JP2003314707A - リップシールおよび回転軸のシール構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ケーシング側から主軸側に着座検知用のエア
供給ができ主軸のエア導入口の様々な大きさに対応でき
主軸の組み立て時精度を維持して簡単にシール部の取付
けや交換ができる技術の提供。 【解決手段】 環状基部に一枚のリップ１１ｂが軸心の
一方向に直線状に傾斜して形成され自由状態で軸表面と
の間に隙間を有し流体圧の作用でリップが弾性変形して
回転軸表面に密着して閉じるリップシール１ｂと基部外
径と略同一外径の中間リング２からなり、リップシール
一対をリップ先端同士を向き合わせ中間リング両側に密
着させて導入口旋回位置の両側にリップ先端を配置さ
せ、中間リングの流体通路１７を通じて両リップシール
を開閉動作させる構成とし、リップシールと中間リング
を一体に保持して流体通路に外部から流体を供給させる
リテーナ３を備えてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の供給により
回転軸外周面に対しリップを開閉させるリップシール、
および流体の導入口を外周面に有する回転軸を支持した
ケーシング側に装着してリップシールの作用により回転
軸側に流体を供給する回転軸のシール構造に関し、特
に、高速の主軸を備えた工作機械などにおいてツールの
自動交換を行なう際、主軸端ケーシング側から主軸側に
着座検知用のエア供給を任意に行なうことができ、低コ
ストにして主軸のエア導入口の様々な大きさに対応でき
ると共に、主軸の組み立て時精度を維持したまま簡単に
シール部の取付けや交換ができるようにした回転軸のシ
ール構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば工作機械では切り粉の発生が必ず
伴うものであり、作業中にその一部がツール着座面に付
着した場合はこれを除去しないとツールが正確にチャッ
キングされず加工不良を起こす問題を抱えている。ツー
ル交換を自動にて行う従来の工作機械において、近年で
は高速・高負荷の加工に適した２面拘束ツールの使用が
増えてきている。この２面拘束ツールの場合、ツールと
その着座面との間に僅かな切り粉の噛み込みがあっても
掴み不良となるため、着座面の清潔性やツールの着座検
知の必要性が非常に高くなってきている。また、一般的
な工作機械などで主軸内からツールにクーラントを供給
して加工を行う場合、主軸外周面と機械本体との間を介
して切り粉やクーラントが機械本体内部の軸受け部など
に侵入し潤滑作用を阻害する場合がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記着座面を清潔に保
持するためには、主軸に貫通して設られているクーラン
ト供給路にバルブ切換によりエアを導入し着座面をエア
ブローする方法があるが、この場合、主軸内に残存して
いたクーラントが飛散するため、作業環境を著しく悪化
させるという欠点があった。また、着座面にエアを供給
して着座検知するため、主軸内のクーラント供給路とは
別にエア供給路を軸内に平行して設けたり、着座面近傍
の主軸外周面から着座面内まで貫通穴を設け、主軸停止
時にこの貫通穴に外方からピストンを押しつけ、このピ
ストンに設けたエア供給路から着座面にエアを供給する
ようにした大変複雑な構造のものもある。前記のような
複雑な構造を避けるには、工作機械本体と主軸外周面と
の間であって前記貫通穴の両側にシールを配置すること
により、工作機本体から着座面までエア通路を形成する
必要がある。しかしながら、近年の工作機械では主軸回
転数が数万回転に及ぶものがあり、このような主軸に従
来の常時接触型リップシールを使用してエア通路を設け
ても、リップの主軸外周面接触部の磨耗が早いため、耐
久性のあるエアブロー構造や着座検知構造のものが実現
できないという問題があった。

【０００４】図５は本出願人が上記問題点を解消するた
めに研究開発し出願したものである（特願２０００−３
１８３６１号）。この回転軸のシール構造によれば、主
軸側へのエア供給用として、リップ先端部１４同士が対
向するように湾曲した一対のリップ１１，１１を基部に
配置して設けたシールを使用しており、エアａは基部の
中間部から供給するようになっている。また、このリッ
プシールはフレームと蓋との間に配置して組み立てら
れ、そのユニットを工作機械本体に組み付けて主軸外周
面７ａへのエア供給路を確保すると共に、主軸支持用の
軸受けも同時に固定するようになっている。この構造に
よればシールの磨耗を押え、しかもコンパクトに形成で
きるという大きな利点がある。

【０００５】しかしながら、上記構造では以下に示すよ
うな欠点を有している。 リップシールが既に一対のリップを有してエア供給
路の幅を決定しているのであるが、軸側のエア導入口の
径の大きさは所要空気量に応じて設定されるということ
があり、設計変更により導入口の径が大きくなった場合
には対応できないし、必要に合わせて新たなリップシー
ルを製作するとコストアップになる。 更に、このように先端部同士を内向きに対向させて
一対のリップが一体に成形された構造、しかもリップ同
士が湾曲した構造のリップシールは製造や検査が大変困
難である。 着座検知、エアブローなどのエア供給には主軸外周
面に開設したエア導入口の両側をシールする必要からリ
ップは一対必要であるが、主軸外周面の一方側に沿って
エアを吹き出すエアパージでは片側のリップだけが必要
であり、このため、２種類のリップシールが必要となっ
ている。 開閉作用を行なわせるリップシールは柔軟な樹脂で
製作されていることから、シール交換の必要が生じた場
合にシールを裸で持つと変形してしまうなどの不具合が
発生する可能性が有り、その取り扱いには細心の注意を
要していた。 また、シール構造部は保守点検の際にフレームと蓋
からなるユニット（以下、主軸端ケーシングという）を
脱着する必要があるが、この主軸端ケーシングは一般的
に主軸のベアリングに精密な予圧を与える重要な役割を
有していることから、この主軸端ケーシングの分解によ
り予圧が一旦解除されることになり、再度組み込み時に
は、厳重な注意力を持って主軸端ケーシングのボルト締
めを行なわなければならず、大変手間がかかる。

【０００６】本発明は、上述のような従来の問題点を解
決するためになされたもので、その目的とするところ
は、流体の供給により回転軸外周面に対しリップを開閉
させるリップシール、およびマシニングセンタの主軸な
ど高速回転部に使用されるシール構造であって、リップ
の磨耗防止対策をしながら主軸端ケーシング側から主軸
側に着座検知やエアブロー用のエア供給を任意に行なう
ことができ、特に用途別のリップシールを必要とせずに
単一の形式のもので主軸のエア導入口の様々な大きさに
対応したり複数の機能形態に対応でき、更に、主軸の組
み立て時精度を維持したまま簡単にシール部の取付けや
交換ができるようにした優れた回転軸のシール構造を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明請求項１に記載のリップシールでは、回転軸
用のリップシールであって、環状基部の内径側に一枚の
リップが周設され、該リップは軸心方向に沿って断面視
したとき軸心の一方向に直線状に傾斜して形成されると
共に、自由状態においては軸表面との間に隙間を有して
開いており、流体圧を作用させた時のみリップが弾性変
形してリップ先端が回転軸表面に密着して閉じる開閉動
作を行なうことを特徴とする。

【０００８】請求項２に記載のリップシールでは、回転
軸用のリップシールであって、環状基部の内径側に一枚
のリップが周設され、該リップは軸心方向に沿って断面
視したとき軸心の一方向に直線状に傾斜して形成される
と共に、自由状態においては軸表面に密着して閉じてお
り、流体圧を作用させた時のみリップが弾性変形してリ
ップ先端が回転軸表面との間に隙間を開ける開閉動作を
行なうことを特徴とする。

【０００９】請求項３に記載の回転軸のシール構造で
は、外周面に流体の導入口を有する回転軸を支持するケ
ーシングに装着するシール構造であって、請求項１に記
載のリップシール１対と該リップシールの基部外径と略
同一の外径を有し内・外周面を貫通する流体通路を有す
る中間リングからなり、該中間リングは前記リップシー
ルの一対をそのリップ先端同士が向き合うようにして両
端面に密着させた状態で前記導入口旋回位置の両側にリ
ップ先端同士を所定間隔で配置させる大きさを有し、中
間リングの流体通路を通じて両リップシールを同時に開
閉動作を行なわせることを特徴とする。

【００１０】請求項４に記載の回転軸のシール構造で
は、請求項３に記載の中間リングの両側に１対のリップ
シールを密着した組み合わせを一体に保持した状態で中
間リングの流体通路に外部から流体を供給させるリテー
ナを備え、該リテーナは回転軸を支持するケーシングに
着脱自在に格納されることを特徴とする。

【００１１】請求項５に記載の回転軸のシール構造で
は、請求項３または請求項４に記載の回転軸のシール構
造において、回転軸が工作機械などの主軸であって該主
軸が主軸外周面の流体導入口と主軸端部のツール着座面
に開口した排出口とを連通する流路を有し、中間リング
の流体通路を介して主軸を支持するケーシングの流体圧
入口と主軸端部の流体排出口との間を連通させ、該ケー
シング側から導入した圧縮エアを前記主軸端部のツール
着座面に供給して着座検知または／および着座面の清掃
を行なわせることを特徴とする。

【００１２】請求項６に記載の回転軸のシール構造で
は、請求項２に記載のリップシールを使用し、回転軸が
工作機械などの主軸であってリップに圧縮エアを作用さ
せることでリップと主軸外周面との間の隙間からエアを
噴出させて主軸外周面のエアパージを行なわせ、エアが
作用していない時はリップを主軸に密着させてシール作
用をおこなわせることを特徴とする。

【００１３】請求項７に記載の回転軸のシール構造で
は、請求項３に記載の中間リングの両側にリップシール
を密着した組み合わせを、外周面に流体導入口を開設し
たロータリジョイントの回転管軸に装着したことを特徴
とする。

【００１４】

【発明の作用および効果】以下、本発明の作用および効
果を説明する。請求項１に記載のリップシールでは、環
状基部の内径側に一枚のリップが周設され、このリップ
は軸心方向に沿って断面視したとき軸心の一方向に直線
状に傾斜して形成されているので、このリップは回転軸
の外周面に対し傾斜した状態に配置される。また、リッ
プは、自由状態においては軸表面との間に隙間を有して
開いている。そして、流体圧の作用方向に容易に弾性的
に変形して回転軸外周面との間を開閉する開閉作用を行
なう柔軟性が付与されているので、前記のような傾斜状
態において、その角度の大きい方から流体が押圧すると
リップは開き状態から閉じ動作をし、流体の押圧がなく
なるとリップは直ちに開き状態に戻る。

【００１５】従って、本発明のリップシールは、弾性変
形を行なうリップに対する流体圧の供給および停止によ
り、リップ先端部を回転軸外周面に対して閉じ動作と開
き動作のいずれも敏感に行なうことができる。また、１
枚リップとすると共にそのリップの断面形状を直線状と
したことで、リップシールの製造、検査がし易く、ま
た、このためコストダウンを図ることができるなどの効
果が得られる。

【００１６】請求項２に記載の発明では、リップは、請
求項１に記載のリップシールとは逆に、自由状態におい
ては軸表面に密着している。そして、流体圧の作用方向
に容易に弾性的に変形して回転軸外周面との間を開閉す
る開閉作用を行なう柔軟性が付与されているので、前記
のような傾斜状態において、その角度の小さい方から流
体が押圧するとリップは閉じ状態から開き動作をし、リ
ップと回転軸外周面との間に隙間を形成し、流体の押圧
がなくなると直ちに閉じ状態に戻る。

【００１７】従って、本発明のリップシールは、弾性変
形を行なうリップに対する流体圧の供給および停止によ
り、リップ先端部を回転軸外周面に対して開き動作と閉
じ動作のいずれも敏感に行なうことができるという効果
が得られる。

【００１８】請求項３に記載の発明では、中間リングに
はリップ同士の間に流体、例えばエアを供給する流体通
路を有しており、この流体通路にはリテーナを介し外部
からエアが供給される。回転軸の停止時に外部から供給
されたエアは、先ず、中間リング内でリップ同士の間に
流入しそのリップを内面側、つまり回転軸外周面に対し
傾斜角の大きい方から押圧することから、流体圧を受け
た時のみリップ先端を回転軸外周面に密着し、旋回する
導入口のみを囲った環状囲繞部を形成する。この管状囲
繞部により導入口のみにエアが供給される状態となり、
この導入されたエアが回転軸内部を介してツールの装着
面に供給され着座検知や清掃を行なうことになる。ま
た、前記回転軸の導入口を大きな径に変更する場合、中
間リングの幅変更によりリップ同士の間隔を広げること
により、簡単に幅変更に対応できる。

【００１９】従って、本発明回転軸のシール構造では、
リップシール組み立て部内に流体、例えばエアの供給ま
たは供給停止を行なうことにより、リップ同士が回転軸
外周面に対し同時に開閉作用を行なうから、リップ同士
の間に配置した導入口から回転軸の軸内にのみ、エアの
供給を行なって着座検知や着座面の清掃を行なうことが
できる。エアの供給停止時はリップは回転軸外周面から
離れているため、高速回転を行なう回転軸であっても磨
耗を防止し耐久性を向上させることができる。また、同
一形状のリップシールだけを使用し、しかも一枚リップ
のシールだけを向かい合わせに配置して外部から主軸表
面のエア導入口までエアの通路を形成できるから、リッ
プシールは単一形式の製造のみを行なえばよいことにな
り、コスト低減を図ることができる。また、一枚リップ
のシールと中間リングの組み合わせとしたことにより、
必要空気量を増やすために主軸外周面のエア導入口を大
きくした場合、リップシールの設計変更を行なわずとも
中間リングの変更だけで対応することができ、製造期間
を短縮すると共に、リップシールがコストアップとなる
のを押えることができるなどの効果が得られる。

【００２０】請求項４および請求項５に記載の発明で
は、中間リングの両側に１対のリップシールを密着した
組み合わせをリテーナに一体に保持させており、このリ
ップシール組み込みのリテーナを、回転軸を支持するケ
ーシング、例えば軸端部が突出した主軸端ケーシングの
前面側に着脱自在に格納させる。このリテーナのケーシ
ングへの組み込みにおいて、リップシール同士の間に主
軸外周面に開設された流体の導入口が配置されるように
設けることにより、リテーナ外部、例えばケーシング側
から主軸の導入口まで流体の供給通路を形成することに
なる。この状態により、主軸の停止時に流体、例えばエ
アをリテーナ側から供給し、主軸に設けた導入口を経由
して回転軸先端の着座面に設けた排出口から排出させる
ことにより、着座検知や着座面の清掃を行なうことがで
きる。

【００２１】次に、リップシールの交換を行なう必要が
生じた場合、先ずケーシングからリテーナを抜取り、予
め用意していた新しいリップシールを組み付けた別のリ
テーナと組み替えることにより、迅速に交換作業を行な
うことができ、機械の休止時間を最小限に止どめること
ができる。前記取り外したリテーナは内部のリップシー
ルを新しいものに交換しておき、次の交換に備えておく
ことができる。また、この場合も設計変更により必要空
気量を増やすために主軸外周面のエア導入口を大きくで
きるが、中間リングの幅増加分をリテーナが吸収できな
い場合は、リテーナも寸法変更することになる。

【００２２】以上、説明してきたように本発明では、１
対のリップシールをリテーナに格納してユニット化する
ことで、柔軟で変形し易いリップシールを使用し条件の
悪い現場においても、また、交換作業などの経験の浅い
作業員でも精確で容易に取り扱うことができる。また、
工作機械などのケーシングに極めて簡単に装着、および
脱着することができ、迅速にリップシールの交換作業を
行い、機械の休止時間を最小限に止どめることができ
る。更に、リテーナを主軸端ケーシングの前面側に格納
させると、リップシールの交換を行なう際、主軸端ケー
シングの取付けボルトは取り外さないでシール交換がで
きるから、主軸ベアリングの予圧を工場組み立て時の精
度に保持できるし、このためシールの交換作業に要する
時間を大幅に短縮することができるなどの効果が得られ
る。

【００２３】請求項６に記載の発明では、傾斜したリッ
プに圧縮エアを作用させることにより、リップと主軸外
周面との間に隙間を形成させる。この場合、リップ先端
を主軸先端側に向け、その主軸回転時にリップの傾斜角
の小さい方からエアを供給することにより、リップが押
圧されて開閉作用を行ないその先端を主軸外周面から離
して大きな隙間を形成するから、その外周面に形成され
たリング状の隙間から主軸先端側に向けエアパージを行
なうことができるという効果が得られる。

【００２４】請求項７に記載の発明では、請求項３に記
載の中間リングの両側にリップシールを密着した組み合
わせを、外周面に流体導入口を開設したロータリジョイ
ントの回転管軸に装着したものである。この場合は、ロ
ータリジョイントの回転管軸を介し旋盤、あるいはマシ
ニングセンタなどの主軸の軸端から軸心の方向に流体を
供給することができる。また、流路が２系統できるの
で、クーラントとエア、あるいはエアのみだがそれぞれ
異なって制御された２種のエアの供給ができるなどの効
果が得られる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
により説明する。図１は実施の形態１の工作機械におけ
る回転軸のシール一体化構造としてのリップシール組み
込みリテーナＡを示す断面図、図２は各部の一部を断面
して示しており（イ）はリップシール（エアパージ用シ
ール部）、（ロ）は着座検知用シール部、（ハ）はリテ
ーナ、（ニ）は環状蓋を示している。まず、このリップ
シール組み込みリテーナＡは、１枚リップのリップシー
ル１ａ（エアパージ用）と１ｂ（着座検知用）、中間リ
ング２、リテーナ３、および環状蓋４からなっており、
このリテーナ３に１個のリップシール１ａを組み込んで
エアパージ用シール部５を、また２個のリップシール１
ｂと１個の中間リング２を組み込んで着座検知用シール
部６を構成している。

【００２６】次に、各部の具体的形状を説明する。前記
リップシール１ａは図１および図２（イ）、リップシー
ル１ｂは図２（ロ）に示すようになっており、全体の形
状として工作機械の主軸先端部に配置されてエアパージ
用シール部５を形成したものを例に取って説明すると、
リップ１１ａは主軸７を囲繞し自由状態でこの主軸７の
外周面７ａに接触状態（但し、着座検知用リップ１１ｂ
は微細な隙間を有する状態）でリング状の基部１２の一
端側に配置されている。尚、図２（イ），（ロ）では自
由状態を一点鎖線で示している。かつ、このリップ１１
ａ，１１ｂは柔軟に形成され、それは軸心に沿って断面
視した形状が軸心方向であって前記基部１２の他端側方
向に傾斜した傾斜角（主軸外周面に対する傾斜角であっ
て角度の小さい方）１３を有する直線状に形成され、例
えばエアパージ側では０．１ＭＰａ以上の圧縮空気の圧
力を、その角度の小さい側（外面側１８ａとする）に受
けることにより基部１２の他端側方向に安定して変位し
（図２（イ）では実線で示す）リップ先端が主軸外周面
７ａの全周に対し隙間を拡大して軸外周面周りにエアパ
ージを行う開閉作用部１４を有する。ａはエアの流れを
示す。

【００２７】前記着座検知用シール部６は、前記エアパ
ージ用シール部５の後部に配置されるものであって、図
２（ロ）にも示すように、同一のリップシール１ｂを一
対使用しており、リップ先端同士（開閉作用部１４同
士）を内向きに対向させて中間リング２の両側に配置さ
れている。前記中間リング２は、内外径が基部１２の内
外径と略同一大きさに形成されている。また、その幅
（厚さ）は、主軸７の外周面に開設されたエアの導入口
１６の直径の大きさに対し、前記開閉作用部１４同士の
間隔が適宜大きくなるように設定されており、その内・
外周面を貫通した流体通路１７を有している。また、こ
の着座検知用シール部６は、例えば、リップ１１ｂの主
軸外周面に対する角度の大きい側（内面側１８ｂとす
る）に０．１ＭＰａ以上の圧縮空気の圧力を受けること
により、ラジアル方向に安定して変位し（図２（ロ）で
は実線で示す）、先端部が主軸外周面７ａの全周に完全
接触状態とすることができる。尚、本実施の形態の着座
検知用シール部６はエアブロー用をも兼用しており、こ
の場合は０．４ＭＰａ以上が適当である。

【００２８】前記リテーナ３は、エアパージ用シール部
５と着座検知用シール部６をセットするセット穴を円筒
体の軸方向前後に配置したものであって、図２（ハ）に
も示すように、円筒内部に段付き部１９を設けることに
より、前端側にエアパージ用シール部５を配置するセッ
ト穴２０と後端側に着座検知用シール部６を配置するセ
ット穴２１が形成されている。更に、前記セット穴２
０，２１に夫々外周面からエア通路を形成する貫通穴２
２，２３が開設されている。このリテーナ３は、前記セ
ット穴２０の前端側、およびセット穴２１の後端側に夫
々蓋取付け用穴２４，２５が設けられており、セット穴
２０にエアパージ用シール部５をセットした後、またセ
ット穴２１に着座検知用シール部６をセットした後、夫
々蓋取付け用穴２４，２５が環状蓋４で閉じられる。こ
の環状蓋４は図２（ニ）に示すように、外周面に雌ねじ
２９が螺設されており、リテーナ３の外周面に設けた係
止穴２７から挿入したねじ２８をねじ込むことによって
係止された状態となっている。２６は嵌め合い各部に装
着されたシール用Ｏリングである。

【００２９】図３に示すように前記主軸７は、二面拘束
ツールを使用できるものであり、軸心にはクーラント用
流路３１に続き先端側までテーパ状の第一着座面３２が
開設されると共に先端面に第二着座面３３が形成されて
おり、第一着座面３２に排出口として開口する貫通穴３
４が設けられ外周面にはその導入口１６が開口してい
る。本実施の形態では着座検知とエアブローを兼用して
いるが、勿論エアブロー用に別経路を設けてもよい。図
中３５はツールであり、第一着座面３２にチャッキング
されるシャンク部３６と第二着座面２７に密着する段部
３７とを有している。前記主軸７は工作機械ケーシング
本体３８に装着したベアリング３９によって支持され、
このベアリング３９は、工作機械ケーシング本体３８の
外側面に装着した主軸端ケーシング４０によって予圧が
付与されている。４１は主軸端ケーシング４０の取付け
ボルトであり、この締め付け力によってベアリング３９
に予圧を付与するようになっている。

【００３０】前記主軸端ケーシング４０の前面側には、
主軸７と同心の環状溝４２が周設され、前記リップシー
ル組み込みリテーナＡを嵌合状態で格納するようになっ
ている。またこのリップシール組み込みリテーナＡを格
納した時、外周面側からリテーナ３に設けた着座検知用
貫通穴２３に連通するエア供給路４３、およびエアパー
ジ用貫通穴２２に連通するエア供給路４４が設けられて
いる。４５はこの嵌合したリップシール組み込みリテー
ナＡを固定する蓋である。

【００３１】次に作用を説明する。まず、工作機械の稼
働中において、主軸の回転中はエアパージ用エア供給路
４４のみに圧縮空気ａが供給された状態となっている。
この圧縮空気ａはエア供給路４４から貫通穴２２を介し
てエアパージ用シール部５のリップ外面側１８ａ側に供
給される。エアパージ用リップシール１ａは、図２
（イ）に実線で示すように、外面側１８ａに圧縮空気ａ
の圧力を受けることにより、開閉作用部１４が半径外側
方向に変位し先端部が主軸外周面７ａの全周に対し非接
触状態となる。このため、その隙間から外周面７ａ周り
にエアパージがなされ切削中に隙間ｍから侵入しようと
する切り粉やクーラントを外方へ吹き飛ばし機内への侵
入を阻止し続ける。この様に、主軸の回転中はリップ先
端は非接触状態となっているから、リップは磨耗する事
がない。尚、この圧縮空気ａは、主軸７の回転停止後供
給停止される。この主軸回転中、着座検知用エア供給路
４３では圧縮空気の供給が停止されているから、図２
（ロ）に一点鎖線で示す様に、着座検知用シール部６の
リップ１１ｂは自由状態にされ、開閉作用部１４は主軸
７の外周面７ａと非接触状態となって磨耗することがな
い。

【００３２】次に、主軸の回転が停止されツールの取り
替えとなる。前記主軸の停止後エアパージが停止される
と、まずツールの脱却が行われる。ツール脱却後、まず
エアブロー用としてエア供給路４３に圧縮空気ａが供給
された状態となっている。この圧縮空気ａはエア供給路
４３からリテーナの貫通穴２３、中間リングの貫通穴１
７を介し、着座検知用シール部６のリップ内面１８ｂ側
に供給される。このエア供給により、リップ１１ｂが図
２（ロ）に実線で示すように、開閉作用部１４がラジア
ル方向に変位し先端部が主軸外周面７ａの全周に対し密
着状態となる。このため、圧縮空気ａは主軸外周面７ａ
に開設したエア導入口１６から第一着座面３２内に排出
口を開口する通路３４に、あるいは通路３４から分岐し
て第２着座面３３に排出口を開口する通路３４ａのみ放
出される。この第一着座面３２内あるいは第２着座面３
３に放出されたエアが面内に付着した切り粉などを外方
に吹き飛ばし座面を奇麗に清掃する。この様に、リップ
は主軸の停止中のみに密着するから、リップは磨耗する
事がない。また、この時、エアパージ用リップシールは
圧縮空気の供給がないため自由状態となり、図２（イ）
の一点鎖線にて示す様に、リップは主軸外周面７ａとは
接触状態となり、このときも万一の異物侵入に対して排
除作用を維持するのである。

【００３３】着座面の清掃が終了後、ツール３５の装着
が行われる。ツール３５は主軸７の停止中に行われ、シ
ャンク部３６が第一着座面３２に嵌挿され段部３７が第
二着座面３３に密着される。前記の状態にツール３５が
装着された後も、前記同様にしてエア供給路４３のみ圧
縮空気が供給され、第一着座面３２内に放出される。こ
の第一着座面３２内に放出されたエアが漏洩した状態で
あると着座面の何れかに切り粉などが付着し面同士の密
着が行われず、従ってツール３５が正確に装着されてい
ないことが判明する。前記エアの漏洩がないことが確認
されると、着座検知用の圧縮空気の供給が停止され、ま
ずエアパージ用の圧縮空気が供給され、次に主軸７が駆
動され、加工作業が開始される。

【００３４】次に、リップシールの交換手順を説明す
る。リップシール１ａ，１ｂの交換に際しては、まず、
蓋４５を除去すると、内部にリップシール組み込みリテ
ーナＡの側面前面が見えるため、簡単に引き抜くことが
できる。この引き抜いたリップシール組み込みリテーナ
Ａは内部にエアパージ用リップシール１ａと着座検知用
リップシール１ｂの一式を組み込んであり、先ずねじ２
８を除去して環状蓋４を取り外す。環状蓋４を取り外す
とリップシール１ａ，１ｂの側面全体が見えるから、エ
アパージ側はリップシール１ａのみ、着座検知側はリッ
プシール１ｂ、中間リング２、リップシール１ｂの順に
抜き出す。各シール穴２０，２１を清掃後、前記分解と
逆の手順により新しいリップシールを組み込んだリップ
シール組み込みリテーナＡを組み立てる。また、組み立
て後、環状溝４２に格納し蓋４５を閉じることにより完
了する。尚、このシール交換に際して、予め新しいリッ
プシールを装着して保管していたリテーナを交換するこ
とにより、更に交換時間を短縮させることができる。

【００３５】以上説明してきたように、本実施の形態１
の回転軸のシール構造にあっては、リップシール１ａ，
１ｂは、圧縮空気の圧力だけで開閉する開閉作用部１４
により圧縮空気の流路を確保するだけであるから、ピス
トンなど機械的構造を不要とし、安全で構造も簡潔にす
ることができる。また、エアパージや着座検知、エアブ
ローを行うエアそのものを使用して開閉動作も行わせる
から、エアの流路も最小限で済み、コンパクトに設ける
ことができる。

【００３６】また、リップシール１ａ，１ｂの交換を行
なう際、主軸端ケーシング４０の取付けボルト４１は取
り外さないでシール交換ができるから、主軸ベアリング
３９の予圧を工場組み立て時の精度に保持できその調整
時間も不要となることから、シールの交換作業に要する
時間を大幅に短縮することができる。また、同一形状の
リップシールだけを使用し、しかも一枚リップのシール
だけを使用して外部から主軸表面のエア導入口１６まで
エアの通路を形成できるから、リップシールは単一形式
の製造のみを行なえばよいことになり、コスト低減を図
ることができる。また、一枚リップのシールと中間リン
グ２の組み合わせとしたことにより、必要空気量を増や
すために主軸外周面のエア導入口を大きくした場合、リ
ップシールの設計変更を行なわずとも中間リングの変更
だけで対応することができ、製造期間を短縮すると共
に、リップシールがコストアップとなるのを押えること
ができる。リップシール１ａ，１ｂをリテーナ３に格納
してユニット化することで、柔軟で変形し易いリップシ
ールを使用し条件の悪い現場においても、また、交換作
業などの経験の浅い作業員でも精確で容易にシール交換
を行なうことができるなどの効果が得られる。

【００３７】次に、図４に基づいて実施の形態２を説明
する。尚、実施の形態１と同一の構成部分には同一の符
号を付してその具体的な説明は省略する。図４は旋盤、
あるいはマシニングセンタ主軸（図示せず）の後端部に
装着されたロータリジョイントＲを示す断面図であり、
図中５０はケーシング、５１はフランジ付き回転管軸、
５２は回転管軸５１の軸心を貫通した第１流路、５３は
ケーシング端部のクーラント入口、５４はクーラント入
口５３と第１流路５２を連通するメカニカルシールであ
る。また、５５は回転管軸５１の第１流路回りに設けた
第２流路、５６は回転管軸５１の外周面に開設した第２
流路の開口部、５７はケーシング５０の外周面に開設し
たエア入口、５８は前記開口部５６とエア入口５７を連
通させるシール部である。

【００３８】前記構成のロータリジョイントＲは、ケー
シング５０のエア入口５７からシール部５８、回転管軸
５１の開口部５６、第２流路を介してチャックに設けた
貫通穴にエアを供給してこのエアの変動を監視しておく
と、例えばワークのチャッキング時にチャックとワーク
との間に切り粉が挟まって精確に掴まれていない場合に
はエア漏れを生じることにより、ワークのチャッキング
不良、脱落などを検知することができる。このようなロ
ータリジョイントは多くの産業機械に採用され、その使
用形態は様々であるので、エア供給量、回転管軸の大き
さ、回転数などによって回転管軸外周面のエア入口５６
の大きさも様々要求され、このような場合に、中間リン
グ５９の幅変更によって簡単に対応できるのである。本
実施の形態ではロータリジョイント（例えば回転軸後端
部に独立して取付けられる）にリップシールを適用した
場合であり、このような構成は同一軸内にエア（例えば
着座検知／エアブロー）とクーラント液を供給する（２
ポート）ような用途に有効である。但し、この２ポート
型に限定されるものではなく、エア供給専用としてロー
タリジョイント内に一対のリップシールを組み込む構成
も可能である。

【００３９】以上、本発明の実施の形態を説明してきた
が、本発明の具体的な構成はこの実施の形態に限定され
るものではなく発明の要旨を逸脱しない設計変更などが
あっても本発明に含まれる。例えば、実施の形態１で
は、エアパージ用シール部と着座検知／エアブロー用シ
ール部を１個のリテーナに組み込んだ例で説明してきた
が、これに限らず、リテーナの構成として、エアパー
ジ用シール部のみ、着座検知／エアブロー用シール部
のみ、エアパージ用リップシール部および着座検知専
用リップシール部およびエアブロー専用リップシール部
の組み合わせなど、様々な形態を採用することができ
る。エアブロー用リップシールはリップが自由状態で主
軸外周面に対し接触している状態のもので説明したが、
微細な隙間しかない着座検知用リップシールを使用して
もよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施の形態１の回転軸のシール構造のリ
ップシール組み込みリテーナを示す断面図である。

【図２】実施の形態１の組み立て用部品の断面を示して
おり、（イ）は１枚リップのリップシール、（ロ）は一
対のリップシールと中間リングの組み立て、（ハ）はリ
テーナ、（ニ）は環状蓋を示す断面図である。

【図３】実施の形態１の主軸端構造を示す断面図であ
る。

【図４】実施の形態２のロータリジョイントを示す正面
図である。

【図５】従来の２リップ型のリップシールを示す断面図
である。

【符号の説明】

Ａ リップシール組み込みリテーナ １ａ エアパージ用リップシール １ｂ 着座検知用リップシール ２ 中間リング ３ リテーナ ５ エアパージ用シール部 ６ 着座検知用シール部 ７ 主軸 ７ａ 主軸の外周面 １１ａ エアパージ用リップシールのリップ １１ｂ 着座検知用リップシールのリップ １２ リップシールの基部 １３ リップの傾斜角 １４ リップの開閉作用部 １６ エアの導入口 １７ 流体通路（中間リング） １８ａ リップの外面 １８ｂ リップの内面 ４０ 主軸端ケーシング ４２ 主軸端ケーシング環状溝 ４３ エア供給路 ５０ ロータリジョイントのケーシング ５８ シール部（ロータリジョイント）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸用のリップシールであって、 環状基部の内径側に一枚のリップが周設され、該リップ
   は軸心方向に沿って断面視したとき軸心の一方向に直線
   状に傾斜して形成されると共に、自由状態においては軸
   表面との間に隙間を有して開いており、流体圧を作用さ
   せた時のみリップが弾性変形してリップ先端が回転軸表
   面に密着して閉じる開閉動作を行なうことを特徴とする
   リップシール。
2. 【請求項２】 回転軸用のリップシールであって、 環状基部の内径側に一枚のリップが周設され、該リップ
   は軸心方向に沿って断面視したとき軸心の一方向に直線
   状に傾斜して形成されると共に、自由状態においては軸
   表面に密着して閉じており、流体圧を作用させた時のみ
   リップが弾性変形してリップ先端が回転軸表面との間に
   隙間を開ける開閉動作を行なうことを特徴とするリップ
   シール。
3. 【請求項３】 外周面に流体の導入口を有する回転軸を
   支持するケーシングに装着するシール構造であって、 請求項１に記載のリップシール１対と該リップシールの
   基部外径と略同一の外径を有し内・外周面を貫通する流
   体通路を有する中間リングからなり、該中間リングは前
   記リップシールの一対をそのリップ先端同士が向き合う
   ようにして両端面に密着させた状態で前記導入口旋回位
   置の両側にリップ先端同士を所定間隔で配置させる大き
   さを有し、中間リングの流体通路を通じて両リップシー
   ルを同時に開閉動作を行なわせることを特徴とする回転
   軸のシール構造。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の中間リングの両側に１
   対のリップシールを密着した組み合わせを一体に保持し
   た状態で中間リングの流体通路に外部から流体を供給さ
   せるリテーナを備え、 該リテーナは回転軸を支持するケーシングに着脱自在に
   格納されることを特徴とする回転軸のシール構造。
5. 【請求項５】 回転軸が工作機械などの主軸であって該
   主軸が主軸外周面の流体導入口と主軸端部のツール着座
   面に開口した排出口とを連通する流路を有し、中間リン
   グの流体通路を介して主軸を支持するケーシングの流体
   圧入口と主軸端部の流体排出口との間を連通させ、該ケ
   ーシング側から導入した圧縮エアを前記主軸端部のツー
   ル着座面に供給して着座検知または／および着座面の清
   掃を行なわせることを特徴とする請求項３または請求項
   ４に記載の回転軸のシール構造。
6. 【請求項６】 請求項２に記載のリップシールを使用
   し、回転軸が工作機械などの主軸であってリップに圧縮
   エアを作用させることでリップと主軸外周面との間の隙
   間からエアを噴出させて主軸外周面のエアパージを行な
   わせ、エアが作用していない時はリップを主軸に密着さ
   せてシール作用をおこなわせることを特徴とする回転軸
   のシール構造。
7. 【請求項７】 請求項３に記載の中間リングの両側にリ
   ップシールを密着した組み合わせを、外周面に流体導入
   口を開設したロータリジョイントの回転管軸に装着した
   ことを特徴とする回転軸のシール構造。