JP2000225505A - スピンドル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮空気を使用して作動するチャックを支持
するスピンドル装置で発塵を確実に防止する。 【解決手段】 円筒状のハウジング１内に転がり軸受２
ａ，２ｂで先端に装着したチャック４に圧縮空気を供給
する圧縮空気通路３１を有するスピンドル３を回転自在
に支持し、圧縮空気通路３１にハウジング１の圧縮空気
供給口２５から圧縮空気受け渡し部３２，Ｇ０を介して
圧縮空気を供給する。転がり軸受２ａの外側におけるス
ピンドル３及びハウジング側に磁性流体シール部４１を
形成すると共に、転がり軸受２ａと圧縮空気受け渡し部
Ｇ０との間にラビリンス部Ｌ１〜Ｌ４と排気用の円周溝
Ｇ１〜Ｇ３とを交互に複数組配置し、これらにより圧縮
空気受け渡し部から漏れる圧縮空気を確実に排気して磁
性流体シール部４１のバーストを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チャックを圧縮空
気を利用して動作させる工作機械等に使用するスピンド
ル装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のスピンドル装置としては、例えば
図３に示すものが提案されている。このスピンドル装置
は、円筒状のハウジング１を有し、このハウジング１の
内周面における両端側にシール付きの転がり軸受２ａ，
２ｂが配設され、これら転がり軸受２ａ，２ｂによって
スピンドル３が内周面内に回転自在に保持され、このス
ピンドル３の一端側に圧縮空気を利用して動作するチャ
ック４を装着するアダプタ５が形成され、他端が図示し
ないが少なくとも電動モータ及び減速機を備えた回転駆
動源に連結されている。

【０００３】そして、スピンドル３には中心軸位置に軸
方向中央部からアダプタ５の端面に開口する圧縮空気通
路６が形成され、この圧縮空気通路６の内方側端部に半
径方向に外方に延長しかつスピンドル３の外周面に形成
した円周溝７に連通する連通路８が形成されている。一
方、ハウジング１には、スピンドル３の円周溝７に対向
する内周面に円周溝７より幅広の円周溝９が形成され、
この円周溝９がハウジング１を半径方向に貫通する圧縮
空気通路１０を介して外周面側に形成された圧縮空気供
給口１１に連通されている。

【０００４】また、転がり軸受２ａはその外輪がハウジ
ング１の端面にボルト締めされたリング状の前蓋１２に
よってハウジング１に固定されていると共に、転がり軸
受２ｂはその内輪がスピンドル３に螺合されたリング状
のナット１３によってスピンドル３に固定され、外輪が
予圧バネ１４によって外方に定圧予圧されている。そし
て、ハウジング１の転がり軸受２ａ及び２ｂの内方側に
それぞれ円周溝７及び９から漏れる圧縮空気を貯留する
リング状の空気溜１５ａ及び１５ｂが形成され、これら
空気溜１５ａ及び１５ｂがハウジング１の外周面に形成
された排気口１６ａ及び１６ｂに連通されている。

【０００５】このような構成を有するスピンドル装置で
は、圧縮空気供給口１１を図示しない圧縮空気供給源に
接続し、排気口１６ａ及び１６ｂを同様に図示しない排
気部に接続することにより、ハウジング１の内周面とス
ピンドル３の外周面との間から漏れる圧縮空気が転がり
軸受２ａ及び２ｂを通じて外部に漏れることを防止する
ようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のスピンドル装置にあっては、ハウジング１にスピン
ドル３が回転自在に支持されていることから両者間に僅
かな間隙を有するため、圧縮空気供給口１１に供給され
る圧縮空気が円周溝７及び９位置で、ハウジング１及び
スピンドル３間の間隙を通じて漏れることを回避するこ
とはできないので、転がり軸受２ａ及び２ｂをシール付
きとすると共に、これら転がり軸受２ａ及び２ｂの外側
にそれぞれラビリンス部１７ａ及び１７ｂを形成するこ
とにより、転がり軸受２ａ及び２ｂの内側に形成した空
気溜１５ａ及び１５ｂに漏れた圧縮空気を貯留して、こ
れらを排気口１６ａ及び１６ｂを通じて排気することが
できるが、圧縮空気の圧力が高い場合には円周溝７及び
９位置から漏れた圧縮空気が空気溜１５ａ、転がり軸受
２ａ及びラビリンス部１７ａを通じて外部に漏れてしま
い、発塵をきらうクリーンルーム等で使用することがで
きないという未解決の課題がある。

【０００７】この未解決の課題を解決するために、例え
ば特開昭６３−９７８０号公報に示すように、転がり軸
受の近傍に磁性流体シール機構を設けることが考えられ
るが、外部に漏れる圧縮空気の圧力が比較的高く、磁性
流体シール機構の耐圧が比較的低いことから磁性流体シ
ール機構がバースト状態となって本来のシール機能を発
揮することができないという問題点がある。

【０００８】そこで、本発明は、上記従来例の未解決の
課題に着目してなされたものであり、磁性流体シール機
構を有効に利用して発塵を極力抑制することができるス
ピンドル装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係るスピンドル装置は、ハウジング内に
回転自在に支持されたスピンドルを備え、前記ハウジン
グ側から回転軸に形成された通路を通じて当該スピンド
ルに取付けられたチャックに圧縮空気を供給するように
したスピンドル装置において、前記チャック側における
前記ハウジング及び前記スピンドル間に発塵防止用の磁
性流体シール部を形成すると共に、前記ハウジング及び
スピンドル間の圧縮空気受け渡し部と前記磁性流体シー
ル部との間に複数組のラビリンス部及び排気部を形成し
たことを特徴としている。

【００１０】この請求項１に係る発明においては、ハウ
ジング及びスピンドル間の圧縮空気受け渡し部と磁性流
体シール部との間に複数組のラビリンス部及び排気部が
形成されているので、圧縮空気受け渡し部から漏れる圧
縮空気が各ラビリンス部及び排気部で順次排気されるの
で、その漏れ量及び圧力が順次低下されて、磁性流体シ
ール部に達するときにはその耐圧以下となって、バース
トを伴うことなく確実なシール機能を発揮する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態を示
す断面図であり、図中、１は比較的長尺に形成された円
筒状のハウジングであって、その内周面に中央部の後述
するスピンドル３より大径の小径部１ａと、この小径部
１ａの左端側に連接する後述するスピンドル３より僅か
に大きい径の最小径部１ｂと、この最小径部１ｂの左端
側に連接する小径部１ａより大きい径の中径部１ｃと、
この中径部１ｃの左端側に連接する大径部１ｄと、小径
部１ａの右端側に連接する前記大径部１ｄと同径の大径
部１ｅとが形成され、外周面の中央部に取付フランジ１
ｆが形成されている。

【００１２】ここで、大径部１ｄ及び１ｅにシール付き
の転がり軸受２ａ及び２ｂが配設され、転がり軸受２ａ
の外輪はハウジング１の左端面にボルト締めされた前蓋
１２のフランジ部１２ａによってハウジング１に固定さ
れ、転がり軸受２ｂの内輪は後述するスピンドル３に螺
合されたナット１３によってスピンドル３に固定され、
外輪は大径部１ｅの転がり軸受２ｂの左端側に配設され
た予圧バネ１４によって定圧予圧されている。

【００１３】そして、転がり軸受２ａ及び２ｂにスピン
ドル３が回転自在に支持されている。このスピンドル３
は中央部の中径部３ａと、その左端側に連接する中径部
３ａより大きい径で前蓋１２の内径より僅かに小さい径
の大径部３ｂと、中径部３ａの右端側に連接する中径部
３ａより小径の小径部３ｃと、この小径部３ｃの右端側
に連接する図示しないが少なくとも電動モータ及び減速
機を備えた回転駆動源に連結する連結部３ｄとで構成さ
れている。

【００１４】このスピンドル３の中心位置には、左端面
側からハウジング１の小径部１ａの右端側に達する圧縮
空気通路３１が穿設され、この圧縮空気通路３１の右端
部に半径方向に延長する連結通路３２が連通され、これ
ら連結通路３２の外方端が中径部３ａの外周面に形成さ
れた円周溝３３に連通されている。また、大径部３ｂに
は、その左端側に圧縮空気を利用して開閉動作する加圧
型作動チャック４を装着するアダプタ５が取付けられて
いる。

【００１５】一方、ハウジング１の小径部１ａには、円
筒状のジョイントスリーブ２１が内嵌されている。この
ジョイントスリーブ２１はその内径がスピンドル３の外
径より僅かに大きく設定され、その内周面にスピンドル
３の円周溝３３と対向する位置に円周溝と同一形状の円
周溝Ｇ０が穿設され、この円周溝Ｇ０が円周上の一点で
半径方向に延長してジョイントスリーブ２１を貫通する
連結通路２３を介してジョイントスリーブ２１の外周面
に開口し、この連結通路２３がハウジング１に形成され
た圧縮空気通路２４を介してハウジング１の外周面に形
成された圧縮空気供給口２５に連通されている。

【００１６】また、ジョイントスリーブ２１の内周面に
円周溝Ｇ０より左方側に所定距離Ｓ１だけ離間した位置
に排気部を構成する円周溝Ｇ１が形成され、この円周溝
Ｇ１より左方側に所定距離Ｓ１より２割程度短い所定距
離Ｓ２だけ離間した位置に同様に排気部を構成する円周
溝Ｇ２が形成され、さらに円周溝Ｇ２より左方側に所定
距離Ｓ２より３割程度短い所定距離Ｓ３だけ離間した位
置に同様に排気部を構成する円周溝Ｇ３が形成され、こ
れら円周溝Ｇ１〜Ｇ３がそれぞれ図２に示すように正面
から見て異なる角度で半径方向にジョイントスリーブ２
１を貫通して延長する連結孔ＨＣ１〜ＨＣ３を介し、さ
らにハウジング１内に形成した排気孔ＨＥ１〜ＨＥ３を
介してハウジング１の外周面に形成した異なる排気口Ｐ
Ｅ１〜ＰＥ３に連通されている。

【００１７】さらに、円周溝Ｇ０及びＧ１間、Ｇ１及び
Ｇ２間、Ｇ２及びＧ３間及びＧ３の左方側がスピンドル
３の外周面との間で僅かな間隙となるラビリンス部Ｌ
１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４とされ、円周溝Ｇ０の右方側も
ラビリンス部Ｌ５とされている。さらにまた、ハウジン
グ１に形成した大径部１ｄ及び１ｅにおける転がり軸受
２ａの右側及び転がり軸受２ｂの左側に形成された空気
溜Ａａ及びＡｂが同様にハウジング１に形成した排気孔
ＨＥ４及びＨＥ５を通じて異なる排気口ＰＥ４及びＰＥ
５に連通されている。

【００１８】なおさらに、前蓋１２の内周面とスピンド
ル３の大径部３ｂとの間に磁性流体シール部４１が形成
され、且つ前蓋１２の右端面とハウジング１の左端面と
の間にオーリング４２が配設され、同様に、スピンドル
３の大径部３ｂの左端面とアダプタ５の右端面との間に
も２つのオーリング４３，４４が同心状に配設され、さ
らにスピンドル３のナット１３とハウジング１の大径部
１ｅに螺合されたリング部材４５との間にラビリンス部
４６が形成されている。

【００１９】そして、ハウジング１がその取付フランジ
１ｆを発塵を許容する空間部５０Ａと発塵を嫌う空間部
５０Ｂとを仕切る仕切り壁５１にチャック４側を空間部
５０Ｂ側として取付けられている。次に、上記実施形態
の動作を説明する。先ず、ハウジング１に形成された圧
縮空気供給口２５に図示しない配管を通じて圧縮空気供
給源を接続すると共に、各排気口ＰＥ１〜ＰＥ５に同様
に配管を通じて排気装置に接続する。

【００２０】この状態で、チャック４で被チャック部材
を把持する場合には、例えば圧縮空気供給源からの圧縮
空気を圧縮空気供給口２５、圧縮空気通路２４を通じ、
ジョイントスリーブ２１の連結孔２３、円周溝Ｇ０を通
じ、スピンドル３の円周溝３３、連通孔３２、圧縮空気
通路３１を通じ、さらにアダプタ５の供給孔５ａを通じ
てチャック４に供給することにより、チャック４が閉動
作して被チャック部材を挟着保持する。

【００２１】このとき、ハウジング１とジョイントスリ
ーブ２１との間及びジョイントスリーブ２１とスピンド
ル３との間で圧縮空気の受け渡しが行われるが、ジョイ
ントスリーブ２１はハウジングの小径部１ａに嵌合され
ているので、両者間に隙間は殆どなく、これら間で空気
漏れを生じることはないが、ジョイントスリーブ２１と
スピンドル３との間では、スピンドル３が回転するため
の隙間が生じているので、空気漏れを生じる。

【００２２】しかしながら、ジョイントスリーブ２１の
円周溝Ｇ０と円周溝Ｇ１との間には、スピンドル３との
間の隙間を小さくしたラビリンス部Ｌ１が形成されてお
り、しかも、このラビリンス部Ｌ１の長さが比較的長く
設定されており、この間の流体抵抗が大きいので、円周
溝Ｇ０位置から漏れる圧縮空気量は僅かなものに抑制さ
れる。

【００２３】そして、円周溝Ｇ０位置から漏れた圧縮空
気は、排気口ＰＥ１に連通された円周溝Ｇ１に達する
が、この円周溝Ｇ１の左側にはラビリンス部Ｌ２が形成
され、且つ円周溝Ｇ１は連結孔ＨＣ１及び排気通路ＨＥ
１を通じて排気口ＰＥ１に連通されているので、円周溝
Ｇ１に達した圧縮空気の大半は排気口ＰＥ１から配管を
通じて外部の排気装置に排気される。

【００２４】しかしながら、残りの圧縮空気はさらにラ
ビリンス部Ｌ２を通じて円周溝Ｇ２に入り、この円周溝
Ｇ２でも連結孔ＨＣ２、排気通路ＨＥ２及び排気口ＰＥ
２を通じて外部の排気装置に排気され、さらに、円周溝
Ｇ２で排気されない圧縮空気はさらにラビリンス部Ｌ３
を通じて円周溝Ｇ３に入ることになり、この円周溝Ｇ３
の左側にもラビリンス部Ｌ４が形成されていることによ
り、円周溝Ｇ３内の圧縮空気は連結孔ＨＣ３、排気通路
ＨＥ３及び排気口ＰＥ３を通じて外部の排気装置に排気
される。

【００２５】したがって、ラビリンス部Ｌ４を通過して
空気溜Ａａに達する空気は殆ど圧力がないと共に、空気
量も非常に少なくなり、これらがまた排気通路ＨＥ４、
排気口ＰＥ４を通じて外部の排気装置に排気される。こ
の結果、転がり軸受２ａには、圧縮空気の影響が全く生
じない状態となり、転がり軸受２ａより左端側に配設さ
れた磁性流体シール部４１がバースト状態となることを
確実に防止して確実なシール機能を発揮することが可能
となり、転がり軸受２ａで発生する磨耗粉等の塵埃が発
塵を嫌う空間部５０Ｂに排出されることを確実に阻止す
ることができる。

【００２６】一方、ジョイントスリーブ２１の円周溝Ｇ
０より右側に漏れる圧縮空気は空気溜Ａｂに達し、この
空気溜Ａｂから排気通路ＨＥ５及び排気口ＰＥ５を通じ
て外部の排気装置に排気されるが、この場合は、空気溜
Ａｂに１つのラビリンス部Ｌ５を通じて圧縮空気が漏れ
ることにより、比較的圧力が高く、この漏れた圧縮空気
が転がり軸受２ｂを介してラビリンス４６を介して空間
部５０Ａに排出されることになるが、この空間部５０Ａ
では発塵を許容するので、何ら問題はない。

【００２７】また、上記実施形態では、ラビリンス部Ｌ
１〜Ｌ４と排気部となる円周溝Ｇ１〜Ｇ３とを交互に複
数組配設したので、漏れた圧縮空気を確実に回収するこ
とができ、しかも、ラビリンス部Ｌ１〜Ｌ４の長さは下
流に行くに従って順次短く設定しているので、ジョイン
トスリーブ２１の全長を短くすることができる。さら
に、ラビリンス部Ｌ１〜Ｌ４と円周溝Ｇ１〜Ｇ３とを長
さの短いジョイントスリーブ２１に形成したので、これ
らをハウジング１の内周面に形成する場合に比較してラ
ビリンス部Ｌ１〜Ｌ４の加工精度を向上させることがで
き、スピンドル３の外周面との干渉を確実に防止するこ
とができる。

【００２８】なお、上記実施形態においては、チャック
４側にのみラビリンス部Ｌ１〜Ｌ４、円周溝Ｇ１〜Ｇ３
及び磁性流体シール部４１を設けた場合について説明し
たが、これに限定されるものではなく、空間部５０Ａで
も発塵を嫌う場合には、チャック側と同様に複数組のラ
ビリンス部及び円周溝を配設すればよい。また、上記実
施形態においては、ハウジング１の内周面にジョイント
スリーブ２１を嵌合させた場合について説明したが、こ
れに限定されるものではなく、スピンドル３側にジョイ
ントスリーブ２１を嵌合させるようにしてもよく、さら
にはジョイントスリーブ２１を省略して、ラビリンス部
Ｌ１〜Ｌ４及び円周溝Ｇ１〜Ｇ３を直接ハウジング１の
内周面又はスピンドル３の外周面に形成するようにして
もよい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明によれば、ハウジング及びスピンドル間の圧縮空気受
け渡し部と磁性流体シール部との間に複数組のラビリン
ス部及び排気部が形成されているので、圧縮空気受け渡
し部から漏れる圧縮空気が各ラビリンス部及び排気部で
順次排気されるので、その漏れ量及び圧力が順次低下さ
れて、磁性流体シール部に達するときにはその耐圧以下
となって、バーストを伴うことなく確実なシール機能を
発揮することができ、転がり軸受等から発生される塵埃
が発塵を嫌う空間部に排出されることを確実に阻止する
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】本発明の一実施形態を示す断面図である。

【図２】図１の右側面図である。

【図３】従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ ハウジング ２ａ，２ｂ 転がり軸受 ３ スピンドル ４ チャック ５ アダプタ ２１ ジョイントスリーブ Ｌ１〜Ｌ５ ラビリンス部 Ｇ０〜Ｇ３ 円周溝 ２３ 連結孔 ２４ 圧縮空気通路 ２５ 圧縮空気供給口 ３１ 圧縮空気通路 ３２ 連結孔 ３３ 円周溝 ＨＥ１〜ＨＥ５ 排気通路 ＰＥ１〜ＰＥ５ 排気口 ４１ 磁性流体シール部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジング内に回転自在に支持されたス
   ピンドルを備え、前記ハウジング側から回転軸に形成さ
   れた通路を通じて当該スピンドルに取付けられたチャッ
   クに圧縮空気を供給するようにしたスピンドル装置にお
   いて、前記チャック側における前記ハウジング及び前記
   スピンドル間に発塵防止用の磁性流体シール部を形成す
   ると共に、前記ハウジング及びスピンドル間の圧縮空気
   受け渡し部と前記磁性流体シール部との間に複数組のラ
   ビリンス部及び排気部を形成したことを特徴とするスピ
   ンドル装置。