KR100941286B1 - 동압 밀봉 장치 및 그를 이용한 회전 조인트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고속으로 회전하는 회전체에 적용할 수 있고, 고압 유체의 이송에 이용되는 경우에도 장시간 동안 어떠한 누설 없이 회전측 부재 및 고정측 부재 사이의 목적 유체의 효과적 이송을 가능하게 하는 동압 밀봉 장치 및 그를 이용한 회전 조인트 장치를 기술하고 있다. 동압 밀봉 장치는 고정부에 장착된 고정측 부재 및 회전체에 장착된 회전측 부재를 포함하고, 이때 고정측 부재 및 회전측 부재는 소정의 베어링 틈새를 개재하여 서로 대향하고, 그 틈새 안으로 유입되는 윤활 유체가 동압 베어링을 형성하며, 고정부 및 회전체 사이의 틈새가 이 동압 베어링에 의해 밀봉된다.

동압 베어링, 윤활 유체, 슬리브, 냉각액, 회전 조인트

Description

동압 밀봉 장치 및 그를 이용한 회전 조인트 장치 { Dynamic pressure seal device and rotary joint device using the same }

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 회전 조인트의 단면도;

도 2는 실시형태에 따라 고정 슬리브 내에 형성된 공급홀 및 회전 슬리브 내에 형성된 수급홀 사이의 위치 관계를 도시한 단면도;

도 3은 실시형태에 따른 회전 조인트 장치 및 종래의 회전 조인트 장치에서 회전 슬리브의 RPM 및 밀봉 압력 사이의 관계를 도시한 그래프;

도 4는 본 발명의 회전 조인트 장치가 스핀들 장치에 적용되는 제 1 적용예를 도시한 단면도;

도 5는 본 발명의 회전 조인트 장치가 스핀들 장치에 적용되는 제 2 적용예를 도시한 단면도; 및

도 6은 제 2 적용예에서 상기 스핀들 주축의 축방향에 수직한 단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 고정 슬리브 ( 고정측 부재 )

2 : 회전 슬리브 ( 회전측 부재 )

3 : 트러스트 디스크

13 : 공급홀

21a, 21b : 동압 발생 홈

22 : 수급홀

S : 회전축

본 발명은 고정부 및 회전체 사이의 틈새를 밀봉하는 밀봉 장치에 관련된 것이며, 고정측 부재 및 회전측 부재 사이에서 서로에게 유체의 효율적 이송을 수행하는 회전측 부재에 형성된 배관 및 고정측 부재에 형성된 배관을 연결하는 회전 조인트에 관한 것이다. 예를 들어, 본 발명은 고속으로 회전하는 공작 기계의 스핀들 주축 안으로 고압의 냉각액을 보내는 동압 밀봉 장치 및 그를 이용하는 회전 조인트 장치에 관한 것이다.

최근에, 연삭기 등 공작 기계에 이용되는 스핀들 장치에 대하여, 피가공물에 대한 고정밀 가공 및 고효율 가공을 갖고 소형의 장치에 대한 요구가 있다. 그러나, 주축 회전수(RPM)가 높은 경우에, 공구와 가공물이 서로 접촉하는 가공 지점에서 커다란 가공열이 발생되고, 이러한 가공열은 공구의 날카로움을 잃게 하고 고정밀 가공을 방해한다. 따라서, 이 가공 지점으로 냉각액을 확실하게 공급하여 가공 결과로서 공구 및 가공물 내 열발생을 억제하는 것이 필요하다. 그러나, 외부에서 고속으로 회전하는 기계로 냉각액이 공급될 때, 냉각액은 원심력에 의해 흩어지고, 냉각액이 가공 지점에 도달하는 것이 어렵게 된다. 냉각액의 공급량이 증가되는 경우일지라도, 공구 및 가공물의 냉각은 촉진되지 않는다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 근래에는, 냉각액 공급 배관이 기계를 지탱하는 스핀들 주축 내부에 형성되고, 고압 냉각액이 기계의 내부로부터 가공 지점에 도달하게 된다. 이 시스템은 가공 지점을 냉각하는 데 우수하고 고정밀 가공에 대한 요구에 부응한다. 그러나, 고속으로 회전하는 스핀들 주축의 내부에 고압 냉각액을 공급하기 위하여, 스핀들 주축 및 어떠한 누설도 수반하지 않으면서 그 회전을 지지하는 고정 하우징 사이에서 냉각액의 이송을 효과적으로 가능하게 하는 고성능의 회전 조인트 장치가 불가결하다.

이러한 종류의 종래의 알려진 회전 조인트 장치는 고정 하우징 측에 제공된 고정측 부재, 스핀들 주축과 같은 회전 부재의 축단에 제공되고 베어링의 틈새를 통하여 고정측 부재에 대하여 회전하면서 지지하는 회전측 부재, 및 고정측 부재 및 회전측 부재 사이의 틈새를 밀봉하는 기계적 밀봉재를 포함하고, 여기서, 수급홀이 회전축을 따라 회전측 부재 내에 형성되고 공급홀이 수급홀에 대향하도록 고정측 부재 내에 형성되고, 공급홀로부터 수급홀 안으로 유체가 흐른다.

이러한 종래의 회전 조인트 장치에서, 고정측 부재 및 회전측 부재 사이로부터 유체의 누설이 접촉형 기계적 밀봉재에 의해 방지되고, 따라서 회전측 부재가 고속으로 회전하는 조건에서, 강한 마모가 포함되어, 결과적으로 내구성에 문제가 발생한다. 덧붙여, 고압 유체의 이송에 이용되는 경우에, 기계적 밀봉재의 슬라이드 접촉 부분은 고압에 따른 슬라이드 접촉하는 것이 필요하고, 따라서 서비스 주변 속도가 반드시 낮아지게 되어, 회전측 부재가 고속으로 회전하는 스핀들 주축 등에 접촉하는 것이 불가능하다.

본 발명은 종래기술에서 나타난 상술한 문제점들의 관점에서 이루어졌다. 따라서 본 발명의 목적은, 고속으로 회전하는 회전체에 대하여 적용하는 것이 가능하고, 고압 유체의 이송에 이용되는 경우에도 장시간동안 어떠한 누설도 없이 고정측 부재 및 회전측 부재 사이에서 유체의 이송을 효과적으로 하는 동압 밀봉 장치, 및 그를 이용한 회전 조인트 장치를 제공하는 것이다.

그러므로, 본 발명에 따른 동압 밀봉 장치는 고정부 및 회전체 사이의 틈새를 밀봉하는 밀봉 장치에 관한 것이며, 밀봉 장치는 고정부에 장착된 고정측 부재 및 회전체에 장착된 회전측 부재를 포함하고, 고정측 부재 및 회전측 부재는 소정의 베어링 틈새를 개재하여 서로 대향되고, 윤활 유체가 틈새로 유입되어 동압 베어링을 형성하고, 고정측 부재 및 회전측 부재 사이의 틈새가 동압 베어링에 의해 밀봉되는 것을 특징으로 한다.

덧붙여, 본 발명에 따른 회전 조인트 장치는 고정측 부재에 형성된 배관 및 회전측 부재에 형성된 배관에 상호 접속되고, 고정측 부재 및 회전측 부재 사이의 목적 유체의 이송을 수행하는 회전 조인트 장치이며, 상기 조인트 장치는 고정측 부재 및 회전측 부재가 소정의 틈새를 개재하여 서로 대향되고, 윤활 유체가 그 안으로 유입되어 동압 베어링을 형성하고, 고정측 부재는 동압 베어링의 베어링 틈새를 개방하며 회전측 부재로 목적 유체를 공급하기에 적당한 공급홀을 갖고, 그리고 회전측 부재는 공급홀에 대항하여 동압 베어링의 베어링 틈새를 개방하며 공급홀로부터의 목적 유체를 받아들이는 수급홀을 갖는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 회전 조인트 장치에서, 고정측 부재 및 회전측 부재는 이들 부재들 사이의 베어링 틈새에 면하여 그 사이에 공급홀 또는 수급홀이 되는 한 쌍의 동압 발생 홈들을 갖고, 동압 발생 홈들은 베어링 틈새 내에서 윤활 유체를 수급홀 및 공급홀을 향하여 가압하는 방식으로 형성된 것을 특징으로 한다. 즉, 베어링 틈새에 개방되는 공급홀이 동압 베어링을 형성하는 고정측 부재 내에 형성되고, 반대로 공급홀에 대향하여 동압 베어링의 베어링 틈새에 개방되는 수급홀이 회전측 부재 내에 형성되어, 목적 유체가 공급홀 및 수급홀 사이에서 효과적으로 이송된다.

동압 베어링을 구성하는 고정측 부재 및 회전측 부재 사이의 베어링 틈새는 수 ㎛와 같이 극히 작다. 덧붙여, 회전측 부재의 회전 중에 베어링 틈새에 고압 유체 윤활 막이 형성되고, 따라서 공급홀에서 배출된 구동 유체가 고정측 부재 및 회전측 부재 사이의 틈새 안으로, 즉 동압 베어링의 베어링 틈새 안으로 누설되는 것을 가능한 한 방지할 수 있으며, 공급홀로부터 배출된 목적 유체의 전체량이 회전측 부재의 수급홀 안으로 흐르는 것을 가능하게 한다. 다르게 말하면, 동압 베어링이 목적 유체의 누설을 방지하는 밀봉재로서 기능한다. 그러므로, 본 발명의 회전 조인트 장치에서, 회전측 부재 및 고정측 부재 사이의 간격은 비접촉형 밀봉재에 의해 밀봉되고, 그에 따라 회전측 부재가 고속으로 회전하는 경우에 이용되는 조건하에서도, 마모에 의해 밀봉 기능이 손상되지 않고, 장시간 동안 어떠한 누설 도 없이 목적 유체를 효과적으로 이송하는 것을 가능하게 한다.

덧붙여, 회전측 부재의 RPM이 증가함에 따라 동압 베어링의 베어링 틈새 내에 형성된 유체 윤활막의 압력이 증가되고, 따라서 회전측 부재의 RPM이 높아질수록 고정측 부재 및 회전측 부재 사이의 밀봉 기능이 더욱 향상되며, 누설 없이 고정측 부재로부터 회전측 부재로 고압 유체를 이송하는 것을 가능하게 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 동압 밀봉 장치 및 그를 이용한 회전 조인트 장치에서, 목적 유체는 고정측 부재 및 회전측 부재에 의해 형성된 동압 베어링의 베어링 틈새를 통하여 고정측 부재로부터 회전측 부재로 이송되고, 이러한 동압 베어링은 목적 유체의 누설을 방지하는 비접촉형 밀봉재로서 기능하며, 따라서 회전측 부재가 고속으로 회전하는 조건하에서 마모로 인하여 밀봉 기능이 약화되지 않고, 회전측 부재가 고속으로 회전하는 것을 가능하게 한다. 덧붙여, 고압 유체의 이송에 이용되는 경우에, 장시간 동안 어떠한 누설을 포함하지 않고 회전측 부재 및 고정측 부재 사이의 목적 유체의 이송을 효과적으로 할 수 있다.

(본 발명의 바람직한 실시형태들)

이하, 본 발명에 따른 동압 밀봉 장치 및 회전 조인트 장치가 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 기술될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 동압 밀봉 장치를 포함하는 회전 조인트 장치를 개략적으로 도시한다. 이러한 회전 조인트 장치는 고정 하우징(도시되지 않음) 및 회전축(S) 사이에서 물 또는 냉각 유체와 같은 목적 유체를 효과적으로 이송하기 위하여 이용되며, 고정 하우징에 부착된 고정측 부재로서 제공되는 고정 슬리브 (1), 회전측 부재로서 제공되고 고정 슬리브(1)의 중공부 안에 대응되고 회전축(S)에 부착되는 회전 슬리브(2), 및 회전 슬리브(2)가 그 사이에 축방향으로 연장되도록 회전축(S)에 부착된 한 쌍의 트러스트 디스크(3)를 포함한다.

고정 슬리브(1)의 내주면 및 회전 슬리브(2)의 외주면은 소정의 베어링 틈새의 개재를 통하여 서로 대향되고, 이들 슬리브들(1 및 2)은 공조하여 방사상 동압 베어링을 형성한다. 회전 슬리브(2)의 외주면에서, 회전축(S)에 대하여 소정의 방향으로 경사진 4열의 동압 발생 홈들(21a 및 21b)이 형성되어 있고, 회전 슬리브 (2)가 회전축(S)에 대해 회전하는 경우에, 고압 유체 윤활막이 회전 슬리브(2) 및 고정 슬리브(1) 사이의 틈새, 즉 방사상 동압 베어링의 베어링 틈새에 형성되고, 그에 따라 회전 슬리브(2)의 회전이 고정 슬리브(1)에 대하여 지지된다. 4열의 동압 발생 홈들 중에서, 회전 슬리브(2)가 회전함에 따라 축단에 위치한 2열의 동압 발생 홈들(21a)이 가압되고, 베어링 틈새에 존재하는 윤활 유체는 축단을 향하여, 즉 한 쌍의 트러스트 디스크(3)를 향한다. 축 중심에 위치한 2열의 동압 발생 홈들(21b)이 가압되고, 베어링 틈새에 존재하는 윤활 유체는 축 중심을 향하여, 즉 한 쌍의 트러스트 디스크(3) 사이의 중심 부분을 향한다.

그 사이로 축방향으로 연장된 고정 슬리브(1)와 함께 회전축(S)에 고정된 트러스트 디스크(3)는 고정 슬리브(1)와 공조하여 트러스트 동압을 형성한다. 트러스트 디스크(3) 및 고정 슬리브(1) 사이에서, 각각 소정의 베어링 틈새들(예컨대, 9 ㎛)이 형성되고, 이들 베어링 틈새들은 방사상 동압 베어링의 베어링 틈새들에 연통된다. 트러스트 디스크(3)에 대향하는 고정 슬리브의 축단 면에는 각각 나사 산 동압 발생 홈들(도시되지 않음)이 형성된다. 이들 나사산 동압 발생 홈들은 트러스트 디스크(3)가 회전함에 따라, 베어링 틈새들 내 윤활 유체를 방사상 바깥으로 배출하는 소위 펌프-아웃형 홈들과 같이 형성된다. 따라서, 회전축(S)을 따라 트러스트 디스크(3)가 회전할 때, 각 트러스트 동압 베어링의 베어링 틈새 내에 고압 유체 윤활막이 형성되고, 그에 따라 고정 슬리브(1)에 대한 회전축(S)의 축방향 움직임이 조정된다.

이 실시형태의 회전 조인트에서, 방사상 동압 베어링의 베어링 틈새로 공급되는 윤활 유체 및 트러스트 동압 베어링들은 액체 또는 가스가 된다. 윤활 유체는 고정 슬리브(1) 내에 형성된 흡입 인입구(11)를 통하여 방사상 동압 베어링의 베어링 틈새 안으로 흡입된다. 다수의 흡입 인입구들(11)이 고정 슬리브(1)에 대하여 방사상으로 형성되고, 각 흡입 인입구(11)는 고정 슬리브(1)의 외주면 내에 형성된 환상형 홈들(12)과 연통된다. 덧붙여, 이들 흡입 인입구들(11)은 회전 슬리브(2) 내에 형성된 동압 발생 홈들(21a 및 21b) 사이의 부분에 대응되는 방사상 동압 베어링의 베어링 틈새에 개방된다. 따라서, 회전축(S)이 회전하기 시작할 때, 환상형 홈들(12) 및 흡입 인입구들(11)을 통하여 흡입 인입구들(11) 및 환상형 홈들(12) 안으로 윤활 유체가 흡입되고, 고압 유체 윤활막을 형성한다. 방사상 동압 베어링의 베어링 틈새 안으로 흡입된 윤활 유체의 부분은 동압 발생 홈들(21a)의 작용에 의해 트러스트 디스크들(3)을 향해 가압되고, 윤활 유체의 잔여 부분은 동압 발생 홈들(21b)의 작용에 의해 트러스트 디스크들(3)에 대향하는 방향으로 가압된다.

도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 회전축(S)은 상술한 윤활 유체와 다른 목적 유체를 축방향으로 이송하는 배관(4)을 갖는다. 회전축(S)에 고정된 회전 슬리브 (2)에서, 배관(4)과 연통되는 다수의 수급홀(22)들이 방사상으로 형성되어 있다. 이들 수급홀들(22)은 회전 슬리브(2)의 종 중심에 대응하는 축방향 위치, 즉 방사상 동압 베어링을 둘로 분할하는 위치에 제공된다. 덧붙여, 고정 슬리브(1)의 종 중심에 대응하는 축방향 위치에서, 회전 슬리브(2)의 수급홀들(22)에 대향하는 다수의 공급홀들(13)이 형성되고, 이들 공급홀들(13)과 연통되는 환상형 홈들(14)이 고정 슬리브(1)의 외주면에 형성된다. 따라서, 목적 유체가 환상형 홈들(14)로 공급될 때, 목적 유체는 공급홀들(13) 및 회전 슬리브(2)의 수급홀들(22)을 통하여 회전축(S)의 배관(4)으로 공급된다.

그리고, 상술한 바와 같이 구성된 이 실시형태의 회전 조인트 장치는 고정 슬리브(1)로부터의 목적 유체를 고속으로 회전하는 회전축(S)의 배관(4)으로 공급하는 경우에 이용된다. 이 경우에, 고정 슬리브(1) 및 고속으로 회전하는 회전 슬리브(2) 사이에는 항시 틈새가 존재하며, 그에 따라 슬리브들(1 및 2) 사이에 밀봉 매커니즘이 없는 경우에, 목적 유체가 고정 슬리브(1)의 공급홀들(13)로부터 회전 슬리브(2)의 수급홀들(22)로 진입하는 때에 틈새 안으로 목적 유체의 일부가 누설되는 위험이 있다.

그러나, 이 실시형태의 회전 조인트 장치에서, 목적 유체용 공급 배관은 고정 슬리브(1) 및 회전 슬리브(2)에 의해 형성된 방사상 동압 베어링을 통하여 연장되도록 제공되고, 따라서 고정 슬리브(1)의 공급홀들(13)로부터 회전 슬리브(2)의 수급홀들(22)로 목적 유체를 보내는 경우에, 그 누설을 실질적으로 0까지 줄이는 것이 가능하다. 즉, 고정 슬리브(1) 및 회전 슬리브(2)는 방사상 동압 베어링을 구성하고, 오직 약간의 베어링 틈새만이 고정 슬리브(1) 및 회전 슬리브(2) 사이에 존재하며; 덧붙여 회전축(S)의 회전 중에 고압 유체 윤활막이 이 베어링 틈새 내에 형성된다. 따라서, 고정 슬리브(1)의 공급홀들(13)로부터 배출된 목적 유체가 방사상 동압 베어링의 베어링 틈새로 거의 진입하지 못하고, 실질적으로 그 전체량이 공급홀들(13)에 대향하는 위치에 형성된 회전 슬리브(2)의 수급홀들(22) 안으로 흐른다.

특히, 이 실시형태에서, 한 쌍의 동압 발생 홈들(21b)이 회전 슬리브 내에 제공된 수급홀들(22)의 어느 한 측에 제공되고, 이들 동압 발생 홈들(21b)이 흡입 인입구들(11)로부터 수급홀들(22)을 향하여 방사상 동압 베어링의 베어링 틈새 안으로 흡입된 윤활 유체를 가압한다. 따라서, 목적 유체는 가압된 윤활 유체에 의해 가압됨으로써 방해되어 방사상 동압 베어링의 베어링 틈새로 진입할 수 없으며, 윤활 유체의 일부와 함께 수급홀들 안으로 흐른다. 즉, 동압 발생 홈들(21b)에 의해 가압된 윤활 유체는 목적 유체를 밀봉하는 밀봉재로서 기능하고, 동압 발생 홈들(21b)은 밀봉 매커니즘을 구성하는 방향에서 윤활 유체를 가압한다.

따라서, 이 실시형태의 회전 조인트 장치에서, 회전 슬리브 및 고정 슬리브에 의해 형성된 동압 베어링의 베어링 틈새 내에서 생성된 윤활 유체의 압력은 목적 유체의 누설을 방지하는 데 이용되고, 목적 유체는 아무런 기계적 슬라이드 접촉도 포함하지 않는 비접촉형 밀봉재에 의해 밀봉된다. 따라서, 밀봉 기능이 장시 간 이용되어도 약화되지 않고, 장치는 장시간동안 이용함에 견디어 낼 수 있다. 덧붙여, 목적 유체가 고정 슬리브에 대하여 회전 슬리브를 회전하면서 지지하는 동압 베어링에 의해 밀봉되기 때문에, 베어링 매커니즘 및 밀봉 매커니즘이 집적된 형태로 실현되고, 더욱 소형화된 회전 조인트 장치를 제공하는 것이 가능하다.

도 3은 본 실시형태의 회전 조인트 장치 및 종래의 회전 조인트 장치에서 회전축의 RPM에 대한 목적 유체의 공급 가능 압력의 실험 결과를 도시한 그래프이다. 공급 가능 압력은 고정 슬리브 및 회전 슬리브 사이에서 목적 유체의 밀봉을 가능하게 하는 최대 공급 압력이며; 만약 이 공급 가능 압력을 넘어 압력이 가해져 목적 유체가 공급된다면, 목적 유체는 고정 슬리브 및 회전 슬리브 사이에서 누설될 것이다. 그래프에서 실선으로 표시된 것처럼, 이 실시형태의 회전 조인트 장치는 회전축의 RPM이 증가함에 따라 목적 유체용 공급 가능 압력, 즉 밀봉 압력이 증가하며, 보다 높은 RPM을 가리킬수록 회전축의 배관으로 고압 목적 유체를 공급하는 것이 보다 가능하다.

한편, 그래프에서 점선으로 표시된 것처럼, 종래의 회전 조인트 장치는 스핀들 주축의 RPM이 보다 높을수록 목적 유체용 공급 가능 압력이 낮아진다. 이는 RPM이 증가함에 따라 기계적 밀봉의 고정부 및 회전부 사이의 슬라이딩 접촉이 불안정해지고, 목적 유체가 보다 누설됨을 야기한다는 점에 기인하는 것이라 가정한다.

이것은 이 실시형태의 회전 조인트 장치가 높은 RPM의 회전축으로 고압 목적 유체가 공급되는 경우의 이용에 적합함을 명확히 할 수 있고; 그러한 이용에서, 장 치는 종래의 장치와 달리 어떠한 손실도 포함하지 않는 목적 유체의 전송이 가능하다.

다음으로, 도 4는 이 실시형태의 회전 조인트 장치가 공작 기계의 스핀들 장치에 적용되는 경우의 실시예를 도시한다. 이 적용예에서, 회전 조인트는 하우징(5)에 수용되고, 이 장치는 또한 하우징(5)에 대한 스핀들 주축(S)을 회전 가능하게 지지하는 베어링으로서 기능한다. 스핀들 주축(S)의 전단(forward end)에 부착된 것은 피가공물(6)을 연마하는 연석(7; grinding wheel)이고, 모터(M)는 축 결합기(8)의 개재를 통하여 스핀들 주축(S)의 후단(rear end)에 연결되며; 모터(M)에 의해 스핀들 주축(S)을 회전시킴으로써 연석(7)이 피가공물(6)의 표면을 연마한다. 회전 조인트의 구성이 상술한 실시형태의 경우와 동일하기 때문에, 그 구성요소들은 위에서 이용된 동일한 참조번호들에 의해 도 4에 지시되고, 그의 상세한 설명은 생략된다.

연석(7)은 냉각액을 배출하는 배출홀들(70)과 함께 구비되고, 스핀들 주축 (S)을 통해 연장된 배관(4)을 통하여 공급된 냉각액이 배출홀들(70)로부터 배출되어, 연석(7) 및 피가공물(6)이 서로 접촉하는 공작 지점에 직접 냉각액을 공급하는 것이 가능하다. 회전 조인트는 하우징 측에서 고속으로 회전하는 스핀들 주축 (S)의 배관(4)으로 냉각액을 공급하는 목적으로 이용된다. 즉, 이 적용예에서는, 냉각액이 목적 유체이다. 이 적용예에서는, 물이 윤활 유체로써 이용된다.

그리고, 이 적용예에서는, 어떠한 누설도 없이 하우징 측에서 고속으로 회전하는 스핀들 주축(S)으로 냉각액을 공급하는 것이 가능하다. 덧붙여, 하우징(5)에 대하여 스핀들 주축(S)을 지지하는 것이 또한 가능하고, 따라서 냉각액이 내부에서 배출되는 스핀들 장치를 매우 소형의 구조로 형성하는 것이 가능하게 할 수 있다.

다음으로, 도 5는 또한 상술한 실시형태의 회전 조인트가 공작 기계의 스핀들 측에 적용되는 경우의 실시예를 보여준다. 이 제 2 적용예에서, 하우징(50)에 대한 스핀들 주축(S)의 회전은 본 발명의 회전 조인트의 개재를 통하여 지지된다. 그러나, 이 적용예에서, 스핀들 주축(S)을 구동하는 모터(M)는 하우징(50) 내에 수용되고, 모터 로터(MR)가 스핀들 주축(S)에 직접 고정된다. 따라서, 제 1 적용예와 비교되는 것처럼, 취급, 조립 등이 용이하다. 다른 한편으로는, 모터(M)에서 발생하는 열이 스핀들 주축(S) 안으로 쉽게 흐르게 되고; 스핀들 주축(S)이 고속으로 회전하는 때에, 스핀들 주축(S)이 쉽게 열팽창으로 진행될 수 있고, 결과적으로 작업 공작 정밀도가 악화된다.

이러한 관점에서, 제 2 적용예에서, 냉각액은 회전 조인트를 통하여 하우징(50)에서 스핀들 주축(S) 안으로 도입되고, 스핀들 주축(S) 내에서 순환된 후에 냉각액은 회전 조인트를 통하여 하우징(50) 측으로 다시 회귀한다. 상세하게는, 냉각액용 주행 냉각 배관(51) 및 역행 냉각 배관(52)이 스핀들 주축(S)의 회전 조인트(회전 슬리브; 2)의 부착 위치로부터 모터 로터(MR)의 고정 위치의 부착 위치로 연장되도록 형성되고, 냉각액의 이동은 회전 조인트를 통한 주행 및 역행 배관들(51 및 52) 사이에서 효과적이다. 도 6은 스핀들 주축(S) 내에 형성된 주행 및 역행 배관들(51 및 52)을 보여주는 단면도이다. 고정 슬리브(1) 및 회전 슬리브(2)를 통하여 스핀들 주축(S)의 주행 냉각 배관(51) 안으로 유입된 냉각액은 스 핀들 주축(S) 안쪽에서 모터 로터(MR)의 고정 위치로 움직이고, 열을 모터 로터(MR)에서 스핀들 주축(S)으로 운반한다. 열을 운반하는 냉각액은 스핀들 주축(S)의 중심에 제공된 역행 냉각 배관(52)을 통하여 통과하고, 그리고 회전 조인트를 통하여 하우징(50) 측으로 배출된다. 주행 냉각 배관(51)은 역행 냉각 배관(52)을 둘러싸도록 형성되고, 모터 로터(MR)로부터 스핀들 주축(S) 안으로 열이 흐르는 것을 보다 용이하게 한다.

덧붙여, 이 적용예에서, 고정 슬리브(1) 및 회전 슬리브(2) 사이의 스핀들 주축(S)을 냉각하고 공구를 냉각하는 냉각액의 이송을 수행하는 것이 필요하며, 따라서 회전 슬리브(2)의 표면 위에, 그 사이에 있는 수급홀들과 최적으로 구성되는 동압 발생 홈들(21a 및 21b)이 형성된다. 그러한 홈들 중에서, 회전 슬리브(2)의 축단에 형성된 동압 발생 홈들(21a)은 주로 동압 베어링 기능을 보장하기 위한 목적으로 제공되며, 다른 동압 발생 홈들(21b)은 주로 고압 냉각액이 베어링 틈새 안으로 확산되는 것을 방지하기 위한 목적(밀봉용)으로 제공된다.

그리고, 제 2 적용예에 있어서, 고압 냉각액을 하우징으로부터 고속으로 회전하는 스핀들 주축 안으로 보내는 것이 가능하며, 냉각액은 스핀들 주축 그 자체 및 공구를 냉각하는 데 이용될 수 있다. 덧붙여, 하우징 및 스핀들 주축 사이에서 냉각액을 효과적으로 이송하는 회전 조인트 장치 자체가 또한 스핀들 주축의 베어링으로서 기능하기 때문에, 매우 소형화된 구조의 스핀들 장치를 형성하는 것이 가능하다.

본 발명의 동압 밀봉 장치 및 그를 이용한 회전 조인트 장치에 따르면, 고정측 부재 및 회전측 부재로 구성된 동압 베어링의 베어링 틈새를 관통함으로써 목적 유체가 고정측 부재로부터 회전측 부재로 이동하고, 이 동압 베어링이 목적 유체의 누설을 방지하는 비접촉형 밀봉재로서 기능한다. 회전측 부재가 고속으로 회전하는 조건 하에서도, 마모을 원인으로 하는 밀봉 기능의 손상을 방지할 수 있고, 고속으로 회전하는 회전체에 대하여 적용하는 것이 가능하다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 고정측 부재에 형성된 배관 및 회전측 부재에 형성된 배관에 상호 접속되고, 상기 고정측 부재 및 상기 회전측 부재 사이의 목적 유체의 이송을 수행하는 회전 조인트 장치에 있어서,

   상기 고정측 부재 및 상기 회전측 부재를 베어링 틈새를 사이에 두도록 하여 대향시키고, 상기 베어링 틈새로 윤활 유체를 유도하여 동압 베어링을 형성하고,

   상기 고정측 부재에는 상기 동압 베어링의 상기 베어링 틈새에 연통하며 상기 회전측 부재로 상기 목적 유체를 공급하는 공급홀을 형성하고,

   상기 회전측 부재에는 상기 동압 베어링의 상기 베어링 틈새에 연통하며 상기 고정측 부재의 상기 공급홀과 대향하고, 상기 공급홀로부터 상기 목적 유체를 받아들이는 수급홀을 형성하는 것을 특징으로 하는 회전 조인트 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 고정측 부재 또는 상기 회전측 부재에는 상기 베어링 틈새를 향해 개방된 복수의 동압 발생 홈이 둘레 방향을 따라 2열로 형성되고, 상기 2열의 동압 발생 홈은 상기 수급홀 또는 상기 공급홀을 사이에 두도록 하여 형성되며,

   상기 동압 발생 홈들은 상기 회전측 부재의 회전에 수반하여 상기 베어링 틈새 내에 존재하는 윤활 유체를 상기 수급홀 및 상기 공급홀을 향하여 가압하는 것을 특징으로 하는 회전 조인트 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 동압 발생 홈은 상기 회전측 부재의 축 방향에 대하여 경사지게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 조인트 장치.
5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 동압 베어링은 상기 고정측 부재의 내주면과 상기 회전측 부재의 외주면이 상기 베어링 틈새를 사이에 두도록 하여 서로 대향하는 방사상 동압 베어링인 것을 특징으로 하는 회전 조인트 장치.

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