JPH07164208A - 工作機械の主軸の軸受部への切削液の侵入防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ラビリンスシールの周囲から霧状
の切削液を排除し、ラビリンスシールにより軸封される
主軸の軸受部へ切削液が侵入することを防止する装置を
提供することにある。 【構成】 上述の目的を達成するために、本発明による
装置は、工作機械の主軸（２０）の要部に設けられたラ
ビリンスシール（１０ａ）により軸封される、主軸（２
０）の回転荷重を支持する軸受部（２２）への切削液の
侵入を防止する装置において、ラビリンスシール（１０
ａ）を囲むように形成された圧力室（６）と、圧力室
（６）に空気を供給する空気供給装置（４４）とを具備
する構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械の軸受のシー
ル装置に関し、特に、工作機械の主軸の要部に設けられ
たラビリンスシールにより軸封された、主軸の軸受部へ
の切削液の侵入を防止する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＮＣドリル等の工作機械は、周知の通
り、切削工程により発生した霧状の切削液を多量に含む
雰囲気中に設置されることが多い。特に、近時では、切
削加工の高速化により多量の切削液が使用されので、空
気中に浮遊する霧状の切削液の濃度も高くなっている。
こうした霧状の切削液が、工作機械の主軸を回転自在に
支持する軸受手段が配設された軸受部に侵入すると、こ
の切削液が軸受部のグリスを溶し出したり、軸受部に錆
を発生させる等の不具合を生じる。

【０００３】軸受部を清浄に維持するために、従来か
ら、工作機械の主軸の軸受部は、オイルシールやメカニ
カルシール等の種々の軸封装置により切削液の侵入防止
が図られている。ところで、工作機械の主軸は高速回転
し、回転に伴い多量の熱を発生して軸受部の空気を加熱
し、この加熱された空気は停止時に冷却される。これに
より、軸受部周囲の空気は、主軸の回転、停止に伴い温
度が変化して膨張、収縮を繰り返す。この膨張、収縮を
補償するために、特に、工作機械の主軸には、軸封装置
として非接触式のラビリンスシールが多用されている。
ラビリンスシールは回転側と静止側との間に隙間を有し
ており、軸受部への空気の出入りを許容する。そしてラ
ビリンスシールは、切削工程の間、主軸と共に高速で回
転することにより圧力差を形成し、軸受部から空気を吸
引して外部へ排気し、以て、軸受部への霧状の切削液の
侵入を防止する。更には、上記軸受部に清浄な加圧空気
を供給して、軸受部を加圧することにより、切削液の侵
入を防止するものもある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、ラビリン
スシールによる軸封は、切削工程が終了して主軸の回転
動作が停止すると、ラビリンスシールもまた停止してし
まう。このために、ラビリンスシールの軸封作用が機能
しなくなる。ラビリンスシールが回転する間は、軸受部
から空気を吸引するので、ラビリンスシールが停止した
とき、軸受部は負圧状態となっている。従って、ラビリ
ンスシールが停止すると、軸受部に周囲から空気が吸引
される。更には、軸受部の冷却に伴って空気が収縮する
ことによっても、軸受部に周囲から空気が吸引される。
この空気と共に、浮遊する霧状の切削液もまた軸受部に
侵入することとなる。特に、ＣＮＣドリル等の、主軸が
鉛直に配置された工作機械では、上側のラビリンスシー
ルの周囲において主軸頭の上面に、上述した霧状の切削
液が液状化して滞留していることがあり、ラビリンスシ
ールの停止に伴って、この滞留する切削液が、ラビリン
スシールの隙間から軸受部に多量に流入する危惧があ
る。

【０００５】また、軸受部に加圧された空気を供給する
場合には、軸受部を通過する空気の流れにより、軸受手
段のグリスが流出する等の潤滑の問題を生じる。更に、
軸受部に供給する空気は、湿分や埃を除去して厳格に管
理しなけれなならない等の問題がある。

【０００６】本発明は、こうした従来技術の問題点を解
決することを技術課題としており、加圧された空気を軸
受部に直接供給することなく、ラビリンスシールの周囲
に加圧された空気の領域を形成して、ラビリンスシール
の周囲から霧状の切削液を排除し、ラビリンスシールに
より軸封される主軸の軸受部へ、ラビリンスシールの隙
間から切削液が侵入することを防止する装置を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明では、工作機械の主軸の要部に設けられた
ラビリンスシールにより軸封される、主軸の回転荷重を
支持する軸受部への切削液の侵入を防止する装置におい
て、前記ラビリンスシールを囲むように形成された圧力
室と、前記圧力室に空気を供給する空気供給装置とを具
備する装置が提供される。なお、前記空気供給装置は、
該空気源と前記圧力室とを連通させる空気供給管路と、
前記圧力室へ供給する空気の流量を調節する流量調節手
段とを具備して構成することができる。更に、空気源と
しては、コンプレッサや、ファンまたはブロアー等によ
り構成することができる。

【０００８】

【作用】ラビリンスシールを囲むように形成された圧力
室に空気を供給することにより、この圧力室内において
前記ラビリンスシールの周囲に加圧された空気の領域が
形成され、この領域から霧状の切削液が排除される。

【０００９】

【実施例】次に、図１、２を参照して、本発明によるラ
ビリンスシールへの切削液進入防止装置を、ＣＮＣドリ
ルの主軸のラビリンスシールに適用する場合を一例とし
て説明する。このＣＮＣドリルは、周知の自動工具交換
装置（図示せず）を備えており、いわゆるマシニングセ
ンターを構成している。前記自動工具交換装置は、複数
の工具を収納する工具マガジン（図示せず）を具備して
いる。前記複数の工具は、各々の工具ホルダ（図示せ
ず）に装着され、工具マガジンの周上に配設される。工
具交換に際しては、主軸頭２が鉛直方向に上下に動作す
る。そして、これと連動して前記自動工具交換装置がス
イング動作し、工具マガジンに収納された工具と、ＣＮ
Ｃドリルの主軸２０に装着された工具との間で工具交換
がなされる。

【００１０】図１において、前記ＣＮＣドリルは概ね鉛
直に設けられた主軸２０を有している。主軸２０は、上
下に動作可能な主軸頭２において、主軸２０と同軸に形
成されたボア２ａ内に配置されている。ボア２ａ内にお
いて、主軸２０とボア２ａの内面との間に、軸受手段と
して２つの玉軸受２２が配置されており、このＣＮＣド
リルの主軸２０のための軸受部が構成される。主軸２
は、上下両端において玉軸受２２により、ボア２ａ内で
回転自在に支持されている。２つの玉軸受２２は、ボア
２ａにおいて主軸２０の上下両端に設けられている。主
軸２０は、この主軸と同軸に設けられた駆動モータ２６
により継手２１を介して回転駆動される。駆動モータ２
６は、電動式のモータにより構成されている。主軸頭２
のボア２ａの上端部は継手２１の下部により閉鎖され、
下端部はエンドキャップ２ｂにより閉鎖されている。継
手２１の下部およびエンドキャップ２ｂと主軸頭２との
間には、各々、ラビリンスシール１０ａ、１０ｂが形成
されている。従って、主軸２０が回転する間は、ラビリ
ンスシール１０ａ、１０ｂにより、ボア２ａ内から空気
が外気に排気され、周囲に浮遊する埃や切削液のボア２
ａ内の侵入が防止される。

【００１１】また、主軸２の軸受手段のためのラビリン
スシール１０ａ、１０ｂの内、上側のラビリンスシール
１０ａの周囲は、カバー６ａ、６ｂにより囲われてお
り、内部に圧力室６が形成される。カバー６ａは、この
ＣＮＣドリル正面および側面において、駆動モータ２６
を固定するためのフランジ２６ａと主軸頭２との間を閉
鎖するように配置されている。カバー６ｂは、このＣＮ
Ｃドリル背面において、主軸頭２に形成されたリブ２ｃ
とフランジ２６ａとの間を閉鎖するように配置されてい
る。カバー６ｂは、後述するベルクランク４の腕部１８
のための開口部６ｃが形成されている。

【００１２】カバー６ａ、６ｂは金属、プラスチックま
たは合成ゴムの薄板により形成される。カバー６ａ、６
ｂを金属で形成する場合には、炭素鋼やステンレス鋼を
使用することができる。カバー６ａ、６ｂをプラスチッ
クにより形成する場合には、耐油性の塩化ビニールやポ
リカーボネイトを使用することができる。カバー６ａ、
６ｂを合成ゴムにより形成する場合には、耐油性のＮＢ
Ｒ（acrylonitrile-butadiene rubber）ゴムやＮＢＲス
ポンジを使用することができる。カバー６ａ、６ｂは、
ネジ（図示せず）やその他の適当な取着手段により、主
軸頭２に取着されている。カバー６ａ、６ｂは、この圧
力室６を完全に外気と遮断するものではなく、圧力室６
の内部の圧力を外気から僅かに高める程度に、圧力室６
を囲えればよい。

【００１３】主軸２０は、下端部に工具ホルダのテーパ
部と係合するテーパ穴２４を具備している。切削加工に
使用される工具は、上記工具ホルダを介して、主軸２０
と同軸にテーパ穴２４に装着される。また、主軸２０は
中空の部材により構成されており、その内部に引き棒
（ドローバー）１６が、上下に移動可能に配置されてい
る。引き棒１６は、前記工具ホルダが装着されるとき、
工具ホルダのテーパ部の頂部に備えられたプルスタッド
（図示せず）と係合して、工具ホルダを上方に引き上げ
る作用をなす。引き棒１６は、サラバネ４４により通常
時において上方に付勢されている。引き棒１６の頂部に
は、後述するベルクランク４のローラー１９と係合する
受承部２８が設けられている。受承部２８は、図１に示
す実施例では、棒状の部材から形成されている。

【００１４】主軸頭２の上部には、ベルクランク４が、
回転軸８を中心として回動自在に設けられている。ベル
クランク４の頂部にはカムローラー１４が設けられてい
る。また、ベルクランク４は、引き棒１６を下方に押し
下げるための腕部１８を有している。腕部１８は、引き
棒１６の頂部に設けられた受承部２８と係合するローラ
ー１９を有している。腕部１８は、ベルクランク４が図
１において矢印Ａの方向に回動するとき、カバー６ｂに
形成された開口部６ｃを通過して斜め下方に移動し、引
き棒１６の頂部と係合するように設けられている。一
方、ＣＮＣドリルの本体（図示せず）には、ベルクラン
クカム１２が形成されている。ベルクランクカム１２
は、工具交換に際して、主軸頭２が上下に動作すると
き、カムローラー１４と係合してベルクランク４の動作
を制御する。つまり、ベルクランクカム１２は、工具交
換に際して主軸頭２が上動すると、カムローラー１２が
ベルクランクカム１２の隆起部１２ａに当接して、ベル
クランク４が矢印Ａの方向に回動するように形成されて
いる。

【００１５】こうした自動工具交換装置を備えたマシニ
ングセンターでは、一般的に工具交換に際して、工具ホ
ルダとテーパ穴２４との良好な嵌め合いを達成するため
に、テーパ穴２４に加圧された空気を供給してテーパ穴
２４が清掃される。清掃用空気は、空気源４６（図２参
照）からノズル３６を介して供給される。ノズル３６
は、主軸頭２に形成されたリブ２ｃのノズル開口部２ｄ
から、圧力室６内に挿入される。また、ノズル３６は、
ベルクランク４の動作と連動するリンク機構３０を備え
たている。リンク機構３０は、ベルクランク４に設けら
れたカム３２と係合する従動カム３４を有している。工
具交換時に主軸頭２が上動し、ベルクランク４が矢印Ａ
の方向に回動すると、ベルクランク４のカム３２が従動
カム３４を上方から押接し、リンク機構３０が作動して
ノズル３６が矢印Ｂの方向に移動する。これにより、ノ
ズル２６の先端部３８が継手２１の外周面に当接する。

【００１６】ノズル３６からテーパ穴２４に空気を供給
するために、引き棒１６の中心軸に沿って、空気供給管
路４２が形成されている。空気供給管路４２は、上部に
略半径方向に形成された複数の連絡部４２ａを有すると
共に、下端においてテーパ穴２４に連通している。一
方、継手２１には連絡横路４０が形成されている。連絡
横路４０は、引き棒１６が下動したときに空気供給管路
４２の連絡部４２ａと連通する。こうした構成により、
工具交換動作に応動して引き棒１６が下動したときに、
清掃用空気のための空気源（図示せず）からテーパ穴２
４へ到る一連の経路が形成される。

【００１７】次に、図２を参照して、この実施例におけ
る空気供給装置４４について説明する。空気供給装置４
４は、空気源としてコンプレッサ４６を具備している。
コンプレッサ４６と、ノズル３６との間は空気管路４８
により接続されている。空気管路４８には、オン・オフ
式のソレノイド弁５０が配設されている。ソレノイド弁
５０は、ソレノイド５０ａの励磁、消磁を制御すること
により、空気供給管路４８の連通、遮断を制御する。つ
まり、ソレノイド弁５０はソレノイド５０ａが消磁され
ている間は閉鎖されており、ソレノイド５０ａが励磁し
たときに開放されて、空気供給管路４８の連通を図る。
ソレノイド５０ａは、このＣＮＣドリルの制御装置（図
示せず）に接続されている。そして、この制御装置は、
工具交換に際してノズル３６が継手２１に当接したとき
に、ソレノイド５０ａを励磁して、ソレノイド弁５０を
開くように構成されている。

【００１８】更に、空気供給装置４４は、ソレノイド弁
５０を迂回して、ソレノイド弁の上流と下流との間に接
続されたオリフィス管路５２を具備している。オリフィ
ス管路５２には、オリフィス５４が配設されている。ソ
レノイド弁５０が閉鎖されている間、コンプレッサ４６
から空気は、オリフィス５４により減圧されて、ソレノ
イド弁５０を迂回してノズル４６に供給される。上述の
説明から理解されるように、ソレノイド弁５０とオリフ
ィス５４とにより圧力室６への空気の供給流量が調節さ
れる。

【００１９】オリフィス５４は、コンプレッサ４６の元
圧と、管路の抵抗、圧力室６における空気の漏洩等を考
慮して、圧力室６内の圧力を所望の圧力とするように設
定される。特に、圧力室６内の圧力は、ラビリンスシー
ル１０ａの軸封作用を阻害しないように、慎重に設定し
なければならない。つまり、ラビリンスシールは、その
回転動作から生じた圧力差により、空気を外部に排出す
るように構成されている。図１に示す実施例では、ラビ
リンスシール１０ａ、１０ｂは、主軸２が回転する間、
ボア２ａ内部から空気を吸引するように構成されてい
る。ラビリンスシールが形成する圧力差は小さいので、
圧力室６の中の圧力が高くなりすぎると、ラビリンスシ
ール１０ａの軸封作用が阻害されてしまう。これを考慮
して、圧力室６内の圧力は周囲の大気圧よりも僅かに高
くなるように設定する。圧力室６内の圧力と周囲の大気
圧との差圧が僅かであっても、上記の開口部からの対流
により圧力室６内部に霧状の切削液が接近することは防
止される。なお、この実施例では、コンプレッサ４６の
設定圧力は、０．４９〜０．６９ＭＰａ（５〜７ｋｇ／
ｃｍ² ）（但し、圧力はゲージ圧である）である。な
お、コンプレッサ４６からの空気は、ボア２ａに直接導
入するには適していないが、フィルタや除湿装置（図示
せず）により一定程度管理されている。

【００２０】次に、この実施例における本発明の切削液
侵入防止装置の作用を、ＣＮＣドリルの工具交換動作と
合わせて説明する。工具交換が開始されると、先ず、主
軸頭２が上動する。このとき、カムローラー１４と、ベ
ルクランクカム１２の隆起部１２ａとの係合により、ベ
ルクランク４はピン８を中心として矢印Ａの方向に回動
する。すると、ベルクランク４の腕部１８の先端に設け
られたローラ１９が、図１において破線で示すように、
引き棒１６の頂部に設けられた受承部２８と係合して、
引き棒１６を下方に押接し、以て引き棒１６を下動させ
る。これにより、空気供給管路４２の連絡部４２ａと連
絡横路４０が連通する。これと同時に、ベルクランク４
のカム３２が、リンク３０の従動カム３４を押接する。
これによりノズル３６が矢印Ｂの方向に移動して、ノズ
ル３６の先端部３８が継手２１の外周面に当接し、ノズ
ル３６と連絡横路４０が連通する。また、前記制御装置
がソレノイド５０ａを励磁して、ソレノイド弁５０を開
放する。これにより、高圧の空気がテーパー穴２４に供
給され、テーパー穴２４が清掃される。

【００２１】工具ホルダがテーパー穴２４に装着される
と、主軸頭２が可動してベルクランク４が矢印Ａとは反
対方向に回動し、腕部１８が後退して引き棒１６がサラ
バネ４４により付勢されて上動する。これと同時にベル
クランク４のカム３２による従動カム３４の押接が解除
され、ノズル３６が後退する。また、前記制御装置がソ
レノイド５０ｂを消磁して、ソレノイド弁５０が閉鎖さ
れる。これにより、コンプレッサ４６から加圧空気は、
オリフィス管路５２と、オリフィス５４とを介して減圧
されて、圧力室６に供給される。この減圧されて圧力室
６に供給される空気は、カバー６ｂの開口部６ｃと腕部
１８との隙間や、ノズル開口部２ｄから漏洩するが、圧
力室６内を該圧力室の外部から一定程度昇圧する。これ
により、ＣＮＣドリルが設置された周囲に浮遊する、霧
状の切削液がラビリンスシール１０ａの周囲に接近する
ことが防止され、主軸２の回転が停止しても、ラビリン
スシール１０ａの隙間から、切削液が軸受部としての玉
軸受２２に入することが防止される。

【００２２】主軸２の回転が停止したとき、下側のラビ
リンスシール１０ｂから、切削液がボア内に侵入するこ
とは防止されないが、ここから侵入する切削液は、玉軸
受２２がラビリンスシール１０ｂの上方に配置されてい
ることから、玉軸受２２に到達することはなく、ラビリ
ンスシール１０ｂに滞留する。この切削液は、主軸２が
再び回転したときに、ラビリンスシール１０ｂにより外
部に排出される。

【００２３】上述した実施例は、単に一例として示した
ものであり、本発明は、この実施例に限定されるもので
はなく、種々の変形や改良が可能である。 （１）図１に示す実施例では、本発明を自動工具交換装
置を備えたＣＮＣドリルに適用する場合を一例として示
されているが、本発明において自動工具交換装置は要件
ではなく、更に他の工作機械、特に鉛直に設けられた主
軸を有する縦形旋盤や、中ぐり盤や、ラジアルボール盤
に適用することができる。 （２）図１において、主軸２０のための軸受手段は玉軸
受２２にて図示されているが、例えば、ローラー軸受や
滑り軸受であってもよい。 （３）図１に示した実施例では、加圧された空気を圧力
室６に供給するために、テーパー穴２４の清掃用空気供
給装置を利用したが、これとは独立に、圧力室６への空
気供給装置を備えてもよい。この空気供給装置は、空気
源と、該空気源と前記圧力室とを連通させる空気供給管
路と、該空気供給管路に設けられたオリフィスとを具備
して構成される。この場合、空気源としては、コンプレ
ッサや、ファンまたはブロアー等により構成される。

【００２４】（４）図１において、圧力室６は、駆動モ
ータ２６の固定用フランジ２６ａと主軸頭２との間を大
きく囲むように形成されているが、ラビリンスシール１
０ａの近傍の領域を小さく囲むように形成してもよい。
この場合には、圧力室内に供給する空気量が削減でき
る。 （５）図１では、本発明によるラビリンスシールへの切
削液侵入防止装置は、上側のラビリンスシール１０ａに
のみ設けられているが、下側のラビリンスシール１０ｂ
に設けてもよいことは言うまでもない。 （６）図２において、空気供給源としてコンプレッサ４
６を使用したが、これに代えてファンまたはブロワーを
使用してもよい。この場合には、オリフィス管路５２
は、空気供給管路４８においてソレノイド弁５０の下流
と、ファンまたはブロワーとの間に配設される。 （７）図２において、ソレノイド弁５０は単なる遮断弁
として説明したが、絞り部を有する２位置式の切換弁に
て構成してもよい。この場合、オリフィス管路５２とオ
リフィス５４は除去される。

【００２５】

【発明の効果】既述の説明から明らかなように、本発明
によるラビリンスシールにより軸封された、工作機械の
主軸の軸受部への切削液防止装置は、ラビリンスシール
の周囲に圧力室を設け、この圧力室内に空気を供給して
圧力室内の空気の圧力を高めることにより、霧状に浮遊
する切削液をラビリンスシールの周囲から排除し、これ
により、ラビリンスシールが停止したときでも、切削液
がラビリンスシールの隙間から、主軸の軸受部としての
玉軸受に切削液が侵入することを防止する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるラビリンスシールへの切削液侵入
防止装置を備えたＣＮＣドリルの一部を断面にして示す
側面図であるる。

【図２】空気供給装置の略系統線図である。

【符号の説明】

６…圧力室 ６ａ…カバー ６ｂ…カバー １０ａ…ラビリンスシール １０ｂ…ラビリンスシール ２０…主軸 ２２…軸受手段（玉軸受） ３６…ノズル ４４…空気供給装置 ４６…コンプレッサ ５０…ソレノイド弁 ５４…オリフィス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械の主軸の要部に設けられたラビ
   リンスシールにより軸封される、主軸の回転荷重を支持
   する軸受部への切削液の侵入を防止する装置において、 前記ラビリンスシールを囲むように形成された圧力室
   と、 前記圧力室に空気を供給する空気供給装置とを具備する
   装置。