部に一体形成されており、仕切部１８から上方に延びて回転軸体３とスリング７６との対向周面間に挿入された円筒状のシール保持リング７７と、シール保持リング７７の外周部に固定保持されて、スリング７６とシール保持リング７７との対向周面間をシールする環状シール部材（Ｖシール）７８と、第２ジョイント本体部分１０の仕切部１８に形成されて、回転軸体３とシール保持リング７７との対向周面間に形成されるドレン空間７９の下端部に連通するドレン８０とを具備して、スチーム，洗浄液等の滅菌，洗浄材８１を滅菌，洗浄材供給口７１から洗浄空間７０に供給する（例えば、１４０℃，０．３ＭＰaＧの飽和蒸気を３０分供給する）ことにより、第１ロータリジョイント１内を滅菌，洗浄しうるように構成されている。なお、Ｏリング７４等のすべてのＯリング及びシール部材７８のシール部分は、滅菌，洗浄材８１に対して化学的に不活性であり且つ耐熱性を有するＰＴＦＥ等のフッ素樹脂により構成されている。
【００３６】
而して、第２ジョイント構成要素１ｂは、図５に示す如く、第２ジョイント本体部分１０に回転軸体３及び第２メカニカルシール構成部分２５を組み込むことにより、組み立てられるものであり、前記した第２ジョイント構成要素１ｂとは完全に独立した構造をなしている。そして、第２ジョイント構成要素１ｂの組み立ては、次の手順で行なわれる。回転軸体３と第２ジョイント本体部分１０の軸受部２０とをベアリング２１，２１により相対回転自在に連結した上、回転軸体３に挿通させた仕切部１８をボルト１９により軸受部２０に取り付ける。次に、回転軸体３にスリング固定リング７５をセットスクリュー７３により取り付けた上、回転軸体３に第２メカニカルシール構成部分２５を組み込む。すなわち、回転軸体３の環状溝６３に二つ割状の固定リング５６を係合させると共に、この固定リング５６と回転軸体３に挿通させた取付リング５７とをボルト５８（図２参照）により連結する。そして、保持リング５５をボルト５９により取付リング５７に取り付けることにより、第２密封環５４を第３ガスケット５３を介在させた状態で回転軸体３の端部４に取り付けた上、第２密封環５４と回転軸体３とによる第３ガスケット５３の挟圧力（締付面圧）が適正となるように、ボルト５９を適当に締め付けて、両者３，５４間が第３ガスケット５３によりシールされるようにする。しかる後、第２ジョイント本体部分１０の接続部１６をボルト１７により仕切部１８に取り付けることによって、第２ジョイント構成要素１ｂが組み立てられる。なお、第１ジョイント構成要素１ａと第２ジョイント本体部分１ｂとは、第１ジョイント本体部分９の周壁１１と第２ジョイント本体部分１０の接続部１６とをボルト１５により連結することにより、図１に示す如く、密封環２９，５４の密封端面４６，６２が同心状をなして相互に押圧接触して流路５，６がシール状に連通接続された第１ロータリジョイント１が組み立てられる。
【００３７】
ところで、両密封環２９，５４の接触面圧（密封端面４６，６２の接触面圧）は、軸線方向に移動可能な第１密封環２９に作用する背圧Ｆ１及びスプリング３３による押圧力（スプリング圧）による閉力（密封端面４６，６２間を閉じる方向に作用する力）と密封端面４６，６２間に作用する開力（密封端面４６，６２間に形成される流体潤滑膜による）とによって決定されるが、良好なシール機能が発揮されるためには、当該接触面圧が適正となるように、この開閉力がバランスされることが必要である。而して、図４に示す如く、密封環２９，５４の接触端面である密封端面４６，６２の内外径ｄ１，ｄ２はベローズ２８の伸縮部３４の膨出量Ｈに応じて設定され、ベローズ２８には、伸縮部３４に作用する流体４３の圧力（内圧）によって軸線方向の推力Ｆが生じる。この推力Ｆは、ベローズ形伸縮管継手（ＪＩＳ Ｂ２３５２）と同様に、伸縮部３４の平均径Ｄｍによって決定され、Ｆ＝（π／４）（Ｄｍ ２−Ｄ０ ２）Ｐ＝（π／４）（Ｄｍ ２−ｄ０ ２）Ｐ（Ｐは流体４３の圧力）で与えられる。ここに、平均径Ｄｍは伸縮部３４の中心径であり、伸縮部３４における基端部３４ｂの外周面径Ｄ１と先端頂部３４ａの内周面径Ｄ２との平均値（Ｄｍ＝（Ｄ１＋Ｄ２）／２＝Ｄ１＋Ｈ／２＝Ｄ２−Ｈ／２）である。したがって、第１密封環２９には、その密封端面４６の内周側部分（テーパ面４５ａ）に流体４３の圧力によって当該推力に抗する力Ｆ０（＝（π／４）（ｄ１ ２−ｄ０ ２）Ｐ＝（π／４）（ｄ１ ２−Ｄ０ ２）Ｐ）が作用することから、第１密封環２９には、実質的にＦ−Ｆ０（＝（π／４）（Ｄｍ ２−ｄ１ ２）Ｐ）が背圧Ｆ１として作用することになり、この背圧Ｆ１によって前記閉力が決定される。そして、背圧Ｆ１は、密封端面４６，６２の内径ｄ１を大きくするに従って小さくなり、当該内径ｄ１を小さくするに従って大きくなる。例えば、ｄ１＝ｄ０（＝Ｄ０）とした場合、推力Ｆがそのまま背圧Ｆ１として作用する（Ｆ＝Ｆ１）ことになる。背圧Ｆ１が必要以上に高くなると、密封端面４６，６２の接触面圧が適正範囲を超えて、密封端面４６，６２が焼き付く等の問題を生じる。一方、ベローズ２８については、伸縮部３４の膨出量Ｈが小さくなると、平均径Ｄｍが小さくなり背圧Ｆ１も小さくできるが、ベローズ２８が合成樹脂材や金属材（この例ではＰＴＦＥ単一材）で構成されているため、ベローズをゴム等の弾性材で構成した場合と異なって、伸縮部３４の伸縮変形能（軸線方向変形能）が低く剛性が高くなる。その結果、ベローズ２８に連結された第１密封環２９の軸線方向移動が円滑に行なわれず、第１密封環２９の追従性が低下して、適正な接触面圧が得られず、良好なシール機能を発揮し得ない。逆に、剛性を低くするために、伸縮部３４の膨出量Ｈを大きくすると、平均径Ｄｍが大きくなり、流体４３の圧力（流体圧）Ｐが高い場合には、背圧Ｆ１が必要以上に高くなり、接触面圧が適正範囲を超えることになる。また、前記開力は、密封端面４６，６２の内外径ｄ１，ｄ２によって決定され、密封端面４６，６２の径方向幅（シール面幅）Ｗ（＝（ｄ１−ｄ２）／２）を一定とした場合、内外径ｄ１，ｄ２が大きくなるに従い大きくなり、平均径Ｄｍを超えると背圧Ｆ１とのバランスが崩れて、スプリング圧を必要以上に高くしないと、密封端面４６，６２の接触面圧が低下して良好なシール機能が発揮できず、極端な場合には密封端面４６，６２が開いてシール機能が喪失することになる。また、スプリング圧を必要以上に高くすると、当該メカニカルシール７の開始時における密封端面４６，６２の接触面圧（流体４３による潤滑膜が形成されないドライ運転状態における接触面圧）が高くなって、密封端面４６，６２が焼き付く等の問題が生じる。勿論、スプリング圧が必要以上に高い場合には、メカニカルシール構成部分２４の第１ジョイント本体部分９内への組み込み（第１ジョイント構成要素１ａの組み立て）が困難となる。
【００３８】
したがって、密封端面４６，６２の内外径ｄ１，ｄ２を、平均径Ｄｍを超えない範囲（ｄ２≦Ｄｍ）において、所定のシール面幅Ｗ（＝（ｄ２−ｄ１）／２）が確保されること及び推力に抗する力Ｆ０が発生すること（ｄ１＞Ｄ０）を条件として、平均径Ｄｍに近似させておくことにより、伸縮部３４の膨出量Ｈを可及的に大きくしても背圧Ｆ１を前記開閉力がバランスされる範囲で小さくしておくことができ、流体圧Ｐが高い場合にも、密封端面４６，６２の接触面圧を適正に維持して良好なシール機能を発揮させることができる。この例では、図４に示す如く、密封端面４２，６２の外径ｄ２を平均径Ｄｍに一致又は略一致させると共に、内径ｄ１を所定のシール面幅Ｗが確保できることを条件としてｄ１＞Ｄ１の範囲で可及的に大きくしてある。なお、ｄ１＞Ｄ０とすることによって流体通路８２に凹凸が生じるため、流体４３の円滑な流動が妨げられたり、澱みが生じる等の虞れがあるが、かかる虞れは、前述した如く密封環２９，５４の内周面にテーパ面４５ａ，６１ａを形成しておくことによって回避することができる。なお、図示していないが、流体通路８２に望む角部（例えば、密封環２９，５４の内周面とテーパ面４５ａ，６１ａとの接合部）は円弧状に形成して、当該角部による流体４３の円滑な流動が角部によって妨げられないように工夫されている。
【００３９】
以上のように構成された第１ロータリジョイント１にあっては、第１流路５と第２流路６とがベローズ２８、ガスケット２６，２７，５３及び密封環２９，５４を介して連通接続された一連の流体通路８２が形成されている。この流体通路８２の周壁面は、両流路５，６の周壁面、ベローズ２８の最小内周面（円筒部３５，３６及びフランジ部３７，３８の内周面）、ガスケット２６，２７，５３の内周面及び密封環２９，５４の内周面が同一径且つ同心とされていることから、ベローズ２８の伸縮部３４及びテーパ面４５ａ，６１ａによって形成される流体通路部分を除いて、上下方向に直線状に延びる円柱面をなしている。したがって、当該流体通路部分（伸縮部３４又はテーパ面４５ａ，６１ａで形成される環状凹部）がＶ字形状をなすものであることとも相俟って、流体通路８２には流体４３が滞留する部分つまり液溜まりが生じず、流体４３が円滑に流体通路８２を下方へと円滑に流動することになり、液溜まりによる雑菌発生の虞れはない。
【００４０】
また、ボルト３２，５９による締め付け力つまり密封環２９，５４とベローズ２８又は回転軸体３との間におけるガスケット２７，５３の挟圧力（締付面圧）は、フッ素樹脂製ガスケット２７，５３によるガスケットシール機能が十分に発揮されるように設定されるが、そのため密封環２９，５４の密封端面４６，６２に歪みが生じる。ところで、第１ロータリジョイント１は、図５に示す如く、第１ジョイント本体部分９に第１メカニカルシール構成部材２４を組み込んでなる第１ジョイント構成要素１ａと、第２ジョイント本体部分１０に回転軸体３及び第２メカニカルシール構成部材２５を組み込んでなる第２ジョイント構成要素１ｂとを各別に組み立てた上、両ジョイント構成要素１ａ，１ｂを、図１に示す如く、ボルト１５により連結することによって、組み立てられる。したがって、各ジョイント構成要素１ａ，１ｂを、各々、ラッピング装置（ラップ盤）等にセットして、当該ジョイント構成要素１ａ，１ｂの組み立て（ボルト３２，５９の締め付け）によって生じた密封端面４６，６２の歪みを修正した上で、両ジョイント構成要素１ａ，１ｂをボルト１５により連結することにより、密封端面４６，６２が歪みのない平滑面とされた第１ロータリジョイント１を得ることができる。すなわち、冒頭で述べた如く、密封端面の歪み修正後に密封環を組み込むようにせざるを得ない場合に比して、密封端面４６，６２の接触状態を適正且つ高精度に確保することができる。
【００４１】
このようにして組み立てられた第１ロータリジョイント１にあっては、メカニカルシール機能及びガスケット機能が適正に発揮されることになり、第１流路５から第２流路６へと漏れのない良好なシール状態で流体４３を流動させることができる。
【００４２】
また、ベローズ２８の伸縮部３４の膨出量Ｈを可及的に大きくすることによって、ベローズ２８が弾性能力の低い材質のものであるにも拘らず、密封環２９の追従性が向上する。また、伸縮部３４の膨出量Ｈを大きくしたに拘らず、密封端面の内外径Ｄ１，Ｄ２を平均径Ｄｍに近づけておくことにより、流体４３の圧力Ｐが高い場合にも、背圧Ｆ１を小さくして密封端面４６，６２の接触面圧を適正に維持することができる。これらのことから、メカニカルシール７によるシール機能が良好に発揮されて、相対回転部材間での流体流動を良好に行なうことができる。
【００４３】
また、飲料水供給装置の運転開始前、運転停止後又は供給させるべき飲料水を変更する際には、滅菌，洗浄材８１を滅菌，洗浄材供給口７１から洗浄空間７０に供給する（例えば、１４０℃，０．３ＭＰaＧの飽和蒸気を３０分供給する）ことにより、第１ロータリジョイント１内を滅菌，洗浄する。この場合、密封端面２９，５４間から洗浄空間７０に漏洩した流体４３は、滅菌，洗浄材８１と共に滅菌，洗浄材排出口７２から排出されることになり、かかる漏洩流体によりロータリジョイント１内における雑菌発生が回避される。
【００４４】
また、図６〜図９は第２の実施の形態を示すもので、この実施の形態における本発明に係るロータリジョイント（以下「第２ロータリジョイント」という）１０１は、図６に示す如く、筒状のジョイント本体１０２と、ジョイント本体１０２の内周部に回転自在に軸受支持された回転軸体１０３と、ジョイント本体１０２に形成されて回転軸体１０３の一端部（上端部）１０４に直対向して開口する第１流路１０５と、回転軸体１０３の中心部を軸線方向に貫通する第２流路１０６と、ジョイント本体１０２内において両流路１０５，１０６の開口端間を相対回転自在に連通シールする端面接触形のメカニカルシール１０７と、洗浄機構１０８とを具備するものであり、図９に示す如く、軸線方向（上下方向）において第１ジョイント構成要素１０１aと第２ジョイント構成要素１０１ｂとに分離可能な構造をなすものである。
【００４５】
なお、第２ロータリジョイント１０１は、メカニカルシール１０７及びその取付構造を除いて、第１ロータリジョイント１と同一構造をなすものであるから、第１ロータリジョイント１における構成部分と同一の構成部分（材質，形状が同一であるもの）については、図６〜図９において図１〜図５と同一符号を付することによって、その詳細な説明は省略することとする。また、密封環、ガスケット及びＯリングを除くジョイント構成部分は、全て、ステンレス鋼等の金属製である。
【００４６】
ジョイント本体１０２は、前記飲料水供給装置の装置本体（図示せず）に取り付けられており、図６に示す如く、軸線が上下方向に延びる円筒形状をなすものであって、軸線方向（上下方向）において上位の第１ジョイント本体部分１０９と下位の第２ジョイント本体部分１１０とに分割されている。第１ジョイント本体部分１０９は、円筒状の周壁１１１とその上面部を閉塞する端部壁１１２とをボルト１１３により連結してなる円筒体である。第２ジョイント本体部分１１０は、第１ロータリジョイント１の第２ジョイント本体部分１０と同一構造をなしており、第１ジョイント本体部分１０９の周壁１１１にボルト１５により連結された接続部１６と、接続部１６にボルト１７により連結された仕切部１８と、仕切部１８にボルト１９により連結された軸受部２０とからなる。回転軸体１０３は、第１ロータリジョイント１の回転軸体３と同様に、その一端部（上端部）１０４が両ジョイント本体部分１０９，１１０の分割位置（第１ジョイント本体部分１０９の下端位置ないし第２ジョイント本体部分１１０の上端位置）に対応する位置に位置されるように、第２ジョイント本体１１０の軸受部２０にベアリング２１，２１を介して回転自在に軸受支持されている。
【００４７】
メカニカルシール１０７は、図６に示す如く、第１ジョイント本体部分１０９に取り付けられた第１メカニカルシール構成部材１２４と回転軸体１０３に取り付けられた第２メカニカルシール構成部材１２５とからなる。
【００４８】
第１メカニカルシール構成部分１２４は、第１ジョイント本体部分１０９に環状の第１及び第２ガスケット（フッ素樹脂製ガスケット）２６，２７並びにベローズ２８を介して軸線方向移動可能（上下移動可能）に取り付けられた第１密封環２９と、ベローズ２８と第１密封環２９とを連結する第３連結部材１８５，１８６，１８７，１８８，１８９と、第１密封環２９を軸線方向に附勢するスプリング３３とを具備する。
【００４９】
ベローズ２８は、図８に示す如く、第１ロータリジョイント１におけると同様に伸縮部３４の膨出量Ｈを大きくして、剛性を小さくしたものである。ベローズ２８の一端部（上端部）であるフランジ部３７は、円筒部３５に外嵌状に係合させた二つ割状（径方向に二分割）の取付リング１９０及びその下面外周縁部に係合させた押圧リング１９１により、第１ガスケット２６を介在した状態で第１ジョイント本体部分１０９における第１流路１０５の開口部分つまり端部壁１１２の下面部に取り付けられている。すなわち、フランジ部３７は、端部壁１１２を貫通して押圧リング１９１に螺合させたボルト１１４を締め付けることにより、当該フランジ部３７と端部壁１１２との間に挟圧された第１ガスケット２６により、端部壁１１２にシール状に取り付けられている。ベローズ２８の内径（円筒部３５，３６及びフランジ部３７，３８の内径）Ｄ０及び第１ガスケット２６の内径は第１流路１０５の径に一致されており、ベローズ２８及び第１ガスケット２６は第１流路１０５と同心をなして端部壁１１２に固定されている。第１ガスケット２６は、ボルト１１４を締め付けることにより端部壁１１２とフランジ部３７との間に挟圧されて、両者３７，１１２間をシールするものであるが、ボルト１１４の締付力は第１ガスケット２６による十分なシール力が確保されるように調整される。
【００５０】
ベローズ２８の他端部（下端部）であるフランジ部３８には、第３連結部材１８５，１８６，１８７，１８８，１８９により、第１密封環２９が第２ガスケット（フッ素樹脂製ガスケット）２７を介してシール状に取り付けられている。すなわち、第３連結部材は、図７に示す如く、円筒部３６に外嵌させた二つ割状（径方向に二分割）の取付リング１８５と、フランジ部３８に第２ガスケット２７を介在した状態で衝合する保持リング１８６と、保持リング１８６に第１密封環２９を連結させる連結リング１８７と、取付リング１８５と保持リング１８６とを締結するボルト１８８と、保持リング１８６と連結リング１８７とを締結するボルト１８９とからなる。
【００５１】
フランジ部３８と保持リング１８６とのボルト１８８による締付力は、両者３８，１８６間をシールするに十分な締付面圧（第２ガスケット２７の挟圧力）が得られるように調整されるが、保持リング１８６は、その軸線方向の厚みを大きくして、かかる締付力によっては歪を生じないような剛性を有するものとされている。
【００５２】
保持リング１８６の下端面には、第１密封環２９の背面（本体部４４の基端面たる上端面）１１５が全面的に衝合する平滑な環状シール面（バフ仕上げされた鏡面）１１６が形成されており、連結リング１８７の内周部には、当該本体部４４の先端面（下端面）にシール部４５の近傍部位において係合する環状の係合突起１１７が形成されている。そして、保持リング１８６と連結リング１８７とを締結するボルト１８９を締め付けて、係合突起１１７により第１密封環２９をシール面１１６へと押し付けることにより、第１密封環２９が保持リング１８６のシール面１１６に密着されて、両者２９，１８６がシール状に連結される。
【００５３】
このように、第３連結部材１８５，１８６，１８７，１８８，１８９によりベローズ２８にシール状に連結された第１密封環２９は、ベローズ２８の伸縮範囲内（伸縮部３４の上下伸縮範囲内）において上下移動可能とされるが、更に、スプリング３３を含む次のような手段により、径方向変位及び周方向変位（回転変位）を阻止された状態で下方へと附勢されている。
【００５４】
すなわち、保持リング１８６の外周部は、大径部１９５とその下位の小径部１９６とが形成された階段状に構成されており、小径部１９６を、第１ジョイント本体部分１０９の周壁１１１の内周部に突設した環状保持部１９７に軸線方向（上下方向）に摺動可能に内嵌保持させることにより、第１密封環２９の径方向変位を阻止している。また、環状保持部１９７を上下方向に貫通する複数個（一個のみ図示）のドライブピン１９８を保持リング１８６の大径部１９５に螺合させることにより、第１密封環２９の回転変位を阻止している。また、環状保持部１９７から下方に突出するドライブピン１９８の下端側部分に、環状保持部１９７に対向するスプリング保持リング１９９が、当該ドライブピン１９８の下端頭部１９８ａで規制される範囲において上下動自在に挿通保持されていると共に、環状保持部１９７とスプリング保持リング１９９との間に複数個（一個のみ図示）のスプリング３３が介装されていて、第１密封環２９をスプリング３３による附勢力により下方へと附勢させている。
【００５５】
而して、第１ジョイント構成要素１０１aは、図９に示す如く、第１ジョイント本体部分１０９に第１メカニカルシール構成部分１２４を組み込むことにより、組み立てられるものであり、後述する第２ジョイント構成要素１０１ｂとは完全に独立した構造をなしている。そして、第１ジョイント構成要素１０１aの組み立て、つまり第１メカニカルシール構成部分１２４の第１ジョイント本体部分１０９への組み込みは、次の手順で行なわれる。すなわち、第３連結部材１８５，１８６，１８７，１８８，１８９によりベローズ２８と第１密封環２９とを連結した上、ベローズ２８をボルト１１４により取付リング１９０及び押圧リング１９１を介して第１ジョイント本体部分１０９の端部壁１１２に取り付ける。そして、周壁１１１をボルト１１３により端部壁１１２に取り付けた上、スプリング保持リング１９９と環状保持部１９７との間にスプリング３３を介在させた状態で、両者１９７，１９９に挿通させたドライブピン１９８を保持リング１８６の大径部１９５に螺合させることによって、メカニカルシール構成部分１２４の第１ジョイント本体部分１０９内への組み込みが完了し、第１ジョイント構成要素１０１ａが組み立てられる。
【００５６】
ところで、ベローズ２８と保持リング１８６との間はガスケット２７によりシールさせることができ、かかるガスケットシール機能を発揮させる必要なフッ素樹脂製ガスケット２７の締付面圧はボルト１８８の締め付けによって得られるが、その締め付けによっては第１密封環２９に歪みが生じることがない。一方、第１密封環２９は、その背面（上端面）が保持リング１８６の鏡面（シール面）１１６に全面的に密着されることから、ボルト１８９を第１密封環２９に歪みが生じる程度にまで強く締め付けずとも、両者２９，１８６間は良好にシールされる。したがって、第１ロータリジョイント１のように第１密封環２９をフッ素樹脂製ガスケット２７を介してベローズ２８に取り付ける場合と異なって、第１密封環２９をベローズ２８にシール状態で取り付けることにより密封端面４６に歪みが生じることがなく、第１ジョイント構成要素１０１ａについては密封端面４６の歪み修正はこれを必要としない。勿論、仮にボルト１８９の締め付けにより密封端面４６に歪みが生じることがあったとしても、係合突起１１７による密封環２９の押圧個所を密封端面４６に近接させていることから、その歪みは極く僅かであり、第１ジョイント構成要素１０１ａをラッピング装置等にセットすることにより密封端面４２の歪み修正を良好に行うことができる。
【００５７】
第２メカニカルシール構成部分１２５は、図６及び図７に示す如く、回転軸体１０３の一端部である第２流路１０６の開口部分１０４に密封環保持リング１２１及び環状の第３ガスケット（フッ素樹脂製ガスケット）５３を介して固定された炭化珪素製の第２密封環５４と、回転軸体１０３の一端部（上端部）１０４と密封環保持リング１２１とをその間に介在させた第３ガスケット５３が挟圧されるシール状態で連結する第４連結部材１２２，１２３，１２４，１２５と、第２密封環５４と密封環保持リング１２１とを当該密封環５４の背面１２６が密封環保持リング１０１に全面的に密着された状態で連結する第５連結部材１２７，１２８とを具備する。
【００５８】
すなわち、密封環保持リング１２１は、第２密封環５４と同一内径を有する金属製（回転軸体１０３と同一材質）のもので、一端部（上端部）には第２密封環５４の背面（本体部６０の基端面たる下端面）１２６が全面的に密着しうる平滑な環状シール面（バフ仕上げされた鏡面）１２９が形成されている。第４連結部材は、密封環保持リング１２１の他端部(下端部)に衝合した状態で、回転軸体１０３に嵌合された固定筒１２２と、固定筒１２２を回転軸体１０３に固定する適当数のセットスクリュー１２３と、外周部を固定筒１２２の上面部に形成した環状溝１１８に係合されると共に内周部を回転軸体１０３に形成した環状溝１１９に係合された二つ割状のストッパリング１２４と、上下方向において密封環保持リング１２１を貫通して固定筒１２２に螺着された適当数のボルト１２５とからなる。而して、固定筒１２２は、セットスクリュー１２３及びストッパリング１２４により回転軸体１０３に対する上方への変位を確実に阻止されていることから、ボルト１２５を締め付けることにより、密封環保持リング１２１を、ガスケット５３を圧縮する方向に移動させることができる。したがって、ボルト１２５の締め付け量を調整することにより、密封環保持リング１２１と回転軸体１０３の上端部１０４との間における第３ガスケット５３の挟圧力(締付面圧)を、両者１０４，１２１間をシールするに十分なものとできる。なお、密封環保持リング１２１は、その軸線方向の厚みを大きくして、ボルト１２５による締付力によっては歪を生じないような剛性を有するものとされている。また、固定筒１２２の端部(下端部)には、第１ロータリジョイント１におけると同様のスリング７６が一体形成されている。このスリング７６とシール保持リング７７との間は、第１ロータリジョイント１と同様に、環状シール部材（Ｖシール）７８によりシールされている。
【００５９】
第５連結部材は、第２密封環５４を密封環保持リング１２１に連結させるための連結リング１２７と、連結リング１２７を密封環保持リング１２１に締結させるための適当数のボルト１２８とからなり、第２密封環５４をその背面１２６が密封環保持リング１２１のシール面１２９に全面的に密着する状態で密封環保持リング１２１に取り付けるものである。連結リング１２７は、前記連結リング１８７と同一の共通部材であり、その内周部には第２密封環５４の本体部６０の先端面（上端面）にシール部６１の近傍部位において係合する環状の係合突起１３０が形成されている。そして、密封環保持リング１２１と連結リング１２７とを締結するボルト１２８を締め付けて、係合突起１３０により第２密封環５４をシール面１２９へと押し付けることにより、第２密封環５４が密封環保持リング１２１のシール面１２９に密着されて、両者５４，１２１がシール状に連結される。
【００６０】
而して、第２ジョイント構成要素１０１ｂは、図９に示す如く、第２ジョイント本体部分１１０に回転軸体１０３及び第２メカニカルシール構成部分１２５を組み込むことにより、組み立てられるものであり、前記した第２ジョイント構成要素１０１ａとは完全に独立した構造をなしている。そして、第２ジョイント構成要素１０１ｂの組み立ては、次のように行なわれる。すなわち、まず、回転軸体１０３を第２ジョイント本体部分１１０に軸受支持させると共に、スリング７６を有する固定筒１２３を回転軸体１０３に挿通させる。次に、ストッパリング１２４を回転軸体１０３に係合させると共に、固定筒１２３をストッパリング１２４に係合させた状態でセットスクリュー１２３により回転軸体１０３に固定する。さらに、密封環保持リング１２１をガスケット５３を介在した状態で回転軸体１０３に嵌合させると共に、ボルト１２５により密封環保持リング１２１と固定筒１２３とを連結した上、第２密封環５４を密封環保持リング１２１に取り付ける。ところで、回転軸体１０３は長尺のものであることから、その上端面１０４は高度の平滑面（鏡面）に加工しておくことが困難であるが、回転軸体１０３と密封環保持リング１２１との間は、当該上端面１０４を高度の平滑面にしておかずとも、ガスケット５３により良好にシールされる。かかるガスケットシール機能を発揮させる必要なフッ素樹脂製ガスケット５３の締付面圧はボルト１２５の締め付けによって得られるが、その締め付けによっては第２密封環５４に歪みが生じることがない。一方、第２密封環５４は、その背面１２６が密封環保持リング１２１の鏡面（シール面）１２９に全面的に密着されることから、ボルト１２８を第２密封環５４に歪みが生じる程度にまで強く締め付けずとも、両者５４，１２１間は良好にシールされる。したがって、第１ロータリジョイント１のように第２密封環５４をフッ素樹脂製ガスケット５３を介して回転軸体３の上端面４に取り付ける場合と異なって、第２密封環５４を回転軸体１０３にシール状態で取り付けることにより密封端面６２に歪みが生じることがなく、第２ジョイント構成要素１０１ｂについては密封端面６２の歪み修正はこれを必要としない。勿論、仮にボルト１２８の締め付けにより密封端面６２に歪みが生じることがあったとしても、係合突起１３０による密封環５４の押圧個所を密封端面６２に近接させていることから、その歪みは極く僅かであり、第２ジョイント構成要素１０１ｂをラッピング装置等にセットすることにより密封端面６２の歪み修正を良好に行うことができる。
【００６１】
なお、密封環２９，５４は、第１ロータリジョイント１におけると同一形状をなす共通部材であり、密封端面４６，６２の内外径ｄ１，ｄ２を、平均径Ｄｍを超えない範囲（ｄ２≦Ｄｍ）において、所定のシール面幅Ｗ（＝（ｄ２−ｄ１）／２）が確保されること及び推力に抗する力Ｆ０が発生すること（ｄ１＞Ｄ０）を条件として、平均径Ｄｍに近似させてある。すなわち、図８に示す如く、伸縮部３４の膨出量Ｈを可及的に大きくしても背圧Ｆ１を前記開閉力がバランスされる範囲で小さくしておくことができるように、密封端面４２，６２の外径ｄ２を平均径Ｄｍに一致又は略一致させると共に、内径ｄ１を所定のシール面幅Ｗが確保できることを条件としてｄ１＞Ｄ１の範囲で可及的に大きくしてある。また、洗浄機構１０８は、第１ロータリジョイント１の洗浄機構８と同一構造をなしている。
【００６２】
なお、本発明は上記した各実施の形態に限定されるものでなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲で適宜に改良，変更することができる。例えば、図１０は第３の実施の形態を示すもので、この実施の形態における本発明に係るロータリジョイント（以下「第３ロータリジョイント」という）２０１は、以下の点を除いて、第２ロータリジョイント１０１と同一構造をなすものであり、第１及び第２ロータリジョイント１，１０１と同様の作用効果を奏しうるものである。すなわち、第３ロータリジョイント２０１においては、図１０に示す如く、第２ロータリジョイント１０１のドライブピン１９８に対応するドライブピン２９８を、押圧リング１９１に螺合させると共に保持リング１８６に挿通係合させ、且つスプリング３３を保持リング１８６と押圧リング１９１との間に介装させてある。このように構成することによって、第２ロータリジョイント１０１における第２スプリング保持リング１９９に対応する部材を不要とすることができ、ロータリジョイント構造を簡略化できる。また、第３ロータリジョイント２０１にあっては、保持リング１８６を、第１ロータリジョイント１におけると同様に、第１ジョイント本体部分１０９の内周部（周壁１１１の内周部）に軸線方向に移動自在に内嵌させることにより、第１密封環２９の径方向変位を阻止している。
【００６３】
また、図１１及び図１２は第４の実施の形態を示すもので、この実施の形態における本発明に係るロータリジョイント（以下「第４ロータリジョイント」という）３０１は、以下の点を除いて、第３ロータリジョイント２０１と同一構造をなすものであり、第１〜第３ロータリジョイント１，１０１，２０１と同様の作用効果を奏しうるものである。すなわち、第４ロータリジョイント３０１においては、図１１に示す如く、第４連結部材が、密封環保持リング１２１と固定筒１２２とスリング７６とからなる一体構造物と、回転軸体１０３の上端側外周部に形成された断面三角形状の環状溝３０２と、固定筒１２２に形成された複数のネジ孔３０３と、各ネジ孔３０３に螺合された複数のセットスクリュー３０４とからなる。各ネジ孔３０３は、固定筒１２２をその外周面から内周面へと傾斜状に貫通するものであり、各セットスクリュー３０４を環状溝３０２の底面に衝合するように締め付けることにより、密封環保持リング１２１を回転軸体１０３の上端部１０４に近接する方向に移動させる。したがって、各セットスクリュー３０４の締め付け量を調整することにより、密封環保持リング１２１と回転軸体１０３の上端部１０４との間における第３ガスケット５３の挟圧力(締付面圧)を、両者１０４，１２１間をシールするに十分なものとできる。
【００６４】
ところで、第１〜第４ロータリジョイント１，１０１，２０１，３０１にあっては、図３又は図８に示す如く、密封環２９，５４の内周面をテーパ４５ａ，６１ａとして、密封端面４６，６２の内外径ｄ１，ｄ２を平均径Ｄｍに近似させておくことにより、流体圧Ｐが高い場合にも、背圧Ｆ１を過大とすることなくベローズ２８の伸縮部３４の膨出量Ｈを大きくできるように工夫されている。しかし、流体通路８２を流動する流体４３の圧力Ｐが低い場合やベローズ２８が比較的軟質材で構成される場合等のシール条件によっては、このような工夫を格別必要としないこともある。したがって、このようなシール条件で使用される第1〜第４ロータリジョイント１，１０１，２０１，３０１においては、図１３〜図１６に示す如く、密封環２９，５４の内周面を密封端面４６，６２の内径ｄ１に一致する一定径の円柱面に形成しておくことも可能である。なお、図１３〜図１６に示す第１〜第４ロータリジョイント１，１０１，２０１，３０１にあっては、密封端面４６，６２間には流体４３による潤滑膜が形成されることから、両密封端面４６，６２がカーボンの如き自己潤滑性を有しない硬質材（炭化珪素等）製のものであるにも拘わらず、密封端面４６，６２が焼き付いたり、騒音（鳴き）を生じたりすることなく、円滑に相対回転摺接して、摩耗粉を発生しないが、かかる密封端面４６，６２間における流体４３による潤滑膜の形成をより確実に行わしめるためには、図１７及び図１８に例示する如く、密封端面４６，６２の一方に、周方向に等間隔を隔てて複数の切欠溝５４ａを形成して、流体４３を切欠溝５４ａにより密封端面４６，６２間に積極的に導入させるように工夫しておくことが好ましい。切欠溝５４ａは、当該密封環の内周側に開口するものとされるが、液溜まりを発生しないように、図１７及び図１８に示す如く、下側の密封端面６２に形成され且つ下窄まり状の断面三角形状（平面形状は図１８に示す如く半円ないし円弧をなす）のテーパ溝としておくことが好ましい。
【００６５】
また、本発明のロータリジョイントは、ジュース，ミルク，ウイスキー等の飲料水を扱う飲料水供給装置の他、純水，研磨液等を扱うＣＭＰ装置や薬液供給装置等、高度の汚染回避を必要とする装置において相対回転部材間で流体流動させる場合にも好適に使用することができる。かかる場合、密封環、ベローズ及びガスケット以外のジョイント構成部材（特に接液面を有するもの）については、扱う流体に対して不活性（耐薬品性，耐熱性等）な材質のものとしておくことは勿論である。
【００６６】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明のロータリジョイントは、ジョイント本体に形成された第１流路と回転軸体に形成された第２流路とを端面接触形のメカニカルシールにより良好に連結させておくことができるものであり、冒頭で述べた如き問題を生じることなく、飲料水供給装置やＣＭＰ装置等における相対回転部材間での流体流動を汚染を回避しつつ良好に行うことができる極めて実用性に富むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１ロータリジョイントを示す縦断正面図である。
【図２】図１の要部の拡大図である。
【図３】図２の要部の更なる拡大図である。
【図４】第１ロータリジョイントにおける推力と背圧との関係を示す要部の拡大縦断正面図である。
【図５】第１ロータリジョイントを第１ジョイント構成要素と第２ジョイント構成要素とに分離した状態を示す図１対応の縦断正面図である。
【図６】第２ロータリジョイントを示す縦断正面図である。
【図７】図１の要部の拡大図である。
【図８】第２ロータリジョイントにおける推力と背圧との関係を示す要部の拡大縦断正面図である。
【図９】第２ロータリジョイントを第１ジョイント構成要素と第２ジョイント構成要素とに分離した状態を示す図６対応の縦断正面図である。
【図１０】第３ロータリジョイントを示す一部切欠の縦断正面図である。
【図１１】第４ロータリジョイントを示す縦断正面図である。
【図１２】図１１の要部の拡大図である。
【図１３】第１ロータリジョイントの変形例を示す一部切欠の縦断正面図である。
【図１４】第２ロータリジョイントの変形例を示す縦断正面図である。
【図１５】第３ロータリジョイントの変形例を示す一部切欠の縦断正面図である。
【図１６】第４ロータリジョイントの変形例を示す縦断正面図である。
【図１７】第１ロータリジョイントの他の変形例を示す要部の縦断正面図である。
【図１８】図１７のXVII−XVII線に沿う要部の横断平面図である。
【符号の説明】
１…第１ロータリジョイント、１０１…第２ロータリジョイント、２０１…第３ロータリジョイント、３０１…第４ロータリジョイント、１ａ，１０１ａ…第１ジョイント構成要素、１ｂ，１０１ｂ…第２ジョイント構成要素、２，１０２…ジョイント本体、３，１０３…回転軸体、４，１０４…回転軸体の一端部（回転軸体における第２流路の開口部分）、５，１０５…第１流路、６，１０６…第２流路、７，１０７…メカニカルシール、８，１０８…洗浄機構、９，１０９…第１ジョイント本体部分、１０，１１０…第２ジョイント本体部分、２４，１２４…第１メカニカルシール構成部材、２５，１２５…第２メカニカルシール構成部材、２７，５３…ガスケット、２８…ベローズ、２９…第１密封環、３０，３１，３２…第１連結部材、３３…スプリング、４３…流体（飲料水）、４６，６２…密封端面、５４…第２密封環、５５，５６，５７，５８，５９…第２連結部材、１８５，１８６，１８７，１８８，１８９…第３連結部材、１０１，１０２，１０３…第４連結部材、１０４，１０５…第５連結部材。
Claims (6)
- 筒状のジョイント本体と、ジョイント本体の内周部に回転自在に軸受支持された回転軸体と、ジョイント本体に形成された第１流路と、回転軸体を軸線方向に貫通する第２流路と、ジョイント本体内において両流路の開口端間を相対回転自在に連通する状態にシールする端面接触形のメカニカルシールとを具備するロータリジョイントであって、
ジョイント本体が、第１流路が形成された第１ジョイント本体部分と回転軸体を軸受支持する第２ジョイント本体部分とに分離可能に構成されており、
メカニカルシールが、第１ジョイント本体部分に取り付けられた第１メカニカルシール構成部材と回転軸体に取り付けられた第２メカニカルシール構成部材とに分離可能に構成されており、して、第１ジョイント本体部分及び第１メカニカルシール構成部材と第２ジョイント本体部分、回転軸体及び第２メカニカルシール構成部材とを夫々独立した一体構造物となし、
第１メカニカルシール構成部分は、第１ジョイント本体部分における第１流路の開口部分に一端部が取り付けられた伸縮可能なベローズと、第１ジョイント本体部分にベローズを介して軸線方向移動可能に保持された第１密封環と、ベローズの他端部と第１密封環とをその間に介在させたガスケットが挟圧される状態で連結する第1連結部材とを具備するものであり、
第２メカニカルシール構成部分は、回転軸体の一端部である第２流路の開口部分にガスケットを介して固定された炭化珪素製の第２密封環と、回転軸体の一端部と第２密封環とをその間に介在させた当該ガスケットが挟圧される状態で連結する第２連結部材とを具備するものであり、
ベローズが合成樹脂材又は金属材で構成されており、各密封環が硬質材で構成されており、各ガスケットが合成樹脂材で構成されていることを特徴とするロータリジョイント。 - 筒状のジョイント本体と、ジョイント本体の内周部に回転自在に軸受支持された回転軸体と、ジョイント本体に形成された第１流路と、回転軸体を軸線方向に貫通する第２流路と、ジョイント本体内において両流路の開口端間を相対回転自在に連通する状態にシールする端面接触形のメカニカルシールとを具備するロータリジョイントであって、
ジョイント本体が、第１流路が形成された第１ジョイント本体部分と回転軸体を軸受支持する第２ジョイント本体部分とに分離可能に構成されており、
メカニカルシールが、第１ジョイント本体部分に取り付けられた第１メカニカルシール構成部材と回転軸体に取り付けられた第２メカニカルシール構成部材とに分離可能に構成されており、
第１メカニカルシール構成部分は、第１ジョイント本体部分における第１流路の開口部分に一端部が取り付けられた伸縮可能なベローズと、第１ジョイント本体部分にベローズを介して軸線方向移動可能に保持された第１密封環と、ベローズの他端部と第１密封環とをその間に介在させたガスケットが挟圧される状態で連結する第３連結部材とを具備するものであり、
第２メカニカルシール構成部分は、回転軸体の一端部である第２流路の開口部分に密封環保持リング及びガスケットを介して固定された第２密封環と、回転軸体の一端部と密封環保持リングとをその間に介在させた当該ガスケットが挟圧されるシール状態で連結する第４連結部材と、第２密封環と密封環保持リングとを当該密封環の背面が密封環保持リングに全面的に密着された状態で連結する第５連結部材とを具備するものであり、
ベローズが合成樹脂材又は金属材で構成されており、各密封環が硬質材で構成されており、各ガスケットが合成樹脂材で構成されていることを特徴とするロータリジョイント。 - ベローズがポリテトラフルオロエチレンで構成されており、各密封環が炭化珪素で構成されており、各ガスケットがポリテトラフルオロエチレン又は表面をフッ素樹脂で被覆した複合材で構成されていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載するロータリジョイント。
- 両流路をメカニカルシールで接続してなる一連の流体通路が上下方向に延びており、両密封環の接触端面である密封端面の一方であって下側のものに、当該密封環の内周側に開口する下窄まり状の切欠溝が形成されていることを特徴とする、請求項１、請求項２又は請求項３に記載するロータリジョイント。
- ベローズが、中央部分を外方に膨出する一つの伸縮部に構成してなる円筒状のものであり、各密封環が、内径をベローズの内径と同一とする円環状のものであり、ベローズの伸縮部及び各密封環を、両密封環の接触端面である密封端面の内外径ｄ１，ｄ２が伸縮部の平均径Ｄｍ（当該伸縮部における基端部の外周面径Ｄ１と先端頂部の内周面径Ｄ２との平均値）を超えない範囲において当該平均径Ｄｍに近似するように、構成してあることを特徴とする、請求項１、請求項２又は請求項３に記載するロータリジョイント。
- 各密封環の内周面が密封端面へと漸次拡径するテーパ面に構成されていることを特徴とする、請求項５に記載するロータリジョイント。
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