JP2001280568A - 長い回転流路を備えたロータリジョイント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発熱が重要な問題となる長尺なねじ軸などを
長さや回転数に関係なく常に正常に作動させ長期間安定
して冷却することができる技術を提供する。 【解決手段】 ねじ軸６内部の長い流路９の奥端１０に
冷却水Ｗを供給して回収するロータリジョイントにおい
て、シールリング２１，２２同士の穴径およびねじ軸６
の流路９内径より小外径の長尺なインサート管４がシー
ルリング２１，２２を挿通状態でシール穴からねじ軸の
流路奥端１０まで挿入配置され、長尺インサート管４は
ねじ軸６に伴われて回転可能に支持されると共に後端側
がケーシング１に開設した第２の外部接続口１３に連通
され、ねじ軸流路９と連通する第１の外部接続口１２と
第２の接続口１３との間に第２のシール部５が配置され
ている構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体供給先が長尺
で有底の穴であり流体供給後はその流体をロータリジョ
イント側に回収できる様にした往復の流路を備えたロー
タリジョイントに関し、特に、流体供給先が長い上、高
速で回転されるような回転管であるのに適したロータリ
ジョイントに関する。

【０００２】

【従来の技術】機械装置において適正温度に維持しなけ
ればならないような回転部材、例えば搬送用ねじ軸や加
熱ロール、冷却ロールなどがあるが、この場合ねじ軸や
ロールを中空に形成し内部に温度制御用流体を供給する
ものがある。この従来の温度制御用流体の供給方法とし
ては、一端側に接続したロータリジョイントで流体を供
給しそのまま他端側に接続したロータリジョイントで排
出させたり、軸内部に二流路を形成しておきこの流路終
端位置で流体をＵターンさせてもとのロータリジョイン
トで排出も行うようにしたものがある。搬送用ロールや
ねじ軸などのように一端側に駆動部を有していると、そ
の側のロータリジョイントのメンテナンスが煩雑となる
ので、短尺あるいは低速の場合、後者の方法、つまり１
個のロータリジョイントを使用するものが一部に適用さ
れてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
生産性の向上などを目的に搬送用ロールやねじ軸の長尺
化・高速化が為されている。しかもそれに加えて、それ
に見合った内部流路の拡大ができない場合がある。例え
ば、ねじ軸の場合、小スペースで長さが１ｍ〜３ｍ、回
転数が１，０００〜５，０００ｍｉｎ^-1までの長尺・高
速タイプが主流になり、しかもねじ軸内の流路は剛性を
保つため大きくできない（穴径１０〜１５ｍｍ）という
制約が有る。このような場合、１個のロータリジョイン
トで流体をＵターンさせる方式を採用しようとしても、
インサート管を大きくして強度アップできないので振
動、騒音，磨耗などが大きくなるのを防止することがで
きないという欠点があり、従ってこれまで２個のロータ
リジョイントを用いざるを得ず、トルク発生の増大やメ
インテナンスにおける煩雑さが避けられなかった。

【０００４】本発明は、上述のような従来の問題点を解
決するためになされたもので、その目的とするところ
は、長尺な回転管内流路の奥端まで流体を供給した後回
収することを支障なく行うことができ、特に温度制御が
重要な問題となる搬送用ロールや長ねじ軸などを長さや
回転数に関係なく常に正常に作動させ長期間安定して適
正に温度保持することができるようにした長い回転流路
を備えたロータリジョイントを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明請求項１記載の長い回転流路を備えたロータ
リジョイントにあっては、流体供給先の回転管内に挿入
したインサート管による流路とインサート管周りに形成
される流路とで二重の流路を形成することにより流体を
奥側に供給後その流体を回収するようにしたロータリジ
ョイントにおいて、前記インサート管が柔軟なチューブ
で長尺に形成されその後端側は前記流体供給先回転管の
後端部に固定されていることを特徴とする。

【０００６】請求項２記載の長い回転流路を備えたロー
タリジョイントにあっては、請求項１記載の長い回転流
路を備えたロータリジョイントにおいて、柔軟なチュー
ブが樹脂チューブまたはゴムチューブであることを特徴
とする。

【０００７】請求項３記載の長い回転流路を備えたロー
タリジョイントにあっては、請求項１または請求項２記
載の長い回転流路を備えたロータリジョイントにおい
て、柔軟なチューブ後端側の固定がユニオンナットまた
は接着剤にて行われることを特徴とする。

【０００８】請求項４記載の長い回転流路を備えたロー
タリジョイントにあっては、請求項３記載の長い回転流
路を備えたロータリジョイントにおいて、ユニオンナッ
ト外周面を円筒状に形成すると共にこの円筒状外周面と
ケーシングの穴内壁との間に非接触シールまたは接触シ
ールを配置して該ケーシングの穴内における二重の流路
を形成していることを特徴とする。

【０００９】請求項５記載の長い回転流路を備えたロー
タリジョイントでは、流体供給先の回転管内に挿入した
インサート管による流路とインサート管周りに形成され
る流路とで二重の流路を形成することにより流体を奥側
に供給後その流体を回収するようにしたロータリジョイ
ントにおいて、前記インサート管が硬質管で長尺に形成
されると共に流体供給先回転管の流路内では支持部材で
軸心位置に配置されていることを特徴とする。

【００１０】請求項６記載の長い回転流路を備えたロー
タリジョイントにあっては、請求項５記載の長い回転流
路を備えたロータリジョイントにおいて、インサート管
の後端側がケーシング側流路と接続状態でシール材にて
回動自在に軸支されていることを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明の長い回転流路を備えたロータリジョイ
ントにあっては、長尺な回転管内流路の奥端まで流体を
供給した後回収することを支障なく行うことができ、特
に精度・寿命などに発熱が重要な問題となる長尺なねじ
軸などを長さや回転数に関係なく常に正常に作動させ長
期間安定して冷却することができる。また、益々小スペ
ースで長尺化、高速化され、しかもねじ軸内の流路は大
きくできないなどの条件が有ってインサート管を大きく
して強度アップできない場合でも振動、騒音，磨耗など
が大きくなるのを防止することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
により説明する。図１は実施の形態１の長い回転流路を
備えたロータリジョイントを送り装置に装着した例を示
す断面図である。

【００１３】まず、このロータリジョイントＲａは、工
作機械の送り装置であってねじ軸６の後端側に配置され
てそのねじ軸６側に冷却水Ｗを供給するように設けられ
たものであり、図に示すように、ケーシング１と、フロ
ーティングシート２と、第１のシール部３と、長尺イン
サート管４と、第２のシール部５とを主要な構成として
いる。前記ねじ軸６は両端を送り装置機枠７に軸支８さ
れており、その軸心位置であって後端面から前端内部ま
で流路９が開設されている。１０が流路９の奥端であ
る。尚、ねじ軸６に螺合したナット部は省略している。

【００１４】前記ケーシング１は、送り装置機枠７への
取り付け部となるフランジ１１が前端部に設けられ、第
１の外部接続口１２と第２の外部接続口１３とが後端部
に開設されている。また後端部内部にはシール穴１４が
開設され、このシール穴１４の内周面に前記第１の外部
接続口１２の下部が開口し、シール穴１４の底部軸心位
置に第２の外部接続口１３の下部が開口している。前記
シール穴の流路１７とねじ軸の流路９は軸心を一致して
配置される。

【００１５】前記フローティングシート２は、固定側流
路と回転側流路とを第１のシール部３によって連通させ
るものであって、フランジ１５の後端に円筒状の環状軸
部１６が突出した状態に設けられ、その環状軸部１６が
前記シール穴１４に摺動自在に装着される。その軸心に
は流路１７が貫通状態に穿設されている。１８はこのフ
ローティングシート２をシール穴１４の軸心方向のみに
摺動を許容するストッパ、１９はフローティングシート
２を前端側、つまりねじ軸６方向に付勢するスプリング
である。また、２０は摺動面のシール材である。

【００１６】前記第１のシール部３は固定側シールリン
グ２１と回転側シールリング２２で構成され、カーボン
とセラミックにより形成されているが、超硬合金などそ
の材質は任意である。このうち固定側シールリング２１
は前記フローティングシート２の流路１７の前端位置に
固定されている。また、回転側シールリング２２は前記
ねじ軸６の後端側に螺着したロータ２３の大径部２４の
後部端面であって前記固定側シールリング２１と符号す
る位置に固定されている。

【００１７】前記ロータ２３において、前記大径部２４
の軸方向には有底の流路２５が前端を開口する様に穿設
されている。また、前記ロータ２３には前記大径部２４
の後部端面からシールリング２１，２２の内径およびフ
ローティングシート２の流路より小径の雄ねじ部２６が
突設され、その軸心にはねじ軸の流路９およびロータの
流路２５より小径の貫通穴２７が前記流路２５の底部に
開口する様に開設されている。更に、大径部２４の後部
端面には、シールリング２２の内周面と雄ねじ部２６の
外周面との間に流路２５に連絡する連通孔２８が複数穿
設されている。

【００１８】前記雄ねじ部２６の貫通穴２７には、長尺
インサート管４として金属管に比べ柔軟で比重の小さい
樹脂チューブが挿通される。この長尺インサート管４
は、ロータの流路２５とねじ軸の流路９より小径のもの
となる。そして、長尺インサート管４の後端は食い込み
用のスリーブ２９を介してユニオンナット３０にて前記
雄ねじ部２６に螺着固定されている。また、長尺インサ
ート管４の前端側は前記ねじ軸流路９の奥端１０まで延
設され、その流路９内では支持部材もなく自然状態で挿
通され、端面は前記奥端位置で開口状態で置かれてい
る。従って、前記長尺インサート管４を流路２５と流路
９へ挿入することにより、流路２５と流路９は連続した
二重の流路を備えたものとなる。

【００１９】前記第２のシール部５は、非接触式シール
を採用している。つまり、前記ユニオンナット３０の外
周を円筒状に設けると共に、前記シール穴１４の内周面
における第１の外部接続口１２の開口位置より後端の小
径部１４ａを、このユニオンナット３１の外径より僅か
に大きな内径に設けてクリアランスシールを形成したも
のである。この第２のシール部５により、第１の外部接
続口１２と第２の外部接続口１３とが隔離され、これに
より、前記奥端１０以外では、第１の外部接続口１２が
流路２５と流路９のみに、また第２の外部接続口１３が
ユニオンナット３０と長尺インサート管４のみに連通状
態となる。図中３１は水切り板、３２はドレンである。

【００２０】次に作用を説明する。尚、本実施の形態で
は前記第２の外部接続口１３を冷却水の導入用とし、第
１の外部接続口１２をその排出用とすることで説明する
が、この逆でも使用することができる。上述のように構
成されたロータリジョイントＲａは、まず、外部供給装
置から第２の外部接続口１３から冷却水Ｗが導入され、
二重の流路のうち一つ目の流路、つまりユニオンナット
３０からインサート管４の順に流通させ、このインサー
ト管４の奥端１０で流路９にＵターンさせ、ロータの流
路２５、フローティングシートの流路１７、第１の接続
口１２の順に流通させ、前記流路９の奥端１０からロー
タ２３の流路２５に到達するまでにねじ軸６の発熱を吸
収させるのである。そして、第１の外部接続口１２から
排出させる。

【００２１】前記ねじ軸６の回転時には、二重の流路は
一体となって回転する。冷却水Ｗの送りを流通させる長
尺インサート管４は柔軟な樹脂チューブであるから、ね
じ軸６が長尺となると軸方向に設けた流路９と共に長く
必要となり、その内部では自然状態に配置させているだ
けであるから、ねじ軸の停止状態では、長尺インサート
管４は当然冷却水内で柔軟に下方に撓んだ状態となる。
前記ねじ軸６の回転中に長尺インサート管４の撓みによ
る接触があっても、この長尺インサート管４もねじ軸６
と同一方向に回転しているから大きな衝撃を与えず、ま
た柔軟で比重が小さく水中にあるような状態ではチュー
ブ自身の反発力が弱いことなどから、強い衝撃を受ける
ようなことがなく、このため振動、騒音、異常磨耗など
の発生や破損を起こさず、常に静かで正常な作動を行わ
せることができる。長尺インサート管はユニオンナット
で固定するから、着脱が容易となって取り替えや長さ変
更などを手狭な現場でも短時間で簡単に行うことができ
るという利点が有る。

【００２２】次に、図２に基づいて実施の形態２を説明
する。尚、本実施の形態では、前記実施の形態１と同様
の構成部分には同一の符号を付してその具体的な説明は
省略する。本実施の形態のロータリジョイントＲｂで
は、実施の形態１で長尺インサート管を柔軟な樹脂チュ
ーブで形成したのに対し、硬質管で形成したことに特徴
がある。前記長尺インサート管４ａはステンレス管を使
用し、第２の外部接続口１３ａの開口には第２のシール
部５ａを形成するシール材を設け、そのシール材まで前
記ステンレス管の後端を延長して直接回動自在に軸支さ
せると共に、そこでシール穴１４と隔離させている。従
って、前記長尺インサート管４ａは、その後端が第２の
外部接続口１３に直接連通した状態となる。このため、
ロータ２３ａは実施の形態１で設けたロータの雄ねじ部
を不要とし、流路２５をシール穴１４に直接開口させて
いる。また、前記長尺インサート管４ａは、ねじ軸の流
路９内では支持部材３３によって軸心位置に保持され
る。この支持部材は、図２（ロ）に示すように、ねじ軸
流路９の内径に嵌合する大きさの外径部３４と、長尺イ
ンサート管４ａを軸心に嵌合状態で挿通させる内径部３
５と、流路９内の冷却水Ｗを流通させる多数の切欠部３
６とを有しており、前記ねじ軸流路９内に挿入された長
尺インサート管４ａを適宜間隔で固定状態に支持してい
る。本実施の形態では、長尺インサート管４ａは支持部
材３３で支持され流路内壁に異常接触することがないこ
とから、必ずしもねじ軸と同調して回転させる必要がな
く、摩擦抵抗に任せて自由回転させる。従って前記支持
部材３３などは摩擦抵抗の少ない樹脂や金属を選定する
とよい。

【００２３】この長尺インサート管４ａはねじ軸６と同
一方向に回転可能、つまりフリーの状態となっているこ
とから、金属接触部においてスリップによる摩擦がな
く、また支持部材３３によって撓みを防止することによ
り直径の異なる回転体同士の転がり接触もないことなど
から、強い衝撃を受けるようなことがなく、このため振
動、騒音、異常磨耗などの発生や破損を起こさず、常に
静かで正常な作動を行わせることができる。また、実施
の形態１，２とも、ロータを直接ねじ軸端面に、フロー
ティングシートが装着されるケーシングをねじ送り装置
機枠に直接固定する構造とすることで省スペースを実現
した。

【００２４】以上、本発明の実施の形態を説明してきた
が、本発明の具体的な構成はこの実施の形態に限定され
るものではない。例えば、長尺インサート管４におい
て、後端はユニオンナット３０にて固定するとしたが、
樹脂チューブの後端にリング状の隆起部を設けてそれを
ナット、とめわなどで固定するようにしてもよい。また
はロータとの嵌合部に接着剤で固定するようにしてもよ
い。この場合は比較的安価なコストで設けることができ
る。また、極めて小さな外形のインサート管でも簡単に
固定することができるという利点が有る。第２のシール
部５，５ａなどは前記の外、非接触シールとしてラビリ
ンスシールなど、接触シールとしてリップシール、また
は図３に示すようにメカニカルシールなどを採用するこ
ともできる。図３では４０はフローティングシート、４
１は固定側シールリング、４２は回転側シールリング、
４３はストッパ、４４はシールリング密着用スプリング
である。第１，第２の外部接続口１２，１３の位置やロ
ータ２３，２３ａの形状などは任意に設定することがで
きる。ロータリジョイントＲａ，Ｒｂはねじ軸の冷却に
使用することで説明してきたが、この他、滑り軸受けの
軸部、ウォーム軸、タービン軸などに使用することがで
きる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明の長い回
転流路を備えたロータリジョイントにあっては、長尺イ
ンサート管は挿入する流路と共に回転、または任意に回
転自在とする構成としたため、その長さが流体供給先回
転管の長さに合わせどんなに長尺になっても、また、そ
の回転数が高速になっても、常に同一方向に回転可能で
あるから、長尺インサート管の先端などが流路に接触し
ても強い衝撃を受けるようなことがなく、このため振
動、騒音、異常磨耗の発生や破損を起こさず、常に正常
に作動させ長期間安定して冷却などに使用することがで
きる。流体供給先回転管が送り装置のねじ軸の場合、螺
合したナットによる送り動作時の発熱を吸収し、長尺化
したねじ軸でも長期間安定して使用することができる長
尺インサート管が柔軟な樹脂チューブとした場合、例え
ばスリーブ食い込み式のユニオンナットにより流体供給
先回転管に簡単に着脱することができるし、安価に設け
ることができる。長尺インサート管を硬質管とした場
合、使用状態において種々の材質のものから最適なもの
を選定することができる。また、硬質管は流体供給先回
転管の流路内では支持部材によって軸心位置に保持され
ていることから、流路に接触することがなく、強い摩擦
や衝撃を受けるようなことがなく、このため異常音の発
生や破損を起こさず、常に正常に作動させ長期間安定し
て冷却などに使用することができる。また、上記理由に
より、その全長がどんなに長尺になっても、また、その
回転数が高速になっても上記効果を維持することができ
るなどの効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施の形態１の長尺インサート管に柔軟
な樹脂チューブを採用したロータリジョイントを示す断
面図である。

【図２】実施の形態２の長尺インサート管に硬質管を採
用したロータリジョイントを示す断面図である。

【図３】他の実施の形態の第２のシール部の一部を示す
断面図である。

【符号の説明】

Ｒａ，Ｒｂ ロータリジョイント １ ケーシング ２ フローティングシート ３ 第１のシール部 ４、４ａ 長尺インサート管 ５，５ａ 第２のシール部 ６ ねじ軸（流体供給先回転管） ９ ねじ軸の流路（流体供給先回転管の流路） １０ 流路９の奥端 １２ 第 1の外部接続口 １３，１３ａ 第２の外部接続口 １４ シール穴 １４ａ シール穴の小径部（第２のシール部形成用） １６ フローティングシートの管状軸部 １７ フローティングシートの流路 ２５，２８ 流路１７に連通するねじ軸後端に設けたロ
ータの流路 ３０ ユニオンナット（締め付け固定部材） ３３ 支持部材

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体供給先の回転管内に挿入したインサ
   ート管による流路とインサート管周りに形成される流路
   とで二重の流路を形成することにより流体を奥側に供給
   後その流体を回収するようにしたロータリジョイントに
   おいて、 前記インサート管が柔軟なチューブで長尺に形成されそ
   の後端側は前記流体供給先回転管の後端部に固定されて
   いることを特徴とする長い回転流路を備えたロータリジ
   ョイント。
2. 【請求項２】 柔軟なチューブが樹脂チューブまたはゴ
   ムチューブであることを特徴とする請求項１記載の長い
   回転流路を備えたロータリジョイント。
3. 【請求項３】 柔軟なチューブ後端側の固定がユニオン
   ナットまたは接着剤にて行われることを特徴とする請求
   項１または請求項２記載の長い回転流路を備えたロータ
   リジョイント。
4. 【請求項４】 ユニオンナット外周面を円筒状に形成す
   ると共にこの円筒状外周面とケーシングの穴内壁との間
   に非接触シールまたは接触シールを配置して該ケーシン
   グの穴内における二重の流路を形成していることを特徴
   とする請求項３記載の長い回転流路を備えたロータリジ
   ョイント。
5. 【請求項５】 流体供給先の回転管内に挿入したインサ
   ート管による流路とインサート管周りに形成される流路
   とで二重の流路を形成することにより流体を奥側に供給
   後その流体を回収するようにしたロータリジョイントに
   おいて、 前記インサート管が硬質管で長尺に形成されると共に流
   体供給先回転管の流路内では支持部材で軸心位置に配置
   されていることを特徴とする長い回転流路を備えたロー
   タリジョイント。
6. 【請求項６】 インサート管の後端側がケーシング側流
   路と接続状態でシール材にて回動自在に軸支されている
   ことを特徴とする請求項５記載の長い回転流路を備えた
   ロータリジョイント。