JP2004136411A

JP2004136411A - ロータリジョイント

Info

Publication number: JP2004136411A
Application number: JP2002304607A
Authority: JP
Inventors: Yuji Shinohara; 篠原　裕治
Original assignee: Rix Corp
Current assignee: Rix Corp
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2022-10-18
Also published as: JP4219649B2

Abstract

【課題】シール部が異常磨耗又は破損する際にシール部又はシール部の周辺で認められる異常を常時監視することによって、シール部の異常磨耗や破損を早期に発見して後の損害を防止できるロータリジョイントの提供。
【解決手段】回転軸側流路１４と固定側流路１５とを連通させるシール部３を有し、そのシール部３を監視してシール部３の異常摩耗又は破損による異常を検知する検知手段を備えることとした。また、検知手段を磁石ＭとコイルＣ（センサＳ１）、加速度センサ（センサＳ２）、温度センサ（センサＳ３）で構成したり、フローティングシート２の回転止めにかかる回転軸の伝達トルクから回転軸の回転トルクを検知して、シール部の異常磨耗や破損を検出できるようにした。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種機械に装着してクーラントなどの液体を回転側に供給するのに適したロータリジョイントに関し、特に、シール部の異常摩耗や破損による異常を監視する検知手段を備えるロータリジョイントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工作機械の主軸先端に取付けた回転工具などへ切削用のクーラント液を供給するような場合、主軸後端部、あるいは直結主軸モータのロータ軸後端部にロータリジョイントを直結し、夫々の軸心に設けた固定側流路と回転側流路を介してこのロータリジョイントからクーラント液を圧送している。
この種のロータリジョイントは高速回転が要求されるため、固定側流路と回転側流路との間にはそれぞれシールリングが装着され、工作機械駆動時には供給するクーラント液の液圧によって固定部側のシールリングを回転軸側のシールリング方向に摺動させ、両者を密着させることによりシール部を形成している。
通常、前記シール部の固定側のシールリングと回転軸側のシールリングとのシール面は全面平滑に仕上げられ、内部の流路を流れるクーラント液が漏れないように互いに完全に密着するようになっている。
そして、ロータリジョイントを長期間に亘って作動させるうちに固定側のシールリングと回転軸側のシールリングのシール面が少しずつ傷ついてシール部が異常磨耗し、ついには破損してクーラント液が流出することがある。
通常、シール部が破損した場合、漏れたクーラント液はドレン口から排出されるが、作業員が直ちに気付いて設備の電源遮断などを行なってポンプ停止などの処置をしないと大量のクーラント液をドレン口から排出しきれず、下流側に配置された主軸モータの軸外周面からクーラント液がモータ内部に浸入し、主軸モータの漏電によるコイル焼損やベアリング破損などを引き起こして大きな損害を発生させるという問題があった。
そこで、本発明者はシール部からのクーラント液の漏れを検知するロータリジョイントを発明した（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特願２００２−１８３０４８号　（第１−５頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のロータリジョイントにおいては、シール部からのクーラント液の漏れを検知して、後の損害を防止することはできるものの、シール部の異常磨耗又は破損を初期の段階から検知するものではなかった。
そこで、本発明者は、シール部が異常磨耗又は破損する際にシール部又はシール部の周辺で事前に異常が認められることに着目し、この異常を常時監視することによって、シール部の異常磨耗や破損を早期に発見して後の損害を防止できるロータリジョイントを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明請求項１記載のロータリジョイントにあっては、回転軸側流路と固定側流路とを連通させるシール部を有し、そのシール部を監視してシール部の異常摩耗又は破損による異常を検知する検知手段を備えることを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明では、請求項１記載のロータリジョイントにおいて、検知手段が、シール部を開閉自在に付勢するフローティングシートの振動を検知してシール部を監視することを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の発明では、請求項１記載のロータリジョイントにおいて、検知手段が、シール部を開閉自在に付勢するフローティングシートの発熱を検知してシール部を監視することを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載の発明では、請求項１記載のロータリジョイントにおいて、検知手段が、回転軸の回転トルクを検知してシール部を監視することを特徴とする。
【０００９】
請求項５記載の発明では、請求項１〜４のいずれかに記載のロータリジョイントにおいて、回転軸が工作機械の回転軸に接続されていることを特徴とする。
【００１０】
【発明の作用および効果】
請求項１記載のロータリジョイントにおいては、シール部を監視してシール部の異常磨耗又は破損による異常を検知する検知手段を備えることにより、シール部の異常磨耗又は破損を初期段階から把握して装置に損害を及ぼす前に対処することができる。
【００１１】
請求項２記載のロータリジョイントでは、検知手段がフローティングシートの振動を検知することにより、シール部が異常磨耗し始めて破損に至る振動の変化を監視することができ、検知される振動に応じてシール部が破損する前に段階的な警報を発して管理者にシール部の交換を促すなどの早期的な措置を行うことができる。
【００１２】
請求項３記載のロータリジョイントでは、検知手段がフローティングシートの発熱を検知することにより、シール部が異常磨耗し始めて破損に至る発熱の変化を監視することができ、検知される発熱に応じてシール部が破損する前に段階的な警報を発して管理者にシール部の交換を促すなどの早期的な措置を行うことができる。
【００１３】
請求項４記載のロータリジョイントでは、検知手段が回転軸の伝達トルクを検知することによって、シール部が異常磨耗し始めて破損に至る回転トルクの変化を監視することができ、検知される回転トルクに応じてシール部が破損する前に段階的な警報を発して管理者にシール部の交換を促すなどの早期的な措置を行うことができる。
【００１４】
請求項５記載のロータリジョイントにあっては、回転軸が工作機械の回転軸に接続されてあり、ロータリジョイントのシール部に異常があった場合にその異常を早急に検知し、ロータリジョイントからのクーラントの漏れが発生する前に未然に警報を発するなどの対応を行うことにより、重要部品である軸受けや主軸モータなどが被害を被るのを防ぐことができる。この機能は工作機械を単独で使用する場合のみならず、生産加工ラインで工作機械群を１カ所で集中管理する場合に有効である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
＜実施の形態１＞
以下、図面に基づいて実施の形態１を説明する。なお、本実施の形態は請求項１、２に対応する。
図１は本実施の形態のロータリジョイントＲ１を示す側方断面図である。
【００１６】
図に示すように、本実施の形態のロータリジョイントＲ１は、工作機械の工具側にクーラント液を供給するように設けられたものであり、ケーシング１と、フローティングシート２と、シール部３と、回転管軸４と、係止ピン５と、センサＳ１を主要な構成としている。
【００１７】
ケーシング１は、工作機械のフレーム６にボルト７で密閉状に固定され、その内部にシール穴８が形成され、このシール穴８は外部と連通させる流路９に貫通されている。
【００１８】
フローティングシート２は、後述する固定側流路と回転側流路とをシール部３で連通させるものであって、前記シール穴８に摺動自在に嵌着される軸部１０を有し、その先端にはフランジ部１１が配置されている。
【００１９】
シール部３は、フローティングシート２と回転管軸４との間に介在されるものであって、超硬合金やセラミックによりリング状に形成され、フローティングシート２の端面に固定されるシールリング１２と、回転管軸４の端面に固定されるシールリング１３の一組よりなる。
【００２０】
シールリング１２は軸心に流通穴（固定側流路）１４が形成され、一方、前記シールリング１３は軸心に流通穴１４と同一径の流通穴（回転側流路）１５が形成され、これらシールリング１２，１３のそれぞれのシール面１６，１７はそれぞれ全面平滑に仕上げられている。
【００２１】
回転管軸４は、工作機械の主軸１８にねじ込むことによって着脱自在に装着されており、軸心に前記流通穴１４，１５と同一径の流路１９が貫通して設けられている。この回転管軸４とフローティングシート２は軸心を一致させ端面同士を対向するように配置されている。
フローティングシート２の軸部１０の背面はシール穴８内で流体圧を受ける受圧面２０となり、その軸心には流路２１が貫通して設けられている。
また、フローティングシート２のフランジ部１１の周辺には係止穴１１が設けられ、この係止穴１１に係止ピン５を挿入してケーシング１の対応穴２１に固定することにより、フローティングシート２の回り止めを行っている。
【００２２】
さらに、フローティングシート２のフランジ１１の背面側は、ケーシング１の一部が開口されてここにセンサＳ１が設けられている。
センサＳ１は、フランジ部１１に固定される磁石Ｍとこの磁石Ｍに非接触状態で周回したコイルＣを用いたセンサであって、フローティングシート２が振動すると磁石Ｍが振動し、この磁石ＭとコイルＣとが誘電されて起電するようになっている。
【００２３】
センサＳ１のコイルＣはロータリジョイントＲ１外部に設けられる検出回路Ｋ１に接続され、この検出回路Ｋ１でコイルＣの起電流を常時監視している。
また、前記検出回路Ｋ１は、コイルＣを流れる正常時の電流のパターン（磁石Ｍの正常時の振動）が予め記憶されており、コイルＣを流れる電流のパターンが正常時の電流のパターンから逸脱した場合に警報信号を警報機に送信して警報を発したり、各種装置の電源遮断を行うようになっている。
【００２４】
次に、本実施の形態のロータリジョイントＲ１の動作を説明する。
ロータリジョイントＲ１を作動させる際は、先ず、主軸１８が停止している状態でクーラント液を流路９に供給する。
次に、供給されたクーラント液は、流路９からシール穴８に流入してフローティングシート２の受圧面２０を押圧すると共に流路２１に流入する。
【００２５】
続いて、フローティングシート２の受圧面２０が押圧されることにより、シールリング１２がシールリング１３に密着するから、クーラント液はシールリング同士の流通穴１４，１５を介して回転管軸４の流路１９に流入し、主軸１８側に圧送される。このとき、シールリング１２，１３の接続部はシール面１６，１７同士を密着させているので、クーラント液が漏洩することはない。
そして、前記シール面１６，１７同士を密着させた後に工作機械の主軸１８を回転させて作動させる。
【００２６】
このようにして、ロータリジョイントＲ１のシールリング１２とシールリング１３は作動を続けるうちに摩擦によりシール面１６，１７に次第に傷が生じる。
そして、前記傷が増えるとシール面１６，１７に凹凸が生じてシール部３が発熱しながら異常磨耗して振動し、その振動や熱がフローティングシート２に伝達される。
このとき、センサＳ１はフローティングシート２の振動の変化を検知し、具体的には、磁石Ｍの振動が正常時のパターンから異常時のパターンに変化することで、コイルＣを流れる電流のパターンが正常時のパターンから逸脱したのを検知し、必要に応じて段階的な警報を発したり、各種装置の電源遮断などを行うようになっている。
【００２７】
従って、本実施の形態のロータリジョイントＲ１においては、センサＳ１がフローティングシート２の振動を検知することによって、シール部３が異常磨耗する初期段階から異常を検知して、シール部３が破損する前に段階的な警報を発して管理者にシール部３の交換を促したり、各種装置の電源遮断などの措置を行うことができ、従来の発明に比べてより早期に対処できる。
また、センサＳ１は可動体であるフローティングシート２側に磁石Ｍを取付けた例（ムービングマグネット型）で説明したが、この検知原理は磁石とコイルの相対運動で生じる電流により振動を検知するものであるため、コイルＣを可動体側に設けた例（ムービングコイル型）の場合でも簡潔な構成で複雑な機構を必要とせず、誤動作が少なくコスト面も有利となる。
【００２８】
＜実施の形態２＞
以下、図面に基づいて実施の形態２を説明する。なお、本実施の形態は請求項１、２に対応する。
図２は本実施の形態のロータリジョイントＲ２を示す側方断面図である。
本実施の形態のロータリジョイントＲ２は、前記実施の形態１のロータリジョイントＲ１のセンサＳ１を加速度センサ（センサＳ２）代えたこと以外は、前記実施の形態１とほぼ同一の構成であるため、同一の構成部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
【００２９】
図２に示すように、本実施の形態のロータリジョイントＲ２は、フローティングシート２のフランジ部１１の前面側にフローティングシート２の振動を検知するためのセンサＳ２が設けられている。
センサＳ２は加速度センサであって、フローティングシート２の振動を検知して検出回路Ｋ２に伝えるためのものである。
なお、ロータリジョイントＲ２の動作は前記実施の形態１と同様であるためその説明は省略する。
【００３０】
従って、本実施の形態のロータリジョイントＲ２においては、センサＳ２がフローティングシート２の振動を検知することによって、シール部３が異常磨耗する初期の段階から異常を検知することができ、シール部３が破損する前に検出回路Ｋで段階的な警報を発して管理者にシール部３の交換を促したり、各種装置の電源を遮断することができる。
また、加速度センサは微小な振動でも検知するため、正確な検知を行うことができ、検知の信頼性が向上する。
【００３１】
＜実施の形態３＞
以下、図面に基づいて実施の形態３を説明する。なお、本実施の形態は請求項１、３に対応する。
図３は本実施の形態のロータリジョイントＲ３を示す側方断面図である。
本実施の形態のロータリジョイントＲ３は、前記実施の形態１のロータリジョイントＲ１のセンサＳ１を温度センサ（センサＳ３）に代えてフランジ部１１の前面側に設けたこと以外は、前記実施の形態１とほぼ同一の構成であるため、同一の構成部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
【００３２】
図３に示すように、本実施の形態のロータリジョイントＲ３は、フローティングシート２のフランジ部１１の前面側のシールリング１２近傍にセンサＳ３が設けられている。
センサＳ３は温度センサであって、フローティングシート２の発熱を検知して検出回路Ｋ３に伝えるためのものである。
【００３３】
前記実施の形態１で説明したように、ロータリジョイントＲ３のシールリング１２とシールリング１３は摩擦を繰り返すうち、シール面１６，１７に次第に傷が生じる。
前記傷が増えるとシール面１６，１７に凹凸が生じてシール部３が発熱しながら異常磨耗して振動し、その振動や熱がフローティングシート２に伝達される。
そして、センサＳ３はフローティングシート２に伝達される熱（温度）を常時検知して検出回路Ｋ３に伝え、検出回路Ｋ３はセンサＳ３の検出値に応じて段階的な警報を発したり、各種装置の電源遮断を行うようになっている。
【００３４】
従って、本実施の形態のロータリジョイントＲ２においては、センサＳがフローティングシート２の発熱を検知することによって、シール部３が異常磨耗する初期の段階から異常を検知することができ、シール部３が破損する前に検出回路Ｋ３で段階的な警報を発して管理者にシール部３の交換を促したり、各種装置の電源を遮断することができる。
また、シール部３及びフローティングシート２は熱伝導率の高い材質を使用しているため、シール面１６，１７の発熱（温度）を計測しやすく、ここに温度センサを設けることは好適となる。
【００３５】
＜実施の形態４＞
以下、図面に基づいて実施の形態４を説明する。なお、本実施の形態は請求項１、４に対応する。
図４は本実施の形態のロータリジョイントＲ４のフローティングシート２を正面側から見た図である。
【００３６】
本実施の形態のロータリジョイントＲ４では、図４（ａ）に示すようにフローティングシート２のフランジ部１１を一部突起状に形成し、この突起Ｔの左右先端近傍に、ケーシング１と固定されたシャーピンＰ１，Ｐ２が設けられ、さらに、フローティングシート２の外周近傍に、前記ケーシング１及びフローティングシート２と絶縁された状態のストップピンＰ３，Ｐ４がそれぞれ固定されている。
また、フローティングシート２及びストップピンＰ３，Ｐ４はそれぞれ検出回路Ｋ４に接続されている。なお、３０は電池などの電源である。
【００３７】
次に、図４に基づいて本実施の形態のロータリジョイントＲ４の動作を説明する。
本実施の形態のロータリジョイントＲ４のシャーピンＰ１，Ｐ２は、通常時にはフローティングシート２の回り止めの役割を果たし、シャーピンＰ１，Ｐ２のうち、回転管軸４側の回転方向、例えば、図中矢印方向であればシャーピンＰ１がフランジ部１１の突起Ｔに当接して回転管軸４側の回転トルクを受け止めている。
【００３８】
そして、前記実施の形態１で説明したように、シール面１６，１７に凹凸が生じてシール部３が発熱しながら異常磨耗してシール部３の摩擦が大きくなると、回転管軸４側からフローティングシート２に伝達される伝達トルクが増大する。
そして、前記伝達トルクが所定値以上になった時点でシャーピンＰ１が破断してフローティングシート２が矢印方向に回転し、突起ＴがストップピンＰ３に接触する（図５（ｂ）参照）。
このとき、検出回路Ｋ４、電源３０、フローティングシート２との間で１回路が形成され、検出回路Ｋ４は電源３０の電流を検出して、段階的な警報や各種装置の電源遮断を行うようになっている。
なお、回転管軸４側の回転方向が図中の矢印と反対方向の場合に備えて、シャーピンＰ２とストップピンＰ４を設けているが、その場合の動作については前述と同様であるためその説明は省略する。
【００３９】
従って、本実施の形態のロータリジョイントＲ４においては、フローティングシート２のシャーピンＰ１，Ｐ２にかかる伝達トルクからロータリジョイントＲ４の回転トルクを監視して、シール部３の異常磨耗を検知することができ、シール部３が破損する前に様々な措置をとることができる。
【００４０】
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明の具体的な構成はこの実施の形態に限定されるものではない。
例えば、ロータリジョイントにセンサＳ１〜Ｓ４を複数設置して併用しても良い。
また、実施の形態１で説明した磁石ＭとコイルＣや実施の形態４で説明したシャーピンＰ１，Ｐ２の替わりに圧電素子を設け、これらが受ける荷重に比例する電流を検知してシール部３の異常を監視する構成にしても良い。
さらに、検出回路Ｋ１〜Ｋ４をパソコンと接続して検出結果をモニタしたり、警報の替わりにシール部３の異常状況やその対処方法を音声によるメッセージで伝えるようにすることは当然考えられる。
【００４１】
以上、説明してきたように、本発明のロータリジョイントでは、シール部の異常磨耗又は破損を初期の段階から検知して監視することができ、その検知結果に応じた措置を行うことで、後の損害を防止してロータリジョイントの正常な動作を継続でき、ロータリジョイント及びそれを使用した工作機械の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施の形態１のロータリジョイントＲ１を示す側方断面図である。
【図２】実施の形態２のロータリジョイントＲ２を示す側方断面図である。
【図３】実施の形態３のロータリジョイントＲ３を示す側方断面図である。
【図４】実施の形態４のロータリジョイントＲ４のフローティングシートを正面側から見た図である。
【符号の説明】
Ｃ　コイル
Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４　検出回路
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４　シャーピン
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４　ロータリジョイト
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３　センサ
Ｍ　磁石
Ｔ　突起
１　ケーシング
２　フローティングシート
３　シール部
４　回転管軸
５　係止ピン
６　フレーム
７　ボルト
８　シール穴
８ａ　受圧面
９、１９、２１　流路
１０　軸部
１１　フランジ部
１２、１３　シールリング
１４、１５　流通穴
１６、１７　シール面
１８　主軸
２０　受圧面
２１　対応穴
３０　電源

Claims

回転軸側流路と固定側流路とを連通させるシール部を有し、そのシール部を監視してシール部の異常摩耗又は破損による異常を検知する検知手段を備えることを特徴とするロータリジョイント。
検知手段が、シール部を開閉自在に付勢するフローティングシートの振動を検知してシール部を監視す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。
検知手段が、シール部を開閉自在に付勢するフローティングシートの発熱を検知してシール部を監視す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。
検知手段が、回転軸の回転トルクを検知してシール部を監視す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。
回転軸が工作機械の回転軸に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のロータリジョイント。