JPH0669590U - 外筒連結式ロータリージョイント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロータリージョイントにおいて、異なる流体
が混合したドレン流体によるシール部材の劣化を防止す
ると共に回収したドレン流体の再利用を可能にし、また
製造・組立て・保守の容易化を実現する。 【構成】 外筒を流体の種類毎にユニット化し、各外筒
ユニット2,3を、回転軸1に外嵌して一体で回転する内側
スリーブ4,31と、それに外嵌して内側スリーブ4,31を軸
支する固定筒体5,32で構成する。外筒ユニット2,3は軸
方向に連結され、外筒ユニット2の作動油用ポートA,Bと
回転軸1の内部流路13,14が、冷却水用ポートCと回転軸1
の内部流路40が接続されている。各外筒ユニット2,3の
メカニカルシール(8,9),(35,36)にはそれぞれオイル用
と水用のものが使用でき、作動油と冷却水のドレンはド
レンポートD1,D2とD3,D4から分離して回収できる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は外筒連結式ロータリージョイントに係り、複数の接続流路で異なる流 体を送通させる場合に回転軸と外筒の摺接部から漏れる各流路の流体が混合して シール部材を劣化させることを防止し、また製造・組立て・保守が容易で外筒の規 格化等を実現できる構造的改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】

ロータリージョイントは相対的に回転する配管や機器を相互に接続する管継手 として広く利用されており、例えば、製鉄プラントの圧延工程で搬送圧延材を巻 取るマンドレルの駆動装置等に適用される場合には、ロータリーシリンダと連結 されて冷却水や作動油や潤滑油等の給排を行う装置として重要な役割を果たす。

【０００３】 そして、従来から、前記のロータリーシリンダと連結されるロータリージョイ ントは、図２(断面図)に示すように回転軸51と外筒52からなる基本的構造を有し ている。 ここに、外筒52はその両端部においてラジアルベアリング53,54で回転軸51を 軸支し、ラジアルベアリング53,54の外側にはメカニカルシール55,56が装着され て軸支面全体をシールしている。

【０００４】 また、このロータリージョイントにおける回転軸51の内部にはロータリーシリ ンダ(図示せず)側へ作動油を供給するための２本の流路57,58とマンドレル駆動 装置等へ冷却水を供給するための１本の流路59が形成されていると共に、各流路 57,58,59の外向き流路に対応する位置に凹溝60,61,62が形成されており、更にそ の各凹溝60,61,62の両側に形成されたシールリング装着用の溝63〜67にそれぞれ シールリング63a〜67aが装着されている。 一方、外筒52には、作動油供給用の２個のポートA,Bと冷却水供給用のポートC が形成されており、各ポートA,B,Cから前記の凹溝60,61,62に対応する位置へそ れぞれ流路68,69,70が形成されている。

【０００５】 そして、このロータリージョイントでは、ポートA,Bからの作動油供給量を制 御しながらロータリーシリンダのストロークを制御し、またポートCから冷却水 を供給してマンドレル駆動装置側を冷却させることになるが、それらの流体には 高圧がかけられており、シールリング63a〜67aが設けられていても軸支面に相当 する回転軸51と外筒52の摺動面から各流体が漏れる。従って、油と水が混合した 流体が両端部のメカニカルシール55,56によってシールされた状態で軸支面に充 満するが、外筒52の内部には両端部から外部へ通じるドレン回路71が形成されて おり、前記の混合流体はそのドレン回路71からドレンバルブ72を介して排出され る。 また、この種のロータリージョイントでは各流体の漏れを前提にしてドレン回 路71を設けているが、各流体の圧力が大きい場合にはそのドレン流体の量が非常 に大きくなるため、その量を抑制させる目的で軸支面にラビリンスを施しておく ことも多い。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、一般にシール部材を用いる場合にはシール対象となる流体に適合し た材質のものを使用することが望ましい。例えば、流体が水と油の場合であれば それぞれに最適のシール部材を適用すべきであり、適用条件を考慮することによ ってシール部材の寿命を長くでき、また安定したシール状態を確保できる。

【０００７】 ここで、前記のロータリージョイントについてみると、軸支面に充満する流体 は水と油が懸濁した混合流体であり、その流体がメカニカルシール55,56によっ てシールされた状態になるが、一般にメカニカルシール55,56のシール部材とし てはオイル用のものが用いられているためにその劣化が予想以上に早く進行し、 ロータリージョイントの両端部からドレン流体の漏れが発生する。また、その事 情は各溝63〜67に嵌着したシールリング63a〜67aについても同様であり、シール リング63a〜67aの劣化の進行によって各流路68,69,70の流体の漏れが著しくなり 、多量のドレン流体が発生する。

【０００８】 更に、機構的な問題に着目すると、次のような問題点が指摘される。 従来からロータリージョイントの外筒52は単一の筒体として構成されている が、送通する流体の種類が多くなると当然にポート数が多くなって外筒52の軸方 向長さが大きくなり、またその場合には回転軸51内の流路の本数が多くなるため に回転軸51の径も大きくなり、それだけ外筒52の内径も大きくなる。 そして、外筒52に回転軸51用の孔を軸方向に形成する場合には中ぐり加工が必 要になるが、回転軸51とのハメアイが各流体の漏れに直接影響することから高い 寸法精度で仕上げなければならず、前記のように外筒52の軸方向の長さと孔の内 径が大きくなると十分な加工精度を確保できず、また製造コストが高くなる。 ロータリージョイントの組立て工程では、回転軸51に対して外筒52を嵌装さ せることになるが、外筒52が長くなるとその重量が大きくなるためにクレーンを 使用しなければならず、また嵌装段階では軸方向を揃えるために微妙で危険な作 業を伴う。 シールリング63a〜67aが劣化してドレン流体の量が異常に多くなった場合に は、シールリング63a〜67aを交換がするために装置全体を分解する必要があるが 、長くて重い外筒52を挿脱する作業は非常に面倒であり、またの場合と同様に 危険を伴う。

【０００９】 そこで、本考案は、外筒52を流体の種類ごとにユニット化する構成を採用し、 従来技術における前記の不利不便を解消したロータリージョイントを提供するこ とを目的として創作された。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案は、複数の異なる流体を送通させる外筒側の各流路と回転軸側の対応流 路とを接続するロータリージョイントにおいて、外筒を流体の種類毎にユニット 化し、その各外筒ユニットが、回転軸に外嵌してその回転軸と一体で回転する内 側スリーブと、前記内側スリーブに外嵌した固定筒体と、両端部における内側ス リーブと固定筒体との間に介装されたラジアルベアリング及び環状シール部材と 、隣接する外筒ユニット又は端面カバーに対する連結機構とから構成され、前記 内側スリーブにはその内周面における前記回転軸側の外向き流路に対向する位置 から外周面に形成された凹溝へ連通する孔が形成されており、また前記固定筒体 には前記内側スリーブの外周面の凹溝に対向する位置から外部ポートへ連通する 送通流体用流路が形成されていると共に、その流路と両端部の間に介在する内周 面から外部ドレンポートへ連通するドレン用流路が形成されており、且つ前記回 転軸の外周面における外向き流路の両側にその回転軸の外周面と内側スリーブの 内周面との間をシールするシールリングが設けられていることを特徴とする外筒 連結式ロータリージョイントに係る。

【００１１】

【作用】

本考案のロータリージョイントにおいて、各外筒ユニットのポートを通じて供 給又は排出される流体は、(固定筒体の外部ポート)−(送通流体用流路)−(内側 スリーブの外周面の凹溝)−(内側スリーブの孔)−(回転軸側の対応流路)からな る連通経路で送通される。 そして、各外筒ユニットは、前記の流通経路から固定筒体と内側スリーブの軸 支面へ漏れる流体をドレン用流路から外部ドレンポートへ排出させる。 尚、回転軸と内側スリーブは一体で回転するが、回転軸の外周面と内側スリー ブの内周面の間から漏れる流体は回転軸の外周面に設けられたシールリングで完 全にシールされる。

【００１２】 本考案では、外筒ユニットが流体の種類毎に設けられており、流体は各ユニッ ト区間でシールされているが、各ユニット内で漏れた流体はユニット毎に外部ド レンポートへ排出されるために、種類の異なる流体が混合しない。 従って、各外筒ユニットでは流体の種類に応じた最適の環状シール部材が使用 でき、耐用シール機能を向上させることができる。 また、漏れた流体を回収してそのまま再利用することが可能になる。 更に、本考案のロータリージョイントを機構面から見ると、長さが短い各外筒 ユニットをそれぞれ独立した機素として製作・組立て・分解できることになり、高 精度な加工が可能になると共に、組立て・保守作業も容易になるという利点を有 している。

【００１３】

【実施例】

以下、本考案の外筒連結式ロータリージョイントの一実施例を図１を用いて詳 細に説明する。 同図はロータリージョイントの断面図であり、1が回転軸、2,3が外筒ユニット に相当し、本実施例では外筒ユニット2の外部ポートA,Bが作動油供給用ポートに 、外筒ユニット3の外部ポートCが冷却水供給用ポートになっており、各外筒ユニ ット2,3がそれぞれ独立して作動油と冷却水を送通させる。

【００１４】 ここで、外筒ユニット2は、回転軸1に外嵌した内側スリーブ4と、その内側ス リーブ4に外嵌した固定筒体5と、両端部における内側スリーブ4と固定筒体5との 間に介装されたラジアルベアリング6,7及びメカニカルシール8,9と、端面カバー 10と、連結用フランジ11とからなり、固定筒体5は両側のラジアルベアリング6,7 で内側スリーブ4を軸支しており、内側スリーブ4は回転軸1との間に装填された キー12a,12bによって回転軸1と一体で回転するようになっている。 また、固定筒体5による内側スリーブ4の軸支面全体は両側のメカニカルシール 8,9でシールされている。

【００１５】 そして、内側スリーブ4には、その内周面における回転軸側の作動油用流路13, 14の外向き流路に対向する位置から外周面に形成された凹溝15,16へ連通した孔1 7,18が形成されており、また各凹溝15,16の両側にはシールリング19,20,21が施 されていると共に、各シールリング19,21の外側にドレン溝22,23が形成されてい る。 一方、固定筒体5には、内側スリーブ4側に形成された凹溝15,16に対向する位 置から外部ポートA,Bへ連通した孔24,25がそれぞれ形成されており、また内側ス リーブ4に形成されたドレン溝22,23から外部ドレンポートD1,D2へドレン用流路2 6,27が形成されている。

【００１６】 次に、外筒ユニット3の基本的構成についても、同ユニット3が冷却水用の１本 の流路のみで足りる点を除けば、前記の外筒ユニット2とほぼ同様の構成を有し ている。 即ち、回転軸1に外嵌した内側スリーブ31と、その内側スリーブ31に外嵌した 固定筒体32と、両端部に介装されたラジアルベアリング33,34及びメカニカルシ ール35,36と、端面カバー37と、連結用フランジ38とからなり、固定筒体32がラ ジアルベアリング33,34で内側スリーブ31を軸支している構造については外筒ユ ニット2と同様であり、連結用フランジ38が外筒ユニット2側の連結用フランジ11 と接合されてボルト39によって締着連結されている。 尚、内側スリーブ31は外筒ユニット2側と兼用されているキー12bと端部に装填 されたキー12cによって回転軸1と一体で回転する。

【００１７】 そして、内側スリーブ31については、その内周面における回転軸1側の冷却水 用流路40の外向き流路に対向する位置から外周面に形成された凹溝41へ連通した 孔42が形成されており、また凹溝41の両側にはシールリング43,44が施されてい ると共に、各シールリング43,44の外側にドレン溝45,46が形成されている。 一方、固定筒体32については、内側スリーブ31側に形成された凹溝41に対向す る位置から冷却水用の外部ポートCへ連通した孔47が形成されており、また内側 スリーブ31に形成されたドレン溝45,46から外部ドレンポートD3,D4へドレン用流 路48,49が形成されている。 尚、内側スリーブ31の端面は回転軸1に螺着されるロック用ナット50によって 係止され、それによって、双方の外筒ユニット2,3が連結した状態で軸方向につ いて固定されている。

【００１８】 また、回転軸1の外周面における各外向き流路の両側には、図２の場合と同様 に、シールリング装着用の溝81〜85が形成されており、それぞれの溝81〜85に回 転軸1の外周面と内側スリーブ4,31の内周面との間をシールするシールリング81a 〜85aが装着されている。

【００１９】 以上のロータリージョイントの構造において、作動油用の２本の経路について は、常に、(外部ポートA,B)−(固定筒体5の孔24,25)−(内側スリーブ4の凹溝15, 16)−(内側スリーブ4の孔17,18)−(回転軸1の流路13,14)からなる送通路が構成 され、また冷却水の経路についても、常に、(外部ポートC)−(固定筒体32の孔47 )−(内側スリーブ31の凹溝41)−(内側スリーブ31の孔42)−(回転軸1の流路40)か らなる供給路が構成される。

【００２０】 そして、外筒ユニット2では、シールリング19,20,21が施されていても内側ス リーブ4と外側筒体5の回転摺動面で作動油の漏れが発生してメカニカルシール8, 9によるシール区間に充満するが、その充満した作動油は各ドレン用流路26,27を 通じて外部ドレンポートD1,D2から排出される。 また、前記の事情は外筒ユニット3側でも同様であり、シールリング43,44が施 されていても内側スリーブ31と外側筒体32の回転摺動面で冷却水の漏れが発生し てメカニカルシール35,36によるシール区間に充満するが、その充満した冷却水 は各ドレン用流路48,49を通じて外部ドレンポートD3,D4から排出される。 尚、一体で回転している回転軸1と内側スリーブ4,31の間で漏れた作動油と冷 却水はシールリング81a〜85aによって完全にシールされ、外部へ漏れることはな い。

【００２１】 ところで、この実施例によれば、各外筒ユニット2,3がそれぞれ独立に作動油 と冷却水を送通せしめており、各外筒ユニット2,3に使用されるメカニカルシー ル(8,9),(35,36)のシール部材として、それぞれオイル専用のものと水専用のも のを使い分けることができる。 従って、従来のように作動油と水が混合した流体をオイル専用のものでシール していた場合と比較して、メカニカルシール(8,9),(35,36)の劣化を防止でき、 耐用シール機能に優れたロータリージョイントを実現できる。 また、ドレンポートD1,D2からは作動油が、ドレンポートD3,D4からは水が排出 され、それらは全く混合していないことから、それぞれの流体を回収してそのま ま再利用することが可能になる。

【００２２】 更に、機構的な観点から見ると、本実施例ではその外筒を各外筒ユニット2,3 毎に製作することができ、また組立てに際しても各外筒ユニット2,3を順次連結 させてゆくことで全体を組立てることができる。 即ち、従来のように長い単体の外筒を製作していた場合と比較して、軸方向に 短い外筒ユニット2,3はその機素である外側筒体5,32や内側スリーブ4,31を高い 精度で加工できるため、漏れが少ないロータリージョイントを安価に製造するこ とができ、また組立工程でも比較的軽量な機素を順次嵌装して連結させてゆけば 足りるためにその作業が簡単になる。 そして、故障が発生した場合における分解作業も容易になり、故障箇所を含ん だ外筒ユニットのみを交換して、正常に動作していた外筒ユニットはそのまま使 用することも可能になる。

【００２３】

【考案の効果】

本考案の外筒連結式ロータリージョイントは、以上の構成を有していることに より、次のような効果を奏する。 (1) 複数の異なる流体を送通させる外筒側の各流路と回転軸側の対応流路とを 接続するロータリージョイントにおいて、外筒を各流体の種類毎にユニット化し たため、それぞれの流体に最適なシール部材を使用することが可能になり、シー ル部材の劣化を防止することができる。 (2) 各外筒ユニットの外部ドレンポートから他の流体と混合していない純正な 使用流体をそのまま回収できるため、何等の分離処理を施すことなくそのまま再 利用できる。 (3) 軸方向長さが短い固定筒体と内側スリーブからなる外筒ユニットを連結さ せて外筒を構成するため、各ユニットの固定筒体と内側スリーブを高い加工精度 で製作でき、ドレン量の少ないロータリージョイントを実現できると共に、製作 コストの低減化を図ることが可能になる。 (4) 外筒ユニットを単位として組立て・分解が行えるため、従来のように大きく 重い外筒ユニットを扱っていた場合と比較して、組立て・保守作業が容易になり 、作業の危険性も少なくなる。 (5) 外筒ユニットをポート数や流体の種類等に応じて規格化しておくことが可 能になり、また送通流体の種類やポート数の追加や変更が生じた場合の設計作業 が極めて容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る外筒連結式ロータリージョイント
の断面図である。

【図２】従来技術におけるロータリージョイントの断面
図である。

【符号の説明】

1…回転軸、2,3…外筒ユニット、4,31…内側スリーブ、
5,32…固定筒体、6,7,33,34…ラジアルベアリング、8,
9,35,36…メカニカルシール(環状シール部材)、10,37…
端面カバー、11,38…連結用フランジ、12a,12b,12c…キ
ー、13,14…回転軸内の作動油用流路、15,16,41…凹
溝、17,18,42…内側スリーブの孔、19,20,21,43,44…シ
ールリング、22,23,45,46…ドレン溝、24,25,47…固定
筒体の孔、26,27,48,49…ドレン用流路、39…ボルト、4
0…回転軸内の冷却水用流路、50…ロック用ナット、81,
82,83,84,85…シールリング装着用の溝、81a,82a,83a,8
4a,85a…シールリング。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の異なる流体を送通させる外筒側の
   各流路と回転軸側の対応流路とを接続するロータリージ
   ョイントにおいて、外筒を流体の種類毎にユニット化
   し、その各外筒ユニットが、回転軸に外嵌してその回転
   軸と一体で回転する内側スリーブと、前記内側スリーブ
   に外嵌した固定筒体と、両端部における内側スリーブと
   固定筒体との間に介装されたラジアルベアリング及び環
   状シール部材と、隣接する外筒ユニット又は端面カバー
   に対する連結機構とから構成され、前記内側スリーブに
   はその内周面における前記回転軸側の外向き流路に対向
   する位置から外周面に形成された凹溝へ連通する孔が形
   成されており、また前記固定筒体には前記内側スリーブ
   の外周面の凹溝に対向する位置から外部ポートへ連通す
   る送通流体用流路が形成されていると共に、その流路と
   両端部の間に介在する内周面から外部ドレンポートへ連
   通するドレン用流路が形成されており、且つ前記回転軸
   の外周面における外向き流路の両側にその回転軸の外周
   面と内側スリーブの内周面との間をシールするシールリ
   ングが設けられていることを特徴とする外筒連結式ロー
   タリージョイント。