KR100873230B1 - 공작기계의 유체공급용 회전조인트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주축의 상단에 고정되는 유체유입공이 형성된 스터브 로터와 유체의 압력에 의하여 전진하는 슬리브에 의하여 유체를 공급하거나 차단하는 공작기계의 유체공급용 회전조인트에 관한 것으로, 카트리지 유니온의 하우징에 내장되어 압축스프링에 의하여 탄력지지 되는 슬리브Ⅰ과, 슬리브Ⅰ에 내장되는 슬리브Ⅱ가 유체의 압력에 의하여 슬라이딩하면서 슬리브Ⅰ을 전진시켜 선단부에 결합된 세라믹팁을 스터브 로터의 세라믹팁과 접촉시켜 기밀을 유지하게 하고, 유체의 압력이 제거되면 압축스프링에 의하여 슬리브Ⅰ과 슬리브Ⅱ가 후퇴하면서 슬리브Ⅱ의 돌출부가 스터브 로터의 유체유입공에 부분삽입되게 구성한 것을 특징으로 한다.

공작기계, 유체공급, 회전조인트, 슬리브, 누출

Description

공작기계의 유체공급용 회전조인트{A rotary joint for fluid supply of machine tool}

본 발명은 고속회전하는 공작기계의 주축을 관통하여 절삭유 또는 에어를 선택적으로 공급하는 회전조인트에 관한 것으로, 특히 유체의 압력에 의하여 유체의 흐름을 접속하게 하거나 차단되게 하는 카트리지 유니온의 접속구조에 관한 것이다.

머시닝센터와 같은 공작기계의 주축 상단에는 주축을 관통하여 절삭유나 에어를 선택적으로 공급하여 공구의 소손을 방지하게 하거나 절삭칩 등을 에어블로우 할 수 있게 하는 회전조인트가 구비되어 있는 형식의 것이 공지되어 있다.

종래 유체공급 회전조인트에는 메카니칼 시일(Mechanical Seal)을 사용한 것이 공지되어 있었으며, 도 1의 a, b에 도시된 회전조인트를 예로 들어 설명한다.

회전조인트(1)는 주축(2)의 후단부에 고정되어 주축(2)과 함께 고속회전하는 스터브(Stub) 로터(3)와, 스터브 로터(3)와 동축적으로 접촉 또는 분리되는 슬리 브(4)와, 슬리브(4)를 수용하는 카트리지 유니온(5)과, 카트리지 유니온(5)을 고정하는 유니온 어댑터(6)로 구성되어 있다.

슬리브(4)는 스프링(7)에 의하여 스터브 로터(3)와 이격되는 방향으로 탄력지지 되어있으며, 주축(2)의 회전이 정지중이거나 주축(2)이 회전중일 때라도 유체유입공(8)으로부터 유체가 공급되지 않을 시에는 스프링(7)의 탄력에 의하여 스터브 로터(3)와 슬리브(4)는 분리된 상태로 이격되어 있으며, 유체유입공(8)으로부터 유체가 공급되면 유체유입공(8)의 단면보다 적은 슬리브(4)의 단면에 압력이 작용하여 슬리브(4)는 스프링(7)의 탄력을 밀어내고 스터브 로터(3)와 접촉되게 하고, 슬리브(4)는 스터브 로터(3)와의 접촉에 의하여 유체를 공급할 수 있게 구성되어 있다.

따라서 주축이 공구를 클램핑 또는 언클램핑 하기 위하여 승·하강할 때나 유체가 공급되지 않을 경우의 회전시에는 스터브 로터와 슬리브가 분리되어 있어 주축의 승·하강이나 회전시에 주축에 부하가 작용하지 않는다.

그러나 상기의 구성은 유체유입공으로부터 공급되는 유체의 압력이 낮아져 스터브 로터와 슬리브가 분리될 때 유체유입도관 내에 잔류하는 유체, 특히 절삭유가 스터브 로터와 슬리브가 이격된 틈새로 흘러나와 고속회전하는 주축에 의하여 주변으로 비산한다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 카트리지 유니온에 내장되는 슬리브의 안쪽으로 제2슬리브를 구비하고, 제2슬리브의 단부를 길게 연장하여 스터브 로터의 유체유입공 내부로 미세간격을 가지면서 접촉되지 않는 상태로 삽입하여 슬리브와 스터브 로터가 분리되어 이격되더라도 연장된 제2슬리브의 단부에 의하여 유체가 누설되지 않게 하는 구성을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 공작기계의 주축이 고속회전하는 중에 유체의 공급을 중단하여 스터브 로터와 슬리브가 분리되더라도 유체가 누출되어 비산하는 현상이 발생하지 않으므로 주변 공작기계의 부품에 절삭유가 침투되는 것을 방지할 수 있으며, 또한 회전조인트 부근에 별도의 유체비산을 방지하는 구성의 설치가 불필요하다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도면에 도시된 바와 같이 내부를 관통하는 유체유입공(24)이 형성되어 있는 카트리지 유니온(15)의 하우징(11)에는 커버(14)가 결합되고, 커버(14)에는 압축스프링(16)이 내장되어 슬리브Ⅰ(17)의 선단부(19)를 탄력지지하여 하우징(11)에 밀착되게 구성한다.

하우징(11)에 고정되어 있는 가이드핀(20)은 슬리브Ⅰ(17)이 고속회전하는 스터브 로터(13)와의 접촉마찰로 회전하지 않게 하면서 하우징(11)의 내면을 따라 슬라이딩할 수 있도록 가이드 하는 역할을 수행한다.

슬리브Ⅰ(17)의 선단부(19)에서 스터브 로터(13)와 접촉하는 부분에는 링형태를 하는 세라믹팁(22)을 결합하여 스터브 로터(13)의 앞쪽에 구비된 세라믹팁(22')과 접촉되게 하며, 스터브 로터(13)의 회전에 따라 슬라이딩 되는 슬리브Ⅰ(17)의 세라믹팁(22)이 서로 밀착되어 기밀을 유지한다.

회전하는 스터브 로터(13)의 세라믹팁(22')과 회전하지 않는 슬리브Ⅰ(17)의 세라믹팁(22) 접촉면에는 절삭유에 의하여 유막이 형성되고, 접촉압력이 높지 않아 내마모성이 강한 세라믹팁(22, 22')에 의하여 기밀은 유지하되 쉽게 마모되는 현상은 발생하지 않는다.

스터브 로터(13)는 주축(12)의 상단에 결합되고 가운데 형성된 유체유입공(24)을 통하여 공급되는 유체를 주축(12)의 선단으로 공급한다.

슬리브Ⅰ(17)과 카트리지 유니온(15)의 하우징(11) 사이에는 오링(23)을 개재시켜 기밀을 유지한다.

슬리브Ⅰ(17)의 내면에는 슬리브Ⅰ(17)보다 다소 길이가 긴 슬리브Ⅱ(18)가 결합되어 슬리브Ⅰ(17)과 슬라이딩이 가능하게 구성된다.

슬리브Ⅱ(18)는 하우징(11)의 내면에 형성된 유체유입공(24)의 단턱(21)에 뒷부분이 걸려지며, 앞부분은 슬리브Ⅰ(17)의 세라믹팁(22)보다 다소 길게 돌출되어 슬리브Ⅰ(17)과 스터브 로터(13)가 분리된 상태에서도 슬리브Ⅱ(18)의 앞부분이 스터브 로터(13)의 유체유입공(24)에 다소간 삽입되게 구성된다.

슬리브Ⅱ(18)의 앞쪽에는 경사부를 두어 스터브 로터(13)의 유체유입공(24)에 쉽게 삽입될 수 있게 하고, 슬리브Ⅱ(18)의 돌출부의 외경은 스터브 로터(13)의 내경보다 다소 작게 형성하여 직접 접촉되지 않게 구성한다.

도 2는 카트리지 유니온(15)의 하우징(11)에 슬리브Ⅰ(17)과 슬리브Ⅱ(18)가 최초로 조립된 상태로서 슬리브Ⅱ(18)는 하우징(11)의 단턱(21)에 걸려지며, 도 3은 조립된 카트리지 유니온(15)의 사용중에 유체유입이 중단되어 슬리브Ⅰ(17)과 스터브 로터(13)가 분리된 상태도로서 슬리브Ⅰ(17)과 스터브 로터(13)가 분리된 상태에서도 슬리브Ⅱ(18)의 돌출부가 스터브 로터(13)의 유체유입공(24)에 일부가 삽입된 상태에 있어 유체배관(도면미도시)에 잔류하는 유체가 분리된 부분에서 누출되지 않게 한다.

도 4는 슬리브Ⅰ(17)과 스터브 로터(13)가 접촉하여 유체가 공급되는 상태도로서 슬리브Ⅱ(18)의 가운데 형성된 유체유입공의 내경은 카트리지 유니온(15)의 하우징(11)에 형성된 유체유입공(24)의 내경보다 현저하게 작으므로 카트리지 유니온(15)의 하우징(11)에 형성된 유체유입공(24)으로부터 유체가 유입되면 슬리브Ⅱ(18)의 뒷쪽에는 유입단면 축소에 따라 압력이 발생하고 발생된 압력은 슬리브Ⅱ(18)를 전진시킨다.

전진하는 슬리브Ⅱ(18)는 슬리브Ⅰ(17)을 전진시켜 선단의 세라믹팁(22)을 스터브 로터(13)의 세라믹팁(22')과 접촉시키며, 슬리브Ⅱ(18)의 앞쪽 돌출부는 스터브 로터(13)의 유체유입공 내부로 삽입된다.

슬리브Ⅰ(17)과 슬리브Ⅱ(18) 사이에는 오링(23')을 삽입하여 유체의 유출을 방지한다.

본 발명은 회전하는 절삭공구와 스핀들을 갖는 공작기계에서 주축의 내부를 통하여 절삭유와 에어를 공급하는 용도로 사용할 수 있다.

도 1은 종래 회전조인트의 단면도로서

a)는 스터브 로터와 슬리브가 분리된 상태도

b)는 스터브 로터와 슬리브가 접촉된 상태도

도 2는 본 발명 회전조인트의 슬리브Ⅰ과 슬리브Ⅱ가 최초로 조립된 상태도

도 3은 본 발명 회전조인트의 슬리브Ⅱ가 스터브 로터와 분리된 상태도

도 4는 본 발명 회전조인트 슬리브Ⅰ과 슬리브Ⅱ가 스터브 로터와 접촉된 상태도

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11. 하우징 12. 주축

13. 스터브 로터 14. 커버

15. 카트리지 유니온 16. 압축스프링

17. 슬리브Ⅰ 18. 슬리브Ⅱ

19. 선단부 20. 가이드핀

21. 단턱 22, 22'. 세라믹팁

23, 23'. 오링 24. 유체유입공

Claims (1)

1. 주축의 상단에 고정되는 유체유입공이 형성된 스터브 로터와 유체의 압력에 의하여 전진하는 슬리브에 의하여 유체를 공급하거나 차단할 수 있게 하는 공작기계의 유체공급용 회전조인트에 있어서,

   카트리지 유니온(15)의 하우징(11)에 내장되어 압축스프링(16)에 의하여 탄력지지 되는 슬리브Ⅰ(17)과, 슬리브Ⅰ(17)에 내장되는 슬리브Ⅱ(18)가 유체의 압력에 의하여 슬라이딩하면서 슬리브Ⅰ(17)을 전진시켜 선단부(19)에 결합된 세라믹팁(22)을 스터브 로터(13)의 세라믹팁(22')과 접촉시켜 기밀을 유지하게 하고, 유체의 압력이 제거되면 압축스프링(16)에 의하여 슬리브Ⅰ(17)과 슬리브Ⅱ(18)가 후퇴하면서 슬리브Ⅱ(18)의 돌출부가 스터브 로터(13)의 유체유입공(24)에 부분삽입되게 구성한 것을 특징으로 하는 공작기계의 유체공급용 회전조인트.

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