KR200462850Y1 - 로터리 조인트 - Google Patents

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KR200462850Y1
KR200462850Y1 KR2020100008729U KR20100008729U KR200462850Y1 KR 200462850 Y1 KR200462850 Y1 KR 200462850Y1 KR 2020100008729 U KR2020100008729 U KR 2020100008729U KR 20100008729 U KR20100008729 U KR 20100008729U KR 200462850 Y1 KR200462850 Y1 KR 200462850Y1
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(주)케이씨이앤씨
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Abstract

본 고안은 고압, 고유량의 유체를 공급하며 고하중에 의한 유체의 누설을 효과적으로 방지하고, 하우징 또는 기밀유지부재의 파손시 교체작업이 용이한 로터리 조인트를 제공함에 그 목적이 있다.
이를 구현하기 위한 본 고안의 로터리 조인트는, 원기둥 형상으로 이루어지고 내부에는 유체가 이동하는 복수의 유통공이 형성된 샤프트; 상기 샤프트가 상대 회전 가능하게 삽입되는 삽입공이 내부에 형성되고, 축방향과 반경방향으로 분할 형성된 복수의 하우징분할체의 조합으로 이루어지며, 내부에는 상기 샤프트의 유통공과 연통되는 복수의 유통공이 형성된 하우징; 상기 샤프트가 상기 하우징의 내측에서 회전 가능하도록 상기 샤프트의 양측을 지지하는 회전지지부; 및 상기 샤프트와 하우징 간의 접촉면과, 상기 하우징분할체 간의 접촉면에 개재되어 유체의 누설을 방지하는 기밀유지부재를 포함한다.

Description

로터리 조인트{ROTARY JOINT}
본 고안은 다중의 회전식 유체 공급 관로를 갖는 로터리 조인트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고압, 고유량의 유체 공급시에 고하중을 분산시켜 유체의 누설을 효과적으로 방지할 수 있는 로터리 조인트에 관한 것이다.
일반적으로 로터리 조인트는 유체를 고정된 하우징의 배관으로부터 각종 기계장치의 회전 부분에 공급하거나 배출시킬 때 이용되는 회전관 이음장치로서, 예를 들면 회전하는 드럼, 실린더 등에 가열을 위한 증기, 열수, 열유 등의 열매체 및 냉각을 위한 물, 암모니아, 프레온 등과 같은 냉매체를 공급하고자 할 때, 유체로 작동하는 클러치, 브레이크 등과 같은 회전기기에 압축공기나 작동유 등의 작동매체를 공급하고자 할 때, 또는 반도체 제조를 위한 세정 및 증착 장치의 노즐에 질소가스, 약액 등의 유체를 공급하고자 할 때 이용된다.
이와 같은 용도로 사용되는 로터리 조인트는, 원기둥 형상의 샤프트와, 상기 샤프트가 내부에 회전 가능하도록 삽입되는 하우징과, 상기 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 회전지지부를 포함하고, 상기 하우징과 샤프트의 내부에는 유체 공급 관로인 유통공이 형성되어, 외부로부터 공급된 유체가 하우징과 샤프트 내부에 형성된 유통공을 따라서 샤프트의 일측으로 이동되어 각종 기계장치의 회전 부분에 공급되도록 구성되어 있다.
상기 유통공은 공급되는 유체의 종류에 대응하는 수로 형성되며, 유체의 수가 복수일 경우에 공급되는 유체 간의 혼합을 방지함과 동시에 유체가 외부로 누설되는 것을 방지하기 위하여 샤프트와 하우징의 접촉면에는 씰링, 오링 등의 기밀유지부재가 설치된다.
그런데 상기 샤프트를 통해 공급되는 유체가 고압, 고유량일 경우에는 샤프트의 중심축 방향에 수직한 방향으로 고하중의 부하가 작용하게 된다.
그러나 종래의 로터리 조인트는 하우징이 일체형 구조로 이루어져 있어, 공급하는 유체의 수에 대응한 로터리 조인트의 길이 변경이 불가능한 문제점이 있었고, 하우징 전체에 고하중의 부하가 작용하게 되므로 하우징의 일부분이 파손된 경우라도 하우징 전체를 교체해야만 하는 문제점이 있었다.
또한 하우징이 일체형으로 구성됨에 따라 하우징에 작용하는 하중이 분산되지 못하고 기밀유지부재에 고하중의 면압이 작용하여 잦은 파손으로 내구성이 저하되고, 파손된 기밀유지부재의 교체를 위해서는 샤프트와 하우징 전체를 모두 분리해야 하므로 작업이 용이하지 않고 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
또한 종래의 로터리 조인트는 금속재질로 이루어진 샤프트와 탄성 재질로 이루어진 기밀유지부재 간의 마찰시 기밀유지부재의 마모량이 과다하여 기밀유지부재의 내구성이 취약한 문제점이 있었다.
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고압, 고유량의 유체 공급시에 고하중을 분산시켜 유체의 누설을 효과적으로 방지하고, 하우징 또는 기밀유지부재의 파손시 교체 작업이 용이한 로터리 조인트를 제공함에 그 목적이 있다.
또한 본 고안은 샤프트와 하우징 사이의 접촉면에 구비되는 기밀유지부재의 마모량을 최소화하여 내구성을 향상시킬 수 있는 로터리 조인트를 제공함에 그 목적이 있다.
또한 본 고안은 공급하는 유체의 수 증감에 대응하여 하우징의 구조 변화가 가능한 로터리 조인트를 제공하는데도 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 고안의 로터리 조인트는, 원기둥 형상으로 이루어지고 내부에는 유체가 이동하는 복수의 유통공이 형성된 샤프트; 상기 샤프트가 상대 회전 가능하게 삽입되는 삽입공이 내부에 형성되고, 축방향과 반경방향으로 분할 형성된 복수의 하우징분할체의 조합으로 이루어지며, 내부에는 상기 샤프트의 유통공과 연통되는 복수의 유통공이 형성된 하우징; 상기 샤프트가 상기 하우징의 내측에서 회전 가능하도록 상기 샤프트의 양측을 지지하는 회전지지부; 및 상기 샤프트와 하우징 간의 접촉면과, 상기 하우징분할체 간의 접촉면에 개재되어 유체의 누설을 방지하는 기밀유지부재를 포함한다.
상기 기밀유지부재는 상기 샤프트와 하우징을 관통하여 형성되는 상기 유통공의 양측에 한 쌍 이상 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 하우징분할체 간의 접합면에는 중심축을 서로 일치시켜 반경방향의 유격 발생을 방지하기 위한 단턱이 맞결합되도록 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 샤프트의 외주면에는 내마모재가 코팅처리되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 유통공 중 액체 유통공의 양측에는 상기 샤프트와 하우징의 접촉면을 따라 누설되는 유체가 수거되는 액체 배출공이 추가로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 고안에 따른 로터리 조인트에 의하면, 하우징이 복수의 하우징분할체로 분할 형성되어 상호 조합되도록 구성함으로써 하우징에 작용하는 고하중을 분산시켜 하우징 및 기밀유지부재의 파손을 최소화할 수 있고, 파손시에도 일부의 하우징분할체 및 이에 설치된 기밀유지부재만을 교체하면 되므로 교체 작업이 용이하고 시간 및 비용면에서도 경제적인 효과가 있다.
또한 본 고안에 의하면, 샤프트의 외주면에 내마모재가 코팅처리됨에 따라 샤프트와 회전 접촉되는 기밀유지부재의 마모량을 감소시켜 기밀유지부재의 내구성을 향상시켜 교체 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 고안에 의하면, 공급 유체 수의 증가에 대응하여 하우징분할체를 추가로 조립하여 하우징을 구성할 수 있으므로 하우징을 일체로 교체하는 경우와 비교할 때 제조 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 로터리 조인트의 단면 구성도,
도 2는 도 1의 좌측면도,
도 3은 도 1의 우측면도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 로터리 조인트의 단면 구성도, 도 2는 도 1의 좌측면도, 도 3은 도 1의 우측면도이다.
본 고안의 일 실시예에 따른 로터리 조인트는, 원기둥 형상으로 이루어지고 내부에는 축방향으로 유체가 이동하는 복수의 유통공(110,120)이 형성된 샤프트(100), 상기 샤프트(100)가 상대 회전 가능하게 삽입되는 삽입공(201)이 내부에 형성되고, 복수로 분할 형성된 하우징분할체(210,220,230)의 조합으로 이루어지며, 상기 유통공(110,120)과 연통되는 복수의 유통공(412,422,432,442)이 형성된 하우징(200), 상기 샤프트(100)가 하우징(200)의 내측에서 회전 가능하도록 샤프트(100)의 양측을 지지하는 회전지지부(310,320) 및 상기 샤프트(100)와 하우징(200) 간의 접합면과, 상기 하우징분할체(210,220,230) 간의 접합면에 개재되어 유체의 누설을 방지하는 기밀유지부재(501~512)를 포함한다.
상기 샤프트(100)는 대략 원기둥 형상으로 이루어진 대경부(101)와, 대경부(101)의 우측에 대경부(101)보다 작은 지름으로 형성된 소경부(102)로 구성되고, 대경부(101)의 좌측에는 대경부(101)보다 큰 지름을 갖는 플랜지부(130)가 결합되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 상기 플랜지부(130)에는 원주방향을 따라 복수의 체결공(131~136)이 형성되어 있고, 도시하지 않은 볼트 등의 체결부재가 상기 체결공(131~136)을 관통하여 유체가 공급되는 회전 기계장치(미도시됨)에 결합되어, 회전 기계장치와 함께 샤프트(100)가 회전하도록 구성된다.
상기 샤프트(100)의 내부에는 복수의 기체 유통공(110,110a,110b,110c,110d)과 액체 유통공(120,120a)이 축방향을 따라 형성되어 있고, 상기 각 유통공(110,110a,110b,110c,110d,120,120a)은 대경부(101)의 단부 측면으로 연장되며, 샤프트(100)의 중심축을 중심으로 한 동일 원주 상에 소정간격으로 배치되어 있다.
그리고 상기 각 유통공(110,110a,110b,110c,110d,120,120a)은 샤프트(100)의 회전시 하우징(200)에 형성된 유통공(412,422,432,442)과 대응하는 위치에서 연통되도록 샤프트(100)의 원주방향의 외측을 향하여 절곡되어 있다.
상기 샤프트(100)의 외주면, 구체적으로는 상기 하우징(200) 내부에 형성된 삽입공(201)의 내주면에 회전 접촉되는 부분의 샤프트(100)의 외주면에는 내마모재가 코팅처리되어 있으며, 일례로 세라믹층이 용융분사되어 코팅된 것으로 구성될 수 있다. 또한 내마모재가 코팅처리된 샤프트(100)의 표면은 기밀유지를 위해 요구되는 표면조도에 부합되도록 초정밀 연삭을 통하여 표면처리된다.
이와 같은 샤프트(100)의 표면에 내마모재의 코팅처리 및 초정밀 연삭 가공을 실시할 경우, 샤프트(100)와 하우징(200) 간의 접촉면에 구비되는 기밀유지부재(501~508)의 마모량을 감소시킬 수 있다.
상기 샤프트(100)에는 대경부(101)와 소경부(102)의 외주면에 회전지지부(310,320)가 구비되어, 하우징(200)의 내측에서 샤프트(100)가 회전 가능하도록 지지하게 된다.
상기 회전지지부(310,320)는 샤프트(100)의 중심축에 수직한 방향으로 작용하는 고하중을 견딜 수 있는 수직 고하중용 베어링으로 구성됨이 바람직하다.
상기 하우징(200)은 축방향과 반경방향으로 분할 형성된 복수의 하우징분할체(210,220,230)의 조합으로 이루어지며, 내부에는 상기 샤프트(100)에 형성된 기체 유통공(110,110a,110b,110c,110d) 및 액체 유통공(120,120a)에 각각 연통되는 기체유입포트(410,420,430)와 기체 유통공(412,422,432) 및 액체유입포트(440)와 액체 유통공(442)이 형성되어 있다.
본 실시예에서 상기 하우징(200)은 제1하우징분할체(210)와 제2하우징분할체(220) 및 제3하우징분할체(230)로 분할 형성되어 서로 조합되는 것으로 구성된다.
상기 제1하우징분할체(210)는 샤프트(100)의 대경부(101) 둘레에 배치되고, 상기 제2하우징분할체(220)와 제3하우징분할체(230)는 샤프트(100)의 소경부(102) 둘레에 배치된다. 상기 제1하우징분할체(210)와 제2하우징분할체(220)는 축방향으로 서로 접하도록 배치되고, 상기 제3하우징분할체(230)는 제2하우징분할체(220)의 내측에 삽입되어 제3하우징분할체(230)의 축방향의 일측면과 외주면이 제2하우징분할체(220)의 축방향의 일측면과 내주면에 접합된다.
상기 제1하우징분할체(210)와 제2하우징분할체(220)의 접합면에는 중심축을 서로 일치시켜 반경방향의 유격 발생을 방지하기 위한 단턱(211,221)이 서로 맞결합되도록 형성되어 있다.
또한 상기 제2하우징분할체(220)의 외주면에는 체결부(240)가 형성되고, 상기 체결부(240)에는 도 3에 도시된 바와 같이 원주방향을 따라 복수의 체결공(241~246)이 형성되어 있으며, 도시하지 않은 볼트 등의 체결부재가 상기 체결공(241~246)을 관통하여 고정된 프레임(미도시됨)에 결합되어 고정된다.
본 실시예에서는 제2하우징분할체(220)에 형성된 체결부(240)를 고정된 프레임에 결합하고, 제1하우징분할체(210)와 제3하우징분할체(230)는 회전지지부(310,320)에 의해 지지되어 축방향 이동이 제한되도록 구성하였으나, 하우징(200)을 고정하는 구성은 이에 한정되지 않으며 제1하우징분할체(210)와 제2하우징분할체(220) 간의 체결구조와, 제2하우징분할체(220)와 제3하우징분할체(230) 간의 체결구조를 추가로 구비할 수도 있다.
상기 제1하우징분할체(210)에는 복수의 기체유입포트(410,420,430) 및 이들 각각에 연통되는 기체 유통공(412,422,432)이 샤프트(100)의 기체 유통공(110,110a,110b,110d)에 대응하는 위치에 형성되어 있다. 상기 기체유입포트(410,420,430) 및 기체 유통공(412,422,432)은 기체의 유입량에 대응하여 서로 다른 직경으로 형성될 수 있고, 서로 다른 기체가 유입되도록 구성될 수 있다.
상기 제1하우징분할체(210)와 샤프트(100)의 대경부(101) 간의 접촉면에는 상기 기체 유통공(412,422,432)의 양측으로 기밀유지부재(501,502,503,504)가 개재되어 기체 유통공(412,422,432)을 통과하는 기체가 제1하우징분할체(210)와 샤프트(100)의 접촉면 사이의 틈새를 통하여 누설되는 것을 방지하게 된다.
상기 기밀유지부재(501,502,503,504)는 기체의 누설 방지 이외에 제1하우징분할체(210)의 자중과 고압, 고유량의 기체의 공급시 작용하는 수직 하중을 지지하는 역할을 한다. 상기 기밀유지부재(501,502,503,504)는 샤프트(100)의 회전축을 중심으로 하는 링 형상으로 이루어지며, 일례로 사각링(Quad Ring)으로 구성될 수 있다.
상기 제2하우징분할체(220)와 제3하우징분할체(230)에는 액체유입포트(440) 및 이에 연통되는 액체 유통공(442)이 샤프트(100)의 액체 유통공(120,120a)에 대응되는 위치에 형성되어 있다. 상기 액체 유통공(442)의 양측으로 제2하우징분할체(220)와 샤프트(100)의 접촉면, 그리고 제3하우징분할체(230)와 샤프트(100)의 접촉면에는 액체의 누설 방지를 위한 기밀유지부재(505,506)가 개재된다.
상기 기밀유지부재(505,506)는 액체의 누설 방지 이외에 제2하우징분할체(220)와 제3하우징분할체(230)의 자중과 고압, 고유량의 액체 공급시 작용하는 수직 하중을 지지하는 역할을 한다. 상기 기밀유지부재(505,506)는 샤프트(100)의 회전축을 중심으로 하는 링 형상으로 이루어지며, 일례로 고압 회전용 씨일로 구성될 수 있다.
상기 제2하우징분할체(220)와 제3하우징분할체(230) 사이의 접촉면에는 액체의 누설 방지를 위한 기밀유지부재(509,510,511,512)가 개재되며, 상기 기밀유지부재(509,510,511,512)는 오링(O-Ring)으로 구성될 수 있다.
그리고 상기 액체유입포트(440) 및 액체 유통공(442)의 양측에는 액체 배출공(452,462)과 이들에 연통된 액체배출포트(450,460)가 형성되어 있다.
상기 액체 배출공(452,462)과 액체배출포트(450,460)는 상기 액체 유통공(442)의 양측에 개재되는 기밀유지부재(505,506)의 손상시 제2하우징분할체(220)와 샤프트(100)의 접촉면, 그리고 제3하우징분할체(230)와 샤프트(100) 사이의 접촉면에서 액체가 누설될 경우에 이러한 누설되는 액체를 수거함으로써 액체의 누설 여부를 외부에서 용이하게 확인 가능하도록 하고, 누설된 액체가 곧바로 외부로 누출되지 않도록 하는 역할을 한다.
이 경우 상기 액체배출포트(450,460)를 통해 배출되는 액체가 다시 상기 액체유입포트(440)로 재유입되도록 구성될 수 있다.
그리고 상기 액체 배출공(452,462)의 양측으로 제2하우징분할체(220)와 샤프트(100)의 접촉면, 제3하우징분할체(230)와 샤프트(100)의 접촉면에는 각각 기밀유지부재(507,508)가 추가로 개재되어 액체 배출공(452,462)을 통해 배출되는 액체의 누설을 차단한다.
본 실시예에서는 기체 유통공(412,422,432)이 3개소, 액체 유통공(442)이 1개소 형성된 것을 예로 들어 설명하였으나, 공급하는 유체의 종류가 증가될 경우 이에 대응하여 하우징분할체를 추가로 연결 설치하고 변경된 형상의 하우징에 대응하는 형상의 샤프트로 교체하는 구성이 가능하다. 이 경우 하우징(200) 전체를 교체하는 경우와 비교할 때 하우징분할체를 일부 추가하거나 대체하여 하우징(200)을 구성함으로써 하우징(200)의 제작 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
상기와 같이 본 고안에서는 하우징(200)을 분할 형성된 복수의 하우징분할체(210,220,230)의 조합으로 구성하되, 제1하우징분할체(210)와 제2하우징분할체(220)는 축방향으로 배열하여 제1하우징분할체(210)의 내측에 구비되는 회전지지부(310)와 기밀유지부재(501,502,503,504)에 작용하는 수직 하중을 감소시키고, 제2하우징분할체(220)와 제3하우징분할체(230)는 반경방향으로 배열하여 회전지지부(320)와 기밀유지부재(505,506,507,508)에 작용하는 수직 하중을 감소시켜 상기 기밀유지부재(501,502,503,504,505,506,507,508)의 손상을 최소화할 수 있게 된다.
또한 상기 하우징분할체(210,220,230)의 조합시 그 중심축이 자연스럽게 서로 일치되어 중심축의 불균일시 유격 발생에 따른 유체의 누설을 방지할 수 있고, 샤프트(100)와 하우징(200) 사이의 접촉면과 하우징분할체(210,220,230) 간의 접촉면에서 유체의 누설을 효과적으로 방지할 수 있다.
아울러 액체 유통공(442)을 통하여 공급되는 액체의 누설시에는 액체 유통공(442)의 양측에 구비되는 액체 배출공(452,462)과 액체배출포트(450,460)를 통해 액체의 누설 여부를 외부에서 용이하게 확인할 수 있고, 액체의 누설시에는 신속하게 대응할 수 있게 된다.
100 : 샤프트 101 : 대경부
102 : 소경부 110 : 기체 유통공
120 : 액체 유통공 130 : 플랜지부
131~136 : 체결공 200 : 하우징
201 : 삽입공 210 : 제1하우징분할체
211,221 : 단턱 220 : 제2하우징분할체
230 : 제3하우징분할체 240 : 체결부
241~246 : 체결공 310,320 : 회전지지부
410,420,430 : 기체유입포트 412,422,432 : 기체 유통공
440 : 액체유입포트 442 : 액체 유통공
450,460 : 액체배출포트 452,462 : 액체 배출공
501~512 : 기밀유지부재

Claims (5)

  1. 원기둥 형상으로 이루어진 대경부와, 상기 대경부의 일측에 대경부보다 작은 지름으로 형성된 소경부로 구성되고, 상기 대경부의 일측에는 대경부보다 큰 지름을 갖는 플랜지부가 결합되며, 내부에는 유체가 이동하는 복수의 유통공이 형성된 샤프트;
    상기 샤프트가 상대 회전 가능하게 삽입되는 삽입공이 내부에 형성되고, 축방향과 반경방향으로 분할 형성된 복수의 하우징분할체의 조합으로 이루어지며, 내부에는 상기 샤프트의 유통공과 연통되는 복수의 유통공이 형성된 하우징;
    상기 샤프트가 상기 하우징의 내측에서 회전 가능하도록 상기 샤프트의 양측을 지지하는 회전지지부; 및
    상기 샤프트와 하우징 간의 접촉면과, 상기 하우징분할체 간의 접촉면에 개재되어 유체의 누설을 방지하는 기밀유지부재;를 포함하되,
    상기 하우징분할체는, 상기 대경부 둘레에 배치되는 제1하우징분할체와, 상기 소경부 둘레에 배치되는 제2하우징분할체 및 제3하우징분할체로 이루어지고,
    상기 제1하우징분할체와 제2하우징분할체는 축방향으로 서로 접하도록 배치되고, 상기 제3하우징분할체는 제2하우징분할체의 내측에 삽입되어 제3하우징분할체의 축방향의 일측면과 외주면이 제2하우징분할체의 축방향의 일측면과 내주면에 접합되며,
    상기 제1하우징분할체와 제2하우징분할체의 접합면에는 중심축을 서로 일치시켜 반경방향의 유격 발생을 방지하기 위한 단턱이 서로 맞결합되도록 형성되고,
    상기 제2하우징분할체의 외주면에는 체결부가 형성되어 고정된 프레임에 결합되고, 상기 제1하우징분할체와 제2하우징분할체는 상기 회전지지부에 의해 축방향 이동이 제한되며,
    상기 유통공 중 액체 유통공의 양측에는 상기 샤프트와 하우징의 접촉면을 따라 누설되는 유체가 수거되는 액체 배출공이 추가로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 로터리 조인트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기밀유지부재는 상기 샤프트와 하우징을 관통하여 형성되는 상기 유통공의 양측에 한 쌍 이상 구비된 것을 특징으로 하는 로터리 조인트.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 샤프트의 외주면에는 내마모재가 코팅처리되어 있는 것을 특징으로 하는 로터리 조인트.
  5. 삭제
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