JP2005106079A

JP2005106079A - 回転継手

Info

Publication number: JP2005106079A
Application number: JP2003336050A
Authority: JP
Inventors: Seiji Suzuki; 政治鈴木
Original assignee: Makino J Co Ltd
Current assignee: Makino J Co Ltd
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】シール溝の加工を容易且つ高精度で行うことを可能とさせ、環状シール部材を変形させることなくシール溝に装着できるようにした回転継手を提供する。
【解決手段】回転継手１１は、固定体１５に形成された軸線方向の穴１３内に回転軸１７を回転可能に収容し、回転軸１７の外周に形成された第１の流体ポート２７と固定体１５に形成された第２の流体ポート３３とを流体連通させる。第１の流体ポート２７をそれぞれ対応する第２の流体ポート３３に連通させるために、穴１３の内周面と回転軸１７の外周面との間にリング状をなす複数の環状部材１９が重ねて挿入される。そして、環状部材１９の内周面と軸線方向端面とにより形成される角部に断面Ｌ字形の環状シール溝３５が形成されて、軸線方向端面側から環状シール溝３５に環状シール部材３７が挿入される。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械、建設機械、産業機械等の固定側装置に設けられた流体配管と回転側装置に設けられた流体配管とを連通させて、両流体配管間に流体を流通させる回転継手に関する。

工作機械のテーブルなどの回転装置では、固定側装置に回転可能に支持される回転側装置に固定側装置から流体を供給することが要求される場合がある。このような場合、例えば特許文献１に記載されているように、固定側装置に設けられた流体供給源から延びる流体供給管と回転側装置に設けられた流体配管とを回転継手を介して連通接続させる。

このような回転継手は、固定側装置に固定接続される固定体と、回転側装置に固定接続されて固定体の軸線方向の穴に回転可能に収容される回転軸とによって構成される。回転軸の外周面にはその回転軸線方向に間隔をあけて複数の流体ポートが形成されており、流体ポートと回転側装置の流体配管とが回転軸に形成された流体通路によって接続されている。また、固定体の軸線方向の穴の内周面には、回転軸の各流体ポートと対応する軸線方向位置に環状溝が形成されており、環状溝と固定側装置の流体供給管とが固定体に形成された流体通路によって接続されている。このようにして、回転側装置の流体配管と固定側装置の流体供給管とは回転継手の流体通路を介して接続され、固定側装置の流体供給管から回転側装置の流体配管に流体を供給する。

特開２００２−１３７１３６号公報

上記のような回転継手では、流体の漏れが発生することを防止するために、固定体の軸線方向の穴の内周面に環状シール溝を設け、このシール溝にＯリングなどの環状シール部材を装着して、隣り合う流体ポートの間をシールする。この環状シール部材は、軸線方向の穴の径よりも大きいが、装着の際に固定体の軸線方向の穴の内部を通して設置する必要があるため、一旦折り曲げた状態で穴に挿入され、シール溝内に配置した後、元の円環形態に復帰させる。

ところが、高圧用のシール部材などでは、可撓性のあまり高くない材料が使用されることが多く、変形させた状態で装着すると変形が戻り切らず、漏れの原因となることがある。このため、上記シール部材の変形を確実に解消すべく、シール部材を加熱して自然復帰させる付加的な工程が必要となるという問題があった。また、環状シール部材の外径を小さくすると曲げ変形時の湾曲半径も小さくならざるを得ないので、上記加熱工程を経ても元の形状に復帰できなくなる。このため、環状シール部材の外径には一定の制限があり、回転継手の小型化が困難であるという問題があった。さらに、上記シール溝の加工は、内径加工で且つ深穴加工であり、加工精度管理が困難であるという問題があった。

本発明は前述の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、シール溝の加工を容易且つ高精度で行うことを可能とさせ、環状シール部材を変形させることなくシール溝に装着できるようにした回転継手を提供することである。

前述の目的を達成するため、固定体に形成された軸線方向の穴内に回転軸を回転可能に収容し、前記回転軸の外周に形成された第１の流体ポートと前記固定体に形成された第２の流体ポートとを流体連通させる回転継手において、前記回転軸に形成された第１の流体ポートをそれぞれ前記固定体に形成された対応する第２の流体ポートに連通させるために、前記固定体の内周面と前記回転軸の外周面との間にリング状をなす複数の環状部材を重ねて挿入し、前記各環状部材の内周面と軸線方向端面とにより形成される角部に断面Ｌ字形の環状シール溝を形成して軸線方向端面側から前記環状シール溝に環状シール部材を挿入する回転継手が提供される。

前述のように、回転軸に形成された第１の流体ポートをそれぞれ固定体に形成された対応する第２の流体ポートに連通させるために、固定体の内周面と回転軸の外周面との間の環状間隙に複数の環状部材を積層状に挿入し、その各環状部材の内周面と軸線方向端面との角部に断面Ｌ字形の環状シール溝を形成しそこに環状シール部材を装着することによりシール部を構成しているので、環状部材の環状シール溝の加工は環状部材を軸線方向の穴から取り出した状態で行うことができ、容易且つ高精度の加工が可能である。また、環状部材の環状シール溝は軸線方向端面に形成されているので、環状シール部材を元のリング形状のまま軸線方向端面側から環状シール溝に装着することができ、環状シール部材の変形の問題は発生しない。したがって、変形を元に戻すための工程も不要となる。

また、前記第１の流体ポートと前記第２の流体ポートとの間に配置される環状部材には、前記環状部材の内周面に設けられた内側環状溝と、前記環状部材の外周面に設けられた外側環状溝と、前記第１の流体ポートと前記第２の流体ポートとを連通させる連通路とが形成されており、前記内側環状溝に前記第１の流体ポートが開口し、前記外側環状溝に前記第２の流体ポートが開口するようになっている回転継手が提供される。

前述のように、第１の流体ポートと第２の流体ポートとの間に挟まれて配置される環状部材の内周面及び外周面にそれぞれ内側環状溝及び外側環状溝が設けられ、これらが連通路で連通しているので、固定体の第１の流体ポートが外側環状溝に開口し且つ回転軸の第２の流体ポートが内側環状溝に開口していれば、軸線方向の穴内における環状部材の向きと無関係に第１の流体ポートと第２の流体ポートとを連通させることができる。

また、前記環状シール部材は、内周側に配置された耐摩耗性の高い材料からなる部分と、外周側に配置された弾性の高い材料からなる部分とを備える回転継手が提供される。
前述のように、回転軸との摩擦が生じる環状シール部材の内周側には耐摩耗性の高い材料からなる部分が配置されているので、環状シール部材は摩耗しにくい一方、環状シール部材の外周側には弾性の高い材料からなる部分が配置されているので、環状シール部材が回転軸に密着するように押し付けられ、高いシール性を提供することができる。

以上説明したように本発明によれば、固定体の内周面と回転軸の外周面との間の環状隙間に積層状に挿入された環状部材の内周面と軸線方向端面との角部に断面Ｌ字形の環状シール溝を形成し、この環状シール溝に軸線方向端面側から環状シール部材を装着するようにしたので、環状シール溝の加工を容易且つ高精度に行うことができ、所要精度の管理が容易となる。また、環状シール部材を変形させることなく環状シール溝に装着することができるようになるので、漏れの発生を抑制することが可能となる。さらに、環状シール部材の直径を小さくできるようになるので、回転継手を小型化することも可能になる。直径が小さくできれば、結果的に回転継手の回転負荷を小さくすることができる。

本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の回転継手の全体構造を示す断面図、図２は本発明の回転継手を使用した工作機械の回転テーブル装置の断面図である。

図１を参照すると、回転継手１１は、軸線方向の穴１３を有した円筒形状の固定体１５と、穴１３内に回転可能に収容されている回転軸１７と、穴１３の内周面と回転軸１７の外周面との間に形成された環状隙間に積層状に挿入されたリング形状をなす複数の環状部材１９と、固定体１５の上部に取り付けられた蓋部材２１とを備え、固定体１５は固定側装置に固定接続され、回転軸１７は回転側装置に固定接続される。また、蓋部材２１の中央には、回転軸１７と同軸の貫通穴２３が形成されており、この貫通穴２３を通して回転軸１７が蓋部材２１の上方に突出し、回転側装置に接続できるようになっている。

回転軸１７には、回転軸線周りの異なる位置に軸線方向に延びる複数の第１の流体通路２５が形成されており、各第１の流体通路２５の一端は回転軸１７の上端面に開口している一方、他端は軸線方向の異なる位置で回転軸１７の外周面に開口し、第１の流体ポート２７を形成している。そして、回転軸１７が回転側装置に固定接続されると共に、各第１の流体通路２５の一端に回転側装置の流体配管が接続される。

固定体１５にも、軸線周りの異なる位置に軸線方向に延びる複数の第２の流体通路２９が形成されている。各第２の流体通路２９の一端は固定体１５の底面に開口し、その周囲には固定体１５を固定側装置に接続したときの漏れ止めのためのＯリング３１が取り付けられている。一方、各第２の流体通路２９の他端は、固定体１５の穴１３に収容したときの回転軸１７の各第１の流体ポート２７と対応する軸線方向位置で穴１３の内周面に開口し、第２の流体ポート３３を形成している。そして、固定体１５が固定側装置に固定接続されると共に、各第２の流体通路２９の一端に固定側装置の各流体配管が接続される。
なお、図１においては、説明及び図示の便宜上、回転軸１７の各第１の流体通路２５及び固定体１５の各第２の流体通路２９が同じ軸線周り位置（すなわち、軸線周りの同じ角度位置）にあるものとして図示しているが、上述したように、実際には各第１及び第２の流体通路２５、２９は軸線周りの異なる位置に設けられていることに留意されたい。

環状部材１９の内周面と軸線方向端面とにより形成される角部には、断面Ｌ字形の環状シール溝３５が形成されており、この環状シール溝３５に環状シール部材３７が装着される。また、リング形状をなす環状部材１９の内周面と外周面にはそれぞれ内側環状溝３９と外側環状溝４１が設けられており、内側環状溝３９と外側環状溝４１とは環状部材１９内を半径方向に延びる単数又は複数の連通路４３により連通されている。これら内側環状溝３９、連通路４３及び外側環状溝４１は、回転軸１７の第１の流体ポート２７と固定体１５の第２の流体ポート３３とを接続する接続通路を構成している。

回転軸１７の第１の流体ポート２７及び固定体１５の第２の流体ポート３３の位置並びに環状部材１９の各部寸法は、環状部材１９を固定体１５の穴１３に挿入したとき、回転軸１７の各第１の流体ポート２７が環状部材１９の各内側環状溝３９内に開口し、固定体１５の各第２の流体ポート３３が環状部材１９の各外側環状溝４１内に開口するように定められている。すなわち、環状部材１９は、固定体１５の穴１３内に積層状に挿入されたときに、接続通路が回転軸１７の第１の流体ポート２７と固定体１５の第２の流体ポート３３とを連通させる位置に配置されるようになっている。

このような環状部材１９では、断面Ｌ字形の環状シール溝３５が環状部材１９の軸線方向端面と内周面とにより形成される角部に形成されているので、環状シール溝３５に環状シール部材３７を装着する際、環状シール部材３７を変形させずに元の円環形状を保ったまま軸線方向端面側から環状シール溝３５に挿入することができるので、環状シール部材３７の変形による漏れの問題が発生することはない。さらに、各環状シール溝３５は、固定体１５に直接形成されているのではなく環状部材１９に形成されており、環状部材１９単位で加工することができ、しかも環状部材１９の軸線方向端面に形成されているので、加工を容易且つ高精度に行うことができる。また、環状シール溝３５の仕上げ面粗さ、各部寸法を容易に測定することができ、所要精度の管理を確実且つ容易に行うことができる。

その上、上記のような環状部材１９の接続通路の構成は、環状部材１９が回転軸線周りに如何なる向きに配置された場合でも、回転軸１７の第１の流体ポート２７と固定体１５の第２の流体ポート３３とを接続させることを可能とさせ、環状部材１９を穴１３内に挿入する際に作業者が環状部材１９の向きを意識する必要をなくし、挿入を容易にさせている。

上記環状部材１９に装着される環状シール部材３７は、内周側に配置された耐摩耗性の高い材料からなる部分３７ａと、外周側に配置された弾性の高い材料からなる部分３７ｂとを備えていることが好ましい。回転軸１７との摩擦が生じる環状シール部材３７の内周側に耐摩耗性の高い材料からなる部分３７ａを配置することにより、環状シール部材３７を摩耗しにくくして、環状シール部材３７の交換頻度を長くすることを可能とさせる一方、環状シール部材３７の外周側に弾性の高い材料からなる部分３７ｂを配置することにより、環状シール部材３７の内周側部分を回転軸１７に密着するように押し付け、高いシール性を実現させ、高耐摩耗性と高シール性とを両立させることができる。例えば部分３７ａを断面コの字形のテフロン製のリング部材とし、部分３７ｂをゴム製のＯリングとすれば良い。

次に、図１に示されている回転継手１１の組み立て手順について説明する。
最初に、機械加工等により環状部材１９の軸線方向端面と内周面とにより形成される角部に断面Ｌ字形の環状シール溝３５を形成する。次に、環状シール部材３７を変形させることなく円環形状のまま環状部材１９の軸線方向端面側から環状シール溝３５に挿入、装着し、環状シールセグメントを作成する。次に、固定体１５の穴１３内に複数の環状シールセグメントを回転軸１７の回転軸線と同軸上に積層状に挿入していく。このとき、各環状シールセグメント同士の間の外周部にＯリングを設置することが好ましい。そして、蓋部材２１を固定体１５の上部に取り付け、ネジ４５などで固定する。次に、蓋部材２１の貫通穴２３を通してリング形状をなす環状部材１９の中心部に回転軸１７を挿入する。このようにして回転継手１１を組み立てたとき、回転軸１７の各第１の流体ポート２７が各環状部材１９の内側環状溝３９内に開口すると共に、固定体１５の各第２の流体ポート３３が各環状部材１９の外側環状溝４１内に開口し、回転軸１７の第１の流体ポート２７と固定体１５の対応する第２の流体ポート３３とが環状部材１９の接続通路を介して連通接続される。また、回転軸１７の軸線方向に隣り合う第１の流体ポート２７の間は環状部材１９の環状シール溝３５に装着された環状シール部材３７によってシールされ、漏れの発生が防止される。

このように、本発明の回転継手１１によれば、シール部が環状部材１９の軸線方向端面と内周面との角部に形成された環状シール溝３５に装着された環状シール部材３７により構成されるので、環状シール部材３７を変形させることなく環状シール溝３５に装着できると共に、環状部材１９を固定体１５の穴１３に挿入して回転継手１１を組み立て後には、回転軸１７の軸線方向に隣り合う第１の流体ポート２７同士間のシールがなされるようになる。

以上、図１に図示されている実施形態を参照して、本発明の回転継手１１を説明したが、本発明の回転継手１１は図示されている実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、回転軸１７の外周面と固定体１５の穴１３の内周面との間の環状隙間に積層状に配置された環状部材１９の全てに、内側環状溝３９、連通路４３及び外側環状溝４１からなる接続通路が形成されているが、接続通路は、第１の流体ポート２７と第２の流体ポート３３との間に挟まれて配置される環状部材１９にのみ形成されていればよい。すなわち、第１の流体ポート２７と第２の流体ポート３３との間に挟まれて配置された環状シールセグメント同士の間に接続通路が形成されていない環状部材１９をスペーサとして挿入、配置するようにしてもよい。また、環状シール溝３５も全ての環状部材１９に形成されている必要はなく、回転軸線方向に隣り合う第１の流体ポート２７同士間のシールがなされるようになっていればよい。

図２には、本発明の回転継手１１を工作機械の回転テーブル装置４７に使用した適用例が示されている。工作機械の回転テーブル装置４７は、ベース４９と、ベース４９上に軸受５１を介して回転可能に支持された回転テーブル５３と、回転テーブル５３上に設置されている四面イケール５５とを備えている。四面イケール５５には、ワークＷを固定把持するための油圧クランパ５７が設けられており、固定側装置であるベース４９から回転側装置である回転テーブル５３上の四面イケール５５に油圧を供給する必要がある。そこで、ベース４９に設けられた油圧供給源（図示せず）に接続された流体配管５９と回転テーブル５３及び四面イケール５５に設けられた流体配管６１とを接続するために本発明の回転継手１１を使用している。

回転継手１１の固定体１５は固定側装置であるベース４９に取り付けられ、固定体１５の底面に開口する第２の流体通路２９と油圧供給源から延びる流体配管５９とが接続されている。また、回転継手１１の回転軸１７は、回転側装置である回転テーブル５３の下面に取り付けられ、回転軸１７の上端に開口する第１の流体通路２５と回転テーブル５３及び四面イケール５５に設けられた流体配管６１とが接続されている。
このように回転継手１１を設置することにより、回転テーブル５３及び四面イケール５５の流体配管６１と油圧供給源から延びる流体配管５９とが回転継手１１を介して連通接続され、油圧クランパ５７に油圧を供給することが可能となる。

本発明の回転継手の全体構造を示す断面図である。本発明の回転継手を使用した工作機械の回転テーブル装置の断面図である。

符号の説明

１１回転継手
１３穴
１５固定体
１７回転軸
１９環状部材
２７第１の流体ポート
３３第２の流体ポート
３５環状シール溝
３７環状シール部材
３９内側環状溝
４１外側環状溝
４３連通路

Claims

固定体に形成された軸線方向の穴内に回転軸を回転可能に収容し、前記回転軸の外周に形成された第１の流体ポートと前記固定体に形成された第２の流体ポートとを流体連通させる回転継手において、
前記回転軸に形成された第１の流体ポートをそれぞれ前記固定体に形成された対応する第２の流体ポートに連通させるために、前記固定体の内周面と前記回転軸の外周面との間にリング状をなす複数の環状部材を重ねて挿入し、前記各環状部材の内周面と軸線方向端面とにより形成される角部に断面Ｌ字形の環状シール溝を形成して軸線方向端面側から前記環状シール溝に環状シール部材を挿入することを特徴とした回転継手。
前記第１の流体ポートと前記第２の流体ポートとの間に配置される環状部材には、前記環状部材の内周面に設けられた内側環状溝と、前記環状部材の外周面に設けられた外側環状溝と、前記第１の流体ポートと前記第２の流体ポートとを連通させる連通路とが形成されており、前記内側環状溝に前記第１の流体ポートが開口し、前記外側環状溝に前記第２の流体ポートが開口するようになっている請求項１に記載の回転継手。
前記環状シール部材は、内周側に配置された耐摩耗性の高い材料からなる部分と、外周側に配置された弾性の高い材料からなる部分とを備える請求項１又は請求項２に記載の回転継手。