KR101552535B1 - 로터리 조인트 장치 및 로터리 조인트 장치의 가공 방법 및 로터리 조인트 장치를 구비한 공작 기계용의 주축 구동 장치 - Google Patents

Abstract

외통(外筒)을 축선(軸線) 방향으로 복수의 원통 블록을 조합하여 구성한 로터리 조인트 장치에 있어서, 외통의 각 원통 블록을 분해한 후에 다시 조립할 때, 각 원통 블록과 회전축과의 간극(間隙)이 분해 전과 동일한 상태가 되도록, 분해 전의 조립 상태와 재조립 후의 조립 상태를 높은 정밀도로 일치시킬 수 있는 구성을 제공한다. 축선 방향으로 복수의 원통 블록을 조합하여 구성된 외통과, 외통의 축선 방향으로 이간(離間)되어 배치된 2개의 베어링에 의해 외통 내에서 회전 가능하게 지지된 회전축과, 외통에 대해 원통 블록마다 적어도 1개 형성된 유체(流體) 유로(流路)로서 원통 블록의 내주면에 개구되는 유체 유로와, 그 유체 유로에 대응하여 설치됨과 함께 대향하는 원통 블록의 내주면 및 회전축의 외주면의 적어도 한쪽에 형성되어 상기 유체 유로에 연통하는 환형(環形)의 접속 홈을 구비하고, 외통의 유체 유로와 접속 홈에 연통되도록 회전축에 형성된 유체 유로를 접속 홈을 통하여 연통되는 로터리 조인트 장치에 있어서, 외통의 외주면 상에 있어서의 복수의 위치에 형성됨과 함께 인접하는 2개의 원통 블록에 걸치는 형태로 외통의 외주면에 노출되도록 형성된 복수의 장착 홈으로서 저면(底面)이 그 2개의 원통 블록을 조합한 상태에서 평면으로 가공된 장착 홈과, 복수의 장착 홈에 대해 1 대 1로 대응함과 함께 장착 홈에 대한 상기 축선 방향 및 외통의 원주 방향에 관한 장착 위상(位相)이 1종류로 설정된 복수의 위치 결정 블록으로서 대응하는 장착 홈의 저면에 대한 장착면이 평면으로 가공된 위치 결정 블록을 구비하도록 구성되어 있다.

Description

로터리 조인트 장치 및 로터리 조인트 장치의 가공 방법 및 로터리 조인트 장치를 구비한 공작 기계용의 주축 구동 장치{ROTARY JOINT DEVICE, METHOD OF MACHINING ROTARY JOINT DEVICE, AND MAIN SHAFT DRIVING APPARATUS FOR MACHINE TOOL INCLUDING ROTARY JOINT DEVICE}

본 발명은, 외통(外筒)의 유체(流體) 유로(流路)와 회전축의 유체 유로를 연통하는 로터리 조인트 장치에 관한 것으로, 특히, 외통을 축선(軸線) 방향으로 복수의 원통 블록을 조합하여 구성한 로터리 조인트 장치에 관한 것이다.

상기 로터리 조인트 장치는, 상대적으로 회전하는 배관이나 기기를 서로 접속하는 관 이음매로서 널리 이용되고 있으며, 예를 들면, 공작 기계에 탑재되는 주축(主軸) 구동 장치로서 회전 구동되는 대상 장치를 지지하는 주축이 구동 장치에 의해 회전 구동되는 주축 구동 장치에 장착되어, 공작 기계측으로부터 상기 대상 장치로 냉각수나 작동유 등의 공급·배출을 행하기 위해 이용되고 있다.
그러한 로터리 조인트 장치로서, 특허문헌 1에 개시된 것이 있다. 이 특허문헌 1에 개시된 로터리 조인트 장치는, 회전축에 외측으로부터 끼워지는 외통이, 공급되는 유체의 종류마다 나눠진 복수의 고정 통체(筒體)(본 발명에서 말하는 원통 블록)를 연결한 구성을 주체(主體)로 하는 외통 연결식의 로터리 조인트 장치로 되어 있다. 그리고, 그 고정 통체와 회전축(엄밀하게는 회전축에 고정되어 회전축과 일체적으로 회전하는 내측 슬리브)과의 사이에, 각 고정 통체간에서의 유체의 누출(漏出)을 방지하기 위해서 실링(sealing)이 처리되어 있다.
그런데, 상기 전술한 바와 같이 공작 기계에 있어서는, 로터리 조인트 장치는, 그 회전축이 구동 장치에 의해 회전 구동되는 공급측의 주축과 연결되어 이용되고 있다. 그 경우에 있어서, 상기와 같이 외통과 회전축과의 상대 회전에 따른 시일 부재와 회전축과의 슬라이딩이 회전 저항이 되어, 그것이 회전축에 연결된 주축을 회전 구동하는 구동 장치에 대한 부하가 된다. 특히, 특허문헌 1과 같은 외통 연결식의 로터리 조인트 장치의 경우에는, 포트마다 실링이 형성됨과 함께 고정 통체마다 매카니컬 시일이 형성되어 있어, 시일 부재의 수가 매우 많아져 있기 때문에, 구동 장치에 걸리는 부하가 커지게 된다.
그 때문에, 구동 장치는, 그러한 부하를 고려한 것으로 해야 하며, 구동원인 모터로서 출력이 큰 대형의 것을 채용해야만 하기 때문에, 대형화되어 버린다. 그리고, 구동 장치나 모터의 대형화에 따라, 제조 코스트가 높아진다.
또, 상기 구동원으로서, 예를 들면, 직접 구동형의 모터(이른바 DD 모터)를 구비한 구동 장치가 있다. 상기 DD 모터는, 그 모터 로터를, 상기 주축과 동축적(同軸的)으로 배치되어 상기 주축에 대해 직접적으로 연결되어 있으며, 기어 등의 감속 장치 없이 상기 주축을 회전 구동하는 것이다. 따라서, 로터리 조인트 장치의 회전 저항에 의해 구동 장치에 걸리는 부하는, 기어 등의 감속 장치로 경감되지 않고 상기 DD 모터에 작용한다. 이 때문에, 상기 DD 모터는, 상기 부하에 따른 출력이 큰 것을 채용해야 한다.
상기 DD 모터는, 출력이 큰 것일수록 그 외경이나 길이가 커진다. 그러나, 상기 구동 장치는, 공작 기계에 탑재되는 것이며, 공작 기계에 있어서의 장착 스페이스에 제한이 있기 때문에, 상기 DD 모터의 외경이나 길이를 그다지 크게 할 수 없다. 이 때문에, 채용할 수 있는 상기 DD 모터의 출력의 크기도 제한되므로, 로터리 조인트 장치의 회전 저항을 줄여, 구동 장치에 걸리는 부하를 작게 할 필요가 있다.
또한, 특허문헌 1의 외통 연결식의 로터리 조인트 장치에서는, 포트마다 설치된 시일 부재의 수가 많아져 있기 때문에, 구동 장치에 걸리는 부하가 큰 것으로 되어 있다. 따라서, 구동 장치에 대한 부하를 작게 하기 위해, 고정 통체의 포트마다 설치되어 있는 시일 부재의 수를 줄이거나 폐지하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 단순히 시일 부재의 수를 줄이거나 폐지해도, 유체가, 외통의 내주면과 회전축과의 간극(間隙)으로부터, 공급되는 포트의 유체 유로의 밖으로 대량으로 새어 나오기 때문에, 공급되는 유체의 압력을, 상기 대상 장치에서 필요로 하는 압력으로 유지할 수 없다.
또, 구동 장치에 대한 부하를 더욱 작게 하기 위해서, 고정 통체마다 형성되어 있는 매카니컬 시일 대신, 보다 슬라이딩 저항이 작은 오일 시일 등을 이용하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 오일 시일 등은, 상기 간극으로부터 새어 나오는 유체의 압력을 견딜 수 없기 때문에, 각 고정 통체간에서의 유체의 누출을 방지할 수 없다. 이 때문에, 인접하는 고정 통체의 상이한 종류의 유체끼리가 서로 섞여 혼탁해져 버리므로, 유체를 회수하여 재이용할 수 없다.
따라서, 공급되는 유체의 압력을 상기 대상 장치에서 필요로 하는 압력으로 유지함과 함께, 각 고정 통체간에서의 유체의 누출을 억제하기 위해, 상기 간극(이른바 직경 간극)을 작게 하는 것을 생각할 수 있다. 또한, 상기 대상 장치에서 필요로 하는 압력은, 예를 들면, 유압이나 공압에 있어서의 3.5MPa 정도부터 6.9MPa 정도의 범위의 압력이다. 당연한 것이지만, 로터리 조인트 장치로의 유체의 투입 압력은, 그 이상의 압력이다. 또, 상기 간극을, 예를 들면, 0.005mm 이하의 레벨로 하면, 그 효과로서, 각종 유체를 포트마다 액밀(液密) 또는 기밀(氣密)에 가까운 상태로 할 수 있다.
그러나, 상기의 외통 연결식의 로터리 조인트 장치에 있어서, 상기 직경 간극을 작게 했을 경우, 외통의 각 고정 통체의 조립, 특히, 메인터넌스 등의 필요에 따라서 분해한 후에 다시 조립할 때, 각 고정 통체와 회전축과의 간극이 분해 전과 동일한 상태가 되도록 조립하는 것은 매우 어렵다. 그리고, 상기 간극을 분해 전과 동일한 상태로 할 수 없는 경우에, 상기 간극으로부터 유체 유로의 밖으로 새어 나오는 유체의 양이 증가하여, 유체의 압력을 대상 장치에서 필요로 하는 압력으로 유지할 수 없다. 또, 고정 통체와 회전축이 간섭하면, 간섭에 의한 회전 저항이, 상기 구동 장치에 대한 큰 부하가 되어, 상기 구동 장치에 의한 대상 장치의 원활한 회전을 방해한다. 또, 상기 간섭에 의해, 로터리 조인트 장치의 외통과 회전축에 마모나 긁힘이 발생하여, 로터리 조인트 장치가 고장난다.

일본 실용신안공보 평 7 - 54712호

따라서, 본 발명의 과제는, 상기 전술한 외통을 축선 방향으로 복수의 원통 블록을 조합하여 구성한 로터리 조인트 장치에 있어서, 외통의 각 원통 블록을 분해한 후에 다시 조립할 때, 각 원통 블록과 회전축과의 간극이 분해 전과 동일한 상태가 되도록, 즉, 분해 전의 조립 상태와 재조립 후의 조립 상태를 높은 정밀도로 일치시킬 수 있는 구성을 제공하는 것에 있다.

따라서, 본 출원에 관련되는 로터리 조인트 장치에 관한 발명은, 축선 방향으로 복수의 원통 블록을 조합하여 구성된 외통과, 외통의 축선 방향으로 이간(離間)되어 배치된 2개의 베어링에 의해 외통 내에서 회전 가능하게 지지된 회전축과, 외통에 대해 원통 블록마다 적어도 1개 형성된 유체 유로로서 원통 블록의 내주면에 개구되는 유체 유로와, 그 유체 유로에 대응하여 설치됨과 함께 대향하는 원통 블록의 내주면 및 회전축의 외주면의 적어도 한쪽에 형성되어 상기 유체 유로에 연통하는 환형(環形)의 접속 홈을 구비하고, 외통의 유체 유로와 접속 홈에 연통되도록 회전축에 형성된 유체 유로를 접속 홈을 통하여 연통하는 로터리 조인트 장치를 전제로 한다.
그리고, 상기 과제를 기초로 하여, 본 발명에 의한 상기 로터리 조인트 장치는, 외통의 외주면 상에 있어서의 복수의 위치에 형성됨과 함께 인접하는 2개의 원통 블록에 걸치는 형태로 외통의 외주면에 노출되도록 형성된 복수의 장착 홈으로서 저면(底面)이 그 2개의 원통 블록을 조합한 상태로 평면으로 가공된 장착 홈과, 복수의 장착 홈에 대해 1 대 1로 대응함과 함께 장착 홈에 대한 상기 축선 방향 및 외통의 원주 방향에 관한 장착 위상(位相)이 1종류로 설정된 복수의 위치 결정 블록으로서 대응하는 장착 홈의 저면에 대한 장착면이 평면으로 가공된 위치 결정 블록을 구비하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기에 있어서, "1 대 1로 대응한다"는 것은, 각 장착 홈과 위치 결정 블록과의 대응 관계가 1종류로 설정되어 있다고 하는 것과 동일한 의미이다. 바꾸어 말하면, 위치 결정 블록을 장착 홈으로부터 일단 분리해 다시 장착할 때는, 분리 전에 장착되어 있던 장착 홈에 대해 장착되는 대응 관계로 되어 있다는 의미이다.
또, 상기에 있어서, "장착 위상이 1종류로 설정되었다"라는 것은, 대응하는 장착 홈에 장착될 때의 위치 결정 블록의 방향이, 외통의 상하 방향 및 좌우 방향(원주 방향)에 대해, 1종류의 패턴 밖에 가지지 않는다고 하는 것과 동일한 의미이다. 바꾸어 말하면, 위치 결정 블록을 장착 홈으로부터 일단 분리해 다시 장착할 때의 위치 결정 블록의 방향은, 분리 전에 장착되어 있던 위치 결정 블록의 방향에 대해 반드시 같은 방향이며, 외통의 상하 방향 및 둘레방향에 관해서 위치 결정 블록의 방향은 바뀌지 않는다는 의미이다.
또한, 본 발명에 의한 상기 로터리 조인트 장치에 있어서는, 베어링을, 각 원통 블록을 조립한 일체로서의 외통의 양단에 배치된 축심이 어긋나지 않는 구조의 베어링으로 구성되어 있는 것으로 해도 된다. 또한, 여기서 말하는 "축심이 어긋나지 않는 구조의 베어링"은 예를 들면, 앵귤러 볼 베어링이나 자동 조심(調心) 롤러 베어링이나 쓰리 롤러 베어링 등의 조심 기능을 가지는 볼 베어링이나 롤러 베어링을 가리킨다.
또, 본 출원과 관련되는 로터리 조인트 장치의 가공 방법에 관한 발명은, 외통의 외주면 상에 있어서의 복수의 위치로서 인접하는 2개의 원통 블록에 걸치는 위치에, 저면이 그 2개의 원통 블록을 조합한 상태에서 평면으로 가공됨과 함께, 외통의 외주면에 노출되는 형태로 형성된 복수의 장착 홈을 형성하고, 복수의 장착 홈에 대해 1 대 1로 대응함과 함께 장착 홈에 대한 상기 축선 방향 및 외통의 원주 방향에 관한 장착 위상이 1종류로 설정된 복수의 위치 결정 블록으로서 대응하는 장착 홈의 저면에 대한 장착면이 평면으로 가공된 위치 결정 블록을, 인접하는 2개의 원통 블록에 걸치는 형태로 대응하는 장착 홈 내에 장착하고, 인접하는 2개의 원통 블록에 있어서의 장착 홈의 저면끼리를 위치 결정 블록으로 동일 평면상에 고정한 상태로 외통의 내주면을 연삭 가공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 출원과 관련되는 로터리 조인트 장치를 구비한 공작 기계용의 주축 구동 장치에 관한 발명은, 로터리 조인트 장치의 회전축에 접속된 주축과 주축을 회전 구동하는 구동 장치를 포함하고, 구동 장치는, 주축 둘레에 동축적으로 배치되어 주축에 연결된 모터 로터 및 그 모터 로터의 외주 또는 내주에 대향하여 주축 구동 장치의 프레임에 설치된 모터 스테이터(motor stator)로 이루어지는 직접 구동형 모터로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기에 있어서의 주축 구동 장치는, 대상 장치를 지지하는 주축이 구동 장치에 의해 회전 구동되는 장치를 가리킨다. 주축 구동 장치는, 예를 들면, 공작 기계의 Z축과 평행한 축선(이른바 C축)을 중심으로, 대상 장치로서의 가공용 헤드를 지지하는 주축이 구동 장치에 의해 회전 구동되는 공작 기계의 C축 구동 장치이며, 예를 들면, 상기 C축과 수직인 축선을 중심으로, 대상 장치로서의 스핀들 유닛을 지지하는 주축이 구동 장치에 의해 회전 구동되는 상기 가공용 헤드이며, 예를 들면, 공구가 장착되는 스핀들이 구동 장치에 의해 회전 구동되는 상기 스핀들 유닛이며, 예를 들면, 지그(jig)나 워크를 고정한 대상 장치로서의 원(圓) 테이블을 지지하는 주축이 구동 장치에 의해 회전 구동되는 공작 기계용의 원 테이블 장치이다.

본 발명에 의한 상기 로터리 조인트 장치에 의하면, 상기 전술한 외통 연결식의 로터리 조인트 장치가, 외통의 외주면 상에 있어서의 복수의 위치에 있어서 인접하는 2개의 원통 블록에 걸치는 형태로 형성됨과 함께 저면이 그 2개의 원통 블록을 조합한 상태에서 평면으로 가공된 복수의 장착 홈과, 장착 홈에 장착된 위치 결정 블록으로서 장착 홈의 저면에 대한 장착면이 평면으로 가공된 복수의 위치 결정 블록을 구비하도록 구성되기 때문에, 각 위치 결정 블록을, 외통의 외주면 상에 있어서의 2개소 이상의 위치에 있어서 인접하는 2개의 원통 블록에 걸쳐 연재하는 상태로 장착되는 것으로 하는 것에 의해, 외통을 형성하는 복수의 원통 블록 중 인접하는 2개의 원통 블록을, 외통의 축선에 직교하는 2개 이상의 상이한 방향에 관하여 위치 결정한 조립 상태로 조립할 수 있다.
또한, 위치 결정 블록은, 무작위로 장착 홈에 장착되는 것이 아니라, 복수의 장착 홈에 대해 1 대 1로 대응하며, 또한, 대응하는 장착 홈에 대한 상기 축선 방향 및 외통의 원주 방향에 관한 장착 위상이 1종류로 설정되는 것으로 되어 있기 때문에, 위치 결정 블록을 대응하는 장착 홈에 대해, 설정된 장착 위상으로 장착하는 것에 의해, 인접하는 2개의 원통 블록의 상기와 같은 위치 결정된 조립 상태를 항상 유지할 수 있다. 따라서, 외통을 일단 분해하여 다시 조립할 때도, 각 인접하는 2개의 원통 블록의 분해 전의 조립 상태와 재조립 후의 조립 상태를 높은 정밀도로 일치시킨 것으로 할 수 있다. 이것에 의해, 외통의 각 원통 블록을 분해한 후에 다시 조립할 때, 각 원통 블록과 회전축과의 간극을 분해 전과 동일한 상태로 할 수 있다.
따라서, 구동 장치에 대한 부하를 작게 하기 위해, 원통 블록의 포트마다 설치되어 있는 시일 부재의 수를 줄이거나 폐지하거나 함과 함께, 포트마다의 유체의 압력을 상기 대상 장치에서 필요로 하는 압력으로 유지하기 때문에, 외통의 내주면과 회전축과의 직경 간극을 작게 해도, 외통과 회전축과의 간극을 유지하도록, 외통의 각 원통 블록을 조립하는 것이 용이하게 된다. 이 결과, 로터리 조인트 장치에 의한 구동 장치에 대한 부하를 저감시킬 수 있으므로, 모터를 대형화하는 일 없이, 많은 종류의 유체를 공급·배출하는 것이 가능해진다. 또, 종래에 비해 소형의 모터를 채용할 수 있기 때문에, 장치의 제조 코스트를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 상기 로터리 조인트 장치에 있어서, 베어링을 각 원통 블록을 조립한 일체로서의 외통의 양단에 배치된 축심이 어긋나지 않는 구조의 베어링으로 구성하는 것에 의해, 회전축의 축심을 외통의 축심에 대해 항상 같은 위치로 할 수 있다. 이 결과, 포트마다의 유체의 압력을 상기 대상 장치에서 필요로 하는 압력으로 유지하기 때문에, 외통의 내주면과 회전축과의 직경 간극을 작게 해도, 그 간극을 유지한 상태로 회전축을 회전시킬 수 있다.
또, 본 출원과 관련된 로터리 조인트 장치의 가공 방법에 관한 발명에 의하면, 상기 전술한 외통 연결식의 로터리 조인트 장치에 있어서, 외통의 외주면 상에 있어서의 복수의 위치로서 인접하는 2개의 원통 블록에 걸치는 위치에, 저면이 그 2개의 원통 블록을 조합한 상태에서 평면으로 가공되는 장착 홈으로서 외통의 외주면에 노출되는 형태로 형성된 복수의 장착 홈을 형성해 둠과 함께, 복수의 장착 홈에 대해 1 대 1로 대응함과 함께 장착 홈에 대한 상기 축선 방향 및 외통의 원주 방향에 관한 장착 위상이 1종류로 설정된 복수의 위치 결정 블록으로서 대응하는 장착 홈의 저면에 대한 장착면이 평면으로 가공된 위치 결정 블록을, 인접하는 2개의 원통 블록에 걸치는 형태로 대응하는 장착 홈 내에 장착하고, 인접하는 2개의 원통 블록에 있어서의 장착 홈의 저면끼리를 위치 결정 블록으로 동일 평면상에 고정한 상태로 외통의 내주면을 연삭 가공하는 것에 의해, 각 위치 결정 블록을, 인접하는 2개의 원통 블록에 걸쳐 연재하는 상태로 장착하고, 외통을 형성하는 복수의 원통 블록을, 그 내주면이 상기 외통의 내주면을 연삭 가공했을 때와 동일한 상태가 되도록 조립할 수 있다. 이것에 의해, 외통의 각 원통 블록을 분해한 후에 다시 조립할 때, 각 원통 블록과 회전축과의 간극을 분해 전과 동일한 상태로 할 수 있다.
또한, 본 출원에 관련되는 로터리 조인트 장치를 구비한 공작 기계용의 주축 구동 장치에 관한 발명에 의하면, 주축을 회전 구동하는 구동 장치가 직접 구동형의 모터인 공작 기계용의 주축 구동 장치에 로터리 조인트 장치를 설치하는 경우에 있어서, 그 로터리 조인트 장치를 상기의 구성으로 하는 것에 의해, 로터리 조인트 장치에 의한 구동 장치에 대한 부하를 저감시킬 수 있으므로, 직접 구동형의 모터를 대형화하는 일 없이, 많은 종류의 유체를 공급 또는 배출하는 것이 가능해진다. 또, 종래에 비해 소형의 직접 구동형의 모터를 채용할 수 있기 때문에, 공작 기계용의 주축 구동 장치의 제조 코스트를 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 로터리 조인트 장치를 구비한 주축 구동 장치가 적용되는 공작 기계의 한 예를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 의한 로터리 조인트 장치를 구비한 주축 구동 장치의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 의한 로터리 조인트 장치를 구비한 주축 구동 장치의 구성을 나타내는 측면도이다.
도 4는 도 3의 절단선 IV-IV에 있어서의, 본 발명에 의한 로터리 조인트 장치를 구비한 주축 구동 장치의 정면 부분 단면도이다.
도 5는 도 3의 절단선 V-V에 있어서의, 본 발명에 의한 로터리 조인트 장치의 정면 부분 단면도이다.
도 6는 본 발명에 의한 로터리 조인트 장치의 외통의 정면 부분 단면 확대도이다.
도 7은 도 5의 절단선 VII-VII에 있어서의, 본 발명에 의한 로터리 조인트 장치의 외통의 상면 단면도이다.
도 8은 본 발명에 의한 로터리 조인트 장치의 외통의 측면 부분 확대도이다.
도 9는 본 발명에 의한 로터리 조인트 장치의 외통의 측면 부분 확대도이다.

이하, 본 발명의 실시의 형태를 도면에 근거해 설명한다.
도 1~8에 나타내는 것은 본 발명의 한 실시 형태이다. 도 1은, 본 발명에 의한 로터리 조인트 장치를 구비한 주축 구동 장치가 적용되는 공작 기계의 한 예로서, 문형(文型) 공작 기계(머시닝 센터)(1)를 나타내고 있다. 이런 종류의 문형 공작 기계(1)는, 베드(4) 상에 부설(附設)된 좌우의 칼럼(2, 2)과, 칼럼(2, 2) 상을 상하 방향(Z축방향)으로 이동하는 크로스 레일(6)과, 크로스 레일(6) 상을 수평으로 좌우 방향(Y축방향)으로 이동하는 새들(saddle)(7)과, 새들(7) 상을 Z축방향으로 이동하는 램(8)과, 베드(4) 상을 전후방향(X축방향)으로 이동하는 테이블(5)을 포함한다. 그리고, 이 문형 공작 기계(1)에는, 램(8)에 있어서, 공구가 장착되는 스핀들을 구비한 스핀들 유닛(20)을 포함한 가공용 헤드(10)가, 연직 방향의 축선(공작 기계의 Z축과 평행한 축선/이하, 「C축」이라고 함)을 중심으로 회전 구동하여 가공용 헤드(10)의 각도 위치를 산출하는 주축 구동 장치로서의 C축 구동 장치(30)를 통하여 지지되어 있다.
또한, 가공용 헤드(10)는, 도 2에서 나타내는 바와 같이 공구가 장착되는 스핀들(21)을 가지는 스핀들 유닛(20)과, 스핀들 유닛(20)을 지지하는 지지 헤드(22)로 구성되어 있다. 또, 가공용 헤드(10)는, 지지 헤드(22)에 내장되어 스핀들 유닛(20)의 각도 위치를 산출하기 위한 산출 기구를 구비하고 있다. 스핀들 유닛(20)은, 구동 모터 내장형의 스핀들 헤드로서, 내장된 구동 모터(도시하지 않음)에 의해 스핀들(21)을 고속 회전 구동하는 것이다.
그리고, 문형 공작 기계(1)는, 워크의 가공시에 있어서, 미리 설정된 프로그램에 근거하는 수치제어에 의해, 테이블(5), 크로스 레일(6), 새들(7) 및 램(8)을 이동시킴과 함께, C축 구동 장치(30)가 가공용 헤드(10)를 C축을 중심으로 회전 구동시켜 각도 위치(회전 위치)의 산출을 행하고, 가공용 헤드(10)가 스핀들 유닛(20)의 각도 위치(회전 위치)의 산출을 행한다. 이것에 의해, 상기 공작 기계에서는, 워크의 각 가공면에 대해서 공구를 최적의 각도로 접촉시켜 가공을 행할 수 있고, 복잡한 형상의 워크의 절삭 가공 등을 가능하게 하고 있다.
C축 구동 장치(30)는, 도 2 및 도 3에서 나타내는 바와 같이, 가공용 헤드(10)에 연결되어 가공용 헤드(10)를 C축을 중심으로 회전 가능하게 지지하는 회전 헤드(50)와, 가공용 헤드(10)로의 각종 유체의 공급 및 배출을 행하는 로터리 조인트 장치(60)를 구비하고 있다.
회전 헤드(50)는, 도 4에서 나타내는 바와 같이, C축 방향으로 관통하는 관통 구멍(51a)을 가지는 하우징(51)을 주체로 하고 있고, 축부재(52a1, 52a2)가 관통 구멍(51a) 내에 배치된 주축(52)을 구비하고 있다. 또, 도시한 예에서는, 회전 헤드(50)는, 하우징(51)에 있어서의 플랜지부(51b)에 나사 삽입된 복수의 나사 부재에 의해 문형 공작 기계(1)의 램(8)에 장착됨과 함께, 주축(52)이 가공용 헤드(10)에 조립되어 있고, 이에 따라 램(8)에 대해 가공용 헤드(10)가 지지된 상태로 되어 있다.
또, 회전 헤드(50)는, 프레임으로서의 하우징(51)의 관통 구멍(51a) 내에 설치된 DD 모터(53)를 구동 수단으로 하여 주축(52)의 각도 위치를 산출하는 산출 기구를 구비하고 있다. 또한, 회전 헤드(50)는, 산출 기구에 의해 산출된 주축(52)의 회전 위치를 유지하기 위한 클램프 장치(54)를 구비하고 있다.
주축(52)은, 하우징(51)의 관통 구멍(51a) 내에서 회전 가능하게 설치된 축부재(52a1, 52a2)와, 축부재(52a2)의 가공용 헤드(10) 측의 단부(端部)에 장착되어 반경 방향(C축과 직교하는 방향)으로 넓어지는 플랜지 부재(52b)와, 후술하는 로터리 조인트 장치(60)가 접속되는 주축 내통(52e)과, 주축 내통(52e)의 가공용 헤드(10) 측의 단부에 장착되어 반경 방향으로 넓어지는 플랜지 부재(52f)를 포함하고 있다. 또, 주축 내통(52e)과 플랜지 부재(52f)에는, 후술하는 로터리 조인트 장치(60)와 가공용 헤드(10)와의 사이에서 각종 유체를 공급 또는 배출하기 위한 유체 유로(55)가 형성되어 있다. 또한, 축부재(52a2)는, 원주 방향으로 배치된 복수의 도시하지 않은 나사 부재에 의해 축부재(52a1)에 조립되어 있고, 축부재(52a1)와 일체적으로 회전한다.
플랜지 부재(52b)는, 원주 방향으로 배치된 복수의 나사 부재(52g)에 의해 축부재(52a2)에 조립될 수 있고, 축부재(52a2)와 일체적으로 회전한다. 또한, 플랜지 부재(52b)에는, 원주 방향으로 복수의 나사 부재(19)가 나사 삽입되어 있고, 이 나사 부재(19)에 의해, 가공용 헤드(10)의 지지부(10c)가 플랜지 부재(52b)에 조립된다. 따라서, 주축(52)이 DD 모터(53)에 의해 회전 구동되는 것에 의해, 가공용 헤드(10)가 주축(52)과 함께 회전한다.
DD 모터(53)는, 스테이터 슬리브(53c)를 통하여 하우징(51)에 고정된 모터 스테이터(53a)와, 모터 스테이터(53a)의 내주면에 대향하는 배치로, 주축(52)에 고정된 모터 로터(53b)로 구성되어 있다. 또, DD 모터(53)를 구동하기 위한 여자(勵磁) 전류의 공급은, 커넥터(17a)를 통하여 DD 모터(53)에 접속된 케이블(17)에 의해 행해진다. 모터 로터(53b)는, 축부재(52a1)의 외주면에 외측으로부터 끼워져 고정되어 있고, 모터 로터(53b)의 회전에 따라 주축(52)의 축부재(52a1)가 C축을 중심으로 회전 구동된다.
또한, 도시한 예에서는, C축 구동 장치(30)의 상단부에, 주축(52)의 회전량, 즉, 가공용 헤드(10)의 회전량을 검출하기 위한 회전 검출기(44)가 설치되어 있다. 이 회전 검출기(44)는, 하우징(51) 상의 소정 위치에 배치된 한 쌍의 검출 헤드(44a, 44a)와, 이 검출 헤드(44a, 44a)에 대향하는 배치로, 주축(52)과 함께 회전하는 축부재(52a1)에 장착된 검출 링(44b)으로 이루어져 있다. 이 회전 검출기(44)의 검출 신호는, 공작 기계의 제어장치에 보내져, 가공용 헤드(10)의 C축을 중심으로 한 회전 제어에 이용된다.
또, 도시한 예에서는, 주축(52)의 축부재(52a2)와 플랜지 부재(52b)와의 사이에 베어링 하우징(52d)이 형성되어 있다. 그리고, 이 베어링 하우징(52d)과 하우징(51)과의 사이에 베어링(56)이 개재되고, 이 베어링(56)에 의해, 주축(52)이 하우징(51)에 대해 회전 가능하게 지지된 상태로 되어 있다. 덧붙여, 도시한 예에 있어서의 베어링(56)은, 복합 롤러 형식의 선회 베어링 중 하나인 3열 원통 롤러 베어링(3열 롤러 베어링/액시얼·래디얼 롤러 베어링)으로서, 액시얼 방향 및 래디얼 방향의 큰 하중을 받을 수 있는 것이다.
로터리 조인트 장치(60)는, 회전 헤드(50)의 주축(52)에 연결되어 회전 헤드(50)의 상부에 접속되는 형태로 구비되어 있다. 또한, C축 구동 장치(30)가 문형 공작 기계(1)의 램(8)에 조립된 상태에서는, 로터리 조인트 장치(60)는, 램(8)의 내부에 수납됨과 함께, 램(8)에 대해서 회전 불가능하게 고정되어 있다.
로터리 조인트 장치(60)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 문형 공작 기계(1)의 램(8)에 회전 불가능하게 고정되는 외통(61)과, 2개의 베어링(62a, 62b)에 의해 외통(61) 내에서 회전 가능하게 지지된 회전축(63)으로 구성되어 있다. 또한, 이하의 설명에 있어서, "축선 방향"은, 외통(61)의 축선 방향을 나타내는 것으로 한다.
본 실시예에서는, 외통(61)은, 그 주체가 되는 부분이, 축선 방향으로 병설된 5개의 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)을 연결시켜 구성되어 있다. 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)은, 관통 구멍을 가지는 도너츠형(원통형)의 블록체이며, 각각의 내경 치수 및 외경 치수는 모두 동일한 치수로 되어 있다. 또, 본 실시예에서는, 외통(61)은, 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)을 서로의 축선이 정확하게 일치한 상태로 조립되어 구성되어 있는 것으로 하고, 또한, 후술하는 외통(61)의 관통 구멍(64)을 형성하는 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 내주면(64a, 64b, 64c, 64d, 64e)은, 그 축선이, 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 축선과 정확하게 일치하도록 형성되어 있는 것으로 한다.
각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 연결 구조에 대해, 예를 들면, 원통 블록(61a, 61b, 61c)의 연결의 경우로 말하면, 원통 블록(61b)에는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 축선을 둘러싸는 원주 방향으로 배치된 복수의 관통 구멍이 형성되어 있고, 각 관통 구멍에는, 나사 부재(77b)가 회전 헤드(50) 반대측의 단면으로부터 삽입통과된다. 그리고, 원통 블록(61b)은, 나사 부재(77b)를 축선 방향에 있어서의 회전 헤드(50) 측에 인접하는 원통 블록(61c)의 도시하지 않은 복수의 나사 구멍에 나사 결합되어, 원통 블록(61c)과 조립되어 있다. 또, 원통 블록(61b)에는, 회전 헤드(50) 반대측의 단면에, 상기 관통 구멍과는 위상을 어긋나게 하여 원주 방향으로 배치된 복수의 나사 구멍(75b)이 형성되어 있다. 그리고, 축선 방향에 있어서의 회전 헤드(50) 반대측에 인접하는 원통 블록(61a)에는, 원통 블록(61b)과 동일하게 복수의 관통 구멍이 형성되어 있고, 이 관통 구멍에 삽입 통과된 복수의 나사 부재(77a)가 나사 구멍(75b)에 나사 결합되는 것에 의해, 원통 블록(61b)은 원통 블록(61a)과도 조립되어 있다.
즉, 외통(61)을 구성하는 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)은, 축선 방향에 있어서의 회전 헤드(50) 측에 다른 원통 블록이 인접하는 원통 블록에 복수의 관통 구멍이 형성되어 있고, 그 관통 구멍에 삽입 통과된 나사 부재의 나사부를, 인접하는 원통 블록의 단면에 형성된 나사 구멍에 나사 결합시키는 것에 의해, 인접하는 2개의 원통 블록이 서로 조립되는 구조로 되어 있다.
또, 도시한 예에서는, 위치 결정용의 핀(78)이, 인접하는 2개의 원통 블록의 조합마다 복수(도시한 예에서는 2개씩) 설치되어 있다. 구체적으로는, 원통 블록(61b)을 예시하는 도 6 및 도 7에서 나타내는 바와 같이, 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 다른 원통 블록과 인접하는 단면에는, 인접하는 원통 블록끼리 원주 방향에 있어서의 위상을 일치시키는 형태로 2개의 장착 구멍(79a)이 형성되어 있다. 그리고, 인접하는 원통 블록의 각 장착 구멍(79a)에 위치 결정 핀(78)이 끼워지는 것에 의해, 인접하는 2개의 원통 블록이 원주 방향에 있어서의 위상을 서로 일치시킨 상태로 연결된다.
도 5에서 나타내는 바와 같이, 외통(61)은, 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 관통 구멍으로 구성되는 관통 구멍(64)을 가지고 있다. 즉, 관통 구멍(64)은, 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 내주면 (64a, 64b, 64c, 64d, 64e)으로 구성되어 있다. 그리고, 일체로서의 외통(61)은, 관통 구멍(64)의 양단에, 축선 방향으로 이간되어 2개의 베어링 장착부를 가지고 있다. 또한, 2개의 베어링 장착부에는 2개의 베어링(62a, 62b)이 배치되어 있다.
구체적으로는, 외통(61)은, 가장 회전 헤드(50) 반대측에 위치하는 원통 블록(61a)의 회전 헤드(50) 반대측의 단면에 조립되는 원통 부재(66)로서 원통 블록(61a)의 내주면(64a)보다 대경(大徑)의 관통 구멍(68)을 가지는 원통 부재(66)와, 원통 부재(66)의 회전 헤드(50) 반대측의 단면에 조립되는 원통 부재(67)로서 원통 부재(66)의 관통 구멍(68)보다 소경(小徑)의 관통 구멍이 형성된 베어링 누름용의 원통 부재(67)를 가지고 있다. 그리고, 베어링(62a)은, 관통 구멍(68)의 내주면에 대해, 그 외륜의 외주면이 끼워진 상태로 설치되어 있다. 따라서, 원통 부재(66)의 관통 구멍(68)은, 한쪽의 베어링 장착부로서 기능하고 있다. 또, 베어링(62a)은, 원통 블록(61a)의 회전 헤드(50) 반대측의 단면과 원통 부재(67)의 회전 헤드(50) 측의 단면에서 축선 방향의 위치가 규제되고 있다. 그리고, 베어링(62a)의 내륜의 내주면이, 외통(61)의 관통 구멍(64)의 일부를 형성하고 있다.
한편으로, 외통(61)에 있어서의 가장 회전 헤드(50) 측의 원통 블록(61e)은, 그 회전 헤드(50) 측의 단부에 있어서, 관통 구멍(64)의 일부를 이루는 내주면(64e)의 직경이 대경이 되도록 단부(段部), 즉 스텝부(65)가 형성되어 있다. 그리고, 베어링(62b)은, 스텝부(65)의 내주면에 대해, 그 외륜의 외주면이 끼워진 상태로 설치되어 있다. 따라서, 이 스텝부(65)가, 다른 쪽의 베어링 장착부로서 기능하고 있다. 또, 베어링(62b)은, 스텝부(65)를 형성하는 원통 블록(61e)의 회전 헤드(50) 측의 단면과, 후술하는 회전축(63)에 의해 축선 방향의 위치가 규제되어 있다.
덧붙여, 원통 블록(61a)에 대한 원통 부재(66)의 조립 구조에 대해, 도시한 예에서는, 원통 블록(61a)은, 회전 헤드(50) 반대측의 단부의 외주면을 소경으로 하는 것에 의해 형성된 스텝부를 가지고 있다. 한편으로, 원통 부재(66)는, 회전 헤드(50) 측의 단면의 외주 가장자리부를 회전 헤드(50) 측으로 돌출시켜 형성된 원형의 돌출부를 가지고 있다. 그리고, 원통 부재(66)는, 상기 돌출부를 원통 블록(61a)의 상기 스텝부에 끼워넣는 것에 의해, 원통 블록(61a)에 대해서 위치 결정되어 있다.
또, 도시한 예에서는, 원통 블록(61a)과 원통 부재(66)는 외주경(外周徑)이 거의 동일한 크기로 형성되어 있고, 원통 부재(66)의 관통 구멍(68)과 상기 돌출부의 내주면은 그 중심선을 원통 부재(66)의 축선에 일치시킨 상태로 형성되며, 또, 원통 블록(61a)의 상기 스텝부의 외주면은 그 중심선을 원통 블록(61a)의 축선에 일치시킨 상태로 형성되어 있다. 따라서, 원통 부재(66)의 상기 돌출부를 원통 블록(61a)의 상기 스텝부에 끼워넣어 원통 부재(66)를 원통 블록(61a)에 조립하는 것에 의해, 원통 부재(66)는, 원통 블록(61a)에 대해 축선을 일치시킨 상태로 조립된 상태가 되고, 관통 구멍(68)도 그 중심선을 원통 블록(61a)의 축선에 일치시킨 상태로 형성되는 것이 된다. 그것에 의해, 베어링(62a)은, 원통 부재(66)의 관통 구멍(68)에 끼워 삽입된 상태에 있어서, 내륜의 내주면의 중심선 축선이 원통 블록(61a)의 축선에 일치한 상태로 배치된다.
또, 다른 쪽의 베어링 장착부로서 원통 블록(61e)에 형성된 스텝부(65)의 내주면은, 그 중심선을 원통 블록(61e)의 축선에 일치시킨 상태로 형성되어 있다. 따라서, 베어링(62b)은, 원통 블록(61e)의 상기 스텝부에 끼워 삽입된 상태에 있어서, 내륜의 내주면의 중심선 축선이 원통 블록(61e)의 축선에 일치한 상태로 배치된다.
베어링(62a, 62b)은, 앵귤러 볼 베어링이며, 축심이 어긋나지 않는 구조의 베어링으로 되어 있다. 베어링(62a, 62b)은, 그 외륜의 외주면을 스텝부(65) 및 관통 구멍(68)에 끼워넣어져 외통(61)에 설치되어 있다.
회전축(63)은, 외통(61)의 관통 구멍(64)에 끼워 장착된 원통 부재이다. 회전축(63)은, 외통(61)의 관통 구멍(64)에 대해, C축에 관하여 동심적으로 배치되어 있다. 보다 자세하게는, 회전축(63)은, 그 외주면에 축선 방향으로 이간되어 2개의 베어링부를 가지고 있고, 각 베어링부가 상기 전술한 외통(61)에 있어서의 베어링 장착부에 설치된 베어링(62a, 62b)의 내륜의 내주면에 끼워지는 것에 의해, 관통 구멍(64) 내에 있어서, 관통 구멍(64)에 대해 C축에 관하여 동심적으로 배치됨과 함께 회전 가능하게 지지되어 있다. 따라서, 회전축(63)은, 그 외주면이 전체에 걸쳐 소정의 간격을 이루어 관통 구멍(64)의 내주면에 대향하는 상태로 설치되어 있다.
또, 회전축(63)은, 회전 헤드(50) 측의 스텝부에 플랜지부를 가지고 있고, 이 플랜지부에 의해 원통 블록(61e)의 상기 스텝부에 끼워 삽입된 베어링(62b)의 축선 방향의 위치를 규제하고 있다. 그리고, 회전축(63)에는, 상기 플랜지부에 끼워넣어지는 형태로 원반 형상의 플랜지체(57)가 조립되어 있다.
이 플랜지체(57)는, 원반 형상의 플랜지 부재(57a, 57b, 57c, 57d)를 동심 형상으로 조합하여 구성되어 있다. 그리고, 플랜지체(57)는, 플랜지 부재(57a)에 있어서, 그 축선을 둘러싸는 원주 상의 위치에서 끼워 장착된 복수의 나사 부재(59a)를, 회전축(63)에 대해 축선 방향에 있어서의 회전 헤드(50) 측의 단면으로부터 나사 삽입시키는 것에 의해, 회전축(63)에 대해 조립되어 있다. 또, 플랜지체(57)는, 플랜지 부재(57d)가 도시하지 않은 복수의 나사 부재에 의해 회전 헤드(50)의 주축 내통(52e)에 조립되어 있다. 따라서, 로터리 조인트 장치(60)의 회전축(63)과 회전 헤드(50)의 주축은, 플랜지체(57)를 통하여 연결되어 있다.
또한, 플랜지체(57)는, 회전축(63)에 대해 축선을 일치시킨 상태로 조립되어 있고, 또한, 회전 헤드(50)의 주축(52)에 대해서도 축선을 일치시킨 상태로 조립되어 있다. 따라서, 로터리 조인트 장치(60)는, 회전축(63)의 축선을 회전 헤드(50)의 주축(52)의 축선에 일치시킨 상태로 조립되어 있다. 플랜지체(57)와 회전축(63) 및 주축(52)과의 조립 구조에 대해, 자세하게는 다음과 같다.
플랜지체(57)의 가장 회전축(63) 측[회전 헤드(50) 반대측]에 위치하는 플랜지 부재(57a)는, 회전 헤드(50) 반대측의 단면의 외주 가장자리부를 회전 헤드(50) 반대측으로 돌출시켜 형성된 원형의 돌출부로서, 그 내주면의 직경이 회전축(63)의 상기 플랜지부의 외경과 대략 일치하는 돌출부를 가지고 있다. 그리고, 플랜지체(57)는, 플랜지 부재(57a)의 상기 돌출부를 회전축(63)의 상기 플랜지부에 끼워맞추는 것에 의해, 회전축(63)에 대해서 위치 결정되어 있다. 또, 그 구성에 있어서, 회전축(63)의 상기 플랜지부는, 회전축(63)의 축선을 중심으로 하는 원반 형상으로 형성되어 있고, 한편으로 플랜지 부재(57a)의 상기 돌출부는, 그 내주면의 중심축선이 플랜지체(57)의 축선과 일치하도록 형성되어 있다. 따라서, 회전축(63)의 상기 플랜지부와 플랜지 부재(57a)의 상기 스텝부를 끼워 맞춘 상태에 있어서, 플랜지체(57)는, 회전축(63)에 대해 축선을 일치시켜 조립된 상태가 된다.
또, 플랜지체(57)의 가장 회전 헤드(50) 측에 위치하는 플랜지 부재(57d)는, 회전 헤드(50) 측의 단면의 외주 가장자리부를 회전 헤드(50) 측으로 돌출시켜 형성된 원형의 돌출부를 가지고 있다. 그리고, 플랜지체(57)는, 플랜지 부재(57d)의 상기 돌출부의 내주면이, 회전 헤드(50)의 주축(52)에 있어서의 주축 내통(52e)의 단부의 외주면에 끼워 넣어지는 것에 의해, 주축(52)에 대해서 위치 결정되어 있다. 또, 그 구성에 있어서, 플랜지 부재(57d)의 상기 돌출부는, 그 내주면의 중심축선이 플랜지체(57)의 축선과 일치하도록 형성되어 있다. 따라서 플랜지 부재(57d)의 상기 돌출부를 주축 내통(52e)에 끼워넣은 상태에 있어서, 플랜지체(57)는 회전 헤드(50)의 주축(52)에 대해 축선을 일치시킨 상태로 조립된 상태가 된다.
또한, 플랜지체(57)를 구성하는 플랜지 부재(57a, 57b, 57c, 57d)에는, 로터리 조인트 장치(60)와 회전 헤드(50)의 사이에서 각종 유체를 공급·배출하기 위한 유체 유로(58)가 형성되어 있다.
외통(61)의 회전 헤드(50) 반대측의 단면에는, 외부(공작 기계측)로부터 유체를 도입하기 위한 포트 및 외부로 유체를 배출하기 위한 포트로서의 포트(69)가, 원주 방향으로 위치를 어긋나게 하여 복수 형성되어 있다. 또, 외통(61)에는, 이 복수의 포트(69)에 연통하는 복수의 유체 유로가 형성되어 있다. 한편 회전축(63)에도, 외통(61)의 각 유체 유로에 대응하는 복수의 유체 유로가, 원주 방향으로 위치를 어긋나게 하여 형성되어 있다. 그리고, 외통(61) 측의 각 유체 유로와 이에 대응하는 회전축(63) 측의 각 유체 유로는, 외통(61)과 회전축(63)과의 대향면의 양쪽에 형성된 환형의 접속 홈을 통하여 연통되어 있고, 회전축(63)이 회전한 경우에도 그 연통 상태가 유지되도록 구성되어 있다. 또, 회전축(63)에 형성된 복수의 유체 유로는, 상기 유체 유로(55, 58)에 의해, 각각 가공용 헤드(10)에 있어서의 도시하지 않은 로터리 조인트 장치에 연통되어 있다. 따라서, 외부로부터 로터리 조인트 장치(60)의 외통(61)의 포트(69)에 공급된 유체는, 회전축(63)을 통하여 가공용 헤드(10)의 로터리 조인트로 공급된다.
보다 자세하게는, 외통(61) 측의 복수의 유체 유로는, 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 각각에 형성된 유체 유로 (71a, 71b, 71c, 71d, 71e)로서 형성되어 있다. 각 유체 유로(71a, 71b, 71c, 71d, 71e)는, 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)에 대해 적어도 1개 설치되고, 각각이 설치되는 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 내주면(64a, 64b, 64c, 64d, 64e)에 형성된 대응하는 접속 홈(72a, 72b, 72c, 72d, 72e)에 연통하도록 형성되어 있다. 또한, 각 접속 홈(72a, 72b, 72c, 72d, 72e)은, 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 내주면(64a, 64b, 64c, 64d, 64e)에 있어서 회전축(63) 측으로 개구된 원주 방향의 환형의 홈으로서 형성되어 있다.
또, 회전축(63)의 외주면에는, 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 접속 홈 (72a, 72b, 72c, 72d, 72e)에 대응하는 복수의 접속 홈(73a, 73b, 73c, 73d, 73e)이 형성되어 있다. 각 접속 홈(73a, 73b, 73c, 73d, 73e)은, 회전축(63)의 외주면에 있어서 외통(61) 측으로 개구된 원주 방향의 환형의 홈으로서 형성되어 있다. 그리고, 각 접속 홈(73a, 73b, 73c, 73d, 73e)에는, 회전축(63) 측의 복수의 유체 유로로서, 외통(61) 측의 유체 유로(71a, 71b, 71c, 71d, 71e)에 대응하는 유체 유로(74a, 74b, 74c, 74d, 74e)가 연통되어 있다. 따라서, 외통(61) 측의 유체 유로(71a, 71b, 71c, 71d, 71e)와 이에 대응하는 회전축(63) 측의 유체 유로(74a, 74b, 74c, 74d, 74e)는, 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)에 형성된 접속 홈 (72a, 72b, 72c, 72d, 72e) 및 회전축(63)에 형성된 접속 홈(73a, 73b, 73c, 73d, 73e)을 통하여 연통되고, 회전축(63)이 회전한 경우에도 그 연통 상태가 유지된다.
이상과 같은 기본 구조를 가지는 외통 연결식의 로터리 조인트 장치(60)에 있어서, 본 실시예에서는, 도시한 바와 같이, 구동 장치로서의 DD 모터(53)의 부하를 작게 할 목적으로, 외통(61)과 회전축(63)의 대향면에, O링 등의 이른바 스퀴즈 패킹(squeeze packing)을 이용하지 않는 구성으로 하고 있다.
단, 상기와 같이 스퀴즈 패킹을 이용하지 않는 구성으로 한 경우, 외통(61) 측의 유체 유로와 회전축(63) 측의 유체 유로와의 사이에서 유체의 누출이 생기고, 이에 기인하여 공급측의 유체의 압력이 저하되어 버린다. 따라서, 본 발명이 전제로 하는 로터리 조인트 장치에서는, 그와 같이 압력이 저하되는 경우에도, 그 압력의 저하를 허용할 수 있을 정도로 억제하는 것을 목적으로, 외통(61)과 회전축(63)과의 직경 간극을 가급적으로 작게 하는 구성으로 하고 있다. 구체적으로는, 외통(61)과 회전축(63)과의 대향면의 직경 간극을 0.005mm 이하로 하고, 각 포트마다 액밀 또는 기밀에 가까운 상태로 하고 있다.
또한, 본 실시예에서는, 로터리 조인트 장치(60)는, 스퀴즈 패킹을 전혀 구비하지 않은 구성으로 하고 있지만, 이것으로 한정되지 않고, 외통(61)의 복수의 유체 유로 중 적어도 1개에 대응시켜, 외통(61)과 회전축(63)과의 대향면에 스퀴즈 패킹을 설치하는 구성으로 해도 된다. 예를 들면, 특히 고압의 유체가 공급되는 유체 유로에 대해, 그 유체 유로가 연통되는 접속 홈의 축선 방향의 양측에 스퀴즈 패킹으로서의 O링을 설치하여, 접속 홈의 양측에서 유체를 밀봉하는 구성으로 해도 된다. 단, 복수의 스퀴즈 패킹을 설치하는 경우에는, 그들 전체에 의한 슬라이딩 저항에 의해 회전 헤드(50)의 주축(52)을 구동하는 DD 모터(53)에 걸리는 부하가, DD 모터(53)가 허용할 수 있는 부하의 범위 내일 필요가 있다.
또, 도시한 로터리 조인트 장치(60)에서는, 외통(61)과 회전축(63)의 대향면의 직경 간극으로부터 새어 나온 각종 유체를 회수하기 위한 구성으로서, 복수의 오일 시일(90)과, 복수의 드레인 유로(91)와, 복수의 드레인홈(92, 93)을 구비하고 있다.
이 구성에 있어서, 오일 시일(90)은, 일반적인 저압용의 접촉형 시일이며, 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)에 있어서의 축선 방향의 양단부에 설치된다. 자세하게는, 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)은, 그 내주면(64a, 64b, 64c, 64d, 64e)의 축선 방향에 있어서의 양측 단부가 대경으로 형성되는 것에 의해 스텝부(94)를 가지고 있고, 각 오일 시일(90)은, 이 스텝부(94)에 외주면이 끼워진 상태로 설치되어 있다. 그리고, 각 오일 시일(90)은, 그 내주면이 회전축(63)의 외주면에 슬라이딩 가능하게 접촉하는 것에 의해, 직경 간극으로부터 새어 나온 유체를, 축선 방향에 있어서의 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 범위 내에서 밀봉하고 있다. 단, 오일 시일(90)은, 외통(61)과 회전축(63)과의 대향면의 직경 간극으로부터 조금 새어 나오는 유체를 밀봉하는 정도의 것이며, 그 접촉에 의한 슬라이딩 저항은, 상기 스퀴즈 패킹에 비해 매우 적은 것이다. 따라서, 회전축(63)과 연결된 회전 헤드(50)의 주축(52)을 구동하는 DD 모터(53)에 걸리는 부하도 작은 것이 된다.
또, 드레인홈(92)은, 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 내주면(64a, 64b, 64c, 64d, 64e)에 있어서, 회전축(63) 측으로 개구되도록 형성된 원주 방향의 환형의 홈이다. 그리고, 각 드레인홈(92)은, 도시한 예에서는, 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)에 있어서, 축선 방향에 있어서의 각 오일 시일(90)과 접속 홈과의 사이의 위치의 2개소 형성되어 있다. 또한, 도시한 예에서는, 각 접속 홈끼리의 사이의 위치에 드레인홈(92)을 형성하는 것을 생략하고 있다. 또한, 드레인홈(93)은, 각 드레인홈(92)에 대응시켜 회전축(63)의 외주면에 복수 형성되어 있다. 각 드레인홈(93)은, 대응하는 드레인홈(92)이 형성된 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e) 측으로 개구되는 원주 방향의 환형의 홈이며, 축선 방향에 있어서의 각 드레인홈(92)에 대향하는 위치에 형성되어 있다. 그리고, 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)에는, 드레인홈(92)에 대응시켜 드레인 유로(91)가 형성되어 있고, 각 드레인 유로(91)는, 내주면 측에 있어서 드레인홈(92)에 연통되어 있다. 또, 각 드레인 유로(91)는, 외통(61)의 단부에 형성된 포트(도시하지 않음)에 연통되어 있고, 그 포트를 통하여 외부의 장치(예를 들면 회수 탱크)에 연통되어 있다.
그런데, 이상에서 설명한 로터리 조인트 장치(60)에 있어서는, 상기와 같이, 외통(61)을 구성하는 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)은, 단면에 끼워 장착된 위치 결정 핀(78)에 의해, 인접하는 원통 블록과 위상이 일치한 상태로 조합되어, 그 상태로 인접하는 2개의 원통 블록의 한쪽에 관통 장착된 나사 부재를 다른 쪽에 나사 결합시키는 것에 의해, 인접하는 2개의 원통 블록이 연결 고정되는 구조로 되어 있다. 그러나, 이러한 연결 구조만으로는, 외통(61)을 구성하는 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 조립 상태를, 항상, 높은 정밀도에서의 조립 상태[본 실시예의 경우에는, 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 축선이 높은 정밀도로 일치된 조립 상태]로 할 수 없다. 이 때문에, 외통(61)을 일단 분해하여 다시 조립할 때, 그 조립 상태[보다 자세하게는, 원통 블록마다의 회전축(63)과의 사이의 직경 간극]를 높은 정밀도로(분해 전 상태와 거의 일치한 상태로) 재현할 수도 없다. 그 이유는, 다음과 같다.
먼저, 위치 결정 핀(78)에 대해서는, 단순히, 인접하는 원통 블록의 위상을 맞추어, 복수의 유체 유로를 서로 대응시켜 연통시키는 목적으로 설치된 것에 지나지 않고, 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)을 상기와 같이 높은 정밀도에서의 조립 상태로 하는 것을 의도하여 설치되지 않았다. 왜냐하면, 각 위치 결정 핀(78)에 의해 상기와 같은 높은 정밀도에서의 조립 상태를 실현하기 위해서는, 위치 결정 핀(78)과 장착 구멍(79a)과의 끼워짐을 작게 할 필요가 생긴다. 그러나, 위치 결정 핀(78)과 장착 구멍(79a)과의 끼워짐을 작게 하면, 외통(61)의 분해시에, 위치 결정 핀(78)이 장착 구멍(79a)으로부터 빠지기 어려워져, 작업성이 매우 나빠진다. 또, 경우에 따라서는, 분해 자체가 불가능하게 되어 버린다. 따라서, 위치 결정 핀(78)과 장착 구멍(79a)과의 끼워짐에 대해서는 어느 정도의 여유를 마련하지 않으면 안 되기 때문에, 상기와 같이 높은 정밀도에서의 조립 상태로 하기 위한 구성으로 하여 위치 결정 핀(78)을 이용하는 구성으로 하는 것은, 채용하기 어려운 것이다.
또, 나사 부재에 대해서도, 축선 방향으로 작용하는 체결력에 의해 인접하는 원통 블록끼리를 연결하기 위한 것에 지나지 않기 때문에, 마찬가지이다. 보다 자세하게는, 나사 부재는, 인접하는 원통 블록의 한쪽의 원통 블록에 형성된 관통 구멍에 끼워 삽입되고, 그 상태로, 다른 쪽의 원통 블록에 형성된 나사 구멍에 나사 장착되는 것이지만, 그 끼워 삽입되는 관통 구멍과의 끼워짐(간극)은, 위치 결정 핀(78)과 장착 구멍(79a)과의 끼워짐보다 크게 설정되어 있다. 왜냐하면, 나사 구멍 등의 암 나사 가공은, 구멍 가공[예를 들면, 위치 결정 핀(78)이 끼워지는 장착 구멍(79a) 등]에 비해 위치 치수나 직경 치수에 대한 오차가 크고, 또, 나사 부재 등의 수 나사 가공은 전조(轉造) 가공이 일반적이고, 위치 결정 핀(78)에 비해 직경 치수의 오차가 크기 때문에, 이들 가공 정밀도를 허용하기 위해서는, 나사 부재와 관통 구멍과의 끼워짐(간극)을, 위치 결정 핀(78)과 장착 구멍(79a)과의 끼워짐보다 크게 할 필요가 있기 때문이다. 따라서, 나사 부재의 나사 결합에 의해, 외통(61)의 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 상기와 같은 높은 정밀도에서의 조립 상태로 할 수 없다.
그래서, 본 발명에 의한 로터리 조인트 장치(60)는, 외통(61)에 있어서의 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 조립 상태를 높은 정밀도로 재현하기 위한 구성으로서, 외통(61)에 형성되는 복수의 장착 홈(81)과, 각 장착 홈(81)에 장착되는 복수의 위치 결정 블록(80)을 구비하고 있다.
각 장착 홈(81)은, 도 8에 나타내는 바와 같이, 인접하는 2개의 원통 블록에 걸치는 형태로 외통(61)의 외주면에 노출되도록 형성된 홈이고, 그 저면(82)은, 인접하는 2개의 원통 블록을 조합한 상태에서 평면으로 가공하여 형성되어 있다. 그리고, 도시한 예에서는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 장착 홈(81)이, 인접하는 2개의 원통 블록의 조합마다에 따라, 외통(61)의 외주상에서 90도씩 위상을 어긋나게 하여 3개소 형성되어 있다. 이것에 의해, 인접하는 2개의 원통 블록의 축선끼리를, 외통의 외주면 상에 있어서의 2개소 이상에서, 외통(61)의 축선에 직교하는 2개 이상의 상이한 방향에 관하여 위치 결정을 하는 것이 가능해진다.
또, 각 장착 홈(81)에 장착되는 위치 결정 블록(80)은, 대략 직육면체의 형상을 한 금속제의 블록이고, 장착 홈(81)의 저면(82)에 대응하는 장착면(83)이 평면으로 가공되어 있다. 또, 위치 결정 블록(80)은, 위치 결정 블록(80)을 관통함과 함께, 장착 홈(81)의 저면(82)에 개구되도록 하여 형성된 나사 구멍에 나사 삽입되는 4개의 장착 볼트(89)에 의해, 대응하는 장착 홈(81)에 장착된다.
또한, 도시한 예에서는, 로터리 조인트 장치(60)이 램(8)의 내부에 수납될 때 위치 결정 블록(80)이 램(8)의 내부에 걸리지 않도록, 각 장착 홈(81)은, 외통(61)의 반경 방향에 관한 깊이를, 각 장착 홈(81)에 장착되는 위치 결정 블록(80)의 두께보다 큰 치수로 형성되어 있다. 따라서, 각 위치 결정 블록(80)은, 외통(61)의 외주면보다 내측으로 매몰된 상태로, 각 장착 홈(81)에 장착되어 있다.
그런데, 각 장착 홈(81)의 저면(82)은, 동일한 가공 수단에 의해, 거의 동일한 평면으로서 가공되어 있는 것이지만, 실제로는, 그 표면 상태(가공 상태)는, 표면 조도(粗度; 거칠기) 공차(公差)의 범위 내에서 불균일을 일으키고 있다. 이것은, 각 위치 결정 블록(80)의 장착면(83)에 대해서도 동일하다. 특히, 장착 홈(81)의 저면(82)에 대해서는, 장착 홈(81) 내에서의 평면 가공이라는 점도 있어, 절삭 가공으로 마무리되지만, 절삭 가공에 의한 가공 상태의 불균일에 의해, 장착 홈(81) 사이에서 표면 상태에 차이가 생기고 있다. 또, 하나의 장착 홈(81)에 있어서의 저면(82) 내에서도, 그 면 내에서의 위치가 크게 상이하면, 그 표면 상태의 차이가 커져 있다.
한편, 각 위치 결정 블록(80)의 장착면(83)에 대해서는, 연삭 가공으로 마무리되므로, 그 가공 상태의 불균일은 저면(82)만은 아니지만, 역시 각 위치 결정 블록(80) 사이에서 표면 상태에 다소의 차이가 생기고 있고, 또, 하나의 위치 결정 블록(80)에 있어서의 장착면(83) 내이더라도, 그 면 내에서의 위치가 크게 상이하면, 그 표면 상태의 차이가 생기고 있다. 그리고, 각 장착 홈(81)의 저면(82)과 각 위치 결정 블록(80)의 장착면(83)과의 조합이나 위상이 바뀌면, 그 표면 상태의 차이에 기인하여, 위치 결정되는 각 원통 블록의 축선의 위치도 상이한 위치가 된다. 이 때문에, 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 조립 상태에 오차가 생기게 된다.
그래서, 각 위치 결정 블록(80)은, 복수의 장착 홈(81) 중 어느 것에 대해 1 대 1로 대응하도록 설치되어 있다. 보다 구체적으로는, 각 장착 홈(81)과 각 위치 결정 블록(80)과의 대응 관계가 1종류로 설정되어 있어, 위치 결정 블록(80)을 장착 홈(81)으로부터 일단 분리해 다시 장착할 때는, 분리 전에 장착되어 있던 장착 홈(81)에 대해 반드시 장착되도록 대응 관계가 결정되어 있다.
또, 각 위치 결정 블록(80)은, 대응하는 장착 홈(81)에 대한 축선 방향 및 외통(61)의 원주 방향에 관한 장착 위상이 1종류로 설정된 것으로 되어 있다. 보다 구체적으로는, 각 위치 결정 블록(80)은, 대응하는 장착 홈(81)에 장착될 때의 방향이, 외통(61)의 상하 방향(축선 방향) 및 좌우 방향(원주 방향)에 대해, 미리 정해진 1개의 방향(위상)이 되도록, 장착 위상이 결정되어 있다.
그리고, 도시한 예에서는, 각 위치 결정 블록(80)과 각 장착 홈(81)과의 대응 관계를 1종류로 설정시킴과 함께 축선 방향 및 외통(61)의 원주 방향에 관한 위상을 대응시키는 구성으로 하고, 위치 결정용 마크(85, 86)가, 각 위치 결정 블록(80) 및 대응하는 각 장착 홈(81)에 형성되어 있다. 즉, 도시한 바와 같이, 각 위치 결정 블록(80)에는, 위치 결정용 마크(86)가 형성되어 있다. 또한, 위치 결정용 마크(85, 86)는 장착 홈과 위치 결정 블록(80)과의 조합이 1 대 1이 되도록, 대응하는 장착 홈(81)과 위치 결정 블록(80)과의 조합마다 다른 마크를 이용하고 있다.
구체적으로는, 도시한 예에서는, 장착 홈(80)과 위치 결정 블록(81)과의 조합마다 마크의 수를 다르게 하는 것으로 되어 있다. 그리고, 위치 결정 블록(80)을, 자신에게 형성된 위치 결정용 마크(85)의 수와 동일한 수의 위치 결정용 마크(86)가 형성된 장착 홈(81)에 장착하는 것에 의해, 위치 결정 블록(80)이 대응하는 장착 홈(81)에 장착된 것으로 되어, 위치 결정 블록(80)과 장착 홈(81)과의 대응 관계가 상이한 것으로 되는 일이 없는 것으로 되어 있다. 단, 위치 결정용 마크(85, 86)에 대해서는, 장착 홈(81)과 위치 결정 블록(80)과의 조합마다 수를 다르게 하는 것에 한정되지 않고, 다른 장착 홈(81) 및 위치 결정용 블록(80)과 구별할 수 있는 것이면, 어떠한 형식의 것이어도 된다. 예를 들면, 도 8의 위치 결정용 마크(85, 86) 대신, 도 9에 나타내는 바와 같이, 숫자를 각인하여 위치 결정용 마크(85, 86)로 해도 된다.
또, 위치 결정용 마크(85, 86)는, 장착 홈(81)에 대한 위치 결정 블록(80)의 장착 위상을 1종류로 설정하기 위해, 양 마크(85, 86)를 맞댄 상태로 함으로써 장착 홈(81)에 대한 위치 결정 블록(80)의 장착 위상이 소정의 장착 위상이 되도록 형성되어 있다. 구체적으로는, 위치 결정용 마크(85)는, 위치 결정 블록(80)의 전면(前面; 외주측의 면)에 있어서의 상하 및 좌우의 4개의 변 중 어느 하나를 따라 형성되고, 위치 결정용 마크(86)는 위치 결정 블록(80)의 소정의 장착 위상에 있어서 위치 결정용 마크(85)에 대응하는 위치에 형성되는 것으로 한다. 덧붙여, 도 8의 예에서는, 위치 결정용 마크(85)는 위치 결정 블록(80)의 전면에 있어서의 윗변을 따른 위치에 형성되고, 위치 결정용 마크(86)는 장착 홈(81) 측의 대응하는 위치에만 형성되어 있다. 따라서, 위치 결정용 마크(85)를 위치 결정용 마크(86)에 맞댄 상태로 위치 결정 블록(80)을 장착 홈(81)에 대해 장착하는 것에 의해, 위치 결정 블록(80)은, 항상 소정의 위상으로 장착된 상태가 된다. 또한, 도 8의 예에서는, 위치 결정용 마크(86)가 장착 홈(81) 내에 설치되어 있지만, 이것 대신, 도 9에 나타내는 바와 같이, 위치 결정용 마크(86)가 외통(61) 측의 장착 홈(81) 바깥의 위치에 설치되어 있어도 된다.
또한, 위치 결정 블록(80)의 장착 홈(81)에 대한 장착 위치에 관해서는, 그 장착 위치가 약간 어긋나는 것이어도, 외통(61)에 있어서의 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 조립 상태를 높은 정밀도로 재현하기 위한 목적에 있어서는 지장은 없다. 따라서, 각 위치 결정 블록(80)은, 대응하는 각 장착 홈(81)에 대해, 상하 방향(축선 방향)의 치수(높이 치수) 및 외통(61)의 원주 방향의 치수(폭 치수)가 작은 것이고, 볼트의 고정만으로 장착 위치가 고정되는 것이어도 된다. 구체적으로는, 도시한 예에서는, 위치 결정 블록(80)과, 장착 홈(81)에서 폭 치수가 거의 일치한 것으로 되어 있지만, 장착 홈(81)의 폭 치수를 위치 결정 블록(80)의 폭 치수보다 큰 것으로 하고, 4개의 볼트(89)만으로 장착 위치를 고정하도록 해도 된다. 또, 위치 결정 블록(80)에 있어서의 높이 치수 및 폭 치수 중 적어도 한쪽을, 장착 홈(81)의 대응하는 치수보다 작게 하는 것에 의해, 위치 결정 블록(80)의 장착, 분리 작업이 용이하게 행해질 수 있도록 해도 된다.
단, 후술하는 외통(61)의 내주면[관통 구멍(64)]에 대한 연삭 가공을 고려한 경우, 위치 결정 블록(80)의 폭 치수에 대해서는, 장착 홈(81)의 폭 치수와 거의 일치한 것으로 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 관통 구멍(64)의 연삭 가공을 행할 때, 관통 구멍(64)의 내주면에 가공에 의한 원주 방향의 큰 외력이 작용한다. 인접하는 2개의 원통 블록은, 서로를 축선 방향으로 연결하는 장착 볼트의 축력(軸力)에 의해 축선 방향의 단면(서로의 접촉하는 면)에 생기는 마찰력으로, 원주 방향에 관한 서로의 위치가 고정되어 있지만, 원주 방향의 외력이 상기 마찰력을 넘었을 경우, 외력이 작용한 원통 블록은, 위치 결정 블록의 볼트 구멍과 볼트(89)와의 공차의 범위에서 원주 방향으로 어긋나 버려, 그 축선이 외통(61)의 축선과 일치하지 않게 되어 버린다.
이것을 방지하기 위해, 본 실시예에서는, 위치 결정 블록(80)의 폭 치수를 장착 홈(81)의 폭 치수와 거의 일치한 것으로 하고 있다. 구체적으로는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 각 장착 홈(81)은, 축선 방향으로 연재하는 내측면(87a, 87b)이, 저면(82)과 마찬가지로, 인접하는 2개의 원통 블록을 조합한 상태에서 평면으로 가공하여 형성되어 있고, 또, 장착 홈(81)의 내측면(87a, 87b)에 대응하는 각 위치 결정 블록(80)의 측면(88a, 88b)도 인접하는 2개의 원통 블록을 조합한 상태로 평면으로 가공되어 있다. 그 위에, 각 위치 결정 블록(80)은, 폭 치수를, 현합(現合)에 의해, 각 장착 홈(81)의 폭 치수와 거의 일치하도록 가공됨과 함께 각 장착 홈(81)의 폭 치수에 대해서 약간의 조임 여유가 설정되어 있다. 이것에 의해, 각 위치 결정 블록(80)은, 측면(88a, 88b)이, 대응하는 장착 홈(81)의 내측면(87a, 87b)과 간극 없이 맞닿은 상태로 장착된다. 이것에 의해, 외통(61)의 내주면을 연삭 가공할 때, 과대한 외력이 작용해도, 외통(61)을 구성하는 각 원통 블록끼리가 원주 방향으로 어긋나는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도시한 예에서는, 각 위치 결정 블록(80)의 상하 방향의 치수에 관해서는, 대응하는 장착 홈(81)의 그것보다 작게 되어 있고, 상하 방향의 장착 위치는 볼트(89)만에 의해 고정되는 것으로 되어 있다. 그러나, 위치 결정 블록(80)의 상하 방향의 치수도, 폭 치수와 마찬가지로, 장착 홈(81)의 상하 방향의 치수와 거의 일치하는 것으로 하고, 각 위치 결정 블록(80)의 장착 위치가 엄밀하게 1종류로 고정되는 것으로 해도 된다. 구체적으로는, 도 8의 구성 대신, 도 9에 나타내는 바와 같이, 장착 홈(81)의 상하 방향의 한쪽 또는 양쪽에 접촉면(100)을 설치하고, 접촉면(100)에 위치 결정 블록(80)의 대응하는 상면(101)을 맞닿게 하여, 위치 결정 블록(80)의 상하 방향에 관한 부착 위치를 엄밀하게(1종류로) 고정시켜도 된다. 이것에 의해, 볼트의 고정만에 의해 부착 위치가 고정되는 경우에 비해, 저면(82)과 장착면(83)과의 상하 방향의 위치의 어긋남에 기인한 미묘한 조립 상태의 오차를 더욱 작게 할 수 있으므로, 보다 높은 정밀도로 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 축선이 외통(61)의 축선과 일치한 상태를 재현하는 것이 가능해진다.
이상과 같은 각 장착 홈(81)과 각 위치 결정 블록(80)을 구비하는 외통(61)에 의하면, 대응하는 장착 홈(81)에 대해 위치 결정 블록(80)을 설정된 장착 위상으로 장착하는 것에 의해, 인접하는 2개의 원통 블록이 외통의 외주면 상에 있어서의 2개소 이상의 위치에 있어서 외통(61)의 축선에 직교하는 2개 이상의 상이한 방향에 관하여 높은 정밀도로 위치 결정되고, 그 결과 외통(61)을 구성하는 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 조립 상태를 높은 정밀도로 유지하는 것이 가능해진다. 그것에 의해, 외통(61)을 일단 분해하여 다시 조립할 때에도, 인접하는 2개의 원통 블록의 조립 상태를, 분해 전 상태와 거의 일치한 상태, 즉, 본 실시예에 있어서의 인접하는 2개의 원통 블록의 축선이 정확하게 일치한 상태로 재현할 수 있다.
그리고, 그러한 외통(61)의 조립 구조를 채용한 본 발명에 의한 로터리 조인트 장치에서는, 외통(61)의 관통 구멍(64)은, 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)을 조립한 상태로 한 다음, 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 내주면 (64a, 64b, 64c, 64d, 64e)을 일체의 관통 구멍(64)의 내주면으로서 연삭 가공하는 것에 의해, 원하는 내경 치수로 마무리된다.
자세하게는, 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 내주면(64a, 64b, 64c, 64d, 64e)은, 이하의 순서로 가공된다.
(1) 인접하는 2개의 원통 블록(61d, 61e)을, 원주 방향에 관한 위상을 위치 결정용의 핀(78)에 의해 대응시켜, 축선 방향으로 조립한다.
(2) 원통 블록(61d, 61e)의 외주 상의 3개소 형성되어 있는 장착 홈(81)의 각각에, 대응하는 위치 결정 블록(80)을, 인접하는 2개의 원통 블록(61d, 61e)에 걸치는 형태로 끼워 맞춘다.
(3) 이 때, 각 위치 결정 블록(80)은, 위치 결정용 마크(85)를 대응하는 위치 결정용 마크(86)와 맞추는 것에 의해, 축선 방향 및 외통(61)의 원주 방향에 관한 미리 정해진 장착 위상으로, 대응하는 장착 홈(81)에 대해 장착된 상태가 된다.
(4) 그 위에, 위치 결정 블록(80)을 4개의 볼트(89)에 의해 장착 홈(81)에 고정한다. 이것에 의해, 인접하는 2개의 원통 블록에 있어서의 각 장착 홈(81)의 저면(82)이 동일 평면상에 고정된 상태가 된다.
(5) 그 상태로, 원통 블록(61d)의 단면에 형성되어 있는 각 관통 구멍에 장착 볼트를 삽입 통과시키고, 삽입 통과된 각 장착 볼트를, 원통 블록(61e)의 단면에 형성된 복수의 나사 구멍에 나사 결합하고, 인접하는 2개의 원통 블록(61d, 61e)을 축선 방향으로 결합한다.
(6) 이상의 (1)~(5)를, 인접하는 2개의 원통 블록의 조합[원통 블록(61c)과 원통 블록(61d)과의 조합, 원통 블록(61b)과 원통 블록(61c)과의 조합, 원통 블록(61a)과 원통 블록(61b)과의 조합]마다에 대해 반복하여, 복수의 원통 블록을 조립하여, 일체로서의 외통(61) 상태로 한다.
(7) 그리고, 외통(61)을 그렇게 조립한 상태에 있어서, 관통 구멍(64), 즉, 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 내주면(64a, 64b, 64c, 64d, 64e)에 연삭 가공이 실시된다. 그 위에, 외통(61)의 관통 구멍(64)은, 그 내경 치수를, 회전축(63)과의 대향면의 직경 간극이 0.005mm 이하가 되도록 마무리한다.
이와 같이, 본 발명에 의한 로터리 조인트 장치에서는, 상기 전술한 장착 홈(81)과 위치 결정 블록(80)과의 조합에 의해, 외통(61)을 구성하는 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e) 중 인접하는 2개의 원통 블록을 높은 정밀도로 위치 결정하고, 또한, 그 위치 결정 상태를 유지(재현) 가능한 상태로 하여, 외통(61)의 관통 구멍(64)이 원하는 내경 치수의 것으로 연삭 가공되어 있다.
따라서, 외통(61)은, 위치 결정 블록(80)을 대응하는 장착 홈(81)에 대해 설정된 장착 위상으로 조립한 조립 상태에 있어서는, 관통 구멍(64)을 형성하는 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 내주면(64a, 64b, 64c, 64d, 64e)의 축선이 일치한 상태가 되고, 회전축(63)이 관통 구멍(64) 내에 조립된 상태에 있어서의 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)과 회전축(63)과의 사이의 직경 간극이 전체에 걸쳐 0.005mm 이하의 상태가 된다.
그리고, 상기의 조립 상태, 즉, 위치 결정 블록(80)을 대응하는 장착 홈(81)에 대해 설정된 장착 위상으로 조립한 조립 상태를 유지하는 한에 있어서는, 관통 구멍(64)과 회전축(63)과의 사이의 직경 간극을 상기 상태로 유지할 수 있다. 그것에 의해, 외통(61)의 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)을 분해하여 다시 조립할 때에 있어서도, 분해시에 각 장착 홈(81)으로부터 일단 분리한 위치 결정 블록(80)을, 대응하는 장착 홈(81)에 대해 설정된 장착 위상으로 다시 장착하여 인접하는 2개의 원통 블록을 위치 결정하는 것에 의해, 외통(61)의 조립 상태를, 높은 정밀도로 분해 전과 거의 동일한 상태[본 실시예에 있어서의 복수의 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 각 축선이, 높은 정밀도로 일치한 상태]로 하고, 관통 구멍(64)을 구성하는 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 내주면(64a, 64b, 64c, 64d, 64e)과 회전축(63)과의 사이의 직경 간극을 높은 정밀도로 분해 전과 동일한 상태로 할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)을 외경 치수가 동일한 같은 형상인 것으로 하고, 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 축선(외주원의 중심 축선)을 높은 정밀도로 일치시킨 상태로 조립하여 외통(61)이 구성되어 있기 때문에, 상기한 관통 구멍(64)의 연삭 가공에 있어서, 외통(61)의 외주면을 기준으로 하는 것에 의해, 가공 후의 관통 구멍(64)의 축선에 어긋남(변화)이 생기지 않기 때문에, 재파지 등의 가공 공정을 보다 유연하게 선택할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 관통 구멍(64)의 상기 연삭 가공에 있어서는, 외통(61)의 외주면을 척(chuck) 등으로 파지하여 유지한 상태로 하여 그 가공이 행해지지만, 가공의 상황 등에 따라 척의 재파지가 행해져도, 외통(61)의 외주면을 기준으로, 관통 구멍(64)의 축선을 외통(61)의 축선과 일치시켜 연삭 가공하는 것에 의해, 가공된 관통 구멍(64)에 있어서의 척의 재파지 전후의 가공 위치에 있어서 각 축선에 어긋남이 생기지 않는다. 또한, 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 축선을 보다 정확하게 일치시키기 위해, 관통 구멍(64)의 연삭 가공 전에, 미리 일체의 외통(61)의 외주면을 연삭 가공하여 마무리해 두어도 된다.
이상에서는, 본 발명의 하나의 실시예에 대해 설명했지만, 본 발명에 의한 로터리 조인트 장치는 상기한 것으로 한정되는 것은 아니고, 이하와 같은 변형이 가능하다.
상기 실시예에서는, 외통(61)을 구성하는 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)을, 각각의 축선이 높은 정밀도로 일치된 상태로 조립하고, 그 상태로 외통(61)의 축선을 중심으로 한 원하는 내경 치수가 되도록 관통 구멍(64)에 연삭 가공을 실시하고 있다. 그러나, 이 대신, 외통(61)을 구성하는 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 조립 상태를, 서로의 축선이 일치하지 않은 상태의 것으로 해도 된다.
즉, 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)의 축선이 서로 일치하지 않은 상태라도, 외통(61)의 최종적인 조립 상태로서 각 장착 홈(81)에 위치 결정 블록(80)을 장착하여 두고, 외통(61)의 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)을 분해하여 다시 조립할 때, 각 장착 홈으로부터 일단 분리한 위치 결정 블록(80)을, 분리 전에 장착되어 있던 장착 홈(81)의 저면(82)에 대해 1 대 1로 대응시킴과 함께 장착 홈(81)에 대한 축선 방향 및 외통(61)의 원주 방향에 관한 장착 위상을 1종류로 설정된 원래의 상태가 되도록 다시 장착하고, 외통(61)의 조립 상태를 재현시키는 것에 의해, 관통 구멍(64)을 구성하는 내주면(64a, 64b, 64c, 64d, 64e)의 각 축선을, 높은 정밀도로 분해 전의 상태와 일치한 상태로 재현할 수 있다.
또, 상기 실시예에서는, 각 장착 홈(81)을, 인접하는 2개의 원통 블록의 조합마다, 외통(61)의 외주 상에서 90도씩 위상을 어긋나게 하여 3개소 형성하고 있지만, 이것으로 한정되지 않는다. 즉, 본 발명에서는, 장착 홈(81)은, 인접하는 2개의 원통 블록의 조합마다 외통(61)의 외주 상의 적어도 2개소 이상에 설치되어 있으면 되기 때문에, 2개소 혹은, 4개소 이상의 위치에 형성되는 것으로 해도 된다. 또, 각 장착 홈(81)의 외통(61)의 외주 상에서의 위상의 어긋남은 90도로 한정되지 않지만, 위치 결정에 관해서는, 상기 실시예와 같이, 직교하는 상이한 방향으로 위치 결정하는 것이 바람직하다. 또, 관통 구멍(64)의 연삭 가공에 의한 원주 방향의 외력에 관해서는, 역시 상기 실시예와 같이, 장착 홈(81) 중 적어도 1개에 대해, 또한 180도의 위상으로 장착 홈(81)을 추가하여 설치하고, 적어도 외통(61)의 외주면에서 대향하는 2개의 위치에서 상기 외력을 지지하는 것이 바람직하다.
또, 상기 실시예에서는, 인접하는 2개의 원통 블록의 조합마다 2개의 원통 블록을 조합한 상태로, 각 장착 홈(81)을 가공하여 형성하고 있지만, 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 각 원통 블록(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)을 일체의 외통(61)으로서 조립한 상태 그대로, 인접하는 2개의 원통 블록의 조합마다의 각 장착 홈(81)을 가공해도 된다. 그리고, 각 장착 홈(81)을 가공한 후에, 외통(61)을 분해하지 않은 상태 그대로, 각 장착 홈(81)에 대해서 대응하는 위치 결정 블록(80)을 장착하고, 내주면(64a, 64b, 64c, 64d, 64e)을 연삭 가공해도 된다. 이와 같이 가공하는 것에 의해, 각 원통 블록을 축선 방향으로 연결하는 장착 볼트의 체결력에 기인한 외통(61)의 조립 상태의 오차를 작게 할 수 있고, 보다 높은 정밀도로 분해 전의 외통(61)의 조립 상태를 재현할 수 있다.
또, 상기 실시예에서는, 2개의 베어링(62a, 62b)은, 앵귤러 볼 베어링이지만, 이것으로 한정되지 않고, 자동 조심 롤러 베어링이나 쓰리 롤러 베어링 등의 조심 기능을 가지는 롤러 베어링이어도 된다. 또한, 관통 구멍(64)과 회전축(63)과의 간극을 허용할 수 있는 경우에는, 조심 기능을 갖지 않은 볼 베어링이나 롤러 베어링이어도 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 본 발명에 의한 로터리 조인트 장치(60)를 공작 기계의 C축 구동 장치(30)에 적용하고 있지만, 이것으로 한정되지 않고, 공구가 장착되는 스핀들(21)을 회전 구동하는 스핀들 유닛(20)의 주축 구동 장치나, 스핀들 유닛(20)을 지지하는 가공용 헤드(10)의 주축 구동 장치 등에 적용해도 되고, 지그나 워크를 고정한 대상 장치로서의 원 테이블을 지지하는 주축을 회전 구동하는 원 테이블 장치의 구동 장치에 적용해도 된다.

1: 머시닝 센터
10: 가공용 헤드
20: 스핀들 유닛
30: C축 구동 장치
50: 회전 헤드
51: 하우징
52: 주축
53: DD 모터
53a: 모터 스테이터
53b: 모터 로터
60: 로터리 조인트 장치
61: 외통
61a, 61b, 61c, 61d, 61e: 원통 블록
62a, 62b: 앵귤러 볼 베어링
63: 회전축
64a, 64b, 64c, 64d, 64e: 내주면
71a, 71b, 71c, 71d, 71e: 유체 유로
72a, 72b, 72c, 72d, 72e: 접속 홈
73a, 73b, 73c, 73d, 73e: 접속 홈
74a, 74b, 74c, 74d, 74e: 유체 유로
80: 위치 결정 블록
81: 장착 홈
82: 저면
83: 장착면
85: 위치 결정용 마크
86: 위치 결정용 마크
100: 접촉면
101: 상면

Claims (4)

1. 축선(軸線) 방향으로 복수의 원통 블록을 조합하여 구성된 외통(外筒)과, 상기 외통의 축선 방향으로 이간(離間)되어 배치된 2개의 베어링에 의해 상기 외통 내에서 회전 가능하게 지지된 회전축과, 상기 외통에 대해 상기 원통 블록마다 적어도 1개 형성된 유체(流體) 유로(流路)로서 상기 원통 블록의 내주면에 개구되는 유체 유로와, 상기 유체 유로에 대응하여 설치됨과 함께 대향하는 상기 원통 블록의 내주면 및 상기 회전축의 외주면 중 적어도 한쪽에 형성되어 상기 유체 유로에 연통되는 환형(環形)의 접속 홈을 구비하고, 상기 외통의 유체 유로와 상기 접속 홈에 연통되도록 상기 회전축에 형성된 상기 유체 유로를 상기 접속 홈을 통하여 연통되는 로터리 조인트 장치에 있어서,
   상기 외통의 외주면 상에 있어서의 복수의 위치에 형성됨과 함께 인접하는 2개의 원통 블록에 걸치는 형태로 상기 외통의 외주면에 노출되도록 형성된 복수의 장착 홈으로서 저면(底面)이 상기 2개의 원통 블록을 조합한 상태에서 평면으로 가공된 장착 홈과,
   복수의 상기 장착 홈에 대해 1 대 1로 대응함과 함께 상기 장착 홈에 대한 상기 축선 방향 및 상기 외통의 원주 방향에 관한 장착 위상(位相)이 1종류로 설정된 복수의 위치 결정 블록으로서 대응하는 상기 장착 홈의 저면에 대한 장착면이 평면으로 가공된 위치 결정 블록
   을 포함하는 것을 특징으로 하는, 로터리 조인트 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 베어링은, 상기 각 원통 블록을 조립한 일체로서의 상기 외통의 양단에 배치된 축심(軸心)이 어긋나지 않는 구조의 베어링인 것을 특징으로 하는, 로터리 조인트 장치.
3. 축선 방향으로 복수의 원통 블록을 조합하여 구성된 외통과, 상기 외통의 축선 방향으로 이간되어 배치된 2개의 베어링에 의해 상기 외통 내에서 회전 가능하게 지지된 회전축과, 상기 외통에 대해 상기 원통 블록마다 적어도 1개 형성된 유체 유로로서 상기 원통 블록의 내주면에 개구되는 유체 유로와, 상기 유체 유로에 대응하여 설치됨과 함께 대향하는 상기 원통 블록의 내주면 및 상기 회전축의 외주면 중 적어도 한쪽에 형성되어 상기 유체 유로에 연통하는 환형의 접속 홈을 구비하고, 상기 외통의 유체 유로와 상기 접속 홈에 연통하도록 상기 회전축에 형성된 상기 유체 유로를 상기 접속 홈을 통하여 연통하는 로터리 조인트 장치의 가공 방법에 있어서,
   상기 외통의 외주면 상에 있어서의 복수의 위치로서 인접하는 2개의 원통 블록에 걸치는 위치에, 저면이 상기 2개의 원통 블록을 조합한 상태에서 평면으로 가공됨과 함께, 상기 외통의 외주면에 노출되는 형태로 형성된 복수의 장착 홈을 설치하고,
   복수의 상기 장착 홈에 대해 1 대 1로 대응함과 함께 상기 장착 홈에 대한 상기 축선 방향 및 상기 외통의 원주 방향에 관한 장착 위상이 1종류로 설정된 복수의 위치 결정 블록으로서 대응하는 장착 홈의 저면에 대한 장착면이 평면으로 가공된 위치 결정 블록을, 인접하는 2개의 상기 원통 블록에 걸치는 형태로 대응하는 장착 홈 내에 장착하고,
   인접하는 2개의 상기 원통 블록에 있어서의 상기 장착 홈의 저면끼리를 상기 위치 결정 블록으로서 동일 평면상에 고정한 상태로 상기 외통의 내주면을 연삭 가공하는 것을 특징으로 하는, 로터리 조인트 장치의 가공 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 기재된 로터리 조인트 장치를 구비한 공작 기계용의 주축(主軸) 구동 장치로서, 상기 로터리 조인트 장치의 회전축에 접속된 주축과 상기 주축을 회전 구동하는 구동 장치를 포함하고, 상기 구동 장치는, 상기 주축 주위에 동축적(同軸的)으로 배치되어 주축에 연결된 모터 로터 및 그 모터 로터의 외주 또는 내주에 대향하여 상기 주축 구동 장치의 프레임에 설치된 모터 스테이터(motor stator)로 이루어지는 직접 구동형의 모터인 것을 특징으로 하는, 공작 기계용의 주축 구동 장치.

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