JP2002263982A - 工作機械用主軸装置におけるシール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハウジング２の支持穴２ａ内に回転自在に支
持される主軸３を備えた工作機械用主軸装置１におい
て、ワーク等に当たって跳ね返ったクーラントがハウジ
ング２の内部へ浸入することを防止する。 【解決手段】 主軸３の先端部と一体的に回転する遮蔽
板４６を、ハウジング２の先端面に対して隙間を隔てて
対向するように配置し、遮蔽板４６には、ハウジング２
の先端面との間に、ラビリンス部４８を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハウジングの支持
穴内に回転自在に支持される主軸を備えた工作機械用主
軸装置において、主軸とハウジングとの隙間に、クーラ
ントが浸入することを防止するためのシール装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、この種の工作機械用主軸装置
では、加工精度や工具寿命の向上のため、工具によるワ
ークの切削箇所にクーラント液（切削油）を噴射するよ
うにしており、主軸やハウジングの先端側（ワークとの
対峙側）が、ワーク等に当たって飛散しているクーラン
トに常時曝されている。このクーラントが主軸とハウジ
ングとの隙間に浸入するのを防ぐため、前記主軸装置の
中には、シール装置を備えたものがある。

【０００３】従来のシール装置としては、実開昭５９−
６６５４２号公報等に記載されるように、主軸の先端部
と一体的に回転する遮蔽板を、ハウジングの先端面に隙
間を隔てて対向するように配置した構成が知られてい
る。この場合は、主軸とハウジングとの隙間を、クーラ
ントに曝さないように遮蔽板で覆うとともに、ワーク等
に当たって跳ね返ったクーラントを前記遮蔽板に衝突さ
せて、跳ね返りの勢いを抑えることによって、前記クー
ラントが、主軸とハウジングとの隙間に浸入するのを防
止するようにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来の構
成では、ハウジングの先端面と、遮蔽板においてハウジ
ングの先端面側の端面（ハウジングの先端面と対向する
端面）とが略平行状に配置されており、ハウジングの先
端面と遮蔽板との隙間が、外径側でハウジングの外部に
連通しているから、当該隙間には、半径方向内向きに跳
ねるクーラントが容易に浸入できる。このため、前記ク
ーラントの浸入を十分に防ぐには、遮蔽板の大きさをハ
ウジングの先端面を覆うほど大きくしなければならず、
製造コストが嵩むという問題があった。

【０００５】また、近年、工作機械による加工の高速化
に伴ってクーラント油の供給量が増え、主軸やハウジン
グの先端側では、クーラントの飛散がおびただしいこと
から、前述の構成に加えて、ハウジングの先端面と遮蔽
板との隙間からハウジングの外部へ向かって圧縮空気を
噴出するように構成し、シール効果を高めたものも知ら
れている（実開平７−１１２４８号公報等参照）。しか
し、この場合は、圧縮空気を噴出させる機構が別途必要
であるから、さらに製造コストが嵩むことに加えて、ハ
ウジングの先端面と遮蔽板との隙間にかなり大量の圧縮
空気を供給しなければ、高圧ク−ラントの浸入を十分に
防止できないから、ランニングコストも嵩むという問題
があった。

【０００６】他方、ハウジングの支持穴に半径方向内向
きに突出形成した環状段部を、主軸の先端部に対して隙
間を隔てて対向するように配置し、前記環状段部のうち
前記主軸の先端部側の端面（ハウジングの内部側の端
面）に、ラビリンス部を設けたシール装置もある（特開
２０００−５２１８５号公報等参照）。

【０００７】この場合は、主軸とハウジングとの隙間
を、前記ラビリンス部を経由してハウジングの外部に連
通するように構成することによって、ワーク等に当たっ
て跳ね返ったクーラントが、主軸とハウジングとの隙間
に浸入するのを防止するようにしていた。

【０００８】しかし、この構成では、ラビリンス部がハ
ウジング側（固定側）に取り付けられており、内径側
（主軸側）でハウジングの外部に連通しているから、前
記ラビリンス部に浸入したクーラントは、主軸が高速回
転するほど、これに伴う遠心力の影響で、前記ラビリン
ス部内を半径方向外向きに容易に移動できる。このた
め、前記クーラントが、主軸とハウジングとの隙間を経
て、ハウジング内の軸受部にまで到達する場合があり、
クーラント液に混ざった切粉のため軸受部が破損する等
の原因となるという問題があった。

【０００９】そこで、本発明は、以上の問題を解消した
工作機械用主軸装置におけるシール装置を提供すること
を技術的課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この技術的課題を解決す
るため、請求項１の発明に係るシール装置は、ハウジン
グの支持穴内に回転自在に支持される主軸を備えて成
り、この主軸の先端部に工具を装着する工作機械用主軸
装置において、前記主軸の先端部と一体的に回転する遮
蔽板を、前記ハウジングの先端面に対して隙間を隔てて
対向するように配置し、前記遮蔽板には前記ハウジング
の先端面との間に、ラビリンス部を設けたものである。

【００１１】また、請求項２の発明は、請求項１の記載
において、前記主軸の先端側の外周面と前記ハウジング
の支持穴の内周面との隙間を経由して、前記ラビリンス
部に圧縮空気を供給するためのシールエア通路を備えた
ものである。

【００１２】請求項３の発明は、請求項１または２の記
載において、前記ハウジングの先端面のうち前記遮蔽板
の外周縁よりも半径方向外側の箇所には、前記主軸の回
転軸線の延びる方向に突出する環状のスカート部を設け
たものである。

【００１３】さらに、請求項４の発明は、請求項３の記
載において、前記ハウジングの先端面のうち前記スカー
ト部の傾斜面を臨む箇所には、前記主軸の回転軸線と略
平行な方向に開口する噴出穴を設け、前記スカート部の
傾斜面により、前記噴出穴に連通する清掃エア通路の圧
縮空気を、この噴出穴から前記主軸の先端部に装着する
工具ホルダに案内するように構成したものである。

【００１４】

【発明の効果】請求項１のように構成すると、主軸の先
端部に取り付く遮蔽板にはハウジングの先端面との間に
ラビリンス部を設け、主軸とともに遮蔽板が回転するこ
とによって、ラビリンス部内のクーラントには、前記遮
蔽板の回転に伴う遠心力が半径方向外向きに作用するか
ら、このクーラントは、外径側すなわち半径方向外向き
に押し出されて、ラビリンス部のうちハウジングの外部
に連通する開口端から排出される。

【００１５】したがって、クーラントの通過が難しいラ
ビリンス部の形状と、遮蔽板の回転による遠心力の作用
とが相俟って、前記クーラントがハウジング内に浸入す
ることを確実に防止できる。

【００１６】また、請求項２のように構成すると、シー
ルエア通路からの圧縮空気が、主軸の先端側の外周面と
ハウジングの支持穴の内周面との隙間を経由して、ラビ
リンス部に供給され、前記ラビリンス部の外径側の開口
端（ハウジングの外部に連通する開口端）から噴出する
から、この圧縮空気によってもクーラントの浸入を防止
でき、ハウジング内のシール効果をより向上させること
ができる。

【００１７】請求項３のように構成すると、環状のスカ
ート部は、ラビリンス部の外径側の開口端よりもさらに
外側にあって、かつ、主軸の回転軸線の延びる方向に突
出しているから、半径方向外側から前記開口端に向かっ
て跳ねているクーラントを当該スカート部に衝突させ
て、この方向からのクーラントの浸入を抑えることがで
きる。

【００１８】さらに、請求項４のように構成すると、清
掃エア通路からの圧縮空気を、前記スカート部を利用し
て工具ホルダに吹き付けるから、圧縮空気の噴出のため
のノズル等を別途設けたりすることなく、当該工具ホル
ダに付着した切粉や切削油等を吹き飛ばして清掃するこ
とができる。したがって、工具ホルダの清掃のための機
構を部品点数を低減した簡単な構造にできる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施形
態を図面に基づいて説明する。

【００２０】図１に示すように、本発明のシール装置を
備えた工作機械用主軸装置１は、上下に長い円筒状のハ
ウジング２の支持穴２ａ内に、主軸３及びこれを回転駆
動させるためのモータ４を内蔵したビルトインタイプの
ものである。

【００２１】主軸３の先端部及び中間部は、軸受部とし
てのラジアル軸受５，６によりハウジング２に対して回
転自在に軸支されている。主軸３の先端面の中心には、
工具ホルダ１３における円錐台形状のシャンク部が密接
して嵌まるホルダ取り付け穴（テーパ穴）が穿設されて
いる。主軸３の長手（上下）方向中途部にはロータ７が
配置され、これに対応するハウジング２の内周側箇所に
はステータ８が配置されている。これらロータ７及びス
テータ８にてモータ４が構成されている。

【００２２】主軸３の軸心には基端（本実施形態では上
端側、以下同様）から先端（本実施形態では下端側、以
下同様）にわたって挿通穴３ａが穿設されており、この
挿通穴３ａ内には、主軸３の基端側から先端側に延びる
周知構造のドローバー９が進退動可能に挿通されてい
る。また、主軸３内においてドローバー９よりもさらに
先端側にはチャック機構１０が配設されている。主軸３
内の基端側には、ドローバー９を後退方向に付勢するド
ローバースプリング１１が配設されている。

【００２３】一方、切削加工用の工具１２は、工具ホル
ダ１３の先端側に取り付けられており、当該工具ホルダ
１３の基端には、プルスタッド１４が設けられている。
ドローバー９が主軸３内で駆動機構（図示せず）により
上昇すると、チャック機構１０は、鋼球１６を介して工
具ホルダ１３のプルスタッド１４を把持して引き込むよ
うに構成されている。これにより、工具ホルダ１３、ひ
いては、工具１２が主軸３の先端側に脱落不能に装着さ
れるようになっている。

【００２４】プルスタッド１４、工具ホルダ１３及び工
具１２の内部には、軸心に沿って流路１４ａ，１３ａ，
１２ａがそれぞれ穿設されており、工具１２の先端部に
設けた切削加工用刃部の近傍箇所には、流路１２ａに連
通する吐出穴１５が穿設されている。

【００２５】ドローバー９の軸心に沿って基端から先端
まで連通する長穴９ａには、後述する接続パイプ２１に
オイルミスト（圧縮空気に切削油を霧状に混入した流
体）を供給するための供給パイプ２０が、ドローバー９
に対して相対的に非回転となるように配設されている。
供給パイプ２０の先端側（下端側）には、軸受２２の内
輪部が挿入されてロックナット２３により固定されてい
る。そして、この軸受２２の外輪部を、ドローバー９の
内径部に摺動可能に被嵌することにより、供給パイプ２
０の先端部（下端部）が半径方向に振れないように支承
されている（図２参照）。

【００２６】ドローバー９の先端部には、チャック機構
１０における１部品としての接続パイプ２１が脱落防止
用のピン２４を介して接続されており、供給パイプ２０
の軸心方向に貫通する流通路２０ａと、接続パイプ２１
の軸心方向に貫通する流路２１ａと、プルスタッド１４
の軸心方向に貫通する流路１４ａとは互いに連通するよ
うに配置されている。

【００２７】接続パイプ２１は、内径部の上端側に形成
した複数の環状溝と環状突起とから成るラビリンス型の
シール部３０を介して、供給パイプ２０の先端部（下端
部）の外周に対して非接触状態にて被嵌されることによ
って、ミスト供給路である流通路２０ａ及び流路２１ａ
からの流体の漏れを防止するように構成されている（図
２参照）。また、当該接続パイプ２１は、その外径下端
部とドローバー９の内径下端部との間に配設したコイル
スプリング２５にて押圧付勢されて、シール部材２６を
介してプルスタッド１４の上端に密着することにより、
流体の漏れを防止するように構成されている（図２参
照）。

【００２８】ハウジング２の上端は、支持部材３２を介
してボルト３３にてエンドフィッティング３１に固定さ
れている。供給パイプ２０の上端部（基端部）は、支持
部材３２に穿設した穴に挿入されて、エンドフィッティ
ング３１に開口した流体供給部３４に連通接続されてい
る。

【００２９】なお、供給パイプ２０の外周は、Ｏリング
３５，３６を介して支持部材３２に密着しており、流体
の漏れ出しを防止するように構成されている。そして、
支持部材３２に装着した固定ピン３７を、その先端が供
給パイプ２０の外周に凹み形成した凹部に止まるように
配置することによって、供給パイプ２０は脱落不能に支
持されている。したがって、供給パイプ２０は、上端側
が支持部材３２に対して上下方向に移動不能に固定支持
され、かつ、半径方向にはＯリング３５，３６の弾性変
形の範囲内で回動可能に配設されている。

【００３０】ハウジング２の先端側（下端側）には、円
筒状の蓋体４０が、Ｏリング４１を介してボルト４２
（本実施形態では６本、図４参照）締結されており、蓋
体４０の内周面と主軸３の外周面との間には、シールエ
アポケット部４３が形成されている。このシールエアポ
ケット部４３は、蓋体４０の内周面と主軸３の外周面と
の隙間４５に連通している。

【００３１】また、シールエアポケット部４３には、シ
ールエア管路４４の一端が接続され（図４参照）、シー
ルエア管路４４の他端は圧縮空気源（図示せず）に接続
されている。したがって、圧縮空気源（図示せず）と、
シールエア管路４４と、シールエアポケット部４３と、
蓋体４０の内周面と主軸３の外周面との隙間４５とは、
互いに連通するように構成されている。シールエアポケ
ット部４３及びシールエア管路４４は請求項に記載のシ
ールエア通路を構成するものである。蓋体４０はハウジ
ング２の構成要素に含まれるものとする。

【００３２】一方、主軸３の先端部には、金属製で環状
の遮蔽板４６が、半径方向外向きに突出するように、ね
じ４７（本実施形態では４本、図４参照）にて固定され
ており、主軸３と一体的に回転するようになっている。
この遮蔽板４６は、蓋体４０の先端面に対して適宜隙間
を隔てて対向するように配置されており、この遮蔽板４
６の上面には、上向きに突出する複数個の環状突起４９
から成るラビリンス部４８が配設されている。

【００３３】本実施形態では、蓋体４０の先端面に、下
向き開口状の環状溝５０が、前記各環状突起４９と対応
するように複数個穿設されており、蓋体４０側の環状溝
５０に対して、遮蔽板４６側の環状突起４９を適宜隙間
を隔てて遊嵌させることによって、ラビリンス部４８は
縦断面視でパルス（方形波）状になっている（図１及び
図３参照）。

【００３４】ラビリンス部４８のうち内径側（主軸３
側）の端部４８ａは、蓋体４０の内周面と主軸３の外周
面との隙間４５に連通しており、外径側の端部４８ｂ
は、蓋体４０の外部に連通している。すなわち、ラビリ
ンス部４８の外径側の開口端４８ｂは、蓋体４０の内周
面と主軸３の外周面との隙間４５よりも半径方向外側に
配置されている。したがって、圧縮空気源（図示せず）
に接続したシールエア通路４４からシールエアポケット
部４３に供給された圧縮空気は、蓋体４０の内周面と主
軸３の外周面との隙間４５及びラビリンス部４８を経由
して、前記開口端４８ｂから蓋体４０の外部へ噴出する
ようになっている。

【００３５】以上のように構成すると、遮蔽板４６の上
端面にラビリンス部４８を設けたことによって、前記開
口端４８ｂから蓋体４０の内周面と主軸３の外周面との
隙間４５に至るまでの隙間形状が複雑で、かつ、その距
離が比較的長くなるから、ワークを加工するに際して、
クーラントが開口端４８ｂからラビリンス部４８内に浸
入したとしても、前記クーラントがラビリンス部４８を
通過して、蓋体４０の内周面と主軸３の外周面との隙間
４５にまで到達するのは難しい。

【００３６】これに加えて、主軸３とともに遮蔽板４６
が回転することによって、ラビリンス４８部内のクーラ
ントには、前記遮蔽板４６の回転に伴う遠心力が半径方
向外向きに作用するから、このクーラントは、外径側す
なわち半径方向外向きに押し出される。遮蔽板４６は主
軸３の先端部に取り付けられており、ラビリンス部４８
のうち蓋体４０の外部に連通する開口端４８ｂは外径側
に配置されているから、結局、前記クーラントは回転す
る開口端４８ｂから蓋体４０の外部へ排出されることに
なる。主軸３が高速回転するほど、ラビリンス部４８内
のクーラントに作用する遠心力が大きくなって、当該ク
ーラントは蓋体４０の外部へ追い出されることになり、
シール効果が高まるのである。

【００３７】以上のことから、本実施形態では、遮蔽板
４６の上端面にラビリンス部４８を設けたことによっ
て、クーラントの通過が難しいラビリンス部４８の形状
と、遮蔽板４６の回転による遠心力の作用とが相俟っ
て、前記クーラントがハウジング２内に浸入することを
確実に防止できる。なお、この場合、遮蔽板４８の大き
さを比較的コンパクトにしても、十分なシール効果を維
持することが可能である。

【００３８】また、本実施形態では、ラビリンス部４８
の外径側の開口端４８ｂからは圧縮空気を噴出するよう
に構成しているから、当該圧縮空気によってもクーラン
トの浸入を防止でき、ハウジング２内のシール効果がよ
り向上する。なお、この場合、回転する遮蔽板４６の上
面にラビリンス部４８を設けたことによるシール効果が
大きいから、前記開口端４８ｂからの圧縮空気の噴出量
を、従来技術の場合より少なくしても、十分なシール効
果を得ることができ、ランニングコストの抑制が可能と
なる。

【００３９】さらに、蓋体４０の先端面のうちエアポケ
ット部５１の箇所に設けた環状のスカート部５３は、ラ
ビリンス部４８の外径側の開口端４８ｂよりもさらに外
側にあって、かつ、下向きに突出しているから、半径方
向外側から前記開口端４８ｂに向かって跳ねているクー
ラントは、当該スカート部５３に衝突することになる。
したがって、半径方向外側からのクーラントの浸入を抑
制できる。

【００４０】なお、図１及び図３に示すように、蓋体４
０の先端面のうち遮蔽板４６の外周縁よりも半径方向外
側の箇所には、下向きに開口する清掃エアポケット部５
１が主軸３の同心円状に穿設されている。当該清掃エア
ポケット部５１には、清掃エア管路５２の一端が接続さ
れ（図４参照）、清掃エア管路５２の他端は圧縮空気源
（図示せず）に接続されている。

【００４１】蓋体４０の先端面のうち清掃エアポケット
部５１の箇所には、後述する噴出穴５５から工具ホルダ
１３の先端側（工具１２の箇所等）へ向かう方向Ａ（図
１及び図３の２点鎖線参照）に傾斜した傾斜面５４を内
周下端部に有する環状のスカート部５３が、前記清掃エ
アポケット部５１の開口部を覆うように嵌着されてい
る。スカート部５３において傾斜面５４の上方箇所に
は、清掃エアポケット部５１に連通する噴出穴５５が主
軸３の回転軸線と略平行状に穿設されている。

【００４２】本実施形態では、圧縮空気源（図示せず）
と、清掃エア管路５２と、清掃エアポケット部５１と、
噴出穴５５とは、互いに連通するように構成されてお
り、噴出穴５５から吹き出した圧縮空気は、当該噴出穴
５５の下方に位置する傾斜面５４に当たって、前記矢印
Ａの方向に向かって流れ、工具ホルダ１３の先端側や工
具１２に吹き付くようになっている。清掃エアポケット
部５１及び清掃エア管路５２は、請求項に記載の清掃エ
ア通路を構成するものである。

【００４３】工具１２を交換するに際しては、ドローバ
ー９を駆動機構（図示せず）にて下降させることによ
り、チャック機構１０が工具ホルダ１３のプルスタッド
１４を開放して下方に押し出し、ドローバー９と工具ホ
ルダ１３との嵌合が緩む。

【００４４】次いで、圧縮空気源（図示せず）に接続し
た清掃エア管路５２から清掃エアポケット部５１に供給
された圧縮空気が、当該エアポケット部５１に連通する
噴出穴５５から噴出し、スカート部５３の傾斜面５４に
よって前記矢印Ａの方向に吹き出す。この圧縮空気の圧
力により、工具ホルダ１３に付着した切粉や切削油等を
吹き飛ばすのである。その後、工具ホルダ１３がドロー
バー９から抜き取られる。このように、本実施形態で
は、環状のスカート部５３が工具ホルダ１３に向かって
圧縮空気を吹き付けるためのノズルの役割を果たし、工
具ホルダ１３を清掃するための機構が部品点数を低減し
た簡単な構造になっている。

【００４５】本発明は、前述の実施形態に限らず、様々
な態様に具体化できる。例えば、ラビリンス部４８の形
態は、前述のものに限らず、例えば、遮蔽板４６の上面
に環状溝を穿設し、これに対応する環状突起を蓋体４０
の先端面に下向き突設して、ラビリンス部を構成するよ
うにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を適用した工作機械用主軸装置の縦断
面図である。

【図２】 主軸装置の中間部の拡大断面図である。

【図３】 主軸装置の先端部の拡大断面図である。

【図４】 主軸装置の底面図である。

【符号の説明】

１ 主軸装置 ２ ハウジング ３ 主軸 ４ モータ ５，６ ラジアル軸受 ９ ドローバー １０ チャック機構 １２ 工具 １３ 工具ホルダ ４０ 蓋体 ４３ シールエア通路としてのシールエアポケット部 ４４ シールエア通路としてのシールエア管路 ４５ 隙間 ４６ 遮蔽板 ４８ ラビリンス部 ５１ 清掃エア通路としての清掃エアポケット部 ５２ 清掃エア通路としての清掃エア管路 ５３ スカート部 ５４ 傾斜面 ５５ 噴出穴

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングの支持穴内に回転自在に支持
   される主軸を備えて成り、この主軸の先端部に工具を装
   着する工作機械用主軸装置において、 前記主軸の先端部と一体的に回転する遮蔽板を、前記ハ
   ウジングの先端面に対して隙間を隔てて対向するように
   配置し、前記遮蔽板には前記ハウジングの先端面との間
   に、ラビリンス部を設けたことを特徴とする工作機械用
   主軸装置におけるシール装置。
2. 【請求項２】 前記主軸の先端側の外周面と前記ハウジ
   ングの支持穴の内周面との隙間を経由して、前記ラビリ
   ンス部に圧縮空気を供給するためのシールエア通路を備
   えたことを特徴とする請求項１に記載の工作機械用主軸
   装置におけるシール装置。
3. 【請求項３】 前記ハウジングの先端面のうち前記遮蔽
   板の外周縁よりも半径方向外側の箇所には、前記主軸の
   回転軸線の延びる方向に突出する環状のスカート部を設
   けたことを特徴とする請求項１または２に記載の工作機
   械用主軸装置におけるシール装置。
4. 【請求項４】 前記ハウジングの先端面のうち前記スカ
   ート部の傾斜面を臨む箇所には、前記主軸の回転軸線と
   略平行な方向に開口する噴出穴を設け、前記スカート部
   の傾斜面により、前記噴出穴に連通する清掃エア通路の
   圧縮空気を、この噴出穴から前記主軸の先端部に装着す
   る工具ホルダに案内するように構成したことを特徴とす
   る請求項３に記載の工作機械用主軸装置におけるシール
   装置。