JP3100256B2 - 放電加工機の主軸シール装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、加工液中における加
工電極とワークとの間の放電により、ワークを加工電極
に倣う形状に加工する放電加工機に関するもので、特に
加工電極を回転させつつ加工を行う際に加工電極とワー
クとの間へ加工液を供給する手段を備えた主軸のシール
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】放電加工機においては、加工電極とワー
クとの間の狭い間隙における放電によって加工が行われ
るため、この間隙内の加工液を流動させることにより、
加工により生じた加工屑や気泡を加工間隙から排除する
ことが必要になる。この加工間隙の加工液を流動させる
手段として、従来加工間隙に向けてノズルから加工液を
噴出する構造、加工電極の先端から加工液を噴出する構
造、ワークに設けた小孔から加工液を吸引する構造な
ど、種々の構造が提唱されている。

【０００３】放電加工は、加工電極としてワイヤを用い
るもの、加工電極を回転させずに加工を行うものおよび
加工電極を回転させながら加工を行うものに分類され
る。加工電極を回転させながら行う加工は、主として深
孔加工などに用いられるが、孔加工をする際に加工液や
切削液を工具に設けた供給孔を通して工具先端から供給
することは常套手段であり（たとえば特開昭６１−２０
３２２５号、特開平３−６０９３０号、特開平１−１４
６６３９号、実開昭６０−１７９３３号参照）、この場
合には回転する主軸工具（加工電極）に固定側から加工
液を供給する必要がある。

【０００４】前記特開昭６１−２０３２２５号公報に開
示された構造では、固定側部材から回転体に加工液を供
給する部分において、回転体と固定側部材との間の隙間
から加工液が漏出するのを許容する構造としているが、
特開平１−１４６６３９号公報および実開昭６０−１７
９３３号公報などに開示されている構造では、固定部材
と回転体との間にシール装置を設けて加工液の漏出を防
止する構造となっている。通常固定部材と回転体との間
のシール装置としては、回転数が比較的低いときには弾
性体で形成した断面Ｕ形やＬ形のシールリングが用いら
れ、回転数が高いときにはメカニカルシールやラビリン
スシールが用いられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】加工電極とワークとの
間の加工間隙に加工液を効率良く循環させるには、主軸
を収容するハウジング等の固定側部材から回転主軸に加
工液を供給する部分における加工液の漏出を防止する構
造を採用することが望ましい。しかし放電加工機におい
ては、加工時に加工電極の先端から加工液を供給しなが
ら行う加工と、加工電極から加工液を供給しないで他の
手段により加工間隙の加工液を流動させる加工とがあ
り、また供給される加工液に細かな切削屑が混入してい
る可能性も大きいため、通常用いられているシール装置
をそのまま用いることは困難である。

【０００６】すなわち加工電極から加工液を噴流しない
ときは、主軸等への回転体への加工液の供給は当然不要
になるが、このときに通常のメカニカルシールのように
シール装置のシール部材相互が当接したままであると、
シール部材の摩耗が激しく焼き付き等のおそれがあり、
また加工液に含まれる加工屑によるシール部材の損傷も
大きい。一方、加工液を噴流するときにシールが非接触
のラビリンスシールでは、液封効果が充分でなく、漏出
量を少なくしようとするとシール装置が大きくなり、ま
た高い加工精度も必要とする。

【０００７】この発明は上記の問題に鑑み、放電加工機
の回転する加工電極に加工液を供給するのに特に好適な
主軸シール装置を得ることを課題としてなされたもので
あり、主軸ハウジング等の固定側部材から主軸等の回転
体へ加工液を供給する部分における加工液の漏出を有効
に防止するとともに、加工液を供給しないときにはシー
ル部材が非接触状態となるシール装置を備えた主軸シー
ル装置を提供することを課題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る放電加工機
の主軸シール装置は、先端に交換可能に装着される加工
電極から加工液を供給可能にするための加工液の供給孔
を備えた、回転可能な主軸を有する放電加工機の主軸シ
ール装置において、主軸１を収容する主軸ハウジング２
側に固定された加工液供給部１５を含む筒体状のシール
ホルダ９と、該シールホルダ９の両端部に国定されて前
記主軸１が遊隙をもって貫通するように配されたディス
ク状の２つのシールプレート１６と、前記主軸１と前記
シールホルダ９と前記シールプレート１６とによって区
画され、加工液が供給される時には加工液が充満するシ
ールリング収容部１７と、前記シールリング収容部１７
内で、加工液が供給されるときには前記シールプレート
１６の方に移動するとともに前記主軸１に密着するよう
に縮径変形する２つのシールリング１８とを含み、さら
に、前記シールリング１８には、前記シールリング収容
部１７に加工液が供給されるときには閉鎖し、加工液が
供給されないときには開口するスリット２６が形成され
ていることを特徴とするものである。

【０００９】上記シールリング１８のスリット２６は、
主軸１の軸線に対して斜めに設けることができる。この
場合のスリット２６の傾斜方向は、加工液供給部１５側
が主軸１の回転方向の前進側で、シールプレート１６側
が後退側となる方向にする。

【００１０】

【作用】加工電極から加工液を噴流しないときは、加工
液供給部１５には加圧流体が供給されておらず、従って
シールリング１８には加圧力が作用しない。このときシ
ールリング１８の内径は主軸１の外径より若干大きく、
従ってシールリング１８は主軸１の周面から離れ、固定
側部材９またはシールプレート１６で支持されて静止し
ている。すなわち主軸１は固定側部材９、シールプレー
ト１６やシールリング１８とは接触しておらず、主軸１
の非接触状態での自由な回転が保証されている。

【００１１】加工液を加工電極から噴流しながら加工を
行うときは、図示しない加工液循環ポンプから配管１２
を通して固定側部材（実施例のシールホルダ）により形
成された加工液供給部１５に加工液が供給され、主軸１
に穿設した半径方向孔２２および軸方向孔２３を経て、
さらに電極チャック２４を通って図示しない加工電極の
先端から噴流される。

【００１２】加工液Ｅの供給を開始した直後の状態にお
いては、シールリング１８と主軸１が離隔した状態とな
っているので、加工液Ｅはその間の間隙２７を通って加
工液供給部１５から大気開放部２８へと流出する。加工
液Ｅが間隙２７を流動する際の圧力勾配により、シール
リング１８の加工液供給部側の端面に働く圧力が大気開
放部２８側の端面に働く圧力よりも大きくなるため、シ
ールリング１８はシールプレート１６側に向けて付勢さ
れ、シールプレート１６に接触する。シールリング１８
がシールプレート１６に接近ないし接触すると、シール
リング１８の背面（外径側）に流れこんだ加工液Ｅが流
出できなくなるため、シールリング１８の背面の圧力が
上がり、間隙２７側の圧力との圧力差によりシールリン
グ１８は縮径され、シールリング１８の内径面が主軸１
の外周に密着状態で押しつけられる。シールリング１８
のスリット２６はシールリング１８が主軸１に密着した
ときにスリット２６も丁度閉鎖されるような幅で設けて
おくのが望ましい。

【００１３】このようにしてシールリング１８が主軸１
の外径とシールプレート１６との両者に密着したとき、
シールリング１８は主軸１にＰ×Ａｏの力で押しつけら
れ、シールプレート１６にＰ×Ａｅの力で押しつけられ
る。ここでＰは加工液供給部１５における液圧であり、
Ａｏはシールリング１８の外周面の面積、Ａｅはシール
リング１８の端面の面積である。シールリング１８と主
軸１との間の摩擦係数をμｏ、シールプレート１６との
間の摩擦係数をμｅとして、通常ＡｏはＡｅより大きく
かつμｏとμｅは大差がないから、μｏ×Ａｏがμｅ×
Ａｅより大きくなり、シールプレート１６からシールリ
ング１８に作用する摩擦力より主軸１から作用する摩擦
力の方が大きく、従ってシールリング１８は主軸１の外
周に張りついた状態でともに回転し、シールリング１８
とシールプレート１６との間が摺動液封面となる。従っ
て摺動面の摩耗はシールリング１８とシールプレート１
６との間で起こることになり、主軸１の摩耗は防止でき
る。液封が不完全になったときは、シールプレート１６
とシールリング１８とを交換してやればよい。加工電極
からの加工液の噴流はこのように固定側部材９と回転体
１との間での加工液の漏出を封止した状態で行われるこ
ととなる。

【００１４】シールリングのスリット２６を斜めに設け
た構造においては、シールリング１８が液封状態となっ
たときにシールリング１８の加工液供給部１５側の端面
に作用する力がスリット２６を密閉する方向の分力を生
ずるから、スリット２６の閉鎖がより完全に行われると
ともに、シールリング１８の外周面に作用する液圧がス
リット２６によって三角形状になった部分を主軸１の周
面に巻きつけるように押接するから、シールリング１８
の内面と主軸１との密着もより完全にできる。また斜め
にしたスリット２６の傾斜方向をシールプレート１６側
が主軸回転方向の後退側となるように傾斜させることに
より、スリット２６の端部においてシールリング１８が
シールプレート１６に食い込むような方向で摺接するの
を避けることができる。

【００１５】

【実施例】次に図面に示す実施例について説明する。図
１および図２において主軸１は、主軸ハウジング２に固
定した絶縁スリーブ３との間に装着された軸受４、４で
自由回転可能に軸支されており、図２の上方に設けた図
示されていない回転駆動装置に連結されている。主軸１
の上端には図示省略したカップ状の集電リングが固定さ
れており、主軸ハウジング２に絶縁体を介して装着され
た図示省略した給電ブラシから加工電流が供給されてい
る。絶縁スリーブ３の下端には繋ぎ部材７を介してブラ
ケットリング８が固定され、このブラケットリングにシ
ールホルダ９が嵌着されている。ブラケットリング８に
はその１箇所に半径方向の通液孔１０が設けられ、この
通液孔１０はシールホルダ９に設けた半径方向の孔１１
を介してシールホルダ９の中央部分に開口している。通
液孔１０の外周端は、図示しない主軸シール装置に接続
される配管１２に接続されている。

【００１６】次に図３を参照してシールホルダ９の装着
部分の詳細を説明する。シールホルダ９はその内径中央
部分に突出する鍔１４を有しており、この鍔１４に前記
通液孔１０に連通する加工液供給部１５が形成されてい
る。鍔１４の上下の空間は、シールリング収容部１７と
され、その端部はディスク状のシールプレート１６で閉
鎖されている。シールリング収容部１７には断面矩形の
テフロン製のシールリング１８が若干軸方向に遊動可能
にかつその背後（外周側）に空間を残した状態で収容さ
れている。上下のシールプレート１６、１６およびシー
ルホルダ９はネジ１９で押えプレート２０と一体化さ
れ、押えプレート２０をブラケットリング８に固定する
ことにより、ブラケットリング８に装着されてその内周
が主軸１の外周と対向している。

【００１７】主軸１には、加工液供給部１５に対向する
位置に開口する半径方向孔２２が穿設され、かつその軸
心に半径方向孔２２に連通して主軸先端に開口する軸方
向孔２３が穿設されており、この軸方向孔２３は、主軸
１の先端に装着される電極チャック２４およびこの電極
チャックに固定される図示されていない加工電極に設け
た通液孔を経て加工電極の先端部に開口している。

【００１８】シールリング１８、１８の円周１箇所に
は、図５に模式的に示すように斜めにスリット２６が設
けられている。このスリット２６の傾斜方向は、主軸１
の回転方向を矢印Ｘで示したとき、スリット２６の加工
液供給部１５側が主軸回転方向の前進側に、シールプレ
ート１６側が主軸回転方向の後退側になる方向である。
シールリング１８の断面形状は図６に示すようにその厚
さＴより軸方向長さＬが大きな矩形であり、従ってシー
ルリング１８の外周面の面積Ａｏは端面の面積Ａｅより
大きい。一方、シールリング１８と主軸１との摩擦係数
μｏと、シールリング１８とシールプレート１６との摩
擦係数μｅとは、大差がないので、シールリング１８を
上記断面とすることにより、μｏ×Ａｏがμｅ×Ａｅよ
り大きいという条件が満足される。

【００１９】次に図３に基いてシールリング１８の挙動
とシール作用について説明する。図３（ａ）は加工電極
から加工液を噴流しない状態を示したもので、シールリ
ング１８、１８は自身の弾力によって初期寸法状態、す
なわち内径が主軸１の外径より大きくなった状態となっ
ており、シールリング１８と主軸１とは非接触状態であ
る。従って主軸１が回転してもシール部での摩耗や発熱
は生じない。

【００２０】図３（ｂ）は加工電極からの加工液の噴流
を開始した直後の状態を示す。加工液Ｅは、主軸１に設
けた孔２２、２３を通って加工電極の先端に導かれると
ともに、主軸１とシールリング１８との間の間隙２７を
通って大気開放部２８にも漏出する。更に加工液はシー
ルリング１８と鍔１４との間の間隙を通ってシールリン
グ１８の背面へも導かれる。そしてシールリング１８と
主軸１との間を通る流れの流体抵抗により、間隙２７の
入口と出口で静圧差が生じ、その静圧差によりシールリ
ング１８はシールプレート１６側に押しつけられ、かつ
これによって、ベルヌーイの定理により、シールリング
１８の背面の圧力が間隙２７の圧力より高くなり、シー
ルリング１８が縮径して主軸１の外周に押しつけられ
る。

【００２１】図３（ｃ）は加工電極から加工液を噴流し
ながら主軸を回転しているときの状態を示したものであ
る。シールリング１８、１８は、その背面に作用する流
体圧によって主軸１の外周に張りついた状態となって主
軸１と一体となって回転しており、その端面がシールプ
レート１６に押しつけられて、シールリング１８とシー
ルプレート１６との接触部で滑りながら、主軸１および
シールリング１８が回転する。従って加工液供給部１５
の加工液はほぼその全量が加工電極へと供給される。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したこの発明によれば、放電加
工機の主軸および主軸先端に装着された加工電極を通し
て、加工電極とワークとの間の加工間隙に加工液を効率
良く供給することができ、固定側部材と回転体との間の
加工液の漏出が防止され、従って加工電極の先端から高
い圧力の加工液を噴流できるから、加工間隙の切削屑等
を効率良く除去できる。さらに主軸への加工液供給部の
シール部分は、液圧のバランスを利用して、加工液を供
給するときのみシールリングを主軸と一体化してメカニ
カルシールと同様にシールリングの端面で加工液を封止
する構造としたので、封止効果が高くかつメンテナンス
が容易であるとともに、加工液の非供給時にはシールリ
ングと主軸とが非接触状態となって摺動接触面を形成し
ないので、シール部材の無用な摩耗を防止することがで
き、特に加工電極から加工液の噴流が行われたり行われ
なかったりする放電加工機における加工液の供給装置と
して極めて好適であるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す要部の拡大断面図

【図２】電極チャックを含んで示す主軸ヘッドの断面図

【図３】シール作用を示す模式図

【図４】回転シール部分の斜視図

【図５】シールリングのスリットを示す模式的な斜視図

【図６】シールリングの断面を示す図

【符号の説明】

１ 主軸 ９ シールホルダ 15 加工液供給部 16 シールプレート 18 シールリング 22 半径方向孔 23 軸方向孔 24 電極チャック 26 スリット 28 大気開放部 Ａｏ シールリングの外周面の面積 Ａｅ シールリングの端面の面積 μｏ 主軸の摩擦係数 μｅ シールプレートとの摩擦係数

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端に交換可能に装着される加工電極か
   ら加工液を供給可能にするための加工液の供給孔を備え
   た、回転可能な主軸を有する放電加工機の主軸シール装
   置において、 主軸(1)を収容する主軸ハウジング(2)側に固定された加
   工液供給部(15)を含む筒体状のシールホルダ(9)と、 該シールホルダ(9)の両端部に固定されて前記主軸(1)が
   遊隙をもって貫通するように配されたディスク状の２つ
   のシールプレート(16)と、 前記主軸(1)と前記シールホルダ(9)と前記シールプレー
   ト(16)とによって区画され、加工液が供給される時には
   加工液が充満するシールリング収容部(17)と、 前記シールリング収容部(17)内で、加工液が供給される
   ときには前記シールプレート(16)の方に移動するととも
   に前記主軸(1)に密着するように縮径変形する２つのシ
   ールリング(18)とを含み、 さらに、前記シールリング(18)には、前記シールリング
   収容部(17)に加工液が供給されるときには閉鎖し、加工
   液が供給されないときには開口するスリット(26)が形成
   されていることを特徴とする、 放電加工機の主軸シール装置。
2. 【請求項２】 前記シールリング(18)の前記スリット(2
   6)が軸線に対して斜めに設けられており、その傾斜方向
   は前記加工液供給部(15)側が前記主軸(1)の回転方向の
   前進側であり、前記シールプレート(16)側が後退側であ
   る、請求項１記載の放電加工機の主軸シール装置。