JP5519362B2 - ロータリジョイント - Google Patents

Description

本発明は、回転機器における固定側部材と回転側部材との間で複数種の流体を個別に流動させることができるロータリジョイントに関する。

半導体製造装置や攪拌機等の回転機器においては、固定側部材と回転側部材との間で処理液やガス等の複数種類の流体を個別に流動させるために、複数の流路を備えたロータリジョイントが用いられている。
また、この種のロータリジョイントでは、固定側部材の流路と回転側部材側の流路とを接続するために、複数の環状のメカニカルシールを同心状に配置するとともに、各メカニカルシールの相互間に各流路を接続するシール領域を形成しているものがある（例えば、特許文献１参照）。

図５は、特許文献１に記載された従来のロータリジョイントの要部を拡大して示す断面図である。このロータリジョイント２０１は、回転機器の固定側部材に固定される第１のジョイント構成部材２０３と、回転側部材に固定される第２ジョイント構成部材２０５と、第１，第２のジョイント構成部材２０３，２０５の間に配置された複数のメカニカルシール２０６Ａ，２０６Ｂとを備えている。なお、図５は、右側が回転側部材の回転中心側であり、左側が径方向外側である。

各メカニカルシール２０６Ａ，２０６Ｂは、第１のジョイント構成部材２０３に取り付けられた第１密封環２０８Ａ，２０８Ｂと、第２のジョイント構成部材２０５に取り付けられ、第１密封環２０８Ａ，２０８Ｂの先端面に当接する第２密封環２０９Ａ，２０９Ｂとを備えている。第１密封環２０８Ａ，２０８Ｂは、軸方向に移動可能であり、圧縮コイルばね２１０で上方に付勢されることによって、その先端面が第２密封環２０９Ａ，２０９Ｂに圧接されている。そしてメカニカルシール２０６Ａ，２０６Ｂの相互間にはシール領域２１１が形成され、第１のジョイント構成部材２０３に形成された流路２１２と、第の２ジョイント構成部材２０５に形成された流路２１３とがシール領域２１１を介して接続されている。

第１のジョイント構成部材２０３及び第２のジョイント構成部材２０５には、それぞれメカニカルシール２０６Ａ，２０６Ｂの間に突出する突出環２１４，２１５が形成されており、メカニカルシール２０６Ａ，２０６Ｂの各密封環２０８Ａ，２０８Ｂ，２０９Ａ，２０９Ｂに対向する突出環２１４，２１５の内周面及び外周面には、それぞれ凹溝２１７Ａ，２１７Ｂが周方向に形成され、各凹溝２１７Ａ，２１７ＢにはＯリングからなるシール部材２１６Ａ，２１６Ｂが挿入されている。そして、突出環２１４，２１５に対向する各密封環２０８Ａ，２０８Ｂ，２０９Ａ，２０９Ｂの周面にシール部材２１６Ａ，２１６Ｂが密接することによって両者間の流体の漏れが防止されている。

特開２００４−１８３９０１号公報

上記のようなロータリジョイント２０１は、より小型の回転機器への適用を可能にするために、小型化（小径化）が望まれている。しかし、ロータリジョイント２０１は、流入する流体の圧力に十分に耐え得る強度が必要であり、小型の回転機器であっても高圧の流体を扱う場合もあるため、小型化にも限界がある。特に、メカニカルシール２０６Ａ，２０６Ｂの密封環２０８Ａ，２０８Ｂ，２０９Ａ，２０９Ｂは、ロータリジョイント２０１の主要な機能部品であるため、小型化に伴って強度が低下することは、できるだけ避けることが望まれる。

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、メカニカルシールの強度を容易に高めることができ、それによって当該メカニカルシール、ひいてはロータリジョイントの小型化を可能にすることを目的とする。

本発明は、回転軸心方向に対向し、互いに相対回転する一対のジョイント構成部材と、互いに摺接する端面間で密封部を構成する一対の密封環を有し、前記一対のジョイント構成部材の間に同心状に配置された複数の環状のメカニカルシールと、を備え、この複数のメカニカルシールの相互間に、一方のジョイント構成部材に形成された流路と、他方のジョイント構成部材に形成された流路とを接続するシール領域が形成されているロータリジョイントであって、
一対のジョイント構成部材の少なくとも一方には、複数のメカニカルシールの間に突出する突出環が形成され、
前記メカニカルシールの密封環に対向する前記突出環の周面に、当該突出環の先端面を含む範囲で径方向に凹設されるとともに、前記密封環の周面との間にシール部材が挿入される凹陥部が形成され、
前記突出環に対向する前記密封環には、前記シール部材よりも先端側で径方向に膨出して前記凹陥部の周面に当接する、膨出部が形成され、
最も径方向外側に配置されたメカニカルシールの密封環は、その内周面に前記膨出部が設けられ、当該膨出部が前記突出環の外周面に形成された凹陥部の外周面に当接していることを特徴とする。

この構成によれば、突出環の周面には、その先端面を含む範囲で凹陥部が形成され、これに対して密封環の周面には、凹陥部に入り込む膨出部が形成されている。そして、このような膨出部を形成することによって密封環の強度が高められる。換言すると、このような膨出部を形成することによって密封環の強度を維持したまま小径化することが可能となり、その結果、ロータリジョイントの小型化が可能となる。

前記メカニカルシールが同心状に３つ以上配置されるとともに、これらメカニカルシールの各間にシール領域が形成され、
複数のシール領域のうち、より径方向内側に位置するものがより高圧の流体用のシール領域とされていることが好ましい。
ジョイント構成部材は、シール領域に流入した流体から圧力を受ける面積（受圧面積）が小さいほど受ける負荷は小さくなる。一方、ジョイント構成部材の受圧面積は、径方向内側のシール領域にあるものほど小さくなる。そのため、本発明では、各シール領域を流れる流体の圧力が相互に異なる場合には、より径方向内側のシール領域に対して、より高圧の流体を流入させることで、ロータリジョイントの全体でジョイント構成部材に付与される負荷を小さくすることができる。そして、ジョイント構成部材に付与される負荷が小さくなれば、その分ジョイント構成部材の強度を落とすことが可能となるので、ロータリジョイントをより小型化することができる。

本発明によれば、メカニカルシールの強度を容易に高めることができる。そのため、強度を維持したままメカニカルシールを小型化することができ、それによってロータリジョイント全体の小型化が可能となる。

本発明の実施の形態に係るロータリジョイントを回転中心を通る面で切断した断面図である。 同ロータリジョイントを、図１とは異なる面で切断した断面図である。 ロータリジョイントの要部を拡大して示す断面図である。 メカニカルシールのドライブピンを拡大して示す断面図である。 従来のロータリジョイントを示す要部の断面図である。

図１は、本発明の実施の形態に係るロータリジョイントを回転中心を通る面で切断した断面図、図２は、同ロータリジョイントを、図１とは異なる面で切断した断面図である。
図１及び図２に示すように、ロータリジョイント１０は、半導体製造装置等の回転機器に設けられたターンテーブル等の回転側部材１１と、これを回転自在に支持する装置本体等の固定側部材１２との間に配置されるものであり、固定側部材１２に取り付けられる第１のジョイント構成部材１３と、回転側部材１１に取り付けられる第２のジョイント構成部材１４とを備えている。第１のジョイント構成部材１３と第２のジョイント構成部材１４との間には、メカニカルシール１５Ａ〜１５Ｃが配置されている。

図１に示すように、第１のジョイント構成部材１３と第２のジョイント構成部材１４には、複数の流路３９〜４２が形成され、メカニカルシール１５Ａ〜１５Ｃは、各流路３９〜４２の相対回転部分をシールする。また、図２に示すように、第１のジョイント構成部材１３には、ドレン路５８が形成されている。

図１及び図２に示すように、第１のジョイント構成部材１３は、円盤状の第１基部１８を備え、この第１基部１８の中央には第１貫通孔１９が上下方向に貫通して形成されている。第１基部１８の外周と第１貫通孔１９の周囲とには、それぞれ外側環状壁２０と内側環状壁２１とが形成されている。また、第１基部１８の外周には、第１フランジ部２２が径方向外方に延設されている。図２に示すように、内側環状壁２１と第１フランジ部２２とには、それぞれボルト挿通孔２３，２４が周方向に間隔をあけて複数形成されており、このボルト挿通孔２３，２４に挿入されたボルトによって第１のジョイント構成部材１３が固定側部材１２に固定されている。また、第１基部１８と固定側部材１２との間には第１ガスケット２５が介装されている。

図２に示すように、第２のジョイント構成部材１４は、円盤状の第２基部２９を備え、この第２基部２９の中央には第２貫通孔３０が上下方向に貫通して形成されている。また、第２基部２９の外周には第２フランジ部３１が径方向外方に延設され、第２基部２９の内周部と第２フランジ部３１には、それぞれボルト挿通孔３２，３３が周方向に間隔をあけて複数形成されている。そして、このボルト挿通孔３２，３３に挿入されたボルトによって第２のジョイント構成部材１４が回転側部材１１に固定されている。また、第２基部２９と回転側部材１１との間には第２ガスケット３４が介装されている。
なお、第１，第２ガスケット２５，３４は、ニトリルゴム等の合成ゴム、合成樹脂、又は金属等、使用条件に応じて各種材料から形成されたものを適用することができる。

第１のジョイント構成部材１３と第２のジョイント構成部材１４との間であって内側環状壁２１と外側環状壁２０との間には、３つの環状のメカニカルシール（内メカニカルシール１５Ａ、中メカニカルシール１５Ｂ、外メカニカルシール１５Ｃ）が径方向に並列して配置されている。そして、各メカニカルシール１５Ａ〜１５Ｃの間には、それぞれ内側シール領域３７及び外側シール領域３８が形成され、内側シール領域３７及び外側シール領域３８は、図１に示すように、第１のジョイント構成部材１３に形成された第１内側流路３９及び第１外側流路４０と、第２のジョイント構成部材１４に形成された第２内側流路４１及び第２外側流路４２とをそれぞれ接続している。

また、内メカニカルシール１５Ａと内側環状壁２１との間には、内側ドレン領域４４が形成され、外メカニカルシール１５Ｃと外側環状壁２０との間には、外側ドレン領域４５が形成されている。

図１に示すように、第１のジョイント構成部材１３の第１基部１８の上面には、上方に突出する第１内側突出環４８と第１外側突出環４９とが径方向に並設されている。第１内側突出環４８は、内メカニカルシール１５Ａと、中メカニカルシール１５Ｂとの間に配置され、第１外側突出環４９は、中メカニカルシール１５Ｂと外メカニカルシール１５Ｃとの間に配置されている。言い換えると、内メカニカルシール１５Ａは、第１内側突出環４８と内側環状壁２１との間に配置され、中メカニカルシール１５Ｂは、第１内側突出環４８と第１外側突出環４９との間に配置され、外メカニカルシール１５Ｃは、第１外側突出環４９と、外側環状壁２０との間に配置されている。

第２のジョイント構成部材１４の第２基部２９の下面には、下方に突出する第２内側突出環５２と第２外側突出環５３とが径方向に並設されている。第２内側突出環５２は、内メカニカルシール１５Ａと、中メカニカルシール１５Ｂとの間に配置され、第２外側突出環５３は、中メカニカルシール１５Ｂと外メカニカルシール１５Ｃとの間に配置されている。

図１に示すように、固定側部材１２には、液体を流動させる２つの固定側流路５６Ａ，５６Ｂが形成されており、第１のジョイント構成部材１３には、これらの固定側流路５６Ａ，５６Ｂに連通する第１内側流路３９及び第１外側流路４０が形成されている。また、図２に示すように、固定側部材１２には、１つのドレン用固定側流路５７が形成されており、第１のジョイント構成部材１３には、このドレン用固定側流路５７に連通するドレン路５８が形成されている。
なお、固定側部材１２に形成された２つの固定側流路５６Ａ，５６Ｂとドレン用固定側流路５７とは、中心（回転軸心）Ｏからの距離が同一であり、周方向に関して異なる位置に形成されている。

図１に示すように、第１のジョイント構成部材１３の下面には、固定側部材１２の固定側流路５６Ａ，５６Ｂに連通する第１内側流路３９及び第１外側流路４０の連通口６１，６２と、図２に示すように、ドレン用固定側流路５７に連通するドレン路５８の連通口６３とが形成されている。これらの連通口６１〜６３は、第１ガスケット２５を貫通する孔として形成されている。

図１に示すように、第１内側流路３９は、第１内側突出環４８を上下方向に貫通する縦流路６６と、この縦流路６６の下端と連通口６１とを繋ぐ横流路６７とからなり、この横流路６７は、第１のジョイント構成部材１３の下面に形成された凹溝６８と、この凹溝６８を塞ぐ第１ガスケット２５とによって形成されている。

第１外側流路４０は、第１内側突出環４８と第１外側突出環４９との間で第１基部１８を上下方向に貫通する縦流路７０と、この縦流路７０の下端と連通口６２とを繋ぐ横流路７１とからなり、この横流路７１は、第１のジョイント構成部材１３の下面に形成された凹溝７２と、この凹溝７２を塞ぐ第１ガスケット２５によって形成されている。

図２に示すように、ドレン路５８は、内側環状壁２１と第１内側突出環４８との間で第１基部１８を上下に貫通する縦ドレン路５８Ａと、第１外側突出環４９と外側環状壁２０との間で第１基部１８を上下方向に貫通する縦ドレン路５８Ｂと、これらの縦ドレン路５８Ａ，５８Ｂと連通口６３とを繋ぐ横ドレン路５８Ｃとからなり、この横ドレン路５８Ｃは、第１のジョイント構成部材１３の下面に形成された凹溝７８と、この凹溝７８を塞ぐ第１ガスケット２５とによって形成されている。

以上のように、横流路６７，７１及び横ドレン路５８Ｃは、第１のジョイント構成部材１３の下面に形成された凹溝６８，７２，７８を第１ガスケット２５によって塞ぐことにより形成されているので、これら横流路６７，７１や横ドレン路５８Ｃを容易に形成することができるとともに、第１ガスケット２５を取り外すことによって第１内側流路３９、第１外側流路４０、及びドレン路５８の清掃等のメンテナンスを容易に行うことができる。

図１に示すように、回転側部材１１には、液体を流動させる２つの回転側流路８２Ａ，８２Ｂが形成されており、第２のジョイント構成部材１４には、これらの回転側流路８２Ａ，８２Ｂに連通する第２内側流路４１及び第２外側流路４２が形成されている。
なお、回転側部材１１に形成された２つの回転側流路８２Ａ，８２Ｂは、中心Ｏからの距離が同一で、周方向に関して異なる位置に形成されている。

第２のジョイント構成部材１４の上面には、回転側部材１１の回転側流路８２Ａ，８２Ｂに連通する第２内側流路４１及び第２外側流路４２の連通口８５，８６が形成されている。これらの連通口８５，８６は、第２ガスケット３４を貫通する孔として形成されている。

図１に示すように、第２内側流路４１は、第２内側突出環５２を上下方向に貫通する縦流路８９と、この縦流路８９の上端と連通口８５とを繋ぐ横流路９０とからなり、この横流路９０は、第２のジョイント構成部材１４の下面に形成された凹溝９１と、この凹溝９１を塞ぐ第２ガスケット３４とによって形成されている。

第２外側流路４２は、第２内側突出環５２と第２外側突出環５３との間で第２基部２９を上下方向に貫通する縦流路９３と、この縦流路９３の上端と連通口８６とを繋ぐ横流路９４とからなり、この横流路９４は、第２のジョイント構成部材１４の上面に形成された凹溝９５と、この凹溝９５を塞ぐ第２ガスケット３４によって形成されている。

以上のように、横流路９０，９４は、第２のジョイント構成部材１４の上面に形成された凹溝９１，９５を第２ガスケット３４によって塞ぐことで形成されているので、これら横流路９０，９４を容易に形成することができるとともに、第２ガスケット３４を取り外すことで、第２内側流路４１及び第２外側流路４２の清掃等のメンテナンスを容易に行うことができる。

図２に示すように、各メカニカルシール１５Ａ〜１５Ｃは、第１のジョイント構成部材１３に取り付けられた第１密封環１００Ａ〜１００Ｃと、第２のジョイント構成部材１４に取り付けられた第２密封環１０１Ａ〜１０１Ｃとを備え、第１密封環１００Ａ〜１００Ｃの先端面（上面）と第２密封環１０１Ａ〜１０１Ｃの先端面（下面）とが当接している。なお、本実施形態では、３列のメカニカルシール１５Ａ〜１５Ｃを区別するために、径方向内側から内メカニカルシール１５Ａ、中メカニカルシール１５Ｂ、外メカニカルシール１５Ｃと呼称する。また、これらメカニカルシール１５Ａ〜１５Ｃの第１密封環１００Ａ〜１００Ｃについても、径方向内側から第１内密封環１００Ａ、第１中密封環１００Ｂ、第１外密封環１００Ｃと呼ぶことがある。同様に、第２密封環１０１Ａ〜１０１Ｃについても、径方向内側から第２内密封環１０１Ａ、第２中密封環１０１Ｂ、第２外密封環１０１Ｃと呼ぶことがある。

各第１密封環１００Ａ〜１００Ｃは、周方向の複数箇所において、圧縮コイルばねからなる付勢部材１０２によって上方に付勢されている。また、各第１密封環１００Ａ〜１００Ｃは、周方向の複数箇所において、第１基部１８に植設された第１ドライブピン１０３に係合し、周方向の移動が阻止されている。
各第２密封環１０１Ａ〜１０１Ｃには、周方向の複数箇所において、第２基部２９を係合する第２ドライブピン１０４が取り付けられ、各第２密封環１０１Ａ〜１０１Ｃの周方向の移動が阻止されている。

図４は、メカニカルシールの第２ドライブピンの周囲を拡大して示す断面図である。なお、この図４には、内メカニカルシール１５Ａの第２ドライブピン１０４が例示されているが、他のメカニカルシール１５Ｂ，１５Ｃの第２ドライブピン１０４についても同様の構造である。内メカニカルシール１５Ａの第２密封環１０１Ａの周方向の移動を阻止する第２ドライブピン１０４は、上端部に大径の頭部１０５を備え、下端部に雄ネジ部１０６を備えている。そして、第２ドライブピン１０４は、第２のジョイント構成部材１４の第２基部２９を貫通する座ぐり孔１０７に挿入されている。

一方、第２密封環１０１Ａの上面には、雌ネジ穴１０８が形成されており、この雌ネジ穴１０８に第２ドライブピン１０４の雄ネジ部１０６を螺合することによって、第２ドライブピン１０４と第２密封環１０１Ａとが連結されている。そして、第２ドライブピン１０４の頭部１０５が座ぐり孔１０７に係合することによって、第２密封環１０１Ａの脱落を防止することができ、これにより、回転側部材１１に対する第２のジョイント構成部材１４の組み付け作業を簡単且つスムーズに行うことができる。

図３は、ロータリジョイント１０の要部を拡大して示す断面図であり、図面の右側が回転中心側であり、左側が径方向外側である。
第１のジョイント構成部材１３に形成された第１内側突出環４８の内周面４８ａと、第１内密封環１００Ａの外周面１００Ａａとは摺動可能に当接している。また、第１内側突出環４８の外周面４８ｂと、第１中密封環１００Ｂの内周面１００Ｂａとは摺動可能に当接している。

第１内側突出環４８の内周面４８ａには、第１内側突出環４８の先端面（上面）４８Ａを含む範囲で径方向外方に凹設された内周凹陥部１１２が形成されている。そして、内周凹陥部１１２には、第１内密封環１００Ａの外周面１００Ａａとの間をシールするシール部材１１８が挿入されている。

第１内側突出環４８の外周面４８ｂには、同じく先端面４８Ａを含む範囲で径方向内方に凹設された外周凹陥部１１３が形成されている。そして、外周凹陥部１１３には、第１中密封環１００Ｂの内周面１００Ｂａとの間をシールするシール部材１２０が挿入されている。
なお、シール部材１１８，１２０は、フッ素ゴムやニトリルゴムなどの合成ゴム材料から形成されたＯリングとされている。ただし、このシール部材１１８，１２０の材料や種類は限定されるものではない。また、後に説明する他のシール部材１３５，１２７，１２９，１４０についても同様である。

これに対して、第１内密封環１００Ａの外周面１００Ａａの、シール部材１１８よりも先端側には、第１内側突出環４８の内周凹陥部１１２に入り込む外周膨出部１１５が径方向外方に膨出して形成されており、この外周膨出部１１５の外周面１１５ａは、内周凹陥部１１２の内周面１１２ａに摺動可能に当接している。
また、第１中密封環１００Ｂの内周面１００Ｂａの、シール部材１２０よりも先端側には、第１内側突出環４８の外周凹陥部１１３に入り込む内周膨出部１１６が径方向内方に膨出して形成されており、この内周膨出部１１６の内周面１１６ａは、外周凹陥部１１３の外周面１１３ａに摺動可能に当接している。

第１のジョイント構成部材１３に形成された第１外側突出環４９の外周面４９ｂと、外メカニカルシール１５Ｃの第１外密封環１００Ｃの内周面１００Ｃａとは摺動可能に当接している。
また、第１外側突出環４９の外周面４９ｂには、当該第１外側突出環４９の先端面（上面）４９Ａを含む範囲で径方向内方へ凹設された外周凹陥部１３２が形成されている。そして、この外周凹陥部１３２には、第１外密封環１００Ｃの内周面１００Ｃａとの間をシールするシール部材１３５が挿入されている。
これに対して、第１外密封環１００Ｃの内周面１００Ｃａの、シール部材１３５よりも先端側には、外周凹陥部１３２に入り込む内周膨出部１３３が径方向内方へ膨出して形成されている。この内周膨出部１３３の内周面１３３ａは、外周凹陥部１３２の外周面１３２ａに摺動可能に当接している。

第２のジョイント構成部材１４に形成された第２内側突出環５２の内周面５２ａと、内メカニカルシール１５Ａの第２内密封環１０１Ａの外周面１０１Ａａとは摺動可能に当接している。また、第２内側突出環５２の外周面５２ｂと、第２中密封環１０１Ｂの内周面１０１Ｂａとは摺動可能に当接している。

第２内側突出環５２の内周面５２ａには、第２内側突出環５２の先端面（下面）５２Ａを含む範囲で径方向外方に凹設された内周凹陥部１２１が形成されている。そして、内周凹陥部１２１には、第２内密封環１０１Ａの外周面１０１Ａａとの間をシールするシール部材１２７が挿入されている。

第２内側突出環５２の外周面５２ｂには、同じく先端面５２Ａを含む範囲で径方向内方に凹設された外周凹陥部１２２が形成されている。そして、外周凹陥部１２２には、第２中密封環１０１Ｂの内周面１０１Ｂａとの間をシールするシール部材１２９が挿入されている。

第２内密封環１０１Ａの外周面１０１Ａａの、シール部材１２７よりも先端側（下側）には、第２内側突出環５２の内周凹陥部１２１に入り込む外周膨出部１２４が径方向外方に膨出して形成されており、この外周膨出部１２４の外周面１２４ａは、内周凹陥部１２１の内周面１２１ａに摺動可能に当接している。
また、第２中密封環１０１Ｂの内周面１０１Ｂａの、シール部材１２９よりも先端側（下側）には、第２内側突出環５２の外周凹陥部１２２に入り込む内周膨出部１２５が径方向内方に膨出して形成されており、この内周膨出部１２５の内周面１２５ａは、外周凹陥部１２２の外周面１２２ａに摺動可能に当接している。

第２のジョイント構成部材１４に形成された第２外側突出環５３の外周面５３ｂと、外メカニカルシール１５Ｃの第２外密封環１０１Ｃの内周面１０１Ｃａとは摺動可能に当接している。
また、第２外側突出環５３の外周面５３ｂには、当該第２外側突出環５３の先端面（下面）５３Ａを含む範囲で径方向内方へ凹設された外周凹陥部１３７が形成されている。そして、この外周凹陥部１３７には、第２外密封環１０１Ｃの内周面１０１Ｃａとの間をシールするシール部材１４０が挿入されている。
これに対して、第２外密封環１０１Ｃの内周面１０１Ｃａの、シール部材１４０よりも先端側（下側）には、外周凹陥部１３７に入り込む内周膨出部１３８が径方向内方へ膨出して形成されている。この内周膨出部１３８の内周面１３８ａは、外周凹陥部１３７の外周面１３７ａに摺動可能に当接している。

以上のように、内側突出環４８，５２や外側突出環４９，５３には、凹陥部１１２，１１３，１２１，１２２，１３２，１３７が形成され、これに対して各密封環１００Ａ，１０１Ａ，１００Ｂ，１０１Ｂ，１００Ｃ，１０１Ｃには膨出部１１５，１１６，１２４，１２５，１３３，１３８が形成されている。そして、各密封環１００Ａ，１０１Ａ，１００Ｂ，１０１Ｂ，１００Ｃ，１０１Ｃは、膨出部１１５，１１６，１２４，１２５，１３３，１３８が形成されることによって肉厚が増し、図５に示す従来技術と比較して、強度が向上されている。言い換えると、このような膨出部１１５，１１６，１２４，１２５、３３，１３８を形成することによって、強度を落とすことなく各密封環１００Ａ，１０１Ａ，１００Ｂ，１０１Ｂ，１００Ｃ，１０１Ｃを小型化（小径化）することが可能となり、これによってロータリジョイントの小型化が可能となっている。

内メカニカルシール１５Ａと中メカニカルシール１５Ｂとの間に形成される内側シール領域３７は、第１内側流路３９と第２内側流路４１との間を流れる流体が流入し、その流体の圧力は、各メカニカルシール１５Ａ，１５Ｂの周面や第１内側突出環４８、第２内側突出環５２等に付与される。特に、第１，第２のジョイント構成部材１３，１４は、内側シール領域３７において内側突出環４８，５２の径方向の幅Ｗ１の範囲で流体の圧力を受ける。

同様に、中メカニカルシール１５Ｂと外メカニカルシール１５Ｃとの間に形成される外側シール領域３８は、第１外側流路４０と第２外側流路４２との間を流れる流体が流入し、その液体の圧力は、各メカニカルシール１５Ｂ，１５Ｃの周面や第１，第２外側突出環４９，５３、第１基部１８の上面、第２基部２９の下面等に付与される。特に第１，第２のジョイント構成部材１３，１４は、外側シール領域３８において、第１，第２外側突出環４９，５３の径方向幅と第１，第２基部１８，２９の上面及び下面の径方向幅とを合わせた径方向幅Ｗ２の範囲で流体の圧力を受けるようになっている。

ここで、第１，第２のジョイント構成部材１３，１４は、流体から圧力を受ける受圧面積が小さいほど負荷が小さくなり、これらの受圧面積は、中心Ｏからの距離が短い（直径が小さい）ほど小さい。したがって、ロータリジョイントを流れる複数の流体の圧力が異なる場合には、第１，第２のジョイント構成部材１３，１４の受圧面積がより小さくなる内側シール領域３７に対してより高圧の流体を流入させるようにすれば、第１，第２のジョイント構成部材１３，１４に対する負荷を全体として小さくすることが可能となる。
そして、第１，第２のジョイント構成部材１３，１４に対する負荷が小さくなれば、これらの強度を落とすことも可能となるので、第１，第２のジョイント構成部材１３，１４の小型化が実現する。
すなわち、上述のようなメカニカルシール１５Ａ〜１５Ｃの強度アップと、第１，第２のジョイント構成部材１３，１４の負荷低減により、ロータリジョイントの小型化が可能になる。

貫通孔１９，３０の内部や、ロータリジョイント１０の周囲には、通常、回転機器の電気配線や電気部品が配置されているので、各メカニカルシール１５Ａ，１５Ｃから漏れた流体が貫通孔１９，３０内やロータリジョイント１０の周囲の電気配線や電気部品に付着すると、故障や不具合の原因になる可能性がある。

そのため、本実施形態では、第１のジョイント構成部材１３に形成された内側環状壁２１が、内メカニカルシール１５Ａにおける第１内密封環１００Ａと第２内密封環１０１Ａとの接触面よりも高く形成されており、これにより、当該接触面から漏れた流体が、内側環状壁２１を越えて、貫通孔１９，３０側へ到るのを防止している。そして、当該接触面から漏れた流体は、矢印ａで示すように、内側ドレン領域４４を通ってドレン路５８に導かれ、機外へ排出される。

同様に、第１のジョイント構成部材１３に形成された外側環状壁２０は、外メカニカルシール１５Ｃにおける第１外密封環１００Ｃと第２外密封環１０１Ｃとの接触面よりも高く形成されている。これにより、当該接触面から漏れた流体が、外側環状壁２０を越えてロータリジョイント１０の外側へ到るのを防止している。そして、当該接触面から漏れた流体は、矢印ｂで示すように、外側ドレン領域４５を通ってドレン路５８に導かれ、機外へ排出される。

なお、図１及び図２に示すように、本実施形態のロータリジョイント１０は、第１のジョイント構成部材１３と、第２のジョイント構成部材１４とが、軸受等を介して直接的には連結されておらず、それぞれ固定側部材１２と回転側部材１１とに対する相対位置を適切に定めることによって第１のジョイント構成部材１３と第２のジョイント構成部材１４との相対位置も適切に定められている。したがって、前述のようにロータリジョイント１０を流れる流体の圧力によって、第１のジョイント構成部材１３と第２のジョイント構成部材１４との連結部分に負担が及ぶことは無い。また、第１のジョイント構成部材１３と第２のジョイント構成部材１４との間には、軸受等の部品が介在しないことから、当該部品を設けるスペースを確保する必要がない。そのため、ロータリジョイント１０の直径を可及的に小さくすることができ、小型化することが可能である。

本発明は、上記実施形態に限定されることなく特許請求の範囲に記載された範囲内で適宜設計変更可能である。また、本発明に係るロータリジョイント１０が適用される回転機器についても特に限定されるものではない。特に、本発明のロータリジョイント１０は、径方向の小型化が可能であることから、比較的小型な精密機器や医療機器等にも好適に採用することが可能である。

本発明は、第１，第２のジョイント構成部材１３，１４の一方のみ、内側突出環４８，５２及び外側突出環４９，５３の一方のみ、又は、各突出環４８，４９，５２，５３の内周面及び外周面の一方のみに、凹陥部を形成したものであってもよい。

１０： ロータリジョイント
１１： 回転側部材
１２： 固定側部材
１３： 第１のジョイント構成部材
１４： 第２のジョイント構成部材
１５Ａ〜１５Ｃ： メカニカルシール
３７： 内側シール領域
３８： 外側シール領域
３９： 第１内側流路
４０： 第１外側流路
４１： 第２内側流路
４２： 第２外側流路
４８： 第１内側突出環
４８Ａ： 第１内側突出環の先端面
４９： 第１外側突出環
４９Ａ： 第１外側突出環の先端面
５２： 第２内側突出環
５２Ａ： 第２内側突出環の先端面
５３： 第２外側突出環
５３Ａ： 第２外側突出環の先端面
１００Ａ〜１００Ｃ： 第１密封環
１０１Ａ〜１０１Ｃ： 第２密封環
１１２： 内周凹陥部
１１３： 外周凹陥部
１１５： 外周膨出部
１１６： 内周膨出部
１１８： シール部材
１２０： シール部材
１２１： 内周凹陥部
１２２： 外周凹陥部
１２４： 外周膨出部
１２５： 内周膨出部
１２７： シール部材
１２９： シール部材
１３２： 外周凹陥部
１３３： 内周膨出部
１３５： シール部材
１３７： 外周凹陥部
１３８： 内周膨出部
１４０： シール部材

Claims (2)

1. 回転軸心方向に対向し、互いに相対回転する一対のジョイント構成部材と、互いに摺接する端面間で密封部を構成する一対の密封環を有し、前記一対のジョイント構成部材の間に同心状に配置された複数の環状のメカニカルシールと、を備え、この複数のメカニカルシールの相互間に、一方のジョイント構成部材に形成された流路と、他方のジョイント構成部材に形成された流路とを接続するシール領域が形成されているロータリジョイントであって、
   一対のジョイント構成部材の少なくとも一方には、複数のメカニカルシールの間に突出する突出環が形成され、
   前記メカニカルシールの密封環に対向する前記突出環の周面に、当該突出環の先端面を含む範囲で径方向に凹設されるとともに、前記密封環の周面との間にシール部材が挿入される凹陥部が形成され、
   前記密封環の周面には、前記シール部材よりも先端側で径方向に膨出し、前記凹陥部の周面に当接する、膨出部が形成され、
   最も径方向外側に配置されたメカニカルシールの密封環は、その内周面に前記膨出部が設けられ、当該膨出部が前記突出環の外周面に形成された凹陥部の外周面に当接していることを特徴とするロータリジョイント。
2. 前記メカニカルシールが同心状に３つ以上配置されるとともに、これらメカニカルシールの各間にシール領域が形成され、
   複数のシール領域のうち、より径方向内側に位置するものがより高圧の流体用のシール領域とされている請求項１に記載のロータリジョイント。

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