KR102202302B1 - 로터리 조인트 - Google Patents

로터리 조인트 Download PDF

Info

Publication number
KR102202302B1
KR102202302B1 KR1020167014061A KR20167014061A KR102202302B1 KR 102202302 B1 KR102202302 B1 KR 102202302B1 KR 1020167014061 A KR1020167014061 A KR 1020167014061A KR 20167014061 A KR20167014061 A KR 20167014061A KR 102202302 B1 KR102202302 B1 KR 102202302B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sealing ring
sealing
region
circumferential direction
elastic members
Prior art date
Application number
KR1020167014061A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160079037A (ko
Inventor
타카토 후쿠모토
요시노리 키쿠야마
Original Assignee
니폰 필라고교 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 니폰 필라고교 가부시키가이샤 filed Critical 니폰 필라고교 가부시키가이샤
Publication of KR20160079037A publication Critical patent/KR20160079037A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102202302B1 publication Critical patent/KR102202302B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L39/00—Joints or fittings for double-walled or multi-channel pipes or pipe assemblies
    • F16L39/06—Joints or fittings for double-walled or multi-channel pipes or pipe assemblies of the multiline swivel type, e.g. comprising a plurality of axially mounted modules
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3464—Mounting of the seal
    • F16J15/348—Pre-assembled seals, e.g. cartridge seals
    • F16J15/3484—Tandem seals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L27/00—Adjustable joints, Joints allowing movement
    • F16L27/08—Adjustable joints, Joints allowing movement allowing adjustment or movement only about the axis of one pipe
    • F16L27/0849—Adjustable joints, Joints allowing movement allowing adjustment or movement only about the axis of one pipe the fluid being turned through an angle when passing from one joint element to another
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L39/00—Joints or fittings for double-walled or multi-channel pipes or pipe assemblies
    • F16L39/04—Joints or fittings for double-walled or multi-channel pipes or pipe assemblies allowing adjustment or movement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L41/00—Branching pipes; Joining pipes to walls
    • F16L41/18—Branching pipes; Joining pipes to walls the branch pipe being movable
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30625—With simultaneous mechanical treatment, e.g. mechanico-chemical polishing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Sealing (AREA)
  • Joints Allowing Movement (AREA)
  • Quick-Acting Or Multi-Walled Pipe Joints (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

케이스체와 축체의 사이에 형성되는 환형상 공간을 구획하는 메커니컬 실을 가지고 있다. 이 메커니컬 실은 제1 밀봉면을 가지는 제1 밀봉환(11)과, 이 제1 밀봉면에 슬라이딩 접촉하는 제2 밀봉면을 가지는 제2 밀봉환과, 제1 밀봉환(11)을 따라 둘레방향으로 복수 마련되어 제1 밀봉환(11)에 축방향력을 주어서 제1 밀봉면을 제2 밀봉면에 대하여 밀어붙인 복수의 코일 스프링을 구비하고 있다. 복수의 코일 스프링은 그룹으로 복수 구분되어, 제1 밀봉환(11)에는 상기 그룹에 속하는 코일 스프링의 축방향력에 의해 생기는 뒤틀림이 커지는 제1 영역(K1)과, 제1 영역(K1)보다도 뒤틀림이 작아지는 제2 영역(K2)이 둘레방향을 따라 교대로 존재하고 있다.

Description

로터리 조인트{ROTARY JOINT}
본 발명은 로터리 조인트에 관한 것이며, 특히 메커니컬 실(mechanical seal)을 구비하고 있는 로터리 조인트에 관한 것이다.
로터리 조인트는 고정측 부재의 유로와 회전측 부재의 유로를 접속하기 위해 이용되고 있다. 예를 들면, 반도체 웨이퍼의 표면 연마 처리를 실시하기 위해 CMP 장치(Chemical Mechanical Polishing 장치)가 이용되고 있다. 이 CMP 장치에서는 회전측 부재(턴테이블 또는 탑 링(top ring))와, 이것을 지지하는 고정측 부재(CMP장치 본체)의 사이를 연마액, 가압용 공기, 세정수, 순수(純水), 에어 블로우용 공기, 연마 잔사액 등의 유체가 흐른다. 이러한 유체가 섞이는 일 없이 상기 회전측 부재와 상기 고정측 부재의 사이를 흐르기 때문에, 이들 부재 사이를 접속하는 조인트부에는 독립한 유체 통로가 복수 필요하다. 그래서 이러한 조인트부로서, 예를 들면, 특허문헌 1에 개시되어 있는 다(多)포트식의 로터리 조인트가 이용된다.
도 13은 종래의 로터리 조인트의 단면도이다. 이 로터리 조인트는 통(筒)형의 케이스체(80)와, 이 케이스체(80) 내에 회전 가능하게 하여 마련되어 있는 축체(83)와, 이들 케이스체(80)와 축체(83)의 사이의 공간(84)에 마련되어 있는 복수의 메커니컬 실(86)을 구비하고 있다. 메커니컬 실(86)은 케이스체(80)에 장착되어 있는 제1 밀봉환(91)과, 축체(83)와 일체 회전하는 제2 밀봉환(92)과, 복수의 코일 스프링(97)을 가지고 있다. 그리고 이 로터리 조인트에는 복수의 독립한 유체 통로(85)가 마련되어 있다.
축체(83)는 축 본체(87)와, 이 축 본체(87)에 밖으로부터 끼워져 있는 슬리브(89)를 가지고 있다. 슬리브(89)는 메커니컬 실(86)의 제2 밀봉환(92)과, 축방향을 따라 교대로 배치되어 있다. 그리고 밀어붙임 부재(90)가 볼트(90a)에 의해 축 본체(87)에 체결됨으로써, 슬리브(89) 및 제2 밀봉환(92)은 축방향으로 밀어붙여진다. 이 밀어붙임 부재(90)의 밀어붙임력에 의해, 제2 밀봉환(92)과 슬리브(89)를 상호 밀어붙인 상태로 하고, 상호간의 마찰력에 의해 모든 슬리브(89) 및 제2 밀봉환(92)이 축 본체(87)와 일체 회전 가능해진다.
케이스체(80)에는 외주측 및 내주측에서 개구되는 제1 유로(81)가 형성되어 있다. 그리고 축 본체(87) 및 슬리브(89)를 포함하는 축체(83)에는, 외주측에서 개구되는 제2 유로(82)가 형성되어 있다. 한편, 축 본체(87)에 상기 제2 유로(82)의 일부가 되는 유로 구멍(87a)이 형성되어 있고, 슬리브(89)의 축방향 중앙부에, 상기 제2 유로(82)의 다른 부분이 되는 관통 구멍(88)이 형성되어 있다. 이 관통 구멍(88)은 유로 구멍(87a)과 이어져 있고, 제2 유로(82)의 외주측의 개구 구멍이 된다.
또한, 축 본체(87)와 슬리브(89)와 제2 밀봉환(92) 사이에 O링(93)이 마련되어 있고, 각 제2 유로(82)를 흐르는 유체가 다른 유로에 침입하거나 외부에 새거나 하는 것을 막고 있다.
하나의 제1 유로(81)와 하나의 제2 유로(82)는 축방향 동일한 높이 위치에서 개구되어 있고, 이들 제1 유로(81)와 제2 유로(82)에 의해 하나의 독립한 유체 통로(85)가 구성된다. 이 때문에 상기 공간(84)에 메커니컬 실(86)이 마련되어 있다. 즉, 슬리브(89)의 지름방향 외측으로서, 그 슬리브(89)를 끼워서 서로 이웃하는 제2 밀봉환(92, 92) 사이에, 메커니컬 실(86)의 제1 밀봉환(91, 91)이 마련되어 있고, 이들 제1 밀봉환(91, 91)끼리의 사이에는, 제2 유로(82)(관통 구멍(88))와 제1 유로(81)를 잇는 환형상의 유로(96)가 형성되어 있다.
메커니컬 실(86)이 가지는 코일 스프링(97)은 제2 밀봉환(92)에 대해 제1 밀봉환(91)을 축방향을 향해서 밀어붙이고 있고, 제1 밀봉환(91)이 그 축방향 옆에 위치하는 제2 밀봉환(92)에 접촉하고, 이 접촉하고 있는 면의 사이로부터 유체가 새는 것을 방지한다. 즉, 제1 밀봉환(91)의 축방향 측면의 일부가 제1 밀봉면(91a)이 되고, 제2 밀봉환(92)의 환형상 측면의 일부가, 이 제1 밀봉면(91a)과 슬라이딩 접촉하는 제2 밀봉면(92a)이 된다. 한편, 이들 제1 밀봉면(91a)과 제2 밀봉면(92a)의 사이에는 밀봉 대상으로 하는 유체의 일부가 침입하고, 이 유체에 의해 밀봉면(91a, 92a) 사이에 윤활막이 형성되고, 윤활 효과를 얻고 있다.
이상의 구성에 의해, 케이스체(80)에 대하여, 축 본체(87), 슬리브(89) 및 제2 밀봉환(92)은 일체가 되어서 회전 가능해지고, 회전하는 제2 밀봉환(92)이 정지(靜止)측이 되는 제1 밀봉환(91)에 슬라이딩 접촉해서 메커니컬 실(86)로서의 기능이 발휘되고, 이에 의해 독립한 유체 통로(85)가 형성된다.
일본국 공개특허공보 2007-321827호
상기 구성을 가지는 로터리 조인트를 장기에 걸쳐 사용하고 있으면, 제1 밀봉환(91)의 밀봉면(91a)과 제2 밀봉환(92)의 밀봉면(92a)의 슬라이딩 접합에 의해, 이들 밀봉면(91a, 92a)이 닦여서, 곧, 밀봉면(91a, 92a)의 면 정도(精度)(예를 들면, 평탄도)가 높아진다.
이 경우, 밀봉면(91a, 92a) 사이에 있어서, 양자가 흡착하는 것이 있어서, 윤활에 기여할 수 있는 유체가 침입할 수 없고, 윤활막이 형성되기 어려워져서, 제1 밀봉환(91)과 제2 밀봉환(92) 사이의 슬라이딩 저항(슬라이딩 토르크)이 상정 외로 커지는 것이 있다. 특히, 밀봉환(91, 92)의 재질을 비교적 경질한 소재(실리콘 카바이드나 초경(超硬)합금 등)로 한 경우, 상기와 같은 흡착이 생기기 쉬워져서, 슬라이딩 저항이 상정 외로 커지기 쉽다.
제1 밀봉환(91)은 그 일부에 마련되어 있는 클로우부(claw portion)(오목부)(94) 등에 케이스체(80)에 고정의 드라이브 핀(95)을 걸어맞춤으로써, 케이스체(80)에 회전 방지되어 있다. 그러나 상기와 같이 제1 밀봉환(91)과 제2 밀봉환(92)의 사이의 슬라이딩 저항이 커지고, 제1 밀봉환(91)이 제2 밀봉환(92)과 함께 회전하려고 하면, 회전 방지를 위한 상기 클로우부(94) 등이 파손될 우려가 있다.
또한, 이것과는 반대로, 제2 밀봉환(92)의 회전이 제1 밀봉환(91)에 의해 억제되면, 제2 밀봉환(92)과 슬리브(89) 사이가 슬라이딩하고, 슬리브(89)의 단면(端面)(89a)을 마모시키거나 파손시키거나 할 우려가 있다. 또한, 제2 밀봉환(92)과 O링(93)의 사이가 슬라이딩하여 O링(93)을 손상시킬 우려가 있다. 한편, 이러한 슬라이딩 저항의 증대는 주(周)속도(회전속도)가 비교적 작은 경우에 일어나기 쉽다.
그래서 본 발명의 목적은, 메커니컬 실에서의 제1 밀봉환과 제2 밀봉환의 사이의 슬라이딩 저항이 커지는 것을 억제하는 것이 가능해지는 로터리 조인트를 제공하는 것에 있다.
(1) 본 발명은 내주측에서 개구되는 제1 유로가 형성되어 있는 통형의 케이스체, 상기 케이스 체 내에 상대 회전 가능하게 하여 마련되어 외주측에서 개구되는 제2 유로가 형성되어 있는 축체 및 상기 케이스체와 상기 축체의 사이에 형성되는 환형상 공간에 마련되어, 상기 환형상 공간을 구획해서 상기 제1 유로와 상기 제2 유로를 잇는 유로를 형성하기 위한 메커니컬 실을 가지고, 상기 메커니컬 실은 상기 케이스체에 장착되어 있음과 함께, 환형상의 제1 밀봉면을 축방향의 한쪽측에 가지는 제1 밀봉환, 상기 축체에 장착되어 있음과 함께 상기 제1 밀봉면에 슬라이딩 접촉하는 환형상의 제2 밀봉면을 가지는 제2 밀봉환 및 상기 제1 밀봉환을 따라 둘레방향으로 복수 마련되어, 상기 제1 밀봉환에 축방향력을 주어서 상기 제1 밀봉면을 상기 제2 밀봉면에 대해 밀어붙이는 복수의 탄성 부재를 구비하고, 상기 복수의 탄성 부재는 둘레방향으로 연속해서 늘어서는 소정 수의 상기 탄성 부재에 의해 구성되는 그룹으로 복수 구분되고, 상기 제1 밀봉환에는 상기 그룹에 속하는 상기 탄성 부재의 축방향력에 의해 생기는 뒤틀림이 커지는 제1 영역과, 상기 제1 영역보다도 뒤틀림이 작아지는 제2 영역이 둘레방향을 따라 교대로 존재하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 사용 상태에 있는 메커니컬 실의 제1 밀봉환에 있어서, 둘레방향으로 연속해서 늘어서는 소정 수의 탄성 부재의 축방향력에 의해 생기는 뒤틀림이 커지는 제1 영역과, 이 제1 영역보다도 뒤틀림이 작아지는 제2 영역이, 주 방향을 따라 교대로 존재하고 있다. 이 때문에 제1 밀봉환의 제1 밀봉면에 미소한 요철이 형성되어(제1 밀봉면이 적당히 물결침), 제1 밀봉환의 제1 밀봉면과 제2 밀봉환의 제2 밀봉면의 사이에 약간의 틈이 부분적으로 생기고, 그 틈에 유체가 침입함으로써 윤활막이 형성되기 쉬워져서, 윤활 성능이 향상한다. 이 때문에 제1 밀봉환과 제2 밀봉환의 사이의 슬라이딩 저항이 커지는 것을 억제하고, 다른 부재에 상정 외의 부하가 작용하여 상기 다른 부재가 파손되는 등의 불량의 발생을 막는 것이 가능해진다.
(2) 또한, 상기 (1)의 로터리 조인트가 가지는 메커니컬 실에 있어서, 둘레방향에서 서로 이웃하는 상기 그룹의 사이에는, 상기 탄성 부재가 존재하지 않는 비존재 구간이 개재됨으로써, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역이, 상기 제1 밀봉환에 있어서, 둘레방향을 따라 교대로 존재하고 있는 구성으로 할 수 있다.
이 경우, 각 그룹에 속하는 탄성 부재의 축방향력에 의해 제1 밀봉환의 제1 영역에서 뒤틀림을 증가시켜서, 탄성 부재가 존재하지 않는 비존재 구간에 의해 제1 밀봉환의 제2 영역에서 뒤틀림을 감소시키는(뒤틀림을 거의 생기게 하지 않도록 함) 것을 할 수 있다.
(3) 또한, 상기 (2)의 경우에 있어서, 상기 각 그룹에 속하는 상기 탄성 부재의 둘레방향 피치는, 상기 복수의 탄성 부재를 둘레방향을 따라 등간격으로 배치했다고 가정한 경우에서의 상기 탄성 부재의 둘레방향 피치보다도 작게 설정되어 있는 것이 바람직하다.
이 경우, 각 그룹에 있어서 탄성 부재를 집중해서 배치할 수 있고, 탄성 부재가 존재하는 그룹의 구간과, 탄성 부재가 존재하지 않는 비존재 구간을 명확히 구분할 수 있다. 즉, 제1 영역과 제2 영역을 명확히 하여 상기 윤활막이 형성되기 쉬운 구성을 보다 한층 효과적으로 얻는 것이 가능해진다.
(4) 또한, 상기 (1)의 로터리 조인트가 가지는 메커니컬 실에 있어서, 상기복수의 탄성 부재는 둘레방향을 따라 등간격으로 배치되어 있고, 상기 소정 수의 탄성 부재에 의한 총 축방향력이 강한 상기 그룹과, 상기 소정 수의 탄성 부재에 의한 총 축방향력이 약한 상기 그룹이 둘레방향을 따라 교대로 배치됨으로써, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역이, 상기 제1 밀봉환에 있어서 둘레방향을 따라 교대로 존재하고 있는 구성으로 할 수 있다.
이 경우, 총 축방향력이 강한 그룹에 속하는 탄성 부재에 의해 제1 밀봉환의 제1 영역에서 뒤틀림을 증가시키고, 총 축방향력이 약한 그룹에 속하는 탄성 부재에 의해 제1 밀봉환의 제2 영역에서 뒤틀림을 감소시킬 수 있다.
(5) 또한, 상기의 각 로터리 조인트의 메커니컬 실에 의하면, 복수의 탄성 부재에 의해 생기는 제2 밀봉환(제2 밀봉면)에 대한 제1 밀봉환(제1 밀봉면)의 밀어붙임력은 둘레방향으로 불균일해진다. 그러나 상기 제1 영역과 상기 제2 영역이, 제1 밀봉환에 있어서 둘레방향을 따라 교대로 존재하고 있음과 함께, 상기 각 그룹에 포함되는 상기 탄성 부재의 수는 동일한 것으로부터, 전체로서 힘의 밸런스가 맞는 메커니컬 실이 얻어진다.
(6) 또한, 상기 복수의 탄성 부재는 2 이상 4 이하의 그룹으로 구분되어 있는 것이 바람직하다. 그룹의 수가 4를 넘으면, 뒤틀림이 커지는 제1 영역의 영향이, 뒤틀림이 작아져야 할 제2 영역에 미쳐서 제2 영역에서의 뒤틀림이 커지는 경향이 있고, 제1 밀봉환의 제1 밀봉면에 미소한 요철이 형성되기 어렵고(제1 밀봉면이 물결형상이 되기 어렵고), 제1 밀봉환의 제1 밀봉면과 제2 밀봉환의 제2 밀봉면과의 사이에 효과적인 틈(부분 틈)이 생기기 어려워진다.
본 발명에 의하면, 메커니컬 실에 있어서, 제1 밀봉환에 뒤틀림을 줌으로써, 제1 밀봉환의 제1 밀봉면과 제2 밀봉환의 제2 밀봉면의 사이에 약간의 틈이 부분적으로 생기고, 그 틈에 유체가 침입함으로써 윤활막이 형성되기 쉬워져서 윤활 성능이 향상한다. 이 때문에 제1 밀봉환과 제2 밀봉환과의 사이의 슬라이딩 저항이 커지는 것을 억제할 수 있고, 예를 들면, 다른 부재에 상정 외의 부하가 작용해서 상기 부재가 파손되는 등의 불량의 발생을 막는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 로터리 조인트를 나타내는 종단면도이다.
도 2는 축 본체에 밖으로부터 끼워지는 슬리브의 설명도이며, (A)는 축방향(정면)으로부터 본 도면이고, (B)는 측면으로부터 본 단면도이다.
도 3은 가장 위에 위치하는 메커니컬 실 및 그 주위를 나타내는 단면도이다.
도 4는 코일 스프링의 배치(그 1)를 설명하는 설명도이고, 메커니컬 실을 축방향으로부터 본 경우의 도면이다.
도 5는 제1 밀봉환을 축방향으로부터 본 개략도이다.
도 6은 코일 스프링의 배치(그 1의 변형예)를 설명하는 설명도이며, 메커니컬 실을 축방향으로부터 본 경우의 도면이다.
도 7은 도 6의 경우의 제1 밀봉환을 축방향으로부터 본 개략도이다.
도 8은 코일 스프링의 배치(그 1의 다른 변형예)를 설명하는 설명도이고, 메커니컬 실을 축방향으로부터 본 경우의 도면이다.
도 9는 도 8의 경우의 제1 밀봉환을 축방향으로부터 본 개략도이다.
도 10은 코일 스프링의 배치(그 2)를 설명하는 설명도이고, 메커니컬 실을 축방향으로부터 본 경우의 도면이다.
도 11은 도 10의 경우의 제1 밀봉환을 축방향으로부터 본 개략도이다.
도 12는 종래의 메커니컬 실이 가지는 코일 스프링의 배치를 설명하는 설명도이고, 메커니컬 실을 축방향으로부터 본 경우의 도면이다.
도 13은 종래의 로터리 조인트를 나타내는 종단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 설명한다.
[전체 구성에 대하여]
도 1은 본 발명의 로터리 조인트(1)를 나타내는 종단면도이다. 이 로터리 조인트(1)(이하, 조인트(1)이라고도 함.)는 회전기기의 고정측 부재(예를 들면, CMP장치 본체)에 장착되는 통형의 케이스체(2)와, 이 회전기기의 회전측 부재(예를 들면, CMP 장치의 탑 링 또는 턴테이블)에 장착되는 축체(5)를 구비하고 있다. 본 실시형태에서는, 도 1에 나타내는 상측을 조인트(1)의 "상"이라고 하고, 하측을 조인트(1)의 "하"라고 한다. 한편, 조인트(1)의 자세는 도 1에 나타내는 자세 이외이여도 된다. 또한, 본 발명에 있어서, 축방향이란, 로터리 조인트(1)의 중심선을 따른 방향(이 중심선에 평행한 방향도 포함함)이며, 케이스체(2), 축체(5) 및 후술하는 메커니컬 실(7) 각각의 중심선은 이 로터리 조인트(1)의 중심선과 일치하도록 하여 구성되어 있다.
조인트(1)에는 N개(N=2 이상의 정수이며, 도면예에서는 N=4)의 유체 통로(108)가 형성되어 있다. 각 유체 통로(108)는 케이스체(2)에 마련되어 있는 하나의 제1 유로(133)와, 축체(5)에 마련되어 있는 하나의 제2 유로(118)가 이어져 구성된다. 하나의 유체 통로(108)는 다른 유체 통로(108)와 독립해서 마련되어 있고, 이들 유체 통로(108) 각각을 흐르는 유체가, 다른 유체 통로(108)를 흐르는 유체와 섞이는 일이 없도록, 메커니컬 실(7)이 축체(5)를 따라 N개 마련되어 있다.
[케이스체(2)에 대하여]
케이스체(2)는 상하의 단부 플렌지(130, 131)와, 이들 단부 플렌지(130, 131) 사이에 마련되어 있는 N개의 유로 플렌지(132)를 가지고 있다. 이들 플렌지(130, 131, 132)는 원환형상이며, 볼트(109)에 의해 연결 고정되어 있고, 케이스체(2)는 전체로서 통형의 구조체가 된다. 서로 이웃하는 유로 플렌지(132, 132)의 사이 및 서로 이웃하는 단부 플렌지(130, 131)와 유로 플렌지(132)의 사이에는 각각 O링(106)이 마련되어 있다.
유로 플렌지(132) 각각은 축방향의 치수가 큰 환형상의 본체부(136)와, 이 본체부(136)보다도 축방향 치수가 작고, 본체부(136)로부터 지름방향 내측에 돌출하고 있는 돌출부(135)를 가지고 있다. 그리고 각 유로 플렌지(132)에 지름방향으로 관통하는 제1 유로(133)가 형성되어 있다. 제1 유로(133)는 내주측과 외주측에서 개구되어 있고, 본 실시형태에서는 외주측의 개구부가, 상기 고정측 부재의 복수의 배관 각각이 접속되는 접속 포트가 된다. 이상으로부터 케이스체(2)에는 제1 유로(133)가 복수 형성된 구성이 된다.
[축체(5)에 대하여]
축체(5)는 상하방향으로 긴 직선상의 축 본체(110)와, 이 축 본체(110)에 밖으로부터 끼워지는 통형의 슬리브(111)를 가지고 있다. 축 본체(110)에는 슬리브(111) 외에, 메커니컬 실(7)이 구비하고 있는 원환형상의 제2 밀봉환(12)이 밖으로부터 끼워져 있고, 슬리브(111)와 제2 밀봉환(12)은 축방향을 따라 교대로 배치되어 있다. 슬리브(111)는 N개 마련되어 있고, 제2 밀봉환(12)은 N+1개 마련되어 있다. 그리고 축 본체(110)의 상부에는 밀어붙임 부재(114)가 볼트(134)에 의해 고정되어 있다.
축 본체(110)의 하부측(축방향 한쪽측)에는 직경이 커져 있는 대경부(大徑部)(119)가 마련되어 있다. 이 대경부(119)는 축 본체(110)에 밖으로부터 끼워지는 슬리브(111) 및 제2 밀봉환(12)이 하측으로 이동하는 것을 규제한다.
또한, 축 본체(110) 내에는 N개의 유로 구멍(142)이 형성되어 있고, 이들 유로 구멍(142) 각각은 축 본체(110)의 외주면에서 개구되어 있고, 또한, 축방향(상하방향)에서 다른 높이 위치에서 개구되어 있다. 유로 구멍(142)의 다른 쪽측은 축본체(110)의 단면(하단면)에서 개구되어 있고, 이 단면의 개구에 상기 회전측 부재의 복수의 배관이 각각이 접속된다.
도 2는 축 본체(110)에 밖으로부터 끼워지는 슬리브(111)의 설명도이며, (A)는 축방향(정면)으로부터 본 도면이고, (B)는 측면으로부터 본 단면도이다. 한편, 도 2(B)에 있어서, 제2 밀봉환(12)을 2점쇄선으로 나타내고 있다. 슬리브(111)에는 복수(도면예에서는 3개)의 관통 구멍(112)이 둘레방향 등간격으로 형성되어 있고, 또한, 이들 관통 구멍(112)은 축방향 동일한 위치에 형성되어 있다. 또한, 슬리브(111)의 지름방향 내측에는 축 본체(110)의 외주면(110a)의 사이에 환형상의 틈(139)을 형성하고 있고, 각 관통 구멍(112)은 이 환형상의 틈(139)과 이어져 있다. 또한, 이 환형상의 틈(139)은 축 본체(110)의 유로 구멍(142)과 이어져 있다.
그리고 축 본체(110) 내의 하나의 유로 구멍(142)과, 하나의 슬리브(111) 내의 환형상의 틈(139)과, 그 슬리브(111)의 복수의 관통 구멍(112)에 의해, 하나의 제2 유로(118)가 구성된다. 또한, 도 2(B)에 나타내는 바와 같이, 축 본체(110)와 슬리브(111)와 제2 밀봉환(12)의 사이에 O링(117)이 마련되어 있고, 각 제2 유로(118)를 흐르는 유체가 다른 유로에 침입하거나 외부에 새거나 하는 것을 막고 있다. 한편, 도 1에 나타내는 바와 같이, 가장 위에 위치하는 슬리브(111)에는 상하 2개의 O링(117)이 마련되어 있다.
이상으로부터, 축체(5)에는 외주측에서 개구되는 제2 유로(118)가 N개 형성된 구성이 되고, 슬리브(111)에 형성되어 있는 각 관통 구멍(112)은 제2 유로(118)의 외주측 개구 구멍이 된다. 그리고 이들 제2 유로(118) 각각은 케이스체(2)의 내주측을 향해서 개구되어 있고, 게다가 축방향(상하방향)에서 다른 위치에서 개구하고 있다.
축본체(110) 및 슬리브(111)를 포함하는 축체(5)와, 메커니컬 실(7)의 제2 밀봉환(12)과의 조립 구조에 대해서 설명한다. 도 2에 있어서, 제2 밀봉환(12)은 그 축방향 양측에 환형상의 측면(환형상 측면(116, 116))을 가지고 있고, 각 환형상 측면(116)에는 슬리브(111)의 단면(113)이 접촉하고, 슬리브(111)는 제2 밀봉환(12, 12) 사이의 스페이서로서 기능한다.
도 1에 있어서, 밀어붙임 부재(114)는 볼트(134)에 의해 축 본체(110)에 대하여 축방향으로 체결되는 바닥이 있는 원통상의 부재이며, 밀어붙임 부재(114)를 체결함으로써, 모든 슬리브(111)및 제2 밀봉환(12)을 축 본체(110)의 대경부(119)를 향해서 축방향으로 밀어붙이고 있다. 한편, 밀어붙임 부재(114)에 의한, 밀어붙임력(축방향의 체결력)은 둘레방향에서 균등해진다. 이 밀어붙임력에 의해, 제2 밀봉환(12)에 슬리브(111)가 밀어붙여진 상태가 되고, 모든 슬리브(111) 및 제2 밀봉환(12)을 축 본체(110)와 일체로 하여, 상호간의 마찰력에 의해 모든 슬리브(111) 및 제2 밀봉환(12)을 축 본체(110)와 일체 회전 가능하게 한다.
밀어붙임 부재(114)와 단부 플렌지(130)의 사이에 구름 베어링(rolling beaaring)(120)이 마련되어 있고, 축 본체(110)의 대경부(119)와 단부 플렌지(131)의 사이에 구름 베어링(121)이 마련되어 있다. 이에 의해, 슬리브(111) 및 축 본체(110)를 포함하는 축체(5)는 제2 밀봉환(12)과 함께, 케이스체(2)에 대하여 회전 가능해진다.
상측의 단부 플렌지(130)와 가장 상측의 제2 밀봉환(12)의 사이에, 밀봉 부재(oil seal)(122)가 마련되어 있고, 또한, 하측의 단부 플렌지(131)와 가장 하측의 제2 밀봉환(12)의 사이에 밀봉 부재(oil seal)(123)가 마련되어 있다. 케이스체(2)와 축체(5)의 사이에는 환형상 공간(A)이 형성되어 있고, 이 환형상 공간(A)에 있어서, 밀봉 부재(122, 123)의 사이에 밀봉 공간이 형성되어 있다.
[메커니컬 실(7)에 대하여]
상기한 대로 케이스체(2)와 축체(5)의 사이에는 환형상 공간(A)이 형성되어 있고, 이 환형상 공간(A)에 메커니컬 실(7)이 마련되어 있다. 메커니컬 실(7)은 축체(5)를 따라 N개 늘어서 마련되어 있다. 본 실시형태의 조인트(1)는 메커니컬 실(7)을 시리얼방향(직렬방향)으로 복수 개 배치한 다(多)유로 로터리 조인트가 된다.
각 메커니컬 실(7)은 하나의 제1 유로(133)와 하나의 제2 유로(118)에 의해 하나의 유체 통로(108)를 구성하기 위해서 마련되어 있다. 한편, 복수의 메커니컬 실(7) 각각의 기능은 동일하고, 여기서는 가장 위에 위치하는 메커니컬 실(7)을 대표로서 설명한다. 도 3은 가장 위에 위치하는 메커니컬 실(7) 및 그 주위를 나타내는 단면도이다.
하나의 슬리브(111)와 하나의 유로 플렌지(132)가 지름방향으로 대향한 배치로 되어 있고, 슬리브(111)에서 개구되는 제2 유로(118)와, 유로 플렌지(132)의 내주측에서 개구되는 제1 유로(133)는 축방향에서 거의 동일한 위치에서 개구되어 있다. 그리고 이들의 사이에 하나의 메커니컬 실(7)이 마련되어 있다.
메커니컬 실(7)은 제1 밀봉환(11), 제2 밀봉환(12) 및 탄성 부재로서 코일 스프링(13)을 가지고 있다. 상기한 대로, 제2 밀봉환(12)은 축 본체(110)와 일체 회전하는 것으로부터, 이 제2 밀봉환(12)은 메커니컬 실(7)의 회전환(회전측 밀봉환)이 된다. 이에 대해, 제1 밀봉환(11)은 케이스체(2)과 함께 정지한 상태가 되고, 메커니컬 실(7)의 정지환(정지측 밀봉환)이 된다.
제2 밀봉환(12)은 환형상의 부재로 이루어지고, 상하 각각의 환형상 측면(116)은 밀어붙임 부재(114)(도 1 참조)에 의한 밀어붙임력이 작용하기 전의 상태로, 로터리 조인트(1)의 중심선에 직교하는 평면(수평면)을 따른 원환면으로 이루어진다.
제1 밀봉환(11)은 상하 한 쌍으로 한 세트가 되고, 이 한 세트의 제1 밀봉환(11, 11)이, 하나의 메커니컬 실(7)의 구성 부재가 된다. 각 제1 밀봉환(11)은 케이스체(2)에 회전 방지되어 있다. 본 실시형태에서는, 유로 플렌지(132)에는 축방향으로 연장되는 핀(137)이 고정되어 있고, 제1 밀봉환(11)의 일부에 이 핀(137)을 둘레방향 양측으로부터 끼우는 클로우부(오목부)(138)가 형성되어 있다. 클로우부(138)가 핀(137)에 둘레방향 양측으로부터 당접함으로써, 제1 밀봉환(11)은 회전 방지된다.
한 세트의 제1 밀봉환(11, 11)은 슬리브(111)의 지름방향 외측으로서, 이 슬리브(111)을 상하 끼워서 서로 이웃하는 제2 밀봉환(12, 12)의 사이에 마련되어 있다. 상기한 대로, 제2 밀봉환(12)의 환형상 측면(116)의 일부(내경측의 일부)에는 슬리브(111)의 축방향 단면(113)이 접촉하고 있다. 그리고 이 환형상 측면(116)의 기타부(외경측의 타부)에 제1 밀봉환(11)이 접촉하고 있다. 즉, 한 세트의 제1 밀봉환(11, 11)은 환형상의 제1 밀봉면(21, 21)을 가지고 있고, 이들 제1 밀봉면(21, 21)은 그 축방향 양측(상하)에 존재하고 있는 제2 밀봉환(12, 12)의 환형상 측면(116, 116)의 다른 부분(외경측의 기타부)에 접촉한다. 그리고 제2 밀봉환(12)은, 상기 환형상 측면(116)의 다른 부분(외경측의 기타부)에 제1 밀봉면(21)과 접촉하는 제2 밀봉면(22)을 가지고 있다.
제1 밀봉환(11)은 단면 L자형의 환형상의 부재로 이루어지고, 통(筒)형의 제1부(125a)와, 이 제1부(125a)의 단부로부터 지름방향 외측으로 연장되어 있는 원환형상의 제2부(125b)를 가지고 있다. 제2부(125b)의 축방향 외측의 일부에 원환형상이 되는 제1 밀봉면(21)이 형성되어 있다. 또한, 제1 밀봉환(11)의 회전 방지용의 상기 클로우부(오목부)(138)는 제2부(125b)에 형성되어 있다.
코일 스프링(13)은 한 쌍으로 한 세트가 되고 있는 제1 밀봉환(11, 11)의 사이에 압축된 상태로 개재되어 있다. 이 때문에, 코일 스프링(13)의 탄성 복원력에 의해, 제1 밀봉환(11)은 제2 밀봉환(12)측을 향해서 축방향으로 눌려서, 제1 밀봉면(21)과 제2 밀봉면(22)의 사이에 축방향의 밀어붙임력이 작용한다. 코일 스프링(13)은 제1 밀봉면(21)과 제2 밀봉면(22)의 사이를 좁힐 수 있다. 코일 스프링(13)은 둘레방향을 따라 복수 마련되어 있고, 예를 들면, 그 수를 12개로 할 수 있다. 한편, 코일 스프링(13)의 수는 메커니컬 실(7)의 지름 치수 등에 따라서 변경 자재하다.
코일 스프링(13)은 유로 플렌지(132)에 형성되어 있는 구멍(46)에 삽입되어, 이 구멍(46)에 의해 유지되고 있다. 구멍(46)은 둘레방향을 따라 복수 형성되어 있다. 구멍(46)의 수와 코일 스프링(13)의 수는 동일하고, 또한, 코일 스프링(13)의 배치에 맞춰서 구멍(46)이 형성되어 있다. 한편, 코일 스프링(13)의 배치에 대해서는 뒤에 설명한다. 구멍(46)은 축방향을 구멍의 깊이 방향으로 한 바닥이 있는 구멍이여도 되고, 이 경우, 유로 플렌지(132)의 축방향 양측에 구멍(46)이 형성되어, 각각의 구멍(46)에 코일 스프링(13)이 장착된다.
코일 스프링(13)은 제1 밀봉환(11, 11)을 축방향 양측(상하)을 향해서 누르고, 이 누르는 힘에 의해, 제1 밀봉면(21)을 제2 밀봉환(12)의 제2 밀봉면(22)으로 밀어붙인다. 제1 밀봉면(21)과 제2 밀봉면(22)이 축방향에 서로 밀어붙인 상태로 접촉하고, 제1 밀봉면(21)이 회전하는 제2 밀봉환(12)의 제2 밀봉면(22)에 슬라이딩 접촉하고, 이들 밀봉면(21, 22)의 사이로부터 유체가 새는 것을 방지하는 밀봉 기능이 발휘된다. 즉, 정지측의 제1 밀봉환(11)의 밀봉면(21)과 회전측의 제2 밀봉환(12)의 제2 밀봉면(22)의 상대 회전에 따른 슬라이딩 접촉 작용에 의해 메커니컬 실(7)의 밀봉 기능이 발휘된다.
한 세트의 제1 밀봉환(11, 11)은 슬리브(111)의 외주면과의 사이에 틈을 가지고 마련되어 있고, 이들 제1 밀봉환(11, 11)과 슬리브(111)의 사이에는 원통상의 유로(원통 공간)(155)가 형성되어 있다. 이 원통상의 유로(155)는 슬리브(111)에 형성되어 있는 관통 구멍(112)과 이어져 있다. 그리고 밀봉면(21, 22)에 의한 상기 밀봉 기능 및 O링(117)에 의한 밀봉 기능에 의해, 이 유로(155)의 유체가 외부에 새는 것을 방지하고 있다.
또한, 한 세트의 제1 밀봉환(11, 11)끼리의 사이에는, 환형상의 유로(128)가 형성되어 있고, 이 환형상의 유로(128)는 원통상의 유로(155)와 이어져 있다. 그리고 제1 밀봉환(11, 11)의 제1부(125a)의 외주면과, 유로 플렌지(132)의 돌출부(135)의 내주면과의 사이에는 O링(124)이 마련되어 있고, 이 O링(124)에 의한 밀봉 기능에 의해, 환형상의 유로(128)의 유체가 외부에 새는 것을 막고 있다. 한편, 제1 밀봉환(11, 11)은 O링(124)을 통해서 유로 플렌지(132)의 돌출부(135)에 대하여 축방향으로 이동 가능한 상태로 끼워맞춰져 유지되고 있다.
이에 의해, 제1 유로(133)와 제2 유로(118)의 사이에는 밀봉된 환형상의 유로(128) 및 원통상의 유로(155)가 개재되어 있고, 이들 유로(155, 128)는 제2 유로(118)와 제1 유로(133)를 잇는 유로가 된다. 이렇게 메커니컬 실(7)에 의해 구성되는 유로(128, 155)에 의해, 제1 유로(133)와 제2 유로(118)가 연결되어, 제1 유로(133), 환형상의 유로(128), 원통상의 유로(155) 및 제2 유로(118)에 의해, 하나의 독립한 유체 통로(108)가 구성된다.
이상으로부터, 메커니컬 실(7)은 케이스체(2)와 축체(5)의 사이에 형성되는 환형상 공간(A)를 구획해서 제1 유로(133)와 제2 유로(118)를 잇는 유로(128, 155)를 형성한다. 그리고 코일 스프링(13)은 제1 밀봉환(11)의 제2부(125b)를 따라 둘레방향으로 복수(12개) 마련되어 있고, 이들 코일 스프링(13)에 의해, 제1 밀봉환(11)에 축방향력을 주어서 제1 밀봉면(21)을 제2 밀봉면(22)에 대하여 밀어붙인다.
이에 의해, 축체(5)가 회전하면, 회전방향에 대해서 정지 상태에 있는 제1 밀봉환(11)에 대하여, 상기 축체(5)와 함께 제2 밀봉환(12)은 회전하고, 제1 밀봉면(21)과 제2 밀봉면(22)이 슬라이딩 접촉하고, 이들 밀봉면(21, 22)의 사이로부터 유체가 외부에 새는 것을 막는다. 한편, 이때, 제1 밀봉면(21)과 제2 밀봉면(22)의 사이에는 상기 유체가 침입할 수 있고, 이 유체에 의한 윤활막이 형성된다. 이 윤활막에 의해 밀봉면(21, 22) 사이의 슬라이딩 접촉 상태를 양호하게 하여, 밀봉면(21, 22)의 슬라이딩 저항을 저감하고, 또한, 밀봉면(21, 22) 사이에서의 이상 마모나 면 거칠기 등의 불량의 발생을 억제할 수 있다.
[코일 스프링(13)의 배치(그 1)에 대하여]
도 4는 메커니컬 실(7)에서의 코일 스프링(13)의 배치를 설명하는 설명도이며, 메커니컬 실(7)을 축방향으로부터 본 경우의 도면이다. 도 4에 나타내는 실시형태에서는 12개의 코일 스프링(13)이 마련되어 있고, 이들 코일 스프링(13)은 동일원상에 배치되어 있다. 또한, 이들 코일 스프링(13)은 모두 동일한 구성이며, 모두 동일한 소재로 이루어지고, 모두 동일한 탄성 특성(스프링 정수)을 가지고 있다.
12개의 코일 스프링(13)은 복수의 그룹으로 나뉘어 있다. 본 실시형태에서는 3개의 그룹(G1, G2, G3)으로 나뉘어 있고, 각 그룹에는 4개의 코일 스프링(13)이 포함된다. 이들 그룹(G1, G2, G3)은 메커니컬 실(7)의 중심선(밀봉환(11, 12)의 중심선)상의 한 점(C)을 중심으로 하고, 둘레방향으로 등간격으로 배치되어 있다. 즉, 그룹(G1, G2, G3)은 120도 마다 배치되어 있다. 이 120도 마다의 구간은 그룹(G1, G2, G3) 각각에 포함되는 4개의 코일 스프링(13)이 존재하고 있는 존재 구간(M)인 것에 대해서, 둘레방향에서 서로 이웃하는 그룹(존재 구간 M)의 사이에는 코일 스프링(13)이 존재하지 않고 있는 비존재 구간(N)이 개재되어 있다. 즉, 그룹 G1과 그룹 G2의 사이에 비존재 구간(N)이 개재되어 있고, 그룹 G2과 그룹 G3의 사이에 비존재 구간(N)이 개재되어 있고, 그룹 G3과 그룹 G1과의 사이에 비존재 구간(N)이 개재되어 있다.
도 4의 경우, 비존재 구간(N)의 둘레방향 범위는, 하나의 그룹(G1)에 속하는 단(端)의 코일 스프링(13)로부터, 이 코일 스프링(13)에 가장 가까운 다른 그룹(G2)에 속하는 코일 스프링(13)과의 사이의 범위이며, 이 둘레방향 범위는 각 그룹에 포함되는 4개의 코일 스프링(13)이 마련되어 있는 존재 구간(M)의 둘레방향 범위보다도 넓어져있다. 즉, 상기 한점(C)을 중심으로 한 경우에, 비존재 구간(N)에 대응하는 각도(θn)는 그룹(G1, G2, G3) 각각의 존재 구간(M)에 대응하는 각도(θm)보다도 커져 있다(θn>θm). 한편, 그룹(G1, G2, G3) 각각에서의 코일 스프링(13)의 배치는 동일하고, 각도(θm)는 모두 동일한 값이다.
그룹(G1, G2, G3) 각각에 포함되는 4개의 코일 스프링(13)은 도 5에 나타내는 제1 밀봉환(11)의 일부가 되는 제1 영역(K1)에 접촉하여 축방향을 향해서 직접 누를 수 있다. 이에 대해, 비존재 구간(N)에 대응하는 제1 밀봉환(11)의 다른 부분이 되는 제2 영역(K2)은 코일 스프링(13)이 접촉하고 있지 않고, 축방향을 향해서 직접 눌릴 일이 없다. 한편, 도 5는 제1 밀봉환(11)을 축방향으로부터 본 개략도이며, 이 도 5에 있어서, 제1 영역(K1)은 해칭이 붙어있는 영역이며, 그 이외의 영역이 제2 영역(K2)이다.
그리고 제1 영역(K1)에서는 4개의 코일 스프링(13)의 축방향력을 합친 총 축방향력을 받음으로써, 비교적 큰 뒤틀림이 발생한다. 즉, 제1 밀봉면(21)이 서서히 볼록형상으로 이행한다. 이에 대해, 제2 영역(K2)에서는 코일 스프링(13)의 축방향력을 직접 받지 않기 때문에, 뒤틀림은 (거의)발생하지 않는다. 즉, 제1 밀봉면(21)의 형상 변화가 (거의)생기지 않는다. 단, 제1 영역(K1)의 제1 밀봉면(21)이 볼록형상으로 이행하는 것에 따라, 상대적으로 제2 영역(K2)의 제1 밀봉면(21)은 서서히 오목형상으로 이행한다.
코일 스프링(13)의 둘레방향 피치에 대해서 설명한다.
종래의 메커니컬 실에서는, 도 12에 나타내는 바와 같이 코일 스프링(97)은 둘레방향을 따라 등간격으로 배치되어 있다. 이 종래예의 경우의 코일 스프링(97)의 둘레방향 피치를(P0)이라고 하고 있다.
이에 대해, 본 실시형태의 메커니컬 실(7)에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 각 그룹에 속하는 4개의 코일 스프링(13)은 둘레방향을 따라 등간격으로 배치되어 있고, 각 그룹에 속하는 4개의 코일 스프링(13)의 둘레방향 피치(P1)는 일정하지만, 12개의 코일 스프링(13) 전체로 보면 불(不)등간격으로 되어 있다.
그리고 본 실시형태에서는, 각 그룹에 속하는 코일 스프링(13)의 둘레방향 피치(P1)(도 4 참조)는, 코일 스프링(97)(도 12 참조)을 모두 둘레방향을 따라 등간격으로 배치했다고 가정한 경우에서의 상기 코일 스프링(97)의 둘레방향 피치(P0)보다도 작게 설정되어 있다. 즉, P1<P0으로 되어 있다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는 둘레방향으로 연속해서 늘어서는 4개의 코일 스프링(13)에 의해 하나의 그룹이 구성되어 있고, 전체로 12개의 코일 스프링(13)은 3개의 그룹(G1, G2, G3)으로 구분되어 있다. 그리고 도 4에 나타내는 바와 같이, 제1 밀봉환(11)에 있어서, 제1 영역(K1)과 제2 영역(K2)이 둘레방향을 따라 교대로 존재하고 있다. 이 중, 제1 영역(K1)은 각 그룹에 속하는 코일 스프링(13)의 축방향력(총 축방향력)에 의해 제1 밀봉환(11)에 생기는 뒤틀림이 커지는 영역이다. 이에 대해, 제2 영역(K2)은 제1 영역(K1)보다도 뒤틀림이 작아지는 영역(뒤틀림이 대부분 발생하지 않는 영역)이다.
특히 본 실시형태에서는, 둘레방향에서 서로 이웃하는 그룹의 사이에는 코일 스프링(13)이 존재하지 않는 비존재 구간(N)이 개재되어 있음으로써, 제1 영역(K1)과 제2 영역(K2)이 둘레방향을 따라 교대로 존재한다. 이렇게 각 그룹에 속하는 코일 스프링(13)의 축방향력(총 축방향력)에 의해 제1 밀봉환(11)의 제1 영역(K1)으로 뒤틀림을 증가시키고, 코일 스프링(13)이 존재하지 않고 있는 비존재 구간(N)에 의해 제1 밀봉환(11)의 제2 영역(K2)에서 뒤틀림을 감소시킬(뒤틀림을 대부분 생기게 하지 않도록 함) 수 있다.
이 메커니컬 실(7)에 의하면, 상기 제1 영역(K1)과 상기 제2 영역(K2)이, 제1 밀봉환(11)에 있어서 둘레방향을 따라 교대로 존재하고 있는 것으로부터, 사용 상태에 있어서, 제1 밀봉환(11)의 제1 밀봉면(21)에 미소한 요철이 형성되고(제1 밀봉면(21)이 적당히 물결침), 제1 밀봉환(11)의 제1 밀봉면(21)과 제2 밀봉환(12)의 제2 밀봉면(22)의 사이에 약간의 틈이 부분적으로 생긴다. 한편, 이 작은 틈은 제2 영역(K2)에 대응하는 부분에 있어서 생긴다.
그리고 이 틈에 유체 통로(108)(도 1 참조)를 흐르는 유체의 극 일부가 침입할 수 있고, 이 유체에 의해 밀봉면(21, 22) 사이에 윤활막이 형성되기 쉬워져서서, 윤활 성능이 향상한다.
여기서, 제1 밀봉환(11)은 상기와 같이 클로우부(138)(도 3 참조)에 드라이브 핀(137)을 걸어맞춤으로써 케이스체(2)에 회전 방지되어 있다. 거기서, 만일 제1 밀봉환(11)과 제2 밀봉환(12)의 사이의 슬라이딩 저항이 커져서, 제1 밀봉환(11)이 제2 밀봉환(12)과 함께 회전하려고 하면, 회전 방지를 위한 상기 클로우부(138)에 상정 외의 부하가 작용해서 파손될 우려가 있다. 그러나 본 실시형태에서는, 제1 밀봉환(11)에 뒤틀림을 생기게 함으로써, 제1 밀봉환(11)과 제2 밀봉환(12)의 사이에 있어서 침입한 유체에 의한 윤활막을 형성하고, 제1 밀봉환(11)과 제2 밀봉환(12)과의 사이의 슬라이딩 저항이 커지는 것을 억제할 수 있기 때문에, 상기와 같은 파손을 방지하는 것이 가능해진다.
또한, 만일 밀봉면(21, 22) 사이의 슬라이딩 저항이 커져서 제2 밀봉환(12)의 회전이 제1 밀봉환(11)에 의해 억제되면, 제2 밀봉환(12)과 슬리브(111)(도 3 참조)의 사이가 슬라이딩하고, 슬리브(111)의 단면(113)을 마모시키거나 파손시키거나, 제2 밀봉환(12)과 O링(117)의 사이가 슬라이딩하여, O링(117)을 손상시키거나 할 우려가 있다. 그러나 본 실시형태에서는, 제1 밀봉환(11)과 제2 밀봉환(12)의 사이의 슬라이딩 저항이 커지는 것을 억제할 수 있기 때문에, 이러한 파손이나 손상을 방지하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태의 메커니컬 실(7)에 의하면, 밀봉면(21, 22)에 이상 마모나 면 거칠기 등이 발생하기 어려워져서, 밀봉면(21, 22) 사이에서의 유체의 누설의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.
특히, 이러한 메커니컬 실(7)을 고온, 고압, 고주속 등의 고부하 조건으로 사용할 경우, 종래에는 밀봉면 사이에 개재해야 할 윤활막이 기화하기 쉽게 윤활 부족이 되고, 이것이 원인이 되어, 장시간 사용하고 있으면 상기와 같은 각 부의 손상 등이 발생해버리는 문제가 있다. 특히 메커니컬 실(7)에 대한 냉각 성능이 낮을 경우, 상기 윤활막의 기화가 보다 한층 생기기 쉽고, 상기 불량은 발생하기 쉽다. 그러나 본 실시형태에 따른 메커니컬 실(7)에 의하면, 유체에 의해 밀봉면(21, 22)에 윤활막이 형성되기 쉽고, 이러한 문제의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 각 그룹에 속하는 코일 스프링(13)의 둘레방향 피치(P1)(도 4 참조)는 코일 스프링(97)(도 12 참조)을 모두 둘레방향을 따라 등간격으로 배치했다고 가정한 경우에서의 상기 코일 스프링(97)의 둘레방향 피치(P0)보다도 작게 설정되어 있다(P1<P0). 이 때문에, 본 실시형태에서는 각 그룹에 있어서 코일 스프링(13)을 집중해서 배치할 수 있고, 코일 스프링(13)이 존재하는 그룹(존재 구간(M))과, 코일 스프링(13)이 존재하지 않는 비존재 구간(N)을 명확히 구분할 수 있다. 이 때문에, 제1 영역(K1)과 제2 영역(K2)을 명확히 하고, 상기 윤활막이 형성되기 쉬운 구성을 보다 한층 효과적으로 얻는 것이 가능해진다.
한편, 도 4에 나타내는 실시형태에서는, 하나의 그룹에 포함되는 코일 스프링(13)의 수를 4개로 했지만, 하나의 그룹에 포함되는 코일 스프링(13)의 수는 2개 이상의 소정 수이면 되고, 이 소정 수는 코일 스프링(13)의 전체 수의 1/Y(단, Y는 2 이상의 정수임)로 하면 된다. 도 4의 경우, 전체 수가 12개인 것에 대해, Y=3이다. 즉, Y는 그룹 수가 된다.
또한, 그룹의 수는 변경 자재하며, 하나의 그룹에 포함되는 코일 스프링(13)의 수도 그룹 수에 따라서 변경된다. 코일 스프링(13)의 전체 수를 X개로 하고, 구분하는 그룹의 수를 Y로 하면, 각 그룹에 포함되는 코일 스프링(13)의 수는 X/Y가 된다.
예를 들면, 메커니컬 실(7)의 변형예로서, 도 6에 나타내는 바와 같이, 코일 스프링(13)의 전체 수는 도 4의 경우와 동일한 12개이지만, 그룹의 수를 2개로 하고 있다. 이 경우, 각 그룹에 포함되는 코일 스프링(13)의 수는 6개가 된다. 그리고 2개의 그룹(G1, G2)은 메커니컬 실(7)의 중심선(밀봉환(11, 12)의 중심선) 상의 한 점(C)을 중심으로 하고, 둘레방향에 등간격으로 배치되어 있다.
그리고 이 도 6에 나타내는 형태에 있어서도, 도 7에 나타내는 바와 같이, 제1 밀봉환(11)에 있어서, 각 그룹에 속하는 코일 스프링(13)의 축방향력(총 축방향력)에 의해 생기는 뒤틀림이 커지는 제1 영역(K1)과, 이 제1 영역(K1)보다도 뒤틀림이 작아지는(뒤틀림이 거의 발생하지 않음) 제2 영역(K2)이 둘레방향을 따라 교대로 존재하는 구성이 된다.
또한, 다른 변형예로서, 도 8에 나타내는 바와 같이, 코일 스프링(13)의 전체 수는 도 4의 경우와 동일한 12개이지만, 그룹의 수를 4개로 하고 있다. 이 경우, 각 그룹에 포함되는 코일 스프링(13)의 수는 3개가 된다. 그리고 4개의 그룹(G1, G2, G3, G4)은 상기 한 점(C)을 중심으로 하고, 둘레방향에 등간격으로 배치되어 있다.
그리고 이 도 8에 나타내는 형태에 있어서도, 도 9에 나타내는 바와 같이, 제1 밀봉환(11)에 있어서, 각 그룹에 속하는 코일 스프링(13)의 축방향력(총 축방향력)에 의해 생기는 뒤틀림이 커지는 제1 영역(K1)과, 이 제1 영역(K1)보다도 뒤틀림이 작아지는(뒤틀림이 거의 발생하지 않음) 제2 영역(K2)이 둘레방향을 따라 교대로 존재하는 구성이 된다.
또한, 도 6에 나타내는 형태 및 도 8에 나타내는 형태 각각에 있어서도, 둘레방향에서 서로 이웃하는 그룹의 사이에는 코일 스프링(13)이 존재하지 않는 비존재 구간(N)이 개재되어 있음으로써, 제1 영역(K1)과 제2 영역(K2)이, 제1 밀봉환(11)에 있어서 둘레방향을 따라 교대로 존재한다.
또한, 각 그룹에 속하는 코일 스프링(13)의 둘레방향 피치(P1)는 도 12에 나타내는 바와 같이 코일 스프링(97)을 모두 둘레방향을 따라 등간격으로 배치했다고 가정한 경우에서의 상기 코일 스프링(97)의 둘레방향 피치(P0)보다도 작게 설정되어 있다(P1<P0).
또한, 도 4, 도 6 및 도 8에 나타내는 실시형태 각각에 있어서, 12개의 코일 스프링(13)에 의해 생기는 제2 밀봉환(12)에 대한 제1 밀봉환(11)의 밀어붙임력은 둘레방향으로 불균일해진다. 이 때문에, 전체로서, 제1 밀봉환(11)을 제2 밀봉환(12)에 대하여 누르는 힘의 밸런스가 치우치고, 제1 밀봉환(11)을 제2 밀봉환(12)에 대하여 축방향을 따라 직선적으로 누를 수 없게 되는 것처럼도 생각된다.
그러나 상기 각 실시형태에서는, 제1 영역(K1)과 제2 영역(K2)이 제1 밀봉환(11)에 있어서 둘레방향을 따라 교대로 존재하고 있으면서 복수의 제1 영역(K1) 및 복수의 제2 영역(K2)의 둘레방향 범위가 각각 동일함과 함께, 각 그룹에 속하는 코일 스프링(13)에 의한 축방향력의 합계(총 축방향력)가 모든 그룹에서 동일해지도록 구성되어 있다. 이 때문에, 전체로서 상기 힘의 밸런스가 맞춰진 메커니컬 실(7)이 얻어진다. 즉, 제1 영역(K1)과 제2 영역(K2)이 교대로 존재하고 있음과 함께, 각 그룹에 포함되는 코일 스프링(13)의 수는 동일해지고, 코일 스프링(13)은 모두 동일한 탄성 특성(스프링 정수)을 가지고 있다. 예를 들면, 도 2의 경우, 하나의 그룹에 포함되는 코일 스프링(13)의 수는 4개로 통일되어 있다.
이 때문에, 하나의 그룹에 속하는 코일 스프링(13)에 의한 총 축방향력이, 다른 그룹에 속하는 코일 스프링(13)에 의한 총 축방향력과 비교하여, 극단적으로 커지거나 작아지거나 하는 것을 막을 수 있고, 전체로서 힘의 밸런스가 맞춰진 메커니컬 실(7)이 얻어진다. 이 결과, 12개의 코일 스프링(13)에 의한 제2 밀봉환(12)에 대한 제1 밀봉환(11)의 밀어붙임력이 둘레방향으로 불균일이 되고 있어도, 이들 코일 스프링(13)은 제2 밀봉환(12)에 대하여 제1 밀봉환(11)을 축방향을 따라 직선적으로 누르는 것이 가능해진다. 또한, 축체(5)(도 1 참조)의 진동(떨림)이나 케이스체(2)와 축체(5)의 직각도(평행도)의 어긋남 등에 의해 발생하는 제1 밀봉환(11)과 제2 밀봉환(12)과의 상대적인 위치 변동을 흡수할 수 있다.
또한, 도 4, 도 6 및 도 8의 실시형태에 나타내는 바와 같이, 12개의 코일 스프링(13)은 2 이상 4 이하의 그룹으로 구분되어 있는 것이 바람직하다. 이것은 그룹의 수가 4를 넘으면, 뒤틀림이 커지는 제1 영역(K1)의 영향이, 뒤틀림이 작아져야 할 제2 영역(K2)에 미쳐서, 제2 영역(K2)에서의 뒤틀림이 커지는 경향이 있기 때문이다. 이 경우, 제1 밀봉환(11)의 제1 밀봉면(21)에 미소한 요철이 형성되기 어렵고(제1 밀봉면(21)이 물결형상이 되기 어렵고), 제1 밀봉환(11)의 제1 밀봉면(21)과 제2 밀봉환(12)의 제2 밀봉면(22)과의 사이에 효과적인 틈(부분 틈)이 생기기 어려워진다. 이에 대해, 상기 각 실시형태와 같이, 2 이상 4 이하의 그룹으로 구분되어 있음으로써, 제1 영역(K1)과 제2 영역(K2)이 명확해져서, 밀봉면(21, 22) 사이에 부분 틈을 형성하기 쉬워진다.
[코일 스프링(13)의 배치(그 2)에 대하여]
도 10은 코일 스프링(13)의 다른 배치를 설명하는 설명도이며, 메커니컬 실(7)을 축방향으로부터 본 경우의 도면이다. 도 10에 나타내는 실시형태에서는, 12개의 코일 스프링(13)이 마련되어 있고, 이들 코일 스프링(13)은 동일 원상에 배치되어 있고, 또한, 둘레방향을 따라 등간격으로 배치되어 있다. 즉, 코일 스프링(13)의 둘레방향 피치(P)는 일정하다. 그러나 이들 코일 스프링(13)에는 탄성 특성(스프링 특성)이 다른 2종류의 코일 스프링(13)이 포함되어 있다. 한편, 코일 스프링(13)의 축방향 길이에 대해서는 모두 동일하다고 하고 있다.
12개의 코일 스프링(13)은 복수의 그룹(복수이면서 짝수의 그룹)으로 나누어져 있다. 본 실시형태에서는, 4개의 그룹(G1, G2, G3, G4)으로 나눠져 있고, 각 그룹에는 3개의 코일 스프링(13)이 포함된다. 제1 그룹(G1)에 속하는 3개의 코일 스프링(13)과, 제3 그룹(G3)에 속하는 3개의 코일 스프링(13)은 모두 동일한 탄성 특성(스프링 특성)을 가지고 있다. 또한, 제2 그룹(G2)에 속하는 3개의 코일 스프링(13)과, 제4 그룹(G4)에 속하는 3개의 코일 스프링(13)은 모두 동일한 탄성 특성(스프링 특성)을 가지고 있다.
그러나 제1 그룹(G1)에 속하는 코일 스프링(13)과, 제2 그룹(G2)에 속하는 코일 스프링(13)은 다른 탄성 특성(스프링 정수)을 가지고 있고, 제1 그룹(G1)에 속하는 각 코일 스프링(13)의 탄성 특성(스프링 정수)은 제2 그룹(G2)에 속하는 각 코일 스프링(13)의 탄성 특성(스프링 정수)보다도 크다. 예를 들면, 제1 그룹(G1)에 속하는 각 코일 스프링(13)의 선경(線徑)은 제2 그룹(G2)에 속하는 각 코일 스프링(13)의 선경보다도 커져있다.
이 때문에, 12개 모든 코일 스프링(13)을, 도 1에 나타내는 바와 같이 동일한 길이로 압축시킨 상태로 제1 밀봉환(11, 11) 사이에 설치한 경우, 제1 그룹(G1)(제3 그룹(G3))에 속하는 3개의 코일 스프링(13)이 제1 밀봉환(11)을 누르는 축방향력(및 그 합계인 총 축방향력)은 제2 그룹(G2)(제4 그룹(G4))에 속하는 3개의 코일 스프링(13)이 제1 밀봉환(11)을 누르는 축방향력(및 그 합계인 총 축방향력)보다도 강해진다.
이렇게 본 실시형태에서는, 소정 수(3개)의 코일 스프링(13)에 의한 총 축방향력이 강한 그룹(G1, G3)과, 소정 수(동일 수인 3개)의 코일 스프링(13)에 의한 총 축방향력이 약한 그룹(G2, G4)이 둘레방향을 따라 교대로 배치되어 있다.
이 때문에, 그룹(G1, G3) 각각에 포함되는 3개의 코일 스프링(13)은, 도 11에 나타내는 제1 밀봉환(11)의 일부가 되는 제1 영역(K1)을, 축방향을 향해서 강하게 누른다. 이에 대해, 그룹(G2, G4) 각각에 포함되는 3개의 코일 스프링(13)은, 도 11에 나타내는 제1 밀봉환(11)의 다른 부분이 되는 제2 영역(K2)을, 제1 영역(K1)의 경우보다도, 축방향을 향해서 약하게 누른다.
한편, 도 11은 제1 밀봉환(11)을 축방향으로부터 본 도면이고, 이 도 11에 있어서, 제1 영역(K1)은 해칭이 첨부되어 있는 영역이며, 그 이외의 영역이 제2 영역(K2)이다.
그리고 제1 영역(K1)에서는, 3개의 코일 스프링(13)에 의한 강한 축방향력을 합친 총 축방향력을 받음으로써, 비교적 큰 뒤틀림이 발생하는 것에 대해서, 제2 영역(K2)에서는, 3개의 코일 스프링(13)에 의한 약한 축방향력을 맞춘 총 축방향력을 받음으로써, 제1 영역(K2)의 경우보다도 작은 뒤틀림이 발생한다. 즉, 제1 영역(K1)의 제1 밀봉면(21)쪽이 제2 영역(K2)의 제1 밀봉면(21)보다도 형상 변화의 정도가 크고, 상대적으로 전자가 볼록형상으로 이행하고, 후자가 오목형상으로 이행한다.
이렇게, 총 축방향력이 강한 그룹(G1, G3)에 속하는 코일 스프링(13)에 의해 제1 밀봉환(11)의 제1 영역(K1)으로 뒤틀림을 증가시키고, 총 축방향력이 약한 그룹(G2, G4)에 속하는 코일 스프링(13)에 의해 제1 밀봉환(11)의 제2 영역(K2)으로 뒤틀림을 감소시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는 메커니컬 실(7)에 있어서, 둘레방향으로 연속해서 늘어서는 3개의 코일 스프링(13)에 의해 하나의 그룹이 구성되어 있고, 전체 12개의 코일 스프링(13)은 4개의 그룹(G1, G2, G3, G4)으로 구분되어 있다. 그리고 도 11에 나타내는 바와 같이, 제1 밀봉환(11)에 있어서, 제1 영역(K1)과 제2 영역(K2)이 둘레방향을 따라 교대로 존재하고 있다. 이 중, 제1 영역(K1)은 그룹(G1, G3) 각각에 속하는 코일 스프링(13)의 축방향력(총 축방향력)에 의해 제1 밀봉환(11)에 생기게 하는 뒤틀림이 커지는 영역이다. 이에 대해, 제2 영역(K2)은 그룹(G2, G4) 각각에 속하는 코일 스프링(13)의 축방향력(총 축방향력)에 의해, 제1 영역(K1)보다도 뒤틀림이 작아지는 영역이다. 즉, 3개의 코일 스프링(13)에 의한 총 축방향력이 강한 그룹(G1, G3)과, 3개의 코일 스프링(13)에 의한 총 축방향력이 약한 그룹(G2, G4)이 둘레방향을 따라 교대로 배치되어 있음으로써, 제1 영역(K1)과 제2 영역(K2)이 제1 밀봉환(11)에 있어서 둘레방향을 따라 교대로 존재한다.
이 메커니컬 실(7)에 의하면, 상기 제1 영역(K1)과 상기 제2 영역(K2)이, 제1 밀봉환(11)에 있어서 둘레방향을 따라 교대로 존재하고 있는 것으로부터, 사용 상태에 있어서, 제1 밀봉환(11)의 제1 밀봉면(21)에 미소한 요철이 형성되고(제1 밀봉면(21)이 적당히 물결침), 제1 밀봉환(11)의 제1 밀봉면(21)과 제2 밀봉환(12)의 제2 밀봉면(22)과의 사이에 약간의 틈이 부분적으로 생긴다. 한편, 이 작은 틈은 제2 영역(K2)에 대응하는 부분에 있어서 생긴다.
그리고 이 틈에 유체 통로(108)(도 1 참조)를 흐르는 유체의 극일부가 침입할 수 있고, 이 유체에 의해 밀봉면(21, 22) 사이에 윤활막이 형성되기 쉬워져서, 윤활 성능이 향상한다.
여기서 제1 밀봉환(11)은, 상기한 대로 클로우부(138)(도 3 참조)에 드라이브 핀(137)을 걸어맞춤으로써 케이스체(2)에 회전 정지되어 있다. 그래서 만일 제1 밀봉환(11)과 제2 밀봉환(12)의 사이의 슬라이딩 저항이 커져서, 제1 밀봉환(11)이 제2 밀봉환(12)과 함께 회전하려고 하면, 회전 정지를 위한 상기 클로우부(138)에 상정 외의 부하가 작용해서 파손될 우려가 있다. 그러나 본 실시형태에서는, 제1 밀봉환(11)에 뒤틀림을 생기게 함으로써, 제1 밀봉환(11)과 제2 밀봉환(12)과의 사이에 있어서 침입한 유체에 의한 윤활막을 형성하고, 제1 밀봉환(11)과 제2 밀봉환(12)의 사이의 슬라이딩 저항이 커지는 것을 억제할 수 있기 때문에, 이러한 파손을 방지하는 것이 가능해진다.
또한, 만일 밀봉면(21, 22) 사이의 슬라이딩 저항이 커져서 제2 밀봉환(12)의 회전이 제1 밀봉환(11)에 의해 억제되면, 제2 밀봉환(12)과 슬리브(111)(도 3 참조)의 사이가 슬라이딩하고, 슬리브(111)의 단면(113)을 마모시키거나 파손시키거나, 제2 밀봉환(12)과 O링(117)의 사이가 슬라이딩하고, O링(117)을 손상시키거나 할 우려가 있다. 그러나 본 실시형태에서는, 제1 밀봉환(11)과 제2 밀봉환(12)의 사이의 슬라이딩 저항이 커지는 것을 억제할 수 있기 때문에, 이러한 파손이나 손상을 방지하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태의 메커니컬 실(7)에 의하면, 밀봉면(21, 22)에 이상 마모나 면 거칠기 등이 발생하기 어려워져서, 밀봉면(21, 22) 사이에서의 유체의 누설의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에서는 12개의 코일 스프링(13)에 의해 생기는 제2 밀봉환(12)에 대한 제1 밀봉환(11)의 밀어붙임력은 둘레방향으로 불균일해진다. 이 때문에, 상기 실시형태의 경우와 동일하게 전체로서, 제1 밀봉환(11)을 제2 밀봉환(12)에 대하여 누르는 힘의 밸런스가 치우치고, 제1 밀봉환(11)을 제2 밀봉환(12)에 대하여 축방향을 따라 직선적으로 누를 수 없어지게 되는 것처럼도 생각된다.
그러나 제1 영역(K1)과 제2 영역(K2)이 제1 밀봉환(11)에 있어서 둘레방향을 따라 교대로 존재하고 있음과 함께, 복수의 제1 영역(K1) 및 복수의 제2 영역(K2)의 둘레방향 범위가 각각 동일함과 함께, 코일 스프링(13)은 당 피치로 배치되고, 또한, 각 그룹에 포함되는 코일 스프링(13)의 수는 동일(3개)하다고 되어 있다. 이 때문에, 전체로서 힘의 밸런스가 맞춰진 메커니컬 실(7)이 얻어진다. 이 결과, 12개의 코일 스프링(13)에 의한 제2 밀봉환(12)에 대한 제1 밀봉환(11)의 밀어붙임력이 둘레방향으로 불균일해져 있어도, 이들 코일 스프링(13)은 제2 밀봉환(12)에 대하여 제1 밀봉환(11)을 축방향을 따라 직선적으로 누르는 것이 가능해진다. 또한, 축체(5)(도 1 참조)의 진동(떨림)이나 케이스체(2)와 축체(5)의 직각도(평행도)의 어긋남 등에 의해 발생하는 제1 밀봉환(11)과 제2 밀봉환(12)의 상대적인 위치 변동을 흡수할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서도, 12개의 코일 스프링(13)은 2 이상 4 이하의 그룹으로 구분되어 있지만 바람직하다. 이것은 그룹의 수가 4를 넘으면, 뒤틀림이 커지는 제1 영역(K1)의 영향이, 뒤틀림이 작아져야 할 제2 영역(K2)에 미치고, 제2 영역(K2)에서의 뒤틀림이 커지는 경향이 있기 때문이다. 이 경우, 제1 밀봉환(11)의 제1 밀봉면(21)에 미소한 요철이 형성되기 어렵고(제1 밀봉면(21)이 물결형상이 되기 어렵고), 제1 밀봉환(11)의 제1 밀봉면(21)과 제2 밀봉환(12)의 제2 밀봉면(22)과의 사이에, 효과적인 틈(부분 틈)이 생기기 어려워진다. 이에 대해, 상기 각 실시형태와 같이, 2 이상 4 이하의 그룹으로 구분되어 있음으로써, 제1 영역(K1)과 제2 영역(K2)이 명확해져서, 밀봉면(21, 22) 사이에 부분 틈을 형성하기 쉬워진다.
[각 실시형태에 대하여]
상기 각 실시형태에 있어서, 제1 밀봉환(11), 제2 밀봉환(12)의 재질에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 종래부터 이용되고 있는 재질을 채용 가능하지만, 적어도 제1 밀봉환(11)에 관해서는, 뒤틀림이 비교적 생기기 쉬운 것 같이, 금속재와 비교해서 강성이 낮은 재료로 하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 카본이나, 탄화 규소(SiC)로 하는 것이 바람직하다.
제1 밀봉환(11)과 제2 밀봉환(12)의 쌍방이, 상기와 같은 재질로 동일한 재질인 경우에, 종래에는 밀봉면(21, 22) 사이의 슬라이딩 저항의 증대가 발생하기 쉽지만, 이종 재질(예를 들면, 카본과 탄화규소)이여도 슬라이딩 저항의 증대가 발생한다. 그러나 본 실시형태에 의하면, 이러한 슬라이딩 저항의 증대를 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 로터리 조인트(1) 및 메커니컬 실(7)은 도시하는 형태에 한하지 않고 본 발명의 범위 내에 있어서 다른 형태가 것이어도 된다.
상기 각 실시형태에서는, 메커니컬 실(7)이 가지는 코일 스프링(13)의 수를 12개로 했지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들면, 12개보다도 큰 수이여도 되고, 12개보다도 작은 수이여도 된다. 또한, 메커니컬 실(7)의 수도 변경 자재하다.
1: 로터리 조인트
2: 케이스체
5: 축체
7: 메커니컬 실
11: 제1 밀봉환
12: 제2 밀봉환
13: 코일 스프링(탄성 부재)
21: 제1 밀봉면
22: 제2 밀봉면
118: 제2 유로
128: 유로
133: 제1 유로
155: 유로
A: 환형상 공간
G1~G4: 그룹
K1: 제1 영역
K2: 제2 영역
N: 비존재 영역
P1: 둘레방향 피치
P0: 둘레방향 피치

Claims (7)

  1. 내주측에서 개구되는 제1 유로가 형성되어 있는 통(筒)형상의 케이스체, 상기 케이스체 내에 상대 회전 가능하게 하여 마련되어 외주측에서 개구되는 제2 유로가 형성되어 있는 축체 및 상기 케이스체와 상기 축체와의 사이에 형성되는 환형상 공간에 마련되어 상기 환형상 공간을 구획해서 상기 제1 유로와 상기 제2 유로를 잇는 유로를 형성하기 위한 메커니컬 실(mechanical seal)을 가지고,
    상기 메커니컬 실은, 상기 케이스체에 장착되어 있음과 함께, 환형상의 제1 밀봉면을 축방향의 한 쪽측에 가지는 제1 밀봉환, 상기 축체에 장착되어 있음과 함께, 상기 제1 밀봉면에 슬라이딩 접촉하는 환형상의 제2 밀봉면을 가지는 제2 밀봉환 및 상기 제1 밀봉환을 따라 둘레방향으로 복수 마련되어 상기 제1 밀봉환에 축방향력을 주어서 상기 제1 밀봉면을 상기 제2 밀봉면에 대하여 누르는 복수의 탄성 부재를 구비하고,
    상기 복수의 탄성 부재는 둘레방향으로 연속해서 늘어서는 2개 이상인 소정 수의 상기 탄성 부재에 의해 구성되는 그룹으로 복수 구분되고, 상기 제1 밀봉환에는, 상기 그룹에 속하는 2개 이상의 상기 탄성 부재의 축방향력을 합친 총 축방향력에 의해 생기는 뒤틀림이 커지며 상기 제1 밀봉면이 볼록형상인 제1 영역과, 상기 제1 영역보다도 뒤틀림이 작아지는 제2 영역이, 둘레방향을 따라 교대로 존재하고 있는 것을 특징으로 하는 로터리 조인트.
  2. 제1항에 있어서,
    둘레방향에서 서로 이웃하는 상기 그룹의 사이에는, 상기 탄성 부재가 존재하지 않는 비존재 구간이 개재됨으로써, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역이, 상기 제1 밀봉환에 있어서 둘레방향을 따라 교대로 존재하고 있는 것을 특징으로 하는 로터리 조인트.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 각 그룹에 속하는 상기 탄성 부재의 둘레방향 피치는, 상기 복수의 탄성 부재를 둘레방향을 따라 등간격으로 배치했다고 가정한 경우에서의 상기 탄성 부재의 둘레방향 피치보다도 작게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 로터리 조인트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 탄성 부재는 둘레방향을 따라 등간격으로 배치되어 있고,
    상기 소정 수의 탄성 부재에 의한 총 축방향력이 강한 상기 그룹과, 상기 소정 수의 탄성 부재에 의한 총 축방향력이 약한 상기 그룹이 둘레방향을 따라 교대로 배치되어 있음으로써, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역이, 상기 제1 밀봉환에 있어서 둘레방향을 따라 교대로 존재하고 있는 것을 특징으로 하는 로터리 조인트.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 그룹에 포함되는 상기 탄성 부재의 수는 동일한 것을 특징으로 하는 로터리 조인트.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 탄성 부재는 2 이상 4 이하의 그룹으로 구분되어 있는 것을 특징으로 하는 로터리 조인트.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 탄성 부재는 2 이상 4 이하의 그룹으로 구분되어 있는 것을 특징으로 하는 로터리 조인트.
KR1020167014061A 2013-10-28 2014-10-15 로터리 조인트 KR102202302B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2013-223409 2013-10-28
JP2013223409A JP6152039B2 (ja) 2013-10-28 2013-10-28 ロータリジョイント
PCT/JP2014/077471 WO2015064365A1 (ja) 2013-10-28 2014-10-15 ロータリジョイント

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160079037A KR20160079037A (ko) 2016-07-05
KR102202302B1 true KR102202302B1 (ko) 2021-01-13

Family

ID=53003974

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167014061A KR102202302B1 (ko) 2013-10-28 2014-10-15 로터리 조인트

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10371300B2 (ko)
EP (1) EP3064820B1 (ko)
JP (1) JP6152039B2 (ko)
KR (1) KR102202302B1 (ko)
TW (1) TWI614441B (ko)
WO (1) WO2015064365A1 (ko)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6362390B2 (ja) * 2014-04-10 2018-07-25 株式会社荏原製作所 ロータリージョイント、及び、研磨装置
JP6588854B2 (ja) * 2016-03-30 2019-10-09 株式会社荏原製作所 基板処理装置
CN111201397B (zh) * 2017-10-09 2022-04-29 杜博林公司 多通道旋转接头
JP7022620B2 (ja) * 2018-03-06 2022-02-18 日本ピラー工業株式会社 ロータリジョイント
US10221981B1 (en) 2018-03-15 2019-03-05 Joshua Zulu Universal high-speed rotary union
JP7137386B2 (ja) * 2018-07-24 2022-09-14 Ｉｈｉ運搬機械株式会社 ロータリージョイント及び該ロータリージョイントを備えた連続アンローダ
JP7191677B2 (ja) * 2018-12-26 2022-12-19 日本ピラー工業株式会社 ロータリジョイント
US11867356B2 (en) * 2020-12-10 2024-01-09 Patriot Research Center, LLC Rotary multi-port greasing valve

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007321827A (ja) * 2006-05-30 2007-12-13 Nippon Pillar Packing Co Ltd 多流路形ロータリジョイント

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL130801C (ko) 1961-02-10
JP4727859B2 (ja) * 2001-07-31 2011-07-20 イーグル工業株式会社 ロータリージョイント
JP4250585B2 (ja) * 2004-12-07 2009-04-08 日本ピラー工業株式会社 メカニカルシール装置
JP2009030665A (ja) * 2007-07-25 2009-02-12 Nippon Pillar Packing Co Ltd ロータリジョイント
JP5634218B2 (ja) * 2010-10-29 2014-12-03 日本ピラー工業株式会社 ロータリジョイント
JP6093234B2 (ja) * 2013-05-01 2017-03-08 日本ピラー工業株式会社 多ポートロータリジョイント

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007321827A (ja) * 2006-05-30 2007-12-13 Nippon Pillar Packing Co Ltd 多流路形ロータリジョイント

Also Published As

Publication number Publication date
EP3064820A1 (en) 2016-09-07
EP3064820B1 (en) 2019-08-07
KR20160079037A (ko) 2016-07-05
US10371300B2 (en) 2019-08-06
TWI614441B (zh) 2018-02-11
US20160258564A1 (en) 2016-09-08
WO2015064365A1 (ja) 2015-05-07
JP6152039B2 (ja) 2017-06-21
JP2015086888A (ja) 2015-05-07
TW201530035A (zh) 2015-08-01
EP3064820A4 (en) 2017-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102202302B1 (ko) 로터리 조인트
KR102181395B1 (ko) 다포트 로터리 조인트
CN102918288B (zh) 具有密封垫片和环形护罩的滚动轴承
US10655741B2 (en) Rotary joint
US10088089B2 (en) Rotary joint
WO2008126866A1 (ja) 密封装置
JP2022111192A (ja) 摺動部品
US11300158B2 (en) Small cross-section bearing unit
JP5622258B2 (ja) 多流路形ロータリジョイント
US20100071960A1 (en) System, Method and Apparatus for Composite Seal Gland Insert in Roller Cone Rock Bit
US9109629B2 (en) Bearing cage with self-lubricating grease reservoirs
JP4929314B2 (ja) 多流路形ロータリジョイント
JP2010084802A (ja) ロータリーシール
JP6751807B2 (ja) ロータリジョイント
KR102143814B1 (ko) 비-대칭 시일 링
JP5985288B2 (ja) 回転軸シール
TW202108924A (zh) 旋轉接頭
CN204061543U (zh) 背对背角接触球轴承
CN104912942A (zh) 具有密封垫片和环形护罩的滚动轴承
JP7003009B2 (ja) ロータリジョイント
KR20200118279A (ko) 씰링성이 향상된 구름 베어링
JP2020190310A (ja) メカニカルシール用回り止めピン
JP2017040292A (ja) シャフトのシール構造
JP2019060368A (ja) 密封構造体
JP2017110702A (ja) ロータリジョイント

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant