JP2008020001A - スピンドル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない流量の気流でも高速回転で回転駆動可能なスピンドル装置を提供する。
【解決手段】スピンドル装置は、ハウジング１と、気体軸受により回転自在に支持された回転軸２と、回転軸２に同心に取り付けられたタービン羽根車７と、気流を噴出する複数のタービン用気流噴出口８と、を備えている。ハウジング１にはその周方向に連続する環状空間１１が設けられており、エアタービン用給気路１０を通った気流が導入口１３から環状空間１１内に導入され、環状空間１１内を周方向に移動し、導出口１４から導出されてタービン用気流噴出口８へと至るようになっている。そして、タービン羽根車７の周囲に形成された複数の羽根７ａにタービン用気流噴出口８から気流が吹き付けられることにより、回転軸２が回転駆動される。複数の導出口１４が周方向に等配に配されており、導入口１３は隣接する２つの導出口１４，１４の間の周方向中間位置に配されている。
【選択図】図２

Description

本発明はスピンドル装置に関する。

従来のスピンドル装置としては、例えば図５，６に示すようなものがあげられる。図５は軸線を含む平面で破断した断面図であり、図６は軸線に直交する平面で破断した断面図である。
このスピンドル装置は、筒状のハウジング１０１と、このハウジング１０１に挿通された回転軸１０２と、からなり、回転軸１０２はラジアル軸受１０４とスラスト軸受１０５とによってハウジング１０１に回転自在に支持されている。なお、ラジアル軸受１０４及びスラスト軸受１０５は、気体軸受である。

回転軸１０２にはタービン羽根車１０７が取り付けられており、ハウジング１０１の内周面に設けられた複数のタービン用気流噴出口１０８から、タービン羽根車１０７の周囲に形成された複数の羽根１０７ａに気流が吹き付けられることにより、回転軸１０２が回転駆動されるようになっている。
この時、気流は以下のような経路を通って、羽根１０７ａに吹き付けられる。すなわち、ハウジング１０１内に形成された給気路１１０を通った気流は、ハウジング１０１内に設けられた環状空間１１１に導入される。この環状空間１１１は、ハウジング１０１の周方向に連続する環状の空間であり、この環状空間１１１を形成する壁面に導入口１１３が設けられていて、この導入口１１３から環状空間１１１に気流が導入される。

環状空間１１１内に導入された気流は環状空間１１１内を周方向に移動し、前記壁面に設けられた導出口１１４から導出されてタービン用気流噴出口１０８へと至り、タービン用気流噴出口１０８から羽根１０７ａに吹き付けられるようになっている。
特開平１１−２７０５６０号公報

上記のような従来のスピンドル装置においては、複数のタービン用気流噴出口１０８に対応する各導出口１１４は、前記壁面に周方向に等配に配されていたが、導入口１１３の形成位置については特段の管理はなされていなかった。つまり、隣接する導出口１１４に対してどの程度の周方向距離をおいて導入口１１３を配するかという点については、特段の管理はなされていなかった。そのため、導入口１１３と隣接する導出口１１４との間の距離は、各導入口１１３（又は各導出口１１４）によってまちまちであった。

例えば、図６の例においては、３つの導出口１１４が等配に配されており、１つの導出口１１４Ａの周方向両側にそれぞれ導入口１１３Ａ，１１３Ｂが配されているが、導出口１１４Ａと導入口１１３Ａとの間の周方向距離と、導出口１１４Ａと導入口１１３Ｂとの間のそれとは、同一ではない。
すると、導出口１１４Ａに近い方の導入口１１３Ａから導入された気流が、主に導出口１１４Ａに流れ、遠い方の導入口１１３Ａから導入された気流は、導出口１１４Ａにはあまり流れないという現象が生じるため、気流の流れの不均衡が生じることとなる。また、このような不均衡によって、タービン用気流噴出口１０８から噴出する気流が乱流となりやすい。その結果、回転軸１０２を高速で回転させるためには、気流の流量を多くする必要が生じるため、効率が悪いという不都合があった。

そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、少ない流量の気流でも高速回転で回転駆動可能なスピンドル装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、第一の発明に係るスピンドル装置は、筒状のハウジングと、該ハウジングに挿通され軸受により回転自在に支持された回転軸と、該回転軸に同心に取り付けられたタービン羽根車と、前記ハウジングの内周面に設けられ前記タービン羽根車を回転させるための気流を噴出する複数のタービン用気流噴出口と、を備え、前記タービン羽根車の周囲に形成された複数の羽根に前記タービン用気流噴出口から気流が吹き付けられることにより前記回転軸が回転駆動されるスピンドル装置において、前記ハウジングにはその周方向に連続する環状空間が設けられており、前記ハウジング内に形成された給気路を通った前記気流が、前記環状空間を形成する壁面に設けられた導入口から前記環状空間内に導入され、前記環状空間内を周方向に移動し、前記壁面に設けられた導出口から導出されて前記タービン用気流噴出口へと至るようになっているとともに、複数の前記タービン用気流噴出口に対応する前記各導出口は、前記壁面に周方向に等配に配されており、前記導入口は隣接する２つの前記導出口の間の周方向中間位置に配されていることを特徴とする。

このような構成であれば、導入口と隣接する導出口との間の周方向距離が、２つの導出口において同一であるので、導入口から導入された気流は両導出口に均等に流れることとなって、気流の流れの不均衡が生じにくい。また、気流の流れの不均衡が生じにくいので、タービン用気流噴出口から噴出する気流が乱流となりにくい。その結果、少ない流量の気流で回転軸を高速で安定的に回転させることが可能であり、効率が高い。

また、第二の発明に係るスピンドル装置は、筒状のハウジングと、該ハウジングに挿通され軸受により回転自在に支持された回転軸と、該回転軸に同心に取り付けられたタービン羽根車と、前記ハウジングの内周面に設けられ前記タービン羽根車を回転させるための気流を噴出する複数のタービン用気流噴出口と、を備え、前記タービン羽根車の周囲に形成された複数の羽根に前記タービン用気流噴出口から気流が吹き付けられることにより前記回転軸が回転駆動されるスピンドル装置において、前記ハウジングにはその周方向に連続する環状空間が設けられており、前記ハウジング内に形成された給気路を通った前記気流が、前記環状空間を形成する壁面に設けられた導入口から前記環状空間内に導入され、前記環状空間内を周方向に移動し、前記壁面に設けられた導出口から導出されて前記タービン用気流噴出口へと至るようになっているとともに、複数の前記タービン用気流噴出口に対応する前記各導出口は、前記壁面に周方向に等配に配され、前記導出口の周方向両側にそれぞれ前記導入口が周方向等距離をおいて配されていることを特徴とする。

このような構成であれば、導出口と隣接する導入口との間の周方向距離が、２つの導入口において同一であるので、両導入口から導入された気流は導出口に均等に流れ込むこととなって、気流の流れの不均衡が生じにくい。また、気流の流れの不均衡が生じにくいので、タービン用気流噴出口から噴出する気流が乱流となりにくい。その結果、少ない流量の気流で回転軸を高速で安定的に回転させることが可能であり、効率が高い。

これらのスピンドル装置においては、回転軸を回転自在に支持する前記軸受を気体軸受とすることが好ましい。また、これらのスピンドル装置は、静電塗装機に組み込んで使用することが好適である。

本発明のスピンドル装置は、少ない流量の気流でも高速回転で安定的に回転駆動可能である。

本発明に係るスピンドル装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
〔第一実施形態〕
図１及び図２は、第一実施形態のスピンドル装置の構造を示す断面図であり、図１は軸線を含む平面で破断した断面図、図２は軸線に直交する平面で破断した断面図である。
第一実施形態のスピンドル装置は、静電塗装機用途に好適なエアスピンドル装置であって、略筒状のハウジング１と、このハウジング１に挿通された回転軸２と、からなり、回転軸２はラジアル軸受とスラスト軸受とによってハウジング１の内側に回転自在に支持されている。

ここで、ラジアル軸受について説明する。ハウジング１の内周面には円筒状の多孔質部材４，４が軸方向に並んで取り付けられており、この多孔質部材４の内周面が回転軸２の外周面に対向している。そして、多孔質部材４の内周面から回転軸２の外周面に圧縮空気等による気流を吹き付けることにより気体軸受が形成され、回転軸２のラジアル方向の動きはこの気体軸受により規制されるので、回転軸２は外周面が多孔質部材４の内周面に接触することなく回転自在に支持される。

次に、スラスト軸受について説明する。回転軸２は、その端部近傍に、軸方向に対して直角をなす方向に突出するフランジ部６を有している。このフランジ部６は、軸方向に対して直角をなす平面を有していればよく、回転軸２の外周面から突出する板状部でもよいし、回転軸２よりも大径な円筒部でもよい（図１には板状部の場合を示してある）。ハウジング１の内周面には、フランジ部６を挟んで２つの多孔質部材５，５が軸方向に並んで取り付けられており、多孔質部材５，５の軸方向端面がフランジ部６の両平面６ａ，６ａに対向している。

そして、多孔質部材５，５の端面からフランジ部６の両平面６ａ，６ａに圧縮空気等による気流を吹き付けることにより気体軸受が形成され、回転軸２のスラスト方向の動きはこの気体軸受により規制されるので、フランジ部６の両平面６ａ，６ａが多孔質部材５，５の端面に接触することなく回転軸２が回転自在に支持される。なお、ラジアル軸受及びスラスト軸受は、気体軸受が好ましいが、転がり軸受でも差し支えない。

また、回転軸２の端部にはタービン羽根車７が同心に取り付けられており、ハウジング１の内周面に設けられた複数のタービン用気流噴出口８から、タービン羽根車７の周囲に形成された複数の羽根７ａに気流が吹き付けられることにより、回転軸２が回転駆動されるようになっている。

次に、このスピンドル装置の動作について説明する。ハウジング１内に形成された軸受用給気路２０に圧縮空気等による気流を供給すると、この気流は軸受用給気路２０を通って多孔質部材４，４の外周面側に達する。そして、気流は多孔質部材４，４中を通って、多孔質部材４，４の内周面から噴出し、回転軸２の外周面に吹き付けられるとともに、多孔質部材５，５の端面から噴出し、フランジ部６の両平面６ａ，６ａに吹き付けられる。すなわち、気流がラジアル軸受及びスラスト軸受に供給される。これにより、回転軸２の外周面と多孔質部材４，４の内周面とが非接触状態となり、回転軸２が浮上支持される。さらに、フランジ部６の両平面６ａ，６ａと多孔質部材５，５の端面が非接触状態となり、回転軸２のスラスト方向の動きが規制された状態で、回転軸２が浮上支持される。

このような気体軸受への気流の供給と同時に又は遅れて、エアタービン用給気路１０に圧縮空気等による気流を供給すると、回転軸２の端部に形成されたタービン羽根車７の羽根７ａに気流が吹き付けられるため、回転軸２が高速で回転駆動される。この状態で、回転軸２の内部に挿通された塗料フィードチューブ（図示せず）に塗料を供給すると、ベルカップ（図示せず）から被塗装物へ塗料が噴霧される。

この時、気流は以下のような経路を通って、羽根７ａに吹き付けられる。すなわち、ハウジング１内に形成されたエアタービン用給気路１０を通った気流は、ハウジング１内に設けられた環状空間１１に導入される。この環状空間１１は、ハウジング１の周方向に連続する環状の空間であり、この環状空間１１を形成する壁面に導入口１３が設けられていて、この導入口１３から環状空間１１に気流が導入される。

環状空間１１内に導入された気流は環状空間１１内を周方向に移動し、前記壁面に設けられた導出口１４から導出されてタービン用気流噴出口８へと至り、タービン用気流噴出口８から羽根７ａに吹き付けられるようになっている。したがって、設けられている導出口１４の数は、タービン用気流噴出口８と同数となる（図２の例では３個）。さらに、複数の導出口１４は、周方向に等配に配されている。そして、図２から分かるように、導入口１３は、隣接する２つの導出口１４，１４の間の周方向中間位置に配されている。

このような構成であれば、導入口１３と隣接する導出口１４との間の周方向距離が、２つの導出口１４において同一であるので、導入口１３から導入された気流は両導出口１４に均等に流れることとなって、気流の流れの不均衡が生じにくい。また、気流の流れの不均衡が生じにくいので、タービン用気流噴出口８から噴出する気流が乱流となりにくい。その結果、少ない流量の気流で回転軸２を高速で安定的に回転させることが可能であり、効率が高い。

なお、導入口１３の数は特に限定されるものではなく、１個でもよいし複数でもよいが、通常は導出口１４と同数程度とする。複数の導入口１３を設けた場合は、そのうち１つが、隣接する２つの導出口１４，１４の間の周方向中間位置に配されていればよいが、図３に示すように全ての導入口１３が上記構成を満たしていることが最も好ましい。
また、導入口１３及び導出口１４の開口の断面積は、同じか又は導入口１３の方を大きくすることが好ましい。そうすれば、タービン用気流噴出口８から噴出する気流が乱流となりにくい。

〔第二実施形態〕
図４は、第二実施形態のスピンドル装置の構造を示す断面図（軸線に直交する平面で破断した断面図）である。第二実施形態のスピンドル装置の構成及び作用は、第一実施形態とほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。なお、図４においては、図１，２と同一又は相当する部分には、図１，２と同一の符号を付してある。

図４から分かるように、３つの導出口１４のうち１つの導出口１４の周方向両側に、それぞれ導入口１３，１３が周方向等距離をおいて配されている。
このような構成であれば、導出口１４と隣接する導入口１３との間の周方向距離が、２つの導入口１３において同一であるので、２つの導入口１３から導入された気流が中間位置の導出口１４に均等に流れ込むこととなって、気流の流れの不均衡が生じにくい。また、気流の流れの不均衡が生じにくいので、タービン用気流噴出口８から噴出する気流が乱流となりにくい。その結果、少ない流量の気流で回転軸２を高速で安定的に回転させることが可能であり、効率が高い。

なお、複数の導出口１４のうち１つに対して、２つの導入口１３，１３が周方向等距離をおいて配されていればよいが、全ての導出口１４に対して上記構成を適用することが最も好ましい。すなわち、図４のように導出口１４が３つ設けられている場合には、導入口１３は合計６つ設けることが好ましい。

ここで、図４のような本実施形態のスピンドル装置について回転試験を行った。０．３９ＭＰａの圧縮空気を用いて回転駆動したところ、回転軸の回転速度は約６０万ｍｉｎ^-1であった。図５，６のような従来のスピンドル装置について同様の条件で回転試験を行ったところ、回転軸の回転速度は約６万ｍｉｎ^-1で、本実施形態のスピンドル装置は従来のスピンドル装置の約１０倍の回転速度で回転可能であることが分かった。

第一実施形態のスピンドル装置の構造を示す断面図である。 第一実施形態のスピンドル装置の構造を示す断面図である。 第一実施形態の変形例を示す断面図である。 第二実施形態のスピンドル装置の構造を示す断面図。 従来のスピンドル装置の構造を示す断面図である。 従来のスピンドル装置の構造を示す断面図である。

符号の説明

１ ハウジング
２ 回転軸
４ 多孔質部材
５ 多孔質部材
７ タービン羽根車
７ａ 羽根
８ タービン用気流噴出口
１０ エアタービン用給気路
１１ 環状空間
１３ 導入口
１４ 導出口

Claims (4)

1. 筒状のハウジングと、該ハウジングに挿通され軸受により回転自在に支持された回転軸と、該回転軸に同心に取り付けられたタービン羽根車と、前記ハウジングの内周面に設けられ前記タービン羽根車を回転させるための気流を噴出する複数のタービン用気流噴出口と、を備え、前記タービン羽根車の周囲に形成された複数の羽根に前記タービン用気流噴出口から気流が吹き付けられることにより前記回転軸が回転駆動されるスピンドル装置において、
   前記ハウジングにはその周方向に連続する環状空間が設けられており、前記ハウジング内に形成された給気路を通った前記気流が、前記環状空間を形成する壁面に設けられた導入口から前記環状空間内に導入され、前記環状空間内を周方向に移動し、前記壁面に設けられた導出口から導出されて前記タービン用気流噴出口へと至るようになっているとともに、
   複数の前記タービン用気流噴出口に対応する前記各導出口は、前記壁面に周方向に等配に配されており、前記導入口は隣接する２つの前記導出口の間の周方向中間位置に配されていることを特徴とするスピンドル装置。
2. 筒状のハウジングと、該ハウジングに挿通され軸受により回転自在に支持された回転軸と、該回転軸に同心に取り付けられたタービン羽根車と、前記ハウジングの内周面に設けられ前記タービン羽根車を回転させるための気流を噴出する複数のタービン用気流噴出口と、を備え、前記タービン羽根車の周囲に形成された複数の羽根に前記タービン用気流噴出口から気流が吹き付けられることにより前記回転軸が回転駆動されるスピンドル装置において、
   前記ハウジングにはその周方向に連続する環状空間が設けられており、前記ハウジング内に形成された給気路を通った前記気流が、前記環状空間を形成する壁面に設けられた導入口から前記環状空間内に導入され、前記環状空間内を周方向に移動し、前記壁面に設けられた導出口から導出されて前記タービン用気流噴出口へと至るようになっているとともに、
   複数の前記タービン用気流噴出口に対応する前記各導出口は、前記壁面に周方向に等配に配され、前記導出口の周方向両側にそれぞれ前記導入口が周方向等距離をおいて配されていることを特徴とするスピンドル装置。
3. 前記軸受が気体軸受であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスピンドル装置。
4. 静電塗装機に組み込まれることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のスピンドル装置。

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