(57)【要約】【課題】面圧調整機構を必要とせずにシール面圧値の異なる複数種類の流体を送給対象とすることが可能な流体送給機構における回転シール機構およびこの回転シール機構に用いられ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】流体供給源７ａ、７ｂから供給される複数種類の流体を軸心廻りに回転する回転部２ａへ固定部２ｂを介して送給する流体送給機構に用いられるロータリジョイント２において、ハウジング部材１３の嵌合孔１３ｂを大径部および小径部を有する段差形状とし、フローティングシート１５の固定軸部１５ｂを小径部に嵌合させ、大径部に嵌合する移動シリンダ１４を固定軸部１５ｂに対して接離自在にして、第１の流体および第２の流体の流体力がそれぞれ移動シリンダ１４および固定軸部１５ｂに個別に作用する構成とする。これにより、対象とする流体に応じた所望のシール面圧値を個別に設定することができる。【選択図】図２
2008261405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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て成り、複数の流体供給源から供給される複数種類の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選択的に送給する流体送給機構における回転シール機構であって、
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し、第１の流体供給ポートが開孔する嵌合孔と、
前記嵌合孔を、前記固定軸部が嵌合する孔径で設けられた小径部およびこの小径部よりも大きい孔径で設けられた大径部に区分する段差部と、
前記固定流路と同軸の内部流路が軸方向に貫通して設けられ、前記大径部に軸方向に移動自在に嵌合して前記固定軸部の側端面に接離する移動部材と、
前記移動部材の前記接離動作における離隔方向の移動端の位置を規制する位置規制部と、
前記嵌合孔に前記固定軸部および前記移動部材が嵌合した状態において、前記小径部の内周面と前記固定軸部の外周面との間の隙間および前記大径部の内周面と前記移動部材の外周面との間の隙間をそれぞれシールする第１の軸シール部および第２の軸シール部と、
前記第１の軸シール部および第２の軸シール部の間において前記大径部の内周面に開孔し、前記大径部内において前記固定軸部と前記移動部材との間に形成される空間内に流体を送給する第２の流体供給ポートと、
前記第１の流体供給ポートに前記複数種類の流体のうちの第１の流体を選択的に供給するとともに、前記第２の流体供給ポートに前記複数種類の流体のうちの第２の流体を選択的に供給する流体供給手段とを備え、
前記第１の流体供給ポートに前記第１の流体を供給して前記移動部材の一方側の側端面に第１の流体の流体圧を作用させて、この移動部材を介し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のシール面とを第１の面圧値で相互に密着させて面シール部を形成し、
前記第２の流体供給ポートに前記第２の流体を供給して前記固定軸部の側端面に第２の流体の流体圧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のシール面とを第２の面圧値で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流体送給機構における回転シール機構。
【請求項２】
前記移動部材には、前記固定流路を挿通して前記回転流路の内部まで到達する延長管部が前記内部流路と連通して同軸で設けられており、前記第１の流体は前記延長管部を介して送給され、前記第２の流体は前記固定流路の内周面と前記延長管部の外周面との間を介して送給されることを特徴とする請求項１記載の流体送給機構における回転シール機構。
【請求項３】
前記第１の流体は液体クーラントであり、前記第２の流体はエアであることを特徴とする請求項１記載の流体送給機構における回転シール機構。
【請求項４】
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流体送給機構に用いられ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し、第１の流体供給ポートが開孔する嵌合孔と、
前記嵌合孔を、前記固定軸部が嵌合する孔径で設けられた小径部およびこの小径部よりも大きい孔径で設けられた大径部に区分する段差部と、
前記固定流路と同軸の内部流路が軸方向に貫通して設けられ、前記大径部に軸方向に移動自在に嵌合して前記固定軸部の側端面に接離する移動部材と、
前記移動部材の前記接離動作における離隔方向の移動端の位置を規制する位置規制部と、
前記嵌合孔に前記固定軸部および前記移動部材が嵌合した状態において前記小径部の内周面と前記固定軸部の外周面との間の隙間および前記大径部の内周面と前記移動部材の外周面との間の隙間をそれぞれシールする第１の軸シール部および第２の軸シール部と、
前記第１の軸シール部および第２の軸シール部の間において前記大径部の内周面に開孔し、前記大径部内において前記固定軸部と前記移動部材との間に形成される空間内に流体を送給する第２の流体供給ポートとを備え、
前記第１の流体供給ポートへ第１の流体を供給して前記移動部材の一方側の側端面に流体圧を作用させて、この移動部材を介し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のシール面とを第１の面圧値で相互に密着させて面シール部を形成し、
前記第２の流体供給ポートへ第２の流体を供給して前記固定軸部の側端面に流体圧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のシール面とを第２の面圧値で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流体供給機構に用いられるロータリジョイント。
【請求項５】
前記移動部材には、前記固定流路を挿通して前記回転流路の内部まで到達する延長管部が前記内部流路と連通して同軸で設けられており、前記第１の流体は前記延長管部を介して送給され、前記第２の流体は前記固定流路の内周面と前記延長管部の外周面との間を介して送給されることを特徴とする請求項１記載の流体供給機構における回転シール機構。
【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の流体送給機構における回転シール機構およびこの回転シール機構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、回転部と結合されて回転する回転軸と流体送給配管と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いる。
【０００３】
ところで近年、従来一般に用いられていた水系の液体クーラントのほかに、エアを冷却媒体として用いる場合がある。エアを用いることにより、冷却対象に応じた適正な冷却特性が得られること、また使用後の廃液処理などの環境対策が不要で環境負荷を低減することができることなどの利点がある。そして同一装置によって液体クーラントとエアとを使い分ける必要がある場合には、流体継手として用いられるロータリジョイントは、流体としての特性の異なる液体と気体の双方に対して使用可能となるよう考慮がなされたものであることが必要とされる。従来より、このような用途を想定したタイプのロータリジョイントが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に示す例は、回転軸側に設けられた回転シールを固定シールに摺接させて流体の漏洩を防止する面シール部を形成し、固定シールを保持するフローティングシートを流体圧によって回転軸側に押し付けてシール面圧を発生させる構成において、フローティングシートの外周面に段差部を設け、この段差部に流体圧を作用させるようにしている。そして使用される流体が液体クーラントである場合には、この段差部には液体クーラントの圧力に応じた液圧が作用する。これにより、対象とする流体の種類に応じてシール面圧を変更することができ、同一装置によって液体クーラントとエアの使い分けを可能としている。
【特許文献１】特許第３０３７９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の特許文献例に示す先行技術においては、上述の構成に起因して、シール面圧の変更のための構成において以下に述べるような難点があった。すなわちこの先行技術例では、より高いシール面圧値を必要とする液体クーラントを対象とする場合に、シール面圧を調整するためにフローティングシートの外周面に液体クーラントを導入する構成となっていた。このため、液体クーラント中のスラッジなどの異物がハウジングとフローティングシートとの摺動隙間内に噛込み、動作不良を生じやすいものであった。また、液体クーラントを面圧調整用に別途導く必要があることから、ロータリジョイントの装着時の配管作業が複雑で簡便・容易な取付が難しいという難点があった。このように、従来のシール面圧値の異なる複数種類の流体について使用可能なロータリジョイントを用いた回転シール機構においては、面圧調整機構を必要とすることに起因して動作不良の発生や取付時の作業性などに難点があった。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、面圧調整機構を必要とせずにシール面圧値の異なる複数種類の流体を送給対象とすることが可能な流体送給機構における回転シール機構およびこの回転シール機構に用いられ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】
【０００７】
本発明の流体送給機構における回転シール機構は、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て成り、複数の流体供給源から供給される複数種類の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選択的に送給する流体送給機構における回転シール機構であって、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し、第１の流体供給ポートが開孔する嵌合孔と、前記嵌合孔を、前記固定軸部が嵌合する孔径で設けられた小径部およびこの小径部よりも大きい孔径で設けられた大径部に区分する段差部と、前記固定流路と同軸の内部流路が軸方向に貫通して設けられ、前記大径部に軸方向に移動自在に嵌合して前記固定軸部の側端面に接離する移動部材と、前記移動部材の前記接離動作における離隔方向の移動端の位置を規制する位置規制部と、前記嵌合孔に前記固定軸部および前記移動部材が嵌合した状態において、前記小径部の内周面と前記固定軸部の外周面との間の隙間および前記大径部の内周面と前記移動部材の外周面との間の隙間をそれぞれシールする第１の軸シール部および第２の軸シール部と、前記第１の軸シール部および第２の軸シール部の間において前記大径部の内周面に開孔し、前記大径部内において前記固定軸部と前記移動部材との間に形成される空間内に流体を送給する第２の流体供給ポートと、前記第１の流体供給ポートに前記複数種類の流体のうちの第１の流体を選択的に供給するとともに、前記第２の流体供給ポートに前記複数種類の流体のうちの第２の流体を選択的に供給する流体供給手段とを備え、前記第１の流体供給ポートに前記第１の流体を供給して前記移動部材の一方側の側端面に第１の流体の流体圧を作用させて、この移動部材を介し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のシール面とを第１の面圧値で相互に密着させて面シール部を形成し、前記第２の流体供給ポートに前記第２の流体を供給して前記固定軸部の側端面に第２の流体の流体圧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のシール面とを第２の面圧値で相互に密着させて面シール部を形成する。
【０００８】
本発明のロータリジョントは、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流体送給機構に用いられ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し、第１の流体供給ポートが開孔する嵌合孔と、前記嵌合孔を、前記固定軸部が嵌合する孔径で設けられた小径部およびこの小径部よりも大きい孔径で設けられた大径部に区分する段差部と、前記固定流路と同軸の内部流路が軸方向に貫通して設けられ、前記大径部に軸方向に移動自在に嵌合して前記固定軸部の側端面に接離する移動部材と、前記移動部材の前記接離動作における離隔方向の移動端の位置を規制する位置規制部と、前記嵌合孔に前記固定軸部および前記移動部材が嵌合した状態において前記小径部の内周面と前記固定軸部の外周面との間の隙間および前記大径部の内周面と前記移動部材の外周面との間の隙間をそれぞれシールする第１の軸シール部および第２の軸シール部と、前記第１の軸シール部および第２の軸シール部の間において前記大径部の内周面に開孔し、前記大径部内において前記固定軸部と前記移動部材との間に形成される空間内に流体を送給する第２の流体供給ポートとを備え、前記第１の流体供給ポートへ第１の流体を供給して前記移動部材の一方側の側端面に流体圧を作用させて、この移動部材を介し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のシール面とを第１の面圧値で相互に密着させて面シール部を形成し、前記第２の流体供給ポートへ第２の流体を供給して前記固定軸部の側端面に流体圧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のシール面とを第２の面圧値で相互に密着させて面シール部を形成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ハウジング部材の嵌合孔を大径部および小径部を有する段差形状とし、固定シール部の固定軸部を小径部に嵌合させ、大径部に嵌合する移動部材を固定軸部に対して接離自在にするとともに、第１の流体および第２の流体の流体力がそれぞれ移動部材および固定軸部に個別に作用する構成とすることにより、移動部材の受圧面積と固定軸部の受圧面積とを個別に設定して、対象とする流体に応じた所望のシール面圧値を個別に設定することができ、したがって面圧調整機構を必要とせずにシール面圧値の異なる複数種類の流体を送給対象とすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態における流体送給機構の構成説明図、図２は本発明の一実施の形態における流体送給機構の回転シール機構に用いられるロータリジョイントの断面図、図３は本発明の一実施の形態におけるロータリジョイントのハウジング部材の構造説明図、図４は本発明の一実施の形態におけるロータリジョイントのフローティングシートおよび移動シリンダの構造説明図、図５，図６は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である。
【００１１】
まず図１を参照して、流体送給機構１の全体構成を説明する。図１において、流体送給機構１は、工作機械のスピンドルなどの回転軸へ流体供給部７から供給される冷却用の流体を送給する機能を有するものであり、軸方向の回転流路が設けられた回転部２ａおよび軸方向の固定流路が設けられた固定部２ｂを同軸配置して成るロータリジョイント２を主体としている。
【００１２】
回転部２ａはスピンドル軸４の締結孔４ａに締結されており、スピンドル軸４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フレーム５に設けられた挿通孔５ａ内で軸心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２ｂは、円筒ブロック形状のケーシング３に設けられた装着孔３ａに嵌合して装着されており、ケーシング３をボルトなどの締結手段（図示省略）によってフレーム５に着脱自在に締結することにより、固定部２ｂは回転部２ａと同軸に配置される。
【００１３】
流体供給部７は第１の流体供給源７ａ、第２の流体供給源７ｂを備えており、第１の流体供給源７ａは第１の流体である液体クーラントを、第２の流体供給源７ｂは第２の流体であるエアをそれぞれ供給する。ここで、第２の流体供給源７ｂから供給されるエアは、一般の工場用エア、工場用エアをドライヤによって処理したドライエア、または所定量のオイルミストが混入されたオイルミスト含有エアなど、供給対象に応じて各種の形態のものを選択できるようになっている。
【００１４】
流体供給部７から供給される流体は、第１の開閉バルブ６ａ、第２の開閉バルブ６ｂを備えた流体供給回路６によって選択的に送給される。すなわち、第１の流体供給源７ａは、耐圧配管よりなるクーラント配管８ａによって第１の開閉バルブ６ａを介してケーシング３の流路孔３ｂに接続されており、第１の開閉バルブ６ａを開閉することにより、第１の流体供給源７ａから固定部２ｂの第１の流体供給ポート（図２に示す流路孔２３ａ参照）へ供給される液体クーラントの送給をオンオフすることができる。また第２の流体供給源７ｂは、樹脂チューブなどよりなるエア配管８ｂによって第２の開閉バルブ６ｂを介して固定部２ｂに設けられた第２の流体供給ポート９につなぎ込まれており、同様に第２の開閉バルブ６ｂを開閉することにより、第２の流体供給源７ｂから固定部２ｂの第２の流体供給ポート９に供給されるエアの送給をオンオフすることができる。
【００１５】
したがって、図１に示す流体供給回路６は、第１の流体供給ポートに複数種類の流体のうちの第１の流体を選択的に供給するとともに、第２の流体供給ポートに複数種類の流体のうちの第２の流体を選択的に供給する流体供給手段となっている。そしてロータリジョイント２および流体供給回路６は、複数の流体供給源から供給される複数種類の流体を、軸心廻りに回転する回転部２ａの回転流路へ固定部２ｂの固定流路を介して選択的に送給する機能を有する回転シール機構を構成する。
【００１６】
次に、図２，図３，図４を参照して、ロータリジョイント２の詳細構造を説明する。図２において回転部２ａは、軸心部に軸方向に貫通して回転流路１０ａが設けられ、外面に締結ねじ部１０ｂが設けられたロータ１０を主体としている。締結ねじ部１０ｂを締結孔４ａに螺合させることによりロータ１０はスピンドル軸４にねじ締結され、Ｏリング１２によってねじ締結部が密封される。これにより、回転流路１０ａはスピンドル軸４の流路孔４ｂと連通する。
【００１７】
ロータ１０の右側（固定部２ｂと対向する側）の側端面には、回転流路１０ａの開孔面を囲む配置で、円環状の環状凸部１０ｃが形成されている。環状凸部１０ｃの内側に形成された凹部には、第１のシールリング１１が固定されている。第１のシールリング１１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１１ａ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１１ｂを外面側にした状態で環状凸部１０ｃに固定される。そしてこの状態では、回転流路１０ａは開口部１１ａと連通して第１のシール面１１ｂに開口する。すなわち第１のシールリング１１が固定されたロータ１０は、回転部２ａに設けられ側端面に回転流路１０ａが開口した第１のシール面１１ａを有する回転シール部となっている。
【００１８】
次に、ケーシング３に装着される固定部２ｂの構造を説明する。図２において固定部２ｂは、フローティングシート１５および移動シリンダ１４を、ハウジング部材１３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２ｂの本体を構成する円筒形状のハウジング部材１３に設けられた装着凸部１３ａが嵌合する。そして図３に示すように、等配された複数のボルト２０を装着面３ｃに設けられたねじ孔３ｄに螺合させることにより、ハウジング部材１３はケーシング３にボルト締結され、Ｏリング１６によって装着凸部１３ａの嵌合部が密封される。
【００１９】
ハウジング部材１３の中心部には軸方向に貫通する嵌合孔１３ｂが設けられている。嵌合孔１３ｂは、以下に説明する固定軸部１５ｂが嵌合する内径ｄ１で設けられた小径部１３ｂ１およびこの小径部１３ｂよりも大きい内径ｄ２で設けられた大径部１３ｂ２に、段差部１３ｃによって区分されている。そして小径部１３ｂ１、大径部１３ｂ２の内周面には、Ｏリング溝１３ｅ、１３ｆが設けられている、Ｏリング溝１３ｅ、１３ｆにはそれぞれＯリング２１ａ、２２ａがセットされて、第１の軸シール部２１、第２の軸シール部２２を構成する。
【００２０】
フローティングシート１５は、一方側（図において回転部２ａと対向する側）に円板形状のフランジ部１５ａが設けられ、他方側に固定流路１５ｄが軸方向に貫通して形成された固定軸部１５ｂを有する形状となっている。そして固定軸部１５ｂは、前述のようにハウジング部材１３の小径部１３ｂ１に軸方向の移動が許容された状態で嵌合する。フランジ部１５ａの左側（回転部２ａと対向する側）の側端面には、固定流路１５ｄ（図４参照）の開孔面を囲む配置で、円環状の環状凸部１５ｃが形成されており、環状凸部１５ｃの内側に形成された凹部には第２のシールリング１７が固定されている。
【００２１】
第２のシールリング１７は第１のシールリング１１と同様の硬質材料を中央部に開口部１７ａ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１７ｂを外面側にした状態で環状凸部１５ｃに固定される。そしてこの状態では、固定流路１５ｄは開口部１７ａと連通して第２のシール面１７ｂに開口する。すなわち第２のシールリング１７が固定されたフローティングシート１５は、固定流路１５ｄが軸方向に貫通して形成された固定軸部１５ｂを有し、側端面に回転流路１５ｄが開口した第２のシール面１７ｂを有する固定シール部となっている。
【００２２】
移動シリンダ１４には、固定流路１５ｄと同軸の内部流路１４ａが軸方向に貫通して設けられており、さらに内部流路１４ａと同軸で設けられた延長管部１４ｂを有する形態となっている。移動シリンダ１４をハウジング部材１３に装着して、大径部１３ｂ２に軸方向に移動自在に嵌合させた状態では、延長管部１４ｂは固定軸部１５ｂの固定流路１５ｄを挿通して回転流路１０ａの内部まで到達する。流路孔３ｂから回転流路１０ａへ流体を供給する際には、流体は延長管部１４ｂを介して送給される。延長管部１４ｂの機能については後述する。
【００２３】
大径部１３ｂ２の右端部には、中央部に第１の流体供給ポートである流路孔２３ａが設けられたストッパーリング２３が固着されている。移動シリンダ１４が大径部１３ｂ２内で軸方向に移動して固定軸部１５ｂの側端面１５ｆと当接・離隔する接離動作において、移動シリンダ１４が固定軸部１５ｂから離隔する方向に移動してストッパーリング２３に当接することにより、移動シリンダ１４の位置が規制される。すなわち、移動シリンダ１４は大径部１３ｂ２に軸方向に移動自在に嵌合して、固定軸部１５ｂの側端面１５ｆに接離する移動部材となっている。そしてストッパーリング２３は、移動シリンダ１４の接離動作における離隔方向の移動端の位置を規制する位置規制部として機能する。
【００２４】
移動シリンダ１４およびフローティングシート１５をハウジング部材１３に装着して、嵌合孔１３ｂに固定軸部１５ｂおよび移動シリンダ１４が嵌合した状態において、第１の軸シール部２１は小径部１３ｂ１の内周面と固定軸部１５ｂの外周面との間の隙間をシールし、第２の軸シール部２２は大径部１３ｂ２と移動シリンダ１４の外周面との間の隙間をシールする。
【００２５】
図４を参照して、フローティングシート１５および移動シリンダ１４の詳細形状を説明する。フランジ部１５ａは図３に示すボルト２０の位置に対応して等配位置で切欠き部１５ｊが設けられており、フローティングシート１５をハウジング部材１３に装着した状態で、ハウジング部材１３のケーシング３へのボルト締結が可能となっている。また第２のシールリング１７の第２のシール面１７ｂには、複数のシール面潤滑用の凹部１７ｃが形成されている。凹部１７ｃは、第２のシール面１７ｂが第１のシール面１１ｂと密着して面シール部を形成した状態において、開口部１７ａ内の流体を第１のシール面１１ｂと第２のシール面１７ｂ相互の摺動面に導いて潤滑性を向上させる機能を有している。なお凹部１７ｃは必須ではなく、対象とする流体の特性やシール面圧値、使用回転数などの摺動条件によっては設ける必要がない場合がある。
【００２６】
フローティングシート１５の固定軸部１５ｂは、小径部１３ｂ１（図３参照）の内径ｄ１に対応した外径Ｄ１で設けられており、内部には固定流路１５ｄが内径ｄ３で軸方向に貫通して設けられている。固定軸部１５ｂの側端面１５ｆには、移動シリンダ１４に装着されるＯリング１９が当接するシール面となる内テーパ状の面取部１５ｅが形成されている。Ｏリング１９は延長管部１４ｂが側端面１４ｃから延出する基部に装着されており、移動シリンダ１４の側端面１４ｃが固定軸部１５ｂの側端面１５ｆと当接した状態において、Ｏリング１９は面取部１５ｅに押し当てられて、固定流路１５ｄを外部に対してシールする。
【００２７】
移動シリンダ１４は、大径部１３ｂ２の内径ｄ２に対応した外径Ｄ２で設けられた円筒状部分から、外径Ｄ３の延長管部１４ｂを同軸で延出させた構成となっており、内径ｄ４の内部流路１４ａが円筒状部分および延長管部１４ｂを貫通して設けられている。ここで、延長管部１４ｂの外径Ｄ３は、内径ｄ３の固定流路１５ｄ内を挿通した状態において、第２の流体であるエアを所定の供給流量で流すのに必要とされるクリアランスＣ（図６参照）が確保されるような寸法設定となっている。また移動シリンダ１４の側端面１４ｄにおいて、外径Ｄ２から内径ｄ４の内部流路１４ａの部分を除いた側面積はＡ１となっている。そして固定軸部１５ｂの側端面１５ｆにおける側面積、すなわち外径Ｄ１の円から内径ｄ３の固定流路１５ｄの部分を除いた側面積はＡ２となっている。
【００２８】
図２に示すハウジング部材１３には、図１に示すエア配管８ｂと接続される第２の流体供給ポート９が設けられており、第２の流体供給ポート９は、第１の軸シール部２１および第２の軸シール部２２の間において、大径部１３ｂ２の内周面に開孔する。そしてこの状態で、第２の流体供給源７ｂからエア配管８ｂを介してエアを送給することにより、大径部１３ｂ２内において固定軸部１５ｂと移動部材１４の側端面１４ｃとの間に形成される空間Ｓ（図６参照）には、第２の流体としてのエアが送給される。そして空間Ｓ内に供給されたエアの圧力は、受圧面積がＡ２の側端面１５ｆに作用するとともに、移動シリンダ１４の側端面１４ｃに作用して移動シリンダ１４をストッパーリング２３に対して押し付けて位置を固定する。
【００２９】
流路孔３ｂ内に供給対象の流体が送給され、流路孔２３ａを介して大径部１３ｂ２内に流入することにより、この流体圧は移動シリンダ１４の右端側の側端面１４ｄに作用する。これにより、移動シリンダ１４は大径部１３ｂ２内で回転部２ａ側へスライドし、反対側の側端面１４ｃが固定軸部１５ｂの側端面１５ｆに当接して回転部２ａ側へ押圧する。これにより、第２のシールリング１７は第１のシールリング１１に対して押圧される。この押圧力は第２のシール面１７ｂと第１のシール面１１ｂとを相互に密着させ、これにより内部流路１４ａから軸廻りに回転状態の回転流路１０ａへ送給される流体の漏洩を防止する面シール部１８が形成される。
【００３０】
このときＯリング１９が面取部１５ｅに押し当てられてシールすることにより、固定流路１５ｄ内部から流体が第２の流体供給ポート側へ漏出するのを防止する。このフローティングシート１５の軸方向のスライドにおいて、フランジ部１５ａのねじ孔１５ｉ（図４）に螺設されたボルト２４およびボルト２４を外包する円筒カラー２５が、ハウジング部材１３に軸方向に設けられたガイド孔１３ｇ内を摺動することにより、フローティングシート１５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。
【００３１】
ロータリジョイント２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１５の進出と、スピンドル軸４の進退動作によって、面シール部１８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１５が後退して第１のシール面１１ｂと第２のシール面１７ｂとが相互に離隔した状態において、液体クーラントもしくはエアがそれぞれ第１の流体供給ポート、第２の流体供給ポートにそれぞれ送給されることにより、フローティングシート１５が前進（矢印ａ方向）し、第１のシール面１１ｂが第２のシール面１７ｂに当接して面シール部１８が形成される（図５，図６における動作説明参照）。
【００３２】
そしてスピンドル軸４が固定部２ｂに対して相対的に前進（矢印ｄ方向）することにより、フローティングシート１５は後退（矢印ｂ方向）し、フランジ部１５ａがハウジング部材１３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４を相対的に後退（矢印ｃ方向）させることにより、第１のシール面１１ｂと第２のシール面１７ｂとが相互に離隔した状態に戻る。
【００３３】
このロータリジョイント２の作動状態における延長管部１４ｂの機能について説明する。本実施の形態に示す回転シール機構においては、上述のように２つのシール面１１ｂ、１７ｂを接離させて面シール部１８を形成することにより、固定部２ｂから回転部２ａへ流体を送給する際の流体の漏洩を防止するようにしている。このとき、２つのシール面１１ｂ、１７ｂが相互に離隔して面シール部１８が形成されていない状態においては、固定流路１５ｄに存在する流体は開放状態の第２のシール面１７ｂからそのまま漏出する。そして漏出する流体が液体である場合には、作業機器の汚損や不具合の原因となるため、このような流体の漏出は極力抑制することが望まれる。
【００３４】
延長管部１４ｂはこのように２つのシール面が相互に離隔した状態における流体の漏出を極力抑制するために設けられたものである。すなわち、固定流路１５ｄ内に内部流路１４ａを有する延長管部１４ｂを挿通させることにより、流体供給源から大径部１３ｂ２内へ送給された流体は、シール面が相互に離隔した状態にあっても、大部分が延長管部１４ｂを介して直接回転流路１０ａまで導かれる。これにより、２つのシール面が離隔した状態における流体の漏出を大幅に低減することが可能となる。
【００３５】
次に、図５，図６を参照して、複数種類の流体を送給する場合におけるロータリジョイント２の動作を説明する。図５、図６は送給される流体がそれぞれ液体クーラント、エアーである場合を示している。まず、供給される流体が第１の流体としての液体クーラントである場合について説明する。
【００３６】
図５において、第１の開閉バルブ６ａを開にすることにより、大径部１３ｂ２内には第１の流体供給源７ａから液体クーラント（圧力Ｐ１）が、第１の流体供給ポートとしての流路孔２３ａを介して右端部側から送給される。これにより、移動シリンダ１４は右端の側端面１４ｄに作用する流体圧によって回転部２ａ側へ移動し、反対側の側端面１４ｃが側端面１５ｆに当接することにより、フローティングシート１５が回転部２ａ側へ移動する。
【００３７】
そして大径部１３ｂ２内へ送給された液体クーラントは内部流路１４ａを介して回転流路１０ａへ流通するが、このとき大径部１３ｂ２内において圧力Ｐ１が常に側端面１４ｄに作用し、側端面１４ｄの受圧面積Ａ１（図４参照）に見合った流体力Ｆ（Ｌ）が移動シリンダ１４を介して固定軸部１５ｂに作用する。そして面シール部１８には、流体力Ｆ（Ｌ）から第１の軸シール部２１、第２の軸シール部２２による摺動抵抗ｆ１，ｆ２を減じた押圧力Ｆ１が作用し、この押圧力Ｆ１を第１のシール面１１ｂと第２のシール面１７ｂが接触するシール面積で除した値が、面シール部１８のシール面圧値（第１の面圧値）となる。
【００３８】
すなわち第１の流体供給ポートとしての流路孔２３ａに第１の流体である液体クーラントを供給して、移動シリンダ１４の一方側の側端面１４ｄに流体圧を作用させて、移動シリンダ１４を介して固定シール部であるフローティングシート１５を、回転シール部であるロータ１０に対して押圧することにより、第１のシール面１１ｂと第２のシール面１７ｂとを第１の面圧値で相互に密着させて、面シール部１８を形成する。
【００３９】
次に供給される流体が第２の流体としてのエアである場合について説明する。図６において、第２の開閉バルブ６ｂを開にすることにより、第２の流体供給ポート９には第２の流体供給源７ｂからエア（圧力Ｐ２）が送給される。このとき、予め第１の開閉バルブ６ａを閉状態にして、エアが第１の流体供給源７ａ側へ逆流しないようにしておく。大径部１３ｂ２において、固定軸部１５ｂと移動シリンダ１４との間の空間Ｓ内に、第２の流体供給ポート９を介してエアが送給されることにより、このエア圧が移動シリンダ１４の空間Ｓ側の側端面１４ｃに作用する。これにより移動シリンダ１４は右方向（回転部２ａから離れる方向）へ移動し、ストッパーリング２３に当接して移動シリンダ１４の軸方向の位置が固定される。
【００４０】
空間Ｓ内に送給されたエアは、延長管部１４ｂの外周面と固定流路１５ｄの内周面との間のクリアランスＣを介して回転流路１０ａへ流通するが、このとき空間Ｓ内において圧力Ｐ２が側端面１５ｆに作用し、受圧面積Ａ２（図４参照）に見合った流体力Ｆ（Ｇ）が固定軸部１５ｂに作用する。これにより面シール部１８には、流体力Ｆ（Ｇ）から前述の摺動抵抗ｆ１を減じた押圧力Ｆ２が作用する。この場合には押圧力Ｆ２を前述のシール面積で除した値がシール面圧値（第２の面圧値）となる。
【００４１】
すなわち第２の流体供給ポート９に第２の流体であるエアを供給して固定軸部１５ｂの側端面１５ｆに流体圧を作用させ、固定シール部であるフローティングシート１５を、回転シール部であるロータ１０に対して押圧することにより、第１のシール面１１ｂと第２のシール面１７ｂとを第２の面圧値で相互に密着させて、面シール部１８を形成する。
【００４２】
ここでロータリジョイントにおけるシール面圧について説明する。回転摺動面を密着させて流体のシールを行う回転シール機構においては、対象となる流体の特性や供給圧に応じた適正なシール面圧値を設定する必要がある。例えば本実施の形態に示すように比較的高い供給圧（例えば１Ｍｐａ〜２０Ｍｐａ）で供給される液体クーラントが対象である場合には、シール面からのリークを極力防止するため、供給圧とほぼ同レベルの圧力のシール面圧値が設定される。
【００４３】
これに対し、低い供給圧（例えば０．１Ｍｐａ〜１Ｍｐａ）で用いられるエアを対象とする場合には、シール面の摺動による損耗を極力防ぐため、シール面圧を供給圧の半分以下とすることが求められる。これは液体を供給対象とする場合には、シール面に侵入した液体の薄膜が摺動面を潤滑する潤滑膜として作用するのに対し、エアの場合には、オイルミストを混入するなどの潤滑対策が施されている場合を除き、一般にはこのような潤滑作用がないことによる。
【００４４】
このように、供給圧や所望のシール面圧値が異なる流体を供給対象とする場合には、供給圧に対するシール面圧値の比を流体に応じて変更する必要がある。ここで、面シール部のシール面積はいずれの流体についても共通であることから、供給圧に対するシール面圧値の比を変更するには、流体圧が作用する受圧面積を流体の種類に応じて異ならせる必要がある。
【００４５】
本実施の形態においては、ロータリジョイント２の設計に際して、図５に示す押圧力Ｆ１による面シール部１８のシール面圧値（第１の面圧値）が、圧力Ｐ１の液体クーラントについての適正値となるように、また図６に示す押圧力Ｆ２による面シール部１８のシール面圧値（第２の面圧値）が、圧力Ｐ２のエアについての適正値となるように、各部寸法を設定する。すなわち、所与の設計数値データとしての前述の圧力Ｐ１，Ｐ２，各流体についての適正なシール面圧値、前述の摺動抵抗ｆ１，ｆ２などに基づき、固定軸部１５ｂの外形寸法Ｄ１，移動シリンダ１４の外形寸法Ｄ２、固定流路の内径寸法ｄ３，内部流路の内径寸法ｄ４などが決定される。
【００４６】
換言すれば、本実施の形態に示すロータリジョイント２においては、対象となる複数種類の流体の所望とするシール面圧値に応じて、固定軸部１５ｂ、移動シリンダ１４の寸法を設定することにより、面圧調整を行うことなくシール面圧値の異なる複数種類の流体を送給対象とすることが可能となっている。このような構成を採用することにより、以下に述べる効果を有する。すなわち、特許文献１に示す先行技術例のように、シール面圧を調整するためにフローティングシートの外周面に液体クーラントを導入する構成においては、液体クーラント中のスラッジなどの異物が摺動隙間内に噛込みやすいという難点がある。これに対し、本実施の形態に示す例では面圧調整を必要としない構成となっていることから、本質的に単一流体を対象とした従来の専用のロータリジョイントと異なるところがない。したがって安定したシール性能が確保され、液体のリークによる工作機械本体へのダメージを防止することができる。
【００４７】
なお、本実施の形態においては、流体供給部７から供給される流体が液体クーラントまたはエアのいずれかである場合を示しており、供給される流体としてエアを用いる場合のみ、面圧調整流体としてエアを第２の流体供給ポート９に送給する例を示している。もちろん流体の種類としては液体クーラントまたはエアのみに限定されるものではなく、供給圧と面シール部１８に求められる適正なシール面圧値との比が異なる流体を複数種類組み合わせて用いる場合であれば、本発明の適用対象となる。このような流体の種類および組み合わせとしては、例えばエア／純水、エア／真空、エア／スラリ、スラリ／純水などがある。
【００４８】
なお上記実施の形態においては、移動シリンダ１４に固定流路１５ｄを挿通して回転流路１０ａまで到達する延長管部１４ｂを設け、液体クーラントを対象とする場合には延長管部１４ｂの内部流路１４ａを介して回転流路１０ａ側へ送給する構成例を示しているが、延長管部１４ｂは本発明における必須要件ではなく、省略してもよい。但し当然のことながら、離隔した状態のシール面からの流体の漏洩を抑制する効果は得られない。そしてこの場合には、第１の流体供給ポートとしての流路孔２３ａから送給された液体クーラントは、移動シリンダ１４の内部流路１４ａおよびフローティングシート１５の固定流路１５ｄを介して回転流路１０ａに流入する。また第２の流体供給ポート９から空間Ｓ内に送給されたエアは、直接フローティングシート１５の固定流路１５ｄに流入して回転流路１０ａに到達する。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の流体送給機構における回転シール機構およびロータリジョイントは、面圧調整機構を必要とせずにシール面圧値の異なる複数種類の流体を送給対象と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複数種類の流体を送給する用途に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施の形態における流体送給機構の構成説明図
【図２】本発明の一実施の形態における流体送給機構の回転シール機構に用いられるロータリジョイントの断面図
【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のハウジング部材の構造説明図
【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のフローティングシートおよび移動シリンダの構造説明図
【図５】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
【図６】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
【符号の説明】
【００５１】
１  流体送給機構
２  ロータリジョイント
２ａ  回転部
２ｂ  固定部
３ｂ  第１の流体供給ポート
４  スピンドル軸
６  流体供給手段
７  流体供給部
７ａ  第１の流体供給源
７ｂ  第２の流体供給源
９  第２の流体供給ポート
１０  ロータ
１０ａ  回転流路
１１  第１のシールリング
１１ｂ  第１のシール面
１３  ハウジング部材
１３ｂ  嵌合孔
１３ｂ１  小径部
１３ｂ２  大径部
１３ｃ  段差部
１４  移動シリンダ
１４ａ  内部流路
１４ｂ  延長管部
１５  フローティングシート
１５ａ  フランジ部
１５ｂ  固定軸部
１５ｄ  固定流路
１７  第２のシールリング
１７ｂ  第２のシール面
１８  面シール部
２１  第１の軸シール部
２２  第２の軸シール部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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