JP2009255244A - 主軸装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主軸の外周面の全周からより均一にエアを放出するエアシールを実現し、衝突等により部品の交換が必要になった場合であっても比較的短時間かつ低コストで該当部品を交換することが可能な、主軸装置を提供する。
【解決手段】エア供給路が設けられたハウジングと、ハウジング内に挿通されてハウジングに対して軸受によって回転可能に支持された主軸１０とを備え、エア供給路を介して供給されるエアを主軸の外周面とハウジングとの間に放出する、非接触のエアシール機能を備えた主軸装置１において、主軸１０の外周面とハウジングとの間における軸受Ｊより主軸１０の回転軸線ＺＴに沿った前方であるフロント側の位置に、略環状の形状を有し、その内周面が主軸１０の外周面と対向しており、その内周面と主軸１０の外周面との間にエアシール機能を果たすエアシール用部材５０が、ハウジングに着脱可能に固定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械の主軸装置に関し、特に主軸とハウジングとの間隙に形成するエアシール構造に関する。

工作機械の主軸装置に用いられている主軸はハウジングに挿通され、ハウジングに対して軸受によって回転可能に支持されている。また、主軸の先端には工具やワーク等が保持されて加工を行うが、一般的には加工個所の焼き付き防止や加工面の精度向上等を目的として、工具やワークにクーラント等（切削液等）を噴出しながら加工を行う。
しかし、クーラントや異物（切屑）等がハウジングと主軸の間隙から軸受に浸入し易く、クーラント等が軸受にまで浸入すると、軸受が焼き付いてしまう場合がある。そこで、従来より、クーラントや異物等がハウジングと主軸の間隙から浸入し、更に軸受へと浸入することを防止するために、種々のシール構造が用いられており、一般的にはエアシールが用いられている。

例えば、特許文献１に記載された従来技術では、図４及び図５に示すエアシール構造が用いられており、圧縮エア（以下、「エア」と記載する）をハウジング（ハウジング本体部２０と軸受押さえ蓋部材１３０とでハウジングを構成）と主軸１１０の間隙から放出してシール機能を果たす、非接触のエアシール構造を備えた主軸装置１０１が開示されている。
なお、図４（Ａ）は主軸１１０の回転軸線ＺＴを通る面で切断した断面図（ただし、工具Ｔと工具ホルダＨは断面で示していない）を示しており、図４（Ｂ）は図４（Ａ）から工具Ｔと工具ホルダＨを省略してＢＢ方向から見た図を示しており、図５は図４（Ａ）におけるＡＳ１部分の拡大図を示している。
図４（Ａ）に示すように、工具Ｔは工具ホルダＨに固定され、更に工具ホルダＨは主軸１１０の先端部に固定されている。主軸１１０は、ハウジング内に挿通され（ハウジング本体部２０と軸受押さえ蓋部材１３０にてハウジングを構成している）、ハウジング本体部２０に対して軸受Ｊによって回転軸線ＺＴ回りに回転可能に支持されている。

また回転軸線ＺＴの方向からは、主軸１１０を挿通可能な孔部が形成された軸受押さえ蓋部材１３０が嵌め込まれており、この軸受押さえ蓋部材１３０の内周面と主軸１１０の外周面との間にエアシール構造が形成されている。
図４（Ａ）のＡＳ１部の拡大図である図５に示すように、主軸１１０の外周面には、円周方向に第１環状溝Ｍ１と、第２環状溝Ｍ２と、第３環状溝Ｍ３とが形成されている。また、第１環状溝Ｍ１に対向する軸受押さえ蓋部材１３０の内周面には円周方向に内周側エアポケット溝ＭＡが形成されており、第２環状溝Ｍ２に対向する軸受押さえ蓋部材１３０の内周面には円周方向に内周側エアポケット溝ＭＢが形成されており、第３環状溝Ｍ３に対向する軸受押さえ蓋部材１３０の内周面には円周方向に内周側エアポケット溝ＭＣが形成されている。そして、第１環状溝Ｍ１と内周側エアポケット溝ＭＡとでエアポケットＡＫ１を形成し、第２環状溝Ｍ２と内周側エアポケット溝ＭＢとで回収用空間ＡＫ２を形成し、第３環状溝Ｍ３と内周側エアポケット溝ＭＣとでエアポケットＡＫ３を形成している。
そして、エア供給源（図示省略）から供給されるエアは、エア供給路ＡＬ１、ＡＬ２に分配されて第１環状溝Ｍ１（エアポケットＡＫ１）と、第３環状溝Ｍ３（エアポケットＡＫ３）に供給されている。エアポケットＡＫ１に供給されたエアは、エアシール用の間隙ＡＧ１、ＡＧ２から放出されてエアシール機能を果たし、エアポケットＡＫ３に供給されたエアは、エアシール用の間隙ＡＧ３、ＡＧ４から放出されてエアシール機能を果たす。また、仮にクーラント等がエアシール用の間隙ＡＧ１、ＡＧ２を通過しても、回収用空間ＡＫ２に対向するハウジングの内周面の下方の位置には、浸入したクーラント等を排出する排出路ＤＬが形成されており、軸受Ｊへのクーラント等の浸入を防止している。
特開２０００−１８３９５号公報

特許文献１に記載された従来技術では、エア供給路ＡＬ１が接続された第１環状溝Ｍ１と、エア供給路ＡＬ２が接続された第３環状溝Ｍ３と、の各々から放出されるエアは、主軸１１０の外周面の全周から均一に放出されず、エア供給路ＡＬ１、ＡＬ２との接続部分から最も多くのエアが放出され、当該接続部から離れるにつれて放出量が少なくなる。これは、図５に示すエアポケットＡＫ１、ＡＫ３にエアが充分に充填される前にエアシール用の間隙ＡＧ１、ＡＧ２、ＡＧ３、ＡＧ４からエアが放出されるためである。このため、主軸１１０の外周面においてエア放出量の比較的少ない部分からクーラントや異物等が浸入して軸受Ｊの焼き付きの原因となる可能性がある。
また、エアシール用の間隙ＡＧ１〜ＡＧ４は、エアシール機能を持たせるために、例えば５０μｍ程度に設定されており、非常に小さな間隙である。このため、作業者の操作ミスや加工プログラムのミス等により、工具Ｔ、工具ホルダＨ、主軸１１０が他の部材と干渉（衝突）すると、主軸１１０がハウジング（軸受押さえ蓋部材１３０）と接触して損傷や固着が発生する場合がある。一般的には、主軸１１０よりも軸受押さえ蓋部材１３０のほうが損傷し易い材質を選定しており、衝突の結果、軸受押さえ蓋部材１３０の損傷が激しい場合、軸受押さえ蓋部材１３０を交換する必要があるが、比較的大きな部品である軸受押さえ蓋部材１３０を製作して交換するには、多大な時間と費用がかかる。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、主軸の外周面の全周からより均一にエアを放出するエアシールを実現し、衝突等により部品の交換が必要になった場合であっても比較的短時間かつ低コストで該当部品を交換することが可能な、主軸装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの主軸装置である。
請求項１に記載の主軸装置は、エア供給源に接続されるエア供給路が設けられたハウジングと、前記ハウジング内に挿通されて前記ハウジングに対して軸受によって回転可能に支持された主軸と、を備え、前記エア供給源から前記エア供給路を介して供給されるエアを前記主軸の外周面と前記ハウジングとの間に放出する、非接触のエアシール機能を備えた主軸装置において、前記主軸の外周面と前記ハウジングとの間における前記軸受より前記主軸の回転軸線に沿った前方であるフロント側の位置に、略環状の形状を有し、その内周面が前記主軸の外周面と対向しており、前記内周面と前記主軸の外周面との間に前記エアシール機能を果たすエアシール用部材が、前記ハウジングに着脱可能に固定されている。

また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりの主軸装置である。
請求項２に記載の主軸装置は、請求項１に記載の主軸装置であって、前記エアシール用部材の内周面と対向している前記主軸の外周面には、前記内周面に覆われるように、前記主軸の円周方向に第１環状溝が形成されている。
そして、前記第１環状溝には、前記エアシール用部材に設けられた連通孔またはスリットを経由して前記エア供給路が接続されている。

また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりの主軸装置である。
請求項３に記載の主軸装置は、請求項２に記載の主軸装置であって、前記主軸の外周面における前記第１環状溝と前記軸受との間には、前記フロント側から当該フロント側の反対側であるリア側に向かって、前記主軸の円周方向に形成された第２環状溝と第３環状溝とが前記主軸の軸線方向に並んで配置されており、前記第３環状溝には前記エア供給路が接続されており、前記ハウジングにおける前記第２環状溝と対向する下方の位置には、前記ハウジングと前記主軸との間隙に浸入してきた流体及び異物を排出する排出路が形成された主軸装置におけるものである。
そして、前記エアシール用部材は、前記第３環状溝と前記第２環状溝を覆うことなく前記第１環状溝のみを覆う位置に配置されている。

また、本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりの主軸装置である。
請求項４に記載の主軸装置は、請求項３に記載の主軸装置であって、前記エア供給路は、前記ハウジング内で互いに連通しない第１エア供給路と第２エア供給路にて構成されており、前記第１エア供給路は、前記第１環状溝にエアを供給するように接続され、前記第２エア供給路は、前記第３環状溝にエアを供給するように接続されている。

また、本発明の第５発明は、請求項５に記載されたとおりの主軸装置である。
請求項５に記載の主軸装置は、請求項２〜４のいずれかに記載の主軸装置であって、前記エアシール用部材において、前記第１環状溝と対向する内周面には、第１内周側エアポケット溝が円周方向に形成されており、前記第１内周側エアポケット溝に対する外周面には、第１外周側エアポケット溝が円周方向に形成されており、前記第１外周側エアポケット溝は前記エア供給路と接続されており、前記第１外周側エアポケット溝と前記第１内周側エアポケット溝とを連通する、複数の連通孔または複数のスリット、が全周に渡って形成されている。

また、本発明の第６発明は、請求項６に記載されたとおりの主軸装置である。
請求項６に記載の主軸装置は、請求項２〜５のいずれかに記載の主軸装置であって、前記第１環状溝に供給されたエアは、前記第１環状溝の前記フロント側における前記主軸の外周面と、当該外周面に対向している前記エアシール用部材の内周面と、で形成される第１エアシール用間隙と、前記第１環状溝の前記リア側における前記主軸の外周面と、当該外周面に対向している前記エアシール用部材の内周面と、で形成される第２エアシール用間隙と、に放出されてエアシール機能を果たす。
また、前記第１エアシール用間隙と前記第２エアシール用間隙は、前記第２エアシール用間隙におけるエア放出抵抗よりも、前記第１エアシール用間隙におけるエア放出抵抗のほうが小さくなるように形成されている。

また、本発明の第７発明は、請求項７に記載されたとおりの主軸装置である。
請求項７に記載の主軸装置は、請求項６に記載の主軸装置であって、前記第１エアシール用間隙と前記第２エアシール用間隙は、前記第１エアシール用間隙における前記外周面と前記内周面との間の距離と、前記第２エアシール用間隙における前記外周面と前記内周面との間の距離とが、ほぼ同じとなるように形成されており、前記第２エアシール用間隙における前記回転軸線方向の長さよりも、前記第１エアシール用間隙における前記回転軸線方向の長さのほうが短くなるように形成されている。

また、本発明の第８発明は、請求項８に記載されたとおりの主軸装置である。
請求項８に記載の主軸装置は、請求項１〜７のいずれかに記載の主軸装置であって、前記エアシール用部材は、中間嵌めにて前記ハウジングに対して着脱可能に固定されている。

また、本発明の第９発明は、請求項９に記載されたとおりの主軸装置である。
請求項９に記載の主軸装置は、請求項１〜８のいずれかに記載の主軸装置であって、前記主軸と前記エアシール用部材は異なる材質で形成されており、前記エアシール用部材のほうが損傷し易い材質で形成されている。

請求項１に記載の主軸装置を用いれば、ハウジングとは別体であり、且つハウジングに対して着脱可能な、略環状の比較的小さなエアシール用部材を用いることで、衝突等による損傷にて部品の交換が必要となった場合に短時間で部品交換をすることが可能となる（主軸との間隙が最も小さい個所はエアシール用の間隙であり、衝突時には他の部分に先立ってエアシール用の間隙部が損傷する可能性が高いため）。
また、ハウジングに着脱可能に固定するエアシール用部材はハウジングよりも小さな部品であり、より少ない費用で容易に交換することができる。

また、請求項２に記載の主軸装置によれば、エア供給路を介して供給されるエアを主軸の外周面の全周に行き渡らせるためのエアポケットを、第１環状溝にて構成する。また、第１環状溝の外周をエアシール用部材の内周面が覆っているので、エアシール用部材に形成した連通孔またはスリットを経由させて第１環状溝とエア供給路とを接続することで、第１環状溝に適切にエアを供給することができる。

また、請求項３に記載の主軸装置によれば、エアシール部の衝突が発生し易いフロント側（エアシール部の間隙がフロント側とリア側で同じ場合）において、エアシール用部材にてフロント側のエアシール用の間隙（図５の場合、間隙ＡＧ１、ＡＧ２）のみを構成することで、エアシール用部材における主軸の回転軸線方向の長さをより短くすることができ、エアシール用部材をより小型化することが可能である。
なお、一般的には主軸のフロント側には工具等が固定され、主軸のリア側にはモータの軸等が固定される。衝突等が発生した場合、このモータの軸等との固定個所を支点として主軸が揺動するので、主軸のリア側よりもフロント側のほうが揺動する距離が大きく、エアシール部の衝突が発生し易い（エアシール部の間隙がフロント側とリア側で同じ場合）。

また、請求項４に記載の主軸装置によれば、エア供給路から供給されるエアを第１環状溝と第３環状溝とに分配するのでなく、第１環状溝と第３環状溝とのそれぞれに専用のエア供給路からエアを供給する。これにより、分配している場合よりも多くのエアを放出することができ、より大きなエアシール効果を得ることができる。

また、請求項５に記載の主軸装置によれば、エア供給路から供給されるエアを直接第１環状溝に導くことなく、まず、エアシール用部材の外周面の第１外周側エアポケット溝に導く。この第１外周側エアポケット溝からのエアの逃げ場は連通孔またはスリットであり、適切な抵抗となるように、連通孔（またはスリット）の数及び径（幅、長さ等も含む）を設定すれば、第１外周側エアポケット溝で形成されるエアポケットの全周にほぼ均一にエアを充填させることができ、ここから連通孔またはスリットを介して第１環状溝へとエアを導くことができる。
これにより、第１環状溝と第１内周側エアポケット溝とで形成されるエアポケットに導かれるエアを、全周に渡ってほぼ均一とすることができ、主軸１０の外周面の全周から均一にエアを放出することが可能であり、全周に渡って均一なエアシール機能を得ることができる。

また、請求項６に記載の主軸装置によれば、流体及び異物が浸入してくるフロント側のほうが、リア側よりもエアの放出量を多くすることができる。
これにより、フロント側のエアシール効果をより大きくすることが可能となり、フロント側からの流体及び異物の浸入を、より適切に抑制することができる。

また、請求項７に記載の主軸装置によれば、図２におけるエアシール用の間隙ＡＧ１、ＡＧ２の回転軸線ＺＴ方向の長さであるＬＧ１、ＬＧ２において、フロント側のＬＧ１の長さのほうがＬＧ２よりも短くなるように設定する。
これにより、フロント側からの流体及び異物の浸入を、より適切に抑制することができる。

また、請求項８に記載の主軸装置によれば、エアシール用部材を中間嵌めにてハウジングに固定することで、交換が必要となった場合の取り外し、及び取り付けが容易であり、短時間で交換することができる。

また、請求項９に記載の主軸装置では、エアシール用部材の材質のほうが主軸の材質よりも脆性の高い材質（損傷し易い材質）で形成する。この場合、主軸とエアシール用部材とが接触した際、エアシール用部材の損傷のほうが大きくなる。
これにより、主軸の損傷を小さくして主軸の交換を回避し、エアシール用部材の交換のみで済むようにできるので、より短時間に、より低コストで損傷した部品（エアシール用部材）の交換を行うことができる。

以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。図１（Ａ）は、本発明の主軸装置１の側面図の例を示しており、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＡＡ方向から見た図（正面図）の例を示している。なお、図１（Ａ）は主軸１０の回転軸線ＺＴをとおる面で切断した断面図を示しており（ただし、工具Ｔと工具ホルダＨは断面で示していない）、図１（Ｂ）は工具Ｔと工具ホルダＨを省略している。
なお、全ての図において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は直交しており、Ｙ軸は鉛直上方を示しており、Ｘ軸とＺ軸は水平方向を示し、Ｚ軸は主軸１０の回転軸線ＺＴの方向を示している。

●［主軸装置１の全体構造（図１（Ａ）、図１（Ｂ））］
図１（Ａ）に示すように、本実施の形態にて説明する主軸装置１は、エア供給路ＡＬ１、ＡＬ２が設けられたハウジング（本実施の形態では、ハウジング本体部２０と軸受押さえ蓋部材３０にてハウジングを構成している）と、ハウジング内に挿通され、ハウジングに対して軸受Ｊによって回転軸線ＺＴ回りに回転可能に支持された主軸１０とを備えている。なお、エア供給路ＡＬ１、ＡＬ２は、図示しないエア供給源に接続され、エアが供給される。
また、工具Ｔ（図１の例ではドリル）が工具ホルダＨに固定され、更に工具ホルダＨは主軸１０の回転軸線ＺＴに沿った前方であるフロント側の先端部に固定（交換可能となるように保持）されている。

略円環状の軸受Ｊは、回転軸線ＺＴの方向から（図１（Ａ）では左側から）ハウジング本体部２０の内壁に嵌め込まれている。
また、軸受Ｊを回転軸線ＺＴの方向に対して固定する軸受押さえ蓋部材３０が、回転軸線ＺＴの方向から（図１（Ａ）では左側から）ハウジング本体部２０に嵌め込まれている。なお、軸受押さえ蓋部材３０には、主軸１０を挿通可能な孔部が形成されている。
そして、略円環状のエアシール用部材５０が、回転軸線ＺＴの方向から（図１（Ａ）では左側から）軸受押さえ蓋部材３０に対して着脱可能に固定されている。例えば、取り外し易さとエア漏れの少なさに優れた中間嵌めや、着脱が非常に容易なボルト留め等にて固定されている。なお、エアシール用部材５０の内周面と主軸１０の外周面との間隙が全周に渡ってほぼ均一となるように調整して固定する。
そして、ハウジング（ハウジング本体部２０と軸受押さえ蓋部材３０とで構成）と軸受Ｊに、主軸１０が回転軸線ＺＴの方向から（図１（Ａ）では左側から）挿通されている。
更に、軸受押さえ蓋部材３０とエアシール用部材５０のフロント側を覆うように、主軸１０を挿通可能な孔部が形成されたハウジング蓋部材４０（蓋部材に相当）が取り付けられている。
なお、ハウジング蓋部材４０は、図１（Ｂ）に示す例では分割境界線４０ａにて上側ハウジング蓋部材４０Ｕと下側ハウジング蓋部材４０Ｄとの２つに分割されている。
また、軸受押さえ蓋部材３０（すなわちハウジング）には、ハウジングと主軸１０との間隙から浸入してきたクーラントや異物を排出する排出路ＤＬが形成されている。
また、排出路ＤＬのフロント側においてハウジング蓋部材４０と軸受押さえ蓋部材３０との境界部には、排出路ＤＬ２が形成されている。

●［エアシール構造部分（図２中の間隙ＡＧ１〜ＡＧ４周辺）の詳細］
主軸装置１には、エア供給源からエア供給路ＡＬ１、ＡＬ２を介してエア（圧縮エア）が供給され、供給されたエアが主軸１０の外周面とハウジングの内周面との間から放出される、非接触のエアシール機能を備えている。このエアシール機能を有するための構造を、図２を用いて説明する。なお、図２は図１（Ａ）におけるＡＳ部分の拡大図である。
ハウジングに挿通されている部分の主軸１０における軸受Ｊよりもフロント側の外周面には、フロント側からリア側（フロント側と反対側）に向かって（図２の例では、左側から右側に向かって）、主軸１０の円周方向に形成された第１環状溝Ｍ１と、第２環状溝Ｍ２と、第３環状溝Ｍ３と、の各々の溝が並んで配置されている。
そして、ハウジングにおける第２環状溝Ｍ２に対向する下方の位置には、ハウジングと主軸１０との間隙に浸入してきた流体（クーラント等）や異物等を排出するための排出路ＤＬが形成されている（図１（Ａ）、（Ｂ）参照）。

図２の例に示すエアシール用部材５０は、第２環状溝Ｍ２と第３環状溝Ｍ３を覆うことなく、第１環状溝Ｍ１を覆う位置に配置され、より小型に構成されている。
エアシール用部材５０において、第１環状溝Ｍ１と対向する内周面には第１内周側エアポケット溝ＭＡが円周方向に形成されており、第１内周側エアポケット溝ＭＡに対する外周面には第１外周側エアポケット溝ＭＡＡが円周方向に形成されている。
そして、第１外周側エアポケット溝ＭＡＡと第１内周側エアポケット溝ＭＡとは、複数の連通孔ＨＡ（または複数のスリット等）にて連通されている。なお、複数の連通孔ＨＡ（またはスリット等）は、全周に渡って等間隔に形成されていることが好ましい。

エア供給路ＡＬ１は外周側エアポケット溝ＭＡＡに接続されており、供給されたエアは、第１外周側エアポケット溝ＭＡＡにて形成されたエアポケットＡＫＡに充填される。ここで、エアポケットＡＫＡに充填されたエアの逃げ場は連通孔ＨＡのみであり、連通孔ＨＡの数、及び径を適切に設定することで、エアポケットＡＫＡに充填されるエアを、全周に渡ってほぼ均一の圧力となるようにすることができる。そして、エアポケットＡＫＡの全周に渡ってほぼ均一の圧力となるように充填されたエアは連通孔ＨＡを通って、第１内周側エアポケット溝ＭＡと第１環状溝Ｍ１とで形成されたエアポケットＡＫ１に、全周に渡ってほぼ均一に導かれる。
そして、エアポケットＡＫ１に導かれたエアは、主軸１０における第１環状溝Ｍ１のフロント側の外周面とエアシール用部材５０における第１内周側エアポケット溝ＭＡのフロント側の内周面とで形成される第１エアシール用間隙ＡＧ１から、全周に渡ってほぼ均一の量のエアが放出され、全周に渡ってほぼ均一となるエアシール効果を得ることができる。同様に、主軸１０における第１環状溝Ｍ１のリア側の外周面とエアシール用部材５０における第１内周側エアポケット溝ＭＡのリア側の内周面とで形成される第２エアシール用間隙ＡＧ２から、全周に渡ってほぼ均一の量のエアが放出され、全周に渡ってほぼ均一となるエアシール効果を得ることができる。

なお、第１エアシール用間隙ＡＧ１ではリア側からフロント側の方向にエアが放出され、第２エアシール用間隙ＡＧ２ではフロント側からリア側の方向にエアが放出される。クーラントや異物等は、ハウジングと主軸１０との間隙におけるフロント側から浸入してくるため、第２エアシール用間隙ＡＧ２におけるエア放出量よりも第１エアシール用間隙ＡＧ１におけるエアの放出量のほうが多いことが好ましい。
そこで、第２エアシール用間隙ＡＧ２におけるエア放出抵抗よりも、第１エアシール用間隙ＡＧ１におけるエア放出抵抗のほうが小さくなるように、第１エアシール用間隙ＡＧ１と第２エアシール用間隙ＡＧ２を形成する。
例えば、第１エアシール用間隙ＡＧ１における主軸１０の外周面とエアシール用部材５０の内周面との間の距離と、第２エアシール用間隙ＡＧ２における主軸１０の外周面とエアシール用部材５０の内周面との間の距離とをほぼ同じに設定する。そして、第２エアシール用間隙ＡＧ２における回転軸線ＺＴ方向の長さＬＧ２よりも、第１エアシール用間隙ＡＧ１における回転軸線ＺＴ方向の長さＬＧ１のほうが短くなるように、第１エアシール用間隙ＡＧ１と第２エアシール用間隙ＡＧ２とを形成する。
これにより、第２エアシール用間隙ＡＧ２からのエア放出量よりも、第１エアシール用間隙ＡＧ１からのエア放出量を多くして、シール性能を向上させることができる。

また、エア供給路ＡＬ１とエア供給路ＡＬ２とをハウジング内で連通しない構成として、エア供給源からエア供給路ＡＬ１とエア供給路ＡＬ２の各々にエアを供給する。そして、エア供給路ＡＬ１を第１環状溝Ｍ１にエアを供給するように接続し、エア供給路ＡＬ２を第３環状溝Ｍ３にエアを供給するように接続する。
これにより、第１環状溝Ｍ１と第１内周側エアポケット溝ＭＡとで形成されるエアポケットＡＫ１と、第３環状溝Ｍ３と内周側エアポケット溝ＭＣ（第２内周側エアポケット溝に相当）とで形成されるエアポケットＡＫ３と、の各々から安定した量のエアを放出することができる。エア供給路ＡＬ１とＡＬ２とを連通した場合、一方のエアポケットからのエア放出抵抗が小さい場合、そちら側のエア放出量が増加して他方のエアポケットからのエア放出量が減少するので好ましくない。
また、第２環状溝Ｍ２と内周側エアポケット溝ＭＢとで形成される回収用空間ＡＫ２は、第２エアシール用間隙ＡＧ２からのエアと第３エアシール用間隙ＡＧ３からのエアを回収するとともに、浸入したクーラントや異物等を回収する空間であり、回収したエア、クーラント、異物等は排出路ＤＬから排出される。

以上の説明では、より小型のエアシール用部材５０が第１環状溝Ｍ１のみを覆う位置に配置されている場合について説明した。しかし、エアシール用部材５０のサイズがやや大きくなるが、エアシール用部材５０の長さ（回転軸線ＺＴ方向の長さ）を延長して第１環状溝Ｍ１〜第３環状溝Ｍ３を覆うようにしてもよい。この場合、内周側エアポケット溝ＭＢと内周側エアポケット溝ＭＣ（第２内周側エアポケット溝に相当）をエアシール用部材５０に形成する。またエアシール用部材５０における第１環状溝Ｍ１との対向部分と同様に、内周側エアポケットＭＣに対する外周面に外周側エアポケット溝（第２外周側エアポケット溝に相当）を形成し、当該外周側エアポケット溝と内周側エアポケット溝ＭＣとを複数の連通孔（または複数のスリット）にて連通する。そして、この外周側エアポケット溝にエア供給路ＡＬ２を接続する。

また、エアシール用部材５０を鋳物や砲金にて形成し、主軸１０を鉄にて形成し、エアシール用部材５０の材質と主軸１０の材質を異なる材質とする。これによってエアシール用部材５０と主軸１０が接触した場合に、かしり（固着等）が発生しにくくなる。この場合、エアシール用部材５０のほうが損傷し易い（脆性が高い）材質とすることが好ましい（工具とワークの衝突等により主軸１０とエアシール用部材５０とが接触した場合、主軸１０を交換するよりも、小さな部品であるエアシール用部材５０を交換するほうが、コストも交換時間も非常に少ないため）。

●［ラビリンス構造部分（図２中の間隙ＡＧＲの周辺）の詳細］
次に、図２を用いて、クーラントや異物等の浸入をより低減するために、主軸１０とハウジングとの間隙の一部に形成した、迷路状に入り組んだ間隙であるラビリンス構造について説明する。
主軸１０のフロント側の外周面におけるハウジングからの突出部には、主軸１０の円周方向にラビリンス用環状溝ＭＲが形成されている。
そして、ラビリンス用環状溝ＭＲに対して、全周に渡って、ラビリンス用環状溝ＭＲに触れないように、ハウジング蓋部材４０の内周側の凸部４０Ｔが主軸１０の径方向からラビリンス用環状溝ＭＲに挿入され、ラビリンス用環状溝ＭＲと凸部４０Ｔとの間に形成されるラビリンス間隙ＡＧＲは迷路状に入り組んだ構造となっている。

なお、図２に示すように、ハウジング蓋部材４０の凸部４０Ｔと主軸１０のラビリンス用環状溝ＭＲとの位置関係では、中央部分に主軸１０を挿通する孔部を備えた円板状のハウジング蓋部材４０を用意しても、回転軸線ＺＴに沿ったフロント側からリア側に向かって、ハウジング蓋部材４０を取り付けることはできない。
そこで、ハウジング蓋部材４０を２つ以上に分割する。本実施の形態では、ハウジング蓋部材４０を、分割境界線４０ａにて上側ハウジング蓋部材４０Ｕと下側ハウジング蓋部材４０Ｄに分割している。
そして上側ハウジング蓋部材４０Ｕと下側ハウジング蓋部材４０Ｄは、それぞれ回転軸線ＺＴに直交する方向から、凸部４０Ｔをラビリンス用環状溝ＭＲに挿入するように取り付けられ、軸受押さえ蓋部材３０にボルト等にて固定されている。

また、主軸１０の回転軸線ＺＴは水平方向、または鉛直方向に対して所定の角度（０度でない角度）で傾斜した方向であり、２つ以上に分割可能に構成されたハウジング蓋部材４０の分割境界線４０ａは、ハウジング蓋部材４０を上下に区別した場合の下方に位置している。そして、分割境界線４０ａは、ハウジング蓋部材４０の内周側から外周側に向かって下側に傾斜するように構成されている。
これにより、分割境界線４０ａにクーラント等が浸入しても、浸入したクーラントは下方に流れ、主軸１０とハウジングとの間隙には到達しない。

次に図３を用いてクーラントの噴出手段について説明する。図３（Ａ）は、図１（Ａ）に対してハウジングのフロント側の正面に、クーラントを噴出（吐出）する複数のクーラントノズルＣＮを備えた状態を示している（なお、クーラントノズルＣＮは単数でもよい）。また、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）におけるＡＡ断面図を示しており、本実施の形態におけるクーラントノズルＣＮの収容状態の例を示している。また、図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）に対して従来の収容状態を示している。
ハウジング蓋部材４０に接しているハウジングのフロント側の先端部（この場合、軸受押さえ蓋部材３０のフロント側の先端部）には、ハウジングから突出しないようにクーラントノズルを収容する単数または複数の収容穴３０Ｋが、フロント側からリア側に向かって形成されている。また、収容穴３０Ｋに対向するハウジング蓋部材４０の位置には、開口穴４０Ｋが形成されている。なお、各クーラントノズルＣＮの軸方向、及び各収容穴３０Ｋの軸方向は、クーラントを噴出する方向に向けて傾斜がつけられている。
既に説明したように、２つ以上に分割したハウジング蓋部材４０を回転軸線ＺＴに直交する方向から組み付けるので、クーラントノズルＣＮが干渉しないように、ハウジング蓋部材４０に接しているハウジングのフロント側の先端部には凸部（突出部）が無いようにしておく。

工具Ｔの先端やワークＷの加工個所等に噴出されるクーラントは、図１（Ｂ）に示す主軸装置１の正面図（図１（Ｂ）は工具Ｔ、工具ホルダＨを省略している）において種々の位置に、種々の速度で、種々の方向に飛散する。ここで、主軸１０とハウジング（この場合、ハウジング蓋部材４０）との間隙からクーラント等が浸入する場合、浸入するクーラントは、まず、ラビリンス用環状溝ＭＲと凸部４０Ｔとで入り組んだ構造のラビリンスシール部を抜けなければ、その奥に浸入することはできない。ラビリンスシール部が入り組んだ構造であるため、回転軸線ＺＴの方向に勢いよく飛散してきたクーラントであっても、その勢いが殺されて浸入する速度が落ち、分散されて量も低減するので、奥に浸入しにくくなる。

ラビリンスシール部のリア側において、主軸１０の外周面に対向しているハウジングの内周面における下方の位置には、ハウジングと主軸１０との間隙に浸入してきたクーラント等の流体及び異物を排出する排出路ＤＬ２が形成されている（図１（Ａ）、（Ｂ）参照）。
また、ラビリンスシール部のリア側には、ラビリンス間隙ＡＧＲの間隙よりも大きな空間となる回収用空間ＡＫＫが主軸１０の円周方向に全周に渡って形成されている。
回収用空間ＡＫＫは、ハウジング蓋部材４０の内周面に円周方向に形成された環状溝Ｍαと、主軸１０の外周面に円周方向に形成された環状溝ＭＫにて形成されている（図２の例では、環状溝Ｍαの一部をエアシール用部材５０にて構成している）。なお、回収用空間ＡＫＫにおける主軸１０の外周面（環状溝ＭＫの底面）は、リア側からフロント側に向かって主軸１０の径が大きくなるような傾斜面が形成されている。
この傾斜面により、回収用空間ＡＫＫにクーラント等が浸入しても、浸入したクーラントは主軸１０の回転による遠心力にて傾斜面を登る方向（すなわち、リア側からフロント側に向かう方向）に移動し、更に奥には浸入しにくくなる構造としている。
また、排出路ＤＬ２は、ハウジング蓋部材４０と軸受押さえ蓋部材３０との境界部における環状溝ＭＫに対向する下方の位置に形成されており（図１（Ａ）、（Ｂ）参照）、回収用空間ＡＫＫに接続されている。
この回収用空間ＡＫＫの更に奥には、すでに説明したエアシール用間隙ＡＧ１〜ＡＧ４が配置されており、これらを全て通って軸受Ｊに到達できるクーラント等は、ほとんど無く、軸受Ｊの焼き付きを適切に防止することができ、主軸装置１の信頼性をより向上させることができる。

本発明の主軸装置１は、本実施の形態で説明した外観、構造等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
また、本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。

本発明の主軸装置１の一実施の形態の構造を説明する図である。 図１（Ａ）におけるＡＳ部分の拡大図である。 図１（Ｂ）に複数のクーラントノズルＣＮを備えた状態を説明する図である。 従来の主軸装置１０１の構造を説明する図である。 従来の主軸装置１０１のＡＳ１部分の拡大図である。

符号の説明

１ 主軸装置
１０ 主軸
２０ ハウジング本体部
３０ 軸受押さえ蓋部材
４０ ハウジング蓋部材
４０ａ 分割境界線
４０Ｕ 上側ハウジング蓋部材
４０Ｄ 下側ハウジング蓋部材
４０Ｔ 凸部
５０ エアシール用部材
ＡＬ１、ＡＬ２ エア供給路
ＡＫ１、ＡＫ３、ＡＫＡ エアポケット
ＡＫ２、ＡＫＫ 回収用空間
ＡＧ１〜ＡＧ４ エアシール用間隙
ＡＧＲ ラビリンス間隙
ＤＬ 排出路
ＤＬ２ 排出路
Ｍ１ 第１環状溝
Ｍ２ 第２環状溝
Ｍ３ 第３環状溝
ＭＲ ラビリンス用環状溝
ＭＫ、Ｍα 環状溝
ＭＡ 内周側エアポケット溝（第１内周側エアポケット溝）
ＭＢ 内周側エアポケット溝
ＭＣ 内周側エアポケット溝（第２内周側エアポケット溝）
ＭＡＡ 外周側エアポケット溝（第１外周側エアポケット溝）
ＨＡ 連通孔
ＺＴ 回転軸線

Claims (9)

1. エア供給源に接続されるエア供給路が設けられたハウジングと、
   前記ハウジング内に挿通されて前記ハウジングに対して軸受によって回転可能に支持された主軸と、を備え、
   前記エア供給源から前記エア供給路を介して供給されるエアを前記主軸の外周面と前記ハウジングとの間に放出する、非接触のエアシール機能を備えた主軸装置において、
   前記主軸の外周面と前記ハウジングとの間における前記軸受より前記主軸の回転軸線に沿った前方であるフロント側の位置に、略環状の形状を有し、その内周面が前記主軸の外周面と対向しており、前記内周面と前記主軸の外周面との間に前記エアシール機能を果たすエアシール用部材が、前記ハウジングに着脱可能に固定されている、
   主軸装置。
2. 請求項１に記載の主軸装置であって、
   前記エアシール用部材の内周面と対向している前記主軸の外周面には、前記内周面に覆われるように、前記主軸の円周方向に第１環状溝が形成されており、
   前記第１環状溝には、前記エアシール用部材に設けられた連通孔またはスリットを経由して前記エア供給路が接続されている、
   主軸装置。
3. 請求項２に記載の主軸装置であって、
   前記主軸の外周面における前記第１環状溝と前記軸受との間には、前記フロント側から当該フロント側の反対側であるリア側に向かって、前記主軸の円周方向に形成された第２環状溝と第３環状溝とが前記主軸の軸線方向に並んで配置されており、
   前記第３環状溝には前記エア供給路が接続されており、
   前記ハウジングにおける前記第２環状溝と対向する下方の位置には、前記ハウジングと前記主軸との間隙に浸入してきた流体及び異物を排出する排出路が形成された主軸装置において、
   前記エアシール用部材は、前記第３環状溝と前記第２環状溝を覆うことなく前記第１環状溝のみを覆う位置に配置されている、
   主軸装置。
4. 請求項３に記載の主軸装置であって、
   前記エア供給路は、前記ハウジング内で互いに連通しない第１エア供給路と第２エア供給路にて構成されており、
   前記第１エア供給路は、前記第１環状溝にエアを供給するように接続され、
   前記第２エア供給路は、前記第３環状溝にエアを供給するように接続されている、
   主軸装置。
5. 請求項２〜４のいずれかに記載の主軸装置であって、
   前記エアシール用部材において、
   前記第１環状溝と対向する内周面には、第１内周側エアポケット溝が円周方向に形成されており、
   前記第１内周側エアポケット溝に対する外周面には、第１外周側エアポケット溝が円周方向に形成されており、
   前記第１外周側エアポケット溝は前記エア供給路と接続されており、
   前記第１外周側エアポケット溝と前記第１内周側エアポケット溝とを連通する、複数の連通孔または複数のスリット、が全周に渡って形成されている、
   主軸装置。
6. 請求項２〜５のいずれかに記載の主軸装置であって、
   前記第１環状溝に供給されたエアは、
   前記第１環状溝の前記フロント側における前記主軸の外周面と、当該外周面に対向している前記エアシール用部材の内周面と、で形成される第１エアシール用間隙と、
   前記第１環状溝の前記リア側における前記主軸の外周面と、当該外周面に対向している前記エアシール用部材の内周面と、で形成される第２エアシール用間隙と、に放出されてエアシール機能を果たし、
   前記第１エアシール用間隙と前記第２エアシール用間隙は、
   前記第２エアシール用間隙におけるエア放出抵抗よりも、前記第１エアシール用間隙におけるエア放出抵抗のほうが小さくなるように形成されている、
   主軸装置。
7. 請求項６に記載の主軸装置であって、
   前記第１エアシール用間隙と前記第２エアシール用間隙は、
   前記第１エアシール用間隙における前記外周面と前記内周面との間の距離と、前記第２エアシール用間隙における前記外周面と前記内周面との間の距離とが、ほぼ同じとなるように形成されており、
   前記第２エアシール用間隙における前記回転軸線方向の長さよりも、前記第１エアシール用間隙における前記回転軸線方向の長さのほうが短くなるように形成されている、
   主軸装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の主軸装置であって、
   前記エアシール用部材は、中間嵌めにて前記ハウジングに対して着脱可能に固定されている、
   主軸装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の主軸装置であって、
   前記主軸と前記エアシール用部材は異なる材質で形成されており、前記エアシール用部材のほうが損傷し易い材質で形成されている、
   主軸装置。
   
   

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