JP6681874B2 - ピストン作動による回転継手 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０１４年７月１８日出願の米国仮特許出願シリアル番号第６２／０２６，２１８号の利益を主張し、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

開示の技術分野
本発明は、回転継手(rotary union)などの流体連結デバイス(fluid coupling device、流体カップリング装置)に関するものであり、より詳細には、改良されたシール制御アクチュエータ機構に関するものであって、該アクチュエータ機構は、回転継手内での、潤滑性の媒質(media)の使用、非潤滑性の媒質の使用、または、媒質の不使用に拘わらず、流体圧力で動作するものである。

発明の背景
回転継手などの流体連結デバイスは、産業上の用途において使用されており、それら用途は、例えば、金属またはプラスチックのマシニング、ワークホールディング、印刷、プラスチックフィルムの製造、製紙、半導体ウエハーの製造、および、固定された供給源（ポンプやリザーバーといったようなもの）から回転する要素（工作機械のスピンドル、ワーク片をクランプするシステム、または、回転するドラム、もしくは、シリンダーといったようなもの）へと流体媒質を移送することを必要とする他の産業上の処理である。これらの用途は、しばしば、比較的高い媒質圧力、流速、または、機械工具の高い回転速度を必要とする。

そのような用途において使用される回転継手は、冷却のために、加熱のために、または、１つ以上の回転する要素を作動させるために、該機器が使用する流体媒質を送る。典型的な流体媒質は、水を主成分とする(water-based)液体、液圧(hydraulic)オイルまたは冷却オイルおよび空気を含む。場合によっては、例えば、流体通路から媒質を排出するときに、回転継手は真空下で機能し得る。回転継手を使用する機械は、典型的には、ベアリング、ギア、電気部品、およびその他のものなどの精密部品を有するが、これらは、高価であり、および／または、点検の間の修理または交換が難しい。これらの部品はしばしば、作動の間に回転継手からの流体の漏れまたは排出にさらされた場合に、腐食性の環境下に置かれるかまたは損傷を被る。

回転継手は、典型的には、固定部材(stationary member)を有し、該固定部材は、ハウジングと呼ばれることもあり、流体媒質を受け入れるための入り口を有する。回転しないシール部材が、ハウジング内に取り付けられる。回転する部材(rotating member)は、ローターと呼ばれることもあり、回転するシール部材を有し、かつ、回転する部品に流体を送るための出口とを有する。回転しないシール部材のシール面(seal surface)は、通常、バネ、媒質の圧力、またはその他の方法によって、回転するシール部材のシール面に対して、液密(fluid-tight)な係合をするように付勢(biased、バイアス)されており、それにより、継手の回転する部品と回転しない部品との間のシール(seal、密封）が形成されることが可能になっている。該シールは、回転しない部分と回転する部分との間での重大な漏れを伴うことなく、流体媒質を継手を通じて移送することを可能とする。回転継手を通過する流体媒質は、係合されたシール面を滑らかにして、シール部材の磨耗を最小にし得る。回転継手が非潤滑性の媒質（乾燥空気など）を伴って、または、いかなる媒質も伴わずに使用された場合、係合されたシール面は「ドライラン（dry running）」状態を経験し、これが、十分な潤滑が欠如していることに起因した、シールの早い磨耗を引き起こす。長期間のドライランは、それらシール部材に対して深刻な損傷を引き起こすことがあり、それにより、一方または両方のシール部材の高価かつ時間のかかる交換が必要となる。

コンピューター数値制御（computer-numerical-control；ＣＮＣ）のミーリングマシン、ドリリングマシン、ターニングマシン、および、伝達ラインなどのような高速のマシニング機器は、回転継手を使用して、装置内の冷却および潤滑のために、工具（tool）の切れ刃（カッティングエッジ）に媒質(medium)を直接的に供給しており、該媒質は、通常「スルー・スピンドル・クーラント(through spindle coolant)」と呼ばれている。スルー・スピンドル・クーラント装置は、高価な切断工具の耐用年数を延ばし、切断速度をより高くすることを可能とすることで生産性を向上させ、かつ、ワークピースまたは該工具を損傷し得る材料チップを切断工具の切断表面から流し取る。異なるワークピースの材料は、通常、最適な生産性および性能のために、異なる媒質を必要とする。例えば、空気またはエアロゾル媒質は、非常に硬い材料をマシニングするときに、より良い熱制御を提供でき、一方、液体クーラントは、アルミニウムなどのより軟らかい材料をマシニングするときに、より良いパフォーマンスを提供し得る。加えて、ある種の作業は、スルー・スピンドルの媒質なしでより効率的かつより安価に行うことができる。

ある種の用途においては、例えば、工具スピンドルを交換するときというような、シールが脱係合する場合の、連結部（カップリング）の作動流体(working fluid)がこぼれることを避けることもまた望まれる。同様に、作動流体と空気との混合物を含み得る流れの開始が、該作動流体の漏れを引き起こすことがないように、該作動流体が最高圧力(full pressure)となる前に、該連結部の回転シールを係合させることがさらに望ましいかもしれない。

開示の要約
一側面において、本開示は回転継手を説明する。当該回転継手は、媒質チャンネル開口部（media channel opening）と流体連通している内腔と、該内腔に対して半径方向にオフセットされた距離で配置される開放端部（open end）を有するピストン内腔とを有するハウジングを含む。ピストン内腔は、媒質チャンネル開口部および内腔から流体的に隔離されており、作動ポート（actuation port）に流体接続されている。回転しないシールキャリアは、内腔内に摺動可能（slidably）に配置され、ハウジングは、内腔と流体連通している媒質チャンネルを有する。作動アーム（actuation arm）は、回転しないシールキャリアに接続され、内腔に対してそこから半径方向外側に伸び出す。作動アームは、ピストン内腔の開放端部と少なくとも部分的に重なり合う。ピストンは、ピストン内腔内に摺動可能に配置され、可変ピストン容積（variable piston volume）がピストンとピストン内腔との間に規定されるようになっている。可変ピストン容積は、作動ポートに流体接続されており、作動ポートを介して提供される流体圧が可変ピストン容積中に存在するとき、ピストンは、内腔の開放端部から外に伸び出るように適合される。ピストンは、作動アームに解放可能に接し、ピストンがピストン内腔に対して変位するとき、作動アームと、結果として回転しないシールキャリアとが内腔に対して変位することを促すように構成される。シールは、回転しないシールキャリアと内腔との間に摺動シール（sliding seal）を作成するために、回転しないシールキャリアの周囲に配置される。回転しないシールキャリアは、圧力をかけられた流体がピストン内腔内に存在するとき、ハウジングに対して伸び出るように配置される。

別の側面において、本開示は回転継手を作動させるための方法を説明する。当該方法は、媒質チャンネル開口部と流体連通している内腔と、該内腔に対して半径方向にオフセットされた距離で配置される開放端部を有するピストン内腔とを有するハウジングを提供することを含み、ピストン内腔は、媒質チャンネル開口部および内腔から流体的に隔離されており、作動ポートに流体接続されている。当該方法は、回転しないシールキャリアをハウジング中の内腔内に摺動可能に配置すること、および媒質チャンネルを内腔と流体接続させることをさらに含む。回転しないシールキャリアに接続され、内腔に対してそこから半径方向外側に伸び出る作動アームが提供され、該作動アームは、ピストン内腔の開放端部と少なくとも部分的に重なり合うようになっている。ピストンは、ピストン内腔内に摺動可能に配置され、可変ピストン容積がピストンとピストン内腔との間に規定されるようになっている。当該方法は、作動ポートで作動流体圧（actuation fluid pressure）を加えて、ピストン内腔に対してピストンを伸び出させようとする空気圧を提供するために作動流体圧が可変ピストン容積中に存在するようにすること、ならびにピストンで作動アームを押すこと、およびピストンがピストン内腔に対して変位するとき、作動アームと、結果として回転しないシールキャリアとが内腔に対して変位することを促すこともまた含む。

図１は、本開示による回転継手の一態様の回転しない部分の正面図である。 図２、３および７は、二つの作動位置における図１に示される回転継手の態様の断面である。 図２、３および７は、二つの作動位置における図１に示される回転継手の態様の断面である。 図４および５は、二つの作動位置における回転継手の第二の態様の断面である。 図４および５は、二つの作動位置における回転継手の第二の態様の断面である。 図６は、本開示による回転継手を作動させる方法のフローチャートである。 図２、３および７は、二つの作動位置における図１に示される回転継手の態様の断面である。 図８は、本開示による回転継手の代替的な態様の断面である。

本明細書の一部を成す図面において、図１は、回転継手１００の回転しない部分１０１の正面図である。図２および３は、二つの作動位置における回転継手１００の断面である。図１−３を参照すると、回転継手１００は、回転するシールキャリア１０３の端部に接続された回転するシール部材１０２（通常、ローターと呼ばれる）と、回転しないシールキャリア１０５の端部で接続された回転しないシール部材１０４とを含む。回転しないシールキャリア１０５は、ハウジング１０６に対して軸方向に移動可能であり、このことは、図２および３に最もよく示されている。ハウジング１０６は、図２および３では２ピースの構造物として示されているが、単一ピースの構造物または２ピース以上の構造物もまた、ハウジング１０６のために所望により用いられてもよい。本開示中、ハウジング１０６は、その構造物を構成するピースの数とは関係なく、単一の構成として言及される。回転するシール部材１０２は、知られているように、機械スピンドルのような回転する機械コンポーネント（図示せず）に結合されている。ハウジング１０６は、回転しない機械コンポーネント（図示せず）に結合されている。区間分けされた（segmented）導管または媒質チャンネル１１２は、図２および３に最もよく描かれるように、回転するシールキャリア１０３、回転しないシールキャリア１０５、ならびに回転するシール部材１０２および回転しないシール部材１０４をそれぞれ通過して延びている。

回転するシール部材１０２および回転しないシール部材１０４が係合したときに、回転するシールキャリア１０３および回転しないシールキャリア１０５を通過する流体通路が提供されるように、媒質チャンネル１１２の部分が、当該回転継手１００の異なる部品内に定められている。当該回転継手１００の動作に関してさらに詳細に説明する通り、かつ、以下に記載するような、図６のフローチャートに関して後述する記載の通り、媒質チャンネル１１２は、回転するシール部材１０２と回転しないシール部材１０４とが互いに係合したときには、流体を密封して(sealingly、シールして）閉じ込めるように、かつ、回転するシール部材１０２と回転しないシール部材１０４とが係合していないときには、外気への排出のために開くように、選択的に構成されていてもよい。ある種の用途においては、媒質チャンネル１１２は、媒質チャンネル１１２内から作動流体を引き出して排出する真空にさらされてもよい。

回転するシールキャリア１０３は、ＣＮＣのミーリングマシン上のスピンドル等、あらゆるタイプの機械コンポーネントと接続または結合されることができ、それは、回転するシール部材１０２を支持するものである。回転するシール部材１０２が回転しないシール部材１０４に係合したとき、機械的な端面シール(mechanical face seal)が作り出される。該機械的な端面シールは、回転しないシールキャリア１０５から回転するシールキャリア１０３へと、したがってキャリアが接続される対応する機械コンポーネントを通して、流体媒質を移送するための媒質チャンネル１１２をシールするように作動する。図示される態様では、ハウジング１０６は、ボルト（４つが示されている）によって、機械の回転しない部分またはコンポーネントに接続可能であり、該ボルトは、回転しない機械コンポーネント内に形成された対応するねじを持った開口に係合するようにボルト穴１０９を通過して延びるが、他の取り付け装置(mounting arrangements)が使用できる。

回転する機械コンポーネントは、図２および３に示されるように、ハウジング１０６の部分の周囲に配置される外側シール１１１とシール可能に（sealably）係合する内腔を形成してもよい。同様に、回転する機械コンポーネント中に形成される内腔は、回転するシールキャリア１０３の部分の周囲に配置される外側回転シール１１３とシール可能に係合してもよい。図示される態様では、ハウジング１０６と回転しないシールキャリア１０５との間に、二次的シール１１４が配置される。二次的シール１１４は、作動中に回転しないシールキャリア１０５とハウジング１０６との間にシール機能を提供するために、回転しないシールキャリア１０５と摺動可能にかつシール可能に係合している。図２および３の断面に示されるように、二次的シール１１４は、一般に長方形の断面を有するものとして表される。二次的シール１１４は、あらゆる適切なタイプの摺動シール、例えばＵ−カップシール、Ｏ−リングシール、リップシール等として、具現化され得ると考えられる。媒質１１２内に加圧された媒質または真空が存在するとき、二次的シール１１４は、周囲環境および回転継手１００の他の部分から媒質チャンネル１１２をシールするように作用する。

図２および３の断面に示されている回転継手１００の態様では、回転しないシール部材１０４は、回転しないシールキャリア１０５に接続されている。回転しないシールキャリア１０５は、ハウジング１０６の内腔１２８内に摺動可能にかつシール可能に配置されていて、内腔１２８のランド(land)１２９を摺動可能に係合させる外径部分を持つ。内腔１２８は略円筒状であり、その内径と回転しないシールキャリア１０５の外径との間にわずかなギャップを形成してもよく、そのギャップによって、回転しないシールキャリア１０５と内腔１２８との間に、軸方向に角度をなすズレ(mis-alignment)が生じることが可能になっており、このズレによって、有利にも、当該回転継手は、回転する機械コンポーネントと回転しない機械コンポーネントとの間の、組立てのおよび操作上(operational)のズレ状態を受入れること(accommodate)ができるようになっている。回転しないシールキャリア１０５の周りを環状に延びるランド１２９の軸方向の長さおよび内径寸法は、それぞれの用途について、特定の設計要件と部品間の予測されるズレとに応じて選択できる。ハウジング１０６に対して、回転しないシール部材１０４の摺動を可能にする構造的な配置は、回転しないシール部材１０４の、回転するシール部材１０２との選択的な係合および脱係合を可能にし、二つのシール部材１０２および１０４の間に存在し得る軸方向の変位を補償し得る。

図２の図中、シール部材１０２および１０４は、脱係合した位置で示されており、ここでは、回転しないシールキャリア１０５がハウジング１０６に対して内腔１２８内で引き込まれている。図３の図中、シール部材１０２および１０４は、係合した位置で示されており、ここでは、回転しないシールキャリア１０５がハウジング１０６に対して内腔１２８内で伸び出されている。係合した位置では、回転するシール部材１０２と回転しないシール部材１０４との間の接合部分１２５またはその周囲に、機械的な端面シールが形成される。

ハウジング１０６は、通路および開口を持ち、それらは、作動流体を媒質チャンネル１１２に提供するためのものであって、該流体は、液体または気体であり得、また、空気または真空を作動チャンネル(activation channel)に提供するためのものであり、こうすることによって、回転しないシールキャリア１０５がハウジング１０６に対して相対的に移動する。より具体的には、該ハウジング１０６には作動ポート２００が形成されており、これは、ハウジング１０６内に形成されているピストン内腔２０２に流体的に接続している。該ピストン内腔２０２は、そこからオフセット距離Ｄ（図３に示される）で、図２および３に示されるように、内腔１２８の中心線２０５に平行に延びる中心線２０３を有する。

フローティングピストン２０６は、ピストン内腔２０２内に摺動可能に配置される。フローティングピストン２０６は、ピストン内腔２０２内で自由かつ概してシール可能に移動する略円筒形状を有する。図示される態様では、作動ポートにおいて加えられる圧力で空気または別の流体がピストン内腔を満たし、ハウジング１０６に対して外側または伸び出る方向にピストン２０６を押そうとするピストン２０６の軸面（axial face）上の空圧（または、使用する流体のタイプに応じた液圧）力を誘導するであろう。真空もまた、ピストン２０６を内腔２０２内に引き込むために加えられてもよい。作動中、ハウジング１０６に対してピストン２０６を伸び出させようとする力は、回転しないシールキャリア１０５に移送される。示される特定の態様では、回転しないシールキャリア１０５は、内腔の中心線２０５に対して回転しないシールキャリア１０５から半径方向外側に伸び出る作動アーム２０８を形成するか、またはそれに接続される。作動アーム２０８は、ピストン２０６の軸方向外向き面２１０（図３に示される）により接触され、押され、それにより、ピストン２０６が伸び出るよう促される間、上述の通りハウジング１０６に対して伸び出る。図示される態様では、アーム２０８は、ハウジング１０６中に形成されたスロットまたはチャンネル２０７内に摺動的に受け入れられる。アーム２０８とスロット２０７は一緒になって、キー固定した配置構成（keyed arrangement）を形成し、該配置構成が、作動中に回転しないシールキャリア１０５の回転を妨げる。

さらなる力成分または力寄与（force contribution）が、ハウジング１０６に対して回転しないシールキャリア１０５を伸び出させるか、または移そうとする合力に影響を与えてもよい。例えば、回転しないシールキャリア１０５とハウジング１０６との間に、回転しないシールキャリア１０５をハウジング１０６に向う方向またはハウジング１０６から離れる方向のいずれかに付勢しようとするバネ（図示せず）が追加されてもよい。一態様では、例えば、そのようなバネが内腔内に配置され、かつピストンとハウジングとの間に接続され、その間にピストンをハウジングに向う方向またはハウジングから離れる方向のいずれかに付勢する力を提供してもよい。さらに、回転しないシールキャリア１０５は、正味の液圧面（net hydraulic surface）を提示してもよく、これはバランス比としても言及され得、媒質チャンネル１１２内の流体圧にさらされ、かつ回転しないシールキャリア１０５が媒質チャンネル１１２内の流体の存在下で移動することを促そうとする力を生み出す。

ピストン２０６と内腔２０２との間の空間（内腔２０２内でのピストン２０６の自由運動を容易にする）の大きさおよび寸法は、内腔２０２内から周囲環境への少なくともいくらかの流体の漏れを許容するために、内燃機関エンジン中で内腔と往復ピストンとの間に提供されるシールと類似の方法で制御されていてもよい。そのような漏れは、作動中の内腔２０２内でのピストン２０６の粘着または結合を妨げるのを助けてもよい。

作動中、比較的低い空気圧をピストン内腔２０２に加えることによって、回転しないシールキャリア１０５が、ハウジング１０６に対して、伸び出ることになる。換言すると、回転しないシールキャリア１０５に媒質によって作用し、該キャリアをハウジング１０６に対して軸方向に移動させるあらゆる液圧力にもかかわらず、空気圧をピストン内腔２０２に加えることは、空圧の（または、使用する流体のタイプに応じた液圧の）リニアピストンアクチュエータの効果を持つことになり、これは、アーム２０８を強く押し、回転しないシールキャリア１０５を、ハウジング１０６の内腔２０２に対して伸び出させるためにピストン２０６を用いる。具体的には、空気の流れが空気作動ポート２００に提供されると、その空気の流れの運動量および圧力がピストン内腔２０２を満たすことになり、たとえ空気のいくらかがピストン２０６と内腔２０２との間のギャップを通過して漏れることになっても、それは、ピストン２０６の後方側を動的にかつ空気の作用で強く押すことになり、そのため、回転しないシールキャリア１０５はハウジング１０６に対して伸び出す方向に移動するであろう。換言すると、ハウジング１０６に向かうローターまたは回転するシールキャリア１０３の軸方向運動は、ピストン内腔２０２内に空気圧が存在する間、妨げられてもよい。スナップリング２１２は、ハウジング１０６に接続され、図３に示されるように、回転しないシールキャリア１０５が完全に伸び出た位置にあるとき、スロット２０７の端部を通してアーム２０８と接触することにより、ハウジング１０６に対する回転しないシールキャリア１０５の軸方向外側の運動を制限するよう配置されてもよい。

一態様では、回転継手１００は、作動中の二次的シール１１４の部分的または完全な故障の場合に、回転しないシールキャリア１０５に作用する所望されない力を妨げるように構成される。例えば、二次的シール１１４のシール機能における部分的または完全な故障は、内腔１２８のランド１２９に沿ってピストン２０６の近傍まで通る媒質チャンネル１１２内に媒質が存在することをもたらすかも知れない。十分な量の媒質が集まり、ピストン２０６の周囲を加圧すれば、ピストンと、結果として回転しないシールキャリア１０５とに液圧力を与えるかも知れない。さらに、そのような流体はさらに、空気作動ポート２００に接続された空圧式システムに侵入するかも知れない。漏れの場合にそのような効果を避けるため、回転継手１００は、図７の断面に示されるように、流体排出配置構成（fluid venting arrangement、流体排出装置）を含む。

図７を参照すると、ハウジング１０６は、収集チャンネル２１４を形成し、該収集チャンネルは、図示される態様では、内腔１２８内に配置され、二次的シール１１４が収集チャンネル２１４と媒質チャンネル１１２の流体入口側との間にあるようになっている。収集チャンネル２１４は、内腔１２８の全断面の周囲に環状に延びる。本配置では、二次的シールを通って漏れるかも知れない媒質チャンネル１１２内からの流体は、収集チャンネル２１４内に集まるであろう。ハウジング１０６中に、少なくとも一つの通気路２１６が形成される。図示される態様では、二つの通気路２１６が示されている。各通気路２１６は、収集チャンネル２１４とハウジング１０６の外側の部分との間をハウジング１０６を完全に通って延び、収集チャンネル２１４内に存在するあらゆる流体が通気路２１６を通って回転継手１００から出ることができるようになっている。収集チャンネル内にさらなる流体が追加されてもよいので、回転継手の設置される向きによっては、流体は、重力によりまたは流体の変位により通気チャンネルを通過してもよい。注目すべきことに、通気路の存在は、漏洩流体加圧が回転継手内で起きなくてもよいことを確実にし、このことは、上述の通り回転継手の作動に影響を与えるかも知れない。

回転継手１００の代替的な態様が図４および５に示される。ここで、わかりやすくするために、前述の、かつ、例えば、図２および３に示されるものと同様の参照符号が同様の構造を示している。本態様では、回転継手３００は、第二のピストン３０６を含み、該第二のピストンは、回転しないシールキャリア１０５上に形成されるか、または回転しないシールキャリア１０５に接続される第二のアーム３０８を強く押す。第二のピストン３０６は、ハウジング１０６中に形成される第二の内腔３０２中に配置される。第二の内腔３０２は、上述の通り第一のピストン２０６を収容する内腔２０２と平行であり、ピストン２０６と３０６の両方が回転しないシールキャリア１０５上に単一の方向で力を与え得るようになっている。図示される態様では、ピストン２０６および３０６は同一の構造、すなわち同一の大きさおよび形状であり、作動中、同一のまたは共通の空気圧の源にさらされる。示されるように、ハウジング１０６が接続している回転しない機械コンポーネント３１４中に形成された合流通気路（combined air passage）３１２は、ハウジング１０６中に形成されたチャンネルと機械コンポーネント３１４の表面との間に規定された環状チャンネル３１０に流体的に接続されている。環状チャンネルは、合流通気路３１２を第一の内腔２０２および第二の内腔３０２と流体的に相互接続させ、合流通気路に加えられる空気圧が、第一の内腔２０２および第二の内腔３０２に均等に分配されるようになっている。

アーム２０８に対してもたれかかる第一のピストン２０６に類似する方法で、それぞれの第二の内腔３０２中で浮いている第二のピストン３０６は、空気圧が第二の内腔３０２内に存在するとき、第二のアーム３０８に対してもたれかかり、それを、および回転しないシールキャリア１０５もまた押すように作動する。二つのピストンを使用する本構成では、ピストンが回転しないシールキャリア１０５をハウジング１０６に対して伸び出る方向に促す力は、上述の回転継手１００におけるような同一の大きさの単一のピストンにより加えられる延伸力と比べて、二倍になり得る。さらに、図示される態様における場合のように二つのピストン、または二つ以上のピストンが用いられ得る。二つ以上のピストンは、回転しないシールキャリア１０５の周囲に対照的に配置されてもよく、回転しないシールキャリアに対照的に力を加え、こうして、それがその中に摺動可能に配置されるハウジングの内腔に対する回転しないシールキャリアのズレを軽減し、または回避する。

回転継手１００または３００を作動させるための方法のフローチャートが、図６に示されている。記載される方法は、本開示による回転継手を作動させる一つの可能な態様を例示するべく示されており、他の動作態様を排除するとか、またはあらゆる可能な動作態様を排除すると理解されるべきでない。記載される方法は、回転継手の作動に望ましい特徴を含み、それぞれの作動タスク(operating task)の特定の要件に従って、該特徴のすべてまたは一部が、作動中の異なる時間で、または、異なる用途に使用され得る。

記載される方法は、作業タスク(work task)の開始時と終了時に望ましくない動作特性が存在するかも知れない機械工具における、回転軸継手（ロータリーカップリング）の使用に適用可能である。意図された該作業タスクは、開始と、使用と、回転継手内からの作動媒質の排出とによるサイクルを含み得る。意図された用途においては、作動媒質の漏れは、端面シールがそれぞれ係合および脱係合しているとき、作業タスクの開始時と終了時との両方において望ましくない。

前述の内容に留意しながら、４０２では、空気の流れが空気作動ポートに加えられ、該空気作動ポートは、先に論じたように、作動媒質が無い状態の回転シールを係合するように動作する。例えば、空気の流れは、空気作動ポート２００または３１０に加えられてもよく、それぞれのピストンが回転しないシールキャリアのアームに対して働きかけ、それを押し、こうして、回転するシール部材１０２と回転しないシール部材１０４との間の機械的な端面シールと係合するよう、ハウジングに対して回転しないシールキャリアを伸び出させる。シールが係合すると、該空気の流れは、４０４で任意選択的に中断されてもよく、該中断は、一態様では、４０６で媒質チャンネルにおける媒質の流れの開始と同時に起こるか、または、その後すぐ続く。開放用バネ（opening spring）を含む回転継手の態様については、作動媒質がない場合の空気の流れの中断によって、シールが脱係合し得るため、それらの態様について、工程段階４０４は省略し得ることが理解されるべきである。開放用バネを含まない態様については、もしも、摩擦といったような静的な力やバネといったような閉じる力などが、あらゆる開放する力に打ち勝つことができ、シールの係合が維持されるようになっているならば、空気の流れの中断によってシールが脱係合することはないかも知れない。

回転シールが係合しているとき、４０６で作動媒質の流れが開始されてもよい。媒質の流れを開始する前にシールを閉鎖することが、いくつかの理由のために望ましいことがある。例えば、非圧縮性の作動媒質が、回転継手のバランス比に基づいて、シールの係合を生じることになっても、媒質チャンネルにおける流れ開始の限られた時間での不十分な液圧力(hydraulic forces)が、流体の漏れを許容するかも知れない。ただし、シールがすでに係合している場合を除く。４０２では、シールを係合するために、最初に空気の流れを供給することによって、そのような望ましくない流体の漏れがないようにし得る。

作業タスクが完了すると、４０８で空気の流れが空気作動ポートに加えられてもよい。通常、シールを係合させようとする力は、作動媒質からの液圧力とは混ざらないかも知れず、シールの摩耗を低減する。ここで、空気の流れを加えるのは、シールが係合状態であり続けられるように、作動流体の流れおよび圧力が減じられる間の限られた時間についてである。４１０では、任意選択的に、あらゆる残りの作動流体を取り除くために、真空が媒質チャンネルに加えられ得るが、係合状態でシールを維持するために、空気の流れが依然として加えられる。このようにして、媒質チャンネルにおける効率的な排出が達成でき、流体の漏れを回避することができる。

作動流体の排出が完了すると、４１２で空気作動ポートへの空気の流れは中断され、任意選択的に、その同じポートで代わりに真空が加えられ得る。前述のとおり、空気作動ポートに真空を加えると、各ピストン内腔内へのピストンの引き込みが生じてもよく、これは、シールの脱係合についての障害を取り除き得、かつ、内腔をその中に集まったかも知れないあらゆる流体および／または他の堆積物からきれいにするよう作動し得る。シール部材が離れるよう促すために開放用バネが使用される場合、この工程段階が必要とされなくてもよいことが理解されるべきである。代替的に、シール部材の脱係合は、回転するシール部材の軸方向の移動によって達成できる。

作動においては、当該回転継手１００または３００は、ピストン内腔に気圧よりわずかに高い圧力で供給される空気の流れまたは液体クーラントの流れを使用してもよく、それによって、シール部材１０２および１０４が係合できるようになっている。様々な関連するパラメーターの大きさ、および関連する構造の寸法は、シールの係合または脱係合を促す構造のために選択される特定の寸法に応じて変化し得る。

図８には回転継手５００の代替的な態様の断面が示され、前述の回転継手１００の対応する構成および特徴と同一の、または類似する構成および特徴は、簡潔さのために先に用いられたのと同一の参照記号により示される。図８の断面が、図７に示される断面と同一の方位でとられているが、それは対応する継手５００においてであることは注目される。図７と８とを比較すると分かるように、回転継手５００は、回転継手１００と概して類似するが、以下で説明するように、構成的差異を有する。

回転継手５００における構成的差異の一つは、さらなる通気開口部５０２（２つが示されている）にあり、該通気開口部は、通気路２１６との流体連通内に配置され、かつ、示されるように媒質チャンネル１１２の中心線に沿ってそれに垂直に延びる。さらなる通気開口部５０２は、回転継手５００があらゆる方位で作動するとき、収集チャンネル２１４からの流体の排出または排水を容易にする。さらに、ハウジング１０６にレッジ（ledge、突出体）５０４が形成され、該レッジは、図７に示される態様のハウジング１０６と比べてハウジング１０６の質量を減らすことと、さらなる通気開口部５０２からの流体の排出または排水のためにより準備のできた通路を提供することの両方に役立つ。

ハウジング１０６に対して回転しないシールキャリア１０５が伸び出ることを制限するための機械的な止め部を提供することに関して、回転継手５００は、カラー５０６を含み、該カラーは、半径方向外側に延びるフランジ５０８を形成する。図示される態様におけるカラー５０６は、回転しないシールキャリア１０５の端部に圧入され、フランジ５０８が回転しないシールキャリア１０５の端部から外側に突き出るようになっている。図示される態様では、内腔１２８は段差部５１０を有し、該段差部は、内腔１２８のランド１２９に対して半径方向外側に配置され、その中にフランジ５０８を隙間ばめ（clearance fit）で収容する。作動中、回転しないシールキャリア１０５がハウジング１０６に対して伸び出るとき、それは内腔１２８に沿って摺動するので、内腔１２８に沿った回転しないシールャリア１０５の移動また変位は制限され、フランジ５０８が段差部５１０と内腔１２８のランド１２９との間に延びる半径方向に延びる環状面（annular face）に隣接するとき、摺動運動は阻まれる。カラー５０６およびフランジ５０８はこのように、図２に示されるスナップリング２１２の代わりとなるものである。ハウジング１０６に対する回転しないシールキャリア１０５の変位を制限するために、カラー５０６とフランジ５０８が用いられても、スナップリング２１２が用いられても、またはあらゆる他の機械的な止め部が用いられても、そのような変位の制限は、回転しないシールャリア１０５がハウジングに対してその最大に伸び出た位置に達しているので、フローティングピストンがピストン内腔内で摺動可能に支持されたままであることを確実にする。

出版物、特許出願、および、特許を含む、本明細書で引用した全ての参考文献は、各参考文献が個別かつ具体的に参照したことによって組み込まれることが示され、かつ、その全体が本明細書に示されているのと同じ程度まで、参照したことによって本明細書に組み込まれる。

本発明を説明する文脈（特に添付の特許請求の範囲の文脈）における用語「a」および「an」および「the」並びに同様の指示対象の使用は、本明細書に別段の指示がないかまたは明らかに文脈に矛盾しない限り、単数および複数の両方を含むと解釈されるべきである。用語「有する」、「持つ」、「含む」および「含有する」は、別段の記載が無ければ、限定されない(open-ended)用語（即ち、「含むが、それに限定されない」ということを意味する）として解釈されるべきである。本明細書における値の範囲の列挙は、本明細書に別段の指示がない限り、その範囲内に入る各個別の値を個別に言及する簡易な方法としての役目を持つことを単に意図しており、各個別の値は、それが個別に本明細書に引用されたかのように本明細書に組み込まれる。本明細書に記載した全ての方法は、本明細書に別段の指示がない限り、または明らかに文脈に矛盾しない限り、任意の好適な順序で実行され得る。本明細書で与えた、任意および全ての例、または例示的な言葉使い（例、「といったような（such as）」の使用は、本発明をより良く明らかにすることを単に意図しており、別段の請求が無ければ、本発明の範囲を制限しない。本明細書中の言葉遣いはあらゆる非請求の要素が本発明の実施に不可欠であることを指示していると解釈されてはならない。

本発明者らが知っている、本発明を実施するための最良の態様を含めて、本発明の好ましい態様が本明細書に記載されている。それらの好ましい態様の変形は、以上の説明を読んだ当業者に明らかとなり得る。本発明者らは、当業者がそのような変形を適宜採用することを考慮しており、また、本発明者らは、本発明が、本明細書に具体的に説明したものとは異なるようにして実施されることを意図している。従って、本発明は、本明細書に添付の特許請求の範囲に記載されている主題の、適用法によって許容されるあらゆる修正および均等物を含む。また、上述した要素の全ての可能な変形での任意の組み合わせが、本明細書に別段の指示がないか、または明らかに文脈に矛盾しない限り、本発明に包含される。

Claims (18)

1. 回転継手であって：
   ハウジングを有し、該ハウジングは、媒質チャンネル開口部と流体連通している内腔と、該内腔に対して半径方向にオフセットされた距離で配置される開放端部を有するピストン内腔とを有しており、該ピストン内腔は、前記媒質チャンネル開口部および前記内腔から流体的に隔離されており、かつ作動ポートに流体接続されており；
   回転しないシールキャリアを有し、該回転しないシールキャリアは、前記ハウジング中の前記内腔内に摺動可能に配置されており、かつ前記内腔と流体連通している媒質チャンネルを有しており；
   前記回転しないシールキャリアに接続され、かつそこから前記内腔に対して半径方向外側に伸び出る作動アームを有し、該作動アームは、前記ピストン内腔の前記開放端部と少なくとも部分的に重なり合っており；
   前記ピストン内腔内に摺動可能に配置され、かつ、前記ハウジングおよび前記作動アームからは独立しているピストンを有し、前記ピストンが、可変ピストン容積を前記ピストンと前記ピストン内腔との間に規定するために、前記ハウジングおよび前記回転しないシールキャリアとは無関係に前記ピストン内腔内で自由に移動し得るようになっており、前記可変ピストン容積は、前記作動ポートに流体接続されており、前記ピストンは、前記作動ポートを介して提供される流体圧が前記可変ピストン容積中に存在するとき、前記内腔の前記開口端部から伸び出る方向に変位するように適合されており、前記ピストンは、前記作動アームに離脱可能に接し、かつ、前記ピストンが前記ピストン内腔に対して前記伸び出る方向に変位するとき、前記作動アームと、結果として前記回転しないシールキャリアとが前記内腔に対して前記伸び出る方向に変位することを促すように構成されており；かつ
   シールを有し、該シールは、前記回転しないシールキャリアの周囲に配置されており、かつ前記回転しないシールキャリアと前記内腔との間に摺動シールを作成するために配置されており；
   ここで、前記回転しないシールキャリアは、前記流体圧が前記ピストン内腔中に存在するとき、前記ハウジングに対して伸び出るように配置されている、
   前記回転継手。
2. さらに：
   前記ハウジング中に形成される第二のピストン内腔を有し、該第二のピストン内腔は、対応する開口端部を有しており、前記第二のピストン内腔は、前記ピストン内腔と平行に延びており；
   前記回転しないシールキャリアに接続されており、かつそこから前記内腔に対して半径方向外側に伸び出る第二の作動アームを有し、該第二の作動アームは、前記第二のピストン内腔の前記対応する開放端部と少なくとも部分的に重なり合っており；かつ
   前記第二のピストン内腔内に摺動可能に配置される第二のピストンを有し、第二の可変ピストン容積が前記第二のピストンと前記第二のピストン内腔との間に規定されるようになっており、前記第二のピストンは、前記流体圧が前記第二の可変ピストン容積中に存在するとき、前記ピストンの変位と合致する変位で、前記第二のピストン内腔の前記対応する開口端部から伸び出る方向に変位するように適合されており；
   ここで、前記第二のピストンは、前記第二の作動アームに離脱可能に接し、かつ、前記第二のピストンが前記ピストン内腔に対して前記伸び出る方向に変位するとき、前記第二の作動アームが、前記回転しないシールキャリアを前記内腔に対して前記伸び出る方向に変位させることを促すように構成されている、
   請求項１に記載の回転継手。
3. 前記作動ポートが、加圧された流体の源または真空の源と接続可能であり、かつ、前記作動ポートが、前記ピストンおよび前記第二のピストンを前記源と流体的に相互接続させている、請求項２に記載の回転継手。
4. 前記作動アームと第二の作動アームとが、前記回転しないシールキャリアと前記内腔とに対して、正反対の半径方向位置に配置されている、請求項２に記載の回転継手。
5. 前記内腔の周囲の前記ハウジング中に形成され、かつ前記内腔と流体連通している収集チャンネルをさらに有し、該収集チャンネルは、前記シールと前記媒質チャンネル開口部の反対側の前記内腔の開放端部との間に配置されており、前記収集チャンネルは、前記内腔の全断面の周囲に環状に延びており、かつ前記シールを通過した媒質流体の漏れを収集するように適合されている、請求項１に記載の回転継手。
6. 少なくとも一つの通気路をさらに有し、該少なくとも一つの通気路は、前記ハウジング中に形成されており、かつ前記収集チャンネルから前記ハウジングを完全に通って前記ハウジングの外側の部分まで延びており、前記少なくとも一つの通気路は、前記収集チャンネル内に存在するか、または前記収集チャンネル内で収集された流体を、前記ハウジングから排出するように適合されている、請求項５に記載の回転継手。
7. 少なくとも一つのさらなる通気路をさらに有し、該少なくとも一つのさらなる通気路は、前記ハウジング中に形成されており、かつ前記少なくとも一つの通気路と流体接続しており、前記少なくとも一つのさらなる通気路は、前記少なくとも一つの通気路と前記ハウジングの前記外側の部分におけるさらなる開口部との間に前記少なくとも一つの通気路に対する角度で延びている、請求項６に記載の回転継手。
8. 機械的な止め部をさらに有し、該機械的な止め部は、伸び出る方向への前記ハウジングに対する前記回転しないシールキャリアの変位を制限する、請求項１に記載の回転継手。
9. 前記回転しないシールキャリアの変位が、前記ピストンが前記ピストン内腔内に摺動可能に支持されたままであるように制限される、請求項８に記載の回転継手。
10. 前記機械的な止め部が、スナップリングを含んでおり、該スナップリングは、前記回転しないシールキャリアの自由端の周囲の前記ハウジング中に形成される溝の中に設置されており、前記スナップリングは、前記回転しないシールキャリアが前記ハウジングに対して伸び出されているとき、前記作動アームに接している、請求項８に記載の回転継手。
11. 前記機械的な止め部が、フランジを含んでおり、該フランジは、前記回転しないシールキャリアに接続されており、かつ前記回転しないシールキャリアから半径方向外側に伸び出ており、前記フランジは、前記回転しないシールキャリアが前記ハウジングに対して伸び出されているとき、前記内腔の段差部に接している、請求項８に記載の回転継手。
12. 前記内腔が、略円筒状であり、かつ前記内腔の内径と前記回転しないシールキャリアの外径との間にギャップを形成しており、該ギャップは、前記回転しないシールキャリアと前記内腔との間に軸方向に角度をなすズレが生じることが可能となるよう構成されており、該ズレによって、有利にも、当該回転継手は、回転する機械コンポーネントと回転しない機械コンポーネントとの間の、組立てのおよび操作上のズレ状態を受入れることができるようになっている、請求項１に記載の回転継手。
13. 前記ピストンが、前記ピストン内腔との隙間ばめを有するフローティングピストンであ
    って、作動中、前記ピストン内腔に提供される作動流体の漏れが存在するようになっている、請求項１に記載の回転継手。
14. 回転継手を作動させる方法であって：
    ハウジングを提供することを有し、該ハウジングは、媒質チャンネル開口部と流体連通している内腔と、該内腔に対して半径方向にオフセットされた距離で配置される開放端部を有するピストン内腔とを有しており、該ピストン内腔は、前記媒質チャンネル開口部および前記内腔から流体的に隔離されており、かつ作動ポートに流体接続されており；
    回転しないシールキャリアを前記ハウジング中の前記内腔内に摺動可能に配置すること、および媒質チャンネルを前記内腔と流体接続させることを有し；
    前記回転しないシールキャリアに接続されており、かつそこから前記内腔に対して半径方向外側に伸び出る作動アームを提供することを有し、該作動アームは、前記ピストン内腔の前記開放端部と少なくとも部分的に重なり合っており；
    ピストンを前記ピストン内腔内に摺動可能に配置することを有し、可変ピストン容積が前記ピストンと前記ピストン内腔との間に規定されるようになっており；
    前記作動ポートで作動流体圧を加えることを有し、該作動流体圧が前記可変ピストン容積中に存在するようになっており、かつ前記ピストン内腔に対して前記ピストンを伸び出る方向に変位させようとする空気圧を提供することを有し；
    前記ピストンで前記作動アームを押すこと、および前記ピストンが前記ピストン内腔に対して前記伸び出る方向に変位するとき、前記作動アームと、結果として前記回転しないシールキャリアとが前記内腔に対して前記伸び出る方向に変位することを促すことを有し；かつ
    収集チャンネル中で前記回転しないシールキャリアと前記内腔との間の流体の漏れを収集することを有し、該収集チャンネルは、前記内腔の周囲の前記ハウジング中に形成されており、かつ前記内腔と流体連通しており、前記収集チャンネルは、前記内腔の全断面の周囲に環状に延びている、
    前記回転継手を作動させる方法。
15. さらに：
    前記ハウジング中に形成される第二のピストン内腔を提供することを有し、該第二のピストン内腔は、対応する開口端部を有しており、前記第二のピストン内腔は、前記ピストン内腔と平行に延びており；
    前記回転しないシールキャリアに接続されており、かつそこから前記内腔に対して半径方向外側に伸び出る第二の作動アームを提供することを有し、該第二の作動アームは、前記第二のピストン内腔の前記対応する開放端部と少なくとも部分的に重なり合っており；
    第二のピストンを前記第二のピストン内腔内に摺動可能に配置することを有し、第二の可変ピストン容積が前記第二のピストンと前記第二のピストン内腔との間に規定されるようになっており、前記第二のピストンは、流体圧が前記第二の可変ピストン容積中に存在するとき、前記ピストンの変位と合致する変位で、前記第二のピストン内腔の前記対応する開口端部から伸び出る方向に変位するように適合されており；かつ
    前記第二のピストンを前記第二の作動アームに離脱可能に当接させることを有し、前記第二のピストンが前記ピストン内腔に対して前記伸び出る方向に変位するとき、前記第二の作動アームが、前記回転しないシールキャリアを前記内腔に対して前記伸び出る方向に変位させるために押されるようになっている、
    請求項１４に記載の回転継手を作動させる方法。
16. 前記ピストン内腔内に前記ピストンを引き込むために、前記作動ポートに真空を加えることをさらに有する、請求項１４に記載の回転継手を作動させる方法。
17. 前記収集チャンネル中で収集された流体を少なくとも一つの通気路を通して排出するこ
    とをさらに有し、該少なくとも一つの通気路は、前記ハウジング中に形成されており、かつ前記収集チャンネルから前記ハウジングを完全に通って前記ハウジングの外側の部分まで延びている、請求項１４に記載の回転継手を作動させる方法。
18. 伸び出る方向への前記ハウジングに対する前記回転しないシールキャリアの変位を機械的に制限することをさらに有し、前記ピストンが前記ピストン内腔内に摺動可能に支持されたままになるようになっている、請求項１４に記載の回転継手を作動させる方法。