JP5976404B2

JP5976404B2 - ロータリジョイント

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Publication number: JP5976404B2
Application number: JP2012129479A
Authority: JP
Inventors: 信二波多野
Original assignee: Rix Corp
Current assignee: Rix Corp
Priority date: 2012-06-07
Filing date: 2012-06-07
Publication date: 2016-08-23
Anticipated expiration: 2032-06-07
Also published as: JP2013253644A

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。

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シール部材のシール面を相互に密着させて面シール部を形成することにより、流体の漏洩を防止する構成となっている。この構成により、流体送給配管から回転状態にある回転部へロータリジョイントを介して連続的に流体を給することができる。

このような構成のロータリジョイントで、工作機械などドローバーを進退させる用途に用いられるものでは、シール面を相互に密着させるためには固定軸を回転軸に対して相対的に軸方向に移動させる必要がある。この軸方向の相対移動は、従来より供給される流体の流体力を固定軸の上流側端部に作用させて、固定軸を嵌合孔内でスライドさせることにより行われていた（例えば特許文献１，２参照）。

特許文献１に示す先行技術例では、供給される流体の流体力を固定軸の上流側端部に作用させて固定軸を嵌合孔内でスライドさせることにより、面シール部を形成するようにしている。また特許文献２に示す先行技術例では、特許文献１と同様に流体力を固定軸の上流側端部に作用させる構成に加え、嵌合孔内に摺動自在に嵌合した移動部材にも流体力を作用させ、作動開始時には移動部材を固定軸の上流側端部に当接させて駆動力を補うようにしている。

特開２０１０−１０１３６１号公報特開２０１１−１０２６１１号公報

しかしながら上述の先行技術においては、いずれも面シール部形成のために固定軸をスライドさせる構成に起因して、それぞれ以下のような難点があった。まずこの構成においては、ロータリジョイントの作動開始時にはシール面が開放状態で流体が供給されることから、固定軸が移動して面シール部が形成されるまでの間は流体が大量に拡散し、飛沫が外部に飛散することが避けられない。また嵌合孔内における固定軸の摺動隙間にスラッジなどの異物が付着すると固定軸の摺動不良による動作異常が生じ、流体の大量漏洩などの重大事故の要因となる。

またこのような固定軸の摺動不良を防止しようとすれば固定軸をスライドさせる駆動力を確保する必要があるが、この場合には固定軸は高速で移動するためシール面が閉じる際の衝撃や、過大なシール面圧のためにシール部材の破損が生じるおそれがある。さらに面シール部が形成された状態では、固定軸は嵌合孔内に片持ち保持された保持形態となり、シール面に微振動が発生してシール面を摩耗させる不都合が生じやすい。

このように上述の先行技術例を含め、従来技術のロータリジョイントには、回転部に対して固定部を軸方向に移動させる構成において、固定部を確実に安定して移動させて動作不良やシール部材への衝撃を有効に防止し、さらに流体の外部への漏洩を抑えることが困難であるという課題があった。

そこで本発明は、固定部と回転部との相対移動を安定させて動作不良やシール部材への衝撃を有効に防止し、流体の外部への漏洩を抑制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。

請求項１に記載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て前記軸方向に進退する回転部および前記軸方向の固定流路が設けられた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、前記固定流路が前記軸方向に形成され前記固定部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を有し、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、前記回転シール部と固定シール部とを相対回転を許容しつつ前記軸方向に係止して、前記第１のシール面と第２のシール面とを対向させて当接させた状態を保持する係止部とを備え、前記係止部により第１のシール面と第２のシール面とを当接させた面シール部が形成され、前記面シール部が形成された状態のまま前記回転部を進退させることにより、前記固定軸部が前記回転部とともに軸方向に進退し、前記係止部は、前記回転シール部に固着される回転側固着部と、この回転側固着部から前記固定シール部側に延出して設けられ前記固定シール部に当接して第１のシール面と第２のシール面との離隔を規制する回転側当接部と、この回転側当接部において前記固定シール部との当接部に設けられて前記相対回転を許容する回転側摺動部材を有する。

また請求項２に記載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て前記軸方向に進退する回転部および前記軸方向の固定流路が設けられた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、前記固定部に設けられ側端面に前記固定流路が開口した第１のシール面を有する固定シール部と、前記回転流路が前記軸方向に形成され前記回転部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回転軸部を有し、一方側の側端面に前記回転流路が開口した第２のシール面を有する回転シール部と、前記固定シール部と回転シール部とを相対回転を許容しつつ前記軸方向に係止して、前記第１のシール面と第２のシール面とを対向させて当接させた状態を保持する係止部とを備え、前記係止部により第１のシール面と第２のシール面とが当接して面シール部が形成され、前記面シール部が形成された状態のまま前記回転部を進退させることにより、前記回転部は前記固定シール部に係止された前記回転軸部に対して軸方向に進退し、前記係止部は、前記固定シール部に固着される固定側固着部と、この固定側固着部から前記回転シール部側に延出して設けられ前記回転シール部に当接して第１のシール面と第２のシール面との離隔を規制する固定側当接部と、この固定側当接部において前記回転シール部との当接部に設けられて前記相対回転を許容する固定側摺動部材を有する。

本発明によれば、軸方向の回転流路が設けられ回転軸に装着されて前記軸方向に進退する回転部および前記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、回転部に設けられた回転シール部と固定部に設けられた固定シール部とを相対回転を許容しつつ軸方向に係止して、回転シール部と固定シール部の２つのシール面を対向させて当接させた状態を保持する係止部を備えることにより、固定部と回転部との相対移動を安定させて動作不良やシール部材への衝撃を有効に防止し、流体の外部への漏洩を抑制することができる。

本発明の実施の形態１におけるロータリジョイントの断面図本発明の実施の形態１におけるロータリジョイントの部分断面図本発明の実施の形態１におけるロータリジョイントの動作説明図本発明の実施の形態２におけるロータリジョイントの断面図本発明の実施の形態２におけるロータリジョイントの部分断面図本発明の実施の形態２におけるロータリジョイントの動作説明図

（実施の形態１）
まず図１を参照して、実施の形態１におけるロータリジョイント１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。

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（矢印ａ）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（矢印ｂ）を行う。また固定部１ｂはケーシング３に流路孔３ｂと連通して設けられた装着孔３ａに、ハウジング部材７を介して固定装着されており、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。流路孔３ｂには、流体供給源（図示省略）より液体クーラントや冷却用のエアなどの流体が送給される（矢印ｃ）。

次に各部の詳細構造を説明する。回転部１ａはスピンドル軸２に装着されたロータ４を主体としており、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。

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。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。

次に、ケーシング３に装着される固定部１ｂの構造を説明する。固定部１ｂは、軸形状のフローティングシート８をハウジング部材７に装着した構成となっている。ケーシング３の装着面３ｃには流路孔３ｂと連通して設けられた装着孔３ａが開口しており、装着孔３ａには固定部１ｂの本体を構成する円筒形状のハウジング部材７から延出して設けられた嵌合凸部７ｄが嵌合する。嵌合凸部７ｄの端部には雄ねじ部７ｅが形成されており、流路孔３ｂの内面には雌ねじ部３ｄが設けられている。雄ねじ部７ｅを雌ねじ部３ｄに螺合させることにより、ハウジング部材７はケーシング３にねじ締結され、Ｏリング１２によってねじ締結部が密封される。

フローティングシート８は、固定流路８ｂが軸方向に貫通して形成された固定軸部８ａを主体としている。固定軸部８ａの一方側（図において回転部１ａと対向する側）の端部には外周面を削り込んだシール装着部８ｃが形成されており、シール装着部８ｃには第２のシールリング９が固定されている。第２のシールリング９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９ａ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９ｂを外面側にした状態でシール装着部８ｃに固定される。そしてこの状態では、固定流路８ｂは開口部９ａと連通して第２のシール面９ｂに開口する。

固定軸部８ａは、ハウジング部材７の中心部に軸方向に貫通して設けられた嵌合孔７ａに、軸方向の移動が許容された状態で嵌合する。すなわち、嵌合孔７ａ、固定軸部８ａの形状・寸法設定により、嵌合孔７ａの内周面７ｂと固定軸部８ａの外周面との間に所定の隙間寸法の摺動隙間が確保されるようになっている。ハウジング部材７の嵌合凸部７ｄには、内周面７ｂから突出して廻り止めガイド用のガイドピン１３が植設されており、ガイドピン１３は固定軸部８ａの上流側の外周面に軸方向に設けられたガイド溝８ｇに嵌合している。これにより、フローティングシート８のハウジング部材７に対する相対回転が規制される。

上記構成において第２のシールリング９が固定されたフローティングシート８は、固定流路８ｂが軸方向に形成され固定部１ｂのハウジング部材７に設けられた嵌合孔７ａに軸方向の移動が許容された状態で嵌合する固定軸部８ａを有し、一方側の側端面に固定流路８ｂが開口した第２のシール面９ｂを有する固定シール部となっている。なお本実施の形態においては、フローティングシート８をハウジング部材７を介してケーシング３に装着する例を示しているが、ケーシング３にフローティングシート８を直接装着するようにしてもよい。この場合には固定部１ｂのケーシング３に設けられた嵌合孔に、固定軸部８ａを軸方向の移動が許容された状態で嵌合させる。

次に上述構成の回転シール部（第１のシールリング５が固定されたロータ４）と固定シール部（第２のシールリング９が固定されたフローティングシート８）とを、相対回転を許容しつつ軸方向に係止する機能を有する係止部１５について説明する。従来のロータリジョイントの構成では、固定流路に供給される流体の流体力によって固定シール部を下流側に移動させ、回転シール部に対して固定シール部を押し付けることにより面シール部を形成する。これに対し、本実施の形態においては、係止部１５によって回転シール部と固定シール部とを軸方向に係止して、第１のシール面５ｂと第２のシール面９ｂとを対向させて当接させた状態を保持するようにしている。

すなわち図２（ａ）に示すように、係止部１５は連結部材１６および軸受部材１７を主体としている。連結部材１６は、回転シール部と固定シール部との軸方向の移動を規制する機能を有しており、本実施の形態では円筒形状で面シール部を外周側から覆う被覆部１６ａの上流側（図２において右側）の端部に、中心方向に延出する鍔部１６ｂを形成した形状となっている。軸受部材１７は連結部材１６と固定シール部との間に介在して、相対回転時の摺動性を確保する機能を有している。軸受部材１７はＳｉＣ、アルミナ、カーボンなど、摺動性・耐摩耗性に優れた材質で製作され、鍔部１６ｂの下流側の内側面１６ｃおよび被覆部１６ａの内周面１６ｅに、それぞれ外側端面１７ａおよび外周面１７ｂを当接させて、接着や圧入などの方法によって固定装着されている。

回転部１ａにおいて回転軸部４ａから上流側に延出した軸端部４ｆの外周には雄ねじ部４ｇが設けられており、連結部材１６を固定シール部に装着する際には、被覆部１６ａの内面に設けられた雌ねじ部１６ｄを雄ねじ部４ｇに螺合させて、被覆部１６ａの端部をロータ４のフランジ部４ｂに対して押し付けながら固定する。この状態では、図２（ａ）におけるＢ部詳細の図２（ｂ）に示すように、軸受部材１７の内側面１７ｃが第２のシールリング９の側端面９ｃに当接して下流側に押し付けることにより、第２のシールリング９の第２のシール面９ｂが第１のシールリング５の第１のシール面５ｂに当接して面シール部を形成するととともに、第１のシール面５ｂと第２のシール面９ｂとの離隔を規制する。そして軸受部材１７の内周面１７ｄに第２のシールリング９が嵌合することによって、内周面１７ｄと外周面９ｄ、内側面１７ｃと側端面９ｃとの間で２つの摺接面が形成される。

すなわちこの状態で、回転部１ａのロータ４が回転すると連結部材１６が軸受部材１７とともに回転する。このとき、フローティングシート８はガイドピン１３によって回転が規制されていることから、第２のシールリング９およびフローティングシート８からなる固定シール部は停止状態にある。そして、内周面１７ｄと外周面９ｄ、内側面１７ｃと側端面９ｃとがそれぞれ摺動することにより、係止部１５は回転シール部と固定シール部とを相対回転を許容しつつ、軸方向に係止する。

なお、第２のシール面９ｂと第１のシール面５ｂの当接状態は、使用目的、対象とする流体の種類，シール材質などによって規定される面シール部の所望のシール特性に応じて、適宜設定される。すなわち第２のシール面９ｂと第１のシール面５ｂとの間にわずかな隙間が形成されるような当接状態、また第２のシール面９ｂと第１のシール面５ｂとが所定の面圧値で密着状態にあるような当接状態など、各種態様の当接状態を適宜選択することができる。

上記構成において、雄ねじ部４ｇおよび雌ねじ部１６ｄが設けられた被覆部１６ａは、回転シール部に固着される回転側固着部となっている。そして、鍔部１６ｂおよび軸受部材１７は、この回転側固着部から固定シール部側に延出して設けられ、固定シール部に当接して第１のシール面５ｂと第２のシール面９ｂとの離隔を規制する回転側当接部を構成する。そして軸受部材１７は、この回転側当接部において固定シール部との当接部に設けられて、回転シール部と固定シール部との相対回転を許容する回転側摺動部材として機能している。

図３は、ロータリジョイント１の動作状態を示している。すなわち係止部１５によって回転シール部と固定シール部が係止され、第１のシール面５ｂと第２のシール面９ｂとを当接させた面シール部が形成された状態のまま、回転部１ａを進退させる（矢印ｄ）ことにより、固定軸部８ａが回転部１ａとともに軸方向に進退する（矢印ｅ）。すなわち本実施の形態に示すロータリジョイント１においては、回転シール部と固定シール部とを当接させた面シール部が常に形成された状態にある。

この構成により、固定シール部から回転シール部へ流体を供給する作動開始時に固定軸部をスライドさせる従来構成のロータリジョイントと比較して、以下のような優れた効果を得る。すなわち従来構成においては、作動開始時に固定軸部が移動して面シール部が形成されるまでの間は流体が大量に拡散し、飛沫が外部に飛散することが避けられない。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、常に面シール部が形成されていることから、シール面が開放状態で流体が供給されることによる流体の大量の漏出・飛散が発生しない。

また従来構成においては、固定軸部の摺動隙間にスラッジなどの異物が付着すると摺動不良による動作異常が生じることから、このような摺動不良を防止しようとすれば固定軸部をスライドさせる駆動力を確保する必要がある。そして十分な駆動力で固定軸部をスライドさせると、固定軸部が高速移動することによるシール面閉止時の衝撃や、過大なシール面圧のためにシール部材の破損が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、固定軸部８ａは常にスピンドル軸２に伴って進退することから、摺動不良による動作異常が発生しない。また．スライド動作のための流体力による駆動力を考慮する必要がないことから、固定軸部８ａにおける固定流路８ｂの内径を十分に確保して、流路抵抗を低減することが可能となっている。

さらに従来構成においては、面シール部が形成された状態で固定軸部は嵌合孔内に片持ち保持された保持形態となり、シール面に微振動が発生してシール面を摩耗させる不都合が生じやすい。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、固定軸部８ａは下流側の端部を係止部１５によって保持された両持ち保持形態となることから、面シール部において微振動が発生することによるシール面の摩耗が低減される。

（実施の形態２）
次に図４を参照して、実施の形態２におけるロータリジョイント１０１の全体構成を説明する。ロータリジョイント１０１は、実施の形態１におけるロータリジョイント１と同様の用途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１０１ａおよび軸方向の固定流路が設けられた固定部１０１ｂを同軸配置して構成される。本実施の形態２においては、ロータリジョイント１では固定部１ｂに設けられていたフローティングシートを、回転部１０１ａに設けた構成例を示している。

図４において、回転部１０１ａは回転軸であるスピンドル軸１０３に締結されており、スピンドル軸１０３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（矢印ａ）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（矢印ｂ）を行う。また固定部１０１ｂはケーシング１０２に設けられた流路孔１０２ａに、保持部材１０４を介して固定装着されており、スピンドル軸１０３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１０２を着脱自在に締結することにより、固定部１０１ｂは回転部１０１ａと同軸に配置される。流路孔１０２ａには、流体供給源（図示省略）より液体クーラントや冷却用のエアなどの流体が送給される（矢印ｃ）。

次に各部の詳細構造を説明する。固定部１０１ｂはケーシング１０２に装着された保持部材１０４を主体としており、保持部材１０４は固定軸部１０４ａの一方側の端部に固定軸部１０４ａよりも外径が大きいフランジ部１０４ｂを設け、さらに軸心部に固定流路１０４ｅを軸方向に設けた形状となっている。固定軸部１０４ａの外面には雄ねじ部１０４ｄが設けられており、流路孔１０２ａの内面には雌ねじ部１０２ｂが設けられている。雄ねじ部１０４ｄを雌ねじ部１０２ｂに螺合させることにより、保持部材１０４はケーシング１０２にねじ締結され、Ｏリング１０６によってねじ締結部が密封される。これにより、固定流路１０４ｅはケーシング１０２の流路孔１０２ａと連通する。

保持部材１０４の左側（回転部１０１ａと対向する側）の側端面には、固定流路１０４ｅの開孔面を囲む配置で円形状の凹部１０４ｃが形成されており、凹部１０４ｃには第１のシールリング１０５が固定されている。第１のシールリング１０５は実施の形態１における第１のシールリング５と同様であり、平滑面に仕上げられた第１のシール面１０５ｂを外面側にした状態で凹部１０４ｃに固定される。そしてこの状態では、固定流路１０４ｅは開口部１０５ａと連通して第１のシール面１０５ｂに開口する。上記構成において、第１のシールリング１０５が固定された保持部材１０４は、固定部１０１ｂに設けられ側端面に固定流路１０４ｅが開口した第１のシール面１０５ｂを有する固定シール部となっている。

次に、スピンドル軸１０３に装着される回転部１０１ａの構造を説明する。回転部１０１ａは、軸形状のフローティングシート１０８をロータ１０７に装着した構成となっている。スピンドル軸１０３の装着面１０３ｃには流路孔１０３ｂと連通して設けられた装着孔１０３ａが開口しており、装着孔１０３ａには回転部１０１ａの本体を構成する円筒形状のロータ１０７から延出して設けられた嵌合凸部１０７ｄが嵌合する。嵌合凸部１０７ｄの端部には雄ねじ部１０７ｅが形成されており、流路孔１０３ｂの内面には雌ねじ部１０３ｄが設けられている。雄ねじ部１０７ｅを雌ねじ部１０３ｄに螺合させることにより、ロータ１０７はスピンドル軸１０３にねじ締結され、Ｏリング１１２によってねじ締結部が密封される。

フローティングシート１０８は、回転流路１０８ｂが軸方向に貫通して形成された回転軸部１０８ａを主体としており、一方側（図において固定部１０１ｂと対向する側）の端部には外周面を削り込んだシール装着部１０８ｃが形成されており、シール装着部１０８ｃには第２のシールリング１０９が固定されている。第２のシールリング１０９は第１のシールリング１０５と同様の硬質材料を中央部に開口部９ａ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１０９ｂを外面側にした状態でシール装着部１０８ｃに固定される。そしてこの状態では、回転流路１０８ｂは開口部１０９ａと連通して第２のシール面１０９ｂに開口する。

回転軸部１０８ａは、ロータ１０７の中心部に軸方向に貫通して設けられた嵌合孔１０７ａに、軸方向の移動が許容された状態で嵌合する。すなわち、嵌合孔１０７ａ、回転軸部１０８ａの形状・寸法設定により、嵌合孔１０７ａの内周面１０７ｂと回転軸部１０８ａの外周面との間に所定の隙間寸法の摺動隙間が確保されるようになっている。ロータ１０７の嵌合凸部１０７ｄには、内周面１０７ｂから突出して廻り止めガイド用のガイドピン１１３が植設されており、ガイドピン１１３は回転軸部１０８ａの上流側の外周面に軸方向に設けられたガイド溝１０８ｇに嵌合している。これにより、フローティングシート１０８のロータ１０７に対する相対回転が規制される。

上記構成において第２のシールリング１０９が固定されたフローティングシート１０８は、回転流路１０８ｂが軸方向に形成され回転部１０１ａのロータ１０７に設けられた嵌合孔１０７ａに軸方向の移動が許容された状態で嵌合する回転軸部１０８ａを有し、一方側の側端面に回転流路１０８ｂが開口した第２のシール面１０９ｂを有する回転シール部となっている。なお本実施の形態においては、フローティングシート１０８をロータ１０７を介してスピンドル軸１０３に装着する例を示しているが、スピンドル軸１０３にフローティングシート１０８を直接装着するようにしてもよい。この場合には回転部１０１ａのスピンドル軸１０３に設けられた嵌合孔に、回転軸部１０８ａを軸方向の移動が許容された状態で嵌合させる。

次に上述構成の固定シール部（第１のシールリング１０５が固定された保持部材１０４）と回転シール部（第２のシールリング１０９が固定されたフローティングシート１０８）とを、相対回転を許容しつつ軸方向に係止する機能を有する係止部１１５について説明する。従来のロータリジョイントの構成においては、固定流路に供給される流体の流体力によって固定シール部を下流側に移動させ、回転シール部に対して固定シール部を押し付けることにより面シール部を形成することが行われる。これに対し、本実施の形態においては、係止部１１５によって回転シール部と固定シール部とを軸方向に係止して、第１のシール面１０５ｂと第２のシール面１０９ｂとを対向させて当接させた状態を保持するようにしている。

すなわち図５（ａ）に示すように、係止部１１５は連結部材１１６および軸受部材１１７を主体としている。連結部材１１６は、回転シール部と固定シール部との軸方向の移動を規制する機能を有しており、本実施の形態では円筒形状で面シール部を外周側から覆う被覆部１１６ａの下流側（図２において左側）の端部に、中心方向に延出する鍔部１１６ｂを形成した形状となっている。軸受部材１１７は連結部材１１６と固定シール部との間に介在して相対回転時の摺動性を確保する機能を有している。軸受部材１１７は実施の形態１における軸受部材１７と同様であり、鍔部１１６ｂの下流側の内側面１１６ｃおよび被覆部１１６ａの内周面１１６ｅに、それぞれ外側端面１１７ａおよび外周面１１７ｂを当接させて、接着や圧入などの方法によって固定装着されている。

固定部１０１ｂにおいて固定軸部１０４ａから下流側に延出した軸端部１０４ｆの外周には雄ねじ部１０４ｇが設けられており、連結部材１１６を固定シール部に装着する際には、被覆部１１６ａの内面に設けられた雌ねじ部１１６ｄを雄ねじ部１０４ｇに螺合させて、被覆部１１６ａの端部を保持部材１０４のフランジ部１０４ｂに対して押し付けながら固定する。この状態では、図５（ａ）におけるＢ部詳細の図５（ｂ）に示すように、軸受部材１１７の内側面１１７ｃが第２のシールリング１０９の側端面１０９ｃに当接して下流側に押し付けることにより、第２のシールリング１０９の第２のシール面１０９ｂが第１のシールリング１０５の第１のシール面１０５ｂに当接して面シール部を形成するととともに、第１のシール面１０５ｂと第２のシール面１０９ｂとの離隔を規制する。そして軸受部材１１７の内周面１１７ｄに第２のシールリング１０９が嵌合することによって、内周面１１７ｄと外周面１０９ｄ、内側面１１７ｃと側端面１０９ｃとの間で２つの摺接面が形成される。

すなわちこの状態で、回転部１０１ａのロータ１０７が回転すると、フローティングシート１０８はガイドピン１１３によってロータ１０７との相対回転が規制されていることから、第２のシールリング１０９およびフローティングシート１０８からなる回転シール部がロータ１０７とともに回転する。そして保持部材１０４に固定された連結部材１１６は軸受部材１１７とともに回転停止状態にある。このとき、内周面１１７ｄと外周面１０９ｄ、内側面１１７ｃと側端面１０９ｃとがそれぞれ摺動することにより、係止部１１５は回転シール部と固定シール部とを相対回転を許容しつつ、軸方向に係止する。

なお、第２のシール面１０９ｂと第１のシール面１０５ｂの当接状態は、使用目的、対象とする流体の種類，シール材質などによって規定される面シール部の所望のシール特性に応じて、適宜設定される。すなわち第２のシール面１０９ｂと第１のシール面１０５ｂとの間にわずかな隙間が形成されるような当接状態、また第２のシール面１０９ｂと第１のシール面１０５ｂとが所定の面圧値で密着状態にあるような当接状態など、各種態様の当接状態を適宜選択することができる。

上記構成において、雄ねじ部１０４ｇおよび雌ねじ部１１６ｄが設けられた被覆部１１６ａは、固定シール部に固着される固定側固着部となっている。そして、鍔部１１６ｂおよび軸受部材１１７は、この固定側固着部から回転シール部側に延出して設けられ、回転シール部に当接して第１のシール面１０５ｂと第２のシール面１０９ｂとの離隔を規制する固定側当接部を構成する。そして軸受部材１１７は、この固定側当接部において回転シール部との当接部に設けられて、回転シール部と固定シール部との相対回転を許容する固定側摺動部材として機能している。

図６は、ロータリジョイント１０１の動作状態を示している。すなわち係止部１１５によって回転シール部と固定シール部が係止され、第１のシール面１０５ｂと第２のシール面１０９ｂとを当接させた面シール部が形成された状態のまま、回転部１０１ａを進退させることにより（矢印ｄ）、回転部１０１ａは固定シール部に係止されて停止状態の回転軸部１０８ａに対して軸方向に進退する。すなわち本実施の形態に示すロータリジョイント１０１においては、回転シール部と固定シール部とを当接させた面シール部が常に形成された状態にある。これにより、実施の形態１に示すロータリジョイント１と同様の効果を得る。

さらに本実施の形態２に示すロータリジョイント１０１においては、フローティングシート１０８が回転部１０１ａ側に設けられてロータ１０７とともに回転することから、回転運動に伴うジャイロ作用によって回転軸部１０８ａの軸心廻りの振れが軽減されるという効果を得る。これにより、第１のシール面１０５ｂと第２のシール面１０９ｂとを当接させた面シール部における微振動の発生が抑制され、シール面の摩耗を低減することが可能となっている。

上記実施の形態１、２においては、係止部１５、１１５を構成する連結部材１６，１１６として、装着状態において回転シール部と固定シール部とで形成される面シール部を外周方向から覆う円筒形状の被覆部１６ａ、１１６ａを有する形態例を示しているが、本発明はこれに限定されず、回転シール部と固定シール部との相対回転を許容しつつ、回転シール部と固定シール部との離隔を規制することが可能な構成の係止部であれば本発明の対象となる。

なお、上述のように面シール部を外周方向から覆う円筒形状の被覆部１６ａ、１１６ａを有する構成を採用することにより、面シール部の外側に閉止空間を形成して、この閉止空間に潤滑剤を封入することが可能となる。すなわち本実施の形態１，２では、係止部１５，１１５は、面シール部の外側に閉止空間を形成するように配設され、この閉止空間に潤滑剤を封入することにより、第１のシール面と第２のシール面との摺動面を潤滑するようにしている。

上記説明したように、実施の形態１，２に示す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て軸方向に進退する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、回転部に設けられた回転シール部と固定部に設けられた固定シール部とを相対回転を許容しつつ軸方向に係止して、回転シール部と固定シール部の２つのシール面を対向させて当接させた状態を保持する係止部を備える構成としている。これにより、固定部と回転部との相対移動を安定させることが可能となり、動作不良やシール部材への衝撃を有効に防止して、流体の外部への漏洩を抑制することができる。

本発明のロータリジョイントは、固定部と回転部との相対移動を安定させて動作不良やシール部材への衝撃を有効に防止し、流体の外部への漏洩を抑制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。

１，１０１ロータリジョイント
１ａ、１０１ａ回転部
１ｂ、１０１ｂ固定部
２、１０３スピンドル軸
３，１０２ケーシング
４、１０７ロータ
４ｅ、１０８ｂ回転流路
５、１０５第１のシールリング
５ｂ、１０５ｂ第１のシール面
７ハウジング部材
８、１０８フローティングシート
８ａ、１０４ａ固定軸部
８ｂ、１０４ｅ固定流路
９、１０９第２のシールリング
９ｂ、１０９ｂ第２のシール面
１５、１１５係止部
１６、１１６連結部材
１７，１１７軸受部材
１０４保持部材
１０８ａ回転軸部

Claims

軸方向の回転流路が設けられ回転軸に装着されて前記軸方向に進退する回転部および前記軸方向の固定流路が設けられた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、
前記固定流路が前記軸方向に形成され前記固定部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を有し、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、
前記回転シール部と固定シール部とを相対回転を許容しつつ前記軸方向に係止して、前記第１のシール面と第２のシール面とを対向させて当接させた状態を保持する係止部とを備え、
前記係止部により第１のシール面と第２のシール面とを当接させた面シール部が形成され、
前記面シール部が形成された状態のまま前記回転部を進退させることにより、前記固定軸部が前記回転部とともに軸方向に進退し、
前記係止部は、前記回転シール部に固着される回転側固着部と、この回転側固着部から前記固定シール部側に延出して設けられ前記固定シール部に当接して第１のシール面と第２のシール面との離隔を規制する回転側当接部と、この回転側当接部において前記固定シール部との当接部に設けられて前記相対回転を許容する回転側摺動部材を有することを特徴とするロータリジョイント。
軸方向の回転流路が設けられ回転軸に装着されて前記軸方向に進退する回転部および前記軸方向の固定流路が設けられた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、
前記固定部に設けられ側端面に前記固定流路が開口した第１のシール面を有する固定シール部と、
前記回転流路が前記軸方向に形成され前記回転部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回転軸部を有し、一方側の側端面に前記回転流路が開口した第２のシール面を有する回転シール部と、
前記固定シール部と回転シール部とを相対回転を許容しつつ前記軸方向に係止して、前記第１のシール面と第２のシール面とを対向させて当接させた状態を保持する係止部とを備え、
前記係止部により第１のシール面と第２のシール面とが当接して面シール部が形成され、
前記面シール部が形成された状態のまま前記回転部を進退させることにより、前記回転部は前記固定シール部に係止された前記回転軸部に対して軸方向に進退し、
前記係止部は、前記固定シール部に固着される固定側固着部と、この固定側固着部から前記回転シール部側に延出して設けられ前記回転シール部に当接して第１のシール面と第２のシール面との離隔を規制する固定側当接部と、この固定側当接部において前記回転シール部との当接部に設けられて前記相対回転を許容する固定側摺動部材を有することを特徴とするロータリジョイント。
前記係止部は前記面シール部の外側に閉止空間を形成するように配設され、前記閉止空間に潤滑剤を封入することにより、第１のシール面と第２のシール面との摺動面を潤滑することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のロータリジョイント。