JP2021079453A - 主軸装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮ガスの供給が停止されても液体や異物などの侵入を防止し得る主軸装置を提供する。【解決手段】主軸装置１０は、ハウジング１４の貫通孔１４Ｈの一方の開口を介してハウジング１４の外部に露出する主軸１２から外側に延び、ハウジング１４の端部１４Ｅの外周を囲う囲繞部１８Ａを有し、主軸１２と連動して回転する回転部材１８と、弾性を有し、ハウジング１４の端部１４Ｅの外周と囲繞部１８Ａの内周との間の隙間ＧＰを塞ぐシール部材２０と、を備える。主軸１２の回転時には、主軸１２と連動する回転部材１８の遠心力に応じてシール部材２０が変形して隙間ＧＰが開くことで、貫通孔１４Ｈに流れた圧縮ガスの少なくとも一部が外部に排出される。【選択図】図１

Description

本発明は、主軸装置に関する。

工具を用いて加工対象物を加工する工作機械は、貫通孔を有するハウジングと、ハウジングに対して主軸を回転可能に支持する軸受とを備えた主軸装置を有する。加工対象物を加工する場合、加工部分に対して噴出されるクーラントなどの液体、あるいは、加工により生じた切屑などの異物が、ハウジングの貫通孔に挿通された主軸とハウジングとの隙間から侵入することがある。このため、主軸装置では、クーラントなどの液体、あるいは、切屑などの異物の侵入を防止するためのエアシールを採用する場合がある。

下記の特許文献１では、貫通孔を有するハウジングにおける内周面と、ハウジングの貫通孔内において回転可能に支持される回転軸部材の外周面と、の間に圧縮ガス（圧縮エア）を供給するエアシール構造が開示されている。

特開２０１６−１３７５５８号公報

しかし、加工対象物を加工していない非加工時には圧縮ガスの供給が停止されることが一般的である。上記のエアシール構造では、圧縮ガスの供給が停止された場合、ハウジングにおける内周面と回転軸部材の外周面との間の隙間に液体や異物などが侵入することが懸念される。

そこで、本発明は、圧縮ガスの供給が停止されても液体や異物などの侵入を防止し得る主軸装置を提供することを目的とする。

本発明の態様は、主軸装置であって、
主軸が挿通される貫通孔を有するハウジングと、
前記貫通孔に配置され、前記ハウジングに対して前記主軸を回転可能に支持する軸受と、
前記ハウジングに形成され、外部から供給される圧縮ガスを前記貫通孔に流す流路と、
前記貫通孔の一方の開口を介して前記ハウジングの外部に露出する前記主軸から外側に延び、前記ハウジングの端部の外周を囲う囲繞部を有し、前記主軸と連動して回転する回転部材と、
弾性を有し、前記ハウジングの端部の外周と前記囲繞部の内周との間の隙間を塞ぐシール部材と、
を備え、
前記主軸の回転時には、前記主軸と連動する前記回転部材の遠心力に応じて前記シール部材が変形して前記隙間が開くことで、前記貫通孔に流れた前記圧縮ガスの少なくとも一部が外部に排出される。

本発明の態様によれば、主軸の回転時には隙間から圧縮ガスが排出されることで液体や異物などの侵入が防止され、主軸の非回転時には隙間をシール部材が塞ぐことで液体や異物などの侵入が防止される。この結果、圧縮ガスの供給が停止されても液体や異物などの侵入を防止することができる。

本実施形態の主軸装置を示す断面図である。 図１のシール部材を示す斜視図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。 変形例１のシール部材を示す斜視図である。 変形例２のシール部材を示す斜視図である。 図５のＶＩ−ＶＩ矢視断面図である。

本発明について、好適な実施形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。

〔実施形態〕
図１を用いて、本実施形態の主軸装置１０を説明する。主軸装置１０は、主軸１２、ハウジング１４、軸受１６、回転部材１８、シール部材２０、および、ガス供給源２２を主な構成要素として備える。

主軸１２は、回転可能な軸である。主軸１２は、不図示のモータから伝達される動力に応じて回転する。

ハウジング１４は、主軸１２の一部を収容する部材である。ハウジング１４は、概ね管状に形成され、主軸１２が挿通される貫通孔１４Ｈを有する。貫通孔１４Ｈの所定位置に軸受１６が配置される。

図１の例示のように、ハウジング１４は、第１ハウジング１４Ａと第１ハウジング１４Ａに対して固定される第２ハウジング１４Ｂとに分割されていてもよい。ハウジング１４が第１ハウジング１４Ａと第２ハウジング１４Ｂとに分割される場合、ハウジング１４の貫通孔１４Ｈに軸受１６を配置し易くなる。

また図１の例示のように、ハウジング１４のうち、貫通孔１４Ｈの一方の開口側の端部１４Ｅは、端部１４Ｅ以外の外周面よりも主軸１２側に入り込んでいてもよい。ハウジング１４の端部１４Ｅの外周面が主軸１２側に入り込んでいる場合、ハウジング１４の端部１４Ｅの厚さは、端部１４Ｅ以外の厚さよりも小さい。なお、厚さは、ハウジング１４の外周面と内周面との間の距離を意味する。

ハウジング１４には、外部から供給される圧縮ガスをハウジング１４の貫通孔１４Ｈに流す流路１４ＦＰが形成される。流路１４ＦＰは、ハウジング１４の外部とハウジング１４の内部の貫通孔１４Ｈとを連通する。ハウジング１４の外周面に開口する流路１４ＦＰの開口にはガス供給源２２が連結される。

軸受１６は、ハウジング１４に対して主軸１２を回転可能に支持する部材である。軸受１６は、ハウジング１４の貫通孔１４Ｈに配置される。軸受１６は、主軸１２に固定される内輪１６Ａと、ハウジング１４に固定される外輪１６Ｂとを有する。

回転部材１８は、主軸１２と連動して回転する部材である。回転部材１８は、貫通孔１４Ｈの一方の開口を介してハウジング１４の外部に露出する主軸１２から外側に延び、ハウジング１４の端部１４Ｅの外周を囲う囲繞部１８Ａを有する。

囲繞部１８Ａは、主軸１２からハウジング１４の端部１４Ｅよりも外側に延びる第１部分ＰＴ１と、第１部分ＰＴ１の先端からハウジング１４の端部１４Ｅの外周を囲うように延びる第２部分ＰＴ２とを含む。第１部分ＰＴ１は、円環状であってもよい。第２部分ＰＴ２は、第１部分ＰＴ１から突出する円管状のフランジであってもよい。

図１の例示のように、ハウジング１４の端部１４Ｅの外周面が主軸１２側に入り込んでいる場合、囲繞部１８Ａは、ハウジング１４の端部１４Ｅ以外の外周面よりも主軸１２側に配置されていてもよい。

また図１の例示のように、回転部材１８は、主軸１２が挿通可能な管状の連結部材１８Ｂを有してもよい。管状の連結部材１８Ｂは、軸受１６の内輪１６Ａに一端が固定され、当該内輪１６Ａから貫通孔１４Ｈの一方の開口を介してハウジング１４の外部に延び、囲繞部１８Ａに他端が固定される。なお、連結部材１８Ｂがない場合、囲繞部１８Ａは、貫通孔１４Ｈの一方の開口を介してハウジング１４の外部に露出する主軸１２に固定される。

シール部材２０は、ハウジング１４の端部１４Ｅの外周と回転部材１８の囲繞部１８Ａ（第２部分ＰＴ２）の内周との間の隙間ＧＰを塞ぐ部材である。シール部材２０は、弾性を有し、主軸１２の回転時には、２点鎖線で示すように、主軸１２と連動する回転部材１８の遠心力に応じて隙間ＧＰが開くように変形する。

ガス供給源２２は、圧縮ガスの供給源である。圧縮ガスは、圧縮されたガスを意味する。ガスの具体例として、空気または窒素などが挙げられる。ガス供給源２２は、主軸１２の回転時には圧縮ガスをハウジング１４の流路１４ＦＰに供給し、主軸１２の非回転時には圧縮ガスの供給を停止する。

ガス供給源２２からハウジング１４の流路１４ＦＰに圧縮ガスが供給された場合、圧縮ガスは、流路１４ＦＰを通じてハウジング１４の貫通孔１４Ｈに流入する。図１の例示のように、回転部材１８が囲繞部１８Ａおよび連結部材１８Ｂを有する場合、貫通孔１４Ｈに流入した圧縮ガスは、回転部材１８の連結部材１８Ｂとハウジング１４との隙間を通じて、回転部材１８の囲繞部１８Ａ、および、軸受１６に向かって流れる。回転部材１８が連結部材１８Ｂを有しない場合、貫通孔１４Ｈに流入した圧縮ガスは、主軸１２とハウジング１４との隙間を通じて、回転部材１８の囲繞部１８Ａ、および、軸受１６に向かって流れる。

回転部材１８の囲繞部１８Ａに向かって流れる圧縮ガスは、回転部材１８の囲繞部１８Ａ（第２部分ＰＴ２）の内周と、ハウジング１４の端部１４Ｅの外周との間の隙間ＧＰに流入する。ここで、ハウジング１４の流路１４ＦＰに圧縮ガスが供給されているときには主軸１２が回転している。このため、主軸１２と連動する回転部材１８の回転により生じる遠心力に応じて隙間ＧＰを塞ぐシール部材２０は変形し、当該隙間ＧＰは開いた状態である。したがって、隙間ＧＰに流入した圧縮ガスは、当該隙間ＧＰから外部に排出される。これにより、主軸１２の回転時に、液体や異物などが隙間ＧＰからハウジング１４の内部に侵入することが防止される。

一方、圧縮ガスの供給が停止しているときには主軸１２が回転していない。このため、回転部材１８には遠心力が働かず、隙間ＧＰをシール部材２０が塞いだ状態である。これにより、主軸１２の非回転時に、液体や異物などが隙間ＧＰからハウジング１４の内部に侵入することが防止される。

図２および図３を用いて、本実施形態のシール部材２０をさらに詳しく説明する。シール部材２０は、第１部材２０Ａおよび第２部材２０Ｂを有する。

第１部材２０Ａは、概ね環状に形成される。第１部材２０Ａは、例えば図１に示すように、囲繞部１８Ａの第２部分ＰＴ２の内周面に対して第１部材２０Ａの外周面が接着剤などで接着されることで、回転部材１８に固定される。第１部材２０Ａは、回転部材１８に遠心力が生じても概ね変形しない。

第２部材２０Ｂは、第１部材２０Ａから延び、概ね環状に形成される。第２部材２０Ｂは、第１部材２０Ａと一体に成形されてもよい。第２部材２０Ｂは、図１の実線で示すように、回転部材１８に遠心力が生じていない状態では、ハウジング１４の端部１４Ｅに先端が接する。この状態では、ハウジング１４の端部１４Ｅの外周と、回転部材１８の囲繞部１８Ａ（第２部分ＰＴ２）の内周との間の隙間ＧＰが塞がれる。

一方、第２部材２０Ｂは、図１の２点鎖線で示すように、回転部材１８に遠心力が生じている状態では、ハウジング１４の端部１４Ｅから離れるように変形する。この状態では、ハウジング１４の端部１４Ｅの外周と、回転部材１８の囲繞部１８Ａ（第２部分ＰＴ２）の内周との間の隙間ＧＰが開く。

第２部材２０Ｂは、第１部材２０Ａよりも薄厚に形成され、先端に近づくほど薄厚に形成される。これにより、第２部材２０Ｂは、回転部材１８の遠心力に応じて変形し易くなる。また、第２部材２０Ｂは、図１の実線で示すように、回転部材１８に遠心力が生じていない状態では、隙間ＧＰにおいて圧縮ガスが流れる流方向に対して傾斜し、外部に向かって先端が延びている。これにより、第２部材２０Ｂは、回転部材１８の遠心力に応じて、隙間ＧＰが開くように変形し易くなる。

なお、

〔変形例〕
上記の実施形態は、以下のように変形してもよい。

（変形例１）
図４を用いて、変形例１のシール部材２０を説明する。変形例１では、シール部材２０における第２部材２０Ｂには、環状に形成される第２部材２０Ｂの周方向に間隔をあけて、隙間ＧＰにおいて圧縮ガスが流れる流方向に沿って複数の切り込み部２０Ｎが形成される。これにより、第２部材２０Ｂは、回転部材１８の遠心力に応じて変形し易くなる。また、主軸１２の回転時には隙間ＧＰから圧縮ガスが排出され易くなる。なお、切り込み部２０Ｎの数は１つであってもよい。

（変形例２）
図５および図６を用いて、変形例２のシール部材２０を説明する。変形例２では、シール部材２０は、第１部材２０Ａおよび第２部材２０Ｂに加えて、第３部材２０Ｃを有する。第３部材２０Ｃは、第２部材２０Ｂの先端に設けられ、第２部材２０Ｂの厚さよりも大きい直径の円弧の外形をもつ。回転部材１８に遠心力が生じていない状態では、第３部材２０Ｃがハウジング１４の端部１４Ｅに接することで、隙間ＧＰが塞がれる。一方、回転部材１８に遠心力が生じている状態では、第２部材２０Ｂの変形に応じて第３部材２０Ｃがハウジング１４の端部１４Ｅから離れることで、隙間ＧＰが開く。

シール部材２０は、第２部材２０Ｂの厚さよりも大きい直径の円弧の外形をもつ第３部材２０Ｃを第２部材２０Ｂの先端に有することで、第３部材２０Ｃを有しない場合に比べて、回転部材１８に遠心力が生じていない状態でのシール性を高めることができる。

なお、第３部材２０Ｃは、回転部材１８に遠心力が生じていない状態では、第２部材２０Ｂによりハウジング１４の端部１４Ｅに押し付けられることで、ハウジング１４の端部１４Ｅに対する接触面積が大きくなるように変形してもよい。これにより、回転部材１８に遠心力が生じていない状態でのシール部材２０のシール性を高めることができる。

（変形例３）
上記の実施形態、変形例１または変形例２のシール部材２０において、第１部材２０Ａはなくてもよい。第１部材２０Ａがない場合、第２部材２０Ｂの一端側が回転部材１８の囲繞部１８Ａに固定され、第２部材２０Ｂの他端側がハウジング１４の端部１４Ｅの外周に向かって延びる。

（変形例４）
第２部材２０Ｂは、回転部材１８に遠心力が生じていない状態では、ハウジング１４の端部１４Ｅの外周と、回転部材１８の第２部分ＰＴ２の内周とで囲まれる空間内に位置していた。しかし、第２部材２０Ｂの少なくとも一部は、回転部材１８に遠心力が生じていない状態で、ハウジング１４の端部１４Ｅの外周と、回転部材１８の第２部分ＰＴ２の内周とで囲まれる空間外（ハウジング１４の外部）に位置してもよい。

（変形例５）
上記の実施形態および変形例１〜４は、矛盾の生じない範囲で任意に組み合わされてもよい。

〔発明〕
上記の実施形態および変形例から把握し得る発明を以下に記載する。

本発明は、主軸装置（１０）である。主軸装置（１０）は、主軸（１２）が挿通される貫通孔（１４Ｈ）を有するハウジング（１４）と、貫通孔（１４Ｈ）に配置され、ハウジング（１４）に対して主軸（１２）を回転可能に支持する軸受（１６）と、ハウジング（１４）に形成され、外部から供給される圧縮ガスを貫通孔（１４Ｈ）に流す流路（１４ＦＰ）と、貫通孔（１４Ｈ）の一方の開口を介してハウジング（１４）の外部に露出する主軸（１２）から外側に延び、ハウジング（１４）の端部（１４Ｅ）の外周を囲う囲繞部（１８Ａ）を有し、主軸（１２）と連動して回転する回転部材（１８）と、弾性を有し、ハウジング（１４）の端部（１４Ｅ）の外周と囲繞部（１８Ａ）の内周との間の隙間（ＧＰ）を塞ぐシール部材（２０）と、を備える。主軸（１２）の回転時には、主軸（１２）と連動する回転部材（１８）の遠心力に応じてシール部材（２０）が変形して隙間（ＧＰ）が開くことで、貫通孔（１４Ｈ）に流れた圧縮ガスの少なくとも一部が外部に排出される。

これにより、主軸（１２）の回転時には隙間（ＧＰ）から圧縮ガスが排出されることで液体や異物などの侵入が防止され、主軸（１２）の非回転時には隙間（ＧＰ）をシール部材（２０）が塞ぐことで液体や異物などの侵入が防止される。この結果、圧縮ガスの供給が停止されても液体や異物などの侵入を防止することができる。

シール部材（２０）は、回転部材（１８）に固定される第１部材（２０Ａ）と、第１部材（２０Ａ）から延び、第１部材（２０Ａ）よりも薄厚に形成され、遠心力に応じて変形する第２部材（２０Ｂ）と、を有してもよい。これにより、第２部材（２０Ｂ）は、回転部材（１８）の遠心力に応じて変形し易くなる。

第２部材（２０Ｂ）は、圧縮ガスが流れる流方向に対して傾斜し、外部に向かって先端が延びていてもよい。これにより、第２部材（２０Ｂ）は、回転部材（１８）の遠心力に応じて、隙間（ＧＰ）が開くように変形し易くなる。

第２部材（２０Ｂ）は、先端に近づくほど薄厚に形成されてもよい。これにより、第２部材（２０Ｂ）は、回転部材（１８）の遠心力に応じて変形し易くなる。

第２部材（２０Ｂ）には、圧縮ガスが流れる流方向に沿って切り込み部（２０Ｎ）が形成されてもよい。これにより、第２部材（２０Ｂ）は、回転部材（１８）の遠心力に応じて変形し易くなる。また、主軸（１２）の回転時には隙間（ＧＰ）から圧縮ガスが排出され易くなる。

シール部材（２０）は、第２部材（２０Ｂ）の先端に設けられ、第２部材（２０Ｂ）の厚さよりも大きい直径の円弧の外形をもつ第３部材（２０Ｃ）を有してもよい。これにより、第３部材（２０Ｃ）を有しない場合に比べて、回転部材（１８）に遠心力が生じていない状態でのシール部材（２０）のシール性を高めることができる。

１０…主軸装置 １２…主軸
１４…ハウジング １４ＦＰ…流路
１６…軸受 １８…回転部材
１８Ａ…囲繞部 １８Ｂ…連結部材
２０…シール部材 ２０Ａ…第１部材
２０Ｂ…第２部材 ２０Ｃ…第３部材
２２…ガス供給源

Claims (6)

1. 主軸が挿通される貫通孔を有するハウジングと、
   前記貫通孔に配置され、前記ハウジングに対して前記主軸を回転可能に支持する軸受と、
   前記ハウジングに形成され、外部から供給される圧縮ガスを前記貫通孔に流す流路と、
   前記貫通孔の一方の開口を介して前記ハウジングの外部に露出する前記主軸から外側に延び、前記ハウジングの端部の外周を囲う囲繞部を有し、前記主軸と連動して回転する回転部材と、
   弾性を有し、前記ハウジングの端部の外周と前記囲繞部の内周との間の隙間を塞ぐシール部材と、
   を備え、
   前記主軸の回転時には、前記主軸と連動する前記回転部材の遠心力に応じて前記シール部材が変形して前記隙間が開くことで、前記貫通孔に流れた前記圧縮ガスの少なくとも一部が外部に排出される、主軸装置。
2. 請求項１に記載の主軸装置であって、
   前記シール部材は、
   前記回転部材に固定される第１部材と、
   前記第１部材から延び、前記第１部材よりも薄厚に形成され、前記遠心力に応じて変形する第２部材と、
   を有する、主軸装置。
3. 請求項２に記載の主軸装置であって、
   前記第２部材は、前記圧縮ガスが流れる流方向に対して傾斜し、外部に向かって先端が延びている、主軸装置。
4. 請求項２または３に記載の主軸装置であって、
   前記第２部材は、先端に近づくほど薄厚に形成される、主軸装置。
5. 請求項２〜４のいずれか１項に記載の主軸装置であって、
   前記第２部材には、前記圧縮ガスが流れる流方向に沿って切り込み部が形成される、主軸装置。
6. 請求項２〜５のいずれか１項に記載の主軸装置であって、
   前記シール部材は、前記第２部材の先端に設けられ、前記第２部材の厚さよりも大きい直径の円弧の外形をもつ第３部材を有する、主軸装置。

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