(57)【要約】【課題】外部にエア供給源等の装置を別途設ける必要がなく、簡素な構造で回転軸をシールできる回転軸のシール装置を提供する。【解決手段】本発明の砥石軸のシール装置１は、ハウジング１０と、スピンドル１１と、管路１２と、動圧発生装置１３とから構成されている。スピンドル１１が回転すると、動圧発生装置１３によって空間１１０内に圧力差が発生する。それに伴って、空間１１０内の空気が前方へと流れ始める。空気は、管路１２の後方端部から連続的に吸入され、空間１１０を経てフロントキャップ１０２の前方へと連続的に排出される。そのため、従来のように、外部にエア供給源等の装置を別途設ける必要がなくなり、簡素な構造でスピンドル１１をシールすることができる。それに伴い、コストを抑えることができる。【選択図】図１
2008185203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、一端部を前記ハウジングの外部に突出させ、軸受を介して前記ハウジングに回転可能に支持される回転軸と、前記回転軸の前記一端部と前記軸受との間に形成される、前記ハウジングと前記回転軸との間の空間を、前記ハウジングの外部に連通させる連通路とを備え、前記連通路を通り、前記回転軸の前記一端部側に向かって流れる流体により、前記ハウジングと前記回転軸との間の前記空間への前記回転軸の前記一端部側からの異物の侵入を防止する回転軸のシール装置において、
前記回転軸の回転によって前記回転軸の前記一端部側に向かう流体の流れを発生させる流体流れ発生手段を有することを特徴とする回転軸のシール装置。
【請求項２】
前記流体流れ発生手段は、前記ハウジング及び前記回転軸の少なくもいずれかに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転軸のシール装置。
【請求項３】
前記流体流れ発生手段は、前記回転軸の前記一端部と前記軸受との間に形成される、前記ハウジングと前記回転軸との間の前記空間に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転軸のシール装置。
【請求項４】
前記流体流れ発生手段は、前記回転軸の回転によって圧力差を発生することで流体の流れを発生させる動圧発生手段であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回転軸のシール装置。
【請求項５】
動圧発生手段は、回転軸の軸心に対して所定角度傾斜するとともに、所定間隔を隔てて形成される動圧溝であることを特徴とする請求項４に記載の回転軸のシール装置。
【請求項６】
前記回転軸の前記一端部と前記軸受との間に形成される、前記ハウジングと前記回転軸との間の前記空間内であって、前記連通路の開口より前記回転軸の前記一端部側に配置され、前記回転軸の回転数が所定回転数以下のとき、前記ハウジング及び前記回転軸に接触して、前記ハウジングと前記回転軸との隙間を閉鎖し、前記回転軸の回転数が前記所定回転数を超えると、前記ハウジング又は前記回転軸と非接触状態となり、前記ハウジングと前記回転軸との隙間を開放するシール手段を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の回転軸のシール装置。
【請求項７】
前記シール手段は、アクチュエータを備え、前記回転軸の回転数が前記所定回転数を超えると、前記アクチュエータの駆動力によって前記ハウジング又は前記回転軸と非接触状態となることを特徴とする請求項６に記載の回転軸のシール装置。
【請求項８】
前記回転軸の前記一端部と前記軸受との間に形成される、前記ハウジングと前記回転軸との間の前記空間内であって、前記連通路の開口より前記回転軸の前記一端部側に配置され、前記回転軸の回転数が所定回転数以下のとき、前記ハウジング及び前記回転軸に接触して、前記ハウジングと前記回転軸との隙間を閉鎖し、前記回転軸の回転数が前記所定回転数を超えると、圧力変化によって変形し、前記ハウジング又は前記回転軸と非接触状態となり、前記ハウジングと前記回転軸との隙間を開放するシール手段を有することを特徴とする請求項４又は５に記載の回転軸のシール装置。
【請求項９】
前記回転軸は、前記一端部が加工領域に突出し、工具が固定される主軸又はワークが固定されるワーク軸であり、
前記連通路は、一端部が非加工領域に開口していることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の回転軸のシール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸のシール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転軸のシール装置として、特開平９−２５３９７３号公報に開示されている工作機械のシール構造や、特開２０００−１８３９５号公報に開示されている回転軸のシール装置がある。
【０００３】
特開平９−２５３９７３号公報に開示されている工作機械のシール構造は、ギアボックスの本体内に、エア供給源から加圧エアを供給することで、外部からの冷却液の進入を防止するものである。また、特開２０００−１８３９５号公報に開示されている回転軸のシール装置は、主軸スピンドルとフロントキャップとの間の隙間に、エア供給源からエアを供給することで、フロントキャップ前方からのクーラントや異物の侵入を防止するものである。
【特許文献１】特開平９−２５３９７３号公報
【特許文献２】特開２０００−１８３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前述したシール構造やシール装置では、外部にエア供給源を別途設けなければならない。そのため、構造が複雑になってしまう。また、それに伴って、コストがアップしてしまうという問題があった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、外部にエア供給源等の装置を別途設ける必要がなく、簡素な構造で回転軸をシールすることができる回転軸のシール装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、回転軸の回転によって流体の流れを発生させる流体流れ発生装置を内部に設けることで、外部にエア供給源等の装置を別途設ける必要がなくなることを思いつき、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明の回転軸のシール装置は、ハウジングと、一端部をハウジングの外部に突出させ、軸受を介してハウジングに回転可能に支持される回転軸と、回転軸の一端部と軸受との間に形成される、ハウジングと回転軸との間の空間をハウジングの外部に連通させる連通路と回転軸の回転によって回転軸の一端部側に向かう流体の流れを発生させる流体流れ発生手段とを備えている。そして、連通路を通り、回転軸の一端部側に向かって流れる流体により、ハウジングと回転軸との間の空間への回転軸の一端部側からの異物の侵入を防止する。これにより、外部にエア供給源等の装置を別途設ける必要がなくなり、簡素な構造で回転軸をシールすることができる。それに伴い、コストを抑えることができる。
【０００８】
また、流体流れ発生手段は、ハウジング及び回転軸の少なくもいずれかに設けられているとよい。これにより、回転軸の回転を確実に利用することができる。
【０００９】
また、流体流れ発生手段は、回転軸の一端部と軸受との間に形成される、ハウジングと回転軸との間の空間に設けられているとよい。流体流れ発生手段は、軸受と、異物の侵入する回転軸の一端部側との間に配置されている。そして、回転軸の回転に伴って、回転軸の一端部側に向かう流体の流れを発生する。そのため、軸受への一端部側からの異物の侵入を効率よく防止することができる。
【００１０】
また、流体流れ発生手段は、回転軸の回転によって圧力差を発生することで流体の流れを発生させる動圧発生手段であるとよい。これにより、流体の流れを確実に発生させることができる。しかも、圧力差を発生することで、異物の侵入をより確実に防止することができる。
【００１１】
また、動圧発生手段は、回転軸の軸心に対して所定角度傾斜するとともに、所定間隔を隔てて形成される動圧溝であるとよい。これにより、回転軸の回転による圧力差を確実に発生させることができる。
【００１２】
また、回転軸の一端部と軸受との間に形成される、ハウジングと回転軸との間の空間内であって、連通路の開口より回転軸の一端部側に配置され、回転軸の回転数が所定回転数以下のとき、ハウジング及び回転軸に接触して、ハウジングと回転軸との隙間を閉鎖し、回転軸の回転数が所定回転数を超えると、ハウジング又は回転軸と非接触状態となり、ハウジングと回転軸との隙間を開放するシール手段を備えているとよい。流体流れ発生手段は、回転軸の回転により流体の流れを発生する。そのため、回転軸の回転数が低いと、充分な流体の流れを発生できない可能性がある。しかし、所定回転数以下のときハウジング及び回転軸と接触して、ハウジングと回転軸との間の隙間を閉鎖するシール手段を備えている。そのため、回転軸の回転数に係わらず、確実にシールすることができる。つまり、流体の流れによるシール効果が低い、回転軸の停止時や低速回転時においても確実にシールすることができる。しかも、所定回転数を超えると、シール手段は、ハウジング又は回転軸と非接触状態となり、ハウジングと回転軸との隙間を開放する。
【００１３】
また、シール手段は、アクチュエータを備え、回転軸の回転数が所定回転数を超えると、アクチュエータの駆動力によってハウジング又は回転軸と非接触状態となるようにするとよい。これにより、所定回転数を超えると、シール手段を確実に非接触状態にすることができる。
【００１４】
また、回転軸の一端部と軸受との間に形成される、ハウジングと回転軸との間の空間内であって、連通路の開口より回転軸の一端部側に配置され、回転軸の回転数が所定回転数以下のとき、ハウジング及び回転軸に接触して、ハウジングと回転軸との隙間を閉鎖し、回転軸の回転数が所定回転数を超えると、圧力変化によって変形し、ハウジング又は回転軸と非接触状態となり、ハウジングと回転軸との隙間を開放するシール手段を備えているとよい。これにより、流体の流れによるシール効果が低い、回転軸の停止時や低速回転時においても確実にシールすることができる。所定回転数を超えると、シール手段を確実に非接触状態にすることができる。また、シール手段は、圧力変化によって接触状態から非接触状態に切替わるため、アクチュエータを備える場合に比べ構造を簡素化することができる。そのため、コストを抑えることができる。
【００１５】
また、回転軸は、一端部が加工領域に突出し、工具が固定される主軸又はワークが固定されるワーク軸であり、連通路は、一端部が非加工領域に開口しているとよい。回転軸は、工具が固定される主軸、又は被加工物であるワークが固定されるワーク軸である。そのため、加工領域には、工具やワークを冷却するための冷却液が飛散している。また、加工に伴う切削粉等が飛散している。しかし、連通路の一端部は、非加工領域に開口している。そのため、加工領域に存在する水分や塵埃等の異物の連通路からの侵入を防止することができる。なお、連通路に異物を除去する除去手段を設けてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の回転軸のシール装置によれば、外部にエア供給源等の装置を別途設ける必要がなく、簡素な構造で回転軸をシールすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る回転軸のシール装置を、工作機械の回転軸のシール装置に適用した例を示す。
【００１８】
（第１実施形態）
第１実施形態では、本発明に係る回転軸のシール装置を、研削盤の砥石軸のシール装置に適用した例を示す。
【００１９】
まず、図１及び図２を参照して砥石軸のシール装置の構造について説明する。ここで、図１は、第１実施形態における研削盤の砥石軸のシール装置の断面図である。図２は、図１における動圧発生装置周辺の部分拡大図である。
【００２０】
図１に示すように、砥石軸のシール装置１は、ハウジング１０と、スピンドル１１（回転軸）と、管路１２（連通路）と、動圧発生装置１３（流体流れ発生手段、動圧発生手段）とから構成されている。ハウジング１０は、軸受ハウジング１００（ハウジング）と、砥石軸ハウジング１０１（ハウジング）と、フロントキャップ１０２（ハウジング）とから構成されている。
【００２１】
軸受ハウジング１００は、内周面に形成される静圧軸受１４を介して、スピンドル１１を回転可能に支持するための略円筒状の部材である。
【００２２】
砥石軸ハウジング１０１は、軸受ハウジング１００及びモータ１５を固定するための略円筒状の部材である。砥石軸ハウジング１０１内の前方には、軸受ハウジング１００が固定されている。また、後方には、モータ１５のステータ１５０が、ステータハウジング１５１を介して固定されている。
【００２３】
フロントキャップ１０２は、軸受ハウジング１００の前方端面を覆うための略円板状の部材である。フロントキャップ１０２は、軸受ハウジング１００の前方端面に固定されている。
【００２４】
スピンドル１１は、モータ１５の回転を砥石１６に伝達するための略円柱状の部材である。スピンドル１１は、前方端部をフロントキャップ１０２の端面から前方に突出させた状態で、静圧軸受１４を介して軸受ハウジング１００に回転可能に支持されている。このとき、図２に示すように、スピンドル１１の前方端部と静圧軸受１４との間には、フロントキャップ１０２の内周面とスピンドル１１の外周面とによって、空間１１０が形成される。図１に示すように、スピンドル１１の前方端部には、略円板状の砥石１６が固定されている。また、後方端部には、モータ１５のロータ１５２が固定されている。
【００２５】
管路１２は、静圧軸受１４の前方に形成される空間１１０を、砥石軸ハウジング１０１の後方外部に連通させるための通路である。管路１２は、フロントキャップ１０２、軸受ハウジング１００及び砥石軸ハウジング１０１に形成されている。管路１２の前方端部は、空間１１０に開口している。後方端部は、砥石軸ハウジング１０１の後方外部に開口している。
【００２６】
動圧発生装置１３は、スピンドル１１の回転によって圧力差を発生することで、前方への流体の流れ、具体的には、空気の流れを発生させるための装置である。動圧発生装置１３は、複数の動圧溝１３０によって構成されている。動圧溝１３０は、フロントキャップ１０２の内周面と対向する、スピンドル１１の外周面に形成されている。動圧溝１３０は、スピンドル１１の軸心に対して所定角度傾斜するとともに、周方向に所定間隔を隔てて等間隔に形成されている。
【００２７】
このようにして構成された砥石軸は、研削盤本体（図略）に固定されている。また、砥石軸ハウジング１０１の前方端面には、加工領域と非加工領域とを区画するカバー１７が固定されている。そのため、前述した管路１２の後方端部は、非加工領域に開口することとなる。
【００２８】
次に、図１及び図２を参照して砥石軸のシール装置の動作について説明する。図１においてスピンドル１１が回転すると、動圧発生装置１３によって空間１１０内に圧力差が発生する。それに伴って、空間１１０内の空気が前方へと流れ始める。空気は、非加工領域に開口した管路１２の後方端部から連続的に吸入される。そして、図２において矢印で示すように、管路１２から空間１１０を経てフロントキャップ１０２の前方へと連続的に排出される。スピンドル１１の前方端部は、加工領域内に配置されており、飛散する冷却液や研削粉にさらされている。しかし、動圧発生装置１３による前方への空気の流れによって、これら異物の浸入を防止することができる。
【００２９】
最後に、効果について説明する。砥石軸のシール装置１は、スピンドル１１の回転によって前方への空気の流れを発生させる動圧発生装置１３を内部に備えている。そのため、従来のように、外部にエア供給源等の装置を別途設ける必要がなくなり、簡素な構造でスピンドル１１をシールすることができる。それに伴い、コストを抑えることができる。
【００３０】
また、動圧発生装置１３は、スピンドル１１に設けられている。そのため、スピンドル１１の回転を確実に利用することができる。しかも、軸受の前方に配置されている。そのため、静圧軸受１４への前方からの異物の侵入を効率よく防止することができる。
【００３１】
さらに、動圧発生装置１３は、スピンドル１１の外周面に形成された複数の動圧溝１３０によって構成されている。そのため、スピンドル１１の回転によって前後で圧力差を生じる。これにより、空気の流れを確実に発生させることができる。しかも、圧力差を生じることで、異物の侵入をより確実に防止することができる。
【００３２】
加えて、管路１２の後方端部は、非加工領域に開口している。そのため、加工領域に飛散する冷却水や研削粉等の異物の管路１２からの侵入を防止することができる。
【００３３】
（第２実施形態）
第２実施形態では、本発明に係る回転軸にシール装置をマシニングセンタの主軸に適用した例を示す。
【００３４】
まず、図３〜図５参照して主軸のシール装置の構造について説明する。ここで、図３は、第２実施形態におけるマシニングセンタの主軸のシール装置の断面図である。図４は、図３における動圧発生装置周辺の部分拡大図である。図５は、図４におけるシール部材周辺の部分拡大図である。
【００３５】
図３に示すように、主軸のシール装置２は、ハウジング２０と、スピンドル２１（回転軸）と、管路２２（連通路）と、動圧発生装置２３（流体流れ発生手段、動圧発生手段）と、シール部材２４（シール手段）とから構成されている。ハウジング２０は、外輪ケース２００と、ベアリングケース２０１と、主軸ハウジング２０２と、フロントキャップ２０３とから構成されている。
【００３６】
外輪ケース２００は、ベアリング２５０、２５１を介してスピンドル２１を回転可能に支持するための略円筒状の部材である。外輪ケース２００内には、軸方向に所定間隔を隔ててベアリング２５０、２５１が固定されている。
【００３７】
ベアリングケース２０１は、ベアリング２５２、２５３を介してスピンドル２１を回転可能に支持するとともに、外輪ケース２００を固定するための略円筒状の部材である。ベアリングケース２０１内の前方には、所定間隔を隔ててベアリング２５２、２５３が固定されている。また、後方には、外輪ケース２００が固定されている。
【００３８】
主軸ハウジング２０２は、ベアリングケース２０１及びモータ２６を固定するための
略円筒状の部材である。主軸ハウジング２０２内の前方には、ベアリングケース２０１の後方端部が固定されている。また、後方には、モータ２６のステータ２６０がステータハウジング２６１を介して固定されている。
【００３９】
フロントキャップ２０３は、ベアリングケース２０１の前方の開口部を覆うための略円板状の部材である。フロントキャップ２０３は、ベアリングケース２０１の前方端部に固定されている。
【００４０】
スピンドル２１は、モータ２６の回転をホルダ２７０を介して刃具２７１に伝達するための略円筒状の部材である。スピンドル２１は、前方端部をフロントキャップ２０３の端面から前方に突出させた状態で、ベアリング２５０〜２５３を介して外輪ケース２００及びベアリングケース２０１に回転可能に支持されている。このとき、図４に示すように、スピンドル２１の前方端部とベアリング２５２との間には、フロントキャップ２０３の内周面とスピンドル２１の外周面とによって、空間２１０が形成される。図３に示すように、スピンドル２１内の前方には、刃具２７１の固定されたホルダ２７０をクランプするクランプユニット２１１が収容されている。また、クランプユニット２１１を作動させるプッシュロッド２１２が収容されている。さらに、スピンドル２１の後方端部には、ロータスリーブ２６２を介してモータ２６のロータ２６３が固定されている。
【００４１】
管路２２は、ベアリング２５２の前方に形成される空間２１０を、主軸ハウジング２０２の後方外部に連通させるための通路である。管路２２は、フロントキャップ２０３、ベアリングケース２０１及び主軸ハウジング２０２に形成されている。管路２２の前方端部は、空間２１０に開口している。後方端部は、主軸ハウジング２０２の後方外部に開口している。
【００４２】
動圧発生装置２３は、スピンドル２１の回転によって圧力差を発生することで、前方への流体の流れ、具体的には、空気の流れを発生させるための装置である。動圧発生装置２３は、複数の動圧溝２３０によって構成されている。動圧溝２３０は、フロントキャップ２０３の内周面と対向するスピンドル２１の大径部の外周面に形成されている。動圧溝２３０は、スピンドル２１の軸心に対して所定角度傾斜するとともに、周方向に所定間隔を隔てて等間隔に形成されている。
【００４３】
シール部材２４は、スピンドル２１が停止又は所定回転数以下で低速回転しているときに、ベアリング２５２の前方に形成される、フロントキャップ２０３とスピンドル２１との間の隙間を閉鎖するための弾性を有する材質、具体的には、ニトリルゴム又はテフロンからなる円環状の部材である。シール部材２４は、本体部２４０と、シールリップ部２４１とから構成されている。本体部２４０は、円環状の部位である。シールリップ部２４１は、本体部２４０の内周面に形成される円板状の部位であり、本体部２４０の一端部側に傾斜している。また、本体部２４０とシールリップ部２４１の連結部には、円環状の凹部２４２が設けられている。本体部２４０は、管路２２の前方端部の開口より前方、かつ、動圧発生装置２３より後方であって、フロントキャップ２０３の内周面に形成されている円環状の凹部２０３０に嵌挿されている。また、シールリップ部２４１は、前方に傾斜した状態でスピンドル２１の外周面に全周に渡って密接している。シール部材２４は、スピンドル２１の回転数が所定回転数を超えて高速回転すると、圧力差の増加に伴ってシールリップ部２４１が変形し、スピンドル２１に対して非接触状態となるように、シールリップ部２４１及び凹部２４２の形状等が設定されている。ここで、所定回転数は、動圧発生装置２３によって発生した流体の流れ、具体的には、空気の流れが、前方からの異物の侵入を防止できる回転数である。動圧発生装置２３の性能に左右されるが、例えば、スピンドル２１の軸径が１００ｍｍの場合、１０００ｒｐｍである。
【００４４】
このようにして構成された主軸は、主軸ケース２０４を介してマシニングセンタ本体（図略）に固定されている。また、主軸ケース２０４の前方端面には、加工領域と非加工領域とを区画するカバー２８が固定されている。そのため、前述した管路２２の後方端部は、非加工領域に開口することとなる。
【００４５】
次に、図３、図５及び図６を参照して主軸のシール装置の動作について説明する。ここで、図６は、スピンドルが高速回転したときのシール部材の状態を示すシール部材周辺の部分拡大図である。
【００４６】
図３において、スピンドル２１が回転すると、動圧発生装置２３によって空間２１０内に圧力差が発生する。しかし、スピンドル２１の回転数が所定回転数以下のとき、図５に示すように、シール部材２４のシールリップ部２４１は変形せず、スピンドル２１に対して接触状態を保持する。そのため、フロントキャップ２０３とスピンドル２１との隙間が閉鎖される。スピンドル１１の前方端部は、加工領域内に配置されており、飛散する冷却液や切削粉にさらされている。しかし、シール部材２４によってこれら異物の浸入を防止することができる。
【００４７】
これに対し、スピンドル２１の回転数が所定回転数を超えると、圧力差の増加に伴って、図６に示すように、シールリップ部２４１が変形し、スピンドル２１に対して非接触状態となる。これにより、フロントキャップ２０３とスピンドル２１との隙間が開放される。それに伴って、空間２１０内の空気が流れ始める。空気は、非加工領域に開口した管路２２の後方端部から連続的に吸入される。そして、矢印で示すように、管路２２から空間２１０を経てフロントキャップ２０３の前方へと連続的に排出される。そのため、動圧発生装置２３による前方への空気の流れによって、異物の浸入を防止することができる。
【００４８】
最後に、効果について説明する。主軸のシール装置２は、スピンドル２１の回転によって前方への空気の流れを発生させる動圧発生装置２３を備えている。また、スピンドル２１の回転数が所定回転数以下のときスピンドル２１に対して接触状態を保持し、所定回転数を超えると非接触状態となるシール部材２４を備えている。そのため、所定回転数以下のときにはシール部材２４によって、所定回転数を超えると動圧発生装置２３によってスピンドル２１をシールすることができる。従って、スピンドル２１の回転数に係わらず、確実にシールすることができる。しかも、動圧発生装置２３が内部に設けられているため、従来のように、外部にエア供給源等の装置を別途設ける必要がなくなり、簡素な構造でスピンドル２１をシールすることができる。それに伴い、コストを抑えることができる。
【００４９】
また、シール部材２４は、圧力変化によって変形し、接触状態から非接触状態に切替わる。そのため、構造を簡素することができ、コストをより抑えられる。
【００５０】
（第３実施形態）
第３実施形態では、第２実施形態と同様に、本発明に係る回転軸のシール装置をマシニングセンタの主軸に提供した例を示す。第３実施形態の主軸のシール装置は、第２実施形態の主軸のシール装置に対して、シール部材の構造のみを変更したものである。
【００５１】
まず、図７及び図８を参照して主軸のシール装置の構造について説明する。ここで、図７は、第３実施形態におけるシール部材周辺の部分拡大図である。ここでは、第２実施形態の主軸のシール装置との相違部分であるシール部材の構造についてのみ説明し、共通する部分については必要とされる箇所以外説明を省略する。なお、前述した実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明する。
【００５２】
図７に示すように、主軸のシール装置２’は、シール部材２９を備えている。シール部材２９は、スピンドル２１が停止又は所定回転数以下で低速回転しているときに、ベアリング２５２の前方に形成される、フロントキャップ２０３とスピンドル２１との間の隙間を閉鎖するための円環状の部材である。シール部材２９は、本体部２９０（アクチュエータ）と、シールリップ部２９１とから構成されている。本体部２９０は、電圧が印加されることで、軸方向に収縮する円環状の圧電アクチュエータである。シールリップ部２４１は、本体部２９０の軸方向端面に密着される弾性を有する材質、具体的には、ニトリルゴム又はテフロンからなる円環状の部材である。本体部２９０は、円環状の凹部２０３０の後方側面に密着されている。また、シールリップ部２９１は、スピンドル２１の大径部の後方端面に全周に渡って密接している。
【００５３】
次に、図７及び図８を参照して主軸のシール装置の動作について説明する。ここで、図８は、スピンドルが高速回転したときのシール部材の状態を示すシール部材周辺の部分拡大図である。
【００５４】
スピンドル２１が回転すると、動圧発生装置２３によって空間２１０内に圧力差が発生する。しかし、スピンドル２１の回転数が所定回転数以下のとき、シール部材２９の本体部２９０には電圧が印加されない。そのため、本体部２９０は収縮せず、図７に示すように、シール部材２９は、スピンドル２１に対して接触状態を保持する。これにより、フロントキャップ２０３とスピンドル２１との隙間が閉鎖される。従って、シール部材２９によって冷却液や切削粉等の異物の浸入を防止することができる。
【００５５】
これに対し、スピンドル２１の回転数が所定回転数を超えると、シール部材２９の本体部２９０に電圧が印加される。そのため、本体部２９０が収縮し、図８に示すように、シール部材２９は、スピンドル２１に対して非接触状態となる。これにより、フロントキャップ２０３とスピンドル２１との隙間が開放される。それに伴って、空間２１０内の空気が流れ始める。空気は、非加工領域に開口した管路２２の後方端部から連続的に吸入される。そして、矢印で示すように、管路２２から空間２１０を経てフロントキャップ２０３の前方へと連続的に排出される。そのため、動圧発生装置２３による前方への空気の流れによって、異物の浸入を防止することができる。
【００５６】
最後に、効果について説明する。主軸のシール装置２’は、スピンドル２１の回転によって前方への空気の流れを発生させる動圧発生装置２３を備えている。また、スピンドル２１の回転数が所定回転数以下のときスピンドル２１に対して接触し、所定回転数を超えると非接触状態となるシール部材２９を備えている。そのため、所定回転数以下のときにはシール部材２９によって、所定回転数を超えると動圧発生装置２３によってスピンドル２１をシールすることができる。従って、スピンドル２１の回転数に係わらず、確実にシールすることができる。しかも、動圧発生装置２３が内部に設けられているため、従来のように、外部にエア供給源等の装置を別途設ける必要がなくなり、簡素な構造でスピンドル２１をシールすることができる。それに伴い、コストを抑えることができる。  また、シール部材２９は、電圧によって伸縮する圧電アクチュエータからなる本体部２９０を備えている。そのため、スピンドル２１の回転数に応じて、シール部材２９を確実に接触状態及び非接触状態に制御することができる。
【００５７】
なお、第１〜第３実施形態では、動圧溝１３０、２３０がスピンドル１１、２１の外周面に形成されている例を挙げているが、これに限られるものではない。フロントキャップ１０２、２０３の内周面に形成されていてもよいし、両方に形成されていてもよい。また、溝でなく、羽根状の凹凸を形成して、その凹凸により流体を押し流すことによって流体流れを発生させるものでもよい。このような構成であっても、動圧溝１３０、２３０の場合と同様に、流体の流れを発生させることができる。
【００５８】
また、第２及び第３実施形態では、シール部材２４、２９が、動圧発生装置２３の後方に配置されている例を挙げているが、これに限られるものではない。動圧発生装置２３の前方に配置されていてもよい。管路２２の前方端部の開口より前方であればよい。
【００５９】
さらに、第１〜第３実施形態では、本発明に係る回転軸のシール装置を、研削盤の砥石軸やマシニングセンタの主軸のシール装置に適用した例を挙げているが、これに限られるものではない。ワークが固定されるワーク軸のシール装置に適用してもよい。同様の構成であれば、工作機械に限らず他の用途にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】第１実施形態における研削盤の砥石軸のシール装置の断面図である。
【図２】図１における動圧発生装置周辺の部分拡大図である。
【図３】第２実施形態におけるマシニングセンタの主軸のシール装置の断面図である。
【図４】図３における動圧発生装置周辺の部分拡大図である。
【図５】図４におけるシール部材周辺の部分拡大図である。
【図６】スピンドルが高速回転したときのシール部材の状態を示すシール部材周辺の部分拡大図である。
【図７】第３実施形態におけるシール部材周辺の部分拡大図である。
【図８】スピンドルが高速回転したときのシール部材の状態を示すシール部材周辺の部分拡大図である。
【符号の説明】
【００６１】
１・・・砥石軸のシール装置（回転軸のシール装置）、１０・・・ハウジング、１００・・・軸受ハウジング、１０１・・・砥石軸ハウジング、１０２・・・フロントキャップ、１１・・・スピンドル（回転軸）、１１０・・・空間、１２・・・管路（連通路）、１３・・・動圧発生装置（流体流れ発生手段、動圧発生手段）、１３０・・・動圧溝、１４・・・静圧軸受、１５・・・モータ、１５０・・・ステータ、１５１・・・ステータハウジング、１５２・・・ロータ、１６・・・砥石、１７・・・カバー、２・・・主軸のシール装置（回転軸のシール装置）、２０・・・ハウジング、２００・・・外輪ケース、２０１・・・ベアリングケース、２０２・・・主軸ハウジング、２０３・・・フロントキャップ、２０３０・・・凹部、２０４・・・主軸ケース、２１・・・スピンドル（回転軸）、２１０・・・空間、２１１・・・クランプユニット、２１２・・・プッシュロッド、２２・・・管路（連通路）、２３・・・動圧発生装置（流体流れ発生手段、動圧発生手段）、２４、２９・・・シール部材（シール手段）、２４０・・・本体部、２９０・・・本体部（アクチュエータ）、２４１、２９１・・・シールリップ部、２４２・・・凹部、２５０〜２５３・・・ベアリング、２６・・・モータ、２６０・・・ステータ、２６１・・・ステータハウジング、２６２・・・ロータスリーブ、２６３・・・ロータ、２７０・・・ホルダ、２７１・・・刃具、２８・・・カバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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