ロータリジョイント
【課題】フローティングシートの追従性の確保と大流量に対する許容能力を両立させ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。
【解決手段】ハウジング部材１０に設けられた嵌合孔１０ｂにおいて固定軸部１１ｂの側端部よりも上流側に軸方向の移動が許容された状態で装着され流体供給源から供給された流体を流路孔１３ａを介して通過させるとともに、この流体の流体力によって下流側へ移動する移動部材１３を備え、流体供給開始時において移動部材１３を固定軸部１１ｂの側端面に当接させて下流側への押圧力を作用させる構成とする。これにより、フローティングシート１１の下流側への移動を促進することができ、フローティングシートの追従性の確保と大流量に対する許容能力を両立させることができる。
【解決手段】ハウジング部材１０に設けられた嵌合孔１０ｂにおいて固定軸部１１ｂの側端部よりも上流側に軸方向の移動が許容された状態で装着され流体供給源から供給された流体を流路孔１３ａを介して通過させるとともに、この流体の流体力によって下流側へ移動する移動部材１３を備え、流体供給開始時において移動部材１３を固定軸部１１ｂの側端面に当接させて下流側への押圧力を作用させる構成とする。これにより、フローティングシート１１の下流側への移動を促進することができ、フローティングシートの追従性の確保と大流量に対する許容能力を両立させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の主軸など作動時に回転状態にある回転軸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シールが設けられたロータと、流体送給配管に接続された嵌合孔に摺動自在に嵌合し回転シールと対向する固定シールが設けられたフローティングシート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。これにより、流体送給配管から回転状態にある回転軸へ、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（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２８３３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような構成の流体送給機構は、工作機械のスピンドル軸など軸方向の往復動を伴う回転軸に装着されるため、ロータリジョイントにおいて回転シールと対向する固定シールには、回転軸の軸方向への移動に追従して軸方向にスライドすることが求められる。すなわち１つの作業動作が完了した後、固定シールが設けられたフローティングシートはスピンドル軸とともに移動するロータによって押し戻され、その後ロータが元の位置に復帰することにより、固定シールと回転シールは離隔した状態となる。そしてこの状態から次の作業動作が開始されると、フローティングシートがロータ側に進出してシール面が相互に密着する。
【０００５】
一般にロータリジョイントにおいては、このフローティングシートの軸方向へのスライドは供給される流体の流体力を利用して行われる。すなわち、フローティングシートの側端面に作用する流体力により、フローティングシートはシール目的で装着されたＯリングなどのシール部材の摺動抵抗に抗してロータ側に進出する。通常は始動時に流体の供給を開始した時点ではロータリジョイント内部では流体圧が規定圧力まで到達していないため、フローティングシートが進出を完了してシール面が閉じるまでには時間遅れを生じる。このため、上述の特許文献に示す例においては、流体圧が供給されていない状態においてはＯリングの摺動抵抗が小さくなるような構成を採用している。
【０００６】
しかしながら、このような構成によってもなお、始動時にフローティングシートを迅速に流体の供給に追従させる効果が十分ではない場合があった。すなわち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し、使用範囲として想定された流量範囲から外れた大流量の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。このような流量の大幅な変動を許容するためには、ロータやフローティングシートの流路径を十分に大きく設定しておけばよい。
【０００７】
ところが装置サイズのコンパクト化の要請により、フローティングシートの外径寸法には制約があることから、流路径を大きくすると流体力を受ける受圧面積が減少し、流体力によってフローティングシートをロータに対して進出させる推力が減少する。また推力を確保しつつ流路径を大きくしようとすれば、必然的にフローティングシートの外径寸法を大きくせざるを得ず、周面シール用のＯリングの周長が増して軸方向への摺動時の摩擦力が増大する。そして前述の推力の減少も摩擦力の増大も、いずれも始動時にフローティングシートを迅速に流体の供給に追従させることを阻害する要因となる。このように、従来のロータリジョイントには、フローティングシートの追従性の確保と大流量に対する許容能力を両立させることが困難であるという課題があった。
【０００８】
そこで本発明は、フローティングシートの追従性の確保と大流量に対する許容能力を両立させ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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、前記固定流路が前記軸方向に貫通して形成された固定軸部を有し、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、前記固定部の本体を構成するハウジング部材に設けられ前記固定軸部が前記軸方向の移動が許容された状態で嵌合する嵌合孔と、前記嵌合孔において前記固定軸部の他方側の側端部よりも前記流体の流れ方向における上流側に前記軸方向の移動が許容された状態で装着され、前記流体供給源から供給された流体を通過させるとともにこの流体の流体力によって前記流れ方向における下流側へ移動する移動部材とを備え、前記流体供給源から前記嵌合孔内へ前記流体を供給することにより前記移動部材を前記流体力によって下流側へ移動させ、次いでこの移動部材を前記固定軸部の他方側の側端面に当接させて押圧力を作用させることにより前記固定シール部の下流側への移動を促進し、さらに前記固定軸部に前記流体力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する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ハウジング部材に設けられた嵌合孔において固定軸部の他方側の側端部よりも流体の流れ方向における上流側に軸方向の移動が許容された状態で装着され流体供給源から供給された流体を通過させるとともに、この流体の流体力によって流れ方向における下流側へ移動する移動部材を備え、流体供給開始時においてこの移動部材を固定軸部の他方側の側端面に当接させて押圧力を作用させる構成とすることにより、フローティングシートに設けられた固定シール部の下流側への移動を促進することができる。したがって、大流量時におけるフローティングシートの管路抵抗の増大に起因する過大なシール面圧の発生を防止するためにフローティングシートの管路径を大きく設定した場合においても、フローティングシートの追従性の確保と大流量に対する許容能力を両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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】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】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】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）の動作説明図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。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。
【００１３】
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１０ｂ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１０ｂ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）。
【００１４】
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（流路径ｄ１）を軸方向に設けた形状となっている。流路径ｄ１は、例えばφ１６ｍｍ以下の範囲で設定される。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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。ケーシング部材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１０に設けられた装着凸部１０ａが嵌合する。ハウジング部材１０はケーシング部材３の装着面３ｃにボルト（図示省略）によって締結され、外周面のＯリング溝に装着されたＯリング８によって装着凸部１０ａの嵌合部が密封される。ハウジング部材１０の中心部には軸方向に貫通する嵌合孔１０ｂが設けられており、さらに嵌合孔１０ｂの内周面に設けられたＯリング溝にはＯリング７が装着されている。
【００１７】
図２においてフローティングシート１１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１１ａが設けられ、他方側に固定流路１１ｃ（流路径ｄ２）が軸方向に貫通して形成された固定軸部１１ｂを有する形状となっている。流路径ｄ２は、例えばφ１６ｍｍ以下の範囲で設定される。そして固定軸部１１ｂは、ハウジング部材１０の嵌合孔１０ｂに軸方向の移動が許容された状態で嵌合する。このとき、Ｏリング７によって固定軸部１１ｂの嵌合部が密封される。本実施の形態においては、固定流路１１ｃの流路径ｄ２は、回転流路４ｅの流路径ｄ１と同程度の大きさに設定している。この流路径ｄ２を、同様の用途に用いられる従来型のロータリジョイントにおけるフローティングシートの固定流路の流路径と比較すると、流路断面積が従来のものと比較して２〜４倍程度大きくなるような径サイズに設定される。
【００１８】
フランジ部１１ａの左側（回転部１ａと対向する側）に設けられた凸部１１ｄの側端面には、固定流路１１ｃの開孔面を囲む配置で、円形状の凹部１１ｅが形成されており、凹部１１ｅには第２のシールリング１２が固定されている。第２のシールリング１２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１２ａ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１２ｂを外面側にした状態で凹部１１ｅに固定される。そしてこの状態では、固定流路１１ｃは開口部１２ａと連通して第２のシール面１２ｂに開口する。
【００１９】
すなわち第２のシールリング１２が固定されたフローティングシート１１は、固定流路１１ｃが軸方向に貫通して形成された固定軸部１１ｂを有し、側端面に回転流路１２ｄが開口した第２のシール面１２ｂを有する固定シール部となっている。フランジ部１１ａに設けられたねじ孔１１ｆにはボルト１４が螺設されており、ボルト１４およびボルト１４を外包する円筒カラー１５は、ハウジング部材１０に軸方向に設けられたガイド孔１０ｃ内を摺動自在となっている。これにより、フローティングシート１１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。
【００２０】
ここで、本実施の形態においてフローティングシート１１の固定流路１１ｃの流路径ｄ２を従来よりも大きく設定することの技術的意義について説明する。すなわち一般にロータリジョイントを用いた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し、使用範囲として想定された流量範囲から外れた大流量の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。このような流量の大幅な変動を許容するためには、ロータやフローティングシートの流路径を十分に大きく設定しておけばよい。これにより、大流量の流体がフローティングシートを通過する際の管路抵抗によってフローティングシートが大きな流体力で下流側に押しつけられることによる過大なシール面圧の発生を避けることができ、シールの損傷を低減することができる。
【００２１】
しかしながらフローティングシートの流路径を大きく設定すると、流体力によってフローティングシートを下流に移動させる推力が減少する。このため、流体の供給を開始する始動時にフローティングシートを迅速に流体の供給に追従させることができないという不都合が生じる。このような不都合を解消するため、本実施の形態に示すロータリジョイント１においては、以下に説明する移動部材１３をフローティングシート１１の上流側に追加して配置し、始動時のフローティングシート１１の移動を移動部材１３が流体力を受けることで生じる推力によって促進するようにしている。
【００２２】
嵌合孔１０ｂにおいて、固定軸部１１ｂの他方側、すなわちフランジ部１１ａと反対側の側端部よりも流体の流れ方向における上流側には、移動部材１３が軸方向の移動が許容された状態で装着されている。移動部材１３は、嵌合孔１０ｂに嵌合する円環形状の摺動部品であり、流体供給源から流路孔３ｂを介して嵌合孔１０ｂ内に供給された流体を中心部に設けられた流路孔１３ａ（流路径ｄ３）を介して下流側へ通過させるとともに、流路孔３ｂ内に流体が供給されることにより移動部材１３はこの流体の流体力によって流れ方向における下流側へ移動する。そして移動部材１３が流体力によって下流側へ移動する過程において、移動部材１３は固定軸部１１ｂの側端面に当接し、フローティングシート１１を下流側へ押圧する。流路径ｄ３は、例えば流路孔１３ａの流路断面積と移動部材１３の外径円の面積との比率が３０％以下となるように設定される。
【００２３】
次に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１０ｂ内に供給対象の流体が送給される（矢印ａ）ことにより、この流体の流体力は固定軸部１１ｂに作用する。これにより、固定軸部１１ｂは嵌合孔１０ｂ内で回転部１ａ側へスライドし、第２のシールリング１２は第１のシールリング５に対して押圧される。この押圧力は第２のシール面１２ｂ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１１ｃ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。
【００２４】
すなわち、流体供給源から嵌合孔１０ｂ内へ流体を供給して固定軸部１１ｂに流体力を作用させて、固定シール部であるフローティングシート１１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１２ｂ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１１のスライドにおいて、フランジ部１１ａに螺設されたボルト１４および円筒カラー１５が、ハウジング部材１０に設けられたガイド孔１０ｃ内を摺動することにより、フローティングシート１１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。
【００２５】
ロータリジョイント１の作動状態においては、送給される流体の流体力によるフローティングシート１１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１１が後退して第１のシール面５ｂと第２のシール面１２ｂとが相互に離隔した状態において、嵌合孔１０ｂ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１１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１２ｂ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１１は後退（矢印ｃ方向）し、フランジ部１１ａ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１２ｂとが相互に離隔した状態に戻る。
【００２６】
次に上述の流体力によるフローティングシート１１の進出動作の詳細について、図２を参照して説明する。図２（ａ）は、フローティングシート１１がケーシング部材３側に後退して第１のシールリング５と第２のシールリング１２とが離隔した状態において、流路孔３ｂに流体供給源から流体の供給が開始された状態を示している（矢印ｆ）。供給された流体は嵌合孔１０ｂ内に流入し、これにより移動部材１３には、供給された流体の流体力によって下流側（図２において左側）へ移動させる力が作用する。この流体力には移動部材１３の上流側の側端面１３ｂに作用する流体圧による力に加えて、流体が流路孔１３ａを通過して下流側に移動する際に移動部材１３に作用する流体摩擦力がある。そしてこの流体力により、移動部材１３は下流側への移動を開始する。
【００２７】
また流路孔１３ａを介して通過した流体の流体力は同様にフローティングシート１１に作用する。この流体力にはフローティングシート１１の側端面１１ｇに作用する流体圧による力に加えて、流体が固定流路１１ｃを通過して下流側に移動する際に固定流路１１ｃ内面に作用する流体摩擦力がある。このとき、固定流路１１ｃの流路径ｄ２は従来型のロータリジョイントと比べて大きく設定されていることから、フローティングシート１１に作用する流体力による推力は従来型のものと比べて小さい。そしてこの推力がＯリング７によってフローティングシート１１を外周面側から捕捉する静止摩擦力よりも小さい場合には、フローティングシート１１は移動を開始せず静止したままの状態を保つ。
【００２８】
図２（ｂ）は、流体力によって移動を開始した移動部材１３が固定軸部１１ｂの側端面１１ｇに当接した状態を示している。移動部材１３が流体力によって加速されて側端面１１ｇに当接すると（矢印ｇ）、移動部材１３の運動エネルギーは固定軸部１１ｂを下流側に移動させる方向に作用し、この力がＯリング７による静止摩擦力を超えるとフローティングシート１１は下流側へ移動を開始する（矢印ｈ）。
【００２９】
そして流路孔３ｂを介して流体の供給が継続されることにより、固定軸部１１ｂはさらに下流側へ移動し、図２（ｃ）に示すように、第２のシール面１２ｂが第１のシール面５ｂに当接して面シール部９が形成された状態で、フローティングシート１１の移動が停止する。そしてこの状態において、流体供給源から供給される流体は、嵌合孔１０ｂ、流路孔１３ａ、固定流路１１ｃおよび面シール部９を介して回転流路４ｅに供給される。このとき、側端面１１ｇに作用する流体力によって、第２のシール面１２ｂが第１のシール面５ｂ押しつけられて密着し、面シール部９からの流体のリークが防止される。
【００３０】
この後、図２（ａ）に示す状態に戻り、同様の動作が反復される。すなわち、図２（ｃ）に示す状態から、スピンドル軸２が固定部１ｂに対して相対的に前進することにより、フローティングシート１１は後退（図１に示す矢印ｃ方向）し、第１のシール面５ｂと第２のシール面１２ｂとが相互に離隔した状態に戻る。このとき、移動部材１３もフローティングシート１１とともに移動し、フローティングシート１１はスピンドル軸２の進出ストロークだけ移動した後、Ｏリング７の摺動摩擦によって停止する。これに対し、移動部材１３は嵌合孔１０ｂにフリーな状態で摺動自在となっているため、フローティングシート１１が停止した後も後退方向に慣性力によって幾分移動した後に停止する。これにより、図２（ａ）に示すように、移動部材１３はフローティングシート１１から離隔した状態となる。
【００３１】
すなわち上述の実施の形態に示すロータリジョイント１においては、流体供給源から嵌合孔１０ｂ内へ流体を供給することにより、移動部材１３を供給された流体の流体力によって下流側へ移動させ、次いでこの移動部材１３を固定軸部１１ｂの他方側（第２のシールリング１２と反対側）の側端面１１ｇに当接させて押圧力を作用させることにより、フローティングシート１１（固定シール部）の下流側への移動を促進するようにしている。そしてさらに固定軸部１１ｂの側端面１１ｇに流体力を作用させて、固定シール部であるフローティングシート１１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１２ｂとを相互に密着させて面シール部９を形成するようにしている。
【００３２】
なお図１，図２に示す実施例においては、移動部材１３を固定軸部１１ｂと同一径で製作した例を示しているが、図３の第２実施例に示すように、固定軸部１１ｂの上流側に配置される移動部材１３Ａを固定軸部１１ｂよりも大きな径サイズで製作するようにしてもよい。すなわち、図３において、ハウジング部材１０に流路径ｄ４で設けられた嵌合孔１０ｂ１の上流部（装着凸部１０ａに対応する範囲）には、流路径ｄ４よりも大きい流路径ｄ５を有する嵌合孔１０ｂ２が設けられている。嵌合孔１０ｂ１と嵌合孔１０ｂ２との境界部に、径寸法が異なって段付きとなった段差部Ｅが設けられている。嵌合孔１０ｂ２には、移動部材１３と同様に流路孔１３ａを有する円環形状の移動部材１３Ａが装着されている。移動部材１３Ａは嵌合孔１０ｂ２の範囲内でスライド自在となっているが、段差部Ｅよりも下流側への移動はできない。
【００３３】
次に第２実施例におけるローティングシート１１の進出動作の詳細について、図４を参照して説明する。図４（ａ）は、フローティングシート１１がケーシング部材３側に後退して第１のシールリング５と第２のシールリング１２とが離隔した状態において、流路孔３ｂに流体供給源から流体の供給が開始された状態を示している（矢印ｊ）。供給された流体は嵌合孔１０ｂ内に流入し、これにより移動部材１３Ａには、第１実施例と同様に、供給された流体の流体力によって下流側（図２において左側）へ移動させる力が作用し、この流体力により、移動部材１３Ａは下流側への移動を開始する。また流路孔１３ａを介して通過した流体の流体力は同様にフローティングシート１１に作用するが、第１実施例と同様に、フローティングシート１１に作用する流体力による推力がＯリング７によってフローティングシート１１を外周面側から捕捉する静止摩擦力よりも小さい場合には、フローティングシート１１は移動を開始せず静止したままの状態を保つ。
【００３４】
図４（ｂ）は、流体力によって移動を開始した移動部材１３Ａが固定軸部１１ｂの側端面１１ｇに当接した状態を示している。移動部材１３Ａが流体力によって加速されて側端面１１ｇに当接すると（矢印ｋ）、移動部材１３Ａの運動エネルギーは固定軸部１１ｂを下流側に移動させる方向に作用し、この力がＯリング７による静止摩擦力を超えるとフローティングシート１１は下流側へ移動を開始する（矢印ｌ）。このときの移動部材１３Ａの下流側への移動は、移動部材１３Ａの下流側の端部が段差部Ｅに当接するまで許容され、これ以降はフローティングシート１１のみが単独で下流側へ移動する。
【００３５】
そして流路孔３ｂを介して流体の供給が継続されることにより、フローティングシート１１はさらに下流側へ移動し、図４（ｃ）に示すように、第２のシール面１２ｂが第１のシール面５ｂに当接して面シール部９が形成された状態でフローティングシート１１の移動が停止する。そしてこの状態において、流体供給源から供給される流体は、嵌合孔１０ｂ、流路孔１３ａ、固定流路１１ｃおよび面シール部９を介して回転流路４ｅに供給される。このとき、側端面１１ｇに作用する流体力によって、第２のシール面１２ｂが第１のシール面５ｂに押しつけられて密着し、面シール部９からの流体のリークが防止される。
【００３６】
ここに示す例においては、面シール部９の形成時に移動部材１３Ａは側端面１１ｇとは当接しておらず、第２のシール面１２ｂを第１のシール面５ｂに押しつける面圧付与には寄与していない。したがって、大流量の流体が流れる場合において、移動部材１３Ａに作用する流体力が側端面１１ｇに伝達されることがなく、過大なシール面圧の発生をより確実に防止することが可能となっている。換言すれば、図３，図４に示す第２実施例においては、移動部材１３Ａはフローティングシート１１のＯリング７による静止摩擦力に抗してフローティングシート１１を起動させる際にのみ、移動促進の機能を発揮するようになっている。
【００３７】
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、ハウジング部材に設けられた嵌合孔において固定軸部の他方側の側端部よりも流体の流れ方向における上流側に軸方向の移動が許容された状態で装着され、流体供給源から供給された流体を通過させるとともにこの流体の流体力によって流れ方向における下流側へ移動する移動部材を備え、流体供給開始時においてこの移動部材を固定軸部の他方側の側端面に当接させて押圧力を作用させる構成としたものである。
【００３８】
これにより、フローティングシートに設けられた固定シール部の下流側への移動を促進することができる。したがって、大流量時におけるフローティングシートの管路抵抗の増大に起因する過大なシール面圧の発生を防止するためにフローティングシートの管路径を大きく設定した場合においても、フローティングシートの追従性の確保と大流量に対する許容能力を両立させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明のロータリジョイントは、フローティングシートの追従性の確保と大流量に対する許容能力を両立させることができるという効果を有し、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。
【符号の説明】
【００４０】
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
５ 第１のシールリング
５ｂ 第１のシール面
９ 面シール部
１０ ハウジング部材
１０ｂ 嵌合孔
１１ フローティングシート
１１ｂ 固定軸部
１１ｃ 固定流路
１２ 第２のシールリング
１２ｂ 第２のシール面
１３、１３Ａ 移動部材
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の主軸など作動時に回転状態にある回転軸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シールが設けられたロータと、流体送給配管に接続された嵌合孔に摺動自在に嵌合し回転シールと対向する固定シールが設けられたフローティングシート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。これにより、流体送給配管から回転状態にある回転軸へ、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（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２８３３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような構成の流体送給機構は、工作機械のスピンドル軸など軸方向の往復動を伴う回転軸に装着されるため、ロータリジョイントにおいて回転シールと対向する固定シールには、回転軸の軸方向への移動に追従して軸方向にスライドすることが求められる。すなわち１つの作業動作が完了した後、固定シールが設けられたフローティングシートはスピンドル軸とともに移動するロータによって押し戻され、その後ロータが元の位置に復帰することにより、固定シールと回転シールは離隔した状態となる。そしてこの状態から次の作業動作が開始されると、フローティングシートがロータ側に進出してシール面が相互に密着する。
【０００５】
一般にロータリジョイントにおいては、このフローティングシートの軸方向へのスライドは供給される流体の流体力を利用して行われる。すなわち、フローティングシートの側端面に作用する流体力により、フローティングシートはシール目的で装着されたＯリングなどのシール部材の摺動抵抗に抗してロータ側に進出する。通常は始動時に流体の供給を開始した時点ではロータリジョイント内部では流体圧が規定圧力まで到達していないため、フローティングシートが進出を完了してシール面が閉じるまでには時間遅れを生じる。このため、上述の特許文献に示す例においては、流体圧が供給されていない状態においてはＯリングの摺動抵抗が小さくなるような構成を採用している。
【０００６】
しかしながら、このような構成によってもなお、始動時にフローティングシートを迅速に流体の供給に追従させる効果が十分ではない場合があった。すなわち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し、使用範囲として想定された流量範囲から外れた大流量の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。このような流量の大幅な変動を許容するためには、ロータやフローティングシートの流路径を十分に大きく設定しておけばよい。
【０００７】
ところが装置サイズのコンパクト化の要請により、フローティングシートの外径寸法には制約があることから、流路径を大きくすると流体力を受ける受圧面積が減少し、流体力によってフローティングシートをロータに対して進出させる推力が減少する。また推力を確保しつつ流路径を大きくしようとすれば、必然的にフローティングシートの外径寸法を大きくせざるを得ず、周面シール用のＯリングの周長が増して軸方向への摺動時の摩擦力が増大する。そして前述の推力の減少も摩擦力の増大も、いずれも始動時にフローティングシートを迅速に流体の供給に追従させることを阻害する要因となる。このように、従来のロータリジョイントには、フローティングシートの追従性の確保と大流量に対する許容能力を両立させることが困難であるという課題があった。
【０００８】
そこで本発明は、フローティングシートの追従性の確保と大流量に対する許容能力を両立させ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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、前記固定流路が前記軸方向に貫通して形成された固定軸部を有し、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、前記固定部の本体を構成するハウジング部材に設けられ前記固定軸部が前記軸方向の移動が許容された状態で嵌合する嵌合孔と、前記嵌合孔において前記固定軸部の他方側の側端部よりも前記流体の流れ方向における上流側に前記軸方向の移動が許容された状態で装着され、前記流体供給源から供給された流体を通過させるとともにこの流体の流体力によって前記流れ方向における下流側へ移動する移動部材とを備え、前記流体供給源から前記嵌合孔内へ前記流体を供給することにより前記移動部材を前記流体力によって下流側へ移動させ、次いでこの移動部材を前記固定軸部の他方側の側端面に当接させて押圧力を作用させることにより前記固定シール部の下流側への移動を促進し、さらに前記固定軸部に前記流体力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する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ハウジング部材に設けられた嵌合孔において固定軸部の他方側の側端部よりも流体の流れ方向における上流側に軸方向の移動が許容された状態で装着され流体供給源から供給された流体を通過させるとともに、この流体の流体力によって流れ方向における下流側へ移動する移動部材を備え、流体供給開始時においてこの移動部材を固定軸部の他方側の側端面に当接させて押圧力を作用させる構成とすることにより、フローティングシートに設けられた固定シール部の下流側への移動を促進することができる。したがって、大流量時におけるフローティングシートの管路抵抗の増大に起因する過大なシール面圧の発生を防止するためにフローティングシートの管路径を大きく設定した場合においても、フローティングシートの追従性の確保と大流量に対する許容能力を両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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】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】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】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）の動作説明図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。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。
【００１３】
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１０ｂ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１０ｂ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）。
【００１４】
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（流路径ｄ１）を軸方向に設けた形状となっている。流路径ｄ１は、例えばφ１６ｍｍ以下の範囲で設定される。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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。ケーシング部材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１０に設けられた装着凸部１０ａが嵌合する。ハウジング部材１０はケーシング部材３の装着面３ｃにボルト（図示省略）によって締結され、外周面のＯリング溝に装着されたＯリング８によって装着凸部１０ａの嵌合部が密封される。ハウジング部材１０の中心部には軸方向に貫通する嵌合孔１０ｂが設けられており、さらに嵌合孔１０ｂの内周面に設けられたＯリング溝にはＯリング７が装着されている。
【００１７】
図２においてフローティングシート１１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１１ａが設けられ、他方側に固定流路１１ｃ（流路径ｄ２）が軸方向に貫通して形成された固定軸部１１ｂを有する形状となっている。流路径ｄ２は、例えばφ１６ｍｍ以下の範囲で設定される。そして固定軸部１１ｂは、ハウジング部材１０の嵌合孔１０ｂに軸方向の移動が許容された状態で嵌合する。このとき、Ｏリング７によって固定軸部１１ｂの嵌合部が密封される。本実施の形態においては、固定流路１１ｃの流路径ｄ２は、回転流路４ｅの流路径ｄ１と同程度の大きさに設定している。この流路径ｄ２を、同様の用途に用いられる従来型のロータリジョイントにおけるフローティングシートの固定流路の流路径と比較すると、流路断面積が従来のものと比較して２〜４倍程度大きくなるような径サイズに設定される。
【００１８】
フランジ部１１ａの左側（回転部１ａと対向する側）に設けられた凸部１１ｄの側端面には、固定流路１１ｃの開孔面を囲む配置で、円形状の凹部１１ｅが形成されており、凹部１１ｅには第２のシールリング１２が固定されている。第２のシールリング１２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１２ａ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１２ｂを外面側にした状態で凹部１１ｅに固定される。そしてこの状態では、固定流路１１ｃは開口部１２ａと連通して第２のシール面１２ｂに開口する。
【００１９】
すなわち第２のシールリング１２が固定されたフローティングシート１１は、固定流路１１ｃが軸方向に貫通して形成された固定軸部１１ｂを有し、側端面に回転流路１２ｄが開口した第２のシール面１２ｂを有する固定シール部となっている。フランジ部１１ａに設けられたねじ孔１１ｆにはボルト１４が螺設されており、ボルト１４およびボルト１４を外包する円筒カラー１５は、ハウジング部材１０に軸方向に設けられたガイド孔１０ｃ内を摺動自在となっている。これにより、フローティングシート１１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。
【００２０】
ここで、本実施の形態においてフローティングシート１１の固定流路１１ｃの流路径ｄ２を従来よりも大きく設定することの技術的意義について説明する。すなわち一般にロータリジョイントを用いた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し、使用範囲として想定された流量範囲から外れた大流量の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。このような流量の大幅な変動を許容するためには、ロータやフローティングシートの流路径を十分に大きく設定しておけばよい。これにより、大流量の流体がフローティングシートを通過する際の管路抵抗によってフローティングシートが大きな流体力で下流側に押しつけられることによる過大なシール面圧の発生を避けることができ、シールの損傷を低減することができる。
【００２１】
しかしながらフローティングシートの流路径を大きく設定すると、流体力によってフローティングシートを下流に移動させる推力が減少する。このため、流体の供給を開始する始動時にフローティングシートを迅速に流体の供給に追従させることができないという不都合が生じる。このような不都合を解消するため、本実施の形態に示すロータリジョイント１においては、以下に説明する移動部材１３をフローティングシート１１の上流側に追加して配置し、始動時のフローティングシート１１の移動を移動部材１３が流体力を受けることで生じる推力によって促進するようにしている。
【００２２】
嵌合孔１０ｂにおいて、固定軸部１１ｂの他方側、すなわちフランジ部１１ａと反対側の側端部よりも流体の流れ方向における上流側には、移動部材１３が軸方向の移動が許容された状態で装着されている。移動部材１３は、嵌合孔１０ｂに嵌合する円環形状の摺動部品であり、流体供給源から流路孔３ｂを介して嵌合孔１０ｂ内に供給された流体を中心部に設けられた流路孔１３ａ（流路径ｄ３）を介して下流側へ通過させるとともに、流路孔３ｂ内に流体が供給されることにより移動部材１３はこの流体の流体力によって流れ方向における下流側へ移動する。そして移動部材１３が流体力によって下流側へ移動する過程において、移動部材１３は固定軸部１１ｂの側端面に当接し、フローティングシート１１を下流側へ押圧する。流路径ｄ３は、例えば流路孔１３ａの流路断面積と移動部材１３の外径円の面積との比率が３０％以下となるように設定される。
【００２３】
次に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１０ｂ内に供給対象の流体が送給される（矢印ａ）ことにより、この流体の流体力は固定軸部１１ｂに作用する。これにより、固定軸部１１ｂは嵌合孔１０ｂ内で回転部１ａ側へスライドし、第２のシールリング１２は第１のシールリング５に対して押圧される。この押圧力は第２のシール面１２ｂ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１１ｃ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。
【００２４】
すなわち、流体供給源から嵌合孔１０ｂ内へ流体を供給して固定軸部１１ｂに流体力を作用させて、固定シール部であるフローティングシート１１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１２ｂ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１１のスライドにおいて、フランジ部１１ａに螺設されたボルト１４および円筒カラー１５が、ハウジング部材１０に設けられたガイド孔１０ｃ内を摺動することにより、フローティングシート１１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。
【００２５】
ロータリジョイント１の作動状態においては、送給される流体の流体力によるフローティングシート１１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１１が後退して第１のシール面５ｂと第２のシール面１２ｂとが相互に離隔した状態において、嵌合孔１０ｂ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１１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１２ｂ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１１は後退（矢印ｃ方向）し、フランジ部１１ａ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１２ｂとが相互に離隔した状態に戻る。
【００２６】
次に上述の流体力によるフローティングシート１１の進出動作の詳細について、図２を参照して説明する。図２（ａ）は、フローティングシート１１がケーシング部材３側に後退して第１のシールリング５と第２のシールリング１２とが離隔した状態において、流路孔３ｂに流体供給源から流体の供給が開始された状態を示している（矢印ｆ）。供給された流体は嵌合孔１０ｂ内に流入し、これにより移動部材１３には、供給された流体の流体力によって下流側（図２において左側）へ移動させる力が作用する。この流体力には移動部材１３の上流側の側端面１３ｂに作用する流体圧による力に加えて、流体が流路孔１３ａを通過して下流側に移動する際に移動部材１３に作用する流体摩擦力がある。そしてこの流体力により、移動部材１３は下流側への移動を開始する。
【００２７】
また流路孔１３ａを介して通過した流体の流体力は同様にフローティングシート１１に作用する。この流体力にはフローティングシート１１の側端面１１ｇに作用する流体圧による力に加えて、流体が固定流路１１ｃを通過して下流側に移動する際に固定流路１１ｃ内面に作用する流体摩擦力がある。このとき、固定流路１１ｃの流路径ｄ２は従来型のロータリジョイントと比べて大きく設定されていることから、フローティングシート１１に作用する流体力による推力は従来型のものと比べて小さい。そしてこの推力がＯリング７によってフローティングシート１１を外周面側から捕捉する静止摩擦力よりも小さい場合には、フローティングシート１１は移動を開始せず静止したままの状態を保つ。
【００２８】
図２（ｂ）は、流体力によって移動を開始した移動部材１３が固定軸部１１ｂの側端面１１ｇに当接した状態を示している。移動部材１３が流体力によって加速されて側端面１１ｇに当接すると（矢印ｇ）、移動部材１３の運動エネルギーは固定軸部１１ｂを下流側に移動させる方向に作用し、この力がＯリング７による静止摩擦力を超えるとフローティングシート１１は下流側へ移動を開始する（矢印ｈ）。
【００２９】
そして流路孔３ｂを介して流体の供給が継続されることにより、固定軸部１１ｂはさらに下流側へ移動し、図２（ｃ）に示すように、第２のシール面１２ｂが第１のシール面５ｂに当接して面シール部９が形成された状態で、フローティングシート１１の移動が停止する。そしてこの状態において、流体供給源から供給される流体は、嵌合孔１０ｂ、流路孔１３ａ、固定流路１１ｃおよび面シール部９を介して回転流路４ｅに供給される。このとき、側端面１１ｇに作用する流体力によって、第２のシール面１２ｂが第１のシール面５ｂ押しつけられて密着し、面シール部９からの流体のリークが防止される。
【００３０】
この後、図２（ａ）に示す状態に戻り、同様の動作が反復される。すなわち、図２（ｃ）に示す状態から、スピンドル軸２が固定部１ｂに対して相対的に前進することにより、フローティングシート１１は後退（図１に示す矢印ｃ方向）し、第１のシール面５ｂと第２のシール面１２ｂとが相互に離隔した状態に戻る。このとき、移動部材１３もフローティングシート１１とともに移動し、フローティングシート１１はスピンドル軸２の進出ストロークだけ移動した後、Ｏリング７の摺動摩擦によって停止する。これに対し、移動部材１３は嵌合孔１０ｂにフリーな状態で摺動自在となっているため、フローティングシート１１が停止した後も後退方向に慣性力によって幾分移動した後に停止する。これにより、図２（ａ）に示すように、移動部材１３はフローティングシート１１から離隔した状態となる。
【００３１】
すなわち上述の実施の形態に示すロータリジョイント１においては、流体供給源から嵌合孔１０ｂ内へ流体を供給することにより、移動部材１３を供給された流体の流体力によって下流側へ移動させ、次いでこの移動部材１３を固定軸部１１ｂの他方側（第２のシールリング１２と反対側）の側端面１１ｇに当接させて押圧力を作用させることにより、フローティングシート１１（固定シール部）の下流側への移動を促進するようにしている。そしてさらに固定軸部１１ｂの側端面１１ｇに流体力を作用させて、固定シール部であるフローティングシート１１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１２ｂとを相互に密着させて面シール部９を形成するようにしている。
【００３２】
なお図１，図２に示す実施例においては、移動部材１３を固定軸部１１ｂと同一径で製作した例を示しているが、図３の第２実施例に示すように、固定軸部１１ｂの上流側に配置される移動部材１３Ａを固定軸部１１ｂよりも大きな径サイズで製作するようにしてもよい。すなわち、図３において、ハウジング部材１０に流路径ｄ４で設けられた嵌合孔１０ｂ１の上流部（装着凸部１０ａに対応する範囲）には、流路径ｄ４よりも大きい流路径ｄ５を有する嵌合孔１０ｂ２が設けられている。嵌合孔１０ｂ１と嵌合孔１０ｂ２との境界部に、径寸法が異なって段付きとなった段差部Ｅが設けられている。嵌合孔１０ｂ２には、移動部材１３と同様に流路孔１３ａを有する円環形状の移動部材１３Ａが装着されている。移動部材１３Ａは嵌合孔１０ｂ２の範囲内でスライド自在となっているが、段差部Ｅよりも下流側への移動はできない。
【００３３】
次に第２実施例におけるローティングシート１１の進出動作の詳細について、図４を参照して説明する。図４（ａ）は、フローティングシート１１がケーシング部材３側に後退して第１のシールリング５と第２のシールリング１２とが離隔した状態において、流路孔３ｂに流体供給源から流体の供給が開始された状態を示している（矢印ｊ）。供給された流体は嵌合孔１０ｂ内に流入し、これにより移動部材１３Ａには、第１実施例と同様に、供給された流体の流体力によって下流側（図２において左側）へ移動させる力が作用し、この流体力により、移動部材１３Ａは下流側への移動を開始する。また流路孔１３ａを介して通過した流体の流体力は同様にフローティングシート１１に作用するが、第１実施例と同様に、フローティングシート１１に作用する流体力による推力がＯリング７によってフローティングシート１１を外周面側から捕捉する静止摩擦力よりも小さい場合には、フローティングシート１１は移動を開始せず静止したままの状態を保つ。
【００３４】
図４（ｂ）は、流体力によって移動を開始した移動部材１３Ａが固定軸部１１ｂの側端面１１ｇに当接した状態を示している。移動部材１３Ａが流体力によって加速されて側端面１１ｇに当接すると（矢印ｋ）、移動部材１３Ａの運動エネルギーは固定軸部１１ｂを下流側に移動させる方向に作用し、この力がＯリング７による静止摩擦力を超えるとフローティングシート１１は下流側へ移動を開始する（矢印ｌ）。このときの移動部材１３Ａの下流側への移動は、移動部材１３Ａの下流側の端部が段差部Ｅに当接するまで許容され、これ以降はフローティングシート１１のみが単独で下流側へ移動する。
【００３５】
そして流路孔３ｂを介して流体の供給が継続されることにより、フローティングシート１１はさらに下流側へ移動し、図４（ｃ）に示すように、第２のシール面１２ｂが第１のシール面５ｂに当接して面シール部９が形成された状態でフローティングシート１１の移動が停止する。そしてこの状態において、流体供給源から供給される流体は、嵌合孔１０ｂ、流路孔１３ａ、固定流路１１ｃおよび面シール部９を介して回転流路４ｅに供給される。このとき、側端面１１ｇに作用する流体力によって、第２のシール面１２ｂが第１のシール面５ｂに押しつけられて密着し、面シール部９からの流体のリークが防止される。
【００３６】
ここに示す例においては、面シール部９の形成時に移動部材１３Ａは側端面１１ｇとは当接しておらず、第２のシール面１２ｂを第１のシール面５ｂに押しつける面圧付与には寄与していない。したがって、大流量の流体が流れる場合において、移動部材１３Ａに作用する流体力が側端面１１ｇに伝達されることがなく、過大なシール面圧の発生をより確実に防止することが可能となっている。換言すれば、図３，図４に示す第２実施例においては、移動部材１３Ａはフローティングシート１１のＯリング７による静止摩擦力に抗してフローティングシート１１を起動させる際にのみ、移動促進の機能を発揮するようになっている。
【００３７】
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、ハウジング部材に設けられた嵌合孔において固定軸部の他方側の側端部よりも流体の流れ方向における上流側に軸方向の移動が許容された状態で装着され、流体供給源から供給された流体を通過させるとともにこの流体の流体力によって流れ方向における下流側へ移動する移動部材を備え、流体供給開始時においてこの移動部材を固定軸部の他方側の側端面に当接させて押圧力を作用させる構成としたものである。
【００３８】
これにより、フローティングシートに設けられた固定シール部の下流側への移動を促進することができる。したがって、大流量時におけるフローティングシートの管路抵抗の増大に起因する過大なシール面圧の発生を防止するためにフローティングシートの管路径を大きく設定した場合においても、フローティングシートの追従性の確保と大流量に対する許容能力を両立させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明のロータリジョイントは、フローティングシートの追従性の確保と大流量に対する許容能力を両立させることができるという効果を有し、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。
【符号の説明】
【００４０】
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
５ 第１のシールリング
５ｂ 第１のシール面
９ 面シール部
１０ ハウジング部材
１０ｂ 嵌合孔
１１ フローティングシート
１１ｂ 固定軸部
１１ｃ 固定流路
１２ 第２のシールリング
１２ｂ 第２のシール面
１３、１３Ａ 移動部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記固定流路が前記軸方向に貫通して形成された固定軸部を有し、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、
前記固定部の本体を構成するハウジング部材に設けられ前記固定軸部が前記軸方向の移動が許容された状態で嵌合する嵌合孔と、
前記嵌合孔において前記固定軸部の他方側の側端部よりも前記流体の流れ方向における上流側に前記軸方向の移動が許容された状態で装着され、前記流体供給源から供給された流体を通過させるとともにこの流体の流体力によって前記流れ方向における下流側へ移動する移動部材とを備え、
前記流体供給源から前記嵌合孔内へ前記流体を供給することにより前記移動部材を前記流体力によって下流側へ移動させ、次いでこの移動部材を前記固定軸部の他方側の側端面に当接させて押圧力を作用させることにより前記固定シール部の下流側への移動を促進し、さらに前記固定軸部に前記流体力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することを特徴とするロータリジョイント。
【請求項１】
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、
前記固定流路が前記軸方向に貫通して形成された固定軸部を有し、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、
前記固定部の本体を構成するハウジング部材に設けられ前記固定軸部が前記軸方向の移動が許容された状態で嵌合する嵌合孔と、
前記嵌合孔において前記固定軸部の他方側の側端部よりも前記流体の流れ方向における上流側に前記軸方向の移動が許容された状態で装着され、前記流体供給源から供給された流体を通過させるとともにこの流体の流体力によって前記流れ方向における下流側へ移動する移動部材とを備え、
前記流体供給源から前記嵌合孔内へ前記流体を供給することにより前記移動部材を前記流体力によって下流側へ移動させ、次いでこの移動部材を前記固定軸部の他方側の側端面に当接させて押圧力を作用させることにより前記固定シール部の下流側への移動を促進し、さらに前記固定軸部に前記流体力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することを特徴とするロータリジョイント。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１０２６１１（Ｐ２０１１−１０２６１１Ａ）
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５７６６８（Ｐ２００９−２５７６６８）
【出願日】平成２１年１１月１１日（２００９．１１．１１）
【出願人】（０００１７９３２８）リックス株式会社 (33)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１１日（２００９．１１．１１）
【出願人】（０００１７９３２８）リックス株式会社 (33)
【Ｆターム（参考）】
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