JP2010058254A - 工作機械用の回転テーブル装置におけるシール機構 - Google Patents

Abstract

【課題】回転テーブル装置に採用してもワークの加工時において高いシール性を継続的に維持することができるシール装置を提供する。
【解決手段】 回転テーブル装置の円テーブル１２とフレーム１０との間に設けられるシール機構１において、円テーブル１２及びフレーム１０の対向する面の一方に、回転軸１１の軸線を中心とし他方側に開口する環状の溝２を設け、溝２の両側面を、互いに異なる磁極が対向する永久磁石５によって形成し、溝２内に磁性流体３を充填する。前記他方には、溝２に対向する他方の端面から突出しており少なくとも先端部が溝２内の磁性流体３内に没入する仕切板４を回転軸１１の軸線を中心として環状に設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、工作機械用の回転テーブル装置に用いられるシール機構に関するものである。

一般的に、工作機械用の回転テーブル装置においては、円テーブル（又は円テーブルと一体的に回転する部分）とフレーム（又はフレームに固定された部材）との間にシール部材（装置）が設けられている（例えば、特許文献１）。

その目的は、ワークの加工時において、ワークの加工に使用されるクーラント液やワークの加工に伴って発生する切屑（切粉）等が回転テーブル装置内部（特に、円テーブルを制動するクランプ部等）に入り込むのを防止するためである。

なお、従来の一般的な回転テーブル装置では、このシール装置として、樹脂製のシール部材等を用いた接触式シール装置や、ラビリンスシール等の非接触式のシール装置を採用している。しかし、これらのシール装置の場合、以下の問題点を有する。

すなわち、接触式シール装置の場合、接触による摩擦抵抗が摺動部に作用して、円テーブルの回転抵抗となる。また、シール部材の摩耗に伴ってシール性が低下するため、シール部材の交換等のメンテナンスが必要となる。

また、非接触式シール装置の場合、接触式シール装置と異なり円テーブルに回転抵抗を作用させることは無く、また、摩耗によるシールの劣化も無いが、非接触ゆえに接触式シールと比べてシール性、密閉性に劣る。

前記の各シール装置の問題点を解消し得るシール装置として、特許文献２に開示されているような磁性流体を用いたシール装置がある。

磁性流体を用いたシール装置によれば、回転部を固体と液体との接触によってシールするから、前述の固体同士が接触する接触式シール装置と比べ、回転抵抗は非常に小さく、摩耗が生じることもない。また、磁性流体のシール膜がシール部を密閉するから、非接触式シール装置と比べ、高いシール性を得ることができる。

なお、特許文献２に開示されたシール装置では、固定部（フレーム）における磁性流体が充填される溝の周辺、又は回転体（回転軸）に取り付けられた仕切部（セパレータ）のいずれか一方に対し、１以上の磁石を部分的に設ける構成を採用している。そして、磁石と、回転体又は仕切部との間に形成される磁気回路により、前記溝内における固定部と仕切部との間の１以上の箇所において部分的に磁性流体を保持し、シール効果を発揮する構成となっている。
特開２００６−３５３９１号公報 特開平０２−２５３０６５号公報

しかし、この従来技術の磁性流体シール装置でも、回転テーブル装置においては十分なシール性が得られないという問題がある。それは以下の理由による。

前記従来技術の磁性流体シール装置は、磁性流体を保持する磁石を磁性流体が充填される溝の周辺に部分的に設けているため、磁石のある箇所に磁性流体が偏在してしまい、溝内で磁性流体のある箇所と無い箇所が生じる。すなわち、磁性流体は、固定部（フレーム）と回転体（仕切部）との間の磁力線の集中する箇所で膜状に部分的に保持される。

ところが、回転テーブル装置の場合、円テーブル上に載置されたワークに切削加工が施されると共に、ワークの加工に伴って工作機械上で回転テーブル装置自体をＸＹ方向へ移動させて使用することがあり、その結果、回転テーブル装置は、ワークの加工時において激しい振動を受けるため、前記従来技術の構成のように、溝内における固定部と仕切部との間で部分的にのみ磁性流体を保持する構成では、前記振動に伴って磁性流体の膜が揺らぎ、仕切部と磁性流体との間に隙間ができてシール性が損なわれる状態が生じてしまう。

従って、前記従来技術の構成では、継続的に高いシール性を維持することができず、回転テーブル装置に採用するシール装置としては十分ではない。

そこで、本発明の課題は、回転テーブル装置に採用してもワークの加工時において高いシール性を継続的に維持することができるシール装置を提供することである。

前記の課題の下に、本発明は、工作機械に設置されるフレーム（１０）と、前記フレーム（１０）に対し回転軸（１１）を介して回転可能に支持された円テーブル（１２）とを含む回転テーブル装置に用いられるシール機構（１）であって前記円テーブル（１２）と前記フレーム（１０）との間に設けられるシール機構（１）において、前記シール機構（１）を、前記円テーブル（１２）及び前記フレーム（１０）のいずれか一方に対し他方側が開口するように形成された溝（２）であって前記回転軸（１１）の軸心を中心とする環状の溝（２）と、前記溝（２）内に充填された磁性流体（３）と、前記溝（２）に対向する前記他方の端面から突出して少なくとも先端部が前記磁性流体（３）内に没入するように設けられた仕切板（４）であって前記回転軸（１１）の軸線を中心とする環状の仕切板（４）とを含むように構成し、前記溝（２）の対向する内側面及び外側面の各々は、互いに異なる磁極が対向する永久磁石（５）で形成されていることを特徴とする。

また、前記した本発明において、前記溝（２）を、前記円テーブル（１２）及び前記フレーム（１０）の一方に穿設された凹部（８）の対向する内側面及び外側面の各々に前記永久磁石（５）を貼着して形成されたものとしてもよい。さらには、前記各永久磁石（５）をそれぞれ単一のボンド磁石（５ａ、５ｂ）としてもよい。

本発明によれば、磁性流体が充填される溝の内側面及び外側面の各々が、その全周に亘って互いに異なる磁極を対向させた永久磁石で形成されているため、溝内においては、永久磁石から発せられる磁力線は、対向する永久磁石間、すなわち、溝の幅方向（仕切板の突出方向と略直交する方向）で、溝内に充填された磁性流体の充填範囲に亘って平行に走る状態となる。それにより、磁性流体は、溝内において、深さ方向に亘って均一に保持された状態となる。その結果、激しい振動等によって磁性流体が揺らいでも、仕切板と磁性流体との間に間隙が生じてシール性が損なわれる状態が発生することは無い。よって、本発明によれば、回転テーブル装置において、ワークの加工中に高いシール性を維持することができる。

また、前記溝を、円テーブル及びフレームの一方に穿設された凹部の対向する内側面と外側面の各々に永久磁石を貼着して形成されたものとすることにより、ワークの加工等に伴って発生する切粉等が、永久磁石の磁気作用によってシール部に吸い寄せられるのを防止することができる。すなわち、円テーブルやフレームは、一般には磁性材料で形成されているため、その構成によれば、永久磁石から発せられる磁力線は、溝の外側では、前記一方の内部を通過する状態となり、磁力線が外部空間を通過して切粉等を吸い寄せるといった状態が発生し難いものとなる。

さらに、前記溝を形成する対向する永久磁石の各々をそれぞれ単一のボンド磁石とすれば、ボンド磁石は、変形あるいは加工成形が容易なため、複数の永久磁石を組み合わせて前記溝を形成するのと比べ、本発明の構成を容易に実現できる。

図１は、本発明が適用される回転テーブル装置の１実施例を示している。回転テーブル装置は、工作機械に設置されるベースとなるフレーム１０と、図示しないワークが直接又は取付治具を介して載置される円テーブル１２と、円テーブル１２をフレーム１０に対し回転自在に支持する回転軸１１とを備えている。なお、図示の例はあくまでも一例であって、本発明の前提装置を特定するものではない。本実施例では、テーブル面が水平な横置き型の回転テーブル装置を示しているが、テーブル面が垂直な縦置き型の回転テーブル装置にも本発明を適用できる。

円テーブル１２は、回転軸１１の一方の端部に形成されており、また、円テーブル１２および回転軸１１の中心軸上には配線や付属品取付の用に供される貫通穴１３が形成されている。回転軸１１は、軸受スリーブ１４によって外輪がフレーム１０に固定された軸受１５を介して、フレーム１０に回転可能に支持されている。なお、本実施例では、円テーブル１２と、回転軸１１とは一体物としているが、各々を別部材として構成し、それらをボルト等により固定しても良い。

また、回転テーブル装置は、回転軸１１（円テーブル１２）の駆動手段として、回転軸１１に固定されたウォームホイール１６と、フレーム１０に回転可能に支持されウォームホイール１６と噛み合うウォーム１７と、ウォーム１７を回転駆動する図示しないモータとを有している。なお、本実施例では、回転軸１１の駆動手段としてウォームギヤ機構を採用しているが、ギヤ等の駆動伝達機構を介さずに、回転軸１１に設けられるロータとフレーム１０に設けられるステータとで内蔵モータ、いわゆるＤＤモータを構成し、回転軸１１の駆動手段とするものであってもよい。

さらに、回転テーブル装置は、回転する円テーブル１２の制動装置として、クランプ装置１８を有している。クランプ装置１８は、複数のボルト２１により回転軸１１に固定されたクランプディスク１９と、クランプディスク１９のディスク面と対向する位置に組み込まれた環状のクランプピストン２０とを備えている。クランプピストン２０は、軸受スリーブ１４と、フレーム１０とが形成する環状の溝に嵌め込まれ、その溝内を回転軸１１の軸方向に油圧によりスライド可能となっており、クランプディスク１９を後述するカバー部材６に押し付けることにより、円テーブル１２を回転不能に制動し、所望の割出角度で固定する。

そして、フレーム１０と、円テーブル１２との間には、本発明のシール機構１が設けられている。シール機構１は、本実施例では、主体となるフレーム１０の上面に複数の取付ボルト７により取り付けられた環状（ドーナッツ状）のカバー部材６と、円テーブル１２との間の対向面（図面の上下方向に対向する面）間に設けられている。シール機構１は、概説すれば、フレーム１０側のカバー部材６の溝２に充填・保持した磁性流体３中に、円テーブル１２側から突出させた仕切板４を没入させた構成を有している。

図２は、シール機構１周辺の拡大断面図である。カバー部材６は、フレーム１０を構成する部材の一部として、クランプ装置１８や軸受１５が収納されているフレーム１０の開口部を覆うようにフレーム１０の上面に取り付けられている。また、カバー部材６は、クランプピストン２０と協働でクランプディスク１９を挟持するクランプ装置１８の一部としての機能も有している。そして、カバー部材６の円テーブル１２と対向する面（図面の上面）には、円テーブル１２側に開口する凹部８が、回転軸１１の軸心を中心として環状に形成されている。

環状の凹部８の内側面と外側面の各々には、各側面に合せた形状に形成された永久磁石５としてのボンド磁石５ａ、５ｂがそれぞれ添着されており、各ボンド磁石５ａ、５ｂの対向する面と凹部８の底面とで溝２が形成されている。なお、図示の例では、各ボンド磁石５ａ、５ｂの幅（溝２の深さ方向の寸法）は、凹部８の深さと同じ寸法を有している。従って、この例では、溝２は、凹部８の深さ方向の全範囲に亘って存在している。さらに、溝２の各側面を形成している各ボンド磁石５ａ、５ｂは、互いに異なる磁極（Ｓ極−Ｎ極）を対向させた状態で設けられている。そして、前記溝２内におけるボンド磁石間５ａ、５ｂの間隙には、磁性流体３が充填されている。なお、本発明でいう充填とは、磁性流体３が溝２内いっぱいに満たされている状態の他、溝２の任意の深さまで満たされている状態をも含む意味である。

因みに、本実施例で、永久磁石５としてボンド磁石５ａ、５ｂを用いたのは、ボンド磁石は容易に変形させることができ、また容易に任意形状に成形することができるからである。ボンド磁石５ａ、５ｂの例としては、バインダーとしてゴムを用いたものや、プラスチックを用いたものが挙げられるが、前者を採用した場合、板状のボンド磁石を凹部８の内側面と外側面に沿って変形させて添着すればよいし、後者であれば、リング状に射出成型等したボンド磁石を凹部８の内側面と外側面に嵌め込めばよい。図示の例では、凹部８の内側面と外側面の各々にそれぞれ単一の板状のボンド磁石５ａ、５ｂを添着して溝２を形成している。もちろん、二以上のボンド磁石を凹部８の内側面および外側面の各々に貼り付けて溝２を形成してもよい。

前記溝２と対向する円テーブル１２の面（ワーク載置面と反対側の面）には、仕切板４としての環状のセパレータ４ａが取り付けられている。セパレータ４ａは、回転軸１１の軸心を中心とする環状の磁性体の部材であって、円テーブル１２の前記面から突出してフレーム１０側へ延在し、前記溝２に入り込むような寸法（径、突出長さ）で形成されている。そして、前記溝２に磁性流体３が充填された状態で、セパレータ４ａは、その先端部側が磁性流体３に没入している。図示の例では、４／５近くが磁性流体３内に没入している。なお、セパレータ４ａをどの程度磁性流体３内に没入させるかは、回転テーブル装置が使用される環境や加工する材料の種類等によって適宜定められる。

図３は、永久磁石５（ボンド磁石５ａ、５ｂ）が形成する磁気回路を示している。永久磁石５から発せられる磁力線は、前記溝２内において、各側面に設けられた対向するボンド磁石５ａ、５ｂ間で、一方のボンド磁石のＮ極から対向するボンド磁石のＳ極へ向けて走る。すなわち、磁性流体３が充填されているボンド磁石間５ａ、５ｂの間隙においては、一方のボンド磁石５ａから発せられる磁力線が、他方のボンド磁石５ｂの対向面へ向けて、溝の深さ方向における磁性流体３の充填範囲に亘って略平行に走る状態となる。その結果、磁性流体３は、対向するボンド磁石５ａ、５ｂの間の間隙全体に亘って均一に保持された状態となる。

そして、セパレータ４ａは磁力線の通過を許容するため、磁性体で形成されたセパレータ４ａを磁性流体３に没入させた状態でも、セパレータ４ａが無い場合と同様に、磁性流体３は、対向するボンド磁石間５ａ、５ｂの間隙全体に亘って均一に保持される。これにより、磁性流体３とセパレータ４ａとの協働でシール効果（フレーム１０内部と外部との隔離効果）が発揮されると共に、振動等の影響を受けてもシール性が損なわれない高いシール性が得られる。

なお、回転テーブル装置では、フレーム１０や円テーブル１２を構成する部材は、一般的には磁性材料、例えば鋼材等で形成される。従って、前記他方のボンド磁石５ｂのＮ極から発せられる磁力線は、溝２の外側においては、図示のようにフレーム１０（カバー部材６）内を通過して一方のボンド磁石５ａのＳ極へ向かう。このように、図示の例による回転テーブル装置のシール機構１では、磁気回路は、フレーム１０（カバー部材６）内と磁性流体３内とを通過する閉磁路として形成され、外部には漏れない。そのため、ワークの加工に伴って発生する切屑（切粉）等がシール部分に吸引されてシール部に吸着される心配が無い。

また、本発明のシール機構１は、回転体（円テーブル１２）又は固定部（フレーム１０）の一方にのみに磁気回路を形成する。すなわち、一方に設けられた永久磁石５は、他方を介さずに磁気回路を形成し、一方のみで磁性流体３を保持している。したがって、他方例えば円テーブル１２が非磁性材料であっても、他方に仕切板４を取り付けることによりシール効果を得ることができる。

以上の実施例において、シール機構１は、フレーム１０とは別部材のカバー部材６に溝２を形成して磁性流体３を充填しているが、フレーム１０又は円テーブル１２そのものに溝２を形成して磁性流体３を充填してもよい。ただし、前記の実施例のごとく、シール機構１をカバー部材６（シール本体）と、仕切板４とからなるシールユニットとして構成すれば、シール機構１に汎用性をもたせることができ、さらに回転テーブル装置の分解組立も容易となる。また、磁気回路をシールユニット内で閉じるように形成し、磁気がシールユニットの外部へ漏れないようにすれば、シールユニットが取り付けられる回転テーブル装置本体に対する磁気の影響を抑えることができる。

また、前記の実施例では、永久磁石としてボンド磁石を採用した例を述べたが、本発明における永久磁石はこれに限らず、変形不能な板状の永久磁石、例えば焼結磁石等を用いてもよい。この場合は、凹部の各側面の円周方向及び／又は深さ方向に複数枚の永久磁石を並べて取り付け、本発明における溝を形成すればよい。なお、この構成の場合においては、必ずしも各永久磁石を隙間無く配設する必要はなく、磁性流体の保持に影響を及ぼさない範囲であれば、各永久磁石間に若干の隙間が存在してもよい。

さらに、前記の実施例では、仕切板４としてのセパレータ４ａを磁性材料で形成されたものとしたが、本発明はこれに限らず、磁力線の通過を許容する非磁性材料例えば、銅材、ステンレス材（ＳＵＳ３１６等）などの金属や、プラスチックなどの樹脂で形成してもよい。

ところで、前記の実施例では、フレーム１０および円テーブル１２の水平方向に延在して上下方向（重力方向）に対向する対向面の間で、溝２が上向きに開口する（仕切板４が重力方向へ向けて延在する）ようにしてシール機構１を形成する構成としたが、本発明のシール機構１の構成はこれに限定されない。例えば、本発明のシール機構１を、前述の実施例とは逆の構成、すなわち、下側に開口する溝２を円テーブル１２側に形成し、フレーム１０側から仕切板４が突出する構成とすることも可能である。この場合、溝２が下向きに開口することとなるが、溝２内の磁性流体３は、永久磁石５による磁気作用（対向する永久磁石間に形成される磁場）によって保持されるため、溝２が上下反転するような状態となっても溝２から磁性流体３が流出することはない。

また、図４に示すように、フレーム１０および円テーブル１２の重力方向に延在して水平方向で対向する対向面の間に本発明のシール機構１を設けることも可能である。このようにシール機構１をレイアウトしても、溝２内の磁性流体３は、永久磁石５による磁気作用によって保持されているから、磁性流体３が溝２から流出することはない。なお、本図では、溝２をフレーム１０側に形成し、仕切板４を円テーブル１２側から突出するように構成しているが、逆の構成、すなわち溝２を円テーブル１２側に形成し、仕切板４をフレーム１０側から突出するように構成することも可能である。また、図１に示した例と同様に、主体となるフレーム１０又は円テーブル１２とは別部材に溝２を設け、この別部材をフレーム１０又は円テーブル１２に一体に取り付けてもよい。

さらに、以上で述べたシール機構１の例では、いずれもフレーム１０または円テーブル１２に凹部８を穿設し、その凹部８の深さ方向の範囲内で、凹部８の内側面及び外側面の各々に永久磁石５を貼着して溝２を形成するものとしたが、本発明はこれに限らず、永久磁石５をフレーム１０または円テーブル１２の外部に露出させて溝２を形成することも可能である。例えば、前記の実施例において、各永久磁石５（ボンド磁石５ａ、５ｂ）の幅を凹部８の深さ寸法よりも大きくし、凹部８よりも深さ寸法が大きい溝２を形成する構成としてもよい（図５ａ）。また、凹部８を省略し、前記の実施例におけるボンド磁石５ａ、５ｂのような径の異なる２つの環状の永久磁石５をフレーム１０または円テーブル１２の外側面に立設し、フレーム１０または円テーブル１２の外側面上に溝２を形成することも可能である（図５ｂ）。但し、これらの構成の場合、フレーム１０または円テーブル１２の外部に露出する各永久磁石５の部分に前述の切粉等が吸着して堆積するおそれがある。そこで、そのような露出部分については、非磁性材料等で作製したカバー２２でコーティングするのが望ましい。

本発明のシール機構が適用される回転テーブル装置の全体断面図である。 本発明のシール機構の一実施例を示す拡大断面図である。 本発明のシール機構が形成する磁気回路を示す拡大断面図である。 本発明のシール機構の他の実施例を示す拡大断面図である。 本発明のシール機構の他の実施例を示す拡大断面図である。

符号の説明

１ シール機構
２ 溝
３ 磁性流体
４ 仕切板
４ａ セパレータ
５ 永久磁石
５ａ ボンド磁石
５ｂ ボンド磁石
６ カバー部材
７ 取付ボルト
８ 凹部
１０ フレーム
１１ 回転軸
１２ 円テーブル
１３ 貫通穴
１４ 軸受スリーブ
１５ 軸受
１６ ウォームホイール
１７ ウォーム
１８ クランプ装置
１９ クランプディスク
２０ クランプピストン
２１ ボルト
２２ カバー

Claims (3)

1. 工作機械に設置されるフレーム（１０）と、前記フレーム（１０）に対し回転軸（１１）を介して回転可能に支持された円テーブル（１２）とを含む回転テーブル装置に用いられるシール機構（１）であって前記円テーブル（１２）と前記フレーム（１０）との間に設けられるシール機構（１）において、
   前記円テーブル（１２）及び前記フレーム（１０）の一方に対し他方側に開口するように形成された溝（２）であって前記回転軸（１１）の軸心を中心とする環状の溝（２）と、前記溝（２）内に充填された磁性流体（３）と、前記溝（２）に対向する前記他方の端面から突出して少なくとも先端部が前記磁性流体（３）内に没入するように設けられた仕切板（４）であって前記回転軸（１１）の軸線を中心とする環状の仕切板（４）とを含み、
   前記溝（２）の対向する内側面及び外側面の各々は、互いに異なる磁極が対向する永久磁石（５）で形成されていることを特徴とする工作機械用の回転テーブル装置におけるシール機構（１）。
2. 前記溝（２）は、前記円テーブル（１２）及び前記フレーム（１０）の一方に穿設された凹部（８）の対向する内側面及び外側面の各々に前記永久磁石（５）を貼着して形成されていることを特徴とする請求項１記載の工作機械用の回転テーブル装置におけるシール機構（１）。
3. 前記各永久磁石（５）は、それぞれ単一のボンド磁石（５ａ、５ｂ）であることを特徴とする請求項２記載の工作機械用の回転テーブル装置におけるシール機構（１）。

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