CN111727325B - 主轴装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种主轴装置，能够在实现小型化的同时提高振动衰减效果，使旋转轴稳定地旋转。从推力轴承的后端面到旋转轴的重心的距离比推力轴承的面积中心的直径小，在旋转轴的轴向上，在向心轴承的中心与旋转轴的重心之间配置有至少一个O形环。

Description

主轴装置
技术领域
本发明涉及使用空气涡轮驱动方式的主轴装置。
背景技术
已知一种在静电涂装机中使用的主轴装置。例如，在专利文献1中记载了一种主轴装置，该主轴装置具备：在径向上支承旋转轴的轴颈轴承；在推力方向上支承旋转轴的推力轴承；经由轴颈轴承及推力轴承支承旋转轴的壳体；以及位于该壳体的外周侧的罩。在该主轴装置中，为了吸收因高速旋转而产生的振动，使主轴的动作稳定，在壳体与罩之间配置有O形环。
特别是，在专利文献1中记载了如下内容：以旋转轴的前侧大幅摇摆的方式，以壳体的轴向中心为起点规定O形环的位置，即使在O形环使用高强度的材料的情况下，也增大变形量，充分增大振动的衰减效果。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-223553号公报
发明内容
发明欲解决的技术问题
然而，在专利文献1所记载的主轴装置中，以在O形环使用高强度的材料的情况下的振动的衰减效果为目的。通常，若旋转轴的摇摆由于振动而变大，则轴颈轴承(向心轴承)或推力轴承会与旋转轴接触，导致旋转速度降低。
另外，对于实际的振动衰减而言，O形环相对于向心轴承的位置的配置而不是相对于壳体的中央的配置变得重要，因此要求进一步的改善。
并且，近年来，从主轴装置的轻量化、节能的观点出发，也存在小型化的要求严格、无法增加向心轴承的投影面积的情况，需要根据用途选择各种结构。
本发明的目的在于提供一种主轴装置，能够在实现小型化的同时提高振动衰减效果，使旋转轴稳定地旋转。
用于解决问题的技术手段
本发明的上述目的通过下述结构而得以实现。
(1)一种主轴装置，其特征在于，具备：
旋转轴，所述旋转轴中遍及圆周方向设置有多个涡轮叶片，并且能够在顶端部安装搭载物；
壳体，所述壳体容纳该旋转轴；
向心轴承，所述向心轴承被安装于该壳体，并利用气体的供给来将所述旋转轴相对于所述壳体非接触地浮起支承；
推力轴承，所述推力轴承被安装于所述壳体，并利用气体的供给来将所述旋转轴相对于所述壳体在推力方向上支承；
箱体，其以包围所述壳体的外周面的方式被配置；以及
多个O形环，所述O形环被配置在所述壳体和所述箱体之间，将所述壳体相对于所述箱体支承，
通过向所述多个涡轮叶片喷出气体，从而对所述旋转轴进行旋转驱动，
从所述推力轴承的后端面到所述旋转轴的重心为止的距离比所述推力轴承的面积中心的直径小，
在所述旋转轴的轴向上，在所述向心轴承的中心与所述旋转轴的中心之间，配置有至少一个所述O形环。
(2)主轴装置，其特征在于，所述向心轴承以及所述推力轴承是圆筒状的多孔质部件。
发明效果
根据本发明的主轴装置，在实现小型化的同时，O形环的允许力矩变大，能够提高振动衰减效果，使旋转轴稳定地旋转。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式所涉及的主轴装置的剖视图。
图2是图1的主轴装置的半剖视图。
符号说明
10 主轴装置
11 涡轮叶片
12 旋转轴
20 向心轴承
21 推力轴承
30 壳体
40 箱体
50 磁铁
61、62、63 O形环
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的一个实施方式所涉及的主轴装置进行详细说明。在以下的说明中，将图1所示的左侧称为前侧，将右侧称为后侧。
如图1及图2所示，本实施方式的主轴装置10是用于静电涂装机用的空气涡轮驱动方式的主轴装置。主轴装置10主要具备：旋转轴12，其在圆周方向设置有多个涡轮叶片11；向心轴承20，其为在径向上支承旋转轴12的静压气体轴承；推力轴承21，其为在推力方向上支承旋转轴12的静压气体轴承；磁铁50，其在推力方向吸引旋转轴12；壳体30，其容纳旋转轴12；以及箱体40，其配置为包围壳体30的外周面。
旋转轴12具有：圆筒部15，其在顶端部侧安装用于将涂料形成为雾状而喷雾的喷杯(搭载物)1；和圆板部16，其从该圆筒部15的后端部向径向外侧伸出。
多个涡轮叶片11通过对圆板部16的外周面进行加工而形成。
壳体30具备：圆筒部分31，其设置在旋转轴12的圆筒部15的周围，在内周面安装有向心轴承20；和圆板部分32，其设置于旋转轴12的圆板部16的前方，从圆筒部分31的后端部向径向外侧伸出。在圆板部分32形成有向后方开口的截面コ字状(截面矩形状)的环状槽33，以容纳推力轴承21。
箱体40具有前箱体41和后箱体42。前箱体41具备：小径部41a，其设置于壳体30的圆筒部分31的周围；和大径部41b，其设置于壳体30的圆板部分32的周围，该前箱体41形成为中空且带台阶的形状。后箱体42也形成为中空状，通过未图示的螺栓紧固固定于前箱体41的后端面。
向心轴承20是圆筒状的多孔质部件，与旋转轴12的圆筒部15的外周面对置。向心轴承20通过从后箱体42的后端面输送并经由在箱体40及壳体30形成的未图示的轴承空气供给路径供给空气，向旋转轴12的圆筒部15的外周面喷射压缩空气，将旋转轴12相对于壳体30以非接触的方式浮起支承。由此，旋转轴12被向心轴承20相对于壳体30在径向上支承。
推力轴承21是圆筒状的多孔质部件，其轴向后端面与旋转轴12的圆板部16的前侧面对置。推力轴承21通过由从上述轴承空气供给路径分支的路径供给气体，向旋转轴12的圆板部16的前侧面喷射压缩空气。
磁铁50被磁铁轭51保持，磁铁轭51与在壳体30的圆板部分32的内侧形成的磁铁安装部34螺合而安装。在该状态下，磁铁50与圆板部16的前侧面接近对置。
由此，利用磁铁50的磁力，圆板部16被向前方牵引。另一方面，推力轴承21通过朝向圆板部16的前侧面吹送压缩空气而产生反力，利用磁铁50的吸引力和推力轴承21的反力，将旋转轴12相对于壳体30在推力方向上支承。
为了缩短主轴装置10的轴向长度，壳体30的前端面30a与向心轴承20的前端面20a形成为大致同一平面。
在后箱体42上以与轴承空气供给路径不同的相位形成有用于向涡轮叶片11供给工作用的压缩空气的涡轮空气供给路径。而且，在后箱体42的内周面开口地形成有与涡轮空气供给路径连通的多个喷嘴。因此，通过控制向涡轮空气供给路径供给的空气的流量，旋转轴12能够得到规定的旋转速度。
在这样构成的主轴装置10中，通过向向心轴承20以及推力轴承21供给气体，从而旋转轴12成为旋转自如地支承于壳体30的状态，另外，通过从多个喷嘴朝向多个涡轮叶片11喷出气体，从而将喷流所具有的动能转换为旋转轴12的旋转驱动力，旋转轴12被旋转驱动。
在壳体30的圆筒部分31的外周面至少设置有三处(在本实施方式中为三处)环槽35，至少三个O形环(在本实施方式中为三个)61、62、63分别配置在这些环槽35中。三个O形环61、62、63弹性变形，它们的一部分分别与箱体40的内周面接触，壳体30与箱体40彼此在径向上具有间隙地配置。
根据旋转轴形状的情况，在从推力轴承21的后端面到旋转轴12的重心G为止的距离B比推力轴承21的面积中心(推力轴承21的内周面和外周面的径向中间位置)C2的直径A小的情况下，三个O形环61、62、63使负载、振动衰减，以使得这些不平衡负载或共振所产生的激振力不会直接传递至向心轴承20、推力轴承21，
特别是，在旋转轴12的轴向上，在向心轴承20的中心C1与旋转轴12的重心G之间配置有至少一个O形环61。由此，在旋转轴12摇摆的情况下，虽然通过向心轴承20的中心C1及推力轴承21的面积中心C2承受负载，但通过在更靠近旋转轴12的重心G的位置配置O形环61，能够容易使振动衰减，即使受到较大的振动也能够使旋转轴12稳定地旋转。
在从推力轴承21的后端面到旋转轴12的重心G为止的距离B比推力轴承21的面积中心C2的直径A小的情况下，径向力矩变小，因此O形环61配置在比向心轴承20的中心C1靠旋转轴12的重心G侧的位置是重要的。
向心轴承20的轴向配置可以是一个或多个。在具有多个向心轴承20的情况下，向心轴承20的中心C1是指多个向心轴承20整体的中心。
优选O形环61在旋转轴12的轴向上不与向心轴承20的中心C1重叠。
如图2所示，位于轴向两端的两个O形环61、63的支点间距离L1设计成比向心轴承20的支点间距离L2大。即，由于振动衰减作用大的O形环61、62、63的跨度形成得较宽，因此，也能够根据O形环61、62、63的紧固情况，获得用于使振动衰减的效果。
所谓向心轴承20的支点，既有表示向心轴承的两端的情况，也有表示在向心轴承的轴向中央处作为弹簧元件实际起刚性支承作用的支点的情况。
在本实施方式中，以旋转轴12的重心G在安装有喷杯1的状态下位于比向心轴承20的中心C1靠顶端部侧的位置的情况为前提。另一方面，在未安装喷杯1的状态下，在旋转轴12的重心G位于比向心轴承20的中心C1靠顶端部侧的位置的情况下，由于即使在安装有喷杯1的状态下，也位于比向心轴承20的中心C1靠顶端部侧的位置，因此通过本发明的结构能够得到同样的效果。
两个O形环62、63在旋转轴12的轴向上配置于任意的位置即可。并且，在轴承空气供给路径从箱体40的内周面通过两个O形环61、62之间或者两个O形环62、63之间去往壳体30的外周面的情况下，两个O形环61、62或两个O形环62、63能够兼作轴承供气的密封件。
本发明并不限定于前述的实施方式，能够适当进行变形、改良等。
例如，在本实施方式中，说明了将本发明的主轴装置用于静电涂装机的情况，但不限于此，也可以应用于半导体制造装置(晶片外周部倒角机)、机械加工物的毛边处理机。
在本实施方式中，采用了使用推力轴承21和磁铁50在推力方向上支承旋转轴12的结构，但也可以是使用多个气体轴承在推力方向上支承旋转轴12的结构。
并且，本发明的气体轴承不限于由多孔质部件构成，也可以是自成节流阀等其他的静压式。但是，使用多孔质部件的气体轴承容易确保刚性，所以，即使在气体的流量少的情况下也能够确保充分的刚性。
特别是，本实施方式成为在高速旋转下不平衡振动大的状态下的用途，因此若振动衰减效果不大，则存在应该是非接触的气体轴承咬粘的可能性。因此，使用多孔质部件的气体轴承在防止咬粘方面是有效的。
向心轴承20也可以在轴向上分割成多个而排列配置，在该情况下，优选将多个向心轴承保持于一个壳体30。
只要是在旋转轴12的轴向上，在向心轴承20的中心C1与旋转轴12的重心G之间配置至少一个O形环61的结构，则其他O形环只要相对于O形环61配置在前后的任意位置即可。
本申请基于2018年2月15日申请的日本专利申请(日本特愿2018-24672)，其内容作为参照而引用在本申请中。

Claims (4)

1.一种主轴装置，其特征在于，具备：
旋转轴，所述旋转轴中遍及圆周方向设置有多个涡轮叶片，并且能够在顶端部安装搭载物；
壳体，所述壳体容纳该旋转轴；
向心轴承，所述向心轴承被安装于该壳体，并利用气体的供给来将所述旋转轴相对于所述壳体非接触地浮起支承；
推力轴承，所述推力轴承被安装于所述壳体，并利用气体的供给来将所述旋转轴相对于所述壳体在推力方向上支承；
箱体，其以包围所述壳体的外周面的方式被配置；以及
多个O形环，所述O形环被配置在所述壳体和所述箱体之间，将所述壳体相对于所述箱体支承，
通过向所述多个涡轮叶片喷出气体，从而对所述旋转轴进行旋转驱动，
从所述推力轴承的与所述旋转轴对置的后端面到所述旋转轴的重心为止的距离比所述推力轴承的内周面和外周面的径向中间位置的直径小，
在所述旋转轴的轴向上，在所述向心轴承的中心与所述旋转轴的中心之间，配置有至少一个所述O形环。
2.如权利要求1所述的主轴装置，其特征在于，所述推力轴承的后端面是轴向的后端面。
3.如权利要求1所述的主轴装置，其特征在于，所述推力轴承的后端面与所述旋转轴的圆板部对置。
4.如权利要求1至3中任一项所述的主轴装置，其特征在于，所述向心轴承以及所述推力轴承是圆筒状的多孔质部件。
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