JP5993227B2

JP5993227B2 - ロータリジョイント

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Publication number: JP5993227B2
Application number: JP2012145206A
Authority: JP
Inventors: 今泉　吉規; 吉規今泉
Original assignee: Rix Corp
Current assignee: Rix Corp
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2016-09-14
Anticipated expiration: 2032-06-28
Also published as: JP2014009720A

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おり、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。このような構成のロータリジョイントでは、シール面を密着させるために固定軸側を軸方向に移動させる必要があることから、固定軸はケーシング部などに設けられた嵌合孔に摺動自在に嵌合しており、嵌合孔の内周と固定軸との間に介設されたＯリングなどのシール部材によって、この摺動隙間からの流体の漏れが防止される。

ところでロータリジョイントによる供給対象となる流体には、工作機械に循環使用されるクーラントなど、微少な切削屑などの異物を含んだものが多く、連続して流体を供給する過程において、固定軸と嵌合孔との間の摺動隙間にこれらの異物が侵入することが避けられない。そしてこれらの異物が反復して侵入すると摺動隙間内において堆積固着し、固定軸の円滑な摺動が阻害される結果、ロータリジョイントは正常に作動せずに流体の大量の漏洩などの不具合が生じる。そこでこのような不具合を防止することを目的として、固定軸と嵌合孔との間の摺動隙間への異物侵入を防止する構造のロータリジョイントが提案されている（特許文献１、２参照）。

特許文献１に示す先行技術例では、嵌合孔の内周面に設けられた環状溝内にグリースを常時押し込む構成とすることにより摺動隙間をグリースで充填状態とし、摺動隙間への異物の侵入を防止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、固定軸の上流側の端部に屈曲自在なダイヤフラムを装着して、固定軸の流路孔以外に流体が流れないように密封し、これにより摺動隙間への異物の侵入を防止するようにしている。

特開２００７−２１８２９３号公報特開平６−２４１３６６号公報

しかしながら上述の先行技術においては、異物侵入を防止する機構の構成に起因して、以下のような難点があった。まず特許文献１に示す先行技術例では、摺動隙間を充填するグリースが流体に徐々に溶解して充填効果が低下するため、異物侵入の防止効果を安定して確保することが困難であった。また特許文献２に示す先行技術例では、固定軸の移動量が十分に確保できないので、固定軸の移動量を必要とする工作機械での適用は著しく限定されていた。

本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、固定軸部と嵌合孔との摺動隙間内に異物が侵入して堆積固化することに起因する不具合を簡便な構成で有効に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。

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貫通して形成され保持部材に設けられた嵌合孔に所定の摺動隙間を保って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、前記摺動隙間に設けられこの摺動隙間を前記軸方向の移動を許容しながらシールする第１の隙間シール部と、前記保持部材に設けられ前記摺動隙間と第１の隙間シール部よりも上流側において連通した加圧孔と、前記摺動隙間において前記加圧孔よりも上流側に設けられ、この摺動隙間を前記軸方向の移動を許容しながら下流側方向への流体の流動のみを選択的にシールする第２の隙間シール部と、前記摺動隙間内の圧力が前記固定軸の上流側端の圧力よりも予め設定された所定の圧力差以上高くなるように前記加圧孔を介して加圧する加圧手段とを備え、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を流体力によって下流側へ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、前記摺動隙間内を加圧することにより摺動隙間内の流体を前記第２の隙間シール部を上流側へ通過させて固定流路に流動させ、前記第２の隙間シール部は、前記摺動隙間に開口した円周溝内においてＯリング部材を付勢部材によって下流側に押し付けて構成され、前記摺動隙間内において上流側方向へ流体が流動することにより、Ｏリング部材は前記付勢部材の付勢力に抗して上流側へ変位し、これにより上流側方向への流体の流動が許容される。
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貫通して形成され保持部材に設けられた嵌合孔に所定の摺動隙間を保って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、前記摺動隙間に設けられこの摺動隙間を前記軸方向の移動を許容しながらシールする第１の隙間シール部と、前記保持部材に設けられ前記摺動隙間と第１の隙間シール部よりも上流側において連通した加圧孔と、前記摺動隙間において前記加圧孔よりも上流側に設けられ、この摺動隙間を前記軸方向の移動を許容しながら下流側方向への流体の流動のみを選択的にシールする第２の隙間シール部と、前記摺動隙間内の圧力が前記固定軸の上流側端の圧力よりも予め設定された所定の圧力差以上高くなるように前記加圧孔を介して加圧する加圧手段とを備え、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を流体力によって下流側へ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、前記摺動隙間内を加圧することにより摺動隙間内の流体を前記第２の隙間シール部を上流側へ通過させて固定流路に流動させ、前記第２の隙間シール部の上流側に前記摺動隙間に開口した円周溝を設け、前記第２の隙間シール部を通過した流体を前記円周溝内に導いて円周方向に拡散させる。

本発明によれば、保持部材に設けられた嵌合孔に固定軸部が嵌合した摺動隙間において下流側に設けられこの摺動隙間を軸方向の移動を許容しながらシールする第１の隙間シール部と、摺動隙間において第１の隙間シール部よりも上流側に開口した加圧孔と、摺動隙間において加圧孔よりも上流側に設けられ、この摺動隙間を軸方向の移動を許容しながら下流側方向への流体の流動のみを選択的にシールする第２の隙間シール部と、摺動隙間内の圧力が固定流路内の圧力よりも予め設定された所定の圧力差以上高くなるように加圧孔を介して加圧する加圧手段とを備えることにより、摺動隙間内を加圧して摺動隙間内の流体を固定流路に流動させることが可能となり、固定軸部と嵌合孔との摺動隙間内に異物が侵入して堆積固化することに起因する不具合を簡便な構成で有効に防止することができる。

本発明の一実施の形態におけるロータリジョイントの断面図本発明の一実施の形態におけるロータリジョイントの動作説明図本発明の一実施の形態におけるロータリジョイントに用いられる第２の隙間シール部の構成および機能説明図本発明の一実施の形態におけるロータリジョイントに用いられる第２の隙間シール部の構成および機能説明図本発明の一実施の形態におけるロータリジョイントの部分断面図本発明の一実施の形態におけるロータリジョイントの部分断面図

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１を参照して、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、保持部材であるハウジング部材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ａ）。

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、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７ｅが嵌合する。そしてハウジング部材７は、装着面３ｃに設けられたねじ孔（図示省略）にボルト締結（ボルト締結線Ｂ参照）され、Ｏリング１３によって装着孔３ａへの嵌合部が密封される。

フローティングシート８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８ｂが設けられ、他方側に固定流路８ｆが軸方向に貫通して形成された固定軸部８ａを有する形状となっている。フランジ部８ｂの左側（回転部１ａと対向する端面）に円堤状に設けられた凸部８ｃ内には、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フランジ部８ｂに固定される。そしてこの状態では、固定流路８ｆ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８ｄとの間に所定の隙間寸法の摺動隙間Ｇ（図５参照）が確保されるようになっている。ハウジング部材７の嵌合孔７ａ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２０が植設されており、ガイドピン２０は固定軸部８ａの上流部近傍の外周面に軸方向に設けられたガイド溝８ｅに嵌合している。

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８ｆが軸方向に形成され保持部材であるハウジング部材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、側端面に固定流路８ｆ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を保持部材としてのハウジング部材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。この場合には保持部材としてのケーシング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。

嵌合孔７ａの内周面７ｂには下流側近傍に位置してシール溝７ｃが形成されており、シール溝７ｃには円環状のシール部材であるＯリング１１が嵌合している。嵌合孔７ａに固定軸部８ａが嵌合した状態において、Ｏリング１１が外周面８ｄに押し付けられることにより摺動隙間Ｇはシールされる。シール溝７ｃ内に嵌合して装着されたＯリング１１は、摺動隙間Ｇを固定軸部８ａの軸方向の移動を許容しながらシールする第１の隙間シール部を形成する。

ハウジング部材７の内周面７ｂにおいてシール溝７ｃの上流側であってシール溝７ｄの下流側には、内周面７ｂを外径方向に削り込んだ円周溝１４が形成されており、円周溝１４は上述の摺動隙間Ｇと連通している。円周溝１４には、ハウジング部材７に設けられた加圧孔１５が開口して連通しており、さらに加圧孔１５はケーシング３を貫通して加圧配管１６と接続されている。加圧配管１６は開閉弁１７を介して加圧部１８と接続されており、開閉弁１７の開閉および加圧部１８の作動は加圧制御部１９によって制御される。

このとき、摺動隙間Ｇ内の圧力が嵌合孔７ａ内の圧力よりも予め設定された所定の圧力差だけ高くなるように、加圧孔１５を介して加圧する。すなわち、加圧部１８の加圧力を所定圧に設定した状態で作動させ、この状態で開閉弁１７を開にすることにより、加圧された流体が、加圧配管１６および加圧孔１５を介して円周溝１４に流入する。ここで摺動隙間Ｇは下流側においてＯリング１１によってシールされていることから、円周溝１４に流入した圧力流体は、摺動隙間Ｇ内を上流側方向に流動し、固定軸部８ａの側端部の隙間から摺動隙間Ｇ内に堆積した異物とともに、嵌合孔７ａ内に排出される。

上記構成において、加圧孔１５は保持部材であるハウジング部材７に設けられ、摺動隙間Ｇと前述の第１の隙間シール部よりも上流側において連通して設けられており、加圧配管１６、開閉弁１７および加圧制御部１９は、摺動隙間Ｇ内の圧力が嵌合孔７ａ内の圧力よりも予め設定された所定の圧力差以上高くなるように加圧孔１５を介して加圧する加圧手段を構成する。そして本実施の形態においては、この加圧手段によって摺動隙間Ｇ内を加圧することにより、摺動隙間Ｇ内の流体を固定流路８ｆに流動させて、摺動隙間Ｇ内に堆積した異物を排出するようにしている。

嵌合孔７ａの内周面７ｂにおいて加圧孔１５が連通した円周溝１４の上流側にはシール溝７ｄが形成されており、シール溝７ｄにはＶ字断面形状を有する円環状のシール部材であるリップシール１２が装着されている。ここで、リップシール１２の形状およびシール特性について、図３を参照して説明する。図３（ａ）は、嵌合孔７ａに固定軸部８ａが嵌合した状態において、シール溝７ｄにリップシール１２が装着された状態を示している。リップシール１２は、シール溝７ｄの溝壁面に当接する連結リング部１２ａから内周側リップ部１２ｂ、外周側リップ部１２ｃの２つのリップ部がＶ字形状に延出した断面形状を有している。リップシール１２がシール溝７ｄに装着された状態では、内周側リップ部１２ｂが固定軸部８ａの外周面８ｄに押し付けられ、外周側リップ部１２ｃがシール溝７ｄの底面に押し付けられた状態となる。そしてこの状態では、固定軸部８ａの軸方向の移動が許容される。

図３（ｂ）は、このリップシール１２の装着状態において、摺動隙間Ｇ内を下流側に流体が流動（矢印ｆ）する際の、リップシール１２のシール特性を示している。すなわち摺動隙間Ｇを介してシール溝７ｄに到達した流体の圧力がリップ間隙間１２ｄに作用することにより、内周側リップ部１２ｂ，外周側リップ部１２ｃはそれぞれ外周面８ｄおよびシール溝７ｄの底面に押し付けられる（矢印ｇ）。そしてこの押し付け力により、摺動隙間Ｇ内における下流側方向への流体の流動はリップシール１２によってシールされる。

これに対し、図３（ｃ）は、このリップシール１２の装着状態において、摺動隙間Ｇ内を上流側に流体が流動（矢印ｈ）する際の、リップシール１２のシール特性を示している。すなわち摺動隙間Ｇを介してシール溝７ｄに到達した流体の圧力が内周側リップ部１２ｂに上面側から作用することにより、内周側リップ部１２ｂは外周側リップ部１２ｃと近接する方向に撓み変形する（矢印ｉ）。これにより、内周側リップ部１２ｂと外周面８ｄとの間には隙間が生じ、下流側からの流体は摺動隙間Ｇを介して上流側へ流動する（矢印ｊ）。すなわちリップシール１２は、固定軸部８ａの軸方向の移動を許容しながら、摺動隙間Ｇを下流側方向への流体の流動のみを選択的にシールする第２の隙間シール部となっている。

なお第２の隙間シール部の形態として、ここでは摺動隙間Ｇに開口した円周溝７ｄ内にリップを上流側に向けて装着されたリップシール１２を用いる例を示したが、第２の隙間シール部として使用可能なシール形態はリップシール１２には限定されず、図４に示す例など、一方向の流動のみを選択的にシール可能な円周状シールであれば、各種のシールを採用することができる。

例えば図４（ａ）では、摺動隙間Ｇに開口した円周溝７ｄ内においてＯリング部材１２１をスプリングなどの付勢部材１２２によって下流側に押し付けて構成された第２の隙間シール部の例を示している。この場合には、摺動隙間Ｇ内における下流側方向への流体の流動（矢印ｆ）はＯリング部材１２１によってシールされる。これに対し、摺動隙間Ｇ内において上流側方向へ流体が流動（矢印ｈ）することにより、Ｏリング部材１２１は付勢部材１２２の付勢力に抗して上流側へ変位し、これにより上流側方向への流体の流動が許容される（矢印ｊ）。

また図４（ｂ）では、シール溝７ｄ内に複数枚の屈曲シール１２３を積層して装着した例を示している。この場合には、摺動隙間Ｇ内における下流側方向への流体の流動（矢印ｆ）は屈曲シール１２３によってシールされる。これに対し、摺動隙間Ｇ内において上流側方向へ流体が流動（矢印ｈ）することにより、屈曲シール１２３は外周面８ｄとの間に隙間を生じる方向に変位し、これにより上流側方向への流体の流動が許容される（矢印ｊ）。

さらに図４（ｃ）では、下流側ほど溝深さが浅いテーパ状の底面を有するシール溝７ｄ＊内に、Ｏリング部材１２４を装着した構成の第２の隙間シール部の例を示している。この場合には、摺動隙間Ｇ内における下流側方向への流体の流動（矢印ｆ）は、シール溝７ｄ＊内において最も溝深さが浅い下流側に移動して押し付けられたＯリング部材１２４によってシールされる。これに対し、摺動隙間Ｇ内において上流側方向へ流体が流動（矢印ｈ）することにより、Ｏリング部材１２４はシール溝７ｄ＊内において最も溝深さが深い上流側へ移動する。これにより、Ｏリング部材１２４と外周面８ｄとの間に隙間が生じ、上流側方向への流体の流動が許容される（矢印ｊ）。

ここで、加圧部１８としては、当該ロータリジョイント１が供給対象とする流体の種類，用途，さらに摺動隙間Ｇ内に堆積する異物の種類に応じて、各種の形態のものを選択して用いることができる。例えば、流体供給源から供給される流体がクーラント液などの液体である場合には、加圧部１８として液体を加圧して吐出するポンプを用いることができる。

このとき、加圧して加圧孔１５を介して摺動隙間Ｇ内に送給する液体の種類としては、供給対象の液体と同一の液体を用いてもよく、また単に水を加圧して摺動隙間Ｇ内に送給するようにしてもよい。さらに、供給対象の流体が気体であって液体を流動させることが望ましくない場合や、摺動隙間Ｇ内に堆積する異物が除去容易な特性を有するものである場合には、加圧部１８としてエアーや窒素ガスなどの気体を加圧して加圧孔１５を介して摺動隙間Ｇ内に送給する構成を採用してもよい。

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。流路孔３ｂを介して嵌合孔７ａ内に供給対象の流体が送給（矢印ａ）されることにより、この流体圧は固定軸部８ａの他方側（第２のシールリング９の反対側）の側端面に作用する。これにより、固定軸部８ａは嵌合孔７ａ内で回転部１ａ側へスライドし、第２のシールリング９は第１のシールリング５に対して、側端面の投影面積に流体圧を乗じた大きさの流体力Ｆで押圧される。この流体力Ｆは第２のシール面９ｂ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８ｆ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１０が形成される。

このフローティングシート８の軸方向のスライドにおいて、ガイドピン２０は固定軸部８ａの外周面に軸方向に設けられたガイド溝８ｅに嵌合していることから、フローティングシート８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。なお、このような廻り止め機構の構成として、フランジ部８ｂにボルトなどを用いたガイド軸をスライド方向に設けるとともに、このガイド軸が軸方向に摺動するガイド孔を設けるようにしてもよい。

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８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１０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８が後退して第１のシール面５ｂと第２のシール面９ｂとが相互に離隔した状態において、流体が流路孔３ｂに送給されることにより、嵌合孔７ａにおいて流体力Ｆが固定軸部８ａの側端面に作用して軸方向に押圧する。これにより、フローティングシート８が前進（矢印ｂ方向）し、第１のシール面５ｂと第２のシール面９ｂとが当接して相互に密着した面シール部１０が形成される。これにより、固定流路８ｆから回転状態の回転流路４ｅへの流体の送給が行われる。

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８は後退（矢印ｃ方向）し、フランジ部８ｂがハウジング部材７に近接した位置（図１に示す位置）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９ｂとが相互に離隔した状態に戻る。

次に図５を参照して、上記構成のロータリジョイント１における異物排出機能を説明する。図５（ａ）は、流路孔３ｂを介して送給され嵌合孔７ａに流入（矢印ｊ）した流体が、固定軸部８ａの固定流路８ｆを流下して回転部１ａ側へ向かって流れるときの状態を示している。このとき供給対象となる流体には、工作機械に循環使用されるクーラントなど、微少な切削屑などの異物２０を含んでいる場合が多く、これらの異物２０の一部は、摺動隙間Ｇ内に流れ込む流体とともに摺動隙間Ｇ内に進入する。このとき、これらの異物２０の下流側への移動は第２の隙間シール部であるリップシール１２によって大部分は止められるが、一部はリップシール１２を通過して下流側の摺動隙間Ｇにも進入する。そしてこれらの異物２０の進入が反復して摺動隙間Ｇ内において堆積固着すると、固定軸部８ａの円滑な摺動が阻害される結果となる。

このような場合にあっても、本実施の形態に示すロータリジョイント１においては、第１の隙間シール部であるＯリング１１の上流側に設けられた加圧孔１５を介しての加圧機能により、摺動隙間Ｇ内における異物２０の堆積固着を防止することができる。すなわち本実施の形態では、流体供給を継続実行する過程において予め設定された所定のタイミングで、摺動隙間Ｇ内に加圧孔１５から加圧流体を供給して異物２０を強制的に排出させるフラッシング作業を行う。

すなわち、図５（ｂ）に示すように、加圧部１８を作動させた状態で開閉弁１７を開にし、加圧孔１５内に加圧流体を送給し（矢印ｋ）、円周溝１４に流入させる（矢印ｌ）。このとき摺動隙間Ｇに連通した円周溝１４における圧力Ｐ１が、嵌合孔７ａ内の圧力Ｐ２よりも所定の圧力差ΔＰ以上高くなるように、加圧部１８の圧力設定を行う。この圧力差ΔＰは加圧流体が摺動隙間Ｇ内の流路抵抗に抗して流動する（矢印ｍ）ことが可能な圧力値に設定される。

そして円周溝１４の上流側に設けられた第２の隙間シール部であるリップシール１２は、上流側方向への流体の流動を許容することから、加圧孔１５内に送給された加圧流体は摺動隙間Ｇ内をリップシール１２を通過して上流側方向へ流動する。これにより、摺動隙間Ｇ内に堆積した異物２０は、加圧流体の流動とともに摺動隙間Ｇが固定軸部８ａの端部に開口した開口隙間から嵌合孔７ａ内に排出され（矢印ｎ）、さらに固定流路８ｆを介して下流側流路へ流動する。

上述の異物除去のためのフラッシング実行タイミングは、流体供給時あるいは流体供給停止時のいずれにおいても設定可能である。例えば流体供給時にも高頻度で異物除去を必要とする場合には、流路孔３ｂを介して供給される流体の圧力を基準として前述の圧力差ΔＰが確保可能なように加圧部１８の設定圧力を規定する。また流体供給停止時においてのみ異物除去を行えば足りるような場合には、単に水またはエアーを前述の圧力差ΔＰが確保可能なように加圧部１８を作動させる。

なお上述のフラッシングによる異物除去においては、内周面７ｂと外周面８ｄの間の摺動隙間Ｇの全周範囲にわたって加圧流体を流動させる必要があるが、リップシール１２の状態によっては、摺動隙間Ｇの周方向位置によって加圧流体の流動状態にばらつきが生じる可能性がある。このような流動状態のばらつきを極力少なくするためには、リップシール１２の上流側に摺動隙間Ｇに開口した円周溝を設け、リップシール１２を通過した流体をこの円周溝内に導いて円周方向に拡散させる対策が有効である。

すなわち、図６（ａ）に示すように、固定軸部８ａにおいてシール溝７ｄの上流側に外周面８ｄから内径方向に円周溝８ｇを形成する。または、図６（ｂ）に示すように、嵌合凸部７ｅにおいてシール溝７ｄの上流側に内周面７ｂから外径方向に円周溝７ｆを形成する。これにより、異物除去対象範囲の摺動隙間Ｇにおいて、円周溝８ｇ、円周溝７ｆの上流側では、摺動隙間Ｇ内の流体の周方向位置による流動状態のばらつきを極力抑制することができる。

上記説明したように、本実施の形態に示すロータリジョイント１では、保持部材であるハウジング部材７に設けられた嵌合孔７ａに固定軸部８ａが嵌合する摺動隙間Ｇにおいて、下流側に設けられこの摺動隙間Ｇを軸方向の移動を許容しながらシールする第１の隙間シール部としてのＯリング１１と、摺動隙間Ｇにおいて第１の隙間シール部よりも上流側に開口した加圧孔１５と、摺動隙間Ｇにおいて加圧孔１５よりも上流側に設けられ摺動隙間Ｇを軸方向の移動を許容しながら下流側方向への流体の流動のみを選択的にシールする第２の隙間シール部としてのリップシール１２と、摺動隙間Ｇ内の圧力が固定流路８ｆ内の圧力よりも予め設定された所定の圧力差ΔＰ以上高くなるように加圧孔１５を介して加圧する加圧手段とを備えるようにしたものである。これにより、摺動隙間Ｇ内を加圧して摺動隙間Ｇ内の流体を固定流路８ｆに流動させることが可能となり、摺動隙間Ｇ内に異物２０が侵入して堆積固化することに起因する不具合を簡便な構成で有効に防止することができる。

本発明のロータリジョイントは、固定軸部と嵌合孔との摺動隙間内に異物が侵入して堆積固化することに起因する不具合を簡便な構成で有効に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。

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
４ロータ
４ｅ回転流路
５第１のシールリング
５ｂ第１のシール面
７ハウジング部材
７ａ嵌合孔
７ｆ円周溝
８フローティングシート
８ａ固定軸部
８ｆ固定流路
８ｇ円周溝
９第２のシールリング
９ｂ第２のシール面
１０面シール部
１１０リング（第１の隙間シール部）
１２リップシール（第２の隙間シール部）
１５加圧孔
１６加圧配管
１７開閉弁
２０異物
Ｇ摺動隙間

Claims

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貫通して形成され保持部材に設けられた嵌合孔に所定の摺動隙間を保って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、
前記摺動隙間に設けられこの摺動隙間を前記軸方向の移動を許容しながらシールする第１の隙間シール部と、
前記保持部材に設けられ前記摺動隙間と第１の隙間シール部よりも上流側において連通した加圧孔と、
前記摺動隙間において前記加圧孔よりも上流側に設けられ、この摺動隙間を前記軸方向の移動を許容しながら下流側方向への流体の流動のみを選択的にシールする第２の隙間シール部と、
前記摺動隙間内の圧力が前記固定軸の上流側端の圧力よりも予め設定された所定の圧力差以上高くなるように前記加圧孔を介して加圧する加圧手段とを備え、
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を流体力によって下流側へ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、
前記摺動隙間内を加圧することにより摺動隙間内の流体を前記第２の隙間シール部を上流側へ通過させて固定流路に流動させ、
前記第２の隙間シール部は、前記摺動隙間に開口した円周溝内においてＯリング部材を付勢部材によって下流側に押し付けて構成され、
前記摺動隙間内において上流側方向へ流体が流動することにより、Ｏリング部材は前記付勢部材の付勢力に抗して上流側へ変位し、これにより上流側方向への流体の流動が許容され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貫通して形成され保持部材に設けられた嵌合孔に所定の摺動隙間を保って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、
前記摺動隙間に設けられこの摺動隙間を前記軸方向の移動を許容しながらシールする第１の隙間シール部と、
前記保持部材に設けられ前記摺動隙間と第１の隙間シール部よりも上流側において連通した加圧孔と、
前記摺動隙間において前記加圧孔よりも上流側に設けられ、この摺動隙間を前記軸方向の移動を許容しながら下流側方向への流体の流動のみを選択的にシールする第２の隙間シール部と、
前記摺動隙間内の圧力が前記固定軸の上流側端の圧力よりも予め設定された所定の圧力差以上高くなるように前記加圧孔を介して加圧する加圧手段とを備え、
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を流体力によって下流側へ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、
前記摺動隙間内を加圧することにより摺動隙間内の流体を前記第２の隙間シール部を上流側へ通過させて固定流路に流動させ、
前記第２の隙間シール部の上流側に前記摺動隙間に開口した円周溝を設け、前記第２の隙間シール部を通過した流体を前記円周溝内に導いて円周方向に拡散させることを特徴とするロータリジョイント。