JP5221249B2 - Rotary joint - Google Patents
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Description
本発明は、回転部に流体を送給するために用いられるロータリジョイントに関するものである。 The present invention relates to a rotary joint used for feeding fluid to a rotating part.
工作機械の主軸など作動時に回転状態にある回転部に冷却用のクーラントなどの流体を送給する流体送給機構において、固定された流体送給配管を回転部の流路と接続する流体継手としてロータリジョイントが用いられる。ロータリジョイントは、回転部に結合されて回転する回転軸と流体送給配管に接続される固定軸とを同軸に配置して軸方向に対向させ、それぞれの対向端面に装着された回転シールのシール面を相互に密着させることにより流体の漏洩を防止する構成となっている(特許文献1、2参照)。これにより、流体送給配管から回転状態にある回転部へ、所定圧力・所定流量の流体がロータリジョイントを介して連続的に供給される。
上述のような流体送給機構においては、工作機械など被供給側の状態によっては、ロータリジョイントを介して供給される流量が大きく変動する場合がある。すなわち流体供給源としては十分な容量のポンプが用いられるため、被供給側において流体噴射ノズルの脱落などの不測の事態が発生した場合には、使用範囲として想定された圧力・流量の範囲から外れた流体がロータリジョイントを通過して被供給側に流れる場合がある。このような圧力・流量の大幅な変動はクーラント供給配管系の正常な作動を阻害する要因となるため、極力変動を抑制することが求められる。しかしながら、上述の特許文献例を含め、従来のロータリジョイントにおいてはこのような変動を防止する機能は備えていなかった。このため、クーラント供給系全体として流量を安定させるためには、流量調整弁などをロータリジョイントの上流側もしくは下流側に配設する必要があり、クーラント供給配管系の構成を複雑化にする結果となっていた。 In the fluid feeding mechanism as described above, the flow rate supplied via the rotary joint may vary greatly depending on the state of the machine side such as a machine tool. In other words, a pump with a sufficient capacity is used as the fluid supply source, so if an unexpected situation such as a fluid injection nozzle dropping off occurs on the supply side, it will be out of the range of pressure and flow rate assumed as the usage range. May flow to the supplied side through the rotary joint. Such large fluctuations in pressure and flow rate are factors that impede normal operation of the coolant supply piping system, and therefore it is required to suppress fluctuations as much as possible. However, the conventional rotary joints including the above-mentioned patent document examples have not been provided with a function for preventing such fluctuations. For this reason, in order to stabilize the flow rate of the entire coolant supply system, it is necessary to arrange a flow rate adjustment valve or the like on the upstream side or the downstream side of the rotary joint, resulting in a complicated configuration of the coolant supply piping system. It was.
本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、簡便な構成でクーラント供給配管系の流量の変動を防止することができるロータリジョイントを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a rotary joint that can prevent fluctuations in the flow rate of the coolant supply piping system with a simple configuration.
本発明のロータリジョイントは、軸方向の回転流路が設けられ回転軸に装着される回転部および軸方向の固定流路が設けられケーシング部材に装着される固定部を同軸配置して成り、流体供給源から供給される流体を軸心廻りに回転する前記回転部の回転流路へ前記固定流路を介して送給するロータリジョイントであって、前記回転部に設けられ側端面に前記回転流路が開口した第1のシール面を有する回転シール部と、前記回転シール部に設けられ前記回転流路内を流れる流体の流量を制限する流量制限手段と、前記固定部に設けられ一方側の側端面に前記固定流路が開口した第2のシール面を有する固定シール部と、前記固定シール部の他方側に設けられ、前記ケーシング部材に設けられた嵌合孔に前記軸方向の移動が許容された状態で嵌合する固定軸部とを有し、前記固定流路は前記固定軸部を前記軸方向に貫通して直管形状で形成されており、前記流体供給源から前記嵌合孔内へ前記流体を供給して前記固定軸部の他方側の側端面に流体圧を作用させて、前記固定シール部を前記回転シール部に対して押圧することにより、前記第1のシール面と第2のシール面とを相互に密着させて面シール部を形成し、前記流量制限手段は、前記回転シール部において前記面シール部の下流側に位置して設けられ、さらに前記流量制限手段は、前記回転流路の流路断面積を局部的に前記直管形状の固定流路の流路断面積の75%以下に絞ることにより、前記回転シール部の下流側が完全開放された場合においても前記固定流路における圧力損失を流体圧の10%以下に抑えるために前記流量を制限する。 The rotary joint of the present invention is formed by coaxially arranging a rotating portion provided with an axial rotation flow path and attached to the rotation shaft and a fixed portion provided with an axial fixed flow path and attached to a casing member. A rotary joint that feeds fluid supplied from a supply source to a rotating flow path of the rotating unit that rotates about an axis through the fixed channel, the rotary joint being provided on the rotating unit on the side end surface. A rotary seal portion having a first seal surface with an open passage; flow rate limiting means provided in the rotary seal portion for limiting the flow rate of fluid flowing in the rotary flow path; and provided on the fixed portion on one side. A fixed seal portion having a second seal surface with the fixed flow path opened on a side end surface thereof, and provided in the other side of the fixed seal portion, is moved in the axial direction in a fitting hole provided in the casing member. In an acceptable state And a fixing shank which case, the fixed channel is formed through the fixed shaft portion in the axial direction in a straight tubular shape, the fluid from the fluid source to the fitting hole The first seal surface and the second seal surface are supplied by applying fluid pressure to the other side end surface of the fixed shaft portion and pressing the fixed seal portion against the rotary seal portion. And the flow rate restricting means is provided at the downstream side of the face seal portion in the rotary seal portion, and the flow rate restricting means further includes the rotary flow path. Even when the downstream side of the rotary seal portion is completely opened, the flow path cross-sectional area of the straight seal pipe is locally reduced to 75% or less of the cross-sectional area of the straight pipe-shaped fixed flow path. In order to suppress the pressure loss to 10% or less of the fluid pressure To limit the amount.
本発明によれば、軸方向の回転流路が設けられた回転部および軸方向の固定流路が設けられた固定部を同軸配置した構成のロータリジョイントにおいて、回転部に設けられ側端面に回転流路が開口した第1のシール面を有する回転シール部に、回転流路内を流れる流体の流量を圧力損失を発生させて制限する流量制限手段を備えることにより、簡便な構成でクーラント供給配管系の流量の変動を防止することができる。 According to the present invention, in a rotary joint having a configuration in which a rotating portion provided with an axial rotation flow path and a fixed portion provided with an axial fixed flow path are coaxially arranged, the rotary joint is rotated on a side end surface. A coolant supply pipe with a simple structure is provided by providing a flow rate limiting means for limiting the flow rate of the fluid flowing in the rotary flow path by generating a pressure loss in the rotary seal portion having the first seal surface with the flow path opened. Variations in the flow rate of the system can be prevented.
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施の形態におけるロータリジョイント(第1実施例)の断面図、図2は本発明の一実施の形態におけるロータリジョイント(第1実施例)の動作説明図、図3は本発明の一実施の形態におけるロータリジョイント(第2実施例)の断面図、図4は本発明の一実施の形態におけるロータリジョイント(第3実施例)の断面図、図5は本発明の一実施の形態におけるロータリジョイント(第4実施例)の断面図図6は本発明の一実施の形態におけるロータリジョイント(第5実施例)の断面図である。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a rotary joint (first example) according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an operation explanatory view of the rotary joint (first example) according to one embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view of a rotary joint (second example) according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is a cross-sectional view of a rotary joint (third example) according to an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of a rotary joint (fifth example) according to an embodiment of the present invention.
まず図1を参照して、ロータリジョイント1(第1実施例)の全体構成を説明する。流体送給機構の全体構成を説明する。図1において、ロータリジョイント1は、工作機械のスピンドル軸などの回転軸へ冷却用の流体を送給する流体供給機構に用いられるものであり、軸方向の回転流路が設けられた回転部1aおよび軸方向の固定流路が設けられた固定部1bを同軸配置して構成される。
First, the overall configuration of the rotary joint 1 (first embodiment) will be described with reference to FIG. The overall configuration of the fluid feeding mechanism will be described. In FIG. 1, a
回転部1aは回転軸であるスピンドル軸2の流路孔2aに締結されており、スピンドル軸2は、スピンドルに内蔵されたモータによって回転駆動されて軸心A廻りに回転するとともに、クランプ/アンクランプシリンダによって軸方向の進退動作を行う。また固定部1bは、円筒ブロック形状のケーシング部材3に設けられた嵌合孔3aに嵌合して装着されており、スピンドル軸2が挿通するフレーム(図示省略)にボルトなどの締結手段によってケーシング部材3を着脱自在に締結することにより、固定部1bは回転部1aと同軸に配置される。嵌合孔3aには、流体供給部(図示省略)より液体クーラントや冷却用のエアなどの気体が選択的に送給される(矢印a)。
The rotating
次に、ロータリジョイント1の詳細構造を説明する。図1において回転部1aは、スピンドル軸2に装着されたロータ4を主体としている。ロータ4は、回転軸部4aの一方側の端部に回転軸部4aよりも外径が大きいフランジ部4bを設け、さらに軸心部に回転流路4eを軸方向に設けた形状となっている。回転軸部4aの外面には雄ねじ部4dが設けられており、流路孔2aの内面には雌ねじ部2bが設けられている。雄ねじ部4dを雌ねじ部2bに螺合させることにより、ロータ4はスピンドル軸2にねじ締結され、Oリング6によってねじ締結部が密封される。これにより、回転流路4eはスピンドル軸2の流路孔2aと連通する。
Next, the detailed structure of the
ロータ4の右側(固定部1bと対向する側)の側端面には、回転流路4eの開孔面を囲む配置で円形状の凹部4cが形成されており、凹部4cには第1のシールリング5が固定されている。第1のシールリング5はセラミックなどの耐摩耗性に富む硬質材料を、中央部に開口部5aを有する円環形状に成形したものであり、平滑面に仕上げられた第1のシール面5bを外面側にした状態で凹部4cに固定される。そしてこの状態では、回転流路4eは開口部5aと連通して第1のシール面5bに開口する。
A
回転軸部4aの下流側の端部には、絞り部4fが設けられている。絞り部4fは回転軸部4aの下流端に、固定流路7fの流路径d1や回転流路4eの流路径d2よりも小さい流路径d3のオリフィス孔4gを設けた構成となっている(図2参照)。本実施の形態では、絞り部4fの絞り効果によって回転流路4e内を上流側から送給される流体の流量を制限するようにしている。上記構成において、第1のシールリング5が固定されたロータ4は、回転部1aに設けられ側端面に回転流路4eが開口した第1のシール面5bを有する回転シール部となっている。そしてこの回転シール部には、回転流路4e内を流れる流体の流量を制限する流量制限手段としての絞り部4fを備えた構成となっている。なお図1,図2に示す例では、回転流路4eの流路径d2を固定流路7fの流路径d1よりも大きくなるように設定しているが、流路径d2と流路径d1とを同一径としてもよい。
A
次に、ケーシング部材3に装着される固定部1bの構造を説明する。固定部1bは、ケーシング部材3の嵌合孔3aに嵌合して装着されたフローティングシート7を主体としている。フローティングシート7は、一方側(図において回転部1aと対向する側)に円板形状のフランジ部7bが設けられ、他方側に固定流路7fが軸方向に貫通して形成された固定軸部7aを有する形状となっている。固定軸部7aは、嵌合孔3aに軸方向の移動が許容された状態で嵌合する。嵌合孔3aの内面にはOリング溝3bが設けられており、Oリング溝3bに装着されたOリング10によって固定軸部7aの嵌合部が密封される。ケーシング部材3には廻り止め部材11が軸方向に植設されており、フローティングシート7をケーシング部材3に装着した状態において廻り止め部材11はフランジ部7bに設けられた廻り止め孔7cを軸方向に挿通している。
Next, the structure of the
フランジ部7bの左側(回転部1aと対向する端面)に設けられた凸部7dには、固定流路7fの開孔面を囲む配置で、円形状の凹部7eが形成されており、凹部7eには第2のシールリング8が固定されている。第2のシールリング8は第1のシールリング5と同様の硬質材料を中央部に開口部8aを有する円環形状に成形したものであり、平滑面に仕上げられた第2のシール面8bを外面側にした状態で凹部7eに固定される。そしてこの状態では、固定流路7fは開口部8aと連通して第2のシール面8bに開口する。すなわち第2のシールリング8が固定されたフローティングシート7は、固定流路が軸方向に貫通して形成されケーシング部材3に設けられた嵌合孔3aに軸方向の移動が許容された状態で嵌合する固定軸部7aを有し、側端面に固定流路7fが開口した第2のシール面8bを有する固定シール部となっている。
A circular
次に、図2を参照してロータリジョイント1の動作を説明する。嵌合孔3a内に供給対象の流体が送給される(矢印a)ことにより、この流体圧は固定軸部7aの他方側(第2のシールリング8の反対側)の側端面7gに作用する。これにより、固定軸部7aは嵌合孔3a内で回転部1a側へスライドし、第2のシールリング8は第1のシールリング5に対して、側端面7gの投影面積A1に流体圧を乗じた大きさの押圧力Fで押圧される。この押圧力Fは第2のシール面8bと第1のシール面5bとを相互に密着させ、これにより固定流路7fから軸廻りに回転状態の回転流路4eへ送給される流体の漏洩を防止する面シール部9が形成される。
Next, the operation of the rotary joint 1 will be described with reference to FIG. When the fluid to be supplied is fed into the
すなわち、流体供給源から嵌合孔3a内へ流体を供給して固定軸部7aの他方側の側端面7gに流体圧を作用させて、固定シール部であるフローティングシート7を回転シール部であるロータ4に対して押圧することにより、第1のシール面5bと第2のシール面8bとを相互に密着させて面シール部9を形成する。このフローティングシート7のスライドにおいて、フランジ部7bに設けられた廻り止め孔7cが廻り止め部材11に沿って摺動することにより、フローティングシート7の軸方向の移動がガイドされるとともに、軸廻りの廻り止めが行われる。
That is, a fluid is supplied from the fluid supply source into the
ロータリジョイント1の作動状態においては、送給される流体の圧力によるフローティングシート7の進出と、スピンドル軸2の進退動作によって、面シール部9のシール面の接離が行われる。すなわちフローティングシート7が後退して第1のシール面5bと第2のシール面8bとが相互に離隔した状態において、嵌合孔3a内に流体が送給されることによりフローティングシート7が前進(矢印b方向)し、第1のシール面5bが第2のシール面8bに当接して面シール部9が形成される。そしてスピンドル軸2が固定部1bに対して相対的に前進(矢印e方向)することにより、フローティングシート7は後退(矢印c方向)し、フランジ部7bがケーシング部材3に近接した位置に復帰する。そしてこの状態からスピンドル軸2を相対的に後退(矢印d方向)させることにより、第1のシール面5bと第2のシール面8bとが相互に離隔した状態に戻る。
In the operating state of the rotary joint 1, the seal surface of the
ここで、ロータリジョイント1の作動時における絞り部4fの機能について説明する。前述のように、絞り部4fは回転流路4e内を流れる流体の流量を制限する機能を有するものである。ロータリジョイント1における流量の制限は、以下のような意義を有している。上述構成の流体送給機構においては、下流の被供給側の状態によっては、ロータリジョイント1を介して供給される流量が大きく変動する場合がある。すなわち一般に流体供給源は十分な容量を備えていることから、被供給側において流体噴射ノズルの脱落などの不測の事態が発生した場合には、使用範囲として想定された圧力・流量の範囲から外れた流体がロータリジョイントを通過して被供給側に流れる場合がある。
Here, the function of the
このような流量や圧力の変動は、クーラント供給配管系の正常な作動を阻害する要因となるため、極力変動を抑制することが求められる。このような変動を抑制する手段として、クーラント供給配管系に過大な流量が流れないように絞りなどの流量制限手段を設けることが考えられる。このような目的の流量制限手段をクーラント供給配管系に組み込むに際しては、ロータリジョイント1のシール機能の安定性を損なわないために、以下に説明するような考慮が必要となる。
Such fluctuations in flow rate and pressure are factors that hinder the normal operation of the coolant supply piping system, and therefore it is required to suppress fluctuations as much as possible. As a means for suppressing such fluctuation, it is conceivable to provide a flow restricting means such as a throttle so that an excessive flow does not flow in the coolant supply piping system. When incorporating such a flow restricting means for the purpose into the coolant supply piping system, the following considerations are necessary in order not to impair the stability of the sealing function of the
ロータリジョイント1に採用されるメカニカルシール構造においては、図2に示すように流体圧による押圧力Fを面シール部9に作用させることによりシール機能を果たしている。そして押圧力Fにより面シール部9に生じるシール圧力と内部の流体圧との相対比を予め使用条件に応じて適正に設定されたバランス比に保つことにより、安定したシール性能を維持するようにしている。このため、上述目的の流量制限手段をクーラント供給配管系に組み込むに際しては、面シール部9近傍の流体圧と固定軸部7aの側端面7gに作用する流体圧との関係を極力変動させないよう、流量制限手段の構成および流量制限手段が挿入される位置を考慮する必要がある。
In the mechanical seal structure employed in the rotary joint 1, a sealing function is achieved by applying a pressing force F by fluid pressure to the
すなわち、ロータリジョイント1の上流側に流量制限手段を設けた場合には、流量を制限するために設けた絞り部における圧力損失のために、面シール部9に作用する流体圧が低下し、シール性能の安定性を損なうおそれがある。これに対し、ロータリジョイント1の下流側に流量制限手段を設けようとすれば、スピンドル軸2など常に回転する部分に流量を制限する機構を組み込む必要があり、装置構成上困難が伴う場合が多い。
That is, when the flow restricting means is provided on the upstream side of the rotary joint 1, the fluid pressure acting on the
このようなメカニカルシールの特性を考慮して、本実施の形態に示すロータリジョイント1においては、面シール部9から下流に位置するロータ4に絞り部4fを設けることにより流量を制限するようにしている。このような構成を採用することにより、フローティングシート7や面シール部9に作用する流体圧の変動を生じることなく、固定流路7fから回転流路4eを介して流路孔2aに流れる流量を制限することができる。しかもこの流量制限手段はロータリジョイント1を構成するロータ4に設けられていることから、スピンドル軸2など回転部分には何ら新たな機構を追加する必要がなく、設備の変更や改修を全く必要としない。
In consideration of such mechanical seal characteristics, in the rotary joint 1 shown in the present embodiment, the flow rate is limited by providing the
なお、絞り部4fの構成において、オリフィス孔4gの流路径d3は、固定流路7fの流路径d1との関係で決定されるものである。すなわち、ロータリジョイント1における流量の変動を許容可能な範囲内に抑制するために必要な絞り度合いが、固定流路7fの流路断面積に対するオリフィス孔4gの流路断面積の百分比を用いて設定される。本実施の形態においては、回転流路4eを局部的に絞ったオリフィス孔4gの流路断面積を固定流路7fの流路断面積の90%以下となるようにしている。ここで、より確実な流量制限効果を得るためには、上記百分比を75%以下とすることが望ましい。またロータ4において絞り部4fを設ける位置は、ロータ4の下端部には限定されず、面シール部9から下流側であれば回転流路4eの任意位置に設けることができる。
In the configuration of the
上記絞り度合いの数値は、以下のような計算根拠に基づいて設定される。ロータリジョイントにおいて安定したシール性能を確保するためには前述のバランス比の変動を10%以下にすることが望ましい。バランス比は面シール部9における流体圧と押圧力Fによって決定されることから、フローティングシート7内の固定流路7fにおける圧力損失をロータリジョイント1の手前側における流体圧の10%以下に抑えることが求められる。ここで、圧力損失の増加の要因となる流量の増加は、ロータリジョイント1の下流側が開放に近い状態となることにより生じるため、ロータ4の直後が完全開放されて静圧が立たない状態を想定し、この状態においてなお圧力損失が10%以下となるような条件を設定すればよい。換言すれば、ロータリジョイント1に供給される流体の流体圧Pのうち、10%が固定流路7fにおける圧力損失として費やされ、残りの90%がロータ4に設けられたオリフィス孔4gによって動圧に変換されるような条件を見出せばよい。
The numerical value of the degree of aperture is set based on the following calculation basis. In order to ensure a stable sealing performance in the rotary joint, it is desirable that the fluctuation of the balance ratio is 10% or less. Since the balance ratio is determined by the fluid pressure and the pressing force F in the
すなわち、固定流路7fにおける圧力損失ΔPが流体圧Pの10%である場合のファニングの圧損計算式(1)と、オリフィス孔4g前後の差圧が流体圧Pの90%である場合の流量Qを計算する計算式(2)とを、流量Qが等しいという条件で連立させることにより、上述の条件を満たす固定流路7fの流路断面積S1に対するオリフィス孔4gの流路断面積S3の比(S3/S1)が求められる。
(ΔP=)0.1P=λ(L/d1)V2 /2g・・(1)
Q=α(S3)√(2g×0.9P)・・(2)
ここで、λ:管摩擦係数 L:固定流路長さ d1:固定流路径
V:固定流路流速 g:重力加速度 α:オリフィス流量係数
(1)式は、流量Qを用いて、0.1P=λ(L/d1)(Q/S1)2 /2gと書き表される。そしてこの流量Qに(2)式を代入しさらに数値条件例としてλ=0.03、α=0.75、L=40mm、d1=5mmの数値を用いると、前述の条件を満たす(S3/S1)の限界値として0.91が求められる。
That is, the fanning pressure loss calculation formula (1) when the pressure loss ΔP in the fixed
(ΔP =) 0.1P = λ (L / d 1 ) V 2 / 2g ·· (1)
Q = α (S 3 ) √ (2 g × 0.9 P) (2)
Here, λ: pipe friction coefficient L: fixed flow path length d 1 : fixed flow path diameter V: fixed flow path flow velocity g: gravitational acceleration α: orifice flow coefficient (1) 1P = λ (L / d 1 ) (Q / S 1 ) 2 / 2g. Then, by substituting Equation (2) into this flow rate Q and using numerical values of λ = 0.03, α = 0.75, L = 40 mm, and d 1 = 5 mm as examples of numerical conditions, the above condition is satisfied (S As a limit value of 3 / S 1 ), 0.91 is obtained.
すなわち、上述の数値条件において、固定流路7fの流路断面積S1に対するオリフィス孔4gの流路断面積S3の比(S3/S1)を90%以下としておけば、ロータ4の下流が完全開放された場合においても、固定流路7fにおける圧力損失ΔPを流体圧Pの10%以下に抑えることができる。そして通常のロータリジョイントにおいては、上述の数値条件に極端な差異はないことから、安定したシール性能を確保する上での(S3/S1)の目安の値として、上記数値(90%)を用いることができる。なお(S3/S1)を75%以下とすれば、先端開放状態においてもシール性能に影響を与えないことが実験により確認されている。
That is, if the ratio (S 3 / S 1 ) of the flow passage cross-sectional area S 3 of the
このようにロータリジョイント1において流量を制限することの効果は、ロータリジョイント1を流れる流体が、冷却用のエアなどの気体である場合に特に顕著となる。すなわち過大な流量の気体がフローティングシート7を流れることによって圧力損失が増大した場合には、面シール部9近傍の流体圧がフローティングシート7の上流側の流体圧に対して低下する結果、予め設定されたバランス比が維持されずに、面シール部9に作用するシール面圧が増大する結果となる。このようなシール面圧の増大は、流体が気体である場合にシール性能に対してより大きな影響を及ぼす。
Thus, the effect of restricting the flow rate in the
すなわち一般に気体は潤滑性を有していないことから、無潤滑状態のシール面により大きなシール面圧が作用することとなり、シール面の面荒れや漏れ量の増大などのシール動作不良を生じるおそれがある。これに対し、本実施の形態に示すロータリジョイント1においては、このような特性を有する気体を供給対象とする場合にあっても、ロータリジョイント1を流れる流量をロータ4に設けられた流量制限手段によって制限するようにしている。これにより過大な流量の気体がフローティングシート7を流れることを防止することができ、上述のようなシール面の面荒れや漏れ量の増大などのシール動作不良を有効に防止することが可能となる。
In other words, since gas generally does not have lubricity, a large seal surface pressure acts on a non-lubricated seal surface, which may cause a sealing operation failure such as rough seal surface and increased leakage. is there. On the other hand, in the rotary joint 1 shown in the present embodiment, even when a gas having such characteristics is to be supplied, the flow rate restricting means provided in the rotor 4 allows the flow rate to flow through the
なお、ロータ4に設ける流量制限手段としては、上記構成に示すような絞り部4fに限定されるものではなく、種々のバリエーションが想定可能である。以下、これらのバリエーションの幾例かを図3〜図6を参照して説明する。まず、図3は第2実施例のロータリジョイント1Aを示している。この第2実施例では、第1実施例においては回転流路4eを局部的に絞った絞り部4fを設けているのに対し、回転流路4eの流路径d4をロータ4Aの全長にわたって固定流路7fの流路径d1よりも小さくすることにより流量を制限するようにしたものである。流路径d4の決定に際しては、第1実施例と同様に固定流路7fの流路断面積に対するオリフィス孔4gの流路断面積の百分比に基づいて決定される。
The flow rate limiting means provided in the rotor 4 is not limited to the
すなわち図3に示すロータ4Aは、第1実施例に示すロータ4において、軸心部に設けられた回転流路4eの流路断面積をロータ4Aの全長にわたって回転流路4eの流路断面積の90%以下とすることにより、流量を制限する形態となっている。ここでも同様に、より確実な流量制限効果を得るためには、上記百分比を75%以下とすることが望ましい。ロータ4Aの右側の側端面に固定された第1のシールリング5Aには、回転流路4eの内径d4と同一径の開口部5aが形成される。これ以外の構成については、図1に示すロータリジョイント1と同様である。絞り部4fを設けることに替えてこのような構成を採用することにより、ロータ4Aの加工を簡略化することができるという利点がある。
That is, the
図4は、第3実施例のロータリジョイント1Bを示している。この第3実施例では、回転流路4eにおいて流体の流れ方向を径方向に変化させる曲げ部をロータ4Bに設けることにより、圧力損失を発生させて流量を制限するようにしたものである。すなわち図4においてロータ4Bは、図1におけるロータ4の下流側の端部に曲げ部14を設けた構成となっている。曲げ部14は、回転流路4eから回転軸部4aの外面まで貫通する貫通孔14aを単数または複数設けた形態となっている。回転流路4eの流れ方向(矢印f)と貫通孔14aの流れ方向(矢印g)とのなす角度θは、直角または直角に近い鈍角に設定される。すなわち曲げ部14において、回転流路4e内の流体は貫通孔14aを介して流路孔2aに流出し、これにより流れ方向が径方向に変化する。そして流れ方向および流路径の変化に伴う圧力損失によって流量が制限される。
FIG. 4 shows a rotary joint 1B of the third embodiment. In the third embodiment, a bending portion that changes the flow direction of the fluid in the radial direction in the
図5は、第4実施例のロータリジョイント1Cを示している。この第4実施例では、複数の細孔が軸方向に貫通して設けられた流量制限部を回転流路4eに設けることにより、流量を制限するようにしたものである。すなわち、図5において、ロータ4Cは、図1におけるロータ4の下流側の端部に流量制限部15を設けた構成となっている。流量制限部15は、回転流路4eの下流端に流路を閉塞する閉塞部15bを設け、閉塞部15bを貫通して内径d5の細孔15aを複数設けた形態となっている。回転軸部4aの下流側の端面4iに示すように、細孔15aは流路中心について点対称配置で設けられている。回転流路4e内の流体は、流量制限部15の細孔15aを介して流路孔2aに流出し、このときの圧力損失によって流量が制限される。
FIG. 5 shows a rotary joint 1C of the fourth embodiment. In the fourth embodiment, the flow rate is restricted by providing the
図6は、第5実施例のロータリジョイント1Dを示している。この第5実施例では、複数の微細孔を有する多孔質のフィルタ部材を回転流路4e内に挿入することにより、流量を制限するようにしたものである。すなわち、図6において、ロータ4Dは、図1のロータ4において回転流路4eの下流部にフィルタ部材17を挿入した構成となっている。フィルタ部材17はセラミックの焼結体など複数の微細孔を有する多孔質材を略円筒プラグ形状に成形したものであり、回転流路4eの内部に挿入されてカラーリング16によって位置保持されている。回転流路4e内の流体はフィルタ部材17を透過して流路孔2a内に流出する。このとき、流体内に混入している異物がフィルタ部材17によって捕捉されるとともに、流体がフィルタ部材17を透過する際の圧力損失によって流量が制限される。フィルタ部材17を用いることにより、ロータ4Dとともに回転することから、フィルタ部材17によって捕捉された異物は回転に伴う遠心力によって外周方向へ集積され、フィルタ部材17の目詰まりが抑制されるという付随的な効果を有する。
FIG. 6 shows a rotary joint 1D of the fifth embodiment. In this fifth embodiment, the flow rate is limited by inserting a porous filter member having a plurality of micropores into the
なお第3実施例、第4実施例、第5実施例における流量制限の効果は、それぞれ曲げ部14,流量制限部15,フィルタ部材17の圧力損失の大きさに基づいて判断される。すなわち曲げ部14における貫通孔14aの孔径や配置,流量制限部15における細孔15aの孔径・孔長や孔数、フィルタ部材17におけるフィルタ厚、メッシュなどを変化させながら圧力損失を測定し、第1実施例における絞り部4fの圧力損失と同等となるようにする。
The effects of the flow restriction in the third embodiment, the fourth embodiment, and the fifth embodiment are determined based on the magnitude of pressure loss in the bending
上記説明したように本発明は、軸方向の回転流路が設けられた回転部および軸方向の固定流路が設けられた固定部を同軸配置した構成のロータリジョイントにおいて、回転部に設けられ側端面に回転流路が開口した第1のシール面を有する回転シール部に、回転流路内を流れる流体の流量を制限する流量制限手段を備えるようにしたものである。この流量制限は、流路内で圧力損失を発生させることにより行われる。この種のロータリジョイントにおける従来の技術常識では、流路内の圧力損失は極力避けるべきとされていたものであるのに対し、本発明においては圧力損失の発生位置を適正に設定することにより、シール性能の安定化を実現している。これにより、簡便な構成でクーラント供給配管系の流量の変動を防止することができ、流量の変動に伴って発生するおそれがあるシール性能の異常を防止することができる。 As described above, the present invention relates to a rotary joint having a configuration in which a rotating portion provided with an axial rotation flow path and a fixed portion provided with an axial fixed flow path are arranged coaxially. The rotary seal portion having the first seal surface with the rotary channel opened at the end face is provided with a flow rate limiting means for limiting the flow rate of the fluid flowing in the rotary channel. This flow restriction is performed by generating a pressure loss in the flow path. In the conventional technical common sense in this type of rotary joint, pressure loss in the flow path was supposed to be avoided as much as possible, but in the present invention, by appropriately setting the position where pressure loss occurs, Stabilization of sealing performance is realized. Thereby, the fluctuation | variation of the flow volume of a coolant supply piping system can be prevented with a simple structure, and abnormality of the sealing performance which may generate | occur | produce with the fluctuation | variation of a flow volume can be prevented.
本発明のロータリジョイントは、簡便な構成でクーラント供給配管系の流量の変動を防止することができるという特徴を有し、工作機械の主軸などの回転部に液体クーラントやエアなどの流体を送給する用途に有用である。 The rotary joint of the present invention is characterized by being capable of preventing fluctuations in the flow rate of the coolant supply piping system with a simple configuration, and supplying fluid such as liquid coolant and air to a rotating part such as a spindle of a machine tool. It is useful for the application.
1 ロータリジョイント
1a 回転部
1b 固定部
2 スピンドル軸
3 ケーシング部材
4 ロータ
4e 回転流路
4f 絞り部
5 第1のシールリング
5b 第1のシール面
7 フローティングシート
7a 固定軸部
7f 固定流路
8 第2のシールリング
8b 第2のシール面
9 面シール部
14 曲げ部
15 流量制限部
17 フィルタ部材
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記回転部に設けられ側端面に前記回転流路が開口した第1のシール面を有する回転シール部と、
前記回転シール部に設けられ前記回転流路内を流れる流体の流量を制限する流量制限手段と、
前記固定部に設けられ一方側の側端面に前記固定流路が開口した第2のシール面を有する固定シール部と、
前記固定シール部の他方側に設けられ、前記ケーシング部材に設けられた嵌合孔に前記軸方向の移動が許容された状態で嵌合する固定軸部とを有し、
前記固定流路は前記固定軸部を前記軸方向に貫通して直管形状で形成されており、
前記流体供給源から前記嵌合孔内へ前記流体を供給して前記固定軸部の他方側の側端面に流体圧を作用させて、前記固定シール部を前記回転シール部に対して押圧することにより、前記第1のシール面と第2のシール面とを相互に密着させて面シール部を形成し、
前記流量制限手段は、前記回転シール部において前記面シール部の下流側に位置して設けられ、
さらに前記流量制限手段は、前記回転流路の流路断面積を局部的に前記直管形状の固定流路の流路断面積の75%以下に絞ることにより、前記回転シール部の下流側が完全開放された場合においても前記固定流路における圧力損失を流体圧の10%以下に抑えるために前記流量を制限することを特徴とするロータリジョイント。 A fluid supplied from a fluid supply source is formed by coaxially arranging a rotating portion provided with an axial rotation flow path and attached to the rotation shaft and a fixed portion provided with an axial fixed flow path and attached to a casing member. A rotary joint that feeds through the fixed flow path to the rotary flow path of the rotating part that rotates around the axis,
A rotary seal portion having a first seal surface provided in the rotary portion and having the rotary flow channel open on a side end surface;
A flow rate limiting means for limiting the flow rate of the fluid flowing in the rotary flow path provided in the rotary seal portion;
A stationary sealing portion having a second sealing surface on which the fixed channel on one side side end face of the provided in the fixing unit is opened,
A fixed shaft portion provided on the other side of the fixed seal portion and fitted in a fitting hole provided in the casing member in a state in which movement in the axial direction is allowed;
The fixed flow path is formed in a straight pipe shape penetrating the fixed shaft portion in the axial direction,
Supplying the fluid from the fluid supply source into the fitting hole and applying fluid pressure to the other side end surface of the fixed shaft portion to press the fixed seal portion against the rotary seal portion; The first seal surface and the second seal surface are brought into close contact with each other to form a surface seal portion ,
The flow rate restricting means is provided at the downstream side of the face seal portion in the rotary seal portion,
Further, the flow rate restricting means restricts the flow passage cross-sectional area of the rotary flow passage locally to 75% or less of the flow passage cross-sectional area of the straight tube-shaped fixed flow passage so that the downstream side of the rotary seal portion is completely closed. A rotary joint that restricts the flow rate in order to suppress a pressure loss in the fixed flow path to 10% or less of a fluid pressure even when it is opened .
前記回転部に設けられ側端面に前記回転流路が開口した第1のシール面を有する回転シール部と、
前記回転シール部に設けられ前記回転流路内を流れる流体の流量を制限する流量制限手段と、
前記固定部に設けられ一方側の側端面に前記固定流路が開口した第2のシール面を有する固定シール部と、
前記固定シール部の他方側に設けられ、前記ケーシング部材に設けられた嵌合孔に前記軸方向の移動が許容された状態で嵌合する固定軸部とを有し、
前記固定流路は前記固定軸部に前記軸方向に貫通して直管形状で形成されており、
前記流体供給源から前記嵌合孔内へ前記流体を供給して前記固定軸部の他方側の側端面に流体圧を作用させて、前記固定シール部を前記回転シール部に対して押圧することにより、前記第1のシール面と第2のシール面とを相互に密着させて面シール部を形成し、
前記流量制限手段は、前記回転シール部において前記面シール部の下流側に位置して設けられ、
さらに前記流量制限手段は、前記回転流路の流路断面積を前記回転シール部の全長にわたって前記直管形状の固定流路の流路断面積の75%以下とすることにより、前記回転シール部の下流側が完全開放された場合においても前記固定流路における圧力損失を流体圧の10%以下に抑えるために前記流量を制限することを特徴とするロータリジョイント。 A fluid supplied from a fluid supply source is formed by coaxially arranging a rotating portion provided with an axial rotation flow path and attached to the rotation shaft and a fixed portion provided with an axial fixed flow path and attached to a casing member. A rotary joint that feeds through the fixed flow path to the rotary flow path of the rotating part that rotates around the axis,
A rotary seal portion having a first seal surface provided in the rotary portion and having the rotary flow channel open on a side end surface;
A flow rate limiting means for limiting the flow rate of the fluid flowing in the rotary flow path provided in the rotary seal portion;
A stationary sealing portion having a second sealing surface on which the fixed channel on one side side end face of the provided in the fixing unit is opened,
A fixed shaft portion provided on the other side of the fixed seal portion and fitted in a fitting hole provided in the casing member in a state in which movement in the axial direction is allowed;
The fixed flow path is formed in a straight pipe shape penetrating the fixed shaft portion in the axial direction,
Supplying the fluid from the fluid supply source into the fitting hole and applying fluid pressure to the other side end surface of the fixed shaft portion to press the fixed seal portion against the rotary seal portion; The first seal surface and the second seal surface are brought into close contact with each other to form a surface seal portion ,
The flow rate restricting means is provided at the downstream side of the face seal portion in the rotary seal portion,
Furthermore, the flow rate restricting means sets the rotary seal portion to 75% or less of the flow passage cross-sectional area of the straight fixed channel over the entire length of the rotary seal portion. The rotary joint is characterized in that the flow rate is limited in order to suppress the pressure loss in the fixed flow path to 10% or less of the fluid pressure even when the downstream side of the valve is completely opened .
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