JP5346687B2 - 回転継手 - Google Patents

Description

この発明は、回転しない供給口と回転する軸部材との間に設けられる回転継手のロータリーシールから漏れた液が軸部材を駆動するビルトインモータなどの内部に浸入するのを防止する技術に関するものである。

モータで回転駆動される工具軸に取り付けたフライスカッタやドリルなどで金属材料を加工する際には、材料を加工している工具の刃先部分に切削液を供給する必要がある。従来この切削液は、工具に近接して切削液噴射ノズルを設け、当該ノズルから工具の刃先に向けて切削液を噴射していた。しかし、工具交換を行う工作機械では、工具によって刃先の位置が変化することもあり、少量の切削液でより効率のよい切削を行うために、各工具の刃先近傍に切削液流出口を設け、工具軸に設けた切削液通路を通して、当該工具に供給した切削液を前記流出口から切削部に供給する構造が多く採用されるようになってきている。

このような切削液の供給構造を採用するときは、工具軸を軸支しているハウジングなどに取り付けた不動（回転しない）の切削液供給口から回転する工具軸の切削液通路に切削液を送り込む必要があり、不動の切削液供給口と工具軸との間にロータリーシールを備えた回転継手が設けられる。

回転する軸部材に液体を供給する際に用いる回転継手としては、軸部材の外周部から供給及び排出を行う構造が一般的であるが、切削液は戻り通路を必要としないので、工具軸の軸端からその中心に設けた切削液通路に供給する構造も採用されている。前者は、シール性能は良好であるが、継手の構造が複雑で大型になる欠点がある。一方、後者は、構造を単純化できるが、シール性能、すなわちロータリーシールからの液の漏出を防止する性能は劣り、ロータリーシールから若干の液漏れが生ずるのを避け難い。

切削液としては、水性のものが多く用いられている。水は電気の良導体であるため、電気製品に水が浸入すると故障の原因になる。ビルトインモータで駆動される工具軸は、モータのロータ軸と一体であり、工具軸から回転工具に切削液を供給する構造では、ロータ軸の他端に回転継手が設けられることになる。そのため、ロータ軸の軸端に設けた回転継手のロータリーシールから漏出した切削液がモータ内部に浸入するのを確実に防止するための手段が必要となる。通常、ロータリーシールからの切削液の漏れは僅かであるので、漏れた切削液をドレン口に導いて機外（モータハウジング外）へ排出することによって、モータ内部への切削液の浸入を防止している。

しかし、ロータリーシールが破損して大量の切削液が漏れたときは、その切削液がモータ内部に浸入する危険がある。特に、工具軸には、その軸心に工具を固定するプルロッドなどの軸方向に移動する内装軸を設けることが多い。このような内装軸を設けた工具軸の軸端の回転継手から切削液を供給する構造では、当該内装軸の軸心に切削液通路が設けられ、ロータリーシールは不動部材と回転しかつ軸方向にも移動する内装軸の軸端との間に設けられることとなり、ロータリーシールが損傷する危険も大きくなる。そこで、ロータリーシールが破損などして大量の切削液が漏出したときは、それをいち早く検出して漏れた切削液がモータ内部に浸入する前にモータと切削液の供給を停止する手段を設ける必要が生ずる。

下記特許文献１には、この種のロータリーシールにおいて、ロータリーシールを囲む第１室を始めとする複数の室を設け、通常時は、ロータリーシールから第１室に漏出した切削液を第１室に設けたドレン口から排出し、切削液が大量に漏れて、漏れた切削液が第１室から第２室へ流入したとき、あるいは第１室と第２室の間に設けた通路に流入したときに、その流入を切削液の導電性を利用した電気センサで検出して、モータや切削液の供給を停止する技術が提案されている。

特開２００４‐２８１６４号公報

特許文献１で提案されている構造は、ロータリーシールから漏出した切削液が最初に流れ込む第１室にドレン口が設けてあり、更に漏れた切削液が複数の室を通過しなければモータ内部に浸入しないので、漏出切削液のモータ内部への浸入を防止する機能は高いと考えられる。しかし、その反作用として構造が複雑になり、また漏れた切削液の検出に時間遅れが生ずる。

そこでこの発明は、不動の切削液供給口から回転しかつ軸方向に移動することもある軸部材の軸心に設けた切削液通路に、当該軸部材の軸端から切削液を供給する構造において、不動の供給口と軸部材の軸端との間に設けられるロータリーシールからの異常な切削液の漏れがあったときに、より小型かつ簡単な構造で、それを速やかに検出してモータ内部への切削液の侵入を防止する技術手段を得ることを課題としている。

この発明の回転継手２は、回転しない液供給口１７から軸心に液通路１５を設けた回転する軸部材１４に当該軸部材の軸端から液を供給する回転継手である。液供給口１７は、軸部材１４の軸方向に移動可能で、供給する液の液圧ないしばねにより、当該供給口の開口１８を取り巻いているシール部材１９を軸部材１４の軸端に押接している。このシール部材と軸部材１４の軸端とがロータリーシール２１を形成している。

ロータリーシール２１を囲んでその周囲に第１室２５が形成されている。軸部材１４又はその軸部材を嵌装しているロータ軸１２の円筒部は、不動部材（例えばビルトインモータのモータハウジング）１３の円筒孔を貫通しており、この円筒部２９と円筒孔３０との間に隙間２７が介在し、第１室２５はこの隙間を通って第２室３５に連通している。第１室２５には、この隙間２７以外のドレン口などは設けられておらず、密閉されている。

隙間２７は、ロータリーシール２１から流出する正常な量以上の液がこの隙間２７を流れたとき、後述する圧力センサ４５がその差圧を検出することが可能な圧力差を生ずるのに必要な流体抵抗を与えることができる軸方向長さ及び隙間寸法を有するものとする。隙間２７は、不動の円筒孔３０内で円筒部２９が回転すること及び必要な場合には、円筒部２９が軸方向移動可能とするために不可欠な隙間である。

第２室３５には、ドレン口３６が設けられる。このドレン口３６は、ハウジング１３、１６の組立時に必然的に生ずる部材相互間の隙間のようなものであってもよい。好ましい構造では、第２室３５は、円盤状の空間とされ、ドレン口３６は、その周囲に設けられ、かつロータ軸と共に回転する回転円板３２がビルトインモータなどの液の浸入を嫌う部材の配置領域を覆うようにして第２室３５の一方の円形の壁面を形成するように設ける。この構造では、第２室３５に流入した液は、回転円板３２の回転に伴う遠心力で第２室３５の周囲へと導かれ、ドレン口３６から機外へと流出する。

第１室２５には、圧力センサ４５が設けられている。第１室２５の内圧が設定された圧力以上になると、圧力センサ４５が作動し、この圧力センサ４５の作動信号を受けて図示しない制御器は、ビルトインモータなどの電気装置を停止さ 同時に液の供給を停止させる。

ロータリーシール２１が正常な状態にあるときは、ロータリーシール２１から漏出した液は、第１室２５から隙間２７を通って第２室３５に流入し、そのドレン口３６から機外へと排出される。ロータリーシール２１の破損などによって、ロータリーシール２１から異常な量の液が流出すると、第１室２５がドレン口を備えていない密閉状態となっている関係上、隙間２７を通る液の流速が増大し、第１室２５と第２室３５との間に大きな圧力差が生ずる。第２室３５にはドレン口３６が設けられている関係上、この圧力差は第１室２５の圧力を上昇させ、圧力センサ４５を作動させ、この圧力センサの作動信号を受けて制御器は液の供給を停止し、従ってロータリーシール２１からの異常な液の漏出も停止する。

すなわち、この発明では、回転する円筒部２９と回転しない円筒孔３０との間の隙間寸法及びその長さを適切に設定して、ロータリーシール２１から許容される液が流出しているときは、第１室２５と第２室３５との間に圧力センサ４５を作動させるような圧力差が生じず、かつロータリーシール２１からの液の漏出が正常な漏出量を越える量であって、かつドレン口３６を通って第２室３５から機外へ流出可能な液の量より十分に小さい量の液が流出したとき、第１室２５と第２室３５との間に圧力センサ４５を作動させる圧力差が生ずるように当該隙間寸法及び長さを設計することにより、ロータリーシール２１から異常な量の液が漏出したときに、当該液がビルトインモータなどに浸入する前に当該液の漏出を速やかに停止させることができる。

この発明の回転継手２は、第１室２５に設けた圧力センサ４５がロータリーシール２１からの異常な液漏れを検出する。第１室２５にはドレン口が設けられていないので、異常な液漏れは、第１室２５の内圧を急激に上昇させる。従って、ロータリーシールから異常な液漏れが生じたことを速やかに検出できる。この圧力上昇を発生させる自然法則として、回転する軸部材１４と回転しないハウジングなどとの間に必然的に介在する隙間２７の流体抵抗を利用しているので、装置構造を極めて簡単にでき、かつ装置を小型にできる。

正常時は、ロータリーシール２１から通出した液は隙間２７を通って第１室２５から第２室３５に流れ、第２室のドレン口３６から機外に排出される。回転継手２のロータリーシール２１から異常な液漏れがあったときには、速やかに軸部材１４の回転や液の供給を停止することができ、その結果として、簡単な構造でロータリーシール２１から異常な液漏れがあったときでも、漏出した液が軸部材１４を回転駆動するモータ等の内部へ浸入するのを防止することができる。

この発明の一実施例を示す工作機械の回転工具ヘッドの断面図 図１の要部の拡大図 プルロッドを進出させた状態での図２と同様な図

以下、図面に示す実施例を参照して、この発明の実施形態を説明する。図の実施例は、ビルトインモータで回転駆動される工具軸に切削液を供給する場合の例である。

工具軸１は、ビルトインモータ１１のロータ軸１２の先端に一体に形成されている。ビルトインモータ１１は、工具軸１を搭載する工具ヘッドと一体のモータハウジング１３を備えており、ロータ軸１２は当該ハウジングに軸支されている。ロータ軸１２の中心には、工具軸１に装着される工具を固定するプルロッド１４が、軸方向移動自在にかつばね３３で工具軸１の先端から没入する方向に付勢されて、挿通されている。プルロッド１４の軸心には、切削液の通路１５が貫通している。

モータハウジング１３の反工具軸側には、回転継手ハウジング１６が固定されている。回転継手ハウジング１６内には、円環状のリングシリンダ２２が形成され、このリングシリンダにリングピストン２３が嵌装されている。リングピストン２３は、隔壁板２６と一体で、当該隔壁板の中心側に回転継手２が固定されている。回転継手２の軸心には、ロータ軸１２の軸線上で軸方向に遊動可能な切削液供給口１７が設けられている。切削液供給口１７は、プルロッド１４の反工具軸側の端部に対向している。切削液供給口１７には、その切削液の供給開口１８を囲む周囲にセラミック製のシール部材１９が装着されており、切削液が供給されるときは、その供給圧により、切削液供給口のシール部材１９がプルロッドの軸端面２０に押接される。ロータリーシール２１は、互いに押接されたシール部材１９とプルロッドの軸端面２０との間に形成される。

回転継手２の内部には、ロータリーシール２１を囲むように第１室２５が形成されている。この第１室２５は、ロータリーシール２１から漏出した切削液を一時的に保持する保持室となっている。ロータ軸１２は、第１室２５のモータハウジング側の隔壁板２６を貫通している。この貫通部には、ロータ軸１２の回転を許容する隙間２７が形成されている。この隙間２７を所定の流体抵抗を備えた隙間とするために、隔壁板２６にモータ側に延びる突出筒２８が設けられている。この隙間２７部分のロータ軸１２と突出筒２８の内周とは、それぞれ円筒部２９及び円筒孔３０となっており、隙間２７は、ここを流れる切削液に所要の流体抵抗を付与するのに必要な長さと隙間寸法とを備えたものとされている。

隙間２７のモータ側開口端に近接して、ロータ軸１２に円板３２が固定され、この円板３２と隔壁板２６との間に第２室３５が形成されている。モータハウジング１３と回転継手ハウジング１６とは、この第２室３５の外周部において、図示しないボルトで締結されており、当該締結部の隙間が第２室のドレン口３６となっている。一方、モータハウジング１３の回転継手ハウジング側隔壁３７は、円板３２の背後側に延びており、当該隔壁３７と円板３２の背面との間には、第２室３５からモータ１１側への切削液の流入を阻止するラビリンス３８が形成されている。

回転継手ハウジング１６には、ピストン４１と当該ピストンの動きを検出する近接スイッチ４２とを設けた蓋４３が固定されている。蓋４３を回転継手ハウジング１６に固定すると、ピストン４１が嵌挿されているシリンダ４４は、第１室２５に連通する。ピストン４１は、図示しないばねで第１室２５側へと付勢されている。第１室２５の内圧が上昇すると、ピストン４１が反対側へと移動する。近接スイッチ４２は、このときのピストンの移動を検出して、図示しない制御器に作動信号を送る。すなわち、ピストン４１と近接スイッチ４２とが、第１室２５の圧力上昇を検出する圧力センサ４５を形成している。

図示しない切削液ポンプから回転継手ハウジング１６に切削液が供給されると、当該切削液の供給圧によって切削液供給口１７がロータ軸１２側に付勢されて、当該供給口１７とプルロッドの軸端面２０との間にロータリーシール２１が形成され、切削液は供給口１７からプルロッドの軸心に設けた通路１５へと流れ、ロータ軸１２の反対端に装着された図示しない回転工具の流出口から流出する。ロータリーシール２１からの切削液の漏出量が正常範囲であるときは、漏出した切削液は、隙間２７を通って回転円板３２の遠心力により、第２室３５の外周側へと流れてドレン口３６から機外へ排出される。

ロータリーシール２１の損傷等により、漏出量が増えると、隙間２７を通る切削液の量が増大し、第１室２５と第２室３５との間に圧力差が生じて、第１室２５の圧力を上昇させる。この圧力上昇がピストン４１を押動して近接スイッチ４２を作動させ、この作動信号を受けて図示しない工作機械の制御器が切削液ポンプを緊急停止する。これにより、ロータリーシール２１から漏出した切削液がビルトインモータ１１内に浸入する事態を速やかに回避することができる。

２ 回転継手
３ ハウジング
１２ ロータ軸
１４ 軸部材
１５ 液通路１５
１６ ハウジング
１７ 液供給口
１８ 供給口の開口
１９ シール部材
２１ ロータリーシール
２５ 第１室
２７ 隙間
２９ 円筒部
３０ 円筒孔
３２ 回転円板
３５ 第２室
３６ ドレン口
４５ 圧力センサ

Claims (3)

1. 軸心に液通路を有する回転軸部材の軸端と、当該軸端に向けて付勢された回転しない液供給口と、両者の間に介在する液封用のロータリーシールとを備えた回転継手において、
   前記ロータリーシールを囲んでその周囲に形成された閉鎖空間である第１室と、この第１室を区画している隔壁板であって前記軸部材が貫通している隔壁板と当該軸部材との間に形成された隙間と、この隙間の反第１室側に連通している第２室と、この第２室に設けたドレン口と、前記第１室の圧力上昇を検出する圧力センサとを備え、
   前記隙間が、前記ロータリーシールから漏出した許容量の液は前記圧力スイッチを作動させる圧力差を生じさせることなく前記隙間を通って前記第２室に流れ、異常な量の液が前記隙間を流れたときに前記圧力センサを作動させる圧力差を生じさせる長さ及び隙間寸法を備えていることを特徴とする、回転継手。
2. 前記隙間が、前記軸部材の円筒形の外周と回転しない隔壁板の円筒孔との間に形成されて、前記軸部材が回転かつ軸方向移動自在である、請求項１記載の回転継手。
3. 前記第２室が円盤状の空間として形成され、前記ドレン口がの外周部に設けられ、かつ前記軸部材と共に回転する円板が当該第２室の反第１室側の円形の壁面を形成するように設けられている、請求項１又は２記載の回転継手。

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