JP3675535B2 - ロータリジョイント及び回転体への流体供給装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械のスルースピンドルクーラント供給用のロータリジョイントなど、固定管路と回転管路との間で加工液や空気などの流体を移送する場合に用いるロータリジョイント及びそのロータリジョイントを有した回転体への流体供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械のスルースピンドルクーラント供給用の代表的なロータリジョイントが実開平２−１９９８７号公報に開示されている。このロータリジョイントは、クーラントの給油口にクーラントが供給されると、その圧力でまずフローティングシート３ｂがシール解除用スプリング３８のばね力に打ち勝って移動してシール面３２と３３ａが圧接される。更にクーラントの圧力でチェック弁４がチェック弁スプリング４７のばね力に打ち勝って開き、クーラントが流路２０を通り前方へ流通する構成になっている。クーラントの供給が停止すると圧力がなくなりチェック弁４が閉じるとともに、フローティングシート３ｂがシール解除用スプリング３８によって元の位置に戻り、シール面３２と３３ａは非接触状態となる。このように従来のロータリジョイントは流体を流通させるときのみ固定側のシール面と回転側のシール面とが接触して流体を流通させる構成になっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年工作機械の主軸の回転数はますます高速化し、しかもスルースピンドルクーラントの供給圧力は高圧化している。するとロータリジョイントのシール面は接触した状態で高速回転するので、接触面を潤滑しなければならない。流通させる流体が加工液など液体の場合には、圧接中のシール面にその液体がにじみ出し、適度な潤滑作用をし、シール面の異常摩耗は発生しない。しかし流通させる流体が加圧空気などの気体の場合、圧接中のシール面は潤滑作用なしで高速回転するのでシール面の異常摩耗が発生するという問題点がある。
また、従来の技術のロータリジョイントは、流体の供給圧力でフローティングシート３ｂを押圧するので、供給圧力が高ければそれだけシール面の接触圧力も高くなる。接触圧力が高いと液体の場合でも摩耗の問題は発生する。
また、ロータリジョイントに供給している流体の圧力が変動してチェック弁４を押し開けられる圧力以下に下がった場合、流体の流通が停止してしまうという問題点もある。
更に、加工液の供給を停止したとき工作機械の主軸内の流路に残留する加工液をロータリジョイントを介して吸引し、流路内を空にした状態で主軸先端に装着している工具交換を行うことによって、工具交換時に主軸先端から残留加工液がたれるという不都合がなくせるのであるが、上記の従来のロータリジョイントにはチェック弁４が設けられており、残留加工液を吸引することは不可能であるという問題点もある。
【０００４】
よって、本発明の目的は、これら従来技術の問題点をなくし、供給流体の圧力によらずシール面の接触圧力が一定で、流体として気体を流通させてもシール面の摩耗が発生せず、また、供給流体の圧力変動があっても、更に圧力が負圧になっても流体を安定して流通させることが可能なロータリジョイントを用いた回転体への流体供給装置を提供することである。
本発明の他の目的は、シール面が摩耗して寿命に達したことを自動的に検知することが可能なロータリジョイントを用いた回転体への流体供給装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、
（１） 回転体を支持するケーシング後端に取り付けられたハウジングと、前記ハウジング内に設けられ、前記回転体の回転軸後端に取り付けられるとともに回転軸の軸心に設けられた流体通路に連通する流体通路を有する回転部材と、前記ハウジングの後部に開口され外部から前記ハウジング内に液体を供給するための液体供給口と、前記ハウジング内に軸線方向に移動可能に設けられ、常時前記液体供給口を閉塞するように付勢され、所定圧力の液体が前記液体供給口に供給されたとき前方に移動して前記液体を流入させるチェック弁機能を備えたピストン部材と、前記ピストン部材内に前記回転部材と同軸で軸線方向に移動可能に設けられ、常時前記ピストン部材に対して前方に付勢され、前記ピストン部材内の流体通路と連通した流体通路をその軸心に有する押圧部材と、互いに対向する前記回転部材の後端面と前記押圧部材の前端面とにそれぞれ固着され、軸心に流体通路を有し、前記ピストン部材が前進したとき接触する一対のシール部材と、を具備したロータリジョイントが提供される。
【０００６】
（２） 前記一対のシール部材が配置される前記ハウジング内の空間部に開口され外部から気体を供給するための気体供給口を、前記（１）のロータリジョイントに更に具備させたロータリジョイントが提供される。
（３） 前記ロータリジョイントの一対のシール部材の少なくともいずれか一方の摩耗による寿命を検出する寿命検出手段を前記（１）又は（２）のロータリジョイントに更に具備させたロータリジョイントが提供される。
【０００７】
（４） 回転体を支持するケーシング後端に取り付けられたハウジングと、前記ハウジング内に設けられ、前記回転体の回転軸後端に取り付けられるとともに回転軸の軸心に設けられた流体通路に連通する流体通路を有する回転部材と、前記ハウジングの後部に開口され外部から前記ハウジング内に液体を供給するための液体供給口と、前記ハウジング内に軸線方向に移動可能に設けられ、常時前記液体供給口を閉塞するように付勢され、所定圧力の液体が前記液体供給口に供給されたとき前方に移動して前記液体を流入させるチェック弁機能を備えたピストン部材と、前記ピストン部材内に前記回転部材と同軸で軸線方向に移動可能に設けられ、常時前記ピストン部材に対して前方に付勢され、前記ピストン部材内の流体通路と連通した流体通路をその軸心に有する押圧部材と、互いに対向する前記回転部材の後端面と前記押圧部材の前端面とにそれぞれ固着され、軸心に流体通路を有し、前記ピストン部材が前進したとき接触する一対のシール部材と、前記ピストン部材を前記ハウジングの後方に付勢する付勢力に打ち勝って前記ピストン部材を前方へ移動させる圧力応動手段と、からなるロータリジョイントと、前記ロータリジョイントの液体供給口に液体を供給する液体供給手段と、前記ロータリジョイントの圧力応動手段に圧力流体を供給する圧力流体供給手段と、前記液体供給手段および圧力流体供給手段を制御する制御手段と、を具備した回転体への流体供給装置が提供される。
【０００８】
（５） 前記液体供給手段は、前記ロータリジョイントの液体供給口への液体供給管路の途中から分岐して設けられ、液体の供給を停止したとき前記回転体、回転部材、押圧部材、ピストン部材等の流体通路に残留する液体を吸引してドレンタンク側に回収する吸引手段を有し、前記制御手段は、前記残留する液体を吸引中は前記圧力応動手段に圧力流体を供給して前記一対のシール部材を接触状態にさせるように前記圧力流体供給手段を制御する構成とした上記（４）に記載の回転体への流体供給装置が提供される。
【０００９】
（６） 前記ロータリジョイントの一対のシール部材の少なくともいずれか一方の摩耗による寿命を検出する寿命検出手段を更に備えた上記（１）から（５）のいずれか１つに記載の回転体への流体供給装置が提供される。
【００１０】
【作用】
ロータリジョイントに供給する流体が液体の場合はハウジング後方の液体供給口から供給し、その液体圧力の作用で一対のシール部材を接触させて流体通路を連通させ、回転体の流体通路に液体を流通させる。ピストン部材内に押圧部材を挿入するという２段構成にしたので、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は、押圧部材を前方へ付勢する付勢力と等しい一定値となる。ロータリジョイントに供給する流体が気体の場合は、その気体を気体供給口から供給することによって、一対のシール部材を非接触状態に保持したままその間隙から流体通路内へ気体を流通させる。その時ピストン部材のチェック弁機能が働き、液体供給口は閉塞されるので気体のもれは発生しない。また圧力応動手段によって常時一対のシール部材を接触状態に保てば、供給する液体に圧力変動があっても、また吸引手段によって負圧になっても一対のシール部材は接触状態のままなので液体の安定流通が行え、また、回転体やロータリジョイント内の流体通路の残留液の吸引も行える。更に、寿命検出手段によってシール部材の規定以上の摩耗を自動的に検出することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、図面に沿って本発明の好ましい実施の形態について説明する。
図１は、本発明の回転体への流体供給装置の実施の一形態の構成を示す断面図であり、工作機械の主軸内にクーラントを流通させるスルースピンドルクーラント装置に適用した場合を示している。図２は、図１のエジェクタの実例を示す断面図である。
【００１２】
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、ケーシングに相当する主軸頭５に軸受７によって回転体である主軸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の第１ハウジング１１は、主軸頭５と同軸に主軸頭５の後端面に固定されている。ロータリジョイント１の回転部材１３は、主軸９と同軸に主軸９の後端面にねじ結合によって固定され、第１ハウジング１１内に形成した第１空間部４３に収容されている。回転部材１３の主軸９と反対側の端面には、第１シール部材１５が固着されている。第１ハウジング１１の第１空間部４３内には、第１ハウジング１１と回転部材１３との間をシールするカーボンリング１７が取着され、ロータリジョイント１内に供給された流体が主軸装置３内へ侵入するのを防止している。なお図示を省略してあるがカーボンリング１７と回転部材１３との間にはラビリンスが設けられている。
【００１３】
ロータリジョイント１の第１ハウジング１１内の後方に形成された第２空間部４５内に軸線方向に移動可能に案内されてピストン１９が設けられる。第１ハウジング１１の後端面に第２ハウジング２１が固定され、ピストン１９との間にシリンダ室２３が形成される。第２ハウジング２１にはピストン１９の後部が挿通され、第２ハウジング２１の後端部には加工液供給口２５が開口している。ピストン１９の前部の外周にはピストン押圧ばね２７がピストンの大径部１９ａと第１ハウジング１１の内部に形成された小径部１１ａとの間に設けられ、ピストン１９を常時後方へ付勢している。そのときピストン１９の後端部１９ｂは第２ハウジング２１の加工液供給口２５内奥のテーパ部２１ａに密着係合し、流体のロータリジョイント１内への侵入を阻止するとともにロータリジョイント１内の流体の逆流を防止する構成になっている。つまりチェック弁機能を有している。なお、ピストン１９がピストン押圧ばね２７のばね力に打ち勝って前方へ移動できるのは、ピストンの大径部１９ａが第１ハウジング１１内に形成したストッパ突起１１ｂに当接するまでである。
【００１４】
ピストン１９の後端部１９ｂには軸線と直角の半径方向に貫通孔１９ｃが穿設され、更にこの貫通孔１９ｃに連通するとともにピストン１９の前端面に開口し、前記回転部材１３と同軸の中心孔１９ｄが穿設されている。中心孔１９ｄには押圧部材２９が挿入され、ピストン１９前端面に螺着された２本のねじ軸３１，３１によって押圧部材２９のフランジ部が案内されて、結局押圧部材２９はピストン１９内で軸線方向に移動可能に保持されている。押圧部材２９の後端面とピストン１９の中心孔１９ｄの後端部との間に押圧ばね３３が設けられ、常時押圧部材２９を前方へ付勢している。このときの押圧部材２９のストッパは前記ねじ軸３１の頭部が兼ねている。前記回転部材１３の後端面に固着された第１シール部材１５と対向した押圧部材２９の前端面に第２シール部材３５が固着されている。第１，第２シール部材１５，３５間の間隙は、非接触状態で例えば約１mmである。
ピストン大径部１９ａと第１ハウジング１１との間、第１ハウジング１と第２ハウジング２１との間、および第２ハウジング２１とピストン１９との間にはＯリング３７，３９，４１がそれぞれはめ込まれており、密封作用を呈している。
【００１５】
第１加圧空気供給口４７は、第１ハウジング１１内の第１空間部４３の第１，第２シール部材１５，３５が対向している付近に開口している。また、ドレン口４９が、第１，第２シール部材１５，３５が対向している付近の下方の第１空間部４３に開口している。そして第１ハウジング１１の後方において第２ハウジング２１とで構成されるシリンダ室２３に開口するように第２加圧空気供給口５１が設けられる。このシリンダ室２３、第２加圧空気供給口５１等が請求項３に記載の圧力応動手段に相当する。
なお、第１，第２シール部材はセラミックスや超硬材等で作られるとともに、第１シール部材１５の硬度は第２シール部材３５の硬度より高く設定され、第２シール部材３５の方を摩耗しやすくし、便宜上シール部の摩耗による交換は専ら第２シール部材３５に限定している。したがって第２シール部材３５の摩耗状態、すなわち第１，第２シール部材１５，３５同志が接触している時の押圧部材２９のフランジの位置を第１ハウジング１１の第１空間４３内に設けられた近接センサ５３で監視し、所定の位置より左側へ移動したとき第２シール部材３５が寿命に達したとして制御手段Ｃに信号を発するようにしている。
【００１６】
次に本実施の形態の作用を説明する。加工液供給源７３から電磁弁６１を通して加工液がロータリジョイント１の加工液供給口２５に供給されると、その圧力によってピストン１９がピストン押圧ばね２７のばね力に打ち勝って前進し、ピストン１９の後端部１９ｂと第２ハウジングのテーパ部２１ａとの間に間隙ができて加工液が第２ハウジング内の空間部４６を通って貫通孔１９ｃ、中心孔１９ｄへと流入する。ピストン１９が前進すると押圧部材２９も前進し、第２シール部材３５は第１シール部材１５と当接する。このときピストン１９のストロークは第１，第２シール部材１５，３５間の間隙より大きいので押圧ばね３３が圧縮され、そのばね力に相当する押圧力で第２シール部材３５は第１シール部材１５と密着する。すると押圧部材２９内に形成された流体通路５５と回転部材１３内に形成された流体通路５７とが連通し、更に流体通路５７と主軸９内に形成されている流体通路５９とはもともと連通しているので、結局加工液は流体通路５５，５７，５９を流通して主軸９の先端部まで供給することができる。加工液の圧力が高くても一対のシール部材１５，３５の接触圧力は結局押圧ばね３３のばね力に等しく、このばね力は一定値である。よって、押圧ばね３３のばね力は、シール面から液体の漏れが少なく、かつ、摩耗も少ない適切な値に設定される。
【００１７】
第２シール部材３５は回転せず、第１シール部材１５は回転するが加工液が両者の接触面に若干量もれ出し、潤滑作用を与えるので、シール面の摩耗はほとんどない。もれ出た加工液はドレン口４９から加工液タンクへ回収するため電磁弁６３は開状態にしておく、主軸７に加工液を供給する際は、加圧空気源７５からの加圧空気は供給しないので、電磁弁６５は閉状態でかつ第１空気供給口４７は大気圧開放にしてある。また、電磁弁６７を閉状態にし、第２加圧空気供給口５１を大気開放する。
加工液供給源７３を停止して加工液の供給を終了すると加工液供給口２５内の圧力が下がりピストン１９が後退し、後端部１９ｂがテーパ部２１ａに密着し、ロータリジョイント１内の加工液が逆流するのを防止する。つまりチェック弁機能が働くと同時に第１，第２シール部材１５，３５は非接触状態になる。
【００１８】
次に主軸９内およびロータリジョイント１内に残留する加工液を加工液タンクに回収するため、電磁弁６７を切り換えて加圧空気を第２加圧空気供給口５１に供給する。加圧空気はシリンダ室２３に流入し、その圧力でピストン１９を前進させ、第２シール部材３５を第１シール部材１５に密着させて流体通路５５，５７を連通させる。その状態で電磁弁６１を切り換えて、加工液をエジェクタ７１の加工液流入口７１ｂに導くとともに電磁弁６９を開放する。加工液はエジェクタ７１内のノズル部７１ｄで増速され出口７１ｃから加工液タンクに流出するが、ノズル部７１ｄ周辺を負圧にする作用が働き主軸９内及びロータリジョイント１内の残留加工液は加工液供給口２５を逆方向に流れて電磁弁６９を通ってエジェクタ７１の残留加工液流入口７１ａからエジェクタ７１内に吸引され、７１ｂから流入した加工液とともに出口７１ｃから加工液タンクに回収される。この動作は所定時間（例えば予めタイマで設定された数秒間）継続される。その後、加工液の供給は停止され、各電磁弁は、図示の状態に復帰する。
【００１９】
次に主軸９内に加圧空気を流入して、スルースピンドルエアーを実行する場合（加工液供給源７３は停止）について述べる。まず電磁弁６３を閉じる。電磁弁６５を開にし加圧空気を第１加圧空気供給口４７へ供給する。加圧空気は第１空間部４３、第１、第２シール部材１５，３５の間隙から流体通路５７，５９を通って主軸９の先端部へ供給される。このときピストン１９はピストン押圧ばね２７によって後端部１９ｂが第２ハウジング２１のテーパ部２１ａに押圧してチェック弁として機能しているので加圧空気が加工液供給口２５へ逆流することはない。このように加圧空気を加工液の供給ルートとは別のルートで供給するようにしたので加圧空気を供給する場合は、第１，第２シール部材１５と３５の接触は行われず、シール部材の摩耗は発生しない。これら、加工液の供給、残留加工液の吸引、加圧空気の供給等の要求に応じて各電磁弁の切り換えを制御手段Ｃで制御する。
【００２０】
なお、第２加圧空気供給口５１へ加圧空気を供給してピストン１９を常時前進位置に保持させるのは、加工液の圧力が低くピストン１９をピストン押圧ばね２７のばね力に打ち勝って前進させることができない場合、または、加工液の圧力変動が大きい場合にも行う。
近接センサ５３からの信号で第２シール部材３５の寿命を検知したら、制御手段ＣはＮＣ装置の表示画面等に第２シール部材の交換要求を表示するとともに、当該加工工程の終了時点で加工動作を停止させる等の指令を発する。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、一対のシール部材の接触圧力は常に一定となるので、供給液体の圧力が高くても適切な圧力で接触することとなり、シール部材の異常摩耗は発生しない。また、ロータリジョイントを用いて加圧空気のような気体を流通させる場合は、専用の気体供給口を設け、第１，第２シール部材を非接触のまま、その間隙を通して回転体側に気体を導入させるように構成したので、気体供給時のシール部材の摩耗をなくすことができる。また前記第２加圧空気供給口５１およびシリンダ室２３等の圧力応動手段を設けたことにより、供給液体の圧力変動がある場合でも確実に液体を回転体側へ流通させることができ、更に液体供給手段に吸引手段を追加することによって、流体通路内に残留する液体をすばやく吸引回収することができる。よって本発明の回転体への流体供給装置は、工作機械のスルースピンドルクーラント装置には好適である。更にシール部材の寿命検出手段を設けたので、シール部材の摩耗管理が適切に行え、シール部材の摩耗による液体のもれ事故等の発生がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す断面図で、工作機械のスルースピンドルクーラント装置に適用したものである。
【図２】図１のエジェクタの実例を示す断面図である。
【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…第１ハウジング
１３…回転部材
１５…第１シール部材
１９…ピストン
２１…第２ハウジング
２３…シリンダ室
２５…加工液供給口
２７…ピストン押圧ばね
２９…押圧部材
３３…押圧ばね
３５…第２シール部材
５１…第２加圧空気供給口
５３…近接センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械のスルースピンドルクーラント供給用のロータリジョイントなど、固定管路と回転管路との間で加工液や空気などの流体を移送する場合に用いるロータリジョイント及びそのロータリジョイントを有した回転体への流体供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械のスルースピンドルクーラント供給用の代表的なロータリジョイントが実開平２−１９９８７号公報に開示されている。このロータリジョイントは、クーラントの給油口にクーラントが供給されると、その圧力でまずフローティングシート３ｂがシール解除用スプリング３８のばね力に打ち勝って移動してシール面３２と３３ａが圧接される。更にクーラントの圧力でチェック弁４がチェック弁スプリング４７のばね力に打ち勝って開き、クーラントが流路２０を通り前方へ流通する構成になっている。クーラントの供給が停止すると圧力がなくなりチェック弁４が閉じるとともに、フローティングシート３ｂがシール解除用スプリング３８によって元の位置に戻り、シール面３２と３３ａは非接触状態となる。このように従来のロータリジョイントは流体を流通させるときのみ固定側のシール面と回転側のシール面とが接触して流体を流通させる構成になっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年工作機械の主軸の回転数はますます高速化し、しかもスルースピンドルクーラントの供給圧力は高圧化している。するとロータリジョイントのシール面は接触した状態で高速回転するので、接触面を潤滑しなければならない。流通させる流体が加工液など液体の場合には、圧接中のシール面にその液体がにじみ出し、適度な潤滑作用をし、シール面の異常摩耗は発生しない。しかし流通させる流体が加圧空気などの気体の場合、圧接中のシール面は潤滑作用なしで高速回転するのでシール面の異常摩耗が発生するという問題点がある。
また、従来の技術のロータリジョイントは、流体の供給圧力でフローティングシート３ｂを押圧するので、供給圧力が高ければそれだけシール面の接触圧力も高くなる。接触圧力が高いと液体の場合でも摩耗の問題は発生する。
また、ロータリジョイントに供給している流体の圧力が変動してチェック弁４を押し開けられる圧力以下に下がった場合、流体の流通が停止してしまうという問題点もある。
更に、加工液の供給を停止したとき工作機械の主軸内の流路に残留する加工液をロータリジョイントを介して吸引し、流路内を空にした状態で主軸先端に装着している工具交換を行うことによって、工具交換時に主軸先端から残留加工液がたれるという不都合がなくせるのであるが、上記の従来のロータリジョイントにはチェック弁４が設けられており、残留加工液を吸引することは不可能であるという問題点もある。
【０００４】
よって、本発明の目的は、これら従来技術の問題点をなくし、供給流体の圧力によらずシール面の接触圧力が一定で、流体として気体を流通させてもシール面の摩耗が発生せず、また、供給流体の圧力変動があっても、更に圧力が負圧になっても流体を安定して流通させることが可能なロータリジョイントを用いた回転体への流体供給装置を提供することである。
本発明の他の目的は、シール面が摩耗して寿命に達したことを自動的に検知することが可能なロータリジョイントを用いた回転体への流体供給装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、
（１） 回転体を支持するケーシング後端に取り付けられたハウジングと、前記ハウジング内に設けられ、前記回転体の回転軸後端に取り付けられるとともに回転軸の軸心に設けられた流体通路に連通する流体通路を有する回転部材と、前記ハウジングの後部に開口され外部から前記ハウジング内に液体を供給するための液体供給口と、前記ハウジング内に軸線方向に移動可能に設けられ、常時前記液体供給口を閉塞するように付勢され、所定圧力の液体が前記液体供給口に供給されたとき前方に移動して前記液体を流入させるチェック弁機能を備えたピストン部材と、前記ピストン部材内に前記回転部材と同軸で軸線方向に移動可能に設けられ、常時前記ピストン部材に対して前方に付勢され、前記ピストン部材内の流体通路と連通した流体通路をその軸心に有する押圧部材と、互いに対向する前記回転部材の後端面と前記押圧部材の前端面とにそれぞれ固着され、軸心に流体通路を有し、前記ピストン部材が前進したとき接触する一対のシール部材と、を具備したロータリジョイントが提供される。
【０００６】
（２） 前記一対のシール部材が配置される前記ハウジング内の空間部に開口され外部から気体を供給するための気体供給口を、前記（１）のロータリジョイントに更に具備させたロータリジョイントが提供される。
（３） 前記ロータリジョイントの一対のシール部材の少なくともいずれか一方の摩耗による寿命を検出する寿命検出手段を前記（１）又は（２）のロータリジョイントに更に具備させたロータリジョイントが提供される。
【０００７】
（４） 回転体を支持するケーシング後端に取り付けられたハウジングと、前記ハウジング内に設けられ、前記回転体の回転軸後端に取り付けられるとともに回転軸の軸心に設けられた流体通路に連通する流体通路を有する回転部材と、前記ハウジングの後部に開口され外部から前記ハウジング内に液体を供給するための液体供給口と、前記ハウジング内に軸線方向に移動可能に設けられ、常時前記液体供給口を閉塞するように付勢され、所定圧力の液体が前記液体供給口に供給されたとき前方に移動して前記液体を流入させるチェック弁機能を備えたピストン部材と、前記ピストン部材内に前記回転部材と同軸で軸線方向に移動可能に設けられ、常時前記ピストン部材に対して前方に付勢され、前記ピストン部材内の流体通路と連通した流体通路をその軸心に有する押圧部材と、互いに対向する前記回転部材の後端面と前記押圧部材の前端面とにそれぞれ固着され、軸心に流体通路を有し、前記ピストン部材が前進したとき接触する一対のシール部材と、前記ピストン部材を前記ハウジングの後方に付勢する付勢力に打ち勝って前記ピストン部材を前方へ移動させる圧力応動手段と、からなるロータリジョイントと、前記ロータリジョイントの液体供給口に液体を供給する液体供給手段と、前記ロータリジョイントの圧力応動手段に圧力流体を供給する圧力流体供給手段と、前記液体供給手段および圧力流体供給手段を制御する制御手段と、を具備した回転体への流体供給装置が提供される。
【０００８】
（５） 前記液体供給手段は、前記ロータリジョイントの液体供給口への液体供給管路の途中から分岐して設けられ、液体の供給を停止したとき前記回転体、回転部材、押圧部材、ピストン部材等の流体通路に残留する液体を吸引してドレンタンク側に回収する吸引手段を有し、前記制御手段は、前記残留する液体を吸引中は前記圧力応動手段に圧力流体を供給して前記一対のシール部材を接触状態にさせるように前記圧力流体供給手段を制御する構成とした上記（４）に記載の回転体への流体供給装置が提供される。
【０００９】
（６） 前記ロータリジョイントの一対のシール部材の少なくともいずれか一方の摩耗による寿命を検出する寿命検出手段を更に備えた上記（１）から（５）のいずれか１つに記載の回転体への流体供給装置が提供される。
【００１０】
【作用】
ロータリジョイントに供給する流体が液体の場合はハウジング後方の液体供給口から供給し、その液体圧力の作用で一対のシール部材を接触させて流体通路を連通させ、回転体の流体通路に液体を流通させる。ピストン部材内に押圧部材を挿入するという２段構成にしたので、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は、押圧部材を前方へ付勢する付勢力と等しい一定値となる。ロータリジョイントに供給する流体が気体の場合は、その気体を気体供給口から供給することによって、一対のシール部材を非接触状態に保持したままその間隙から流体通路内へ気体を流通させる。その時ピストン部材のチェック弁機能が働き、液体供給口は閉塞されるので気体のもれは発生しない。また圧力応動手段によって常時一対のシール部材を接触状態に保てば、供給する液体に圧力変動があっても、また吸引手段によって負圧になっても一対のシール部材は接触状態のままなので液体の安定流通が行え、また、回転体やロータリジョイント内の流体通路の残留液の吸引も行える。更に、寿命検出手段によってシール部材の規定以上の摩耗を自動的に検出することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、図面に沿って本発明の好ましい実施の形態について説明する。
図１は、本発明の回転体への流体供給装置の実施の一形態の構成を示す断面図であり、工作機械の主軸内にクーラントを流通させるスルースピンドルクーラント装置に適用した場合を示している。図２は、図１のエジェクタの実例を示す断面図である。
【００１２】
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、ケーシングに相当する主軸頭５に軸受７によって回転体である主軸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の第１ハウジング１１は、主軸頭５と同軸に主軸頭５の後端面に固定されている。ロータリジョイント１の回転部材１３は、主軸９と同軸に主軸９の後端面にねじ結合によって固定され、第１ハウジング１１内に形成した第１空間部４３に収容されている。回転部材１３の主軸９と反対側の端面には、第１シール部材１５が固着されている。第１ハウジング１１の第１空間部４３内には、第１ハウジング１１と回転部材１３との間をシールするカーボンリング１７が取着され、ロータリジョイント１内に供給された流体が主軸装置３内へ侵入するのを防止している。なお図示を省略してあるがカーボンリング１７と回転部材１３との間にはラビリンスが設けられている。
【００１３】
ロータリジョイント１の第１ハウジング１１内の後方に形成された第２空間部４５内に軸線方向に移動可能に案内されてピストン１９が設けられる。第１ハウジング１１の後端面に第２ハウジング２１が固定され、ピストン１９との間にシリンダ室２３が形成される。第２ハウジング２１にはピストン１９の後部が挿通され、第２ハウジング２１の後端部には加工液供給口２５が開口している。ピストン１９の前部の外周にはピストン押圧ばね２７がピストンの大径部１９ａと第１ハウジング１１の内部に形成された小径部１１ａとの間に設けられ、ピストン１９を常時後方へ付勢している。そのときピストン１９の後端部１９ｂは第２ハウジング２１の加工液供給口２５内奥のテーパ部２１ａに密着係合し、流体のロータリジョイント１内への侵入を阻止するとともにロータリジョイント１内の流体の逆流を防止する構成になっている。つまりチェック弁機能を有している。なお、ピストン１９がピストン押圧ばね２７のばね力に打ち勝って前方へ移動できるのは、ピストンの大径部１９ａが第１ハウジング１１内に形成したストッパ突起１１ｂに当接するまでである。
【００１４】
ピストン１９の後端部１９ｂには軸線と直角の半径方向に貫通孔１９ｃが穿設され、更にこの貫通孔１９ｃに連通するとともにピストン１９の前端面に開口し、前記回転部材１３と同軸の中心孔１９ｄが穿設されている。中心孔１９ｄには押圧部材２９が挿入され、ピストン１９前端面に螺着された２本のねじ軸３１，３１によって押圧部材２９のフランジ部が案内されて、結局押圧部材２９はピストン１９内で軸線方向に移動可能に保持されている。押圧部材２９の後端面とピストン１９の中心孔１９ｄの後端部との間に押圧ばね３３が設けられ、常時押圧部材２９を前方へ付勢している。このときの押圧部材２９のストッパは前記ねじ軸３１の頭部が兼ねている。前記回転部材１３の後端面に固着された第１シール部材１５と対向した押圧部材２９の前端面に第２シール部材３５が固着されている。第１，第２シール部材１５，３５間の間隙は、非接触状態で例えば約１mmである。
ピストン大径部１９ａと第１ハウジング１１との間、第１ハウジング１と第２ハウジング２１との間、および第２ハウジング２１とピストン１９との間にはＯリング３７，３９，４１がそれぞれはめ込まれており、密封作用を呈している。
【００１５】
第１加圧空気供給口４７は、第１ハウジング１１内の第１空間部４３の第１，第２シール部材１５，３５が対向している付近に開口している。また、ドレン口４９が、第１，第２シール部材１５，３５が対向している付近の下方の第１空間部４３に開口している。そして第１ハウジング１１の後方において第２ハウジング２１とで構成されるシリンダ室２３に開口するように第２加圧空気供給口５１が設けられる。このシリンダ室２３、第２加圧空気供給口５１等が請求項３に記載の圧力応動手段に相当する。
なお、第１，第２シール部材はセラミックスや超硬材等で作られるとともに、第１シール部材１５の硬度は第２シール部材３５の硬度より高く設定され、第２シール部材３５の方を摩耗しやすくし、便宜上シール部の摩耗による交換は専ら第２シール部材３５に限定している。したがって第２シール部材３５の摩耗状態、すなわち第１，第２シール部材１５，３５同志が接触している時の押圧部材２９のフランジの位置を第１ハウジング１１の第１空間４３内に設けられた近接センサ５３で監視し、所定の位置より左側へ移動したとき第２シール部材３５が寿命に達したとして制御手段Ｃに信号を発するようにしている。
【００１６】
次に本実施の形態の作用を説明する。加工液供給源７３から電磁弁６１を通して加工液がロータリジョイント１の加工液供給口２５に供給されると、その圧力によってピストン１９がピストン押圧ばね２７のばね力に打ち勝って前進し、ピストン１９の後端部１９ｂと第２ハウジングのテーパ部２１ａとの間に間隙ができて加工液が第２ハウジング内の空間部４６を通って貫通孔１９ｃ、中心孔１９ｄへと流入する。ピストン１９が前進すると押圧部材２９も前進し、第２シール部材３５は第１シール部材１５と当接する。このときピストン１９のストロークは第１，第２シール部材１５，３５間の間隙より大きいので押圧ばね３３が圧縮され、そのばね力に相当する押圧力で第２シール部材３５は第１シール部材１５と密着する。すると押圧部材２９内に形成された流体通路５５と回転部材１３内に形成された流体通路５７とが連通し、更に流体通路５７と主軸９内に形成されている流体通路５９とはもともと連通しているので、結局加工液は流体通路５５，５７，５９を流通して主軸９の先端部まで供給することができる。加工液の圧力が高くても一対のシール部材１５，３５の接触圧力は結局押圧ばね３３のばね力に等しく、このばね力は一定値である。よって、押圧ばね３３のばね力は、シール面から液体の漏れが少なく、かつ、摩耗も少ない適切な値に設定される。
【００１７】
第２シール部材３５は回転せず、第１シール部材１５は回転するが加工液が両者の接触面に若干量もれ出し、潤滑作用を与えるので、シール面の摩耗はほとんどない。もれ出た加工液はドレン口４９から加工液タンクへ回収するため電磁弁６３は開状態にしておく、主軸７に加工液を供給する際は、加圧空気源７５からの加圧空気は供給しないので、電磁弁６５は閉状態でかつ第１空気供給口４７は大気圧開放にしてある。また、電磁弁６７を閉状態にし、第２加圧空気供給口５１を大気開放する。
加工液供給源７３を停止して加工液の供給を終了すると加工液供給口２５内の圧力が下がりピストン１９が後退し、後端部１９ｂがテーパ部２１ａに密着し、ロータリジョイント１内の加工液が逆流するのを防止する。つまりチェック弁機能が働くと同時に第１，第２シール部材１５，３５は非接触状態になる。
【００１８】
次に主軸９内およびロータリジョイント１内に残留する加工液を加工液タンクに回収するため、電磁弁６７を切り換えて加圧空気を第２加圧空気供給口５１に供給する。加圧空気はシリンダ室２３に流入し、その圧力でピストン１９を前進させ、第２シール部材３５を第１シール部材１５に密着させて流体通路５５，５７を連通させる。その状態で電磁弁６１を切り換えて、加工液をエジェクタ７１の加工液流入口７１ｂに導くとともに電磁弁６９を開放する。加工液はエジェクタ７１内のノズル部７１ｄで増速され出口７１ｃから加工液タンクに流出するが、ノズル部７１ｄ周辺を負圧にする作用が働き主軸９内及びロータリジョイント１内の残留加工液は加工液供給口２５を逆方向に流れて電磁弁６９を通ってエジェクタ７１の残留加工液流入口７１ａからエジェクタ７１内に吸引され、７１ｂから流入した加工液とともに出口７１ｃから加工液タンクに回収される。この動作は所定時間（例えば予めタイマで設定された数秒間）継続される。その後、加工液の供給は停止され、各電磁弁は、図示の状態に復帰する。
【００１９】
次に主軸９内に加圧空気を流入して、スルースピンドルエアーを実行する場合（加工液供給源７３は停止）について述べる。まず電磁弁６３を閉じる。電磁弁６５を開にし加圧空気を第１加圧空気供給口４７へ供給する。加圧空気は第１空間部４３、第１、第２シール部材１５，３５の間隙から流体通路５７，５９を通って主軸９の先端部へ供給される。このときピストン１９はピストン押圧ばね２７によって後端部１９ｂが第２ハウジング２１のテーパ部２１ａに押圧してチェック弁として機能しているので加圧空気が加工液供給口２５へ逆流することはない。このように加圧空気を加工液の供給ルートとは別のルートで供給するようにしたので加圧空気を供給する場合は、第１，第２シール部材１５と３５の接触は行われず、シール部材の摩耗は発生しない。これら、加工液の供給、残留加工液の吸引、加圧空気の供給等の要求に応じて各電磁弁の切り換えを制御手段Ｃで制御する。
【００２０】
なお、第２加圧空気供給口５１へ加圧空気を供給してピストン１９を常時前進位置に保持させるのは、加工液の圧力が低くピストン１９をピストン押圧ばね２７のばね力に打ち勝って前進させることができない場合、または、加工液の圧力変動が大きい場合にも行う。
近接センサ５３からの信号で第２シール部材３５の寿命を検知したら、制御手段ＣはＮＣ装置の表示画面等に第２シール部材の交換要求を表示するとともに、当該加工工程の終了時点で加工動作を停止させる等の指令を発する。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、一対のシール部材の接触圧力は常に一定となるので、供給液体の圧力が高くても適切な圧力で接触することとなり、シール部材の異常摩耗は発生しない。また、ロータリジョイントを用いて加圧空気のような気体を流通させる場合は、専用の気体供給口を設け、第１，第２シール部材を非接触のまま、その間隙を通して回転体側に気体を導入させるように構成したので、気体供給時のシール部材の摩耗をなくすことができる。また前記第２加圧空気供給口５１およびシリンダ室２３等の圧力応動手段を設けたことにより、供給液体の圧力変動がある場合でも確実に液体を回転体側へ流通させることができ、更に液体供給手段に吸引手段を追加することによって、流体通路内に残留する液体をすばやく吸引回収することができる。よって本発明の回転体への流体供給装置は、工作機械のスルースピンドルクーラント装置には好適である。更にシール部材の寿命検出手段を設けたので、シール部材の摩耗管理が適切に行え、シール部材の摩耗による液体のもれ事故等の発生がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す断面図で、工作機械のスルースピンドルクーラント装置に適用したものである。
【図２】図１のエジェクタの実例を示す断面図である。
【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…第１ハウジング
１３…回転部材
１５…第１シール部材
１９…ピストン
２１…第２ハウジング
２３…シリンダ室
２５…加工液供給口
２７…ピストン押圧ばね
２９…押圧部材
３３…押圧ばね
３５…第２シール部材
５１…第２加圧空気供給口
５３…近接センサ
Claims (7)
- 回転体を支持するケーシング後端に取り付けられたハウジングと、
前記ハウジング内に設けられ、前記回転体の回転軸後端に取り付けられるとともに回転軸の軸心に設けられた流体通路に連通する流体通路を有する回転部材と、
前記ハウジングの後部に開口され外部から前記ハウジング内に液体を供給するための液体供給口と、
前記ハウジング内に軸線方向に移動可能に設けられ、常時前記液体供給口を閉塞するように付勢され、所定圧力の液体が前記液体供給口に供給されたとき前方に移動して前記液体を流入させるチェック弁機能を備えたピストン部材と、
前記ピストン部材内に前記回転部材と同軸で軸線方向に移動可能に設けられ、常時前記ピストン部材に対して前方に付勢され、前記ピストン部材内の流体通路と連通した流体通路をその軸心に有する押圧部材と、
互いに対向する前記回転部材の後端面と前記押圧部材の前端面とにそれぞれ固着され、軸心に流体通路を有し、前記ピストン部材が前進したとき接触する一対のシール部材と、
を具備することを特徴としたロータリジョイント。 - 前記一対のシール部材が配置される前記ハウジング内の空間部に開口され外部から気体を供給するための気体供給口を更に具備した請求項１に記載のロータリジョイント。
- 前記ロータリジョイントの一対のシール部材の少なくともいずれか一方の摩耗による寿命を検出する寿命検出手段を更に備えた請求項１または２に記載のロータリジョイント。
- 回転体を支持するケーシング後端に取り付けられたハウジングと、
前記ハウジング内に設けられ、前記回転体の回転軸後端に取り付けられるとともに回転軸の軸心に設けられた流体通路に連通する流体通路を有する回転部材と、
前記ハウジングの後部に開口され外部から前記ハウジング内に液体を供給するための液体供給口と、
前記ハウジング内に軸線方向に移動可能に設けられ、常時前記液体供給口を閉塞するように付勢され、所定圧力の液体が前記液体供給口に供給されたとき前方に移動して前記液体を流入させるチェック弁機能を備えたピストン部材と、
前記ピストン部材内に前記回転部材と同軸で軸線方向に移動可能に設けられ、常時前記ピストン部材に対して前方に付勢され、前記ピストン部材内の流体通路と連通した流体通路をその軸心に有する押圧部材と、
互いに対向する前記回転部材の後端面と前記押圧部材の前端面とにそれぞれ固着され、軸心に流体通路を有し、前記ピストン部材が前進したとき接触する一対のシール部材と、
前記一対のシール部材が配置される前記ハウジング内の空間部に開口され外部から気体を供給するための気体供給口と、
からなるロータリジョイントと、
前記ロータリジョイントの液体供給口に液体を供給する液体供給手段と、
前記ロータリジョイントの気体供給口に気体を供給する気体供給手段と、
を具備することを特徴とした回転体への流体供給装置。 - 回転体を支持するケーシング後端に取り付けられたハウジングと、
前記ハウジング内に設けられ、前記回転体の回転軸後端に取り付けられるとともに回転軸の軸心に設けられた流体通路に連通する流体通路を有する回転部材と、
前記ハウジングの後部に開口され外部から前記ハウジング内に液体を供給するための液体供給口と、
前記ハウジング内に軸線方向に移動可能に設けられ、常時前記液体供給口を閉塞するように付勢され、所定圧力の液体が前記液体供給口に供給されたとき前方に移動して前記液体を流入させるチェック弁機能を備えたピストン部材と、
前記ピストン部材内に前記回転部材と同軸で軸線方向に移動可能に設けられ、常時前記ピストン部材に対して前方に付勢され、前記ピストン部材内の流体通路と連通した流体通路をその軸心に有する押圧部材と、
互いに対向する前記回転部材の後端面と前記押圧部材の前端面とにそれぞれ固着され、軸心に流体通路を有し、前記ピストン部材が前進したとき接触する一対のシール部材と、
前記ピストン部材を前記ハウジングの後方に付勢する付勢力に打ち勝って前記ピストン部材を前方へ移動させる圧力応動手段と、
からなるロータリジョイントと、
前記ロータリジョイントの液体供給口に液体を供給する液体供給手段と、
前記ロータリジョイントの圧力応動手段に圧力流体を供給する圧力流体供給手段と、
前記液体供給手段および圧力流体供給手段を制御する制御手段と、
を具備することを特徴とした回転体への流体供給装置。 - 前記液体供給手段は、前記ロータリジョイントの液体供給口への液体供給管路の途中から分岐して設けられ、液体の供給を停止したとき前記回転体、回転部材、押圧部材、ピストン部材等の流体通路に残留する液体を吸引してドレンタンク側に回収する吸引手段を有し、前記制御手段は、前記残留する液体を吸引中は前記圧力応動手段に圧力流体を供給して前記一対のシール部材を接触状態にさせるように前記圧力流体供給手段を制御する構成とした請求項５に記載の回転体への流体供給装置。
- 前記ロータリジョイントの一対のシール部材の少なくともいずれか一方の摩耗による寿命を検出する寿命検出手段を更に備えた請求項４から６のいずれか１項に記載の回転体への流体供給装置。
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