JP4867682B2 - Rotating shaft sealing device - Google Patents
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Description
本発明は、回転軸のシール装置に関する。 The present invention relates to a sealing device for a rotary shaft.
従来、回転軸のシール装置として、特開平9−253973号公報に開示されている工作機械のシール構造や、特開2000−18395号公報に開示されている回転軸のシール装置がある。 Conventionally, as a rotary shaft sealing device, there is a sealing structure of a machine tool disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-253974 and a rotary shaft sealing device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-18395.
特開平9−253973号公報に開示されている工作機械のシール構造は、ギアボックスの本体内に、エア供給源から加圧エアを供給することで、外部からの冷却液の進入を防止するものである。また、特開2000−18395号公報に開示されている回転軸のシール装置は、主軸スピンドルとフロントキャップとの間の隙間に、エア供給源からエアを供給することで、フロントキャップ前方からのクーラントや異物の侵入を防止するものである。
しかし、前述したシール構造やシール装置では、外部にエア供給源を別途設けなければならない。そのため、構造が複雑になってしまう。また、それに伴って、コストがアップしてしまうという問題があった。 However, in the above-described sealing structure and sealing device, an air supply source must be provided outside. Therefore, the structure becomes complicated. In addition, there is a problem that the cost increases.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、外部にエア供給源等の装置を別途設ける必要がなく、簡素な構造で回転軸をシール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目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a rotary shaft sealing device that can seal a rotary shaft with a simple structure without the need for an external device such as an air supply source. The purpose is to do.
そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、回転軸の回転によって流体の流れを発生させる流体流れ発生装置を内部に設けることで、外部にエア供給源等の装置を別途設ける必要がなくなることを思いつき、本発明を完成するに至った。 In view of this, the present inventor has conducted intensive research to solve this problem, and as a result of repeated trial and error, an air supply source is provided outside by providing a fluid flow generator that generates a fluid flow by rotation of the rotating shaft. The inventors have come up with the idea that there is no need to separately provide a device such as the above, and have completed the present invention.
すなわち、本発明の回転軸のシール装置は、ハウジングと、一端部をハウジングの外部に突出させ、軸受を介してハウジングに回転可能に支持される回転軸と、回転軸の一端部と軸受との間に形成される、ハウジングと回転軸との間の空間をハウジングの外部に連通させる連通路と回転軸の回転によって回転軸の一端部側に向かう流体の流れを発生させる流体流れ発生手段とを備えている。そして、連通路を通り、回転軸の一端部側に向かって流れる流体により、ハウジングと回転軸との間の空間への回転軸の一端部側からの異物の侵入を防止する。これにより、外部にエア供給源等の装置を別途設ける必要がなくなり、簡素な構造で回転軸をシールすることができる。それに伴い、コストを抑えることができる。そして、流体流れ発生手段は、回転軸の回転によって圧力差を発生することで流体の流れを発生させる動圧溝で構成される。これにより、回転軸の回転を確実に利用することができる。 In other words, the rotary shaft sealing device of the present invention includes a housing, a rotary shaft that protrudes from the housing to the outside and is rotatably supported by the housing via the bearing, and one end of the rotary shaft and the bearing. A communication passage that is formed between the housing and the rotating shaft and communicates with the outside of the housing, and a fluid flow generating means that generates a flow of fluid toward one end of the rotating shaft by the rotation of the rotating shaft. I have. Then, the fluid flowing through the communication path toward one end portion of the rotating shaft prevents foreign matter from entering from the one end portion of the rotating shaft into the space between the housing and the rotating shaft. Thereby, it is not necessary to separately provide an external device such as an air supply source, and the rotating shaft can be sealed with a simple structure. As a result, costs can be reduced. The fluid flow generating means is constituted by a dynamic pressure groove that generates a fluid flow by generating a pressure difference by the rotation of the rotating shaft. Thereby, rotation of a rotating shaft can be utilized reliably.
また、動圧溝は、ハウジングの内周面又は回転軸の外周面のいずれかに設けられているので、回転軸の回転を確実に利用することができる。そして、動圧溝は、回転軸の軸心に対して所定角度傾斜するとともに、所定間隔を隔てて形成される。これにより、回転軸の回転による圧力差を確実に発生させることができる。 Further, since the dynamic pressure groove is provided on either the inner peripheral surface of the housing or the outer peripheral surface of the rotating shaft, the rotation of the rotating shaft can be reliably used. The dynamic pressure grooves are inclined at a predetermined angle with respect to the axis of the rotation shaft and are formed at a predetermined interval. Thereby, the pressure difference by rotation of a rotating shaft can be generated reliably.
そして、回転軸の一端部と軸受との間に形成される、ハウジングと回転軸との間の空間内であって、連通路の開口より回転軸の一端部側に配置され、回転軸の回転数が所定回転数以下のとき、ハウジング及び回転軸に接触して、ハウジングと回転軸との隙間を閉鎖し、回転軸の回転数が所定回転数を超えると、圧力変化によって変形し、ハウジング又は回転軸と非接触状態となり、ハウジングと回転軸との隙間を開放するシール手段を備えている。これにより、流体の流れによるシール効果が低い、回転軸の停止時や低速回転時においても確実にシールすることができる。更に、シール手段は、動圧溝に隣接すると共に回転軸に接触するシールリップ部を備え、シールリップ部は、所定回転数を超えたときの動圧溝が発生させる空気の流れによる圧力差に応じて非接触状態となる。よって、所定回転数を超えたときに確実に非接触状態にすることができる。また、シール手段のシールリップ部は、圧力変化によって接触状態から非接触状態に切替わるため、アクチュエータを備える場合に比べ構造を簡素化することができる。そのため、コストを抑えることができる。And it is located in the space between the housing and the rotating shaft, which is formed between one end portion of the rotating shaft and the bearing, and is disposed closer to the one end portion of the rotating shaft than the opening of the communication path. When the number is equal to or less than the predetermined number of rotations, the housing and the rotation shaft are contacted to close a gap between the housing and the rotation shaft, and when the rotation number of the rotation shaft exceeds the predetermined number of rotations, the housing or Sealing means is provided which is in a non-contact state with the rotating shaft and opens a gap between the housing and the rotating shaft. Thereby, the sealing effect by the flow of the fluid is low, and the sealing can be surely performed even when the rotating shaft is stopped or rotated at a low speed. Further, the sealing means includes a seal lip portion adjacent to the dynamic pressure groove and in contact with the rotating shaft, and the seal lip portion is subjected to a pressure difference due to an air flow generated by the dynamic pressure groove when a predetermined rotation speed is exceeded. In response, it becomes a non-contact state. Therefore, a non-contact state can be reliably achieved when the predetermined number of rotations is exceeded. Further, since the seal lip portion of the seal means is switched from the contact state to the non-contact state due to pressure change, the structure can be simplified as compared with the case where the actuator is provided. Therefore, cost can be suppressed.
また、動圧溝は、回転軸の一端部と軸受との間に形成される、ハウジングと回転軸との間の空間に設けられているとよい。動圧溝は、軸受と、異物の侵入する回転軸の一端部側との間に配置されている。そして、回転軸の回転に伴って、回転軸の一端部側に向かう流体の流れを発生する。そのため、軸受への一端部側からの異物の侵入を効率よく防止することができる。 Further, the dynamic pressure groove may be provided in a space between the housing and the rotating shaft, which is formed between one end of the rotating shaft and the bearing. The dynamic pressure groove is disposed between the bearing and one end portion side of the rotating shaft into which foreign matter enters. And the flow of the fluid which goes to the one end part side of a rotating shaft is generated with rotation of a rotating shaft. Therefore, it is possible to efficiently prevent foreign matter from entering the bearing from one end side.
また、回転軸は、一端部が加工領域に突出し、工具が固定される主軸又はワークが固定されるワーク軸であり、連通路は、一端部が非加工領域に開口しているとよい。回転軸は、工具が固定される主軸、又は被加工物であるワークが固定されるワーク軸である。そのため、加工領域には、工具やワークを冷却するための冷却液が飛散している。また、加工に伴う切削粉等が飛散している。しかし、連通路の一端部は、非加工領域に開口している。そのため、加工領域に存在する水分や塵埃等の異物の連通路からの侵入を防止することができる。なお、連通路に異物を除去する除去手段を設けてもよい。 Further, the rotating shaft is a work shaft to which one end projects into the machining area and the tool is fixed or a work shaft to which the work is fixed, and the communication path may have one end opened to the non-machining area. The rotation axis is a main axis to which a tool is fixed or a work axis to which a work as a workpiece is fixed. Therefore, a coolant for cooling the tool or workpiece is scattered in the machining area. Moreover, cutting powder and the like accompanying the processing are scattered. However, one end of the communication path is open to the non-processed area. Therefore, it is possible to prevent intrusion of foreign matters such as moisture and dust existing in the processing region from the communication path. In addition, you may provide the removal means which removes a foreign material in a communicating path.
本発明の回転軸のシール装置によれば、外部にエア供給源等の装置を別途設ける必要がなく、簡素な構造で回転軸をシールすることができる。 According to the rotary shaft sealing device of the present invention, it is not necessary to separately provide an external device such as an air supply source, and the rotary shaft can be sealed with a simple structure.
次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る回転軸のシール装置を、工作機械の回転軸のシール装置に適用した例を示す。 Next, an embodiment is given and this invention is demonstrated in detail. In the present embodiment, an example in which the rotary shaft sealing device according to the present invention is applied to a rotary shaft sealing device of a machine tool will be described.
(第1実施形態)
第1実施形態では、本発明に係る回転軸のシール装置を、研削盤の砥石軸のシール装置に適用した例を示す。
(First embodiment)
In 1st Embodiment, the example which applied the sealing device of the rotating shaft which concerns on this invention to the sealing device of the grindstone shaft of a grinding machine is shown.
まず、図1及び図2を参照して砥石軸のシール装置の構造について説明する。ここで、図1は、第1実施形態における研削盤の砥石軸のシール装置の断面図である。図2は、図1における動圧発生装置周辺の部分拡大図である。 First, the structure of the grinding wheel shaft sealing device will be described with reference to FIGS. 1 and 2. Here, FIG. 1 is a sectional view of a seal device for a grindstone shaft of a grinding machine in the first embodiment. FIG. 2 is a partially enlarged view of the periphery of the dynamic pressure generator in FIG.
図1に示すように、砥石軸のシール装置1は、ハウジング10と、スピンドル11(回転軸)と、管路12(連通路)と、動圧発生装置13(流体流れ発生手段、動圧発生手段)とから構成されている。ハウジング10は、軸受ハウジング100(ハウジング)と、砥石軸ハウジング101(ハウジング)と、フロントキャップ102(ハウジング)とから構成されている。
As shown in FIG. 1, a grinding wheel
軸受ハウジング100は、内周面に形成される静圧軸受14を介して、スピンドル11を回転可能に支持するための略円筒状の部材である。
The bearing
砥石軸ハウジング101は、軸受ハウジング100及びモータ15を固定するための略円筒状の部材である。砥石軸ハウジング101内の前方には、軸受ハウジング100が固定されている。また、後方には、モータ15のステータ150が、ステータハウジング151を介して固定されている。
The
フロントキャップ102は、軸受ハウジング100の前方端面を覆うための略円板状の部材である。フロントキャップ102は、軸受ハウジング100の前方端面に固定されている。
The
スピンドル11は、モータ15の回転を砥石16に伝達するための略円柱状の部材である。スピンドル11は、前方端部をフロントキャップ102の端面から前方に突出させた状態で、静圧軸受14を介して軸受ハウジング100に回転可能に支持されている。このとき、図2に示すように、スピンドル11の前方端部と静圧軸受14との間には、フロントキャップ102の内周面とスピンドル11の外周面とによって、空間110が形成される。図1に示すように、スピンドル11の前方端部には、略円板状の砥石16が固定されている。また、後方端部には、モータ15のロータ152が固定されている。
The
管路12は、静圧軸受14の前方に形成される空間110を、砥石軸ハウジング101の後方外部に連通させるための通路である。管路12は、フロントキャップ102、軸受ハウジング100及び砥石軸ハウジング101に形成されている。管路12の前方端部は、空間110に開口している。後方端部は、砥石軸ハウジング101の後方外部に開口している。
The
動圧発生装置13は、スピンドル11の回転によって圧力差を発生することで、前方への流体の流れ、具体的には、空気の流れを発生させるための装置である。動圧発生装置13は、複数の動圧溝130によって構成されている。動圧溝130は、フロントキャップ102の内周面と対向する、スピンドル11の外周面に形成されている。動圧溝130は、スピンドル11の軸心に対して所定角度傾斜するとともに、周方向に所定間隔を隔てて等間隔に形成されている。
The dynamic
このようにして構成された砥石軸は、研削盤本体(図略)に固定されている。また、砥石軸ハウジング101の前方端面には、加工領域と非加工領域とを区画するカバー17が固定されている。そのため、前述した管路12の後方端部は、非加工領域に開口することとなる。
The grindstone shaft thus configured is fixed to a grinder main body (not shown). Further, a
次に、図1及び図2を参照して砥石軸のシール装置の動作について説明する。図1においてスピンドル11が回転すると、動圧発生装置13によって空間110内に圧力差が発生する。それに伴って、空間110内の空気が前方へと流れ始める。空気は、非加工領域に開口した管路12の後方端部から連続的に吸入される。そして、図2において矢印で示すように、管路12から空間110を経てフロントキャップ102の前方へと連続的に排出される。スピンドル11の前方端部は、加工領域内に配置されており、飛散する冷却液や研削粉にさらされている。しかし、動圧発生装置13による前方への空気の流れによって、これら異物の浸入を防止することができる。
Next, the operation of the grinding wheel shaft sealing device will be described with reference to FIGS. When the
最後に、効果について説明する。砥石軸のシール装置1は、スピンドル11の回転によって前方への空気の流れを発生させる動圧発生装置13を内部に備えている。そのため、従来のように、外部にエア供給源等の装置を別途設ける必要がなくなり、簡素な構造でスピンドル11をシールすることができる。それに伴い、コストを抑えることができる。
Finally, the effect will be described. The grinding wheel
また、動圧発生装置13は、スピンドル11に設けられている。そのため、スピンドル11の回転を確実に利用することができる。しかも、軸受の前方に配置されている。そのため、静圧軸受14への前方からの異物の侵入を効率よく防止することができる。
The
さらに、動圧発生装置13は、スピンドル11の外周面に形成された複数の動圧溝130によって構成されている。そのため、スピンドル11の回転によって前後で圧力差を生じる。これにより、空気の流れを確実に発生させることができる。しかも、圧力差を生じることで、異物の侵入をより確実に防止することができる。
Furthermore, the dynamic
加えて、管路12の後方端部は、非加工領域に開口している。そのため、加工領域に飛散する冷却水や研削粉等の異物の管路12からの侵入を防止することができる。
In addition, the rear end portion of the
(第2実施形態)
第2実施形態では、本発明に係る回転軸にシール装置をマシニングセンタの主軸に適用した例を示す。
(Second Embodiment)
In 2nd Embodiment, the example which applied the sealing device to the main axis | shaft of the machining center to the rotating shaft which concerns on this invention is shown.
まず、図3〜図5参照して主軸のシール装置の構造について説明する。ここで、図3は、第2実施形態におけるマシニングセンタの主軸のシール装置の断面図である。図4は、図3における動圧発生装置周辺の部分拡大図である。図5は、図4におけるシール部材周辺の部分拡大図である。 First, the structure of the main shaft sealing device will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 3 is a sectional view of the sealing device for the spindle of the machining center in the second embodiment. 4 is a partially enlarged view of the periphery of the dynamic pressure generating device in FIG. FIG. 5 is a partially enlarged view around the seal member in FIG. 4.
図3に示すように、主軸のシール装置2は、ハウジング20と、スピンドル21(回転軸)と、管路22(連通路)と、動圧発生装置23(流体流れ発生手段、動圧発生手段)と、シール部材24(シール手段)とから構成されている。ハウジング20は、外輪ケース200と、ベアリングケース201と、主軸ハウジング202と、フロントキャップ203とから構成されている。
As shown in FIG. 3, the main
外輪ケース200は、ベアリング250、251を介してスピンドル21を回転可能に支持するための略円筒状の部材である。外輪ケース200内には、軸方向に所定間隔を隔ててベアリング250、251が固定されている。
The
ベアリングケース201は、ベアリング252、253を介してスピンドル21を回転可能に支持するとともに、外輪ケース200を固定するための略円筒状の部材である。ベアリングケース201内の前方には、所定間隔を隔ててベアリング252、253が固定されている。また、後方には、外輪ケース200が固定されている。
The
主軸ハウジング202は、ベアリングケース201及びモータ26を固定するための
略円筒状の部材である。主軸ハウジング202内の前方には、ベアリングケース201の後方端部が固定されている。また、後方には、モータ26のステータ260がステータハウジング261を介して固定されている。
The
フロントキャップ203は、ベアリングケース201の前方の開口部を覆うための略円板状の部材である。フロントキャップ203は、ベアリングケース201の前方端部に固定されている。
The
スピンドル21は、モータ26の回転をホルダ270を介して刃具271に伝達するための略円筒状の部材である。スピンドル21は、前方端部をフロントキャップ203の端面から前方に突出させた状態で、ベアリング250〜253を介して外輪ケース200及びベアリングケース201に回転可能に支持されている。このとき、図4に示すように、スピンドル21の前方端部とベアリング252との間には、フロントキャップ203の内周面とスピンドル21の外周面とによって、空間210が形成される。図3に示すように、スピンドル21内の前方には、刃具271の固定されたホルダ270をクランプするクランプユニット211が収容されている。また、クランプユニット211を作動させるプッシュロッド212が収容されている。さらに、スピンドル21の後方端部には、ロータスリーブ262を介してモータ26のロータ263が固定されている。
The
管路22は、ベアリング252の前方に形成される空間210を、主軸ハウジング202の後方外部に連通させるための通路である。管路22は、フロントキャップ203、ベアリングケース201及び主軸ハウジング202に形成されている。管路22の前方端部は、空間210に開口している。後方端部は、主軸ハウジング202の後方外部に開口している。
The
動圧発生装置23は、スピンドル21の回転によって圧力差を発生することで、前方への流体の流れ、具体的には、空気の流れを発生させるための装置である。動圧発生装置23は、複数の動圧溝230によって構成されている。動圧溝230は、フロントキャップ203の内周面と対向するスピンドル21の大径部の外周面に形成されている。動圧溝230は、スピンドル21の軸心に対して所定角度傾斜するとともに、周方向に所定間隔を隔てて等間隔に形成されている。
The dynamic
シール部材24は、スピンドル21が停止又は所定回転数以下で低速回転しているときに、ベアリング252の前方に形成される、フロントキャップ203とスピンドル21との間の隙間を閉鎖するための弾性を有する材質、具体的には、ニトリルゴム又はテフロンからなる円環状の部材である。シール部材24は、本体部240と、シールリップ部241とから構成されている。本体部240は、円環状の部位である。シールリップ部241は、本体部240の内周面に形成される円板状の部位であり、本体部240の一端部側に傾斜している。また、本体部240とシールリップ部241の連結部には、円環状の凹部242が設けられている。本体部240は、管路22の前方端部の開口より前方、かつ、動圧発生装置23より後方であって、フロントキャップ203の内周面に形成されている円環状の凹部2030に嵌挿されている。また、シールリップ部241は、前方に傾斜した状態でスピンドル21の外周面に全周に渡って密接している。シール部材24は、スピンドル21の回転数が所定回転数を超えて高速回転すると、圧力差の増加に伴ってシールリップ部241が変形し、スピンドル21に対して非接触状態となるように、シールリップ部241及び凹部242の形状等が設定されている。ここで、所定回転数は、動圧発生装置23によって発生した流体の流れ、具体的には、空気の流れが、前方からの異物の侵入を防止できる回転数である。動圧発生装置23の性能に左右されるが、例えば、スピンドル21の軸径が100mmの場合、1000rpmである。
The sealing
このようにして構成された主軸は、主軸ケース204を介してマシニングセンタ本体(図略)に固定されている。また、主軸ケース204の前方端面には、加工領域と非加工領域とを区画するカバー28が固定されている。そのため、前述した管路22の後方端部は、非加工領域に開口することとなる。
The main shaft thus configured is fixed to the machining center main body (not shown) via the
次に、図3、図5及び図6を参照して主軸のシール装置の動作について説明する。ここで、図6は、スピンドルが高速回転したときのシール部材の状態を示すシール部材周辺の部分拡大図である。 Next, the operation of the main shaft sealing device will be described with reference to FIGS. 3, 5 and 6. Here, FIG. 6 is a partially enlarged view around the seal member showing the state of the seal member when the spindle rotates at a high speed.
図3において、スピンドル21が回転すると、動圧発生装置23によって空間210内に圧力差が発生する。しかし、スピンドル21の回転数が所定回転数以下のとき、図5に示すように、シール部材24のシールリップ部241は変形せず、スピンドル21に対して接触状態を保持する。そのため、フロントキャップ203とスピンドル21との隙間が閉鎖される。スピンドル11の前方端部は、加工領域内に配置されており、飛散する冷却液や切削粉にさらされている。しかし、シール部材24によってこれら異物の浸入を防止することができる。
In FIG. 3, when the
これに対し、スピンドル21の回転数が所定回転数を超えると、圧力差の増加に伴って、図6に示すように、シールリップ部241が変形し、スピンドル21に対して非接触状態となる。これにより、フロントキャップ203とスピンドル21との隙間が開放される。それに伴って、空間210内の空気が流れ始める。空気は、非加工領域に開口した管路22の後方端部から連続的に吸入される。そして、矢印で示すように、管路22から空間210を経てフロントキャップ203の前方へと連続的に排出される。そのため、動圧発生装置23による前方への空気の流れによって、異物の浸入を防止することができる。
On the other hand, when the rotation speed of the
最後に、効果について説明する。主軸のシール装置2は、スピンドル21の回転によって前方への空気の流れを発生させる動圧発生装置23を備えている。また、スピンドル21の回転数が所定回転数以下のときスピンドル21に対して接触状態を保持し、所定回転数を超えると非接触状態となるシール部材24を備えている。そのため、所定回転数以下のときにはシール部材24によって、所定回転数を超えると動圧発生装置23によってスピンドル21をシールすることができる。従って、スピンドル21の回転数に係わらず、確実にシールすることができる。しかも、動圧発生装置23が内部に設けられているため、従来のように、外部にエア供給源等の装置を別途設ける必要がなくなり、簡素な構造でスピンドル21をシールすることができる。それに伴い、コストを抑えることができる。
Finally, the effect will be described. The main
また、シール部材24は、圧力変化によって変形し、接触状態から非接触状態に切替わる。そのため、構造を簡素することができ、コストをより抑えられる。
Further, the
(第3実施形態)
第3実施形態では、第2実施形態と同様に、本発明に係る回転軸のシール装置をマシニングセンタの主軸に提供した例を示す。第3実施形態の主軸のシール装置は、第2実施形態の主軸のシール装置に対して、シール部材の構造のみを変更したものである。
(Third embodiment)
In the third embodiment, as in the second embodiment, an example in which the rotary shaft sealing device according to the present invention is provided to the spindle of a machining center is shown. The main shaft sealing device of the third embodiment is obtained by changing only the structure of the seal member with respect to the main shaft sealing device of the second embodiment.
まず、図7及び図8を参照して主軸のシール装置の構造について説明する。ここで、図7は、第3実施形態におけるシール部材周辺の部分拡大図である。ここでは、第2実施形態の主軸のシール装置との相違部分であるシール部材の構造についてのみ説明し、共通する部分については必要とされる箇所以外説明を省略する。なお、前述した実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明する。 First, the structure of the main shaft sealing device will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 7 is a partially enlarged view of the periphery of the seal member in the third embodiment. Here, only the structure of the seal member, which is different from the main shaft seal device of the second embodiment, will be described, and the description of the common parts other than the necessary parts will be omitted. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the element same as embodiment mentioned above.
図7に示すように、主軸のシール装置2’は、シール部材29を備えている。シール部材29は、スピンドル21が停止又は所定回転数以下で低速回転しているときに、ベアリング252の前方に形成される、フロントキャップ203とスピンドル21との間の隙間を閉鎖するための円環状の部材である。シール部材29は、本体部290(アクチュエータ)と、シールリップ部291とから構成されている。本体部290は、電圧が印加されることで、軸方向に収縮する円環状の圧電アクチュエータである。シールリップ部241は、本体部290の軸方向端面に密着される弾性を有する材質、具体的には、ニトリルゴム又はテフロンからなる円環状の部材である。本体部290は、円環状の凹部2030の後方側面に密着されている。また、シールリップ部291は、スピンドル21の大径部の後方端面に全周に渡って密接している。
As shown in FIG. 7, the main
次に、図7及び図8を参照して主軸のシール装置の動作について説明する。ここで、図8は、スピンドルが高速回転したときのシール部材の状態を示すシール部材周辺の部分拡大図である。 Next, the operation of the main shaft sealing device will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 8 is a partially enlarged view around the seal member showing the state of the seal member when the spindle rotates at a high speed.
スピンドル21が回転すると、動圧発生装置23によって空間210内に圧力差が発生する。しかし、スピンドル21の回転数が所定回転数以下のとき、シール部材29の本体部290には電圧が印加されない。そのため、本体部290は収縮せず、図7に示すように、シール部材29は、スピンドル21に対して接触状態を保持する。これにより、フロントキャップ203とスピンドル21との隙間が閉鎖される。従って、シール部材29によって冷却液や切削粉等の異物の浸入を防止することができる。
When the
これに対し、スピンドル21の回転数が所定回転数を超えると、シール部材29の本体部290に電圧が印加される。そのため、本体部290が収縮し、図8に示すように、シール部材29は、スピンドル21に対して非接触状態となる。これにより、フロントキャップ203とスピンドル21との隙間が開放される。それに伴って、空間210内の空気が流れ始める。空気は、非加工領域に開口した管路22の後方端部から連続的に吸入される。そして、矢印で示すように、管路22から空間210を経てフロントキャップ203の前方へと連続的に排出される。そのため、動圧発生装置23による前方への空気の流れによって、異物の浸入を防止することができる。
On the other hand, when the rotational speed of the
最後に、効果について説明する。主軸のシール装置2’は、スピンドル21の回転によって前方への空気の流れを発生させる動圧発生装置23を備えている。また、スピンドル21の回転数が所定回転数以下のときスピンドル21に対して接触し、所定回転数を超えると非接触状態となるシール部材29を備えている。そのため、所定回転数以下のときにはシール部材29によって、所定回転数を超えると動圧発生装置23によってスピンドル21をシールすることができる。従って、スピンドル21の回転数に係わらず、確実にシールすることができる。しかも、動圧発生装置23が内部に設けられているため、従来のように、外部にエア供給源等の装置を別途設ける必要がなくなり、簡素な構造でスピンドル21をシールすることができる。それに伴い、コストを抑えることができる。 また、シール部材29は、電圧によって伸縮する圧電アクチュエータからなる本体部290を備えている。そのため、スピンドル21の回転数に応じて、シール部材29を確実に接触状態及び非接触状態に制御することができる。
Finally, the effect will be described. The main
なお、第1〜第3実施形態では、動圧溝130、230がスピンドル11、21の外周面に形成されている例を挙げているが、これに限られるものではない。フロントキャップ102、203の内周面に形成されていてもよいし、両方に形成されていてもよい。また、溝でなく、羽根状の凹凸を形成して、その凹凸により流体を押し流すことによって流体流れを発生させるものでもよい。このような構成であっても、動圧溝130、230の場合と同様に、流体の流れを発生させることができる。
In the first to third embodiments, the
また、第2及び第3実施形態では、シール部材24、29が、動圧発生装置23の後方に配置されている例を挙げているが、これに限られるものではない。動圧発生装置23の前方に配置されていてもよい。管路22の前方端部の開口より前方であればよい。
In the second and third embodiments, the example in which the
さらに、第1〜第3実施形態では、本発明に係る回転軸のシール装置を、研削盤の砥石軸や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、これに限られるものではない。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。 Furthermore, in the first to third embodiments, the example in which the rotary shaft sealing device according to the present invention is applied to a grinding wheel shaft of a grinding machine or a main shaft sealing device of a machining center is given, but the present invention is not limited to this. Absent. You may apply to the sealing apparatus of the workpiece shaft to which a workpiece | work is fixed. If it is the same structure, it can apply not only to a machine tool but to other uses.
1・・・砥石軸のシール装置(回転軸のシール装置)、10・・・ハウジング、100・・・軸受ハウジング、101・・・砥石軸ハウジング、102・・・フロントキャップ、11・・・スピンドル(回転軸)、110・・・空間、12・・・管路(連通路)、13・・・動圧発生装置(流体流れ発生手段、動圧発生手段)、130・・・動圧溝、14・・・静圧軸受、15・・・モータ、150・・・ステータ、151・・・ステータハウジング、152・・・ロータ、16・・・砥石、17・・・カバー、2・・・主軸のシール装置(回転軸のシール装置)、20・・・ハウジング、200・・・外輪ケース、201・・・ベアリングケース、202・・・主軸ハウジング、203・・・フロントキャップ、2030・・・凹部、204・・・主軸ケース、21・・・スピンドル(回転軸)、210・・・空間、211・・・クランプユニット、212・・・プッシュロッド、22・・・管路(連通路)、23・・・動圧発生装置(流体流れ発生手段、動圧発生手段)、24、29・・・シール部材(シール手段)、240・・・本体部、290・・・本体部(アクチュエータ)、241、291・・・シールリップ部、242・・・凹部、250〜253・・・ベアリング、26・・・モータ、260・・・ステータ、261・・・ステータハウジング、262・・・ロータスリーブ、263・・・ロータ、270・・・ホルダ、271・・・刃具、28・・・カバー
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記回転軸の回転によって前記回転軸の前記一端部側に向かう流体の流れを発生させる流体流れ発生手段と、
前記回転軸の前記一端部と前記軸受との間に形成される、前記ハウジングと前記回転軸との間の前記空間内であって、前記連通路の開口より前記回転軸の前記一端部側に配置され、前記回転軸の回転数が所定回転数以下のとき、前記ハウジング及び前記回転軸に接触して、前記ハウジングと前記回転軸との隙間を閉鎖し、前記回転軸の回転数が前記所定回転数を超えると、圧力変化によって変形し、前記ハウジング又は前記回転軸と非接触状態となり、前記ハウジングと前記回転軸との隙間を開放するシール手段とを有し、
前記流体流れ発生手段は、前記回転軸の回転によって圧力差を発生することで流体の流れを発生させる動圧溝により構成され、前記動圧溝は、前記ハウジングの内周面又は前記回転軸の外周面のいずれかに設けられ、前記回転軸の軸心に対して所定角度傾斜するとともに、所定間隔を隔てて形成され、
前記シール手段は、前記動圧溝に隣接すると共に前記回転軸に接触するシールリップ部を備え、前記シールリップ部は、前記所定回転数を超えたときの前記動圧溝が発生させる空気の流れによる圧力差に応じて非接触状態となることを特徴とする回転軸のシール装置。 A housing, one end projecting from the housing, a rotation shaft rotatably supported by the housing via a bearing, and formed between the one end of the rotation shaft and the bearing; A communication passage that communicates the space between the housing and the rotating shaft to the outside of the housing, and the housing and the housing are moved by the fluid flowing through the communicating passage toward the one end side of the rotating shaft. In the rotating shaft sealing device for preventing foreign matter from entering from the one end side of the rotating shaft into the space between the rotating shaft,
Fluid flow generating means for generating a fluid flow toward the one end of the rotating shaft by rotation of the rotating shaft ;
In the space between the housing and the rotary shaft, which is formed between the one end portion of the rotary shaft and the bearing, and closer to the one end portion of the rotary shaft than the opening of the communication path. When the rotational speed of the rotary shaft is less than or equal to a predetermined rotational speed, the clearance between the housing and the rotary shaft is closed in contact with the housing and the rotary shaft, and the rotational speed of the rotary shaft is When it exceeds the number of rotations, it is deformed by a pressure change, is in a non-contact state with the housing or the rotation shaft, and has a sealing means that opens a gap between the housing and the rotation shaft,
The fluid flow generating means is configured by a dynamic pressure groove that generates a fluid flow by generating a pressure difference by rotation of the rotation shaft, and the dynamic pressure groove is formed on an inner peripheral surface of the housing or the rotation shaft. Provided on any of the outer peripheral surfaces, inclined at a predetermined angle with respect to the axis of the rotary shaft, and formed at a predetermined interval;
The sealing means includes a seal lip portion adjacent to the dynamic pressure groove and in contact with the rotation shaft, and the seal lip portion generates an air flow generated by the dynamic pressure groove when the predetermined rotational speed is exceeded. A rotating shaft sealing device that is in a non-contact state in accordance with a pressure difference due to .
前記連通路は、一端部が非加工領域に開口していることを特徴とする請求項1又は2に記載の回転軸のシール装置。 The rotating shaft is a work shaft to which the one end projects into the machining area and a tool is fixed or a work shaft to which a work is fixed,
The communication passage, the sealing device for a rotary shaft according to claim 1 or 2, characterized in that one end is opened in the non-processing region.
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