JPH08210573A

JPH08210573A - 回転シール継手

Info

Publication number: JPH08210573A
Application number: JP4242495A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Suzuki; 鈴木敏之
Original assignee: Enshu Ltd
Current assignee: Enshu Ltd
Priority date: 1995-02-07
Filing date: 1995-02-07
Publication date: 1996-08-20

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】流体等の加圧力制御で加圧力を調節付与され
て接触する加圧部材により回転シール部材の回転側部材
に接触付与することで、油漏れなく且つ高速回転等に対
応できる主軸等の回転シール継手を提供する。【構成】ドローイングバーの中心孔への冷却潤滑液Ｃ
の供給や主軸尾端孔からの冷却潤滑液Ｃの排出若しくは
主軸尾端孔への供給を支配する回転シール継手におい
て、ドローイングバーや主軸１等の回転体の端部１Ｅに
嵌着させた回転部材２０，６０と、この回転部材の端面
に流体等Ｃの加圧力制御で加圧力Ｐ１，Ｐ２を調節付与
されて接触する加圧部材４０，８０を固定体等に装備さ
せた回転シール継手である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械の主軸等の回
転シール継手に関し、圧力流体の漏れを最少限に抑制す
るのみならず、回転シール継手の接触面圧力制御を可能
としたものに係わる。

【０００２】

【従来の技術】従来、工作機械の主軸等の回転シール継
手においては、特開平４ー６０２８１号に見るように、
固定円管と回転円管とを非接触に半径方向隙間を有して
その長手方向に嵌め込み、この嵌合する挿入面には環状
溝を設け、この溝に連通した吸引路に吸引装置を設けた
回転シール部材が提供されている。この回転シール部材
によると、冷却液の往路と復路とを合せても１方にのみ
環状の溝と吸引路とを設ければ良く、シール構造として
シンプルである利点をもつ。また、特開平６ー２４１３
６６号では、ロータリジョイントの回転軸と移動軸との
対向面に設けた一対のシール部材を非接触状態に付勢す
るダイヤフラムがハウジングと移動軸との間に張設され
ている。そして、流体流路へ気体を流通させる場合は、
ポートに気体を導入し、一対のシール部材を非接触状態
のままにし、流体を流通させる場合は、ポートに液体を
導入し、その圧力でダイヤフラムを押圧して、一対のシ
ール部材を接触状態にするものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平４ー６０２８１号の回転シール部材によると、吸引
装置のトラブルで吸引力が低下して固定円管と回転円管
との嵌合する挿入面の環状溝からの油漏れを発生する。
また、固定円管と回転円管との嵌合隙間は、回転円管の
アンバランスや回転振動により変動するから、潤滑の吸
引回収効率が低下する。更に、特開平６ー２４１３６６
号のロータリジョイントでは、ポートに気体を導入時に
は一対のシール部材を非接触状態のままにし、流体を流
通させる場合はその圧力でダイヤフラムを押圧し、一対
のシール部材を接触状態にするものであるから、シール
部材の動作機構が煩雑である上に、圧力変動等で動作が
不安定となって流体の吸引効率を低下させたり、又、多
くの故障の原因を発生させる要因を包含している。

【０００４】結局の所、一対のシール部材または、固定
円管と回転円管との嵌合隙間からの油漏れの発生を免れ
ることが出来ないほか、油漏れの吸引回収装置が必要不
可欠なものとなっている。従って、結果的にシール部材
の動作機構を煩雑とし、この周辺機器を大掛かりなもの
にしてしまうという問題がある。

【０００５】本発明は、上記従来の回転シール部材が持
つ問題に鑑み、流体等の加圧力制御で加圧力を調節付与
されて接触する加圧部材により回転シール部材の回転側
部材に接触付与することで、油漏れなく且つ高速回転等
に対応できる主軸等の回転シール継手を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
すべく、請求項１において、ドローイングバーの中心孔
への冷却潤滑液の供給や主軸尾端孔からの冷却潤滑液の
排出若しくは主軸尾端孔への供給を支配する回転シール
継手において、ドローイングバーや主軸等の回転体の端
部に嵌着させた回転部材と、この回転部材の端面に流体
等の加圧力制御で加圧力を調節付与されて接触する加圧
部材を固定体等に装備させてなることを特徴とする回転
シール継手である。

【０００７】又、請求項２は、請求項１において、回転
部材の端面に所定の加圧力で接触する加圧部材は、冷却
潤滑液の供給流量や供給圧に比例的又は一定値で加圧力
制御する構成としたことを特徴する回転シール継手であ
る。

【０００８】請求項３は、請求項１において、回転部材
の端面に所定の加圧力で接触する加圧部材は、主軸の回
転・停止に関連して加圧力制御する構成としたことを特
徴する回転シール継手である。

【０００９】又、請求項４は、請求項１において、回転
部材の材質をセラミックス材にて構成する他、加圧部材
はその材質を耐摩耗性及び耐熱性，低摩擦係数等に優れ
たカーボン材にて構成したことを特徴とする回転シール
継手である。

【００１０】

【作用】本発明によると、回転部材とこれに流体等の加
圧力制御で加圧力を調節付与されて接触する加圧部材と
により、この両者間の接触圧が最適圧に調節制御され、
ドローイングバーや主軸等の回転体の回転及び停止の外
部要因に係わりなく、冷却潤滑液を漏らすことな無く回
転シール継手の機能を果たす。

【００１１】本発明の請求項４よると、請求項１，２，
３による作用に加え、回転体の高速回転時でも回転シー
ル継手に液漏れや発熱，異常摩耗等が見られず、１０年
以上もの長寿命を保証する作用が発揮される。

【００１２】

【実施例】以下、図面に示す実施例につき説明する。図
１は本発明に係る主軸等の回転シール継手を備えた主軸
装置の全体断面図であり、図２は本発明に係る主軸等の
回転シール継手を備えた主軸装置の部分拡大断面図であ
る。

【００１３】図１において、主軸装置１００の主軸１
は、その先端側を２つの軸受２，３によって支持され、
また後端側を１つの軸受４によって支持されている。上
記主軸１には、その中腹部１ＡにビルトインモータＢＭ
のローター５を嵌着しており、軸心位置に明けた内周孔
１Ｂには多層の皿バネ６とドローイングバー７を内装
し、主軸先端のテーパー穴１Ｃに挿入した工具Ｔを強力
に引き込み嵌着する。そして、上記ドローイングバー７
の後端７Ａには、アンクランプ装置１０のピストン１１
がシリンダ１２内に装嵌し、図示の後退したクランプ
と、ドローイングバー７側へ前進するときドローイング
バー７を強力に押出してアンクランプ動作する。しかし
て、通常は図１，２に示すように、ピストン１１が後退
したアンクランプ状態にある。

【００１４】上記アンクランプ装置１０のピストン１１
の尾端孔部１１Ａには、主軸１の軸芯冷却と３つの軸受
２，３，４のアンダーレース潤滑を行うための冷却潤滑
液Ｃが供給されている。ピストン１１の尾端孔部１１Ａ
に供給された冷却潤滑液Ｃは、接触式の第一回転シール
継手Ｋ１を介してピストン１１の通孔１１Ｂからドロー
イングバー７の中心孔７Ｂ内に送り込まれ、ドローイン
グバー７の先端に開口した通孔７Ｃからドローイングバ
ー７の外周に面した主軸１の内周孔１Ｂに流入する。主
軸１の内周孔１Ｂに流入した冷却潤滑液Ｃの大部分は、
主軸１の全長にわたって冷却すると共に、主軸中腹部１
Ａで多量に発生するローター５からの熱を冷却し、主軸
尾端孔部１Ｅと機枠Ｂ間に介在させた接触式の第二回転
シール継手Ｋ２の内周隙間Ｘを通って機枠Ｂの通孔Ｂ１
から外部へ軸芯冷却済液として放出する。これら冷却潤
滑液Ｃは、図示しない冷却装置により、冷却後に再び接
触式の第一回転シール継手Ｋ１を介してピストン１１の
通孔１１Ｂからドローイングバー７の中心孔７Ｂ内に送
り込まれる。

【００１５】他方、主軸１の内周孔１Ｂに流入した冷却
潤滑液Ｃの一部分は、３つの軸受２，３，４のアンダー
レース潤滑を行うべく、内周孔１Ｂから半径方向に明け
た通孔１Ｆ，１Ｇ，１Ｈが各軸受２，３，４の内輪２
Ａ，３Ａ，４Ａに連絡している。これにより、冷却潤滑
液Ｃの一部分は、内周孔１Ｄから通孔１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ
を通って各軸受２，３，４の内輪２Ａ，３Ａ，４Ａへ供
給され、アンダーレース潤滑を実施する。主軸１の先端
側軸受２，３を潤滑後の冷却潤滑液Ｃは、主軸固定機枠
１２側のドレン通路１２Ａから放出路１２Ｂに集めら
れ、又、主軸１の後端側軸受４を潤滑後の冷却潤滑液Ｃ
は、主軸固定機枠Ｂ側のドレン通路１２Ｃから放出路１
２Ｄに集められ、各々潤滑済液として放出する。

【００１６】尚、ビルトインモータＢＭの巻線コイル１
３を備えた固定子側の冷却ジャケット１３Ａには、外筒
冷却液Ｃ１が主軸固定機枠１２側の通路１２Ｅから送り
込まれ、冷却済の外筒冷却液Ｃ１が通路１２Ｆから外部
へ放出される。この外筒冷却液Ｃ１は、図示しない冷却
装置により、冷却後に再び通路１２Ｅから送り込まれ
る。

【００１７】上記第一回転シール継手Ｋ１，第二回転シ
ール継手Ｋ２の概要構成を図２に示す。先ず、ピストン
１１の中心通孔１１Ｂからドローイングバー７の後端中
心孔７Ａ内に冷却潤滑液Ｃを送り込むための第一回転シ
ール継手Ｋ１は、ドローイングバー７の後端７Ｃに嵌着
した回転部材２０と、この後端面に流体シリンダ３０，
ピストン３１で加圧力Ｐ１を付与して接触する加圧部材
４０がピストン１１の中心通孔１１Ｂ内の拡径部１１Ｃ
に装備している。又、主軸尾端孔部１Ｅと機枠Ｂ間に介
在させた接触式の第二回転シール継手Ｋ２は、主軸尾端
孔部１Ｅの環体５０に係合させた回転部材６０と、この
後端面に流体シリンダ７０，ピストン７１で加圧力Ｐ２
を付与して接触する加圧部材８０が機枠Ｂに固定した支
持環体９０内に装備している。

【００１８】次に、第一回転シール継手Ｋ１の詳細構成
を、図３により説明する。ドローイングバー７の後端７
Ｃに嵌着したコ字型断面の環体ホルダ２１内に、環状の
回転部材２０が嵌入し、ピン２２で軸方向のみ移動自在
に一体的に支持されている。他方、環状の加圧部材４０
は、ピストン１１の拡径部１１Ｃにピン４３で軸方向の
み移動自在に一体的に備える倒Ｙ字断面の環体ホルダ４
１における凹部４２に設けた流体シリンダ３０と、これ
に嵌合するピストン３１を介して移動可能に嵌合してい
る。上記流体シリンダ３０のピストン３１は、加圧力Ｐ
１を加圧部材４０に付与し、この加圧力Ｐ１を加圧部材
４０の接触輪片４０Ａを介して接触する回転部材２０の
端面に付与している。

【００１９】尚、上記回転部材２０の材質は、軽量であ
って耐摩耗性や耐薬品性及び耐熱性，低摩擦係数等に優
れたセラミックス材が採用されている。また、加圧部材
４０の材質は、耐摩耗性及び耐熱性，低摩擦係数等に優
れたカーボン材が採用されている。これら材質の採用に
より、回転部材２０とこれに所定の加圧力Ｐ１を付与す
る加圧部材４０の接触輪片４０Ａとは、冷却潤滑液Ｃを
漏らすこと無く回転シール継手Ｋ１の機能を果たす事が
出来、高速回転でも１０年以上の長寿命を保証する。

【００２０】続いて、第二回転シール継手Ｋ２の詳細構
成を、図３により説明する。主軸尾端孔部１Ｅには、コ
字型断面のホルダ部５１を持つ環体５０がボルト５２に
より締結されている。上記ホルダ部５１には、環状の回
転部材６０が嵌入してピン５３で軸方向のみ移動自在に
一体的に備えられている。他方、環状の加圧部材８０
は、機枠Ｂに固定した支持環体９０のコ字型断面のホル
ダ部９１の内周壁に嵌着したスプライン筒９２の内周面
に軸方向のみ移動自在に一体的に備えている。支持環体
９０の凹部９３に備える流体シリンダ７０と、このピス
トン７１は、加圧力Ｐ２を加圧部材８０に付与し、この
加圧力Ｐ１を加圧部材８０の接触輪片８０Ａを介して接
触する回転部材６０の端面に付与している。上記環体５
０や支持環体９０の内周面と、ドローイングバー７の外
周面との間には隙間Ｘを設け、この隙間Ｘから主軸冷却
した冷却潤滑液Ｃを機枠Ｂの通孔Ｂ１へと導き、第二回
転シール継手Ｋ２にて冷却潤滑液Ｃの漏れを防止する機
能を果たしている。

【００２１】尚、上記回転部材６０の材質も、軽量であ
って耐摩耗性や耐薬品性及び耐熱性，低摩擦係数等に優
れたセラミックス材が採用されている。そして、加圧部
材８０の材質も、耐摩耗性及び耐熱性，低摩擦係数等に
優れたカーボン材が採用されている。これら材質の採用
により、回転部材６０とこれに所定の加圧力Ｐ２を付与
する加圧部材８０の接触輪片８０Ａとは、冷却潤滑液Ｃ
を漏らすこと無く回転シール継手Ｋ２の機能を果たす事
が出来、高速回転でも１０年以上の長寿命を保証する。

【００２２】上記第一回転シール継手Ｋ１，第二回転シ
ール継手Ｋ２の各流体シリンダ３０，７０には、冷却潤
滑液Ｃの供給源Ｐからの流体圧が圧力調節器Ｖを介して
供給される。この圧力調節器Ｖは、制御器Ｃｏによって
制御されるように、主軸１の回転計Ｄ１や冷却潤滑液Ｃ
の圧力計Ｄ２や冷却潤滑液Ｃの流量計Ｄ３等からの情報
信号を受け且つ予め動作特性を記憶した記憶素子ＲＯＭ
との照合により、現状の圧力調節を決定し各流体シリン
ダ３０，７０に所定圧の冷却潤滑液Ｃの一部を供給する
ように構成されている。

【００２３】本発明の各回転シール継手Ｋ１，Ｋ２は上
記のように構成されており、以下のように作用する。ア
ンクランプ装置１０のピストン１１の尾端孔部１１Ａに
は、主軸１の軸芯冷却と３つの軸受２，３，４のアンダ
ーレース潤滑を行うための冷却潤滑液Ｃが供給源Ｐのポ
ンプから供給される。上記尾端孔部１１Ａに供給された
冷却潤滑液Ｃは、第一回転シール継手Ｋ１を介してピス
トン１１の通孔１１Ｂからドローイングバー７の中心孔
７Ｂ内に送り込まれ、ドローイングバー７の先端に開口
した通孔７Ｃからドローイングバー７の外周に面した主
軸１の内周孔１Ｂに流入する。上記第一回転シール継手
Ｋ１は、アンクランプ装置１０のクランプ，アンクラン
プ動作状態や主軸１の回転及び停止に係わりなく常に安
定したシール作用を発揮する。

【００２４】回転部材２０に圧接する接触輪片４０Ａの
加圧部材４０は、流体シリンダ３０とピストン３１によ
り所定の加圧力Ｐ１を付与することで行う。即ち、制御
器Ｃｏは、主軸１の回転計Ｄ１や冷却潤滑液Ｃの圧力計
Ｄ２や冷却潤滑液Ｃの流量計Ｄ３等からの情報信号を受
け且つ予め動作特性を記憶した記憶素子ＲＯＭとの照合
により、圧力調節器Ｖに対して流体シリンダ３０に付与
する所定の加圧力Ｐ１を決定する。この両者２０，４０
間の接触圧Ｐ１は、図４に示すように、主軸１の停止時
にはＰｏに低下させ、主軸１の回転時に所定の加圧力Ｐ
１となるようにＯＮ，ＯＦＦ制御される。

【００２５】更に、図５に示すように、冷却潤滑液Ｃの
供給圧Ｐ´や供流給量Ｑに係わらず「点線」のように一
定に制御させ、主軸１の回転及び停止や外部変動の要因
に係わりなく、冷却潤滑液Ｃを漏らすことも無く回転シ
ール継手Ｋ１の機能を果たす。また、図５に「実線」で
示すように、冷却潤滑液Ｃの供給圧Ｐ´や供流給量Ｑと
の関係を予め記憶されている記憶素子ＲＯＭとの照合に
より、比例的に両者２０，４０間の接触圧Ｐ１を増減制
御させられる。特に、回転部材２０とこれに所定の加圧
力Ｐ１を付与する加圧部材４０の接触輪片４０Ａとによ
り、この両者２０，４０間の接触圧が冷却潤滑液Ｃの供
給圧Ｐ´や供流給量Ｑと比例的に制御させると主軸１の
回転及び停止や外部変動の要因にも係わらず、冷却潤滑
液Ｃを漏らすことも無く回転シール継手Ｋ１の機能を果
たす。

【００２６】次に、主軸１の内周孔１Ｂに流入した冷却
潤滑液Ｃの大部分は、主軸１の全長にわたって冷却する
と共に、主軸中腹部１Ａで多量に発生するローター５か
らの熱を冷却し、主軸尾端孔部１Ｅと機枠Ｂ間に介在さ
せた接触式の第二回転シール継手Ｋ２の内周隙間Ｘを通
って機枠Ｂの通孔Ｂ１から外部へ軸芯冷却済液として放
出する。上記第二回転シール継手Ｋ２は、主軸１の回転
及び停止に係わりなく常に安定したシール作用を発揮す
る。

【００２７】即ち、回転部材６０に圧接する接触輪片８
０Ａの加圧部材８０は、流体シリンダ７０とピストン７
１により所定の加圧力Ｐ２を付与することで行う。ここ
で、制御器Ｃｏは、主軸１の回転計Ｄ１や冷却潤滑液Ｃ
の圧力計Ｄ２や冷却潤滑液Ｃの流量計Ｄ３等からの情報
信号を受け且つ予め動作特性を記憶した記憶素子ＲＯＭ
との照合により、圧力調節器Ｖに対して流体シリンダ７
０に付与する所定の加圧力Ｐ２を決定する。この両者６
０，８０間の接触圧Ｐ２は、図４に示すように、主軸１
の停止時にはＰｏに低下させ、主軸１の回転時に所定の
加圧力Ｐ２となるようにＯＮ，ＯＦＦ制御される。

【００２８】更に、図５に示すように、冷却潤滑液Ｃの
供給圧Ｐ´や供流給量Ｑに係わらず「点線」のように一
定に制御させ、主軸１の回転及び停止や外部変動の要因
に係わりなく、冷却潤滑液Ｃを漏らすことも無く回転シ
ール継手Ｋ２の機能を果たす。また、図５に「実線」で
示すように、冷却潤滑液Ｃの供給圧Ｐ´や供流給量Ｑと
の関係を予め記憶されている記憶素子ＲＯＭとの照合に
より、比例的に両者６０，８０間の接触圧Ｐ２を増減制
御させられる。特に、回転部材６０とこれに所定の加圧
力Ｐ２を付与する加圧部材８０の接触輪片８０Ａとによ
り、この両者６０，８０間の接触圧が冷却潤滑液Ｃの供
給圧Ｐ´や供流給量Ｑと比例的に制御させると主軸１の
回転及び停止や外部変動の要因にも係わらず、冷却潤滑
液Ｃを漏らすことも無く回転シール継手Ｋ２の機能を果
たす。

【００２９】上記冷却潤滑液Ｃは、図示しない冷却装置
により、冷却後に再び接触式の第一回転シール継手Ｋ１
を介してピストン１１の通孔１１Ｂからドローイングバ
ー７の中心孔７Ｂ内に送り込まれる。他方、主軸１の内
周孔１Ｂに流入した冷却潤滑液Ｃの一部分は、３つの軸
受２，３，４のアンダーレース潤滑を内周孔１Ｂから半
径方向に明けた通孔１Ｆ，１Ｇ，１Ｈから各軸受２，
３，４の内輪２Ａ，３Ａ，４Ａに流れ込み、アンダーレ
ース潤滑をする。主軸１の先端側軸受２，３を潤滑後の
冷却潤滑液Ｃは、主軸固定機枠１２側のドレン通路１２
Ａから放出路１２Ｂに集められ、又、主軸１の後端側軸
受４を潤滑後の冷却潤滑液Ｃは、主軸固定機枠Ｂ側のド
レン通路１２Ｃから放出路１２Ｄに集められ、各々潤滑
済液Ｃ´として放出する。この潤滑済液Ｃ´は再利用さ
れる。

【００３０】本発明は、上記実施例に限定されることな
く発明の要旨内での細部の設計変更が可能である。例え
ば、回転シール継手Ｋ１，Ｋ２は上記構成に限定され
ず、詳細な部分構成を自由に設計変更できる。

【００３１】

【効果】本発明の請求項１，２，３によると、回転部材
とこれに所定の加圧力を付与する加圧部材の接触輪片と
により、この両者間の接触圧が簡潔な構成手段で主軸回
転や供給流量，供給圧に関係して一定乃至比例的に制御
されるから、ドローイングバーや主軸等の回転体の回転
及び停止や外部変動の要因に係わりなく、冷却潤滑液を
漏らすことも無く回転シール継手の機能を果たす。特
に、主軸等の高速回転時には、これと一体回転する回転
部材に求心作用が働き、液漏れの防止機能が長期間にわ
たり発揮する効果がある。

【００３２】本発明の請求項４によると、請求項１，
２，３による効果に加え、回転体の高速回転時でも回転
シール継手に液漏れや発熱，異常摩耗等が見られず、１
０年以上もの長寿命を保証する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る主軸等の回転シール継手を備えた
主軸装置の全体断面図である。

【図２】本発明に係る主軸等の回転シール継手の拡大断
面図である。

【図３】本発明の各回転シール継手とこの制御系の詳細
構成を示す拡大断面図である。

【図４】本発明の各回転シール継手の動作特性を示す説
明図である。

【図５】本発明の各回転シール継手の動作特性を示す説
明図である。

【符号の説明】

１主軸１Ｅ主軸尾端孔部２，３，４軸受２Ａ，３Ａ，４Ａ内輪７ドローイングバー７Ｃ通孔１０アンクランプ装置１１ピストン２０，６０回転部材２１環体ホルダ３０，７０流体シリンダ３１，７１ピストン４０，８０加圧部材４０Ａ，８０Ａ接触輪片４１環体ホルダ５０環体６０回転部材９０支持環体Ｂ機枠Ｃ冷却潤滑液Ｃ１外筒冷却液Ｃｏ制御器Ｋ１第一回転シール継
手Ｋ２第二回シール転継
手Ｖ圧力調節器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ドローイングバーの中心孔への冷却潤滑
液の供給や主軸尾端孔からの冷却潤滑液の排出若しくは
主軸尾端孔への供給を支配する回転シール継手におい
て、ドローイングバーや主軸等の回転体の端部に嵌着さ
せた回転部材と、この回転部材の端面に流体等の加圧力
制御で加圧力を調節付与されて接触する加圧部材を固定
体等に装備させてなることを特徴とする回転シール継
手。
【請求項２】請求項１において、回転部材の端面に所
定の加圧力で接触する加圧部材は、冷却潤滑液の供給流
量や供給圧に比例的又は一定値で加圧力制御する構成と
したことを特徴する回転シール継手。
【請求項３】請求項１において、回転部材の端面に所
定の加圧力で接触する加圧部材は、主軸の回転・停止に
関連して加圧力制御する構成としたことを特徴する回転
シール継手。
【請求項４】請求項１において、回転部材の材質をセ
ラミックス材にて構成する他、加圧部材はその材質を耐
摩耗性及び耐熱性，低摩擦係数等に優れたカーボン材に
て構成したことを特徴とする回転シール継手。