JPH0632545Y2 - ロータリジョイント - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本考案は、マシニングセンタ等の工作機械の主軸を介し
て加工部分へのクーラント及び主軸端内へのエアブロー
用のエア等の流体の供給のためのロータリジョイントに
関する。

＜従来の技術＞ マシニングセンタ等の工作機械は加工速度の高速化及び
加工の自動化の必要性から、加工部分の冷却等のためツ
ールとワークの接触部分へのクーラント供給及びツール
の交換時における主軸内への切粉等の異物の侵入を防止
するため主軸端内へのエアブロー用のエア供給を主軸を
介して行っているものがある。

このクーラント及びエア等の作業用流体は主軸の外部の
供給源から供給管を介して主軸側に供給しているが、供
給管と主軸との接続は主軸が回転するためロータリジョ
イントを使用している。従って、主軸の回転を行うとロ
ータリジョイント内の作業用流体のシール部あるいはベ
アリング部における摩擦による発熱があり、この発熱に
対し通常はロータリジョイントの自然放熱及びロータリ
ジョイントを挿通する作業用流体による冷却で対処した
り、さらに主軸が高速回転するものでは外部よりロータ
リジョイントにエアあるいは潤滑油等の冷却流体を強制
的に供給する手段により発熱からのロータリジョイント
の異常の防止をしていた。

また、旋盤等の工作機械においても、ツールの代りにワ
ークが主軸に装着されるという違いはあるものの同様に
作業用流体の供給の必要性があり、同様にロータリジョ
イントが使用されている。

＜考案が解決しようとする課題＞ 工作機械を長時間連続運転すると主軸に取付けられたロ
ータリジョイントが異常発熱することがあるが、従来の
ロータリジョイントには異常検出装置が無く、自然放熱
等の形式のものではロータリジョイントのシールの焼付
又はベアリングの破壊が生じ易く、冷却流体を流す形式
のものでも同様に焼付、破壊が生じる可能性があった。
これらの現象が生じた場合、ロータリジョイントの異常
により主軸が過負荷となるがロータリジョイントは主軸
の慣性質量に対しその慣性質量が充分小さく、従って、
その過負荷量が加工負荷に匹敵するほど大きくなく、こ
の過負荷量の検出が困難であり、ロータリジョイントの
焼付、破壊等が生じても直ちに主軸が停止することはま
れである。このためロータリジョイントが焼付、破壊等
しても加工作業が断続して行われ、周辺の機器及び装置
に甚大な被害を及ぼす欠点が有り、長時間の連続運転や
無人化使用の妨げになる課題を有している。

＜課題を解決するための手段＞ 本考案によるロータリジョイントは、一端側が流体供給
源に連結されると共にこの一端側に対して相対回転可能
な他端側が工作機械の主軸に一体的に取付けられ且つ前
記流体供給源からの作業用流体を前記主軸側へ供給する
ためのロータリジョイントにおいて、当該ロータリジョ
イントの発熱を検知する温度センサを設けるとともに、
該温度センサが発熱を検知したことに基づいて工作機械
に所定の信号を出力する手段を設けたことを特徴とする
ものである。

＜作用＞ 流体供給源からの作業用流体がロータリジョイントの一
端側から他端側を通って主軸に供給され、例えば加工部
分の冷却及びツール交換時に主軸端内へのエアブロー等
を行う。

温度センサがロータリジョイントの発熱による温度上昇
を検出し、この温度が異常である場合には、例えば主軸
が直ちに停止し、加工作業を中断してロータリジョイン
トの異常の早期発見がなされる。この異常発見により工
作機械の加工の制御あるいは停止を行うこととしてい
る。

＜実施例＞ 工作機械をマシニングセンタとし、作業用流体を加工部
分へのクーラント及び主軸端内へのエアブロー用のエア
として、本考案を応用した一実施例について第１図から
第３図までを参照して説明する。

マシニングセンタの主軸頭１に取付けられた図示しない
固定ブラケットには円筒状をなし且つ相互にねじ止めさ
れたロータリジョイント８の固定軸３１ａ，３１ｂが取
付けられている。従って、主軸頭１には固定軸３１ａ，
３１ｂが固定支持されており、この一方の固定軸３１ａ
に形成されて固定軸３１ａを貫通する作業用流体供給通
路１８の一端にはホース９がねじ止めされ且つこの作業
用流体供給通路１８の他端には固定軸３１ａの軸方向に
摺動可能で回転止めされたシール１９が嵌合されてい
る。このシール１９はコイルばね３０により固定軸３１
ｂ側に押圧されている。固定軸３１ｂには冷却流体であ
るエアあるいは潤滑油の入口１６と、この冷却流体を排
出する冷却流体の出口１７とがあり、入口１６には図示
しない冷却流体の供給源が接続されており、この供給源
から供給される冷却流体が入口１６からロータリジョイ
ント８内を通り出口１７から外部へ排出され、ベアリン
グ１５ａ，１５ｂ及びシール１９，２０からの発熱によ
る温度上昇を防止するようにしている。また、固定軸３
１ｂにはロータリジョイント８の温度を検出する温度セ
ンサ１０が固定軸３１ｂの外周より内周側へ挿入設置さ
れると共に固定軸３１ｂの内周側には円筒状をなし且つ
貫通穴３２を有する回転軸２１が２つのベアリング１５
ａ，１５ｂを介して固定軸３１ｂと同軸状且つ回転自在
に支持されている。この回転軸２１には回転ブラケット
７が回転軸２１の一端にねじ止めされ且つ、作業用流体
のシール２０が回転軸２１の他端部に固定支持されてお
り、コイルばね３０の適正な押圧力によりシール１９と
シール２０とが常時接触し、作業用流体供給通路１８か
ら貫通穴３２に挿通される作業用流体の漏れを防止して
いる。

前記主軸頭１には主軸２が回転自在に設置されており、
主軸２の一端にはツール３が着脱可能に連結されてい
る。従って、マシニングセンタによる加工は主軸頭１の
主軸回転用モータ６の駆動力を図示しない伝達系を介し
て主軸２へ伝達し、主軸２が回転することにより駆動力
がツール３に伝達されツール３が回転し、さらに、ツー
ル３の回転と共に図示しないワークを支持する図示しな
いテーブルの移動あるいは主軸頭１を保持する図示しな
いコラムが移動することによりワークが加工される。ま
た、ツール３と逆側の主軸２の端部にはツール３の着脱
のためのツールエジェクト装置４が主軸２と同軸状に設
けられており、ツールエジェクト装置４には、主軸２に
連結され主軸２と一体的に回転可能なツールエジェクト
用のロッド５がツールエジェクト装置４に貫通状に取付
けられている。以上の構成は従来より周知の工作機械と
同様である。そして、ロッド５の端部には回転ブラケッ
ト７の一端がロッド５と一体的に取付けられており、回
転ブラケット７の他端には本考案に係るロータリジョイ
ント８を介してホース９が取付けられている。

従って、主軸２の回転はツールエジェクト装置４のロッ
ド５，回転ブラケット７を介してロータリジョイント８
の回転軸２１まで伝達され、ロータリジョイント８の固
定軸31a,31bは図示しない固定ブラケットによりホース
９と共に固定される。また、ロータリジョイント８の内
部では回転軸２１と固定軸３１ａ，３１ｂがベアリング
１５ａ，１５ｂにより同軸状で相対回転すると共に回転
軸２１のシール２０が固定軸３１のシール１９と適正な
押圧力で接触しながら摺動することとなる。

また、クーラントの供給源であるからクーラントタンク
２２からロータリジョイント８までは供給ホース２６，
ホース９が順に接続し、クーラントをロータリジョイン
ト８に供給するが、供給ホース２６のクーラントタンク
２２側寄りから、まずフィルタ２３が接続されており、
フィルタ２３の下流側にはモータ２４ａで駆動されるク
ーラントポンプ２４ｂがあり、クーラントポンプ２４ｂ
の下流側には２つのフィルタ２５ａ，２５ｂが直列に接
続されており、フィルタ２５ａ，２５ｂの下流側には逆
流防止のための逆止め弁２７があり、その下流側で供給
ホース２６はホース９に接続されている。また、エアの
図示しない供給源からロータリジョイント８までは供給
ホース２８，ホース９が順に接続しているが、供給ホー
ス２８の途中には逆止め弁２９が設けられている。

従って、クーラントはその供給源であるクーラントタン
ク２２よりモータ２４ａに駆動されるクーラントポンプ
２４ｂにより吸い上げられ、フィルタ２３，２５ａ，２
５ｂ、クーラント供給ホース２６を介してホース９に入
る。圧縮空気であるエアは図示しない供給源より供給ホ
ース２８を介して同様にホース９に入る。また、クーラ
ント及びエアの供給制御はそれぞれ独立に行われている
ためホース９内で混合することはなく、さらにクーラン
ト及びエアがそれぞれ別回路に逆流しないようにそれぞ
れ前述の如き逆止め弁２７，２９が取付けられている。
ホース９に入ったクーラント及びエアはロータリジョイ
ント８を介し、回転ブラケット７，ロッド５の内部にそ
れぞれ設けられた図示しない通路を通り主軸２に供給さ
れる。さらに、主軸２の内部の図示しない分岐部により
クーラント及びエアは主軸２内の図示しないそれぞれの
通路に入り、クーラントはツール３に供給されツールの
冷却、切粉の洗浄等に用いられ、エアは主軸２の一端部
の図示しない主軸端内に供給され、主軸２の内部へ侵入
する切粉等の異物の清掃等に用いられている。

また、ロータリジョイント８の冷却は自然放熱及び通常
挿通される作業用流体により可能であるが、主軸２が高
速回転あるいは作業用流体が使用されない場合等にベア
リング１５ａ，１５ｂのそれぞれの摩擦及びシール１９
とシール２０との間の摩擦からの発熱によるロータリジ
ョイント８の温度上昇がある。従って、この温度上昇を
防止する冷却用の冷却流体であるエアあるいは潤滑油を
入口１６より取入れ出口１７より排出しロータリジョイ
ント８を適正な温度に保持している。

温度センサ１０は温度制御装置１２を介し機械制御装置
１３に信号線１１，１４で接続されている。温度制御装
置１２は温度検出部、検出温度表示部、温度設定部及び
信号発生部を有しており、温度センサ１０からの検出温
度が設定温度に達しているかの判断をし、設定温度に達
した場合に機械制御装置１３へ異常信号を伝達すること
としている。機械制御装置１３は温度制御装置１２から
の異常信号により主軸２の回転を減速あるいはワークか
らツールを離した後に主軸２の回転を停止する等の制御
をしている。尚、温度制御装置１２は機械制御装置１３
に一体に納められ容易に検出温度の表示の確認、温度設
定の変更等が行えるように取付けられている。

従って、主軸２に取付けられたツール３が回転しワーク
を加工する際に、供給される加工部分へのクーラントは
ホース９を介し作業用流体供給通路１８よりロータリジ
ョイント８の固定軸３１ａ，３１ｂに入り回転軸２１よ
り回転ブラケット７，ロッド５，主軸２を介しツール３
及びワークに供給され、また、ツール３の交換の際に
は、同様にホース９を介し作業用流体供給通路１８より
ロータリジョイント８の固定軸３１ａ，３１ｂに入り回
転軸２１より回転ブラケット７，ロッド５を介し主軸一
端部の主軸端内エアブロー用のエアが主軸２に供給され
る。これらの際に特に、ツール３がワークを加工中には
通常、入口１６から取入れた冷却流体によりロータリジ
ョイント８のベアリング１５ａ，１５ｂ、シール１９，
２０の発熱を冷却するがベアリング１５ａ，１５ｂの潤
滑不足、振動等若しくはシール１９，２０の摩耗、異常
等による異常発熱が起こり、この異常発熱による温度の
上昇が温度制御装置１２の設定温度を越えると、直ちに
機械制御装置１３に信号を伝達し、主軸２の回転を停止
する等の制御を行い、ロータリジョイント８の焼付や破
壊等を防止する。さらには、ロータリジョイント８の焼
付や破壊等からクーラントの供給停止によるツール３の
過熱，破損及び主軸２の過熱，破損等という問題、ある
いはエアの供給停止による切粉の主軸２内への侵入のた
めのツール３の装着不良等という問題による周辺機器、
装置の異常を防止し、長時間の連続運転や無人化使用を
可能とする。

また、本考案の別実施例として、ツール３を主軸支持部
材に設置する代りに旋盤等の様にワークを主軸支持部材
に設置し、別に設けられたツールにより加工することも
できる。温度センサ１０を固定軸３１の代りに回転軸２
１に設置することもできる。この場合、信号の伝達を信
号線１１の代りに無線によることとすればよい。さらに
ロータリジョイントの冷却流体を上記一実施例のエアあ
るいは潤滑油の代りに他の流体とすることもでき、作業
用流体を上記一実施例のクーラントやエアの代りに工作
機械の必要に合わせた他の流体とすることもできる。

＜考案の効果＞ 本考案のロータリジョイントによると工作機械の主軸の
回転に伴うロータリジョイントの発熱に対して温度検出
用の温度センサにより常時ロータリジョイントの温度の
監視が可能となり、ロータリジョイントのベアリング及
びシール等の異常による異常発熱を検知してロータリジ
ョイントの焼付、破壊等の早期発見ができる。従って、
周辺の機器及び装置に甚大な被害を及ぼす前に主軸の回
転停止等の制御ができ、工作機械の長時間の連続運転や
無人化使用を可能とした。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図までは本考案の一実施例に係るロータ
リジョイントであって、第１図はロータリジョイントの
全体断面図及び制御装置との関係図、第２図はクーラン
ト及びエアの供給系統図、第３図は主軸頭の側面図であ
る。 図面中、 １は主軸頭、２は主軸、３はツール、４はツールエジェ
クト装置、５はロッド、６は主軸回転用モータ、７は回
転ブラケット、８はロータリジョイント、９はホース、
１０は温度センサ、１２は温度制御装置、１３は機械制
御装置、１５ａ，１５ｂはベアリング、１９，２０はシ
ール、２１は回転軸、２２はクーラントタンク、３１
ａ，３１ｂは固定軸である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】一端側が流体供給源に連結されると共にこ
   の一端側に対して相対回転可能な他端側が工作機械の主
   軸に一体的に取付けられ且つ前記流体供給源からの作業
   用流体を前記主軸側へ供給するためのロータリジョイン
   トにおいて、当該ロータリジョイントの発熱を検知する
   温度センサを設けるとともに、該温度センサが発熱を検
   知したことに基づいて工作機械に所定の信号を出力する
   手段を設けたことを特徴とするロータリジョイント。