(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前後方向を軸として回転可能であり制御装置によって回転速度が制御される回転軸と、該回転軸の前側を前方へ突出させた状態で回転自在に支持するハウジングとの間に設けられ、切削液の前記ハウジング内への浸入を防止するために前記ハウジングと前記回転軸との間をシールする回転軸のシール機構であって、
前記ハウジング前面に、前記回転軸の突出部と前記ハウジング前面との間にエアを供給するための第１エア供給路を開口させるとともに、前記ハウジング又は前記回転軸の突出部に、接触／非接触により前記第１エア供給路の開口よりも外周側で前記ハウジングと前記回転軸との間を閉塞／開放するシール部材を設置し、さらに前記ハウジング前面の前記シール部材よりも外周側に、前記シール部材に対してエアを吐出するための第２エア供給路を開口させる一方、前記制御装置により、エアを第１エア供給路と第２エア供給路とに切り替え供給可能としており、
前記制御装置は、回転軸が停止または低速回転を行う場合、前記第２エア供給路を介してエアを供給し、前記シール部材に対してエアを吐出することによって、前記シール部材を前記回転軸又は前記ハウジングへと押し付けて前記ハウジングと前記回転軸との間をシールする一方、回転軸が高速回転を行う場合、前記第１エア供給路を介してエアを供給して吐出させ、前記シール部材を押し上げて前記回転軸又は前記ハウジングと非接触にするとともに、吐出したエアにより前記ハウジングと前記回転軸との間をシールすることを特徴とする回転軸のシール機構。
【請求項２】
ハウジング前面に凹溝を形成し、該凹溝内に第１エア供給路を開口させるとともに、前記ハウジングの外部と連通する排出路を設ける一方、回転軸の突出部に前記凹溝に嵌入する円筒部を突設し、該円筒部にスリンガーを設けており、
前記凹溝内へと浸入した切削液を、前記回転軸の回転動作により前記排出路を介して前記ハウジングの外部へと排出可能としたことを特徴とする請求項１に記載の回転軸のシール機構。
【請求項３】
回転軸の突出部に、ハウジング前面に設けられた第２エア供給路の開口位置よりも大径なフランジを設け、該フランジにて第２エア供給路の開口前面が覆われるように前記回転軸を前記ハウジングに支持させ、前記第２エア供給路を介して吐出したエアにより前記ハウジングと前記回転軸のフランジとの間をシール可能とした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機構。
【請求項４】
シール部材が、弾性を有するリップ部を備えたＶリング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機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば回転自在なテーブルや主軸等に備えられる回転軸におけるシール機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえばワークに対して切削加工等を行う際には切削液が用いられるため、切屑等を含んだ切削液が回転軸を支持するハウジング内へと浸入しないように、回転軸とハウジングとの間にシール機構を設ける必要がある。そして、そのようなシール機構としては、回転軸とハウジングとの間を物理的にシールするシール部材を有する接触式シール機構や、回転軸に対して非接触なシール機構であるラビリンス機構等が従来より知られている。
【０００３】
上記接触式シール機構は、回転軸が比較的低速な回転しか行わない場合には確実なシール性能を発揮することができるものの、回転軸が高速回転を行う場合には摩擦熱や摩耗によりシールの耐久力が保たなくなるため、高速回転を行う回転軸に対して適用することができない。
一方、ラビリンス機構とは、回転軸とハウジングとの間に複雑なラビリンスを設け、切削液等がハウジング内まで到達しないようにするとともに、ラビリンスの適当位置に排出口を設けることによって、ラビリンス内へ浸入した切削液を重力や回転軸の遠心力を利用して排出しようとするものである。このようなラビリンス機構は、回転軸に対して接触するシール部材等を有していないため、高速回転を行う回転軸に対しては好適に利用することができるものの、回転軸が低速回転を続けると、ラビリンス内へと浸入した切削液を排出するのに十分な遠心力を得ることができず、結果的にハウジング内への切削液の浸入を許してしまうことがある。
【０００４】
そのため、回転軸の回転速度に影響されることのない確実なシールを可能とすべく、特許文献１に記載されているようなシール機構が考案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−５９１５１号公報
【０００６】
ここで、特許文献１に記載のシール機構について、図２を基に説明する。図２は、特許文献１に記載のシール機構を示した断面説明図である。
３１は、回転軸３２を回転自在に支持するハウジングであって、回転軸３２の前端部には、フランジ３３を介してブレード３４が回転軸３２と共に回転可能に取り付けられている。該ハウジング３１と回転軸３２との間には、非接触式のシール機構であるラビリンス３５が設けられているとともに、ハウジング３１側からラビリンス３５内へエアを供給可能としている。一方、回転軸３２と共に回転するフランジ３３には、接触式のシール部材であるＶリング（Ｖ型端面シール）３６が設置されており、そのリップ部３７がハウジング３１の前端面に接触してラビリンス３５の開口上方を覆った状態となっている。
【０００７】
以上のようなシール機構では、回転軸３２が低速回転を行っている場合、Ｖリング３６のリップ部３７にて切削液のハウジング３１内への浸入を防止する。また、回転軸３２が高速回転を行う場合、ラビリンス３５内へとエアを供給することによって、ラビリンス３５の開口からエアが噴出し、リップ部３７を押し上げてハウジング３１に対して非接触状態とするとともに、噴出するエアによりラビリンス３５内への切削液等の浸入を防止する。そして、高速回転から低速回転（又は回転停止）へと移る際には、ラビリンス３５内へのエア供給を停止し、リップ部３７が弾性力により自然とラビリンス３５の開口上方を覆うシール位置へと復帰するようにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載のシール機構では、高速回転から低速回転へと移る際におけるリップ部３７のシール位置への復帰を、上述の如く弾性力等に頼っているため、リップ部３７がシール位置まで復帰する（すなわち、Ｖリング３６によるシールがなされる）までに時間がかかってしまう。したがって、エアによるシールからＶリング３６によるシールに移行する間に、切削液がハウジング３１内へ浸入してしまうことがある。特に、特許文献１に記載されているような切削装置の主軸（回転軸）の場合、低速回転といってもかなり速い速度であるため、遠心力によりＶリング３６のリップ部３７が浮きがち（ハウジング３１の前端面から離れがち）となってしまい、シール性能が乏しくなるといった問題を抱えてしまう。
また、リップ部３７の確実な復帰が期待できる程度の回転速度となるまでエアによるシールを行ったとしても、エアの噴出のみでは確実なシール性能を期待することはできない。さらに、たとえラビリンスに排出口を設けたところで、低速回転では切削液を外部へ排出するのに十分な遠心力を得ることができないため、切削液のハウジング３１内への浸入を防止することができない。
【０００９】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、回転軸の回転速度に拘わらず確実なシール性能を発揮することができる回転軸のシール機構を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、前後方向を軸として回転可能であり制御装置によって回転速度が制御される回転軸と、該回転軸の前側を前方へ突出させた状態で回転自在に支持するハウジングとの間に設けられ、切削液の前記ハウジング内への浸入を防止するために前記ハウジングと前記回転軸との間をシールする回転軸のシール機構であって、前記ハウジング前面に、前記回転軸の突出部と前記ハウジング前面との間にエアを供給するための第１エア供給路を開口させるとともに、前記ハウジング又は前記回転軸の突出部に、接触／非接触により前記第１エア供給路の開口よりも外周側で前記ハウジングと前記回転軸との間を閉塞／開放するシール部材を設置し、さらに前記ハウジング前面の前記シール部材よりも外周側に、前記シール部材に対してエアを吐出するための第２エア供給路を開口させる一方、前記制御装置により、エアを第１エア供給路と第２エア供給路とに切り替え供給可能としており、前記制御装置は、回転軸が停止または低速回転を行う場合、前記第２エア供給路を介してエアを供給し、前記シール部材に対してエアを吐出することによって、前記シール部材を前記回転軸又は前記ハウジングへと押し付けて前記ハウジングと前記回転軸との間をシールする一方、回転軸が高速回転を行う場合、前記第１エア供給路を介してエアを供給して吐出させ、前記シール部材を押し上げて前記回転軸又は前記ハウジングと非接触にするとともに、吐出したエアにより前記ハウジングと前記回転軸との間をシールすることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、ハウジング前面に凹溝を形成し、該凹溝内に第１エア供給路を開口させるとともに、前記ハウジングの外部と連通する排出路を設ける一方、回転軸の突出部に前記凹溝に嵌入する円筒部を突設し、該円筒部にスリンガーを設けており、前記凹溝内へと浸入した切削液を、前記回転軸の回転動作により前記排出路を介して前記ハウジングの外部へと排出可能としたことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の発明において、回転軸の突出部に、ハウジング前面に設けられた第２エア供給路の開口位置よりも大径なフランジを設け、該フランジにて第２エア供給路の開口前面が覆われるように前記回転軸を前記ハウジングに支持させ、前記第２エア供給路を介して吐出したエアにより前記ハウジングと前記回転軸のフランジとの間をシール可能としたことを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかの発明において、シール部材が、弾性を有するリップ部を備えたＶリングであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、回転軸が停止または低速回転を行う場合、第２エア供給路を介してエアを供給し、シール部材に対してエアを吐出することによって、シール部材を回転軸又はハウジングへと押し付けてハウジングと回転軸との間をシールする。したがって、低速とは言え回転軸が回転することにより生じる遠心力によりシール部材が浮き上がって隙間を開放してしまう事態を防止することができ、シール部材を用いた接触式シール機構による確実な浸入防止効果を期待することができる。一方、回転軸が高速回転を行う場合には、第１エア供給路を介してエアを供給して吐出させ、シール部材を押し上げて回転軸又はハウジングと非接触にするため、シール部材が摩耗や摩擦熱等によって消耗することがなく、シール機構の長寿命化を図ることができる。さらに、シール部材を非接触として開放とするものの、第１エア供給路を介して吐出したエアによりハウジングと回転軸との間をシールするため、ハウジング内への切削液の浸入防止効果を損なうことはない。
また、請求項２の発明によれば、ハウジング前面に凹溝を形成し、該凹溝内に第１エア供給路を開口させるとともに、ハウジングの外部と連通する排出路を設ける一方、回転軸の突出部に凹溝に嵌入する円筒部を突設し、該円筒部にスリンガーを設けている。したがって、たとえ凹溝内へ切削液が浸入したとしても、スリンガー、及び回転軸の回転による遠心力によって、浸入した切削液を確実にハウジングの外部に排出することができる。特に、凹溝内へ切削液が浸入しやすい高速回転時にあっては、より大きな遠心力が働くことになるため、浸入した切削液の確実な排出を期待することができる。
さらに、請求項３の発明によれば、回転軸の突出部に、ハウジング前面に設けられた第２エア供給路の開口位置よりも大径なフランジを設け、該フランジにて第２エア供給路の開口前面が覆われるように回転軸をハウジングに支持させ、第２エア供給路を介して吐出したエアによりハウジングと回転軸のフランジとの間（すなわち、ハウジングと回転軸との間）をシール可能としている。したがって、低速回転時には、シール部材によるシール効果だけではなく、第２エア供給路を介して吐出されるエアによるシール効果をも期待することができ、切削液がハウジング内へ浸入してしまう事態をより確実に防止することができる。
加えて、請求項４の発明によれば、シール部材として、弾性を有するリップ部を備えたＶリングを採用している。したがって、各エア供給路を介したエアの供給に伴い、シール部材を開放／閉塞させることが確実且つ容易となるし、コスト面においても有利となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態となる回転軸のシール機構について図面を基に説明する。尚、本実施形態では、回転軸を、低速回転にてワークの回転割出を行ったり、高速回転にて加工中のワークを回転支持したりするテーブルに備えられた回転軸として説明する。
【００１３】
図１は、ハウジング１と回転軸２との間に設けたシール機構について示した断面説明図である。尚、図１における左右方向をハウジング１等の前後方向（図１左側がハウジング１等の前側）として説明する。
１は、ボールベアリング２０を介して回転軸２を回転自在に支持するハウジングであって、該ハウジング１の前端面には、回転軸２の円筒部４が嵌合可能な凹溝３が設けられている。該凹溝３には、ハウジング１外部と連通した排出路５が設けられており、凹溝３内へ浸入した水や切削液等を排出路５を介してハウジング１外部へ排出可能としている。また、ハウジング１の凹溝３には第１エア供給路６が接続されており、図示しない供給源から制御装置（図示せず）による制御のもと、凹溝３内へとエアを吐出可能としている。さらに、ハウジング１前端面の外周縁（凹溝３よりも外周側）には第２エア供給路７の開口部が設けられており、第１エア供給路同様に制御装置による制御のもと、第２エア供給路７の開口からエアを吐出可能としている。
【００１４】
一方、回転軸２は、制御装置による制御のもと、たとえばワークの回転割出を行うような場合には低速で、加工時のワークを回転支持する（たとえば、旋盤や切削盤におけるように）ような場合には高速で回転するものであって、ハウジング１の前端面を覆うようなフランジ８を備えている（尚、ハウジング１とフランジ８とは非接触となっている）。該フランジ８の後面には、凹部１０が設けられており、該凹部１０内には、後方へと突出する円筒部４が一体的に設けられている。そして、該円筒部４の後端部（後述の如き回転軸２の設置状態において、凹溝３内に位置する部位）には、スリンガー９が設けられており、回転軸２の回転に際して、凹溝３内へと浸入した水等を効率良く外部へと排出可能としている。
このような構成を有する回転軸２は、円筒部４をハウジング１の凹溝３内へと嵌入させた状態で設置されている。尚、該設置状態にあって、凹部１０は、第２エア供給路７の開口前面を覆うとともに、Ｖリング（シール部材）１１を収納する収納空間として機能する。また、円筒部４を凹溝３内へと嵌入させることによって、該部位が所謂ラビリンスとして機能する。
【００１５】
そして、収納空間内には接触式シール機構であるＶリング１１が以下のように設置されている。
Ｖリング１１は、弾性を有する合成樹脂等により形成された端面Ｖ字状のリング体であって、リップ部１２が凹溝３と第２エア供給路７の開口との間でハウジング１前端面に接触するように、円筒部４の基部外周（凹部１０内）に設置されている。つまり、Ｖリング１１は、リップ部１２が凹溝２の外周をハウジング１との接触状態にて覆うように設置されており、該リップ部１２により、水等が凹溝３よりも内側（すなわち、回転軸２の軸側）へ浸入する事態を防止している。
【００１６】
ここで、上述の如き構成を有するシール機構における動作について説明する。
回転軸２を低速で回転させる場合、制御装置は、第２エア供給路７を介してエアを供給し、その開口から凹部１０内へとエアを吐出する。そして、吐出したエアにより、回転軸２のフランジ８外周縁からの水等の浸入を防止する。また、吐出したエアにより、第２エア供給路７の開口よりも内側にあるリップ部１２をハウジング１の前端面へと押し付けて（なぜなら、リップ部１２が、その外周面側からエアに押さえつけられる状態となるため）、凹溝３内への水等の浸入、ひいてはハウジング１内への水等の浸入を確実に防止する。
【００１７】
一方、回転軸２を高速で回転させる場合、制御装置は、第１エア供給路６を介してエアを供給し、凹溝３内へとエアを吐出する。そして、凹溝３内へと吐出されたエアにより、リップ部１２を押し上げて、リップ部１２とハウジング１前端面とを非接触とするとともに、回転軸２のフランジ８外周縁からの水等の浸入を防止する。また、エアを吐出しているにも拘わらず、凹溝３内へと水等が浸入する事態も考えられるが、凹溝３内へと浸入した水等は、回転軸２の高速回転による遠心力により、排出路５を介してハウジング１外部へと排出されることになる。
尚、制御装置には、リップ部１２が損傷しない所定の限界回転速度が予め設定されている。そして、制御装置は、回転軸２の回転速度を検出し、検出した回転速度が限界回転速度を超えているか否かを判断して、エアを供給する供給路の切り替えを行う。
【００１８】
以上のような構成を有するシール機構によれば、回転軸２が低速回転している場合には、Ｖリング１１のリップ部１２による接触式シール機構によりハウジング１内への水等の浸入を確実に防止することができる。また、第２エア供給路７を介してエアを供給し、エアの吐出による水等の浸入防止をも合わせて図るため、ハウジング１内への水等の浸入を極めて確実に防止することができる。
【００１９】
一方、回転軸２が高速回転する場合には、第１エア供給路を介してエアを供給して、リップ部１２とハウジング１前端面とを非接触とするため、Ｖリング１１のリップ部１２が摩耗や摩擦熱により損傷してシール性能が落ちてしまうといった事態が起こらなく、シール機構の長寿命化を図ることができる。また、第１エア供給路を介してエアを供給することで、エアの吐出を利用した水等の浸入防止を図ることができる。さらに、凹溝３を設け、該凹溝３内に回転軸２の円筒部４を嵌入させる構造とすることにより、ハウジング１と回転軸２との間にラビリンスを形成しているため、ハウジング１内に容易に水等が浸入できないようにしている。加えて、凹溝３内に外部と連通する排出路５を設けているため、凹溝３内まで水等が浸入してしまったとしても、円筒部４に設けられたスリンガー９、及び回転軸２の回転による遠心力によって、浸入した水等を確実にハウジング１外部に排出することができる。
【００２０】
さらに、Ｖリング１１を第２エア供給路７の開口よりも内側に設けているため、第２エア供給路７からエアを供給することによって、Ｖリング１１のリップ部１２がハウジング１前端面に押し付けられることになる。したがって、低速とは言え回転軸２が回転することにより生じる遠心力によってリップ部１２が浮き上がってしまう事態を防止することができ、Ｖリング１１によるシール性能を向上させることができる。また、特に高速回転から低速回転へと移行した場合に、エアの供給路を切り替えることで、リップ部１２を確実且つ迅速にハウジング１前端面に押し付けることができ、従来よりも極めて高いシール性能を発揮することができる。
【００２１】
なお、本発明のシール機構に係る構成は、上記実施の形態に記載した態様に何ら限定されるものではなく、ハウジングや回転軸の形状、シール部材の形状や設置位置、エア供給路の位置や数、スリンガーの有無、エア供給路の切り替え等に係る構成等を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。
【００２２】
たとえば、シール部材に対してより効率良くエアを吐出可能とするために、シール部材の設置位置がエアの吐出方向の延長線上となるよう、エアの供給路を斜めに設けるような構成としてもよい。また、エアの供給量（吐出量）に係り、第１エア供給路への供給量よりも第２エア供給路への供給量を少なく設定するような構成としてもよい。第２エア供給路へエアを供給する場合とは、シール部材によるシールを行う場合であるため、第２エア供給路への供給量を少なくしたところで、シール性能の点でそれほど劣化することはなく、逆にエアの消費量を抑えることができるといった効果を期待することができる。加えて、回転軸を低速回転させる場合に限らず、回転軸を停止させる場合や回転軸が停止状態にある場合にも第２エア供給路を介してエア供給するようにしてもよい。
【００２３】
さらに、上記実施の形態では、ハウジングに第１エア供給路を別途設ける構成としているが、ハウジング内におけるハウジングと回転軸との隙間を第１エア供給路として利用する構成としても何ら問題はない。さらにまた、上記実施の形態では、シール部材を回転軸に設置する構成を採用しているが、シール部材をハウジング前面側に設置するような構成としてもよく、ハウジング側に設置したとしても回転軸側に設置した場合と同様の効果を期待することができる。
尚、上記実施の形態では、ワークを支持するテーブルに備えられた回転軸におけるシール機構としているが、旋盤や研削盤、各種マシニングセンタ等の主軸に備えられた回転軸におけるシール機構として適用することも当然可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るシール機構について示した断面説明図である。
【図２】従来のシール機構を示した断面説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１・・ハウジング、２・・回転軸、３・・凹溝、４・・円筒部、５・・排出路、６・・第１エア供給路、７・・第２エア供給路、８・・フランジ、９・・スリンガー、１０・・凹部、１１・・Ｖリング、１２・・リップ部。
【図１】
0004795816.tif 000002
【図２】
0004795816.tif 000003