JPH07301337A - 回転軸の密封装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エアシール用の空気量が少なくて済み、また
エアシールの性能が安定し、かつ停止中から高速回転ま
でシール性が確保できるようにする。装置のコンパクト
化を図る。 【構成】 この密封装置は、接触シール１０とエアシー
ルとを併用し、エアシールのためのエア噴出部を、微小
隙間のスリット１１としたものである。接触シール１０
は、密封装置ハウジング６の内径面に設けられて、回転
軸１の外径面に接触するものであり、オイルシールや他
の弾性体からなる。接触シール１０は、接触シール開閉
装置１２によって回転軸１に対して接触状態と離間状態
とに切り換え可能とする。前記スリット１１は、スライ
ド部材９の内径面の略全周に開口して径方向に延びるも
のとし、エア溜まり室１８を介してエア供給路２１に連
通する。スライド部材９は、軸方向に突出した薄肉リン
グ部９ａで接触シール１０を押すことにより、その開閉
を行わせるものである。スリット１１は、スライド部材
９に設ける代わりに、密封装置ハウジング６の固定部分
に設けても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、工作機械や、その他
種々の産業機械における回転軸のシール一般に適用さ
れ、特に立型で用いられる回転軸に好適に使用可能な回
転軸の密封装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の工作機械の主軸では、生産性向上
のために高速化の傾向にあり、主軸軸受の潤滑もエアオ
イル、ジェット潤滑等の油を使用するものが多くなって
来ている。軸受の潤滑に油を使用するスピンドルの場
合、油の漏れが大きな問題となる。接触型のものを使用
すれば確実に油漏れが防げるが、シール接触部での摩擦
による発熱のために高速運転を阻害し、さらに駆動動力
の増大になってしまう。このことから、高速運転のため
のシール構造として、非接触のラビリンスシールや、エ
アシール、あるいはラビリンスシールとエアシールとを
併用したものが使用されている。このようなラビリンス
シール、エアシール、およびラビリンスシールとエアシ
ールの併用によるシール構造は、運転中においてはシー
ル効果が期待できるが、運転を停止するとその効果は無
く、油漏れが生じてしまう。特に、立型スピンドルで
は、その問題が顕著となる。

【０００３】これらの欠点を解消するものとして、本出
願人は図５に示すものを提案した（実願平４−３４４１
４号）。これは、オイルシール８８とエアシール８９と
を併用したものであり、停止時には上部に取り付けられ
たオイルシール８８により密封し、回転中はエアシール
８９により非接触の状態で密封する。オイルシール８８
は、スライド部材９０の軸方向移動でリップ部８８ａを
押すことにより、回転軸５１から離される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図５の例のエ
アシール８９は、シールユニット９１の内径面に形成し
た環状溝８９ａからエアを噴出させるものであるため、
回転軸８１の外周にシールに必要なエア圧を確保するた
めには、エア量が多く必要になるという問題点がある。
また、シール効果に対してシールユニット９１と軸８１
の隙間による影響が大きく、そのためシールユニット９
１の組立精度や、軸径の加工精度が要求され、安定した
シール効果を得ることが難しい。さらに、前記隙間のエ
ア圧確保のためには、この隙間の軸方向長さをある程度
長く設定することが必要で、装置全体が大型化するとい
う問題点がある。しかも、スライド部材９０の軸方向長
さが長く、その下にエアシール８９を設けるため、密封
装置の全体がこれによっても軸方向に大きくなる。

【０００５】この発明の目的は、エアシール用の空気量
が少なくて済み、またエアシールの性能が安定し、かつ
停止中から高速回転までシール性が確保できる回転軸の
密封装置を提供することである。この発明の他の目的
は、装置のコンパクト化を図ることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の密封装置は、
接触シールとエアシールとを併用し、エアシールのため
のエア噴出部を、微小隙間のスリットとしたものであ
る。接触シールは、回転軸が遊嵌する密封装置ハウジン
グの内径面に設けられて、回転軸の外径面に接触するも
のであり、接触シール開閉装置によって回転軸に対して
接触状態と離間状態とに切り換え可能とする。前記スリ
ットは、前記ハウジングの内径面の略全周に開口して径
方向に延びるものとし、前記スリットの外周に連通する
エア溜まり室と、このエア溜まり室に連通するエア供給
路とを設ける。前記シール開閉装置は、軸方向に突出し
た薄肉リング部で前記接触シールの内径部を押す軸方向
移動自在なスライド部材と、このスライド部材の進退駆
動源とを有するものとし、前記スライド部材に前記スリ
ットを設けても良い。

【０００７】

【作用】回転軸の停止時は、接触シールを接触させてシ
ールを行い、回転時はスリットから噴出する空気でエア
シールとする。外部から供給されたシール用の圧縮空気
は、エア溜まり室に供給され、スリットを通じて軸外径
面に向け噴射される。このとき、スリットのエア出口と
軸外径面間の隙間は小さく、またスリットが微小隙間の
ために、スリットからのエア噴出速度も大きく、そのた
めエア噴出部では圧力上昇が生じる。その結果シール効
果が発生する。このように狭いスリットから空気を噴出
させるため、少ない空気量で高い圧力が得られ、エアシ
ールのための空気量が少なくて済む。しかも、シール効
果に対して、ハウジング内径面と軸間の隙間による影響
が小さく、品質が安定する。また、エア溜まり室を介し
てスリットに圧縮空気を供給するので、スリットの全周
に均一に安定して空気供給が行われる。

【０００８】

【実施例】この発明の一実施例を図１および図２に基づ
いて説明する。図１はマシニングセンタ等の工作機械に
おける主軸頭の先端部の断面を示す。回転軸１は、下端
に工具が装着される立型の主軸であり、軸受２を介して
機械側ハウジング３に支持されている。機械側ハウジン
グ３は下端に蓋板４を有し、その下面にこの実施例の回
転軸の密封装置５が設けられている。

【０００９】この密封装置５は、各々リング状となった
本体７、蓋板８、およびスライド部材９の３部品に分割
された密封装置ハウジング６と、本体７の内径面の上部
に設けた接触シール１０とを有し、スライド部材９に後
述のようにエアシールの空気噴出用のスリット１１が形
成してある。接触シール１０は、オイルシールからな
り、断面Ｌ字状の金属環に弾性体を被覆し、その弾性体
の内径端から延びるリップ部の外周にリング状ばねを設
けて形成されている。

【００１０】スライド部材９は、接触シール１０のリッ
プ部を押す薄肉リング部９ａを上面の内径縁に突出させ
たものであり、内径面はエアシールのために、軸１の外
径面との間に僅かな隙間が生じる円筒面に形成してあ
る。スライド部材９と、その進退駆動源となる内蔵シリ
ンダ１２と、戻しばね１４とで接触シール開閉装置１３
が構成される。密封装置ハウジング６の本体７および蓋
板８は、内蔵シリンダ１２のシリンダ本体となるもので
あり、互いに上下に重なって内径面に環状溝１６を形成
している。スライド部材９は、内蔵シリンダ１２のピス
トンを兼用するものであり、外径面が環状溝１６の底面
に気密に嵌合し、かつ下面に突出したボス部の外径面が
蓋板８の内径面に気密に嵌合している。戻しばね１４
は、環状溝１６に開口して本体７に形成された周方向複
数箇所のばね収容孔に各々収容され、スライド部材９を
下方に付勢している。

【００１１】スライド部材９は、スライド部材本体９Ａ
と接触シール開放部材９Ｂとの２部品を軸方向に重ねた
ものであり、両部品９Ａ，９Ｂは互いにボルト１７で固
定してある。これら２部品９Ａ，９Ｂの間には、図２に
拡大して示すように、エア溜まり室１８と、そこに外部
から圧縮空気を導入するためのエア供給路１９と、エア
溜まり室１８からスライド部材９の内径面に開通した前
記スリット１１とが形成されている。スリット１１は、
スライド部材本体９Ａと接触シール開放部材９Ｂの重な
り面に形成した微小隙間（例えば５０μｍ程度）のもの
であり、スライド部材９の全周に開口して径方向に延び
ている。エア溜まり室１８は、スライド部材本体９Ａに
形成した環状溝からなる。エア供給路１９は、スライド
部材本体９Ａに放射状に設けた複数本の溝からなり、ス
ライド部材本体９Ａの下面に形成された浅い環状溝から
なるシリンダ部エア溜まり室２０に入口部が開通してい
る。 シリンダ部エア溜まり室２０は、蓋板８に形成さ
れたエア供給路２１から本体７のエア供給路２２に連通
し、そのエア入口２２ａから外部の圧縮空気供給源（図
示せず）に接続される。

【００１２】上記構成の動作を説明する。回転軸１の停
止時は、エア供給をオフとしておくことにより、接触シ
ール１０が回転軸１の外径面に接触し、本体ハウジング
３内の油等の液体は接触シール１０で完全に密封され
る。回転軸１の運転の開始と共に、エア供給をオンとす
ることにより、次のように接触シール１０が非接触状態
に解放され、エアシールにて液体が密封される。エア入
口２２ａから本体７に供給された圧縮空気は、エア供給
路２２，２１を経てシリンダ部エア溜まり室２０に送ら
れる。このエア溜まり室２０に供給された圧縮空気は、
スライド部材９の移動用とエアシール用とに使用され、
スライド部材９の上昇により接触シール１０が解放され
る。シリンダ部エア溜まり室２０内の供給空気は、スラ
イド部材９内のエア供給路１９を経てエア溜まり室１８
に導入され、スリット１１から軸１の外径面の全周に向
けて噴出される。これにより、スリット１１の出口部と
軸１の外径面間で圧力上昇が生じ、液体の流れを遮断す
ることができる。

【００１３】この場合に、狭いスリット１１から空気を
噴出させるため、少ない空気量で高い圧力が得られ、エ
アシールのための空気量が少なくて済む。しかも、シー
ル効果に対して、スライド部材９の内径面と軸１間の隙
間の間隔による影響が小さく、品質が安定する。また、
前記のように狭いスリット１１から高い圧力の空気を噴
出させるため、軸１の外径面のエアシールに必要な長さ
範囲が短くて済み、装置のコンパクト化が図れる。さら
に、エア溜まり室１８を介してスリット１１に圧縮空気
を供給するので、スリット１１が微小隙間であっても、
スリット１１の全周から均一に安定して空気噴出が行わ
れる。また、スリット１１をスライド部材９に設けたの
で、スライド部材９の設置範囲と別にエアシール箇所を
軸１の長さ範囲に確保することが不要で、装置がより一
層コンパクト化される。また、この密封装置５は、各構
成部品を密封装置ハウジング６内に収容して一つにまと
めることができ、ユニット化できる。そのため、各種機
器への装備が簡単に行える。

【００１４】図３はこの発明の他の実施例を示す。この
密封装置５′は、接触シール３１としてＶ形断面のシー
ルリングを用い、密封装置ハウジング３２の非可動部分
にエアシールの空気噴出用のスリット３３を設けたもの
である。このＶ形の接触シール３１は、ゴムまたは合成
樹脂等の弾性体からなり、自然状態（すなわち無負荷状
態）で内径が回転軸１の外径よりも僅かに大きなものを
用いる。接触シール開閉装置３４は、接触シール３１を
可動押え部材３５で押し付けて変形させる機構からな
り、可動押え部材３５は進退駆動装置３６で軸方向に進
退駆動される。進退駆動装置３６は、復帰ばね３７で復
帰する単動型の内蔵エアシリンダからなる。 密封装置
ハウジング３２は、本体３８の下側に断面Ｌ字状の蓋部
材３９を被せて互いに固定したリング状のものであり、
本体３８の下面に突出した環状の仕切り壁３８ｂと蓋部
材３９の外周壁との間に進退駆動装置３６のシリンダ室
４０が環状に形成される。蓋部材３９の下部には半径方
向に貫通してエア供給路４１が設けられ、この供給路４
１から分岐した分岐エア供給路４２が前記シリンダ室４
０の上端面に開通している。本体３８、可動押え部材３
５、および蓋部材３９の内径面は、回転軸１の外周に僅
かな隙間が生じる径の円筒面に形成され、蓋部材３９の
下部の内径面に前記スリット３３が形成されている。ス
リット３３は、蓋部材３９の本体部分とこの本体部分に
ボルト固定した分割蓋部材３９ａとの間の隙間で形成さ
れ、内径面の略全周に開口して径方向に延びる微小隙間
のものとしてある。また、スリット３３は、蓋部材３９
内に設けた環状のエア溜まり室４４を介して、エア供給
路４１に開通している。

【００１５】可動押え部材３５は内周部の上面に環状凹
部３５ｂが形成され、本体３２の下面に突出した環状突
部３８ａとの間で接触シール３１を挟んで変形させるも
のであり、外周部が環状のピストン部３５ａに形成され
て、前記シリンダ室４０に軸方向移動自在に嵌合する。
復帰ばね３７は、可動押え部材３５を接触シール３１の
押え方向に付勢する復帰手段となるものであり、圧縮コ
イルばねからなる。復帰ばね３７は、ピストン部３５ａ
の下面に形成されたばね収容孔４３に収容されており、
これら収容孔４３および復帰ばね３７は、周方向複数箇
所に設けられている。なお、この密封装置を取付けた機
械側ハウジング２と軸１との間には、軸受２の下側にラ
ビリンスシール４４を設けてある。

【００１６】この構成の場合も、回転軸１の停止時には
エア供給をオフとしておくことで、接触シール３１によ
る密封が行われ、また回転軸１の回転時にエア供給をオ
ンとすることで、可動押え部材３５の押し付けにより接
触シール３１が軸１から離れ、かつスリット３３から圧
縮空気が噴出されてエアシールが行われる。

【００１７】図４はさらに他の実施例を示す。この密封
装置５″は、接触シール５１を、スライド部材５２に取
付けられて回転軸１の直軸部１ａとテーパ部１ｂとの間
で接触状態と離間状態とに切り換わるＯリング等の弾性
体とし、エアシール用のスリット５３を回転軸１の前記
テーパ部１ｂに対して開口するものとしてある。スライ
ド部材５２は、接触シール開閉装置４５を構成する内蔵
シリンダ５５のピストン部５２ａを外径部に有するリン
グ状のものであり、内径面に形成した環状溝に前記接触
シール５１を嵌合させてある。

【００１８】密封装置ハウジング５６は、３個のリング
部材５７〜５９を組み立てたものであり、内部に内蔵シ
リンダ５５の前記ピストン部５２ａを軸方向移動自在に
嵌合させるリング状のシリンダ室５５ａが形成される。
シリンダ室５５ａにはリング部材５７の外径面に開口し
たエア供給路６０が開通させてある。スライド部材５２
は、上下のリング状部材５７，５８の間で軸方向移動が
可能であり、ピストン部５２ａの周方向複数箇所に形成
した各ばね収容孔６１内に、圧縮コイルばねからなる復
帰ばね６２が収容してある。

【００１９】密封装置ハウジング５６の上側のリング部
材５７の内径、およびスライド部材５２の内径は、回転
軸１の直軸部１ａの外周に若干の隙間を介して遊嵌する
径に形成されている。下側のリング部材５９は、回転軸
１のテーパ部１ｂの軸方向位置にあり、その内径面はテ
ーパ部１ｂと平行なテーパ面で、かつテーパ部１ｂに若
干の隙間を介して遊嵌する内径に形成されている。前記
スリット５３は、下側リング部材５９の本体部分とこの
本体部分にボルト固定したスリット形成部材５９ａとの
間の隙間で形成され、内径面の略全周に開口して径方向
に延びる微小隙間のものとしてある。また、スリット５
３は、下側リング部材５９内に設けた環状のエア溜まり
室６３を介して、エア供給路６４に開通している。

【００２０】この構成の場合、回転軸１を停止させてい
る間は、各エア供給路６４，６４には圧縮空気を供給せ
ず、復帰ばね６２の付勢でスライド部材５２を上昇位置
に位置させておく。これにより、接触シール５１は回転
軸１の直軸部１ａに接触してその外周の隙間を密封す
る。回転時は、エア供給路６０から圧縮空気を供給し、
スライド部材５２を下方に移動させる。これにより、接
触シール５１は回転軸１のテーパ部１ｂに移動し、非接
触となる。同時に、別のエア供給路６４から圧縮空気を
供給し、スリット５３から噴出させる。上記２つのエア
供給路６０，６４は密封装置ハウジング５６内で互いに
連通させておき、そのエア入口を１箇所のみに設けて同
時にエア供給してもよい。

【００２１】なお、この発明は、上記実施例に限らず、
接触シールとエアシール用のスリットとを設けたもので
あればよく、例えば図５の例において、環状溝８９ａの
代わりにスリットを設けた構成としても良い。また、前
記各実施例では密封装置ハウジング６，３２，５６を独
立して設けたが、機械側ハウジング３と一体に設けても
良い。

【００２２】

【発明の効果】この発明の回転軸の密封装置は、シール
解除可能な接触シールとエアシールとを併用し、エアシ
ールのためのエア噴出部を、ハウジング内径面の略全周
に開口する微小隙間のスリットとしたものであるため、
エアシール用の空気量が少なくて済み、またエアシール
の品質が安定し、しかも停止中から高速回転までシール
性が確保できる。スリットをシール開閉装置におけるス
ライド部材に設けた場合は、スライド部材の設置範囲と
別にエアシール箇所を設けることが不要で、装置がコン
パクト化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかる回転軸の密封装置
を応用した工作機械の部分断面図である。

【図２】そのスリット周辺部分の拡大断面図である。

【図３】この発明の他の実施例にかかる回転軸の密封装
置応用した工作機械の部分断面図である。

【図４】この発明のさらに他の実施例にかかる回転軸の
密封装置応用した工作機械の部分断面図である。

【図５】従来例の断面図である。

【符号の説明】

１…回転軸、２…軸受、３…機械側ハウジング、５，
５′，５″…密封装置、６…密封装置ハウジング、９…
スライド部材、９ａ…薄肉リング部、１０…接触シー
ル、１１…スリット、１２…内蔵シリンダ（進退駆動
源）、１３…シール開閉装置、１８…エア溜まり室、１
９，２１，２２…エア供給路、３１…接触シール、３３
…スリット、３２…密封装置ハウジング、５１…接触シ
ール、５３…スリット、５６…密封装置ハウジング

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸が遊嵌する密封装置ハウジングの
   内径面に、回転軸の外径面に接触する接触シールと、回
   転軸の外径面に向かって開口するエア噴出用のスリット
   とを軸方向に並べて設け、前記接触シールを前記回転軸
   に対して接触状態と離間状態とに切り換える接触シール
   開閉装置を設け、前記スリットは、前記ハウジングの内
   径面の略全周に開口して径方向に延びる微小隙間のもの
   とし、前記スリットの外周に連通するエア溜まり室と、
   このエア溜まり室に連通するエア供給路とを設けた回転
   軸の密封装置。
2. 【請求項２】 前記接触シール開閉装置が、軸方向に突
   出した薄肉リング部で前記接触シールの内径部を押す軸
   方向移動自在なスライド部材と、このスライド部材の進
   退駆動源とを有し、前記スライド部材に前記スリットを
   設けた請求項１記載の回転軸の密封装置。