JP4927738B2 - 駆動スピンドル - Google Patents
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Description
回転式噴霧器は、一般的に、物質を供給源から噴霧ベルへと供給する供給路を備えている。噴霧ベルは、供給源からの物質を分散もしくは霧化し、分散もしくは霧化した物質を対象物に向けて噴射するように機能するものである。噴霧ベルは回転駆動されるため、噴霧ベルには駆動力が供給されなければならない。近年、より高性能な回転式噴霧器の需要が増加してきている。具体的には、塗料吹き付け産業において使用される回転式噴霧器として、より迅速に塗料を吹き付けることが可能な回転式噴霧器、すなわち、1分間あたりにより多くの塗料を吹き付けられるように、より大きな塗料のスループットをもたらす噴霧器の需要が増加してきている。これら回転式噴霧器もしくは塗料噴霧器の多くは、静電装置であり、装置と対象物との間に高電圧が印加され、霧化された塗料などの物質を対象物に引き寄せるものである。
本発明の一局面によって提供されるのは、回転式噴霧器の一部として使用される回転式噴霧器駆動スピンドルであって、駆動スピンドルは、タービンを支持するシャフトと、本体であって、本体に対してシャフトを回転駆動するためにタービンにガスを供給する少なくとも1つの供給路を有する本体とを備えている。
前記少なくとも1つのガス通路が、第1の端部から第2の端部へと断面積が増大する第2の部分を備え、第1の端部が、第2の端部よりもタービンの入口に近くなるようにタービンは構成されてもよい。第2の部分は、第1の部分よりもタービンの入口から離れていてもよい。
好ましくは、ブレードは、互いに同一の形状及び寸法を有しているとよい。好ましくは、ガス通路は、互いに同一の形状及び寸法を有しているとよい。
タービンブレードは、広い範囲の異なる作動条件下において層流を維持するように寸法と形状とが設定されているとよい。
少なくとも1つの供給路は、使用時に、ガスがスピンドルの本体からタービンに向かって流れるノズル部を備えていてもよい。ノズル部は、スロートを備えていてもよい。本明細書では、スロートという表現は、ノズルの比較的広い入口端部と比較的広い出口端部との間におけるノズル通路の比較的狭い部分を指すのに用いられている。
好ましくは、ノズルの出口は、タービンを通る複数のガス通路にガスを同時に供給するように形成されているとよい。
スピンドル本体は、1つのノズルもしくは複数の各ノズルにガスを供給するように形成されたガス供給室を備えるとよい。
ノズルの断面積は、タービンへの入力を調節するように選定されてもよい。ノズルの幅及び奥行きは、個別に選定されてもよい。
少なくとも1つの排気路は、ガス供給室の近傍にありながら、ガス供給室から半径方向に変位した箇所において、スピンドルの本体を通り抜けてもよい。前記少なくとも1つの排気路は、ガス供給室の半径方向の内側にてガス供給室を通ってもよい。少なくとも1つの排気路をガス供給室の半径方向の内側にてガス供給室に通すことで、小型設計が可能となる。上述のように、ガス供給室の軸方向の奥行きがノズルの軸方向の奥行きよりも大きくなるようにガス供給室の軸方向の奥行きを変化させることで、ガス供給室に適切な体積を確保することができる。
1つのノズルの形状、もしくは各ノズルの形状は、表1に示された座標値によって実質的に決められてもよい。
1つのブレードの形状、もしくは各ブレードの形状は、表2に示された座標値によって実質的に決められてもよい。
スピンドル本体は、本体部と、スペーサリングと、タービン駆動リングと、後部カバーとを備えていてもよい。ノズルの一部は、タービン駆動リングによって形成されてもよい。ガス供給室の一部は、タービン駆動リングによって形成されてもよい。スペーサリングは、ノズルの境界及び/もしくはガス供給室の境界を塞ぐように機能してもよい。排気収集室は、本体部に設けられた凹部によって形成されてもよい。排気収集室の別の面は、スペーサリングによって形成されてもよい。排気路及びガス供給路は、本体部、スペーサリング、タービン駆動リング、後部カバーのうちの1つもしくは複数に設けられた適切な開口によって形成されてもよい。
いくつかの実施形態では、複数のタービンが設けられてもよい。これら複数のタービンは、各タービンの後部同士を向かい合わせて設けられてもよいし、一方のタービンの後部と他方のタービンの前部とを向かい合わせて設けられてもよい。
本発明の別の局面によって提供されるのは、回転式噴霧器であって、上記で定義した駆動スピンドルと、基軸の周りを回転可能であり、対象物にほぼ向かって流動する小粒子の円錐カーテンを噴射するように形成された釣鐘形状部材と、小粒子を生成し得る物質を貯蔵源から釣鐘形状部材へと供給するための供給路とを備えている。
回転式噴霧器(例えば塗料噴霧)駆動スピンドルは、ときにはロボットアームに組み付けられる。駆動スピンドルの向きが変化し、その上、シャフトが高速で回転していると、シャフトは、ジャイロ力を受ける。このジャイロ力は、スピンドルの本体へのシャフトの取り付け剛性と非常に関連性が高くなり得る。特に空気軸受が使用されている場合には、ジャイロ作用に起因してシャフトに作用する偶力(回転モーメント)は、軸受が耐え得る偶力を超過し得る。シャフトに作用する偶力が、空気軸受が耐え得る偶力を超過し得ることにより、シャフトが軸受内で、軸受の部材、及び/もしくはスピンドルの本体の別の部分に接触する程度に傾いてしまうと、スピンドルの故障が生じ得る。この要因は、所望の噴霧動作を行うのに、どれだけ速く(このような駆動スピンドルを含む)噴霧ヘッドの回転角度を変化させることができるかということに関して、実際上、限定要因となり得る。同様に、この要因は、決められた回転速度で噴霧ヘッドを再度回転させる必要がある場合に、シャフトが回転できる速度を制限し得る。
少なくともいくつかの場合には、これらスピンドルの構造によって、スピンドルの動力が改善され、シャフトをより高い速度で駆動できるようになり得る。シャフトをより高い速度で駆動できるようになることで、スピンドルに生じる熱が高くなることに起因したさらなる問題が生じるようになり得る。本発明の別の開発過程において、スピンドルの構造は、この問題を軽減するように設定されている。
タービンは、離間されたラジアル軸受の間に配設されてもよい。シャフトは、離間されたラジアル軸受の間に配設された2つのタービンを支持してもよい。タービンは、一方の軸受上のブレードが他方の軸受上のブレードの反対方向を向くように、タービンの後部同士が対面する配置に設定されてもよい。
排気系は、2つの排気収集室を備えてもよい。第1の収集室は、第1のラジアル軸受付近に設けられてもよい。第2の収集室は、第2のラジアル軸受付近に設けられてもよい。収集室はそれぞれ、各ラジアル軸受の1つの端部に向かう領域に設けられてもよい。
排気系は、第2のタービンの出口から第2の収集室へ排気を供給するための第2の排気収集路を備えてもよい。
2つのタービンは、一方のタービンから流出する排気が他方のタービンから流出する排気のほぼ反対の方向に移動するように配置されてもよい。
図1は、塗料噴霧器の形態の回転式噴霧器を図示しており、回転式噴霧器は、塗料噴霧ベル2を回転駆動するための駆動スピンドル1を備えている。また、図1に示す塗料噴霧器は、物質、つまり塗料を貯蔵室4からベル2へ供給するための供給路3を備えており、この塗料をベル部材によって霧化し、塗料でコーティングする表面へ塗料を噴射できるようになっている。このような塗料噴霧器では一般的であるが、塗料は、スピンドル1と塗装される表面との間に印加される高電圧によって生成される静電気力によって、塗装される表面へ向けて噴射される。
図2は、駆動スピンドル1の主要部品を示す駆動スピンドル1の断面である。最も全体的なレベルにおいて、駆動スピンドル1は、通常使用時には静止しているスピンドル本体101と、スピンドル本体101内部に回転可能に軸支されたシャフト102とを備えている。
図2を考慮すれば、ブレード1072が後部カバー106の反対方向を向くようにリング形状のタービン107が配置されていることがわかる。図2に、ブレード1072の部分の正面を見ることができる。正面から見ることができる部分は、リング形状のタービン回転子107の内周上の部分である。
図8は、タービン107における1つのタービンブレード1072、タービン駆動リング105の周囲の構造、さらに、スペーサリング104を図示している。また、図8に示されているのは、スピンドル1におけるタービン107の設定を説明するのに役立つ種々のパラメータである。R1は、シャフト102の回転中心からノズル1053の最外点までの半径である。R2は、ノズル1053の内側半径である。R3は、ブレード1072の外側半径である。R4は、ブレード1072の内側半径である。いずれの場合においても、これら半径は、シャフト102の回転中心を基準にしている。hは、ノズルの高さ、つまり、スピンドル1の軸方向におけるノズル1053の奥行きであり、tcは、ブレード1072の自由平面とスペーサリング104の対面との間の空間である先端隙間である。
本実施形態において、駆動スピンドルには、2つの駆動ノズルが具備されているものの、所望の出力もしくは所望の他の特性を得るために、異なる数の駆動ノズルが用いられてもよい。さらに、タービンには、異なる数のブレードが設けられてもよいし、ほぼ軸方向におけるブレードの高さは、異なる出力を得るために変更されてもよい。さらに、ほぼ軸方向におけるノズル1053の奥行き、及びノズル1053の幅は、出力を制御するために変更されてもよい。
Claims (44)
- 回転式噴霧器の部品として用いられる回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
該駆動スピンドルは、
タービンを支持するシャフトと、
本体であって、該本体に対して前記シャフトを回転駆動するために前記タービンにガスを供給するための少なくとも1つの供給路を備える本体と
を備え、
前記タービンは、
ディスク形状もしくはリング形状の回転子体部と、
隣り合うブレードの対によって形成された、前記タービンを通るほぼ半径方向のガス通路を有し、前記回転子体部のほぼ平らな面の1つから突出している複数のブレードと
を備え、
前記少なくとも1つの供給路は、使用時に、ガスが前記スピンドルの前記本体から前記タービンに向かって流れるノズル部を備え、
該ノズル部は、出口を備え、
前記ノズル部を通る前記ガス通路の断面積は、前記ノズル部の入口から出口へ単調減小している
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項1に記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記少なくとも1つの供給路は、使用時に、ガスが前記スピンドルの前記本体から前記タービンに向かって流れるノズル部を備えている
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項2に記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記ノズル部は、スロートを備えている
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項3に記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記ノズル部を通るガス通路の断面積は、前記スロートに向かって単調減小している
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項4に記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記ノズル部を通る前記ガス通路の前記断面積は、前記ノズル部の入口から前記スロートへと単調減小している
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記ノズル部を通る前記ガス通路は、一部が吸引面で形成され、一部が圧力面で形成され、
前記吸引面は、連続的な湾曲を有している
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記ノズル部を通る前記ガス通路の前記断面積の減小は、前記ガス通路の1つの寸法を減小させつつ、該ガス通路の残りの寸法を実質的に一定に留めることで達成している
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記ノズル部は、前記スピンドルの基軸に対して垂直な平面内で弧状通路に続いている
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記ノズル部の出口は、前記タービンを通る複数のガス通路に同時にガスを送り込むように形成されている
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記タービンは、反動タービンである
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項1乃至請求項10のいずれかに記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記タービンは、隣り合う前記ブレードの対によって形成された、前記タービンを通るガス通路を有する複数のブレードを備えている
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項11に記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
少なくとも1つのガス通路が、第1の端部から第2の端部へと断面積が減小する第1の部分を備えるように前記タービンは形成され、
前記第1の端部は、前記第2の端部よりも前記タービンの入口に近い
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項11または請求項12に記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記少なくとも1つのガス通路が、第1の端部から第2の端部へと断面積が増大する第2の部分を備えるように前記タービンは形成され、
前記第1の端部は、前記第2の端部よりも前記タービンの入口に近い
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項12に従属したときの請求項13に記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記第2の部分は、前記第1の部分よりも前記タービンの入口から遠い
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項11乃至請求項14のいずれかに記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
隣り合うブレードの各々に対面する前記ブレードの面は、一方向上では湾曲し、他の一方向上では実質的に平らである
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項15に記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記ブレードは、ほぼディスク形状、もしくはほぼリング形状の回転子体部のほぼ平らな面の1つから突出し、前記ブレード間の対向面は、ほぼ半径方向上においては湾曲するとともに、ほぼ軸方向上においては実質的に平らである
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項11乃至請求項16のいずれかに記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記タービンブレードは、翼形状を有している
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項11乃至請求項17のいずれかに記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記タービンブレードは、非対称の形状を有している
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項11乃至請求項18のいずれかに記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記タービンブレードは、広範囲にわたる異なる作動条件下で層流を維持するように寸法及び形状が設定されている
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項1乃至請求項19のいずれかに記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記タービンは、損失の低減に貢献する、凹部、もしくは開口部、もしくは溝などの少なくとも1つの表面特徴を備えている
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項20に記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記表面特徴は、前記タービンの非機能面に設けられている
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項20もしくは請求項21に記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
各ブレードには、ほぼ軸方向の開口部、もしくはほぼ軸方向に延在する止まり穴が設けられている
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項20または請求項21または請求項22に記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
円周方向に延びる溝が、前記タービンの外側曲面に設けられている
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項1乃至請求項23のいずれかに記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記スピンドル本体は、前記タービンの出口からガスを排出するための少なくとも1つの排気路を含む排気系を備えている
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項24に記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記排気系は、前記タービンの出口と前記排気系の出口との間に排気収集室を備えている
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項25に記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記排気系は、
前記タービンの出口から前記排気収集室へ排気を供給するための少なくとも1つの排気収集路と、
前記収集室から外部へ排気ガスを流出させるための複数の排気出口路と
を備えていることを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項25または請求項26に記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記排気収集室は、前記排気ガスの流出方向が変化しなければならない位置に設けられている
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項24乃至請求項27のいずれかに記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記排気系は、乱流及び/もしくは背圧の発生を抑制もしくは防止することで前記タービン通過前後における圧力低下を最大にするように設計されている
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項24乃至請求項28のいずれかに記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記排気系は、流出する排気ガスが前記スピンドルを冷却するように形成されている
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項1乃至請求項29のいずれかに記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記スピンドルの前記本体は、互いに離間された2つのラジアル軸受を備えている
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項30に記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記タービンは、前記離間されたラジアル軸受の間に配置されている
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項1乃至請求項31のいずれかに記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって
前記シャフトは、2つのタービンを支持している
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項31に記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記シャフトは、前記離間されたラジアル軸受の間に配置された2つのタービンを支持している
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項29に従属したときの請求項30,31,33のいずれかに記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記排気系は、流出する排気ガスが、双方の前記ラジアル軸受を冷却するように形成されている
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項34に記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
少なくとも1つの排気路における少なくとも1つの各部は、各ラジアル軸受の近傍を通る
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項34または請求項35に記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記排気系は、2つの排気収集室を備えている
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項36に記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
第1の前記収集室は、第1の前記ラジアル軸受の付近に設けられ、
第2の前記収集室は、第2の前記ラジアル軸受の付近に設けられている
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項36または請求項37に記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
2つのタービンを備え、
前記排気系は、
第1の前記タービンの出口から第1の前記収集室へ排気を供給するための第1の排気収集路と、
第2の前記タービンの出口から第2の前記収集室へ排気を供給するための第2の排気収集路と
を備えていることを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項30に従属したときの請求項31乃至請求項38のいずれかに記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
前記2つの軸受は、前記スピンドル本体の残りの部分に強固に組み付けられている
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項1乃至請求項39のいずれかに記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
1つの前記ノズル部もしくは各ノズル部の形状は、表1に示された座標値で実質的に決められている
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項1乃至請求項40のいずれかに記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
1つの前記ノズル部もしくは各ノズル部の形状は、表1に示された座標値に対して0.01差以内の各座標値で決められている
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項1乃至請求項41のいずれかに記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
1つの前記ブレードもしくは各ブレードの形状は、表2に示された座標値で実質的に決められている
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 請求項1乃至請求項42のいずれかに記載の回転式噴霧器駆動スピンドルであって、
1つの前記ブレードもしくは複数の各ブレードの形状は、表2に示された座標値に対して0.01差以内の各座標値で決められている
ことを特徴とする回転式噴霧器駆動スピンドル。 - 回転式噴霧器であって、
請求項1乃至請求項43のいずれかに記載の駆動スピンドルと、
基軸の周りを回転可能であり、ほぼ対象物に向かって流動する小粒子からなる円錐状の幕を噴射するように形成された釣鐘形状の部材と、
前記小粒子が生成され得る物質を貯留源から前記釣鐘形状の部材へ供給するための供給路と
を備えていることを特徴とする回転式噴霧器。
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