JP2014016010A - ロータリジョイント - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】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、摺動隙間Ｇを軸方向の移動を許容しながらシールするＯリング１１と、摺動隙間ＧにおいてＯリング１１よりも上流側に開口してロータリジョイント１の外部と連通する排出孔１５とを備え、摺動隙間Ｇ内の流体を排出孔１５を介して外部へ排出することにより、摺動隙間Ｇ内の異物２０を流体とともに流動させることができ、摺動隙間Ｇ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。
【選択図】図３

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において前記第１の隙間シール部よりも上流側に開口し、ロータリジョイントの外部と連通する排出孔とを備え、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、 前記摺動隙間内の流体を前記排出孔を介して外部へ排出する。

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てロータリジョイントの外部と連通する排出孔とを備え、流体供給源から嵌合孔内へ流体を供給して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、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、摺動隙間内の流体を排出孔を介して外部へ排出することにより、摺動隙間内の異物を流体とともに流動させることができ、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（第１実施例）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（第１実施例）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（第１実施例）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（第２実施例）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（第２実施例）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（第２実施例）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（第２実施例）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（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。

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１９が植設されており、ガイドピン１９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に設けられた排出孔１５が開口して連通している。排出孔１５はケーシング３を貫通してロータリジョイント１の外部に配設された開閉バルブ１６と連通しており、開閉制御部１７によって開閉バルブ１６を開閉することにより、摺動隙間Ｇとロータリジョイント１の外部との連通を断接することができるようになっている。したがって開閉バルブ１６および開閉制御部１７は、排出孔１５を開閉する開閉手段となっており、本実施の形態においては嵌合孔７ａ内の圧力が，予め設定された所定圧を超えた状態でのみ排出孔１５が閉状態となるように、開閉制御部１７によって開閉バルブ１６を制御するようにしている。

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、流路孔３ｂに供給されて嵌合孔７ａから摺動隙間Ｇ内に進入した流体は、Ｏリング１１より下流側へは流動することなく、円周溝１４および排出孔１５を介して流動する。．このとき開閉バルブ１６が開放状態であれば、摺動隙間Ｇ内の流体は排出孔１５を介してロータリジョイント１の外部まで流動する。そしてこの流動とともに、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（図３に示す異物２０参照）がロータリジョイント１の外部に排出される。すなわち、上記構成において、排出孔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において前述の第１の隙間シール部よりも上流側に開口し、ロータリジョイント１の外部と連通している。

次に図２を参照して、ロータリジョイント１（第１実施例）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１９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３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３は、流路孔３ｂを介して送給され嵌合孔７ａに流入（矢印ｅ）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。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（第１実施例）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排出孔１５を介しての異物排出機能により、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。すなわち第１実施例では、開閉制御部１７は嵌合孔７ａ内の流体の圧力が予め設定された所定圧を超えた状態でのみ開閉バルブ１６を閉状態とするようにしていることから、流体供給を開始する過程において嵌合孔７ａ内の流体の圧力が所定圧以下の状態では、開閉バルブ１６は開状態にある。すなわち、摺動隙間Ｇは排出孔１５，開閉バルブを介してロータリジョイント１の外部と連通している。

従ってこの状態で固定軸部８ａの端部から摺動隙間Ｇ内へ進入（矢印ｆ）する流体は、摺動隙間Ｇ内を下流側へ流動し（矢印ｇ）、摺動隙間Ｇ内の異物２０とともに円周溝１４を介して排出孔１５に導かれ（矢印ｈ）、開状態の開閉バルブ１６を通過して外部へ排出される（矢印ｉ）。そして流体供給の開始後に嵌合孔７ａ内の流体の圧力が上昇して所定圧を超えることにより、開閉バルブ１６が閉状態となって摺動隙間Ｇを介してのロータリジョイント１の外部への流体排出が停止する。

上述の第１実施例においては、排出孔１５に開閉手段を設けることにより、摺動隙間Ｇからの流体の排出を制御する例を示したが、以下に説明する第２実施例のように、排出孔１５に開閉手段を設けずに常に開放が可能なようにロータリジョイント１を構成することも可能である。この場合には図４に示すように、図１に示す第１実施例のロータリジョイント１において、円周溝１４の上流側の摺動隙間Ｇに圧力によってシール特性の異なる隙間シール部を追加して設けることにより、摺動隙間Ｇからの流体の排出を制御するようにしている。すなわち、摺動隙間Ｇにおいて排出孔１５が開口した円周溝１４の上流側には、円周溝形状のシール溝７ｄが開口して設けられており、シール溝７ｄ内にはリップシール１２が、リップを上流側に向けた姿勢で装着されている。

嵌合孔７ａの内周面７ｂにおいて排出孔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６を参照して説明する。図６（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。

図６（ａ）（イ）に示すように、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と固定軸部８ａの外周面８ｄとの間に摺接隙間Ｓが生じるように、固定軸部８ａ、シール溝７ｄとの関係でリップシール１２の寸法設定がなされている。リップシール１２のこのような形状設定により、摺動隙間Ｇ内において下流側へ流動する流体の圧力によってリップシール１２のシール特性を変化させることが可能となっている。

すなわち、摺動隙間Ｇ内へ嵌合孔７ａから進入した流体の圧力がリップシール１２の形状によって規定される所定圧力よりも低い場合には、図６（ａ）（イ）に示すように、内周側リップ部１２ｂと外周面８ｄとの間に摺接隙間Ｓが生じ、摺動隙間Ｇ内において下流側への流体の流動（矢印ｊ）が許容される。これに対し摺動隙間Ｇ内へ嵌合孔７ａから進入した流体の圧力が所定圧力よりも高い場合には、図６（ａ）（ロ）に示すように、摺動隙間Ｇを介してシール溝７ｄに到達した流体（矢印ｋ）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方向に変形し（矢印ｌ），これにより摺動隙間Ｇ内において下流側への流体の流動が禁止される。

すなわちリップシール１２は、摺動隙間Ｇにおいて排出孔１５が開口した円周溝１４よりも上流側に設けられ、この摺動隙間Ｇを軸方向の移動を許容しながら嵌合孔７ａ内の圧力が所定圧を超えた状態でのみシールする第２の隙間シール部となっている。そしてこの第２の隙間シール部は、摺動隙間Ｇに開口した円周溝形状のシール溝７ｄ内にリップを上流側に向けて装着され、嵌合孔７ａ内の圧力が所定圧を超えた状態でのみリップが変形して摺動隙間Ｇをシールする構成となっている。

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に開口したシール溝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６（ｂ）、（ｃ）に示す例など、摺動隙間Ｇ内の圧力が所定圧を超えた状態でのみシールする特性を有するものであれば、各種のシールを採用することができる。

例えば図６（ｂ）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１２１をスプリングなどの付勢部材１２２によって上流側に付勢して構成された第２の隙間シール部の例を示している。この場合において、摺動隙間Ｇにおいて上流側から作用する流体の圧力が所定圧よりも低い場合には、付勢部材１２２の付勢力によってＯリング部材１２１はシール溝７ｄ＊内において溝深さが深い上流側寄りに位置し、シール溝７ｄ＊および摺動隙間Ｇを完全に閉塞するには至らず、摺動隙間Ｇ内において下流側への流体の流動（矢印ｎ）が許容される。

これに対し摺動隙間Ｇ内へ嵌合孔７ａから進入した流体の圧力が所定圧力よりも高い場合には、摺動隙間Ｇにおいて上流側から作用する流体の圧力が付勢部材１２２の付勢力を上回り、Ｏリング部材１２１はシール溝７ｄ＊内において溝深さが浅い下流側寄りに移動する。これにより、シール溝７ｄ＊および摺動隙間ＧはＯリング部材１２１によって完全に閉塞され、摺動隙間Ｇ内において下流側への流体の流動が禁止される。

また図６（ｃ）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。屈曲シール１２３がシール溝７ｄに装着された状態では、屈曲シール１２３の外周側とシール溝７ｄの底面との間には装着隙間が生じるように、固定軸部８ａ、シール溝７ｄとの関係で屈曲シール１２３の寸法設定がなされている。屈曲シール１２３のこのような形状設定により、摺動隙間Ｇ内において下流側へ流動する流体の圧力によってリップシール１２のシール特性を変化させることが可能となっている。

すなわち、摺動隙間Ｇにおいて上流側から作用する流体の圧力が所定圧よりも低い場合には、摺動隙間Ｇ内における下流側方向への流体（矢印ｏ）は、屈曲シール１２３の外周側とシール溝７ｄの底面との間の装着隙間を介して流動し（矢印ｐ）、下流側への流体の流動（矢印ｑ）が許容される。これに対し摺動隙間Ｇ内へ嵌合孔７ａから進入した流体の圧力が所定圧力よりも高い場合には、屈曲シール１２３の内周側，外周側のシール面はそれぞれ外周面８ｄおよびシール溝７ｄの底面に押し付けられる方向に変形し、これにより摺動隙間Ｇ内において下流側への流体の流動が禁止される。

次に図５を参照して、ロータリジョイント１（第２実施例）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１９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。

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７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７（ａ）（ｂ）は、流路孔３ｂを介して送給され嵌合孔７ａに流入（矢印ｒ）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。ここで図７（ａ）（ｂ）は、嵌合孔７ａに流入する流体の圧力が予め設定された所定圧よりも低い場合、所定圧を超えた場合をそれぞれ示している。

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。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（第２実施例）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排出孔１５を介しての異物排出機能により、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。すなわち第２実施例では、摺動隙間ＧにおいてＯリング１１よりも上流側に開口し、ロータリジョイントの外部と連通する排出孔１５をハウジング部材７に設け、摺動隙間Ｇ内の流体を異物２０とともに排出孔１５を介して外部へ排出する。

すなわち、図７（ａ）に示すように、供給対象の流体は流路孔３ｂを介して送給され嵌合孔７ａに流入する（矢印ｒ）。そして状態で固定軸部８ａの端部から摺動隙間Ｇ内へ進入（矢印ｓ）した流体は、摺動隙間Ｇ内を下流側へ流動する（矢印ｔ）。ことのき流体の圧力は予め設定される所定の圧力よりも低い状態にあることから、リップシール１２はこの流体の流動を許容する。これにより、リップシール１２を通過して流動した流体は摺動隙間Ｇ内の異物２０とともに円周溝１４を介して排出孔１５に導かれ（矢印ｕ）、異物２０とともに外部へ排出される（矢印ｖ）。

そして流体供給の開始後に嵌合孔７ａ内の流体の圧力が上昇して所定圧を超えることにより、図７（ｂ）に示すように、固定軸部８ａの端部から摺動隙間Ｇ内へ進入（矢印ｗ）した流体は、リップシール１２によってシールされて下流側への流動が禁止され、ロータリジョイント１の外部への流体排出が停止する。

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、ロータリジョイント１の外部と連通する排出孔１５とを備え、摺動隙間Ｇ内の流体を排出孔１５を介して外部へ排出するようにしたものである。これにより、摺動隙間Ｇ内に付着堆積した「２０」を排出孔１５から排出される流体とともに除去することができ、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
１１ ０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 排出孔
１６ 開閉バルブ
２０ 異物
Ｇ 摺動隙間

Claims (5)

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において前記第１の隙間シール部よりも上流側に開口し、ロータリジョイントの外部と連通する排出孔とを備え、
   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、
   前記摺動隙間内の流体を前記排出孔を介して外部へ排出することを特徴とするロータリジョイント。
2. 前記排出孔を開閉する開閉手段を備え、前記嵌合孔内の圧力が所定圧を超えた状態でのみ前記排出孔が閉状態となることを特徴とする請求項１記載のロータリジョイント。
3. 前記摺動隙間において前記排出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前記嵌合孔内の圧力が所定圧を超えた状態でのみシールする第２の隙間シール部を備えたことを特徴とする請求項１記載のロータリジョイント。
4. 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リップを上流側に向けて装着され、前記固定流路内の圧力が所定圧を超えた状態でのみリップが変形して摺動隙間をシールするリップシールであることを特徴とする請求項３記載のロータリジョイント。
5. 前記第２の隙間シール部は、前記摺動隙間に開口し溝深さが下流側に向かって減少するテーパ状の溝底面を有する円周溝内において、Ｏリング部材を付勢部材によって上流側に付勢して構成されることを特徴とする請求項３記載のロータリジョイント。

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