KR20140018380A

KR20140018380A - 회전 이음매

Info

Publication number: KR20140018380A
Application number: KR1020137032917A
Authority: KR
Inventors: 요시히사 다카노; 고타로 오시타; 다이키 스미카와
Original assignee: 이글 고오교 가부시키가이샤
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2012-10-03
Publication date: 2014-02-12
Also published as: JPWO2013099385A1; WO2013099385A1; KR101527313B1; JP5913374B2

Abstract

자성 유체가 안정적으로 보유지지되는 것을 가능하게 하는 회전 이음매를 제공한다.
제1 통로(11)를 갖춘 회전축(10)과, 제2 통로(21)를 갖춘 하우징(20)과, 회전축(10)의 외주에 고정되며, 제1 환상홈(51)과 제2 환상홈(52)을 연통하는 제3 통로(53)가 구비되어 있는 제1 환상부재(50)와, 하우징(20)의 내주에 고정되며, 제3 환상홈(61)과 제4 환상홈(62)을 연통하는 제4 통로(63)가 구비되어 있는 제2 환상부재(60)와, 제1 환상부재(51) 및 제2 환상부재(52)의 축방향의 양측에 설치되고, 회전축(10)과 하우징(20)과의 사이의 환상간극을 밀봉하는 1쌍의 자성 유체 시일(40)을 갖춘 회전 이음매(1)로서, 제1 통로(11), 제2 통로(21), 제3 통로(53) 및 제4 통로(63)는, 하우징(20)에 대한 회전축(10)의 회전위치에 관계없이 이들이 일직선상에 늘어서지 않는 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

회전 이음매 {Rotary Joint}

본 발명은 자성 유체 시일(magnetic fluid seal: 자성 유체 밀봉체)을 갖춘 회전 이음매에 관한 것이다.

종래, 회전축과, 이 회전축이 삽통(揷通)되는 축공(軸孔)을 갖춘 하우징을 구비하고, 이들 회전축과 하우징의 쌍방에 설치된 통로가 양자간에 설치된 환상간극(環狀間隙)을 매개로 해서 연결되도록 구성된 회전 이음매가 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 이러한 회전 이음매에 있어서는, 통로를 흐르는 기체의 누설을 억제하기 위해 각종 밀봉장치가 구비되어 있다.

여기서, 마찰 토크를 극히 낮게 억제하는 것이 가능한 밀봉장치로서, 자성 유체 시일이 알려져 있다. 그렇지만, 자성 유체 시일의 경우에는, 자성 유체를 안정적으로 보유지지하기 위한 구조가, 고무나 수지 등의 고체재료에 비해 기술적으로 어렵다고 하는 단점이 있다. 상기의 회전 이음매의 경우에는, 회전축의 회전에 의해 회전축 측의 통로의 포트와, 하우징 측의 통로의 포트가 회전방향으로 보아 동위상(同位相)으로 된 때에, 회전축 측의 통로와 하우징 측의 통로를 직선적으로 연결하는 유로가 형성되기 때문에 급격히 기체가 흐른다. 이에 따라, 밀봉장치에 의한 밀봉영역 내의 압력이 급격히 변화해 버리기 때문에, 자성 유체 시일을 채용하는 경우에는 어떻게 자성 유체를 안정적으로 보유지지시키는가가 문제로 된다.

또한, 상기 포트와 자성 유체 시일과의 사이의 위치에 래비린드 시일(labyrinth seal: 래비린드 밀봉체)을 설치함으로써, 자성 유체를 보유지지하고 있는 부분에 대한 압력변동을 억제하는 기술도 알려져 있다(특허문헌 2 참조). 그렇지만, 이 경우에는, 일반적으로 복잡한 구조로 구성되는 래비린드 시일을 설치하지 않으면 안되기 때문에, 구조가 복잡화되어 버리는 문제가 있다.

특허문헌 1 : 일본국 특개 2011-127725호 공보 특허문헌 2 : 미국 특허 제7,381,274호 공보

본 발명의 목적은, 자성 유체가 안정적으로 보유지지되는 것이 가능한 회전 이음매를 제공함에 있다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이하의 수단을 채용했다.

즉, 본 발명의 회전 이음매는,

외주면에 개구하는 제1 통로를 갖춘 회전축과,

그 회전축이 삽통되는 축공을 갖추고, 또한 내주면과 외주면을 연통(連通)하는 제2 통로를 갖춘 하우징과,

상기 회전축의 외주에 고정되며, 또한 내주면 측에는 제1 통로에 연결되는 위치에 배치되는 제1 환상홈(環狀溝)이 설치되고, 외주면 측에는 제2 환상홈이 설치됨과 더불어, 제1 환상홈과 제2 환상홈을 연통하는 제3 통로가 구비되어 있는 제1 환상부재(環狀部材)와,

상기 하우징의 내주에 고정되며, 또한 외주면 측에는 제2 통로에 연결되는 위치에 배치되는 제3 환상홈이 설치되고, 내주면 측에는 제2 환상홈과의 사이에서 환상공간을 형성하는 제4 환상홈이 설치됨과 더불어, 제3 환상홈과 제4 환상홈을 연통하는 제4 통로가 구비되어 있고, 제1 환상부재에 대해 접동자재(摺動自在)로 설치되는 제2 환상부재와,

제1 환상부재 및 제2 환상부재의 축방향의 양측에 설치되고, 상기 회전축과 상기 하우징과의 사이의 환상간극을 밀봉하는 1쌍의 자성 유체 시일을 갖춘 회전 이음매로서,

제1 통로, 제2 통로, 제3 통로 및 제4 통로는, 상기 하우징에 대한 회전축의 회전위치에 관계없이 이들이 일직선상에 늘어서지 않는 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 제1 통로, 제2 통로, 제3 통로 및 제4 통로는, 하우징에 대한 회전축의 회전위치에 관계없이 이들이 일직선상에 늘어서지 않는 위치에 배치되어 있다. 그 때문에, 회전축의 회전 중에, 유로저항이 급격히 저하해 버리는 것을 억제할 수 있고, 이들 통로를 흐르는 기체가 급격히 흘러 버리는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라, 자성 유체 시일에 의한 밀봉영역 내의 압력이 급격히 변화해 버리는 것을 억제할 수 있다.

또, 제3 통로는, 회전축의 회전방향으로 소정의 간격으로 복수 구비되어 있으면 좋다. 이에 따라, 기체가 급격히 흘러 버리는 것을 더 한층 억제할 수 있다. 제4 통로나 제1 통로에 대해서도 마찬가지이다.

또한, 상기 각 구성은, 가능한 한 조합시켜 채용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 자성 유체를 안정적으로 보유지지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 회전 이음매의 모식적 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 회전 이음매의 모식적 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 회전 이음매의 모식적 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 회전 이음매의 모식적 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 회전 이음매의 모식적 단면도이다.

이하에 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 형태를, 실시예에 기초하여 예시적으로 상세히 설명한다. 다만, 이 실시예에 기재되어 있는 구성부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대배치 등은, 특별히 특정적인 기재가 없는 한은, 본 발명의 범위를 그들만에 한정하는 취지의 것은 아니다.

(실시예 1)

도 1∼도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예 1에 따른 회전 이음매에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 회전 이음매에 있어서, 축심(軸心)을 포함하는 면에서 절단한 모식적 단면도이다. 도 2∼도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 회전 이음매에 있어서, 축심에 수직한 면에서 절단한 모식적 단면도이다. 도 2∼도 4에 나타낸 단면도는 도 1에서의 A-A 단면의 위치에서 절단한 단면도에 상당한다. 또, 도 2∼도 4에 있어서는, 후술하는 회전축의 회전위치가 각각 다른 경우를 나타내고 있다. 본 실시예에 따른 회전 이음매는, 예컨대 진공상태로 유지된 밀봉용기 내에 대기 측으로부터 연장된 회전축을 구동하는 부위에 알맞게 이용된다. 또, 대기 측으로부터 회전축을 매개로 해서 공기 등의 기체를 진공 측의 기기로 공급가능한 회전 이음매로서 알맞게 이용된다.

<회전 이음매의 전체 구성>

본 실시예에 따른 회전 이음매(1)는, 회전축(10)과, 회전축(10)이 삽통되는 축공을 갖춘 하우징(20)과, 회전축(10)의 외주(外周)에 고정되는 제1 환상부재(環狀部材; 50)와, 하우징(20)의 내주(內周)에 고정되는 제2 환상부재(60)와, 이들 환상부재의 축방향의 양측에 설치되는 1쌍의 자성 유체 시일(40)을 구비하고 있다.

회전축(10)은, 축방향의 일단부로부터 중심축선을 통해 타단부에는 이르지 않는 위치에서 직경방향으로 향하여 절곡(折曲)되고, 외주면에 개구하는 제1 통로(11)를 구비하고 있다. 또, 회전축(10)에서의 외주면에는, 후술하는 자성 유체 시일(40)에 있어서 자성 유체(43)를 보유지지하기 위한 복수의 환상(環狀)의 미소돌기(12)가 형성되어 있다. 한편, 회전축(10)은 자성 재료에 의해 구성되어 있다.

하우징(20)은, 내주면과 외주면을 연통하는 제2 통로(21)를 구비하고 있다. 또, 하우징(20)의 일단 측에는, 회전 이음매(1)가 설치되는 장치에 대해 회전 이음매(1)를 고정하기 위한 외향 플랜지(22)가 설치되어 있다. 또, 하우징(20)의 타단 측에는, 회전축(10)과 하우징(20)과의 사이의 환상간극에 설치되는 각종 부재를 보유지지하여 고정하기 위한 커버(23)가 고정된다. 한편, 하우징(20)은 비자성 재료에 의해 구성되어 있다. 또, 하우징(20)의 양단 부근에는, 각각 볼 베어링(30)이 설치되어 있고, 하우징(20)에 대해 회전축(10)이 동심적으로 순조롭게 회전할 수 있도록 구성되어 있다.

제1 환상부재(50)는, 그 내주면 측에 제1 통로(11)에 연결되는 위치에 배치되는 제1 환상홈(51)이 설치되어 있다. 또, 제1 환상부재(50)의 외주면 측에는 제2 환상홈(52)이 설치되어 있다. 더욱이, 이들 제1 환상홈(51)과 제2 환상홈(52)을 연통하는 제3 통로(53)가 설치되어 있다. 본 실시예에 있어서는, 제3 통로(53)는 회전축(10)의 회전방향으로 소정의 간격(일정 간격)으로 복수 구비되어 있다.

여기서, 제1 환상부재(50)는 세트 스크루(70)에 의해 회전축(10)에 대해 고정된다. 이 때, 회전축(10)의 회전방향에 있어서, 회전축(10)에 설치되어 있는 제1 통로(11)와, 제1 환상부재(50)에 설치되어 있는 제3 통로(53)가 일직선상에 늘어서지 않도록, 제1 환상부재(50)는 회전축(10)에 대해 위치결정된 상태에서 고정되어 있다(도 2∼도 4 참조). 한편, 제1 환상부재(50)는 비자성 재료에 의해 구성되어 있다. 또, 제1 환상부재(50)는 후술하는 자성 유체 시일(40)에 구비되어 있는 자극편(pole piece; 42)과 접동(摺動)하지 않도록, 자극편(42)과의 사이에 간극이 형성되어 있다.

제2 환상부재(60)는, 그 외주면 측에 제2 통로(21)에 연결되는 위치에 배치되는 제3 환상홈(61)이 설치되어 있다. 또, 제2 환상부재(60)의 내주면 측에는 제2 환상홈(52)과의 사이에서 환상공간(環狀空間; K)을 형성하는 제4 환상홈(62)이 설치되어 있다. 더욱이, 이들 제3 환상홈(61)과 제4 환상홈(62)을 연통하는 제4 통로(63)가 구비되어 있다. 본 실시예에 있어서는, 제4 통로(63)는 회전축(10)의 회전방향으로 소정의 간격(일정 간격)으로 복수 구비되어 있다. 상기와 같이, 제2 환상홈(52)과 제4 환상홈(62)과의 사이에 환상공간(K)을 설치함으로써, 둘레 상의 압력을 평형상태로 할 수 있다.

제1 환상부재(50)의 외주면과 제2 환상부재(60)의 내주면과의 사이에는 미소한 간극이 설치되어 있어, 회전축(10)이 회전하고 있지 않은 경우에도 이들 사이에는 접동저항이 생기지 않는다. 따라서, 회전 이음매(1)에 있어서, 접동저항이 발생하는 곳은, 설계상 존재하지 않는다. 즉, 볼 베어링(30)에 있어서는, 볼이 구르면서 축수(軸受: 축받이)로서 기능하므로 접동저항이 거의 발생하지 않는다. 또, 자성 유체 시일(40)에 있어서는, 자극편(42)과 회전축(10)과의 사이에는 자성 유체(43)가 개재(介在)하고 있으므로 접동저항은 거의 발생하지 않는다. 한편, 제2 환상부재(60)는 비자성 재료에 의해 구성되어 있다. 또, 제2 환상부재(60)는 1쌍의 자성 유체 시일(40)을 위치결정하는(이들의 간격을 정하는) 스페이서로서의 역할도 담당하고 있다.

1쌍의 자성 유체 시일(40)은, 각각 환상의 영구자석(41)과, 영구자석(41)의 축방향의 양측에 설치되는 1쌍의 환상의 자극편(42)과, 자극편(42)의 내주면과 회전축(10)에 설치된 복수의 환상의 미소돌기(12)와의 사이에 보유지지되는 자성 유체(43)를 구비하고 있다. 영구자석(41)은 축방향의 일단 측이 N극이고 타단 측이 S극으로 되도록 구성되어 있다. 또, 자극편(42)은 자성부재에 의해 구성되고, 또한 회전축(10)도 자성부재에 의해 구성되어 있다. 이에 따라, 영구자석(41)과 1쌍의 자극편(42)과 회전축(10)을 통과하는 자기회로가 형성됨으로써, 자극편(42)의 내주면과 환상의 미소돌기(12)와의 사이의 미소간극에 자성 유체(43)가 자력에 의해 보유지지된다.

자성 유체 시일(40)(보다 구체적으로는 자극편(42))과 볼 베어링(30)과의 사이에는, 이들의 간격을 정하기 위해, 비자성 재료로 이루어진 스페이서(80)가 설치되어 있다.

또, 본 실시예에 따른 회전 이음매(1)는, 회전축(10)과 제1 환상부재(50)와의 사이, 하우징(20)과 각종 부재(제2 환상부재(60) 및 자극편(42))와의 사이에는, 각각 O링(O)이 설치되어, 기체의 누설을 방지하고 있다.

<회전 이음매의 동작>

본 실시예에 따른 회전 이음매(1)에 있어서는, 회전축(10)의 회전방향의 위치에 관계없이 제1 환상홈(51), 제3 통로(53), 환상공간(K)(제2 환상홈(52)과 제4 환상홈(62)으로 형성되는 공간), 제4 통로(63) 및 제3 환상홈(61)을 통해, 제1 통로(11)로부터 제2 통로(21)에 이르는 유로가 형성된다(도 2∼도 4 참조). 따라서, 회전축(10)이 회전하고 있는지 여부와 관계없이 항상 기체를 회전 이음매(1)가 설치되는 장치 내로 보내거나, 또는 당해 장치 내로부터 외부로 내보내는 것이 가능하게 된다.

또, 제1 환상부재(50)는 회전축(10)에 대해 고정되어 있으므로, 회전축(10)이 회전해도 회전축(10)에 설치된 제1 통로(11)와 제1 환상부재(50)에 설치된 제3 통로(53)와의 위치관계는 변함이 없다. 그리고, 상기와 같이, 본 실시예에 있어서는, 제1 통로(11)와 제3 통로(53)가 일직선상에 늘어서지 않도록 구성되어 있다. 따라서, 제1 통로(11), 제2 통로(21), 제3 통로(53) 및 제4 통로(63)가 회전축(10)의 회전 중에 일직선상에 늘어서는 일은 없다. 도 1 및 도 4에 있어서는, 제1 통로(11)와 제2 통로(21)가 일직선상에 늘어섰을 때의 모습을 나타내고 있다. 이 때, 제2 통로(21)와 제4 통로(63)는 항상 일직선상에 늘어서는 관계에 있으므로, 제1 통로(11), 제2 통로(21) 및 제4 통로(63)는 일직선상에 늘어선 상태로 된다. 그렇지만, 제3 통로(53)는 제1 통로(11)와는 일직선상에 늘어서지 않는 관계로 되어 있으므로, 모든 통로가 일직선상에 늘어서는 일은 없다.

<본 실시예에 따른 회전 이음매의 우수한 점>

본 실시예에 따른 회전 이음매(1)에 의하면, 제1 통로(11), 제2 통로(21), 제3 통로(53) 및 제4 통로(63)는 하우징(20)에 대한 회전축(10)의 회전위치에 관계없이 이들이 일직선상에 늘어서지 않는 위치에 배치되어 있다. 그 때문에, 회전축(10)의 회전 중에, 유로저항이 급격히 저하해 버리는 것을 억제할 수 있고, 이들 통로를 흐르는 기체가 급격히 흘러 버리는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라, 자성 유체 시일(40)에 의한 밀봉영역 내의 압력이 급격히 변화해 버리는 것을 억제할 수 있고, 자성 유체(43)를 안정적으로 보유지지할 수 있다.

가령 제1 통로(11)와 제3 통로(53)가 일직선상에 늘어서도록, 회전축(10)에 제1 환상부재(50)를 고정시킨 경우에는, 회전축(10)이 1회전마다 1번만 제1 통로(11), 제2 통로(21), 제3 통로(53) 및 제4 통로(63)가 일직선상에 늘어선 상태로 된다. 이 상태에 있어서는, 유로저항이 거의 없기 때문에, 이들 통로를 흐르는 기체가 급격히 흘러 버린다. 그 때문에, 유속이 급격히 빨라져서, 소위 벤튜리(Venturi) 효과에 의해, 제1 환상부재(50)와 제2 환상부재(60)와의 사이의 간극을 통해 환상공간(R) 내의 기체가 기세 좋게 환상공간(K) 측으로 흘러간다. 그 때문에, 환상공간(R) 내의 내부압력이 급격히 변화해 버린다. 이에 따라, 특히 환상공간(R)에 가까운 위치에서 보유지지되어 있는 자성 유체(43)가 환상공간(R) 측으로 유출해 버리는 것이 확인되어 있다.

또, 본 실시예에 있어서는, 제3 통로(53)나 제4 통로(63)를 복수 설치함으로써, 기체가 급격히 흘러 버리는 것을 더 한층 억제하는 것을 가능하게 하고 있다.

(실시예 2)

도 5에는 본 발명의 실시예 2가 나타내어져 있다. 본 실시예에 있어서는, 상기 실시예 1에 나타낸 구성에 있어서, 회전축에 설치되는 제1 통로를 복수 설치한 경우의 구성을 나타내고 있다. 그 밖의 구성 및 작용에 대해서는 실시예 1과 동일하므로, 동일한 구성부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다.

도 5는 본 실시예 2에 따른 회전 이음매에 있어서, 축심에 수직한 면에서 절단한 모식적 단면도이다. 본 실시예에 따른 회전 이음매(1)는, 회전축(10)에 설치되는 제1 통로(11)가 복수 설치되어 있는 점만이 상기 실시예 1과 다르다. 한편, 모든 제1 통로(11)에 관하여, 제1 통로(11)와 제3 통로(53)가 일직선상에 늘어서지 않도록 구성되어 있다.

이상과 같이, 본 실시예에 있어서는, 제1 통로(11)를 복수 설치함으로써, 기체가 급격히 흘러 버리는 것을 더 한층 억제할 수 있다.

(기타)

상기 각 실시예에 있어서는, 제1 통로(11)와 제3 통로(53)가 일직선상에 늘어서지 않도록 함으로써, 회전축(10)의 회전위치에 관계없이 제1 통로(11), 제2 통로(21), 제3 통로(53) 및 제4 통로(63)가 일직선상에 늘어서지 않도록 구성한 경우를 나타냈다.

그렇지만, 이에 한정되지 않고 제2 통로(21)와 제4 통로(63)가 일직선상에 늘어서지 않도록 함으로써, 회전축(10)의 회전위치에 관계없이 제1 통로(11), 제2 통로(21), 제3 통로(53) 및 제4 통로(63)가 일직선상에 늘어서지 않도록 구성하는 것도 가능하다. 물론, 제1 통로(11)와 제3 통로(53)가 일직선상에 늘어서지 않도록 하고, 또한 제2 통로(21)와 제4 통로(63)가 일직선상에 늘어서지 않도록 해도 좋은 것은 말할 필요도 없다.

1 회전 이음매
10 회전축
11 제1 통로
12 미소돌기
20 하우징
21 제2 통로
22 플랜지
23 커버
30 볼 베어링
40 자성 유체 시일
41 영구자석
42 자극편
43 자성 유체
50 제1 환상부재
51 제1 환상홈
52 제2 환상홈
53 제3 통로
60 제2 환상부재
61 제3 환상홈
62 제4 환상홈
63 제4 통로
70 세트 스크루
80 스페이서
K, R 환상공간
O O링

Claims

외주면에 개구하는 제1 통로를 갖춘 회전축과,
그 회전축이 삽통되는 축공을 갖추고, 또한 내주면과 외주면을 연통(連通)하는 제2 통로를 갖춘 하우징과,
상기 회전축의 외주에 고정되며, 또한 내주면 측에는 제1 통로에 연결되는 위치에 배치되는 제1 환상홈이 설치되고, 외주면 측에는 제2 환상홈이 설치됨과 더불어, 제1 환상홈과 제2 환상홈을 연통하는 제3 통로가 구비되어 있는 제1 환상부재와,
상기 하우징의 내주에 고정되며, 또한 외주면 측에는 제2 통로에 연결되는 위치에 배치되는 제3 환상홈이 설치되고, 내주면 측에는 제2 환상홈과의 사이에서 환상공간을 형성하는 제4 환상홈이 설치됨과 더불어, 제3 환상홈과 제4 환상홈을 연통하는 제4 통로가 구비되어 있고, 제1 환상부재에 대해 접동자재로 설치되는 제2 환상부재와,
제1 환상부재 및 제2 환상부재의 축방향의 양측에 설치되고, 상기 회전축과 상기 하우징과의 사이의 환상간극을 밀봉하는 1쌍의 자성 유체 시일을 갖춘 회전 이음매로서,
제1 통로, 제2 통로, 제3 통로 및 제4 통로는, 상기 하우징에 대한 회전축의 회전위치에 관계없이 이들이 일직선상에 늘어서지 않는 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 이음매.
제1항에 있어서, 제3 통로는, 회전축의 회전방향으로 소정의 간격으로 복수 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 이음매.
제1항 또는 제2항에 있어서, 제4 통로는, 회전축의 회전방향으로 소정의 간격으로 복수 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 이음매.
제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 제1 통로는, 회전축의 회전방향으로 소정의 간격으로 복수 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 이음매.