JP2006077797A - スピンドル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンバランス及びジャイロモーメントの許容度が優れたスピンドル装置を提供する。
【解決手段】静電塗装機用エアスピンドル装置は、回転軸３と、回転軸３が挿通されたハウジング４と、ハウジング４を収容する装置ケース１と、を備えている。ハウジング４の内周面には多孔質部材５が取り付けられており、多孔質部材５の内周面から回転軸３の外周面に圧縮空気を吹き出すことにより、ラジアル軸受である気体軸受が形成される。また、回転軸３にはフランジ部６が形成されており、ハウジング４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が取り付けられている。そして、多孔質部材５からフランジ部６の平面６ａに圧縮空気を吹き出すとともに、磁石７によりフランジ部６を引きつけることにより、スラスト軸受である複合軸受が形成される。さらに、ハウジング４は、弾性体８を介して装置ケース１に支持されている。
【選択図】 図１

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、例えば特許文献１に記載のものがあげられる（図２を参照）。このスピンドル装置においては、回転軸１０１はラジアル軸受とスラスト軸受とによって回転自在に支持されており、回転軸１０１のラジアル方向の動きは、回転軸１０１の周囲に配された円筒状の多孔質部材１０２の内周面から回転軸１０１の外周面に吹き出される圧縮空気を用いたラジアル軸受によって規制されている。

また、回転軸１０１のスラスト方向の動きは、多孔質部材１０２の端面（図２においては右側端面）からスピンドル装置のケース１０３に吹き出される圧縮空気と、ケース１０３に取り付けられ回転軸１０１のフランジ部１０１ａを引きつける磁石１０４と、を用いたスラスト軸受によって規制されている。このスラスト軸受においては、多孔質部材１０２からケース１０３に圧縮空気を吹き出すことにより生じる反力と、磁石１０４により生じる磁気力（引力）とが釣り合っている。
特開２０００−２４０４０２号公報

静電塗装機用の高速回転エアスピンドル装置に求められる性能としては、ベルカップ部の汚れ，傷等により発生する回転軸のズレ（以降はアンバランスと記すこともある）の許容度と、ロボットアーム等の先端に搭載された状態で高速回転しつつロボットアームが旋回した場合に発生するジャイロモーメント（モーメント負荷）の許容度との２つがあげられる。

特許文献１のスピンドル装置を、静電塗装機用の高速回転エアスピンドル装置として用いた場合には、下記のような問題がある。
（１）アンバランスの許容度に関して：ラジアル軸受を構成する多孔質部材１０２は、Ｏリングのような弾性材１０５を介してケース１０３に弾性的に支持されており、ラジアル方向に可動な状態となっているので、回転軸１０１のラジアル方向の振れ回りに対応して多孔質部材１０２がラジアル方向に動くことにより、多孔質部材１０２と回転軸１０１との接触が回避される。しかしながら、スラスト軸受を構成する磁石１０４はケース１０３に固定されているため、回転軸１０１のアキシアル方向の振れ回りには対応できず、僅かなアンバランスでも多孔質部材１０２と回転軸１０１とが接触するおそれがあった。

（２）ジャイロモーメントの許容度に関して：軸受よりも剛性の低いＯリングはジャイロモーメントによってつぶれやすく、その結果、回転軸１０１と磁石１０４とが接近して、磁石１０４により生じる引力が増加してしまうので、多孔質部材１０２と回転軸１０１とが接触するおそれがあった。
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、アンバランス及びジャイロモーメントの許容度が優れた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、本発明に係る請求項１のスピンドル装置は、回転軸と該回転軸が挿通された筒状の静止側部材との間に、ラジアル軸受とスラスト軸受とが設けられ、これら両軸受により装置ケース内に前記回転軸が回転自在に支持されたスピンドル装置であって、前記ラジアル軸受は、前記静止側部材の内周面から前記回転軸の外周面に吹き出される気体を用いた気体軸受であり、前記スラスト軸受は、前記静止側部材から前記回転軸に備えられたフランジ部に吹き出される気体と、前記静止側部材に備えられ前記フランジ部を引きつける磁石と、を用いた複合軸受であり、前記静止側部材は、弾性体を介して前記装置ケースに支持されていることを特徴とする。
また、本発明に係る請求項２のスピンドル装置は、請求項１に記載のスピンドル装置において、前記複合軸受は、前記フランジ部が有する２つの平面のうち一方に対して、前記気体の吹き出しと前記磁石による引きつけとを行っていることを特徴とする。

本発明のスピンドル装置は、アンバランス及びジャイロモーメントの許容度が優れている。

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。図１は、本発明に係るスピンドル装置の一実施形態である静電塗装機用エアスピンドル装置の構造を示す断面図である。
略筒状をなすとともに樹脂，セラミック等の絶縁材で構成された装置ケース１内に、先端にベルカップ２を備える回転軸３が挿通されている。この回転軸３は、装置ケース１内に収容されている筒状のハウジング４に挿通されており、ハウジング４と回転軸３との間に設けられたラジアル軸受及びスラスト軸受によって回転自在とされている。なお、本実施形態においては、回転軸３の両端のうちベルカップ２が備えられている側の端部を先端、反対側の端部を後端と記す。また、静電塗装機用エアスピンドル装置の図１における右側を先端側、左側を後端側と記す。

ここで、ラジアル軸受について詳細に説明する。ハウジング４の内周面には円筒状の多孔質部材５が取り付けられており、この多孔質部材５の内周面が回転軸３の外周面に対向している。そして、多孔質部材５の内周面から回転軸３の外周面に圧縮空気を吹き出すことにより気体軸受が形成され、回転軸３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３は外周面が多孔質部材５の内周面に接触することなく回転自在に支持される。なお、ハウジング４と多孔質部材５とが一体となったものが、本発明の構成要件である静止側部材に相当する。

次に、スラスト軸受について詳細に説明する。回転軸３は、後端近傍に、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３の外周面から突出する板状部でもよいし、回転軸３よりも大径な円筒部でもよい（図１には円筒部の場合を示してある）。ハウジング４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）が取り付けられており、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４の方に引きつけられている。また、ハウジング４に取り付けられた多孔質部材５の後端側端面はフランジ部６の平面６ａに対向しており、多孔質部材５からフランジ部６の平面６ａに圧縮空気が吹き出さ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に圧縮空気を吹き出す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３のスラスト方向の動きはこの複合軸受により規制されるので、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３が回転自在に支持される。
このように、ラジアル軸受及びスラスト軸受がハウジング４に形成されているので、ラジアル軸受とスラスト軸受とが一体化されている。そして、ラジアル軸受及びスラスト軸受が形成されているハウジング４は、例えばＯリングのような弾性体８を介して装置ケース１に弾性的に支持されている。

次に、この静電塗装機用エアスピンドル装置の動作について説明する。装置ケース１の後端側端面に形成された圧縮空気給気口１０に圧縮空気を供給すると、圧縮空気は圧縮空気通路１１を通って多孔質部材５の外周面側に達する。そして、圧縮空気は多孔質部材５中を通って、多孔質部材５の内周面から噴出し、回転軸３の外周面に吹き出されるとともに、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に吹き出される。すなわち、圧縮空気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３の外周面と多孔質部材５の内周面とが非接触状態となり、回転軸３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３が軸方向先端側に移動し、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３が浮上支持される。

このような圧縮空気の供給と同時に又は遅れてエアタービン用給気口１２に圧縮空気を供給すると、回転軸３の後端側端部に形成されたタービン羽根１３に圧縮空気が噴射されるため、回転軸３が高速回転駆動される。この状態で、回転軸３の内部に挿通された塗料フィードチューブ１４に塗料を供給すると、ベルカップ２から被塗装物へ塗料が噴霧される。

静電塗装機用エアスピンドル装置には、アンバランスの許容度とジャイロモーメントの許容度とがともに優れていることが要求される。本実施形態の静電塗装機用エアスピンドル装置は、ラジアル軸受とスラスト軸受とが形成されたハウジング４が、装置ケース１に弾性体８を介して弾性的に支持されているので、回転軸３のラジアル方向及びアキシアル方向の振れ回りに対応してハウジング４が動いて、多孔質部材５と回転軸１との接触が回避される。すなわち、ラジアル軸受とスラスト軸受とが一体となっているため、両者の位置関係は変化せず、一体となった両者が振れ回りに対応して動くから、多孔質部材５と回転軸３との接触が生じにくいのである。よって、本実施形態の静電塗装機用エアスピンドル装置は、アンバランスの許容度が優れている。

また、必要なスラスト軸受隙間が維持され、フランジ部６と磁石７とが接近しすぎることがないので、磁石７により生じる引力が増加することがなく、多孔質部材５と回転軸３との接触が生じにくい。よって、本実施形態の静電塗装機用エアスピンドル装置は、ジャイロモーメントの許容度が優れている。
さらに、本実施形態においては、フランジ部６に吹き出される気体と磁石７とを用いた複合軸受を、スラスト軸受として使用しているが、気体軸受をスラスト軸受として使用する場合と比べて、以下のような利点がある。

（Ａ）磁石を用いた軸受の方が気体軸受よりも軸受損失が小さい。
（Ｂ）気体軸受の場合は、フランジ部の両側から気体を吹き出す必要があるため、スピンドル装置の軸方向長さが長くなるが、複合軸受の場合は、フランジ部の２つの平面のうち一方に気体の吹き出しと磁石による引きつけとを行うので、スピンドル装置の軸方向長さを短くできる。
なお、気体の吹き出しと磁石による引きつけは、フランジ部の２つの平面のうち先端側の平面に対して行う方が好ましい。気体の噴出部及び磁石が、フランジ部の先端側に配されるので、フランジ部の後端側に配されるよりも、スピンドル装置の軸方向長さを短くできる。

本発明のスピンドル装置は、例えば静電塗装機用のエアスピンドル装置として好適である。

本発明に係るスピンドル装置の一実施形態である静電塗装機用エアスピンドル装置の構造を示す断面図である。 従来の静電塗装機用エア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 装置ケース
３ 回転軸
４ ハウジング
５ 多孔質部材
６ フランジ部
６ａ 平面
７ 磁石
８ 弾性体

Claims (2)

1. 回転軸と該回転軸が挿通された筒状の静止側部材との間に、ラジアル軸受とスラスト軸受とが設けられ、これら両軸受により装置ケース内に前記回転軸が回転自在に支持されたスピンドル装置であって、
   前記ラジアル軸受は、前記静止側部材の内周面から前記回転軸の外周面に吹き出される気体を用いた気体軸受であり、
   前記スラスト軸受は、前記静止側部材から前記回転軸に備えられたフランジ部に吹き出される気体と、前記静止側部材に備えられ前記フランジ部を引きつける磁石と、を用いた複合軸受であり、
   前記静止側部材は、弾性体を介して前記装置ケースに支持されていることを特徴とするスピンドル装置。
2. 前記複合軸受は、前記フランジ部が有する２つの平面のうち一方に対して、前記気体の吹き出しと前記磁石による引きつけとを行っ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。

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