JPH06505548A - ロータリジョイント装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ロータリジョイント装置 技術分野 この発明は回転部材が水などの冷却液の供給を必要とする場合の使用に適したロ ータリジョイントに関する。

背景技術 例えば、鋼製スラブの鋳造装置に備えるローラのように温度が１０００℃を越え る環境で使用される回転部材は多くの場合に冷却液を必要とする。このようなロ ーラに対する冷却液の供給はロータリジョイントを介して行われる。

この発明の説明は上記のケース（スラブ鋳造ローラに冷却水を分配するロータリ ジョイント）を例にとって説明されるが、この発明は回転部材に液体供給が必要 な場合に一般的に適用されると理解されるべきである。

ローラに冷却液を供給する場合に、静止位置からの冷却液の供給はローラの回転 に合わせて行う必要がある。さらに、冷却液の供給ホースの摩耗を減らし、障害 や破損を防止するには供給ホースとロータリジョイントの間に所定の関係を維持 する必要がある。したがって、ジョイントは以下の記載ではステータとロータと 称する部材を備えている。ステータは静止した冷却液供給部への接続を許容し、 ロータはローラの回転運動に応動する。

ローラはベアリングに支持されるが、このベアリングは潤滑液による潤滑を要す る。潤滑液には一般に水が使用される。潤滑液はベアリングを汚染による破損や 寿命の短縮から守るために冷却液と分離しておく必要がある。このため、ロー夕 部材とステータ部材の間にはグリースシールが必要となる。

従来技術においてはこれらの問題に対処するために、例えば日本の山田工業株式 会社や米国、ドイツ及び英国のデュブリン社が製造しているような複雑なジョイ ンドを必要としていた。

デュブリン社による設計の一例は図１に示される。これは２方向式水流ジヨイン トである。冷却水は回転体（例えばローラのような）にバイブ１２を囲むチャネ ル１０を介して入口１４から供給され、バイブ１２の内側を通って出口１６に達 する（あるいはその逆）。これは、バイブ１２を取り去り、出口１６を塞ぐこと で一方向式のロータリジヨイントになる。ロータ１８はねじ切りをしたバイブを 介してロータリボディに固定される。ロータ１８はボールベアリング２０．２２ に支持され、ロータリシールによりシールされる。ロータリシールは静止位置に 固定されたカーボングラファイト（あるいはタングステンカーバイド）のシール ２６に接して回転するセラミックシール２４を備える。固定シールはステンレス 鋼製の波形はね２８により回転シール２４に向けて付勢され、回転シール２４に 接触状態に保持される。適切に機能するにはシール面が実質的に一定の力で接触 し合い、シール面が良くなじんでいる必要がある。なじみを良くするためにシー ル面は”光学定盤”レベル（誤差０．００００２３インチ以内の精度）の平面に 研磨される。

同様に図２に示される山田の設計においては、冷却水は入口４０から導かれてバ イブ４２に沿って流れ、バイブ４２の内側を通って出口４４から流出する（ある いはその逆）。静止シャフト４６は冷却水供給ヘッド４８と、外側ケーシング５ ０の一部をなすロータとを支持する。ケーシング５０はサーメツト製乾式ベアリ ング５２の周囲を回転する。エンドカバー５４はロータとジヨイントの使用対象 である回転体（ローラ）とを結合する。ロータリシールはエンドカバー５４を静 止シャフト４６から隔離するもので、”精密接合型”のセラミック製静止シール ５６と、これと共働する”精密接合型”のフローティングシール５８からなる。

ノール５６と５８はスプリング６０により接触状態に保持される。この場合も、 シールひいてはジヨイントが有効に機能するように、デュブリンの設計と同様に シール５６と５８の接触面を高精度に研磨する必要がある。

以上の従来技術によるロータリジヨイントは数多くのパーツを必要とする。これ らのパーツの一つでも破損すれば、ジヨイントの機能が損なわれ、やがてはジヨ イントそのものや、ローラを支持するベアリングの破損に至る。スラブ鋳造のよ うに苛酷で高温の環境においては、スプリングの付勢力を常に理想的ないし均一 に維持することは難しく、シール接触面にほこりが侵入して、接触面のなじみを 悪くする恐れがある。その結果、冷却水がロータリジヨイントのベアリングを汚 し、ベアリングの不具合を誘発する恐れがある。さらに、シール接触面にいった ん隙間が生じると、冷却水は（圧力のかかった状態においては）どんな小さな隙 間にも侵入し、シール接触面の損耗を大いに加速する。こうした環境においては スプリングも腐食して弱（なりがちだが、これは要求されるシール能力をさらに 低下させる要因となる。

山田及びデュブリンによるロータリジヨイントはさらに、ジヨイントをローラの ベアリングハウジングのしかるべき位置に固定するブラケットをそれぞれ必要と する。種々のサイズのローラを数百側も使用する銅製スラブの鋳造装置では、各 ローラが１個ないし２個のジヨイントを必要とすることを考えると、これは高価 につく。さらに、これらのジヨイントは長さが長く、適用形態によってはスペー ス的な問題を生じ、また片持ち支持による大きなモーメントを発生させるために ジヨイントの支持をこれに耐えるようにしなければならない。

発明の開示 この発明は、別のロータリジヨイント装置を提供することにより、従来技術の問 題点を克服し、あるいは少な（とも実質的に改善する道を探るものである。

この発明の目的は、一体化された支持手段を備えたロータリジヨイント装置を提 供することである。

この発明の別の目的は、ロータ用の静止シールを備えたロータリジヨイント装置 を提供することである。

この発明の目的は高精度接合のシール面をもった回転シールを必要としないロー タリジヨイント装置を提供することである。

この発明によるロータリジヨイント装置は静止した導管手段を設けたステータを 備え、導管手段により静止部材と回転部材からなる動作中の回転体にジヨイント を介して冷却液を供給する。また、ステータと相対回転するロータを倫える。

さらに、このロータリジヨイント装置は以下の特徴を備える。

ステータは、動作中の回転体の静止部材にジヨイントを係止する手段を一体化し たハウジングを備える。

ロータは回転体の回転部材に結合するために、前記ハウジングの内側に導管手段 を囲んで同軸的に配設された間隔保持手段を備える。

ロータのステータに対する回転を許容する静止シール手段が、前記ステータに固 定してステータとロータの間に配置される。

好ましくは、静止ソールはニトリル酸とする。

図面の簡単な説明 この発明の好ましい実施例は、以下の図面を参照しつつ説明される。

図１は第１の従来例を示すロータリジヨイントの構成図である。

図２は第２の従来例を示すロータリジヨイントの構成図である。

図３及び３ａはこの発明の第１の実施例によるロータリジヨイントの全体及び部 分断面図である。

図４は図３の一端の側面図である。

図５はこの発明の第２の実施例によるロータリジヨイントの断面図である。

図６は図５の一端の側面図である。

発明の好ましい実施形式 図３と４に示すように、ロータリジヨイントの第１の実施例は、軟鋼製のアウタ ケーシングア０を備える。冷却水供給パイプ７２がこのケーシング７０の入ロニ ツブル７４から背面へと貫通する。ケーシングにはフランジ７６と内部チャンバ ７８とが形成される。内部チャンバ７８はバイブ７２と同軸上に構成される。

図４に示すように、フランジ７６にはこのジヨイント装置をベアリングハウジン グ（図示せず）にねじ切りをしたポルト７７を介して固定するための穴が数多く 形成される。

チャンバ７８にはねじ付きの銅製ブツシュ８２がフランジ７６に向けて収装され る。ブツシュ８２には環状の突出部８６を備えたボア８４が形成される。ブツシ ュ８２はフランジ８８をＯリング９０の上に当接した状態で、円形クリップ９２ によりケーシング７０内の所定位置に係止される。

チャンバ７８へ冷却水へ還流させるべく、挿入管９４が供給間７２の周囲に通路 ９６を構成する。挿入管９４はバイブ７２と同軸上に配設され、かつバイブ７２ との間に間隔かあ（ような内径を備える。挿入管９４の一端はブツシュ８２の突 出部８６の内側に侵入し、もう一端はブツシュ８３からフランジ７６を越えて突 出し、挿入管フランジ１００を支持する。挿入管フランジ１００はローラに固定 するための数多くの穴１０２を備える。

挿入管９４とブツシュ８２の間の隙間はフロントシール１０８とリヤメインシー ル１１０により密封される。フロントシール１０８は二重Ｏリングタイプのグリ ースシールで円形クリップ１０４とスペーサ１０６により所定位置に係止される 。二重０リング１０８は（図３に示すように）突出部８６の正面に保持される。

突出部８６はＯリング支持用のブツシュとして機能する。突出部の後方にはメイ ンウォータシール１１０が円形クリップ１１２により係止される。シール１００ は例えばニトリルで構成されるが、水中で使用可能な適当な材料であればいかな る材料で構成しても良い。この発明においてこのシールはまたジヨイントのロー タ部材である挿入管９４を支持する「ベアリング」としても機能する。従来例が 必要とした分割式のベアリングは不要である。

図３のグリースシールの配置を変更した例を図３ａに示す。ここでは、０リング １０８とＯリング装着用ブツシュ８６が、グリースシール１１３（図３と共通す るシール１１０と同形状のもの）と、より幅広の装着用ブツシュ１１５とに置き 換えられる。スペーサ１０６は省略され、円形クリップ１１７は円形クリップ１ ０４と同機能を備える。この変更により、ロータリジヨイント装置の構成が単純 化され、所要部品の共通性が高まる。

挿入管９４はジヨイントの使用目的に応じてその分野で知られたいかなる材料で も構成し得る。例えばスラブ鋳造ローラの冷却水を供給するためのロータリジヨ イントの場合はステンレス鋼が適当であることが認められている。また、耐久性 を高めるためにクロムメッキを施しても良い。

図３と図４に示したのは２方向水流式のロータリジヨイントであるが、これを１ 方向水流式に変更するには、出口ニップル８０を盲栓（図６の部材１３４に相当 ）で封鎖すれば良い。

次に図５と図６を用いてこの発明の第２の実施例を説明する。ここではジョイン トケーシングは切り離し可能な２個の部材として構成され、第１の部材である正 面部１２０はジヨイント装置をスクリューねじ付きポルト１２３によりローラの ベアリングハウジングに固定するためのフランジ１２２を備える。第２の部材は 取り外し可能な後端部１２４である。正面部１２０は後端部１２４にアレンスク リュー１２５により固定される。後端部１２４は入口ニップル１２６と出口ニッ プル１２８を備え、入口ニップルはバイブ１３０の内側に連通し、出口ニップル はチャンバ１３２に連通ずる。チャンバ１３２はバイブ１３０と後端部１２４の 壁面との間に形成される。盲栓１３４は１方向冷却水流式のジヨイントを構成す る場合の入口及び出口ニップルの閉鎖構造を示す。

後端部１２４は正面部１２０にフランジ１３６を介してボルトで固定され、固定 部は溝１４０内に収装されたＯリング１３８によりシールされる。フランジ１３ ６の内側において後端部１２４に突設部１４２が侵入する。突設部１４２はシー ル１４４と後ろ向きに突出する正面部１２０のフランジ１４６とを支持する。

シール１４４はジヨイントの水遮断用のメインシールである。バイブ１３０の周 囲に筒状の間隔保持部材１４８が支持され、これにより還流冷却水の通路１５０ が構成される。間隔保持部材１４８は正面部１２０の環状部１５２により所定位 置に保持され、間隔保持部材の端はシール１４４に接触状態に保持される。シー ル１４４は例えばニトリルで構成されるが、従来良く知られている使用可能な他 の適当な材料であれば何でも使用することができる。

間隔保持部材１４８はローラ（図示せず）のエンドキャップ１５４（鎖線で示さ れる）を支持し、ジヨイント装置のロータ部材（前記定義による）を構成する。

正面部１２０とエンドキャップ１５４との間にはグリースシール１５６が配設さ れる。

バイブ１３０は後端部１２４と一体に形成しても良いし、後端部１２４から取り 外せるように独立したチューブとしても良い。後者の場合、バイブ１３０はスク リーユねじ付きのリテーナボルト１６０とＯリング１６４により所定位置に固定 される。

ケーシングの正面部１２０と後端部１２４は軟鋼あるいは一般にこの種の用途に 使用されている他の材料で構成される。０リング１３８，１６４の材料にはニト リルが使用され、シール１５６はニトリルあるいは目的に適った他の同様の材料 で構成される。間隔保持部材１４８はステンレス鋼で構成され、好ましくはシー ル１４４と接触する端部１６８にはクロムメッキを施し、曲面加工あるいは面取 り加工をしておく。

使用状態ではロータリジヨイントはフランジ７６または１２２をローラにボルト 止めされる。挿入管９４あるいは間隔保持部材１４８はローラのエンドキャップ （図示せず）に固定される。後者の実施例の場合は既存のエンドキャップは間隔 保持部材１４８に適合するように設計変更を要するかもしれない。前者の実施例 の場合には挿入管９４に支持されたフランジ１００により挿入管９４の固定が行 われる。入口ニップルには冷却水供給マニホールドから導かれた入口用冷却水ホ ースが接続される。冷却水はバイブ７２，１３２を介してローラへと流れ、通路 ９６と１５０を介してケーシングのチャンバ７８，１３２へ還流し、出口８０． １２８から流出する。いずれの実施例においてもシール１１０，１４４はローラ （挿入管９４ないし間隔保持部材１４８）のベアリングとして機能する一方で、 ローラの潤滑油と冷却水との混合を防止する。

これらのロータリジヨイントは従来例より長さが短く、限られたスペースにも配 設可能である。また構成がより簡易である。さらにジヨイントの構成部品がより 少なくなり、しかもこれらは容易に入手できる。つまり、シール接触面の高精度 接合は必要ない。

このロータリジヨイントはロータリボディの熱膨張を許容するように設計されて いる。スラブ鋳造過程での高温環境はロールに線膨張をもたらす。このため、ア ウタケーシング７０（図３参照）は挿入管フランジ１００と挿入管９４の線膨張 を許容するだけの十分なりリアランスを内部に備える。同じようにフランジ１２ ２（図５参照）もエンドキャップ１５４の線膨張を許容する十分な内部クリアラ ンスを備え、後端部１２４も円筒間隔保持部材１４８の線膨張を許容する十分な 内部クリアランスを備える。

この発明によるロータリジヨイント装置の他の特長は、標準的なマウント構造に より様々なマウント用のブラケットを用意する必要がないこと、（図５と６の第 ２の実施例に示されるように）正面部に対してステータ部材の後端部を回転変位 させるのみで、ジヨイントを非標準的な結合条件に対応させることができ、した がってスペアの入口及び出口を設けることが可能なこと、ステータ部材がロータ リジヨイントをローラのベアリングハウジングに係止するためのマウント用の主 ブラケットとして機能することに加えて、ジヨイント装置の内部に冷却水を貯留 する冷却水用チャンバをも提供できること、ロークリジヨイント装置内部にベア リングを備える必要がなく、静止した水及びグリースシールのみを必要とするこ とである。

この発明は数多くの設計変更が可能であり、以上の記載は説明のために例を挙げ たものに過ぎない。好ましい実施例の形でこの発明を説明したが、この分野の専 門家の知識の範囲で他の様々な設計変更が可能である。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．静止部材と回転部材からなる動作中の回転体にジョイントを介して冷却液を 供給する静止した導管手段を設けたステータと、このステータに対して回転可能 なロータとを備えたロータリジョイント装置において下記の特徴を備える。 ステータはジョイントを回転体の静止部材に係止する手段を一体化したハウジン グを備え、 ロータは前記ハウジングの内側において前記導管手段の周囲に同軸的に配設され て前記ロータを回転体の回転部材に結合する間隔保持手段を備え、前記ステータ に固定されてステータに対するロータの回転を許容する静止シール手段をステー タとロータの間に備える。
2. ２．ハウジングが正面部と後端部からなる２個の部材に分割され、前記係止手段 が正面部に設けられ、導管手段が後端部に設けられた請求の範囲１記載のロータ リジョイント装置。
3. ３．ステータがステータハウジングとロータとの間にブッシュ手段を備え、静止 シール手段がこのブッシュ手段に支持される請求の範囲１記載のロータリジョイ ント装置。
4. ４．間隔保持手段の一端がブッシュ手段から突出し、もう一端が回転体にフラン ジ手段を介して結合する請求の範囲３記載のロータリジョイント装置。
5. ５．静止シールが正面部と後端部との間に配設された請求の範囲２記載のロータ リジョイント装置。
6. ６．静止シールがニトリル製である請求の範囲４記載のロータリジョイント装置 。
7. ７．静止シールがニトリル製である請求の範囲５記載のロータリジョイント装置