KR102394592B1 - 다 유로형 로터리조인트 - Google Patents

Abstract

상대 회전 자재로 연결된 케이스 체(1)와 회전 축체(2)와의 대향 주면 사이에, 케이스 체(1)에 설치한 정지 밀봉환(32)과 회전 축체(2)에 설치한 회전 밀봉환(31)과의 대향 단면(31a, 32a)의 상대 회전 접접 작용에 의해 실링하는 4개 이상의 메커니컬 실(3)을 배설하여 인접하는 메커니컬 실(3, 3)로 실링된 통로 접속 공간(4)을 형성하고, 양 본체(1, 2)에 각 통로 접속 공간(4)을 거쳐서 연통하는 유체 통로(7, 8)를 형성하고, 인접하는 메커니컬 실(3, 3)의 회전 밀봉환(31, 31)을 1개의 회전 밀봉환(31A)으로 겸용하여 있는, 다 유로형 로터리조인트에 있어서, 겸용된 회전 밀봉환(31A)의 양 단면(31 a, 31a)에 해당 회전 밀봉환(31A)의 구성재에 비해서 열전도 계수 및 경도가 큰 재료로 되는 코팅층(10a, 10a)을 형성하여 있다.

Description

다 유로형 로터리조인트{MULTIPLE FLOW PASSAGE TYPE ROTARY JOINT}

본 발명은 반도체 분야 등에 사용되는 회상기기(예를 들면, CMP 장치(Chemical Mechanical Polishing) 법에 의한 반도체 웨이퍼의 표면 연마장치 등)에 있어서 상대 회전부재 사이에서 2종 이상의 유체를 유동시키는 다 유로형 로터리조인트에 관한 것이다.

종래의 이 종류의 다 유로형 로터리조인트로서, 특허문헌 1에 개시된 바와 같이, 통형상의 케이스 체와 이것에 동심을 이루어 상대회전 자재로 연결된 회전 축체와의 대향 원주면 사이에 케이스 체에 설치된 정지 밀봉환과 회전 축체에 설치된 회전 밀봉환과의 대향 단면인 밀봉 단면의 상대회전 접접(摺接) 작용에 의해 실링(sealing)하도록 구성된 4개 이상의 메커니컬 실을 양 본체의 회전 축선방향으로 종렬 상으로 배설하여 인접하는 메커니컬 실(seal)에서 실링된 복수개의 통로접속 공간을 형성함과 동시에 양 본체에 각 통로 접속공간을 거쳐서 연통하는 유동통로를 형성하여 양 본체에 있어서 양 유체 통로를 통로접속공간에서 접속하여 되는 일련의 복수개의 유로에 의해 2종 이상의 유체를 유동시키도록 구성된 것(이하,「로터리조인트」라고 함)이 주지되어 있다.

그리고 종래의 로터리조인트에서는 적어도 1개의 메커니컬 실의 회전 밀봉환으로 된 인접하는 메커니컬 실의 회전 밀봉환을 양 단면을 밀봉 단면으로 하는 1개의 회전 밀봉환에서 채용하여 있는 것으로부터 특허문헌 2에 개시된 바와 같이, 전 메커니컬 실의 회전 밀봉환이 한쪽의 단면만을 밀봉 단면으로 하는 독립부재로 된, 다 유로형 로터리조인트에 비해서 로터리조인트의 축장(양 본체의 회전 축선 방향에 있어서의 길이)을 단축하여 얻어서 소형화를 도모할 수 있으며, 또한 부품점수의 삭감에 의해 메커니컬 실의 구성 즉 로터리조인트의 구성을 간소화할 수 있다.

특허문헌 1: 일본공개특허공보 특개2002-174379공보 특허문헌 2: 일본공개특허공보 특개2002-005380공보

그러나 종래의 로터리조인트에서 상기 겸용된 회전 밀봉환에 대해서는 그 양단면인 양 밀봉 단면이 각각 정지 밀봉환과의 상대 회전 접접에 의해 발열하는 것으로부터, 한쪽의 단면만을 밀봉 단면으로 하는 경우에 비해서 당해 회전 밀봉환이 고온으로 가열된다. 그 결과, 해당 회전 밀봉환의 밀봉 단면에 열 왜곡이 발생하여 상대 밀봉환(정지 밀봉환)과의 상대 회전 접접이 적정하게 행해지지 않게 되며, 메커니컬 실의 실링 기능(이하,「메커니컬 실링 기능」이라고 함)이 양호하게 발휘되지 않고, 통로 접속 공간으로부터 유체가 샐 우려가 있다.

또, 종래 로터리조인트에 있어서는, 상기 겸용된 회전 밀봉환의 한쪽의 밀봉 단면과 정지 밀봉환의 밀봉 단면과의 상대 회전 접접 부분과 해당 회전 밀봉환외 다른 쪽의 밀봉 단면과 정지 밀봉환의 밀봉 단면과의 상대 회전 접접 부분에서 발열량이 다른 일이 있다. 예를 들면, 회전 밀봉환을 겸용하는 2개의 메커니컬 실에 의해 실링되는 각각의 통로 접속 공간을 유동하는 유체에 압력차이가 있는 것에 의해, 혹은 각각의 유체의 압력이 변동하는 것에 의해 한쪽의 메커니컬 실에 있어서 양 밀봉 단면의 접촉압과 다른 쪽의 메커니컬 실에 있어서 양밀봉 단면의 접촉압이 다르면, 양 메커니컬 실에 있어서 양 밀봉환의 상대 회전 접접 부분에서의 발열량이 다르다. 이러한 경우, 겸용된 회전 밀봉환의 양 밀봉 단면에 큰 온도차가 생겨서 해당 밀봉 단면에 메커니컬 실링 기능에 악영향을 미치는 것 같은 큰 열 왜곡이 생길 우려가 있었다.

본 발명은, 인접하는 메커니컬 실의 회전 밀봉환을 겸용하고 있는 것에 의해 생기는 상기 문제를 해결하여 2종 이상의 유체를 누락시키는 일 없이 양호하게 유동시킬 수 있는, 다 유로형 로터리조인트를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명은, 통 모양의 케이스 체와 이것에 상대 회전 자재로 연결한 회전 축체와의 대향 주위면 사이에, 케이스 체에 설치한 정지 밀봉환과 회전 축체에 마련한 회전 밀봉환과의 대향 단면인 밀봉 단면의 상대 회전 접접 작용에 의해 실링하도록 구성된 4개 이상의 메커니컬 실을 양 본체의 회전 축선방향으로 종렬 상으로 배설하여, 인접하는 메커니컬 실로 실링된 복수개의 통로 접속 공간을 형성하고, 양 본체에 각 통로 접속 공간을 거쳐서 연통하는 유체 통로를 형성하고, 적어도 1개의 메커니컬 실의 회전 밀봉환과 이것에 인접하는 메커니컬 실의 회전 밀봉환을 양 단면을 밀봉 단면으로 하는 1개의 회전 밀봉환에서 겸용하고 있는, 다 유로형 로터리조인트에 있어서, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 특히, 상기 겸용된 회전 밀봉환의 양 단면에, 해당 회전 밀봉환의 구성재에 비해서 열전도계수 및 경도가 큰 재료로 되는 코팅층을 형성해 두는 것을 제안한다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서는, 상기 겸용된 회전 밀봉환의 양단면 및 내 외주면의 한쪽(내주면 또는 외주면)에 해당 회전 밀봉환의 구성재에 비해서 열전도 계수 및 경도가 큰 재료로 되는 코팅층을 일련으로 형성하여 두는 것이 바람직하다. 또, 상기 양 본체의 회전 축선방향으로 종렬 상으로 배치된 메커니컬 실 군(群)의 양측으로 한 쌍의 오일 실을 배설하여 상기 양 본체의 대향 주위면 사이에 양 오일 실로 실링된 공간에서 냉각 유체가 순환 공급되는 냉각 유체 공간을 형성해 두는 것이 바람직하다. 이 경우, 각 오일 실이 상기 밀봉환군의 단부에 위치하는 회전 밀봉환과 케이스 체에 고정되어 해당 회전 밀봉환의 외주면에 압접하는 탄성 재제의 환상 실 부재로 구성되어 있으며 각 오일 실을 구성하는 회전 밀봉환의 외주면 및 그 양 단면의 적어도 한쪽에 해당 회전 밀봉환의 구성재에 비해서 열전도 계수 및 경도가 큰 재료로 되는 코팅층을 일련으로 형성해 두는 것이 바람직하다.

또, 상기 오일 실에 대신해 메커니컬 실을 사용할 수 있으며, 이러한 경우에는, 상기 양 본체의 회전 축선방향으로 종렬 상으로 배치된 메커니컬 실 군의 양측에 해당 메커니컬 실과 같은 구조를 이루는 한 쌍의 냉각 유체 공간용 메커니컬 실을 배설하여 상기 양 본체의 대향 주위 면 사이에 양 냉각 유체공간용 메커니컬 실로 실링된 공간에서 냉각 유체가 순환 공급되는 냉각 유체 공간을 형성하여 두는 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서, 상기 각 냉각 유체 공간용 메커니컬 실의 회전 밀봉환과 이것에 인접하는 메커니컬 실의 회전 밀봉환을 양 단면을 밀봉 단면으로 하는 1개의 회전 밀봉환으로 겸용하고, 해당 회전 밀봉환의 양 단면에, 해당 회전 밀봉환의 구성재에 비해서 열전도 계수 및 경도가 큰 재료로 되는 코팅층을 형성해 두는 것이 바람직하고, 더욱이 상기 각 냉각 유체공간용 메커니컬 실의 회전 밀봉환과 이것에 인접하는 메커니컬 실의 회전 밀봉환을 양 단면을 밀봉 단면으로 하는 1개의 회전 밀봉환으로 겸용하고, 해당 회전 밀봉환의 양단면 및 내 외주면의 한쪽에, 해당 회전 밀봉환의 구성재에 비해서 열전도 계수 및 경도가 큰 재료로 되는 코팅층을 일련으로 형성해 두는 것이 바람직하다. 또, 케이스 체에, 냉각 유체공간에 냉각 유체를 순환 공급시키는 냉각 유체 급배 통로가 형성되어 있는 것이 바람직하고, 상기 양 본체의 회전축선이 상하 방향으로 연장하고 있는 것이 바람직하다.

또, 상기 겸용된 회전 밀봉환에 상대 회전 접접하는 각 정지 밀봉환의 밀봉단면의 지름방향 면폭을 해당 회전 밀봉환의 밀봉 단면의 지름 방향 면폭보다 작게 설정하여 두는 것이 바람직하다. 또, 전 밀봉환, 전 회전 밀봉환 또는 전 정지 밀봉환의 밀봉 단면에 해당 밀봉환의 구성재에 비해서 열전도 계수 및 경도가 큰 재료로 되는 코팅층을 형성하여 있는 것이 바람직하다.

또, 상기 양 본체의 유체 통로를 상기 통로 접속 공간에 의해 접속하여 되는 일련의 유로를 유동하는 유체가 초 순수한 물 혹은 순수한 물인 경우 또는 금속 이온의 용출을 제거한 유체인 경우에 있어서, 각 밀봉환에 있어서 해당 유체와 접촉하는 면에 해당 밀봉환의 밀봉 단면을 포함하여 상기 코팅층이 일련으로 형성되어 있으며, 한쪽 해당 밀봉환 이외의 부재이며 해당 유로를 구성하는 부재에 있어서 해당 유체와 접촉하는 면 또는 부분이 플라스틱으로 구성되어 있는 것이 바람직하다

어느 쪽의 경우에도, 상기 코팅층은 다이아몬드로 구성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 다 유로형 로터리조인트에 있어서는, 인접하는 메커니컬 실에 겸용된 회전 밀봉환(이하,「겸용 회전 밀봉환」이라고 함)의 양 단면에서 어느 밀봉 단면에 해당 회전 밀봉환의 구성재에 비해서 경도가 큰 재료로 되는 코팅층을 형성하고 있기 때문에, 겸용 회전 밀봉환의 양 밀봉 단면에 있어서의 상대 밀봉환(정지 밀봉환)과의 상대 회전 접접 부분에서의 마모량 및 발열량을 가급적 감소시킬 수 있다. 더욱이, 해당 코팅층이 겸용 회전 밀봉환의 구성재에 비해서 열전도 계수가 큰 재료로 구성되어 있는 것으로부터, 겸용 회전 밀봉환의 양밀봉 단면에 형성된 코팅층에서의 발생열은 가급적 방열되어 해당 겸용 회전 밀봉환을 고온으로 가열하는 일이 없다. 그 결과, 겸용 회전 밀봉환의 양 밀봉 단면에 메커니컬 실링 기능에 악영향을 주는 것과 같은 큰 열 왜곡이 생기는 일이 없다. 이러한 효과는, 특히, 코팅층을 다이아몬드로 구성하여 두는 것에 의해 현저하게 발휘된다.

따라서 본 발명에 의하면, 겸용 회전 밀봉환과 각 정지 밀봉환과의 상대회전 접접 부분에 있어서의 마모, 발열 및 겸용 회전 밀봉환의 양밀봉 단면에 있어서의 열 왜곡의 발생을 가급적 방지하여 메커니컬 실링 기능을 장기간에 걸쳐서 양호하게 발휘시킬 수가 있으며, 종래 로터리조인트에 비해서 내구성, 신뢰성이 우수한 극히 실용적인 다 유로형 로터리조인트를 제공할 수 있다.

또, 본 발명의 다 유로형 로터리조인트에 있어서는, 겸용 회전 밀봉환의 양단면 및 내 외주면의 한쪽에 해당 회전 밀봉환의 구성재에 비해서 열전도 계수 및 경도가 큰 재료로 되는 코팅층을 일련으로 형성하여 둘 수 있으며, 이와 같이 하여 두는 것에 의해서, 겸용 회전 밀봉환의 양 밀봉 단면에 형성된 코팅층에서의 발생 열이 해당 외주면 또는 내주면에 형성된 코팅층을 거쳐서 상호 전열되어 해당 겸용 회전 밀봉환의 양 밀봉 단면이 균일 온도로 된다. 그 결과, 겸용 회전 밀봉환의 양 밀봉 단면에 큰 온도 차가 생기지 않고, 해당 양 밀봉 단면에 메커니컬 실링 기능에 악영향을 주는 것 같은 큰 열 왜곡이 생기는 일이 없다. 이러한 효과는, 특히, 코팅층을 다이아몬드로 구성하여 두는 것에 의해 현저하게 발휘된다.

또, 본 발명의 다 유로형 로터리조인트에 있어서는, 각 오일 실에 있어서 탄성 재제의 환상 실 부재가 상대 회전 접접하는 회전 밀봉환의 외주면에 해당 회전 밀봉환의 구성재에 비해서 열전도 계수 및 경도가 큰 재료로 되는 코팅층을 형성해 둘 수 있으며, 이와 같이 하여 두는 것에 의해서 해당 환상 실 부재와 회전 밀봉환과의 상대 회전 접접 부분에서 발생하는 마모량 및 발열량을 가급적 감소시킬 수 있으며, 양 오일 실 또는 한쪽의 오일 실이 드라이 분위기에 있는 경우에도 양 오일 실에 의한 오일 실링 기능을 장기간에 걸쳐서 양호하게 확보할 수 있다. 더욱이 해당 회전 밀봉환에 있어서 밀봉 단면과 반대측의 단면(이하,「비밀봉 단면」이라고 함)에 상기 코팅층을 일련으로 형성하여 오일 실의 상대 회전 접접 부분에 있어서의 발생 열을 해당 코팅층에 의해 비밀봉 단면에 신속하게 전열시키는 것에 의해, 해당 회전 밀봉환의 양 단면인 정지 밀봉환과의 상대 회전 접접에 의해서 발열밀봉 단면과 그 반대측의 단면(비밀봉 단면)과의 온도차를 가급적 작게 해서 해당 밀봉 단면에 있어서 메커니컬 실링 기능에 악영향을 주는 것 같은 큰 열 왜곡의 발생을 가급적 방지할 수 있다. 이러한 효과는, 특히, 코팅층을 다이아몬드로 구성하여 두는 것에 의해서 현저하게 발휘된다. 따라서, 본 발명에 의하면, 오일 실링 기능 및 메커니컬 실링 기능을 장기간에 걸쳐서 양호하게 발휘시킬 수가 있으며, 종래 로터리조인트에 비해서 내구성, 신뢰성이 뛰어난 극히 실용적인 로터리조인트를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한, 다 유로형 로터리조인트의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1과 다른 위치에서 절단한 해당 다 유로형 로터리조인트의 단면도이다.
도 3은 도 1의 주요부를 확대하여 나타내는 상세 단면도이다.
도 4는 도 3과 다른 도 1의 주요부를 확대하여 나타내는 상세 단면도이다.
도 5는 본 발명에 관한, 다 유로형 로터리조인트의 변형예를 나타내는 도 3 상당의 주요부의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 관한, 다 유로형 로터리조인트의 다른 변형예를 나타내는 도 3 상당의 주요부의 단면도이다.
도 7은 본 발명에 관한, 다 유로형 로터리조인트의 또 다른 변형예를 나타내는 도 1 상당의 단면도이다.
도 8은 본 발명에 관한, 다 유로형 로터리조인트의 또 다른 변형예를 나타내는 도 1 상당의 단면도이다.
도 9는 본 발명에 관한, 다 유로형 로터리조인트의 또 다른 변형예를 나타내는 도 1 상당의 단면도이다.
도 10은 본 발명에 관한, 다 유로형 로터리조인트의 또 다른 변형예를 나타내는 도 4 상당의 주요부의 단면도이다.
도 11은 본 발명에 관한, 다 유로형 로터리조인트의 또 다른 변형예를 나타내는 도 4 상당의 주요부의 단면도이다.
도 12는 본 발명에 관한, 다 유로형 로터리조인트의 또 다른 변형예를 나타내는 도 3 상당의 주요부의 단면도이다.
도 13은 본 발명에 관한, 다 유로형 로터리조인트의 또 다른 변형예를 나타내는 도 3 상당의 주요부의 단면도이다.
도 14는 본 발명에 관한, 다 유로형 로터리조인트의 또 다른 변형예를 나타내는 도 3 상당의 주요부의 단면도이다.
도 15는 본 발명에 관한, 다 유로형 로터리조인트의 또 다른 변형예를 나타내는 도 3 상당의 주요부의 단면도이다.
도 16은 본 발명에 관한, 다 유로형 로터리조인트의 또 다른 변형예를 나타내는 도 3 상당의 주요부의 단면도이다.
도 17은 본 발명에 관한, 다 유로형 로터리조인트의 또 다른 변형예를 나타내는 도 3 상당의 주요부의 단면도이다.
도 18은 본 발명에 관한, 다 유로형 로터리조인트의 또 다른 변형예를 나타내는 도 3 상당의 주요부의 단면도이다.
도 19는 본 발명에 관한, 다 유로형 로터리조인트의 또 다른 변형예를 나타내는 도 1 상당의 단면도이다.
도 20은 본 발명에 관한, 다 유로형 로터리조인트의 또 다른 변형예를 나타내는 도 1 상당의 단면도이다.

도 1은 본 발명에 관한, 다 유로형 로터리조인트의 일례를 나타내는 단면도이며, 도 2는 도 1과 다른 위치에서 절단한 해당 다 유로형 로터리조인트의 단면도이며, 도 3은 도 1의 주요부를 확대하여 나타내는 상세 단면도이며, 도 4는 도 3과 다른 도 1의 주요부를 확대하여 나타내는 상세 단면도이다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 상하란 도 1~도 4에 있어서의 상하를 말하는 것으로 한다.

도 1 및 도 2에 나타내는 다 유로형 로터리조인트(이하,「제1 로터리조인트」라 함)는, 통 모양의 케이스 체(1)와 이것에 동심을 이루어 상대 회전자재로 연결한 회전 축체(2)를 구비하고, 양 본체(1, 2)의 대향 주위면 사이에, 4개 이상의 메커니컬 실(3…)을 양 본체(1, 2)의 회전 축선방향(이하, 간단히,「축선방향」이라고 함) 즉 상하 방향으로 종렬시켜 배치하여 인접하는 메커니컬(3, 3)로 실링된 복수개의 통로 접속 공간(4…)을 형성함과 동시에, 당해 통로 접속 공간(4)와 메커니컬 실(3)에서 구획된 공간에 있어서 한 쌍의 오일 실(5, 5)로 실링된 냉각 유체 공간(6)을 형성하고, 양 본체(1, 2) 사이에 유체 통로(7, 8)를 통로 접속 공간(4)을 거쳐서 연통하여 되는 일련의 복수개의 유로(R…(도 2 참조))를 형성한 수형(竪型)의 것이며, CMP 장치 등의 회전 기기의 상대 회전 부재 사이에서 2종 이상의 유체(F…)를 각각의 유로(R)에 의해 각각 별도로 유동시키는 것이다.

케이스 체(1)는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 중심선이 상하 방향으로 연장하는 원형 내주부를 갖는 것으로 , 상하 방향으로 복수개의 환상 부분으로 분할된 통 모양구조를 이룬다. 케이스 체(1)는 회전 기기의 고정 측 부재(예를 들면, CMP 장치의 장치 본체에 장착된다.

회전 축체(2)는, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 축선이 상하 방향으로 연장하는 원주상의 축 본체(21)와 이것에 상하 방향으로 소정간격을 두고 종렬 상으로 감합 고정된 복수개의 슬리브(22…)와 축 본체(21)의 상단부에 감합 고정된 유저 통상의 베어링 받이체(23)로 구성되어 있으며, 베어링 받이체(23)와 케이스 체(1)의 상단부와의 사이 및 축 본체(21)의 하단부에 형성된 큰 직경의 베어링 받이부(21a)와 케이스 체(1)의 하단부와의 사이에 각각 장전 한 상하 한쌍의 베어링(9a, 9b)에 의해 케이스 체(1)의 내주부에 동심상을 이루어 상대 회전 자재로 지지되어 있다. 회전 축체(2)는, 축 본체(21)의 하단부에 있어 회전 기기의 회전측 부재(예를 들면, CMP 장치의 탑 링 또는 턴테이블)에 취부된다.

각 메커니컬 실(3)은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 회전 축체(2)에 고정한 회전 밀봉환(31)과 이것에 대향하여 케이스 체(1)에 축선방향으로 이동 가능하게 유지된 정지 밀봉환(32)과 이것을 회전 밀봉환(31)에 압압 접촉시키는 스프링 (33)을 구비하여 양 밀봉환(31, 32)의 대향 단면인 밀봉 단면(31a, 32a)의 상대 회전 접접 작용에 의해 그 상대 회전 접접 부분의 내주측 영역인 통로 접속공간 (4)과 그 외주측 영역인 냉각 유체 공간(6)을 실링 하도록 구성된 단면 접촉형의 메커니컬 실이다. 이 예에서는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 4개의 메커니컬 실(3…)을 전 밀봉환(31…, 32…)이 회전축선 방향으로 종렬하고 또한 그 밀봉환 군(31…, 32…)의 양단부에 회전 밀봉환(31, 31)이 위치하는 상태로 배치되어 있다. 즉, 양 회전 밀봉환(31, 31) 사이에 정지 밀봉환(32, 32)이 위치하는 더블 실 배치의 한 쌍의 메커니컬 실(3, 3)로 되는 2조의 메커니컬 실 유닛을 축선방향으로 종렬 배치하여 있다.

각 회전 밀봉환(31)은, 양 본체(1, 2)의 회전 축선(이하, 간단히,「축선」이라 함)과 동심을 이루는 단면 방형의 링 모양 본체이며, 도 3에 나타내듯이 정지 밀봉환(32)이 접촉하는 단면을 축선에 직교하는 평활한 링 모양 평면인 밀봉 단면(31a)으로 구성하여 있다. 이 예에서는, 1개의 메커니컬 실(3)의 회전 밀봉환(31)과 이것에 인접하는 메커니컬 실(3)의 회전 밀봉환(31)을 도 3에 나타내듯이 양 단면을 밀봉 단면(31a, 31a)으로 하는 1개의 회전 밀봉환(31)과 겸용하고 있다. 즉, 상하 방향으로 종렬하는 회전 밀봉환군(31…) 중 양단부(상하 단부)에 위치하는 회전 밀봉환(31, 31)을 제외하고, 회전 밀봉환(31)의 양 단면을 밀봉 단면(31a, 3 a)으로 구성하고 있다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 각 메커니컬 실(3)의 회전 밀봉환(31)에 대해서 인접하는 메커니컬 실(3)의 회전 밀봉환(31)으로서 겸용되어 있는 회전 밀봉환(31)(회전 밀봉환 군(31…)의 단부에 위치하는 회전 밀봉환(31)을 제외한 회전 밀봉환(31))과 겸용되어 있지 않은 회전 밀봉환(31)(회전 밀봉환 군(31…)의 단부에 위치하는 회전 밀봉환(31))을 구별할 필요가 있는 경우에는, 전자의 회전 밀봉환(31)을「겸용회전 밀봉환(31A)」이라고 하고, 후자의 회전 밀봉환(31)을「단부 회전 밀봉환(31B)」이라고 한다.

각 회전 밀봉환(31)은 도 1 및 도 2에 나타내듯이 인접하는 회전 밀봉환(31)과의 상호 간격을 슬리브(22)에 의해 규제된 상태로 회전 축체(2)의 축 본체(21)에 감합 고정되어 있다. 즉, 각 회전 밀봉환(31)은, 도 1에 나타내듯이, 베어링받이체(23)를 볼트(24)에 의해 축 본체(21)에 체결부착하는 것에 의해 슬리브(22)를 거쳐서 베어링 받이부(21a)와 베어링 받이체(23)와의 사이에 끼어져 압력고정되어 있으며, 축선방향으로 같은 간격으로 이격된 둔 종렬 상태로 회전 축체(2)에 고정되어 있다. 덧붙여 각 슬리브(22)의 양단 내주부와 축 본체(21)와의 사이에는, 도 3에 나타내듯이, 축 본체(21)로 회전 밀봉환(31)과의 감합 부분을 실링하는 O링(25)이 장전되어 있다.

각 정지 밀봉환(32)은, 도 3에 나타내듯이, 축선과 동심을 이루는 단면 이 대략 L자 형상의 원환 형상체이며, 첨단 돌출부의 단면을 축선에 직교하는 평활한 원환 형상 평면인 밀봉 단면(32a)으로 구성하여 있다. 정지 밀봉환(32)의 밀봉 단면(32a)은 지름 방향 면 폭(실면 폭)을 회전 밀봉환(31)의 밀봉 단면(31a)의 지름 방향 면 폭보다 작게 한 것이며, 해당 밀봉 단면(31a)의 내 외주 부분이 정지 밀봉환(32)의 밀봉 단면(32a)으로부터 지름 방향으로 초과하는 상태로 해당 밀봉 단면(31a)에 접촉하고 있다. 즉, 정지 밀봉환(32)의 밀봉 단면(32a)의 내경은 회전 밀봉환(31)의 밀봉 단면(31a)의 내경보다 크고 또 그 외경은 회전 밀봉환(31)의 밀봉단면(31a)의 외경보다 작게 설정되어 있다. 각 정지 밀봉환(32)은, 도 1 및 도 3에 나타내듯이, 케이스 체(1)의 내주부에 돌출하는 환상벽(11)에 O링(32b)을 거쳐서 축선방향으로 이동 가능하게 안쪽으로 끼어 유지되고 있으며, 또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 그 외주부에 형성한 걸어 맞춤 볼록부에 환상벽(11)으로부터 축선방향으로 돌출하는 드라이브 핀(32c)을 걸어 맞추는 것에 의해, 축선방향에의 상대 이동을 소정 범위에서 허용된 상태로 케이스 체(1)에 상대 회전 불가능하게 유지되어 있다. 이 예에서는, 도 1에 나타내듯이, 전 드라이브 핀(32c)이 환상벽(11, 11)에 축선방향으로 관통 지지된 드라이브 바로써 겸용되어 있다.

스프링(33)은, 도 1에 나타내듯이, 상기 각 메커니컬 실 유니트에 있어서, 환상벽(11)을 축선방향으로 관통하는 연통 구멍(11a)에 장전되고 있어서, 환상벽(11)의 양측에 위치하는 양 정지 밀봉환(32, 32)을 각 회전 밀봉환(31)으로 압압 부세하는 공통 부재로 되어 있다.

양 본체(1, 2)에는, 도 2에 나타내듯이, 각 통로 접속 공간(4)에 연통하는 유체 통로(7, 8)가 형성되고 있으며, 이 예에서는, 양 본체(1, 2) 사이에 양 유체 통로(7, 8)와 통로 접속 공간(4)에 의해 양 본체(1, 2) 간에 유체(F)를 각각 별도로 화살표 방향(실선 또는 파선으로 나타내는 화살표 방향)으로 유동시키는 2개의 유로(R, R)가 형성되어 있다. 케이스 체(1)의 각각의 유체 통로(7)는 케이스 체(1)를 지름 방향으로 관통하여 형성되고 있으며, 그 일단부가 환상벽(11)의 내주면에 있어서 통로 접속 공간(4)에 개구함과 동시에 그외 단부가 회전 기기의 고정측 부재에 형성된 유체 통로에 접속된다. 회전 축체(2)에 형성된 각각의 유체 통로(8)는 축 본체(21)와 슬리브(22)와의 대향 주위면 사이에 형성된 환상의 헤더 공간(8a)과 슬리브(22)를 지름 방향으로 관통하여 헤더 공간(8a)과 통로 접속 공간(4)을 연통하는 복수개의 연통 구멍(8b…)과 축 본체(21)를 그 하단부로부터 축선방향으로 관통하여 헤더 공간(8a)과 통로 유체 통로 본체(8c)로 구성되어 있으며, 유체 통로 본체(8c)의 하단부는 회전기기의 회전 측 부재에 형성된 유체 통로에 접속된다. 또한, 각 밀봉환(31, 31A, 32)의 구성재는 유로(R)를 유동하는 유체(F)의 성상 등의 로터리조인트 사용 조건에 대응하여 선택되며, 일반적으로 탄화 규소 등의 세라믹스나 초경합금(텅스텐카바이드) 등으로 구성된다.

양 오일 실(5, 5)은, 도 1 및 도 2에 나타내듯이, 양 베어링(9a, 9b) 사이에 있어서 메커니컬 실 군(3…)의 양단부에 배치되어 있으며, 축선 방향으로 병렬하는 밀봉환 군(31…, 32…)의 양단부(상하 단부)에 위치하는 회전 밀봉환 (31, 31)(단부 회전 밀봉환(31B, 31B))으로 케이스 체(1)의 내주부에 고정되어 단부 회전 밀봉환(31B, 31B)의 외주면에 압접하는 고무 등의 탄성 재제의 환상 실 부재(51, 51)로 된다. 각 환상 실 부재(51)는 주지의 것이며, 도 4에 나타내듯이, 금속재(SUS304 등) 제의 보강 쇠장식(51a)이 매설되어 케이스 체(1)의 내주부에 안쪽에서 압력으로 고정된 본체부와 단부 회전 밀봉환(31B)의 외주면에 커터스프링(51b)에서 묶여져서 압접되어 실 기능(이하,「오일 실 기능」이라고 한다)을 발휘하는 립 실부로 된다.

양 본체(1, 2)의 대향 주위면 사이에는 각 메커니컬 실(3)에 있어서의 양 밀봉 단면(31a, 32a)의 상대 회전 접접 부분의 외주측 영역 및 해당 외주측 영역 사이를 칸막이하는 환상벽(11)에 형성된 연통 구멍(11a)에서 구성되는 공간으로서 양 오일 실(5, 5)에서 실링된 냉각 유체 공간(6)이 형성되어 있으며, 냉각 유체공간(6)에는 적당한 냉각 유체(C)가 순환 공급되게 되어 있다. 이 예에서는, 냉각 유체(C)로서 상온 물 등의 액체가 사용되고 있다. 즉, 케이스 체(1)에는, 도 1에 나타내듯이, 냉각 유체 공간(6)의 상하 단부에 개구하여 냉각 유체(C)를 급배하는 냉각 유체 공급 통로(6a) 및 냉각 유체 배출 통로(6b)가 형성되어 있으며, 냉각 유체(C)를 냉각 유체 공간(6)에 순환 공급하게 되어 있다. 또한, 케이스 체(1)에는, 도 1에 나타내듯이, 각 오일 실(5)과 베어링(9a, 9b)과의 사이에 있어 양 본체(1, 2)의 대향 주위면 사이에 개구하는 드레인(13a, 13b)이 형성되어 있다.

그리고 겸용 회전 밀봉환(31A)의 양밀봉 단면(31a, 31a)에는, 도 1 ~ 도 3에 나타내듯이, 겸용 회전 밀봉환(31A)의 구성재에 비해서 열전도 계수 및 경도가 크고 또 마찰 계수가 작은 재료로 되는 코팅층(10a, 10a)이 형성되어 있다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 밀봉환과 이것에 피복 형성된 코팅층을 구별할 필요가 있을 때는, 전자를 밀봉환 모재라 한다.

코팅층(10a, 10a)의 구성재로서는, 겸용 회전 밀봉환(31A)의 구성재(밀봉환 모재의 구성재)가 세라믹스, 초경합금 등의 어떠한 밀봉환 구성재이어도, 이것보다 열전도 계수 및 경도가 크고 또 마찰 계수가 작은 다이아몬드가 사용되고 있다. 또한, 다이아몬드 코팅층(10a, 10a)의 형성은, 열 필라멘트 화학 증착법, 마이크로파 플라즈마 화학 증착법, 고주파 플라즈마 법, 직류 방전 플라스마 법, 아크 방전 플라즈마 제트 법, 연소 염법 등의 코팅 방법에 의해 행해진다.

이상과 같이 구성된 제1 로터리조인트에 있어서는, 겸용 회전 밀봉환(31 A)의 양 밀봉 단면(31a, 31a)에 그 구성재(밀봉환 모재의 구성재)보다 경도가 크고 또 마찰 계수가 작은 재료로 되는 코팅층(10a, 10a)을 형성되어 있는 것으로부터, 모두에서 기술한 종래 로터리조인트와 같이 회전 밀봉환의 밀봉 단면과 정지 밀봉환의 밀봉 단면이 직접 상대 회전 접접하는 경우 즉 밀봉환 모재끼리가 직접 상대 회전 접접하는 경우에 비해서, 각 밀봉 단면(31a)과 상대 밀봉 단면(정지 밀봉환(32)의 밀봉 단면)(32a)과의 상대 회전 접접 부분에서 발생하는 마모량이나 발열량이 적게 된다. 특히, 각 코팅층(10a)이 상기한 바와 같이 다이아몬드로 구성되는 경우에는, 다이아몬드가 자연계에 존재하는 고체 물질로 가장 경질의 것이며, 마찰 계수가 탄화 규소 등의 모든 밀봉환 구성재에 비해서 지극히 낮은(일반적으로, 다이아몬드의 마찰 계수는 0. 03(μ)이며, 모든 밀봉환 구성재에 비해서 훨씬 낮은 마찰 계수의 PTFE(폴리 테트라 플루오르 에틸렌)보다도 더 10%이상 낮은) 것임으로부터, 겸용 회전 밀봉환(31A)에 있어서의 코팅층(10a)으로 피복된 각 밀봉 단면(31a)과 상대 밀봉환(정지 밀봉환)(32)의 밀봉 단면(32a)과의 상대 회전 접접에 의해 생기는 마모나 발열은 지극히 적다.

또, 코팅층(10a)이 겸용 회전 밀봉환(31A)의 구성재보다 열전도 계수가 큰 재료로 구성되어 있는 것 및 겸용 회전 밀봉환(31A)의 각 밀봉 단면(31a)의 지름 방향 면폭에 비해서 이것에 접촉하는 정지 밀봉환(32)의 밀봉 단면(32a)의 지름 방향 면폭이 작은 것으로부터, 정지 밀봉환(32)의 밀봉 단면(32a)에 발생하는 열이 상대 밀봉 단면(31a)에 피복 형성된 고열 전도율의 코팅층(10a)으로 이행 흡수되어 해당 밀봉 단면(32a)의 온도가 저하한다. 한쪽, 겸용 회전 밀봉환(31A)에 형성된 각 코팅층(10a)에 있어서는, 정지 밀봉환(32)의 밀봉 단면(32 a)과의 접촉 부분으로부터 내 외주측으로 초과한 부분이 유로(R)를 통과하는 유체(F) 및 냉각 유체 공간(6)에 순환 공급되는 냉각 유체(C)와 접촉하고 있는 것으로부터, 해당 밀봉 단면(32a)과의 상대 회전 접접에 의해 발생한 열은 해당 초과 부분으로부터 유체(F) 및 냉각 유체(C)로 방열되어 유체(F) 및 냉각 유체(C)에 의해서 양호하게 냉각된다.

이러한 상대 밀봉 단면(32a)으로부터의 열 흡수 및 겸용 회전 밀봉환(31 A)의 양 단면(31a, 31a)에 있어서의 유체(F) 및 냉각 유체(C)와의 접촉에 의한 방열, 냉각은, 코팅층(10a, 10a)을 상기와 같이 다이아몬드로 구성해 둠으로써 다이아몬드가 모든 고체 물질에서 가장 열전도율이 높고, 세라믹스나 초경합금 등의 모든 밀봉환 구성재에 비해서 열전도율이 극히 높은 것이(예를 들면, 탄화 규소의 열전도율이 70~120 W/mK인데 대해서, 다이아몬드의 열전도율은 1000~2000 W/mK이다)므로 극히 효과적으로 행해진다.

또, 겸용 회전 밀봉환(31A)을 회전 밀봉환으로 하는 2개의 메커니컬 실(3, 3)(메커니컬 실 유니트)에 의해 실링되는 각각의 통로 접속공간(4, 4)을 유동하는 유체(F, F)에 압력차이가 있는 것에 의해, 혹은 각 유체(F)의 압력이 변동하는 것에 의해, 한쪽의 메커니컬 실(3)에 있어서 양 밀봉 단면(31a, 32a)의 접촉압과 다른 쪽의 메커니컬 실(3)에 있어서 양 밀봉 단면(31a, 32a)의 접촉압이 다른 경우, 해당 양 메커니컬 실(3, 3)에 있어서 밀봉 단면(31a, 32a)의 상대 회전 접접 부분에서의 발열량이 다르며, 겸용 회전 밀봉환(31A)의 양 밀봉 단면(31a, 31a)에 큰 온도차가 생겨서 해당 밀봉 단면(31a, 31a)에 열 왜곡이 생길 우려가 있지만, 이러한 우려는 겸용 회전 밀봉환(31A)의 양 단면(31a, 31a)을 상기 코팅층(10a, 10a)으로 피복 해 두는 것으로 배제된다. 즉, 상기한 바와 같이 각 코팅층(10a)에 의한 상대 밀봉 단면(32a)과의 접촉에 의한 발열의 저감 및 유체(C, F)에 의한 냉각의 촉진에 의해, 양 밀봉 단면(31a, 31a)의 가열 온도가 저하하여 양 밀봉 단면(31a, 31a)의 온도차가 지극히 작게 되며, 양 밀봉 단면(31a, 31a)의 온도차에 의한 열 왜곡의 발생은 이것이 가급적 방지된다.

따라서 겸용 회전 밀봉환(31A)의 양 단면(31a, 31a)과 상대 밀봉환(32, 32)과의 상대 회전 접접이 적정하게 행해져서 장기간에 걸쳐서 양호한 메커니컬 실 기능이 발휘된다. 그 결과, 종래 로터리조인트와 같은 문제를 일으키는 일이 없고, 통로 접속 공간(4)으로부터의 유체 누락을 일으키는 일이 없고, 각 유로(R)에 있어서 유체(F)를 양호하게 유동시킬 수 있다.

여기서, 겸용 회전 밀봉환(31A)의 양 밀봉 단면(31a, 31a)에 있어서의 메커니컬 실의 실 기능에 악영향을 미치는 것 같은 열 왜곡의 발생은, 도 5 또는 도 6에 나타내듯이, 겸용 회전 밀봉환(31A)의 양 단면(밀봉 단면)(31a, 31a)에 더해서 내 외주면의 한쪽에 해당 겸용 회전 밀봉환(31A)의 구성재에 비해서 열전도 계수 및 경도가 큰 재료로 되는 코팅층을 일련으로 형성해 두는 것에 의해, 보다 효과적으로 방지할 수 있다.

즉, 도 5는 본 발명에 관한, 다 유로형 로터리조인트의 변형예를 나타내는 도 3 상당의 주요부의 단면도이며, 도 5에 나타내는 다 유로형 로터리조인트(이하「제2 로터리조인트」라 함)에 있어서는, 겸용 회전 밀봉환(31A)의 양 밀봉 단면(31a, 31a) 및 외주면에 일련의 코팅층(10a, 10a, 10b)이 형성되어 있다. 즉, 코팅층은, 겸용 회전 밀봉환(31A)의 양 단면(31a, 31a)을 전면적으로 피복하는 밀봉 단면 코팅층(10a, 10a)과 이것에 연결되어 해당 회전 밀봉환(31A)의 외주면을 전면적으로 피복하는 외주면 코팅층(10b)으로 된다. 또, 도 6은 본 발명에 관한, 다 유로형 로터리조인트의 다른 변형예를 나타내는 도 3 상당의 주요부의 단면도이며, 도 6에 나타내는 다 유로형 로터리조인트(이하,「제3 로터리조인트」라 함)에 있어서는, 겸용 회전 밀봉환(31A)의 양단면(31a, 31a) 및 내주면에 이것들을 전면적으로 피복하는 밀봉 단면 코팅층(10a, 10a) 및 내주면 코팅층(10c)을 일련으로 형성하여 있다. 또, 제2 및 제3 로터리조인트는, 상기한 점을 제외하고, 도 1~도 4에 나타내는 제1 로터리조인트와 동일구조를 이루는 것이므로, 제1 로터리조인트와 동일 부재에 대해서는, 도 5 및 도 6에 있어서 도 1 ~ 도 4에 사용한 부호와 동일 부호를 부여함으로써 그 상세한 설명은 생략한다. 코팅층(10a, 10b, 10c)은 겸용 회전 밀봉환(31A)의 밀봉환 모재의 구성재에 비해서 열전도 계수 및 경도가 크고 또 마찰 계수가 작은 재료로 되는 것이며, 도 5 및 도 6에 나타내는 예에서는, 코팅층(10a, 10b, 10c)의 구성재로서 겸용 회전 밀봉환(31A)의 구성재(밀봉환 모재의 구성재)가 세라믹스, 초경합금 등의 어떠한 밀봉환 구성재이어도 이것보다 열전도 계수 및 경도가 크고 또 마찰 계수가 작은 다이아몬드가 사용되고 있다. 또한, 다이아몬드 코팅층(10a, 10b, 10c)의 형성은, 상술한 것처럼, 열 필라멘트 화학 증착법 등에 의해 행해진다.

이상과 같이 구성된 제2 및 제3 로터리조인트에 있어서는, 겸용 회전 밀봉환(31A)의 양 밀봉 단면(31a, 31a)에 그 구성재(밀봉환 모재의 구성재)보다 경도가 크고 또 마찰 계수가 작은 재료의 밀봉 단면 코팅층(10a, 10a)을 형성하여 있는 것으로부터, 종래의 로터리조인트와 같이 회전 밀봉환의 밀봉 단면과 정지 밀봉환의 밀봉 단면이 직접 상대 회전하는 경우, 즉 밀봉환 모재끼리가 직접 상대 회전 접접하는 경우에 비해서, 각 밀봉 단면(31a)과 상대 밀봉 단면(정지 밀봉환(32)의 밀봉 단면)(32a)과의 상대 회전 접접 부분에서 발생하는 마모량이나 발열량이 적게 된다. 특히, 각 코팅층(10a)이 상기한 바와 같이, 다이아몬드로 구성되는 경우에는, 상술한 바와 같이, 다이아몬드가 자연계에 존재하는 고체 물질에서 가장 경질의 것이며, 마찰 계수가 탄화 규소 등의 모든 밀봉환 구성재에 비해서 극히 낮은 것으로부터, 겸용 회전 밀봉환(31A)에 있어서 밀봉 단면 코팅층(10a)로 피복된 각 밀봉 단면(31a)과 상대 밀봉환(정지 밀봉환)(32)의 밀봉 단면(32a)과의 상대 회전 접접에 의해 생기는 마모나 발열은 지극히 적다.

더욱이, 겸용 회전 밀봉환(31A)에 형성된 양밀봉 단면 코팅층(10a, 10a)이 겸용 회전 밀봉환(31A)의 구성재료보다 열전도율이 높은 재료(다이아몬드)로 되는 외주면 코팅층(10b) 또는 내주면 코팅층(10c)에 의해 연결되어 있는 것으로부터, 상술한 바와 같이 회전 밀봉환(31A)의 한쪽의 밀봉 단면(31a)과 정지 밀봉환(32)의 밀봉 단면(32a)과의 상대 회전 접접 부분과 해당 겸용 회전 밀봉환(31A)의 다른 쪽의 밀봉 단면(31a)과 정지 밀봉환(32)의 밀봉 단면(32a)과의 상대 회전 접접 부분으로 발생하는 열량이 다른 경우에도, 양 밀봉 단면 코팅층(10a, 10a)에서 발생하는 열이 외주면 코팅층(10b) 또는 내주면 코팅층(10c)을 거쳐서 서로 전열되어 균일화되게 된다. 따라서, 양 밀봉 단면 코팅층(10a, 10a)이 균일 온도가 되어, 즉 겸용 회전 밀봉환(31A)에 있어서 밀봉환 모재의 양단면(31a, 31a)이 동일 온도가 되어, 상대 밀봉 단면(32a, 32a)과의 상대 회전 접접에 의해 발생하는 열량이 다른 경우에도, 겸용 회전 밀봉환(31A)에서의 열 왜곡 발생이 효과적으로 방지되어, 겸용 회전 밀봉환(31A)의 양 밀봉단면(31a, 31a)에 메커니컬 실 기능에 악영향을 주는 것 같은 큰 열 왜곡이 생기는 일이 없다.

더욱이, 겸용 회전 밀봉환(31A)의 각 밀봉 단면(31a)의 지름 방향 면폭에 비해서 이것에 접촉하는 정지 밀봉환(32)의 밀봉 단면(32a)의 지름 방향 면폭이 작은 것으로부터, 정지 밀봉환(32)의 밀봉 단면(32a)에 발생하는 열이 상대 밀봉 단면(31a)에 피복 형성된 고열 전도율의 밀봉 단면 코팅층(10a)에 이행, 흡수되어, 해당 밀봉 단면(32a)의 온도가 저하한다. 한쪽, 겸용 회전 밀봉환(31A)에 형성된 각 밀봉 단면 코팅층(10a)에 있어서는, 정지 밀봉환(32)의 밀봉 단(32a)과의 접촉 부분에서 내 외주측으로 초과한 부분이 유로(R)를 통과하는 유체(F) 및 냉각 유체 공간(6)에 순환 공급되는 냉각 유체(C)와 접촉하여 있는 것으로부터, 해당 밀봉 단면(32a)과의 상대 회전 접접에 의해 발생한 열은 당해 초과 부분으로부터 유체(F) 및 냉각 유체(C)로 방열되어 유체(F) 및 냉각 유체(C)에 의해 냉각된다. 이러한 방열, 냉각은, 양 밀봉 단면 코팅층(10a, 10a)을 연결하는 외주면 코팅층(10b) 또는 내주면 코팅층(10c)에 의해 냉각 유체(C)와의 접촉 면적이 증대하는 것에 의해서 보다 효과적으로 행해진다.

이러한 겸용 회전 밀봉환(31A)의 양 단면(31a, 31a)의 균일 온도화 및 유체(F) 및 냉각 유체(C)와의 접촉에 의한 방열, 냉각은, 코팅층(10a, 10b, 10c)을 상기와 같이 모든 고체 물질로 가장 열전도율이 높고, 세라믹스나 초경합금 등의 밀봉환 구성재에 비해서 열전도율이 지극히 높은 다이아몬드로 구성하여 두는 것에 의해 보다 효과적으로 행해진다.

따라서, 제2 및 제3 로터리조인트에 있어서는, 겸용 회전 밀봉환(31A)은, 그 양 단면(31a, 31a)이 상대 밀봉환(32, 32)과의 상대 회전 접접에 의해 발열함에도 불구하고 양 단면(31a, 31a)에 있어서 발열량이 다른 경우에도 각 밀봉단면(31a, 31a)에 있어서 마모, 발열 및 열 왜곡을 가급적 방지하여 장기간에 걸쳐서 양호한 메커니컬 실 기능을 발휘시킬 수 있다.

여기서, 모두에서 기술한 종래 로터리조인트에 있어서는, 오일 실이 메커니컬 실의 회전 밀봉환(단부 회전 밀봉환)을 이용하여 구성되어 있기 때문에, 해당 회전 밀봉환을 구성요소로 하는 메커니컬 실의 실기능(메커니컬 실 기능)에 악영향을 미치는 등의 문제가 생긴다. 즉, 각 오일 실에 있어서 환상 실 부재와 회전 밀봉환의 외주면과의 상대회전 접접 부분이 발열하는 것으로부터, 해당 회전 밀봉환의 단면(밀봉 단면)이 정지 밀봉환과의 상대 회전 접접에 의해 발열하는 것과도 겹쳐서, 해당 회전 밀봉환의 밀봉 단면에 메커니컬 실 기능에 악영향을 미치는 큰 열 왜곡이 생길 우려가 있다. 즉, 회전 밀봉환의 밀봉 단면 및 외주면이 정지 밀봉환 및 환상 실 부재와의 상대 회전 접접에 의해 발열하고, 그 발열량이 다른 것으로부터 해당 회전 밀봉환의 밀봉 단면과 외주면과에 온도차가 생기고, 이것들 밀봉 단면 및 외주면과 해당 회전 밀봉환에 있어서 밀봉 단면과 반대측의 단면에서 해당 단면이 발열하지 않는 것으로부터 큰 온도차가 생겨서, 해당 회전 밀봉환의 표면온도가 불균일이 되어, 그 결과, 밀봉 단면에 큰 열 왜곡이 생길 우려가 있다. 또, 각 오일 실은, 고무제의 환상 실 부재를 탄화 규소제의 회전 밀봉환의 외주면에 접촉시키는 것에 의해 실 기능(오일 실 기능)을 발휘하도록 구성된 것이지만, 탄화 규소와의 마찰 계수가 높은 것으로부터, 환상 실 부재와 회전 밀봉환과의 상대 회전 접접 부분에 있어서는, 해당 부분이 냉각수에 의해 윤활 되어 있어도, 마모가 발생하고, 오일 실 기능을 장기간에 걸쳐서 확보하는 것이 곤란하다. 특히, 모두에서 기술한 종래 로터리조인트와 같이 케이스 체와 회전 축체와의 회전 축선이 상하 방향으로 연장하고 있는 경우에 있어서는, 냉각 유체 공간의 상부에 있어서는 냉각수가 존재하지 않는 에어 정체가 생기는 일이 있으며, 상위의 오일 실로 환상 실 부재와 회전 밀봉환과의 접촉 부분에 있어서 냉각수에 의한 윤활이 양호하게 행해지지 않는 경우가 있다. 따라서 해당 접촉 부분에 있어서는, 마모, 발열이 현저하게 생겨서 하위의 오일 실이 정상적으로 오일 실 기능을 발휘하고 있는 경우에도 냉각 유체 공간의 실이 양호하게 행해지지 않고, 더욱이 상위의 오일 실을 구성하는 회전 밀봉환과 정지 밀봉환과의 접촉면에 열 왜곡을 일으켜서 해당 양 밀봉환에 의한 메커니컬 실 기능도 저하할 우려가 있다. 이와 같이, 케이스 체와 회전 축체와의 회전 축선이 상하 방향으로 연장하고 있는 로터리조인트에 있어서는, 상위의 오일 실의 신뢰성이 낮고, 오일 실 기능이 지극히 불안정한 것이 되며, 더불어 최상위의 메커니컬 실에 의한 메커니컬 실 기능도 안정하지 않다.

이러한 문제는, 도 7~도 9에 나타내듯이, 각 오일 실(5)을 구성하는 회전 밀봉환(31)(단부 회전 밀봉환(31B))의 외주면 및 그 양 단면의 한쪽으로, 밀봉 단면(31a)과 반대측의 단면(비밀봉 단면)(31b)에 단부 회전 밀봉환(31B)의 구성재(밀봉환 모재의 구성재)에 비해서 열전도 계수 및 경도가 크고 또 마찰 계수가 작은 재료로 되는 코팅층(10d, 10e)을 일련으로 형성해 두는 것에 의해, 해결할 수 있다.

즉, 도 7~도 9는 각각 본 발명에 관한, 다 유로형 로터리조인트의 또 다른 변형예를 나타내는 도 1 상당의 단면도이며, 도 7에 나타내는 본 발명의 다유로 형 로터리조인트(이하,「제4 로터리조인트」라고 함), 도 8에 나타내는 본 발명의 다 유로형 로터리조인트(이하,「제5 로터리조인트」라고 함) 및 도 9에 나타내는 본 발명의 다 유로형 로터리조인트(이하,「제6 로터리조인트」라고 함)에 있어서는, 각각, 각 단부 회전 밀봉환(31B)의 외주면에 이것을 전면적으로 피복하는 외주면 코팅층(10d)을 형성함과 동시에 이것에 이어서 해당 단부 회전 밀봉환(31A)의 비밀봉 단면(31b)에 이것을 전면적으로 피복하는 비밀봉 단면 코팅층(10e)을 형성하고 있다. 도 7~도 9에 나타내는 예에서는, 코팅층(10d, 10e)의 구성재로서 단부 회전 밀봉환(31B)의 구성재(밀봉환 모재의 구성재)가 세라믹스, 초경합금 등의 어떠한 밀봉환 구성재이어도, 이것보다 열전도 계수 및 경도가 크고 또 마찰 계수가 작은 다이아몬드가 사용되고 있으며, 다이아몬드 코팅층(10d, 10e)의 형성은, 상술한 것처럼, 열 필라멘트 화학 증착법 등에 의해 행해진다. 또한, 상기한 점을 제외하고, 제4 로터리조인트는 제1 로터리조인트와 제5 로터리조인트는 제2 로터리조인트와 또 제6 로터리조인트는 제3 로터리조인트와 각각 동일구조를 이루는 것이므로, 제1 ~ 제3 로터리조인트와 동일 부재에 대해서는, 도 7~도 9에 있어서 도 1~도 6에 사용한 부호와 동일 부호를 붙이는 것에 의해 그 상세한 설명은 생략한다.

이상과 같이 구성된 제4~ 제6 로터리조인트에 있어서는, 각 오일 실(5)에 있어서 환상 실 부재(51)가 상대 회전 접접하는 단부 회전 밀봉환(31B)의 외주면에 그 구성재(밀봉환 모재의 구성재)보다 경도가 크고 또 마찰 계수가 작은 재료의 외주면 코팅층(10d)을 형성하고 있는 것으로부터, 종래의 로터리조인트와 같이 환상 실 부재와 단부 회전 밀봉환의 외주면(밀봉환 모재의 외주면)이 직접 상대 회전 접접하는 경우에 비해서, 양자(31B, 51)의 상대 회전 접접 부분에서 발생하는 마모량이나 발열량이 적고. 특히, 외주면 코팅층(10d)이 상기한바 처럼, 다이아몬드로 구성되는 경우에는, 상술한바 처럼, 다이아몬드가 자연계에 존재하는 고체 물질에서 가장 경질의 것이며, 마찰 계수가 탄화 규소 등의 모든 밀봉환 구성재에 비해서 지극히 낮은 것임으로부터, 환상 실 부재(51)와 외주면 코팅층(10d)과의 상대 회전 접접에 의해 생기는 마모나 발열은 지극히 적다

여기서, 냉각 유체 공간(6)에 공급된 냉각 유체(C)에 의해서 환상 실 부재(51)와 외주면 코팅층(10d)과의 상대 접접 부분이 윤활, 냉각되기 때문에 해당 상대 접접 부분에 있어서의 마모, 발열의 추가 감소가 기대되지만, 이러한 마모, 발열의 감소에 대한 냉각 유체(C)의 윤활, 냉각에 의한 기여율은 외주면 코팅층(10d)에 의한 기여율(코팅층(10d)을 형성함에 의해서 마찰력이 저감되고, 또 내마모성이 향상하는 것에 의한 기여율)에 비해서 지극히 작다. 따라서, 만일 냉각 유체 공간(6)에 냉각 유체(C)가 공급되어 있지 않은 경우(예를 들면, 냉각 유체 공간(6)의 냉각 유체(C)가 대기 또는 질소 가스 등의 기체인 경우)에도, 즉 환상 실 부재(51)와 외주면 코팅층(10d)과의 상대 회전 접접 부분이 드라이 분위기에 있는 경우에도, 해당 상대회전 접접 부분에 있어서의 마모, 발열은 냉각 유체 공간(6)에 냉각 유체(C)가 공급되고 있는 경우와 같이 충분히 감소된다. 이 때문에, 냉각 유체 공간(6)에 냉각 유체(C)를 공급하는 경우에 있어서, 상위의 오일 실(5)에 있어서의 해당 상대 회전 접접 부분이 상기한 바와 같이 에어 정체의 발생에 의해 드라이 분위기가 될 때에도, 해당 오일 실 5에 의한 오일 실 기능이 항상 냉각 유체(C)와 접촉하는 하위의 오일 실(5)에 의한 오일 실 기능과 동등하게 발휘되며, 양 오일 실(5, 5)의 내구성이나 오일 실 기능에 대부분 차이는 없다. 즉, 에어 정체의 발생에 의해 상위의 오일 실(5)의 내구성이나 오일 실 기능이 하위의 오일 실(5)에 비해서 현저하게 저하하는 것 같은 일이 없고, 양 오일 실(5, 5)이 장기간에 걸쳐서 양호한 오일 실 기능을 발휘한다.

또, 코팅층(10d, 10e)은 단부 회전 밀봉환(31B)의 구성재료보다 열전도율이 높은 재료로 구성되어 있으며, 단부 회전 밀봉환(B)의 비밀봉 단면(31b)에는 외주면 코팅층(10d)에 이어지는 비밀봉 단면 코팅층(10e)이 피복 형성되고 있는 것으로부터, 각 환상 실 부재(51)와 단부 회전 밀봉환(31B)의 외주면에 형성한 외주면코팅층(10d)과의 상대 회전 접접에 의해 발생하는 열은, 외주면 코팅층(10d)으로부터 단부 회전 밀봉환(31B)의 밀봉환 모재로 전해지는 것보다도 빨리 비밀봉 단면 코팅층(10e)으로 전해져서 해당 밀봉환 모재의 비밀봉 단면(31b)을 가열하게 된다. 이 때문에, 정지 밀봉환(32)과의 상대 회전 접접에 의해 발열하는 단부 회전 밀봉환(31B)의 밀봉 단면(31a)과 그 반대측의 단면(비밀봉 단면)(31b)과의 온도차가 작아지고, 단부 회전 밀봉환(31B)의 양 단면(밀봉환 모재의 양 단면)(31a, 31b)에 큰 온도차가 생기는 일이 없다. 그 결과, 단부 회전 밀봉환(31B)의 밀봉 단면(31a)에 메커니컬 실 기능에 악영향을 미치는 것 같은 열 왜곡이 생길 우려가 없다. 특히, 코팅층(10d, 10e)이 상기와 같이 다이아몬드로 구성되는 경우에는, 상술한바 처럼, 다이아몬드가 모든 고체 물질에서 가장 열전도율이 높고, 단부 회전 밀봉환(31B)의 구성재인 세라믹스나 초경합금 등의 모든 밀봉환 구성재에 비해서 열 전도율이 극히 높은 것이므로, 상기한 효과는 보다 현저하게 발휘되게 된다.

이상과 같이, 제4 ~ 제6 로터리조인트에 의하면, 상기한 종래로 로터리조인트에 비해서, 오일 실(5, 5)의 내구성이 향상함과 동시에, 환상 실 부재(51)와 단부 회전 밀봉환(31B)과의 상대 회전 접접에 의한 발열이 단부 회전 밀봉환 (31B)의 밀봉 단면(31a)에 있어서 열 왜곡 발생을 유발, 조장하는 것 같은 일이 없고, 오일 실(5)에 의한 실 면을 단부 회전 밀봉환(31A)의 외주면에서 구성하고 있는 것에 의한 메커니컬 실 기능에의 악영향을 배제할 수 있다.

또, 제4 ~ 제6 로터리조인트에 있어서, 코팅층은, 외주면 코팅층(10d) 및 비밀봉 단면 코팅층(10e)에 더해서 도 10 또는 도 11에 나타내듯이, 각 단부 회전 밀봉환(31B)의 내주면 또는 밀봉 단면(31a)에도 형성해 둘 수 있다. 즉, 도 10 및 도 11은 각각 본 발명에 관한, 다 유로형 로터리조인트의 또 다른 변형예를 나타내는 도 3 상당의 주요부의 단면도이며, 도 10에 나타내는 본 발명의 다 유로형 로터리조인트(이하,「제7 로터리조인트」라고 함)에 있어서는, 각 단부 회전 밀봉환(31B)의 내주면에 비밀봉 단면 코팅층(10e)에 이어지는 내주면 코팅층(10f)을 형성하고 있으며, 또 도 11에 나타내는 본 발명의 다 유로형 로터리조인트(이하,「제8 로터리조인트」라고 함)에 있어서는, 각 단부 회전 밀봉환(31B)의 밀봉 단면(31a)에 외주면 코팅층(10d)에 이어지는 밀봉 단면 코팅층(10g)을 형성하고 있다. 또한, 제7 및 제8 로터리조인트는, 각각, 상기한 점을 제외하고, 제4, 제5 또는 제6 로터리조인트와 동일구조를 이루는 것이므로, 이들 로터리조인트와 동일 부재에 대해서는, 도 10 및 도 11에 있어서 도 7, 도 8 또는 도 9에 사용한 부호와 동일 부호를 붙이는 것에 의해 그 상세한 설명은 생략한다.

그리고 제7 로터리조인트에 있어서는, 환상 실 부재(51)와의 상대회전 접접에 의해 발열하는 외주면 코팅층(10d)으로부터 비밀봉 단면 코팅층(10e)을 거쳐서 내주면 코팅층(10f)에 전열되며, 단부 회전 밀봉환(31B)의 밀봉 단면(31a)을 제외한 표면(밀봉환 모재의 내 외주면 및 비밀봉 단면)이 동일 온도 내지 대략 동일 온도로 가열된다. 따라서, 정지 밀봉환(32)과의 상대 회전 접접에 의해 발열하는 단부 회전 밀봉환(31B)의 밀봉 단면(31a)과 이것을 제외한 밀봉환 모재의 표면부분과의 온도차가 작아지며, 즉 밀봉환 모재의 표면이 대략 균일 온도가 되고, 해당 밀봉 단면(31a)에 있어서 열 왜곡의 발생이 가급적 방지된다. 또, 제8 로터리조인트에 있어서는, 각 단부 회전 밀봉환(31B)의 밀봉 단면(31a)과 상대 밀봉환(32)의 밀봉 단면(32a)의 상대 회전 접접에 의한 마모, 발열이 가급적 억제된다. 더욱이, 일련의 코팅층(10d, 10e, 10g)에 의해 각 단부 회전 밀봉환(31B)의 밀봉환 모재의 외주면 및 양 단면(31a, 31b)이 균일 온도가 되고, 밀봉 단면(31a)에 있어서의 열 왜곡의 발생이 더욱 효과적으로 억제된다. 제7 및 제8 로터리조인트에 있어서의 상기한 효과는, 코팅층(10d, 10e, 10f, 10 g)을 다이아몬드로 구성하여 두는 것에 의해 보다 현저하게 발휘된다.

또한, 본 발명의 구성은, 상기한 각 실시의 형태로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기본원리를 일탈하지 않는 범위에서 적당하게 개량 변경할 수 있다.

예를 들면, 본 발명의 다 유로형 로터리조인트에 있어서는, 전 밀봉환(31, 32), 전 회전 밀봉환(31) 또는 전 정지 밀봉환(32)의 밀봉 단면(31a, 32 a)에 해당 밀봉환(31, 32)의 밀봉환 모재의 구성재에 비해서 열전도 계수 및 경도가 크고 또 마찰 계수가 작은 재료(다이아몬드가 최적하다)로 되는 코팅층을 형성해 둘 수 있으며, 그 일례를 도 12~도 14에 도시한. 즉, 도 12는 제1 로터리조인트에 있어서 겸용 회전 밀봉환(31A) 이외의 각 회전 밀봉환(31)(단부 회전 밀봉환(31B))의 밀봉 단면(31a)에 다이아몬드 코팅층(10g)을 피복 형성한 예를 나타내는 도 3 상당의 주요부의 단면도이며, 도 13은 제2 로터리조인트에 있어서 겸용 회전 밀봉환(31A) 이외의 각 회전 밀봉환(31)(단부 회전 밀봉환(31 B))의 밀봉 단면(31a)에 다이아몬드 코팅층(10g)을 피복 형성한 예를 나타내는 도 5 상당의 주요부의 단면도이며, 또한, 도 14는 제2 로터리조인트에 있어서 겸용 회전 밀봉환(31A) 이외의 각 회전 밀봉환(31)(단부 회전 밀봉환(31B)) 및 각 정지 밀봉환(32)의 밀봉 단면(31a, 32a)에 다이아몬드 코팅층(10g, 10h)을 피복 형성한 예(전 밀봉환(31, 32)의 밀봉 단면(31a, 32a)에 다이아몬드 코팅층(10a, 10g, 10h)을 형성한 예)를 나타내는 도 5 상당의 주요부의 단면도이다. 이와 같이 하면, 각 회전 밀봉환(31)과 상대 밀봉환(32)과의 상대 회전 접접에 의한 마모, 발열 및 열 왜곡을 가급적 방지하며, 다 유로형 로터리조인트를 구성하는 모든 메커니컬 실(3…)에 의한 메커니컬 실 기능을 양호하게 발휘시킬 수가 있으며, 각각의 유로(R)에 의한 유체(F)의 유동을 장기간에 걸쳐서 양호하게 실시할 수 있다. 특히, 이러한 효과는, 도 14에 예시하는바 처럼, 겸용 회전 밀봉환(31A)을 포함한 모든 회전 밀봉환(31)의 밀봉 단면(31a)에 더해서 모든 정지 밀봉환(32)의 밀봉 단면(32a)에도 다이아몬드 코팅층(10h)을 형성해 두는 것에 의해, 더욱 현저하게 발휘된다.

또, 본 발명의 다 유로형 로터리조인트에 있어서는, 각 정지 밀봉환(32)의 표면으로 밀봉 단면(32a)을 포함한 냉각 유체(C)와 접촉하는 부분(이하,「냉각 유체 접촉 부분」이라고 함)에 해당 정지 밀봉환(32)의 밀봉환 모재의 구성재에 비해서 열전도 계수 및 경도가 크고 또 마찰 계수가 작은 재료(다이아몬드가 최적하다)로 되는 코팅층을 일련으로 형성해 둘 수 있으며, 그 일례를 도 15 및 도 16에 나타낸다. 즉, 도 15는 제1 로터리조인트에 있어서 각 정지 밀봉환(32)의 냉각 유체 접촉 부분에 다이아몬드 코팅층(10i)을 피복 형성한 예를 나타내는 도 3 상당의 주요부의 단면도이며, 도 16은 제2 로터리조인트에 있어서 각 정지 밀봉환(32)의 냉각 유체 접촉 부분에 다이아몬드 코팅층(10i)을 피복 형성한 예를 나타내는 도 5 상당의 주요부의 단면도이다. 이와 같이 전 각 정지 밀봉환(32)의 냉각 유체 접촉 부분에 다이아몬드 코팅층(10i)을 형성해 두면, 각 정지 밀봉환(32)이 냉각 유체(C)에 의해 냉각되게 되며, 상대 밀봉환(31)과의 상대 회전 접접 부분에 있어서의 마모, 발열이 보다 효과적으로 방지된다. 따라서, 각 메커니컬 실(3)에 있어서의 밀봉 단면(31a, 32a)의 상대 회전 접접에 의한 마모, 발열이나 열 왜곡이 가급적 방지되어, 장기간에 걸쳐서 양호한 메커니컬 실 기능을 발휘시킬 수 있다.

여기서, CMP 장치 등의 반도체 분야에서 사용되는 회전 기기에 있어서는, 초순수한 물 혹은 순수한 물 또는 금속 이온의 용출을 제거한 유체가 사용되고, 이러한 유체를 로터리조인트에 의해 콘타미네이션을 일으키는 일 없이 유동시킬 필요가 있기 때문에, 로터리조인트의 유로를 유동하는 유체와 접촉 메커니컬 실 구성부재를 파티클이나 금속 이온이 발생하기 어려운 탄화규소나 플라스틱으로 구성하여 두는 것이 제안되어 있다. 예를 들면, 일본국 특개 2003－200344 공보에 개시된바 처럼, 각 밀봉환을 탄화 규소로 구성함과 동시에 밀봉환 이외의 로터리조인트 구성부재로서 유로를 유동하는 유체와 접촉하는 부재를 엔지니어링·플라스틱 등의 플라스틱으로 구성하여 두는 것이다. 그러나, 이러한 로터리조인트에서는, 밀봉환을 금속 이온을 용출할 우려가 있는 초경합금 등으로 구성하여 두는 것이 불가능하고, 밀봉환의 구성재 선택 범위가 큰 폭으로 제한되게 된다. 또, 밀봉환이 탄화 규소로 구성되어 있는 경우에 있어서, 로터리조인트의 류로를 유동하는 유체가 초 순수한 물이나 순수한 물일 때는, 이것과의 접촉에 의해 해당 밀봉환에 이로젼(erosion)·코로젼(corrosion)이 발생할 우려가 있다.

이러한 경우에는, 본 발명의 다 유로형 로터리조인트에 있어서, 유로(R)를 유동하는 유체(F)와 접촉하는 각 밀봉환(31, 32)의 표면부분(이하「유동유체 접촉 부분」이라고 함)에 밀봉 단면(31a, 32a)을 포함해서 전기 절연성을 가지며, 또한 화학적, 물리적으로 안정인 다이아몬드에 의한 코팅층을 일련으로 형성해 두는 것이 바람직하며, 그 일례를 도 17 및 도 18에 도시한다. 즉, 도 17은 제1 로터리조인트에 있어서 각 밀봉환(31, 32)의 유동 유체 접촉 부분을 다이아몬드 코팅층(10a, 10g, 10j)으로 피복한 예를 나타내는 도 3 상당의 주요부의 단면도이며, 도 18은 제2 로터리조인트에 있어서 각 밀봉환(31, 32)의 유동 유체 접촉 부분을 다이아몬드 코팅층(10a, 10g, 10j)으로 피복 한 예를 나타내는 도 5 상당의 주요부의 단면도이다. 또한, 도 17 및 도 18에 나타내는 예에서는, 각 회전 밀봉환(31)에 있어서 유체(F)와 접촉하는 표면부분(유동 유체 접촉 부분)은 단면(밀봉 단면)(31a)뿐이다.

이와 같이 각 밀봉환(31, 32)의 유동 유체 접촉 부분을 다이아몬드 코팅층(10a, 10g, 10j)으로 피복하여 두면, 밀봉환(31, 32)을 금속 이온이 용출할 우려가 있는 초경합금 등이나 초 순수한 물, 순수한 물과의 접촉에 의해 이로젼·코로젼을 발생할 우려가 있는 탄화 규소 등으로 구성할 수 있으며, 밀봉환(31, 32)의 구성재 선택 범위가 제한되는 일이 없다. 이 경우, 해당 밀봉환(31, 32) 이외의 로터리조인트 부재이며 유로(R)를 구성하는 부재에 있어서 유체(F)와 접촉하는 면 또는 부분은 플라스틱(예를 들면, 불소 수지나 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌설파이드(PPS) 등의 엔지니어링·플라스틱)으로 코팅 또는 구성하여 둔다. 이와 같이 구성하여 두면, 유로(R)를 유동하는 유체(F)가 초 순수한 물 혹은 순수한 물인 경우 또는 금속 이온의 용출을 제거한 유체인 경우에도, 상기한 문제는 생기지 않는다.

또, 유로(R)를 유동하는 유체(F)가 초 순수한 물 혹은 순수한 물 또는 금속 이온의 용출을 제거한 유체가 아닌 경우에도, 해당 유체(F)가 냉각 유체(C)보다 냉각 기능이 우수한 경우(예를 들면, 유체(F)가 냉각 유체(C)보다 저온의 액체일 때 등)에는, 해당 유체(F)에 의한 냉각 효과가 보다 기대할 수 있기 때문에, 각 정지 밀봉환(32)에 있어서 해당 유체(F)와 접촉하는 정지 밀봉환(32)의 표면부분(유동 유체 접촉 부분)에, 도 17 또는 도 18에 예시하는 코팅층(10 j)을 피복 형성하여 두는 것이 바람직하다. 또한, 정지 밀봉환(32)의 내 외주면에 접촉하는 2종의 유체가 다른 유체인 경우(유로(R)를 유동하는 유체(F) 및 냉각 유체 공간(6)의 냉각 유체(C)의 한쪽이 액체이며, 다른 한쪽이 기체인 경우(예를 들면, 냉각 유체 공간(6)에 대기나 불활성인 질소 가스 등의 기체를 공급하는 경우))에 있어서는, 양 유체(C, F)의 온도가 동일 또는 대략 동일한 경우도 포함하여 냉각 기능은 액체가 기체보다 우수하기 때문에, 정지 밀봉환(32)의 표면으로서 액체인 유체와 접촉부분에, 도 15 또는 도 16에 나타내는 코팅층(10 i), 혹은 도 17 또는 도 18에 나타내는 코팅층(10j)을 피복 형성하여 두는 것이 바람직하다.

또, 본 발명은, 상기한바 처럼 양 본체(1, 2)의 회전 축선이 상하 방향으로 연장하는 수형의 다 유로형 로터리조인트에 한정되지 않고, 해당 회전 축선이 수평 방향으로 늘어나는 횡형의 다 유로형 로터리조인트에도 매우 적합하게 적용될 수 있다. 또, 본 발명은, 상기한바 처럼, 2개의 유로(R, R)를 갖는, 다 유로형 로터리조인트에 한정되지 않고, 3개 이상의 유로(R…)를 갖는, 다 유로형 로터리조인트에도 매우 적합하게 적용할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 다 유로형 로터리조인트에 있어서는, 겸용 회전 밀봉환(31A)의 수는 한정되지 않고 임의이다. 예를 들면, 양 회전 밀봉환(31, 31) 사이에 정지 밀봉환(32, 32)이 위치하는 더블 실 배치의 한 쌍의 메커니컬 실(3, 3)로 되는 메커니컬 실 유닛을 3조 이상 축선방향으로 종렬 배치해서 3개 이상의 유로(R…)를 형성하는 경우에 있어서, 메커니컬 실 군(3…)의 양 단부에 위치하는 메커니컬 실(3, 3)을 제외하고, 각 메커니컬 실(3)의 회전 밀봉환(31)과 이것에 인접하는 메커니컬 실(3)의 회전 밀봉환(31)을 겸용 회전 밀봉환(31A)으로 겸용하게 할 수 있다. 즉, 메커니컬 실 군(3…)의 양 단부에 위치하는 메커니컬 실(3, 3)을 제외한 모든 메커니컬 실(3)의 회전 밀봉환(31)을 겸용 회전 밀봉환(31A)으로 할 수 있다.

또, 본 발명의 다 유로형 로터리조인트에 있어서는, 상기 각 오일 실(5)을 메커니컬 실로 대체시킬 수가 있으며, 그 일례를 도 19 및 도 20에 나타낸다. 즉, 도 19는 제1 로터리조인트에 있어서, 또 도 20은 제2 로터리조인트에 있어서, 각각, 각 오일 실(5)에 대체해서 냉각 유체 공간용 메커니컬 실(5a)을 사용한 예를 나타내는 단면도이며, 도 19 및 도 20에 나타내는 본 발명의 다 유로형 로터리조인트에 있어서는, 유로(R…)를 구성하는 메커니컬 실 군(3…)의 양측으로 한 쌍의 냉각 유체 공간용 메커니컬 실(5a, 5a)을 배설하여 양 본체(1, 2)의 대향 주면 사이에 양 냉각 유체 공간용 메커니컬 실(5a, 5a)로 실링된 공간에 있어서 냉각 유체(C)가 순환 공급되는 냉각 유체 공간(6)을 형성하고 있다. 이러한 예에서는, 냉각 유체(C)로서 상기한 바와 같이 상온 물 등의 액체가 사용되고 있다.

각 냉각 유체 공간용 메커니컬 실(5a)은, 도 19 또는 도 20에 나타내듯이, 상기 메커니컬 실(3)과 같은 구조를 이루는 것이며, 메커니컬 실 군(3…)의 단부에 위치하는 유로 형성용의 메커니컬 실(3)의 회전 밀봉환(31)(단부 회전 밀봉환(31B))에 있어서 밀봉 단면(31a)과 반대측의 단면을 냉각 유체 공간용 메커니컬 실(5a)의 밀봉 단면(31c)으로 구성하여, 이 단부 회전 밀봉환(31B)을 냉각 유체 공간용 메커니컬 실(5a)의 회전 밀봉환으로서 겸용하고 있다. 즉, 각각의 유체 공간용 메커니컬 실(5a)은, 도 19 또는 도 20에 나타내듯이, 회전 축체(2)에 고정한 단부 회전 밀봉환(31B)과 이것에 대향하여 케이스 체(1)에 축선방향으로 이동가능하게 유지된 정지 밀봉환(52)과 이것을 단부 회전 밀봉환(31 B)에 압압 접촉시키는 스프링(53)을 구비하고, 양 밀봉환(31B, 52)의 대향 단면인 밀봉 단면(31c, 52a)의 상대 회전 접접 작용에 의해 그 상대 회전 접접 부분의 외주측 영역인 냉각 유체 공간(6)과 그 내주측 영역인 베어링 배설 공간을 실링 하도록 구성하고 있다.

이와 같이 오일 실(5)을 대체하여 냉각 유체용 메커니컬 실(5a)을 사용한 경우에는, 냉각 유체 공간(6)이 오일 실(5)을 사용하는 경우에 비해서 보다 확실하게 실링 되며 냉각 유체 공간(6)에 공급하는 냉각 유체(C)를 보다 고압의 것으로 하는 것이 가능하게 된다.

또한, 오일 실(5)을 대체하여 냉각 유체용 메커니컬 실(5a)을 사용한 경우에 있어서는, 도 19 또는 도 20에 나타내듯이, 각 냉각 유체 공간용 메커니컬 실(5a)의 단부 회전 밀봉환(31B)의 양 단면(31a, 31c)에, 해당 회전 밀봉환(31 B)의 밀봉환 모재의 구성재에 비해서 열전도 계수 및 경도가 크고 또 마찰 계수가 작은 재료(다이아몬드가 최적하다)로 되는 코팅층(10g, 10k)을 형성해 두는 것이 바람직하다. 즉, 다 유로형 로터리조인트를 구성하는 모든 메커니컬 실(유로 형성용의 메커니컬 실(3) 및 냉각 유체용 공간용 메커니컬 실(5a))의 회전 밀봉환(31)을 상기 겸용 회전 밀봉환으로서 그 양단면(밀봉 단면)에 다이아몬드 코팅층(10a, 10g, 10k)을 형성해 두는 것이 바람직하다. 더욱이, 도 20에 예시한 것 처럼, 각 단부 회전 밀봉환(31B)의 내 외주면의 한쪽에, 양 밀봉 단면(31a, 31c)의 다이아몬드 코팅층(10g, 10k)을 연결하는 다이아몬드 코팅층(10 m)을 피복 형성하여 두는 것이 바람직하다.

또, 상기한 것처럼 각 오일 실(5)을 메커니컬 실(5a)로 대체한 경우에 있어서도, 모든 메커니컬 실(3, 5a)의 정지 밀봉환(32, 52)에, 도 14~도 17에 나타내는 코팅층(10h, 10i, 10j)과 같은 코팅층을 형성해 두는 것이 바람직하다. 예를 들면, 냉각 유체용 공간용 메커니컬 실(5a)의 정지 밀봉환(52)의 표면으로서 냉각 유체공간(6)에 공급되는 냉각 유체(C)에 접촉하는 부분(밀봉 단면(52a)을 포함)에, 도 15 또는 도 16에 나타내는 코팅층(10i)과 같은 다이아몬드 코팅층을 피복 형성하여 두는 것이 바람직하고, 또 냉각 유체용 공간용 메커니컬 실(5a)의 정지 밀봉환(52)의 표면으로서 유로(R)를 유동하는 유체(F)에 접촉하는 부분(밀봉 단면(52a)을 포함)에, 도 17 또는 도 18에 나타내는 코팅층(10j)과 같은 다이아몬드 코팅층을 피복 형성하여 두는 것이 바람직하다.

1 케이스 체
2 회전 축체
3 메커니컬 실
4 통로 접속 공간
5 오일 실
5a 냉각 유체 공간용 메커니컬 실
6 냉각 유체 공간
6a 냉각 유체 공급 통로
6b 냉각 유체 배출 통로
7 유체 통로
8 유체 통로
8a 헤더 공간
8b 연통 구멍
8c 유체 통로 본체
9a 베어링
9b 베어링
10a 코팅층
10b 코팅층
10c 코팅층
10d 코팅층
10e 코팅층
10f 코팅층
10g 코팅층
10h 코팅층
10i 코팅층
10j 코팅층
10k 코팅층
10m 코팅층
11 환상벽
11a 연통 구멍
13a 드레인
13b 드레인
21 축본체
21a 베어링 받이부
22 슬리브
23 베어링 받이체
24 볼트
25 O링
31 회전 밀봉환
31A 회전 밀봉환(겸용 회전 밀봉환)
31B 회전 밀봉환(단부 회전 밀봉환)
31a 회전 밀봉환의 밀봉 단면
31b 회전 밀봉환의 비밀봉 단면
31c 회전 밀봉환의 밀봉 단면
32 정지 밀봉환
32a 정지 밀봉환의 밀봉 단면
32b O링
32c 드라이브 핀
33 스프링
51 환상 실 부재
51a 보강 쇠장식
51b 커터 스프링
52 정지 밀봉환
52a 정지 밀봉환의 밀봉 단면
C 냉각 유체
F 유체
R 유로

Claims (19)

1. 통 모양의 케이스 체(體)와 이것에 상대(相對) 회전 가능하게 연결한 회전 축체(回轉軸體)와의 대향 주면(對向周面) 사이에, 케이스 체에 설치한 정지 밀봉환(密封環)과 회전 축체에 설치한 회전 밀봉환과의 대향 단면(端面)인 밀봉 단면의 상대 회전 접접(摺接) 작용에 의해 실링하도록 구성된 4개 이상의 메커니컬 실을 양 본체의 회전 축선방향으로 모든 밀봉환이 종렬(縱列)하고 또한 그 밀봉환 군(群)의 양단부에 회전 밀봉환이 위치하는 상태로 배설(配設)하여, 인접하는 메커니컬 실로 실링된 복수 개의 통로 접속 공간을 형성함과 함께, 해당 메커니컬 실 군의 양측에 한 쌍의 오일 실을 배설하여, 양 오일 실로 실링된 공간으로서 냉각 유체가 순환 공급되는 냉각 유체 공간을 형성하고,
   양 본체에 각 통로 접속 공간을 통해 연통(連通)하는 유체 통로를 형성하며,
   상기 밀봉환 군의 양단(兩端)에 위치하는 회전 밀봉환을 제외하고 각 회전 밀봉환과 이것에 인접하는 회전 밀봉환을 양 단면을 밀봉 단면으로 하는 1개의 회전 밀봉환으로 겸용하고 있으며,
   상기 통로 접속 공간이 상기 양 밀봉환의 밀봉 단면의 상대 회전 접접 부분의 내주측(內周側) 영역이고,
   상기 냉각 유체 공간이 해당 상대 회전 접접 부분의 외주측(外周側) 영역이며,
   상기 냉각 유체가 상온 물(水)이고,
   상기 겸용된 각 회전 밀봉환의 밀봉 단면의 외경을 이것에 상대 회전 접접하는 각 정지 밀봉환의 밀봉 단면의 외경보다 크게 설정하고 있으며,
   상기 겸용된 각 회전 밀봉환의 양 단면에만, 해당 회전 밀봉환의 구성재에 비해서 열전도 계수 및 경도가 큰 다이아몬드로 이루어지는 코팅층을 일련(一連)으로 형성함과 함께, 상기 각 정지 밀봉환의 표면으로서 밀봉 단면 및 상기 냉각 유체에 접촉하는 부분에만, 해당 정지 밀봉환의 구성재에 비해서 열전도 계수 및 경도가 큰 다이아몬드로 이루어지는 코팅층을 일련으로 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 다 유로형 로터리조인트.
2. 통 모양의 케이스 체(體)와 이것에 상대(相對) 회전 가능하게 연결한 회전 축체(回轉軸體)와의 대향 주면(對向周面) 사이에, 케이스 체에 설치한 정지 밀봉환(密封環)과 회전 축체에 설치한 회전 밀봉환과의 대향 단면(端面)인 밀봉 단면의 상대 회전 접접(摺接) 작용에 의해 실링하도록 구성된 4개 이상의 메커니컬 실을 양 본체의 회전 축선방향으로 모든 밀봉환이 종렬(縱列)하고 또한 그 밀봉환 군(群)의 양단부에 회전 밀봉환이 위치하는 상태로 배설(配設)하여, 인접하는 메커니컬 실로 실링된 복수 개의 통로 접속 공간을 형성함과 함께, 해당 메커니컬 실 군의 양측에 해당 메커니컬 실과 동일 구조를 이루는 한 쌍의 냉각 유체 공간용 메커니컬 실을 배설하여, 양 냉각 유체 공간용 메커니컬 실로 실링된 공간으로서 냉각 유체가 순환 공급되는 냉각 유체 공간을 형성하고,
   양 본체에 해당 통로 접속 공간을 통해 연통(連通)하는 유체 통로를 형성하며,
   상기 냉각 유체 공간용 메커니컬 실을 포함하는 각 메커니컬 실의 회전 밀봉환과 이것에 인접하는 회전 밀봉환을 양 단면을 밀봉 단면으로 하는 1개의 회전 밀봉환으로 겸용하고 있으며,
   상기 통로 접속 공간이 상기 양 밀봉환의 밀봉 단면의 상대 회전 접접 부분의 내주측(內周側) 영역이고,
   상기 냉각 유체 공간이 해당 상대 회전 접접 부분의 외주측(外周側) 영역이며,
   상기 냉각 유체가 상온 물(水)이고,
   상기 겸용된 각 회전 밀봉환의 밀봉 단면의 외경을 이것에 상대 회전 접접하는 각 정지 밀봉환의 밀봉 단면의 외경보다 크게 설정하고 있으며,
   상기 겸용된 각 회전 밀봉환의 양 단면에만, 해당 회전 밀봉환의 구성재에 비해서 열전도 계수 및 경도가 큰 다이아몬드로 이루어지는 코팅층을 일련(一連)으로 형성함과 함께, 상기 각 정지 밀봉환의 표면으로서 밀봉 단면 및 상기 냉각 유체에 접촉하는 부분에만, 해당 정지 밀봉환의 구성재에 비해서 열전도 계수 및 경도가 큰 다이아몬드로 이루어지는 코팅층을 일련으로 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 다 유로형 로터리조인트.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 각 냉각 유체 공간용 메커니컬 실의 회전 밀봉환(密封環)과 이것에 인접하는 메커니컬 실의 회전 밀봉환을 양 단면(兩端面)을 밀봉 단면으로 하는 1개의 회전 밀봉환으로 겸용(兼用)하고, 해당 회전 밀봉환의 양 단면에, 해당 회전 밀봉환의 구성재에 비해서 열전도 계수 및 경도가 큰 다이아몬드로 이루어지는 코팅층을 일련(一連)으로 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 다 유로형 로터리조인트.
4. 청구항 1에 있어서,
   각 오일 실이, 상기 밀봉환 군(群)의 단부(端部)에 위치하는 회전 밀봉환과 케이스 체(體)에 고정되어 해당 회전 밀봉환의 외주면(外周面)에 압접(壓接)하는 탄성재(彈性材)제의 환상(環狀) 실 부재로 구성되어 있으며, 각 오일 실을 구성하는 회전 밀봉환의 외주면 및 그 양 단면의 적어도 한쪽에, 해당 회전 밀봉환의 구성재에 비해서 열전도 계수 및 경도가 큰 다이아몬드로 이루어지는 코팅층을 일련으로 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 다 유로형 로터리조인트.
5. 청구항 4에 있어서,
   케이스 체에, 냉각 유체 공간에 냉각 유체를 순환 공급시키는 냉각 유체 급배통로(給排通路)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 다 유로형 로터리조인트.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 양 본체의 회전 축선(回轉軸線)이 상하 방향으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 다 유로형 로터리조인트.
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