(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に中空路を有し、主軸に該主軸と共に回転状態に取り付けられ、該中空路の後端開口部に第１シール部材を取り付けられた回転軸体と、内部に中空路を有し、該中空路の前端開口部に第２シール部材を取り付けられたハウジングと、を備え、前記回転軸体とハウジングとが、前記第１シール部材および第２シール部材を接触させ、かつ回転軸体の中空路とハウジングの中空路とを連通させるように、同軸に配設され、前記の連通した中空路を流体が流通するロータリージョイントであって、前記回転軸体が、主軸と連動回転し内部に中空路を有する連動軸体と、内部に中空路を有し該中空路の後端開口部に第１シール部材を取り付けられ、前記連動軸体に対して該連動軸体の内部に軸平行に固定されたガイドピンと係合することにより軸方向に移動可能かつ軸回転不可能にされるとともに、前記連動軸体との間にＯリングが設けられた移動軸体と、を備えるとともに、前記移動軸体が前記連動軸体に対して弾性部材によって後方向へ弾性付勢され、かつ前記移動軸体の後方向への移動を制限するストッパーが連動軸体に設けられて構成されることを特徴とするロータリージョイント。
【請求項２】
内部に中空路を有し、主軸に該主軸と共に回転状態に取り付けられ、該中空路の後端開口部に第１シール部材を取り付けられた回転軸体と、内部に中空路を有し、固定されたハウジング内に軸方向に移動可能かつ軸回転不可能な状態で配設され、該中空路の前端開口部に第２シール部材を取り付けられたフローティングシートと、を備え、前記回転軸体とフローティングシートとが、第１シール部材および第２シール部材が対向するように配設され、前記フローティングシートが軸方向に移動し、第１シール部材および第２シール部材が接触することにより、フローティングシートの中空路と回転軸体の中空路とが連通することにより流体供給路が形成され、該流体供給路を流体が流通するロータリージョイントであって、前記回転軸体が、主軸と連動回転し内部に中空路を有する連動軸体と、内部に中空路を有し該中空路の後端開口部に第１シール部材を取り付けられ、前記連動軸体に対して該連動軸体の内部に軸平行に固定されたガイドピンと係合することにより軸方向に移動可能かつ軸回転不可能にされるとともに、前記連動軸体との間にＯリングが設けられた移動軸体と、を備えるとともに、前記移動軸体が前記連動軸体に対して弾性部材によって後方向へ弾性付勢され、かつ前記移動軸体の後方向への移動を制限するストッパーが連動軸体に設けられて構成されることを特徴とするロータリージョイント。
【請求項３】
前記フローティングシートが後方向へ弾性付勢されており、前記ハウジングにフローティングシートへ通じる流体出入孔が設けられ、該流体出入孔から供給される流体の圧力により前記フローティングシートが前記弾性付勢に抗して軸方向に移動することにより、前記第１シール部材および第２シール部材が接触して流体供給路が形成されることを特徴とする請求項２記載のロータリージョイント。
【請求項４】
前記ハウジングに対して前記フローティングシートが前方向へ弾性付勢され、第１シール部材および第２シール部材を常時接触状態にする請求項２記載のロータリージョイント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の主軸などに流体を供給するロータリージョイントに関し、とくに、高速回転に適したロータリージョイントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロータリージョイントとは、工作機械などにおいて、回転部へ固定部から流体を供給するために回転部と固定部とを流体的に接続するものである。工作機械などの中には、主軸などの回転部品が回転するときに接触部に生ずる摩擦や磨耗を低減させるために、回転部品の先端に、潤滑液、冷却液、空気などを送り込む構造をもつものがあり、このような場合にロータリージョイントが一般的に使われている。
【０００３】
従来の工作機械用ロータリージョイントとしては、特開平９−１００９７６号公報に開示されているものがある。このロータリージョイントは、ハウジング内に、軸心に流体通路が設けられた回転部材と、軸心に流体通路が設けられ、常時後方へ付勢されチェック弁機能を有するピストン部材とを備える。またこのピストン部材内に、常時ピストン部材に対して前方に付勢され、軸心に流体通路が設けられた押圧部材が設けられ、押圧部材と回転部材との対向面に一対のシール部材が固着されている。このような構造により、流体供給路から液体が供給される場合には、供給された液体の圧力により、ピストン部材が前方へ移動し、一対のシール部材が接触状態になり、液体はピストン内を流通して、主軸先端部へ供給される。また液体の供給を止め、加圧空気供給口から加圧空気を供給する場合は、一対のシール部材の間隙を通して、主軸内の流体通路へ加圧空気を供給することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような従来のロータリージョイントでは、ピストン部材内に押圧部材を挿入するという構造を採用しているため、ピストン部材内に、押圧部材や、この押圧部材を前方へ付勢するバネなどを格納するスペースおよび構造を必要とする。よって、ピストン部材を格納するハウジングが大きくなり、ロータリージョイントをコンパクトに設計するのが難しかった。コンパクトに設計しようとすると、液体供給路の内管径が小さくなるため、この液体供給路の流通量が少なくなるなどの問題が生じるからである。
【０００５】
また、従来のロータリージョイントでは、一対のシール部材を固着する際に、その取付精度を厳しく管理する必要があった。この取付精度が悪いと、主軸が高速回転する際の回転振れによってシール部材同士の摺動面積が変動し、シール部材の一方が他方よりも磨耗が大きくなる偏磨耗が生じたり、シール性能が低下したりという問題が生じるからである。
【０００６】
本発明は、これら問題点に鑑み、主軸の高速回転にともなうシール部材の偏磨耗などを防止し、コンパクト設計の可能なロータリージョイントを得んとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１のロータリージョイントは、内部に中空路を有し、主軸に該主軸と共に回転状態に取り付けられ、該中空路の後端開口部に第１シール部材を取り付けられた回転軸体と、内部に中空路を有し、該中空路の前端開口部に第２シール部材を取り付けられたハウジングと、を備え、前記回転軸体とハウジングとが、前記第１シール部材および第２シール部材を接触させ、かつ回転軸体の中空路とハウジングの中空路とを連通させるように、同軸に配設され、前記の連通した中空路を流体が流通するロータリージョイントであって、前記回転軸体が、主軸と連動回転し内部に中空路を有する連動軸体と、内部に中空路を有し該中空路の後端開口部に第１シール部材を取り付けられ、前記連動軸体に対して該連動軸体の内部に軸平行に固定されたガイドピンと係合することにより軸方向に移動可能かつ軸回転不可能にされるとともに、前記連動軸体との間にＯリングが設けられた移動軸体と、を備えるとともに、前記移動軸体が前記連動軸体に対して弾性部材によって後方向へ弾性付勢され、かつ前記移動軸体の後方向への移動を制限するストッパーが連動軸体に設けられて構成されるものである。
【０００８】
また、本発明の第２のロータリージョイントは、内部に中空路を有し、主軸に該主軸と共に回転状態に取り付けられ、該中空路の後端開口部に第１シール部材を取り付けられた回転軸体と、内部に中空路を有し、固定されたハウジング内に軸方向に移動可能かつ軸回転不可能な状態で配設され、該中空路の前端開口部に第２シール部材を取り付けられたフローティングシートと、を備え、前記回転軸体とフローティングシートとが、第１シール部材および第２シール部材が対向するように配設され、前記フローティングシートが軸方向に移動し、第１シール部材および第２シール部材が接触することにより、フローティングシートの中空路と回転軸体の中空路とが連通することにより流体供給路が形成され、該流体供給路を流体が流通するロータリージョイントであって、前記回転軸体が、主軸と連動回転し内部に中空路を有する連動軸体と、内部に中空路を有し該中空路の後端開口部に第１シール部材を取り付けられ、前記連動軸体に対して該連動軸体の内部に軸平行に固定されたガイドピンと係合することにより軸方向に移動可能かつ軸回転不可能にされるとともに、前記連動軸体との間にＯリングが設けられた移動軸体と、を備えるとともに、前記移動軸体が前記連動軸体に対して弾性部材によって後方向へ弾性付勢され、かつ前記移動軸体の後方向への移動を制限するストッパーが連動軸体に設けられて構成されるものである。
【０００９】
ここで、前記フローティングシートが後方向へ弾性付勢されており、前記ハウジングにフローティングシートへ通じる流体出入孔が設けられ、該流体出入孔から供給される流体の圧力により前記フローティングシートが前記弾性付勢に抗して軸方向に移動することにより、前記第１シール部材および第２シール部材が接触して流体供給路を形成することができる。
【００１０】
または、前記ハウジングに対して前記フローティングシートが前方向へ弾性付勢され、第１シール部材および第２シール部材を接触状態のまま用いることもできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る代表的な種々の実施例を説明する。図１は、本発明に係る第１のロータリージョイントの中心軸を含む断面図である。本実施例のロータリージョイント1 は、回転軸体2 と、この回転軸体2 を保持するハウジング3 とを備える。ハウジング3 には、後端部に液体や気体などの流体を流入するための流体注入孔4 、内部にその流体が流通する中空路5 、およびこの中空路5 の前端開口部に取り付けられたシール部材6 が設けられている。実際の使用時には、ハウジング3 は取付孔7 ，8 にネジなどを用いて外部の固定部に固定される。
【００１２】
また、前記回転軸体2 は、主軸9 に固定される連動軸体10と、この連動軸体10に対して軸方向に移動可能ではあるが軸回転不可能にされた移動軸体11とからなる。移動軸体11は、連動軸体10の内部に軸平行に固定されたガイドピン12，13と係合することにより、軸方向に移動を制限されかつ軸回転運動が不可能とされている。また、この移動軸体11は連動軸体10に対して弾性部材14によって後方向へ弾性付勢されるとともに、連動軸体10の内周に設けられたストップリング15によって、後方向への移動距離を制限されている。さらに、移動軸体11の内部の中空路16の後端開口部には、シール部材17が、前記のハウジングに取り付けられたシール部材6 と対向し接触するようにして取り付けられている。なお、前記のシール部材6 ，17の材質としては、一方は、ＳｉＣ、ＷＣなどの高硬度部材が用いられ、他方は、用途により、特殊な高硬度部材、またはカーボンなどの比較的低硬度のものが用いられる。
【００１３】
また、図１に示すように、前記連動軸体10は、実際の使用時には、主軸9 に取り付けられて主軸9 の回転とともに軸回転し、この軸回転に伴い移動軸体11も軸回転し、前記のシール部材6 ，17は接触・摺動する。これにより、ハウジング後端部の流体注入孔4 から供給される滑油、冷却液または空気などの流体が漏れなく主軸9 の先端へ供給されるのである。なお、漏れなく流体を供給するために、封止部材であるＯリング18,19 が、移動軸体11と連動軸体10との間および連動軸体10と主軸9 との間に設けられている。
【００１４】
このように、本実施例のロータリージョイント1 では、前記シール部材同士が接触・摺動する際、たとえ主軸9 の軸振れが生じたとしても、弾性部材14がその振れを吸収するとともに、シール部材同士の摺動から生じる摩擦熱によるシール部材6,17の熱膨張も前記弾性部材14によって吸収されるため、シール部材6 ，17の摺動面積の変動は最小限に抑えられる。よって、シール部材の一方が偏磨耗することが著しく減るとともにシール性能が向上し、ロータリージョイントの耐久性が向上する。また、従来、シール部材の偏磨耗を避けるべく、シール部材の取り付け精度を厳しく管理する必要があったが、上記の構造を採用することにより、その必要性が減ることとなる。
【００１５】
次に、本発明に係る第２のロータリージョイントについて説明する。図２と図３は、このロータリージョイント20の中心線を含む断面図である。本実施例のロータリージョイント20は、回転軸体21と、フローティングシート22と、これら回転軸体21およびフローティングシート22を保持するハウジング23とから構成される。
【００１６】
前記ハウジング23は、後端部に液体や気体などの流体を流入するための流体注入孔24と、フローティングシート22を軸方向へ移動させるための流体を出入する流体出入孔25とを備える。この流体出入孔25から出入する流体は、図示していない制御装置を用いて制御され、その流量および圧力が調節される。なお、実際の使用時には、ハウジング23は取付孔26，27にネジなどを用いて外部の固定部に固定される。
【００１７】
前記フローティングシート22は、ハウジング23に対して軸方向に移動可能ではあるが軸回転不可能にされ、弾性部材28により後側へ弾性付勢されている。フローティングシート22は、ハウジング23の内部に軸平行に固定されたガイドピン29，30と係合することにより、軸方向に移動を制限されかつ軸回転運動が不可能とされている。また、その内部に、前記流体注入孔24から注入される流体が通る中空路31が設けられ、この中空路31の前端開口部にはシール部材32が取り付けられている。なお、前記流体注入孔24から注入される流体が漏れなく前記中空路31を流通するために、フローティングシート22の後端部とハウジング23との間に、封止部材であるＯリング33が設けられている。また、前記流体出入孔25から出入する流体が漏れないように、フローティングシート22とハウジング23との間に、封止部材であるＯリング34が設けられている。
【００１８】
前記回転軸体21は、主軸35に固定される連動軸体36と、この連動軸体36に対して軸方向に移動可能ではあるが軸回転不可能にされた移動軸体37とからなる。移動軸体37は、連動軸体36の内部に軸平行に固定されたガイドピン38，39と係合することにより、軸方向に移動を制限されかつ軸回転運動が不可能とされている。また、この移動軸体37は連動軸体36に対して弾性部材40によって後方向へ弾性付勢されるとともに、連動軸体36の内周に設けられたストップリング41によって、後方向への移動距離を制限されている。さらに、移動軸体37の内部の中空路42の後端開口部には、シール部材43が、前記のフローティングシート22に取り付けられたシール部材32と対向し接触するようにして取り付けられている。なお、前記のシール部材32，43の材質としては、一方は、ＳｉＣ、ＷＣなどの高硬度部材が用いられ、他方は、用途により、特殊な高硬度部材、またはカーボンなどの比較的低硬度のものが用いられる。
【００１９】
また、前記連動軸体36は、実際の使用時には、主軸35に取り付けられて主軸35の回転とともに軸回転し、この軸回転に伴い移動軸体37も軸回転する。主軸先端へ供給する流体が漏洩可能なものである場合、図３に示すように、前記流体出入孔25から供給される流体の圧力は、図示していない制御装置によって、フローティングシート22が弾性部材28の弾性付勢力に従って後方向へ移動するまでに下げられ、シール部材32, 43を非接触状態とする。一方、主軸先端へ供給する流体が漏洩可能なものでない場合、図２に示すように、前記流体出入孔25から供給される流体の圧力は、前記制御装置によって、フローティングシート22が弾性部材28の弾性付勢力に抗して前方向へ移動しシール部材32, 43が接触するまで上げられる。このようにして、シール部材同士は接触・摺動してシール性を発揮し、流体注入孔24から供給される潤滑油、冷却液または空気などの流体は、漏れなく主軸先端へ供給されるのである。
【００２０】
本実施例のこのような構造により、制御装置により流体出入孔から出入する流体の圧力を調節することで、ロータリージョイントを流通する流体の圧力に関係なく、フローティングシートを軸方向へ移動させ、シール部材同士を接触させることができる。また、上記の第１のロータリージョイントの場合と同じく、上記の連動軸体36と移動軸体37とからなる回転軸体21を用いることによって、高速回転する主軸の振れやシール部材の熱膨張が主原因となるシール部材の偏磨耗が著しく減り、シール性能が向上するため、ロータリージョイントの耐久性が向上する。
【００２１】
ところで、本発明のロータリージョイントでは、上記のフローティングシートの軸方向への移動手段は上記実施例のものに限らない。何れの移動手段であっても、上記の連動軸体と移動軸体とからなる回転軸体を用いることにより、そのシール性能を向上させることが可能である。たとえば、その移動手段として、電磁石などを用いてフローティングシートを移動させシール部材同士を接触状態にするものなどが挙げられる。
【００２２】
また、上記実施例では、回転軸体は主軸本体に取り付けられていたが、本発明では、これに限らず、回転軸体は、主軸に装着されたドローバーやクランクバーなどの主軸を構成する部品に取り付けられていても良い。
【００２３】
【発明の効果】
上述の如く、本発明のロータリージョイントは、主軸と連動回転し内部に中空路を有する連動軸体と、内部に中空路を有し該中空路の後端開口部に第１シール部材を取り付けられ、前記連動軸体に対して該連動軸体の内部に軸平行に固定されたガイドピンと係合することにより軸方向に移動可能かつ軸回転不可能にされるとともに、前記連動軸体との間にＯリングが設けられた移動軸体と、を備えるとともに、前記移動軸体が前記連動軸体に対して弾性部材によって後方向へ弾性付勢され、かつ前記移動軸体の後方向への移動を制限するストッパーが連動軸体に設けられているので、シール部材同士の摩擦熱によるシール部材の熱膨張や主軸の振れが前記弾性付勢によって吸収されるので、シール部材同士の摺動面積の変動が減り、シール部材の偏磨耗が著しく減り、ロータリージョイントの耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１のロータリージョイントを示す断面図である。
【図２】本発明に係る第２のロータリージョイントであってシール部材同士が接触状態にある断面図である。
【図３】本発明に係る第２のロータリージョイントであってシール部材同士が非接触状態にある断面図である。
【符号の説明】
1 ロータリージョイント      2 回転軸体
3 ハウジング                4 流体注入孔
5 中空路                    6 シール部材
7, 8  取付孔                 9  主軸
10  連動軸体                 11 移動軸体
12, 13  ガイドピン           14 弾性部材
15  ストップリング           16 中空路
17  シール部材               18 Ｏリング
20  ロータリージョイント     21 回転軸体
22  フローティングシート     23 ハウジング
24  流体注入孔               25 流体出入孔
26, 27  取付孔               28 弾性部材
29, 30  ガイドピン           31 中空路
32  シール部材               33, 34 Ｏリング
35  主軸                     36 連動軸体
37  移動軸体                 38, 39 ガイドピン
40  弾性部材                 41 ストップリング
42  中空路                   43 シール部材
【図１】
0004228411.tif 000002
【図２】
0004228411.tif 000003
【図３】
0004228411.tif 000004