JP3806312B2 - スピンドルスルークーラントにおける主軸保護構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピンドルスルークーラントにおける主軸保護構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
ボール盤やタッピングマシン等の高速回転型の工作機械やマシニングセンタに用いる主軸構造として、主軸の軸心を貫通させて冷却および切粉除去のための加工液を流すスピンドルスルークーラントが知られている。
【0003】
図3、図4、及び図5は従来のスピンドルスルークーラントに利用される主軸構造を簡略化して示す断面図である。
【0004】
図4のスピンドルスルークーラントでは、主軸1に軸方向の貫通孔2を穿設し、主軸1の端部に回転ジョイント3を介して配管4を接続することにより、回転ジョイント3と貫通孔2とを介して配管4からのクーラントを工具5の先端に導くようになっており、回転ジョイント3の部分には、該ジョイント3の内部で溢れたクーラントを外部に排出するためのドレイン配管6が設けられている。
【0005】
このような構造の場合、主軸1は、歯車列7またはベルト等を介してスピンドルモータ8で駆動されるので、動力のロスや主軸1のブレといった問題があり、必ずしも本格的な高速回転には適さない。
【0006】
このような問題を解消すべく提案されたのが図3に示すような主軸構造であり、主軸1の貫通孔2に加えてスピンドルモータ8のロータ軸9にも軸方向の貫通孔10を穿設し、主軸1とロータ軸9をカプラ11を介して直結し、スピンドルモータ8の端部に設けた回転ジョイント取付ハウジング12に取り付けられた回転ジョイント3と貫通孔10および貫通孔2を介して配管4からのクーラントを工具5の先端に導くように構成されている。主軸1がスピンドルモータ8によって直接駆動されるため、動力のロスや主軸1のブレといった問題が解消され、本格的な高速回転に適する。また、回転ジョイント取付ハウジング12には回転ジョイント3から溢れたクーラントを外部に排出するためのドレイン配管6が設けられている。
【0007】
又、図5に示すように、主軸1にスピンドルモータが組み込まれたビルトインモータ部を備えた主軸も開発されている。即ち主軸1をロータ軸とするロータと、主軸を支えるハウジング13にステータを設けモータ部8’を構成する。主軸1のロータ軸に軸方向の貫通孔2を穿設し、主軸1の端部に回転ジョイント3を介して配管4を接続し、配管4からのクーラントを工具5の先端に導く。回転ジョイント3の部分には、該ジョイント3の内部で溢れたクーラントを外部に排出するためのドレイン配管6が設けられている。
【0008】
最近のスピンドルスルークーラントでは、切粉の排出や工具5の刃先の冷却の効率化およびワークの仕上がりの向上等のため、高圧クーラントが主流になっているため、回転ジョイント3の部分に損傷が生じると、瞬時にしてクーラントが大量に漏れ出すといった恐れがあり、図4のような構造のものでは主軸1の周囲にクーラントが進入し、また、図3や図5のような構造のものではスピンドルモータ8、モータ部8’の内部に直接クーラントが進入して、錆や回転異常および電気的な故障等の重大な問題が発生する場合がある。また、工具5の先端にまで正常にクーラントが送られないと工具5やワーク自体に損傷を生じる場合もある。
【0009】
このクーラントの漏れを防止する必要があるが、防水に対する有効な手段である一般的なオイルシールを使用した場合、一般に、主軸は高速回転であるが故に、そのリップ部と回転部との接触摩擦熱によりリップ部温度が上昇し使用範囲を越えることから、一般的なオイルシールを使用していない。そのため、フリンジャ、ラビリンスと呼ばれる軸に固定された非接触式の回転部品のみによる防水構造が採用されている。
【0010】
図6は、特開平11−179631号公報で提案されている防水構造の例である。この例は、図3に示すような主軸構造の場合を示している。
回転ジョイント取付ハウジング12はそのフランジ部14でボルト16によりスピンドルモータ8の上端面に一体的に固定されている。スピンドルモータ8又はハウジング13と回転ジョイント取付ハウジング12とのセンタ合わせは、スピンドルモータ8の上端面に設けられた印ロウ17の外周部と前記フランジ14の内周面との嵌合によって達成されている。
【0011】
回転ジョイント取付ハウジング12の内部は、隔壁18,19により主軸軸方向に3つの気室12a,12b,12cに分割されている。そして、気室12aにはドレイン配管6が接続され、気室12bには予備ドレイン配管27が接続されている。さらに、気室12cには、フリンジャ28が配置され、フリンジャ28はロータ軸9に一体的に取り付けられ、回転の遠心力によってゴミや水分を径方向外側に弾き飛ばす構造となっている。
【0012】
回転ジョイント3は、ロータ軸9の側に取り付けられて該ロータ軸9と一体に回転するニップル状の回転側部材22と、ハウジング12に一体的に取り付けられる固定側部材23とからなり、回転側部材22が、ロータ軸9の貫通孔10の端部に刻設された管用テーパネジに螺合されてロータ軸9に一体に固着される。固定側部材23は、回転側部材22と摺接するソケット部23aを回転ジョイント取付ハウジング12の外側から気室12a内に突入させて、回転ジョイント取付ハウジング12に固着されている。
【0013】
固定側部材23に接続された配管4からクーラントが供給され、は固定側部材23の内部管路、ソケット部23a、回転側部材22の内部を通り、ロータ軸9の貫通孔10に流れ込む。ソケット部23aと回転側部材22との摺接部で漏れたクーラントはドレイン配管6を介して外部に排出される。また、回転側部材22の円筒部外周と摺接する隔壁18の貫通孔の内周に周溝24が刻設され、細孔25、エアパージ配管26を介して外部から圧搾空気等を送り込むことにより気室12a内部の圧力を上げ、気室12a内に漏れ出したクーラントをドレイン配管6から確実に外部に排出するようにしている。
【0014】
さらに、気室12b内にまで進入したクーラントは予備ドレイン配管27から排出され、更に、気室12cまで進入したクーラントは、ロータ軸9に一体的に取り付けられたフリンジャ28によってゴミや水分を径方向外側に弾き飛ばし、ハウジング12の下端部外周面設けられた複数の切欠29からクーラントをハウジング12の外部に排出するように構成されている。また、ドレイン配管6に流量センサ等を設け、クーラントの流量が設定値を越えるとアラームを発生させるようにしている。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、スピンドルスルークーラントにおいては、主軸やロータ軸に設けられた貫通孔にクーラントを注入する回転ジョイント部において漏れたクーラントを、主軸やモータの内部までクーラントが侵入しないようにする方法として、非接触式のフリンジャ、さらにはラビリンスが用いられている。これは主軸は高速回転であることから一般的なオイルシールを使用できないことによる。
【0016】
しかしこのような非接触式のフリンジャやラビリンスでは、クーラント供給部品が破損したときなどに、多量のクーラント漏れが発生したときには対応できず、主軸内部、モータ内部にクーラントが侵入し、主軸の軸受けやモータ巻線の絶縁不良等が発生する恐れがある。
【0017】
そこで、本発明の目的は、このような多量のクーラント漏れにも対応できる主軸保護装置を提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明は、主軸の軸方向に穿設された貫通孔若しくは主軸と軸が連結され該軸及び主軸の軸方向に穿設され連通する貫通孔にクーラントを通すスピンドルスルークーラントを備えた主軸構造において、主軸若しくは該主軸に連結された軸の軸端に設けたハウジングにクーラント供給部とドレイン配管とを配設し、前記貫通孔にクーラントを供給すると共に、前記クーラント供給部から漏出したクーラントを前記ドレイン配管から排出するようにしたスピンドルクーラントを備えた主軸保護構造であって、前記ハウジング内に延出された前記主軸若しくは該主軸に連結された軸の外周に弾性を有したシール部材を設け、該シール部材は、ハウジング内の圧力に応じてシール部材のリップが軸外周面方向に移動可能に配置され、前記クーラント供給部から漏出した前記ハウジング内のクーラントが少量で圧力が発生しない場合は、シール性が無く、クーラント圧力が増加変動するとシール性も増加するように構成されていることを特徴とするものである。前記主軸構造は、前記主軸を伝動手段を介してモータで駆動する主軸構造、主軸構造内にモータがビルトインされている主軸構造又は主軸とモータのロータ軸が連結され、該ロータ軸の軸線方向に穿設された貫通孔及び前記主軸の貫通孔を介してクーラントが供給される主軸構造のいずれでもよいものである。
【0019】
又、前記ハウジングは1つ乃至複数の室から構成され、いずれかの室乃至複数の室に対して、前記ドレイン配管やシール部材を配置する。さらに、前記ハウジング内には、前記シール部材に加えてフリンジャ、ラビリンスなどの第2のシール手段を設ける。又、前記シール部材は、前記クーラント供給部から漏出したクーラントの圧力によって軸側に押し付けられるようなものを選択する。
【0020】
【発明の実施の形態】
本発明のスピンドルスルークーラントにおける主軸保護構造は、図3に示すような、主軸1とスピンドルモータ8のロータ軸9を連結し、主軸1の貫通孔2、ロータ軸9の貫通孔10を介してクーラントを工具5の先端から噴射させる主軸構造のもの、図4に示すような、主軸1を歯車列7またはベルト等の伝動機構を介して駆動し、主軸1の貫通孔2に一端よりクーラントを注入する主軸構造のもの、さらには図5に示すような、モータがビルトインした主軸機構に適用するものである。これらの主軸機構において、多量のクーラント漏れに対応するように、固定部材から回転部材へクーラントを供給する部分の構造に特徴を有するもので、図1は、本発明のこの主軸保護構造における一実施形態の要部構成図である。
【0021】
この実施形態は、図3に示すスピンドルモータ8のロータ軸9と主軸1とを連結し、ロータ軸9の一端より、クーラントを供給するタイプの主軸構造の例を示している。
回転ジョイント取付ハウジング30は、スピンドルモータ8のハウジング40(図4,図5の例であるとこのハウジングは主軸を取り付けるハウジングとなる)にボルト36等で固着されている。回転ジョイント3は、従来例と同様に、ロータ軸9(図4,図5の例であるとこの軸は主軸となる)の側に取り付けられて該ロータ軸9と一体に回転するニップル状の回転側部材22と、ハウジング30に一体的に取り付けられる固定側部材23とからなり、回転側部材22が、ロータ軸9の貫通孔10の端部に刻設された管用テーパネジに螺合されてロータ軸9に一体に固着される。
【0022】
固定側部材23は、回転側部材22と摺接するソケット部23aを回転ジョイント取付ハウジング30の外側から気室31内に突入させて、回転ジョイント取付ハウジング30に固着されている。
【0023】
回転ジョイント取付ハウジング30の内部は、隔壁38により主軸軸方向に2つの気室31,32に分割されている。そして、気室31にはドレイン配管35a、35bが接続されている。さらに、気室32には、フリンジャ33が配置され、フリンジャ33はロータ軸9に一体的に取り付けられ、回転の遠心力によってゴミや水分を径方向外側に弾き飛ばす構造となっている。又、回転ジョイント取付ハウジング30のこの気室32の部分には、切り欠き39が設けられ、フリンジャ33で弾き飛ばされたゴミやクーラントを外部に排出するようになっている。
【0024】
隔壁38には、ロータ軸(又は主軸)9が貫通する孔を有し、該孔の部分には、シール部材34設けられている。このシール部材34としては、一般的なオイルシールよりも温度上昇が少ない、弾性力のあるダスト用オイルシールを使用している。
【0025】
配管4から供給されるクーラントは固定側部材23の内部管路を通り、ソケット部23aから回転側部材22の内部管路に導かれ、該内部管路を介してロータ軸9の貫通孔10を通り、さらに主軸の貫通孔2を通り工具5の先端より噴出される。この際、クーラントが回転ジョイント3の固定側部材23から回転側部材22に移動する際に、この部分で漏れが発生した場合、この漏れクーラントは気室31に接続されたドレイン配管35a、35bより排出される。
【0026】
さらにシール部材34の部分より漏れて気室32内に侵入したクーラントは、フリンジャ33で弾き飛ばされて、切り欠き39より外部に排出される。
以上が、通常のクーラント排出動作である。この点、図2を用いてさらに詳しく説明する。
図2は、シール部材34の作用の説明図である。ロータ軸9と隔壁38間には、シール部材34が配置されており、図2(a)はこのシール部材34が新しく取り付けられた使用開始時の状態を示している。このシール部材34は締め代がないかもしくは締め代が小さいものとしている。そのため、シール部材34のリップ34aは、ロータ軸9に軽く接触している。使用を続けていくと、主軸1即ちロータ軸9の高速回転により、シール部材34のリップ34aが摩耗し、このリップ34aとロータ軸9間に微少な隙間が図2(b)に示すように発生する。
【0027】
この隙間から、クーラントが漏れ気室32内に侵入しても、前述したようにクーラントはフリンジャ33で弾き飛ばされて、回転ジョイント取付ハウジング30に設けられた切り欠き39より外部に排出される。
【0028】
しかし、回転ジョイント3等のクーラント供給部品が故障するなどの何らかの原因により、多量のクーラントの漏れが発生し、ドレイン配管35a、35bより排出されるよりも、この漏れクーラント量が多い場合には、上記シール部材34のリップ34aとロータ軸9の隙間を通り、多量のクーラントが気室32に侵入する。この侵入量が多いことにより、クーラントをフリンジャ33で完全に弾き飛ばすことができず、この漏れクーラントがスピンドルモータ内部や、主軸内部に侵入する可能性がある。
【0029】
しかしながら、本発明においては、図2(c)に示すように、多量の漏れクーラントが発生した時には、気室31内の圧力Pが上昇し、この圧力Pによって、弾性力のあるシール部材34は押し拡げられ、そのリップ34aをロータ軸9に押し付けることになる。これにより、クーラントの気室32への侵入は減少し、若しくはなくなり、フリンジャ33によるクーラントの排出を完全にして、クーラントのスピンドルモータ内部や主軸内部への侵入を防止することができる。
【0030】
又、このような多量のクーラントの漏れが発生した場合には、従来と同様に、例えば、ドレイン配管35a、35bに流量センサ等を配設し、クーラントの流量が設定値を越えるとアラームを発生させるようにして、この多量の漏れを検出しアラームを発生させて、加工、クーラントの供給を停止させるようにすればよい。多量のクーラント漏れが発生したとき、上記シール部材34でクーラントの主軸やスピンドルモータ内部への侵入を一時的に阻止し、その阻止している間に、加工を停止し、クーラントの供給を停止して主軸やスピンドルモータを保護するものである。
【0031】
なお上記実施形態では、回転ジョイント取付ハウジング12を区切り2つの室を形成したが、さらに区切りを多くし、さらに多くの室を形成してもよい。この場合、いずれかの室又は複数の室に対して、前記ドレイン配管及び/又はシール部材を配設するようにする。
【0032】
又、上記は実施形態では、非接触式の防水構造として、フリンジャを用いたが、このフリンジャに代えてラビリンスを用いてもよい。
【0033】
【発明の効果】
本発明は、スピンドルスルークーラントにおいて、主軸及び該主軸に連結されたスピンドルモータのロータ軸に設けられている貫通孔にクーラントを外部から注入させる際に、この外部の固定部材と高速回転する主軸ロータ軸間でクーラントの漏れが多量に発生したときに、シール部材によって自動的にクーラントの主軸内部さらにはスピンドルモータ内部への侵入を防止することにより、主軸さらにはスピンドルモータを保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態における回転ジョイント取付部の要部構造を示す図である。
【図2】同実施形態におけるシール部材の作用の説明図である。
【図3】本発明が適用されるスピンドルスルークーラントの主軸構造の例で、主軸とスピンドルモータのロータ軸が連結された構造の例を示す図である。
【図4】本発明が適用されるスピンドルスルークーラントの主軸構造の例で、主軸がスピンドルモータにより伝動手段を介して駆動される構造の例を示す図である。
【図5】本発明が適用されるスピンドルスルークーラントの主軸構造の例で、主軸内にスピンドルモータがビルトインされている構造の例を示す図である。
【図6】従来のスピンドルスルークーラントの主軸構造における回転ジョイント取付部の要部構造を示す図である。
【符号の説明】
1 主軸
2 貫通孔
3 回転ジョイント
4 配管
5 工具
6、35a、35b ドレイン配管
7 歯車列
8 スピンドルモータ
9 ロータ軸
10 貫通孔
12、30 回転ジョイント取付ハウジング
31、32 気室
34 シール部材
36 ボルト
18、19、38 隔壁
22 回転側部材
23 固定側部材
28、33 フリンジャ
29、39 切り欠き
40 スピンドルモータハウジング
Claims (5)
- 主軸の軸方向に穿設された貫通孔若しくは主軸と軸が連結され該軸及び主軸の軸方向に夫々穿設され連通する貫通孔にクーラントを通すスピンドルスルークーラントを備えた主軸構造において、主軸若しくは該主軸に連結された軸の軸端に設けたハウジングにクーラント供給部とドレイン配管とを配設し、前記貫通孔にクーラントを供給すると共に、前記クーラント供給部から漏出したクーラントを前記ドレイン配管から排出するようにしたスピンドルクーラントを備えた主軸保護構造であって、前記ハウジング内に延出された前記主軸若しくは該主軸に連結された軸の外周に弾性を有したシール部材を設け、該シール部材は、ハウジング内の圧力に応じてシール部材のリップが軸外周面方向に移動可能に配置され、前記クーラント供給部から漏出した前記ハウジング内のクーラントが少量で圧力が発生しない場合は、シール性が無く、クーラント圧力が増加変動するとシール性も増加するように構成されていることを特徴とする主軸保護構造。
- 前記主軸構造は、前記主軸を伝動手段を介してモータで駆動する主軸構造、主軸構造内にモータがビルトインされている主軸構造又は主軸とモータのロータ軸が連結され、該ロータ軸の軸線方向に穿設された貫通孔及び前記主軸の貫通孔を介してクーラントが供給される主軸構造のいずれかである請求項1記載の主軸構造。
- 前記ハウジングは1つ乃至複数の室から構成され、いずれかの室乃至複数の室に対して、前記ドレイン配管や前記シール部材が配されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の主軸保護構造。
- 前記ハウジング内には、前記シール部材に加えてフリンジャ、ラビリンスなどの第2のシール手段が施されている請求項1、請求項2又は請求項3に記載の主軸保護構造。
- 前記シール部材は、前記クーラント供給部から漏出したクーラントの圧力によってシール部材が軸側に押し付けられることを特徴とする請求項1乃至4の内いずれか1項に記載の主軸保護構造。
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