JP6920105B2 - ロータリジョイント - Google Patents

Description

本発明は、ロータリジョイントに関する。

円板状の板状ワークを保持した保持テーブルをスピン回転させ板状ワークをスピン洗浄する洗浄ユニットにおいては、保持テーブルで板状ワークを吸引保持している。洗浄ユニットは、吸引力を保持テーブルで維持するために、保持テーブルを回転させる回転軸と、吸引源と保持テーブルとを接続するためのロータリジョイントとを備えている。スピン洗浄では、例えば２０００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍの高速回転で保持テーブルを回転させるため、シール部分を磁性流体で形成した磁気流体シールを用いることがある（例えば、下記の特許文献１を参照）。また、回転軸とケースとの間にラビリンス状の狭小な隙間を形成したロータリジョイントがある（例えば、下記の特許文献２を参照）。

特開２００６−１７９６１３号公報 特開２０１５−１７２３７９号公報

しかし、上記特許文献１に示す磁気流体シールは、磁性流体を内部に配設しているので、装置の組み立てが難しく、磁性流体が流出しないよう構成する高度な組み立て技術が必要である。また、上記特許文献２に示すロータリジョイントでは、回転軸とケースとの間のラビリンス状の狭小な隙間から流体が漏れないようにしているが、この隙間を形成して組み立てるためには高度な組み立て技術が必要である。隙間は均等な間隔で形成する必要があるため、高精度な部品を形成する必要があり高価となる上、さらに部品の厚みを薄くすることが困難である。このように構成されるロータリジョイントにおいては、回転軸を高速回転させることにより、隙間の空気と回転軸とケースとの摩擦により回転軸が高温となり、回転軸が熱膨張することで隙間がなくなり、回転軸とケースとが接触して齧ってしまう問題がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、回転軸とケースとの間に最適な隙間を形成できるようにすることを目的としている。

本発明は、ロータリジョイントあって、円柱状の回転軸と、樹脂で筒状に形成されたパッキンと、該回転軸を支持するベアリングが装着されるベアリング装着部を有するケースとを備え、該ケースは、２つの該パッキンを該回転軸の軸心方向に離間させ空間を形成して装着される第１のパッキン装着部と第２のパッキン装着部とを備え、該第１のパッキン装着部に装着された該パッキンおよび該第２のパッキン装着部に装着された該パッキンの内側面と該ベアリング装着部に装着された該ベアリングに支持される該回転軸の外側面との間に形成される極小隙間がシールとなり、該ケースには、外気を取り込む吸気口と、取り込んだ外気を排気する排気口と、を備え、該回転軸の回転によって削られた該パッキンの屑を、該吸気口から吸気され該排気口に排気される外気によって該排気口から排出する。

上記ロータリジョイントは、該回転軸は、下端に環状凹部を備え、該ケースは、該第１のパッキン装着部および該第２のパッキン装着部の外周側に立設部を備え、該ベアリング装着部に装着した該ベアリングに支持された該回転軸の該環状凹部と該立設部との間にラビリンス状の隙間が形成され、該ラビリンス状の隙間が該吸引口および該排気口に連通する。

本発明に係るロータリジョイントは、円柱状の回転軸と、樹脂で筒状に形成されたパッキンと、該回転軸を支持するベアリングが装着されるベアリング装着部を有するケースとを備え、該ケースは、２つの該パッキンを該回転軸の軸心方向に離間させ空間を形成して装着するための第１のパッキン装着部と第２のパッキン装着部とを備え、第１のパッキン装着部に装着されたパッキンおよび第２のパッキン装着部に装着されたパッキンの内側面とベアリング装着部に装着されたベアリングに支持される回転軸の外側面との間に形成される極小隙間がシールとなるため、高精度な部品や高度な組み立て技術を要することなく、シール性の高いロータリジョイントを提供することができる。したがって、回転軸とケースとが齧ることがなく、極小隙間から流体が漏洩するおそれがない。

また、本発明に係るロータリジョイントの製造方法は、第１のパッキン装着部と第２のパッキン装着部とにそれぞれパッキンを圧入するパッキン圧入工程と、ベアリング装着部にベアリングを装着するベアリング装着工程と、回転軸をベアリングに挿入するとともに２つのパッキンに嵌入させる回転軸装着工程と、回転軸装着工程後に回転軸を回転させることにより回転軸の外側面でパッキンの内側面を磨耗させ回転軸の外側面とパッキンの内側面との間に極小隙間を形成させる隙間形成工程とを備えたため、回転軸を高速回転させることで例えば板状ワークの洗浄に最適な極小隙間を形成することができ、高精度な部品をそれぞれ製造する必要がないし、高度な組み立て技術を必要としないため、安価にロータリジョイントを製造できる。また、本発明では、部品毎に加工して隙間を形成するのではなく、ロータリジョイントを組み立てた後に、回転軸を高速回転させ、回転軸とパッキンとの間に極小隙間を形成するように構成したため、極小隙間が大きすぎたり小さすぎたりする不具合も生じない。このように製造されたロータリジョイントでは、回転軸とケースとが齧ることがないし、極小隙間から流体が漏洩するおそれがない。

ロータリジョイントの構成を示す分解断面図である。 パッキン圧入工程を示す断面図である。 ベアリング装着工程を示す断面図である。 回転軸装着工程を示す断面図である。 隙間形成工程を示す断面図である。 ベアリングが装着された回転軸をパッキンに挿入する状態を示す断面図である。

１ ロータリジョイントの構成
図１に示すロータリジョイント１は、分解状態（製造前の状態）を示している。ロータリジョイント１は、円柱状の回転軸２と、樹脂で筒状に形成されたパッキン３，３ａと、回転軸２を支持するベアリング４が装着されるベアリング装着部５０と底部５１とを有するケース５とを備えている。

ベアリング４は、回転軸２を囲繞して回転可能に支持する内周面４０と、ベアリング装着部５０に装着される外周面４１とを有している。ベアリング装着部５０に装着された状態のベアリング４の上端はベアリング押さえリング６によって押さえられ、下端にはケース５からベアリング４が抜け出すのを防止するベアリング抜け止めリング７が取り付けられる。ベアリング押さえリング６は、ベアリング４を固定するほか、ロータリジョイント１からエアが吹き出すのを防止することもできる。

回転軸２は、鉛直方向の軸心を有しており、例えばステンレスで構成されている。本実施形態に示す回転軸２は、その内部にエアの流れる第１の流路２０が形成されている。回転軸２の下方側は、凹部２１を境にして中央係合部２２と、外側係合部２３とが形成され、凹凸形状に形成されている。回転軸２の外周面２ａには、突起部２４が形成されており、突起部２４はベアリング押さえリング６の内壁６ａに係合される。また、外周面２ａの下方側にベアリング抜け止めリング７が嵌合される嵌合溝２５が形成されている。

中央係合部２２は、パッキン３，３ａに嵌入される。本実施形態に示す中央係合部２２の外側面２２ａには、図示していないが、軸心方向に筋状のキズが形成されている。筋状のキズは、回転軸２を回転させることにより、外側面２２ａでパッキン３，３ａの内側面３０を摩耗させ外側面２２ａと内側面３０との間に極小隙間を形成することができる。外側面２２ａには、キズのほか、例えばレーザ加工を施すことにより表面を粗くしてもよい。キズは、螺旋状に形成してもよいし、複雑な方向に形成してもよい。キズの形成方法については特に限定されない。パッキン３，３ａを摩耗させ極小隙間を形成する点は、後述のロータリジョイントの製造方法において詳述する。

ケース５は、ベアリング装着部５０と底部５１とによりカップ形状により形成され、２つのパッキン３，３ａを軸心方向に離間させ空間５２を形成して装着する第１のパッキン装着部５３と、第２のパッキン装着部５４とを備えている。ベアリング装着部５０は、ベアリング４の下端を固定するためのストッパとなる段差部５０ａも含んで構成される。空間５２は、回転軸２の第１の流路２０に連通する第２の流路となる。また、ケース５には、空間５２に連通する第３の流路５５が形成されており、この第３の流路５５には、例えば継手８が接続される。

ケース５の底部５１の中央には、鉛直方向に立設した筒状の立設部５６が形成されている。第１のパッキン装着部５３は、立設部５６の内側に形成され空間５２に連通する円柱状の空洞である。一方、第２のパッキン装着部５４は、ケース５の下端側に形成され空間５２に連通する円柱状の空洞である。パッキン３，３ａの外径は、第１のパッキン装着部５３及び第２のパッキン装着部５４の内径よりもマイナス公差で形成している。つまり、第１のパッキン装着部５３及び第２のパッキン装着部５４にパッキン３，３ａが隙間なく装着される構成となっている。

ケース５の側壁には吸気口５７が形成され、底部５１には排気口５８が形成されている。回転軸２の高速回転によって削られたパッキン３，３ａの屑を吸気口５７から吸気することができ、また、パッキン３，３ａの屑を排気口５８から外側へ排気することができる。なお、吸気口５７や排気口５８は、必ずしも備えていなくてもよい。

本実施形態に示すロータリジョイント１では、回転軸２をケース５に装着するときに回転軸２の凹凸形状と立設部５６とを嵌め合わせることで、ラビリンス状の隙間が形成される。かかる隙間は、回転軸２が高速回転したとしても、シール効果を維持しながら回転軸２を回転可能に密閉し、流体が外部へ漏洩することを防ぐことができる。

このように、本発明に係るロータリジョイント１は、円柱状の回転軸２と、樹脂で筒状に形成されたパッキン３，３ａと、回転軸２を支持するベアリング４が装着されるベアリング装着部５０を有するケース５とを備え、ケース５は、２つのパッキン３，３ａを回転軸２の軸心方向に離間させ空間を形成して装着するための第１のパッキン装着部５３と第２のパッキン装着部５４とを備え、第１のパッキン装着部５３に装着されたパッキン３および第２のパッキン装着部５４に装着されたパッキン３ｂの内側面とベアリング装着部５０に装着されたベアリング４に支持される回転軸２の外側面２２ａとの間に形成される極小隙間がシールとなるため、高精度な部品や高度な組み立て技術を要することなく、シール性の高いロータリジョイント１を提供することができる。したがって、回転軸２とケース５とが齧ることがなく、極小隙間から流体が漏洩するおそれがない。

２ ロータリジョイントの製造方法
次に、添付の図面を参照しながら、上記ロータリジョイント１の製造方法について説明する。

（１）パッキン圧入工程
図２に示すように、２つのパッキン３，３ａをケース５の内部にそれぞれ取り付ける。具体的には、第１のパッキン装着部５３にパッキン３を圧入するとともに、第２のパッキン装着部５４にパッキン３ａを圧入する。これにより、２つのパッキン３，３ａは、軸心方向に離間して空間５２をあけた状態で第１のパッキン装着部５３と第２のパッキン装着部５４とに装着される。

（２）ベアリング装着工程
図３に示すように、ケース５の内部にベアリング４の下端が段差部５０ａに当接するまでベアリング４を進入させ、ベアリング装着部５０にベアリング４の外周面４１を密着させてベアリング４を装着する。このとき、ベアリング４の内周面４０と立設部５６との間には、図１に示した回転軸２の外側係合部２３が進入できる程度の間隙５９が形成される。

（３）回転軸装着工程
次いで、図４に示すように、回転軸２をベアリング４の中央に挿入するとともに、２つのパッキン３，３ａに回転軸２を嵌入させる。具体的には、回転軸２の中央係合部２２からパッキン３，３ａの開口に嵌入するとともに、外側係合部２３を図３に示した間隙５９に進入させる。このとき、嵌合溝２５にベアリング抜け止めリング７を嵌合させておき、ベアリング４の下端にベアリング抜け止めリング７を取り付けるとよい。このようにして、回転軸２をケース５に装着すると、中央係合部２２の外側面２２ａとパッキン３，３ａの内側面３０とが密着した状態となる。また、ケース５の立設部５６と外側係合部２３との間にはラビリンス状の隙間２６が形成される。第３の流路５５には、継手８を取り付ける。継手８の取り付けは、後述の隙間形成工程を実施する前までに行っていればよい。

（４）隙間形成工程
回転軸装着工程を実施した後、ロータリジョイント１は、例えば、図５に示す洗浄ユニット１０を用いて、回転軸２とパッキン３，３ａとの間に極小隙間を形成する。洗浄ユニット１０は、被加工物を吸引保持する保持面１１ａを有する保持テーブル１１と、保持テーブル１１を回転させるモータ１２と、保持テーブル１１の保持面１１ａに一端が連結され回転するパイプ状の軸部１３と、モータ１２を支持するブラケット１４とを備えている。軸部１３の内部には、エアの流れる流路１３０が形成されている。保持テーブル１１の下方には、吸引孔１１０が形成され、軸部１３の流路１３０に連通している。軸部１３の上端には、流路１３０からエアが漏洩しないようにシールするＯリング１５が取り付けられている。

組み立てられたロータリジョイント１は、モータ１２の下方に接続される。すなわち、ロータリジョイント１は、軸部１３の下端が回転軸２に接続され、ケース５がブラケット１４の上に固定される。これにより、軸部１３の流路１３０は、回転軸２の第１の流路２０に連通する。また、ケース５の第３の流路５５には、継手８を介して吸引源１７とエア供給源１８とが接続される。継手８と吸引源１７及びエア供給源１８との間には、切り替えバルブ１６が配設されており、切り替えバルブ１６の切り替えによって、ロータリジョイント１を通じて軸部１３の流路１３０に吸引源１７またはエア供給源１８を連通させることができる。

回転軸２とパッキン３，３ａとの間に極小隙間を形成する際には、モータ１２が駆動することにより、軸部１３とともに回転軸２を例えば３０００ｒｐｍで回転させ保持テーブル１１を高速回転させる。これにより、回転する回転軸２の外側面２２ａとパッキン３，３ａの内側面３０とを摺接させて内側面３０を摩耗させる。つまり、回転軸２の外側面２２ａに形成された筋状のキズが、パッキン３，３ａの内側面３０を削っていき、回転軸２の外側面２２ａとパッキン３，３ａの内側面３０との間に極小隙間を形成することができる。形成された極小隙間には、特に何も流体を入れないが、極小隙間は実際に保持テーブル１１で板状ワークを吸引保持しながら高速回転する際に、シール性の高い最適な隙間となる。このようにして所望の極小隙間を有するロータリジョイント１が製造される。本実施形態に示す隙間形成工程は、洗浄ユニット１０で行う場合を説明したが、これに限定されるものではなく、回転軸２を高速回転させる機構を有する装置であれば実施可能である。

洗浄ユニット１０において板状ワークを洗浄する場合には、保持テーブル１１に加工が施された板状ワークを載置した後、切り替えバルブ１６によって吸引源１７と保持テーブル１１とを連通させ、吸引力を保持テーブル１１の保持面１１ａに作用させて板状ワークを吸引保持する。板状ワークの吸引保持とともに、モータ１２が軸部１３とともに回転軸２を例えば３０００ｒｐｍで回転させ保持テーブル１１を高速回転させる。回転軸２の回転中は、回転軸２の外側面２２ａとパッキン３，３ａの内側面３０との間が極小隙間によって密閉されているため、回転軸２や軸部１３内を流れる流体が装置外部へ漏洩することはない。また、回転軸２の外側面２２ａには筋状のキズが形成されていることから、高速回転する回転軸２が熱膨張しても、回転軸２の外側面２２ａによってパッキン３，３ａが摩耗されて常に極小隙間が形成されるため、回転軸２とケース５とが齧るのを防止することができる。

回転する板状ワークには、加工屑等が付着しているため、図示しない洗浄水ノズルにより洗浄水を供給しながら板状ワークを洗浄する。板状ワークの洗浄が終了した後、切り替えバルブ１６によって吸引源１７からエア供給源１８に切り替えて、エア供給源１８による板状ワークへのエアの供給を開始する。エア供給源１８からロータリジョイント１を通じて軸部１３の流路１３０に供給されるエアは、保持テーブル１１の保持面１１ａから吹き上げられる。このようにして、エアを板状ワークに供給しつつ、保持テーブル１１から板状ワークを離間させ搬送することができる。

以上のとおり、本発明に係るロータリジョイントの製造方法は、第１のパッキン装着部５３と第２のパッキン装着部５４とにそれぞれパッキン３，３ａを圧入するパッキン圧入工程と、ベアリング装着部５０にベアリング４を装着するベアリング装着工程と、回転軸２をベアリング４に挿入するとともに２つのパッキン３，３ａに嵌入させる回転軸装着工程と、回転軸装着工程後に回転軸２を回転させることにより回転軸２の外側面２２ａでパッキン３，３ａの内側面３０を磨耗させ回転軸２の外側面２２ａとパッキン３，３ａの内側面３０との間に極小隙間を形成させる隙間形成工程とを備えたため、回転軸２を高速回転させることで例えば板状ワークの洗浄に最適な極小隙間を形成することができ、高精度な部品（例えば回転軸２、パッキン３，３ａ及びケース５）をそれぞれ製造する必要がないし、高度な組み立て技術を必要としないため、安価にロータリジョイント１を製造できる。また、本発明では、部品毎に加工して隙間を形成するのではなく、ロータリジョイント１を組み立てた後に、回転軸２を高速回転させ、回転軸２とパッキン３，３ａとの間に極小隙間を形成するように構成したため、極小隙間が大きすぎたり小さすぎたりする不具合も生じない。このように製造されたロータリジョイント１では、回転軸２とケース５とが齧ることがないし、極小隙間から流体が漏洩するおそれがない。

上記実施形態では、パッキン圧入工程を実施した後、ベアリング装着工程を実施してベアリング４をケース５のベアリング装着部５０に装着したのちに回転軸装着工程を実施したが、例えば、図６に示すように、回転軸２の外側面２２ａにベアリング４を装着するとともに、嵌合溝２５にベアリング抜け止めリング７を嵌合した状態で、回転軸２をベアリング４の中央に挿入するとともに、２つのパッキン３，３ａに回転軸２を嵌入させてもよい。

なお、上記実施形態に示したロータリジョイント１は、洗浄ユニット１０に搭載した場合について説明したが、流体を利用する装置であれば適用することができる。したがって、例えば、研削装置や研磨装置にもロータリジョイント１を適用することができる。

１：ロータリジョイント ２：回転軸 ２０：第１の流路 ２１：凹部
２２：中央係合部 ２２ａ：外側面 ２３：外側係合部 ２４：突起部 ２５：嵌合溝
３，３ａ：パッキン ３０：内側面 ４：ベアリング ５：ケース
５０：ベアリング装着部 ５１：底部 ５２：空間 ５３：第１のパッキン装着部
５４：第２のパッキン装着部 ５５：第３の流路 ５７：吸気口 ５８：排気口
５９：間隙 ６：ベアリング押さえリング ７：ベアリング抜け止めリング ８：継手
１０：洗浄ユニット １１：保持テーブル １１ａ：保持面 １１０：吸引孔
１２：モータ １３：軸部 １３０：流路 １４：ブラケット １５：Ｏリング
１６：切り替えバルブ １７：吸引源 １８：エア供給源

Claims (2)

1. ロータリジョイントあって、
   円柱状の回転軸と、
   樹脂で筒状に形成されたパッキンと、
   該回転軸を支持するベアリングが装着されるベアリング装着部を有するケースと、を備え、
   該ケースは、２つの該パッキンを該回転軸の軸心方向に離間させ空間を形成して装着するための第１のパッキン装着部と第２のパッキン装着部とを備え、
   該第１のパッキン装着部に装着された該パッキンおよび該第２のパッキン装着部に装着された該パッキンの内側面と該ベアリング装着部に装着された該ベアリングに支持される該回転軸の外側面との間に形成される極小隙間がシールとなり、
   該ケースには、外気を取り込む吸気口と、取り込んだ外気を排気する排気口と、を備え、
   該回転軸の回転によって削られた該パッキンの屑を、該吸気口から吸気され該排気口に排気される外気によって該排気口から排出する、
   ロータリジョイント。
2. 該回転軸は、下端に環状凹部を備え、
   該ケースは、該第１のパッキン装着部および該第２のパッキン装着部の外周側に立設部を備え、
   該ベアリング装着部に装着した該ベアリングに支持された該回転軸の該環状凹部と該立設部との間にラビリンス状の隙間が形成され、該ラビリンス状の隙間が該吸引口および該排気口に連通する、
   請求項１記載のロータリジョイント。

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