JPH11277362A

JPH11277362A - シール構造

Info

Publication number: JPH11277362A
Application number: JP10084242A
Authority: JP
Inventors: Seizo Takamura; 誠三高村; Toshihide Inoue; 敏英井上; Koji Tanaka; 浩司田中
Original assignee: Toyo Advanced Technologies Co Ltd
Current assignee: Toyo Advanced Technologies Co Ltd
Priority date: 1998-03-30
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 1999-10-12

Abstract

(57)【要約】【課題】非接触で、しかも特別のポンプ等を要するこ
となく、回転駆動される軸体のシールを効果的に達成す
る。【解決手段】支持部材１６の中空部１７に主軸１５を
挿通し、この主軸１５をベアリング２０ａ，２０ｂを介
して支持部材１６に回転自在に支持した。主軸１５の前
端には砥石軸３を、後端にはプーリ２４を取付け、この
プーリ２４を介して主軸１５を回転駆動して砥石軸３を
回転させるようにした。支持部材１６には、内外を連通
する通路３２を形成し、主軸１５には、該主軸１５の回
転駆動に伴い通路３２を介して中空部１７に空気を導入
しつつ、その空気を主軸１５に沿って圧送するような前
後方向に細長の細溝３３を周方向に並設した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワークや工作工具
を取付けて回転駆動する工作機械等の主軸のシール構造
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、旋盤等、ワークや工作工具を
取付けて回転駆動するための主軸（軸体）を有する工作
機械において、主軸は、軸保持部材に対して軸受を介し
て回転可能に支持され、伝達機構等を介してモータ等の
駆動源に接続されている。

【０００３】このような構造では、加工による粉塵やク
ーラント等の異物が主軸と軸保持部材との隙間を通じて
軸保持部材内に侵入する虞れがあり、機械の正常動作や
耐久性を確保する観点からは主軸をシールして異物の侵
入を防ぐ必要がある。

【０００４】ここで、上記主軸の支持構造では、主軸を
円滑に回転させるべく潤滑を行うのが一般的であり、例
えば、潤滑油を軸受部分に向けて供給する工作機械で
は、通常、軸保持部材内部側から軸受部分にオイルミス
トが吹き付けられるため、その外向き流れによって外部
からの異物の侵入が防止され、これにより主軸のシール
が達成される。

【０００５】これに対し、軸受部分にグリースを塗布す
るグリース潤滑や、フッ素系樹脂等の樹脂材料により構
成される自己潤滑機能を有する軸受等を用いる場合に
は、オイルミストを圧送するためのポンプ等の設備は不
要となるが、シール効果は到底望めず、通常は、リップ
シールやラビリンスシール等のシール構造により主軸を
シールして異物の侵入を防止するようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これらリップシールお
よびラビリンスシールのうち、リップシールはリップを
主軸に接触させるため、主軸の回転速度が速くなると焼
付けを起こし易くなり、高速回転型の工作機械には不向
きである。そのため、高速回転型の工作機械では、一般
に、非接触のシール構造であるラビリンスシールが用い
られている。

【０００７】ところが、ラビリンスシールは非接触のシ
ール構造であるがために、機械内部から軸受部分に向け
てオイルミストを吹き付けるものや、接触型のリップシ
ールに比べるとシール性が低く、異物の侵入を高いレベ
ルで防止しようとする場合には必ずしも十分ではない。

【０００８】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものであり、非接触で、しかも特別なポンプ等を要
することなく、回転駆動される軸体のシールを効果的に
達成することができるシール構造を提供することを目的
としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のシール構造は、軸保持部材に形成した中空
部分に軸体を挿通し、この軸体を所定の間隔で配設した
軸受部材を介して軸保持部材に回転可能に支持するとと
もに、軸方向におけるこれら軸受部材の間に上記中空部
分に通じる気体の導入通路を設け、軸体の回転駆動に伴
いこの軸体が上記導入通路を通じて中空部内に気体を導
入しつつその気体を軸端部に向かって圧送するように上
記軸体を構成したものである（請求項１）。

【００１０】この構造によれば、軸体の回転に伴い軸端
部に向かって気体が圧送され、この気体圧により、軸保
持部材の内周面と軸体との隙間への外部からの異物の侵
入が阻止され、軸保持部材の内周面と軸体との間のシー
ルが達成される。

【００１１】このような構成において、上記導入通路を
介して導入する気体を軸方向両側に向かって圧送するよ
うに軸体を構成するようにすれば（請求項２）、軸体の
両側（軸方向両側）でシール機能が発揮される。

【００１２】特に、工作機械では、作動時に切粉やクー
ラント等の軸保持部材内部への異物の侵入が懸念される
ため、ワークおよび工作工具のいずれかを取り付ける工
作機械の主軸のシール構造として上記のシール構造を適
用するのが有用である（請求項３）。この場合、工作機
械を覆うカバー部材の外部から空気を導入するように気
体の導入通路を設けるようにすれば（請求項４）、空気
圧により主軸のシールを達成することができ、しかも、
該空気として切粉等の異物の含まれない空気を中空部分
に導入することができる。

【００１３】軸体の構成としては、回転駆動に伴い軸体
の周囲の気体を軸方向に圧送する圧送部を軸体の周面に
形成するようにすればよく（請求項５）、具体的には、
圧送部として、上記軸体の周面に溝を形成するようにし
てもよい（請求項６）。この場合、上記導入通路とし
て、軸体の外周面の接線方向に延びる通路を形成するよ
うにすれば（請求項７）、導入通路を通じて気体がスム
ーズに中空部分に導入されて圧送される。そのため、気
体の圧送を効率良く行うことが可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を用いて説明する。図１及び図２は、本発明が適用され
る内面研削盤の一例を示したものである。この内面研削
盤（以下、研削盤と略す）１は、ベッド６を備え、この
ベッド６上に砥石テーブル８及びテーブル台１０が設置
されている。

【００１５】砥石テーブル８は、砥石テーブル駆動モー
タ９によりベッド６上をＸ軸方向にスライド駆動される
ようになっており、この砥石テーブル８上には、砥石軸
３を保持するホイールヘッド７と、このホイールヘッド
７の砥石軸３を回転駆動する砥石駆動モータ７ａとが固
定されている。上記砥石軸３はＸ軸方向に延び、その先
端に砥石３ａが固定されている。本発明のシール構造は
このホイールヘッド７に適用されており、その構造につ
いては後に詳述する。

【００１６】テーブル台１０上には切込みテーブル２が
Ｙ軸方向にスライド可能に設置され、切込みモータ５に
よってスライド駆動されるようになっている。切込みテ
ーブル２上には、Ｘ軸方向に延びる軸を保持する軸ヘッ
ド４と、その軸を回転駆動する軸駆動モータ４ａとが固
定され、上記軸の先端に、ワークＷを保持するチャック
４ｂが設けられている。

【００１７】従って、この研削盤１では、砥石軸３を回
転駆動し、かつワークＷを回転駆動しながら、ワークＷ
内に砥石３ａを挿入し、かつ切込みモータ５によりワー
クＷをＹ軸方向に移動させてその内周面に砥石３ａを押
付けることによりワークＷの内周面を研削できるように
なっている。

【００１８】また、上記砥石３ａの側方には、ドレス用
ダイヤモンド１１ａを保持するドレス装置１１が配置さ
れている。このドレス装置１１は、前記切込みテーブル
２側に固定され、この切込みテーブル２の駆動により、
砥石３ａに対して接離できるようになっている。そし
て、砥石３ａを回転駆動した状態で上記ドレス用ダイヤ
モンド１１ａに砥石３ａの外周面を接触させることによ
り、砥石３ａをドレス（目立て）できるようになってい
る。

【００１９】なお、同図中１２は、カバーで、上記主軸
ヘッド４やホイールヘッド７等はいずれもこのカバー１
２内に配置されており、主軸ヘッド４へのワークＷの脱
着は、カバー１２に設けられた開閉カバー１３を介して
行われるようになっている。このように研削盤１のほぼ
全体がカバー１２で覆われていることにより研削により
発生する粉塵の外部飛散が防止されるようなっている。

【００２０】図３は、上記ホイールヘッド７の具体的な
構成を示している。この図に示すように、ホイールヘッ
ド７には、主軸１５を支持する支持部材（軸保持部材）
１６が設けられ、これが砥石テーブル８上にボルトナッ
ト等により固定されている。

【００２１】支持部材１６には、Ｘ軸方向（同図では左
右方向）に貫通する中空部１７が形成されている。そし
て、上記主軸１５がこの中空部１７に挿通され、その両
端部分がそれぞれボールベアリング２０ａ，２０ｂを介
して支持されている。これにより、主軸１５が支持部材
１６に対して回転可能となっている。なお、ベアリング
２０ａ，２０ｂは、本実施の形態ではボールベアリング
を使用しているが、これ以外にも、例えば、含油ベアリ
ング、あるいはフッ素系樹脂製のベアリング等、いわゆ
る自己潤滑機能を有したベアリングを使用することも可
能である。

【００２２】主軸１５の前後両端部は支持部材１６から
突出しており、前端部（同図では左側端部）には砥石軸
３の取付部２２が設けられている。取付部２２には、詳
しく図示していないが、主軸１５と同軸上にねじ孔２２
ａが形成されており、このねじ孔２２ａに砥石軸３が螺
合装着されるようになっている。また、ボス２５および
ナット２６が主軸１５に装着され、これによりベアリン
グ２０ａの内輪が主軸１５に固定されている。

【００２３】一方、主軸１５の後端部にはプーリ２４が
装着されている。そして、このプーリ２４と砥石駆動モ
ータ７ａのプーリ７ｂとにわたって平ベルト２４ａが装
着され、これにより砥石駆動モータ７ａの回転力が主軸
１５に伝達されるようになっている。また、主軸１５に
ナット２７が螺合装着されてベアリング２０ｂの内輪が
主軸１５に固定されている。

【００２４】上記支持部材１６において、中空部１７の
前端縁部にはリング２８が装着され、これによりベアリ
ング２０ａの外輪を支持部材１６に固定している。一
方、中空部１７の後端縁部にはリング２９が装着されて
いる。そして、これらリング２８，２９と上記ボス２
５、ナット２７とがそれぞれ図３に示すように対向配置
されるとともに、それぞれ対向面に凹凸が形成されるこ
とにより、リング２８とボス２５との間およびリング２
９とナット２７との間にそれぞれラビリンス状の隙間３
０，３１を形成している。

【００２５】なお、図３中、符号３２はスプリングで、
ベアリング２０ｂを介して主軸１５を上記プーリ２４側
に付勢するようになっている。

【００２６】上記支持部材１６には、さらに、上記ベア
リング２０ａおよびベアリング２０ｂの間において支持
部材１６の内外を連通する通路３２が形成されている。
この通路３２は、図４に示すように、主軸外周面の接線
方向に延びるように形成されている。この通路３２は、
支持部材１６に装着されたホース３４に通じており、こ
のホース３４は、図１に示すようにフィルター３５を介
して上記カバー１２の外部に至っている。これにより支
持部材１６の上記中空部１７がカバー１２の外部に連通
されている。

【００２７】また、上記主軸１５において、上記通路３
２の中空部１７への開口箇所には溝が形成されている。
この溝は、主軸１５の回転に伴い上記通路３２およびホ
ース３４を介して外部の空気を中空部１７に導入すると
ともに、その空気を主軸１５に沿って前後両側に圧送し
得るように形成されており、例えば、当実施の形態で
は、軸方向に延びる細溝３３が周方向に所定の間隔で平
行に形成されている。

【００２８】このように構成された研削盤１のホイール
ヘッド７では、研削加工中、主軸１５が回転駆動される
と、これに伴い図３中に矢印で示すように空気が主軸１
５に沿って前後両側に圧送されベアリング２０ａ，２０
ｂにおける外輪と内輪の隙間、さらにはラビリンス状の
隙間３０，３１から外部に噴出され、これによって隙間
３０，３１を通じてクーラントやクーラントに混入した
粉塵等の異物が支持部材１６内へ侵入することが阻止さ
れる。つまり、空気圧によって主軸１５のシールが達成
されることとなる。そのため、非接触でありながらも高
いシール性を得ることができ、支持部材１６内への異物
の侵入による故障、例えばベアリング２０ａ，２０ｂに
異物が詰まる等することによる主軸１５の動作不良等の
発生を効果的に防止することができる。しかも、主軸１
５の回転エネルギーを利用して空気を圧送するため、コ
ンプレッサ等の特別の駆動手段は必要なく、従って、簡
単、かつ安価な構成で高いシール性を得ることができ
る。

【００２９】特に、上記ホイールヘッド７では、上述の
ようにボス２５とリング２８との隙間３０やナット２７
とリング２９との隙間３１がそれぞれラビリンス形状と
されているため、支持部材１６内に異物が侵入し難く、
そのため、上記のような空気圧によるシールと相俟って
支持部材１６内への異物の侵入をより確実に防止するこ
とができるという特徴もある。

【００３０】また、圧送される空気がベアリング２０
ａ，２０ｂを介して外部に噴出されることでベアリング
２０ａ，２０ｂに対する冷却効果が得られ、これにより
ベアリング２０ａ，２０ｂの焼付き等を防止することも
できる。

【００３１】なお、上記実施の形態は、本発明のシール
構造が適用される内面研削装置であってその具体的な構
成やシール構造の細部の構成は、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で適宜変更可能である。

【００３２】例えば、上記研削盤１では、通路３２、ホ
ース３４およびフィルター３５を介してカバー１２の外
部の空気を支持部材１６に導入するようにしているが、
空気の導入口はクーラント等の飛散状態に応じて適宜選
定すればよい。但し、異物の侵入を防止するという観点
からは、実施の形態のように加工箇所、つまり砥石３ａ
から離れた場所からフィルター３５を介して空気を取り
入れるようにするのが最も望ましい。

【００３３】また、上記研削盤１では、前後方向に細長
の多数の細溝３３を主軸１５の周方向に並設するように
しているが、例えば、図５に示すように、Ｖ字型の複数
の溝３６を周方向に並設するようにしたり、あるいは図
６に示すように螺旋状の溝３７を形成するようにしても
よい。また、図示を省略するが、主軸１５に羽根状の突
部を形成するようにしてもよい。要は、主軸１５の回転
に伴い効果的に中空部１７に空気を導入しつつ、その空
気を主軸１５に沿って圧送できるように主軸１５を形成
するようにすればよい。この場合、ホイールヘッド７の
配置によっては実施の形態のように中空部１７に導入し
た空気を主軸１５の前後両側に向かって圧送する以外
に、いずれか一方にのみ圧送するように主軸１５を形成
してもよい。

【００３４】なお、上記実施の形態では、本発明のシー
ル構造を内面研削盤１に適用した例について説明した
が、本発明のシール構造は、内面研削盤１以外の工作機
械や、その他の機械装置の軸体のシール構造としても、
勿論、適用可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、軸保持
部材の中空部分に軸体を挿通し、この軸体を軸受部材を
介して回転可能に支持するとともに、中空部分に通じる
気体の導入通路を設け、軸体の回転駆動に伴いこの軸体
によって上記導入通路を通じて気体を導入しつつ軸端部
に向かって気体を圧送することにより、該気体圧により
外部からの異物の侵入を阻止するようにしたので、非接
触でありながも軸体のシールが効果的に達成される。し
かも、軸体の回転を利用して空気を圧送するため、コン
プレッサ等の特別の駆動手段は必要なく、従って、簡
単、かつ安価な構成で高いシール性を得ることができ
る。

【００３６】このような構成において、上記導入通路を
介して導入する気体を軸方向両側に向かって圧送するよ
うに軸体を構成するようにすれば、軸体の両側でシール
機能を発揮させることができる。

【００３７】特に、工作機械では、作動時に切粉やクー
ラント等の支持部材内部への異物の侵入が懸念されるた
め、ワークおよび工作工具のいずれかを取り付ける工作
機械の主軸のシール構造として上記のシール構造を適用
するのが有用である。この場合、工作機械を覆うカバー
部材の外部から空気を導入するように気体の導入通路を
設けるようにすれば、空気圧により主軸のシールを達成
することができ、しかも、該空気として切粉等の異物の
含まれない空気を中空部分に導入することができる。

【００３８】軸体の構成としては、回転駆動に伴い軸体
の周囲の気体を軸方向に圧送する圧送部を軸体の周面に
形成するようにすればよく、例えば、圧送部として、上
記軸体の周面に溝を形成することができる。この場合、
上記導入通路として、軸体の外周面の接線方向に延びる
通路を形成するようにすれば、導入通路を通じて気体が
スムーズに中空部分に導入されて圧送される。そのた
め、気体の圧送を効率良く行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるシール構造が適用される内面研
削盤を示す平面図である。

【図２】上記内面研削盤を示す正面図である。

【図３】上記内面研削盤におけるホイールヘッドの構造
を示す断面図である。

【図４】ホイールヘッドの構造を示す図３のＡ−Ａ断面
図である。

【図５】砥石軸の他の例を示す図３に対応する図であ
る。

【図６】砥石軸の他の例を示す図３に対応する図であ
る。

【符号の説明】

１内面研削盤３砥石軸３ａ砥石７ホイールヘッド１５主軸１６支持部材１７中空部２０ａ，２０ｂボールベアリング２２取付部２４プーリ３２通路３３細溝Ｗワーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸保持部材に形成した中空部分に軸体を
挿通し、この軸体を所定の間隔で配設した軸受部材を介
して上記軸保持部材に回転可能に支持するとともに、軸
方向におけるこれら軸受部材の間に上記中空部分に通じ
る気体の導入通路を設け、上記軸体の回転駆動に伴いこ
の軸体が上記導入通路を通じて中空部内に気体を導入し
つつその気体を軸端部に向かって圧送するように上記軸
体を構成したことを特徴とするシール構造。
【請求項２】上記導入通路を通じて導入する気体を軸
方向両側に向かって圧送するように上記軸体を構成した
ことを特徴とする請求項１記載のシール構造。
【請求項３】上記軸体は、ワークおよび工作工具のい
ずれかを取り付ける工作機械の主軸であることを特徴と
する請求項１又は２記載のシール構造。
【請求項４】上記工作機械を覆うカバー部材の外部か
ら空気を導入するように上記気体の導入通路を設けたこ
とを特徴とする請求項３記載のシール構造。
【請求項５】上記軸体に、回転駆動に伴い軸体の周囲
の気体を軸方向に圧送する圧送部を上記軸体の周面に形
成したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記
載のシール構造。
【請求項６】上記圧送部は、上記軸体の周面に形成さ
れる溝であることを特徴とする請求項５記載のシール構
造。
【請求項７】上記軸体の外周面の接線方向に延びるよ
うに上記導入通路を形成したことを特徴とする請求項５
又は６のいずれかに記載のシール構造。