(57)【要約】【課題】回転軸とハウジングとの間のクリアランスからクーラントなどの異物の侵入を防止することができる、回転軸のシール装置を提供する。【解決手段】収容空間をもつ略円筒形状のハウジング１と、収容空間に回転自在に収容されるとともにハウジング１の内周面との間に円筒状のクリアランス３０を隔てて配置された主軸スピンドル２と、をもつ回転軸のシール装置において、ハウジング１及び主軸スピンドル２の少なくとも一方には、リング形状に形成された多孔質材料からなる吸収体５がクリアランス３０に面して配設されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
収容空間をもつ筒形状のハウジングと、該収容空間に回転自在に収容されるとともに前記ハウジングの内周面との間に円筒形状のクリアランスを隔てて配置された回転軸と、をもつ回転軸のシール装置において、
前記ハウジング及び前記回転軸の少なくとも一方には、リング形状に形成された多孔質材料からなる吸収体が前記クリアランスに面して配設されていることを特徴とする回転軸のシール装置。
【請求項２】
前記吸収体は、親水性多孔質材料からなることを特徴とする請求項１記載の回転軸のシール装置。
【請求項３】
前記吸収体が配設されている前記ハウジング及び前記回転軸の少なくとも一方には、前記吸収体により吸収された異物を排出するドレン連通穴が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転軸のシール装置。
【請求項４】
前記回転軸の軸方向は水平方向であり、前記ドレン連通穴は、前記吸収体の下端に配置されていることを特徴とする請求項３記載の回転軸のシール装置。
【請求項５】
前記ドレン連通穴は、前記異物を吸引する吸引装置に接続されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の回転軸のシール装置。
【請求項６】
前記吸収体は、前記ハウジングに配設されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の回転軸のシール装置。
【請求項７】
前記吸収体は、前記ハウジングに着脱可能に固定されていることを特徴とする請求項６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、工作機械の主軸装置などの回転軸とハウジングとの間のクリアランスをシールする、回転軸のシール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マシニングセンタのスピンドルの先端には、工具ホルダが固定されて、スピンドルの回転により、ワークの切削などの加工処理が行われる。スピンドルは、ハウジングに回転自在に収容されている。スピンドルとハウジングとの間にはクリアランスが形成されている。そして、クリアランスにクーラントなどが侵入することによる軸受等の破損を防止するために、シール機構が設けられている。シール機構には、接触式シール、ねじラビリンス、機械的ラビリンス、エアシールなどがある。
【０００３】
接触式シールは、ばね等によりＶリングをスピンドルに押し付けてシールする。しかし、接触シールは、Ｖリングに対するスピンドルの接触摩擦が生じるため、スピンドルの周速に限界があり、高速回転するスピンドルをシールするのには適していない。
【０００４】
ねじラビリンスは、スピンドルの回転により、ねじ部に付着したクーラントがスピンドルとつれまわり、ねじの効果によりクーラントをねじのスラスト方向に押出すことによりシール効果を発揮する。しかし、スピンドルに付着したクーラントを全て押出す効果は期待できない。
【０００５】
機械的ラビリンスは、クリアランスの構造を複雑にすることによりクーラントの侵入を抑制している。しかし、クーラントの侵入を完全に阻止する効果は期待できない。
エアシールは、ハウジング内に配設した環状通路からクリアランスにエアを吹き付ける（特許文献１）。しかし、エアシールについても、ねじラビリンスと同様に、クーラントの全てをエアで押出すことは期待できない。
【０００６】
また、特許文献２には、吸水性ポリマーによりクリアランス内のクーラントをシールすることが提案されている。この吸水性ポリマーは、温度により状態が変化する感熱ゲルで、低温域で吸水・膨潤してクリアランスを塞ぎ、高温域で放水・収縮してクリアランスを開放し回転摩擦を下げる。しかし、温度変化がない環境下では、吸水性ポリマーは、状態が変化しない。このため、低温時にはクリアランスは塞がれるが、高温時にはクリアランスが開放されクーラント等の侵入を許してしまうという問題がある。
【特許文献１】特開２０００−１８３９５公報
【特許文献２】実開平６−３５６６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、回転軸とハウジングとの間のクリアランスからクーラントなどの異物の侵入を防止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課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の回転軸のシール装置は、収容空間をもつ筒形状のハウジングと、該収容空間に回転自在に収容されるとともに前記ハウジングの内周面との間に円筒形状のクリアランスを隔てて配置された回転軸と、をもつ回転軸のシール装置において、前記ハウジング及び前記回転軸の少なくとも一方には、リング形状に形成された多孔質材料からなる吸収体が前記クリアランスに面して配設されていることを特徴とする（請求項１）。
【０００９】
上記構成によれば、ハウジング及び前記回転軸の少なくとも一方に、リング形状に形成された多孔質材料からなる吸収体がクリアランスに面して配設されている。このため、クリアランスに侵入してきたクーラント等の異物が吸収体に吸収されて、吸収体を配設した位置よりも軸方向内側に異物が侵入することを防止することができる。したがって、優れたシール効果を発揮することができる。また、吸収体は、温度、荷重などの環境が変化しても、その形状を保持することができるため、吸収体に面するクリアランスを確保することができる。ゆえに、高速回転する回転軸のシールにも適している。
【００１０】
前記吸収体は、親水性多孔質材料からなることが好ましい（請求項２）。クーラント等の異物は親水性であることが多いため、異物を更に効果的に吸収体へ吸収させることができる。
【００１１】
前記吸収体が配設されている前記ハウジング及び前記回転軸の少なくとも一方には、前記吸収体により吸収された異物を排出するドレン連通穴が設けられていることが好ましい（請求項３）。これにより、吸収体に吸収された異物は、ドレン連通穴から除去される。ゆえに、吸収体の目詰まりを抑制でき、長期間吸収体を使用することができる。また、ドレン連通穴は、吸収体が配設されているハウジング及び回転軸の少なくとも一方に設けられているため、簡素な構造で吸収体に吸収された異物をドレン連通穴に排出させることができる。
【００１２】
前記回転軸の軸方向は水平方向であり、前記ドレン連通穴は、前記吸収体の下端に配置されていることが好ましい（請求項４）。回転軸の軸方向が水平方向の場合、リング形状の吸収体の軸方向も水平となる。吸収体に吸収された異物は、自重によって吸収体の下端に移動する傾向がある。このため、吸収体の下端にドレン連通穴を配置することにより、吸収体により吸収された異物のほぼすべてをドレン連通穴で回収することができる。なお、軸方向とは、吸収体が配設されているハウジング及び回転軸の少なくとも一方の軸方向をいう。
【００１３】
前記ドレン連通穴は、前記異物を吸引する吸引装置に接続されていることが好ましい（請求項５）。これにより、吸収体に吸収されたクーラント等の異物は、吸引装置の吸引力によって強制的に除去される。ゆえに、吸収体の目詰まりを効果的に抑制することができる。
【００１４】
前記吸収体は、前記ハウジングに配設されていることが好ましい（請求項６）。この場合、ハウジングは回転軸の外周側に配設されているため、ハウジングに配設された吸収体は、回転軸の外周側に配置されることになる。回転軸の回転による遠心方向のエア圧によって、クーラント等の異物は、回転軸の外周側に配置された吸収体に押し付けられる。このため、吸収体は、ハウジングに配設した方が、回転軸に配設した場合に比べて、異物を効果的に吸収することができる。
【００１５】
前記吸収体は、前記ハウジングに着脱可能に固定されていることが好ましい（請求項７）。これにより、吸収体を取り外して洗浄したり、新品に取り替えることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明の回転軸のシール装置は、ハウジング及び回転軸の少なくとも一方にリング形状に形成された多孔質材料からなる吸収体がクリアランスに面して配設されたことによって、クリアランスに侵入してきたクーラント等の異物を吸収するので、吸収体を配設した位置よりも軸方向内側に異物が侵入することを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態の回転軸のシール装置の軸方向断面図である。図２は、回転軸の軸方向端面付近の拡大断面図である。図１、図２に示すように、回転軸のシール装置は、横型マシニングセンタの主軸のシール装置であり、収容空間３をもつ略円筒形状のハウジング１と、収容空間３に回転自在に収容された回転軸としての主軸スピンドル２とをもつ。主軸スピンドル２は、ハウジング１の内周面との間に、軸方向端面３０ａに開口する円筒形状のクリアランス３０を隔てて配置されている。ハウジング３０には、リング形状に形成された親水性多孔質材料からなる吸収体５がクリアランス３０に面して配設されている。以下、本実施形態の回転軸のシール装置について更に詳細に説明する。
【００１８】
図１に示すように、ハウジング１は、内部に断面円形の収容空間３をもつ略円筒形状であり、主軸ハウジング１１と、主軸ハウジング１１の径内側に嵌挿された軸受ハウジング１２と、フロントキャップ１４と、押圧部材としてのシールキャップ１５とをもつ。主軸ハウジング１１は、軸受ハウジング１２及びモータを固定するための略円筒形状の部材である。軸受ハウジング１２は、軸受１３を介して主軸スピンドル２を回転可能に支持する略円筒形状の部材である。軸受ハウジング１２の径内側には複数の軸受１３が所定間隔を隔てて保持されている。軸受１３の径内側には、回転軸としての主軸スピンドル２が配置されて、軸受１３によって回転自在に支持されている。
【００１９】
主軸スピンドル２は、モータの回転を、工具ホルダ２３を介して、刃具などの工具に伝達するための円筒形状の部材である。主軸スピンドル２の軸方向は、水平方向である。主軸スピンドル２は軸受１３よりも軸方向内側で主軸スピンドル２の外周に嵌着されたビルトインモータ（図示略）により回転駆動されるようになっている。主軸スピンドル２の内部には、図略のドローバー、皿ばねなどから構成される公知のクランプ機構２１が保持されており、主軸スピンドル２の軸方向外側の先端のテーパ孔に装着される工具ホルダ２３をクランプするようになっている。クランプ機構２１はプッシュロッド２２に収容されている。更に、主軸スピンドル２の後方端部には、図示しないロータスリーブを介してモータのロータが固定されている。工具ホルダ２３の先端には、図略の刃具などの工具が保持されて、この工具によりワークの加工が行われる。
【００２０】
図２に示すように、主軸ハウジング１１及び軸受ハウジング１２の軸方向外側の端部には、フロントキャップ１４が取り付けられている。フロントキャップ１４の内周面における軸受１３よりも軸方向外側には、環状溝からなる嵌合部１４ａが形成されている。嵌合部１４ａよりも軸方向内側には、嵌合部１４ａに隣接して、環状溝からなる固定部１４ｂが形成されている。嵌合部１４ａと主軸スピンドル２の外周面２０との間には、リング状のシールキャップ１５が着脱可能に固定されている。固定部１４ｂは、吸収体５を隙間なく収容している。シールキャップ１５は、吸収体５の軸方向外側の端面５ａと対向しており、シールキャップ１５を軸方向内側に吸収体５に押し付けた状態で、ボルトなどの締結手段によりフロントキャップ１４に固定されている。
【００２１】
また、シールキャップ１５には、クリアランス３０と同心でクリアランス３０に開口する環状溝６が形成されている。この環状溝６には、シールキャップ１５及びフロントキャップ１４に穿設されたエア通路６１を介して、主軸ハウジング１１に形成されたエア供給源（図示略）と連通している。エア供給源から圧送されたエアは、エア通路６１を通じて環状溝６に供給される。環状溝６に供給されたエアは、主軸スピンドル２とハウジング１との間の微少なクリアランス３０を通り、クリアランス３０の軸方向端面３０ａからシール装置の外部へ流出する。
【００２２】
クリアランス３０の環状溝６形成位置よりも軸方向内側には、クリアランス３０と同心のリング形状をなす吸収体５が配設されている。吸収体５は、ハウジング１に配設されている。吸収体５は、主軸スピンドル２に対してクリアランス３０を隔てて非接触で配置されている。主軸スピンドル２の振れ幅が１０μｍであり、クリアランス３０の吸収体５が配置されている部分の径方向の幅Ｈ１は５０〜１００μｍである。この幅Ｈ１は、クーラント等の侵入を抑制でき、かつ主軸スピンドル２の振れによっても主軸スピンドル２との間を非接触状態で保持できる幅である。
【００２３】
吸収体５は、親水性ポリオレフィン系材料からなる多孔質体である。親水性ポリオレフィン系材料からなる吸収体を製造するにあたっては、公知の技術を用いることができる。たとえば、ポリオレフィン系材料に親水化処理を施し、加熱によりガスを発生し得る発泡剤を加えて混練し、金型内で加熱により発泡させる。また、親水化処理を施したポリオレフィン系材料を繊維状又は粒子状に成形した後に金型内に充填して圧縮加熱成形して繊維又は粒子の表面を溶着させて一体してもよい。
【００２４】
ポリオレフィン系材料に親水性を付与するための技術としては、公知の技術を用いることができる。たとえば、（１）親水性高分子樹脂のブレンド、（２）イオン系、非イオン系の界面活性剤などの親水化剤の塗布、（３）コロナ放電処理、プラズマ放電処理等による表面改質等がある。ポリオレフィン系材料は、たとえば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、および、エチレン、プロピレンと他のα−オレフィンとの共重合体などの、公知のポリオレフィン系材料が挙げられる。
【００２５】
吸収体５は、親水性多孔質材料からなる。親水性多孔質材料としては、親水性ポリオレフィン系多孔質材料のほか、セラミックス多孔質材料、多孔質金属、多孔質カーボン、多孔質ガラス、発泡剤、コンクリート、石材などの無機多孔質材などを用いることもできる。尚、クリアランスを微小な精度で管理することから機械加工が容易な材質であることが望ましい。
【００２６】
吸収体５は、各孔５０が連通している連続気泡であることが好ましい。これにより、吸着されたクーラント等の異物８を吸収体５の中の孔５０を通過させて、吸収体５の下端５ｃに開口するドレン連通穴７に排出することができる。
【００２７】
図１に示すように、吸収体５の軸方向は、回転軸２の軸方向と同じであり、吸収体５の下端５ｃには、吸収体５で吸収された異物を回収するドレン連通穴７が配設されている。フロントキャップ１４の内周面の下部には、フロントキャップ１４の周方向に円弧形状に広がる溝１４ｃが形成されている。この溝１４ｃは、吸収体５の外周面の下端５ｃとの間にドレン連通穴７を形成している。ドレン連通穴７の軸方向外側には、シールキャップ１４が配設されている。ドレン連通穴７は、フロントキャップ１４及び主軸ハウジング１１に形成された排出通路７１を経て、真空ポンプなどの吸引装置と連通している。
【００２８】
本実施形態の回転軸のシール装置の作用を説明する。図２に示すように、エア供給源からエア通路６１を通じて環状溝６に高圧のエアが供給される。すると、エアは、環状溝６からクリアランス３０に導出される。このエア圧力によりクリアランス３０の軸方向外側からクーラントなどの異物８の侵入を防止している。
【００２９】
ハウジング１には、エアシール用の環状溝６よりも軸方向内側に、吸収体５が配設されている。このため、クーラントなどの異物８が、環状溝６のエアシールを通り抜けてクリアランス３０の軸方向内側に侵入してきたとき、親水性多孔質材料からなる吸収体５に引き寄せられて吸収体５に吸収される。吸収体５は、連続気泡をもつ多孔質体であるため、吸収された異物８が、自重によって、吸収体５の中の孔５０を通って、下側に移動する。そして、吸収体５の下端５ｃには、吸引装置に接続されているドレン連通穴７が配置されている。このため、吸収体５に吸収された異物８は、吸収体５の中の孔５０を通り、下端５ｃのドレン連通穴７に吸引され、ドレン排出路７１を経てシール装置の外部に強制的に排出される。
【００３０】
本実施形態においては、ハウジング１に、クリアランス３０を周方向に囲むようにリング形状に形成された多孔質材料からなる吸収体５が配設されている。このため、クリアランス３０に侵入してきたクーラント等の異物８が吸収体５に吸収されて、吸収体５を配設した位置よりも軸方向内側に異物８が侵入することを防止することができる。したがって、優れたシール効果を発揮することができる。クーラント等の異物８は、液体であることが多い。このため、親水性多孔質材料からなる吸収体５は、異物８との親和性が高く、異物８を吸収して、吸収体５よりも軸方向内側に侵入することを抑制する。
【００３１】
吸収体５の下端５ｃには、ドレン連通穴７が形成されている。このため、吸収体５に吸収された異物８は、ドレン連通穴７からシール装置の外部に除去される。ゆえに、吸収体５の目詰まりを抑制でき、吸収体５を長期間使用することができる。
【００３２】
また、シールキャップ１５は、ハウジング１のフロントキャップ１４から着脱可能に固定されているため、吸収体５にクーラント等の異物８で目詰まりが生じたとき、吸収体５を取り外して洗浄し又は新品と交換することができる。また、ドレン連通穴７の軸方向外側は、シールキャップ１５が配設されている。このため、シールキャップ１５を取り外すと、ドレン連通穴７が外部に露出する。このため、ドレン連通穴７に堆積した異物を除去でき、洗浄も容易である。したがって、メンテナンス性に優れている。
【００３３】
本実施形態においては、吸収体５を、主軸スピンドル２の外周側に位置するハウジング１に配設している。このため、主軸スピンドル２の回転による遠心方向のエア圧によって、クーラント等の異物８が吸収体５に押し付けられる。このため、吸収体５は、ハウジング１に配設した方が、主軸スピンドル２に配設した場合に比べて、異物８を効果的に吸収することができる。もっとも、吸収体５は主軸スピンドル２の外周面に配設してもよい。また、吸収体５は、ハウジング１だけでなく、主軸スピンドル２の双方に配設してもよい。
【００３４】
また、本実施形態の回転軸のシール装置は、図１に示すように、主軸スピンドル２が水平方向の軸を中心に回転する横型マシニングセンタであるが、図３に示すように、主軸スピンドル２が鉛直方向の軸を中心に回転する縦型マシニングセンタであってもよい。この場合、吸収体５に吸収された異物は自重によって吸収体５の下側の軸方向端面５ｄに移動する。この場合、吸収体５の下側の軸方向端面５ｄに、吸収体５と径方向断面が略同一の開口をもつドレン連通穴７を配置する。これにより、吸収体５に吸収された異物のほぼ全てをドレン連通穴７で回収することができる。
【００３５】
また、前記実施形態においては、環状溝６からクリアランス３０にエアを吹き出すエアシール機構と、吸収体５とを併設しているが、吸収体単独でシール装置として用いることもできる。また、エアシール機構の代わりに、ねじラビリンス機構、機械的ラビリンス機構などの、他のシール機構と吸収体とを併設することもできる。その場合にも、他のシール機構よりも軸方向内側に吸収体を配設するとよい。吸収体の目詰まりを抑制し、長期使用が可能となるからである。
【００３６】
また、前記実施形態においては、吸収体５をシールキャップ１５というシール装置の構成部材により軸方向に押圧して固定しているが、シール装置とは別個の吸収体固定用の部材で固定してもよい。
【００３７】
また、前記実施形態においては、本発明の回転軸のシール装置を、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、これに限定されるものではなく、研削盤の砥石軸や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。
【００３８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態の回転軸のシール装置の軸方向断面図である。
【図２】本発明の実施形態の回転軸の軸方向端面付近の要部断面図である。
【図３】主軸スピンドルの軸方向が鉛直方向である場合の、吸収体とドレン連通穴との位置関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１：ハウジング、２：スピンドル、３：収容空間、５：吸収体、５ａ：吸収体の軸方向外側の端面、５ｃ：吸収体の下端、５ｄ；吸収体の下側の軸方向端面、６：環状溝、７：ドレン連通穴、８：異物、１１：主軸ハウジング、１２：軸受ハウジング、１３：軸受、１４：フロントキャップ、１５：シールキャップ、３０：クリアランス、３０ａ：軸方向端面、６１：エア通路、７１排出通路。
【図１】
2009085337.tif 000003
【図２】
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【図３】
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