(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸の軸方向に穿設された貫通孔若しくは主軸と軸が連結され該軸及び主軸の軸方向に夫々穿設され連通する貫通孔にクーラントを通すスピンドルスルークーラントを備えた主軸構造において、主軸若しくは該主軸に連結された軸の軸端に設けたハウジングにクーラント供給部とドレイン配管とを配設し、前記貫通孔にクーラントを供給すると共に、前記クーラント供給部から漏出したクーラントを前記ドレイン配管から排出するようにしたスピンドルクーラントを備えた主軸保護構造であって、前記ハウジング内に延出された前記主軸若しくは該主軸に連結された軸の外周に弾性を有したシール部材を設け、該シール部材は、ハウジング内の圧力に応じてシール部材のリップが軸外周面方向に移動可能に配置され、前記クーラント供給部から漏出した前記ハウジング内のクーラントが少量で圧力が発生しない場合は、シール性が無く、クーラント圧力が増加変動するとシール性も増加するように構成されていることを特徴とする主軸保護構造。
【請求項２】
前記主軸構造は、前記主軸を伝動手段を介してモータで駆動する主軸構造、主軸構造内にモータがビルトインされている主軸構造又は主軸とモータのロータ軸が連結され、該ロータ軸の軸線方向に穿設された貫通孔及び前記主軸の貫通孔を介してクーラントが供給される主軸構造のいずれかである請求項１記載の主軸構造。
【請求項３】
前記ハウジングは１つ乃至複数の室から構成され、いずれかの室乃至複数の室に対して、前記ドレイン配管や前記シール部材が配されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の主軸保護構造。
【請求項４】
前記ハウジング内には、前記シール部材に加えてフリンジャ、ラビリンスなどの第２のシール手段が施されている請求項１、請求項２又は請求項３に記載の主軸保護構造。
【請求項５】
前記シール部材は、前記クーラント供給部から漏出したクーラントの圧力によってシール部材が軸側に押し付けられることを特徴とする請求項１乃至４の内いずれか１項に記載の主軸保護構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピンドルスルークーラントにおける主軸保護構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボール盤やタッピングマシン等の高速回転型の工作機械やマシニングセンタに用いる主軸構造として、主軸の軸心を貫通させて冷却および切粉除去のための加工液を流すスピンドルスルークーラントが知られている。
【０００３】
図３、図４、及び図５は従来のスピンドルスルークーラントに利用される主軸構造を簡略化して示す断面図である。
【０００４】
図４のスピンドルスルークーラントでは、主軸１に軸方向の貫通孔２を穿設し、主軸１の端部に回転ジョイント３を介して配管４を接続することにより、回転ジョイント３と貫通孔２とを介して配管４からのクーラントを工具５の先端に導くようになっており、回転ジョイント３の部分には、該ジョイント３の内部で溢れたクーラントを外部に排出するためのドレイン配管６が設けられている。
【０００５】
このような構造の場合、主軸１は、歯車列７またはベルト等を介してスピンドルモータ８で駆動されるので、動力のロスや主軸１のブレといった問題があり、必ずしも本格的な高速回転には適さない。
【０００６】
このような問題を解消すべく提案されたのが図３に示すような主軸構造であり、主軸１の貫通孔２に加えてスピンドルモータ８のロータ軸９にも軸方向の貫通孔１０を穿設し、主軸１とロータ軸９をカプラ１１を介して直結し、スピンドルモータ８の端部に設けた回転ジョイント取付ハウジング１２に取り付けられた回転ジョイント３と貫通孔１０および貫通孔２を介して配管４からのクーラントを工具５の先端に導くように構成されている。主軸１がスピンドルモータ８によって直接駆動されるため、動力のロスや主軸１のブレといった問題が解消され、本格的な高速回転に適する。また、回転ジョイント取付ハウジング１２には回転ジョイント３から溢れたクーラントを外部に排出するためのドレイン配管６が設けられている。
【０００７】
又、図５に示すように、主軸１にスピンドルモータが組み込まれたビルトインモータ部を備えた主軸も開発されている。即ち主軸１をロータ軸とするロータと、主軸を支えるハウジング１３にステータを設けモータ部８’を構成する。主軸１のロータ軸に軸方向の貫通孔２を穿設し、主軸１の端部に回転ジョイント３を介して配管４を接続し、配管４からのクーラントを工具５の先端に導く。回転ジョイント３の部分には、該ジョイント３の内部で溢れたクーラントを外部に排出するためのドレイン配管６が設けられている。
【０００８】
最近のスピンドルスルークーラントでは、切粉の排出や工具５の刃先の冷却の効率化およびワークの仕上がりの向上等のため、高圧クーラントが主流になっているため、回転ジョイント３の部分に損傷が生じると、瞬時にしてクーラントが大量に漏れ出すといった恐れがあり、図４のような構造のものでは主軸１の周囲にクーラントが進入し、また、図３や図５のような構造のものではスピンドルモータ８、モータ部８’の内部に直接クーラントが進入して、錆や回転異常および電気的な故障等の重大な問題が発生する場合がある。また、工具５の先端にまで正常にクーラントが送られないと工具５やワーク自体に損傷を生じる場合もある。
【０００９】
このクーラントの漏れを防止する必要があるが、防水に対する有効な手段である一般的なオイルシールを使用した場合、一般に、主軸は高速回転であるが故に、そのリップ部と回転部との接触摩擦熱によりリップ部温度が上昇し使用範囲を越えることから、一般的なオイルシールを使用していない。そのため、フリンジャ、ラビリンスと呼ばれる軸に固定された非接触式の回転部品のみによる防水構造が採用されている。
【００１０】
図６は、特開平１１−１７９６３１号公報で提案されている防水構造の例である。この例は、図３に示すような主軸構造の場合を示している。
回転ジョイント取付ハウジング１２はそのフランジ部１４でボルト１６によりスピンドルモータ８の上端面に一体的に固定されている。スピンドルモータ８又はハウジング１３と回転ジョイント取付ハウジング１２とのセンタ合わせは、スピンドルモータ８の上端面に設けられた印ロウ１７の外周部と前記フランジ１４の内周面との嵌合によって達成されている。
【００１１】
回転ジョイント取付ハウジング１２の内部は、隔壁１８，１９により主軸軸方向に３つの気室１２ａ，１２ｂ，１２ｃに分割されている。そして、気室１２ａにはドレイン配管６が接続され、気室１２ｂには予備ドレイン配管２７が接続されている。さらに、気室１２ｃには、フリンジャ２８が配置され、フリンジャ２８はロータ軸９に一体的に取り付けられ、回転の遠心力によってゴミや水分を径方向外側に弾き飛ばす構造となっている。
【００１２】
回転ジョイント３は、ロータ軸９の側に取り付けられて該ロータ軸９と一体に回転するニップル状の回転側部材２２と、ハウジング１２に一体的に取り付けられる固定側部材２３とからなり、回転側部材２２が、ロータ軸９の貫通孔１０の端部に刻設された管用テーパネジに螺合されてロータ軸９に一体に固着される。固定側部材２３は、回転側部材２２と摺接するソケット部２３ａを回転ジョイント取付ハウジング１２の外側から気室１２ａ内に突入させて、回転ジョイント取付ハウジング１２に固着されている。
【００１３】
固定側部材２３に接続された配管４からクーラントが供給され、は固定側部材２３の内部管路、ソケット部２３ａ、回転側部材２２の内部を通り、ロータ軸９の貫通孔１０に流れ込む。ソケット部２３ａと回転側部材２２との摺接部で漏れたクーラントはドレイン配管６を介して外部に排出される。また、回転側部材２２の円筒部外周と摺接する隔壁１８の貫通孔の内周に周溝２４が刻設され、細孔２５、エアパージ配管２６を介して外部から圧搾空気等を送り込むことにより気室１２ａ内部の圧力を上げ、気室１２ａ内に漏れ出したクーラントをドレイン配管６から確実に外部に排出するようにしている。
【００１４】
さらに、気室１２ｂ内にまで進入したクーラントは予備ドレイン配管２７から排出され、更に、気室１２ｃまで進入したクーラントは、ロータ軸９に一体的に取り付けられたフリンジャ２８によってゴミや水分を径方向外側に弾き飛ばし、ハウジング１２の下端部外周面設けられた複数の切欠２９からクーラントをハウジング１２の外部に排出するように構成されている。また、ドレイン配管６に流量センサ等を設け、クーラントの流量が設定値を越えるとアラームを発生させるようにしている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、スピンドルスルークーラントにおいては、主軸やロータ軸に設けられた貫通孔にクーラントを注入する回転ジョイント部において漏れたクーラントを、主軸やモータの内部までクーラントが侵入しないようにする方法として、非接触式のフリンジャ、さらにはラビリンスが用いられている。これは主軸は高速回転であることから一般的なオイルシールを使用できないことによる。
【００１６】
しかしこのような非接触式のフリンジャやラビリンスでは、クーラント供給部品が破損したときなどに、多量のクーラント漏れが発生したときには対応できず、主軸内部、モータ内部にクーラントが侵入し、主軸の軸受けやモータ巻線の絶縁不良等が発生する恐れがある。
【００１７】
そこで、本発明の目的は、このような多量のクーラント漏れにも対応できる主軸保護装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、主軸の軸方向に穿設された貫通孔若しくは主軸と軸が連結され該軸及び主軸の軸方向に穿設され連通する貫通孔にクーラントを通すスピンドルスルークーラントを備えた主軸構造において、主軸若しくは該主軸に連結された軸の軸端に設けたハウジングにクーラント供給部とドレイン配管とを配設し、前記貫通孔にクーラントを供給すると共に、前記クーラント供給部から漏出したクーラントを前記ドレイン配管から排出するようにしたスピンドルクーラントを備えた主軸保護構造であって、前記ハウジング内に延出された前記主軸若しくは該主軸に連結された軸の外周に弾性を有したシール部材を設け、該シール部材は、ハウジング内の圧力に応じてシール部材のリップが軸外周面方向に移動可能に配置され、前記クーラント供給部から漏出した前記ハウジング内のクーラントが少量で圧力が発生しない場合は、シール性が無く、クーラント圧力が増加変動するとシール性も増加するように構成されていることを特徴とするものである。前記主軸構造は、前記主軸を伝動手段を介してモータで駆動する主軸構造、主軸構造内にモータがビルトインされている主軸構造又は主軸とモータのロータ軸が連結され、該ロータ軸の軸線方向に穿設された貫通孔及び前記主軸の貫通孔を介してクーラントが供給される主軸構造のいずれでもよいものである。
【００１９】
又、前記ハウジングは１つ乃至複数の室から構成され、いずれかの室乃至複数の室に対して、前記ドレイン配管やシール部材を配置する。さらに、前記ハウジング内には、前記シール部材に加えてフリンジャ、ラビリンスなどの第２のシール手段を設ける。又、前記シール部材は、前記クーラント供給部から漏出したクーラントの圧力によって軸側に押し付けられるようなものを選択する。  
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明のスピンドルスルークーラントにおける主軸保護構造は、図３に示すような、主軸１とスピンドルモータ８のロータ軸９を連結し、主軸１の貫通孔２、ロータ軸９の貫通孔１０を介してクーラントを工具５の先端から噴射させる主軸構造のもの、図４に示すような、主軸１を歯車列７またはベルト等の伝動機構を介して駆動し、主軸１の貫通孔２に一端よりクーラントを注入する主軸構造のもの、さらには図５に示すような、モータがビルトインした主軸機構に適用するものである。これらの主軸機構において、多量のクーラント漏れに対応するように、固定部材から回転部材へクーラントを供給する部分の構造に特徴を有するもので、図１は、本発明のこの主軸保護構造における一実施形態の要部構成図である。
【００２１】
この実施形態は、図３に示すスピンドルモータ８のロータ軸９と主軸１とを連結し、ロータ軸９の一端より、クーラントを供給するタイプの主軸構造の例を示している。
回転ジョイント取付ハウジング３０は、スピンドルモータ８のハウジング４０（図４，図５の例であるとこのハウジングは主軸を取り付けるハウジングとなる）にボルト３６等で固着されている。回転ジョイント３は、従来例と同様に、ロータ軸９（図４，図５の例であるとこの軸は主軸となる）の側に取り付けられて該ロータ軸９と一体に回転するニップル状の回転側部材２２と、ハウジング３０に一体的に取り付けられる固定側部材２３とからなり、回転側部材２２が、ロータ軸９の貫通孔１０の端部に刻設された管用テーパネジに螺合されてロータ軸９に一体に固着される。
【００２２】
固定側部材２３は、回転側部材２２と摺接するソケット部２３ａを回転ジョイント取付ハウジング３０の外側から気室３１内に突入させて、回転ジョイント取付ハウジング３０に固着されている。
【００２３】
回転ジョイント取付ハウジング３０の内部は、隔壁３８により主軸軸方向に２つの気室３１，３２に分割されている。そして、気室３１にはドレイン配管３５ａ、３５ｂが接続されている。さらに、気室３２には、フリンジャ３３が配置され、フリンジャ３３はロータ軸９に一体的に取り付けられ、回転の遠心力によってゴミや水分を径方向外側に弾き飛ばす構造となっている。又、回転ジョイント取付ハウジング３０のこの気室３２の部分には、切り欠き３９が設けられ、フリンジャ３３で弾き飛ばされたゴミやクーラントを外部に排出するようになっている。
【００２４】
隔壁３８には、ロータ軸（又は主軸）９が貫通する孔を有し、該孔の部分には、シール部材３４設けられている。このシール部材３４としては、一般的なオイルシールよりも温度上昇が少ない、弾性力のあるダスト用オイルシールを使用している。
【００２５】
配管４から供給されるクーラントは固定側部材２３の内部管路を通り、ソケット部２３ａから回転側部材２２の内部管路に導かれ、該内部管路を介してロータ軸９の貫通孔１０を通り、さらに主軸の貫通孔２を通り工具５の先端より噴出される。この際、クーラントが回転ジョイント３の固定側部材２３から回転側部材２２に移動する際に、この部分で漏れが発生した場合、この漏れクーラントは気室３１に接続されたドレイン配管３５ａ、３５ｂより排出される。
【００２６】
さらにシール部材３４の部分より漏れて気室３２内に侵入したクーラントは、フリンジャ３３で弾き飛ばされて、切り欠き３９より外部に排出される。
以上が、通常のクーラント排出動作である。この点、図２を用いてさらに詳しく説明する。
図２は、シール部材３４の作用の説明図である。ロータ軸９と隔壁３８間には、シール部材３４が配置されており、図２（ａ）はこのシール部材３４が新しく取り付けられた使用開始時の状態を示している。このシール部材３４は締め代がないかもしくは締め代が小さいものとしている。そのため、シール部材３４のリップ３４ａは、ロータ軸９に軽く接触している。使用を続けていくと、主軸１即ちロータ軸９の高速回転により、シール部材３４のリップ３４ａが摩耗し、このリップ３４ａとロータ軸９間に微少な隙間が図２（ｂ）に示すように発生する。
【００２７】
この隙間から、クーラントが漏れ気室３２内に侵入しても、前述したようにクーラントはフリンジャ３３で弾き飛ばされて、回転ジョイント取付ハウジング３０に設けられた切り欠き３９より外部に排出される。
【００２８】
しかし、回転ジョイント３等のクーラント供給部品が故障するなどの何らかの原因により、多量のクーラントの漏れが発生し、ドレイン配管３５ａ、３５ｂより排出されるよりも、この漏れクーラント量が多い場合には、上記シール部材３４のリップ３４ａとロータ軸９の隙間を通り、多量のクーラントが気室３２に侵入する。この侵入量が多いことにより、クーラントをフリンジャ３３で完全に弾き飛ばすことができず、この漏れクーラントがスピンドルモータ内部や、主軸内部に侵入する可能性がある。
【００２９】
しかしながら、本発明においては、図２（ｃ）に示すように、多量の漏れクーラントが発生した時には、気室３１内の圧力Ｐが上昇し、この圧力Ｐによって、弾性力のあるシール部材３４は押し拡げられ、そのリップ３４ａをロータ軸９に押し付けることになる。これにより、クーラントの気室３２への侵入は減少し、若しくはなくなり、フリンジャ３３によるクーラントの排出を完全にして、クーラントのスピンドルモータ内部や主軸内部への侵入を防止することができる。
【００３０】
又、このような多量のクーラントの漏れが発生した場合には、従来と同様に、例えば、ドレイン配管３５ａ、３５ｂに流量センサ等を配設し、クーラントの流量が設定値を越えるとアラームを発生させるようにして、この多量の漏れを検出しアラームを発生させて、加工、クーラントの供給を停止させるようにすればよい。多量のクーラント漏れが発生したとき、上記シール部材３４でクーラントの主軸やスピンドルモータ内部への侵入を一時的に阻止し、その阻止している間に、加工を停止し、クーラントの供給を停止して主軸やスピンドルモータを保護するものである。
【００３１】
なお上記実施形態では、回転ジョイント取付ハウジング１２を区切り２つの室を形成したが、さらに区切りを多くし、さらに多くの室を形成してもよい。この場合、いずれかの室又は複数の室に対して、前記ドレイン配管及び／又はシール部材を配設するようにする。
【００３２】
又、上記は実施形態では、非接触式の防水構造として、フリンジャを用いたが、このフリンジャに代えてラビリンスを用いてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、スピンドルスルークーラントにおいて、主軸及び該主軸に連結されたスピンドルモータのロータ軸に設けられている貫通孔にクーラントを外部から注入させる際に、この外部の固定部材と高速回転する主軸ロータ軸間でクーラントの漏れが多量に発生したときに、シール部材によって自動的にクーラントの主軸内部さらにはスピンドルモータ内部への侵入を防止することにより、主軸さらにはスピンドルモータを保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における回転ジョイント取付部の要部構造を示す図である。
【図２】同実施形態におけるシール部材の作用の説明図である。
【図３】本発明が適用されるスピンドルスルークーラントの主軸構造の例で、主軸とスピンドルモータのロータ軸が連結された構造の例を示す図である。
【図４】本発明が適用されるスピンドルスルークーラントの主軸構造の例で、主軸がスピンドルモータにより伝動手段を介して駆動される構造の例を示す図である。
【図５】本発明が適用されるスピンドルスルークーラントの主軸構造の例で、主軸内にスピンドルモータがビルトインされている構造の例を示す図である。
【図６】従来のスピンドルスルークーラントの主軸構造における回転ジョイント取付部の要部構造を示す図である。
【符号の説明】
１  主軸
２  貫通孔
３  回転ジョイント
４  配管
５  工具
６、３５ａ、３５ｂ  ドレイン配管
７  歯車列
８  スピンドルモータ
９  ロータ軸
１０  貫通孔
１２、３０  回転ジョイント取付ハウジング
３１、３２  気室
３４  シール部材
３６  ボルト
１８、１９、３８  隔壁
２２  回転側部材
２３  固定側部材
２８、３３  フリンジャ
２９、３９  切り欠き
４０  スピンドルモータハウジング
【図１】
0003806312.tif 000002
【図２】
0003806312.tif 000003
【図３】
0003806312.tif 000004
【図４】
0003806312.tif 000005
【図５】
0003806312.tif 000006
【図６】
0003806312.tif 000007