CN104428572A - 旋转接头 - Google Patents

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Abstract

在固定轴部(8a)嵌合至设置于壳构件(7)的嵌合孔(7a)的滑动间隙(G1)中，设置在允许固定轴部(8a)的轴向的移动的同时仅对该滑动间隙(G1)中流体向下游侧方向的流动选择性地进行密封的作为间隙密封部的唇形密封件(12)，具备设置于固定流路(8f)的端部的上游侧并以比该固定流路(8f)的流路内径(d1)小的流路直径(d2)的节流孔(18c)设置的节流部(18)。由此，通过流体在节流部(18)中向下游流动所产生的差压而使滑动间隙(G1)内的流体向固定流路(8f)流动，并与异物(20)一起排出至固定流路(8f)。

Description

旋转接头
技术领域
本发明涉及一种为了向旋转部输送流体而使用的旋转接头(Rotaryjoint)。
背景技术
在向机床的主轴等在工作时处于旋转状态的旋转部输送冷却用的冷却剂等流体的流体输送机构中，作为将被固定的流体输送配管与旋转部的流路进行连接的流体接头，使用旋转接头。旋转接头为如下结构：将与旋转部结合而旋转的旋转轴和与流体输送配管连接的固定轴以同轴方式配置并在轴向上对置，使安装于各自的对置端面的旋转密封件的密封面相互贴紧，由此防止流体泄漏。规定压力/规定流量的流体从流体输送配管经由旋转接头连续地供给至处于旋转状态的旋转部。在这种结构的旋转接头中，为了使密封面贴紧而需要使固定轴侧在轴向上移动。因此，固定轴滑动自如地嵌合至设置于外壳部等的嵌合孔，通过夹设于嵌合孔的内周与固定轴之间的O型环等密封构件，防止流体从该滑动间隙泄漏。
作为旋转接头的供给对象的流体中包含有在机床中循环使用的冷却剂等微少的切削屑等异物的情况多。在这种情况下，在连续地供给流体的过程中，无法避免这些异物侵入固定轴与嵌合孔之间的滑动间隙。而且，如果这些异物反复侵入，则在滑动间隙内堆积固着，固定轴的平滑的滑动受到阻碍，其结果，旋转接头不正常地工作而产生流体大量泄漏等不良状况。因此，以防止这种不良状况为目的，提出了防止异物侵入固定轴与嵌合孔之间的滑动间隙的构造的旋转接头(参照专利文献1、2)。
在专利文献1所示的现有技术例中，通过设为在设置于嵌合孔的内周面的环状槽内始终压入润滑脂的结构，设为以润滑脂填充滑动间隙的状态，从而防止异物侵入滑动间隙。另外，在专利文献2所示的现有技术例中，在固定轴的上游侧的端部安装弯曲自如的隔膜进行密封以避免流体向固定轴的流路孔以外流出。由此，防止异物侵入滑动间隙。
专利文献1：日本特开2007-218293号公报
专利文献2：日本特开平06-241366号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在上述现有技术中，由于防止异物侵入的机构的结构而存在如下难点。首先，在专利文献1所示的现有技术例中，填充滑动间隙的润滑脂逐渐溶解于流体而填充效果降低，因此难以稳定地确保防止异物侵入的效果。另外，在专利文献2所示的现有技术例中，由于无法充分地确保固定轴的移动量，因此需要固定轴的移动量的机床中的应用被显著受到限定。
本发明是鉴于这种问题而完成的，其目的在于提供一种能够以简便的结构来有效地防止由于异物侵入固定轴部与嵌合孔的滑动间隙内并堆积固化而产生的不良状况的旋转接头。
用于解决问题的方案
本发明的一种旋转接头，将设置有轴向的旋转流路(4e)并安装于旋转轴的旋转部(1a)、以及设置有轴向的固定流路(8f)的固定部(1b)进行同轴配置而成，将从流体供给源供给的流体经由所述固定流路(8f)向绕轴心(A)旋转的所述旋转部(1a)的旋转流路(4e)输送，该旋转接头的特征在于，具备：旋转密封部，设置于所述旋转部(1a)，具有在端面开口有所述旋转流路(4e)的第1密封面(5b)；固定密封部，具有沿所述轴向贯通地形成有所述固定流路(8f)的固定轴部(8a)，该固定轴部(8a)在保持规定的滑动间隙(G1)而被允许所述轴向的移动的状态下嵌合于保持构件(7、3)上所设置的嵌合孔(7a)中，并且该固定密封部具有在一方侧的端面开口有所述固定流路(8f)的第2密封面(9b)；间隙密封部，设置于所述滑动间隙，允许所述轴向的移动，并且仅对流体在该滑动间隙中向下游侧方向的流动选择性地进行密封；以及节流部(18、19)，设置在所述固定流路(8f)的端部的上游侧，设置成比该固定流路的上游侧的轴端部的流路内径(d1)小的流路直径(d2)，从所述流体供给源向所述嵌合孔内供给所述流体，通过流体力将所述固定轴部(8a)向下游侧按压，由此使所述第1密封面(5b)与第2密封面(9b)相互贴紧来形成面密封部，通过流体在所述节流部(18、19)中向下游流动所产生的差压，使所述滑动间隙内的流体流动至固定流路(8f)。
发明效果
根据本发明，在固定轴部嵌合至设置于保持构件的嵌合孔的滑动间隙中，设置有允许嵌合孔与固定轴部的轴向的移动、并且仅对流体向下游侧方向的流动选择性地进行密封的间隙密封部。并且，将节流部设置于固定流路的上游侧端部，使节流部的流路直径小于该固定流路的上游侧的轴端部的流路内径，因此通过流体在节流部中向下游流动所产生的差压，能够使滑动间隙内的流体向固定流路流动。由此，能够以简便的结构来有效地防止由于异物侵入固定轴部与嵌合孔的滑动间隙内并堆积固化而产生的不良状况。
附图说明
图1是本发明的一实施方式中的旋转接头的剖视图。
图2是本发明的一实施方式中的旋转接头的动作说明图。
图3是本发明的一实施方式中的旋转接头中使用的间隙密封部的结构和功能说明图。
图4是本发明的一实施方式中的旋转接头中使用的间隙密封部的结构和功能说明图。
图5是本发明的一实施方式中的旋转接头的局部剖视图。
图6是本发明的一实施方式中的旋转接头的局部剖视图。
具体实施方式
接着，参照附图来说明本发明的实施方式。首先，参照图1、图2来说明旋转接头1的整体结构。在图1中，旋转接头1使用于向机床的主轴等旋转轴输送冷却用的流体的流体供给机构。旋转接头1是将设置有轴向的旋转流路的旋转部1a和设置有轴向的固定流路的固定部1b进行同轴配置来构成的。
旋转部1a与作为旋转轴的主轴2的流路孔2a紧固。主轴2通过内置于主轴的马达被旋转驱动而绕轴心A进行旋转，并且通过夹紧/松开缸进行轴向的进退动作。另外，固定部1b经由作为保持构件的壳构件7固定安装于在外壳3上与流路孔3b连通地设置的安装孔3a。外壳3通过螺栓等紧固单元装卸自如地紧固于主轴2所插通的框架(省略图示)，固定部1b与旋转部1a以同轴方式配置。从流体供给源(省略图示)向流路孔3b输送液体冷却剂、冷却用的空气等流体。
接着说明各部的详细构造。旋转部1a以安装于主轴2的转子4为主体。转子4呈在旋转轴部4a的一方侧的端部设置有外径大于旋转轴部4a的凸缘部4b、并且在轴心部沿轴向设置有旋转流路4e的形状。在旋转轴部4a的外表面设置有外螺纹部4d，在流路孔2a的内表面设置有内螺纹部2b。通过使外螺纹部4d与内螺纹部2b螺合，转子4与主轴2进行螺纹紧固，通过O型环6对螺纹紧固部进行密封。由此，旋转流路4e与主轴2的流路孔2a连通。
在转子4的右侧(与固定部1b对置的一侧)的端面，以包围旋转流路4e的开孔面的配置来形成有圆形状的凹部4c。在凹部4c处固定有第1密封环5。第1密封环5是将陶瓷等富有耐摩耗性的硬质材料成形为在中央部具有开口部5a的圆环形状而成的，在以加工成平滑面的第1密封面5b为外表面侧的状态下固定于凹部4c。而且，在该状态下，旋转流路4e与开口部5a连通而向第1密封面5b开口。在上述结构中，固定有第1密封环5的转子4设置于旋转部1a，构成具有在端面开口有旋转流路4e的第1密封面5b的旋转密封部。
接着，说明安装于外壳3的固定部1b的构造。固定部1b为将浮动片(Floating sheet)8安装于壳构件7的结构。在外壳3的安装面3c上，开口有与流路孔3b连通地设置的安装孔3a。构成固定部1b的主体的圆筒形状的壳构件7嵌合至安装孔3a。而且，壳构件7与安装面3c进行螺栓紧固(关于设置于安装面3c的螺纹孔省略图示)，通过O型环11对向安装孔3a的嵌合部进行密封。
浮动片8呈如下形状：在一方侧(在图中与旋转部1a对置的一侧)设置有圆板形状的凸缘部8b，在另一方侧具有沿轴向贯通地形成有固定流路8f(流路内径d1)的固定轴部8a。在固定流路8f的下游侧形成有内周面8e缩小为流路直径d3的台阶部8g。在此，流路直径d3被设定为大于后述的节流部18的节流孔18c的流路直径d2。
在凸缘部8b的左侧(与旋转部1a对置的端面)以圆环状突出设置的凸部8c内固定有第2密封环9。第2密封环9是将与第1密封环5同样的硬质材料成形为在中央部具有开口部9a的圆环形状而成的。第2密封环9在以加工成平滑面的第2密封面9b为外表面侧的状态下固定于凸缘部8b。在该状态下，固定流路8f与开口部9a连通而向第2密封面9b开口。
固定轴部8a在被允许轴向的移动的状态下嵌合至在壳构件7的中心部沿轴向贯通地设置的嵌合孔7a。即，根据嵌合孔7a、固定轴部8a的形状/尺寸设定，在嵌合孔7a的内周面7b与固定轴部8a的外周面8d之间确保规定的间隙尺寸的滑动间隙G1(参照图3、图4、图5)。在嵌合孔7a的内周面7b形成有密封槽(圆周槽)7c，在密封槽7c处安装有具有V字截面形状的作为圆环状的密封构件的唇形密封件(Lip seal)12。
关于唇形密封件12的形状和密封特性，参照图3进行说明。图3(a)表示在固定轴部8a嵌合至嵌合孔7a的状态下在密封槽7c处安装了唇形密封件12的状态。唇形密封件12具有从与密封槽7c的槽壁面抵接的连结环部12a以V字形状延伸出内周侧唇部12b、外周侧唇部12c这两个唇部的截面形状。在唇形密封件12安装于密封槽7c的状态下，处于内周侧唇部12b被推压至固定轴部8a的外周面8d、外周侧唇部12c被推压至密封槽7c的底面的状态。在该状态下，允许固定轴部8a的轴向的移动。
图3(b)表示在该唇形密封件12的安装状态下流体在滑动间隙G1内向下游侧流动(箭头f)时的唇形密封件12的密封特性。即，经由滑动间隙G1到达密封槽7c的流体的压力作用于唇间间隙12d，由此内周侧唇部12b、外周侧唇部12c分别被推压至外周面8d和密封槽7c的底面(箭头g)。通过该推压力，滑动间隙G1内的流体向下游侧方向的流动被唇形密封件12所密封。
而图3(c)表示在该唇形密封件12的安装状态下流体在滑动间隙G1内向上游侧流动(箭头h)时的唇形密封件12的密封特性。即，经由滑动间隙G1到达密封槽7c的流体的压力从上表面侧作用于内周侧唇部12b，由此内周侧唇部12b向与外周侧唇部12c接近的方向发生挠曲变形(箭头i)。由此，在内周侧唇部12b与外周面8d之间产生间隙，来自下游侧的流体经由滑动间隙G1向上游侧流动(箭头j)。
即，唇形密封件12成为在允许固定轴部8a的轴向的移动的同时仅对滑动间隙G1中流体向下游侧方向的流动选择性地进行密封的间隙密封部。通过使用这种密封特性的间隙密封部，防止被供给至流路孔3b的流体经由滑动间隙G1漏出，并且允许用于排出滑动间隙G1内的异物的流体流动、即滑动间隙G1中流体向上游侧的流动。
如上所述，作为间隙密封部的形态，示出了使用在向滑动间隙G1开口的密封槽7c内使唇部朝向上游侧地安装的唇形密封件12的例子。能够用作间隙密封部的密封件形态不限定于唇形密封件12。只要是图4所示的例子等能够仅对一方向的流动选择性地进行密封的圆周状密封件，就能够采用各种密封件。
例如在图4(a)中示出在向滑动间隙G1开口的密封槽7c内通过弹簧等施力构件122将O型环构件121向下游侧推压来构成的间隙密封部的一例。在该情况下，滑动间隙G1内的流体向下游侧方向的流动(箭头f)被O型环构件121所密封。而通过流体在滑动间隙G1内向上游侧方向流动(箭头h)，O型环构件121克服施力构件122的施力而向上游侧位移，由此允许流体向上游侧方向的流动(箭头j)。
在图4(b)中示出在密封槽7c内层叠多片弯曲密封件123来安装的一例。在该情况下，滑动间隙G1内的流体向下游侧方向的流动(箭头f)被弯曲密封件123所密封。而通过流体在滑动间隙G1内向上游侧方向流动(箭头h)，弯曲密封件123向在与外周面8d之间产生间隙的方向位移，由此允许流体向上游侧方向的流动(箭头j)。
并且，在图4(c)中示出在具有越靠下游侧则槽深度越浅的锥形状的底面的密封槽7c’内安装有O型环构件124的结构的间隙密封部的一例。在该情况下，滑动间隙G1内的流体向下游侧方向的流动(箭头f)被在密封槽7c’内移动至槽深度最浅的下游侧而被推压的O型环构件124所密封。而通过流体在滑动间隙G1内向上游侧方向流动(箭头h)，O型环构件124在密封槽7c’内向槽深度最深的上游侧移动。由此，在O型环构件124与外周面8d之间产生间隙，允许流体向上游侧方向的流动(箭头j)。
在上述结构中，固定有第2密封环9的浮动片8具有固定轴部8a，成为具有在端面开口有固定流路8f的第2密封面9b的固定密封部。固定轴部8a在被允许轴向的移动的状态下嵌合至设置于沿轴向形成有固定流路的作为保持构件的壳构件7的嵌合孔7a。在本实施方式中，示出了将浮动片8经由作为保持构件的壳构件7安装于外壳3的例子，但是也可以将浮动片8直接安装于外壳3。在该情况下，使固定轴部8a在被允许轴向的移动的状态下嵌合至设置于作为保持构件的外壳3的嵌合孔。
在壳构件7与嵌合孔3a嵌合的嵌合凸部7e的端部，安装有节流部18。节流部18由从圆形板状的圆环部18a沿轴向延伸的圆筒形状的圆筒状部18b构成。在节流部18中设置有将圆环部18a、圆筒状部18b沿轴向贯通的流路直径d2的节流孔18c。节流部18是通过将圆筒状部18b插入到固定流路8f内并将圆环部18a固定于嵌合凸部7e的端部来安装的。此时，各部尺寸被设定成在固定流路8f的内周面8e与圆筒状部18b的外周面18d之间确保规定的圆环间隙G2(参照图5)。
即，在上述结构中，节流部18设置于固定流路8f的端部中的上游侧。节流部18具有比该固定流路8f的上游侧的轴端部的流路内径d1小、且比下游侧的台阶部8g的下游侧的流路直径d3小的流路直径d2的节流孔18c。而且，贯通地设置有节流孔18c的节流部18具有：固定于作为保持构件的壳构件7而向嵌合孔7a的内径方向延伸的圆环部18a；以及从该圆环部18a向下游侧延伸而在固定流路8f内以规定的圆环间隙G2被插入的圆筒状部18b。节流部18具有如后述那样通过流体在节流孔18c中向下游流动所产生的差压而使滑动间隙G1内的流体流入固定流路的功能。
接着，参照图2来说明旋转接头1的动作。供给对象的流体经由流路孔3b输送至节流孔18c内并进一步流入固定流路8f内，由此该流体的流体压作用于设置于固定流路8f的下游侧的台阶部8g的端面(箭头F)。由此，固定轴部8a在嵌合孔7a内向旋转部1a侧滑动，第2密封环9以台阶部8g的端面的投影面积乘以流体压所得的大小的流体力F被按压至第1密封环5。该流体力F使第2密封面9b与第1密封面5b相互贴紧，由此形成防止从固定流路8f向绕轴旋转的状态的旋转流路4e输送的流体泄漏的面密封部10。
在该浮动片8的轴向的滑动中，在凸缘部8b上拧紧的螺栓16和包围螺栓16的圆筒接箍17在沿轴向设置于壳构件7的引导孔7d内滑动。由此，浮动片8的轴向的移动被引导，并且阻止绕轴转动。
在旋转接头1的工作状态下，通过利用被输送的流体的压力进行的浮动片8的进出和主轴2的进退动作，进行面密封部10的密封面的接触和分离。即，在浮动片8后退而第1密封面5b与第2密封面9b相互分离的状态下，流体被输送至流路孔3b，由此在固定流路8f内流体力F作用于台阶部8g的端面而沿轴向按压。由此，浮动片8前进(箭头a方向)，第1密封面5b与第2密封面9b抵接而形成相互贴紧的面密封部10。之后，进行从固定流路8f向旋转状态的旋转流路4e的流体的输送。
主轴2相对于固定部1b进行相对前进(箭头d方向)，由此浮动片8后退(箭头b方向)，凸缘部8b返回到接近壳构件7的位置。从该状态起使主轴2相对地后退(箭头c方向)，由此恢复为第1密封面5b与第2密封面9b相互分离的状态。
接着，参照图5来说明上述结构的旋转接头1中的异物排出功能。图5表示经由流路孔3b输送并流入嵌合孔7a(箭头k)的流体在固定轴部8a的固定流路8f中向旋转部1a侧流向下游时的状态。在该情况下作为供给对象的流体中包含有在机床中循环使用的冷却剂等微小的切削屑等异物20的情况多。这些异物20的一部分与流入滑动间隙G1内的流体一起侵入滑动间隙G1内。而且，如果这些异物20的侵入反复发生而在滑动间隙G1内堆积固着，则导致固定轴部8a的平滑的滑动受到阻碍的结果。
即使在这种情况下，在本实施方式所示的旋转接头1中，通过以下说明的节流部18所产生的差压产生效果、所谓的喷射效果，也能够引起滑动间隙G1内的流体的流动。由此，能够排出滑动间隙G1内的异物20。即，经由流路孔3b供给的流体在经过流路直径被缩小的节流孔18c(箭头k)时流速上升，其结果，在与嵌合孔7a、滑动间隙G1、圆环间隙G2之间产生与流速上升量相当的静压差。
该差压在滑动间隙G1内引起向上游侧的流动(箭头l)，通过该流动，滑动间隙G1内的流体与异物20一起经过圆环间隙G2而被排出至固定流路8f内(箭头m)。此时，由于设置于滑动间隙G1的作为间隙密封部的唇形密封件12具有允许流体从下游侧向上游侧方向的流动(箭头n)的密封特性，因此在滑动间隙G1中存在于唇形密封件12的下游侧的异物20能够成为上述差压的排出对象。
由此，能够在嵌合孔7a和固定轴部8a的整个范围内防止滑动间隙G1内的异物附着。另外，通过适当地设定用于圆筒状部18b嵌入至固定流路8f内的间隙量，即使在根据作为对象的机床的机型而所需的动作行程不同的情况下，也能够始终确保良好的动作状态。
在上述实施例中，作为用于产生差压的节流部，示出了使用将圆筒状部18b插入到固定流路8f内的结构的节流部18的例子，但是本发明不限定于这种结构。即，只要设置于固定流路8f的端部的上游侧、且以比该固定流路8f的流路内径小的流路直径设置而具有对来自上游侧的流体的流动进行节流的效果，则任意形态的节流部都可以选择。例如，还能够使用如图6所示那样简单的带孔圆板形状的节流部19。
在该例子中，节流部19在中心处设置有比固定流路8f的流路内径d1小的流路直径d2的节流孔19b，节流部19的外缘部19a固定于壳构件7的嵌合凸部7e。而且，来自上游侧的流体经过节流孔19b而流入固定流路8f内。此时，产生与经过节流孔19b时的流速上升量相当的差压，并且产生将滑动间隙G1内的流体与异物20一起吸引至固定流路8f内的流动(箭头o)。由此，得到与图5所示的例子同样的效果。
如上述说明的那样，在本实施方式所示的旋转接头1中，固定轴部8a嵌合至设置于作为保持构件的壳构件7的嵌合孔7a。在嵌合孔7a与固定轴部8a之间的滑动间隙G1处设置作为间隙密封部的唇形密封件12，该唇形密封件12在允许固定轴部8a的轴向的移动的同时仅对该滑动间隙G1中流体向下游侧方向的流动选择性地进行密封。在固定流路8f的端部中的上游侧具备节流部18，在该节流部18上设置有流路直径小于固定流路8f的流路内径的节流孔18c。由此，通过流体在节流部18中向下游流动所产生的差压，能够使滑动间隙G1内的流体向固定流路8f流动，能够以简便的结构来有效地防止由于异物20侵入固定轴部8a与嵌合孔7a的滑动间隙G1内并堆积固化而产生的不良状况。
工业上的可利用性
本发明的旋转接头具有能够以简便的结构来有效地防止由于异物侵入固定轴部与嵌合孔的滑动间隙内并堆积固化而产生的不良状况这样的特征，在向机床的主轴等旋转部输送液体冷却剂、空气等流体的用途中有用。
附图标记说明
1：旋转接头
1a：旋转部
1b：固定部
2：主轴
3：外壳构件
4：转子
4e：旋转流路
5：第1密封环
5b：第1密封面
8：浮动片
8a：固定轴部
8f：固定流路
9：第2密封环
9b：第2密封面
10：面密封部
12：唇形密封件
18、19：节流部
18c、19b：节流孔
G1：滑动间隙
G2：圆环间隙

Claims (4)

1.一种旋转接头，将设置有轴向的旋转流路(4e)并安装在旋转轴上的旋转部(1a)、以及设置有轴向的固定流路(8f)的固定部(1b)进行同轴配置而成，将从流体供给源供给的流体经由所述固定流路(8f)向绕轴心(A)旋转的所述旋转部(1a)的旋转流路(4e)输送，该旋转接头的特征在于，具备：
旋转密封部，设置于所述旋转部(1a)，具有在端面开口有所述旋转流路(4e)的第1密封面(5b)；
固定密封部，具有沿所述轴向贯通地形成有所述固定流路(8f)的固定轴部(8a)，该固定轴部(8a)在保持规定的滑动间隙(G1)而被允许所述轴向的移动的状态下嵌合于保持构件(7、3)上所设置的嵌合孔(7a)中，并且该固定密封部具有在一方侧的端面开口有所述固定流路(8f)的第2密封面(9b)；
间隙密封部，设置于所述滑动间隙，允许所述轴向的移动，并且仅对流体在该滑动间隙中向下游侧方向的流动选择性地进行密封；以及
节流部(18、19)，设置在所述固定流路(8f)的端部的上游侧，设置成比该固定流路的上游侧的轴端部的流路内径(d1)小的流路直径(d2)，
从所述流体供给源向所述嵌合孔内供给所述流体，通过流体力将所述固定轴部(8a)向下游侧按压，由此使所述第1密封面(5b)与第2密封面(9b)相互贴紧来形成面密封部，
通过流体在所述节流部(18、19)中向下游流动所产生的差压，使所述滑动间隙内的流体向固定流路(8f)流动。
2.根据权利要求1所述的旋转接头，其特征在于，
所述节流部具有：
圆环部(18a)，固定于所述保持构件，向所述嵌合孔(7a)的内径方向延伸；以及
圆筒状部(18b)，从该圆环部(18a)向下游侧延伸，以规定的圆环间隙(G2)插入在所述固定流路内。
3.根据权利要求1或2所述的旋转接头，其特征在于，
所述间隙密封部是在向所述滑动间隙开口的圆周槽(7c)内安装成唇部(12b、12c)朝向上游侧的唇形密封件(12)。
4.根据权利要求1或2所述的旋转接头，其特征在于，
所述间隙密封部是在向所述滑动间隙开口的圆周槽(7c)内通过施力构件(122)向下游侧对O型环构件(121)施力来构成的。
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