JP4597017B2 - ロータリジョイント - Google Patents

Description

本発明は、各種機械に装着してクーラント、薬品等の内部流体を回転軸側に供給する場合、また回転軸側流路と非回転軸側流路に負圧を発生させる場合に適したロータリジョイントに関する。

従来、工作機械の主軸先端に取付けた回転工具等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等を圧送している。
また、ＣＭＰ等のような半導体製造装置や洗浄機等でも同様にロータリジョイントが用いられている。

この種のロータリジョイントは、非回転軸側流路と回転軸側流路との間にはそれぞれシール面が備え付けられ、工作機械駆動時には供給する内部流体の内部流体圧力によって非回転軸（フローティングシート）側のシール面を回転軸（主軸モータのロータ軸）側のシール面方向に移動させ、両シール面を互いに密着させることによりシール部が構成されるようになっている。

通常、前記シール部の非回転側のシール面と回転軸側のシール面は平滑に仕上げられ、内部の流路を流れる内部流体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、回転工具等の付け替え時等において内部流体の供給を停止すると、コイルスプリング等の付勢力で非回転軸（フローティングシート）側を押し戻して両シール面を互いに離間させることにより、潤滑液、冷却液等の役割を持つ内部流体の供給がない状態における両シール面の摩耗や焼き付きを防止するようになっている（例えば、特許文献１参照。）

しかしながら、従来例（特許文献１）のロータリジョイントにおいては、工作機械駆動時には供給する内部流体の内部流体圧力によって非回転軸側のシール面をコイルスプリング等の付勢力に抗して回転軸側のシール面方向に押圧移動させ、両シール面を互いに密着させることによりシール部が構成されるようになっているため、内部流体の供給が開始されてから両シール面が完全に密着してシール部を構成するまでにタイムラグがある。このため、その間にシール部から内部流体が外部に漏れ出し、この漏れ量が多いと、他の部位まで侵入して重大なトラブルを発生させる虞があるという問題がある。

また、内部流体圧力が負圧の場合、前記固定軸側のシール面が前記回転軸側のシール面と逆方向に摺動され、両シール面が引き離されてしまう。このため、シール部から内部流体が外部に漏れ出してしまうという問題がある。

そこで、以上のような問題の解決策として、磁力、電磁力（例えば、特許文献２参照。）、付勢スプリングにより、非回転軸を回転軸方向に移動させて両シール面を互いに密着させる方向に付勢するようにすることが提案されている。
特開平９−１５２０７７号 特開平６−２４１３６４号

しかしながら、上述の磁力による場合、及び付勢スプリングによる場合は、付勢力の調整ができないため、シール面の面圧を調整することができず流体圧力や回転数に制限が生じるという問題がある。
これに対し、電磁力による場合（特許文献２）は、電力を調整することにより付勢力の調整が可能であるため、シール面の面圧を調整することはできるが、電磁力による場合は、永久磁石と電磁石を対向配置させると共に電磁石へ電源を供給するための配線が必要になる等、構造が複雑になると共に、漏れた内部流体で濡れた雰囲気の中に設けられるため、漏電の虞があり、その対策も必要になるという多くの問題がある。

本発明は、上述のような従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、漏電の虞がある電力を用いることなしに、シール部のシール性が不完全な状態にある時でも、シール部からの液漏れを抑制することができると共に、運転状況に応じて両シール面の面圧を調整することができるロータリジョイントを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１記載のロータリジョイントは、軸心にそれぞれ流路が備えられた非回転軸と回転軸との対向端面にはそれぞれシール面が備え付けられ、前記非回転軸は回転が阻止された状態、且つケーシングに形成された摺動支持孔に沿って移動自在に設けられていて前記非回転軸を回転軸方向に移動させて前記両シール面を互いに密着させることによりシール部が形成されるように構成されたロータリジョイントであって、前記非回転軸側流路に供給される内部流体圧力とは別系統の流体圧力により前記非回転軸を回転軸方向に移動させて前記両シール面を互いに密着させる方向に付勢する第１流体圧付勢手段が備えられ、前記非回転軸は該非回転軸を軸方向に移動自在に支持するケーシングに対し非回転軸から突出形成されたピンが前記ケーシングに軸方向に形成されたピン挿通孔内に移動自在に挿入できる様に設けられており、前記ピンには前記回転軸方向に推力を発生させる第１受圧面が形成され、前記第１流体圧付勢手段は、前記ピンが挿入されたピン挿通孔に前記非回転軸側流路に供給される内部流体圧力とは別系統の流体圧力が供給され、該流体圧力を前記ピンの第１受圧面で受圧することによって前記非回転軸を回転軸方向に移動させて前記両シール面を互いに密着させるように構成されていることを特徴とする手段とした。

請求項２記載のロータリジョイントは、軸心にそれぞれ流路が備えられた非回転軸と回転軸との対向端面にはそれぞれシール面が備え付けられ、前記非回転軸は回転が阻止された状態、且つケーシングに形成された摺動支持孔に沿って移動自在に設けられていて前記非回転軸を回転軸方向に移動させて前記両シール面を互いに密着させることによりシール部が形成され、前記非回転軸には該非回転軸を回転軸方向に移動させて前記両シール面を互いに密着させる方向に付勢する第１付勢手段が備えられたロータリジョイントであって、前記非回転軸側流路に供給される内部流体圧力とは別系統の流体圧力により前記非回転軸を回転軸方向に移動させて前記両シール面を互いに密着させる方向に付勢する第１流体圧付勢手段が備えられ、前記非回転軸は該非回転軸を軸方向に移動自在に支持するケーシングに対し非回転軸から突出形成されたピンが前記ケーシングに軸方向に形成されたピン挿通孔内に移動自在に挿入できる様に設けられており、前記ピンには前記回転軸方向に推力を発生させる第１受圧面が形成され、前記第１流体圧付勢手段は、前記ピンが挿入されたピン挿通孔に前記非回転軸側流路に供給される内部流体圧力とは別系統の流体圧力が供給され、該流体圧力を前記ピンの第１受圧面で受圧することによって前記非回転軸を回転軸方向に移動させて前記両シール面を互いに密着させるように構成されていることを特徴とする手段とした。

請求項３記載のロータリジョイントは、請求項１または２に記載のロータリジョイントにおいて、前記ピンが前記非回転軸に対し固定されることにより、非回転軸の回転を阻止する回り止めピンとしての役目をなすように構成されていることを特徴とする手段とした。

請求項１記載のロータリジョイントでは、上述のように、非回転軸側流路に供給される内部流体圧力とは別系統の流体圧力により非回転軸を回転軸方向に移動させて前記両シール面を互いに密着させる方向に付勢する第１流体圧付勢手段が備えられることにより、非回転軸の流路に内部流体圧力が供給される前に、エア等の流体圧力を供給することにより、非回転軸を移動させて両シール面を互いに密着させた状態にすることができるため、その後に非回転軸の流路に供給される流体がシール部から漏れ出すことを防止することができるようになる。

なお、非回転軸の流路に液が供給されると同時に流体圧力を供給した場合でも、非回転軸を移動させて両シール面が互いに密着するまでの時間を短縮することができるため、シール部から流体が漏れ出すことを抑制することができるようになる。

さらに、非回転軸側の流路の内部流体圧力が負圧である場合でも、非回転軸を回転軸方向に移動させて両シール面を互いに密着させることができ、これにより、回転軸側の流路を負圧にすることができるようになる。

従って、漏電の虞がある電力を用いることなしに、シール部のシール性が不完全な状態にある時でも、シール部からの液漏れを抑制することができると共に、運転状況に応じて両シール面の面圧調整が可能になるという効果が得られる。

また、非回転軸は該非回転軸を軸方向に移動自在に支持するケーシングに対し非回転軸から突出形成されたピンをケーシングに軸方向に形成されたピン挿通孔内に移動自在に挿入させることにより、前記ピンには前記回転軸方向に推力を発生させる第１受圧面が形成され、第１流体圧付勢手段は、ピンが挿入されたピン挿通孔に前記非回転軸側流路に供給される内部流体圧力とは別系統の流体圧力が供給され、該流体圧力を前記ピンの第１受圧面で受圧することによって非回転軸を回転軸方向に移動させて両シール面を互いに密着させるように構成されることにより、従来から備えられていたピンを利用し、簡単な構造の追加のみで第１流体圧付勢手段を備えることができるようになるという効果が得られる。

請求項２記載のロータリジョイントでは、上述のように、非回転軸には該非回転軸を回転軸方向に移動させて両シール面を互いに密着させる方向に付勢する第１付勢手段が備えられたロータリジョイントにおいて、非回転軸側流路に供給される内部流体圧力とは別系統の流体圧力により非回転軸を回転軸方向に移動させて両シール面を互いに密着させる方向に付勢する第１流体圧付勢手段が備えられることにより、請求項１と同様の効果が得られる他に、第１付勢手段による付勢力を補強し、面圧力を任意に調節することができるようになるという効果が得られる。

また、非回転軸は該非回転軸を軸方向に移動自在に支持するケーシングに対し非回転軸から突出形成されたピンをケーシングに軸方向に形成されたピン挿通孔内に移動自在に挿入させることにより、前記ピンには前記回転軸方向に推力を発生させる第１受圧面が形成され、第１流体圧付勢手段は、ピンが挿入されたピン挿通孔に前記非回転軸側流路に供給される内部流体圧力とは別系統の流体圧力が供給され、該流体圧力を前記ピンの第１受圧面で受圧することによって非回転軸を回転軸方向に移動させて両シール面を互いに密着させるように構成されることにより、従来から備えられていたピンを利用し、簡単な構造の追加のみで第１流体圧付勢手段を備えることができるようになるという効果が得られる。

請求項３記載のロータリジョイントでは、上述のように、前記ピンが非回転軸に対し固定されることにより、非回転軸の回転を阻止する回り止めピンとしての役目をなすように構成されることにより、回り止めピンを有効利用して第１流体圧付勢手段を備えることができ、これにより、構造の簡略化とコンパクト化が可能になるという効果が得られる。

以下、本発明の実施例を図面により説明する。

この実施例１では、ロータリジョイントの回転軸が工作機械の回転軸に接続されていて、加工部分に流体圧力としてクーラント（液体）を供給し、第１流体圧付勢手段の流体としてエアを用いる場合を例にとって説明する。

図１はこの実施例１のロータリジョイントを示す図２のＩ−Ｉ線における断面図、図２は図１のII−II線における断面図、図３は図１の III−III 線における断面図である。

この実施例１のロータリジョイントは、ケーシング１と、フローティングシート（非回転軸）２と、主軸モータのロータ軸（回転軸）３と、シール部４と、第１流体圧付勢手段５と、を主な構成として備えている。

さらに詳述すると、上記ケーシング１の軸心部には上記フローティングシート２の軸部２１を軸方向移動可能に支持する摺動支持孔１１が形成され、この摺動支持孔１１はクーラント液等の供給部と連通された状態となっている。

上記フローティングシート２とロータ軸３は同軸上において対向配置されていて、その軸心部には、供給部から供給されるクーラント液等を工作機械等に供給するための流路を形成する供給穴（非回転軸側流路）２ａと供給穴（回転軸側流路）３ａがそれぞれ形成されている

そして、フローティングシート２の軸部２１が摺動支持孔１１内に軸方向移動可能に挿入支持され、摺動支持孔１１の内周面に備えたＯリング１２により、該摺動支持孔１１内周面と軸部２１の外周面との間がシールされた状態となっていて、供給部から供給されるクーラント液等の流体圧力を軸部２１の端面で受圧することにより、ロータ軸３方向に押圧移動させて連通させるようになっている。

上記シール部４は、フローティングシート２の端面に備え付けられたシール面４１とロータ軸３の端面に備え付けられたシール面４２とで構成され、両シール面４１、４２が互いに対面する状態で配置されている。

また、フローティングシート２における軸部２１のシール面４１側端部外周には、フランジ部２２が形成されている。

そして、上記フランジ部２２に取り付け固定されたピン２３をケーシング１に軸方向に形成されたピン挿通孔１３に対し軸方向移動自在に挿入係止させることにより、フローティングシート２の回り止めが行われるようになっている。

このピン２３は、その基端側に六角レンチを係合可能な係合溝２３ａを有する拡大頭部２３ｂと、先端側にフランジ部２２に形成された雌ねじ孔２２ａに螺合可能な雄ねじ部２３ｃが形成されていて、ピン挿通孔１３から挿入して先端雄ねじ部２３ｃを雌ねじ孔２２ａに螺合させることにより、雄ねじ部２３ｃをピン挿通孔１３内に移動自在に支持させた状態でフランジ部２２に取り付け固定されている。

ピン挿通孔１３には、摺動支持孔１１から供給穴（非回転軸側流路）２ａに供給される内部流体圧力とは別系統であるエアポンプ５１から、圧力調整器（圧力調整手段）５２を介して圧力エア（流体圧力）が供給されるようになっている。

そして、ピン挿通孔１３に圧力エアが供給されると、この圧力をピン２３における拡大頭部２３ｂの端面（第１受圧面）２４が受圧することで、ピン２３を介してフローティングシート２をロータ軸３方向に移動させ、これにより、両シール面４１、４２を互いに当接させることができるようになっている。

また、圧力調整器５２でピン挿通孔１３に供給されるエア圧力を調整することにより、両シール面４１、４２の面圧を調整することができるようになっている。
そして、ピン挿通孔１３に供給されるエア圧力の調整は、運転状況に応じてその都度手動で行ってもよいが、固定軸２側流路に供給される内部流体圧力、又はロータ軸３の回転数に応じて制御するようにしておくことが望ましい。
即ち、フランジ部２２と、ピン挿通孔１３と、ピン２３と、エアポンプ５１と、圧力調整器５２とで、第１流体圧付勢手段５が構成されている。

次に本発明実施例１の作用・効果を説明する。

この実施例１のロータリジョイントでは、上述のように、非回転軸２の流路である供給穴（非回転軸側流路）２ａに供給される内部流体圧力とは別系統の圧力エアにより非回転軸２をロータ軸３方向に移動させて両シール面４１、４２を互いに密着させる方向に付勢する第１流体圧付勢手段５が備えられることにより、非回転軸２の流路にクーラント液が供給される前に、エアポンプ５１から圧力エアを供給することで、非回転軸２を移動させて両シール面４１、４２を互いに密着させた状態にすることができるため、その後に非回転軸２の流路に供給されたクーラント液がシール部４から漏れ出すことを防止することができるようになる。

なお、非回転軸２の流路である供給穴（非回転軸側流路）２ａにクーラント液が供給されると同時にピン挿通孔１３内にエア圧力を供給した場合でも、非回転軸２を移動させて両シールリング４１、４２のシール面が互いに密着するまでの時間を短縮することができるため、シール部４からクーラント液が漏れ出すことを抑制することができるようになる。

なお、非回転軸２の流路である供給穴（非回転軸側流路）２ａに供給される内部流体圧力が負圧である場合でも、非回転軸２をロータ軸３方向に移動させて両シール面４１、４２を互いに密着させることができ、これにより、回転軸２側の流路を負圧にすることができるようになる。

また、圧力調整器５２でピン挿通孔１３に供給されるエア圧力を調整することにより、運転状況に応じてシール面４１、４２間の面圧を調整することができるようになる。

さらに、ピン挿通孔１３に供給されるエア圧力を、非回転軸２側流路に供給される内部流体圧力、又はロータ軸３の回転数に応じて制御するように構成することにより、非回転軸２側流路に供給される内部流体圧力又はロータ軸３の回転数の変動に応じて両シール面４１、４２の面圧を自動調整することができるようになる。

従って、漏電の虞がある電力を用いることなしに、シール部４のシール性が不完全な状態にある時でも、シール部４からの液漏れを抑制することができると共に、運転状況に応じて両シール面４１、４２の面圧調整が可能になるという効果が得られる。

また、ピン２３が挿入されたピン挿通孔１３に非回転軸２側流路に供給される内部流体圧力とは別系統の圧力エアが供給され、該圧力エアをピン２３における拡大頭部２３ｂの端面２４が受圧することによって非回転軸２をロータ軸３方向に移動させて両シール面４１、４２を互いに密着させるように構成されることにより、従来から備えられていたピン２３を利用し、簡単な構造の追加のみで第１流体圧付勢手段を備えることができるようになるという効果が得られる。

また、ロータ軸３が工作機械の回転軸に接続されることで、シール部４からの液漏れを抑制することができるため、重要部品である軸受けや主軸モータ等が被害を被ることを防止することができるようになる。

次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、この他の実施例については、前記実施例１と同様の構成部分の図示および説明は省略し、もしくは同一の符号を付してその説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

この実施例２のロータリジョイントは、図４の断面図に示すように、非回転軸２には該非回転軸２をロータ軸３方向に移動させて両シール面４１、４２を互いに密着させる方向に付勢する圧縮コイルスプリング等（第１付勢手段）６が備えられている点が前記実施例１とは相違したものである。
即ち、この実施例２では、フランジ部２２とケーシング１に形成された軸方向穴１４との間に圧縮コイルスプリング等６が介装されている。

従って、この実施例２では、上記実施例１と同様の効果が得られる他に、圧縮コイルスプリング等６による付勢力を補強し、面圧力を任意に調節することができるようになるという効果が得られる。

以上、本発明の実施例を説明してきたが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

例えば、実施例では、本発明を工作機械におけるクーラントを供給するロータリジョイント部分に適用する例を示したが、その他の全てのロータリジョイント部分に適用することができる。

また、実施例では、流体圧付勢手段５をピン２３における拡大頭部２３ｂの第１受圧面に非回転軸２側流路に供給される内部流体圧力とは別系統の流体圧力を受圧させる構造としたが、その他の部分に受圧面を形成させてもよい。また、流体圧力としては、液圧であってもよい。

実施例１のロータリジョイントを示す図２のＩ−Ｉ線における断面図である。 図１のII−II線における断面図である。 図１の III−III 線における断面図である。 実施例２のロータリジョイントを示す断面図である。

１ ケーシング
１１ 摺動支持孔
１２ Ｏリング
１３ ピン挿通孔
１４ 軸方向穴
２ フローティングシート（固定軸）
２ａ 供給穴（固定軸側流路）
２１ 軸部
２２ フランジ部
２２ａ 雄ねじ孔
２３ ピン
２３ａ 係合溝
２３ｂ 拡大頭部
２３ｃ 雄ねじ部
２４ 第１受圧面
３ 主軸モータのロータ軸（回転軸）
３ａ 供給穴（回転軸側流路）
４ シール部
４１ シール面
４２ シール面
５ 第１流体圧付勢手段
５１ エアポンプ
５２ 圧力調整器（圧力調整手段）
６ 圧縮コイルスプリング等（第１付勢手段）

Claims (3)

1. 軸心にそれぞれ流路が備えられた非回転軸と回転軸との対向端面にはそれぞれシール面が備え付けられ、前記非回転軸は回転が阻止された状態、且つケーシングに形成された摺動支持孔に沿って移動自在に設けられていて前記非回転軸を回転軸方向に移動させて前記両シール面を互いに密着させることによりシール部が形成されるように構成されたロータリジョイントであって、
   前記非回転軸側流路に供給される内部流体圧力とは別系統の流体圧力により前記非回転軸を回転軸方向に移動させて前記両シール面を互いに密着させる方向に付勢する第１流体圧付勢手段が備えられ、
   前記非回転軸は該非回転軸を軸方向に移動自在に支持するケーシングに対し非回転軸から突出形成されたピンが前記ケーシングに軸方向に形成されたピン挿通孔内に移動自在に挿入できる様に設けられており、
   前記ピンには前記回転軸方向に推力を発生させる第１受圧面が形成され、
   前記第１流体圧付勢手段は、前記ピンが挿入されたピン挿通孔に前記非回転軸側流路に供給される内部流体圧力とは別系統の流体圧力が供給され、該流体圧力を前記ピンの第１受圧面で受圧することによって前記非回転軸を回転軸方向に移動させて前記両シール面を互いに密着させる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. 軸心にそれぞれ流路が備えられた非回転軸と回転軸との対向端面にはそれぞれシール面が備え付けられ、前記非回転軸は回転が阻止された状態、且つケーシングに形成された摺動支持孔に沿って移動自在に設けられていて前記非回転軸を回転軸方向に移動させて前記両シール面を互いに密着させることによりシール部が形成され、前記非回転軸には該非回転軸を回転軸方向に移動させて前記両シール面を互いに密着させる方向に付勢する第１付勢手段が備えられたロータリジョイントであって、
   前記非回転軸側流路に供給される内部流体圧力とは別系統の流体圧力により前記非回転軸を回転軸方向に移動させて前記両シール面を互いに密着させる方向に付勢する第１流体圧付勢手段が備えられ、
   前記非回転軸は該非回転軸を軸方向に移動自在に支持するケーシングに対し非回転軸から突出形成されたピンが前記ケーシングに軸方向に形成されたピン挿通孔内に移動自在に挿入できる様に設けられており、
   前記ピンには前記回転軸方向に推力を発生させる第１受圧面が形成され、
   前記第１流体圧付勢手段は、前記ピンが挿入されたピン挿通孔に前記非回転軸側流路に供給される内部流体圧力とは別系統の流体圧力が供給され、該流体圧力を前記ピンの第１受圧面で受圧することによって前記非回転軸を回転軸方向に移動させて前記両シール面を互いに密着させる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。
3. 請求項１または２に記載のロータリジョイントにおいて、前記ピンが前記非回転軸に対し固定されることにより、非回転軸の回転を阻止する回り止めピンとしての役目をなす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。

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