JP4219649B2 - ロータリジョイント - Google Patents

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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、内部にシール穴8が形成されたケーシング1と、主軸18にねじ込むことによって着脱自在に装着された回転管軸4と、ケーシング1側に備えた固定側流路14と主軸18側に備えた回転側流路15とをシール部3で連通させるフローティングシート2とを有し、
前記フローティングシート2はシール穴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、
前記軸部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、その軸心にはシール穴8と連通する流路21が貫通して設けられ、
前記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、該突起Tの左右先端近傍に、ケーシング1と固定されていて突起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す2個のシャーピンP1,P2が設けられ、
前記フローティングシート2の外周近傍に、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2個のストップピンP3,P4がそれぞれ固定され、
2個のストップピンP3,P4はそれぞれ検出回路K4に接続され、回転管軸4側の回転トルクが所定値以上になった時点で一方のシャーピンP1が破断してフローティングシート2が回転し、突起Tが一方のストップピンP3に接触することで検出回路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構成されていることを特徴とする。
【0009】
請求項2記載の発明では、請求項1に記載のロータリジョイントにおいて、前記主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。
【0013】
また、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2記載のロータリジョイントにあっては、主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。
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。
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。
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、2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 (2)

  1. 内部にシール穴8が形成されたケーシング1と、主軸18にねじ込むことによって着脱自在に装着された回転管軸4と、ケーシング1側に備えた固定側流路14と主軸18側に備えた回転側流路15とをシール部3で連通させるフローティングシート2とを有し、
    前記フローティングシート2はシール穴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、
    前記軸部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、その軸心にはシール穴8と連通する流路21が貫通して設けられ、
    前記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、該突起Tの左右先端近傍に、ケーシング1と固定されていて突起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す2個のシャーピンP1,P2が設けられ、
    前記フローティングシート2の外周近傍に、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2個のストップピンP3,P4がそれぞれ固定され、
    2個のストップピンP3,P4はそれぞれ検出回路K4に接続され、回転管軸4側の回転トルクが所定値以上になった時点で一方のシャーピンP1が破断してフローティングシート2が回転し、突起Tが一方のストップピンP3に接触することで検出回路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構成されていることを特徴とするロータリジョイント。
  2. 前記主軸18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に記載のロータリジョイント。
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