JP5980891B2 - 回転ジョイント支持構造部、工作機械の主軸および電動機 - Google Patents

Description

本発明は、センタースルークーラントを行う回転ジョイント支持構造部およびそのような回転ジョイント支持構造部を備えた工作機械の主軸および電動機に関する。

工作機械においては、ワークの加工精度を向上させると共に、工具の寿命を長くするために、クーラントを主軸等に形成した孔に通して加工点まで供給して加工点を冷却するセンタースルークーラントが行われている。センタースルークーラントを行う工作機械に搭載された主軸等において、主軸の高速化や信頼性向上の目的から、分離式外部支持タイプの回転ジョイントを使用して高圧クーラントを供給するのが一般的である。

分離式外部支持タイプの回転ジョイントは、主軸等と共に回転する回転部と、ハウジングに取付けられる固定部とを含んでいる。クーラントがこのような回転ジョイントを流れるときに回転部のシール部分と固定部のシール部分との間を通過する。これらシール部分は互いに離間しうるので、クーラントは回転部と固定部との間から漏出する場合がある。

このため、特許文献１においては、回転ジョイントから漏出したクーラントを排出するドレイン穴や切欠部が支持ハウジングに形成されている。これにより、漏出したクーラントが主軸や電動機の内部に浸入するのが防止される。さらに、特許文献２には、漏出したクーラントがドレイン穴に溜まらないように、ドレイン穴にエアを供給することが開示されている。

特許第2966799号公報 特許第3806312号公報

ところで、センタースルークーラントを頻繁に行う場合や、使用するクーラントの品質が低い場合には、回転ジョイントから漏出したクーラントが濃縮されてコンタミになる。そのようなコンタミが、回転ジョイントの動作を阻害してクーラントを気室内に大量に漏出させる場合がある。

また、コンタミがドレイン穴や切欠部を閉鎖すると、新しく漏出したクーラントを排出するのが困難になる。このため、コンタミがドレイン穴や切欠部を閉鎖すると、主軸や電動機の内部にクーラントが浸入し、主軸の軸受の潤滑不良を引き起こしたり、電動機に絶縁不良を発生させることもある。

従って、支持ハウジングのドレイン穴および切欠部ならびに回転ジョイントの気室を定期的に清掃する必要がある。しかしながら、清掃の際には、回転ジョイントや周囲の部品を分解する必要があるので、清掃作業は煩雑である。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、回転ジョイントの気室、ドレイン穴および切欠部を容易に清掃することのできる回転ジョイント支持構造部およびそのような回転ジョイント支持構造部を備えた工作機械の主軸および電動機を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、互いに連通する貫通孔を備えた回転側部材と固定側部材とを含む回転ジョイントと、前記固定側部材を支持するハウジングと、前記回転側部材に連結されている中空軸と、該中空軸を包囲する中空軸包囲部と、前記ハウジング内に形成されていて前記回転側部材と固定側部材との間の接触部分を取囲む回転ジョイント収容部と、前記ハウジングの外部から前記回転ジョイント収容部まで延びる少なくとも一つのドレイン穴と、前記ハウジング内に形成されていて前記回転ジョイント収容部に連通している第一清掃通路と、前記ハウジング内に形成されていて前記中空軸および前記中空軸包囲部を取囲む中空軸収容部と、前記ハウジングの外部と前記中空軸収容部とを連通するよう前記ハウジングの周方向において形成された複数の切欠部と、前記複数の切欠部に対応した位置において前記複数の切欠部のそれぞれに向かって前記ハウジング内に延びる複数の第二清掃通路とを具備する、回転ジョイント支持構造部が提供される。
２番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記中空軸に一体的に取付けられたフリンジャを具備する。
３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、前記第一清掃通路と前記第二清掃通路とが互いに連通している。
４番目の発明によれば、１番目から３番目のいずれかの発明において、前記第一清掃通路および前記第二清掃通路のうちの少なくとも一方には、清掃時にのみ開放する栓部が設けられている。
５番目の発明によれば、１番目から４番目のいずれかの発明において、前記第一清掃通路および前記第二清掃通路のうちの少なくとも一方には、清掃用流体源が接続される。
６番目の発明によれば、５番目の発明において、前記清掃用流体源から前記第一清掃通路および前記第二清掃通路のうちの少なくとも一方に供給される流体の流量、圧力、供給タイミング、供給時間のうちの少なくとも一つを制御する制御装置を具備する。
７番目の発明によれば、１番目から６番目のいずれかの回転ジョイント支持構造部を具備する工作機械の主軸が提供される。
８番目の発明によれば、１番目から６番目のいずれかの回転ジョイント支持構造部を具備する電動機が提供される。
９番目の発明によれば、１番目の発明において、前記ハウジングの基端と基端を閉鎖する蓋部にて環状通路（３０）が形成されており、前記第二清掃通路は前記環状通路から前記複数の切欠部まで前記中空軸の軸方向に延びており、前記環状通路は前記第一清掃通路および前記第二清掃通路に連通している。

１番目、７番目および８番目の発明においては、第一清掃通路および第二清掃通路に流体を供給することにより、流体が回転ジョイント収容部および中空軸収容部内に漏出したクーラントをドレイン穴および切欠部まで流出させる。言い換えれば、第一清掃通路および第二清掃通路を用いて収容部、ドレイン穴および切欠部を容易に清掃できるので、クーラントまたはコンタミによって収容部、ドレイン穴および切欠部が閉鎖されるのを避けられる。また、回転ジョイント支持構造部を分解する必要がないので、収容部、ドレイン穴および切欠部を容易に清掃できる。さらに、７番目および８番目の発明においては、主軸および電動機の信頼性を向上させられる。
２番目の発明においては、フリンジャを回転させることによりクーラントやコンタミが飛散されるので、収容部、ドレイン穴および切欠部をさらに効率的に清掃できる。
３番目の発明においては、第一清掃通路および第二清掃通路のうちの一方にのみ清掃用流体を供給すれば、他方にも清掃用流体を供給できる。
４番目の発明においては、第一清掃通路および第二清掃通路のうちの少なくとも一方に清掃用流体を供給する際に、栓部を取外す必要性を排除できる。
５番目の発明においては、清掃用流体を所望の圧力で第一清掃通路および第二清掃通路のうちの少なくとも一方に供給できるので、クーラントまたはコンタミを回転ジョイントから確実に排出できる。
６番目の発明においては、収容部、ドレイン穴および切欠部を定期的且つ自動的に清掃できる。

本発明に基づく回転ジョイント支持構造部を備えたモータの側断面図である。 本発明に基づく回転ジョイント支持構造部の頂面図である。 図２の線Ａ−Ａに沿ってみた断面図である。 図２の線Ｂ−Ｂに沿ってみた断面図である。 図２の線Ａ−Ｃに沿ってみた断面図である。 本発明に基づく回転ジョイント支持構造部の背面図である。 栓部の拡大端面図である。 図１に示されるモータを備えた工作機械の側面図である。 他の工作機械の側面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に基づく回転ジョイント支持構造部を備えたモータの側断面図である。図１に示されるように、回転ジョイント支持構造部１はモータ８の中空の出力軸８ａとは反対側の端部に、出力軸８ａと同軸に配置されている。回転ジョイント支持構造部１は回転ジョイント３を含んでおり、そのハウジング１２の周面には、エアパージ配管２６が接続されている。また、後述するようにモータ８は工作機械の主軸を駆動するのに使用されるものとする。

図１に示されるように、エアパージ配管２６は、清掃用流体源、例えば圧縮エア生成装置４１に接続されている。圧縮エア生成装置４１は所望の圧力で圧縮エアを生成し、エアパージ配管２６に供給する。なお、圧縮エア以外の清掃用流体を供給する流体源を使用してもよい。また、圧縮エア生成装置４１は、圧縮エア生成装置４１を制御する制御装置４２に接続されている。

図２は本発明に基づく回転ジョイント支持構造部の頂面図である。図２に示されるように、回転ジョイント３のハウジング１２は円筒形状である。そして、ハウジング１２の中心軸線Ｏ上に、回転ジョイント３の固定側部材２３が配置されている。また、ドレイン配管６がエアパージ配管２６の反対側においてハウジング１２の周面に設けられている。

図３は図２の線Ａ−Ａに沿ってみた断面図である。モータ８の端部には、貫通孔１０を備えた中空軸９と該中空軸９を包囲する中空軸包囲部１７とが設置されている。これら中空軸９および中空軸包囲部１７は回転ジョイント支持構造部１に含まれるものとする。

図４は図２の線Ｂ−Ｂに沿ってみた断面図である。図３および図４に示されるように、ハウジング１２の基端は蓋部１５により閉鎖されている。そして、図４から分かるように、蓋部１５はボルト２５によりハウジング１２に結合されている。

再び図３を参照すると、ハウジング１２の内部は、隔壁１８、１９により中心軸線Ｏの方向に三つの気室１２ａ、１２ｂ、１２ｃに分割されている。そして、ハウジング１２の周面から気室１２ａまで延びるドレイン穴５が形成されており、ドレイン穴５にはドレイン配管６が接続されている。同様に、ハウジング１２の周面から気室１２ｂまで延びる予備ドレイン穴２４が形成されており、予備ドレイン穴２４には予備ドレイン配管２７が接続されている。

ここで、回転ジョイント３はニップル状の回転側部材２２とハウジング１２に一体的に取付けられた固定側部材２３とを含んでいる。これら回転側部材２２および固定側部材２３には軸方向に延びる貫通孔がそれぞれ形成されている。そして、回転側部材２２および固定側部材２３はそれぞれの貫通孔が互いに連通するよう配置される。

図示されるように、気室１２ａには、固定側部材２３のソケット部２３ａと、ソケット部２３ａに接触する回転側部材２２の基端部分とが配置される。ソケット部２３ａはハウジング１２の外側から気室１２ａ内に進入されて、ハウジング１２に固着されている。また気室１２ｂには、回転側部材２２の一部分が配置される。このため、気室１２ａ、１２ｂをまとめて回転ジョイント収容部と呼んでもよい。また、図示しない実施形態においては、隔壁１８を排除して気室１２ｂを省略してもよい。

さらに、気室１２ｃには、中空軸９と中空軸包囲部１７とが配置されている。このため、気室１２ｃを中空軸収容部と呼んでも良い。そして、回転ジョイント３の回転側部材２２の先端部分が中空軸９の貫通孔１０の端部に刻設されたテーパネジに螺合されて結合されている。さらに、フリンジャ２８が中空軸９に一体的に取付けられている。回転側部材２２が回転すると、中空軸９およびフリンジャ２８も一体的に回転する。そして、回転の遠心力によってクーラントやコンタミが気室１２ｃ内において半径方向外側に飛散される。このため、フリンジャ２８は気室１２ｃおよび後述する切欠部２９を清掃するのを助勢する。

動作時には、固定側部材２３に接続された配管４からクーラントが高圧で供給され、クーラントは固定側部材２３の貫通孔、ソケット部２３ａ、回転側部材２２の貫通孔を通って、中空軸９の貫通孔１０に流入する。次いで、モータ８の中空の出力軸８ａを通過する（図１を参照されたい）。

ここで、図８Ａは図１に示されるモータを備えた工作機械の側面図である。図８Ａにおいては、工作機械５０の中空の主軸５１はカップリング５２によりモータ８の出力軸８ａに直接的に接続されている。従って、主軸５１とモータ８の出力軸８ａとは互いに同軸である。図８Ａに矢印で示されるように、モータ８の出力軸８ａを通過したクーラントは主軸５１内の貫通孔を通過して、主軸５１の先端から排出される。これにより、クーラントが加工点に到達して、センタースルークーラントを行うことができる。

ところで、図３を再び参照すると、ソケット部２３ａと回転側部材２２とは互いに摺接している。このため、回転ジョイント３を用いてセンタースルークーラントを頻繁に行う場合や、使用するクーラントの品質が低い場合には、固定側部材２３のソケット部２３ａと回転側部材２２との間からクーラントが漏出する場合がある。そして漏出したクーラントは気室１２ａからドレイン配管６を通って外部に排出される。また、気室１２ｂ内にまで進入したクーラントは予備ドレイン配管２７から排出される。漏出したクーラントは気室１２ａおよび気室１２ｂ内で濃縮されてコンタミになる。

さらに、気室１２ｃまで進入したクーラントは、中空軸９に一体的に取付けられたフリンジャ２８によって異物などと共に半径方向外側に飛散される。そして、飛散されたクーラント等はハウジング１２の下端部外周面設けられた複数の切欠部２９から外部に排出される。

図３に示されるように、エアパージ配管２６はハウジング１２内に形成された第一清掃通路３１に接続されている。図３から分かるように、第一清掃通路３１はハウジング１２の周面から気室１２ａまで延びている。さらに、第一清掃通路３１はその途中で分岐して気室１２ｂの内部にも接続されている。

本発明においては、圧縮エア生成装置４１から清掃用流体、例えば圧縮エアをエアパージ配管２６に供給すると、圧縮エアは第一清掃通路３１および気室１２ａを通ってドレイン配管６から排出される。同様に、圧縮エアは第一清掃通路３１および気室１２ｂを通って予備ドレイン配管２７から排出される。このため、気室１２ａおよび気室１２ｂ内のクーラントをドレイン穴５、２４に通してドレイン配管６および予備ドレイン配管２７から排出することができる。また、圧縮エア生成装置４１を調整して、圧縮エアを所望の圧力で供給できるので、クーラントを確実に排出できるのが分かるであろう。

このように本発明では、圧縮エアを用いることにより、漏出したクーラントまたはコンタミが気室１２ａ、１２ｂおよびドレイン穴５、２４を閉鎖するのが防止される。また、このように圧縮エアを用いて清掃する際に、回転ジョイント３を分解する必要がない。従って、気室１２ａ、１２ｂおよびドレイン穴５、２４の清掃をより容易に行えるのが分かるであろう。さらに、本発明においては回転ジョイント支持構造部１を備えたモータ８の信頼性を結果的に高めることも可能である。

ところで図５は図２の線Ａ−Ｃに沿ってみた断面図である。図５に示されるように、蓋部１５から切欠部２９に向かって延びる第二清掃通路３２がハウジング１２に形成されている。また、図６は本発明に基づく回転ジョイント支持構造部の背面図である。図２、図５および図６を比較して分かるように、複数の第二清掃通路３２がハウジング１２の周方向に等間隔に形成されている。これら複数の第二清掃通路３２は、ハウジング１２の複数の切欠部２９に対応した位置に形成されている。

また、図２を参照して分かるように、蓋部１５の内部には環状通路３０が形成されており、環状通路３０は複数の第二清掃通路３２のそれぞれに連通している。そして、図３および図５に示されるように、ハウジング１２の第一清掃通路３１は蓋部１５の環状通路３０に連通している。

このような構成であるので、圧縮エア生成装置４１から清掃用流体、例えば圧縮エアをエアパージ配管２６に供給すると、圧縮エアは第一清掃通路３１から蓋部１５の環状通路３０を通って複数の第二清掃通路３２に到達する。次いで、圧縮エアは、第二清掃通路３２のそれぞれに対応する切欠部２９から排出される。このため、気室１２ｃ内のクーラントを複数の切欠部２９から排出することができる。従って、前述したのと同様に、漏出したクーラントまたはコンタミが気室１２ｃおよび切欠部２９を閉鎖するのが防止され、気室１２ｃや切欠部２９の清掃をより容易に行えるのが分かるであろう。

また、本発明においては第一清掃通路３１と第二清掃通路３２とは環状通路３０を通じて互いに連通している。従って、第一清掃通路３１にのみ清掃用流体を供給すれば、第二清掃通路３２にも清掃用流体を供給できる。それゆえ、第二清掃通路３２専用のエアパージ配管を準備する必要がない。

ところで、図３等を参照すると、ハウジング１２の周面における第一清掃通路３１の入口には栓部３１ａが嵌込まれている。栓部３１ａは弾性体、例えばゴムなどから形成されている。栓部の拡大端面図である図７に示されるように、栓部３１ａの一端には、スリット３１ｂ、例えばＸ字形状のスリット３１ｂが形成されている。このスリット３１ｂは、清掃用流体の流れ方向に栓部３１ａの他端まで延びているものとする。

図３等においては、エアパージ配管２６の先端は、このような栓部３１ａのスリット３１ｂに挿入されているものとする。そして、エアパージ配管２６を取外すと、栓部３１ａのスリット３１ｂは自動的に閉鎖する。言い換えれば、エアパージ配管２６の先端を挿入した場合にのみ栓部３１ａは開放し、エアパージ配管２６を取外すと栓部３１ａは閉鎖する。

このような栓部３１ａを使用しているので、本発明においては、エアパージ配管２６を第一清掃通路３１に接続する際に、栓部３１ａを取外す必要性はない。従って、エアパージ配管２６を短時間で第一清掃通路３１に接続することができる。

そして、気室１２ａ〜１２ｃ、ドレイン穴５、２４および切欠部２９を清掃する必要が生じた場合には、エアパージ配管２６を手動で栓部３１ａに取付ける。そして、所望の圧力の圧縮エアをエアパージ配管２６に供給することにより、前述したような清掃作業を行うことができる。

ところで、図１に示される制御装置４２は、圧縮エア生成装置４１により生成される圧縮エアの流量、圧力、供給タイミング、供給時間のうちの少なくとも一つを制御できるものとする。この場合、エアパージ配管２６を第一清掃通路３１に接続したままとするのが好ましい。従って、制御装置４２を制御することにより、気室１２ａ〜１２ｃ、ドレイン穴５、２４および切欠部２９を定期的且つ自動的に清掃することが可能となる。

あるいは、制御装置４２が工作機械の制御装置を兼ねていてもよい。この場合には、主軸が加工を行う前に清掃作業を行うことを工作機械のプログラムに記載しておく。これにより、必要とされる圧縮エアの量を最小限にしつつ、気室１２ａ〜１２ｃ等を良好に清掃することができる。

ところで、図８Ｂは他の工作機械の側面図である。他の工作機械５０’においては、モータ８の出力軸８ａと主軸５１とが互いに同軸ではない。図８Ｂにおいては、モータ８の出力軸８ａと主軸５１とは複数のギアを含む減速機５３により連結されている。そして、本発明の回転ジョイント支持構造部１は主軸５１の基端に配置されている。この場合、中空軸９、中空軸包囲部１７等は主軸５１の基端に設けられているものとする。

図８Ｂに示される工作機械においては、回転ジョイント支持構造部１の固定側部材２３に接続された配管４からクーラントが高圧で供給されると、クーラントは固定側部材２３の貫通孔、ソケット部２３ａ、回転側部材２２の貫通孔を通って、中空軸９の貫通孔１０に流入する。そして、図８Ｂに矢印で示されるように、クーラントは主軸５１の基端から主軸５１の貫通孔を通って主軸５１の先端から排出され、センタースルークーラントが行われる。このような構成であっても、前述したのと同様な効果が得られるのは明らかであろう。

なお、図示しない実施形態においては、第二清掃通路３２がハウジング１２の周面から延びていて、第二清掃通路３２に専用のエアパージ配管を設けている。そして、栓部３１ａと同様な栓部を第二清掃通路３２に設けてもよい。このような場合であっても、本発明の範囲に含まれるのは明らかであろう。

１ 回転ジョイント支持構造部
３ 回転ジョイント
４ 配管
５ ドレイン穴
６ ドレイン配管
８ モータ
９ 中空軸
１０ 貫通孔
１２ａ 気室（回転ジョイント収容部）
１２ｂ 気室（回転ジョイント収容部）
１２ｃ 気室（中空軸収容部）
１５ 蓋部
１７ 中空軸包囲部
１８、１９ 隔壁
２２ 回転側部材
２３ 固定側部材
２３ａ ソケット部
２４ 予備ドレイン穴
２５ ボルト
２６ エアパージ配管
２７ 予備ドレイン配管
２９ 切欠部
２８ フリンジャ
３１ 第一清掃通路
３１ａ 栓部
３１ｂ スリット
３２ 第二清掃通路
４１ 圧縮エア生成装置
４２ 制御装置
５０、５０’ 工作機械
５１ 主軸
５２ カップリング
５３ 減速機

Claims (9)

1. 互いに連通する貫通孔を備えた回転側部材（２２）と固定側部材（２３）とを含む回転ジョイント（３）と、
   前記固定側部材を支持するハウジング（１２）と、
   前記回転側部材に連結されている中空軸（９）と、
   該中空軸を包囲する中空軸包囲部（１７）と、
   前記ハウジング内に形成されていて前記回転側部材と固定側部材との間の接触部分を取囲む回転ジョイント収容部（１２ａ、１２ｂ）と、
   前記ハウジングの外部から前記回転ジョイント収容部まで延びる少なくとも一つのドレイン穴（５、２４）と、
   前記ハウジング内に形成されていて前記回転ジョイント収容部に連通している第一清掃通路（３１）と、
   前記ハウジング内に形成されていて前記中空軸および前記中空軸包囲部を取囲む中空軸収容部（１２ｃ）と、
   前記ハウジングの外部と前記中空軸収容部とを連通するよう前記ハウジングの周方向において形成された複数の切欠部（２９）と、
   前記複数の切欠部に対応した位置において前記複数の切欠部のそれぞれに向かって前記ハウジング内に延びる複数の第二清掃通路（３２）とを具備する、回転ジョイント支持構造部。
2. さらに、前記中空軸に一体的に取付けられたフリンジャ（２８）を具備する、請求項１に記載の回転ジョイント支持構造部。
3. 前記第一清掃通路と前記第二清掃通路とが互いに連通している、請求項１または２に記載の回転ジョイント支持構造部。
4. 前記第一清掃通路および前記第二清掃通路のうちの少なくとも一方には、清掃時にのみ開放する栓部（３１ａ）が設けられている、請求項１から３のいずれか一項に記載の回転ジョイント支持構造部。
5. 前記第一清掃通路および前記第二清掃通路のうちの少なくとも一方には、清掃用流体源（４１）が接続される、請求項１から４のいずれか一項に記載の回転ジョイント支持構造部。
6. 前記清掃用流体源から前記第一清掃通路および前記第二清掃通路のうちの少なくとも一方に供給される流体の流量、圧力、供給タイミング、供給時間のうちの少なくとも一つを制御する制御装置（４２）を具備する、請求項５に記載の回転ジョイント支持構造部。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の回転ジョイント支持構造部を具備する工作機械の主軸。
8. 請求項１から６のいずれか一項に記載の回転ジョイント支持構造部を具備する電動機。
9. 前記ハウジングの基端と基端を閉鎖する蓋部にて環状通路（３０）が形成されており、前記第二清掃通路は前記環状通路から前記複数の切欠部まで前記中空軸の軸方向に延びており、前記環状通路は前記第一清掃通路および前記第二清掃通路に連通している請求項１に記載の回転ジョイント支持構造部。

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