(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の主軸冷却において、主軸後部のドローバーに設けられた中心孔から冷却液を供給し、主軸の軸心部を及びその周辺を循環させ、主軸内部を直接冷却する主軸の軸心冷却方法に関して、
冷却液入口のシールのために、ドローイングバーや主軸等の回転体の端部に嵌着させた回転部材と、この回転部材の端面にバネ材等で加圧力を付与されて接触する加圧部材を固定体等に装備させてなる第１回転シール継手を配し、
循環後の冷却液の出口にも、上記と同等の構成からなる第２回転シール継手を配し、
上記第１回転シール継手と第２回転シール継手を、主軸内において、主軸の回転軸と同軸に配置したことを特徴とする、主軸の軸心冷却のための冷却液のシール方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、工作機械の主軸等の回転シール継手の構成に関し、圧力流体の漏れを最少限に抑制するのみならず、シール接触面の圧力管理をも可能とした回転シール継手を、主軸の軸心冷却のために合理的に配置したことに係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工作機械の主軸のドローバーの中心孔から切削用クーラントを供給し、主軸の軸心を通過させ、主軸端に嵌着させた工具から切削用クーラントを噴射するセンタースルー加工が行われている。
センタースルー加工を行うために必要な構成要素の一つとして回転シール継手があり、これは回転体であるドローバーの中心孔と、固定体である切削用クーラントの供給口を連結するためのシール機能を提供しており、これにより切削用クーラントを主軸後部から主軸端まで移送することが可能となる。
【０００３】
上記のような用途で用いられる回転シール継手として、特開平４ー６０２８１号に見るように、固定円管と回転円管とを非接触に半径方向隙間を有してその長手方向に嵌め込み、この嵌合する挿入面には環状溝を設け、この溝に連通した吸引路に吸引装置を設けた回転シール部材が提供されている。この回転シール部材によると、冷却液の往路と復路とを合せても１方にのみ環状の溝と吸引路とを設ければ良く、シール構造としてシンプルである利点をもつ。また、特開平６−２４１３６６号では、ロータリジョイントの回転軸と移動軸との対向面に設けた一対のシール部材を非接触状態に付勢するダイヤフラムがハウジングと移動軸との間に張設されている。そして、流体流路へ気体を流通させる場合は、ポートに気体を導入し、一対のシール部材を非接触状態のままにし、流体を流通させる場合は、ポートに液体を導入し、その圧力でダイヤフラムを押圧して、一対のシール部材を接触状態にするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平４ー６０２８１号の回転シール部材によると、吸引装置のトラブルで吸引力が低下して固定円管と回転円管との嵌合する挿入面の環状溝からの油漏れを発生する。また、固定円管と回転円管との嵌合隙間は、回転円管のアンバランスや回転振動により変動するから、潤滑の吸引回収効率が低下する。更に、特開平６ー２４１３６６号のロータリジョイントでは、ポートに気体を導入時には一対のシール部材を非接触状態のままにし、流体を流通させる場合はその圧力でダイヤフラムを押圧し、一対のシール部材を接触状態にするものであるから、シール部材の動作機構が煩雑である上に、圧力変動等で動作が不安定となって流体の吸引効率を低下させたり、又、多くの故障の原因を発生させる要因を包含している。
【０００５】
結局の所、一対のシール部材または、固定円管と回転円管との嵌合隙間からの油漏れの発生を免れることが出来ないほか、油漏れの吸引回収装置が必要不可欠なものとなっている。従って、結果的にシール部材の動作機構を煩雑とし、この周辺機器を大掛かりなものにしてしまうという問題がある。
そして、上記に述べたような従来の回転シール継手の構造的な問題が存在する中、工作機械の主軸冷却において、より精密な温度管理を可能とするための、主軸のハイブリッド冷却の実用化の試みがされてきた。主軸のハイブリッド冷却は、主軸の軸心と主軸の外筒に対し、別経路で冷却液を循環させるものである。ハイブリッド冷却のうち、軸心部への冷却液供給に関しては、ドローバー中心孔から行うのが最も効率的であるが、このような回転体であっても冷却液を効率良く循環させ、熱交換した後、確実に回収しなければならない。
【０００６】
しかしながら、従来のセンタースルー加工を成立させている技術は、ドローバー後端の中心孔から主軸先端の切削工具に向けて一方向で切削用クーラントを供給すればよく、主軸内での回収を考慮する必要がない。このため、切削用クーラントのために用いられてきた回転シール継手の構造及び構成を、そのまま主軸の軸心冷却に転用することができなかった。
【０００７】
本発明は、上記従来の回転シール部材が持つ問題に鑑み、スプリング力を利用した定圧機構により回転シール部材の回転側部材に固定側部材を定常圧に接触付与することで、油漏れなく且つ高速回転に対応できる回転シール継手を、主軸の軸心冷却において、冷却液の入口と出口にそれぞれ別個に配置することにより、個々のサイズを小さく設定し、構造の複雑化を伴うことなく、狭い主軸後部に合理的に収納するための方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成すべく、請求項１において、
工作機械の主軸冷却において、主軸頭部のドローバーに設けられた中心孔から冷却液を供給し、主軸の軸心部を及びその周辺を循環させ、主軸内部を直接冷却する主軸の軸心冷却方法に関して、冷却液入口のシールのために、ドローイングバーや主軸等の回転体の端部に嵌着させた回転部材と、この回転部材の端面にバネ材等で加圧力を付与されて接触する加圧部材を固定体等に装備させてなる第１回転シール継手を配し、
循環後の冷却液の出口にも、上記と同等の構成からなる第２回転シール継手を配し、
上記第１回転シール継手と第２回転シール継手を、主軸の回転軸と同軸に配置したことを特徴とする、主軸の軸心冷却のための冷却液のシール方法である。
【０００９】
【作用】
本発明の請求項１において用いられる回転継手は、回転部材とこれに所定の加圧力を付与する加圧部材の接触輪片とにより、この両者間の接触圧が一定に制御されるからドローイングバーや主軸等の回転体の回転及び停止や外部変動の要因に係わりなく、冷却潤滑液を漏らすことも無く回転シール継手の機能を果たし、特に、主軸等の高速回転時には、これと一体回転する回転部材に求心作用が働き、液漏れの防止機能が長期間にわたり発揮できる。
【００１０】
ハイブリッド主軸冷却の軸心冷却において、上記の回転シール継手のうち第１回転シール継手をドローバー後端に配し、高速回転するドローバーの中心孔に対して冷却液を供給する。そして、主軸中心部を循環して還ってきた冷却液は、第２回転シール継手により回収する。また、回転シール継手のシール部分にある僅かな隙間に関しては、冷却液自身がシール材となることにより埋められ高い密閉性が維持されるが、シール材となった冷却液は僅かながらもシール部分から漏洩することは避けられない。
【００１１】
圧力と流量が共に大きく冷却液が漏れやすい第１回転継手の入口部分では、仮に冷却液が若干量漏れたとしても、第２回転シール継手を通過して回収されるルートに合流するため問題はない。また、第２回転シール継手の漏れに関しては、冷却液自体が主軸内でベアリング潤滑等のために分岐し、流量、圧力とも入口部より小さくなることから、漏れ量そのものが少なくなっており、仮にここで漏れたとしても、ドレンに合流するため問題はない。
【００１２】
上記、第１回転シール継手と第２回転シール継手は、主軸の後部の限られた空間において、主軸の回転軸と同軸の関係を持ちながら、合理的な位置関係で配置される。
もし、第１回転シール継手と第２回転シール継手を１個の回転シール継手に集約した場合、装置そのものが複雑化し大型化することとなるため、局所的に大きな収納スペースが必要となる。もしそうなれば、制約の多い主軸内に収納することが容易でなくなる。
また、大型化もしくは複雑化すれば高速回転への追従性も悪化するし、長期使用における信頼性の低下を招いてしまう。
回転シール継手を２個にしたことにより、それぞれの回転シール継手の構造はシンプルとなり、サイズもコンパクトになるため、主軸内に収納しやすくなる上、高速回転に追従でき、しいては長期使用時の信頼性を高めることが可能となる。
【００１３】
【実施例】
以下、図面に示す実施例につき説明する。図１は本発明に係る主軸等の回転シール継手を備えた主軸装置の全体断面図であり、図２は本発明に係る主軸等の回転シール継手を備えた主軸装置の部分拡大断面図である。
【００１４】
図１において、主軸装置１００の主軸１は、その先端側を２つの軸受２，３によって支持され、また後端側を１つの軸受４によって支持されている。上記主軸１には、その中腹部１ＡにビルトインモータＢＭのローター５を嵌着しており、軸心位置に明けた内周孔１Ｂには多層の皿バネ６とドローイングバー７を内装し、主軸先端のテーパー穴１Ｃに挿入した工具Ｔを強力に引き込み嵌着する。そして、上記ドローイングバー７の後端７Ａには、アンクランプ装置１０のピストン１１がシリンダ１２内に装嵌し、図示の後退したクランプと、ドローイングバー７側へ前進するときドローイングバー７を強力に押出してアンクランプ動作する。しかして、通常は図１，２に示すように、ピストン１１が後退したアンクランプ状態にある。
【００１５】
上記アンクランプ装置１０のピストン１１の尾端孔部１１Ａには、主軸１の軸芯冷却と３つの軸受２，３，４のアンダーレース潤滑を行うための冷却潤滑液Ｃが供給されている。ピストン１１の尾端孔部１１Ａに供給された冷却潤滑液Ｃは、接触式の第一回転シール継手Ｋ１を介してピストン１１の通孔１１Ｂからドローイングバー７の中心孔７Ｂ内に送り込まれ、ドローイングバー７の先端に開口した通孔７Ｃからドローイングバー７の外周に面した主軸１の内周孔１Ｂに流入する。主軸１の内周孔１Ｂに流入した冷却潤滑液Ｃの大部分は、主軸１の全長にわたって冷却すると共に、主軸中腹部１Ａで多量に発生するローター５からの熱を冷却し、主軸尾端孔部１Ｅと機枠Ｂ間に介在させた接触式の第二回転シール継手Ｋ２の内周隙間Ｘを通って機枠Ｂの通孔Ｂ１から外部へ軸芯冷却済液として放出する。これら冷却潤滑液Ｃは、図示しない冷却装置により、冷却後に再び接触式の第一回転シール継手Ｋ１を介してピストン１１の通孔１１Ｂからドローイングバー７の中心孔７Ｂ内に送り込まれる。
【００１６】
他方、主軸１の内周孔１Ｂに流入した冷却潤滑液Ｃの一部分は、３つの軸受２，３，４のアンダーレース潤滑を行うべく、内周孔１Ｂから半径方向に明けた通孔１Ｆ，１Ｇ，１Ｈが各軸受２，３，４の内輪２Ａ，３Ａ，４Ａに連絡している。これにより、冷却潤滑液Ｃの一部分は、内周孔１Ｄから通孔１Ｆ，１Ｇ，１Ｈを通って各軸受２，３，４の内輪２Ａ，３Ａ，４Ａへ供給され、アンダーレース潤滑を実施する。主軸１の先端側軸受２，３を潤滑後の冷却潤滑液Ｃは、主軸固定機枠１２側のドレン通路１２Ａから放出路１２Ｂに集められ、又、主軸１の後端側軸受４を潤滑後の冷却潤滑液Ｃは、主軸固定機枠Ｂ側のドレン通路１２Ｃから放出路１２Ｄに集められ、各々潤滑済液として放出する。
【００１７】
尚、ビルトインモータＢＭの巻線コイル１３を備えた固定子側の冷却ジャケット１３Ａには、外筒冷却液Ｃ１が主軸固定機枠１２側の通路１２Ｅから送り込まれ、冷却済の外筒冷却液Ｃ１が通路１２Ｆから外部へ放出される。この外筒冷却液Ｃ１は、図示しない冷却装置により、冷却後に再び通路１２Ｅから送り込まれる。
【００１８】
上記第一回転シール継手Ｋ１，第二回転シール継手Ｋ２の概要構成を図２に示す。先ず、ピストン１１の中心通孔１１Ｂからドローイングバー７の後端中心孔７Ａ内に冷却潤滑液Ｃを送り込むための第一回転シール継手Ｋ１は、ドローイングバー７の後端７Ｃに嵌着した回転部材２０と、この後端面にバネ材３０で加圧力Ｐ１を付与して接触する加圧部材４０がピストン１１の中心通孔１１Ｂ内の拡径部１１Ｃに装備している。又、主軸尾端孔部１Ｅと機枠Ｂ間に介在させた接触式の第二回転シール継手Ｋ２は、主軸尾端孔部１Ｅの環体５０に係合させた回転部材６０と、この後端面にバネ材７０で加圧力Ｐ２を付与して接触する加圧部材８０が機枠Ｂに固定した支持環体９０内に装備している。
【００１９】
次に、第一回転シール継手Ｋ１の詳細構成を、図３により説明する。ドローイングバー７の後端７Ｃに嵌着したコ字型断面の環体ホルダ２１内に、環状の回転部材２０が嵌入し、ピン２２で軸方向のみ移動自在に一体的に支持されている。他方、環状の加圧部材４０は、ピストン１１の拡径部１１Ｃにピン４３で軸方向のみ移動自在に一体的に備える倒Ｙ字断面の環体ホルダ４１における凹部４２の円周上に複数のにバネ材３０を介して移動可能に嵌合している。上記バネ材３０は、加圧力Ｐ１を加圧部材４０に対してその円周上で均等に付与し、この加圧力Ｐ１を加圧部材４０の接触輪片４０Ａを介して接触する回転部材２０の端面に、求心機構の機能のもと付与している。
【００２０】
尚、上記回転部材２０の材質は、軽量であって耐摩耗性や耐薬品性及び耐熱性，低摩擦係数等に優れたセラミックス材が採用されている。また、加圧部材４０の材質は、耐摩耗性及び耐熱性，低摩擦係数等に優れたカーボン材が採用されている。これら材質の採用により、回転部材２０とこれに所定の加圧力Ｐ１を付与する加圧部材４０の接触輪片４０Ａとは、冷却潤滑液Ｃを漏らすこと無く回転シール継手Ｋ１の機能を果たす事が出来、高速回転でも１０年以上の長寿命を保証する。
【００２１】
続いて、第二回転シール継手Ｋ２の詳細構成を、図４により説明する。主軸尾端孔部１Ｅには、コ字型断面のホルダ部５１を持つ環体５０がボルト５２により締結されている。上記ホルダ部５１には、環状の回転部材６０が嵌入してピン５３で軸方向のみ移動自在に一体的に備えられている。他方、環状の加圧部材８０は、機枠Ｂに固定した支持環体９０のコ字型断面のホルダ部９１の内周壁に嵌着したスプライン筒９２の内周面に軸方向のみ移動自在に一体的に備えている。支持環体９０の凹部９３の円周上に複数備えたバネ材３０は、加圧力Ｐ２を加圧部材８０に対してその円周上で均等に付与し、この加圧力Ｐ２を加圧部材８０の接触輪片８０Ａを介して接触する回転部材６０の端面に、求心機構の機能のもと付与している。上記環体５０や支持環体９０の内周面と、ドローイングバー７の外周面との間には隙間Ｘを設け、この隙間Ｘから主軸冷却した冷却潤滑液Ｃを機枠Ｂの通孔Ｂ１へと導き、第二回転シール継手Ｋ２にて冷却潤滑液Ｃの漏れを防止する機能を果たしている。
【００２２】
尚、上記回転部材６０の材質も、軽量であって耐摩耗性や耐薬品性及び耐熱性，低摩擦係数等に優れたセラミックス材が採用されている。そして、加圧部材８０の材質も、耐摩耗性及び耐熱性，低摩擦係数等に優れたカーボン材が採用されている。これら材質の採用により、回転部材６０とこれに所定の加圧力Ｐ２を付与する加圧部材８０の接触輪片８０Ａとは、冷却潤滑液Ｃを漏らすこと無く回転シール継手Ｋ２の機能を果たす事が出来、高速回転でも１０年以上の長寿命を保証する。
【００２３】
本発明の各回転シール継手Ｋ１，Ｋ２は上記のように構成されており、以下のように作用する。アンクランプ装置１０のピストン１１の尾端孔部１１Ａには、主軸１の軸芯冷却と３つの軸受２，３，４のアンダーレース潤滑を行うための冷却潤滑液Ｃが供給される。上記尾端孔部１１Ａに供給された冷却潤滑液Ｃは、第一回転シール継手Ｋ１を介してピストン１１の通孔１１Ｂからドローイングバー７の中心孔７Ｂ内に送り込まれ、ドローイングバー７の先端に開口した通孔７Ｃからドローイングバー７の外周に面した主軸１の内周孔１Ｂに流入する。上記第一回転シール継手Ｋ１は、アンクランプ装置１０のクランプ，アンクランプ動作状態や主軸１の回転及び停止に係わりなく常に安定したシール作用を発揮する。
【００２４】
即ち、回転部材２０とこれに所定の加圧力Ｐ１を付与する加圧部材４０の接触輪片４０Ａとにより、この両者２０，４０間の接触圧が一定に制御されるから主軸１の回転及び停止や外部変動の要因に係わりなく、冷却潤滑液Ｃを漏らすことも無く回転シール継手Ｋ１の機能を果たす。又、主軸１の高速回転時でも、これと一体回転する回転部材２０の求心機能により両接触面が均等に密着し、液漏れの防止機能が１０年以上の長寿命を発揮する効果がある。
【００２５】
次に、主軸１の内周孔１Ｂに流入した冷却潤滑液Ｃの大部分は、主軸１の全長にわたって冷却すると共に、主軸中腹部１Ａで多量に発生するローター５からの熱を冷却し、主軸尾端孔部１Ｅと機枠Ｂ間に介在させた接触式の第二回転シール継手Ｋ２の内周隙間Ｘを通って機枠Ｂの通孔Ｂ１から外部へ軸芯冷却済液として放出する。上記第二回転シール継手Ｋ２は、主軸１の回転及び停止に係わりなく常に安定したシール作用を発揮する。
【００２６】
即ち、回転部材６０とこれに所定の加圧力Ｐ２を付与する加圧部材８０の接触輪片８０Ａとにより、この両者６０，８０間の接触圧が一定に制御されるから主軸１の回転及び停止や外部変動の要因に係わりなく、冷却潤滑液Ｃを漏らすことも無く回転シール継手Ｋ２の機能を果たす。又、主軸１の高速回転時でも、これと一体回転する回転部材６０の求心機能により両接触面が均等に密着し、液漏れの防止機能が１０年以上の長寿命を発揮する効果がある。
【００２７】
上記冷却潤滑液Ｃは、図示しない冷却装置により、冷却後に再び接触式の第一回転シール継手Ｋ１を介してピストン１１の通孔１１Ｂからドローイングバー７の中心孔７Ｂ内に送り込まれる。他方、主軸１の内周孔１Ｂに流入した冷却潤滑液Ｃの一部分は、３つの軸受２，３，４のアンダーレース潤滑を内周孔１Ｂから半径方向に明けた通孔１Ｆ，１Ｇ，１Ｈから各軸受２，３，４の内輪２Ａ，３Ａ，４Ａに流れ込み、アンダーレース潤滑をする。主軸１の先端側軸受２，３を潤滑後の冷却潤滑液Ｃは、主軸固定機枠１２側のドレン通路１２Ａから放出路１２Ｂに集められ、又、主軸１の後端側軸受４を潤滑後の冷却潤滑液Ｃは、主軸固定機枠Ｂ側のドレン通路１２Ｃから放出路１２Ｄに集められ、各々潤滑済液として放出する。
【００２８】
本発明は、上記実施例に限定されることなく発明の要旨内での細部の設計変更が可能である。例えば、２個の回転シール継手Ｋ１，Ｋ２は上記構成に限定されず、詳細な部分構成を自由に設計変更できる。
【００２９】
【効果】
本発明の請求項１によると、使用する回転シール継手は、回転部材とこれに所定の加圧力を付与する加圧部材の接触輪片とにより、この両者間の接触圧が簡潔な構成手段で一定に制御されるから、ドローイングバーや主軸等の回転体の回転及び停止や外部変動の要因に係わりなく、冷却潤滑液を漏らすことも無く回転シール継手の機能を果たす。又、主軸等の高速回転時でも、これと一体回転する回転部材に求心機能が働き、液漏れの防止機能が長期間にわたり発揮する効果がある。
上記の回転シール継手を、主軸の軸心冷却の入口と出口においてそれぞれ配置することにより、個々の回転シール継手のサイズを小さくでき、高速追従性と信頼性は高められ、シール部分から冷却液の若干の漏洩があっても問題なく回収される。
また、小型化された回転シール継手は狭い主軸内にあっても合理的に配置しやすく、主軸設計において部品レイアウトの自由度を損なうことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る主軸等の回転シール継手を備えた主軸装置の全体断面図である。
【図２】本発明に係る主軸等の回転シール継手の拡大断面図である。
【図３】本発明の第一回転シール継手の詳細構成を示す拡大断面図である。
【図４】本発明の第二回シール転継手の詳細構成を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１                    主軸
１Ｅ                  主軸尾端孔部
２，３，４            軸受
２Ａ，３Ａ，４Ａ      内輪
７                    ドローイングバー
７Ｃ                  通孔
１０                  アンクランプ装置
１１                  ピストン
２０，６０            回転部材
２１                  環体ホルダ
３０，７０            バネ材
４０，８０            加圧部材
４０Ａ，８０Ａ        接触輪片
４１                  環体ホルダ
５０                  環体
９０                  支持環体
Ｂ                    機枠
Ｃ                    冷却潤滑液
Ｃ１                  外筒冷却液
Ｋ１                  第一回転シール継手
Ｋ２                  第二回シール転継手
【目的】
主軸の軸心冷却と主軸の外筒冷却を合わせて行う主軸のハイブリッド冷却の、軸心冷却で使用される冷却液のシール方法に関して、
スプリング力を利用した定圧機構により回転シール部材の回転側部材に固定側部材を定常圧に接触付与することで、油漏れなく且つ高速回転に対応できる回転シール継手を、冷却液の入口と出口に別個に配置することにより、それぞれの回転シール継手を小型化し、狭い主軸後部に合理的に配置でき、高速回転時の追従性と信頼性も向上させることを目的とする。
【構成】
ドローイングバー７の中心孔７Ｂへの冷却潤滑液Ｃの供給や主軸尾端孔１Ｅからの冷却潤滑液Ｃの排出若しくは主軸尾端孔１Ｅへの供給を支配する回転シール継手にして、ドローイングバー７や主軸１等の回転体の端部に嵌着させた回転部材２０，６０と、この回転部材の端面にバネ材３０，７０等で加圧力Ｐ１，Ｐ２を付与されて接触する加圧部材４０，８０を固定体等に装備させた回転シール継手Ｋ１，Ｋ２である。
【図１】
0003556989.tif 000002
【図２】
0003556989.tif 000003
【図３】
0003556989.tif 000004
【図４】
0003556989.tif 000005