(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸外周面に開口したクーラントの導入口から軸端まで流路を軸心に有した回転軸に装着されるロータリジョイントであって；
筒状ボディが前記回転軸に挿入され、該筒状ボディは前記導入口を覆って回転軸との間に環状空間部を形成すると共に外部と該環状空間部と連通する供給路を有して機枠側に固定され；
シールリング同士を接触するように対向して配置されたロータシートとフローティングシートからなるシール部が前記導入口の両側であってそれぞれフローティングシート同士を内側にして配置され；
前記フローティングシート同士は先端部を前記環状空間部内に両側から臨ませたボス状ピストン部を有し、該ボス状ピストン部は前記筒状ボディに摺動自在にシールされ；
前記ロータシートは回転軸嵌合部が軸外周面に対し封止状態で固着され；
前記筒状ボディは前記フローティングシートの軸心方向摺動の保持と回り止めを行う保持部と該フローティングシートを前記ロータシート側へ押圧させるスプリングを有したことを特徴とするロータリジョイント。
【請求項２】
請求項１記載のロータリジョイントにおいて、前記フローティングシートが前記ボス状ピストン部とシールリングとの間にフランジ状ピストン部を有し、前記筒状ボディが該フランジ状ピストン部を内設するシリンダ部を有し、該シリンダ部には前記フローティングシートをロータシートから切り離す方向に作動させる切り離し用圧力供給路が設けられたことを特徴とするロータリジョイント。
【請求項３】
請求項２記載のロータリジョイントにおいて、前記スプリングに代えてフローティングシートをロータシートに押圧させる方向に作動させる押圧用圧力供給路が前記シリンダ部に設けられたことを特徴とするロータリジョイント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械におけるスピンドル等の回転軸の途中に装着してその回転軸外周面に設けられた穴から軸心方向へ高圧液体を供給するようにしたロータリジョイントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ドリル先端からクーラントを供給しながらワークを切削加工するような場合、そのドリル先端へは工作機械のスピンドルを介してクーラントを供給する様にしたものがあり、この場合従来ではスピンドル後端側、つまり主電動機の後端にロータリジョイントを装着して回転側と配管側（固定側）を連結し、先端側へのクーラントの供給は、スピンドルの軸心全長に通して設けられた穴を介して行うように設けられていた。
図４はその従来のロータリジョイントを示しており、図中５０はスピンドル、５１は前記スピンドル５０の後端に固着された回転管軸、５２は固定側となるジョイントボディ、５３は前記ジョイントボディ５２の固定側クーラント流路５４に摺動自在に装着されたフローティングシート、５５は前記回転管軸５１の端面に固着されたリング状の回転側シール、５６は前記フローティングシート５３の先端に固着されると共に前記回転側シール５５との密着面を有した固定側シール、５７は前記固定側シール５６が回転側シール５５に密着する方向に前記フローティングシート５３を付勢するスプリングである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来この種の工作機械に装着されている主電動機は、ロータシャフトが工作機械におけるスピンドルと一体に設けられた特殊構造となっており、このような電動機を含む駆動系が故障すると電動機ごと交換せざるを得ず、その費用は高価なものとなるし納期もかかってしまうことになる。そのようなことから、電動機は普通一般に購入できるタイプのものを採用する気運が高まっている。そして、この場合、ロータリジョイントを旧来のまま電動機後端に配置させると、そのロータシャフトの軸心に貫通穴を設けなければならないから一般購入品で対処することにはならず、この電動機への特殊加工を避けるためにはロータリジョイントをスピンドルの途中に設けなければならないことになる。
【０００４】
しかしながら、従来のロータリジョイントは、スピンドル５０に挿通させた状態で、そのスピンドル５０途中の外周面に設けられたクーラントを軸内へ導入するための穴に対し、その穴を覆い穴両側外周面を密封するようなシール構造を有さないから、スピンドル５０への取付け使用等はできないという問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる従来の問題点を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、スピンドル等回転軸の途中に装着してクーラントを供給できるようにしたロータリジョイントを提供することにある。
【０００６】
また、本発明はスピンドルの途中に装着しクーラントの不要な場合は固定側シールと回転側シール同士を切り離してクーラント不在のシール面を保護するロータリジョイントを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための手段として本発明請求項１記載のロータリジョイントでは、軸外周面に開口したクーラントの導入口から軸端まで流路を軸心に有した回転軸に装着されるロータリジョイントであって；筒状ボディが前記回転軸に挿入され、該筒状ボディは前記導入口を覆って回転軸との間に環状空間部を形成すると共に外部と該環状空間部と連通する供給路を有して機枠側に固定され；シールリング同士を接触するように対向して配置されたロータシートとフローティングシートからなるシール部が前記導入口の両側であってそれぞれフローティングシート同士を内側にして配置され；前記フローティングシート同士は先端部を前記環状空間部内に両側から臨ませたボス状ピストン部を有し、該ボス状ピストン部は前記筒状ボディに摺動自在にシールされ；前記ロータシートは回転軸嵌合部が軸外周面に対し封止状態で固着され；前記筒状ボディは前記フローティングシートの軸心方向摺動の保持と回り止めを行う保持部と該フローティングシートを前記ロータシート側へ押圧させるスプリングを有した構成とした。
【０００８】
請求項２記載のロータリジョイントでは、請求項１記載のロータリジョイントにおいて、前記フローティングシートが前記ボス状ピストン部とシールリングとの間にフランジ状ピストン部を有し、前記筒状ボディが該フランジ状ピストン部を内設するシリンダ部を有し、該シリンダ部には前記フローティングシートから切り離す方向に作動させる切り離し用圧力供給路が設けられた構成とした。
【０００９】
請求項３記載のロータリジョイントでは、請求項２記載のロータリジョイントにおいて、前記スプリングに代えてフローティングシートをロータシートに押圧させる方向に作動させる押圧用圧力供給路が前記シリンダ部に設けられた構成とした。
【００１０】
請求項１記載のロータリジョイントでは、回転軸の外周面に開口したクーラントの導入口を挟んでその両側にシール部が設けられている。
前記シール部は、導入口を覆う筒状ボディによってフローティングシートが軸心方向に摺動自在に保持され、その両外側にロータシートが回転軸に固着されている。前記両フローティングシートはスプリングによってそれぞれ外向きに付勢され、シールリング同士を密着状態にさせている。この場合、シールリング同士は常時密着した状態となり、回転時にはロータシート側が回転側となる。
【００１１】
前記の状態で筒状ボディの供給路にクーラントが圧力を持って供給されると、このクーラントは、まず環状空間部を満たした後、導入口に流入すると共に該環状空間部に臨んだボス状ピストン部の先端部を押圧することになる。
このクーラントの圧力によって、フローティングシートは更にロータシート側へ押圧され自分のシールリングをスプリングの付勢力に加えてロータシートのシールリングへ押圧することになり、シール効果を高めることになる。
【００１２】
請求項２記載のロータリジョイントでは、前記請求項１記載のロータリジョイント構造が、シールリング同士は常時接触状態にあるのに対し、圧力供給路から空気圧または液圧を供給することにより、フランジ状ピストン部がスプリングの押圧力と対向する側に摺動するから、シールリング同士を切り離すことになる。従って、クーラントを未供給で回転させる場合は、この切り離し状態で行うことにより、シールリング同士の焼付き等のトラブルを防止することになる。
【００１３】
請求項３記載のロータリジョイントでは、請求項２記載のロータリジョイントがフローティングシートをスプリングでロータシート側に押圧するように常時付勢しているのに対し、前記スプリングの代わりに設けた押圧用供給路から空気圧または液圧を供給することにより、フランジ状ピストン部がフローティングシートをロータシート側に摺動させシールリング同士を密着させることになる。従って、クーラントを供給時のみシールリング同士を密着せさるようにしてシールリング同士の焼付き等のトラブルを防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る第１の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は請求項１記載のロータリジョイントＡを示している。
図１において、１はマシニングセンター等工作機械の機枠、２はこの機枠１に軸支された回転軸としてのスピンドルであり、３はスピンドルの外周面２ａに開設したクーラントの導入口、４は該導入口３から端部まで軸心に穿孔された供給路である。
【００１５】
また、図中５は筒状ボディ、６は筒状ボディ５を前記スピンドル２上に挿入状態にして機枠１に取付けたとき、スピンドル２の導入口３の回転位置を中心として左右に同一被りを設ける幅を有した環状段付部、７は環状段付部６の中心に外周面５ａから内周面６ａまで貫通させたクーラントの供給路、７ａはその外周面５ａに開口した供給口、８は前記環状段付部の内周面６ａとスピンドル外周面２ａとの間に形成された環状空間部、９は前記環状段付部６の両側面であってそれぞれ同一円周上に適宜数だけ等配して突設したピンである。
また、１０は前記筒状ボディ５の機枠取り付け用フランジ部、１１はその取り付けボルト、１２は位置決めピンである。
【００１６】
次に、１３はフローティングシート、１４はフローティングシート本体から前記筒状ボディ５の内周面６ａに摺動可能に延設したボス状ピストン部、１４ａはその先端部、１５は先端部１４ａと前記内周面６ａとの間をシールするシール部、１６ａは前記ボス状ピストン部１４と逆方向端部に配置したシールリングである。このシールリングとしては、例えばセラミックス、金属、サーメット、炭化けい素などにより形成することができる。
１７は前記シールリング１６ａと前記ボス状ピストン部１４との間に周設したフランジ部、１８は前記筒状ボディの環状段付部６の側面に固定し前記フランジ部１７をシールリング１６ａ側に押圧するスプリング、１９は前記環状段付部６の側面に突設したピン９に摺動自在に挿入する穴であってフランジ部１７の側面にピン９と同一円周上に等配している。
前記フローティングシート１３は、前記構造として環状段付部６の両側に対称的に配置している。
【００１７】
２０はロータシートであり前記フローティングシート１３，１３にそれぞれ対向して設けている。１６ｂは前記シールリング１６ａと対向してロータシート本体に固定したシールリング、２１は嵌合部２２とスピンドル２との間をシールするシール部、２３は回り止め用のキー部である。尚、本実施の形態ではスピンドル２の終端側（図１において右端側）はねじ軸となっているため、ロータシート２０の嵌合部２２はねじを設けて螺合させ止めねじ２４にて固定させている。
【００１８】
次に、前記ロータリジョイントＡの作用を説明する。
本ロータリジョイントＡはスプリング１８の付勢力によってシールリング１６ａはシールリング１６ｂを押圧し、常時密着した状態となっている。加工にクーラントが不要な場合は、この状態でスピンドル２を回転させることになる。この場合、フローティングシート１３はピン９により筒状ボディ５側に回り止めされロータシート２０はスピンドル２と共に回転するから、シールリング１６ａ，１６ｂ同士は密着したまま摺動することになる。
クーラントが供給口７ａから供給されると、クーラントは、まず環状空間部８を満たしながらスピンドル２の導入口３に流入し供給路４を経由して工具側へ供給される。そして液圧が上ってボス状ピストン部の先端部を押圧するからシールリング同士は密着度を増大させる。それと同時に、クーラントはフローティングシート１３とスピンドル２との間にも流入しシールリング１６ａ，１６ｂ同士の密着部にも達する。スピンドルの回転中であれば、クーラントがシールリング同士を冷却すると共に密着面の間に極く僅かずつ巻込まれ密着面を潤滑させる。
【００１９】
また、この場合、環状空間部８を満たしたクーラントは筒状ボディ５とフローティングシート１３との間がシール部１５で、フローティングシート１３とロータシート２０との間がシールリング１６ａ，１６ｂで、ロータシート２０とスピンドル２との間がシール部２１で外部への漏洩が阻止される。
【００２０】
次に、第２の実施の形態として図２に基づいて請求項２記載のロータリジョイントＢを説明する。尚、この説明において、前記第１の実施の形態と同一構成部分は同一の符号を付してその説明は省略する。
本ロータリジョイントＢは、常時密着状態にあるシールリング同士を必要時に切り離すことができるようにしたもので、前記筒状ボディ５の環状段付部６の両側に所定距離離して端部環状段付部２５，２５を設けてそれぞれ環状溝状のシリンダ部２６を形成し、かつ前記各フローティングシート１３のフランジ部１７を（フランジ状）ピストン部２７とすると共にシールリング１６ａ取付部分を該ピストン部２７より小径に延長してボス部２８とし、前記ピストン部２７の外周部にはシリンダ部２６の内周面との間をシールするシール部２９を設け、前記シリンダ部２６における端部環状段付部２５の内周面と前記ボス部２８の外周面との間をシールするシール部３０を設けている。
【００２１】
更に前記端部環状段付部２５には、シリンダ内部に連通した切離し用ポート３１を設けている。図中３２は前記端部環状段付部の側面２５ａとピストン部の端面２７ａとの間に設けた端部側ギャップであり、同様に環状段付部６側にも中央側ギャップ３３を設けている。
【００２２】
本ロータリジョイントＢでは、フローティングシート１３がピストン部２７を有し筒状ボディ５に設けたシリンダ部２６に装着した構造となっており、常時はスプリング１８の付勢力でシールリング１６ａ，１６ｂ同士は密着状態となって回転部と固定部の接点をシールしクーラントの漏洩を防止しているが、加工にクーラントを必要としない場合、ポート３１から圧縮空気または油圧を供給することにより、ピストン部２７を押圧しフローティングシート１３を前記スプリング１８の押圧力に抗して環状段付部６側に摺動させることとなり、この結果前記シールリング１６ａ，１６ｂ同士を切離し状態とすることができる。
【００２３】
次に、第３の実施の形態として図３に基づいて請求項３記載のロータリジョイントＣを説明する。尚、本実施の形態において、前記第１、第２の実施の形態と同一構成部分には同一の符号を付してその説明は省略する。
本ロータリジョイントＣは、シールリング１６ａ，１６ｂ同士の密着，切り離し共ピストン部２７で任意に行おうとするもので、前記スプリング１８に代え、環状段付部６の側面に開口した圧縮空気供給路３４を有している。図中３５はそれと連通した密着用ポートである。
【００２４】
本ロータリジョイントＣでは、前記ロータリジョイントＢと同様にフローティングシート１３がピストン部２７を有し筒状ボディ５に設けたシリンダ部２６に装着した構造となっている。そして、このシリンダ部２６は、端部環状段付部２５側に加え、環状段付部６の側面側にも圧縮空気供給路３４を備えている。
従って、クーラントを必要とする加工の場合、まずクーラントを供給した後、環状段付部６側の圧縮空気供給路３４にポート３５から圧縮空気を供給すると、ピストン部２６によってフローティングシート１３がロータシール２０方向へ押圧されるから、シールリング１６ａ，１６ｂ同士を密着させクーラントの漏洩を防止する。
【００２５】
次に、クーラントを必要としない加工の場合、前記と逆に端部環状段付部２５にポート３１から圧縮空気を供給することにより、ピストン部２６を環状段付部６方向へ押圧しシールリング１６ａ，１６ｂ同士を切り離すから、この後スピンドルを回転させワークの加工を行うことになる。
【００２６】
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明の具体的な構成はこの実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
【００２７】
例えば、回転軸として工作機械のスピンドルで説明してきたが、これに限らず適用できる回転軸としては、風車発電機の回転軸等も含まれる。
【００２８】
【発明の効果】
以上、説明してきたように本発明請求項１記載のロータリジョイントにあっては、前記構成としたため、回転軸の途中に装着して固定された外部からクーラントを漏洩させること無く回転軸内に供給することができる。
また、シール部がメカニカルシール構造となっているから、高速度の回転軸にも使用可能となる。また、シールリング同士は常時密着した状態であるから、特に、クーラントを必要とする加工の連続運転用に適しており、構造も簡単であるから経済的である等の効果が得られる。
【００２９】
請求項２記載のロータリジョイントにあっては、前記構成としたため、クーラントを不要とする加工のとき、シリンダ部へ空気圧または油圧を共給することにより、シールリング同士を任意に切り離して無給油状態での摺動を避け、シールリングの寿命を延ばすことができるという効果が得られる。
【００３０】
請求項３記載のロータリジョイントにあっては、前記構成としたため、スプリングの押圧力を無くしシールリング同士の密着および切り離しをすべて外部で制御可能な空気圧または油圧で行うから、いずれの動作も俊敏に確実に行なうことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるロータリジョイントＡを示す断面図である。
【図２】第２の実施の形態のロータリジョイントＢを示す断面図である。
【図３】第３の実施の形態のロータリジョイントＣを示す断面図である。
【図４】従来のロータリジョイントを示す断面図である。
【符号の説明】
Ａ，Ｂ，Ｃ  ロータリジョイント
１  機枠
２  スピンドル
２ａ  スピンドル外周面
３  スピンドルにおけるクーラントの導入口
４  スピンドルにおけるクーラントの供給路
５  筒状ボディ
５ａ  筒状ボディの外周面
６  筒状ボディの環状段付部
７  筒状ボディの供給路
７ａ  筒状ボディの供給口
８  筒状ボディの環状空間部
９  筒状ボディの回り止め兼スライド用のピン
１３  フローティングシート
１４  ボス状ピストン部
１４ａ  ボス状ピストン部の先端部
１５  シール部
１６ａ  フローテイングシート側のシールリング
１６ｂ  ロータシール側のシールリング
１８  スプリング
１９  ピン９の挿入穴
２０  ロータシート
２１  ロータシートのシール部
２２  ロータシートの嵌合部
２３  ロータシートのキー部（固着）
２４  ロータシートの止めねじ（固着）
２５  筒状ボディの端部環状段付部
２６  筒状ボディのシリンダ部
２７  フローティングシートの（フランジ状）ピストン部
２８  ボス部
２９，３０  シール部
３１  切り離し用ポート
３４  環状段付部に設けた圧縮空気供給路
３５  密着用のポート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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