(57)【要約】【課題】クーラントや切粉等の内部への侵入を主軸の回転時及び回転停止時において防止することができるとともに、シールや軸受の寿命を向上することができ、しかも、主軸を高速回転させることができる主軸ヘッドを提供する。【解決手段】主軸１３の外周面とハウジング１１の内周面との間に設けた環状のエア室２３に対し、エア供給路２４を介してエアを供給する。そして、ハウジング１１の内周面と主軸１３の外周面との間においてエア室２３よりも先端側に形成された間隙δを通じてエア室２３からハウジング１１の外部にエアを排出する。エア室２３内において主軸１３にリップシール２６を外嵌支持させるとともに、そのリップ２７をハウジング１１の内周面に当接させる。リップ２７は、主軸１３の回転に伴う遠心力と、エア室２３に供給されるエアの圧力とによってハウジング１１の内周面から離間するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングの内部に軸受を介して主軸を回転可能に支持し、
同ハウジングの内周面と前記主軸の外周面との間において前記軸受よりも先端側に環状のエア室を設け、
ハウジングの内部に設けたエア供給路を通じて同エア室にエアを供給し、
ハウジングの内周面と前記主軸の外周面との間においてエア室よりも先端側に形成された間隙を通じて同エア室からハウジングの外部にエアを排出するようにした主軸ヘッドにおいて、
前記エア室内において前記主軸にリップシールを外嵌支持させるとともに同リップシールのリップをハウジングの内周面に当接させ、同主軸の回転に伴う遠心力によって前記ハウジングの内周面から同リップを離間させるようにしたことを特徴とする主軸ヘッド。
【請求項２】
ハウジングの内部に軸受を介して主軸を回転可能に支持し、
同ハウジングの内周面と前記主軸の外周面との間において前記軸受よりも先端側に環状のエア室を設け、
ハウジングの内部に設けたエア供給路を通じて同エア室にエアを供給し、
ハウジングの内周面と前記主軸の外周面との間においてエア室よりも先端側に形成された間隙を通じて同エア室からハウジングの外部にエアを排出するようにした主軸ヘッドにおいて、
前記エア室内において前記主軸にリップシールを外嵌支持させるとともに同リップシールのリップをハウジングの内周面に当接させ、前記エア供給路を通じて供給されたエア圧によって前記ハウジングの内周面から同リップを離間させるようにしたことを特徴とする主軸ヘッド。
【請求項３】
前記リップには、前記主軸の回転に伴う遠心力によって、同リップのハウジングの内周面からの離間を促進する重り部を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の主軸ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、工作機械等において主軸を回転可能に支持するとともに、クーラントや切粉等の侵入を防止するためのエアカーテン装置を備えた主軸ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の主軸ヘッドとしては、例えば特許文献１，２に記載のものがある。これらの主軸ヘッドにおいては、図５に示すように、ハウジング５０における本体部５１の先端に設けられた蓋体５２の内周側に、主軸５３の外周面を環状に取り囲むエア室５４が形成され、このエア室５４の先端側に、主軸５３の外周面にリップ５５ａが当接されたリップシール５５が設けられている。リップシール５５のリップ５５ａは、本体部５１内に設けられたエア供給路５６からエア室５４に供給されるエアの圧力によって主軸５３の外周面から離間する。そして、リップ５５ａと主軸５３の外周面との間に形成される間隙を通って主軸５３の外周面と蓋体５２の内周面との間の間隙Ｓから外部に吹き出すエアカーテンが形成され、このエアカーテンにより同間隙Ｓを通ってクーラントや切粉等が主軸ヘッドの内部への侵入することが防止される。従って、主軸５３の回転停止時においては、リップシール５５のリップ５５ａが主軸５３の外周面に当接することによってハウジング５０と主軸５３との間隙が封止され、クーラントや切粉等の主軸ヘッド内の侵入が防止される。また、主軸５３の回転時においては、エアカーテンによってクーラントや切粉等の主軸ヘッド内への侵入が防止される。
【特許文献１】実開昭６１−１６３１３６号公報
【特許文献２】実開平６−３３６３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、上記特許文献１の主軸ヘッドにおいて、蓋体５２の内周面に嵌着保持されたリップシール５５のリップ５５ａは、エア室５４に供給されるエアの圧力のみによって主軸５３の外周面から離間するようになっている。一方、エア室５４には、１つのエア供給路５６からエアが供給されるので、リップ５５ａと主軸５３との間から外部に吹き出すエアの量は、主軸５３の外周面の円周方向において均一とはならない。このため、リップ５５ａが部分的に主軸５３に摺接することが避けられず、リップシール５５の寿命が損なわれる問題があった。
【０００４】
しかも、リップシール５５がハウジング５０側に設けられているため、加工中において間隙Ｓを通ってエア室５４側に侵入した異物は、リップ５５ａと主軸５３との間の間隙を通ってそのまま軸受５７に向かっていた。そして、この異物が、軸受５７の劣化の原因となっていた。これを防止するために、リップシール５５よりも後部側にオイルシール５８を設け、これを主軸５３に対して常に摺接させることにより、軸受５７を保護する必要があった。この結果、主軸５３の回転数の上限がオイルシール５８によって制限されてしまい、加工条件の設定に制約があった。
【０００５】
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、クーラントや切粉等の内部への侵入を主軸の回転時及び回転停止時において防止することができるとともに、シールや軸受の寿命を向上することができ、しかも、主軸を高速回転させることができる主軸ヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ハウジングの内部に軸受を介して主軸を回転可能に支持し、同ハウジングの内周面と前記主軸の外周面との間において前記軸受よりも先端側に環状のエア室を設け、ハウジングの内部に設けたエア供給路を通じて同エア室にエアを供給し、ハウジングの内周面と前記主軸の外周面との間においてエア室よりも先端側に形成された間隙を通じて同エア室からハウジングの外部にエアを排出するようにした主軸ヘッドにおいて、前記エア室内において前記主軸にリップシールを外嵌支持させるとともに同リップシールのリップをハウジングの内周面に当接させ、同主軸の回転に伴う遠心力によって前記ハウジングの内周面から同リップを離間させるようにしたことを特徴とする。
【０００７】
このような構成によれば、主軸の回転停止時にエア室にエアが供給されない状態においては、リップシールのリップがハウジングの内周面に当接し、エア室内においてハウジングの内周面と主軸の外周面との間がリップによって塞がれる。このため、ハウジングと主軸との間隙を通ってエア室内に侵入したクーラントや切粉等は、リップシールによってエア室よりも軸受側への侵入が阻止される。また、主軸の回転時においては、主軸の回転に伴う遠心力によって、リップシールのリップ全体がハウジングの内周面から確実に離間する。この状態において、エア供給路からエア室に供給されるエアは、ハウジングと主軸との間においてエア室よりも先端側に形成された間隙を通じてハウジングの外部に排出され、このエアの圧力によって、同間隙を通じた主軸ヘッド内部へのクーラントや切粉等の侵入が防止される。この結果、リップシールと主軸との摺接が確実に防止されるので、リップシールの寿命が向上する。また、主軸に外嵌支持されたリップシールにより、ワーク加工中においてハウジングと主軸との間隙からエア室側に侵入したクーラントや切粉等が主軸の外周面に沿って軸受側に向かうことが防止される。この結果、軸受の腐食が抑制され、その寿命が向上する。さらに、エア室側に侵入したクーラントや切粉等の軸受側への侵入を防ぐためのオイルシールを設ける必要がないので、主軸を高速回転させることができ、加工条件の設定が制約されなくなる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加えて、ハウジングの内部に軸受を介して主軸を回転可能に支持し、同ハウジングの内周面と前記主軸の外周面との間において前記軸受よりも先端側に環状のエア室を設け、ハウジングの内部に設けたエア供給路を通じて同エア室にエアを供給し、ハウジングの内周面と前記主軸の外周面との間においてエア室よりも先端側に形成された間隙を通じて同エア室からハウジングの外部にエアを排出するようにした主軸ヘッドにおいて、前記エア室内において前記主軸にリップシールを外嵌支持させるとともに同リップシールのリップをハウジングの内周面に当接させ、前記エア供給路を通じて供給されたエア圧によって前記ハウジングの内周面から同リップを離間させるようにしたことを特徴とする。
【０００９】
このような構成によれば、主軸の回転時において、エア室へ供給されるエアの圧力に加え、主軸の回転に伴う遠心力によって、リップシールのリップ全体がハウジングの内周面から確実に離間する。このため、リップシールと主軸との摺接が確実に防止され、リップシールの寿命が向上する。また、主軸に外嵌支持されたリップシールにより、ワーク加工中においてハウジングと主軸との間の間隙からエア室側に侵入したクーラントや切粉等が主軸の外周面に沿って軸受側に向かうことが防止される。この結果、軸受の腐食が抑制され、その寿命が向上する。さらに、エア室側に侵入したクーラントや切粉等の軸受側への侵入を防止するためのオイルシールを設ける必要がないので、主軸を高速回転させることができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記リップには、前記主軸の回転に伴う遠心力によって、同リップのハウジングの内周面からの離間を促進する重り部を設けたことを特徴とする。
【００１１】
このような構成によれば、主軸の回転時において、リップに設けられた重り部によってより大きな遠心力がリップに働き、リップ全体がより確実にハウジングの内周面から離間する。この結果、リップシールの寿命をより向上させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、クーラントや切粉等の内部への侵入を主軸の回転時及び回転停止時において防止することができるとともに、シールや軸受の寿命を向上することができ、しかも、主軸を高速回転させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、この発明を具体化した一実施形態について図１〜図４を用いて説明する。
図２に示すように、例えば図示しない工作機械のタレットに固定された主軸ヘッド１０のハウジング１１には、一対の軸受１２ａ，１２ｂを介して主軸１３が回転可能に支持されている。主軸１３には、タレット内部に設けられた図示しない駆動モータの出力軸から動力が伝達される。主軸１３の先端には、工具ホルダ１４を介して工具１５が装着されている。主軸ヘッド１０は、タレットの回動により、主軸１３が水平及び垂直となるように配置される。
【００１４】
図３に示すように、ハウジング１１において、主軸１３が支持された本体部２０の先端側には、主軸１３が挿通された円環状の第１蓋体２１及び第２蓋体２２が固定されている。この第１蓋体２１及び第２蓋体２２により、ハウジング１１の内周面と主軸１３の外周面との間において軸受１２ａよりも主軸１３の先端側に環状のエア室２３が形成されている。このエア室２３には、本体部２０、第２蓋体２２及び第１蓋体２１を貫通するエア供給路２４を通じて、外部の図示しないエア供給装置からエアが供給されるようになっている。また、第２蓋体２２には、エア室２３の外周面と第２蓋体２２の外周面とを連絡するドレン孔２５が形成され、このドレン孔２５を通じて、エア室２３の内部に溜まったクーラントが外部に排出されるようになっている。
【００１５】
また、第２蓋体２２の内周面と主軸１３の外周面との間においてエア室２３よりも先端側には、エア室２３とハウジング１１の外部とを絞り状態で連通する間隙δが形成されている。
【００１６】
さらに、主軸１３には、エア室２３においてリップシール２６が外嵌支持されている。このリップシール２６は、内周側から外周側に延出されたリップ２７を備え、このリップ２７は、第１蓋体２１の端面（内周面）２１ａに当接されている。このリップ２７により、エア室２３がエア供給路２４側と間隙δ側とに区画されている。このリップシール２６は、主軸１３の回転によってリップ２７に働く遠心力によっても、エア室２３に供給されるエアの圧力によっても、リップ２７が第１蓋体２１の端面２１ａから離間し得るようになっている。
【００１７】
以上のように構成されたこの実施形態の作用について説明する。
図３は、主軸１３の回転停止時においてエア室２３にエアが供給されない状態を示す。この状態においては、リップシール２６のリップ２７が第１蓋体２１の端面２１ａに当接し、エア室２３内においてハウジング１１の内周面と主軸１３の外周面との間がリップ２７によって塞がれる。このため、例えばタレットの回転によって主軸１３が回転停止状態において垂直に配置されたときに、第２蓋体２２の外面から間隙δを通ってエア室２３内に侵入したクーラントは、リップシール２６によってエア室２３よりも軸受１２ａ側への侵入が阻止される。
【００１８】
また、図１は、主軸１３の回転時においてエア室２３にエアが供給されている状態を示す。この状態においては、主軸１３の回転に伴う遠心力と、エア室２３に供給されるエアの圧力とによって、リップシール２６のリップ２７全体が第１蓋体２１の端面２１ａから確実に離間する。この状態において、エア供給路２４からエア室２３に供給されるエアは、第２蓋体２２の内周面と主軸１３の外周面との間の間隙δを通ってハウジング１１の外部に排出され、このエアの圧力により、同間隙δを通じた主軸ヘッド１０内部へのクーラントや切粉等の侵入が防止される。
【００１９】
また、ワーク加工中において間隙δを通じてエア室２３に侵入したクーラントや切粉等は、主軸１３に外嵌支持されたリップシール２６の前端面に当たるので、主軸１３の外周面に沿って軸受１２ａ側へ移動することが防止され、ドレン孔２５を通じて外部に排出される。
【００２０】
従って、この実施形態によれば、下記の各効果が得られる。
（１）  主軸１３にリップシール２６を外嵌支持させるとともにそのリップ２７を第２蓋体２２（ハウジング１１）の端面２１ａ（内周面）に当接させ、主軸１３の回転に伴う遠心力と、エア室２３に供給されるエアの圧力とによってリップ２７を端面２１ａから離間させるようにした。従って、クーラントや切粉等の内部への侵入を主軸１３の回転時及び停止時において防止することができる。
【００２１】
（２）  また、主軸１３の回転時において、主軸１３の回転に伴う遠心力と、エア室２３に供給されるエアの圧力とによってリップ２７全体が主軸１３から確実に離間するので、リップ２７の摩耗を防止し、リップシール２６の寿命を向上させることができる。
【００２２】
（３）  さらに、ワーク加工中において間隙δを通じてエア室２３に侵入したクーラントや切粉等は、主軸１３に外嵌支持されたリップシール２６によって軸受１２ａ側への移動が防止される。従って、ワーク加工中においてリップ２７が開いた状態においても、クーラントや切粉等の軸受１２ａ側への侵入が防止され、軸受１２ａの寿命が向上する。さらに、エア室２３に侵入したクーラントや切粉等の軸受１２ａ側への移動を防ぐためのオイルシールを設ける必要がないので、主軸１３を高速回転させることができ、加工条件の設定が制約されなくなる。
【００２３】
なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・  図４に示すように、リップシール２６におけるリップ２７の外周部に、主軸１３の回転に伴う遠心力によって、リップ２７の第１蓋体２１の内周面からの離間を促進するための重り部２７ａを、円周上の複数箇所に一体形成する。この場合には、主軸１３の回転時において、複数の重り部２７ａによってより大きな遠心力がリップ２７に働き、リップ２７がより確実に第１蓋体２１の端面２１ａから離間する。この場合には、リップシール２６の寿命をより向上させることができる。
【００２４】
・  この発明を、エア室２３と軸受１２ａとの間に、エア室２３から軸受１２ａ側へのエアの侵入を抑制するためのラビリンス構造を設けた主軸ヘッドに具体化する。この場合には、主軸１３の回転時において、エア室２３から軸受１２ａ側へのエアの侵入をラビリンス構造によって制限し、エア室２３に侵入したクーラントが軸受１２ａ側に侵入することを抑制することができる。
【００２５】
・  この発明を、第２蓋体２２の内周面に、ドレン溝を設けた主軸ヘッドに具体化する。この場合には、主軸１３の回転時において、間隙δを通ってエア室２３に侵入しようとするクーラントをドレン溝によって制限し、エア室２３に侵入したクーラントが軸受１２ａ側に侵入することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】一実施形態の主軸ヘッドの要部を示す縦断面図。
【図２】主軸ヘッドを示す縦断面図。
【図３】主軸ヘッドの要部を示す縦断面図。
【図４】他の実施形態における主軸ヘッドの要部を示す縦断面図。
【図５】従来の主軸ヘッドの要部を示す縦断面図。
【符号の説明】
【００２７】
１０…主軸ヘッド、１１…ハウジング、１２ａ，１２ｂ…軸受、１３…主軸、２０…ハウジングを構成する本体部、２１…同じく第１蓋体、２１ａ…ハウジングの内周面としての端面、２２…ハウジングを構成する第２蓋体、２３…エア室、２４…エア供給路、２６…リップシール、２７…リップ、δ…間隙。
【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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