JP4745359B2

JP4745359B2 - 切削加工機用ロータリジョイント

Info

Publication number: JP4745359B2
Application number: JP2008075414A
Authority: JP
Inventors: 英二奥町; 正樹宮本; 理鈴木
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 2008-03-24
Filing date: 2008-03-24
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2028-03-24
Also published as: JP2009228804A

Description

本発明は、切削加工機（例えば、アルミニウム，マグネシウム等の軽金属を切削する高速回転切削加工機）の水平主軸であるスピンドルに切削部冷却用の冷却液等を供給させるための切削加工機用ロータリジョイントに関するものである。

切削加工機においては、スピンドルから切削部冷却用の冷却液（冷却水等）を噴出させることがあり、更にはスピンドルからワークのチャッキング検出器へとチャッキング検出用の高圧ガス（エア等）を供給させることがあるが、このような冷却液や高圧ガスをスピンドルに供給する手段としてロータリジョイントを使用することが考えられる。

一方、従来のロータリジョイントとしては、例えば、有底筒状のケース体とこれに回転自在に連結された軸体との間に、軸体とケース体との対向端面部間に形成され且つ端面接触形メカニカルシールによりシールされた第１シール空間と、軸体を貫通して第１シール空間に連通する第１軸側通路と、ケース体を貫通して第１シール空間に連通する第１ケース側通路とからなる一連の第１流路を形成したもの（例えば、特許文献１の図１を参照）や上記ケース体と軸体との間に、上記構成の第１流路に加えて、軸体とケース体との対向周面部間に形成され且つ端面接触形メカニカルシールによりシールされた第２シール空間と、軸体を貫通して第２シール空間に連通する第２軸側通路と、ケース体を貫通して第２シール空間に連通する第２ケース側通路とからなる一連の第２流路を形成したもの（例えば、特許文献２の図１を参照）が周知であり、前者のロータリジョイント（以下「第１従来ジョイント」という）は冷却液をスピンドルに供給する手段として使用することができ、後者のロータリジョイント（以下「第２従来ロータリジョイント」という）は冷却液及び高圧ガスをスピンドルに供給する手段として使用することができる。

特開２００１−１４１１４９公報特開平１１−２８７３７１号公報

しかし、第１又は第２従来ジョイントでは、第１流路の相対回転部分である第１シール空間をシールする端面接触形メカニカルシールにおいて両密封環の対向端面である密封端面の内径が異なっており、第１流路における両密封端面の衝合箇所には段差が生じることから、第１流路を冷却液の流動路として使用した場合、この段差において冷却液の流動が円滑に行われず、冷却液に含有される切粉等の微細固形物が滞留，堆積して密封端面間に噛み込み、当該メカニカルシールによる良好なシール機能が発揮されない虞れがある。而して、冷却液による冷却能力を高めるためには当該冷却液の圧力をより高圧することが好ましいが、このように高圧の冷却液を流動させる場合やスピンドルに伴って軸体が高速回転する場合には、上記問題は更に顕著となり、切削加工機用ロータリジョイントとして好適に使用できない。また、第２従来ジョイントの第２流路においては、第２シール空間が複雑な形状をなしているため、第２流路を冷却液の流動路として使用した場合、第１流路を冷却液の流動路として使用した場合におけると同様に上記問題が生じる。これらの点から、第１又は第２従来ジョイントにあっては、冷却液の高圧化や軸体の高速化を図るにも限度があり、冷却能力の向上を図ることが極めて困難である。

また、第２従来ジョイントを使用して、例えば、第１流路に冷却液を流動させると共に第２流路にワークのチャッキング検出用の高圧ガスを流動させるようにした場合、第２シール空間が端面接触形メカニカルシールでシールされているため、当該メカニカルシールにおける密封環の相対回転摺接部分の潤滑が不十分となる。かかるドライ条件下での潤滑不良を回避するために、第２シール空間を非接触形メカニカルシールでシールすることも考えられるが、その場合には次のような問題が生じる。すなわち、端面接触形メカニカルシールは被密封流体（冷却液）の漏れを許容しないものであるが、前記相対回転摺接部分の潤滑を行うために、微量ながらも被密封流体は第１シール空間外に漏洩することになる。一方、第２シール空間を非接触形メカニカルシールでシールする場合、被密封流体（チャッキング検出用ガス）が第２シール空間外に常時漏洩することになるが、このガス漏洩領域と上記冷却液の漏洩領域とは連通されている。したがって、第１シール空間外への冷却液の漏洩が進行すると、それが非接触形メカニカルシールでシールされた第２シール空間内の圧力つまり第２流路を流動するチャッキング検出用ガスの圧力が変動することなり、その結果、ワークのチャッキング検出が適正に行われず、誤動作する虞れが生じる。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、冷却液又は冷却液及びチャッキング検出用ガスを切削加工機のスピンドルに供給する手段として好適に使用することができ、切削部の冷却能力の向上又はこれに加えてワークのチャッキング検出の信頼性の向上を図ることができる切削加工機用ロータリジョイントを提供することを目的とするものである。

本発明は、第１に、有底筒状のケース体とこれに水平軸線回りで回転自在に連結された軸体との間に、切削部冷却用の冷却液を流動させる第１流路及びワークのチャッキング検出用の高圧ガスを流動させる第２流路を形成してなる切削加工機用ロータリジョイントであって、第１流路は、軸体とケース体との対向端面部間に形成され且つ第１シール部材によりシールされた第１シール空間と、軸体を貫通して第１シール空間に連通する第１軸側通路と、ケース体を貫通して第１シール空間に連通する第１ケース側通路とからなる一連のものであり、第２流路は、軸体とケース体との対向周面部間に形成され且つ第２シール部材によりシールされた第２シール空間と、軸体を貫通して第２シール空間に連通する第２軸側通路と、ケース体を貫通して第２シール空間に連通する第２ケース側通路とからなる一連のものであり、第１シール部材は、軸体の端面部に固定された固定密封環と、当該端面部に対向するケース体の端面部に軸線方向に移動可能に保持された可動密封環と、これを固定密封環へと押圧附勢するスプリング部材とを具備して、両密封環の対向端面の相対回転により、当該対向端面を接触状態に保持しつつ、当該相対回転部分の内周側領域である第１シール空間とその外周側領域である第１ドレン空間とを遮蔽シールするように構成された端面接触形メカニカルシールであり、第２シール部材は、軸体の外周面部に固定された１つの回転密封環と、回転密封環の両側に配してケース体の内周面部に軸線方向に移動可能に保持された一対の静止密封環と、各静止密封環を回転密封環へと押圧附勢するスプリング部材とを具備して、回転密封環と各静止密封環との各対向端面の相対回転により、当該各対向端面をその一方に形成した動圧発生溝により非接触状態に保持しつつ、当該相対回転部分の外周側領域である第２シール空間とその内周領域である第２ドレン空間とを遮蔽するように構成された非接触形メカニカルシールであり、回転密封環には、これを径方向に貫通して第２シール空間と第２軸側通路とを連通する連通路が形成されており、ケース体には、第１ドレン空間及び回転密封環の両側に位置する２つの第２ドレン空間に各別に連通するドレン排出路が形成されており、軸体とケース体との間には、第１ドレン空間とこれに連通する一方の第２ドレン空間とを区画する環状シールが配設されていることを特徴とする切削加工機用ロータリジョイントを提案するものである。

また、本発明は、第２に、有底筒状のケース体とこれに水平軸線回りで回転自在に連結された軸体との間に、切削部冷却用の冷却液を流動させる第１流路及びワークのチャッキング検出用の高圧ガスを流動させる第２流路を形成してなる切削加工機用ロータリジョイントであって、第１流路は、軸体とケース体との対向端面部間に形成され且つ第１シール部材によりシールされた第１シール空間と、軸体を貫通して第１シール空間に連通する第１軸側通路と、ケース体を貫通して第１シール空間に連通する第１ケース側通路とからなる一連のものであり、第２流路は、軸体とケース体との対向周面部間に形成され且つ第２シール部材によりシールされた第２シール空間と、軸体を貫通して第２シール空間に連通する第２軸側通路と、ケース体を貫通して第２シール空間に連通する第２ケース側通路とからなる一連のものであり、第１シール部材は、軸体の端面部に固定された固定密封環と、当該端面部に対向するケース体の端面部に軸線方向に移動可能に保持された可動密封環と、これを固定密封環へと押圧附勢するスプリング部材とを具備して、両密封環の対向端面の相対回転により、当該対向端面を接触状態に保持しつつ、当該相対回転部分の内周側領域である第１シール空間とその外周側領域である第１ドレン空間とを遮蔽シールするように構成された端面接触形メカニカルシールであり、第２シール部材は、軸体の外周面部に固定された１つの回転密封環と、回転密封環の両側に配してケース体の内周面部に軸線方向に移動可能に保持された一対の静止密封環と、各静止密封環を回転密封環へと押圧附勢するスプリング部材とを具備して、回転密封環と各静止密封環との各対向端面の相対回転により、当該各対向端面をその一方に形成した動圧発生溝により非接触状態に保持しつつ、当該相対回転部分の外周側領域である第２シール空間とその内周領域である第２ドレン空間とを遮蔽するように構成された非接触形メカニカルシールであり、回転密封環には、これを径方向に貫通して第２シール空間と第２軸側通路とを連通する連通路が形成されており、ケース体には、これを貫通して第１及び第２ドレン空間に連通するドレン排出路が形成されており、固定密封環及び可動密封環の内周面には、両密封環の対向端面に向かって漸次拡径し且つ当該対向端面において同一径となるテーパ面が形成されていることを特徴とする切削加工機用ロータリジョイントを提案する。

これらのロータリジョイントの好ましい実施の形態にあって、ケース体には、第１ドレン空間及び回転密封環の両側に位置する２つの第２ドレン空間に各別に連通するドレン排出路が形成されており、軸体とケース体との間には、第１ドレン空間とこれに連通する一方の第２ドレン空間とを区画する環状シールが配設されている。また、これらのロータリジョイントは、第１流路を流動する冷却液が切粉を含有するスラリ液である場合や、第１流路を冷却液及びガスを選択的に流動させる気液兼用流路として使用する場合にも、適用することができる。

本発明の切削加工機用ロータリジョイントによれば、固定密封環及び可動密封環の内周面に両密封環の接触面（両密封環の対向端面たる密封端面）において同一径となるテーパ面を形成して、第１流路に当該テーパ面による液溜りを形成するようにしたから、第１流路を冷却液用流路として使用する場合及び気液兼用流路として使用する場合の何れにおいても、高圧化，高速化を図ることができ、冷却液による切削部の冷却能力向上を実現することができる。また、第１流路に加えてワークのチャッキング検出用の高圧ガスを流動させる第２流路を設けた場合においては、第２流路内の圧力が第１流路からの漏洩液による影響を受けないように工夫したことによって、ワークのチャッキング検出が適正に行われ、切削部の冷却能力向上と相俟って、切削加工機による切削加工を高精度に行わしめることができる。

図１は本発明に係る切削加工機用ロータリジョイントの第１の実施形態を示す縦断側面図であり、図２は図１の要部を拡大して示す詳細図である。また、図３は本発明に係る切削加工機用ロータリジョイントの第２の実施形態を示す縦断側面図であり、図４は図３の要部を拡大して示す詳細図である。なお、以下の説明において前後とは、図１及び図３における左右を意味するものとする。

第１の実施の形態における本発明に係る切削加工機用ロータリジョイント（以下「第１ロータリジョイント」という）Ｒ１は、図１に示す如く、軸線を水平とする軸体１とこれを内周部に回転自在に軸受支持２，３する有底筒状のケース体４との間に、切削加工機（例えば、アルミニウム，マグネシウム等の軽金属を切削する高速回転切削加工機）の水平主軸たるスピンドルから切削部に供給される切削部冷却用の冷却液（冷却水等）１１を流動させる第１流路５及び当該スピンドルからワークのチャッキング検出器に供給されるチャッキング検出用の高圧ガス（高圧空気等であり、以下「検出用ガス」という）１７を流動させる第２流路６を形成してなるものである。

軸体１は、図１に示す如く、軸線（以下、「軸線」というときは、軸体１の軸線をいうものとする）を水平として前後方向に延びる円柱状の軸部１８とその外周部に嵌合固着された円筒状の外筒部１９とその前端部に一体形成された環状のフランジ部２０とからなり、フランジ部２０により前記スピンドル（図示せず）に軸線を一致させた状態で取付けられる。なお、軸部１８の前端部はフランジ部２０より前方に突出しており、外筒部１９の後端部は軸部１８より後方に突出している。

ケース体４は、図１に示す如く、円筒状の周壁部２１とその後端部を閉塞する側壁部２２とからなる有底筒状のものであり、周壁部２１の前端部と軸体１の外筒部１９の前端部との対向周面間に配設したベアリング２，３により、軸体１を水平軸線周りで回転自在に且つ軸線方向移動不能に連結支持している。ケース体４は、前記切削加工機の機枠等の静止部材に取付けられる。なお、ケース体４の周壁部２１は、ベアリング２，３を支持する前端部分２１ａと側壁部２２に一体形成された後端部分２１ｄと両部分２１ａ，２１ｄ間を連結する第１及び第２中間部分２１ｂ，２１ｃとに分割された構造をなしている。

第１流路５は、両体１，４の対向端面部間に形成され且つ第１シール部材７によりシールされた第１シール空間８と、軸体１を貫通して第１シール空間８に連通する第１軸側通路９と、ケース体４を貫通して第１シール空間８に連通する第１ケース側通路１０とからなる一連のものであり、この例では、冷却液１１に加えてガス１２をも流動させる気液兼用流路として使用されている。気液兼用流路として使用される場合としては、１つの切削工程において第１流路５が液体流路及び気体流路として使用される場合と、被切削加工物（ワーク）を種類等の性状を変更すること等により、第１流路５が変更前の切削工程においては専ら液体流路（又は気体流路）として使用され、変更後の切削工程においては専ら気体流路（又は液体流路）として使用される場合とがある。前者の場合としては、例えば、切削加工中においては切削部を冷却させるための冷却液（クーラント）１１を循環流動させるための液体流路として使用され、切削終了後においては切削部の清掃等を行うための高圧空気等のガス１２を供給させる気体流路として使用されるケースがある。なお、冷却液１１は循環使用されるものであるため、第１流路５を流動する冷却液１１には微細な切削屑（切粉）が含有されることになる。

第１シール部材７は、図１に示す如く、軸線方向（前後方向）において両体１，４の対向端部間つまり軸体１の外筒部１９の後端部とケース体４の側壁部２２の前端部との間に配設されたメカニカルシールであって、外筒部１９の後端部に固定された固定密封環２３と、側壁部２２に軸線方向に移動可能に保持された可動密封環２４と、可動密封環２４と側壁部２２との間に介装されたスプリング部材２５とを具備して、両密封環２３，２４の対向端面たる密封端面２３ａ，２４ａの相対回転により、当該相対回転部分２３ａ，２４ａの内周側領域（密封環２３，２４内の領域）である第１シール空間８とその外周側領域（密封環２３，２４外の領域）である第１ドレン空間２６とを遮蔽シールするように構成された端面接触形メカニカルシールである。

固定密封環２３は、図１及び図２に示す如く、円筒状に構成されており、軸体１と同心状をなして、その外筒部１９の後端内周部に嵌合固定されている。固定密封環２３の先端面（後端面）は、軸線に直交する環状平滑面である密封端面２３ａに構成されている。

可動密封環２４は、図２に示す如く、円筒状の本体部２７とその前端部に嵌合固着した円環状のフランジ部２８とからなるものであり、本体部２７をケース体４の側壁部２２に形成した保持孔２２ａにＯリング２９を介して嵌合させることにより、ケース体４に固定密封環２３と同心対向状をなして軸線方向移動可能に二次シールされた状態で保持されている。本体部２７の先端面（前端面）は、軸線に直交する環状平滑面である密封端面２４ａに構成されている。なお、ケース体４の側壁部２２には軸線方向に延びるドライブピン３０が突設されていて、このドライブピン３０をフランジ部２８に形成した係合孔２８ａに係合させることにより、可動密封環２４をその軸線方向移動を許容しつつケース体４に対する相対回転不能ならしめている。

スプリング部材２５は、図１及び図２に示す如く、可動密封環２４のフランジ部２８とケース体４の側壁部２２との間に介装された複数個（１個のみ図示）のコイルスプリングで構成されており、可動密封環２４を、両密封端面２３ａ，２４ａが相互に押圧接触せしめられるべく、固定密封環２３へと押圧附勢するものである。

各密封環２３，２４の内周面には、図２に示す如く、密封端面２３ａ，２４ａに向かって漸次拡径し且つ密封端面２３ａ，２４ａにおいて同一径となるテーパ面３１，３２が形成されている。すなわち、固定密封環２３の内周面における基端側部分（前端側部分）は一定径の円柱面３３とされており、当該内周面における先端側部分（後端側部分）は当該円柱面３３の端部から密封端面２３ａへと円錐状に拡径する第１テーパ面３１とされている。また、可動密封環２４の内周面における基端側部分（後端側部分）は前記円柱面３３と同心且つ同一径の円柱面３４とされており、当該内周面における先端側部分（前端側部分）は当該円柱面３４の端部から密封端面２４ａに向かって漸次拡径する円錐面３２ａとその縁部（最大径部）から一定径をなして密封端面２４ａへと延びる円柱面３２ｂとからなる第２テーパ面３２とされている。第１テーパ面３１の最大径（密封端面２３ａの内径）と第２テーパ面３２の最大径（円錐面３２ａの最大径ないし円柱面３２ｂの径であって密封端面２４ａの内径）とは同一に設定されている。すなわち、両密封端面２３ａ，２４ａの内周縁は合致されている。

第１軸側通路９は、図１に示す如く、軸体１の中心部を貫通して軸線方向に延びて可動密封環２３内つまり第１シール空間８に連通している。第１軸側通路９は断面径が一定の直線状貫通孔であり、その内周面は固定密封環２４の基端側内周面である円柱面３３と同心且つ同一径の円柱面とされている。したがって、第１軸側通路９と第１シール空間８とで形成される流路は、テーパ面３１，３２が形成された箇所を除いて同一径をなして直線状に延びる水平流路に構成されており、当該水平流路の途中にテーパ面３１，３２で構成される環状凹部３５が形成されている。テーパ面３１，３２の形状（傾斜角度等）は、液体１１が環状凹部３５内を層流をなして通過するように設定されている。なお、第１軸側通路９の下流端部（軸体１の前端部における開口部）はスピンドルに形成された冷却液１１の供給ライン（少なくとも上流側部分はガス１２の供給ラインとして兼用されている）に接続されている。

第１ケース側通路１０は、図１に示す如く、ケース体４の側壁部２２の上端部から径方向に延びて可動密封環２４内つまり第１シール空間８に連通している。なお、第１ケース側通路１０の上流端部（側壁部２２における開口端部）は、切り替え可能な冷却液１１の循環供給源及びガス１２の供給源に接続されており、液体１１及びガス１２が選択的に第１ケース側通路１０から第１シール空間８へと供給される。

以上のように構成された第１流路５にあっては、液体１１又は気体１２が第１ケース側通路１０から密封環２３，２４内の第１シール空間８を経て第１軸側通路９へと流動される。第１流路を冷却液１１が流動する場合、当該流路５が水平であることから、図２に示す如く、テーパ面３１，３２で構成される環状凹部３５の下側部分が液溜り３５ａとなり、この液溜り３５ａには、常時、冷却液１１が滞留することになる。したがって、密封環２３，２４の相対回転により、液溜り３５内の冷却液１１が環状凹部３５の全周にもたらされて、密封端面２３ａ，２４ａの潤滑剤として機能する。したがって、上記した軽金属を切削する高速回転切削加工機における如くスピンドルが高速回転して、密封環２３，２４が高速で相対回転する場合において冷却液１１が高圧である高負荷条件下においても、密封端面２３ａ，２４ａの冷却液１１による潤滑が十分に行われる。また、ガス１２が流動される場合のように液潤滑が行われないドライ運転条件下においても、液溜り３５ａに残存する冷却液１１が上記した如く環状凹部３５の全周にもたらされて、密封端面２３ａ，２４ａの潤滑が良好に行われることになる。したがって、メカニカルシール７によるシール機能が適正に発揮され、冷却液１１及びガス１２のスピンドルへの供給を良好に行うことができる。しかも、第１テーパ面３１の最大径（密封端面２３ａの内径）と第２テーパ面３２の最大径（円錐面３２ａの最大径ないし円柱面３２ｂの径であって密封端面２４ａの内径）とは同一に設定されているから、つまり両密封端面２３ａ，２４ａの内周縁は合致されていて密封環２３，２４の衝合部分には段差が生じていないことから、この衝合部分（液溜り３５ａ）においては冷却液１１が円滑に流動されて、冷却液１１に含まれる微細固形物（切粉）が滞留，堆積することがなく、微細固形物が密封端面２３ａ，２４ａ間に侵入することがなく、高圧，高速条件下においても良好なシール機能（第１シール部材７によるメカニカルシール機能）が発揮される。すなわち、冷却液１１が微細固形物（切粉）を含有するスラリ液である場合には、微細固形物が液溜り３５ａに滞留，堆積して、密封端面２３ａ，２４ａ間に噛み込む虞れがあるが、液溜り３５ａを形成するテーパ面３１，３２を、上記した如く、冷却液１１が当該液溜り３５ａを層流をなして通過するように設定しておくことにより、微細固形物が液溜り３５ａ内に滞留，堆積することがなく、微細固形物の密封端面２３ａ，２４ａ間への噛み込みが生じることはない。

第２流路６は、図１に示す如く、両体１，４の対向周面部間に形成され且つ第２シール部材１３によりシールされた第２シール空間１４と、軸体１を貫通して第２シール空間１４に連通する第２軸側通路１５と、ケース体４を貫通して第２シール空間１４に連通する第２ケース側通路１６とからなる一連のものであり、専ら検出用ガス１７を流動させる気体専用流路として使用される。

第２シール部材１３は、図１に示す如く、軸体１の外周面部に固定された１つの回転密封環３６と、回転密封環３６の前後両側に配してケース体４の内周面部に軸線方向に移動可能に保持された一対の静止密封環３７，３７と、各静止密封環３７を回転密封環３６へと押圧附勢するスプリング部材３８，３８とを具備して、回転密封環３６と各静止密封環３７との各対向端面たる密封端面３６ａ，３７ａの相対回転により、当該各密封端面３６ａ，３７ａをその一方に形成した動圧発生溝３９により非接触状態に保持しつつ、当該相対回転部分３６ａ，３７ａの外周側領域である第２シール空間１４とその内周領域である第２ドレン空間４０，４１とを遮蔽するように構成された非接触形メカニカルシールである。すなわち、第２シール部材１３は、一対の非接触形メカニカルシールをダブルシール配置したものにおいて当該両メカニカルシールの回転密封環３６を兼用させた構造をなすものである。

各静止密封環３７は、図１に示す如く、円筒状に構成されたものであって、ケース体４の周壁部２１（第１中間部分２１ｂ又は第２中間部分２１ｃ）の内周面部にＯリング４２を介して嵌合させることにより、ケース体４に回転密封環３６と同心対向状をなして軸線方向移動可能に二次シールされた状態で保持されている。各静止密封環３７の先端面（回転密封環３６に直対向する後端面又は前端面）は、軸線に直交する環状平滑面である密封端面３７ａに構成されている。なお、ケース体４の第１中間部分２１ｂ及び第２中間部分２１ｃには軸線方向に延びるドライブピン４３，４３が突設されていて、各ドライブピン４３を静止密封環３７の背面部に形成した係合凹部に係合させることにより、各静止密封環３７をその軸線方向移動を許容しつつケース体４に対する相対回転不能ならしめている。

回転密封環３６は、図１に示す如く、円環状に構成されたものであって、軸体１と同心状をなして、ケース体１４の第２中間部分２１ｃに対応する位置において軸体１の外筒部１９の外周面部に嵌合固定されている。固定密封環３６の両端面（前後端面）は、軸線に直交する環状平滑面である密封端面３６ａに構成されている。固定密封環３６の各密封端面３６ａには、周知の動圧形ノンコンタクトガスシールにおけると同様の動圧発生溝３９が形成されていて、第２シール空間１４に導入された検出用ガス１７により各密封端面３６ａ，３７ａ間に動圧を発生させ、これによって各密封端面３６ａ，３７ａを非接触状態に保持するようになっている。

各スプリング部材３８は、図１に示す如く、各静止密封環３７とケース体４の第１中間部分２１ｂ又は第２中間部分２１ｃとの間に介装された複数個（１個のみ図示）のコイルスプリングで構成されており、各静止密封環３７を回転密封環３６へと押圧附勢するものである。

第２ケース側通路１６は、図１に示す如く、ケース体４の周壁部２１の適所（第２中間部分２１ｃ）を径方向に貫通して第２シール空間１４に連通するものであり、その上流端部（周壁部２１の外周面における開口端部）は検出用ガス１７の供給源に接続されている。

第２軸側通路１５は、図１に示す如く、軸体１の軸部１８と外筒部１９との対向周面間に形成されて軸線方向に延びる環状通路４４と、回転密封環３６に対応する位置において外筒部１９を径方向に貫通して環状通路４４の後端部に連通する入口通路４５と、軸部１８の前端部に穿設されて環状通路４４の前端部に連通する出口通路４６と、回転密封環３６を径方向に貫通して入口通路４５と第２シール空間１４とを連通する連通路４７とからなる。出口通路４６は、スピンドルに形成された検出用ガスラインに接続されている。

以上のように構成された第２流路６にあっては、検出用ガス１７が第２ケース側通路１６から第２シール部材１３でシールされた第２シール空間１４を経て第２軸側通路１５へと流動される。このとき、第２シール部材１３によるシール部分つまり回転密封環３６と両静止密封環３７，３７とが非接触状態に保持されることから、各密封端面３６ａ，３７ａが液潤滑されないドライ状態にあるにも拘わらず、当該密封端面３６ａ，３７ａが焼き付く等の問題を生じることなく、第２シール部材１３によるシール機能が良好に発揮され、検出用ガス１７を良好に流動させることができる。

ところで、第２シール部材１３は所定量の漏れを許容する非接触形メカニカルシールであるから、非接触状態にある各密封端面３６ａ，３７ａからは検出用ガス１７が第２ドレン空間４０，４１へと漏洩し続けることになる。したがって、当該ドレン空間４０，４１が密閉空間である場合には、第２シール部材１３からの漏洩ガス１７ａによって、第２流路６を流動する検出用ガス１７の圧力つまりスピンドルに供給される（ワークのチャッキング検出器に供給される）検出用ガス１７の圧力が変動する虞れがある。また、第１シール部材７は、第２シール部材１３と異なって漏れを許容しない端面接触形メカニカルシールではあるが、密封端面２４ａ，２５ａからは液潤滑のため微量ではあるが冷却液１１が第１ドレン空間２６に漏洩する可能性がある。したがって、第１ドレン空間２６が一方の第２ドレン空間４１に連通していることから、第１シール部材１３からの漏洩液１１ａによっても、第２流路６を流動する検出用ガス１７の圧力つまりスピンドルに供給される検出用ガス１７の圧力が変動する虞れがある。

而して、このような圧力変動があるとワークのチャッキング状態を適正に検出することができず、誤動作を生じる虞れがあるため、上記した第１ロータリジョイントＲ１にあっては、漏洩流体１１ａ，１７ａによる第２流路６内の圧力への悪影響を排除すべく、次のように工夫している。

すなわち、図１に示す如く、軸体１とケース体４との間に設けた環状シール４８によりドレン空間２６，４１を相互に連通しない独立空間に区画すると共に、ケース体４に各ドレン空間２６，４０，４１に連通するドレン排出路４９，５０，５１を形成して、第１及び第２シール部材７，１３からの漏洩流体１１ａ，１７ａ，１７ａを各ドレン排出路４９，５０，５１から速やかに排出させるように工夫している。環状シール４８は外周部をケース体４の周壁部２１の適所（後端部分２１ｄ）に取付けたブッシュシールであって、その内周部を軸体１の外周面（外筒部１９の外周面）に近接させることにより、第１ドレン空間２６とこれに連通する一方の第２ドレン空間４１との間を区画する。ケース体４の周壁部２１における各ドレン空間２６，４０，４１に対応する部分には、夫々、下方に開口するドレン排出路４９，５０，５１が形成されていて、各メカニカルシール７，１３からの漏洩流体１１ａ，１７ａ，１７ａが各別に排出される。したがって、第２流路６内におけるガス圧力（検出用ガス１７の圧力）が、漏洩流体１１ａ，１７ａによって悪影響を受けることがなく、所定の設定圧に保持されることになり、ワークのチャッキング検出器が誤動作することなくチャッキング検出を適正に行うことができる。

また、第２の実施の形態における本発明に係る切削加工機用ロータリジョイント（以下「第２ロータリジョイント」という）Ｒ２は、図３に示す如く、軸線を水平とする軸体１とこれを内周部に回転自在に軸受支持２，３する有底筒状のケース体４との間に、第１及び第２流路５，６を形成してなるものであり、以下の点を除いて第１ロータリジョイントＲ１と同一構成をなすものである。なお、第１ロータリジョイントＲ１と同一構成部分については、図３及び図４において図１及び図２と同一の符号を付することにより、その説明は省略する。

すなわち、第２ロータリジョイントＲ１にあっては、図３及び図４に示す如く、固定密封環２３を、密封端面２３ａを形成した円環状の本体部５２とその外周縁から前方に突出する円筒状の嵌合部５３とからなる有底筒状の一体構成物として、軸体１の外筒部１９の先端部（後端部）に外嵌固定してある。また、可動密封環２４を、密封端面２４ａを形成した円筒状の本体部５４とその外周部に突設した円環状の鍔部５５とからなる筒状の一体構成物として、ケース体４の側壁部２２に形成した保持孔２２ａにＯリング２９を介して軸線方向移動可能に保持させてある。また、スプリング部材２５を、可動密封環２４の本体部５４に挿通させた状態で鍔部５５と保持孔２２ａの内周部に突設したＯリング溝形成部との間に介装した１つのコイルスプリングで構成して、可動密封環２４を固定密封環２３へと押圧附勢させるようにしている。また、各密封環２３，２４の内周面には、図３に示す如く、第１ロータリジョイントＲ１と同様形状をなすテーパ面３１，３２が形成されているが、図４に示す如く、第１ロータリジョイントＲ１と異なって、第１軸側通路９をテーパ面３１，３２の円柱面３３，３４より小径として、当該第１軸側通路９の後端内周面を第１テーパ面３１の円柱面３３に連なる円錐面９ａとしてある。

以上のように構成された第２ロータリジョイントＲ２にあっても、上記した第１ロータリジョイントＲ１におけると同様の作用効果が奏せられ、各流体１１，１２，１７を相対回転部材１，４間において良好に流動させることができる。

なお、本発明は上記した第１又は第２の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において、適宜に改良，変更することができる。

例えば、第１又は第２の実施の形態においては、液溜り３５ａにおける冷却液１１の流動が層流をなして円滑に行われるように、図２又は図４に示す如く、テーパ面３１，３２の接合部分を円柱面３２ｂに構成したが、つまり円錐面３１，３２ａが円柱面３２ｂを介して接合されるようにしたが、図５又は図６に示す如く、円錐面３１，３２ａの少なくとも一方を緩傾斜とすることによって、このような円柱面３２ｂを排除することができる。すなわち、図５に示すものでは、第１ロータリジョイントＲ１において、固定密封環２３の内周面全体を密封端面２３ａへと漸次拡径する円錐状のテーパ面３１とすると共に、可動密封環２４のテーパ面３２を密封端面２４ａへと漸次拡径する円錐面３２ａとしている。また図６に示すものでは、第２ロータリジョイントＲ２において、各密封環２３，２４の内周面全体を密封端面２３ａ，２４ａへと漸次拡径する円錐状のテーパ面３１，３２としている。

また、第１又は第２の実施の形態においては、第１流路５を冷却液１１及びガス１２を選択的に流動させる気液兼用流路として使用したが、冷却液１１のみを流動させる冷却液専用流路として使用することもできる。また、第１流路５を気体流動路としても使用される場合には、ガス１２を流動させるケースの他、真空吸引するケースも含まれる。すなわち、第１流路５は液供給モードと真空吸引モードとを切り替える気液兼用流路としても使用することができる。また、本発明に係るロータリジョイントは、第２流路６を必要としない用途にも使用することができる。

第１ロータリジョイントを示す縦断側面図である。図１の要部を拡大して示す詳細図である。第２ロータリジョイントを示す縦断側面図である。図３の要部を拡大して示す詳細図である。第１ロータリジョイントの変形例を示す図２相当の要部の縦断側面図である。第２ロータリジョイントの変形例を示す図４相当の要部の縦断側面図である。

符号の説明

１軸体
４ケース体
５第１流路
６第２流路
７第１シール部材
８第１シール空間
９第１軸側通路
１０第１ケース側通路
１１液体
１２気体
１３第２シール部材
１４第２シール空間
１５第２軸側通路
１６第２ケース側通路
１７気体
２３固定密封環
２３ａ固定密封環の密封端面（可動密封環との対向端面）
２４可動密封環
２４ａ可動密封環の密封端面（固定密封環との対向端面）
２５スプリング部材
２６第１ドレン空間
３１テーパ面
３２テーパ面
３６回転密封環
３６ａ回転密封環の密封端面（静止密封環との対向端面）
３７静止密封環
３７ａ静止密封環の密封端面（回転密封環との対向端面）
３８スプリング部材
３９動圧発生溝
４０第２ドレン空間
４１第２ドレン空間
４７連通路
４８シール部材
４９ドレン排出路
５０ドレン排出路
５１ドレン排出路
Ｒ１第１ロータリジョイント
Ｒ２第２ロータリジョイント

Claims

有底筒状のケース体とこれに水平軸線回りで回転自在に連結された軸体との間に、切削部冷却用の冷却液を流動させる第１流路及びワークのチャッキング検出用の高圧ガスを流動させる第２流路を形成してなる切削加工機用ロータリジョイントであって、
第１流路は、軸体とケース体との対向端面部間に形成され且つ第１シール部材によりシールされた第１シール空間と、軸体を貫通して第１シール空間に連通する第１軸側通路と、ケース体を貫通して第１シール空間に連通する第１ケース側通路とからなる一連のものであり、
第２流路は、軸体とケース体との対向周面部間に形成され且つ第２シール部材によりシールされた第２シール空間と、軸体を貫通して第２シール空間に連通する第２軸側通路と、ケース体を貫通して第２シール空間に連通する第２ケース側通路とからなる一連のものであり、
第１シール部材は、軸体の端面部に固定された固定密封環と、当該端面部に対向するケース体の端面部に軸線方向に移動可能に保持された可動密封環と、これを固定密封環へと押圧附勢するスプリング部材とを具備して、両密封環の対向端面の相対回転により、当該対向端面を接触状態に保持しつつ、当該相対回転部分の内周側領域である第１シール空間とその外周側領域である第１ドレン空間とを遮蔽シールするように構成された端面接触形メカニカルシールであり、
第２シール部材は、軸体の外周面部に固定された１つの回転密封環と、回転密封環の両側に配してケース体の内周面部に軸線方向に移動可能に保持された一対の静止密封環と、各静止密封環を回転密封環へと押圧附勢するスプリング部材とを具備して、回転密封環と各静止密封環との各対向端面の相対回転により、当該各対向端面をその一方に形成した動圧発生溝により非接触状態に保持しつつ、当該相対回転部分の外周側領域である第２シール空間とその内周領域である第２ドレン空間とを遮蔽するように構成された非接触形メカニカルシールであり、
回転密封環には、これを径方向に貫通して第２シール空間と第２軸側通路とを連通する連通路が形成されており、
ケース体には、第１ドレン空間及び回転密封環の両側に位置する２つの第２ドレン空間に各別に連通するドレン排出路が形成されており、軸体とケース体との間には、第１ドレン空間とこれに連通する一方の第２ドレン空間とを区画する環状シールが配設されていることを特徴とする切削加工機用ロータリジョイント。
有底筒状のケース体とこれに水平軸線回りで回転自在に連結された軸体との間に、切削部冷却用の冷却液を流動させる第１流路及びワークのチャッキング検出用の高圧ガスを流動させる第２流路を形成してなる切削加工機用ロータリジョイントであって、
第１流路は、軸体とケース体との対向端面部間に形成され且つ第１シール部材によりシールされた第１シール空間と、軸体を貫通して第１シール空間に連通する第１軸側通路と、ケース体を貫通して第１シール空間に連通する第１ケース側通路とからなる一連のものであり、
第２流路は、軸体とケース体との対向周面部間に形成され且つ第２シール部材によりシールされた第２シール空間と、軸体を貫通して第２シール空間に連通する第２軸側通路と、ケース体を貫通して第２シール空間に連通する第２ケース側通路とからなる一連のものであり、
第１シール部材は、軸体の端面部に固定された固定密封環と、当該端面部に対向するケース体の端面部に軸線方向に移動可能に保持された可動密封環と、これを固定密封環へと押圧附勢するスプリング部材とを具備して、両密封環の対向端面の相対回転により、当該対向端面を接触状態に保持しつつ、当該相対回転部分の内周側領域である第１シール空間とその外周側領域である第１ドレン空間とを遮蔽シールするように構成された端面接触形メカニカルシールであり、
第２シール部材は、軸体の外周面部に固定された１つの回転密封環と、回転密封環の両側に配してケース体の内周面部に軸線方向に移動可能に保持された一対の静止密封環と、各静止密封環を回転密封環へと押圧附勢するスプリング部材とを具備して、回転密封環と各静止密封環との各対向端面の相対回転により、当該各対向端面をその一方に形成した動圧発生溝により非接触状態に保持しつつ、当該相対回転部分の外周側領域である第２シール空間とその内周領域である第２ドレン空間とを遮蔽するように構成された非接触形メカニカルシールであり、
回転密封環には、これを径方向に貫通して第２シール空間と第２軸側通路とを連通する連通路が形成されており、
ケース体には、これを貫通して第１及び第２ドレン空間に連通するドレン排出路が形成されており、
固定密封環及び可動密封環の内周面には、両密封環の対向端面に向かって漸次拡径し且つ当該対向端面において同一径となるテーパ面が形成されていることを特徴とする切削加工機用ロータリジョイント。
ケース体には、第１ドレン空間及び回転密封環の両側に位置する２つの第２ドレン空間に各別に連通するドレン排出路が形成されており、軸体とケース体との間には、第１ドレン空間とこれに連通する一方の第２ドレン空間とを区画する環状シールが配設されていることを特徴とする、請求項２に記載する切削加工機用ロータリジョイント。
第１流路を流動する冷却液が、切粉を含有するスラリ液であることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載する切削加工機用ロータリジョイント。
第１流路が冷却液及びガスを選択的に流動させる気液兼用流路であることを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載する切削加工機用ロータリジョイント。