(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転側の一方の部材（Ｂ）と非回転側の他方の部材（Ａ）との間で流体の供給を可能にするロータリジョイント（１０）であって、
前記一方の部材側または前記他方の部材側のいずれか一方であって前記流体を供給する供給側に取り付けられ、流体の流通穴（１０ａ）が形成されたジョイント本体（１２）と、
前記他方の部材側または前記一方の部材側のいずか一方であって前記ジョイント本体側から流体の供給を受ける被供給側に設けられ、流体の流通穴（１６ａ）が形成されたジョイント体（１６）と、
このジョイント体の端部に設けられた一方のシール部材（１７）と、
前記ジョイント本体内に、このジョイント本体の軸線方向に進退移動自在に、かつ、前記一方のシール部材と対向するように設けられた他方のシール部材（１８）とからなり、
前記流体供給時には流体の圧力により前記他方のシール部材が移動して前記一方のシール部材と密接するとともに、このシール部材間で回転し、前記一方の部材と前記他方の部材との間で前記流体の流通を可能にするベアリングレス形ロータリジョイントの保持構造において、
前記他方の部材または前記一方の部材に前記ジョイント本体または前記ジョイント体を進退移動自在に取り付け、
進退移動自在に取り付けた前記ジョイント本体または前記ジョイント体と前記他方の部材または前記一方の部材との間に付勢部材（１５）を設け、
この付勢部材により前記ジョイント本体または前記ジョイント体を前記一方の部材または前記他方の部材側に常時付勢し、
前記ジョイント本体または前記ジョイント体を進退移動自在に取り付けた前記他方の部材の前記一方の部材側または前記一方の部材の前記他方の部材側に規制部材（８）を設け、
前記ジョイント本体または前記ジョイント体を前記規制部材に当接させることにより前記ジョイント本体または前記ジョイント体の移動を規制して位置決めし、
前記一方の部材と前記他方の部材とが軸線方向にお互いに近づく方向に相対移動して前記一方のシール部材と他方のシール部材が密接しても、前記シール部材間に前記付勢部材による付勢力以外は付勢されないように、前記ジョイント本体または前記ジョイント体と付勢部材を設けた前記他方の部材または前記一方の部材との間に隙間（ｌ２  ，ｌ３  ）を設けたことを特徴とするベアリングレス形ロータリジョイントの保持構造。
【請求項２】
請求項１に記載のベアリングレス形ロータリジョイントの保持構造において、前記流体が切削油剤であり、前記一方の部材が、一端に工具を挿着する工具挿着部を有し前記工具を引き込んでクランプする回転自在な主軸であり、前記他方の部材が、前記クランプ機構をアンクランプ状態にするために工作機械の固定部に設けられたアンクランプ装置であり、前記アンクランプ装置側より前記主軸側に前記切削油剤を供給するようにしたことを特徴とするベアリングレス形ロータリジョイントの保持構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、非回転側から回転側にクーラント等の流体を供給するためのロータリジョイントに関し、特に、ベアリング等の転がり軸受を用いないベアリングレス形ロータリジョイントの保持構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば工作機械において、刃先から高圧のクーラントを噴射し、被加工部位の冷却と切削屑の除去とを行うオイル穴付き工具は、工具寿命が向上し高速切削にも適しているため、主軸を高速で回転させて切削速度を向上させる傾向にある近年の工作機械においては数多く採用されるようになってきている。そして、オイル穴付き工具にクーラントを供給するためのクーラント供給機構においては、主軸頭の外側に設けられたクーラント供給装置から供給されたクーラントを、主軸の中心に設けられたクーラント流通路を通して前記オイル穴付き工具に供給する、いわゆる主軸スルークーラント方式が一般的に採用されている。このような主軸スルークーラント方式を採用するクーラント供給機構では、回転側と非回転側とを連結して回転する主軸へのクーラントを供給を可能にするロータリジョイントが必須の構成要件となる。
【０００３】
ところで、前記したロータリジョイントの中には、ベアリング等の転がり軸受により回転側と非回転側との間に有するものが最も一般的であるが、毎分数万回転という高速で主軸を回転させることのある近年の工作機械においては、転がり軸受の寿命が大幅に低下し、それにともないロータリジョイントの寿命が短くなるという不具合がある。そのため、近年では、転がり軸受を用いないベアリングレス形ロータリジョイントが数多く採用されるに至っている。
【０００４】
図２は、ベアリングレス形ロータリジョイントの一例にかかり、その構成を説明する断面図である。
ベアリングレス形ロータリジョイント１０は、工作機械の主軸やドローバなどの回転部Ｂに取り付けられるジョイント体１６と、工作機械の固定部やドローバを押圧して工具をアンクランプ状態にする工具アンクランプ装置などの非回転部Ａに設けられるジョイント本体１２とからなっている。ジョイント体１６およびジョイント本体１２には、クーラント等の流体が流通できる流通穴１０ａ，１６ａがそれぞれ形成されている。ジョイント本体１２側の流通穴１０ａ内には、円筒状のフローティングシート１９が浮動状態に設けられ、かつ、軸線方向に進退移動自在である。また、このフローティングシート１９の一端には、フローティングシート１９の貫通穴１９ａと同心状に環状のシール部材１８が取り付けられている。一方、ジョイント体１６の他端にも流通穴１６ａと同心状に環状のシール部材１７が取り付けられている。
【０００５】
ジョイント体１６の一側にはねじ部１６ｂが形成され、このねじ部１６ｂの根元にクーラント等の流体の漏出を防止するＯリング，リップパッキン等の成形パッキンや、オイルシール等のパッキン１６ｃが嵌着されている。そして、ジョイント体１６は、回転部Ｂに形成されたねじ穴にねじ部１６ｂが根元まで螺入されることにより、回転部Ｂに取り付けられ、ジョイント本体１２はボルトなどにより非回転部Ａに固定される。ジョイント体１６の他端は、ジョイント本体１２の一側に形成された穴１２ａに、ジョイント本体１２と接触しないように挿入されるが、このとき、ジョイント体１６側の流通穴１６ａとジョイント本体１２側の流通穴１０ａとが同一の軸線上に位置するとともに、シール部材１７，１８は所定の寸法Ｓだけ離間して対峙している。
【０００６】
非回転部Ａ側から回転部Ｂ側へ流体が供給されると（流体の流れる方向を図中矢印で示す）、流体の供給圧力により流通穴１０ａ内で浮動状態にあるフローティングシート１９がジョイント体１６側に移動して、シール部材１７，１８が密接する。これにより、流通穴１０ａ，１６ａが連通して非回転部Ａ側から回転部Ｂ側への流体の供給が可能になる。回転部Ｂとともにジョイント体１６が回転を開始すると、シール部材１７とシール部材１８との間で密接状態を維持しながら回転する。
【０００７】
上述したシール部材１７，１８間の隙間の寸法Ｓは、クーラントなどの流体を流した際に前記隙間から流体が漏出しないようにシール部材１７，１８が迅速，完全に密接することができるものでなければならず、また、主軸やドローバなどの回転部Ｂが熱等によって軸線方向に膨張しても、この膨張量を吸収してシール部材１７，シール部材１８間の滑らかな回転を継続できるものでなければならない。シール部材１７，１８の隙間の寸法Ｓは、ロータリジョイント１０の種類や大きさ，供給される流体の圧力等によっても異なるが、主軸スルークーラント方式のクーラント供給機構を採用した工作機械においては、約０．７ｍｍ程度である。
【０００８】
しかしながら、上述したような構成のベアリングレス形のロータリジョイント１０をドローバを押圧して工具をアンクランプ状態にする工具アンクランプ装置のように、回転部Ｂに対して非回転部Ａが相対的に、軸線方向に移動するような場合には、非回転部Ａの移動とともにフローティングシート１９のシール部材１８がジョイント体１６のシール部材１７に過大な力で押し付けられることになり、フローティングシート１９やシール部材１７，１８が変形したり、破損したりして流体の漏出を防止できないということがあった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、流体の供給を受ける回転側または非回転側に取り付けられたジョイント体のシール部材と、流体を供給する非回転側または回転側のジョイント本体に浮動状態で設けられたシール部材とを、流体の供給圧力により密接させて回転側と非回転側との間で流体の流通を可能にしたベアリングレス形のロータリジョイントの保持構造において、非回転部または回転部が相対的に移動するような場合であっても、ジョイント体がジョイント本体に過度な力で押しつけられることがなく、シール部材間の円滑な回転を長く維持することができる、信頼性の高いベアリングレス形ロータリジョイントの保持構造を得ようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のベアリングレス形ロータリジョイントの保持構造は、回転側の一方の部材と非回転側の他方の部材との間で流体の供給を可能にするロータリジョイントであって、前記一方の部材側または前記他方の部材側のいずれか一方であって前記流体を供給する供給側に設けられ、流体の流通穴が形成されたジョイント本体と、前記他方の部材側または前記一方の部材側のいずか一方であって前記ジョイント本体側から流体の供給を受ける被供給側に設けられ、流体の流通穴が形成されたジョイント体と、このジョイント体の端部に設けられた一方のシール部材と、前記ジョイント本体内に、このジョイント本体の軸線方向に進退移動自在に、かつ、前記一方のシール部材と対向するように設けられた他方のシール部材とからなり、前記流体供給時には流体の圧力により前記他方のシール部材が移動して前記一方のシール部材と密接するとともに、このシール部材間で回転し、前記一方の部材と前記他方の部材との間で前記流体の流通を可能にするベアリングレス形ロータリジョイントの保持構造において、前記他方の部材または前記一方の部材に前記ジョイント本体または前記ジョイント体を進退移動自在に取り付け、進退移動自在に取り付けた前記ジョイント本体または前記ジョイント体と前記他方の部材または前記一方の部材との間に付勢部材を設け、この付勢部材により前記ジョイント本体または前記ジョイント体を前記一方の部材または前記他方の部材側に常時付勢し、前記ジョイント本体または前記ジョイント体を進退移動自在に取り付けた前記他方の部材の前記一方の部材側または前記一方の部材の前記他方の部材側に規制部材を設け、前記ジョイント本体または前記ジョイント体を前記規制部材に当接させることにより前記ジョイント本体または前記ジョイント体の移動を規制して位置決めし、前記一方の部材と前記他方の部材とが軸線方向にお互いに近づく方向に相対移動して前記一方のシール部材と他方のシール部材が密接しても、前記シール部材間に前記付勢部材による付勢力以外は付勢されないように、前記ジョイント本体または前記ジョイント体と付勢部材を設けた前記他方の部材または前記一方の部材との間に隙間を設けたことを特徴とする。
【００１１】
また、上記の保持構造を工作機械に適用して、前記流体が切削油剤であり、前記一方の部材が、一端に工具を挿着する工具挿着部を有し前記工具を引き込んでクランプする回転自在な主軸であり、前記他方の部材が、前記クランプ機構をアンクランプ状態にするために工作機械の固定部に設けられたアンクランプ装置であり、前記アンクランプ装置側より前記主軸側に前記切削油剤を供給するようにしてもよい。
【００１２】
【作用】
ジョイント本体は流体を供給する供給側であって、非回転部または回転部のいずれかに設けられる。一方、ジョイント体は流体の供給を受ける側の回転部または非回転部のいずれかに設けられる。ジョイント本体またはジョイント体は、付勢部材により常時ジョイント体またはジョイント本体側に付勢されているととももに、付勢部材を設けた一方の部材または他方の部材との間に隙間が設けられている。これにより、ジョイント本体またはジョイント体は一方の部材または他方の部材に対して進退移動自在である。従って、ジョイント本体とジョイント体が当接して押圧力が付与されても、ジョイント本体またはジョイント体は付勢部材の付勢力に抗して移動することができ、シール部材間には付勢部材の付勢力以上の過度な力が加わることがない。また、ジョイント本体またはジョイント体は付勢部材の付勢力により規制部材に押しつけられて位置決めされる。
【００１３】
これを、工作機械の主軸について説明すれば、回転自在な主軸が流体の供給を受ける被供給側であり、ジョイント体はこの主軸の他端部に取り付けられる。一方、ジョイント本体は流体の供給側である工具アンクランプ装置に取り付けられる。工具アンクランプ装置側から主軸側へ流体が供給されると、シール部材が密接して流体の流通が可能になるとともに、主軸が回転を開始すると、両方の密接状態を維持しながら回転する。
工具アンクランプ装置が駆動すると、ジョイント本体が主軸側に移動し、ジョイント体がジョイント本体に当接してジョイント本体を他側に向けて押す。ジョイント本体と工具アンクランプ装置との間には隙間が設けられていて、ジョイント本体は付勢部材の付勢力に抗して取付部内を移動することができるので、ジョイント本体には付勢部材の付勢力以外の過大な力が付与されることがない。そのため、両方のシール部材は長期にわたって円滑な回転を行うことができ、ベアリングレス形ロータリジョイントの信頼性が向上する。なお、ジョイント体を取り付けた主軸側に付勢部材，隙間を設けるものとしてもよい。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の好適な一実施例を図面に従って説明する。
図１は本発明を工作機械のクーラント供給機構に適用した一実施例にかかり、主要部の断面図である。なお、この実施例におけるベアリングレス形ロータリジョイントは、従来技術の中で説明したベアリングレス形ロータリジョイント１０と同じものであるので、同一部位，同一部材には同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
回転自在な主軸１の貫通穴１ａ内には、主軸１の一端に設けられた図示しない工具挿着部に挿入された工具をクランプ・アンクランプするためのドローバ２が主軸軸線方向に進退移動自在に設けられている。また、主軸１の他端側には、ドローバ２に押圧力を付与してドローバ２を一側に移動させ、工具をアンクランプ状態にする工具アンクランプ装置３が設けられている。
【００１５】
この工具アンクランプ装置３は工作機械の固定部に取り付けられたシリンダ４と、このシリンダ４のシリンダ室４ａに進退移動自在に嵌入されたピストン５を有し、圧油をシリンダ室４ａ，４ｂに供給することによるピストン５の移動とともに主軸軸線方向に進退移動する摺動部材６と、この摺動部材６の先端にボルト７によって取り付けられ、摺動部材６が一側に移動したときにドローバ２の後端部と当接してドローバ２に一側に向けて押す押圧部８ｃを形成した規制部材８とからなっている。なお、符号３１はピストン５の回転規制部材（ピン）であり、ピストン５は蓋体４ｂに対して回転しないようになっている。６ｂは空気穴であり、ジョイント本体１２が進退移動したときに室６ｃ内に空気を流入または排気するためのものである。
また、ドローバ２および摺動部材６には、図示しないクーラント供給装置から供給されたクーラントが流通できるクーラント流通路２ａ，６ａがそれぞれ形成されていて、図示しないクーラント供給装置から供給されたクーラントは、このクーラント流通路２ａ，６ａを通って主軸１の一端に引き込み挿着された図示しない工具に供給されるようになっている。
【００１６】
摺動部材６の一側には、ベアリングレス形ロータリジョイント１０のジョイント本体１２を収納したスリーブ３０を進退移動自在に設けるための、取付部としての取付穴１１が主軸軸線と平行に形成されている。なお、前記した取付部としては、ジョイント本体１２またはジョイント本体１２を収納したスリーブ３０を主軸軸線方向に進退移動自在に保持できるものであれば必ずしも取付穴１１でなくてもよく、例えば、摺動部材６の一側にガイド部材を突設し、このガイド部材に沿ってジョイント本体１２等が進退移動できるように保持する形態のものであってもよい。
取付穴１１の一部は、段階的に穴径が小さくなる中間穴１１ａと小径穴１１ｂとして形成されていて、この中間穴１１ａおよび小径穴１１ｂを介して取付穴１１とクーラント流通路６ａとが連通している。そして、スリーブ３０を取付穴１１に挿入する際には、ジョイント本体１２の他側に突設された小径部１３が中間穴１１ａに挿入される。また、スリーブ３０は、小径穴１１ｂの底部と小径部１３の端部との間に介在する付勢部材としてのコイルばね１５により、常時一側（ジョイント体１６側）に付勢されている。このコイルばね１５は、工具アンクランプ装置３によってアンクランプ動作を行った際に、スリーブ３０を後退させ、シール部材１７，シール部材１８間に必要以上の荷重、すなわち、変形や破損を生じさせるような荷重を負荷させないものである。
図において符号１４は、凸部１４に外嵌されたパッキンで、クーラント流通路６ａからジョイント本体１２の流通穴１０ａに流れるクーラントが、中間穴１１ａと小径部１３との隙間から漏出しないようにするためのものである。
なお、前記した付勢部材としては、コイルばね１５に限らずゴムなどの弾性体であってもよい。また、付勢部材を設ける部位は小径部１３と小径穴１１ｂの底部との間に限らず、中間穴１１ａの底部と小径部１３との間であってもよいし、取付穴１１の底部とスリーブ３０との間であってもよい。
【００１７】
円筒状に形成された規制部材８は、フランジ部８ｂでボルト７によって摺動部材６の一側に取り付けられ、フランジ部８ｂから他側に延びる規制部材８の他端部８ａは、取付穴１１内に所定長さ挿入されている。コイルばね１５により付勢されているジョイント本体１２は、他端部８ａに当接して取付穴１１内で位置決めされている。
なお、上記の実施例では規制部材８の他端部８ａで規制，位置決めすることとして説明したが、ジョイント本体１２またはスリーブ３０と当接してジョイント本体１２の位置決めを行うことができるものであればこれに限られるものではない。例えば、取付穴１１の内周面の所定部位に嵌合溝を形成し、この嵌合溝にＯリングを嵌着してジョイント本体１２の位置決めを行うものとしてもよいし、摺動部材６の外周面からボルトを螺入して先端を取付穴１１の内周面から突出させ、このボルトの先端にジョイント本体１２を当接させるようにしてもよい。
【００１８】
また、主軸に挿着された工具をアンクランプ状態にするべく摺動部材６が一側に移動すると、ジョイント本体１２がジョイント体１６に当接して、取付穴１１内を摺動部材６の移動方向とは逆方向に移動するが、規制部材８の押圧部８ｃがドローバ２を所定量押圧するまでの間に、ジョイント本体１２または小径部１３が取付穴１１または中間穴１１ａの底部に当接するものであってはならない。すなわち、図１に示すように、摺動部材６が他側に移動した初期状態において、規制部材８の一端面とドローバ２との距離をｌ１  とし、ジョイント本体１２と取付穴１１の底部までの距離（隙間）をｌ２  ，小径部１３の端面と中間穴１１ａの底部との距離（隙間）をｌ３  とすると、ｌ１  とｌ２  ，ｌ３  との関係はそれぞれ、ｌ１  ＜ｌ２  ，ｌ１  ＜ｌ３  でなければならない。
【００１９】
次に上記構成の本発明の作用を説明する。
まず、本発明のベアリングレス形ロータリジョイントの保持構造におけるロータリジョイント１０の取り付け手順を説明する。
シリンダ室４ａの他側を遮蔽する蓋体４ｂはボルト２０でシリンダ４に取り付けられていて、このボルト２０を緩めて蓋体４ｂを取り外すことにより、シリンダ４の他側からピストン５および摺動部材６を抜き出すことができるようになる。次に、ボルト７を緩めて規制部材８を摺動部材６から取り外す。そして、取付穴１１の小径穴１１ｂにコイルばね１５を挿入し、ジョイント本体１２を固定したスリーブ３０を取付穴１１内に挿入する。他端部８ａを取付穴１１内に挿入し、ボルト７を締め付けると、ジョイント本体１２は取付穴１１内の所定位置で保持される。一方、ドローバ２の他端にはジョイント体１６を取り付ける。この後、ピストン５をシリンダ室４ａ内に嵌入させて摺動部材６をシリンダ４内に挿入し、ボルト２０を締め付けて蓋体４ｂをシリンダ４に取り付ける。シリンダ室４ａ内の一側に圧油を供給してピストン５および摺動部材６を他側に移動させ初期状態にすると、シール部材１７，１８の隙間はロータリジョイント１０内の図略の構成により所定の寸法Ｓ（例えば、０．７ｍｍ）になっている。
【００２０】
工具クランプ状態において、図示しないクーラント供給装置からクーラントを供給すると、シール部材１７，１８が密接してクーラント流通路２ａとクーラント流通路６ａが連通状になり、主軸１の一端に挿着した工具にクーラントの供給が可能になる。また、主軸１が回転するとシール部材１７，１８が密接したままジョイント体１６およびシール部材１７がジョイント本体１２内で回転する。
主軸１の回転を停止させた後、主軸１の一端に挿着した工具をアンクランプ状態にする際には、油路４ｄを介してシリンダ室４ｂ内に圧油を供給してピストン５とともに摺動部材６を一側へストロークｌ０  だけ移動させるが、摺動部材６が移動を開始すると、ジョイント体１６の他端がジョイント本体１２に当接してジョイント本体１２に押圧力を付与する。この押圧力の付与により、ジョイント本体１２はコイルばね１５の付勢力に抗して取付穴１１内を摺動部材６の移動方向と反対方向に移動する。摺動部材６が、ｌ１  だけ移動してドローバ２を押圧，移動させると、ジョイント体１６とジョイント本体１２とは一体的に移動する。このことにより、ジョイント本体１２やシール部材１７，１８，フローティングシート１９にはコイルばね１５の付勢力よりも大きな力が付与されることがなく、フローティングシート１９やシール部材１７，１８，ジョイント本体１２等が変形したり破損したりすることがない。
【００２１】
さらに摺動部材６が一側に移動することにより規制部材８の一端がドローバ２に当接すると、ドローバ２は規制部材８に押されて一側に移動し主軸の一端に挿着された工具をアンクランプ状態にする。
工具の交換が終わり、油路４ｃを介してシリンダ室４ａに圧油を供給すると、摺動部材６が他側へ移動して初期状態に戻る。摺動部材６の他側への移動とともにジョイント本体１２もコイルばね１５の付勢力により取付穴１１内を一側に移動し、他端部８ａに当接した元の状態に復帰する。
【００２２】
本発明の好適な実施例を説明してきたが、ジョイント本体１２およびスリーブ３０の形状は上記の実施例のものに限定されない。例えば、上記の実施例でスリーブ３０は他側に小径部１３を有するものとして説明しているが、小径部１３を有しない形状のものであってもよい。すなわち、摺動部材６に対してジョイント本体１２が移動可能な形状であればよい
また、非回転側から回転側に流体を供給するロータリジョイントとして説明を行ったが、回転側より非回転側に流体を供給するロータリジョイントであっても本発明を適用することができる。この場合には、流体の供給側である回転側にジョイント本体を設ければよい。さらに、本発明においてはジョイント体とジョイント本体が当接したときに、ジョイント体またはジョイント本体のいずれか一方が移動できればよいのだから、付勢部材，隙間等はジョイント体を取り付けた回転側である主軸に設けるものとしてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は、上述したように構成されているので、ジョイント本体内に浮動状態に設けられたシール部材を、流体の供給圧力によりジョイント体のシール部材に密接させることにより非回転側から回転側へ、または回転側から非回転側への流体の供給を可能にするベアリングレス形ロータリジョイントを取り付ける際に、取付作業を容易にすることができる。また、工具をアンクランプする際にも、ベアリングレス形ロータリジョイントを構成するジョイント体やシール部材，ジョイント本体等に過大な力が加わることがなく、シール部材間の円滑な回転とシール部材間の漏出防止のための密接状態を長期間にわたって維持することができ、信頼性の高いベアリングレス形ロータリジョイントの保持構造を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のベアリングレス形ロータリジョイントの保持構造を工作機械に適用した一実施例にかかり、その要部の断面図である。
【図２】ベアリングレス形ロータリジョイントの一例にかかり、その構成を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１            主軸
２            ドローバ
２ａ，６ａ    クーラント流通路
３            工具アンクランプ装置
４            シリンダ
５            ピストン
６            摺動部材
８            規制部材
８ａ          他端部
１０          ベアリングレス形ロータリジョイント
１１          取付穴（取付部）
１１ａ        中間穴
１１ｂ        小径穴
１２          ジョイント本体
１３          小径部
１５          コイルばね（付勢部材）
１６          ジョイント体
１７，１８    シール部材
３０          スリーブ
ｌ１  ，ｌ２      隙間
【図１】
0003583173.tif 000002
【図２】
0003583173.tif 000003