JP5929514B2 - Spindle device and electrostatic coating device - Google Patents

Description

本発明はスピンドル装置及び静電塗装装置に関する。   The present invention relates to a spindle apparatus and an electrostatic coating apparatus.

例えば特許文献１，２には、スピンドル装置や塗料噴霧装置に使用される衝動式のタービン羽根車が開示されている。このタービン羽根車は、ノズルから噴出された気体を受ける複数のタービン翼を備えているが、このタービン翼の形状の工夫によって、噴出された気体の衝撃力をタービン羽根車の回転駆動力に変換する効率を高めている。
具体的には、タービン翼は、タービン羽根車の回転方向の後方に向き気体を受ける後方曲面と、タービン羽根車の回転方向の前方を向き隣のタービン翼の後方曲面に対向する前方曲面とを備えているが、両曲面の曲率を規定することにより、タービン羽根車からの気体の排気効率を向上させている。その結果、低流量の気体で高速回転、高トルクを実現している。 For example, Patent Documents 1 and 2 disclose impulse-type turbine impellers used in spindle devices and paint spraying devices. This turbine impeller is provided with a plurality of turbine blades that receive the gas ejected from the nozzles, and the impact force of the ejected gas is converted into the rotational driving force of the turbine impeller by devising the shape of the turbine blade. To improve efficiency.
Specifically, the turbine blade has a rear curved surface that receives the gas directed rearward in the rotational direction of the turbine impeller, and a front curved surface that faces the rear curved surface of the adjacent turbine blade facing forward in the rotational direction of the turbine impeller. Although it is provided, the exhaust efficiency of gas from the turbine impeller is improved by defining the curvature of both curved surfaces. As a result, high speed rotation and high torque are realized with a low flow rate gas.

特開２００６−３０００２４号公報JP 2006-300024 A 特許第４５４６１０３号公報Japanese Patent No. 4546103

特許文献１，２のタービン羽根車は、噴出された気体の衝撃力を効率的にタービン羽根車の回転駆動力に変換しているが、気体の運動エネルギーをさらに高効率で回転駆動力に変換することが望まれていた。
また、タービン羽根車を高速回転させると、遠心力の作用によりタービン翼に変形や損傷が生じるおそれがあるので、それらを防止することが求められていた。
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、気体の運動エネルギーを高効率で回転駆動力に変換するとともに、高速回転させても変形や損傷が生じにくいスピンドル装置及び静電塗装装置を提供することを課題とする。 The turbine impellers of Patent Documents 1 and 2 efficiently convert the impact force of the ejected gas into the rotational driving force of the turbine impeller, but convert the kinetic energy of the gas into the rotational driving force with higher efficiency. It was hoped to do.
Further, when the turbine impeller is rotated at a high speed, the turbine blades may be deformed or damaged by the action of centrifugal force, and it has been required to prevent them.
Accordingly, the present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, converts the kinetic energy of the gas into a rotational driving force with high efficiency, and is free from deformation and damage even when rotated at high speed. It is an object to provide an electropainting device.

前記課題を解決するため、本発明の態様は、次のような構成からなる。すなわち、本発明の一態様に係るスピンドル装置は、略筒状のハウジングと、前記ハウジングに挿通され軸受を介して回転自在に支持された回転軸と、前記回転軸に同心に取り付けられ前記回転軸と一体に回転するタービン羽根車と、前記タービン羽根車を回転させるための気体を噴出するノズルと、前記タービン羽根車に形成され前記ノズルから噴出された気体を受ける複数のタービン翼と、を備え、以下の６つの条件Ａ〜Ｆを満足することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, an aspect of the present invention has the following configuration. That is, a spindle device according to an aspect of the present invention includes a substantially cylindrical housing, a rotary shaft that is inserted through the housing and is rotatably supported via a bearing, and the rotary shaft that is concentrically attached to the rotary shaft. A turbine impeller that rotates integrally with the turbine impeller, a nozzle that ejects gas for rotating the turbine impeller, and a plurality of turbine blades that are formed in the turbine impeller and receive the gas ejected from the nozzle. The following six conditions A to F are satisfied.

条件Ａ：前記複数のタービン翼は、前記タービン羽根車の外周に沿って環状に並べられており、隣接するタービン翼同士の間隔は等間隔とされている。
条件Ｂ：前記各タービン翼は、前記タービン羽根車の表面から突出して形成されており、前記タービン羽根車の表面からの突出長さが一定でない形状をなしている。
条件Ｃ：前記各タービン翼は、前記タービン羽根車の回転方向の前方に向く前方面と、前記タービン羽根車の回転方向の後方に向き前記気体を受ける後方面と、を備えている。 Condition A: The plurality of turbine blades are arranged in an annular shape along the outer periphery of the turbine impeller, and the intervals between adjacent turbine blades are equal.
Condition B: The turbine blades are formed so as to protrude from the surface of the turbine impeller, and the protruding length from the surface of the turbine impeller is not constant.
Condition C: Each turbine blade includes a front surface facing forward in the rotation direction of the turbine impeller and a rear surface facing rearward in the rotation direction of the turbine impeller and receiving the gas.

条件Ｄ：前記後方面は、曲率半径Ｒ１を有する凹状円柱面であり、前記前方面は、Ｒ１よりも大きい曲率半径Ｒ２を有する凸状円柱面と平面との間に、Ｒ１よりも小さい曲率半径Ｒ３を有する凸状円柱面を配して、滑らかに連続させた面である。
条件Ｅ：隣接する２つのタービン翼の対向する前方面と後方面とに挟まれた空間が、前記凹状円柱面の円弧状湾曲に沿う方向に前記気体が流れる流路を構成し、前記ノズルから噴出された気体が、前記流路の一端側の開口から流入し、前記凹状円柱面の円弧状湾曲に沿う方向に流れて他端側の開口から流出するようになっている。
条件Ｆ：前方面を構成する３つの面のうち曲率半径Ｒ２を有する凸状円柱面が、曲率半径Ｒ３を有する凸状円柱面を挟んで前記流路の流入口側に配され、平面が前記流路の流出口側に配されている。 Condition D: The rear surface is a concave cylindrical surface having a radius of curvature R1, and the front surface is a radius of curvature smaller than R1 between a convex cylindrical surface having a radius of curvature R2 larger than R1 and a plane. It is the surface which provided the convex cylindrical surface which has R3, and was made to continue smoothly.
Condition E: a space sandwiched between the opposed front and rear surfaces of two adjacent turbine blades constitutes a flow path for the gas to flow in a direction along the arcuate curve of the concave cylindrical surface, and from the nozzle The ejected gas flows from the opening on one end side of the flow path, flows in a direction along the arcuate curve of the concave cylindrical surface, and flows out from the opening on the other end side.
Condition F: A convex cylindrical surface having a radius of curvature R2 among the three surfaces constituting the front surface is disposed on the inlet side of the flow channel across the convex cylindrical surface having a radius of curvature R3, and the plane is It is arranged on the outlet side of the channel.

上記のスピンドル装置においては、前記タービン翼のうち前記タービン羽根車との境界部分が、前記タービン羽根車の表面からの突出長さが一定でない形状をなしていることが好ましい。そして、前記タービン翼の突出方向に沿う平面で切断した前記境界部分の外面の断面形状を曲線とすることにより、上記形状をなしていることが好ましい。さらに、前記曲線は円弧であることが好ましく、前記円弧の曲率半径は０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。   In the above spindle apparatus, it is preferable that a boundary portion of the turbine blades with the turbine impeller has a shape in which a protruding length from the surface of the turbine impeller is not constant. And it is preferable to make the said shape by making the cross-sectional shape of the outer surface of the said boundary part cut | disconnected in the plane in alignment with the protrusion direction of the said turbine blade into a curve. Furthermore, the curve is preferably an arc, and the radius of curvature of the arc is more preferably from 0.1 mm to 0.5 mm.

これらのスピンドル装置においては、以下の３つの条件Ｇ〜Ｉをさらに満足することが好ましい。
条件Ｇ：後方面の前記流出口側端部における接平面と、この後方面の前記流出口側端部の回転軌跡の前記流出口側端部における接平面とのなす角度が、２０°以上５０°以下である。
条件Ｈ：前方面の平面は、隣接するタービン翼の後方面と対向しているが、この対向する後方面の前記流出口側端部における接平面と平行をなしている。
条件Ｉ：曲率半径Ｒ２を有する凸状円柱面のうち前記流路の流入口から最も遠い部分と、この凸状円柱面に対向する隣接するタービン翼の後方面のうち前記流入口側端部との間の距離をＡとし、前方面の平面と、この平面に対向する隣接するタービン翼の後方面の前記流出口側端部における接平面との間の距離をＢとして、距離Ｂは距離Ａ未満である。 In these spindle devices, it is preferable that the following three conditions G to I are further satisfied.
Condition G: An angle formed by a tangential plane at the outlet side end portion of the rear surface and a tangential plane at the outlet side end portion of the rotation trajectory of the outlet side end portion of the rear surface is 20 ° or more and 50 ° or less.
Condition H: The plane of the front surface faces the rear surface of the adjacent turbine blade, but is parallel to the tangential plane at the end portion on the outlet side of the facing rear surface.
Condition I: A portion of the convex cylindrical surface having the radius of curvature R2 farthest from the inlet of the flow path, and the inlet side end of the rear surface of the adjacent turbine blade facing the convex cylindrical surface. And the distance between the plane of the front surface and the tangent plane at the outlet side end of the rear surface of the adjacent turbine blade facing the plane is B, and the distance B is the distance A Is less than.

また、これらのスピンドル装置においては、以下の条件Ｊをさらに満足することが好ましい。
条件Ｊ：前記ノズルから噴出される前記気体の噴出方向と、前記気体を受ける後方面を構成する凹状円柱面のうち前記流入口側端部と、のなす角度が７５°以上１０５°以下である。
さらに、本発明の他の態様に係る静電塗装装置は、上記のスピンドル装置のいずれかを備えることを特徴とする。 In these spindle devices, it is preferable that the following condition J is further satisfied.
Condition J: The angle formed by the gas jetting direction from the nozzle and the inlet side end portion of the concave cylindrical surface constituting the rear surface that receives the gas is 75 ° or more and 105 ° or less. .
Furthermore, an electrostatic coating apparatus according to another aspect of the present invention includes any one of the above spindle apparatuses.

本発明のスピンドル装置及び静電塗装装置は、タービン羽根車のタービン翼が、噴出された気体を受けてその衝撃力をタービン羽根車の回転駆動力に変換するとともに、タービン羽根車からの気体の排出による反動力も受けるので、気体の運動エネルギーを高効率で回転駆動力に変換することができる。
また、本発明のスピンドル装置及び静電塗装装置は、タービン翼がタービン羽根車の表面から突出して形成されており、タービン羽根車の表面からの突出長さが一定でない形状をなしているので、高速回転させても変形や損傷が生じにくい。 In the spindle device and the electrostatic coating device of the present invention, the turbine blade of the turbine impeller receives the ejected gas and converts the impact force into the rotational driving force of the turbine impeller. Since the reaction force due to the discharge is also received, the kinetic energy of the gas can be converted into a rotational driving force with high efficiency.
Further, in the spindle device and the electrostatic coating device of the present invention, the turbine blade is formed so as to protrude from the surface of the turbine impeller, and the protrusion length from the surface of the turbine impeller is not constant. Even when rotated at high speed, deformation and damage are unlikely to occur.

本発明に係るスピンドル装置の一実施形態の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of one Embodiment of the spindle apparatus based on this invention. 図１のスピンドル装置のタービン羽根車及びその周辺部分の構造を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the turbine impeller of the spindle apparatus of FIG. 1, and its peripheral part. タービン翼及びノズルを拡大して示した斜視図である。It is the perspective view which expanded and showed the turbine blade and the nozzle. タービン羽根車のタービン翼を拡大して示した正面図である。It is the front view which expanded and showed the turbine blade of the turbine impeller. タービン羽根車との境界部分の形状を示すタービン翼の斜視図である。It is a perspective view of the turbine blade which shows the shape of the boundary part with a turbine impeller. 図４のＩ−Ｉ断面図である。It is II sectional drawing of FIG.

本発明に係るスピンドル装置及び静電塗装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。
図１は、本発明に係るスピンドル装置の一実施形態の構造を示す断面図（回転軸の軸線を含む平面で切断した断面図）である。また、図２は、図１のスピンドル装置のタービン羽根車及びその周辺部分の構造を説明する図である。さらに、図３は、タービン翼及びノズルを拡大して示した斜視図である。さらに、図４は、タービン羽根車のタービン翼を拡大して示した正面図である。さらに、図５は、タービン羽根車との境界部分の形状を示すタービン翼の斜視図である。さらに、図６は、タービン羽根車との境界部分の形状を説明する、図４のＩ−Ｉ断面図である。 Embodiments of a spindle apparatus and an electrostatic coating apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view showing a structure of an embodiment of a spindle apparatus according to the present invention (a sectional view cut along a plane including an axis of a rotation axis). FIG. 2 is a view for explaining the structure of the turbine impeller and its peripheral portion of the spindle device of FIG. FIG. 3 is an enlarged perspective view showing the turbine blade and the nozzle. Further, FIG. 4 is an enlarged front view showing the turbine blades of the turbine impeller. Further, FIG. 5 is a perspective view of the turbine blade showing the shape of the boundary portion with the turbine impeller. 6 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 4 for explaining the shape of the boundary portion with the turbine impeller.

本実施形態のスピンドル装置は、静電塗装装置、歯科用ハンドピース等に好適に用いることができるエアタービン駆動方式の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に同軸に連結された略筒状の給気用部品３と、ハウジング１及び給気用部品３に挿通された回転軸２と、を備えている。そして、この回転軸２は、ハウジング１に設けられたラジアル軸受とアキシアル軸受とによって、ハウジング１及び給気用部品３の内側に回転自在に支持されている。図１においては回転軸２は中空状であるが、中実軸を用いてもよい。   The spindle device according to the present embodiment is an air turbine drive type spindle device that can be suitably used for an electrostatic coating device, a dental handpiece, and the like. The spindle device is coaxial with the substantially cylindrical housing 1. A substantially cylindrical air supply component 3 and a rotating shaft 2 inserted through the housing 1 and the air supply component 3 are provided. The rotary shaft 2 is rotatably supported inside the housing 1 and the air supply component 3 by a radial bearing and an axial bearing provided in the housing 1. In FIG. 1, the rotating shaft 2 is hollow, but a solid shaft may be used.

なお、本実施形態のスピンドル装置を例えば静電塗装装置用途に用いた場合には、塗料を飛散霧化するための塗装用治具であるベルカップが一体回転可能に回転軸２に取り付けられるが、本実施形態においては、回転軸２の両端のうちベルカップが取り付けられる側（図１においては左側）の端部を先端、反対側（図１においては右側）の端部を後端と記す。   When the spindle device of the present embodiment is used for, for example, an electrostatic coating device, a bell cup, which is a coating jig for spraying paint, is attached to the rotary shaft 2 so as to be integrally rotatable. In this embodiment, the end on the side (left side in FIG. 1) to which the bell cup is attached among both ends of the rotating shaft 2 is referred to as the front end, and the end on the opposite side (right side in FIG. 1) is referred to as the rear end. .

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が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。また、ハウジング１の後端部に取り付けられた給気用部品３の外面に開口する軸受用給気口１１と多孔質部材４とを連通する軸受用給気路１２が、ハウジング１及び給気用部品３の内部に形成されている。
そして、軸受用給気路１２を介して導入した気体（例えば空気）を多孔質部材４の内周面から回転軸２の外周面に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。 Here, the radial bearing will be described. A cylindrical porous member 4 is attached to the inner peripheral surface of the housing 1, and the inner peripheral surface of the porous member 4 faces the outer peripheral surface of the rotating shaft 2. Further, a bearing air supply passage 12 communicating with the porous member 4 and the bearing air supply port 11 that opens to the outer surface of the air supply component 3 attached to the rear end portion of the housing 1 includes the housing 1 and the air supply. It is formed inside the product part 3.
A gas bearing is formed by blowing gas (for example, air) introduced through the bearing air supply path 12 from the inner peripheral surface of the porous member 4 to the outer peripheral surface of the rotary shaft 2, and the radial direction of the rotary shaft 2 is formed. Therefore, the rotation shaft 2 is rotatably supported without the outer peripheral surface being in contact with the inner peripheral surface of the porous member 4.

次に、アキシアル軸受について説明する。回転軸２は、その後端近傍部分に、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を有しており、このフランジ部６はハウジング１の後端側端面と給気用部品３との間に配されている。フランジ部６は、軸方向に対して直角をなす平面を有し、例えば、回転軸２の外周面から突出する円板部でもよいし、回転軸２よりも大径な円筒部でもよい（図１には、円板部の場合を示してある）。
ハウジング１の後端側端面には、フランジ部６の平面６ａに対向するように磁石７（永久磁石でもよいし、電磁石でもよい）が取り付けられている。そして、この磁石７によりフランジ部６の平面６ａに磁気力が作用して、フランジ部６がハウジング１の方（軸方向の先端側）に引きつけられている。 Next, the axial bearing will be described. The rotary shaft 2 has a flange portion 6 that protrudes in a direction perpendicular to the axial direction in the vicinity of the rear end thereof. The flange portion 6 is connected to the rear end side end surface of the housing 1 and the air supply component 3. It is arranged between. The flange portion 6 has a plane perpendicular to the axial direction, and may be, for example, a disc portion protruding from the outer peripheral surface of the rotating shaft 2 or a cylindrical portion having a larger diameter than the rotating shaft 2 (see FIG. 1 shows the case of a disc part).
A magnet 7 (a permanent magnet or an electromagnet) may be attached to the rear end side end surface of the housing 1 so as to face the flat surface 6a of the flange portion 6. A magnetic force acts on the flat surface 6 a of the flange portion 6 by the magnet 7, and the flange portion 6 is attracted toward the housing 1 (front end side in the axial direction).

また、ハウジング１の後端側端面には、フランジ部６の平面６ａに対向するように多孔質部材５が取り付けられている。そして、軸受用給気路１２を介して導入した気体（例えば空気）を多孔質部材５からフランジ部６の平面６ａに吹き付けられるようになっている。よって、フランジ部６には反力が作用して、フランジ部６は軸方向の後端側に押圧される。
そして、多孔質部材５からフランジ部６の平面６ａに気体が吹き付けられることにより生じる反力と、磁石７により生じ前記反力に釣り合う磁気力（引力）とにより、複合軸受が形成され、回転軸２のアキシアル方向の動きはこの複合軸受により規制される。よって、フランジ部６の平面６ａが多孔質部材５の後端側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。 Further, a porous member 5 is attached to the end surface on the rear end side of the housing 1 so as to face the flat surface 6 a of the flange portion 6. A gas (for example, air) introduced through the bearing air supply passage 12 is blown from the porous member 5 to the flat surface 6 a of the flange portion 6. Therefore, a reaction force acts on the flange portion 6 and the flange portion 6 is pressed toward the rear end side in the axial direction.
A composite bearing is formed by the reaction force generated by blowing gas from the porous member 5 to the flat surface 6a of the flange portion 6 and the magnetic force (attraction force) generated by the magnet 7 and balanced with the reaction force, and the rotating shaft. The axial movement of 2 is regulated by this composite bearing. Therefore, the rotating shaft 2 is rotatably supported without the flat surface 6 a of the flange portion 6 contacting the end surface on the rear end side of the porous member 5.

このように、ラジアル軸受及びアキシアル軸受によって、ハウジング１及び給気用部品３に接触することなく回転軸２がハウジング１に回転自在に支持されている。なお、本実施形態においては、アキシアル軸受を気体及び磁石による複合軸受としたが、気体軸受としてもよい。すなわち、フランジ部６を挟んで両側に多孔質部材を配し、フランジ部６の両平面６ａ，６ｂに気体を吹き付けて気体軸受を形成すれば、回転軸２のアキシアル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，６ｂが両多孔質部材に接触することなく回転自在に支持される。   As described above, the rotary shaft 2 is rotatably supported by the housing 1 without contacting the housing 1 and the air supply component 3 by the radial bearing and the axial bearing. In the present embodiment, the axial bearing is a composite bearing made of gas and magnet, but may be a gas bearing. That is, if a porous member is disposed on both sides of the flange portion 6 and a gas bearing is formed by blowing gas to both the planes 6a and 6b of the flange portion 6, the axial movement of the rotary shaft 2 is caused by this gas bearing. Therefore, both the flat surfaces 6a and 6b of the flange portion 6 are rotatably supported without contacting the both porous members.

また、本実施形態においては、ラジアル軸受を気体軸受とし、この気体軸受によって回転軸２をハウジング１に回転自在に支持したが、気体軸受の代わりに転がり軸受（例えば、高速回転に適したアンギュラ玉軸受）を用いても差し支えない。すなわち、ハウジング１の内周面と回転軸２との間に転がり軸受を配すれば、この転がり軸受によって回転軸２をハウジング１に回転自在に支持することができる。   In this embodiment, the radial bearing is a gas bearing, and the rotary shaft 2 is rotatably supported by the housing 1 by this gas bearing. However, instead of the gas bearing, a rolling bearing (for example, an angular ball suitable for high-speed rotation) is used. Bearings may be used. That is, if a rolling bearing is disposed between the inner peripheral surface of the housing 1 and the rotating shaft 2, the rotating shaft 2 can be rotatably supported on the housing 1 by the rolling bearing.

さらに、フランジ部６の両平面６ａ，６ｂのうち多孔質部材５と対向する側の平面６ａとは反対側の平面６ｂ（すなわち、後端側の平面６ｂ）には、複数のタービン翼９が設けられている。すなわち、フランジ部６は、タービンのタービン羽根車を構成している。
ここで、タービン翼９及びその周辺部分の構造について、図１〜３を参照しながらさらに詳細に説明する。円板状のフランジ部６の平面６ｂの径方向外方部分に、複数のタービン翼９が、フランジ部６の外周に沿って環状に並べられており、隣接するタービン翼９同士の間隔は等間隔とされている（本発明の構成要件である条件Ａに相当する）。 Furthermore, a plurality of turbine blades 9 are formed on a plane 6b opposite to the plane 6a on the side facing the porous member 5 among the both planes 6a and 6b of the flange portion 6 (that is, the plane 6b on the rear end side). Is provided. That is, the flange part 6 comprises the turbine impeller of a turbine.
Here, the structure of the turbine blade 9 and its peripheral portion will be described in more detail with reference to FIGS. A plurality of turbine blades 9 are arranged in an annular shape along the outer periphery of the flange portion 6 on the radially outer portion of the flat surface 6b of the disk-like flange portion 6, and the intervals between adjacent turbine blades 9 are equal. The interval is set (corresponding to the condition A which is a constituent requirement of the present invention).

なお、本実施形態においては、タービン翼９は、平面６ｂから軸方向後端側に突出するように設けられているが、フランジ部６の外周に沿って環状に並べられ且つ気体が適切に吹き付けられるならば、フランジ部６の外周面から径方向外方に突出するように設けてもよい。あるいは、フランジ部６の径方向外方部分から軸方向後端側に突出するように円筒部を設け、この円筒部の内周面から径方向内方に突出するようにタービン翼を設けてもよい。   In the present embodiment, the turbine blades 9 are provided so as to protrude from the flat surface 6b toward the rear end side in the axial direction. However, the turbine blades 9 are arranged in an annular shape along the outer periphery of the flange portion 6 and gas is blown appropriately. If possible, it may be provided so as to protrude radially outward from the outer peripheral surface of the flange portion 6. Alternatively, a cylindrical portion may be provided so as to protrude from the radially outer portion of the flange portion 6 toward the axial rear end side, and a turbine blade may be provided so as to protrude radially inward from the inner peripheral surface of the cylindrical portion. Good.

一方、給気用部品３の内周面のタービン翼９と対向する部分には、タービン羽根車６を回転させるための気体を噴出するノズル１０が設けられている。ノズル１０は、タービン翼９の回転軌跡の接線方向に沿う方向に向けられ、気体を同方向に噴出する。ノズル１０の数は特に限定されるものではなく、１個でもよいし複数個（図２の例では３個）でもよい。   On the other hand, a nozzle 10 for ejecting gas for rotating the turbine impeller 6 is provided in a portion of the inner peripheral surface of the air supply component 3 facing the turbine blade 9. The nozzle 10 is directed in a direction along the tangential direction of the rotation trajectory of the turbine blade 9 and ejects gas in the same direction. The number of nozzles 10 is not particularly limited, and may be one or plural (three in the example of FIG. 2).

また、給気用部品３内には、給気用部品３の外面に開口するタービン用給気口１４とノズル１０とを連通するタービン用給気路１５が、周方向に連続して形成されている。よって、タービン用給気口１４から供給された気体がタービン用給気路１５を通ってノズル１０に至り、ノズル１０から噴出され、径方向外方側からタービン翼９に吹き付けられるようになっている。タービン用給気路１５は、軸受用給気路１２とは別系統の給気路となっているので、軸受への給気圧を一定に保ちつつ、タービン羽根車６へ供給する気体の給気圧及び流量を正確に制御することができる。その結果、回転軸２の回転速度を正確に制御することができる。   In addition, a turbine air supply passage 15 that connects the turbine air supply port 14 that opens to the outer surface of the air supply component 3 and the nozzle 10 is formed continuously in the circumferential direction in the air supply component 3. ing. Therefore, the gas supplied from the turbine air supply port 14 reaches the nozzle 10 through the turbine air supply passage 15, is ejected from the nozzle 10, and is blown to the turbine blade 9 from the radially outer side. Yes. The turbine air supply passage 15 is a separate air supply passage from the bearing air supply passage 12, so that the gas supply air pressure to be supplied to the turbine impeller 6 while keeping the air supply pressure to the bearing constant. And the flow rate can be accurately controlled. As a result, the rotational speed of the rotating shaft 2 can be accurately controlled.

次に、ノズル１０から噴出された気体を受けるタービン翼９の形状について、主に図４を参照しながらさらに詳細に説明する。
タービン翼９は、フランジ部６の平面６ｂから軸方向後端側に突出するように設けられている。この突出量（平面６ｂからの突出長さ）は、タービン羽根車６との境界部分９ａを除くタービン翼９の大部分においては、ノズル１０の開口径とほぼ同じ大きさとしてある。これにより、ノズル１０から噴出された気体をタービン翼９で効率良く受けることができる。 Next, the shape of the turbine blade 9 that receives the gas ejected from the nozzle 10 will be described in more detail with reference mainly to FIG.
The turbine blade 9 is provided so as to protrude from the flat surface 6 b of the flange portion 6 toward the rear end side in the axial direction. This protrusion amount (protrusion length from the flat surface 6 b) is almost the same as the opening diameter of the nozzle 10 in most of the turbine blades 9 excluding the boundary portion 9 a with the turbine impeller 6. Thereby, the gas ejected from the nozzle 10 can be efficiently received by the turbine blade 9.

また、各タービン翼９は、全て同形状であり、タービン羽根車６の回転方向の前方に向く前方面２１と、タービン羽根車６の回転方向の後方に向き気体を受ける後方面２２と、を備えている（本発明の構成要件である条件Ｃに相当する）。この後方面２２は、曲率半径Ｒ１を有する凹状円柱面であり、凹状円柱面の軸がタービン翼９の突出方向と同方向となるように、凹状円柱面が形成されている。   Each turbine blade 9 has the same shape, and has a front surface 21 facing forward in the rotational direction of the turbine impeller 6 and a rear surface 22 receiving gas directed rearward in the rotational direction of the turbine impeller 6. (Corresponding to condition C, which is a constituent requirement of the present invention). The rear surface 22 is a concave cylindrical surface having a radius of curvature R1, and the concave cylindrical surface is formed so that the axis of the concave cylindrical surface is in the same direction as the protruding direction of the turbine blade 9.

一方、前方面２１は、Ｒ１よりも大きい曲率半径Ｒ２を有する凸状円柱面２１ａと平面２１ｃとの間に、Ｒ１よりも小さい曲率半径Ｒ３を有する凸状円柱面２１ｂを配して、滑らかに連続させた面であり、全体として湾曲した略凸状面となっている（本発明の構成要件である条件Ｄに相当する）。このとき、前方面２１を構成する３つの面２１ａ，２１ｂ，２１ｃの配置については、曲率半径Ｒ３を有する凸状円柱面２１ｂを挟んで径方向外方側に、曲率半径Ｒ２を有する凸状円柱面２１ａが配され、径方向内方側に平面２１ｃが配されている（本発明の構成要件である条件Ｆに相当する）。そして、後方面２２と同様に、２つの凸状円柱面２１ａ，２１ｂの軸がいずれもタービン翼９の突出方向と同方向となるように、２つの凸状円柱面２１ａ，２１ｂが形成されているとともに、タービン翼９の突出方向と平行に平面２１ｃが形成されている。   On the other hand, the front surface 21 is smoothly provided with a convex cylindrical surface 21b having a curvature radius R3 smaller than R1 between the convex cylindrical surface 21a having a curvature radius R2 larger than R1 and the flat surface 21c. It is a continuous surface and is a substantially convex surface that is curved as a whole (corresponding to condition D, which is a constituent requirement of the present invention). At this time, with respect to the arrangement of the three surfaces 21a, 21b, and 21c constituting the front surface 21, a convex cylinder having a curvature radius R2 on the radially outer side across the convex cylinder surface 21b having a curvature radius R3. The surface 21a is arranged, and the plane 21c is arranged on the radially inner side (corresponding to the condition F which is a constituent requirement of the present invention). Then, like the rear surface 22, the two convex cylindrical surfaces 21 a and 21 b are formed so that the axes of the two convex cylindrical surfaces 21 a and 21 b are in the same direction as the protruding direction of the turbine blade 9. In addition, a plane 21 c is formed in parallel with the protruding direction of the turbine blade 9.

隣接する２つのタービン翼９，９の対向する前方面２１と後方面２２とに挟まれた空間に、ノズル１０から気体が吹き込まれるが、該空間が気体の流路を構成する。すなわち、ノズル１０から噴出された気体は、図２において矢印で示すように空間の径方向外方側端部の開口３１から流入し（以下、この開口３１を「流入口３１」と記すこともある）、後方面２２に衝突する。よって、凸状円柱面２１ａの曲率半径Ｒ２は、ノズル１０から噴出された気体が流入口３１に流入することを妨げないような大きさであることが好ましい。すなわち、湾曲度が小さく平面状に近い円柱面であることが好ましい。   Gas is blown from the nozzle 10 into a space sandwiched between the opposed front surface 21 and rear surface 22 of the two adjacent turbine blades 9, 9, and this space constitutes a gas flow path. That is, the gas ejected from the nozzle 10 flows from the opening 31 at the radially outer side end of the space as indicated by an arrow in FIG. 2 (hereinafter, this opening 31 may be referred to as an “inlet 31”). There is a collision with the rear face 22. Therefore, it is preferable that the curvature radius R2 of the convex cylindrical surface 21a is a size that does not prevent the gas ejected from the nozzle 10 from flowing into the inflow port 31. That is, it is preferably a cylindrical surface that has a small curvature and is nearly flat.

そして、気体は、後方面２２を構成する凹状円柱面の円弧状湾曲に沿う方向に流れて、図２において矢印で示すように空間の径方向内方側端部の開口３２（以下、この開口３２を「流出口３２」と記すこともある）から流出し（本発明の構成要件である条件Ｅに相当する）、給気用部品３の外面に開口するタービン用排気口１７からスピンドル装置の外部に排気される。   Then, the gas flows in a direction along the arcuate curve of the concave cylindrical surface constituting the rear surface 22, and as shown by an arrow in FIG. 2, an opening 32 (hereinafter referred to as this opening) at the radially inner end of the space. 32 (which may be referred to as “outlet 32”) (corresponding to the condition E which is a constituent element of the present invention), and from the turbine exhaust port 17 opened to the outer surface of the air supply component 3, the spindle device Exhausted outside.

また、後方面２２は、以下の条件を満たしていることが好ましい。すなわち、ノズル１０から噴出される気体の噴出方向と、噴出された気体を受けるタービン翼９の後方面２２を構成する凹状円柱面のうち流入口側端部と、のなす角度は、７５°以上１０５°以下であることが好ましい（本発明の構成要件である条件Ｊに相当する）。このような構成であれば、ノズル１０から噴出される気体の衝撃力を効率良く回転駆動力に変換することができる。ノズル１０から噴出される気体の衝撃力を最も高効率で回転駆動力に変換するためには、ノズル１０から噴出される気体の噴出方向と、噴出された気体を受けるタービン翼９の後方面２２を構成する凹状円柱面のうち流入口側端部と、のなす角度を、９０°とすることが最も好ましい。   Moreover, it is preferable that the back surface 22 satisfy | fills the following conditions. That is, the angle formed by the direction in which the gas is ejected from the nozzle 10 and the inlet side end of the concave cylindrical surface constituting the rear surface 22 of the turbine blade 9 that receives the ejected gas is 75 ° or more. The angle is preferably 105 ° or less (corresponding to the condition J which is a constituent requirement of the present invention). With such a configuration, the impact force of the gas ejected from the nozzle 10 can be efficiently converted into a rotational driving force. In order to convert the impact force of the gas ejected from the nozzle 10 into the rotational driving force with the highest efficiency, the ejection direction of the gas ejected from the nozzle 10 and the rear surface 22 of the turbine blade 9 that receives the ejected gas. It is most preferable that the angle formed by the inlet side end portion of the concave cylindrical surface constituting the angle is 90 °.

さらに、タービン翼９に備えられた後方面２２は、以下の条件を満たしていることが好ましい。すなわち、後方面２２の流出口側端部における接平面４１と、この後方面２２の流出口側端部の回転軌跡の流出口側端部における接平面４３とのなす角度θは、２０°以上５０°以下であることが好ましく（本発明の構成要件である条件Ｇに相当する）、４０°であることが特に好ましい。
さらに、前方面２１の平面２１ｃは、以下の条件を満たしていることが好ましい。すなわち、前方面２１の平面２１ｃは、隣のタービン翼９の後方面２２と対向しているが、この対向する後方面２２の流出口側端部における接平面４２と平面２１ｃとは、平行をなしていることが好ましい（本発明の構成要件である条件Ｈに相当する）。 Furthermore, it is preferable that the rear surface 22 provided in the turbine blade 9 satisfies the following conditions. That is, the angle θ formed between the tangential plane 41 at the outlet side end of the rear surface 22 and the tangential plane 43 at the outlet side end of the rotation locus of the outlet side end of the rear surface 22 is 20 ° or more. The angle is preferably 50 ° or less (corresponding to the condition G that is a constituent of the present invention), and particularly preferably 40 °.
Furthermore, it is preferable that the flat surface 21c of the front surface 21 satisfies the following conditions. That is, the flat surface 21c of the front surface 21 faces the rear surface 22 of the adjacent turbine blade 9, but the tangential plane 42 and the flat surface 21c at the outlet side end of the opposite rear surface 22 are parallel to each other. It is preferable to do this (corresponding to the condition H which is a constituent requirement of the present invention).

さらに、曲率半径Ｒ２を有する凸状円柱面２１ａのうち流路の流入口３１から最も遠い部分と、この凸状円柱面２１ａに対向する隣のタービン翼９の後方面２２のうち流入口側端部との間の距離をＡとし、前方面２１の平面２１ｃと、この平面２１ｃに対向する隣のタービン翼９の後方面２２の流出口側端部における接平面４２との間の距離をＢ（すなわち、互いに平行なこれら平面２１ｃと接平面４２とに直交する直線の両平面２１ｃ，４２間の長さがＢである）とした場合に、距離Ｂは距離Ａ未満とすることが好ましい（本発明の構成要件である条件Ｉに相当する）。すなわち、流路の流出口３２の幅は、流入口３１の幅未満とすることが好ましい。   Further, a portion of the convex cylindrical surface 21a having a radius of curvature R2 farthest from the inlet 31 of the flow path and an inlet side end of the rear surface 22 of the adjacent turbine blade 9 facing the convex cylindrical surface 21a. And the distance between the flat surface 21c of the front surface 21 and the tangent plane 42 at the outlet side end of the rear surface 22 of the adjacent turbine blade 9 facing this flat surface 21c is B. In other words, the distance B is preferably less than the distance A in the case where the length between the two planes 21c and 42 that are orthogonal to the plane 21c and the tangential plane 42 parallel to each other is B. This corresponds to the condition I which is a constituent requirement of the present invention). That is, the width of the outlet 32 of the flow path is preferably less than the width of the inlet 31.

これらの条件Ｇ，Ｈ，Ｉを満たしているため、流入口３１から流路内に流入した気体は、後方面２２への衝突により一旦流速が低下するが、その後に前方面２１の平面２１ｃと後方面２２との間の部分を通過する際に流速が高められる。この流速が高められた気体が流出口３２から流路外に流出する直前に反動力が生じ、この反動力を後方面２２が受けるため、ノズル１０から噴出される気体の衝撃力とともに該反動力も回転駆動力に変換される。よって、衝撃力のみを利用した一般的なエアタービン駆動方式のスピンドル装置と比べて、気体の運動エネルギーを極めて高効率で回転駆動力に変換することができる。その結果、比較的低流量の気体を用いても、スピンドル装置の高速回転、高トルクを達成可能である。   Since these conditions G, H, and I are satisfied, the flow rate of the gas that has flowed into the flow path from the inflow port 31 is once reduced due to the collision with the rear surface 22. The flow velocity is increased when passing through the portion between the rear surface 22. A reaction force is generated immediately before the gas with the increased flow velocity flows out of the flow path from the outlet 32, and this reaction force is received by the rear surface 22. Therefore, the reaction force is also generated along with the impact force of the gas ejected from the nozzle 10. Converted to rotational driving force. Therefore, the kinetic energy of gas can be converted into a rotational driving force with extremely high efficiency as compared with a general air turbine driving type spindle device that uses only an impact force. As a result, high-speed rotation and high torque of the spindle device can be achieved even when a relatively low flow rate gas is used.

また、特許文献１，２に開示の技術では、気体の流路の断面積（流路内を流れる気体の流れ方向に直交する平面による断面積）が大きいので、タービン翼を切削加工で作製する場合には加工量が多くなり加工コストが高くなるが、本実施形態の技術であれば気体の流路の断面積が小さいので、タービン翼９を切削加工で作製する場合の加工量が少なく、加工コストが低い。   Further, in the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2, since the cross-sectional area of the gas flow path (the cross-sectional area by a plane perpendicular to the flow direction of the gas flowing in the flow path) is large, the turbine blade is manufactured by cutting. In this case, the amount of processing increases and the processing cost increases, but with the technique of this embodiment, the cross-sectional area of the gas flow path is small, so the processing amount when the turbine blade 9 is manufactured by cutting is small, Processing cost is low.

一方、スピンドル装置が高速回転すると大きな遠心力が発生するため、タービン翼９には径方向外方に向かう応力及び軸方向に向かう応力（本実施形態においては、タービン翼９がタービン羽根車６の後端側の平面６ｂに形成されているので、軸方向先端側に向かう応力）が負荷されることとなる。その結果、タービン翼９に変形が生じやすくなる。特に、タービン翼９は、タービン羽根車６の平面６ｂから突出して形成されているため、タービン翼９のうちタービン羽根車６との境界部分９ａに応力が集中しやすい。   On the other hand, since a large centrifugal force is generated when the spindle device rotates at high speed, the turbine blade 9 has a radially outward stress and an axially directed stress (in the present embodiment, the turbine blade 9 is connected to the turbine impeller 6). Since it is formed on the flat surface 6b on the rear end side, stress (stress toward the front end side in the axial direction) is applied. As a result, the turbine blade 9 is likely to be deformed. In particular, since the turbine blade 9 is formed so as to protrude from the flat surface 6 b of the turbine impeller 6, stress tends to concentrate on a boundary portion 9 a between the turbine blade 9 and the turbine impeller 6.

仮に、タービン羽根車６の平面６ｂとタービン翼９の側面９ｂ（タービン翼９の外面のうち突出方向に沿う面であり、例えば前方面２１や後方面２２）とが直角に交差し、該交差により形成される隅部が角形であると、この角形の隅部に応力が集中するため、タービン翼９に変形が生じやすく、さらに、タービン翼９に繰り返し負荷される応力の大きさが、タービン翼９を構成する材料の疲労限度以上になると、タービン翼９が繰り返し運転により破損するおそれがある。   Temporarily, the plane 6b of the turbine impeller 6 and the side surface 9b of the turbine blade 9 (the surface along the protruding direction of the outer surface of the turbine blade 9 such as the front surface 21 and the rear surface 22) intersect at right angles, and the intersection If the corner formed by the step is square, stress concentrates on the corner of the square, so that the turbine blade 9 is likely to be deformed. If the fatigue limit of the material constituting the blade 9 is exceeded, the turbine blade 9 may be damaged by repeated operation.

しかしながら、本実施形態のスピンドル装置においては、タービン翼９の突出方向に沿う平面で切断した境界部分９ａの側面の断面形状を曲線とすることにより、タービン翼９のうち境界部分９ａが、図５，６に示すように、タービン羽根車６の平面６ｂからの突出長さが一定でない形状をなしている。すなわち、タービン翼９のうち境界部分９ａは、図６から分かるように、タービン羽根車６の平面６ｂからの突出長さが、タービン翼９の外端部から内側に向かって徐々に長くなる形状をなしている。前記曲線の種類は特に限定されるものではないが、図５，６に示すように、円弧が好ましい。   However, in the spindle device of the present embodiment, the boundary portion 9a of the turbine blade 9 is curved as shown in FIG. 5 by making the cross-sectional shape of the side surface of the boundary portion 9a cut along a plane along the protruding direction of the turbine blade 9 into a curve. , 6, the protruding length of the turbine impeller 6 from the plane 6 b is not constant. That is, the boundary portion 9a of the turbine blade 9 has a shape in which the protruding length from the plane 6b of the turbine impeller 6 gradually increases inward from the outer end portion of the turbine blade 9 as can be seen from FIG. I am doing. The type of the curve is not particularly limited, but an arc is preferable as shown in FIGS.

よって、タービン羽根車６の平面６ｂとタービン翼９の側面９ｂとは直角に交差しておらず、境界部分９ａによって滑らかに連続しており、前記交差により形成される隅部が丸形となっている。言い換えれば、前記交差により形成される隅部に、丸み付け（日本工業規格ＪＩＳ Ｂ０７０１に規定のもの）が施されている。その結果、境界部分９ａへの応力集中が緩和されるので、スピンドル装置が高速回転条件で使用されて遠心力によって大きな応力がタービン翼９に負荷されたとしても、タービン翼９の変形が防止される。これにより、タービン翼９に繰り返し負荷される応力の大きさが、タービン翼９を構成する材料の疲労限度以上になりにくくなるので、タービン翼９が繰り返し運転により破損するおそれはほとんどない。   Therefore, the plane 6b of the turbine impeller 6 and the side surface 9b of the turbine blade 9 do not intersect at right angles, and are smoothly continuous by the boundary portion 9a, and the corner formed by the intersection is round. ing. In other words, the corner formed by the intersection is rounded (specified in Japanese Industrial Standard JIS B0701). As a result, stress concentration on the boundary portion 9a is alleviated, so that deformation of the turbine blade 9 is prevented even when the spindle device is used under high-speed rotation conditions and a large stress is applied to the turbine blade 9 by centrifugal force. The As a result, the magnitude of the stress repeatedly applied to the turbine blade 9 is less likely to exceed the fatigue limit of the material constituting the turbine blade 9, so that there is almost no possibility that the turbine blade 9 will be damaged by repeated operation.

なお、タービン翼９を切削加工で作製する場合の加工性、及び、流路内の気体の流れやすさを考慮すると、境界部分９ａの前記円弧の曲率半径は０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
また、図５，６に示すように、境界部分９ａの全て（すなわち、タービン翼９の全周）を、タービン羽根車６の平面６ｂからの突出長さが一定でない形状とすることが好ましく、そうすれば応力集中を緩和する効果が最も高いが、境界部分９ａの一部を、タービン羽根車６の平面６ｂからの突出長さが一定でない形状としてもよい。 In consideration of workability when the turbine blade 9 is manufactured by cutting and ease of gas flow in the flow path, the radius of curvature of the arc of the boundary portion 9a is 0.1 mm or more and 0.5 mm or less. It is preferable to do.
Further, as shown in FIGS. 5 and 6, it is preferable that the entire boundary portion 9a (that is, the entire circumference of the turbine blade 9) has a shape in which the protruding length from the plane 6b of the turbine impeller 6 is not constant, Then, the effect of alleviating stress concentration is the highest, but a part of the boundary portion 9a may have a shape in which the protruding length of the turbine impeller 6 from the plane 6b is not constant.

さらに、本実施形態においては、前記交差により形成される隅部に丸み付けを施したが、面取りを施してもよい。すなわち、タービン翼９の突出方向に沿う平面で切断した境界部分９ａの側面の断面形状を、タービン羽根車６の平面６ｂに対して傾斜する直線とすることにより、タービン翼９のうち境界部分９ａが、タービン羽根車６の平面６ｂからの突出長さが一定でない形状をなしていてもよい。境界部分９ａの前記直線の傾斜角度は４５°が好ましいが、他の角度でもよい。   Furthermore, in the present embodiment, the corner formed by the intersection is rounded, but it may be chamfered. That is, by making the cross-sectional shape of the side surface of the boundary portion 9 a cut along the plane along the protruding direction of the turbine blade 9 into a straight line inclined with respect to the plane 6 b of the turbine impeller 6, the boundary portion 9 a of the turbine blade 9. However, the protruding length from the plane 6b of the turbine impeller 6 may be a shape that is not constant. The inclination angle of the straight line of the boundary portion 9a is preferably 45 °, but may be another angle.

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の後端部に取り付けられた給気用部品３の外面に開口する軸受用給気口１１に圧縮空気等による気体を供給すると、この気体は軸受用給気路１２を通って多孔質部材４の外周面側に達する。そして、気体は多孔質部材４中を通って、多孔質部材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の後端側端面から噴出し、フランジ部６の平面６ａに吹き付けられる。   Next, the operation of this spindle device will be described. When a gas such as compressed air is supplied to a bearing air supply port 11 that opens to the outer surface of the air supply component 3 attached to the rear end of the housing 1, the gas passes through the bearing air supply passage 12 and becomes porous. It reaches the outer peripheral surface side of the member 4. The gas passes through the porous member 4 and is ejected from the inner peripheral surface of the porous member 4 and blown to the outer peripheral surface of the rotating shaft 2, and is ejected from the rear end side end surface of the porous member 5, and the flange Sprayed onto the flat surface 6 a of the part 6.

これにより、回転軸２の外周面と多孔質部材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の平面６ａに作用した反力により、回転軸２が軸方向後端側に移動し、フランジ部６の平面６ａと多孔質部材５の後端側端面は非接触状態となる。そして、磁石７により生じた磁気力（引力）と前記反力とが釣り合う位置で、回転軸２が浮上支持される。   Thereby, the outer peripheral surface of the rotating shaft 2 and the inner peripheral surface of the porous member 4 are brought into a non-contact state, and the rotating shaft 2 is supported in a floating manner. Further, due to the reaction force acting on the flat surface 6a of the flange portion 6, the rotary shaft 2 moves to the axial rear end side, and the flat surface 6a of the flange portion 6 and the rear end side end surface of the porous member 5 are in a non-contact state. . Then, the rotary shaft 2 is levitated and supported at a position where the magnetic force (attraction) generated by the magnet 7 and the reaction force are balanced.

このような気体軸受への気体の供給と同時に又は遅れて、給気用部品３内に形成されたタービン用給気路１５に圧縮空気等による気体を供給すると、タービン用給気路１５を流れた気体はノズル１０へと至り、回転軸２の後端側端部に同心に設けられたタービン羽根車６のタービン翼９に気体が吹き付けられるため、回転軸２がタービン羽根車６と一体に高速で回転駆動される。このとき、タービン翼９に吹き付けられた気体の衝撃力とともに、気体がタービン羽根車６の外に流出する直前に生じる反動力も回転駆動力に変換されるので、気体の運動エネルギーが極めて高効率で回転駆動力に変換される。   When gas such as compressed air is supplied to the turbine air supply passage 15 formed in the air supply component 3 simultaneously with or behind the supply of the gas to the gas bearing, the gas flows through the turbine air supply passage 15. The gas reaches the nozzle 10 and is blown onto the turbine blade 9 of the turbine impeller 6 concentrically provided at the rear end side end of the rotary shaft 2, so that the rotary shaft 2 is integrated with the turbine impeller 6. Driven at high speed. At this time, the reaction force generated just before the gas flows out of the turbine impeller 6 is also converted into the rotational driving force together with the impact force of the gas blown to the turbine blades 9, so that the kinetic energy of the gas is extremely high efficiency. Converted to rotational driving force.

このような本実施形態のスピンドル装置は、静電塗装装置に適用することができる。静電塗装装置は、スピンドル装置と、塗料を飛散霧化するための塗装用治具であるベルカップ（図示せず）と、例えば塗料，シンナーをベルカップに供給する各供給管（図示せず）と、塗料に電荷を印加する高電圧発生器（図示せず）と、を備えている。塗料供給管及びシンナー供給管は、中空の回転軸２の内部に挿通されており、ベルカップは回転軸２の先端に一体回転可能に取り付けられている。   Such a spindle apparatus of the present embodiment can be applied to an electrostatic coating apparatus. The electrostatic coating device includes a spindle device, a bell cup (not shown) which is a coating jig for spraying paint, and each supply pipe (not shown) for supplying paint and thinner to the bell cup. ) And a high voltage generator (not shown) for applying an electric charge to the paint. The paint supply pipe and the thinner supply pipe are inserted into the hollow rotary shaft 2, and the bell cup is attached to the tip of the rotary shaft 2 so as to be integrally rotatable.

高電圧発生器によって回転軸２の内部を高電圧の静電場に置くとともに、気体をタービン羽根車６のタービン翼９に吹き付けて回転軸２を高速回転させた状態で、回転軸２の内部を通る塗料供給管及びシンナー供給管を介して塗料及びシンナーをベルカップに供給する。すると、回転軸２の先端で高速回転しているベルカップから、帯電霧化した塗料が被塗装物に噴霧される。これにより、被塗装物の塗装を行うことができる。ベルカップのサイズ、形状等を変更すれば、様々な被塗装物への塗装が可能である。   The inside of the rotating shaft 2 is placed in a high-voltage electrostatic field by a high voltage generator, and the inside of the rotating shaft 2 is rotated at a high speed by blowing gas onto the turbine blades 9 of the turbine impeller 6. The paint and thinner are fed to the bell cup through the paint supply pipe and the thinner supply pipe. Then, the charged atomized paint is sprayed on the object to be coated from the bell cup rotating at high speed at the tip of the rotating shaft 2. As a result, the object to be coated can be painted. By changing the size and shape of the bell cup, it is possible to paint on various objects.

なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、遠心力による破損や繰り返し応力による破損が生じなければ、タービン翼９の材質は特に限定されるものではない。よって、密度の小さい材質でタービン翼９を構成すれば、回転開始から所定の回転速度に到達するまでの時間が短くなるので、例えば、スピンドル装置を静電塗装装置に適用した場合には、塗装作業時間の短縮を図ることができる。
また、タービン羽根車６のタービン翼９に吹き付ける気体の種類は、特に限定されるものではなく、圧縮空気等の空気の他、窒素、水蒸気等の他種の気体を用いることも可能である。 In addition, this embodiment shows an example of this invention and this invention is not limited to this embodiment. For example, the material of the turbine blade 9 is not particularly limited as long as damage due to centrifugal force or damage due to repeated stress does not occur. Therefore, if the turbine blades 9 are made of a material having a low density, the time from the start of rotation until reaching a predetermined rotational speed is shortened. For example, when the spindle device is applied to an electrostatic coating device, the coating is performed. Work time can be shortened.
In addition, the type of gas blown to the turbine blade 9 of the turbine impeller 6 is not particularly limited, and other types of gas such as nitrogen and water vapor can be used in addition to air such as compressed air.

１ ハウジング
２ 回転軸
３ 給気用部品
４ 多孔質部材
５ 多孔質部材
６ タービン羽根車
６ａ 平面
６ｂ 平面
７ 磁石
９ タービン翼
９ａ 境界部分
９ｂ 側面
１０ ノズル
２１ 前方面
２１ａ 曲率半径Ｒ２を有する凸状円柱面
２１ｂ 曲率半径Ｒ３を有する凸状円柱面
２１ｃ 平面
２２ 後方面
３１ 流入口
３２ 流出口
４１ 接平面
４２ 接平面
４３ 接平面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Housing 2 Rotating shaft 3 Air supply part 4 Porous member 5 Porous member 6 Turbine impeller 6a Plane 6b Plane 7 Magnet 9 Turbine blade 9a Boundary part 9b Side face 10 Nozzle 21 Front face 21a Convex cylinder with curvature radius R2 Surface 21b Convex cylindrical surface having radius of curvature R3 21c Plane 22 Rear surface 31 Inlet 32 Outlet 41 Tangential plane 42 Tangential plane 43 Tangential plane

Claims (8)

略筒状のハウジングと、前記ハウジングに挿通され軸受を介して回転自在に支持された回転軸と、前記回転軸に同心に取り付けられ前記回転軸と一体に回転するタービン羽根車と、前記タービン羽根車を回転させるための気体を噴出するノズルと、前記タービン羽根車に形成され前記ノズルから噴出された気体を受ける複数のタービン翼と、を備え、以下の６つの条件Ａ〜Ｆを満足することを特徴とするスピンドル装置。
条件Ａ：前記複数のタービン翼は、前記タービン羽根車の外周に沿って環状に並べられており、隣接するタービン翼同士の間隔は等間隔とされている。
条件Ｂ：前記各タービン翼は、前記タービン羽根車の表面から突出して形成されており、前記タービン羽根車の表面からの突出長さが一定でない形状をなしている。
条件Ｃ：前記各タービン翼は、前記タービン羽根車の回転方向の前方に向く前方面と、前記タービン羽根車の回転方向の後方に向き前記気体を受ける後方面と、を備えている。
条件Ｄ：前記後方面は、曲率半径Ｒ１を有する凹状円柱面であり、前記前方面は、Ｒ１よりも大きい曲率半径Ｒ２を有する凸状円柱面と平面との間に、Ｒ１よりも小さい曲率半径Ｒ３を有する凸状円柱面を配して、滑らかに連続させた面である。
条件Ｅ：隣接する２つのタービン翼の対向する前方面と後方面とに挟まれた空間が、前記凹状円柱面の円弧状湾曲に沿う方向に前記気体が流れる流路を構成し、前記ノズルから噴出された気体が、前記流路の一端側の開口から流入し、前記凹状円柱面の円弧状湾曲に沿う方向に流れて他端側の開口から流出するようになっている。
条件Ｆ：前方面を構成する３つの面のうち曲率半径Ｒ２を有する凸状円柱面が、曲率半径Ｒ３を有する凸状円柱面を挟んで前記流路の流入口側に配され、平面が前記流路の流出口側に配されている。 A substantially cylindrical housing; a rotating shaft that is inserted into the housing and rotatably supported via a bearing; a turbine impeller that is concentrically attached to the rotating shaft and rotates integrally with the rotating shaft; and the turbine blade A nozzle for ejecting a gas for rotating the vehicle, and a plurality of turbine blades that are formed in the turbine impeller and receive the gas ejected from the nozzle, and satisfy the following six conditions A to F: A spindle device characterized by
Condition A: The plurality of turbine blades are arranged in an annular shape along the outer periphery of the turbine impeller, and the intervals between adjacent turbine blades are equal.
Condition B: The turbine blades are formed so as to protrude from the surface of the turbine impeller, and the protruding length from the surface of the turbine impeller is not constant.
Condition C: Each turbine blade includes a front surface facing forward in the rotation direction of the turbine impeller and a rear surface facing rearward in the rotation direction of the turbine impeller and receiving the gas.
Condition D: The rear surface is a concave cylindrical surface having a radius of curvature R1, and the front surface is a radius of curvature smaller than R1 between a convex cylindrical surface having a radius of curvature R2 larger than R1 and a plane. It is the surface which provided the convex cylindrical surface which has R3, and was made to continue smoothly.
Condition E: a space sandwiched between the opposed front and rear surfaces of two adjacent turbine blades constitutes a flow path for the gas to flow in a direction along the arcuate curve of the concave cylindrical surface, and from the nozzle The ejected gas flows from the opening on one end side of the flow path, flows in a direction along the arcuate curve of the concave cylindrical surface, and flows out from the opening on the other end side.
Condition F: A convex cylindrical surface having a radius of curvature R2 among the three surfaces constituting the front surface is disposed on the inlet side of the flow channel across the convex cylindrical surface having a radius of curvature R3, and the plane is It is arranged on the outlet side of the channel. 前記タービン翼のうち前記タービン羽根車との境界部分が、前記タービン羽根車の表面からの突出長さが一定でない形状をなしていることを特徴とする請求項１に記載のスピンドル装置。   2. The spindle device according to claim 1, wherein a boundary portion between the turbine blades and the turbine impeller has a shape in which a protruding length from a surface of the turbine impeller is not constant. 前記タービン翼の突出方向に沿う平面で切断した前記境界部分の外面の断面形状が曲線であることを特徴とする請求項２に記載のスピンドル装置。   The spindle device according to claim 2, wherein a cross-sectional shape of an outer surface of the boundary portion cut along a plane along a protruding direction of the turbine blade is a curve. 前記曲線が円弧であることを特徴とする請求項３に記載のスピンドル装置。   The spindle device according to claim 3, wherein the curved line is an arc. 前記円弧の曲率半径が０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載のスピンドル装置。   The spindle device according to claim 4, wherein a radius of curvature of the arc is 0.1 mm or more and 0.5 mm or less. 以下の３つの条件Ｇ〜Ｉをさらに満足することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のスピンドル装置。
条件Ｇ：後方面の前記流出口側端部における接平面と、この後方面の前記流出口側端部の回転軌跡の前記流出口側端部における接平面とのなす角度が、２０°以上５０°以下である。
条件Ｈ：前方面の平面は、隣接するタービン翼の後方面と対向しているが、この対向する後方面の前記流出口側端部における接平面と平行をなしている。
条件Ｉ：曲率半径Ｒ２を有する凸状円柱面のうち前記流路の流入口から最も遠い部分と、この凸状円柱面に対向する隣接するタービン翼の後方面のうち前記流入口側端部との間の距離をＡとし、前方面の平面と、この平面に対向する隣接するタービン翼の後方面の前記流出口側端部における接平面との間の距離をＢとして、距離Ｂは距離Ａ未満である。 The spindle apparatus according to claim 1, further satisfying the following three conditions G to I.
Condition G: An angle formed by a tangential plane at the outlet side end portion of the rear surface and a tangential plane at the outlet side end portion of the rotation trajectory of the outlet side end portion of the rear surface is 20 ° or more and 50 ° or less.
Condition H: The plane of the front surface faces the rear surface of the adjacent turbine blade, but is parallel to the tangential plane at the end portion on the outlet side of the facing rear surface.
Condition I: A portion of the convex cylindrical surface having the radius of curvature R2 farthest from the inlet of the flow path, and the inlet side end of the rear surface of the adjacent turbine blade facing the convex cylindrical surface. And the distance between the plane of the front surface and the tangent plane at the outlet side end of the rear surface of the adjacent turbine blade facing the plane is B, and the distance B is the distance A Is less than. 以下の条件Ｊをさらに満足することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のスピンドル装置。
条件Ｊ：前記ノズルから噴出される前記気体の噴出方向と、前記気体を受ける後方面を構成する凹状円柱面のうち前記流入口側端部と、のなす角度が７５°以上１０５°以下である。 The spindle apparatus according to claim 1, further satisfying the following condition J:
Condition J: The angle formed by the gas jetting direction from the nozzle and the inlet side end portion of the concave cylindrical surface constituting the rear surface that receives the gas is 75 ° or more and 105 ° or less. . 請求項１〜７のいずれか一項に記載のスピンドル装置を備えることを特徴とする静電塗装装置。   An electrostatic coating apparatus comprising the spindle device according to claim 1.

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