JPH086859B2 - ロータリジョイント - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、回転部材に対して流
体を供給するロータリジョイントに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば電線、帯状シート、糸等の
長尺ものを連続的に巻取る巻取り機においては、回転軸
の回転を停止した状態で、回転軸の内部に形成された流
体通路を通して圧縮空気を供給することにより、回転軸
に取付けた巻取りホルダを取り外すことが行われてい
る。このような回転軸の流体通路に対する圧縮空気の供
給は、回転軸に連結されたロータリジョイントを介して
行われている。

【０００３】上記ロータリジョイントは、例えば図５に
示すように、回転軸１００に接続される中空回転体１０
１を、密閉されたケーシング１０２に対して回転自在に
取付けたものであり、上記ケーシング１０２と中空回転
体１０１との間の隙間は、通常、メカニカルシール１０
３によって密封されている。このメカニカルシール１０
３は、中空回転体１０１と一体回転する回転密封環１０
５の一方の密封端面１０５ａと他方の密封端面１０５ｂ
とに、それぞれ静止密封環１０６，１０７を摺接させた
ものであり、一方の静止密封環１０６は、ケーシング１
０２に対して軸方向に移動自在に嵌入された状態で、コ
イルばね１０８によって回転密封環１０５方向へ常時付
勢されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記巻取り機において
は、回転軸１００の回転を停止した状態で、回転軸１０
０の流体通路１００ａに圧縮空気を供給するので、ロー
タリジョイントについては、回転軸１００の回転を停止
した状態においてのみ、回転密封環１０５と静止密封環
１０６，１０７との間の密封性を確保できればよい。

【０００５】しかしながら、上記従来のロータリジョイ
ントは、回転密封環１０５と静止密封環１０６，１０７
とが常時摺接されており、両者間の密封性が常時確保さ
れているので、摺接面の摩耗が激しく、密封性能が早期
に低下するという問題があった。また、摺接面の摩擦に
よる発熱も激しく、別途冷却装置を必要とする場合もあ
った。

【０００６】この発明は、上記問題点に鑑みてなされた
ものであり、必要時のみ密封性を確保することができ、
摺接面の摩耗や発熱の少ないロータリジョイントを提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
のこの発明のロータリジョイントとしては、回転部材の
外周に設けられ、当該回転部材と一体回転する回転密封
環と、回転密封環の密封端面に摺接する静止密封環と、
静止密封環を環状の凹溝に導入した状態で軸方向へ移動
自在に支持するリテーナと、リテーナの凹溝と静止密封
環の内周との間を密封する第１のシール部材と、リテー
ナの凹溝と静止密封環の外周との間を密封する第２のシ
ール部材と、流体を導入して静止密封環を回転密封環の
密封端面に押し付ける加圧室と、回転密封環及び静止密
封環に形成され、回転部材の内部に設けられた流体通路
と上記加圧室とを連通させる連通路と、リテーナに設け
られ、上記加圧室に流体を導入する流体導入口と、静止
密封環を回転密封環の密封端面から離反させる付勢部材
とを含むことを特徴とするものである。

【０００８】ただし、上記ロータリジョイントとして
は、第１のシール部材及び第２のシール部材の少なくと
も一方が、上記付勢部材を兼用しているものであっても
よい。また、付勢部材としては、永久磁石やスプリング
であってもよい。

【０００９】

【作用】上記の構成のロータリジョイントによれば、回
転部材の回転を停止している状態で、リテーナの流体導
入口を通して加圧室に流体を導入することにより、静止
密封環を回転密封環の密封端面に押し付けて、両者間を
密封することができ、この密封状態で、上記加圧室に導
入された流体を、連通路を通して回転部材の流体通路に
供給することができる。

【００１０】また、回転部材の回転中において上記加圧
室への流体の供給を停止しておくことにより、付勢部材
によって静止密封環を回転密封環の密封端面から離反さ
せて、上記密封状態を解除しておくことができる。この
ように、上記ロータリジョイントによれば、流体の供給
が必要な回転部材の停止中においてのみ、静止密封環を
回転密封環の密封端面に摺接させて密封性を確保するこ
とができる。

【００１１】一方、第１のシール部材及び第２のシール
部材の少なくとも一方が、上記付勢部材を兼用している
場合には、静止密封環を回転密封環の密封端面に押し付
ける際に、シール部材を静止密封環に追従させて巻き込
んでねじれ変形させ、流体圧を解除した際に、上記ねじ
れ変形に伴う反力によって静止密封環を回転密封環の密
封端面から離反させることができる。

【００１２】また、付勢部材が永久磁石である場合に
は、磁力によって静止密封環を回転密封環の密封端面か
ら簡単に離反させることができる。さらに、付勢部材が
スプリングである場合には、静止密封環を機械的に付勢
して、回転密封環の密封端面から確実に離反させること
ができる。

【００１３】

【実施例】以下この発明の実施例について、添付図面を
参照しながら詳細に説明する。図１はこの発明のロータ
リジョイントの一実施例を示す断面図である。このロー
タリジョイントは、回転部材としての回転軸１の外周に
嵌合された回転密封環２と、この回転密封環２の密封端
面２ａに摺接する静止密封環３と、静止密封環３を支持
するリテーナ４とによって主要部が構成されている。

【００１４】上記回転密封環２は、セラミックス、超硬
合金、カーボン等からなる環状のものであり、その内周
と回転軸１との間を密封するＯリング等のシール部材５
の摩擦抵抗によって、回転軸１と一体回転可能になって
いる。また、上記回転軸１の内部には、軸端側へ流体を
供給するための流体通路１ｂが形成されている。この流
体通路１ｂの上流側の開口端は、回転軸１の外周のうち
の回転密封環２に対応する位置に設けられている。

【００１５】静止密封環３は、セラミックス、超硬合
金、カーボン等からなる環状のものであり、その一端面
に構成された密封端面３ａを、上記回転密封環２の密封
端面２ａに摺接させることによって、回転密封環２との
間の密封性を確保することができる。この静止密封環３
の内周面と外周面とは、互いに平行に形成されている。
また、静止密封環３の他端面の外周側には、軸方向へ凹
入する環状の段部３ｂが形成されている。

【００１６】リテーナ４は、一端面側に環状の凹溝４ａ
が形成された環状のものであり、その外周に形成された
フランジ部４ｂが、ケーシング６の端面にボルト止めさ
れている。このリテーナ４は、静止密封環３を上記凹溝
４ａに軸方向へ移動自在に導入することによって回転軸
１と同芯に支持している。そして、上記静止密封環３の
内周と凹溝４ａの内周側の側壁４ｃとの間は、第１のシ
ール部材としての第１のＯリング７によって密封されて
おり、また、上記静止密封環３の外周と凹溝４ａの外周
側の側壁４ｄとの間は、第２のシール部材としての第２
のＯリング８によって密封されている。なお、上記静止
密封環３の内周と凹溝４ａの内周側の側壁４ｃとの間の
隙間、及び静止密封環３の外周と凹溝４ａの外周側の側
壁４ｄとの間の隙間は、静止密封環３を回転密封環２の
密封端面２ａに押し付ける際に、第１のＯリング７及び
第２のＯリング８を、静止密封環３に追従させて巻き込
んで、矢印で示す方向にねじれを生じさせ得る範囲に設
定されている。

【００１７】そして、上記静止密封環３の端面の環状の
段部３ｂとリテーナ４の凹溝４ａの底部との間は、流体
が導入される加圧室９として構成されており、リテーナ
４の外周には、上記加圧室９に流体を導入するための流
体導入口４ｅが形成されている。さらに、上記加圧室９
は、回転密封環２及び静止密封環３に形成された連通路
１０を通して、回転軸１の流体通路１ｂに連通されてい
る。この連通路１０の途中部には、回転密封環２側の連
通路１０ａと、静止密封環３側の連通路１０ｂとを連通
するための環状溝１０ｃが形成されている。この環状溝
１０ｃは、各密封環２，３の密封端面２ａ，３ａの少な
くとも一方に凹入形成されているものであり、上記回転
密封環２側の連通路１０ａと静止密封環３側の連通路１
０ｂとを、回転密封環２の回転位置にかかわらず常時連
通させることができる。なお、上記連通路１０の加圧室
９における開口面積は、加圧室９の断面積に較べて充分
に小さいものである。

【００１８】以上の構成であれば、回転軸１の回転を停
止した状態で、流体をリテーナ４の流体導入口４ｅを通
して加圧室９に導入することにより、流体圧によって静
止密封環３を回転密封環２の密封端面２ａに押し付け
て、各密封環２，３の密封端面２ａ，３ａ間を密封する
ことができる。この際、上記第１のＯリング７及び第２
のＯリング８は、静止密封環３に追従して巻き込まれる
ようにねじられ、その反力によって、加圧室９に導入さ
れた流体の圧力に抗して静止密封環３を回転密封環２の
密封端面２ａから離反する方向に付勢する。そして、上
記密封状態で、上記加圧室９に導入された流体を、連通
路１０を通して回転軸１の流体通路１ｂに供給すること
ができる。

【００１９】また、回転軸１の回転に伴って、上記加圧
室９への流体の供給を停止することにより、第１のＯリ
ング７及び第２のＯリング８のねじりに伴う反力によっ
て、静止密封環３を回転密封環２の密封端面２ａから離
反させて、上記密封状態を解除することができる。この
ように、上記ロータリジョイントによれば、回転軸１の
停止中においてのみ、静止密封環３を回転密封環２の密
封端面２ａに摺接させて密封性を確保するので、各密封
環２，３の密封端面２ａ，３ａが激しく摩耗したり発熱
したりするのを防止することができる。

【００２０】また、第１のＯリング７と第２のＯリング
８のねじれを利用して、静止密封環３を回転密封環２の
密封端面２ａから離反させるので、当該静止密封環３を
離反させるための付勢部材を別途構成する必要がなく、
その分構成を簡素にすることができる。なお、上記第１
のＯリング７及び第２のＯリング８については、少なく
とも一方がねじれるように構成されていればよい。ま
た、流体導入口４ｅから加圧室９に供給する流体として
は、空気等の気体や、切削油、潤滑油、冷却水等の液体
を例示することができる。

【００２１】図２は他の実施例を示す断面図である。こ
の実施例においては、静止密封環３を回転密封環２の密
封端面２ａから離反させる付勢部材として、永久磁石１
１を用いている。この永久磁石１１は、静止密封環３に
複数個埋設されており、各永久磁石１１は、加圧室９に
臨ませた状態で回転軸１と同芯に配列されている。ま
た、上記リテーナ４は、少なくとも永久磁石１１に対向
する部分が磁性体によって形成されている。

【００２２】この実施例によれば、永久磁石１１の磁力
によって静止密封環３を回転密封環２の密封端面２ａか
ら簡単に離反させることができる。なお、上記実施例に
おいては、ロータリジョイント全体をケーシング６内に
配置し、ケーシング６に形成された流体通路６ａを、リ
テーナ４の流体導入口４ｅに連通させてある。

【００２３】図３はさらに他の実施例を示す断面図であ
る。この実施例においては、静止密封環３を回転密封環
２の密封端面２ａから離反させる付勢部材として、スプ
リング１２を用いている。さらに詳述すると、上記リテ
ーナ４の外周部には、静止密封環３の外周外方位置まで
突出する短筒部４ｆが突設されており、この短筒部４ｆ
の内周にスナップリング４ｇが嵌合されている。また、
静止密封環３の外周には、環状のばね受け部３ｃが上記
スナップリング４ｇに対向させた状態で突設されてお
り、このスナップリング４ｇとばね受け部３ｃとの間
に、上記スプリング１２が介在されている。このスプリ
ング１２としては、波形の細幅薄板１２ａを螺旋状に巻
回したウエーブスプリングが採用されており（図４参
照）、上記スナップリング４ｇとばね受け部３ｃとの間
に、所定量圧縮変形された状態で介在されている。

【００２４】この実施例によれば、スプリング１２の付
勢力によって、静止密封環３を回転密封環２の密封端面
２ａから確実に離反させることができる。即ち、回転軸
１を支持する転がり軸受１３を、静止密封環３に隣設し
た場合に、この転がり軸受１３から滲み出たグリースの
粘性によって、静止密封環３の軸方向への移動が制約さ
れることが考えられるが、この場合でも、上記スプリン
グ１２によって静止密封環３を強く押圧して、回転密封
環２から確実に離反させることができる。但し、上記ス
プリング１２を用いる場合には、その弾性抵抗によって
静止密封環３を回転密封環２に押し付けるのに大きな押
圧力が必要となる。そこで、連通路１０ｂの口径を小さ
くする等により、静止密封環３の加圧室９に臨む面積を
大きくしておくのが好ましい。

【００２５】なお、上記スプリング１２としては、上記
ウエーブスプリングを用いるのが、設置スペースが少な
くて済むことから好ましいが、皿ばねやコイルスプリン
グ等の他のスプリングも用いることができる。この発明
のロータリジョイントは、上記実施例に限定されるもの
でなく、例えば、加圧室９をリテーナ４の凹溝４ａの底
部を凹入することによって形成すること、シール部材と
して軸シールやオイルシールを使用すること、回転密封
環３と回転軸１とを一体形成すること等、種々の設計変
更を施すことができる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載のロータリ
ジョイントによれば、流体の供給が必要な回転部材の停
止中においてのみ、静止密封環と回転密封環とを摺接さ
せて両者間の密封性を確保することができるので、各密
封環が激しく摩耗したり発熱したりするのを防止するこ
とができる。このため、長期間に亘って良好な密封性を
確保することができ、非常に耐久性に優れるものにな
る。

【００２７】特に、請求項２記載のロータリジョイント
によれば、第１のシール部材及び第２のシール部材の少
なくとも一方によって、回転密封環から静止密封環を離
反させることができるので、当該離反を行わせるための
付勢部材を別途構成する必要がなく、構造を簡素にする
ことができるという特有の効果を奏する。また、請求項
３記載のロータリジョイントによれば、磁力によって静
止密封環を回転密封環の密封端面から簡単に離反させる
ことができるという特有の効果を奏する。

【００２８】さらに、請求項４記載のロータリジョイン
トによれば、スプリングによる機械的な付勢力によっ
て、静止密封環を回転密封環の密封端面から確実に離反
させることができるという特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のロータリジョイントの一実施例を示
す断面図である。

【図２】他の実施例を示す断面図である。

【図３】さらに他の実施例を示す断面図である。

【図４】前図の実施例に用いるスプリングの一例を示す
斜視図である。

【図５】従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 回転軸（回転部材） ２ 回転密封環 ３ 静止密封環 ４ リテーナ ４ａ 凹溝 ４ｅ 流体導入口 ７ 第１のＯリング（第１のシール部材） ８ 第２のＯリング（第２のシール部材） ９ 加圧室 １０ 連通路 １１ 永久磁石（付勢部材） １２ スプリング（付勢部材）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転部材の外周に設けられ、当該回転部材
   と一体回転する回転密封環と、回転密封環の密封端面に
   摺接する静止密封環と、静止密封環を環状の凹溝に導入
   した状態で軸方向へ移動自在に支持するリテーナと、リ
   テーナの凹溝と静止密封環の内周との間を密封する第１
   のシール部材と、リテーナの凹溝と静止密封環の外周と
   の間を密封する第２のシール部材と、流体を導入して静
   止密封環を回転密封環の密封端面に押し付ける加圧室
   と、回転密封環及び静止密封環に形成され、回転部材の
   内部に設けられた流体通路と上記加圧室とを連通させる
   連通路と、リテーナに設けられ、上記加圧室に流体を導
   入する流体導入口と、静止密封環を回転密封環の密封端
   面から離反させる付勢部材とを含むことを特徴とするロ
   ータリジョイント。
2. 【請求項２】第１のシール部材及び第２のシール部材の
   少なくとも一方が、上記付勢部材を兼用している請求項
   １記載のロータリジョイント。
3. 【請求項３】付勢部材が、永久磁石である請求項１記載
   のロータリジョイント。
4. 【請求項４】付勢部材が、スプリングである請求項１記
   載のロータリジョイント。