TW201721035A - 密封裝置及滾子軸承裝置 - Google Patents

Abstract

本發明之課題在於提供一種具有簡易構造且可防止切削液或雜質從外部侵入之密封裝置，以及具有此密封裝置之滾子軸承裝置。密封裝置(2)，係由固定部件(2a)與旋轉部件(2b)所構成，固定部件(2a)與旋轉部件(2b)的各表面夾隔著間隙相對向而形成曲徑部(3)之曲徑軸封型的密封裝置，於曲徑部(3)的至少一部分，在選自構成該部分之旋轉部件(2a)及固定部件(2b)之至少一方的部件表面上，具有將纖維植毛而成之植毛部(4c)等。

Description

密封裝置及滾子軸承裝置

本發明係關於使用在滾子軸承等之密封裝置，以及具有此密封裝置之滾子軸承裝置。

工具機所使用之滾子軸承裝置中，以主軸(主軸；Spindle)為首，為了防止切削液或雜質等從外部通過該間隙而侵入，係採用油封或曲徑軸封(於旋轉軸與固定部之間組合複數段凹凸間隙之構造)。油封，雖以接觸型式為主流，但由於高速運轉時的發熱量大，且旋轉扭矩亦大，所以以工具機主軸為代表之高速運轉的主軸，較多是採用非接觸型式的油封或曲徑軸封等之將密封構造形成為非接觸型式者。另一方面，在對工件進行切削或切斷等加工之工具機中，為了抑制摩擦熱的產生、防止因摩擦熱所導致之部件的劣化、以及沖洗切削粉，係將切削液供給至與工件接觸之刃部件的加工點。然而，非接觸型式的密封構造中，會有雜質或切削液(冷卻劑)侵入於密封的間隙之風險，以往既已探討該對策。

例如，為人所知者有實施空氣沖放以確實地 密封之主軸構成。此方法中，藉由將空氣往外部吹出以防止雜質或冷卻劑的侵入。尤其，藉由將主軸內側的氣壓設定較外側更高以防止雜質或冷卻劑的侵入，可更確實地密封。使用空氣之技術，例如有專利文獻1所提案者。專利文獻1中，係使用以下非接觸型式的油封，亦即在從形成於包圍旋轉軸之外殼的範圍內之空氣導引空間至旋轉軸前端部與外殼之間的狹窄部之空氣流通路的上述狹窄部附近，形成第2狹窄部，同時於該第2狹窄部的前後方形成空氣貯留袋。於使用此油封之主軸構造中，由於配置2段的袋而成，所以空氣壓均等，可均一地將空氣排出至旋轉軸周圍。藉此可具有極高的密封性。

此外，將侵入於曲徑內之雜質往外部排出之主軸構成，例如有專利文獻2所提案者。專利文獻2中，由於應用主軸的旋轉將侵入於曲徑之雜質從排出孔往外部排出，所以可涵蓋長期間維持高密封性。除此之外，亦在蓋部件上設置防逆流用的蓋體，所以可防止雜質的逆流。

再者，對於軸承的密封裝置，亦持續進行抑制雜質侵入之技術的開發。例如，專利文獻3中，藉由設置使密封唇板與內輪接觸而滑動之滑動部，以達到雜質侵入的抑制。此技術中的特徵點，在於組合：徑向上容易彈性變形之唇形狀的密封唇板，以及對密封唇板的表面施以毛面加工以增大密封唇板的表面粗糙度並藉此形成可容易貯留油之滑動面形狀。藉此可一面抑制雜質的侵入，一面實現滑動扭矩的降低。

先前技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2006-125554號公報

專利文獻2：日本特開2006-43883號公報

專利文獻3：日本特開2015-14303號公報

然而，專利文獻1等之實施空氣沖放之技術，必須準備作為附帶設備的空氣供給裝置，為了降低環境負荷，必須抑制空氣的消耗量，並持續管理所供給之空氣的高清淨度維持與水分去除。因此，並不適合於此類管理較困難之國家或地區，此外，亦不適合於重視成本之泛用主軸。

此外，專利文獻2之技術中，雖設置有排出雜質或冷卻劑之機構，但並非是設置高度地防止雜質或冷卻劑之機構。除此之外，當使用大容量的高壓切削液時，於曲徑內的清掃時須使用高壓空氣，此時亦須進行空氣之管理，不適合於泛用主軸。

再者，專利文獻3之技術中，係藉由減少密封唇板與內輪之接觸面以達到滑動扭矩的降低，但在該加工方法中，表面粗糙度的增大有其侷限，仍殘存著軸承內部的滑脂洩漏，或是雜質或冷卻劑侵入之疑慮。

本發明係為了應對此問題而創作出，其目的在於提供一種具有簡易構造且可防止切削液或雜質從外部侵入之密封裝置，以及具有此密封裝置之滾子軸承裝置。

本發明之密封裝置，其係由固定部件與旋轉部件所構成，上述固定部件與上述旋轉部件的各表面夾隔著間隙相對向而形成曲徑部之曲徑軸封型的密封裝置，其特徵為：於上述曲徑部的至少一部分，在選自構成該部分之上述旋轉部件及上述固定部件之至少一方的部件表面上，具有將纖維植毛而成之植毛部。

上述密封裝置，其特徵僅於上述固定部件的表面上具有上述植毛部。

上述曲徑部，其特徵係具有上述間隙的寬度窄之區域與上述間隙的寬度寬之區域，於上述表面上之至少上述間隙的寬度窄之區域的一部分，具有上述植毛部。此外，上述曲徑部，其特徵係於上述表面上，從上述間隙的寬度窄之區域至上述間隙的寬度寬之區域為止連續地具有上述植毛部。

此外，其特徵為上述纖維為合成樹脂纖維，上述植毛部為靜電植毛部。

本發明之滾子軸承裝置，其特徵係由上述本發明之密封裝置與滾子軸承所構成，並藉由該密封裝置將該滾子軸承的軸承內空間密封而成。此外，其特徵係於上 述植毛部，預先塗佈與上述滾子軸承所使用之滑脂為同等的滑脂、或是與上述滾子軸承所使用之滑脂的基礎油為同等的基礎油。

本發明之密封裝置中，於構成曲徑部之部件的表面上形成植毛部，可提升該表面的潤濕性，而將油膜保持在曲徑部的間隙空間。其結果可防止切削液或雜質從外部侵入。藉由構成為將此密封裝置適用在滾子軸承之滾子軸承裝置，可經常將軸承裝置內部的清淨性保持較高。此外，僅需實施初期運轉，即可去除植毛部的前端，而使植毛部相對於與該植毛部相對向之部件呈非接觸，所以不會有在運轉時由植毛部所起因之扭矩上升之疑慮。

此外，僅於固定部件的表面上形成植毛部，可在不會受到由旋轉部件的旋轉運動所起因之離心力的影響下，使植毛部穩定地存在於該表面。此外，此時因旋轉部件的旋轉而產生於滑脂之剪切應力極小，所以可抑制滑脂的軟化及脫油。因此，滑脂的壽命較無植毛部時更長。

再者，藉由將與成為密封對象之滾子軸承所使用之潤滑劑為同等的潤滑劑預先塗佈於植毛部，於使用初期開始即可防止切削液或雜質從外部侵入。

1‧‧‧滾子軸承裝置

2‧‧‧密封裝置

3‧‧‧曲徑部

4‧‧‧植毛部

5‧‧‧軸箱

6‧‧‧主軸

7‧‧‧滾子軸承

8‧‧‧潤滑劑

9‧‧‧曲徑間隙

第1圖係顯示本發明之軸承裝置的一例之剖面圖。

第2圖係第1圖之部分擴大圖。

第3圖係顯示本發明之軸承裝置的其他例子之剖面圖。

第4圖係顯示本發明之軸承裝置的其他例子之剖面圖。

第5圖係顯示植毛部的樣態之隨時間的變化之圖。

以下根據第1圖來說明適用本發明之密封裝置之滾子軸承裝置的一例。第1圖為本發明之滾子軸承裝置之剖面圖，第2圖為此滾子軸承裝置之部分擴大圖。如第1圖所示，滾子軸承裝置1具備滾子軸承7與密封裝置2。滾子軸承7具有：內輪7a、外輪7b、以及可轉動自如地中介存在於內外輪間之轉動體7c。滾子軸承7，該外輪7b固定在軸箱5，並以內輪7a的內徑來支撐主軸6。此外，密封裝置2具有：固定在軸箱5之固定部件2a、固定在主軸6之旋轉部件2b、以及形成於曲徑部3之植毛部4。此構成中，內輪7a與旋轉部件2b相鄰接所處，外輪7b與固定部件2a與軸箱5相鄰接所處，藉此形成密封空間。於構成此密封空間之密封裝置2的密封路徑(包含曲徑部)內，與滾子軸承內，封入有滑脂或潤滑油之潤滑劑8。

根據第2圖來說明本發明之密封裝置。密封 裝置2為曲徑軸封型的密封裝置，固定部件2a與旋轉部件2b的各凹凸表面夾隔著間隙相對向而形成曲徑部3。亦即，固定部件2a與旋轉部件2b，係處於一方之部件的凸部夾隔著間隙與另一方之部件的凹部互補地配置之位置關係。

曲徑部3，係由間隙寬度窄之區域與間隙寬度寬之區域所構成。間隙寬度窄之區域，係有第1區域3a、第3區域3c、第5區域3e，間隙寬度寬之區域，係有第2區域3b、第4區域3d。從密封裝置的外部側觀看，係依照第1區域3a~第5區域3e的順序交互地形成間隙寬度窄之區域與間隙寬度寬之區域。間隙寬度，為各區域中之固定部件2a與旋轉部件2b之表面間的距離。

曲徑部3的形狀，只要是具有可增大切削液或雜質等之通過物的阻力並抑制此等的侵入之間隙寬度窄之區域即可，並無特別限定。較佳者，如第2圖所示般之交互地設置有間隙寬度窄之區域與間隙寬度寬之區域的形狀。藉由涵蓋複數次地通過間隙寬度寬之區域，可逐漸降低通過物的速度，更能夠抑制雜質等之侵入。此外，在將滑脂充填於密封路徑時，由於滑脂一般是具有流變減黏性，所以在間隙寬度窄之區域中，施加有較大的剪切應力而顯示出高潤滑性，同時在間隙寬度寬之區域中，以半固體狀的樣態存在而賦予高密封性。

本發明之密封裝置中，除了該曲徑軸封的特性之外，並以將植毛部形成於曲徑部者為主要特徵。植毛 部，係將短纖維植毛而形成，且由植毛纖維與固定該植毛纖維的根部之接著層所構成(參考第5圖)。植毛部的詳細構成將於之後詳述。第2圖所示之形態中，曲徑部3中，於第1區域3a中之固定部件的表面3f全體上形成有植毛部4c。此外，於第3區域3c中之固定部件的表面3j全體上形成有植毛部4g，於第2區域3b中之固定部件的表面3h上，形成有和植毛部4g接續之植毛部4e。再者，於第5區域3e中之固定部件的表面3n全體上形成有植毛部4k，於第4區域3d中之固定部件的表面3l上，形成有和植毛部4k接續之植毛部4i。第2圖所示之形態中，上述處所以外並未形成植毛部。

以下根據第3圖及第4圖來說明本發明之密封裝置的其他例子。第3圖及第4圖所示之密封裝置，僅在於植毛處所與第2圖所示之形態的密封裝置不同。第3圖所示之密封裝置2中，於第1區域3a中之固定部件的表面3f全體上形成有植毛部4c。此外，於第3區域3c中之固定部件的表面3j全體上形成有植毛部4g。再者，於第5區域3e中之固定部件的表面3n全體上形成有植毛部4k。第3圖所示之形態中，於上述處所以外並未形成植毛部。亦即，第2圖及第3圖之密封裝置中，僅在於間隙寬度寬之區域中之固定部件的表面上之植毛部的有無有所不同。

第4圖所示之密封裝置2中，於第1區域3a中之旋轉部件的表面3g全體上形成有植毛部4d。此外， 於第3區域3c中之旋轉部件的表面3k全體上形成有植毛部4h，於第2區域3b中之旋轉部件的表面3i的一部分上，和植毛部4h接續而形成有植毛部4f。再者，於第5區域3e中之旋轉部件的表面3o全體上形成有植毛部4l，於第4區域3d中之旋轉部件的表面3m的一部分上，和植毛部4l接續而形成有植毛部4j。第4圖所示之密封裝置中，於上述處所以外並未形成植毛部。

以上係藉由第2圖~第4圖來具體說明植毛部的形態，但並不限定於此，只要是形成於選自構成曲徑部之旋轉部件及固定部件之至少一方的部件表面(該全體或一部分)上即可。亦即，植毛部的形成模式，可列舉出僅在固定部件側、僅在旋轉部件側、或此等之組合。此等當中，如第2圖及第3圖所示，較佳係將植毛部僅形成於固定部件表面，而不形成於旋轉部件表面。此係由於設置在旋轉部件表面之植毛部，會有因旋轉部件的旋轉運動所產生之離心力而脫離之疑慮，設置在固定部件表面之植毛部，受到旋轉部件之離心力的影響小，可穩定地存在於該表面之故。

此外，由於密封性提升的效果高，故較佳係在間隙寬度窄之區域中的部件表面上形成植毛部。此外，由於可抑制切削油或雜質從外部侵入於密封路徑內部，故較佳係在入口部(第2圖~第4圖中的第1區域3a)形成植毛部。第2圖~第4圖所示之各密封裝置，均具有此等構成，與以往所泛用之曲徑軸封型的密封裝置相比，可確 保高密封性。

此等當中，如第2圖所示，較佳係從間隙寬度窄之區域至間隙寬度寬之區域為止連續地具有植毛部。藉此，於間隙寬度窄之區域中，潤滑劑的保持量減少時，保持在間隙寬度寬之區域之潤滑劑可經由植毛部供給至間隙寬度窄之區域。

植毛部，係將短纖維植毛而形成。植毛方法，可採用吹送或靜電植毛。於構成曲徑部之各部件表面般之周面上，由於可在短時間內將多量的纖維密集地垂直植毛，故較佳係採用靜電植毛。靜電植毛方法，可採用一般所知的方法，例如可列舉出將接著劑塗佈於進行靜電植毛之範圍，使短纖維帶電並藉由靜電力大致垂直地植毛於上述接著劑塗佈面後，進行乾燥步驟、加工步驟等之方法。

植毛所使用之短纖維，只要是可使用作為植毛用短纖維者即可，並無特別限定，例如可列舉出(1)聚乙烯、聚丙烯等之聚烯烴樹脂、尼龍等之聚醯胺樹脂、芳香族聚醯胺樹脂、聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚琥珀酸二乙酯、聚對苯二甲酸丁二酯等之聚酯樹脂、丙烯酸樹脂、氯乙烯、維尼隆等之合成樹脂纖維；(2)碳纖維、玻璃纖維等之無機纖維；(3)嫘縈、乙酸酯等之再生纖維、或是棉、絲、麻、羊毛等之天然纖維。此等可單獨使用或併用2種以上。由於不易產生因充填於密封路徑之滑脂中的油或所侵入之切削油所造成之膨脹或 溶解等，具有化學穩定性，可多量地生產均質的纖維，且可便宜地取得，所以於上述當中，較佳係使用合成樹脂纖維。

短纖維的形狀，只要是不會對密封性能與軸承性能(扭矩等)造成不良影響之形狀即可，並無特別限定。具體的形狀，較佳例如為長0.3~2.0mm、粗0.5~50分德士(Decitex)者，植毛部之短纖維的密度，於植毛之每單位面積中，纖維所佔之比率較佳為10~30%。對於短纖維長度，係設為形成此之曲徑部之間隙寬度以下。短纖維的形狀，係有筆直型式與彎曲型式(前端部彎曲之形狀)者，剖面形狀有圓形狀或正多角形狀者。為彎曲型式時，從該形狀來看，與筆直型式相比更可堅固地保持潤滑劑。再者，藉由使用多角形狀剖面的短纖維，與圓形狀剖面的短纖維相比，可形成更大的表面積，增大潤滑劑的表面張力。較佳可配合各種特性來選擇短纖維的形狀。

接著劑，可列舉出以胺甲酸乙酯樹脂、環氧樹脂、丙烯酸樹脂、乙酸乙烯酯樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚矽氧樹脂等為主成分之接著劑。例如可列舉出胺甲酸乙酯樹脂溶劑系接著劑、環氧樹脂溶劑系接著劑、乙酸乙烯酯樹脂溶劑系接著劑、丙烯酸樹脂系乳化接著劑、丙烯酸酯-乙酸乙烯酯共聚物系乳化接著劑、乙酸乙烯酯系乳化接著劑、胺甲酸乙酯樹脂系乳化接著劑、環氧樹脂系乳化接著劑、聚酯系乳化接著劑、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物系接著劑等。此等可單獨使用或併用2種以上。

對於藉由上述方法所形成之植毛部，係根據第5圖來說明從形成不久後至通常運轉時為止之期間中之樣態的變化。如第5圖所示，植毛部4，係將短纖維植毛而形成，並且由植毛纖維4a與固定該植毛纖維的根部之接著層4b所構成。首先如第5圖(a)所示，形成於固定部件2a的表面上之植毛部4，從形成不久後至實施初期運轉前為止，植毛纖維4a的前端側接觸於旋轉部件2b的表面。當實施初期運轉時，如第5圖(b)所示，植毛纖維4a的前端側藉由摩擦而被去除，形成寬度極小之曲徑間隙9。最後如第5圖(c)所示，使預先塗佈之潤滑油或滑脂(潤滑劑8)附著於植毛部4，而在曲徑部的間隙空間形成油膜。藉此可防止切削液或雜質從外部侵入。

本發明之滾子軸承裝置，係藉由潤滑劑來潤滑構成此之滾子軸承與密封裝置。此等潤滑劑，係被供給並封入於內外輪間的空間內或密封路徑內。潤滑劑，只要是通常使用在密封裝置及滾子軸承之潤滑劑，均可不受限制地使用，可為潤滑油或滑脂的任一種。

本發明所使用之潤滑油，例如可列舉出石蠟系礦油、環烷烴系礦油等之礦油；聚丁烯油、聚-α-烯烴油、烷基苯油、烷基萘油等之烴系合成油；或是天然油脂或多元醇酯油、磷酸酯油、二酯油、多元二醇油、聚矽氧油、聚苯基醚油、烷基二苯基醚油、氟油等之非烴系合成油等。此等潤滑油可單獨使用或併用2種以上。

使用滑脂作為潤滑油時，構成滑脂之基礎 油，可列舉出上述潤滑油。此外，構成滑脂之增稠劑，例如可列舉出鋁皂、鋰皂、鈉皂、複合鋰皂、複合鈣皂、複合鋁皂等之金屬皂系增稠劑；二脲化合物、聚脲化合物等之脲系化合物；PTFE樹脂等之氟樹脂粉末。此等增稠劑可單獨使用或併用2種以上。

潤滑劑中，可視需要添加一般所知的添加劑。添加劑，例如可列舉出有機鋅化合物、有機鉬化合物等之極壓劑；胺系、酚系、硫系化合物等之抗氧化劑；硫系、磷系化合物等之磨耗抑制劑；多元醇酯等之防鏽劑；聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯等之黏度指數提升劑；二硫化鉬、石墨等之固體潤滑材料；酯、醇等之油性劑等。

於形成於曲徑部之植毛部上，較佳係預先塗佈與成為密封對象之滾子軸承所使用之滑脂為同等的滑脂、或是與成為密封對象之滾子軸承所使用之滑脂所含有的基礎油為同等的基礎油。藉此，更能夠迅速以油膜來充填曲徑部中之間隙寬度窄之區域，於使用初期開始即可防止切削液或雜質從外部侵入。所謂同等，意指幾乎相同的種類和組成，最佳係使用同種類且同組成者。

〔產業上之可應用性〕

本發明之密封裝置，由於具有簡易構造且可防止切削液或雜質從外部侵入，所以可廣泛地應用在各種用途，尤其可較佳地應用作為工具機所使用之滾子軸承的密封裝置。

1‧‧‧滾子軸承裝置

2‧‧‧密封裝置

2a‧‧‧固定部件

2b‧‧‧旋轉部件

3‧‧‧曲徑部

4‧‧‧植毛部

5‧‧‧軸箱

6‧‧‧主軸

7‧‧‧滾子軸承

7a‧‧‧內輪

7b‧‧‧外輪

7c‧‧‧轉動體

8‧‧‧潤滑劑

Claims (7)

1. 一種密封裝置，其係由固定部件與旋轉部件所構成，前述固定部件與前述旋轉部件的各表面夾隔著間隙相對向而形成曲徑部之曲徑軸封型的密封裝置，其特徵為：於前述曲徑部的至少一部分，在選自構成該部分之前述旋轉部件及前述固定部件之至少一方的部件表面上，具有將纖維植毛而成之植毛部。
2. 如請求項1所述之密封裝置，其中前述密封裝置，僅於前述固定部件的表面上具有前述植毛部。
3. 如請求項1所述之密封裝置，其中前述曲徑部，具有前述間隙的寬度窄之區域與前述間隙的寬度寬之區域，於前述表面上之至少前述間隙的寬度窄之區域的一部分，具有前述植毛部。
4. 如請求項3所述之密封裝置，其中前述曲徑部，於前述表面上，從前述間隙的寬度窄之區域至前述間隙的寬度寬之區域為止連續地具有前述植毛部。
5. 如請求項1所述之密封裝置，其中前述纖維為合成樹脂纖維，前述植毛部為靜電植毛部。
6. 一種滾子軸承裝置，其係由密封裝置與滾子軸承所構成，並藉由前述密封裝置將前述滾子軸承的軸承內空間密封而成之滾子軸承裝置，其特徵為：前述密封裝置為請求項1所述之密封裝置。
7. 如請求項6所述之滾子軸承裝置，其中於前述植毛部，預先塗佈與前述滾子軸承所使用之滑脂為同等的滑 脂、或是與前述滾子軸承所使用之滑脂的基礎油為同等的基礎油。