JPH1177476A - 工作機械のラビリンスシール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転軸を軸支する軸受部に切削油剤などが侵
入するのを防止するとともに、周囲が狭いスペースでも
容易に且つ精度よく取付けることができるシール構造が
求められていた。 【解決手段】 工作機械の機体３とボールねじ２のねじ
軸５との間に設けられ、このねじ軸５を回転自在に軸支
する軸受部４をシールするための工作機械のラビリンス
シール装置３０であって、前記機体側に設けられた固定
側ラビリンスシール部材３１と、ねじ軸５の軸線Ｃ方向
に移動可能に設けられ、内周部に円環状の内周係合溝３
８が形成され、且つ、前記固定側ラビリンスシール部材
との間に所定の隙間ａ，ｂを有する間隙部を形成可能な
回転側ラビリンスシール部材３２と、ねじ軸５の外周部
３６に形成された円環状の外周係合溝３９と前記回転側
ラビリンスシール部材の内周係合溝３８の両方に弾性変
形した状態で係合することにより、ねじ軸５に回転側ラ
ビリンスシール部材３２を固定する弾性固定部材３３と
を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マシニングセンタ
（以下、ＭＣと記載），ＮＣ（数値制御）旋盤など工作
機械の回転軸において、この回転軸を回転自在に軸支す
る軸受部に切削油剤，切粉，塵埃等が侵入するのを防止
するラビリンスシール装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械に使用されるボールねじなど送
りねじは、送り台やテーブルなど移動体を高精度且つ円
滑に送り方向に移動させる。前記送りねじのねじ軸（回
転軸）を軸支する軸受部の潤滑方式には、所定時間毎に
強制的に潤滑油を供給する強制潤滑方式と、予め封入し
ておいたグリースによって潤滑するグリース潤滑方式と
がある。これら二つの方式のうち、グリース潤滑方式の
方が、潤滑油の回収の必要がないのでメンテナンスが容
易であり、完全に回収できないことによる環境汚染の恐
れも少ない。

【０００３】また、工作機械では、送りねじや軸受部等
はスライドカバー等によって覆われて保護されている
が、送りねじの軸受部の周囲には一部の切削油剤，切粉
及び塵埃などがミスト状になったりして飛散している。
そのため、軸受部には、切削油剤などが軸受部の内部に
侵入しないようなシール対策が必要である。そこで、従
来は、送りねじのねじ軸にリップ部が接触するオイルシ
ールやダストシールなどパッキン部材によりシールを行
う場合が多かった。特に、工作機械の送りねじの軸受部
では、狭いスペースにシール部を設けることが要求され
るので、接触形のパッキン部材を使用することが多い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年の工作機械では、
移動体の送り速度の高速化が進んでいるので、送りねじ
の回転数も高速化している。そのため、上述のように、
シール部に接触形のパッキン部材を使用すると、パッキ
ン部材との接触部で発熱して送りねじが熱変形を起こ
し、加工精度が低下する恐れがあるという課題が生じ
た。

【０００５】一方、工作機械では、主軸を支持する軸受
部を保護するためにラビリンスシールを設けることは行
われているが、送りねじの軸受部では、軸受部近傍の狭
いスペースにラビリンスシールを形成しなければならな
い。特に、送りねじのねじ軸に回転側ラビリンスシール
部材を取付けるのが容易でなく、ラビリンスシール装置
の小型化が図れないという課題もあった。

【０００６】本発明は、斯かる課題を解決するためにな
されたもので、回転軸を軸支する軸受部に切削油剤など
が侵入するのを防止するとともに、周囲が狭いスペース
でも容易に且つ精度よく取付けることができる工作機械
のラビリンスシール装置を提供することを目的とする。

【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、本発明に係るラビリンスシール装置は、工作機械の
機体と回転軸との間に設けられ、この回転軸を回転自在
に軸支する軸受部をシールするための工作機械のラビリ
ンスシール装置であって、前記機体側に設けられた固定
側ラビリンスシール部材と、前記回転軸の軸線方向に移
動可能に設けられ、内周部に円環状の内周係合溝が形成
され、且つ、前記固定側ラビリンスシール部材との間に
所定の隙間を有する間隙部を形成可能な回転側ラビリン
スシール部材と、前記回転軸の外周部に形成された円環
状の外周係合溝と前記回転側ラビリンスシール部材の前
記内周係合溝の両方に弾性変形した状態で係合すること
により、前記回転軸に前記回転側ラビリンスシール部材
を固定する弾性固定部材とを備えている。

【０００８】前記ラビリンスシール装置において、前記
回転軸に形成された前記外周係合溝と前記回転側ラビリ
ンスシール部材に形成された前記内周係合溝に前記弾性
固定部材が係合し、前記回転軸に前記回転側ラビリンス
シール部材が固定された時、前記固定側ラビリンスシー
ル部材と前記回転側ラビリンスシール部材とが所定の前
記隙間を有する前記間隙部を形成するのが好ましい。

【０００９】なお、前記回転軸は、前記機体に対して移
動体を移動させる送りねじのねじ軸であり、前記弾性固
定部材はＯリングであるのが好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明における実施の形態
の一例を図１乃至図４を参照して説明する。図１は、本
発明の一実施形態に係る工作機械の回転軸におけるラビ
リンスシール装置の正面断面図である。この実施形態で
は、工作機械の送りねじのねじ軸（回転軸）を回転自在
に軸支する軸受部を保護するラビリンスシール装置で説
明を行うが、他の回転軸の軸受部のためのラビリンスシ
ール装置であってもよい。

【００１１】図１に示すように、工作機械１の送りねじ
２は、工作機械１の機体３に取付けられた軸受部４に回
転軸であるねじ軸５が回動自在に軸支されて、移動体
（図示せず）を、軸線Ｃ方向に機体３に設けられた案内
部に案内させて往復移動させるようになっている。工作
機械１が例えばＭＣ（マシニングセンタ）の場合の移動
体としては、テーブル，コラム，主軸頭などがあり、旋
盤の場合の移動体としては、サドル，クロススライド，
刃物台，心押台などがある。移動体を相対的に移動自在
に支持する機体３としては、例えばＭＣでは、移動体が
テーブルの場合のベッド，移動体が主軸頭の場合のコラ
ム等が該当する。なお、回転軸を備えた送りねじ２を有
する工作機械であれば、研削盤，ターニングセンタなど
他の種類の工作機械であってもよい。

【００１２】送りねじ２にはボールねじが使用される場
合が多い。ボールねじ２は、移動体側に固定されたボー
ルナット６が、機体３側に回転自在に支持されたねじ軸
５にねじ込まれている。機体３の端部にはサーボモータ
７が取付けられ、サーボモータ７の出力軸８は、カップ
リング９を介して、ねじ軸５の一方の端部１０に連結さ
れている。サーボモータ７によりボールねじ２が正逆方
向に回転駆動されると、ねじ軸５にねじ込まれているボ
ールナット６とともに移動体が軸線Ｃ方向に往復移動す
る。

【００１３】機体３の一部を構成し軸受部４のハウジン
グに相当する軸受支持体１１は、機体３に一体的又は別
体で固定されており、本実施形態では一体的に形成され
た場合を示している。軸受部４において、軸受支持体１
１に形成された収納部１５内には、一個又は複数個組み
合わされた（ここでは、三個）ベアリング１６が収納さ
れている。ベアリング１６は、予め封入されたグリース
によって潤滑されるグリース潤滑方式になっている。

【００１４】組み合わされたベアリング１６の外輪は、
軸受支持体１１に取付けられたリテーナ１７により収納
部１５に押し込まれて位置決め固定されている。組み合
わされたベアリング１６の内輪の両側には、円環状のカ
ラー１８，２２がそれぞれ設けられている。一方のカラ
ー１８はナット１９により押さえられ、他方のカラー２
２は、ベアリング１６とボールねじ２の段部２３との間
に挟まれて、ベアリング１６の内輪を位置決めしてい
る。即ち、このようにベアリング１６の内外輪を固定す
ることにより、組み合わされたベアリング１６に所定の
プリロードを与えている。リテーナ１７に取付けられた
カバー２１が、ナット１９の周囲を覆っている。

【００１５】軸受部４の一方（図１の左側）の開口部で
は、回転するねじ軸５の一方の端部１０，カラー１８
と、固定（非回転）側であるカバー２１，リテーナ１７
との間はそれぞれ微小な隙間を介して非接触状態になっ
ている。したがって、この微小な隙間を有する間隙部が
ラビリンスシールになって、軸受部４の外部から切削油
剤などがベアリング１６内に侵入するのを防止してい
る。このようにして、軸受部４の一方の開口部が覆われ
てシールされている。

【００１６】軸受部４の他方（図１の右側）の開口部
は、機体３とねじ軸５との間に設けられたラビリンスシ
ール装置３０により非接触状態でシールされている。ラ
ビリンスシール装置３０は、機体３側（即ち、軸受支持
体１１）に取付けられて内周孔３５を有する円環状の固
定側ラビリンスシール部材（以下、固定側シール部材と
記載）３１と、回転側に取付けられた円環状の回転側ラ
ビリンスシール部材（以下、回転側シール部材と記載）
３２と、円環状の弾性固定部材としてのＯリング３３と
を備えている。なお、弾性固定部材は、Ｘリング，Ｄリ
ング，Ｔリングなどと呼ばれているリングパッキンや、
Ｕパッキン，Ｖパッキンなどと呼ばれているリップ形パ
ッキンであってもよい。

【００１７】固定側シール部材３１は軸受支持体１１と
は別体になっており、軸受支持体１１に形成された貫通
孔３４に圧入固定されているが、軸受支持体１１と一体
的に形成してもよい。なお、ラビリンスシール装置３０
で軸受部４の他方の開口部をシールした場合を示した
が、ラビリンスシール装置３０で軸受部４の一方の開口
部及び他方の開口部のいずれか一方又は両方をシールす
る場合であってもよい。

【００１８】固定側シール部材３１は軸受部４の開口部
を覆っており、固定側シール部材３１の内周孔３５と、
ねじ軸５の軸部２４の外周部との間には微小な隙間を有
している。回転側シール部材３２は、ボールねじ２の軸
線Ｃ方向に移動可能にねじ軸５の外周部３６に取付けら
れている。回転側シール部材３２の内周部３７には、円
環状の内周係合溝３８が形成されている。回転側シール
部材３２は、少なくとも固定側シール部材３１との間に
所定の微小な隙間を有する間隙部を維持するような形状
（例えば、軸線方向断面がほぼＬ字状）に形成されてい
る。

【００１９】Ｏリング３３は、ねじ軸５の外周部３６に
形成された円環状の外周係合溝３９と回転側シール部材
３２の内周係合溝３８の両方に、弾性変形した状態で係
合している。これにより、Ｏリング３３は、回転側シー
ル部材３２をねじ軸５の所定位置に位置決め保持して固
定するとともに、回転側シール部材３２を、固定側シー
ル部材３１との間に微小な隙間を維持してねじ軸５と一
体的に回転させるようにしている。即ち、回転側シール
部材３２と固定側シール部材３１との間の軸線方向の隙
間ａ，内外径方向の隙間ｂが所定の寸法（例えば、約
０．２乃至約０．５mm）になるように、回転側シール部
材３２が固定される。また、Ｏリング３３は、切削油剤
等が、軸受部４の外部からねじ軸５と回転側シール部材
３２との間の隙間を通って、軸受部４の内部に侵入する
のを防止している。ボールねじ２，軸受部４及びカップ
リング９等は、図示しないスライドカバーによって覆わ
れている。

【００２０】図２はラビリンスシール装置３０を組み込
んだ状態を示す拡大断面図である。図２に示すように、
ボールねじ２のねじ軸５に嵌装された回転側シール部材
３２の内周部３７は、ねじ軸５の外周部３６に嵌合され
ている。内周係合溝３８が形成された内周部３７は、内
周係合溝３８に対する一方の側（図２の右側）に形成さ
れている。内周係合溝３８に対する他方の側（図２の左
側）には挿入孔部４０が形成されている。挿入孔部４０
は、回転側シール部材３２を軸線Ｃ方向に移動させて組
み込む時に、Ｏリング３３が弾性変形して回転側シール
部材３２の内周係合溝３８に挿入可能な寸法の内径とな
っている。挿入孔部４０の外方側（図２の左側）には、
外方に向けて傾斜している傾斜案内孔部４４が形成され
ている。

【００２１】これにより、回転側シール部材３２の組み
込み時には、Ｏリング３３は、押しつぶされながら傾斜
案内孔部４４，挿入孔部４０の順に回転側シール部材３
２を移動可能にし、弾性力でねじ軸５と回転側シール部
材３２とを固定できるように弾性変形した状態で内周係
合溝３８に係合する。なお、傾斜案内孔部４４，挿入孔
部４０，内周係合溝３８の全体を連続した曲面にしても
よい。Ｏリング３３は、ねじ軸５の外周部３６に形成さ
れてＯリング３３を係合させる外周係合溝３９と、回転
側シール部材３２の内周係合溝３８の両方に係合すると
ともに、弾性力によってねじ軸５に対して回転側シール
部材３２を固定している。

【００２２】次に、ラビリンスシール装置３０を組み込
む手順について説明する。まず最初に、ボールねじ２の
ねじ軸５に回転側シール部材３２を挿入し、ねじ軸５の
外周係合溝３９にＯリング３３を装着する。一方、軸受
支持体１１に、固定側シール部材３１を打ち込むか又は
ボルト等で締結することにより固定する。次に、軸受支
持体１１にボールねじ２のねじ軸５を挿入した後、カラ
ー２２，ベアリング１６，リテーナ１７，カラー１８，
ナット１９，カバー２１等を順次組み込んで、ボールね
じ２を軸受支持体１１に組付ける。

【００２３】次いで、回転側シール部材３２を軸線Ｃ方
向に移動させ固定側シール部材３１に近づけて、ねじ軸
５の外周係合溝３９内に係合しているＯリング３３を回
転側シール部材３２の内周係合溝３８に係合させる。こ
の時、回転側シール部材３２には挿入孔部４０が形成さ
れているので、Ｏリング３３は押しつぶされて弾性変形
しながら内周係合溝３８に係合する。

【００２４】その結果、弾性力を発揮するように弾性変
形した状態で外周係合溝３９及び内周係合溝３８に係合
したＯリング３３を介して、回転側シール部材３２はね
じ軸５の所定位置に位置決めされる。これにより、回転
側シール部材３２と固定側シール部材３１は、軸線方向
に関して所定寸法ａの微小な隙間を有する間隙部が確保
されて非接触状態になる。回転側シール部材３２の内径
部３２ａと、固定側シール部材３１の外径部３１ａとの
間も、所定寸法ｂの微小な隙間を有する間隙部が確保さ
れて非接触状態になる。

【００２５】また、固定側シール部材３１の内周孔３５
とねじ軸５の外周部３６との間には微小な隙間が確保さ
れ、更に、ボールねじ２のねじ軸５と一緒に回転するカ
ラー２２の外周面４５と、軸受支持体１１の貫通孔３４
との間にも微小な隙間が確保されている。その結果、ラ
ビリンスシール装置３０の外部からベアリング１６に至
るまでには、回転部と固定部との間に曲がりくねった複
雑で長い通路を有するラビリンスシールが構成されるこ
とになり、良好なシール性能を発揮する。同様に、ベア
リング１６の一方側も、カバー２１の内周部とねじ軸５
の外周部，リテーナ１７の内周部とカラー１８の外周部
で、ラビリンスシール装置が構成されている。

【００２６】次に、動作について説明する。移動体を所
定位置に移動させるために、サーボモータ７が駆動され
ると、出力軸８，カップリング９を介してボールねじ２
のねじ軸５が回転駆動され、ボールナット６と一体的に
移動体が軸線Ｃ方向の所定位置に移動する。ねじ軸５が
回転すると、Ｏリング３３を介して回転側シール部材３
２と、ねじ軸５に取付けられたカラー２２も、ねじ軸５
と一体的に回転する。これら回転部は、固定側シール部
材３１及び軸受支持体１１など固定部に対して微小な間
隙部を介して非接触状態で回転運動する。

【００２７】上述のように接触形のパッキン部材を使っ
てシールしていた従来技術ではシール部で発熱していた
が、本発明では、非接触形のラビリンスシール装置３０
を用いたので、ボールねじ２のねじ軸５が高速回転して
もシール部での発熱がなくなり、ボールねじ２は熱変位
を起こさず加工精度が向上する。

【００２８】ラビリンスシール装置３０はシール性能が
良好なので、ボールねじ２のねじ軸５の回転中には、切
削油剤等は回転側シール部材３２等の遠心力で吹き飛ば
されて軸受部４内部には侵入しない。ボールねじ２のね
じ軸５が回転していない時は、回転側シール部材３２の
内周側と固定側シール部材３１の外周側との間の隙間の
下方側より落下する。また、固定側シール部材３１の内
周溝３１ｂ，カバー２１の内周部２１ｂに溜まった切削
油剤等は、下方にそれぞれ形成された貫通孔３１ｃ，２
１ａより落下する。したがって、切削油剤等が軸受部４
の内部に侵入することはなく、ベアリング１６は保護さ
れる。

【００２９】本発明のラビリンスシール装置３０は、ね
じ軸５に形成された外周係合溝３９と回転側シール部材
３２に形成された内周係合溝３８にＯリング３３が係合
し、ねじ軸５に回転側シール部材３２が固定された時、
固定側シール部材３１と回転側シール部材３２との間に
所定の隙間ａ，ｂを有する間隙部を形成するようにし
た。したがって、隙間ａ，ｂの寸法を計測しながら回転
側シール部材３２の位置決め調整をしなくとも、回転側
シール部材３２を高精度に所定位置に組み込んで、回転
側シール部材３２と固定側シール部材３１との間の微小
な隙間ａ，ｂを高精度に確保することができる。この組
み込み作業は、回転側シール部材３２を押して軸線Ｃ方
向に移動させるだけでよいので、スペースが狭くても容
易に作業を行うことができる。

【００３０】ラビリンスシール装置３０自体をコンパク
トに形成することができたので、狭いスペースであって
も容易に組み込むことができる。また、ねじ軸５側に、
ラビリンスシール装置３０を当接させるための端部，固
定のためのねじ部などを形成することが不要になる。ラ
ビリンスシール装置３０の回転側シール部材３２は、質
量が小さいので、高速回転するボールねじ２の回転動作
に悪影響を与えることが殆どない。軸受部４をグリース
潤滑にしたので、潤滑油の回収の必要がなくメンテナン
スが容易であり、また、回収時に外部に洩れて環境を汚
染することが少ない。

【００３１】本実施形態では、回転側シール部材３２，
固定側シール部材３１の内外径部を円筒状に形成して間
隙部を形成しているが、図３，図４に示すように、この
間隙部を他の形状にすることもできる。図３は、他の実
施形態に係るラビリンスシール装置３０ａの拡大断面
図、図４は、更に他の実施形態に係るラビリンスシール
装置３０ｂの拡大断面図である。なお、前記実施形態と
同一又は相当部分には同一符号を付してその説明を省略
する。

【００３２】図３に示すラビリンスシール装置３０ａで
は、三角状（又は、四角状）の断面形状を有する一つ又
は複数の溝５１が、回転側シール部材３２と固定側シー
ル部材３１との間の間隙部に形成されるように、回転側
シール部材３２と固定側シール部材３１の内外径部及び
相対向する側面部の一方又は両方を所定の形状に形成し
ている。一方、図４に示すラビリンスシール装置３０ｂ
では、三角状（又は、四角状）の断面形状を有する一つ
又は複数の溝５１と曲がりくねった通路５２が、回転側
シール部材３２と固定側シール部材３１との間の間隙部
に形成されるように、回転側シール部材３２と固定側シ
ール部材３１の内外径部及び相対向する側面部の一方又
は両方を所定の形状に形成している。

【００３３】このような構成のラビリンスシール装置３
０ａ，３０ｂによれば、ラビリンスシール装置３０ａ，
３０ｂの外部からベアリング１６に至るまでには、回転
部と固定部との間に溝５１からなる一つ又は複数の小さ
な室や曲がりくねった通路５２等からなる複雑な通路を
有するラビリンスシールが構成されることになり、更に
良好なシール性能を発揮する。なお、各図中同一符号は
同一又は相当部分を示す。

【００３４】

【発明の効果】本発明に係るラビリンスシール装置は上
述のように構成したので、回転軸を軸支する軸受部のシ
ール部での切削油剤などの侵入を防止し且つ発熱を防止
するとともに、周囲が狭いスペースでも容易に取付ける
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るラビリンスシール装置の実施形態
の一例を示す正面断面図である。

【図２】前記ラビリンスシール装置を組み込んだ状態を
示す拡大断面図である。

【図３】他の実施形態に係るラビリンスシール装置の拡
大断面図である。

【図４】更に他の実施形態に係るラビリンスシール装置
の拡大断面図である。

【符号の説明】

１ 工作機械 ２ ボールねじ（送りねじ） ３ 機体 ４ 軸受部 ５ ねじ軸（回転軸） １１ 軸受支持体（機体） ３０，３０ａ，３０ｂ ラビリンスシール装置 ３１ 固定側ラビリンスシール部材 ３２ 回転側ラビリンスシール部材 ３３ Ｏリング（弾性固定部材） ３６ ねじ軸の外周部（回転軸の外周部） ３７ 回転側ラビリンスシール部材の内周部 ３８ 内周係合溝 ３９ 外周係合溝 ａ，ｂ 隙間 Ｃ 軸線

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械の機体と回転軸との間に設けら
   れ、この回転軸を回転自在に軸支する軸受部をシールす
   るための工作機械のラビリンスシール装置であって、 前記機体側に設けられた固定側ラビリンスシール部材
   と、 前記回転軸の軸線方向に移動可能に設けられ、内周部に
   円環状の内周係合溝が形成され、且つ、前記固定側ラビ
   リンスシール部材との間に所定の隙間を有する間隙部を
   形成可能な回転側ラビリンスシール部材と、 前記回転軸の外周部に形成された円環状の外周係合溝と
   前記回転側ラビリンスシール部材の前記内周係合溝の両
   方に弾性変形した状態で係合することにより、前記回転
   軸に前記回転側ラビリンスシール部材を固定する弾性固
   定部材とを備えたことを特徴とする工作機械のラビリン
   スシール装置。
2. 【請求項２】 前記回転軸に形成された前記外周係合溝
   と前記回転側ラビリンスシール部材に形成された前記内
   周係合溝に前記弾性固定部材が係合し、前記回転軸に前
   記回転側ラビリンスシール部材が固定された時、前記固
   定側ラビリンスシール部材と前記回転側ラビリンスシー
   ル部材とが所定の前記隙間を有する前記間隙部を形成す
   るようにしたことを特徴とする請求項１に記載の工作機
   械のラビリンスシール装置。
3. 【請求項３】 前記回転軸は、前記機体に対して移動体
   を移動させる送りねじのねじ軸であることを特徴とする
   請求項１又は２に記載の工作機械のラビリンスシール装
   置。
4. 【請求項４】 前記弾性固定部材はＯリングであること
   を特徴とする請求項１，２又は３に記載の工作機械のラ
   ビリンスシール装置。