JP2006266415A

JP2006266415A - 防水・防塵構造

Info

Publication number: JP2006266415A
Application number: JP2005086603A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Kawai; 知彦河合; Kenzo Ebihara; 建三蛯原; Hiroshi Minami; 弘志見波
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2006-10-05
Also published as: CN100414151C; US20060226609A1; EP1704960A1; US7319201B2; CN1837654A

Abstract

【課題】工作機構等の可動機構に、構造が簡単で安価な防水・防塵構造を持たせること。
【解決手段】静止部材１０、運動部材２０の間の間隙３０の入口相当部分に、静止部材１０の内側立壁部１１と外側立壁部１２で挟まれた液溜め１３を設ける。運動部材２０は、先端部２１を液体ＬＱ中に浸漬したまま運動する。液体ＬＱは、装置の内側の領域を装置の外側の領域に対して遮蔽し、ミスト、塵埃等の異物の進入を防止する。間隙３０を比較的広くとっても異物進入防止作用は発揮される。運動部材２０の運動方向は、防水・防塵構造が適用される可動機構の種類に応じて、上下、左右、前後、回転、あるいはそれらの合成等があり得る。液体ＬＱには、流体軸受で使用される作動流体や工作機械で使用される加工液を転用することもできる。
【選択図】図２

Description

本発明は、静止部材と運動部材で構成される機構を持つ装置の防水・防塵構造に関し、例えば工作機械のように、高精度な運動を要求される運動部材を持つ機構を持つ装置に適用される。

例えば工作機械における可動機構のように、高精度な運動を要求される運動部材を持つ機構においては、運動部材の運動を阻害しないために、静止部材と運動部材を固体接触させないことが望ましい。ところが、静止部材と運動部材を固体接触させないということは、両部材間に隙間が存在することを意味し、その隙間を通って工作機械等の装置内への液体や微粒子の進入を防ぐ必要性が生じることになる。このような静止部材と運動部材の隙間から、装置内への液体や微粒子の進入を防ぐ上で有効な防水・防塵構造としては、互いに固体接触させない静止部材と運動部材の間にできる隙間領域を、微小な空隙とするラビリンス構造を設けることが従来より知られている。

図１は、従来技術に係るラビリンス構造を断面図で示したものである。同図において、符号１、２は、それぞれ静止部材及び運動部材を表わし、両部材間に間隙３が形成されている。静止部材１に対する運動部材２の運動方向は、通常、（１）紙面と垂直な水平方向、あるいは、（２）図中上下方向であるが、一般的に言えば間隙３を一定に維持できる方向であり、適用される機構によっては、（１）、（２）を合成したような運動方向（斜め上方向）であることもあり得る。

このようなラビリンス構造は、静止部材１と運動部材２の間の間隙３が僅かであり、且つ、部材相互の接触が許されないため、それぞれの部材（あるいは同部材を構成する部品）には高い形状精度が要求され、また、組付ける精度も高くしなければならない。このことは、部材乃至部品のコストの面や、組立工数の面で不利な条件となる。また、ラビリンス構造は可動機構を持つ装置（例えば工作機械）の内部と外部の境界を構成するが、狭いとは言え、同境界を越えて装置の外側（周囲の環境）から装置の内側への異物進入路を提供することになる。

そのため、図中に併記したように、長期間の使用により、塵埃等の微粒子や水分ミスト等が装置の内側へ進入し、装置内部を汚染する可能性がある。また、場合によっては狭い間隙３の内壁に微粒子やミスト中の成分が付着し、運動部材２の円滑な運動を阻害することも起こり得る。
２つの部材間にできる隙間を通しての異物進入を防止する一般的な技術として、エアカーテン状の空気流を利用する方法があるが（例えば下記特許文献１）、空気流を作り出す機構が複雑になる等の問題がある。

特開２００４−２８６１０９号公報

そこで本発明は、簡便な防水・防塵構造を提供することにより、静止部材と運動部材の間に間隙が存在することに伴う従来技術の上記諸問題を解決することを目的としている。

本発明は、上記問題点を解決する為に、静止部材と運動部材の隙間領域に液体を溜める構造を導入し、それら静止部材と運動部材を持つ装置の内側領域を外側領域に対して遮蔽し、同隙間領域を通してミスト、塵等の異物が進入することを防止する防水・防塵構造を提供したものである。遮蔽に用いる液体は、例えば運動部材が液体を作動流体とする流体軸受で支持されている場合は、その作動流体を用いることもできる。また、装置が工作機械の場合は前記液体を、その工作機械が加工に用いる加工液（加工ツールによる加工箇所付近に供給される液）とすることもできる。

より具体的に言えば、本発明は、静止部材と、該静止部材と隙間領域を隔て非接触で運動する運動部材とを有し、且つ前記隙間領域が装置内部と外部の境界を構成する前記装置の防水・防塵構造において、前記隙間領域に液体を溜める構造を備えることにより、前記装置の内部が外部から遮蔽したことを基本的な特徴としている（請求項１）。
ここで、前記静止部材に対し前記運動部材が流体軸受により支持されていても良く、その場合、前記防水・防塵に用いる液体として前記流体軸受の作動流体を用いることができる（請求項２）。
また、前記装置を工作機械とし、前記防水・防塵に用いる液体を該工作機械が加工に用いる加工液とすることもできる（請求項３）。

本発明には次のような利点がある。
（１）従来のラビリンス構造では僅かな隙間を通して微粒子やミスト状の液体が装置内部に進入することが考えられたが、本発明の防水・防塵構造によれば、装置内外が液体で完全に遮蔽され、異物進入路が閉塞されるので、そのような心配がなくなる。更に、固体接触が存在しない状態で防水・防塵構造とすることができるので、運動部材を高精度に運動させたい場合にも、その運動を阻害しない。
（２）本発明に係る防水・防塵構造によれば、静止部材と運動部材の間の間隙を特に狭くする必要もなく、両部材あるいはそれらの構成部品についても、静止部材側、運動部材側の双方で、従来のラビリンス構造よりもむしろ低い形状精度、組付け精度とすることも可能で、コスト的に有利である。
（３）本発明に係る防水・防塵構造で用いる、装置内外の遮蔽のために用いる液体は特別な性質を持つものでなくても良く、コスト上昇の原因にならない。例えば、運動部材が流体軸受の場合はその作動流体を用いることができ、装置が工作機械の場合は加工液を用いることができる。
（４）本発明に係る防水・防塵構造では、遮蔽のために用いる液体は溜めておけば良く、特別に流路や循環装置などを用意する必要が無く、コスト面で有利である。

先ず、図２を参照して、本発明に係る防水、防塵構造の基本形について説明する。同図は、従来のラビリンス構造を示した図１と対比させる形で本発明に係る防水・防塵構造の基本形を示したもので、符号１０、２０は、それぞれ静止部材及び運動部材を表わし、両部材間に間隙３０が形成されるという前提構成は、従来と同様である。但し、従来構造（図１）とは異なり、装置の外側から見て間隙３０の入口に相当する部分に、静止部材１０の内側立壁部１１と外側立壁部１２で挟まれた液溜め１３が設けられ、同液溜め１３中に液体ＬＱが保持されている。

液溜め１３の深さは、液溜め１３が液体ＬＱで満たされた時、運動部材２０の先端部２１が液体ＬＱ中に浸漬されたまま運動するように設計されている。従って、この液溜め１３が保持する液体ＬＱは、装置の外側から見て間隙３０の入口に相当する部分を閉塞する蓋の役割を果たすことになる。この閉塞機能により、装置の内側の領域は装置の外側の領域に対して遮蔽されることになり、ミスト、塵埃等の異物が進入できなくなる。

また、従来構造では間隙３（図１参照）を異物進入防止のために極力狭くしなければならなかったが、本発明に係る構造では、異物進入口が液体ＬＱで塞がれているので、間隙３０を比較的広くとっても、異物進入防止作用に悪影響を及ぼさない。このように、静止部材１０と運動部材２０の間の間隙３０を広くとれることは、両部材１０、２０（あるいは同部材を構成する部品）に要求される形状精度が低くなることを意味する。また、組付け精度に対する要求も緩和される。

従って、部材乃至部品のコストの面や、組立工数の面で有利な条件となる。なお、運動部材２０の先端部２１が液体ＬＱ中に浸漬されたまま運動することで、若干の抵抗が生じるが、接触する相手が固体ではないため、運動部材２０の円滑な動きを妨げる作用は殆どない。また、運動部材２０の運動方向や運動速度等によっては、液体ＬＱが運動部材２０の動きで波立つことも考えられるが、必要に応じて、運動部材２０の先端部２１を薄くする、先細りテーパ形状にするなどの工夫を施すこともできる。遮蔽に用いる液体ＬＱは、特殊なものである必要はなく、例えば運動部材２０が液体を作動流体とする流体軸受で支持されている場合は、その作動流体を転用することもできる。また、装置が工作機械の場合は、加工に用いる加工液（加工ツールによる加工箇所付近に供給される液）を転用することもできる。

運動部材２０の運動方向についても、許容条件が緩くなり、（１）紙面と垂直な水平方向、（２）図中上下方向、（１）、（２）を合成したような運動方向（斜め上方向）等、間隙３０を一定に保つ運動の他、後述するように、運動中に間隙３０が変化するケースにも適用できる。

図３は、本発明に係る防水・防塵構造を回転軸機構に適用した例を、回転軸に沿った破断斜視図（ａ）、及び、回転軸に沿った垂直断面視図（ｂ）で示したものである。本例における運動部材は、回転軸Ａ−Ａ周りで回転自在に支持された回転軸部材５０である。なお、回転軸部材５０を回転自在に支持する軸受機構は本図では省略されており、例えば図示されている部分の下方に設けられている。

回転軸部材５０は、その全周にわたって周回延在する外周垂下部５１を有し、その略下半部が静止部材４０の内側立壁部４１と外側立壁部４２の間に嵌合されている。従って、静止部材４０の内側立壁部４１と運動部材５０の外周垂下部５１の間に形成される間隙６０が、上記した基本形における間隙３０に相当する。そして、装置の外側から見てこの間隙６０の入口に相当する部分には、内側立壁部４１と外側立壁部４２の各下端周辺部で囲まれた液溜め４３が設けられ、同液溜め４３中に液体ＬＱが保持される。

本例の場合、液溜め４３の深さは内側立壁部４１の高さで決まり、例えば深さ一杯に液体ＬＱを満たせば、回転軸部材５０の下端からその深さ分の部分が、液体ＬＱ中に浸漬されたまま軸線Ａ−Ａ周りで回転する。従って、この液溜め４３が保持する液体ＬＱは、装置の外側から見て間隙６０の入口に相当する部分を閉塞する蓋の役割を果たし、装置の内側の領域は装置の外側の領域に対して遮蔽され、ミスト、塵埃等の異物が装置の内部に進入できなくなる。

また、異物進入口が液体ＬＱで塞がれているので、間隙６０を比較的広くとっても、異物進入防止作用に悪影響を及ぼさない。外側立壁部４２と外周垂下部５１の間の間隙についても同様で、特に狭くする必要はない。また、両部材４０、５０（あるいは同部材を構成する部品）に要求される形状精度も低くなり、組付け精度に対する要求も緩和される。その結果、部材乃至部品のコストの面や、組立工数の面で有利な条件となる。なお、本例の場合、回転軸部材５０の外周垂下部５１の一部が液体ＬＱ中に浸漬されたまま、固体接触なく一定半径で回転するので、液体ＬＱの波たちは殆ど起らず、回転軸部材５０の円滑な動きを妨げる作用も殆どない。

次に図４は、本発明に係る防水・防塵構造を運動方向自由度の大きな可動機構に適用した例を、簡略斜視図（ａ）、及び、垂直断面視図（ｂ）で示したものである。本例における運動部材は、上下、左右、回転のいずれもが許容された浮動的な動きをする運動部材８０である。運動部材８０は、装置の内部に向かって延在する柱状部８１、屋根部８２、その全周にわたって周回延在する外周垂下部８３を有し、外周垂下部８３の略下半部が静止部材７０の内側立壁部７１と外側立壁部７２の間に嵌合されている。従って、静止部材７０の内側立壁部７１と運動部材８０の外周垂下部８３の間に形成される間隙９０が、上記した基本形における間隙３０に相当する。

そして、装置の外側から見てこの間隙９０の入口に相当する部分には、内側立壁部７１と外側立壁部７２の各下端周辺部で囲まれた液溜め７３が設けられ、同液溜め７３中に液体ＬＱが保持される。本例の場合、液溜め７３の深さは外側立壁部７２の高さで決まり、例えば深さ一杯に液体ＬＱを満たせば、運動部材８０の下端からその深さ分の部分が、液体ＬＱ中に浸漬されたまま、上下、左右、回転、あるいはこれらを組み合わせた運動を行う。

従って、この液溜め７３が保持する液体ＬＱは、装置の外側から見て間隙９０の入口に相当する部分を閉塞する蓋の役割を果たし、装置の内側の領域は装置の外側の領域に対して遮蔽され、ミスト、塵埃等の異物が装置の内部に進入できなくなる。また、異物進入口が液体ＬＱで塞がれているので、間隙９０を比較的広くとっても、異物進入防止作用に悪影響を及ぼさない。内側立壁部７１と外周垂下部８３の間の間隙についても同様で、異物進入防止のために狭くする必要はない。また、両部材７０、８０（あるいは同部材を構成する部品）に要求される形状精度も低くなり、組付け精度に対する要求も緩和される。

その結果、部材乃至部品のコストの面や、組立工数の面で有利な条件となる。なお、本例の場合、運動部材８０の外周垂下部８３の一部が液体ＬＱ中に浸漬されたまま浮動的な運動をするので、図３の例に比べて液体ＬＱの波たちは起こり易いが、静止部材７０と運動部材８０が直接接触するような大きな動きがない限り固体接触がない点に変わりはなく、運動部材８０の円滑な動きを大きく阻害することはない。静止部材７０と運動部材８０の直接接触は、間隙９０、内側立壁部７１と外周垂下部８３の間の間隙、液溜め７３の深さ等を十分にとることで回避できる。

なお、既述の代折り、図３、図４で説明した例、あるいは他の例においても、本発明に係る防水・防塵構造で使用する液体ＬＱには、運動部材（例えば図３における回転軸部材５０、図４における運動部材８０）が、液体を作動流体とする流体軸受により支持されている場合は、同じ作動流体を転用することができる。その場合、軸受部より排出される流体を、適当な排出路を通して液溜め（例えば図３における液溜め４３、図４における液溜め７３）に導いても良い。また、装置が工作機械である場合は、切削、研削などの加工に用いた加工液のすべて、もしくは一部を前記液体ＬＱとして導入しても良い。また、本発明に係る防水・防塵構造を各種の可動機構に適用する場合、もしも液体ＬＱの液面の上昇や波立ちによって液溜めから液体が溢れても、それが装置の内部側に流れ込むような構造としないことは言うまでもない。ちなみに、図２〜図４に示したいずれの例においても、液溜めの「装置内部側」の立壁部の高さは「装置外部側」の立壁部の高さよりもかなり十分高く設けられているので、装置の外部側に液体ＬＱが溢れ出ることはあっても、装置の内部側に溢れ込む事態は起らないようになっている。

従来医術に係るラビリンス構造を示す断面図である。本発明に係る防水・防塵構造の基本形を断面図で示したものである。本発明に係る防水・防塵構造を回転軸機構に適用した例を、回転軸に沿った破断斜視図（ａ）、及び、回転軸に沿った垂直断面視図（ｂ）で示したものである。本発明に係る防水・防塵構造を運動方向自由度の大きな可動機構に適用した例を、簡略斜視図（ａ）、及び、垂直断面視図（ｂ）で示したものである。

符号の説明

１、１０、４０、７０静止部材
２、２０運動部材
３、３０、６０、９０間隙
１１、４１、７１内側立壁部
１２、４２、７２外側立壁部
１３、４３、７３液溜め
４０静止部材
５０回転軸部材（運動部材）
５１、８３外周垂下部
８０運動部材（浮動的な運動をする部材）
８１柱状部
８２屋根部
Ａ−Ａ回転軸線
ＬＱ液体

Claims

静止部材と、該静止部材と隙間領域を隔て非接触で運動する運動部材とを有し、且つ前記隙間領域が装置内部と外部の境界を構成する前記装置の防水・防塵構造において、
前記隙間領域に液体を溜める構造を備えることにより、前記装置の内部が外部から遮蔽されていることを特徴とする防水・防塵構造。
前記静止部材に対し前記運動部材が流体軸受により支持されており、前記防水・防塵に用いる液体が前記流体軸受の作動流体である、請求項１に記載の防水・防塵構造。
前記装置が工作機械であり、前記防水・防塵に用いる液体が、該工作機械が加工で用いる加工液である、請求項１に記載の防水・防塵構造。