JP6867363B2 - シール構造 - Google Patents

Description

本発明は、第１部材と第２部材との間を液体によりシールするシール構造に関する。

工作機械では、ワークの加工時に使用されるクーラント液や加工時に発生する切粉などがフレームの内部に侵入するのを防ぐエアシールが採用される場合がある。例えば、下記の特許文献１では、シャフトなどの回転部周辺に配置された気体供給口にエアシール用の気体を供給する気体供給手段と、エアシール用の気体の供給量を制御する気体供給量制御手段とを備えた工作機械が開示されている。

特開２０１５−１６５２８号公報

しかし、上記特許文献１の工作機械では、エアシール用の気体を生成するコンプレッサや、その気体を回転部周辺に供給するための部材などが必要となり、部品点数が多くなる傾向にある。

そこで、本発明は、簡易にシールし得るシール構造を提供することを目的とする。

本発明の態様は、シール構造であって、重力が働く重力方向に沿って延びる第１面を有する第１部材と、前記第１面に対向し、前記重力方向に沿って延びる第２面を有する第２部材と、前記第１部材の前記第１面側に設けられ、前記第１面と前記第２面との間に圧縮液体を供給する静圧軸受と、前記第１面と前記第２面との間に連通され、前記静圧軸受よりも前記重力方向に配置される隙間を有し、前記隙間に液体が表面張力により保持されるシール部と、を備える。

本発明によれば、シール部の隙間に保持される液体でその隙間がシールされるため、エアシールの場合に比べて、エアシール用の気体を生成するコンプレッサや、その気体を回転部周辺に供給するための部材などを要することなく、簡易にシールすることができる。

シール構造を示す模式図である。 図１の一部を拡大して示す図である。 変形例１のシール構造を示す模式図である。

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

〔実施の形態〕
図１はシール構造１０を示す模式図であり、図２は図１の一部を拡大して示す図である。シール構造１０は、工作機械などに用いられる。本実施の形態では、シール構造１０は、工作機械に用いられるものとする。このシール構造１０は、第１部材１２、第２部材１４、静圧軸受１６およびシール部１８を有する。

第１部材１２は、主軸２０を支持するためのベースとなる部材である。主軸２０は、水平方向に沿って第１部材１２を挿通しており、第１部材１２に設けられた不図示のラジアル軸受により回転可能に支持される。なお、ラジアル軸受は、静圧軸受であってもよい。

第１部材１２は、重力方向に沿って延びる第１面１２Ａを有する。重力方向は、重力が働く方向であり、本実施の形態では第１面１２Ａは第１部材１２の端面である。第１部材１２は、静圧軸受１６を配置するための凹部１２Ｂを第１面１２Ａ側に有する。

第２部材１４は、主軸２０を中心に回転する回転体であり、シール構造１０の主軸２０の一端に固定される。したがって、第２部材１４は、主軸２０の回転に連動して回転する。第２部材１４は、第１面１２Ａに対向し、重力方向に沿って延びる第２面１４Ａを有する。この第２面１４Ａ側に主軸２０の一端が取り付けられる。

静圧軸受１６は、第１部材１２の凹部１２Ｂに設けられており、不図示の供給源から供給される圧縮液体を第１面１２Ａと第２面１４Ａとの間に供給することで、主軸２０のスラスト荷重を支える。なお、圧縮液体は、圧縮された液体である。圧縮液体の液体として、具体的にはオイルなどが挙げられる。

第１面１２Ａと第２面１４Ａとの間に導かれた圧縮液体は、静圧軸受１６を介して、第１部材１２の凹部１２Ｂの底面側に設けられた排出口ＶＴに流入し、第１部材１２に形成された排出流路２２を介して外部に排出される。なお、排出口ＶＴは、凹部１２Ｂの側面側に設けられていてもよく、第１面１２Ａに設けられていてもよい。要するに、第１部材１２が、シール部１８よりも重力方向とは逆側に排出口ＶＴを有していればよい。

シール部１８は、第１面１２Ａと第２面１４Ａとの間と連通し、静圧軸受１６よりも重力方向に設けられる隙間ＣＬを有する。本実施の形態では、静圧軸受１６は、主軸２０よりも下側（重力方向）と上側（重力方向と逆側）とのそれぞれに設けられているが、シール部１８の隙間ＣＬは、複数の静圧軸受１６のうち最も下側の静圧軸受１６よりも重力方向に設けられる。

この隙間ＣＬは、第１部材１２と第２部材１４とによって形成される。なお、隙間ＣＬは、第１部材１２の第１面１２Ａ上に設けられた被膜などの部材と第２部材１４とにより形成されていてもよく、第２部材１４の第２面１４Ａ上に設けられた被膜などの部材と第１部材１２とにより形成されていてもよい。また、隙間ＣＬは、第１部材１２の第１面１２Ａ上に設けられた被膜などの部材と、第２部材１４の第２面１４Ａ上に設けられた被膜などの部材とにより形成されていてもよい。換言すると、シール部１８の隙間ＣＬは、第１面１２Ａと第２面１４Ａとの間の隙間と同じであってもよく、当該隙間よりも小さくてもよい。

シール部１８の隙間ＣＬには液体ＬＱが表面張力により保持される。この液体ＬＱとしては、具体的にはオイルが挙げられる。隙間ＣＬに保持される液体ＬＱと、静圧軸受１６により導かれる圧縮液体の液体とは、同じであっても異なっていてもよい。

このようにシール部１８では、シール部１８の隙間ＣＬに保持される液体ＬＱでその隙間ＣＬがシールされる。したがって、エアシールの場合に比べて、エアシール用の気体を生成するコンプレッサや、その気体を回転部周辺に供給するための部材などを要することなく、簡易にシールすることができる。

ここで、シール部１８の隙間ＣＬは静圧軸受１６よりも重力方向に設けられているため、静圧軸受１６からの圧縮液体の供給が停止されているときには、その隙間ＣＬに保持される液体ＬＱ上に圧縮液体が停滞する場合がある。この場合、液体ＬＱには圧縮液体の重量に相当する圧力が加わることになる。本実施の形態のシール部１８は、隙間ＣＬに保持される液体ＬＱ上に圧縮液体が停滞してもその液体ＬＱが保持される隙間ＣＬに設定される。これにより、シール部１８の隙間ＣＬに液体ＬＱをより長く保持させることができ、シール性を高めることができる。なお、シール部１８の隙間ＣＬは、具体的には、０．１ｍｍ以下とされることが好ましい。

一方、静圧軸受１６から第１面１２Ａと第２面１４Ａとの間に圧縮液体が供給されているときには、その圧縮液体は上記のように排出口ＶＴから排出流路２２を介して外部に排出される。つまり、第１部材１２は、第１面１２Ａと第２面１４Ａとの間に供給された圧縮液体が流入する排出口ＶＴを有していることで、圧縮液体の圧縮圧力がシール部１８に加わることを抑制することができる。したがって、シール部１８の隙間ＣＬに液体ＬＱをより長く保持させることができ、シール性を高めることができる。

〔変形例〕
以上、本発明の一例として上記実施の形態が説明されたが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることはもちろんである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

図３は、変形例のシール構造１０を示す模式図である。なお、上記実施の形態において説明した構成と同等の構成については同一の符号を付し、上記実施の形態と重複する説明は省略する。

変形例のシール構造１０では、第２部材１４Ｘおよび静圧軸受１６Ｘが上記実施の形態と異なる。変形例の第２部材１４Ｘは、垂直方向に沿って延びるシャフトであり、垂直方向に沿って第１部材１２を挿通する。

静圧軸受１６Ｘは、垂直方向に沿って第１部材１２を挿通する第２部材１４Ｘの第２面１４Ａと、第１部材１２の第１面１２Ａとの間に圧縮液体を供給することで、第１部材１２に対して第２部材１４Ｘを垂直方向へスライド可能に支持する。

このように変形例では、静圧軸受１６Ｘによって第２部材１４Ｘが第１部材１２に対して垂直方向へスライド可能に支持される場合であっても、上記実施の形態と同様に、シール部１８は液体ＬＱで隙間ＣＬをシールする。したがって、エアシールの場合に比べて、エアシール用の気体を生成するコンプレッサや、その気体を回転部周辺に供給するための部材などを要することなく、簡易にシールすることができる。

〔実施の形態から得られる発明〕
以上の実施の形態および変形例から把握しうる発明について、以下に記載する。

本発明のシール構造（１０）は、重力が働く重力方向に沿って延びる第１面（１２Ａ）を有する第１部材（１２）と、第１面（１２Ａ）に対向し、重力方向に沿って延びる第２面（１４Ａ）を有する第２部材（１４、１４Ｘ）と、第１部材（１２）の第１面（１２Ａ）側に設けられ、第１面（１２Ａ）と第２面（１４Ａ）との間に圧縮液体を供給する静圧軸受（１６、１６Ｘ）と、第１面（１２Ａ）と第２面（１４Ａ）との間に連通され、静圧軸受（１６、１６Ｘ）よりも重力方向に配置される隙間（ＣＬ）を有し、隙間（ＣＬ）に液体（ＬＱ）が表面張力により保持されるシール部（１８）と、を備える。

このシール構造（１０）では、シール部（１８）の隙間（ＣＬ）に保持される液体（ＬＱ）でその隙間（ＣＬ）がシールされる。したがって、エアシールの場合に比べて、エアシール用の気体を生成するコンプレッサや、その気体を回転部周辺に供給するための部材などを要することなく、簡易にシールすることができる。

シール部（１８）は、隙間（ＣＬ）に保持される液体（ＬＱ）の上に圧縮液体が停滞しても液体（ＬＱ）が保持される隙間（ＣＬ）に設定されてもよい。これにより、シール部（１８）の隙間（ＣＬ）に液体（ＬＱ）をより長く保持させることができ、シール性を高めることができる。

第１部材（１２）は、シール部（１８）よりも重力方向とは逆側に、第１面（１２Ａ）と第２面（１４Ａ）との間に供給された圧縮液体が流入する排出口（ＶＴ）を有してもよい。これにより、シール部（１８）の隙間（ＣＬ）に保持される液体（ＬＱ）に圧縮液体の圧縮圧力が加わることを抑制することができる。したがって、シール部（１８）の隙間（ＣＬ）に液体（ＬＱ）をより長く保持させることができ、シール性を高めることができる。

隙間（ＣＬ）は、第１部材（１２）と第２部材（１４、１４Ｘ）とにより形成されてもよい。これにより、第１部材（１２）と第２部材（１４、１４Ｘ）とに他の部材を取り付けることで隙間（ＣＬ）を形成する場合に比べて、部品点数を削減することができる。

隙間（ＣＬ）は、０．１ｍｍ以下であってもよい。これにより、シール部（１８）の隙間（ＣＬ）に液体（ＬＱ）をより長く保持させることができ、シール性を高めることができる。

１０…シール構造 １２…第１部材
１４…第２部材 １６…静圧軸受
１８…シール部

Claims (5)

1. 重力が働く重力方向に沿って延びる第１面を有する第１部材と、
   前記第１面に対向し、前記重力方向に沿って延びる第２面を有する第２部材と、
   前記第１部材の前記第１面側に設けられ、前記第１面と前記第２面との間に圧縮液体を供給する静圧軸受と、
   前記第１面と前記第２面との間に連通され、前記静圧軸受よりも前記重力方向に配置される隙間を有し、前記隙間に液体が表面張力により保持されるシール部と、
   を備える、シール構造。
2. 請求項１に記載のシール構造であって、
   前記シール部は、前記隙間に保持される前記液体の上に前記圧縮液体が停滞しても前記液体が保持される前記隙間に設定される、シール構造。
3. 請求項１または２に記載のシール構造であって、
   前記第１部材は、前記シール部よりも前記重力方向とは逆側に、前記第１面と前記第２面との間に供給された前記圧縮液体が流入する排出口を有する、シール構造。
   
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のシール構造であって、
   前記隙間は、前記第１部材と前記第２部材とにより形成される、シール構造。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のシール構造であって、
   前記隙間は、０．１ｍｍ以下である、シール構造。

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