JPH1163335A

JPH1163335A - ロータリージョイント

Info

Publication number: JPH1163335A
Application number: JP9217582A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Hatori; 均羽鳥; Tadashi Kitajima; 正北島; Kazuhiro Arita; 和広有田
Original assignee: NIPPON JOHN KUREEN KK
Current assignee: NIPPON JOHN KUREEN KK
Priority date: 1997-08-12
Filing date: 1997-08-12
Publication date: 1999-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、流体の漏れを最小限にし、流体流
通路の内管径が大きくてもコンパクト設計が可能なロー
タリージョイントを提供することを目的とする。【解決手段】本発明のロータリージョイントは、後部
ハウジング４と中部ハウジング３と、空気流入口５が設
けられた前部ハウジング２とを備え、これらハウジング
内に、軸方向へ移動可能に配設され、シール部材１１を
端面に設けられたフローティングシート１０と、固定部
材２１およびこの固定部材２１に対して軸回転不可能か
つ軸方向への移動が可能な支持部材２２とを備えた回転
軸体２０とが、回転軸体端面に設けられたシール部材２
３とフローティングシート１０の端面に設けられたシー
ル部材１１とが対向するように、フローティングシート
１０と同軸に配設されて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の主軸な
どに流体を供給するロータリージョイントに関し、特
に、高速回転に適したロータリージョイントに関する。

【０００２】

【従来の技術】ロータリージョイントとは、工作機械な
どにおいて、回転部へ固定部から流体を供給するために
回転部と固定部とを流体的に接続するものである。工作
機械などの中には、主軸などの回転部品が回転するとき
に接触部に生ずる摩擦や摩耗を低減させるために、回転
部品の先端に、潤滑液、冷却液、空気などを送り込む構
造をもつものがあり、このような場合にロータリージョ
イントが一般的に使われている。

【０００３】従来の工作機械用ロータリージョイントと
しては、特開平９−１００９７６号公報に開示されてい
るものがある。このロータリージョイントには、ハウジ
ング内に、回転部材と、常時後方へ付勢されたチェック
弁機能を有するピストン部材とが備えられている。この
ピストン部材内に、常時ピストン部材に対して前方に付
勢された押圧部材が設けられ、押圧部材と回転部材との
対向面に一対のシール部材が固着されている。また、ピ
ストン部材、押圧部材、および回転部材には軸心に流体
通路が設けられている。流体供給口から液体が供給され
る場合には、供給された液体の圧力により、ピストン部
材が前方へ移動し、一対のシール部材が接触状態とな
り、液体はピストン内を流通して、主軸先端部へ供給さ
れる。また、液体の供給を止め、加圧空気供給口から加
圧空気を供給する場合は、一対のシール部材の間隙を通
して、主軸内の流体通路へ加圧空気を供給する仕組みに
なっている。

【０００４】このロータリージョイントは、ピストン部
材内に押圧部材を挿入するという二段構造を有するの
で、供給液体の圧力の大きさにかかわりなく一対のシー
ル部材の接触圧力が、押圧部材を前方へ付勢する付勢力
と等しい一定値になるというものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したよう
な従来のロータリージョイントでは、ピストン部材内に
押圧部材を挿入するという二段構造を採用しているた
め、ピストン部材内に、押圧部材や、押圧部材を前方へ
付勢するバネなどを格納するスペースや構造を必要とす
る。よって、ピストン部材の構造が大きく複雑になり、
ピストン部材を格納するハウジングにも大きな構造が必
要となる。この二段構造により、コンパクトなロータリ
ージョイントを製作する際に、流体供給路の内管径に制
限を与えるので、流通する液体の流量が制限を受けると
いう問題を有する。

【０００６】本発明は、主軸を高速回転させてロータリ
ージョイントに流体を流通させる際に、流体の圧力変化
に柔軟に対応して、シール部材同士の摺動圧力・摺動面
積の変動を抑えることにより、流体の漏れを最小限にす
ることを可能にしつつ、流体流通路の内管径を大きくし
てもコンパクト設計が可能なロータリージョイントを提
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、本発明のロータリージョイントは、内部に中空路を
有し、主軸に該主軸と共に回転状態に取付けた回転軸体
と、内部に中空路を有し、固定されたハウジング内に非
回転状態で且つ軸方向に移動可能に配設したフローティ
ングシートとが、それぞれの端部に取付けられたシール
部材同士を間隙を設けて対向して、同軸配設され、前記
フローティングシートが、前記シール部材同士の対向方
向と逆方向へ弾性付勢されて流入口側流路を閉じてい
て、流体圧力により前記弾性付勢力に抗して軸移動し、
流入口側流路を開くとともに、シール部材同士の接触に
よって回転軸体の中空路とフローティングシートの中空
路とが連通し、フローティングシート側から回転軸体側
へ流体が流通するロータリージョイントにおいて、前記
ハウジング内に前記フローティングシートの対向方向へ
の移動に制限を与える第１ストッパーを備えるととも
に、主軸と連動して回転する固定部材と、該固定部材に
対して、軸方向へ移動可能且つ対向方向へ弾性付勢さ
れ、かつ前記固定部材に設けた第２ストッパーで当止さ
れた支持部材と、該支持部材の端部に固定されたシール
部材とからなるという構成を有するものである。なお、
上記した「対向方向」とは、シール部材同士が対向する
方向という意味であって、フローティングシート側から
見るときは、フローティングシートから回転軸体への方
向を意味し、回転軸体側から見るときは、その逆方向を
意味する。以下に記述する「対向方向」は、この意味で
用いる。

【０００８】このように、回転軸体側にある固定部材
に、弾性付勢された支持部材を設けることにより、フロ
ーティングシートの構造として従来の二段構造を採用し
ないので、ロータリージョイントのコンパクト設計を可
能にし、フローティングシートや固定部材、支持部材に
設けられた中空路の内管径を大きく設計できる。

【０００９】また、上記構成に加えて、前記フローティ
ングシートが弾性付勢力によって流入口側流路を閉じ、
且つ前記支持部材が固定部材の第２ストッパーで当止さ
れた状態の両シール部材間の間隔が、前記流路を開閉す
るのに要するフローティングシートの移動距離よりも小
さくなるように構成されると、流入口側流路を開閉する
際に生じやすい液漏れを防止することが可能となる。

【００１０】上述した本発明のフローティングシート
は、流体圧力がある値を超えると、弾性付勢力に抗して
前記対向方向へ移動し、フローティングシート端部のシ
ール部材と回転軸体端部のシール部材とが接触し、フロ
ーティングシートの中空路と回転軸体の中空路とが連通
して、流体を主軸先端へ供給するための流体流通路がつ
くられる。この後に、さらにフローティングシートが移
動することで、流路が開き、流体を流体流通路へ導く。
また、ハウジング内にフローティングシートの対向方向
への移動に制限を与える第１ストッパーを備え、かつ、
回転軸体が、固定部材に対して軸方向へ移動可能且つ対
向方向へ弾性付勢された支持部材と、この支持部材の端
部に取付けたシール部材とを備えることで、本発明は、
流体圧力が低圧から高圧までの広い圧力範囲に柔軟に対
応することが可能となる。

【００１１】すなわち、流体圧力が流路を開くのに必要
な流体の最小圧力（以下、流路開閉圧と呼ぶ。）以上で
比較的弱い場合には、フローティングシートは、主に、
フローティングシートおよび支持部材の弾性付勢力と流
体圧力との平衡位置で停止するが、流体圧力が流路開閉
圧以上で比較的大きい場合には、フローティングシート
は、平衡位置に達する前に第１ストッパーにより停止さ
せられるので、シール部材同士の接触圧力が必要以上に
大きくならない。

【００１２】また、シール部材間の間隔が、流路を開閉
するのに要するフローティングシートの移動距離よりも
小さく構成されているので、流路が開くよりも前に、確
実にシール部材同士が接触するので、流体の漏洩を防止
できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明に係る代表的な実施例を説明する。

【００１４】図１および図２は、本発明に係るロータリ
ージョイントの中心軸を通る断面図である。図１は、ロ
ータリージョイント１のシール部材同士の非接触状態を
示すものであり、図２は、加工液などの比較的高圧の流
体を流通させているときの、シール部材同士の接触状態
を示す図である。また、両図のロータリージョイントの
回転軸体２０には主軸４０が取付けられている。

【００１５】ハウジングは、流体流入口７と空気流入口
６とが設けられた後部ハウジング４と、当止部８が設け
られた中部ハウジング３と、空気流入口５が設けられた
前部ハウジング２とにより構成され、主軸４０以外の固
定部に固定されている。また、前部ハウジング２と中部
ハウジング３、および中部ハウジング３と後部ハウジン
グ４とは、ねじ９，９…によって連結されている。この
ハウジング内に、シール部材１１を端面に設けられたフ
ローティングシート１０が、軸方向へ移動可能に配設さ
れている。また、シール部材２３を端面に設けられた回
転軸体２０が、主軸２０の端部に該主軸４０と共に回転
するように取付けられ、かつ回転軸体端面に設けられた
シール部材２３とフローティングシート１０の端面に設
けられたシール部材１１とが対向するように、フローテ
ィングシート１０と同軸に配設される。シール部材１
１，２３の材質として、一方は、ＳｉＣ、ＷＣなどの高
硬度のものが用いられ、他方は、用途により、特殊な高
硬度部材、またはカーボンなどの比較的低硬度のものが
用いられる。

【００１６】フローティングシート１０は、軸線に沿っ
た中空路１６を備えている。この中空路１６は、フロー
ティングシート端面にあるシール部材１１を貫通して開
口しており、この開口部と軸方向反対側では、端面は閉
止し、フローティングシート１０を半径方向に貫く貫通
孔１７と連通している。流体は、この貫通孔１７から流
入し、中空路１６を経て、シール部材１１の開口部へと
流通する。また、フローティングシート全外周に環状ス
トッパー１２が接合されており、このストッパー外周
が、後部ハウジング４の内面と接している。フローティ
ングシート１０と第１ストッパー１２との接合部、およ
び第１ストッパー１２と後部ハウジング４との接触部
に、Ｏリング等の封止部材１３，１３を設けて、この接
合部および接触部から流体が漏洩しない工夫がなされて
いる。また、第１ストッパー１２をシール部材同士の対
向方向と逆方向へ弾性付勢するスプリング１４が第１ス
トッパー１２と中部ハウジング３との間に設けられてい
る。さらに、ガイドピン１５，１５が、中部ハウジング
３に固定されて、フローティングシート１０のフランジ
部１８に設けられた係合孔１９と係合し、フローティン
グシート１０の軸方向の移動を容易にするとともに、フ
ローティングシート１０の軸回転運動を止める役目を果
たしている。

【００１７】回転軸体２０は、前記主軸４０の端部に取
付ける固定部材２１と、この固定部材２１に対して、軸
回転不可能かつ軸方向への移動が可能な支持部材２２
と、この支持部材２２の端面に設けられたシール部材２
３と、支持部材２２を固定部材２１に対して対向方向へ
弾性付勢するスプリング２５とからなる。回転軸体側ス
プリング２５は、固定部材２１と支持部材２２との間に
設けられている。また、流体を流通させる中空路２８，
２９が、軸線に沿って、固定部材２１、支持部材２２、
および支持部材端面に設けられたシール部材２３を貫通
して設けられている。また、ガイドピン２４，２４が、
固定部材２１に軸方向と平行して固定されていて、支持
部材２２のフランジ部３１に設けられた切欠孔３２と係
合し、支持部材２２の軸方向の移動を容易にして、支持
部材２２の固定部材２１に対する軸回転運動を止める役
目を果たす。さらに、第２ストッパー３０となるストッ
プリングが、固定部材２１の内周に固定され、支持部材
２２の対向方向への移動を制限している。なお、主軸４
０と固定部材２１との接合部、および固定部材２１と支
持部材２２との接触部に、Ｏリング等の封止部材２６，
２７を設けて、接合部や接触部から中空路の外へ液体等
が漏洩しないような工夫がなされている。また、実際の
使用時には、主軸４０に固定部材２１が係合している。
このとき、主軸４０の回転運動と連動して固定部材２１
および支持部材２２が回転する。なお、図１に示すよう
に、フローティングシート１０がスプリング２５の弾性
力によって流入口流路を閉じ、かつ支持部材２２がスプ
リング２５で対向方向へ押されつつ第２ストッパー３０
で当止されている状態の両シール部材間の間隔は、流入
口側流路を開閉するのに要するフローティングシートの
移動距離よりも小さくなるように構成されている。これ
は、流路開閉圧よりも高圧の流体を流入するときに、両
シール部材が接触しないうちに、流入口側流路が開くの
を防ぐためである。

【００１８】上述した構造を有するロータリージョイン
ト１において、比較的低圧の流体を流体流入口７に送り
込む場合、図１に示すように、フローティングシート１
０はスプリング１４の弾性力によって流入口側流路を閉
じており、回転軸体２０の支持部材２２は、スプリング
２５の弾性力によって対向方向へ押されつつ第２ストッ
パー３０に当止していて、シール部材１１，２３同士は
接触していない状態にある。このときの圧力では、スプ
リング１４の弾性力に抗してフローティングシート１０
を移動させ、流路を開くことができない。加圧空気など
を主軸先端へ送り込むには、空気流入口５または６を利
用する。この空気流入口５または６から流入した空気
が、フローティングシート１０の中空路１６および回転
軸体２０の中空路２８，２９を経て、主軸先端へ送り込
まれる。このとき、シール部材同士は接触・摺動しない
ため、シール部材の摩耗・摩擦は生じない。なお、加圧
空気を供給する場合には、シール部材１１，２３が接触
しないようにする必要があるので、シール部材１１，２
３の間隙に向けて設けた空気流入口５を用いることが望
ましい。

【００１９】次に、流路開閉圧よりもやや高圧の流体、
例えば加工液などを流体流入口７へ流入する場合には、
その加工液などの圧力により、フローティングシート１
０は移動し、フローティングシート側シール部材１１が
回転軸体側シール部材２３と接触して、フローティング
シート１０の中空路１６と回転軸体２０の中空路２８と
が連通する。この後に、フローティングシート１０はさ
らに前記対向方向へ移動して、流入口側流路が開き、流
体流入口７から流入した加工液などが、連通した中空路
１６，２８，２９を流通して主軸先端へ供給される。フ
ローティングシート１０の移動は、主に、フローティン
グシートにかかる弾性力および流体圧力と、支持部材２
２にかかる弾性力とが平衡した時点で止まる。より厳密
には、これら力の他に、圧力バランスによって、対向方
向へ押す力も支持部材２２に作用する。

【００２０】このとき、支持部材２２がスプリング２５
で付勢されているため、シール部材１１，２３同士を接
触させつつフローティングシート１０を移動させ、流路
を開くことが可能となる。また、主軸４０と連動して回
転軸体２０が回転しつつ加工液などを流通させる場合、
シール部材同士の摺動圧力、主軸４０の振れに追随する
回転軸体２０の振れ、および摩擦熱などによって生ずる
回転軸体２０やシール部材の熱膨張が、そのスプリング
２５で緩和される。よって、シール性能を損なうことな
く、シール部材の摩擦・摩耗が低減される。

【００２１】次に、流路開閉圧よりもかなり高圧の加工
液などを流体流入口７へ流入する場合には、その加工液
などの圧力により、フローティングシート１０は移動
し、図２に示す状態となる。すなわち、シール部材１
１，２３同士が接触しつつ、フローティングシート１０
に設けられたストッパー１２が、中部ハウジング３の当
止部８に当止する状態にある。このとき、フローティン
グシート１０と回転軸体２０とに設けられたシール部材
１１，２３同士の接触圧力は、主に、支持部材２２への
スプリング２５の弾性力によって決まる。ここで、スプ
リング２５の弾性力は、圧力バランスによって、支持部
材２２をシール部材同士の対向方向へ押す力も考慮して
調整される。このように、たとえ高圧な流体をロータリ
ージョイントに流通させても、シール部材１１，２３は
その流体圧力を全面的に受ける必要がなくなる。よっ
て、シール部材１１，２３同士に過度な接触圧力がかか
らないので、シール部材１１，２３同士の摩擦・摩耗が
低減される。

【００２２】以上の如く、本発明に係るロータリージョ
イント１は、フローティングシート１０への弾性付勢力
と支持部材２２への弾性付勢力とを調整することで、流
体圧力が低圧から高圧までの広い圧力範囲に柔軟に対応
できる。

【００２３】

【発明の効果】本発明のロータリージョイントは、ハウ
ジング内にフローティングシートの対向方向への移動に
制限を与える第１ストッパーを備え、かつ、回転軸体
が、固定部材に対して軸方向へ移動可能且つ対向方向へ
弾性付勢された支持部材と、この支持部材の端部に固定
されたシール部材とを備えるという構成を有するので、
流体圧力が低圧から高圧までの広い圧力範囲に柔軟に対
応し、シール部材の摩擦・摩耗を低減することができ
る。また、この構成により、フローティングシートの構
造として従来の二段構造を採用しないので、コンパクト
設計が可能であり、流体が流通する中空路の内管径を大
きく設計できるので、大きな流量を確保出来る。

【００２４】さらに、前記フローティングシートが弾性
付勢力によって流入口側流路を閉じ、且つ前記支持部材
が固定部材の第２ストッパーで当止された状態の両シー
ル部材間の間隔が、前記流路を開閉するのに要するフロ
ーティングシートの移動距離よりも小さくなるように構
成されると、加工液などの高圧な流体を流入する時に、
流路を開く前にシール部材同士を接触させることができ
るので、加工液などの漏洩を防ぐことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るロータリージョイントで、シール
部材同士の非接触状態を示す断面図である。

【図２】本発明に係るロータリージョイントで、シール
部材同士の接触状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１ロータリージョイント２前部ハウジング３中部ハウジング４後部ハウジング５，６空気流入口７流体流入口８当止部１０フローティングシート１１シール部材１２第１ストッパー１３封止部材１４スプリング１５ガイドピン１６中空路１７貫通孔１８フローティングシートのフランジ部１９係合孔２０回転軸体２１固定部材２２支持部材２３シール部材２４ガイドピン２５スプリング２６，２７封止部材２８，２９中空路３０第２ストッパー３１支持部材のフランジ部３２切欠孔４０主軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に中空路を有し、主軸に該主軸と共
に回転状態に取付けた回転軸体と、内部に中空路を有
し、固定されたハウジング内に非回転状態で且つ軸方向
に移動可能に配設したフローティングシートとが、それ
ぞれの端部に取付けたシール部材同士を間隙を設けて対
向して、同軸配設され、前記フローティングシートが、前記シール部材同士の対
向方向と逆方向へ弾性付勢されて流入口側流路を閉じて
いる状態から、流体圧力により前記弾性付勢力に抗して
軸移動し、流入口側流路を開くとともに、シール部材同
士の接触によって回転軸体の中空路とフローティングシ
ートの中空路とが連通し、フローティングシート側から
回転軸体側へ流体が流通するロータリージョイントにお
いて、前記ハウジング内に前記フローティングシートの対向方
向への移動を制限する第１ストッパーを備えるととも
に、前記回転軸体が、主軸と連動して回転する固定部材
と、該固定部材に対して、軸方向へ移動可能且つシール
部材同士の対向方向へ弾性付勢され、且つ前記固定部材
に設けた第２ストッパーで当止された支持部材と、該支
持部材の端部に固定されたシール部材とからなることを
特徴とするロータリージョイント。
【請求項２】前記フローティングシートが弾性付勢力
によって流入口側流路を閉じ、且つ前記支持部材が固定
部材の第２ストッパーで当止された状態の両シール部材
間の間隔が、前記流路を開閉するのに要するフローティ
ングシートの移動距離よりも小さくなるように構成され
る請求項１記載のロータリージョイント。