KR20200125599A - 로터리 조인트 - Google Patents

Abstract

액체가 흐르는 유체통로가 1개뿐이어도 기체가 흐르는 유체통로를 형성한 메카니컬 씰의 씰면을 상기 액체로 윤활할 수 있는 로터리 조인트를 제공한다. 로터리 조인트(1)는 액체가 흐르는 제1 유체통로(11)의 제1 외측유로(31)와 제1 내측유로(61)를 연결하는 제1 중간유로(41)를 형성하고, 또한 기체가 흐르는 제2 유체통로(12)의 제2 외측유로(32)와 제2 내측유로(62)를 연결하는 제2 중간유로(42)를 형성하기 위해, 케이스 몸체(2)와 축체(5) 사이의 환상 공간(A)에서 축방향으로 복수개 마련된 메카니컬 씰(7)을 구비한다. 제1 외측유로(31) 및 제1 내측유로(61)는 제2 중간유로(42)를 사이에 두고 축방향의 서로 다른 위치에서 개구하고, 제1 외측유로(31)의 개구와 제1 내측유로(61)의 개구를 제1 중간유로(41)로 연결한다. 제1 중간유로(41)는 상기 제1 중간유로(41)를 흐르는 액체가, 제2 중간유로(42)를 형성한 메카니컬 씰(7)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)을 윤활하도록 형성된다.

Description

로터리 조인트

본 발명은 로터리 조인트에 관한 것이다.

로터리 조인트는 고정 측 부재의 유로와 회전 측 부재의 유로를 접속하기 위해 사용된다. 예를 들면, 반도체 웨이퍼의 표면 연마 처리를 실시하기 위해 사용되는 CMP 장치(Chemical Mechanical Polishing 장치)에서는 회전 측 부재(턴테이블 또는 톱링)와 이것을 지지하는 고정 측 부재(CMP 장치 본체) 사이를 연마액, 세정수, 순수(純水), 냉각수, 연마 잔사액 등의 액체나, 가압용 공기, 에어 블로우용 공기 등의 기체가 피(被)밀봉유체로서 흐른다. 이와 같은 피밀봉유체가 섞이지 않고 상기 회전 측 부재와 상기 고정 측 부재 사이를 흐르기 때문에, 이들 부재 사이를 접속하는 조인트부에는 독립된 유체통로를 복수개 마련하는 것이 필요하다. 따라서, 이와 같은 조인트부로서, 예를 들면 특허문헌 1에 개시된 다(多)포트식 로터리 조인트가 사용된다.

도 5는 종래의 로터리 조인트를 나타내는 단면도이다. 이 로터리 조인트(80)는 통형의 케이스 몸체(81)와, 이 케이스 몸체(81) 안에 회전 가능하게 하여 마련된 축체(軸體)(82)와, 이들 케이스 몸체(81)와 축체(82) 사이의 환상(環狀) 공간(85)에 마련된 복수개의 메카니컬 씰(mechanical seal)(86)을 구비한다.

메카니컬 씰(86)은 케이스 몸체(81)에 장착된 제1 밀봉환(87)과, 축체(82)와 일체(一體) 회전하는 제2 밀봉환(88)과, 복수개의 코일 스프링(89)을 가진다. 그리고 로터리 조인트(80)에는 복수개(도면 예에서는 3개)의 독립된 유체통로(90)가 마련된다.

축체(82)는 축 본체(83)와 이 축 본체(83)의 바깥둘레 측에 끼워맞춰진 슬리브(84)를 가진다. 슬리브(84), 및 메카니컬 씰(86)의 제2 밀봉환(88)은 축방향을 따라 교대로 배치되고, 축 본체(83)와 일체 회전 가능하다.

케이스 몸체(81)에는 그 바깥둘레 측 및 안둘레 측에서 개구하는 외측유로(91)가 형성된다. 그리고 축체(82)에는 그 바깥둘레 측에서 개구하는 내측유로(92)가 형성된다. 내측유로(92)는 축 본체(83)에 형성된 유로구멍(92a)과, 슬리브(84)에 형성된 관통구멍(92b)으로 이루어진다. 관통구멍(92b)은 유로구멍(92a)과 연결되고, 내측유로(92)의 바깥둘레 측의 개구 구멍이 된다.

하나의 외측유로(91)와 하나의 내측유로(92)는 축방향의 동일한 높이 위치에서 개구하고, 이들 외측유로(91)와 내측유로(92)에 의해 하나의 독립된 유체통로(90)가 구성된다. 이 때문에, 환상 공간(85)에서 축방향으로 복수개의 유체통로(90)를 형성하는 메카니컬 씰(86)이 마련된다. 즉, 슬리브(84)를 사이에 두고 서로 이웃하는 제2 밀봉환(88, 88)들 사이, 및 슬리브(84)를 사이에 두고 서로 이웃하는 제1 밀봉환(87, 87)들 사이에는 각각 내측유로(92)(관통구멍(92b))와 외측유로(91)를 연결하는 환상의 중간유로(93)가 형성된다.

메카니컬 씰(86)의 코일 스프링(89)은 제2 밀봉환(88)에 대하여 제1 밀봉환(87)을 축방향을 향해 프레싱하고, 제1 밀봉환(87)이, 그 축방향으로 인접하는 제2 밀봉환(88)에 접촉하고, 이 접촉된 면 사이로부터 피밀봉유체가 누설되는 것을 방지한다. 즉, 제1 밀봉환(87)의 환상 측면의 일부가 제1 씰면(87a)이 되고, 제2 밀봉환(88)의 환상 측면의 일부가, 이 제1 씰면(87a)과 미끄럼 접촉하는 제2 씰면(88a)이 된다.

이상의 구성에 의해, 케이스 몸체(81)에 대하여, 축 본체(83), 슬리브(84) 및 제2 밀봉환(88)은 일체가 되어 회전 가능해지고, 회전 측이 되는 제2 밀봉환(88)이 정지 측이 되는 제1 밀봉환(87)에 미끄럼 접촉하여 메카니컬 씰(86)로서의 기능이 발휘되며, 이로써 독립된 유체통로(90)를 형성할 수 있다.

복수개의 유체통로(90)는 턴테이블 등에 냉각수 등의 액체를 공급하는 제1 유체통로(90A)와, 턴테이블 등에 가압용 공기 등의 기체를 공급하는 제2 유체통로(90B)와, 턴테이블 등에 공급된 액체를 회수하여 외부로 배출하는 제3 유체통로(90C)로 이루어진다.

액체가 흐르는 제1 유체통로(90A)는 케이스 몸체(81)의 바깥둘레의 축방향 일방(一方) 측(도면 중의 위쪽)에서 개구한다. 이로써, 상기 액체는 제1 유체통로(90A)의 외측유로(91)로부터, 도면 중의 위쪽에 배치된 2개의 메카니컬 씰(86A, 86B) 사이에 형성된 중간유로(93A), 상기 메카니컬 씰(86A, 86B) 각각에서의 제1 및 제2 밀봉환(87, 88)의 바깥둘레 측의 환상 공간을 통과하고, 축체(82)에서의 도면 중의 왼쪽의 실선으로 나타내는 내측유로(92)에 공급된다.

액체가 흐르는 제3 유체통로(90C)는 케이스 몸체(81)의 바깥둘레의 축방향 타방(他方) 측(도면 중의 아래쪽)에서 개구한다. 이로써, 상기 액체는 축체(82)의 도면 중의 오른쪽에 나타내는 내측유로(92)로부터, 도면 중의 아래쪽에 배치된 다른 2개의 메카니컬 씰(86C, 86D) 사이에 형성된 중간유로(93C), 상기 메카니컬 씰(86C, 86D) 각각에서의 제1 및 제2 밀봉환(87, 88)의 바깥둘레 측의 환상 공간, 및 제3 유체통로(90C)의 외측유로(91)를 통과하고, 케이스 몸체(81)의 외부로 배출된다.

기체가 흐르는 제2 유체통로(90B)는 케이스 몸체(81)의 바깥둘레에서 제1 유체통로(90A)와 제3 유체통로(90C) 사이에서 개구한다. 이로써, 상기 기체는 제2 유체통로(90B)의 외측유로(91)로부터, 2개의 메카니컬 씰(86B, 86C) 사이에 형성된 중간유로(93B)를 통과하고, 축체(82)의 도면 중의 왼쪽의 파선으로 나타내는 내측유로(92)에 공급된다.

이상에 의해, 기체가 흐르는 제2 유체통로(90B)의 중간유로(93B)를 형성하는 2개의 메카니컬 씰(86B, 86C) 각각의 제1 및 제2 씰면(87a, 88a)은 제1 및 제3 유체통로(90A, 90C)를 흐르는 액체에 의해 윤활되도록 되어 있다.

일본 공개특허공보 특개2002-174379호

종래의 상기 로터리 조인트(80)에 있어서는 기체가 흐르는 제2 유체통로(90B)를 형성하는 각 메카니컬 씰(86B, 86C)의 제1 및 제2 씰면(87a, 88a)을 윤활하기 위해서는, 케이스 몸체(81)에서 제2 유체통로(90B)의 외측유로(91)의 축방향 양측에, 액체가 흐르는 제1 및 제3 유체통로(90A, 90C)의 각 외측유로(91)를 마련할 필요가 있다. 이 때문에, 종래의 로터리 조인트는 액체가 흐르는 유체통로를 적어도 2개 구비하지 않으면, 기체가 흐르는 유체통로를 형성하는 메카니컬 씰의 씰면을 윤활할 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명은 이와 같은 사정에 비추어 보아 이루어진 것이며, 액체가 흐르는 하나의 유체통로만으로, 기체가 흐르는 유체통로를 형성한 메카니컬 씰의 씰면을 상기 액체로 윤활할 수 있는 로터리 조인트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 로터리 조인트는 액체가 흐르는 제1 유체통로와, 기체가 흐르는 제2 유체통로를 구비하는 로터리 조인트로서, 액체가 흐르는 제1 외측유로, 및 기체가 흐르는 제2 외측유로가 각각 안둘레 측에서 개구하여 형성된 통형의 케이스 몸체와, 상기 케이스 몸체 안에 상대 회전 가능하게 하여 마련되고, 액체가 흐르는 제1 내측유로, 및 기체가 흐르는 제2 내측유로가 각각 바깥둘레 측에서 개구하여 형성된 축체와, 상기 제1 외측유로와 상기 제1 내측유로를 연결하는 제1 중간유로를 형성하고, 또한 상기 제2 외측유로와 상기 제2 내측유로를 연결하는 제2 중간유로를 형성하여 상기 제2 유체통로를 구성하기 위해, 상기 케이스 몸체와 상기 축체 사이의 환상 공간에서 축방향으로 복수개 마련된 메카니컬 씰을 구비하고, 상기 메카니컬 씰은 상기 케이스 몸체에 장착됨과 함께 제1 씰면이 형성된 제1 밀봉환과, 상기 축체에 장착됨과 함께 상기 제1 씰면에 미끄럼 접촉하는 제2 씰면이 형성된 제2 밀봉환을 가지며, 상기 제1 유체통로는, 상기 제2 중간유로를 사이에 두고 축방향의 서로 다른 위치에서 개구하는 상기 제1 외측유로 및 상기 제1 내측유로와, 상기 제1 외측유로의 개구와 상기 제1 내측유로의 개구를 연결하는 상기 제1 중간유로를 가지며, 상기 제1 중간유로는, 상기 제1 중간유로를 흐르는 액체가 상기 제2 중간유로를 형성한 메카니컬 씰의 제1 및 제2 씰면을 윤활하도록 형성된다.

상기와 같이 구성된 로터리 조인트에 따르면, 액체가 흐르는 제1 유체통로에서, 케이스 몸체 측의 제1 외측유로의 개구 및 축체 측의 제1 내측유로의 개구는 기체가 흐르는 제2 유체통로의 제2 중간유로를 사이에 두고, 축방향의 서로 다른 위치에서 개구한다. 그리고 제1 외측유로의 개구와 제1 내측유로의 개구를 연결하는 제1 중간유로는, 상기 제1 중간유로를 흐르는 액체가, 상기 제2 중간유로를 형성한 메카니컬 씰의 제1 및 제2 씰면을 윤활하도록 형성된다. 이로써, 하나의 제1 유체통로(제1 중간유로)를 흐르는 액체에 의해, 기체가 흐르는 제2 유체통로(제2 중간유로)를 형성한 메카니컬 씰의 제1 및 제2 씰면을 윤활할 수 있다.

상기 제1 중간유로는, 상기 환상 공간에서 상기 복수개의 메카니컬 씰 중 일부의 메카니컬 씰을 이용하여 형성되고, 상기 제1 외측유로의 개구와 연통하는 제1 환상 유로와, 상기 환상 공간에서, 상기 복수개의 메카니컬 씰 중 다른 일부의 메카니컬 씰을 이용하여 형성되고, 상기 제1 내측유로의 개구와 연통하는 제2 환상 유로와, 상기 제1 환상 유로와 상기 제2 환상 유로를 연결하는 연결유로를 가지는 것이 바람직하다.

이 경우, 제1 외측유로의 개구와 연통하는 제1 환상 유로와, 제1 내측유로의 개구와 연통하는 제2 환상 유로를 연결유로로 연결한다는 간단한 구성에 의해, 제1 중간유로를 형성할 수 있다.

상기 케이스 몸체에는 상기 제2 외측유로가 축방향으로 복수개 형성되고, 상기 축체에는 상기 제2 외측유로와 동일 수의 상기 제2 내측유로가 형성되며, 상기 복수개의 메카니컬 씰은, 상기 환상 공간에서 상기 제2 외측유로와 상기 제2 내측유로를 하나씩 연결하는 상기 제2 중간유로를 형성하여 복수개의 상기 제2 유체통로를 구성하는 메카니컬 씰을 포함하고, 상기 제1 외측유로 및 상기 제1 내측유로는 상기 복수개의 제2 중간유로를 사이에 두고 축방향의 서로 다른 위치에서 개구하며, 상기 제1 중간유로는, 상기 제1 중간유로를 흐르는 액체가, 상기 복수개의 제2 중간유로를 형성한 메카니컬 씰의 제1 및 제2 씰면을 윤활하도록 형성되는 것이 바람직하다.

이 경우, 액체가 흐르는 제1 유체통로에서, 케이스 몸체 측의 제1 외측유로의 개구 및 축체 측의 제1 내측유로의 개구는, 기체가 흐르는 복수개의 제2 유체통로의 제2 중간유로를 사이에 두고, 축방향의 서로 다른 위치에서 개구한다. 그리고 제1 외측유로의 개구와 제1 내측유로의 개구를 연결하는 제1 중간유로는, 상기 제1 중간유로를 흐르는 액체가, 상기 복수개의 제2 중간유로를 형성한 메카니컬 씰의 제1 및 제2 씰면을 윤활하도록 형성된다. 이로써, 하나의 제1 유체통로(제1 중간유로)를 흐르는 액체에 의해, 기체가 흐르는 복수개의 제2 유체통로(제2 중간유로)를 형성한 메카니컬 씰의 제1 및 제2 씰면을 윤활할 수 있다.

상기 제1 중간유로는, 상기 환상 공간에서 상기 복수개의 메카니컬 씰 중 일부의 메카니컬 씰을 이용하여 형성되고, 상기 제1 외측유로의 개구와 연통하는 제1 환상 유로와, 상기 환상공간에서 상기 복수개의 메카니컬 씰 중 다른 일부의 메카니컬 씰을 이용하여 형성되고, 상기 제1 내측유로의 개구와 연통하는 제2 환상 유로와, 상기 제1 환상 유로와 상기 제2 환상 유로를 연결하는 연결유로를 가지며, 상기 연결유로는 상기 환상공간의 상기 제1 환상 유로와 상기 제2 환상 유로 사이에서, 상기 복수개의 제2 내측유로를 형성한 메카니컬 씰을 이용하여 형성된 제3 환상 유로와, 상기 케이스 몸체에 형성되고, 상기 제1 환상 유로와 상기 제2 환상 유로를 상기 제3 환상 유로를 통해 연결하는 복수개의 유로구멍을 가지는 것이 바람직하다.

이 경우, 연결유로를 흐르는 액체는, 복수개의 제2 내측유로를 형성한 메카니컬 씰을 이용하여 형성된 제3 환상 유로를 각각 통과하기 때문에, 연결유로의 도중에 배치된 상기 메카니컬 씰의 제1 및 제2 씰면을 확실하게 윤활할 수 있다.

상기 제1 외측유로는 외부로부터 상기 케이스 몸체 안에 액체를 공급하는 공급유로이고, 상기 제1 내측유로는 상기 축체 안에서 외부로 액체를 배출하는 배출유로이며, 상기 케이스 몸체 및 상기 축체는 상기 제1 외측유로의 개구가 상기 제1 내측유로의 개구보다도 아래쪽에 위치하도록, 축방향을 상하방향으로 하여 배치되는 것이 바람직하다.

이 경우, 제1 유체통로를 흐르는 액체는 축방향 아래쪽에 위치하는 제1 외측유로로부터 공급되고, 축방향 위쪽에 위치하는 제1 내측유로로부터 외부로 배출된다. 그 때, 제1 외측유로의 개구로부터 제1 중간유로로 유입된 액체는 복수개의 제2 중간유로를 각각 형성한 메카니컬 씰의 제1 및 제2 씰면 사이의 부근을 순차 통과하여 제1 내측유로의 개구로 인도된다. 이로써, 상기 각 메카니컬 씰의 제1 및 제2 씰면 사이의 부근에서 에어(air) 정체가 생기는 것을 억제할 수 있으므로, 상기 제1 및 제2 씰면 사이가 윤활 부족이 되는 것을 억제할 수 있다.

상기 축체에는 외부로부터 상기 축체 안에 액체를 공급하는 공급유로가 되는 제3 내측유로가 바깥둘레 측에서 개구하여 형성되고, 상기 케이스 몸체에는 상기 케이스 몸체 안에서 외부로 액체를 배출하는 배출유로가 되는 제3 외측유로가 안둘레 측에서 개구하여 형성되며, 상기 복수개의 메카니컬 씰은 상기 환상 공간에서 상기 제3 외측유로와 상기 제3 내측유로를 연결하는 제3 중간유로를 형성하여 제3 유체통로를 구성하는 메카니컬 씰을 포함하고, 상기 제3 내측유로는 상기 축체에서 상기 제1 내측유로의 개구보다도 축방향 위쪽의 위치에서 개구하는 것이 바람직하다.

이 경우, 제3 내측유로의 개구는 제1 내측유로의 개구보다도 축방향 위쪽에 위치하기 때문에, 예를 들면, 제3 내측유로를 축체의 축방향 상단으로부터 축방향 아래쪽을 향해 디깅(digging) 가공할 때에, 제1 내측유로의 개구 위치보다도 아래쪽으로 깊게 파낼 필요가 없다. 이 때문에, 제3 내측유로를 용이하게 가공할 수 있다.

상기 축체에는 상기 제3 내측유로의 도중부(途中部)로부터 분기되어서 상기 제3 중간유로의 축방향 상단부와 연통하는 분기유로가 형성되는 것이 바람직하다.

이 경우, 제3 내측유로를 흐르는 액체는 제3 내측유로의 도중부로부터 분기유로를 통해 제3 중간유로의 축방향 상단부에 공급되고, 상기 축방향 상단부를 형성한 메카니컬 씰의 제1 및 제2 씰면 사이의 부근을 통과하여 제3 외측유로로 인도된다. 이로써, 제3 중간유로의 축방향 상단부를 형성한 메카니컬 씰의 제1 및 제2 씰면 사이의 부근에서 에어 정체가 생기는 것을 억제할 수 있으므로, 상기 제1 및 제2 씰면 사이가 윤활 부족이 되는 것을 억제할 수 있다.

본 발명의 로터리 조인트에 따르면, 액체가 흐르는 유체통로가 1개뿐이어도 기체가 흐르는 유체통로를 형성한 메카니컬 씰의 씰면을 상기 액체로 윤활할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 로터리 조인트를 나타내는 단면도이다.
도 2는 상기 로터리 조인트의 위쪽을 나타내는 확대 단면도이다.
도 3은 상기 로터리 조인트의 아래쪽을 나타내는 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 로터리 조인트를 나타내는 단면도이다.
도 5는 종래의 로터리 조인트를 나타내는 단면도이다.

다음으로, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 첨부 도면을 참조하면서 설명한다.

[제1 실시형태]

<전체 구성>

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 로터리 조인트를 나타내는 단면도이다. 이 로터리 조인트(1)(이하, 조인트(1)라고도 함.)는 회전 기기의 고정 측 부재(예를 들면, CMP 장치 본체)에 장착되는 통형의 케이스 몸체(2)와, 이 회전 기기의 회전 측 부재(예를 들면, CMP 장치의 턴테이블)에 장착되는 축체(5)를 구비한다. 본 실시형태의 케이스 몸체(2) 및 축체(5)는 축방향을 상하 방향으로 하여 배치된다.

한편, 본 발명에서 "축방향"이란, 조인트(1)의 중심선을 따른 방향(이 중심선에 평행한 방향도 포함함)이며, 케이스 몸체(2), 축체(5), 및 후술할 메카니컬 씰(7) 각각의 중심선은 조인트(1)의 중심선과 일치하도록 하여 구성된다. 또한, 본 발명에서 "지름방향"이란, 조인트(1)의 중심선에 대하여 직교하는 방향이다. 또한, 조인트(1)의 자세는 도 1에 나타내는 자세 이외여도 되는데, 설명의 편의상, 본 실시형태에서는 도 1에 나타내는 위쪽을 조인트(1)의 "위"로 하고, 아래쪽을 조인트(1)의 "아래"로 한다.

<케이스 몸체>

케이스 몸체(2)는 복수개의 플랜지(20)를 상하방향으로 겹쳐 쌓아서 구성된다. 본 실시형태에서는 이들 복수개의 플랜지(20)는 아래에서 순서대로, 제1 플랜지(21), 제2 플랜지(22), 제3 플랜지(23), 제4 플랜지(24), 제5 플랜지(25), 및 제6 플랜지(26)에 의해 구성된다. 각 플랜지(21~26)는 모두 원환상으로 형성되고, 볼트(27)에 의해 연결 고정된다. 이로써, 케이스 몸체(2)는 전체적으로 통형의 구조체로 되어 있다.

이하, 제1~제6 플랜지(21~26)에서의 2개 이상의 플랜지의 공통 사항을 설명하는 경우는 플랜지(20)라고 총칭한다.

제1~제5 플랜지(21~25)에서, 서로 이웃하는 플랜지(20)들 사이에는 각각 O링(28)이 마련된다.

제1~제6 플랜지(21~26) 각각은 지름방향 내측으로 돌출된 환상의 돌출부(21a, 22a, 23a, 24a, 25a, 26a)를 가진다.

제1 플랜지(21)에는 피밀봉유체가 흐르는 제1 외측유로(31)가 돌출부(21a) 이외의 부분을 피밀봉유체가 통과하도록 지름방향으로 관통하여 형성된다. 피밀봉유체로는 연마액, 세정수, 순수, 냉각수, 오일, 쿨런트, 연마 잔사액 등의 액체, 및 유체 가압용 공기, 에어 블로우용 공기 등의 기체를 들 수 있다. 본 실시형태에서 제1 외측유로(31)에는 액체인 냉각수가 피밀봉유체로서 흐른다.

제2~제4 플랜지(22~24)에는 피밀봉유체가 흐르는 제2 외측유로(32)가 각각 돌출부(22a, 23a, 24a) 안을 피밀봉유체가 통과하도록 지름방향으로 관통하여 형성된다. 본 실시형태에서 각 제2 외측유로(32)에는 기체인 공기가 피밀봉유체로서 흐른다.

제5 플랜지(25)에는 피밀봉유체가 흐르는 제3 외측유로(33)가 돌출부(25a)를 제외한 부분을 피밀봉유체가 통과하도록 지름방향으로 관통하여 형성된다. 본 실시형태에서 제3 외측유로(33)에는 액체인 냉각수가 피밀봉유체로서 흐른다. 한편, 제5 플랜지(25)에는 제1 플랜지(21)와 마찬가지로, 연마액, 세정수, 순수, 냉각수, 오일, 쿨런트, 연마 잔사액 등의 액체가 흐를 수 있다.

각 외측유로(31~33)의 양 단부(端部)는 플랜지(20)의 안둘레 측과 바깥둘레 측에서 개구하고, 본 실시형태에서는 플랜지(20)의 바깥둘레 측의 개구부가, 상기 고정 측 부재의 복수개의 배관 각각이 접속되는 접속 포트가 된다. 이상으로부터, 케이스 몸체(2)에는 냉각수가 피밀봉유체로서 흐르는 제1 외측유로(31) 및 제3 외측유로(33), 및 공기가 피밀봉유체로서 흐르는 복수개의 제2 외측유로(32)가 축방향을 따라 소정의 간격을 두고 형성된다.

<축체>

축체(5)는 케이스 몸체(2)의 안둘레 측에 배치되고, 상하방향으로 긴 직선상의 축 본체(51)와, 이 축 본체(51)에 끼워 맞춰진 복수개의 슬리브(52)를 가진다. 축 본체(51)에는 슬리브(52) 외에, 후술할 복수개의 메카니컬 씰(7)의 제2 밀봉환(72)이 끼워 맞춰지고, 슬리브(52)와 제2 밀봉환(72)은 축방향을 따라 교대로 배치된다. 본 실시형태에서는 슬리브(52) 및 제2 밀봉환(72)은 6개씩 마련된다.

축 본체(51)의 아래쪽에는 프레스 부재(53)가 볼트(54)에 의해 고정된다. 또한, 축 본체(51)의 상단부에는 직경이 큰 대경부(大徑部)(51a)가 형성된다. 이 대경부(51a)는 축 본체(51)에 끼워 맞춰진 슬리브(52) 및 제2 밀봉환(72)이 위쪽으로 이동하는 것을 규제한다.

축 본체(51)와 슬리브(52)와 제2 밀봉환(72) 사이에는 O링(55)이 마련된다. O링(55)은 후술할 각 내측유로(61~63)를 흐르는 피밀봉유체가 다른 유로로 침입하거나 외부로 누설되는 것을 막는다.

프레스 부재(53)와 제1 플랜지(21)의 돌출부(21a) 사이에는 구름 베어링(8)이 마련되고, 축 본체(51)의 대경부(51a)와 제6 플랜지(26)의 돌출부(26a) 사이에는 구름 베어링(9)이 마련된다. 이로써, 축 본체(51) 및 슬리브(52)를 포함하는 축체(5)는 제2 밀봉환(72)과 함께, 케이스 몸체(2)에 대하여 회전 가능하게 지지된다.

축 본체(51) 안에는 유로구멍(61a, 63a)이 하나씩 형성됨과 함께, 유로구멍(62a)이 복수개(도면 예에서는 3개) 형성된다. 이들 유로구멍(61a~63a) 각각의 일방 측은 축 본체(51)의 외주면(外周面)에서 축방향(상하방향)의 다른 위치에서 개구한다. 유로구멍(61a~63a)의 타방(他方) 측은 축 본체(51)의 단면(상단면)에서 개구하고, 이 단면의 개구에 대하여, 상기 회전 측 부재의 복수개의 배관 각각이 접속된다.

각 유로구멍(61a, 63a)의 상기 일방 측의 개구에 대응하는 슬리브(52, 52)는 그 안둘레 측에서 축 본체(51)의 바깥둘레면과의 사이에 형성된 환상의 극간(61b, 63b)과, 각 극간(61b, 63b)과 연통하는 관통구멍(61c, 63c)을 가진다. 마찬가지로, 각 유로구멍(62a)의 상기 일방 측의 개구에 대응하는 슬리브(52)는 그 지름방향 내측에서 축 본체(51)의 바깥둘레면과의 사이에 형성된 환상의 극간(62b)과, 이 극간(62b)과 연통하는 관통구멍(62c)을 가진다.

각 극간(61b~63b)은 대응하는 유로구멍(61a~63a)과 연통한다. 각 관통구멍(61c~63c)은 둘레방향으로 소정 간격을 두고 복수개(도면 중에는 하나만 도시) 형성된다.

축 본체(51) 안의 유로구멍(61a)과, 대응하는 슬리브(52)의 극간(61b) 및 복수개의 관통구멍(61c)은 액체인 냉각수가 피밀봉유체로서 흐르는 제1 내측유로(61)를 구성한다. 이로써, 제1 내측유로(61)는 축체(5)의 바깥둘레 측의 개구 구멍이 되는 관통구멍(61c)을 가진다.

축 본체(51) 안의 각 유로구멍(62a)과, 대응하는 슬리브(52)의 극간(62b) 및 복수개의 관통구멍(62c)은 기체인 공기가 피밀봉유체로서 흐르는 제2 내측유로(62)를 구성한다. 이로써, 각 제2 내측유로(62)는 축체(5)의 바깥둘레 측의 개구 구멍이 되는 관통구멍(62c)을 가진다.

축 본체(51) 안의 유로구멍(63a)과, 대응하는 슬리브(52)의 극간(63b) 및 복수개의 관통구멍(63c)은 액체인 냉각수가 피밀봉유체로서 흐르는 제3 내측유로(63)를 구성한다. 이로써, 제3 내측유로(63)는 축체(5)의 바깥둘레 측의 개구 구멍이 되는 관통구멍(63c)을 가진다.

이상으로부터, 각 내측유로(61~63)는 축체(5)의 바깥둘레 측의 개구 구멍이 되는 관통구멍(61c~63c)을 가진다. 따라서, 축체(5)에는 하나의 제1 내측유로(61), 제2 외측유로(32)와 동일 수(3개)의 제2 내측유로(62), 및 하나의 제3 내측유로(63)가 축방향의 다른 위치에서 개구하여 형성된다.

본 실시형태에서는 제3 내측유로(63)는 제1 내측유로(61)의 개구, 및 각 제2 내측유로(62)의 개구보다도 축방향 위쪽의 위치에서 개구한다. 한편, 축체(5)에서, 제3 내측유로(63)는 도시한 위치에서 개구하는 경우에 한정되는 것이 아니고, 축방향의 임의의 위치에서 개구시킬 수 있다.

<복수개의 메카니컬 씰의 전체 구성>

케이스 몸체(2)와 축체(5) 사이에는 환상공간(A)이 형성되고, 이 환상공간(A)에는 축방향으로 복수개(도면 예에서는 9개)의 메카니컬 씰(7)이 마련된다. 본 실시형태의 조인트(1)는 환상공간(A)의 축방향으로 복수개의 메카니컬 씰(7)을 배치하여 이루어지는 다(多)유로 로터리 조인트로 되어 있다.

복수개의 메카니컬 씰(7)은 제1 외측유로(31)와 제1 내측유로(61)를 연결하는 제1 중간유로(41)를 형성하기 위한 메카니컬 씰(7), 제2 외측유로(32)와 제2 내측유로(62)를 하나씩 연결하는 제2 중간유로(42)를 형성하는 메카니컬 씰(7), 및 제3 외측유로(33)와 제3 내측유로(63)를 연결하는 제3 중간유로(43)를 형성하는 메카니컬 씰(7)을 포함한다.

<제3 중간유로를 형성하는 메카니컬 씰>

도 2는 조인트(1)의 위쪽을 나타내는 확대 단면도이다. 도 2에서, 제5 플랜지(25)의 안둘레 측에는 하나의 슬리브(52E)가 대향하여 배치되고, 이 슬리브(52E)에서 개구하는 제3 내측유로(63)(관통구멍(63c))와, 제5 플랜지(25)의 안둘레 측에서 개구하는 제3 외측유로(33)는 축방향의 동일한 위치에서 개구한다. 그리고 슬리브(52E)와 제5 플랜지(25) 사이에는 제3 중간유로(43)를 형성하는 2개의 메카니컬 씰(7H, 7I)이 마련된다.

각 메카니컬 씰(7H, 7I)은 케이스 몸체(2) 측에 장착된 제1 밀봉환(정지 밀봉환)(71)과, 축체(5) 측에 장착된 제2 밀봉환(회전 밀봉환)(72)과, 가압 부재로서의 코일 스프링(73)을 가진다.

제2 밀봉환(72)은 환상의 부재로 이루어지고, 상기와 같이, 축체(5)에 일체 회전 가능하게 마련된다. 제2 밀봉환(72)의 축방향의 단면에는 슬리브(52E)의 축방향의 단면이 접촉하고, 슬리브(52E)는 축방향으로 서로 이웃하는 메카니컬 씰(7H, 7I)의 제2 밀봉환(72, 72) 사이의 스페이서로서 기능한다. 제2 밀봉환(72)의 축방향 일단(一端)에는 환상의 제2 씰면(72a)이 형성된다.

제1 밀봉환(71)은 환상의 부재로 이루어지고, 슬리브(52E)의 지름방향 외측으로 배치된다. 이 상태로, 제1 밀봉환(71)은 케이스 몸체(2)에 고정된다. 제1 밀봉환(71)의 제2 밀봉환(72) 측의 단면에는 제1 씰면(71a)에 접촉하는 제2 씰면(72a)이 형성된다.

코일 스프링(73)은 제5 플랜지(25)의 돌출부(25a)와 제1 밀봉환(71) 사이에 압축된 상태로 개재된다. 코일 스프링(73)은 둘레방향을 따라 복수개(도면 중에는 하나만 도시) 마련된다. 이 때문에, 복수개의 코일 스프링(73)의 탄성 복원력에 의해, 제1 밀봉환(71)은 제2 밀봉환(72) 측을 향해 축방향으로 가압되고, 양 씰면(71a, 72a) 사이에 축방향의 프레스 힘이 작용한다. 이로써, 양 씰면(71a, 72a)들을 축방향으로 서로 프레싱한 상태로 접촉시킬 수 있다. 한편, 코일 스프링(73) 이외의 다른 가압 부재를 사용해도 된다.

따라서, 제1 밀봉환(71)의 제1 씰면(71a)이 제2 밀봉환(72)의 제2 씰면(72a)에 미끄럼 접촉함으로써, 이들 양 씰면(71a, 72a) 사이로부터 피밀봉유체가 누설되는 것을 방지하는 씰 기능이 발휘된다. 즉, 제1 밀봉환(71)의 제1 씰면(71a)과 제2 밀봉환(72)의 제2 씰면(72a)의 상대 회전에 따른 미끄럼 접촉 작용에 의해 메카니컬 씰(7H, 7I)의 씰 기능이 발휘된다.

각 메카니컬 씰(7H, 7I)의 제1 밀봉환(71)은 슬리브(52E)의 외주면과의 사이에 극간을 가져서 마련되며, 제1 밀봉환(71)과 슬리브(52) 사이에는 환상의 극간유로(43a)가 형성된다. 이 극간유로(43a)는 슬리브(52E)의 관통구멍(63c)과 연통한다. 그리고 메카니컬 씰(7H)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)에 의한 씰 기능과, 메카니컬 씰(7I)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)에 의한 씰 기능에 의해, 피밀봉유체가 극간유로(43a)로부터 외부로 누설되는 것을 방지한다.

더욱이, 양 메카니컬 씰(7H, 7I)의 제1 밀봉환(71, 71)들 사이에는 환상 유로(43b)가 형성되고, 이 환상 유로(43b)는 극간유로(43a)와 제3 외측유로(33)를 연결한다. 그리고 각 제1 밀봉환(71)의 외주면과, 제5 플랜지(25)의 돌출부(25a)의 내주면(內周面) 사이에는 O링(74)이 마련된다. 이 O링(74)은 피밀봉유체가 환상 유로(43b)로부터 외부로 누설되는 것을 방지한다. 한편, 각 제1 밀봉환(71)은 O링(74)을 통해 제5 플랜지(25)의 돌출부(25a)에 대하여 축방향으로 이동 가능한 상태로 끼워 맞춰진다.

이상으로부터, 제3 외측유로(33)와 제3 내측유로(63) 사이에는 밀봉된 극간유로(43a) 및 환상 유로(43b)가 개재되고, 이들 유로(43a, 43b)는 제3 외측유로(33)와 제3 내측유로(63)를 연결하는 제3 중간유로(43)를 구성한다. 이와 같이, 축방향으로 서로 이웃하는 메카니컬 씰(7H, 7I)을 이용하여 형성된 제3 중간유로(43)에 의해, 제3 외측유로(33)와 제3 내측유로(63)가 연결된다. 그리고 제3 외측유로(33), 제3 중간유로(43), 및 제3 내측유로(63)에 의해, 하나의 독립된 제3 유체통로(13)가 구성된다.

<복수개의 제2 중간유로를 형성하는 메카니컬 씰>

도 3은 조인트(1)의 아래쪽을 나타내는 확대 단면도이다. 도 3에서, 제2 플랜지(22)의 안둘레 측에는 하나의 슬리브(52A)가 대향하여 배치되고, 이 슬리브(52A)에서 개구하는 제2 내측유로(62)(관통구멍(62c))는 제2 플랜지(22)의 안둘레 측에서 개구하는 제2 외측유로(32)보다도 축방향의 조금 위쪽의 위치에서 개구한다. 그리고 상기 슬리브(52)와 제2 플랜지(22) 사이에는, 제2 외측유로(32)와 제2 내측유로(62)를 연결하는 제2 중간유로(42)를 형성하는 2개의 메카니컬 씰(7B, 7C)이 마련된다. 각 메카니컬 씰(7B, 7C)은 상기의 메카니컬 씰(7H, 7I)과 동일한 구성이기 때문에 상세한 설명을 생략한다.

각 메카니컬 씰(7B, 7C)의 제1 밀봉환(71)은 슬리브(52A)의 외주면과의 사이에 극간을 가져서 마련되고, 제1 밀봉환(71)과 슬리브(52A) 사이에는 환상의 극간유로(42a)가 형성된다. 이 극간유로(42a)는 슬리브(52A)의 관통구멍(62c)과 연통한다. 그리고 메카니컬 씰(7B)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)에 의한 씰 기능과, 메카니컬 씰(7C)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)에 의한 씰 기능에 의해, 피밀봉유체가 극간유로(42a)로부터 외부로 누설되는 것을 방지한다.

더욱이, 양 메카니컬 씰(7B, 7C)의 제1 밀봉환(71, 71)들 사이에는 환상 유로(42b)가 형성되고, 이 환상 유로(42b)는 극간유로(42a)와 제2 외측유로(32)를 연결한다. 그리고 각 제1 밀봉환(71)의 외주면과 제2 플랜지(22)의 돌출부(22a)의 내주면 사이에는 O링(74)이 마련된다. 이 O링(74)은 피밀봉유체가 환상 유로(42b)로부터 외부로 누설되는 것을 방지한다. 한편, 각 제1 밀봉환(71)은 O링(74)을 통해 제2 플랜지(22)의 돌출부(22a)에 대하여 축방향으로 이동 가능한 상태로 끼워 맞춰진다.

이상으로부터, 제2 외측유로(32)와 제2 내측유로(62) 사이에는 밀봉된 극간유로(42a) 및 환상 유로(42b)가 개재되고, 이들 유로(42a, 42b)는 첫 번째의 제2 외측유로(32)와 첫 번째의 제2 내측유로(62)를 연결하는 첫 번째의 제2 중간유로(42)를 구성한다. 이와 같이, 축방향으로 서로 이웃하는 메카니컬 씰(7)을 이용하여 형성된 제2 중간유로(42)에 의해, 상기 첫 번째의 제2 외측유로(32)와 상기 첫 번째의 제2 내측유로(62)가 연결된다. 그리고 이들 제2 외측유로(32), 제2 중간유로(42), 및 제2 내측유로(62)에 의해, 첫 번째의 독립된 제2 유체통로(12)가 구성된다.

도 1에서, 상기와 마찬가지로, 제3 플랜지(23)와 그 안둘레 측에 대향하는 슬리브(52B) 사이에는 두 번째의 제2 외측유로(32)와 두 번째의 제2 내측유로(62)를 연결하는 두 번째의 제2 중간유로(42)를 형성하는 2개의 메카니컬 씰(7D, 7E)이 마련된다.

제3 플랜지(23)의 안둘레 측에서 개구하는 제2 외측유로(32)와, 슬리브(52B)의 안둘레 측에서 개구하는 제2 내측유로(62)(관통구멍(62c)) 사이에는 밀봉된 극간유로(42a) 및 환상 유로(42b)가 개재되고, 이들 유로(42a, 42b)는 상기 두 번째의 제2 중간유로(42)를 구성한다. 그리고 이들 제2 외측유로(32), 제2 중간유로(42), 및 제2 내측유로(62)에 의해, 두 번째의 독립된 제2 유체통로(12)가 구성된다.

더욱이, 제4 플랜지(24)와 그 안둘레 측에 대향하는 슬리브(52C) 사이에는 세번째의 제2 외측유로(32)와 세 번째의 제2 내측유로(62)를 연결하는 세 번째의 제2 중간유로(42)를 형성하는 2개의 메카니컬 씰(7F, 7G)이 마련된다.

제4 플랜지(24)의 안둘레 측에서 개구하는 제2 외측유로(32)와, 슬리브(52C)의 안둘레 측에서 개구하는 제2 내측유로(62)(관통구멍(62c)) 사이에는 밀봉된 극간유로(42a) 및 환상 유로(42b)가 개재되고, 이들 유로(42a, 42b)는 상기 세 번째의 제2 중간유로(42)를 구성한다. 그리고 이들 제2 외측유로(32), 제2 중간유로(42), 및 제2 내측유로(62)에 의해, 세 번째의 독립된 제2 유체통로(12)가 구성된다.

이상으로부터, 메카니컬 씰(7B~7G)은 복수개의 제2 외측유로(32)와 복수개의 제2 내측유로(62)를 하나씩 연결하는 복수개의 제2 중간유로(42)를 형성하여 복수개의 독립된 제2 유체통로(12)를 구성한다.

한편, 본 실시형태에서는 메카니컬 씰(7C)의 제2 밀봉환(72)은 그 위쪽에 인접하는 메카니컬 씰(7D)의 제2 밀봉환(72)도 겸하지만, 이들 메카니컬 씰(7C, 7D)마다 제2 밀봉환(72)을 마련해도 된다. 마찬가지로, 메카니컬 씰(7E)의 제2 밀봉환(72)은 그 위쪽에 인접하는 메카니컬 씰(7F)의 제2 밀봉환(72)도 겸하지만, 이들 메카니컬 씰(7E, 7F)마다 제2 밀봉환(72)을 마련해도 된다.

<제1 중간유로를 형성하기 위한 메카니컬 씰>

도 1에 나타내는 바와 같이, 제1 외측유로(31) 및 제1 내측유로(61)는 축체(5)의 바깥둘레 측에서, 복수개의 제2 유체통로(12)의 제2 중간유로(42)를 사이에 두고, 서로 축방향(상하방향)의 다른 위치에서 개구한다. 본 실시형태에서는 제1 외측유로(31)의 개구는 제1 내측유로(61)의 개구보다도 축방향 아래쪽에 위치한다. 즉, 제1 외측유로(31)는 복수개의 제2 중간유로(42)보다도 축방향 아래쪽의 위치에서 개구하고, 제1 내측유로(61)는 복수개의 제2 중간유로(42)보다도 축방향 위쪽의 위치에서 개구한다. 그리고 이들 개구는 제1 중간유로(41)에 의해 연결된다. 따라서, 제1 외측유로(31), 제1 중간유로(41), 및 제1 내측유로(61)에 의해, 하나의 독립된 제1 유체통로(11)가 구성된다.

본 실시형태에서는 제1 유체통로(11)의 제1 중간유로(41)는 환상 공간(A)에 형성되어서 제1 외측유로(31)의 상기 개구와 연통하는 제1 환상 유로(41a)와, 환상 공간(A)에 형성되어서 제1 내측유로(61)의 상기 개구와 연통하는 제2 환상 유로(41b)와, 제1 환상 유로(41a)와 제2 환상 유로(41b)를 연결하는 연결유로(41c)에 의해 구성된다.

환상 공간(A)에는 제1 환상 유로(41a)를 형성하는 2개의 메카니컬 씰(7A, 7B)이 마련되고, 또한, 제2 환상 유로(41b)를 형성하는 2개의 메카니컬 씰(7G, 7H)이 마련된다.

한편, 메카니컬 씰(7B)은 상기와 같이, 제2 중간유로(42)를 형성하는 메카니컬 씰인데, 제1 환상 유로(41a)를 형성하는 메카니컬 씰도 겸한다. 마찬가지로, 메카니컬 씰(7G, 7H)은 상기와 같이, 각각 제2 중간유로(42) 및 제3 중간유로(43)를 형성하는 메카니컬 씰인데, 제2 환상 유로(41b)를 형성하는 메카니컬 씰도 겸한다. 메카니컬 씰(7A)은 다른 메카니컬 씰(7)과 동일한 구성이다. 따라서, 메카니컬 씰(7A, 7B, 7G, 7H)에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.

도 3에서, 제1 환상 유로(41a)는 메카니컬 씰(7A, 7B)과 이들에 대향하는 제1 플랜지(21) 사이에 형성되고, 제1 플랜지(21)의 안둘레 측에서 개구하는 제1 외측유로(31)와 연통한다. 메카니컬 씰(7A, 7B)은 공용의 제2 밀봉환(72)을 가진다.

메카니컬 씰(7A)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a), 및 메카니컬 씰(7A)의 제1 밀봉환(71)의 바깥둘레 측에 마련된 O링(74)에 의한 씰 기능에 의해, 피밀봉유체가 제1 환상 유로(41a)의 축방향 아래쪽으로부터 외부로 누설되는 것을 방지한다.

또한, 메카니컬 씰(7B)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a), 및 메카니컬 씰(7B)의 제1 밀봉환(71)의 바깥둘레 측에 마련된 O링(74)에 의한 씰 기능에 의해, 피밀봉유체가, 제1 환상 유로(41a)의 축방향 위쪽으로부터, 그 안둘레 측에 형성된 제2 중간유로(42)(극간유로(42a))로 누설되는 것을 방지한다.

도 2에서, 제2 환상 유로(41b)는 메카니컬 씰(7G, 7H) 및 그 사이에 배치된 슬리브(52D)와 상기 슬리브(52D)에 대향하는 제4 플랜지(24) 사이에 형성된다. 이로써, 제2 환상 유로(41b)는 축체(5)의 바깥둘레 측에서 개구하는 제1 내측유로(61)(관통구멍(61c))와 연통한다.

메카니컬 씰(7G)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a), 및 메카니컬 씰(7G)의 제1 밀봉환(71)의 바깥둘레 측에 마련된 O링(74)에 의한 씰 기능에 의해, 피밀봉유체가, 제2 환상 유로(41b)의 축방향 아래쪽으로부터, 그 안둘레 측에 형성된 제2 중간유로(42)(극간유로(42a))로 누설되는 것을 방지한다.

마찬가지로, 메카니컬 씰(7H)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a), 및 메카니컬 씰(7H)의 제1 밀봉환(71)의 바깥둘레 측에 마련된 O링(74)에 의한 씰 기능에 의해, 피밀봉유체가, 제2 환상 유로(41b)의 축방향 위쪽으로부터, 그 안둘레 측에 형성된 제3 중간유로(43)(극간유로(43a))로 누설되는 것을 방지한다.

도 1에서, 제1 환상 유로(41a)와 제2 환상 유로(41b)를 연결하는 연결유로(41c)는 환상 공간(A)에서 축방향으로 복수개(도면예에서는 2개) 형성된 제3 환상 유로(41d, 41e)와, 케이스 몸체(2)에 형성된 복수개(도면예에서는 3개)의 유로구멍(41f, 41g, 41h)을 가진다.

제3 환상 유로(41d)는 축방향으로 서로 이웃하는 제2 내측유로(62)를 각각 형성한 메카니컬 씰(7C, 7D)과, 이들에 대향하는 제2 및 제3 플랜지(22, 23) 사이에 형성된다. 메카니컬 씰(7C)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)에 의한 씰 기능과, 메카니컬 씰(7D)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)에 의한 씰 기능에 의해, 피밀봉유체가, 제3 환상 유로(41d)로부터, 그 안둘레 측에 형성된 상하 2개의 제2 중간유로(42)(극간유로(42a))로 누설되는 것을 방지한다(도 3 참조).

제3 환상 유로(41e)는 축방향으로 서로 이웃하는 제2 내측유로(62)를 각각 형성한 메카니컬 씰(7E, 7F)과, 이들에 대향하는 제3 및 제4 플랜지(23, 24) 사이에 형성된다. 메카니컬 씰(7E)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)에 의한 씰 기능과, 메카니컬 씰(7F)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)에 의한 씰 기능에 의해, 피밀봉유체가, 제3 환상 유로(41e)로부터, 그 안둘레 측에 형성된 상하 2개의 제2 중간유로(42)(극간유로(42a))로 누설되는 것을 방지한다.

케이스 몸체(2) 측의 유로구멍(41f)은 제2 플랜지(22)의 돌출부(22a)에서 축방향으로 관통하여 형성되고, 제1 환상 유로(41a)의 상단부와 제3 환상 유로(41d)의 하단부를 연결한다. 유로구멍(41g)은 제3 플랜지(23)의 돌출부(23a)에서 축방향으로 관통하여 형성되고, 제3 환상 유로(41d)의 상단부와 제3 환상 유로(41e)의 하단부를 연결한다. 유로구멍(41h)은 제4 플랜지(24)의 돌출부(24a)에서 축방향으로 관통하여 형성되고, 제3 환상 유로(41e)의 상단부와 제2 환상 유로(41b)의 하단부를 연결한다.

이상으로부터, 복수개의 유로구멍(41f~41h)은 제1 환상 유로(41a)와 제2 환상 유로(41b)를, 복수개의 제3 환상 유로(41d, 41e)를 통해 연결한다. 즉, 제1 외측유로(31) 및 제1 내측유로(61)는 아래쪽부터 순서대로, 제1 환상 유로(41a), 유로구멍(41f), 제3 환상 유로(41d), 유로구멍(41g), 제3 환상 유로(41e), 유로구멍(41h), 및 제2 환상 유로(41b)를 통해 연결된다.

이로써, 제1 중간유로(41)를 흐르는 냉각수(피밀봉유체)는 복수개의 제2 중간유로(42)를 형성한 각 메카니컬 씰(7B~7G)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)을 윤활 및 냉각하도록 되어 있다.

구체적으로는, 제1 환상 유로(41a)를 흐르는 냉각수는 제2 중간유로(42)를 형성한 메카니컬 씰(7B)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)을 윤활 및 냉각한다. 제3 환상 유로(41d)를 흐르는 냉각수는 메카니컬 씰(7C, 7D)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)을 윤활 및 냉각한다.

제3 환상 유로(41e)를 흐르는 냉각수는 메카니컬 씰(7F, 7E)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)을 윤활 및 냉각한다. 제2 환상 유로(41b)를 흐르는 냉각수는 제2 중간유로(42)를 형성한 메카니컬 씰(7G)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)을 윤활 및 냉각한다.

한편, 제1 환상 유로(41a)를 흐르는 냉각수는 메카니컬 씰(7A)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)도 윤활 및 냉각한다. 또한, 제2 환상 유로(41b)를 흐르는 냉각수는 메카니컬 씰(7H)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)도 윤활 및 냉각한다.

<제1 및 제3 유체통로의 냉각수의 흐름>

도 1에서, 제1 외측유로(31)는 냉각수(피밀봉유체)의 공급원으로부터 케이스 몸체(2) 안에 냉각수를 공급하는 공급유로로 되어 있다. 이로써, 제1 외측유로(31)에서의 케이스 몸체(2)의 바깥둘레 측의 개구는 상기 공급원으로부터 냉각수가 공급되는 공급구로 되어 있다.

제1 내측유로(61)는 축체(5) 안으로부터 상기 회전 측 부재로 냉각수를 송출(배출)하는 송출유로(배출유로)로 되어 있다. 이로써, 제1 내측유로(61)에서의 축 본체(51)의 상단 측의 개구는 상기 회전 측 부재에 냉각수를 송출하는 송출구(배출구)로 되어 있다.

따라서, 제1 유체통로(11)는 냉각수의 공급원으로부터 제1 외측유로(31)로 공급된 냉각수를, 제1 중간유로(41)를 통해 제1 내측유로(31)로부터 상기 회전 측 부재로 송출하도록 되어 있다.

제3 내측유로(63)는 상기 회전 측 부재로부터 축체(5) 안으로 냉각수를 회수(공급)하는 회수유로(공급유로)로 되어 있다. 이로써, 제3 내측유로(63)에서의 축 본체(51)의 상단 측의 개구는 상기 회전 측 부재로부터 냉각수가 회수되는 회수구(공급구)로 되어 있다.

제3 외측유로(33)는 케이스 몸체(2) 안으로부터 외부로 냉각수를 배출하는 배출유로로 되어 있다. 이로써, 제3 외측유로(33)에서의 케이스 몸체(2)의 바깥둘레 측의 개구는 케이스 몸체(2)의 외부에 냉각수를 배출하는 배출구로 되어 있다.

따라서, 제3 유체통로(13)는 상기 회전 측 부재로부터 제3 내측유로(63)로 회수된 냉각수를 제3 중간유로(43)를 통해 제3 외측유로(33)로부터 외부로 배출하도록 되어 있다.

도 2에서, 축체(5)에는 제3 내측유로(63)의 도중부로부터 분기되어서 제3 중간유로(43)의 축방향 상단부와 연통하는 분기유로(15)가 형성된다. 분기유로(15)는 축 본체(51)에 형성된 유로구멍(15a)과, 제3 중간유로(43)의 극간유로(43a)에 대향하는 슬리브(52E)에 형성된 환상의 극간(15b) 및 관통 홈(15c)을 가진다.

유로구멍(15a)은 제3 내측유로(63)의 상하방향(축방향)으로 연장되는 부분의 도중부로부터 지름방향 외측을 향해 연장되도록 분기되고, 축 본체(51)의 바깥둘레 측에서 제3 내측유로(63)의 개구보다도 조금 위쪽의 위치에서 개구한다.

환상의 극간(15b)은 슬리브(52E)의 안둘레 측에서 축 본체(51)의 바깥둘레면과의 사이에 형성되고, 유로구멍(15a)의 개구와 연통한다.

관통 홈(15c)은 슬리브(52E)의 축방향 상단부에 형성되고, 극간유로(43a)의 축방향 상단부(제1 및 제2 씰면(71a, 72a)의 접촉부와 슬리브(52E)의 외주면 사이에 형성된 환상의 공간)와 극간(15b)을 연결한다.

이상으로부터, 제3 내측유로(63)를 흐르는 냉각수의 일부는, 분기유로(15)의 유로구멍(15a), 극간(15b), 관통 홈(15c)을 통해, 극간유로(43a)의 축방향 상단부를 통과하고, 환상 유로(43b)를 통해 제3 외측유로(33)로 인도된다. 이로써, 극간유로(43a)의 축방향 상단부, 즉 환상 공간(A)의 최상부에 배치된 메카니컬 씰(7I)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a) 사이의 부근에서 에어 정체가 생기는 것을 억제할 수 있다.

<효과>

이상, 본 실시형태의 로터리 조인트(1)에 따르면, 액체(냉각수)가 흐르는 제1 유체통로(11)에서, 케이스 몸체(2) 측의 제1 외측유로(31)의 개구 및 축체(5) 측의 제1 내측유로(61)의 개구는 기체(공기)가 흐르는 복수개의 제2 유체통로(12)의 제2 중간유로(42)를 사이에 두고, 축방향의 서로 다른 위치에서 개구한다. 그리고 제1 외측유로(31)의 개구와 제1 내측유로(61)의 개구를 연결하는 제1 중간유로(41)는 상기 제1 중간유로(41)를 흐르는 액체가, 상기 복수개의 제2 중간유로(42)를 형성한 메카니컬 씰(7B~7G)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)을 윤활하도록 형성된다. 이로써, 하나의 제1 유체통로(11)(제1 중간유로(41))를 흐르는 액체에 의해, 기체가 흐르는 복수개의 제2 유체통로(12)(제2 중간유로(42))를 형성한 메카니컬 씰(7B~7G)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)을 윤활할 수 있다.

또한, 제1 유체통로(11)의 제1 중간유로(41)는 제1 외측유로(31)의 개구와 연통하는 제1 환상 유로(41a)와, 제1 내측유로(61)의 개구와 연통하는 제2 환상 유로(41b)와, 제1 환상 유로(41a)와 제2 환상 유로(41b)를 연결하는 연결유로(41c)에 의해 구성된다. 이 때문에, 제1 환상 유로(41a)와 제2 환상 유로(41b)를 연결유로(41c)로 연결한다는 간단한 구성에 의해, 제1 중간유로(41)를 형성할 수 있다.

또한, 제1 중간유로(41)의 연결유로(41c)는 각 제2 내측유로(62)를 형성한 메카니컬 씰(7C~7F)을 이용하여 형성된 복수개의 제3 환상 유로(41d, 41e)와, 제1 환상 유로(41a)와 제2 환상 유로(41b)를 복수개의 제3 환상 유로(41d, 41e)를 통해 연결하는 복수개의 유로구멍(41f~41h)을 가진다. 이로써, 연결유로(41c)를 흐르는 액체는, 각 제2 내측유로(62)를 형성한 메카니컬 씰(7C~7F)을 이용하여 형성된 복수개의 제3 환상 유로(41d, 41e)를 각각 통과하기 때문에, 연결유로(41c)의 도중에 배치된 메카니컬 씰(7C~7F)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)을 확실하게 윤활할 수 있다.

또한, 제1 유체통로(11)를 흐르는 액체는 축방향 아래쪽에 위치하는 제1 외측유로(31)로부터 공급되고, 축방향 위쪽에 위치하는 제1 내측유로(61)로부터 외부로 배출된다. 그 때, 제1 외측유로(31)의 개구로부터 제1 중간유로(41)로 유입된 액체는 복수개의 제2 중간유로(42)를 각각 형성한 메카니컬 씰(7B~7G)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a) 사이의 부근을 순차 통과하여, 제1 내측유로(61)의 개구로 인도된다. 이로써, 상기 각 메카니컬 씰(7B~7G)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a) 사이의 부근에서 에어 정체가 생기는 것을 억제할 수 있으므로, 상기 제1 및 제2 씰면(71a, 72a) 사이가 윤활 부족이 되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 제3 유체통로(13)의 제3 내측유로(63)의 개구는 제1 유체통로(11)의 제1 내측유로(61)의 개구보다도 축방향 위쪽에 위치한다. 이 때문에, 예를 들면, 제3 내측유로(63)를 축 본체(51)의 축방향 상단으로부터 축방향 아래쪽을 향해 디깅 가공할 때에, 제1 내측유로(61)의 개구 위치보다도 아래쪽으로 깊게 파낼 필요가 없으므로, 제3 내측유로(63)를 용이하게 가공할 수 있다.

또한, 축체(5)에는 제3 내측유로(63)의 도중부로부터 분기되어서 제3 중간유로(43)의 축방향 상단부와 연통하는 분기유로(15)가 형성된다. 이 때문에, 제3 내측유로(63)를 흐르는 액체는 제3 내측유로(63)의 도중부로부터 분기유로(15)를 통해 제3 중간유로(43)의 축방향 상단부에 공급되고, 상기 축방향 상단부를 형성한 메카니컬 씰(7I)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a) 사이의 부근을 통과하여 제3 외측유로(33)로 인도된다. 이로써, 환상 공간(A)의 최상부에 배치된 메카니컬 씰(7I)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a) 사이의 부근에서 에어 정체가 생기는 것을 억제할 수 있으므로, 상기 제1 및 제2 씰면(71a, 72a) 사이가 윤활 부족이 되는 것을 억제할 수 있다.

[제2 실시형태]

도 4는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 로터리 조인트를 나타내는 단면도이다. 본 실시형태의 로터리 조인트(1)와 제1 실시형태의 로터리 조인트(1)가 주로 상이한 점은 제1 외측유로(31)와 제3 외측유로(33)의 축방향의 위치 관계가 다른 점, 제1 외측유로(31)의 개구와 제1 내측유로(61)의 개구 사이에 형성되는 제2 중간유로(42)의 개수가 다른 점, 및 기체가 흐르는 제4 유체통로(14)가 형성되는 점이다.

도 4에서, 본 실시형태의 로터리 조인트(1)에서는 케이스 몸체(2)의 복수개의 플랜지(20)는 아래부터 순서대로, 제1 플랜지(21), 제2 플랜지(22), 제3 플랜지(23), 및 제4 플랜지(24)에 의해 구성된다. 제1 플랜지(21)와 프레싱 부재(53) 사이에는 구름 베어링(8)이 마련되고, 제4 플랜지(24)와 축 본체(51)의 대경부(51a) 사이에는 구름 베어링(9)이 마련된다. 이로써, 축체(5)는 케이스 몸체(2)에 대하여 회전 가능하게 지지된다.

제3 플랜지(23)의 축방향 아래쪽에는 액체인 냉각수가 피밀봉유체로서 흐르는 제1 외측유로(31)가 지름방향으로 관통하여 형성된다. 또한, 제3 플랜지(23)의 제1 외측유로(31)보다도 축방향 위쪽에는 기체인 공기가 피밀봉유체로서 흐르는 하나의 제2 외측유로(32)가 지름방향으로 관통하여 형성된다.

제2 플랜지(22)의 축방향 아래쪽에는 액체인 냉각수가 피밀봉유체로서 흐르는 제3 외측유로(33)가 지름방향으로 관통하여 형성된다. 또한, 제2 플랜지(22)의 축방향 위쪽에는 기체인 공기가 피밀봉유체로서 흐르는 하나의 제4 외측유로(34)가 지름방향으로 관통하여 형성된다.

이상으로부터, 케이스 몸체(2)에는 냉각수가 피밀봉유체로서 흐르는 제1 외측유로(31) 및 제3 외측유로(33), 및 공기가 피밀봉유체로서 흐르는 제2 외측유로(32) 및 제4 외측유로(34)가 각각 하나씩 축방향을 따라 형성된다.

축 본체(51) 안에는 유로구멍(61a, 62a, 63a, 64a)이 하나씩 형성된다. 이들 유로구멍(61a~64a) 각각의 일방 측은 축 본체(51)의 외주면에서 축방향(상하방향)의 다른 위치에서 개구한다. 유로구멍(61a~64a)의 타방 측은 축 본체(51)의 단면(상단면)에서 개구하고, 이 단면의 개구에, 상기 회전 측 부재의 복수개의 배관 각각이 접속된다.

각 유로구멍(61a~64a)의 상기 타방 측의 개구에 대응하는 슬리브(52)는 그 안둘레 측에서 축 본체(51)의 외주면과의 사이에 형성된 환상의 극간(61b, 62b, 63b, 64b)과, 지름방향으로 관통하여 형성된 관통구멍(61c, 62c, 63c, 64c)을 가진다.

각 극간(61b~64b)은 대응하는 슬리브(52)의 유로구멍(61a~64a)과 연통한다. 각 관통구멍(61c~64c)은 둘레방향으로 소정 간격을 두고 복수개(도면 중에는 하나만 도시) 형성된다.

축 본체(51) 안의 유로구멍(61a)과, 대응하는 슬리브(52)의 극간(61b) 및 복수개의 관통구멍(61c)은 액체인 냉각수가 피밀봉유체로서 흐르는 제1 내측유로(61)를 구성한다. 이로써, 제1 내측유로(61)는 축체(5)의 바깥둘레 측의 개구 구멍이 되는 관통구멍(61c)을 가진다.

축 본체(51) 안의 유로구멍(62a)과, 대응하는 슬리브(52)의 극간(62b) 및 복수개의 관통구멍(62c)은 기체인 공기가 피밀봉유체로서 흐르는 제2 내측유로(62)를 구성한다. 이로써, 제2 내측유로(62)는 축체(5)의 바깥둘레 측의 개구 구멍이 되는 관통구멍(62c)을 가진다.

축 본체(51) 안의 유로구멍(63a)과, 대응하는 슬리브(52)의 극간(63b) 및 복수개의 관통구멍(63c)은 액체인 냉각수가 피밀봉유체로서 흐르는 제3 내측유로(63)를 구성한다. 이로써, 제3 내측유로(63)는 축체(5)의 바깥둘레 측의 개구 구멍이 되는 관통구멍(63c)을 가진다.

축 본체(51) 안의 유로구멍(64a)과, 대응하는 슬리브(52)의 극간(64b) 및 복수개의 관통구멍(64c)은 기체인 공기가 피밀봉유체로서 흐르는 제4 내측유로(64)를 구성한다. 이로써, 제4 내측유로(64)는 축체(5)의 바깥둘레 측의 개구 구멍이 되는 관통구멍(64c)을 가진다.

이상으로부터, 각 내측유로(61~64)는 축체(5)의 바깥둘레 측의 개구 구멍이 되는 관통구멍(61c~64c)을 가진다. 따라서, 축체(5)에는 제1 내측유로(61), 제2 내측유로(62), 제3 내측유로(63), 및 제4 내측유로(64)가 각각 하나씩, 축방향의 다른 위치에서 개구하여 형성된다. 본 실시형태에서는 제3 내측유로(63)는 제1 내측유로(61)의 개구, 제2 내측유로(62)의 개구, 및 제4 내측유로(64)의 개구보다도 축방향 아래쪽의 위치에서 개구한다.

케이스 몸체(2)와 축체(5) 사이에 형성된 환상 공간(A)에는, 축방향으로 복수개(도면예에서는 6개)의 메카니컬 씰(7)이 마련된다. 이들 복수개의 메카니컬 씰(7)은 제1 외측유로(31)와 제1 내측유로(61)를 연결하는 제1 중간유로(41)를 형성하기 위한 메카니컬 씰, 제2 외측유로(32)와 제2 내측유로(62)를 연결하는 제2 중간유로(42)를 형성하는 메카니컬 씰, 제3 외측유로(33)와 제3 내측유로(63)를 연결하는 제3 중간유로(43)를 형성하는 메카니컬 씰, 및 제4 외측유로(34)와 제4 내측유로(64)를 연결하는 제4 중간유로(44)를 형성하는 메카니컬 씰을 포함한다.

제2 플랜지(22)의 축방향 하부의 안둘레 측에는 하나의 슬리브(52A)가 대향하여 배치되고, 이 슬리브(52A)에서 개구하는 제3 내측유로(63)(관통구멍(63c))와, 제2 플랜지(22)의 안둘레 측에서 개구하는 제3 외측유로(33)는 축방향의 동일한 위치에서 개구한다. 그리고 슬리브(52A)와 제2 플랜지(22) 사이에는 제3 중간유로(43)를 형성하는 2개의 메카니컬 씰(7A, 7B)이 마련된다.

제3 중간유로(43)는 각 메카니컬 씰(7A, 7B) 및 그 사이에 배치된 슬리브(52A)와, 상기 슬리브(52A)에 대향하는 제2 플랜지(22) 사이에서 환상으로 형성된다. 그리고 각 메카니컬 씰(7A, 7B)의 제1 씰면(71a) 및 제2 씰면(72a), 및 각 메카니컬 씰(7A, 7B)의 제1 밀봉환(71)의 바깥둘레 측에 마련된 O링(74)에 의한 씰 기능에 의해, 피밀봉유체가 제3 중간유로(43)로부터 외부로 누설되는 것을 방지한다.

이상으로부터, 축방향으로 서로 이웃하는 메카니컬 씰(7A, 7B)을 이용하여 형성된 제3 중간유로(43)에 의해, 제3 외측유로(33)와 제3 내측유로(63)가 연결된다. 그리고 제3 외측유로(33), 제3 중간유로(43), 및 제3 내측유로(63)에 의해, 하나의 독립된 제3 유체통로(13)가 구성된다. 한편, 본 실시형태의 축체(5)에는 제3 내측유로(63)의 도중부로부터 분기되어서 제3 중간유로(43)와 연통하는 분기유로는 형성되지 않았다.

제2 플랜지(22)의 축방향 상부의 안둘레 측에는 하나의 슬리브(52B)가 대향하여 배치되고, 이 슬리브(52B)에서 개구하는 제4 내측유로(64)(관통구멍(64c))와, 제2 플랜지(22)의 안둘레 측에서 개구하는 제4 외측유로(34)는 축방향의 동일한 위치에서 개구한다. 그리고 상기 슬리브(52B)와 제2 플랜지(22) 사이에는 제4 중간유로(44)를 형성하는 2개의 메카니컬 씰(7B, 7C)이 마련된다. 한편, 메카니컬 씰(7B)은 상기와 같이, 제3 중간유로(43)를 형성하는 메카니컬 씰인데, 제4 중간유로(44)를 형성하는 메카니컬 씰도 겸한다.

각 메카니컬 씰(7B, 7C)의 제1 밀봉환(71)은 대응하는 슬리브(52B)의 외주면과의 사이에 극간을 가져서 마련되고, 각 제1 밀봉환(71)과 슬리브(52B) 사이에는 환상의 극간유로(44a)가 형성된다. 이 극간유로(44a)는 슬리브(52B)의 관통구멍(64c)과 연통한다. 그리고 메카니컬 씰(7B)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)에 의한 씰 기능과, 메카니컬 씰(7C)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)에 의한 씰 기능에 의해, 피밀봉유체가 극간유로(44a)로부터 외부로 누설되는 것을 방지한다.

더욱이, 양 메카니컬 씰(7B, 7C)의 제1 밀봉환(71, 71)들 사이에는 환상 유로(44b)가 형성되고, 이 환상 유로(44b)는 극간유로(44a)와 제4 외측유로(34)를 연결한다. 그리고 각 제1 밀봉환(71)의 외주면과, 제2 플랜지(22)의 돌출부(22a)의 내주면 사이에 마련된 O링(74)에 의한 씰 기능에 의해, 피밀봉유체가 환상 유로(44b)로부터 외부로 누설되는 것을 방지한다.

이상으로부터, 제4 외측유로(34)와 제4 내측유로(64) 사이에는 밀봉된 극간유로(44a) 및 환상 유로(44b)가 개재되고, 이들 유로(44a, 44b)는 제4 외측유로(34)와 제4 내측유로(64)를 연결하는 제4 중간유로(44)를 구성한다. 이와 같이, 축방향으로 서로 이웃하는 메카니컬 씰(7B, 7C)을 이용하여 형성된 제4 중간유로(44)에 의해, 제4 외측유로(34)와 제4 내측유로(64)가 연결된다. 그리고, 제4 외측유로(34), 제4 중간유로(44), 및 제4 내측유로(64)에 의해, 하나의 독립된 제4 유체통로(14)가 구성된다.

제3 플랜지(23)의 축방향 하부의 안둘레 측에는 하나의 슬리브(52C)가 대향하여 배치되고, 이 슬리브(52C)에서 개구하는 제2 내측유로(62)(관통구멍(62c))와, 제3 플랜지(23)의 안둘레 측에서 개구하는 제2 외측유로(32)는 축방향의 동일한 위치에서 개구한다. 그리고 상기 슬리브(52C)와 제3 플랜지(23) 사이에는 제2 중간유로(42)를 형성하는 2개의 메카니컬 씰(7D, 7E)이 마련된다.

각 메카니컬 씰(7D, 7E)의 제1 밀봉환(71)은 슬리브(52C)의 외주면과의 사이에 극간을 가져서 마련되고, 각 제1 밀봉환(71)과 슬리브(52C) 사이에는 환상의 극간유로(42a)가 형성된다. 이 극간유로(42a)는 슬리브(52C)의 관통구멍(62c)과 연통한다. 그리고 메카니컬 씰(7D)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)에 의한 씰 기능과, 메카니컬 씰(7E)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)에 의한 씰 기능에 의해, 피밀봉유체가 극간유로(42a)로부터 외부로 누설되는 것을 방지한다.

더욱이, 양 메카니컬 씰(7D, 7E)의 제1 밀봉환(71, 71)들 사이에는 환상 유로(42b)가 형성되고, 이 환상 유로(42b)는 극간유로(42a)와 제2 외측유로(32)를 연결한다. 그리고 각 제1 밀봉환(71)의 외주면과, 제3 플랜지(23)의 돌출부(23a)의 내주면 사이에는 O링(74)이 마련된다. 이 O링(74)은 피밀봉유체가 환상 유로(42b)로부터 외부로 누설되는 것을 방지한다. 한편, 각 제1 밀봉환(71)은 O링(74)을 통해 제3 플랜지(23)의 돌출부(23a)에 대하여 축방향으로 이동 가능한 상태로 끼워 맞춰진다.

이상으로부터, 제2 외측유로(32)와 제2 내측유로(62) 사이에는 밀봉된 극간유로(42a) 및 환상 유로(42b)가 개재되고, 이들 유로(42a, 42b)는 제2 외측유로(32)와 제2 내측유로(62)를 연결하는 제2 중간유로(42)를 구성한다. 이와 같이, 축방향으로 서로 이웃하는 메카니컬 씰(7D, 7E)을 이용하여 형성된 제2 중간유로(42)에 의해, 제2 외측유로(32)와 제2 내측유로(62)가 연결된다. 그리고 제2 외측유로(32), 제2 중간유로(42), 및 제2 내측유로(62)에 의해, 하나의 독립된 제2 유체통로(12)가 구성된다.

제1 외측유로(31) 및 제1 내측유로(61)는 축체(5)의 바깥둘레 측에서, 하나의 제2 유체통로(12)의 제2 중간유로(42)를 사이에 두고, 서로 축방향(상하방향)의 다른 위치에서 개구한다. 본 실시형태에서는 제1 외측유로(31)는 제2 중간유로(42)보다도 축방향 아래쪽의 위치에서 개구하고, 제1 내측유로(61)는 제2 중간유로(42)보다도 축방향 위쪽의 위치에서 개구한다. 그리고 이들 개구는 제1 중간유로(41)에 의해 연결된다. 따라서, 제1 외측유로(31), 제1 중간유로(41), 및 제1 내측유로(61)에 의해, 하나의 독립된 제1 유체통로(11)가 구성된다.

본 실시형태에서는 제1 유체통로(11)의 제1 중간유로(41)는 환상 공간(A)에 형성되어서 제1 외측유로(31)의 상기 개구와 연통하는 제1 환상 유로(41a)와, 환상 공간(A)에 형성되어서 제1 내측유로(61)의 상기 개구와 연통하는 제2 환상 유로(41b)와, 케이스 몸체(2)에 형성되어서 제1 환상 유로(41a)와 제2 환상 유로(41b)를 연결하는 연결유로(41c)에 의해 구성된다.

환상 공간(A)에는, 제1 환상 유로(41a)를 형성하는 2개의 메카니컬 씰(7C, 7D)이 마련되고, 또한, 제2 환상 유로(41b)를 형성하는 2개의 메카니컬 씰(7E, 7F)이 마련된다.

한편, 메카니컬 씰(7C)은 상기와 같이, 제4 중간유로(44)를 형성하는 메카니컬 씰인데, 제1 환상 유로(41a)를 형성하는 메카니컬 씰도 겸한다. 마찬가지로, 메카니컬 씰(7D, 7E)은 상기와 같이, 제2 중간유로(42)를 형성하는 메카니컬 씰인데, 제2 환상 유로(41b)를 형성하는 메카니컬 씰도 겸한다.

제1 환상 유로(41a)는 메카니컬 씰(7C, 7D)과 이들에 대향하는 제3 플랜지(23) 사이에 형성되고, 제3 플랜지(23)의 안둘레 측에서 개구하는 제1 외측유로(31)와 연통한다. 메카니컬 씰(7C, 7D)은 공용의 제2 밀봉환(72)을 가진다.

메카니컬 씰(7C)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a), 및 메카니컬 씰(7C)의 제1 밀봉환(71)의 바깥둘레 측에 마련된 O링(74)에 의한 씰 기능에 의해, 피밀봉유체가, 제1 환상 유로(41a)의 축방향 아래쪽으로부터, 그 안둘레 측에 형성된 제4 중간유로(44)(극간유로(44a))로 누설되는 것을 방지한다.

또한, 메카니컬 씰(7D)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a), 및 메카니컬 씰(7D)의 제1 밀봉환(71)의 바깥둘레 측에 마련된 O링(74)에 의한 씰 기능에 의해, 피밀봉유체가, 제1 환상 유로(41a)의 축방향 위쪽으로부터, 그 안둘레 측에 형성된 제2 중간유로(42)(극간유로(42a))로 누설되는 것을 방지한다.

제2 환상 유로(41b)는 메카니컬 씰(7E, 7F) 및 그 사이에 배치된 슬리브(52D)와 상기 슬리브(52D)에 대향하는 제3 플랜지(23) 사이에 형성된다. 이로써, 제2 환상 유로(41b)는 축체(5)의 바깥둘레 측에서 개구하는 제1 내측유로(61)(관통구멍(61c))와 연통한다.

메카니컬 씰(7E)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a), 및 메카니컬 씰(7E)의 제1 밀봉환(71)의 바깥둘레 측에 마련된 O링(74)에 의한 씰 기능에 의해, 피밀봉유체가, 제2 환상 유로(41b)의 축방향 아래쪽으로부터, 그 안둘레 측에 형성된 제2 중간유로(42)(극간유로(42a))로 누설되는 것을 방지한다.

또한, 메카니컬 씰(7F)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a), 및 메카니컬 씰(7F)의 제1 밀봉환(71)의 바깥둘레 측에 마련된 O링(74)에 의한 씰 기능에 의해, 피밀봉유체가 제2 환상 유로(41b)의 축방향 위쪽으로부터 외부로 누설되는 것을 방지한다.

케이스 몸체(2) 측의 연결유로(41c)는 제3 플랜지(23)의 돌출부(23a)에서 축방향으로 관통하여 형성된 유로구멍으로 이루어지고, 제1 환상 유로(41a)의 상단부와 제2 환상 유로(41b)의 하단부를 연결한다. 즉, 제1 외측유로(31) 및 제1 내측유로(61)는 아래쪽부터 순서대로, 제1 환상 유로(41a), 연결유로(41c), 및 제2 환상 유로(41b)를 통해 연결된다.

이로써, 제1 유체통로(11)의 제1 중간유로(41)를 흐르는 냉각수(피밀봉유체)는 제2 중간유로(42)를 형성한 각 메카니컬 씰(7D, 7E)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)을 윤활 및 냉각하도록 되어 있다.

구체적으로는, 제1 중간유로(41)의 제1 환상 유로(41a)를 흐르는 냉각수는, 제2 중간유로(42)를 형성한 메카니컬 씰(7D)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)을 윤활 및 냉각한다. 또한, 제1 중간유로(41)의 제2 환상 유로(41b)를 흐르는 냉각수는 제2 중간유로(42)를 형성한 메카니컬 씰(7E)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)을 윤활 및 냉각한다.

한편, 제1 환상 유로(41a)를 흐르는 냉각수는 제4 중간유로(44)를 형성한 일방의 메카니컬 씰(7C)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)도 윤활 및 냉각한다. 또한, 제3 유체통로(13)의 제3 중간유로(43)를 흐르는 냉각수(피밀봉유체)는 제4 중간유로(44)를 형성한 타방의 메카니컬 씰(7B)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)을 윤활 및 냉각하도록 되어 있다.

제2 실시형태에서 설명을 생략한 점은 제1 실시형태와 마찬가지이다.

이상, 본 실시형태의 로터리 조인트(1)에 따르면, 액체(냉각수)가 흐르는 제1 유체통로(11)에서, 케이스 몸체(2) 측의 제1 외측유로(31)의 개구 및 축체(5) 측의 제1 내측유로(61)의 개구는 기체(공기)가 흐르는 제2 유체통로(12)의 제2 중간유로(42)를 사이에 두고, 축방향의 서로 다른 위치에서 개구한다. 그리고 제1 외측유로(31)의 개구와 제1 내측유로(61)의 개구를 연결하는 제1 중간유로(41)는 상기 제1 중간유로(41)를 흐르는 액체가, 제2 중간유로(42)를 형성한 메카니컬 씰(7D, 7E)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)을 윤활하도록 형성된다. 이로써, 하나의 제1 유체통로(11)(제1 중간유로(41))를 흐르는 액체에 의해, 기체가 흐르는 제2 유체통로(12)(제2 중간유로(42))를 형성한 메카니컬 씰(7D, 7E)의 제1 및 제2 씰면(71a, 72a)을 윤활할 수 있다.

또한, 제1 유체통로(11)의 제1 중간유로(41)는 제1 외측유로(31)의 개구와 연통하는 제1 환상 유로(41a)와, 제1 내측유로(61)의 개구와 연통하는 제2 환상 유로(41b)를 연결유로(41c)로 연결한다는 간단한 구성에 의해 형성할 수 있다.

[기타]

상기 각 실시형태에서의 로터리 조인트(1)는 축방향에서 상하 반대로 배치되어도 되고, 축방향이 수평방향이 되도록 배치되어도 된다.

또한, 상기 각 실시형태에서의 로터리 조인트(1)는 제1 유체통로(11)를 CMP 장치의 회전 측 부재로 액체를 송출하는 유체통로로 하고, 제3 유체통로(13)를 상기 회전 측 부재로부터 액체를 회수하는 유체통로로 했는데, 제1 유체통로(11)를 상기 회전 측 부재로부터 액체를 회수하는 유체통로로 하고, 제3 유체통로(13)를 회전 측 부재로 액체를 송출하는 유체통로로 해도 된다. 그 경우, 제1 외측유로(31)는 케이스 몸체(2) 안으로부터 외부로 액체를 배출하는 배출유로가 되고, 제1 내측유로(61)는 외부로부터 축체(5) 안으로 액체를 공급하는 공급유로가 된다. 또한, 제3 외측유로(33)는 외부로부터 케이스 몸체(2) 안으로 액체를 공급하는 공급유로가 되고, 제3 내측유로(63)는 축체(5) 안으로부터 외부로 액체를 배출하는 배출유로가 된다.

상기 각 실시형태에서의 로터리 조인트(1)는 CMP 장치 이외에 스퍼터링 장치나 에칭 장치 등의 다른 장치에도 적용할 수 있다. 그 경우, 로터리 조인트(1)는 제3 유체통로(13)를 구비하지 않아도 된다. 또한, 로터리 조인트(1)는 반도체 분야에서의 사용에 한정되는 것이 아니다.

상기 제1 실시형태에서, 제1 외측유로(31) 및 제1 내측유로(61)는 3개의 제2 중간유로(42)를 사이에 두고 축방향의 다른 위치에서 개구하지만, 적어도 하나의 제2 중간유로(42)를 사이에 두고 축방향의 다른 위치에서 개구하면 된다. 한편, 제1 외측유로(31) 및 제1 내측유로(61)가 2개의 제2 중간유로(42)를 사이에 두고 축방향의 다른 위치에서 개구하는 경우, 제1 중간유로(41)에서의 제1 환상 유로(41a)와 제2 환상 유로(41b)를 연결하는 연결유로(41c)는 하나의 제3 환상 유로와 2개의 유로구멍으로 구성할 수 있다.

상기 제2 실시형태에서, 제1 외측유로(31) 및 제1 내측유로(61)는 환상 공간(A)에서 하나의 제2 중간유로(42)를 사이에 두고 축방향의 다른 위치에서 개구하지만, 복수개의 제2 중간유로(42)를 사이에 두고 축방향의 다른 위치에서 개구해도 된다.

또한, 상기 제2 실시형태의 로터리 조인트(1)는 제4 유체통로(14)를 구비하지 않아도 된다.

이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 의미가 아닌, 청구범위에 의해 나타내지며, 청구범위와 균등한 의미, 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

1: 로터리 조인트 2: 케이스 몸체
5: 축체 7: 메카니컬 씰
11: 제1 유체통로 12: 제2 유체통로
13: 제3 유체통로 15: 분기유로
31: 제1 외측유로(공급유로) 32: 제2 외측유로
33: 제3 외측유로(배출유로) 41: 제1 중간유로
41a: 제1 환상 유로 41b: 제2 환상 유로
41c: 연결유로 41d, 41e: 제3 환상 유로
41f, 41g, 41h: 유로구멍 42: 제2 중간유로
43: 제3 중간유로 61: 제1 내측유로(배출유로)
62: 제2 내측유로 63: 제3 내측유로(공급유로)
71: 제1 밀봉환 71a: 제1 씰면
72: 제2 밀봉환 72a: 제2 씰면
A: 환상 공간

Claims (7)

1. 액체가 흐르는 제1 유체통로와 기체가 흐르는 제2 유체통로를 구비하는 로터리 조인트로서,
   액체가 흐르는 제1 외측유로, 및 기체가 흐르는 제2 외측유로가 각각 안둘레 측에서 개구하여 형성된 통형의 케이스 몸체와,
   상기 케이스 몸체 안에 상대 회전 가능하게 하여 마련되며, 액체가 흐르는 제1 내측유로, 및 기체가 흐르는 제2 내측유로가 각각 바깥둘레 측에서 개구하여 형성되는 축체(軸體)와,
   상기 제1 외측유로와 상기 제1 내측유로를 연결하는 제1 중간유로를 형성하고, 또한 상기 제2 외측유로와 상기 제2 내측유로를 연결하는 제2 중간유로를 형성하여 상기 제2 유체통로를 구성하기 위해, 상기 케이스 몸체와 상기 축체 사이의 환상 공간에서 축방향으로 복수개 마련된 메카니컬 씰(mechanical seal)을 구비하고,
   상기 메카니컬 씰은, 상기 케이스 몸체에 장착됨과 함께 제1 씰면이 형성된 제1 밀봉환과, 상기 축체에 장착됨과 함께 상기 제1 씰면에 미끄럼 접촉하는 제2 씰면이 형성된 제2 밀봉환을 가지며,
   상기 제1 유체통로는 상기 제2 중간유로를 사이에 두고 서로 축방향의 다른 위치에서 개구하는 상기 제1 외측유로 및 상기 제1 내측유로와, 상기 제1 외측유로의 개구와 상기 제1 내측유로의 개구를 연결하는 상기 제1 중간유로를 가지며,
   상기 제1 중간유로는, 상기 제1 중간유로를 흐르는 액체가, 상기 제2 중간유로를 형성한 메카니컬 씰의 제1 및 제2 씰면을 윤활하도록 형성되는, 로터리 조인트.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 중간유로는,
   상기 환상 공간에서, 상기 복수개의 메카니컬 씰 중 일부의 메카니컬 씰을 이용하여 형성되며, 상기 제1 외측유로의 개구와 연통하는 제1 환상 유로와,
   상기 환상 공간에서, 상기 복수개의 메카니컬 씰 중 다른 일부의 메카니컬 씰을 이용하여 형성되며, 상기 제1 내측유로의 개구와 연통하는 제2 환상 유로와,
   상기 제1 환상 유로와 상기 제2 환상 유로를 연결하는 연결유로를 가지는, 로터리 조인트.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 케이스 몸체에는 상기 제2 외측유로가 축방향으로 복수개 형성되고,
   상기 축체에는 상기 제2 외측유로와 동일 수의 상기 제2 내측유로가 형성되며,
   상기 복수개의 메카니컬 씰은 상기 환상 공간에서 상기 제2 외측유로와 상기 제2 내측유로를 하나씩 연결하는 상기 제2 중간유로를 형성하여 복수개의 상기 제2 유체통로를 구성하는 메카니컬 씰을 포함하고,
   상기 제1 외측유로 및 상기 제1 내측유로는 상기 복수개의 제2 중간유로를 사이에 두고 축방향의 서로 다른 위치에서 개구하고,
   상기 제1 중간유로는 상기 제1 중간유로를 흐르는 액체가, 상기 복수개의 제2 중간유로를 형성한 메카니컬 씰의 제1 및 제2 씰면을 윤활하도록 형성되는, 로터리 조인트.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 중간유로는,
   상기 환상 공간에서, 상기 복수개의 메카니컬 씰 중 일부의 메카니컬 씰을 이용하여 형성되며, 상기 제1 외측유로의 개구와 연통하는 제1 환상 유로와,
   상기 환상 공간에서, 상기 복수개의 메카니컬 씰 중 다른 일부의 메카니컬 씰을 이용하여 형성되며, 상기 제1 내측유로의 개구와 연통하는 제2 환상 유로와,
   상기 제1 환상 유로와 상기 제2 환상 유로를 연결하는 연결유로를 가지며,
   상기 연결유로는,
   상기 환상 공간의 상기 제1 환상 유로와 상기 제2 환상 유로 사이에서, 상기 복수개의 제2 내측유로를 형성한 메카니컬 씰을 이용하여 형성된 제3 환상 유로와,
   상기 케이스 몸체에 형성되고, 상기 제1 환상 유로와 상기 제2 환상 유로를 상기 제3 환상 유로를 통해 연결하는 복수개의 유로구멍을 가지는, 로터리 조인트.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 제1 외측유로는 외부로부터 상기 케이스 몸체 안으로 액체를 공급하는 공급유로이고,
   상기 제1 내측유로는 상기 축체 안으로부터 외부로 액체를 배출하는 배출유로이며,
   상기 케이스 몸체 및 상기 축체는 상기 제1 외측유로의 개구가 상기 제1 내측유로의 개구보다도 아래쪽에 위치하도록 축방향을 상하방향으로 하여 배치되는, 로터리 조인트.
6. 제5항에 있어서,
   상기 축체에는 외부로부터 상기 축체 안으로 액체를 공급하는 공급유로가 되는 제3 내측유로가 바깥둘레 측에서 개구하여 형성되고,
   상기 케이스 몸체에는 상기 케이스 몸체 안으로부터 외부로 액체를 배출하는 배출유로가 되는 제3 외측유로가 안둘레 측에서 개구하여 형성되며,
   상기 복수개의 메카니컬 씰은 상기 환상 공간에서 상기 제3 외측유로와 상기 제3 내측유로를 연결하는 제3 중간유로를 형성하여 제3 유체통로를 구성하는 메카니컬 씰을 포함하고,
   상기 제3 내측유로는 상기 축체에서 상기 제1 내측유로의 개구보다도 축방향 위쪽의 위치에서 개구하는, 로터리 조인트.
7. 제6항에 있어서,
   상기 축체에는 상기 제3 내측유로의 도중부(途中部)로부터 분기되어 상기 제3 중간유로의 축방향 상단부와 연통하는 분기유로가 형성되는, 로터리 조인트.

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