CN101561047B - 主轴装置 - Google Patents

Abstract

一种主轴装置(1)，包括：壳体(20，30)，其具有空气供给通道(AL1、AL2)；主轴(10)，其插入壳体(20，30)内并由轴承(J)支承，以便能够相对于壳体(20，30)旋转；以及，空气密封构件(50)，其在相对于轴承(J)的前侧沿主轴的旋转轴线(ZT)定位于主轴的外周表面与壳体(20，30)之间，所述空气密封构件(50)具有大体环状的形状并且以空气密封构件(50)的内周表面面向主轴的外周表面的状态以可拆卸的方式固定于壳体(20，30)，其中，从空气供给源通过空气供给通道(AL1、AL2)供给的空气排出至主轴的外周表面与壳体(20，30)之间的空隙内，从而至少在空气密封构件(50)的内周表面与主轴的外周表面之间实现非接触式空气密封。

Description

主轴装置

技术领域

本发明涉及一种用于机床的主轴装置，具体地，涉及在主轴与壳体之间形成空隙的空气密封结构。

背景技术

机床的主轴装置中所使用的主轴插入壳体内，并由轴承支承，以便能够相对于壳体旋转。工具、工件或类似物保持于主轴的顶端以便进行加工，通常，为了防止被加工部分处的咬死、提高平面精度等目的，在将冷却液等(切削液等)喷射在工具、工件或类似物上的同时进行加工。但是，冷却液、异物(碎屑)等能够容易地穿过壳体与主轴之间的空隙并到达轴承。当冷却液等到达轴承时，存在发生轴承的咬死的可能性。为此，已经使用各种密封结构以防止冷却液、异物等通过壳体与主轴之间的空隙进入并到达轴承，而且通常是使用空气密封。

例如，在日本专利申请公开No.2000-18395(JP-A-2000-18395)中所描述的现有技术是一种主轴装置101，所述主轴装置101使用图4A、图4B以及图5所示空气密封结构，并包括通过壳体与主轴110之间的空隙排出压缩空气(以下称为“空气”)来实现密封的非接触式空气密封结构，所述壳体包括壳体本体20和轴承保持盖构件130。图4A示出了沿包括主轴110的旋转轴线ZT在内的平面所截取的截面图(注意，工具T和工具保持件H未以截面方式示出)。图4B示出了在从图4A中省略工具T和工具保持件H的情况下，从箭头BB所指方向观察时的图。图5是图4A中的AS1部分的放大视图。如图4A所示，工具T装配于工具保持件H，所述工具保持件H进而装配于主轴110的顶部。主轴110插入包括壳体本体20和轴承保持盖构件130的壳体内，并由轴承J支承以便能够相对于壳体本体20绕旋转轴线ZT旋转。

在其中形成有供主轴110插入的孔的轴承保持盖构件130沿旋转轴线ZT的方向装配在壳体本体20中，并且在轴承保持盖构件130的内周表面与主轴110的外周表面之间形成空气密封结构。如作为图4A中的AS1部分的放大视图的图5所示，第一环状槽M1、第二环状槽M2以及第三环状槽M3沿着圆周方向形成于主轴110的外周表面上。在轴承保持盖构件130的内周表面的面向第一环状槽M1的部分上，沿圆周方向形成内侧空气接收槽MA。在轴承保持盖构件130的内周表面的面向第二环状槽M2的部分上，沿圆周方向形成内侧空气接收槽MB。在轴承保持盖构件130的内周表面的面向第三环状槽M3的部分上，沿圆周方向形成内侧空气接收槽MC。由第一环状槽M1和内侧空气接收槽MA形成空气接收区AK1，由第二环状槽M2和内侧空气接收槽MB形成收集空间AK2，并且由第三环状槽M3和内侧空气接收槽MC形成空气接收区AK3。从空气供给源(未示出)供给的空气被分配至空气供给通道AL1和AL2并被供给至第一环状槽M1(空气接收区AK1)以及第三环状槽M3(空气接收区AK3)。供给至空气接收区AK1的空气通过空气密封空隙AG1和AG2排出以实现空气密封，供给至空气接收区AK3的空气通过空气密封空隙AG3和AG4排出以实现空气密封。在冷却液等通过空气密封空隙AG1和AG2的情况下，用于将进入的冷却液等排出的排出通道DL形成于壳体的内周表面的面向收集空间AK2的下部，由此防止冷却液等进入轴承J。

在JP-A-2000-18395所描述的现有技术的情形中，来自与空气供给通道AL1相连接的第一环状槽M1的空气的排出以及来自与空气供给通道AL2相连接的第三环状槽M3的空气的排出在主轴110的整个外围上未均匀地发生，即，空气主要在连接空气供给通道AL1和AL2的部分处排出，并且所排出的空气量随着离开这些连接部的距离而减小。这是因为空气是在图5所示空气接收区AK1和AK3充分充满空气之前通过空气密封空隙AG1、AG2、AG3以及AG4排出的。由此，冷却液、异物等通过主轴110的外周表面上排出的空气量相对较小的部分进入，这会引起轴承J的咬死。例如，空气密封空隙AG1至AG4设定为大约50μm，以便提供空气密封功能，因此是非常小的空隙。由此，当工具T、工具保持件H和/或主轴110由于操作者的操作失误、加工程序中的缺陷等而与另一构件干涉(碰撞)时，在一些情况下，主轴110接触壳体(轴承保持盖构件130)并会发生损坏和/或咬死。通常，进行选择使得用于轴承保持盖构件130的材料的机械强度低于主轴110的机械强度，并且当由于碰撞引起的轴承保持盖构件130的损坏严重时，就必须替换轴承保持盖构件130。但是，生产这种本身为相对较大部件的轴承保持盖构件130以及替换损坏的轴承保持盖构件130需要许多时间和成本。

发明内容

本发明提供了一种主轴装置，其实现空气密封使得在主轴的整个外围上均匀地发生空气的排出，并且，通过所述主轴装置，即使在由于碰撞等原因需要替换部件时，也能以相对较低的成本在相对较短的时长内替换该部件。

根据本发明一方面的主轴装置包括：壳体，在壳体中具有空气供给通道，空气供给源连接至空气供给通道；以及主轴，其插入壳体内并由轴承支承，以便能够相对于壳体旋转，其中，从空气供给源通过空气供给通道供给的空气排出至主轴的外周表面与壳体之间的空隙内，从而实现非接触式空气密封。在该主轴装置中，空气密封构件在相对于轴承的前侧沿主轴的旋转轴线定位于主轴的外周表面与壳体之间，空气密封构件具有大体环状的形状并且以空气密封构件的内周表面面向主轴的外周表面的状态以可拆卸的方式固定于壳体，其中，空气密封构件在空气密封构件的内周表面与主轴的外周表面之间实现空气密封。

根据具有这种构造的主轴装置，所使用的大体环状的相对较小的空气密封构件与壳体分离并且能够附接至所述壳体并能够从所述壳体拆卸，从而使得能够在由于碰撞等原因(壳体与主轴之间的最小空隙是用于空气密封的空隙，因此在碰撞时，该空气密封空隙部分在其它部分发生损坏之前被损坏的可能性高)引起损坏而需要替换部件时，在短时间内替换该部件。以可拆卸方式固定至壳体的空气密封构件小于所述壳体，因此，易于以相对较低的成本替换该空气密封构件。

上述方面的主轴装置可以构造为使得：在空气密封构件的外周表面上的通过壳体中的空气供给通道供给空气的位置处，沿着圆周方向形成第一外侧空气接收槽，并且，沿空气密封构件的整个外围，在空气密封构件中形成多个连通孔或多个切口，多个连通孔或多个切口从第一外侧空气接收槽至空气密封构件的内周表面贯穿空气密封构件。

根据具有这种构造的主轴装置，供给至空气供给通道的空气未被直接引入至主轴的外周表面与壳体的内周表面之间的空隙内，而是先被引入至形成于空气密封构件的外周表面上的第一外侧空气接收槽内。第一外侧空气接收槽内的空气的出口是所述连通孔或切口，并且当连通孔(或切口)的数目和尺寸设定为使得提供适当的阻力时，就能以空气在空气接收区的整个外围上大体均匀的状态来充填由第一外侧空气接收槽形成的空气接收区，因此，能够从该空气接收区将空气通过连通孔或切口引入至主轴的外周表面与壳体的内周表面之间的空隙。通过这种方式，能够促使在主轴的整个外围上排出空气，并能够在整个外围上实现均匀的空气密封。

在根据以上方面的主轴装置中，可以在主轴的外周表面的面向空气密封构件的内周表面的部分上，沿主轴的圆周方向形成第一环状槽，使得第一环状槽由空气密封构件的内周表面覆盖。空气供给通道可以经由形成于空气密封构件中的连通孔或切口连接至第一环状槽。

根据具有这种构造的主轴装置，由所述第一环状槽形成用于对通过所述空气供给通道供给的空气在所述主轴的整个外围上进行分配的所述空气接收区。另外，所述第一环状槽由所述空气密封构件的所述内周表面覆盖，因此，通过经由形成于所述空气密封构件中的所述连通孔或切口来连接所述第一环状槽和所述空气供给通道，就能适当地将空气供给至所述第一环状槽内。

以上方面的主轴装置可以构造为使得：在主轴的外周表面的处于第一环状槽与轴承之间的部分上，沿着主轴的圆周方向形成第二环状槽和第三环状槽，第二环状槽和第三环状槽沿着主轴的轴线方向以从前侧向与前侧相反的后侧的次序彼此平行地设置，空气供给通道连接至第三环状槽；并且，将通过壳体与主轴之间的空隙进入的流体和异物排出的排出通道形成于壳体的面向第二环状槽的下部中。空气密封构件的位置可以设置成使得空气密封构件不覆盖第二环状槽和第三环状槽，但是覆盖第一环状槽。

根据具有这种构造的主轴装置，仅有前侧空气密封空隙(在图5的情况下是空隙AG1和AG2)是由属于空气密封部分中碰撞可能性较高的部分(当空气密封部分的空隙在前侧和后侧都相同时)的位于前侧的所述空气密封构件提供，由此能够沿所述主轴的旋转轴线将所述空气密封构件的尺寸设定为相对较小的长度，因此能使得所述空气密封构件相对较小。通常，在前侧将工具或类似物装配至主轴，并在后侧将马达或类似物的轴固定至所述主轴。当发生碰撞时，主轴在固定着马达或类似物的轴的位置点处摆动。由此，主轴的摆动的幅度在前侧比在后侧更大，因此，在空气密封部分中碰撞的可能性在前侧更高(当空气密封部分中的空隙在前侧和在后侧都相同时)。

以上方面的主轴装置可以构造为使得：空气供给通道包括在壳体中相互不连接的第一空气供给通道和第二空气供给通道；第一空气供给通道连接至第一环状槽以便将空气供给至第一环状槽；并且，第二空气供给通道连接至第三环状槽以便将空气供给至第三环状槽。

根据具有这种构造的主轴装置，通过所述空气供给通道供给的空气不是被分配至所述第一环状槽和所述第三环状槽。替代地，通过相应的专用空气供给通道将空气分别供给至所述第一环状槽和所述第三环状槽。通过这种方式，排出的空气量大于在分配空气的情况下排出的空气量，使得能够实现较高的空气密封效果。

以上方面的主轴装置可以构造为使得：在空气密封构件的内周表面的面向第一环状槽的部分上，沿着空气密封构件的圆周方向形成第一内侧空气接收槽；第一外侧空气接收槽沿着空气密封构件的圆周方向形成在空气密封构件的外周表面的在轴向位置上对应于第一内侧空气接收槽的部分上；第一外侧空气接收槽连接至空气供给通道；并且，多个连通孔或多个切口使第一外侧空气接收槽与第一内侧空气接收槽相互连通。

根据具有这种构造的主轴装置，供给至所述空气供给通道的空气未被直接引入所述第一环状槽内，而是首先被引入至形成于所述空气密封构件的所述外周表面上的所述第一外侧空气接收槽内。用于第一外侧空气接收槽中的空气的出口是所述连通孔或切口，并且，当所述连通孔(或切口)的数目和尺寸设定为使得提供适当的阻力时，就能以空气在整个外围上大体均匀的状态来充填由所述第一外侧空气接收槽形成的空气接收区，因此，能够从该空气接收区将空气通过所述连通孔或切口引入至所述第一环状槽。通过这种方式，使得被引入至由所述第一环状槽和所述第一内侧空气接收槽形成的空气接收区内的空气在整个外围上是均匀的，因此，能促使在主轴的整个外围上排出空气，并能够在整个外围上实现均匀的空气密封。

以上方面的主轴装置可以构造为使得：供给至第一环状槽的空气排出至第一空气密封空隙内而且还排出至第二空气密封空隙内，第一空气密封空隙由以下部分所限定：主轴的外周表面的处于第一环状槽前侧的第一外周表面部分，以及空气密封构件的内周表面的面向第一外周表面部分的部分；第二空气密封空隙由以下部分所限定：主轴的外周表面的处于第一环状槽后侧的第二外周表面部分，以及空气密封构件的内周表面的面向第二外周表面部分的部分；并且，第一空气密封空隙和第二空气密封空隙形成为使得对于通过第一空气密封空隙的空气排出的阻力小于对于通过第二空气密封空隙的空气排出的阻力。

根据具有这种构造的主轴装置，在流体和异物进入的前侧所排出的空气量大于在后侧所排出的空气量。由此，能够在前侧实现较高的空气密封效果，因此能够在前侧更适当地抑制流体和异物的进入。

以上方面的主轴装置可以构造为使得：第一空气密封空隙和第二空气密封空隙形成为使得第一空气密封空隙的第一外周表面部分与内周表面的对应部分之间的距离大体等于第二空气密封空隙的第二外周表面部分与内周表面的对应部分之间的距离；而且，第二空气密封空隙在旋转轴线的方向上的长度大于第一空气密封空隙在旋转轴线的方向上的长度。

根据具有这种构造的主轴装置，在图2的情况下，所述空气密封空隙AG1和AG2在所述旋转轴线ZT的方向上的长度LG1和LG2设定为使得前侧的长度LG1小于长度LG2。通过这种方式，能够在前侧更适当地抑制流体和异物的进入。

在以上方面的主轴装置中，空气密封构件可以通过过渡配合以可拆卸方式固定至壳体。

根据具有这种构造的主轴装置，所述空气密封构件通过过渡配合装配至所述壳体，使得在需要替换时附接和拆卸都是容易的，并能够在短时间内完成所述替换。

以上方面的主轴装置可以构造为使得：主轴和空气密封构件分别由彼此不同的材料制成，并且，空气密封构件由机械强度低于用于主轴的材料的机械强度的材料制成。

根据具有这种构造的主轴装置，相比用于所述主轴的材料，所述空气密封构件由具有较高脆性的材料(具有较低机械强度的材料)制成。在这种情况下，当所述主轴与所述空气密封构件彼此接触时，对所述空气密封构件的损坏较大。由此，能够使所述主轴的损坏最小化，以避免替换主轴，并且替换空气密封构件就可满足需要，因此能够在较短时间内以较低的成本替换损坏的部件(空气密封构件)。

附图说明

本发明的特征、优点、以及技术和工业上的意义将在以下参考附图对本发明的示例性实施方式的详细描述中进行描述，在所述附图中，相同的标号表示相同的元件，其中：

图1A是用于说明本发明的主轴装置1的实施方式的结构的截面图；

图1B是用于说明本发明的主轴装置1的实施方式的结构的正视图；

图2是图1A中的AS部分的放大视图；

图3A是用于说明在图1B中设置多个冷却液喷嘴CN的状态的正视图；

图3B是图3A的A-A截面图；

图3C是与图3A的A-A截面图相对应的现有技术的截面图；

图4A是用于说明现有技术的主轴装置101的结构的截面图；

图4B是用于说明现有技术的主轴装置101的结构的正视图；以及

图5是现有技术的主轴装置101的AS1部分的放大视图。

具体实施方式

以下将参考附图对用于实施本发明的示例性实施方式进行描述。图1A示出了本发明的主轴装置1的侧视截面图的示例。图1B示出了当从图1A中的箭头AA所指方向观察时的图(正视图)的示例。图1A示出了沿包括主轴10的旋转轴线ZT在内的平面所截取的截面图(注意，工具T和工具保持件H未以截面方式示出)。在图1B中，省略了工具T和工具保持件H。在所有附图中，X轴、Y轴以及Z轴相互正交。Y轴表示竖直方向，且X轴和Z轴表示水平方向，其中，Z轴表示沿主轴10的旋转轴线ZT的方向。

(主轴装置的总体结构)

如图1A所示，本实施方式的主轴装置1包括：壳体(在本实施方式中，所述壳体包括壳体本体20和轴承保持盖构件30)，其设置有空气供给通道AL1和AL2；以及主轴10，其插入所述壳体内并由轴承J支承，以便能够相对于所述壳体绕旋转轴线ZT旋转。空气供给通道AL1和AL2连接至空气供给源(未示出)并被供给以空气。工具T(在图1所示示例中为端铣刀)装配至工具保持件H。工具保持件H装配于主轴10的前侧顶部(使得能够替换工具保持件H)。注意，这里的“前”意味着沿旋转轴线ZT从轴承侧指向工具侧的方向，即，例如，图1中的Z轴的方向或者左侧方向。此外，这里的“空气密封”意味着经由空气实现的非接触式密封。

大体环状的轴承J沿旋转轴线ZT的方向(从图1A中的左侧)装配于壳体本体20的内壁中。另外，沿旋转轴线ZT的方向保持轴承J的轴承保持盖构件30沿旋转轴线ZT的方向(从图1A中的左侧)装配于壳体本体20内。在轴承保持盖构件30中形成有孔，主轴10能够通过该孔插入。大体环状的空气密封构件50沿旋转轴线ZT的方向(从图1A中的左侧)以可拆卸方式固定至轴承保持盖构件30。例如，将空气密封构件50通过以下方式固定至轴承保持盖构件30：通过过渡配合，这有利于轻松拆除并且空气泄漏量小；或者通过螺栓，这相当有利于拆卸空气密封构件50。注意，空气密封构件50在进行调节之后固定，使得空气密封构件50的内周表面与主轴10的外周表面之间的空隙变得在整个周长上大体均匀。然后，将主轴10沿旋转轴线ZT的方向(从图1A中的左侧)插入壳体(包括壳体本体20和轴承保持盖构件30)和轴承J内。另外，附接有壳体盖构件40使得壳体盖构件40遮盖空气密封构件50和轴承保持盖构件30的前侧面，其中壳体盖构件40设置有孔，主轴10通过该孔插入。壳体盖构件40在图1B所示示例中的分割线40a处划分成上壳体盖构件40U和下壳体盖构件40D。在轴承保持盖构件30(即，壳体)中，形成有用于将通过壳体与主轴10之间的空隙进入的冷却液和/或异物排出的排出通道DL。另外，在相对于排出通道DL的前侧，在壳体盖构件40与轴承保持盖构件30之间的分界部分处形成排出通道DL2。

(空气密封结构部分的细节)

在主轴装置1中，从空气供给源通过空气供给通道AL1和AL2供给空气(压缩空气)，并通过主轴10的外周表面与壳体的内周表面之间的空隙将所供给的空气排出，籍此实现非接触式空气密封。将参考图2对实现空气密封的结构进行描述。图2是图1A中的AS部分的放大视图。在主轴10插入壳体中的部分的外周表面上，在相对于轴承J的前侧，沿主轴10的圆周方向形成第一环状槽M1、第二环状槽M2以及第三环状槽M3，所述第一环状槽M1、第二环状槽M2以及第三环状槽M3按照从前侧到后侧(与前侧相反的一侧)的顺序平行地布置(在图2所示示例中为从左至右)。用于将通过壳体与主轴10之间的空隙进入的流体(冷却液等)排出的排出通道DL形成在壳体的面向第二环状槽M2的下部(参见图1A和1B)。

图2所示空气密封构件50的设置位置使得空气密封构件50不覆盖第二环状槽M2和第三环状槽M3，但是覆盖第一环状槽M1，因此，空气密封构件50形成得相对较小。在空气密封构件50的内周表面的面向第一环状槽M1的部分上，沿圆周方向形成第一内侧空气接收槽MA，并且在空气密封构件50的外周表面的面向第一内侧空气接收槽MA的部分上，沿圆周方向形成第一外侧空气接收槽MAA。第一外侧空气接收槽MAA与第一内侧空气接收槽MA经由多个连通孔HA(或多个切口等)相互连通。优选地，在整个周长上以规则的间隔形成所述多个连通孔HA(或多个切口等)。

空气供给通道AL1连接至第一外侧空气接收槽MAA，且所供给的空气充填于由第一外侧空气接收槽MAA形成的空气接收区AKA内。用于充填于空气接收区AKA内的空气的出口仅是连通孔HA，且通过适当设定连通孔HA的数目和尺寸，能使充填于空气接收区AKA内的空气的压力在整个周长上大体均匀。另外，被充填为使得空气压力在空气接收区AKA中在整个周长上变得大体均匀的空气经过连通孔HA并被引入至由第一内侧空气接收槽MA和第一环状槽M1形成的空气接收区AK1内，使得空气在整个周长上大体均匀地散布。另外，被引入至空气接收区AK1内的空气通过第一空气密封空隙AG1排出，所述第一空气密封空隙AG1由主轴10的位于第一环状槽M1前侧的外周表面与空气密封构件50的位于第一内侧空气接收槽MA前侧的内周表面所限定，使得排出的空气量在整个周长上大体均匀。由此，能在整个周长上实现大体均匀的空气密封效果。相似地，空气通过第二空气密封空隙AG2排出，所述第二空气密封空隙AG2由主轴10的位于第一环状槽M1后侧的外周表面与空气密封构件50的位于第一内侧空气接收槽MA后侧的内周表面所限定，使得排出的空气量在整个周长上大体均匀。由此，能在整个周长上实现大体均匀的空气密封效果。

对于第一空气密封空隙AG1，空气沿从后侧至前侧的方向排出，而另一方面，对于第二空气密封空隙AG2，空气沿从前侧至后侧的方向排出。因为冷却液、异物等通过壳体与主轴10之间的空隙从空隙的前侧进入，所以优选地，通过第一空气密封空隙AG1排出的空气量大于通过第二空气密封空隙AG2排出的空气量。由此，第一空气密封空隙AG1和第二空气密封空隙AG2形成为使得对通过第二空气密封空隙AG2排出空气的阻力小于对通过第一空气密封空隙AG1排出空气的阻力。例如，将第一空气密封空隙AG1的空气密封构件50的内周表面与主轴10的外周表面之间的距离设定为与第二空气密封空隙AG2的空气密封构件50的内周表面与主轴10的外周表面之间的距离大体相等。另外，第一空气密封空隙AG1和第二空气密封空隙AG2形成为使得第二空气密封空隙AG2在旋转轴线ZT的方向上的长度LG2小于第一空气密封空隙AG1在旋转轴线ZT的方向上的长度LG1。通过这种方式，能使通过第一空气密封空隙AG1排出的空气量大于通过第二空气密封空隙AG2排出的空气量，从而改善密封性能。

另外，采用这样的构造：空气供给通道AL1和AL2在壳体内相互不连接，且空气从空气供给源分别供给至空气供给通道AL1和空气供给通道AL2。空气供给通道AL1连接至第一环状槽M1以便向第一环状槽M1供给空气，且空气供给通道AL2连接至第三环状槽M3以便向第三环状槽M3供给空气。通过这种方式，可允许从由第一环状槽M1和第一内侧空气接收槽MA所形成的空气接收区AK1以及从由第三环状槽M3和作为第二内侧空气接收槽的内侧空气接收槽MC所形成的空气接收区AK3排出恒定量的空气。如果空气供给通道AL1和AL2相互连接，那么，当通过其中一个空气接收区排出空气的阻力相对较低时，则从这个空气接收区排出的空气量增加且从另一空气接收区排出的空气量减少，这不是优选的。由第二环状槽M2和内侧空气接收槽MB所限定的收集空间AK2收集来自第二空气密封空隙AG2的空气和来自第三空气密封空隙AG3的空气，还收集已经进入的冷却液、异物等，并且收集的空气、冷却液、异物等都通过排出通道DL排出。

在以上描述中，已描述了将相对较小的空气密封构件50的位置设置成使得空气密封构件50仅覆盖第一环状槽M1的情况。但是，尽管对空气密封构件50的尺寸进行少量增加，也可以采用这样的构造：增大其中的空气密封构件50的尺寸(空气密封构件50在旋转轴线ZT的方向上的长度)，使得空气密封构件50覆盖第一环状槽M1至第三环状槽M3。在这种情况下，将内侧空气接收槽MB和作为第二内侧空气接收槽的内侧空气接收槽MC形成于空气密封构件50中。如同在空气密封构件50中与第一环状槽M1相背离的部分的情况，在与内侧空气接收槽MC相背离的外周表面上形成作为第二外侧空气接收槽的外侧空气接收槽，且所述外侧空气接收槽与内侧空气接收槽MC经由多个连通孔或多个切口相互连通。于是，空气供给通道AL2连接至外侧空气接收槽。

空气密封构件50由铸铁或炮铜制成，且主轴10由铁制成。通过这种方式，用于空气密封构件50的材料与用于主轴10的材料彼此不同。这就减小了在空气密封构件50和主轴10相互接触时发生粘结(咬死等)的可能性。优选地，用于空气密封构件50的材料具有相对较低的机械强度(较高的脆性)，因为当主轴10和空气密封构件50由于例如工具与工件之间的碰撞而相互接触时，替换本身为相对较小部件的空气密封构件50与替换主轴10相比所需的成本和时间非常少。

(迷宫式结构部分的细节)

接下来将参考图2对提供了迷宫状复杂空间的迷宫式结构进行描述，所述迷宫状复杂空间形成于主轴10与壳体之间的空隙的一部分中以便减少冷却液、异物等的进入。主轴10的在前侧从壳体中伸出的伸出部的外周表面上，沿主轴10的圆周方向形成迷宫形成环状槽MR。另外，壳体盖构件40内侧上的凸部40T沿主轴10的径向方向在整个周长上插入所述迷宫形成环状槽MR内，并且未到接触迷宫形成环状槽MR的程度，由此在迷宫形成环状槽MR与所述凸部40T之间形成的迷宫式空隙AGR具有迷宫状复杂形式。

如图2所示，由于壳体盖构件40的凸部40T与主轴10的迷宫形成环状槽MR之间的位置关系，甚至在其中心部分设有供主轴10穿过的孔的圆盘状壳体盖构件40也不能从前侧向后侧沿旋转轴线ZT附接至轴承保持盖构件30。相应地，将壳体盖构件40分成两个或更多部件。在本实施方式中，壳体盖构件40在分割线40a处分成上壳体盖构件40U和下壳体盖构件40D。上壳体盖构件40U和下壳体盖构件40D安装成使得凸部40T沿正交于旋转轴线ZT的方向插入迷宫形成环状槽MR内，并由螺栓等固定至轴承保持盖构件30。

主轴10的旋转轴线ZT是水平方向，或者是相对于竖直方向以不等于零的预定角度倾斜的方向，并且，在将壳体盖构件40划分成上、下两半时，构造成使得壳体盖构件40被划分成两个或更多部件的壳体盖构件40的分割线40a位于下半部分中。分割线40a设定为从壳体盖构件40的径向内侧向径向外侧往下倾斜。由此，即使当冷却液或类似物在分割线40a处进入时，进入的冷却液向下流动且不会到达主轴10与壳体之间的空隙。

接下来，将参考图3A至图3C对用于喷射冷却液的喷射装置进行描述。图3A示出了对应于图1所示主轴装置的主轴装置，所述主轴装置包括多个冷却液喷嘴CN，用于在壳体的前面上喷射(排出)冷却液。注意，冷却液喷嘴CN的数目可以是一个。图3B示出了图3A的A-A截面，所述截面示出了在本实施方式的情况下如何容置冷却液喷嘴CN的示例。图3C示出了容置冷却液喷嘴CN的常规方式，用于与图3B所示容置方式相比较。多个容置孔30K从前侧向后侧形成于壳体的抵接壳体盖构件40的前端部(在这种情况下为轴承保持盖构件30的前端部)中，所述容置孔30K容置冷却液喷嘴以便不让冷却液喷嘴从壳体中伸出。另外，在壳体盖构件40中对应于容置孔30K的位置处形成开口40K。每个冷却液喷嘴CN的轴线方向和每个容置孔30K的轴线方向都倾斜地指向喷射冷却液的方向。如上所述，被划分成两个或更多部件的壳体盖构件40是从正交于旋转轴线ZT的方向安装的，因此，为了避免冷却液喷嘴CN的干涉，设计成使得在壳体的抵接壳体盖构件40的前端部上不存在任何凹部(凸部)。

对于图1B所示主轴装置1的正视图(在图1B中省略了工具T和工具保持件H)，喷射至工具T的顶部、工件W的被加工部分等处的冷却液沿着各种方向以各种速度飞向各种位置。当冷却液或类似物通过主轴10与壳体(在这种情况下为壳体盖构件40)之间的空隙进入时，进入的冷却液不能进入到更内部的区域，除非该冷却液首先经过由迷宫形成环状槽MR和凸部40T所提供的具有复杂结构的迷宫式密封部。因为迷宫式密封部具有复杂结构，所以即使是沿旋转轴线ZT的方向以高速飞行的冷却液也会动量减小并丧失冷却液进入时的速度，另外，会因为散射而使冷却液量减少，籍此使得这样的冷却液难以进入到更内部的区域中。

在迷宫式密封部的后侧，用于将通过壳体与主轴10之间的空隙进入的诸如冷却液之类的流体以及异物排出的排出通道DL2(参见图1A和1B)形成在壳体的下部。在迷宫式密封部的后侧，沿主轴10的圆周方向在整个外围上形成收集空间AKK，该收集空间AKK在尺寸上大于迷宫式空隙AGR中的空间。收集空间AKK由沿圆周方向形成于壳体盖构件40的内周表面上的环状槽Mα以及沿圆周方向形成于主轴10的外周表面上的环状槽MK所限定(在图2所示示例中，环状槽Mα部分地由空气密封构件50形成)。主轴10的面向收集空间AKK的外周表面(环状槽MK的底部)形成为倾斜的表面，使得从后侧向前侧主轴10的直径增大。由于所述倾斜的表面，即使当冷却液或类似物进入收集空间AKK时，进入的冷却液由于主轴10的旋转所产生的离心力而沿所述倾斜的表面沿着向上方向移动(即，从后侧向前侧的方向)。由此，所述倾斜的表面提供了使得冷却液难以进入到更内部的区域的结构。排出通道DL2在壳体盖构件40与轴承保持盖构件30之间的分界部分处形成于面向环状槽MK的下部(参见图1A和1B)，并与收集空间AKK连通。在相对于收集空间AKK的更内部的区域中，设置上述空气密封空隙AG1至AG4，且几乎没有冷却液或类似物经过所有空隙并到达轴承J。由此，可能适当防止轴承J的咬死，并改善主轴装置1的可靠性。

本发明不局限于由实施方式和各种改型所描述的外观、结构等，且能够在本发明的精神范围内实现元件的添加和移除。另外，在实施方式的描述中所使用的值是通过示例的方式给出的，本发明并不局限于这些值。

Claims (9)

1.一种主轴装置(1)，其包括：

壳体(20，30)，在所述壳体中具有第一空气供给通道(AL1)和第二空气供给通道(AL2)，空气供给源连接至所述空气供给通道；以及

主轴(10)，其插入所述壳体(20，30)内，并由轴承(J)支承以便能够相对于所述壳体(20，30)旋转，其中，从所述空气供给源通过所述第一空气供给通道(AL1)和所述第二空气供给通道(AL2)供给的空气排出至所述主轴(10)的外周表面与所述壳体(20，30)之间的空隙内，从而实现非接触式空气密封，

所述主轴装置(1)的特征在于，

空气密封构件(50)在相对于所述轴承(J)的前侧沿所述主轴(10)的旋转轴线(ZT)定位于所述主轴(10)的外周表面与所述壳体(20，30)之间，所述空气密封构件(50)具有大体环状的形状并且以所述空气密封构件(50)的内周表面面向所述主轴(10)的外周表面的状态以可拆卸的方式固定于所述壳体(20，30)，其中，所述空气密封构件(50)在所述空气密封构件(50)的内周表面与所述主轴(10)的外周表面之间实现空气密封，

并且其中，

在所述空气密封构件(50)的外周表面上的通过所述壳体(20，30)中的所述第一空气供给通道(AL1)供给空气的位置处，沿着圆周方向形成第一外侧空气接收槽(MAA)，并且，

沿所述空气密封构件(50)的整个外围，在所述空气密封构件(50)中形成多个连通孔或多个切口(HA)，所述多个连通孔或所述多个切口(HA)从所述第一外侧空气接收槽(MAA)至所述空气密封构件(50)的内周表面贯穿所述空气密封构件(50)。

2.如权利要求1所述的主轴装置(1)，其中，

在所述主轴(10)的外周表面的面向所述空气密封构件(50)的内周表面的部分上，沿所述主轴(10)的圆周方向形成第一环状槽(M1)，使得所述第一环状槽(M1)由所述空气密封构件(50)的内周表面覆盖，并且，

所述第一空气供给通道(AL1)经由形成于所述空气密封构件(50)中的连通孔或切口(HA)连接至所述第一环状槽(M1)。

3.如权利要求2所述的主轴装置(1)，其中，

在所述主轴(10)的外周表面的处于所述第一环状槽(M1)与所述轴承(J)之间的部分上，沿着所述主轴(10)的圆周方向形成第二环状槽(M2)和第三环状槽(M3)，所述第二环状槽(M2)和所述第三环状槽(M3)沿着所述主轴(10)的轴线方向以从前侧向与所述前侧相反的后侧的次序彼此平行地设置，

所述第二空气供给通道(AL2)连接至所述第三环状槽(M3)；

将通过所述壳体(20，30)与所述主轴(10)之间的空隙进入的流体和异物排出的排出通道(DL)形成于所述壳体(20，30)的面向所述第二环状槽(M2)的下部中；并且

所述空气密封构件(50)的设置位置使得所述空气密封构件(50)不覆盖所述第二环状槽(M2)和所述第三环状槽(M3)，但是覆盖所述第一环状槽(M1)。

4.如权利要求3所述的主轴装置(1)，其中，

所述第一空气供给通道(AL1)和所述第二空气供给通道(AL2)在所述壳体(20，30)中相互不连接；

所述第一空气供给通道(AL1)连接至所述第一环状槽(M1)以便将空气供给至所述第一环状槽(M1)；并且，

所述第二空气供给通道(AL2)连接至所述第三环状槽(M3)以便将空气供给至所述第三环状槽(M3)。

5.如权利要求2所述的主轴装置(1)，其中，

在所述空气密封构件(50)的内周表面的面向所述第一环状槽(M1)的部分上，沿着所述空气密封构件(50)的圆周方向形成第一内侧空气接收槽(MA)；

所述第一外侧空气接收槽(MAA)沿着所述空气密封构件(50)的圆周方向形成在所述空气密封构件(50)的外周表面的在轴向位置上对应于所述第一内侧空气接收槽(MA)的部分上；

所述第一外侧空气接收槽(MAA)连接至所述第一空气供给通道(AL1)；并且，

所述多个连通孔或所述多个切口(HA)使所述第一外侧空气接收槽(MAA)与所述第一内侧空气接收槽(MA)相互连通。

6.如权利要求2所述的主轴装置(1)，其中，

供给至所述第一环状槽(M1)的空气排出至第一空气密封空隙(AG1)内而且还排出至第二空气密封空隙(AG2)内，所述第一空气密封空隙(AG1)由以下部分所限定：所述主轴(10)的外周表面的处于所述第一环状槽(M1)前侧的第一外周表面部分，以及所述空气密封构件(50)的内周表面的面向所述第一外周表面部分的部分；所述第二空气密封空隙(AG2)由以下部分所限定：所述主轴(10)的外周表面的处于所述第一环状槽(M1)后侧的第二外周表面部分，以及所述空气密封构件(50)的内周表面的面向所述第二外周表面部分的部分；并且，

所述第一空气密封空隙(AG1)和所述第二空气密封空隙(AG2)形成为使得对于通过所述第一空气密封空隙(AG1)的空气排出的阻力小于对于通过所述第二空气密封空隙(AG2)的空气排出的阻力。

7.如权利要求6所述的主轴装置(1)，其中，

所述第一空气密封空隙(AG1)和所述第二空气密封空隙(AG2)形成为使得所述第一空气密封空隙(AG1)的所述第一外周表面部分与所述内周表面的对应部分之间的距离大体等于所述第二空气密封空隙(AG2)的所述第二外周表面部分与所述内周表面的对应部分之间的距离；而且，

所述第二空气密封空隙(AG2)在所述旋转轴线(ZT)的方向上的长度大于所述第一空气密封空隙(AG1)在所述旋转轴线(ZT)的方向上的长度。

8.如权利要求1所述的主轴装置(1)，其中，

所述空气密封构件(50)通过过渡配合以可拆卸方式固定至所述壳体(20，30)。

9.如权利要求1所述的主轴装置(1)，其中，

所述主轴(10)和所述空气密封构件(50)分别由彼此不同的材料制成，并且，

所述空气密封构件(50)由机械强度低于用于所述主轴(10)的材料的机械强度的材料制成。

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