JP2906007B2

JP2906007B2 - ロータリジョイント

Info

Publication number: JP2906007B2
Application number: JP5046077A
Authority: JP
Inventors: 英雄小松原
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 1993-02-12
Filing date: 1993-02-12
Publication date: 1999-06-14
Anticipated expiration: 2014-06-14
Also published as: JPH06241364A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固定管路と回転管路と
の間で流体を移送する場合に用いるロータリジョイント
に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械の主軸装置内部に加工液や加圧
空気を流通して、主軸先端に装着した工具へ、その加工
液や加圧空気を供給するスピンドルスルークーラント装
置がある。このスピンドルスルークーラント装置などに
用い固定管路から回転管路へ流体を移送する公知のロー
タリジョイントにおいては、回転軸及び移動軸端面に、
それぞれ取付けた一対のシール部材の材質は、耐摩耗性
のある超硬合金、セラミックスなどからなり、その滑動
面はラップ加工などにより極めて平滑に仕上げされてい
る。

【０００３】すなわち、固定管路側に設けられ軸線方向
に移動可能な前記移動軸は、圧縮ばねにより軸方向に付
勢されていて、一対のシール部材の対向滑動面が常時、
接触状態にあり、回転軸を駆動しながら移動軸及び回転
軸の流体通路に圧力流体を通すときに、一対のシール部
材の対向滑動面は、両者間のロータリシールとして機能
している。移動軸及び回転軸の前記通路を通る流体は、
一部で一対のシール部材の滑動面を潤滑するが、通路に
流体を通すことなく回転軸側を駆動することもあるの
で、その際は、常時、ばね圧により付勢され押圧・接触
するシール滑動面の摩耗・発熱は回避すべくもなく、シ
ール部材の耐用期間が短縮される不都合があった。特
に、回転軸の回転数が大きくなるに及んで、これを放置
することができない状態にある。

【０００４】上述の不都合を解消するため、移動軸の流
体通路入口側にダイヤフラムを取り付けて、これをハウ
ジング側に係止し、定位置では一対のシール部材の対向
滑動面を隔離するよう組付けたロータリジョイント（特
開平３−61786 号公報参照）が、開発されている。この
種型式のロータリジョイントによれば、一対のシール部
材の滑動面が、常時、離れているので、移動軸及び回転
軸間に流体を通すことなく回転軸側を駆動しても、一対
のシール部材の滑動面が相互に接触・滑動することはな
いので、前記シール部材が摩耗するおそれがない。

【０００５】また、同ジョイントの流体通路に圧力流体
を通すときは、前記流体圧がダイヤフラムに作用して移
動軸を回転軸方向に変位させ、シール部材の滑動面間を
気密に押圧・接触させるので、ロータリジョイントの気
密は保持される。すなわち、上記のロータリジョイント
のシール部材滑動面は、ジョイントに流体を通すときの
み密着するから、所要のロータリジョイントの機能を効
果的に奏することは勿論、シール部材の耐用期間を大幅
に延長させることができる。

【０００６】また、別の従来技術として、前記移動軸
を、ハウジング内筒にプランジャ形式で、気密、かつ、
滑動可能に嵌合し、一対のシール部材の滑動面を相互に
隔離すよう軸方向に付勢すると共に、移動軸の流体通路
にチェック弁を施したロータリジョイント（実開平２−
19987 号公報参照）が提案されている。

【０００７】この型式のロータリジョイントは、常時、
一対のシール部材の滑動面が隔離しているから、ジョイ
ントの通路に流体を通すことなく回転軸側を駆動したと
ころで一対のシール部材の滑動面が摩耗することがない
のは勿論、移動軸の流体通路に圧力流体を供給するとき
には、同流体圧により、まず、プランジャ形式の移動軸
が付勢力に抗して回転軸方向に変位し、一対のシール部
材の滑動面を気密に圧接触させ、同部材のシール作用を
確保する。しかる後、移動軸の流体通路に設けたチェッ
ク弁が前記圧力流体により開放されるので、一対のシー
ル部材の滑動接触面の気密が完成した後に通路内に圧力
流体が通るようにしたものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記公知の
ロータリジョイントの流体通路には、従来、圧力液体の
みを供給していたところ、そこには圧力気体をも通すニ
ーズが生じている。液体を供給する場合は、一対のシー
ル部材の滑動面に若干の液体がしみ出して潤滑作用を行
うので、滑動面摩耗の問題は発生しないが、圧力気体を
通して回転軸側を駆動する場合、シール部材の滑動面に
潤滑液が供給されることなく同面が滑動・摩擦すること
になるので滑動面の摩耗が大きくなり、シール部材の傷
みが早い。殊に、回転軸側の回転数が極端に大きく（例
えば、10,000回転／分を超える）なると、シール部材の
滑動接触面に摩擦熱が蓄積してシール部材の寿命を著し
く縮めるという問題がある。

【０００９】本件発明は、上記問題点の解消を目的と
し、通路に圧力液体または気体を流通させても外部に漏
洩することがなく、そのシール部材の滑動面の摩耗が少
ないロータリジョイントを提供するものである。他の目
的は、圧力気体を流通させるとき、一対のシール部材の
滑動面を非接触状態に保持し、回転軸側を高速で駆動し
てもシール部材の寿命を縮めることのないロータリジョ
イントを提供しようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述目的を達
成するため、ロータリジョイントを通して圧力流体を供
給する場合には、ジョイント内の一対のシール部材の滑
動面を、あらかじめ気密・接触状態にして回転軸側を高
速駆動し、圧力気体を供給するときは、前記一対のシー
ル部材の滑動面をあらかじめ離間させて、その摩擦接触
を防ぎ、回転軸側の高速駆動により発生する滑動面の発
熱・摩耗を回避するようにしたものである。また、回転
軸側の軸受機構を省略して、ロータリジョイントの構造
を簡略化しようとするものである。すなわち、

【００１１】（１）ハウジングと、前記ハウジング内
に設けられ、軸心部に流体通路を有する回転軸と、前記
ハウジング内に前記回転軸に対向配置され、かつ軸線方
向に移動可能に嵌着され、軸心部に流体通路を有する移
動軸と、前記回転軸と前記移動軸との対向面に設けられ
た一対のシール部材と、前記流体通路への気体の流通時
に前記一対のシール部材を非接触状態にするよう前記移
動軸を前記回転軸と反対方向に弾性付勢する弾性部材
と、前記ハウジングと前記移動軸との間に設けられた磁
石及び電磁石からなり、前記流体通路への液体の流通時
に、前記一対のシール部材を接触状態にするよう前記移
動軸を前記回転軸に向けて移動させる移動手段と、を具
備するロータリジョイント。

【００１２】（２）前記移動手段は、電磁石による反
発力で前記一対のシール部材の接触圧を調節可能にする
接触圧調節手段をさらに具備して成る上記第（１）項に
記載のロータリジョイント。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【作用】ロータリジョイントの移動軸及び回転軸の流体
通路に圧力空気などの気体を流通させる場合は、移動手
段によって一対のシール部材を非接触状態にし、一対の
シール部材の滑動面の摩擦、摩耗を回避する。前記流体
通路に液体を流通させる場合は、移動手段によって一対
のシール部材を接触状態にし、液体の漏洩を防止する。
液体は若干量一対のシール部材の滑動面にしみ出し潤滑
作用を成すので、一対のシール部材が滑動しても、摩擦
や摩耗が大きくなる問題点はない。

【００１６】

【実施例】以下に、図面に沿って本発明の好ましい実施
例について説明するが、本発明は、以下に説明の実施例
のみに限られるものではないことは、上述説明に徴して
明らかである。また、以下に述べる本実施例の構成部材
の一部は、本件出願当時の当業界公知の技術レベルの範
囲内で、当業者が任意に設計変更を施すことが可能なも
のも含まれることに鑑みれば、格別の理由を示すことな
く本実施例の構成のみに基づいて、本発明の要旨を限定
して解すべきではない。

【００１７】図１は、本発明ロータリジョイントの第１
実施例の構成を示す断面図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ
断面図である。ロータリジョイント１が、工作機械の主
軸装置３の後端部に取り付けられている。主軸装置３
は、主軸頭５に軸受７によって主軸９を回転自在に支持
する構成になっている。一方、ロータリジョイント１の
ハウジング１１は、主軸９と同軸に主軸頭５端面に固定
されている。ロータリジョイント１の回転軸１３は、主
軸９と同軸に主軸９端面にねじ結合によって固定され、
ハウジング１１内に形成した空間部に収容されている。

【００１８】回転軸13の主軸９と反対側の端面には、シ
ール部材15が固着されている。シール部材15と対面した
シール部材17が移動軸19の一端面に固着され、移動軸19
は、ハウジングの円筒孔21内に軸線方向に移動可能に嵌
着されている。移動軸19のシール部材17側はフランジ形
状をしており、ピン23によって回り止めされている。さ
らに、ハウジング11内の空間には、２つのカラー25，27
が固着され、回転軸13に装着したカーボンリング29が、
この２つのカラー25，27の間に挟まれて装着されてい
る。カラー27と移動軸19のフランジ部との間には、圧縮
ばね31がピン23に巻き付く形態で装着されており、移動
軸19を常時、主軸９と反対方向に付勢している。つま
り、一対のシール部材15，17は、通常、非接触状態にな
っている。

【００１９】また、移動軸19のフランジ部のシール部材
17と反対面には、永久磁石33が固着され、対向する位置
に設けられた電磁石35との間で反発力を作用し合うこと
が可能に構成されている。また、移動軸19とハウジング
11との間には、Ｏリング37が挿入されている。ハウジン
グ11の移動軸19の他端側にはポート39が開口し、シール
部材15，17を含む空間59には、ポート41，43が、それぞ
れ開口している。ポート43は、電磁開閉弁45を介してド
レンタンク47へ接続されている。

【００２０】加工液供給源からの加工液はチェック弁49
を経てポート39へ導入されるよう、また、加圧空気供給
源からの空気は、電磁開閉弁51とチェック弁53を経てポ
ート39へ導入されるよう、さらに加圧空気供給源からの
空気は電磁開閉弁55を経て、ポート41へ導入されるよう
配管されている。移動軸19、シール部材15，17、回転軸
13、主軸９には、同軸の流体通路57が形成されており、
加工液や加圧空気を主軸９先端に装着した工具（図示せ
ず）へ送るようになっている。

【００２１】図３は、本発明ロータリジョイントの第２
実施例の構成を示す断面図で、第１実施例と同じ構成部
品は、同一符号を付けてある。ロータリジョイント１の
ハウジング11に軸受61を介して回転軸13を支持する構成
以外の構成、例えば、移動軸19の装着、一対のシール部
材15，17の配置、カラー25，27間に挟着したカーボンリ
ング29、圧縮ばね31による移動軸19の付勢、永久磁石33
と電磁石35との間の反発力発生機構、加工液、空気、ド
レンの配管、流体通路57の構成等は、第１実施例と同じ
なので説明を省く。

【００２２】第２実施例は、電磁石35により圧縮ばね31
の彈性力に抗して反発力が移動軸19のフランジ部に作用
し、一対のシール部材15，17が接触している状態を示し
ている。第１実施例と異なる構成は、ロータリジョイン
ト１自体に軸受61を有し、回転軸13の一端を主軸９後端
に接続して用いるユニットタイプである点である。第１
実施例のロータリジョイント１は、それ自体に軸受を有
さないので、主軸装置のように外部の回転軸装置に装着
して、初めて機能するタイプである。

【００２３】次に、第１実施例及び第２実施例の作用に
ついて説明する。加工液も空気も流さないで主軸９を回
転させる場合は、電磁石35による反発力の発生はOFF
し、つまり、圧縮ばね31により、一対のシール部材15，
17は非接触状態とする。そうすれば、主軸が回転しても
シール部材の滑動はなく、よって摩耗もしない。

【００２４】次に、加工液を流体通路57へ流通させる場
合は電磁石35により反発力を発生させ、シール部材15，
17を接触状態にし、加工液をポート39から導入する。加
工液は、流体通路57を経て主軸９先端方向へ供給され
る。このとき、一対のシール部材15，17間からの加工液
の漏洩は、ほとんどなく、若干の漏洩加工液は、電磁開
閉弁45を開にすることによってポート43からドレンタン
ク47へ回収される。一対のシール部材15，17の滑動接触
面間に、はみ出した加工液の潤滑作用により、シール部
材の滑動面の摩耗は最小限に抑えられる。

【００２５】次に、加圧空気を流体通路57へ流通させる
場合は、電磁石の反発力をOFF し、移動軸19を圧縮ばね
31により図で右側へ移動させ、一対のシール部材15，17
間を非接触にする。電磁開閉弁45を閉にし、電磁開閉弁
51を開にする。すると、ポート39から加圧空気が導入さ
れ、シール部材15，17間から空間59内へ漏れるが、空間
59が加圧空気と同圧になれば、加圧空気は流体通路57を
通って主軸９先端方向へと供給される。このとき、電磁
開閉弁55を開にして電磁開閉弁51を閉にし、加圧空気を
空間59からシール部材15，17間の隙間を通して流体通路
に供給しても良いし、電磁開閉弁51，55共に開にして、
両経路から加圧空気を供給しても良い。

【００２６】電磁石のON，OFF 、電磁開閉弁45，51，55
の開閉、加工液の供給、停止の制御は、ＮＣ工作機械に
運転指令を与えるＮＣプログラムにより機械制御装置を
介して行う。なお、回転軸13及びカラー25，27に摺接す
るカーボンリング29により、加工液や空気が、回転軸13
とハウジング11との隙間から漏洩するのが防止される。
図１は、空気を導入している状態を示し、図３は、加工
液を導入している状態を示している。

【００２７】次に、図４の本発明のロータリジョイント
の第３実施例について説明する。このロータリジョイン
ト１は、第２実施例と同様、回転軸１３を支持する軸受
６１を有したユニットタイプである。第２実施例との相
違点は、カーボンリング２９の代わりに、キャップ６５
とラビリンスカラー６７とで構成される微小隙間を利用
したラビリンスシールを用いて流体の漏洩を防止してい
る点、及び電磁石の反発力の大きさを可変・調節できる
ことである。また、ハウジング１１の内周に固定され
た、ばね受け６３（周方向に３個等配）と移動軸１９の
フランジ部との間に圧縮ばね３１を配している。なお、
流体は、ポート３９から導入している。

【００２８】作用は、加工液を供給する場合は、電磁石
35の反発力を圧縮ばね31の弾性力より若干、大きく設定
し、一対のシール部材15と17とが軽く接触するか、微小
間隙を保持するかの状態を作る。このようにすると、一
対のシール部材15，17の滑動面の摩耗が極めて小さくで
きる。このときの加工液の漏れは、電磁開閉弁45を開に
してドレンタンク47に回収すれば良い。加圧空気を供給
する場合は、電磁石35の反発力を弱またはOFF にして一
対のシール部材15，17間を非接触状態にし、電磁開閉弁
45を閉にすれば良い。なお、図４は、加圧空気を導入し
ている状態を示している。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したとおりであるの
で、（１）ロータリジョイント内に気体を流通させる場合
は、一対のシール部材を非接触状態にするので、シール
部材の摩耗・発熱がなく、回転軸側を高速で回転させて
もシール部材の寿命を短くすることはない。また、気体
の漏れも、ほとんどない。（２）ロータリジョイント内に液体を流通させる場合
は、一対のシール部材を接触状態にするので、液体の漏
洩はない。しかも、一対のシール部材間の滑動面に、そ
の液体が若干量しみ出し潤滑作用を行うので、シール部
材の摩耗も、ほとんど問題にならない。

【００３０】（３）一対のシール部材滑動面の接触圧力
を可変にする接触圧力調節手段により、漏れが最小で、
かつ、摩耗も最小化できる。（４）一つの構造で、液体流通用にも、気体流通用にも
使用できるロータリジョイントを提供することができ
る。（５）回転軸支持用の軸受をハウジング内に備えたユニ
ット形のロータリジョイントばかりでなく、外部の回転
軸装置に取着して回転軸支持用の軸受をなくし、構造を
簡単化し、コンパクトにしたロータリジョイントも提供
できる。等々、従来装置には期待することができない効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のロータリジョイントの第１実施例の断
面図である。

【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。

【図３】本発明のロータリジョイントの第２実施例の断
面図である。

【図４】本発明のロータリジョイントの第３実施例の断
面図である。

【符号の説明】

１ロータリジョイント３主軸装置５主軸頭７軸受９主軸 11 ハウジング 13 回転軸 15，17 シール部材 19 移動軸 23 ピン 25，27 カラー 29 カーボンリング 31 圧縮ばね 33 永久磁石 35 電磁石 39，41，43 ポート 57 流体通路 61 軸受 67 ラビリンスカラー。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジングと、前記ハウジング内に設けられ、軸心部に流体通路を有す
る回転軸と、前記ハウジング内に前記回転軸に対向配置され、かつ軸
線方向に移動可能に嵌着され、軸心部に流体通路を有す
る移動軸と、前記回転軸と前記移動軸との対向面に設けられた一対の
シール部材と、前記流体通路への気体の流通時に前記一対のシール部材
を非接触状態にするよう前記移動軸を前記回転軸と反対
方向に弾性付勢する弾性部材と、前記ハウジングと前記移動軸との間に設けられた磁石及
び電磁石からなり、前記流体通路への液体の流通時に、
前記一対のシール部材を接触状態にするよう前記移動軸
を前記回転軸に向けて移動させる移動手段と、を具備することを特徴としたロータリジョイント。
【請求項２】前記移動手段は、電磁石による反発力で
前記一対のシール部材の接触圧を調節可能にする接触圧
調節手段をさらに具備して成る請求項１に記載のロータ
リジョイント。