旋转轴装置
阅读：785发布：2020-05-11
专利汇可以提供旋转轴装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供旋 转轴 装置，即使具备 流体 的 往复流 路的 旋转轴 高速旋转，也能够抑制 泄漏 的发生，稳定地供给流体。在旋转轴装置(1)的 旋转接头 (18)中，在前侧接头盘(19)和后侧接头盘(20)的彼此的对置面，分别在同心圆上突出设置环状的内侧密封部(21A、26A)和外侧密封部(21C、26C)，在内侧密封部(21A、26A)和外侧密封部(21C、26C)之间，在同心圆上相邻配置与去往连通孔(23、28)连通的环状的内侧空间(33)和与返回连通孔(25、30)连通的环状的外侧空间(34)，使往复流路(5)和前侧接头盘(19)中的去往连通孔(23)及返回连通孔(25)沿对置面的周向等间隔地配置。，下面是旋转轴装置专利的具体信息内容。
1.一种旋转轴装置，其具备旋转接头，所述旋转接头包括前侧接头盘和后侧接头盘，所述前侧接头盘设于具备往复流路的旋转轴的后端面，所述后侧接头盘与所述前侧接头盘对置设置并能够由推压单元以预定压力推压于所述前侧接头盘，并且，在所述前侧接头盘和后侧接头盘分别设有与所述往复流路的去路侧连接的去往连通孔和与所述往复流路的回路侧连接的返回连通孔，该旋转轴装置的特征在于，
在所述前侧接头盘和后侧接头盘的彼此的对置面的至少一方突出设置有环状的内侧密封部，所述环状的内侧密封部在由所述推压单元推压的状态下，在所述对置面的轴心侧抵接于对方侧，在所述对置面的至少一方突出设置有环状的外侧密封部，所述外侧密封部在所述推压状态下，在所述对置面的外周侧抵接于对方侧，并且所述外侧密封部与所述内侧密封部位于同心圆上，在所述内侧密封部和外侧密封部之间，在同心圆上相邻配置有：与所述去往连通孔或返回连通孔连通的环状的内侧空间、和与所述返回连通孔或去往连通孔连通的环状的外侧空间，
至少所述前侧接头盘中的所述去往连通孔和返回连通孔沿所述对置面的周向以等间隔配置。
2.根据权利要求1所述的旋转轴装置，其特征在于，
在所述彼此的对置面的至少一方，在与所述内侧密封部和外侧密封部同心的同心圆上突出设置有将所述内侧空间和外侧空间之间分隔开的环状的中间密封部。
3.根据权利要求2所述的旋转轴装置，其特征在于，
所述中间密封部以比所述内侧密封部和外侧密封部低的方式突出设置，从而在所述推压状态下形成连通所述内侧空间和外侧空间的间隙。
4.根据权利要求3所述的旋转轴装置，其特征在于，
所述间隙能够根据所述旋转轴的转速而改变。
5.根据权利要求1～4的任一项所述的旋转轴装置，其特征在于，
在所述前侧接头盘设有节流机构，该节流机构随着所述旋转轴的转速升高而使远离所述旋转轴的旋转中心的一侧的所述返回连通孔的流路截面积减小。
6.根据权利要求5所述的旋转轴装置，其特征在于，
所述节流机构由滑动体和施力单元形成，所述滑动体能够向横穿所述返回连通孔的所述前侧接头盘的半径方向滑动，所述施力单元对所述滑动体向使所述流路截面积增加的滑动方向施力。
7.根据权利要求1所述的旋转轴装置，其特征在于，
所述内侧空间与外侧空间一体地形成。
8.根据权利要求1所述的旋转轴装置，其特征在于，
设于所述前侧接头盘的去往连通孔或返回连通孔的至少一方的后端部在所述旋转轴的径向上，配置于所连接的所述往复流路的半径位置以内。
旋转轴装置
技术领域
背景技术
[0002] 例如在机床的主轴中，出于冷却的目的，在旋转轴内设有流体的往复流路，并且形成为能够经由旋转接头向往复流路供给流体。作为所述旋转接头，已知如专利文献1所示的构造：在相互面对的一对圆盘的端面之间，呈同心圆状地形成多条环状油路槽，并在相邻的环状油路槽之间设置O型密封圈，并且使与各环状油路槽连接的通道孔开口于各圆盘的外端面，从而能够供给流体。
[0003] 专利文献1：日本特开昭51-100323号公报
[0004] 然而，专利文献1的旋转接头是流体从一方的圆盘通过另一方的圆盘的一方通行的构造，难以应用于向机床的主轴那样内设有往复流路的旋转轴。特别是当具备往复流路的旋转轴高速旋转时，由于由去路和回路的半径差作为起因而产生的压力，存在着在排出侧的接头内部流体压力增加时旋转接头的内压增加、流体泄漏的可能。相反地，也存在着因去路内或接头内部的流体压力的急剧降低而产生气穴(cavitation)的可能。
发明内容
[0005] 因此，本发明的目的在于提供一种旋转轴装置，即使具备流体的往复流路的旋转轴高速旋转，也能够抑制泄漏的发生，能够稳定地供给流体。
[0006] 为了达成上述目的，本发明第一方面的旋转轴装置具备旋转接头，所述旋转接头包括前侧接头盘和后侧接头盘，所述前侧接头盘设于具备往复流路的旋转轴的后端面，所述后侧接头盘与所述前侧接头盘对置设置并能够由推压单元以预定压力推压于前侧接头盘，并且，在前侧接头盘和后侧接头盘分别设有与往复流路的去路侧连接的去往连通孔和与往复流路的回路侧连接的返回连通孔，该旋转轴装置的特征在于，
[0007] 在前侧接头盘和后侧接头盘的彼此的对置面的至少一方突出设置有环状的内侧密封部，所述内侧密封部在由推压单元推压的状态下，在对置面的轴心侧抵接于对方侧，在对置面的至少一方突出设置有环状的外侧密封部，所述外侧密封部在推压状态下，在对置面的外周侧抵接于对方侧，并且所述外侧密封部与内侧密封部位于同心圆上，在内侧密封部和外侧密封部之间，在同心圆上相邻配置有与去往连通孔或返回连通孔连通的环状的内侧空间和与返回连通孔或去往连通孔连通的环状的外侧空间，至少所述前侧接头盘中的去往连通孔和返回连通孔沿对置面的周向以等间隔配置。
[0008] 在第一方面的结构的基础上，本发明第二方面的特征在于，在彼此的对置面的至少一方，在与内侧密封部和外侧密封部同心的同心圆上突出设置有将内侧空间和外侧空间之间分隔开的环状的中间密封部。
[0009] 在第二方面的结构的基础上，本发明第三方面的特征在于，中间密封部以比内侧密封部和外侧密封部低的方式突出设置，从而在推压状态下形成连通内侧空间和外侧空间的间隙。
[0010] 在第三方面的结构的基础上，本发明第四方面的特征在于，间隙能够根据旋转轴的转速而改变。
[0011] 在第一～第四方面中任一方面的结构的基础上，本发明第五方面的特征在于，在前侧接头盘设有节流机构，该节流机构随着旋转轴的转速升高而使远离旋转轴的旋转中心的一侧的返回连通孔的流路截面积减小。
[0012] 在第五方面的结构的基础上，本发明第六方面的特征在于，节流机构由滑动体和施力单元形成，所述滑动体能够向横穿返回连通孔的前侧接头盘的半径方向滑动，所述施力单元对滑动体向使流路截面积增加的滑动方向施力。
[0013] 在第一方面的结构的基础上，本发明第七方面的特征在于，内侧空间与外侧空间一体地形成。
[0014] 在第一～第七方面中的任一方面的结构的基础上，本发明第八方面的特征在于，设于前侧接头盘的去往连通孔或返回连通孔的至少一方的后端部在旋转轴的径向上，配置于所连接的往复流路的半径位置以内。
[0015] 根据本发明的第一方面，旋转平衡变得良好，即使具备往复流路的旋转轴高速旋转，由于是相邻配置，因此也不易泄漏。
[0016] 根据本发明的第二方面，在第一方面的效果的基础上，能够更为有效地防止流体的泄漏。
[0017] 根据本发明的第三方面，在第二方面的效果的基础上，即使设置中间密封部也能够降低密封阻力。此外，能够缓和由离心力引起的外侧空间的压力上升。
[0018] 根据本发明的第四方面，在第三方面的效果的基础上，能够缓和转速增加的情况下的离心力引起的内侧空间的压力降低和外侧空间的压力上升。
[0019] 根据本发明的第五方面，在第一～第四方面中的任一方面的效果的基础上，通过采用节流机构，能够使流体压力损失，从而抑制旋转轴内部的流量的变化量。
[0020] 根据本发明的第六方面，在第五方面的效果的基础上，能够简单且合理地得到通过伴随旋转轴的旋转产生的离心力而动作的节流机构。
[0021] 根据本发明的第七方面，在第一方面的效果的基础上，流体到旋转轴的往复流路的流量增加，如果流体是冷却液的话，能够增加热传导系数，提高冷却效率。
[0023] 图1是旋转轴装置的纵剖视图。
[0024] 图2的(A)是示出前侧接头盘的端面的说明图，图2的(B)是示出后侧接头盘的端面的说明图。
[0025] 图3是旋转接头的变更例的说明图。
[0026] 图4是旋转接头的变更例的说明图。
[0027] 图5是旋转接头的变更例的说明图。
[0028] 图6的(A)是旋转接头的变更例的说明图，(B)是节流机构的说明图。
[0029] 图7是旋转接头的变更例的说明图。
[0030] 图8是旋转接头的变更例的说明图。
[0031] 图9是旋转接头的连通孔与往复流路的连接部的变更例的说明图。
[0032] 图10是往复流路的变更例的说明图。
[0033] 标号说明
[0034] 1：旋转轴装置；2：壳体；3：旋转轴；5：往复流路；6：去路；7：回路；8：连接路；9：缸体；10：活塞；11：内侧流路；12：外侧流路；15：入侧流路；16：出侧流路；18、18a～h：旋转接头；19：前侧接头盘；20：后侧接头盘；21A、26A：内侧密封部；21B、26B：中间密封部；
21C、26C：外侧密封部；22、24、27、29：槽；23、28：去往连通孔；25、30：返回连通孔；31、36：
缸室；33：内侧空间；34：外侧空间；37：液压缸；38：一体空间；39：滑动体；41：螺旋弹簧。
21C、26C：外侧密封部；22、24、27、29：槽；23、28：去往连通孔；25、30：返回连通孔；31、36：
缸室；33：内侧空间；34：外侧空间；37：液压缸；38：一体空间；39：滑动体；41：螺旋弹簧。
具体实施方式
[0035] 下面，基于附图说明本发明的实施方式。
[0036] 图1是示出用于机床的主轴的旋转轴装置的一个例子的纵剖视图，该旋转轴装置1具备旋转轴3，该旋转轴3由前后的球轴承4、4轴支承于壳体2，并且由未图示的马达驱动旋转。在旋转轴3的轴心形成有使设于旋转轴3的端部的卡盘装置动作的牵引杆(draw bar)的收纳孔3a。
[0037] 此外，在旋转轴3的内部形成有冷却液的往复流路5。该往复流路5形成为由去路6、回路7和半径方向的连接路8构成的倒U字状，该往复流路5沿周向以等间隔设有多个，所述去路6与旋转轴3的轴心平行且位于靠近轴心的一侧，所述回路7同样与轴心平行并位于远离轴心的一侧，所述连接路8连接所述去路6和回路7的前端(设图1的左侧为前方。)。
[0038] 此外，在壳体2的后方连接有缸体(cylinder)9，在该缸体9的中心保持活塞10。在该活塞10的内部形成有多个L字状的内侧流路11和多个L字状的外侧流路12，所述内侧流路11在与旋转轴3的去路6同心的同心圆上与轴心平行地形成，并且所述内侧流路11的后端向半径方向弯折，所述外侧流路12在与旋转轴3的回路7同心的同心圆上与轴心平行地形成，并且所述外侧流路12的后端向半径方向弯折，内侧流路11的后端与在活塞10的外周沿周向设置的后侧环状槽13连接，外侧流路12的后端与在活塞10的外周沿周向设置的前侧环状槽14连接。
[0039] 进而，在缸体9形成有与后侧环状槽13连接的入侧流路15和与前侧环状槽14连接的出侧流路16，并且入侧流路15和出侧流路16分别与未图示的冷却液的供给装置连接。标号17、17...是配设于各环状槽13、14的前后以对缸体9与活塞10之间进行密封的O型密封圈。
[0040] 并且，在旋转轴3与活塞10之间设有旋转接头18。该旋转接头18包括：固定于旋转轴3的后端面的圆盘状的前侧接头盘19、和固定于活塞10的前端面的圆盘状的后侧接头盘20。首先，如图2的(A)也示出的那样，在前侧接头盘19，分别在同心圆上突出设置有：位于半径方向的最内侧的环状的突条即内侧密封部21A；位于半径方向的最外侧的环状的突条即外侧密封部21C；以及位于内侧密封部21A和外侧密封部21C之间的环状的突条即中间密封部21B。
[0041] 此外，在形成于内侧密封部21A和中间密封部21B之间的槽22中形成有与往复流路5的去路6同轴地连通的去往连通孔23、23...，在形成于中间密封部21B和外侧密封部21C之间的槽24中形成有与往复流路5的回路7同轴地连通的返回连通孔25、25...。
[0042] 在此，由于往复流路5的去路6和回路7位于旋转轴3的半径方向的直线上且沿周向等间隔地配置，因此，去往连通孔23和返回连通孔25也如图2的(A)所示地沿周向等间隔地配置。
[0043] 另一方面，如图2的(B)也示出的那样，在后侧接头盘20，也分别在同心圆上突出设置有：位于半径方向的最内侧的环状的突条即内侧密封部26A；位于半径方向的最外侧的环状的突条即外侧密封部26C；以及位于内侧密封部26A和外侧密封部26C之间的环状的突条即中间密封部26B。此外，在形成于内侧密封部26A和中间密封部26B之间的槽27中形成有与内侧流路11同轴地连通的去往连通孔28、28...，在形成于中间密封部26B和外侧密封部26C之间的槽29中形成有与外侧流路12同轴地连通的返回连通孔30、30...。
[0044] 在此，去往连通孔28(内侧流路11)形成得比返回连通孔30(外侧流路12)多，去往连通孔28和返回连通孔30在各槽27、29内沿周向等间隔地配置。
[0045] 并且，在活塞10的后方形成有缸室31，通过经由形成于缸体9的供给路32从外部供给预定压力P的流体，从而形成将活塞10向前方推压以将后侧接头盘20推压于前侧接头盘19的推压单元。在该推压状态下，内侧密封部21A、26A彼此、中间密封部21B、26B彼此、以及外侧密封部21C、26C彼此相互抵接，以对两接头盘19、20的内外周和中间进行密封，从而能够通过对置的槽22、27形成环状的内侧空间33，并通过对置的槽24、29形成环状的外侧空间34。标号35是以端部跨于活塞10和缸体9之间的方式游隙插入的止转销。
[0046] 在如上所述地构成的旋转轴装置1中，在旋转轴3旋转的状态下，当向缸室31供给流体而使后侧接头盘20推压于前侧接头盘19、从供给装置向入侧流路15供给冷却液时，冷却液从各内侧流路11经由后侧接头盘20的各去往连通孔28进入内侧空间33内。然后，从前侧接头盘19的各去往连通孔23、23流入各往复流路5，并依次通过去路6、连接路8、回路7，由此冷却旋转轴3。
[0047] 此后，冷却液经由前侧接头盘19的各返回连通孔25进入外侧空间34，并从后侧接头盘20的各返回连通孔30通过各外侧流路12，从出侧流路16返回到供给装置。
[0048] 此时，由于旋转轴3中的往复流路5、旋转接头18中的前侧接头盘19的去往连通孔23和返回连通孔25沿周向等间隔地配置，因此，即使前侧接头盘19与旋转轴3一起高速旋转，也能够稳定地将冷却液从后侧接头盘20交接至前侧接头盘19。特别地，在此处，在后侧接头盘20中，也是在槽27、29分别沿周向平衡良好地配置去往连通孔28和返回连通孔30，因此旋转平衡更加良好。
[0049] 这样，根据上述方式的旋转轴装置1，在前侧接头盘19和后侧接头盘20的彼此的对置面，分别在同心圆上突出设置有：在基于推压单元的推压状态下在对置面的轴心侧相互抵接的环状的内侧密封部21A、26A；以及在推压状态下在对置面的外周侧相互抵接的环状的外侧密封部21C、26C，在内侧密封部21A、26A和外侧密封部21C、26C之间，在同心圆上相邻配置与去往连通孔23、28连通的环状的内侧空间33和与返回连通孔25、30连通的环状的外侧空间34，并使往复流路5和前侧接头盘19中的去往连通孔23及返回连通孔25沿对置面的周向等间隔地配置，由此，旋转平衡变得良好，即使具备往复流路5的旋转轴3高速旋转，由于是相邻配置，因此也不易泄漏。
[0050] 特别地，这里，在前侧接头盘19和后侧接头盘20的彼此的对置面，使将内侧空间33与外侧空间34之间分隔开的环状的中间密封部21B、26B相邻配置于与内侧密封部21A、
26A和外侧密封部21C、26C同心的同心圆上，由此，能够更为有效地防止冷却液的泄漏。
26A和外侧密封部21C、26C同心的同心圆上，由此，能够更为有效地防止冷却液的泄漏。
[0051] 下面说明变更例。但是，由于除了旋转接头以外的构成部与图1相同，因此以旋转接头为中心进行说明。另外，在各变更例中示出的图均是旋转接头的上侧。
[0052] 在图3示出的旋转接头18a中，使中间密封部21B、26B以比其他密封部稍低的方式突出设置，在后侧接头盘20的推压状态下，在前后的中间密封部21B、26B之间产生些许间隙。
[0053] 这样，如果使中间密封部21B、26B以比内侧密封部21A、26A和外侧密封部21C、26C低的方式突出设置，从而在推压状态下形成连通内侧空间33和外侧空间34的间隙的话，即使设置中间密封部21B、26B也能够降低密封阻力。此外，能够缓和由离心力引起的外侧空间34的压力上升。
[0054] 在图4所示的旋转接头18b中，将后侧接头盘20侧的中间密封部26B以分体方式能够前后移动地设置于后侧接头盘20，并在设于中间密封部26B的后方的缸室36连接液压缸37等致动器，根据旋转轴3的转速来改变突出位置。
[0055] 这样，如果使由中间密封部21B、26B产生的间隙能够根据旋转轴3的转速改变的话，除了能够降低密封阻力之外，还能缓和转速增加的情况下的由离心力引起的内侧空间33的压力降低和外侧空间34的压力上升。另外，也可以使能够移动的中间密封部位于前侧接头盘。
[0056] 在图5所示的旋转接头18c中，去掉中间密封部而形成使内侧空间和外侧空间一体化得到的环状的一体空间38。另外，在该情况下，也可以使后侧接头盘20的去往连通孔28和返回连通孔30的流体的去往侧和返回侧相反。
[0057] 这样的话，能够增加流到旋转轴3的往复流路5的冷却液的流量，使冷却液的热传导系数增加，提高冷却效率。
[0058] 在图6所示的旋转接头18d中，在前侧接头盘19的远离旋转中心的一侧的返回连通孔25的旋转中心侧，连续设置有收纳能够向半径方向滑动的滑动体39的收纳部40，另一方面，设置作为对该滑动体39从半径方向的外侧向收纳部40侧施力的施力单元的螺旋弹簧41，从而形成节流机构。
[0059] 根据该节流机构，当旋转轴3的转速提高时，滑动体39借助离心力克服螺旋弹簧41的施力而向从收纳部40突出的方向移动，从而使返回连通孔25的流路截面积S减小。
[0060] 这样，在前侧接头盘19设置节流机构，该节流机构随着旋转轴3的转速升高而使远离旋转轴3的旋转中心的一侧的返回连通孔25的流路截面积S减小，由此使流体压力损失，从而抑制旋转轴3内部的流量的变化量。特别地，这里，节流机构由滑动体39和螺旋弹簧41形成，因此，能够简单且合理地得到通过伴随旋转轴3的旋转产生的离心力而动作的节流机构。
[0061] 另外，施力单元可以采用对滑动体向旋转中心侧牵拉施力的拉伸弹簧等其他构造。
[0062] 另外，并不限定于采用这样的节流机构，将往复流路的远离旋转中心的一侧的回路与和该回路连通的返回连通孔的总流体阻力设定得比靠近旋转中心的一侧的去路与和该去路连通的去往连通孔的总流体阻力高，也能够使流体压力损失，从而抑制旋转轴3内部的流量的变化量。具体来说，能够通过使前者的流路和连通孔的孔径比后者的流路和连通孔的孔径小，或者减少流路和连通孔的数量，或者延长流路和连通孔的长度来实现。
[0063] 此外，也可以如图7所示的旋转接头18e那样，不需要将外侧密封部和内侧密封部设置在前侧接头盘和后侧接头盘这双方，而仅设置在任意一方。这对于中间密封部也是同样的，不必在前侧接头盘和后侧接头盘这双方突出设置。
[0064] 另一方面，图8～图10所示的旋转轴装置将设于前侧接头盘的连通孔的后端部在旋转轴的径向上配置于往复流路的半径位置以内(比该半径位置靠径向内侧的位置)，由此，能够稳定地向往复流路供给流体而不会因气穴而阻碍流入，此外，能够防止由出口压力上升引起的从外侧密封部的泄漏。
[0065] 具体来说，图8所示的旋转接头18f构成为，使形成于前侧接头盘19的连通孔23、25分别向旋转轴3的径向内侧倾斜，以使内侧空间33和外侧空间34侧的后端部相对于与去路6和回路7侧连通的前端部位于比去路6和回路7的半径位置靠径向内侧的位置，图9所示的旋转接头18g构成为，使与旋转轴3的轴心平行的连通孔23、25的中心相对于去路6和回路7侧，在旋转轴3的径向分别向径向内侧错开配置，图10所示的旋转接头18h构成为，使去路6和回路7的后端部在旋转轴3的径向向径向内侧倾斜，并分别与和旋转轴3的轴心平行的连通孔23、25相连。
[0066] 另外，这些结构不必对去往连通孔和返回连通孔应用相同的结构，可以仅设置于去往连通孔或返回连通孔的任意一方，也可以在去往连通孔和返回连通孔应用相互不同的结构。
[0067] 此外，旋转轴装置的其他构造也不限定于上述方式，也可以在往复流路中使去路和回路颠倒，或者采用螺旋弹簧和盘簧等弹性体作为后侧接头盘的推压单元，或者也可以利用流过往复流路的流体自身的压力。当然，也可以将旋转接头应用于主轴以外的其他旋转轴。
[0068] 进而，在上述方式中，除了旋转轴的往复流路之外，在旋转接头的前侧接头盘和后侧接头盘的双方，沿周向均等地配置去往连通孔和返回连通孔，但由于至少在往复流路和前侧接头盘均等地配置流路和连通孔的话就能够使旋转平衡良好，因此在后侧接头盘不均等地配置也没有问题。
[0069] 另外，往复流路并不限定于内设于旋转轴的构造，例如也可以将牵引杆和收纳孔之间作为去路，或者向收纳孔放入套筒而将收纳孔内表面和套筒外表面之间作为去路或回路。此外，也可以采用将多个往复流路作为一组而等间隔地配置多组的结构，或者是将它们组合起来的结构。
[0070] 进而，前侧接头盘和后侧接头盘并不限定于一体的部件，例如即使形成为在去往连通孔侧和返回连通孔侧分别分割开的部件也没有问题。
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