JP2017036716A - エアタービン駆動スピンドル - Google Patents
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Abstract
【課題】高速回転時のトルク損失を低減することにより駆動効率が向上されたエアタービン駆動スピンドルを提供する。【解決手段】軸部1Aと、軸部1Aに対しラジアル方向に延びるように形成されているスラスト板部1Bとを含む回転軸1と、気体を噴出可能に設けられている給気部13,14とを備える。回転軸1は、スラスト板部1B上においてスラスト方向に延びるように形成されている複数の回転翼15を有し、かつ、複数の回転翼15が給気部13,14から噴出された気体を受けることによりハウジング部内に回転可能に設けられる。複数の回転翼15は互いに間隔をあけて配置される。複数の回転翼15をスラスト方向開口部において接続する部材25をさらに備える。【選択図】図1
Description
本発明は、エアタービンにより回転駆動されるエアタービン駆動スピンドルに関する。
従来のエアタービン駆動スピンドルが、特開2013−241839号公報に開示されている。特開2013−241839号公報のスピンドル装置は、タービン羽根車のタービン翼を有している。当該タービン翼は、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を受けるため、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。
タービン翼のような回転翼が高速で回転しているとき、回転翼の周辺の空気は、回転翼との摩擦により高速回転している。当該回転翼が複数間隔をあけて凸形状として形成される場合、複数の回転翼とそれらに挟まれた領域との間には凹凸形状が形成されている。この凹凸形状の部分は、これが平坦な形状を有する場合に比べて、そこをタービンノズルからの駆動用気体が流れる際の抵抗および摩擦が大きくなる。このように回転翼の駆動用気体との間の摩擦が大きければ、周辺における気体の流れに乱れがあった場合にその影響を受けやすくなり、回転翼の回転状態にも影響を及ぼしやすくなる。
また回転翼の駆動用気体との間の摩擦が大きくなれば、回転翼の周囲におけるより多くの空気などの気体にもその影響が及ぶ。つまりより多くの空気とともに回転翼が回転するため、回転翼に加わる回転抵抗が大きくなる。したがって回転翼の回転効率が低下し、エアタービン駆動スピンドルの駆動効率が低下する可能性がある。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、高速回転時のトルク損失を低減することにより駆動効率が向上されたエアタービン駆動スピンドルを提供することである。
本発明に係るエアタービン駆動スピンドルは、ハウジング部と、ハウジング部の内部の軸部と、軸部に対しラジアル方向に延びるように形成されているスラスト板部とを含む回転軸と、ハウジング部の内部において気体を噴出可能に設けられている給気部とを備える。回転軸は、スラスト板部上においてスラスト方向に延びるように形成されている複数の回転翼を有し、かつ、複数の回転翼が給気部から噴出された気体を受けることによりハウジング部内に回転可能に設けられる。複数の回転翼は互いに間隔をあけて配置される。複数の回転翼をスラスト方向開口部において接続する部材をさらに備える。
本発明によれば、複数の回転翼をその排気部側において接続する部材を備えることにより、回転翼の排気部側には回転翼により形成された凹凸形状が存在せず平坦な面が存在することとなる。このため、回転翼の周囲を流れる駆動用気体などがスムーズに流れ、回転抵抗を小さくすることができ、高速回転時のトルク損失が低減される。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
(実施の形態1)
図1〜図4を参照して、本実施の形態に係るエアタービン駆動スピンドル100について説明する。図1は、エアタービン駆動スピンドル100を説明するための断面図である。
図1〜図4を参照して、本実施の形態に係るエアタービン駆動スピンドル100について説明する。図1は、エアタービン駆動スピンドル100を説明するための断面図である。
図1に示されるように、エアタービン駆動スピンドル100は、回転軸1と、回転軸1をラジアル方向に支持するジャーナル軸受7と、回転軸1をスラスト方向に支持するスラスト軸受8と、後述するハウジング部の内部において回転軸1に対し気体を噴出可能に設けられている給気部(駆動用給気路13および駆動用給気ノズル14)とを主に備える。ジャーナル軸受7およびスラスト軸受8は、たとえば静圧気体軸受として構成されている。そして、後述するように回転軸1には、回転軸1を回転させるための回転翼15が複数形成されている。この回転翼15のスラスト方向後側の表面を覆うようにして、キャップ25が回転翼15に接続されている。なお詳細は後述する。
まずエアタービン駆動スピンドル100の全体構成を説明する。回転軸1は、後述するハウジング部の内部において円筒形状を有する軸部1Aと、軸部1Aに対しラジアル方向に延びるように形成されているスラスト板部1Bとを含む。スラスト板部1Bは、軸部1Aのアキシャル方向における一方の端部に接続されている。以下、アキシャル方向においてスラスト板部1Bが設けられている軸部1Aの上記一方の端部側を後側、軸部1Aのアキシャル方向においてスラスト板部1Bと反対側に位置する軸部1Aの他方の端部側を前側という。回転軸1の軸部1Aおよびスラスト板部1Bには、スラスト方向に延びる第1貫通孔17が形成されている。エアタービン駆動スピンドル100が静電塗装機用に構成されている場合には、回転軸1の前側の端部には円錐形カップ(図示省略)が取り付けられ、第1貫通孔17の内部には円錐形カップに塗料を供給するための塗料噴射ノズルが配置される。スラスト板部1Bには、回転翼15、および被検出部19が形成されている。
スラスト板部1Bは、ラジアル方向において外周側に位置する領域が中央側に位置する領域(厚肉部1C)と、厚肉部1Cよりもスラスト方向における厚みが薄い薄肉部1Dとを有している。厚肉部1Cは上記第1貫通孔17(図1参照)を囲うように形成されており、薄肉部1Dは当該厚肉部1Cを囲うように形成されている。
回転翼15は、スラスト板部1Bの当該薄肉部1D上において、後側に位置する面からスラスト方向に延びるように形成されている。回転軸1は、回転翼15が駆動用給気ノズル14(図1参照)から噴出された気体を受けることにより回転可能に設けられている。図2に示すように、回転翼15は複数形成されている。複数の回転翼15は、回転軸1の回転方向に互いに間隔(隙間部)を隔てて設けられている。好ましくは、複数の回転翼15において隣り合う回転翼15は等間隔に設けられている。複数の回転翼15は、スラスト板部1Bの外周に沿って配置されている。複数の回転翼15のスラスト方向に垂直な断面形状は任意の形状であればよいが、たとえば、回転方向において前方に位置して回転方向に凸状に形成されている前方曲面部と、回転方向において後方に位置して回転方向に凸状に形成されている後方曲面部とを有している。
スラスト板部1Bにおいて、図3および図4に示すように、薄肉部1Dと厚肉部1Cとの境界領域は、スラスト方向における厚みがゆるやかに変化するように設けられている。スラスト板部1Bの後側に位置する面は、薄肉部1Dと厚肉部1Cとの間に曲面を有している。回転翼15における後側に位置する部分と厚肉部1Cにおける後側に位置する部分とは、それぞれ任意の寸法で形成されていればよいが、たとえばラジアル方向に延びる同一面上に形成されている。
図1および図2に示されるように、厚肉部1Cにおいて後側に位置する面上には、被検出部19が形成されている。被検出部19は、回転方向において分割される複数の領域毎に光の反射率が異なるように設けられている。図2に示されるように、被検出部19は、たとえば厚肉部1Cにおいて後側に位置する面のうち、回転方向における一方の半分の領域が他方の半分の領域よりもレーザ光などの光が照射されたときに反射光の強度が高くなるように設けられている。
回転軸1は、図1に示すように、軸部1Aの一部がハウジングアッシ2に収容されている。ハウジングアッシ2は、回転軸1の軸部1Aの外周面およびスラスト板部1Bの前側の平面の各一部に面しており軸部1Aの一部を囲むように形成されている軸受スリーブ4を含む。さらに、ハウジングアッシ2は、ラジアル方向において軸受スリーブ4よりも外周側に配置され軸受スリーブ4と固定されているハウジング3を含む。ハウジングアッシ2は、たとえばハウジング3がOリングを介してカバー5と接続されている。
ハウジング3、軸受スリーブ4、およびカバー5は、回転軸1の軸部1Aと軸受スリーブ4との間およびスラスト板部1Bと軸受スリーブ4との間にそれぞれ軸受隙間を形成可能に設けられており、かつ当該軸受隙間に気体を供給可能に設けられている。具体的には、ハウジング3、軸受スリーブ4、およびカバー5は、それぞれ軸受気体供給路10を有しており、それぞれの軸受気体供給路10は互いに接続されている。軸受気体供給路10は、その一方端がカバー5の外周面上の軸受気体供給口9と接続されており、他方端が軸部1Aと軸受スリーブ4との軸受隙間およびスラスト板部1Bと軸受スリーブ4との軸受隙間に接続されている。軸受気体供給路10において軸受隙間と接続されている部分の孔径は軸受気体供給口9の孔径よりも小さく、軸受気体供給路10において軸受隙間と接続されている部分にはいわゆる絞りが形成されている。ジャーナル軸受7は、軸受気体供給口9から軸受気体供給路10に供給された気体が軸部1Aと軸受スリーブ4との軸受隙間に供給されることにより構成される。スラスト軸受8は、軸受気体供給口9から軸受気体供給路10に供給された気体がスラスト板部1Bと軸受スリーブ4との軸受隙間に供給されることにより構成される。
ハウジング3には、スラスト板部1Bとスラスト方向において対向する領域には磁石16が配置されている。磁石16はスラスト板部1Bに対して磁気力を印加可能に設けられている。磁石16は、たとえば永久磁石である。磁石16は、たとえば回転翼15が形成されているスラスト板部1Bの薄肉部1Dとスラスト方向において対向するように設けられている。磁石16は、スラスト方向から見たときの平面形状がたとえば円環形状である。
カバー5は、スラスト方向においてノズル板6と固定されている。ノズル板6は、回転軸1においてハウジング3、軸受スリーブ4、およびカバー5に収容されていない部分(スラスト板部1Bのラジアル方向における外周端面およびスラスト板部1Bの後側に位置する面)を囲むように形成されている。ノズル板6、ハウジング3、軸受スリーブ4、およびカバー5を総称してハウジング部としている。
ノズル板6は、回転軸1よりも後側に配置されている。ノズル板6の内部には、スラスト板部1B上に形成されている回転翼15に駆動用気体が供給・排気される際に、駆動用気体が流通する流通路が形成されている。駆動用気体は、たとえば圧縮空気である。流通路は、駆動用気体給気口12と、駆動用給気路13と、駆動用給気ノズル14と、駆動用給気ノズル14に隣り合い回転翼15の配置位置を含むタービン空気排気路21と、駆動用気体排気空間20とを主に有している。さらに流通路は、その最外部であり駆動用気体排気空間20から駆動用気体が排気される出口としての排気孔11(排気部)および回転センサ挿入口18を有している。駆動用気体排気空間20は、回転軸1(スラスト板部1B)の回転軸後端22に対向する位置およびそれよりもラジアル方向に関する内側(第1貫通孔17の内側)の位置に形成されている。
ノズル板6には、回転翼15に駆動用気体を供給するための駆動用給気路13および駆動用給気ノズル14が形成されている。駆動用給気路13は、その一方端がノズル板6の外周面上の駆動用気体給気口12と接続されており、他方端が駆動用給気ノズル14に接続されている。駆動用給気ノズル14は、回転翼15に対し、ラジアル方向において回転軸1の外側から内側に向かって駆動用気体を噴出可能に設けられている。駆動用給気路13および駆動用給気ノズル14は、回転方向において互いに間隔を隔てて複数形成されていてもよい。つまり、駆動用給気路13および駆動用給気ノズル14は、回転方向に任意の間隔を隔てて設けられている回転翼15に対して、同一の回転方向に同時に駆動用気体を供給可能に設けられていてもよい。
図1〜図4(特に図2)に示すように、本実施の形態においては、複数の回転翼15のそれぞれのスラスト方向の後側の表面をすべて覆うように、キャップ25が配置される。このキャップ25は図1のスラスト方向後側から平面視したときに、たとえば環状(特に円環形状)を有している。
すなわち回転翼15は、回転軸1の回転方向に関して複数、互いに間隔をあけて配置されている。それらの回転翼15のすべてを回転翼15の後側(スラスト方向開口部)において互いに接続する部材として、複数の回転翼15の並ぶ方向に沿って環状に延びるキャップ25が配置されている。キャップ25のスラスト方向前側を向く環状の平面と、すべての回転翼15のスラスト方向後側の表面とが互いに接するように接続されている。したがってキャップ25は、複数の回転翼15のスラスト方向後側(排気部である排気孔11側)の表面同士を跨ぐように、回転翼15のスラスト方向後側の表面上に配置された、上記の接続する部材である。
ただし特に図3および図4を参照して、キャップ25が回転翼15と接する面においては、当該表面は全体が平坦とはなっておらず、段差が形成された領域を有している。この段差は、キャップ25の回転翼15と接触する表面と回転翼15のキャップ25と接するスラスト方向後側の表面との双方に形成されている。キャップ25の段差と回転翼15の段差とが互いに嵌合することにより両者が良好に接続されている。このためこれらの段差は嵌合部27(図4参照)である。嵌合部27においてキャップ25と回転翼15とが互いに組み付けられている。より具体的には、嵌合部27の段差により、キャップ25はそのラジアル方向外側がラジアル方向内側よりもスラスト方向の前方に突き出ているのに対し、回転翼15はそのラジアル方向内側がラジアル方向外側よりもスラスト方向の後方に突き出ている。
キャップ25の材料は、アルミニウム、ステンレス、鉄系材料、樹脂材料からなる群から選択されるいずれかであることが好ましい。しかし価格、強度および加工性に問題がなければ、キャップ25は上記の各材料に限らず、カーボンファイバまたはガラス繊維により形成されていてもよい。すなわちキャップ25は回転軸1と同一の鋼製の材料により形成されてもよいが、回転軸1とは異なる材料により形成されてもよく、いずれの場合においても後述するキャップ25の作用効果を奏することができる。
なおキャップ25がアルミニウム、ステンレス、または鉄系材料のいずれかからなる場合は、当該キャップ25は表面処理層を有していてもよい。具体的には、キャップ25に対してアルマイト処理、ニッケルめっき処理、クロムめっき処理、黒色処理(レイデント処理、レイデント処理相当品および黒色塗装処理)がなされることが好ましい。これらのうちいずれの処理を選択するかは、キャップ25の材料および表面処理の目的に応じて異なる。たとえばキャップ25がアルミニウムにより形成される場合には、アルマイト処理またはニッケルめっき処理がなされることが好ましい。またキャップ25がステンレスにより形成される場合には、ニッケルめっき処理がなされることが好ましい。いずれの処理を行なうにせよ、表面処理によりキャップ25の耐食性および耐摩耗性を向上させることができる。なおキャップ25に耐摩耗性が要求されない場合には、キャップ25に対して黒色塗装処理がなされてもよい。
静電塗装機用のエアタービン駆動スピンドル100は、溶剤雰囲気中で使用されるため、キャップ25が樹脂材料により形成される場合、当該樹脂材料には耐溶剤性が要求される。キャップ25を構成する樹脂材料は、ポリアセタール、ポリプロピレン、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、ポリカーボネートからなる群から選択されるいずれかであることが好ましい。ただしキャップ25が樹脂材料により形成され、かつキャップ25に耐溶剤性が要求されない場合には、キャップ25を構成する樹脂材料は、ポリエチレンまたはアクリルであってもよい。
次に、図5の比較例と対比しながら、本実施の形態の作用効果について説明する。なお図5の比較例(以降の一部の実施の形態の図面を含む)においては、エアタービン駆動スピンドルの全体ではなく、主要な部分(回転翼15およびその周辺部)のみを拡大図示している。
図5を参照して、比較例におけるエアタービン駆動スピンドル200は、基本的には実施の形態1に係るエアタービン駆動スピンドル100と同様の構成を有しているため、同一の構成要素については同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。ただし図5の比較例のエアタービン駆動スピンドル200においては、互いに間隔をあけて配置される複数の回転翼15のそれぞれのスラスト方向後側の表面がキャップ25により互いに同一の平面に覆われるように接続された構成を有していない。
この場合、回転翼15に供給される駆動用気体Fは、基本的には駆動用気体排気空間20から排気孔11(図1参照)の方へ流れるべきであるが、その一部はタービン空気排気路21からUターンして回転翼15のスラスト方向後側に回り込む。するとこの回り込んだ駆動用気体Fは回転翼15が複数並ぶ領域を、たとえばその複数の回転翼15が延びる方向に沿って流れる。これにより、回転軸1が回転する方向に沿って、回転翼15が配置される領域と配置されない領域とが交互に並び凹凸形状を構成しているため、駆動用気体Fは平坦な面上を流れる場合に比べて流通の抵抗および摩擦が大きくなる。また、回転翼15に供給される駆動用気体Fが複数の回転翼15のスラスト方向後側の開口から排出され、その排出により回転駆動力が低下する。さらにこの排出された気体がノズル板6との間での気体の乱れの発生および回転翼15の回転に対する摩擦の発生の原因にもなっていた。このように回転翼15の駆動用気体Fとの間の摩擦が大きければ、周辺における気体の流れに乱れがあった場合にその影響を受けやすくなり、回転翼15の回転状態にも影響を及ぼしやすくなる。
そこで本実施の形態のように、複数の回転翼15のそれぞれのスラスト方向後側の表面を、スラスト方向後側(排気部側)において接続する部材が備えられる。具体的には、複数の回転翼15のスラスト方向後側の表面同士を跨ぐように、つまり複数の回転翼15のスラスト方向後側の開口を塞ぐように、その表面上に環状のキャップ25が配置されている。
これにより、たとえば図4に示すように、たとえ図5のように駆動用気体Fがタービン空気排気路21から回転翼15(キャップ25)のスラスト方向後側の領域に回り込んだとしても、当該駆動用気体Fはキャップ25の平坦な表面上を回転軸1の回転方向に沿って流通することになる。すなわち図5の比較例の場合のように、回転翼15の配置される領域と配置されない領域とが交互に並ぶことによる凹凸形状の上を駆動用気体Fが流れる場合に比べて、駆動用気体Fの流れをスムーズにすることができ、周辺空気との抵抗および摩擦を大幅に低減することができる。
またこのように抵抗および摩擦を低減することにより、回転翼15の周囲における空気などの気体への影響を抑制することができ、回転翼15に加わる回転抵抗の増加、回転翼15の回転効率の低下、およびエアタービン駆動スピンドル100の駆動効率の低下を抑制することができる。
本実施の形態のエアタービン駆動スピンドル100においては、キャップ25および回転翼15は嵌合部27により互いに組み付けられている。また平面視においてキャップ25は円環形状を有しており、その円環形状の中心と、複数の回転翼15の並びにより形成される円環形状の平面視における中心との位置がほぼ一致するように、キャップ25と回転翼15とが互いに組み付けられている。これにより、キャップ25は回転翼15に対して強固に安定して組み付けられる。
(実施の形態2)
次に、図6を参照して、本実施の形態に係るエアタービン駆動スピンドル101について説明する。実施の形態2に係るエアタービン駆動スピンドル101は、基本的には実施の形態1に係るエアタービン駆動スピンドル100と同様の構成を備えるが、キャップ25のスラスト方向に関する後側には凸形状部26が形成されている点において異なる。凸形状部26は、キャップ25のラジアル方向に関する内側の領域において、他の領域よりもスラスト方向に関する後側に突き出るように形成されている。凸形状部26は、ノズル板6に形成された凹部6aに僅かな隙間をもって対向配置するようになっている。
次に、図6を参照して、本実施の形態に係るエアタービン駆動スピンドル101について説明する。実施の形態2に係るエアタービン駆動スピンドル101は、基本的には実施の形態1に係るエアタービン駆動スピンドル100と同様の構成を備えるが、キャップ25のスラスト方向に関する後側には凸形状部26が形成されている点において異なる。凸形状部26は、キャップ25のラジアル方向に関する内側の領域において、他の領域よりもスラスト方向に関する後側に突き出るように形成されている。凸形状部26は、ノズル板6に形成された凹部6aに僅かな隙間をもって対向配置するようになっている。
なお、これ以外の本実施の形態の構成は、実施の形態1の構成とほぼ同じであるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
次に本実施の形態の作用効果について説明する。本実施の形態は、基本的に実施の形態1と同様の作用効果を奏するが、その他に以下の作用効果を奏する。
本実施の形態においてはキャップ25に形成された凸形状部26が、タービン空気排気路21に達した駆動用気体Fがキャップ25のスラスト方向後側に回り込むことを遮断により抑制する役割を有している。このため実施の形態1よりもさらに確実に、凹凸形状を有する回転翼15の表面上を駆動用気体Fが流れることによる流通抵抗および摩擦の増加などの不具合を抑制することができる。
(実施の形態3)
次に、図7を参照して、本実施の形態に係るエアタービン駆動スピンドル102について説明する。実施の形態3に係るエアタービン駆動スピンドル102は、基本的には実施の形態1に係るエアタービン駆動スピンドル100と同様の構成を備えるが、回転翼15のスラスト方向後側の表面上にキャップ25が、ネジ29を用いた固定(ネジ固定)により組み付けられている。この点において本実施の形態は、キャップ25が回転翼15に嵌合(嵌め込み)により組み付けられる実施の形態1と異なっている。
次に、図7を参照して、本実施の形態に係るエアタービン駆動スピンドル102について説明する。実施の形態3に係るエアタービン駆動スピンドル102は、基本的には実施の形態1に係るエアタービン駆動スピンドル100と同様の構成を備えるが、回転翼15のスラスト方向後側の表面上にキャップ25が、ネジ29を用いた固定(ネジ固定)により組み付けられている。この点において本実施の形態は、キャップ25が回転翼15に嵌合(嵌め込み)により組み付けられる実施の形態1と異なっている。
このようにキャップ25を回転翼15に固定する方法は嵌め込みに限らずネジ固定であってもよい。またこれらの他にも、エアタービン駆動スピンドルにおけるキャップ25と回転翼15の排気部側(スラスト方向後側)の表面との接続部は、焼嵌め部、圧入部、かしめ部、接着部、嵌め込み部、ネジ固定部、溶接部、ろう接部、溶着部、圧接部からなる群から選択されるいずれかであることが好ましい。なおキャップ25を回転翼15に固定する際には、上記の群から選択される2つ以上の方法が複合して用いられてもよい。たとえば溶接により両者を固着させる場合には、スポット溶接またはレーザ溶接が用いられることが好ましい。これらのいずれの方法を用いても、キャップ25を回転翼15の表面上に安定に固定させることができ、駆動用気体Fの抵抗および摩擦の増大を抑制することが可能である。
(実施の形態4)
次に、図8を参照して、本実施の形態に係るエアタービン駆動スピンドル103について説明する。なお図8(B)は図8(A)中のVIIIB−VIIIB線に沿う部分を説明するための断面図である。本実施の形態においても他の実施の形態と同様に、複数の回転翼15は回転軸1の回転方向に関して互いに間隔をあけて配置され、そのスラスト方向後側において互いに同一の平面に覆われるように接続されている。ただし本実施の形態の回転翼15はキャップ25を用いていない。
次に、図8を参照して、本実施の形態に係るエアタービン駆動スピンドル103について説明する。なお図8(B)は図8(A)中のVIIIB−VIIIB線に沿う部分を説明するための断面図である。本実施の形態においても他の実施の形態と同様に、複数の回転翼15は回転軸1の回転方向に関して互いに間隔をあけて配置され、そのスラスト方向後側において互いに同一の平面に覆われるように接続されている。ただし本実施の形態の回転翼15はキャップ25を用いていない。
図8(A),(B)に示すように、回転軸1の一部であるスラスト板部1Bを構成すべく平面視(図8(B)に示す方向から見る)において回転軸1の回転方向に延びる環状部材の、スラスト方向に関する中央部には、ラジアル方向に沿って延びるように切削工具30による除去加工により部分的に除去された、外側除去部55(第1の除去部)が形成されている。また同時に、当該環状部材の特に外側除去部55のラジアル方向内側の領域の一部が、スラスト方向に対して斜め方向に沿って延びるように切削工具30による除去加工により部分的に除去された、内側除去部56(第2の除去部)が形成されている。図8に示すように外側除去部55の方が内側除去部56よりも長い。外側除去部55と内側除去部56とは接合部31において互いに接続されることにより、単一の開口部として形成されている。接合部31においては平面視において曲面状(たとえばR形状)となるように外側除去部55と内側除去部56とが互いに接合されている。当該開口部は、回転軸1の回転方向に延びる環状部材のスラスト方向に関する中央部に、回転軸1の回転方向に関して間隔をあけて複数形成されている。
切削工具30はドリルまたはエンドミルなどの、回転軸1を構成する材料の切削除去加工が可能な任意の工具によりなされる。
また外側除去部55および内側除去部56からなる開口部は、スラスト方向に関する中央部に、図8(B)の平面視において回転軸1の回転方向に関して互いに間隔をあけて複数、形成されている。これにより、図8(B)の平面視において外側除去部55および内側除去部56が形成される領域以外の領域は、互いに間隔をあけて、元々の環状部材が残存することによる複数の回転翼15となっている。したがって図8(B)に示すように、上記環状部材(スラスト板部1B)においては、平面視において回転軸1の回転方向に、複数の回転翼15と、複数の外側除去部55および内側除去部56が接続された開口部とが交互に並ぶように配置されている。
またスラスト方向に関する中央部に上記の回転翼15および複数の外側除去部55および内側除去部56が接続された開口部とが回転軸1の回転方向に沿って複数並んだ部分が形成されるが、たとえばスラスト方向に関する回転翼15および開口部の後側は、スラスト板部1Bが除去されることなく環状部材として残存する。このため当該開口部の後側の領域は、回転翼後端部41として、あたかも実施の形態1における環状のキャップ25と同様に複数の回転翼および(開口部としての)除去部55,56の双方を跨ぐように、平面視において円環状を有するように配置されている。つまり、除去部55,56のスラスト方向後側を開口せずに塞いでいる。
なお、これ以外の本実施の形態の構成は、実施の形態1の構成とほぼ同じであるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
次に本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態のように、回転翼15のスラスト方向後方にキャップ25を設けることなく、除去部55,56の形成により環状部材に回転翼15および回転翼後端部41が形成される構成を有する場合においても、回転翼後端部41がキャップ25と同様の作用効果を奏する。
本実施の形態のように、回転翼15のスラスト方向後方にキャップ25を設けることなく、除去部55,56の形成により環状部材に回転翼15および回転翼後端部41が形成される構成を有する場合においても、回転翼後端部41がキャップ25と同様の作用効果を奏する。
ラジアル方向外側から形成される外側除去部55と、ラジアル方向内側から形成される内側除去部56とが接合部31において一体となるように加工され、単一の孔部として形成されている。除去部55,56の加工用の切削工具30は、先端部がR形状を有するドリルまたはエンドミルである。このため外側除去部55と内側除去部56とをR形状を有する接合部31により滑らかに接合することができる。また外側除去部55と内側除去部56とがR形状の接合部31により滑らかに接合されれば、駆動用気体Fが回転翼後端部41の後側などを流れる流れがよりスムーズになる。したがって回転翼15の周囲における空気などの気体への影響を抑制することができ、回転翼15に加わる回転抵抗の増加、回転翼15の回転効率の低下、およびエアタービン駆動スピンドル100の駆動効率の低下を抑制することができる。
(実施の形態5)
次に、図9を参照して、本実施の形態に係るエアタービン駆動スピンドル104について説明する。実施の形態5に係るエアタービン駆動スピンドル104は、基本的には実施の形態4に係るエアタービン駆動スピンドル103と同様の構成を備えるが、回転翼後端部41のスラスト方向に関する後側には凸形状32が形成されている点において異なる。凸形状32は、実施の形態3のキャップ25に形成された凸形状部26と同様に、回転翼後端部41のラジアル方向に関する内側の領域において、他の領域よりもスラスト方向に関する後側に突き出るように形成されている。この凸形状32は、図示は省略するが、実施の形態3のキャップ25に形成された凸形状部26と同様に、ノズル板6に形成された凹部6a(図6参照)に僅かな隙間をもって対向配置するようになっている。
次に、図9を参照して、本実施の形態に係るエアタービン駆動スピンドル104について説明する。実施の形態5に係るエアタービン駆動スピンドル104は、基本的には実施の形態4に係るエアタービン駆動スピンドル103と同様の構成を備えるが、回転翼後端部41のスラスト方向に関する後側には凸形状32が形成されている点において異なる。凸形状32は、実施の形態3のキャップ25に形成された凸形状部26と同様に、回転翼後端部41のラジアル方向に関する内側の領域において、他の領域よりもスラスト方向に関する後側に突き出るように形成されている。この凸形状32は、図示は省略するが、実施の形態3のキャップ25に形成された凸形状部26と同様に、ノズル板6に形成された凹部6a(図6参照)に僅かな隙間をもって対向配置するようになっている。
なお、これ以外の本実施の形態の構成は、実施の形態4の構成とほぼ同じであるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
次に本実施の形態の作用効果について説明する。本実施の形態は、基本的に実施の形態4と同様の作用効果を奏するが、その他に以下の作用効果を奏する。
本実施の形態においては回転翼後端部41に形成された凸形状32が、タービン空気排気路21に達した駆動用気体Fが回転翼後端部41のスラスト方向後側に回り込むことを遮断により抑制する役割を有している。このため実施の形態4よりもさらに確実に、凹凸形状を有する回転翼15の表面上を駆動用気体Fが流れることによる流通抵抗および摩擦の増加などの不具合を抑制することができる。この作用効果は、基本的に実施の形態3における凸形状部26による作用効果と同様である。
図10は、実施の形態1(図1)のように回転翼15の後方にキャップ25を有するエアタービン駆動スピンドル100と、比較例(図5)のようにキャップ25を有さないエアタービン駆動スピンドル200との回転軸1の回転効率を比較したグラフである。
図10に示すように、横軸は軸受気体供給口9への給気圧力を示し、縦軸は回転軸1の回転速度を示している。なお図10においては横軸の右側ほど給気圧力が大きい。図10より、同じ回転速度で比較すれば、いずれの回転速度においても、キャップ有(図1)の方がキャップ無(図5)よりも給気圧力が低くなっており、このことからキャップ有の方がキャップ無よりも回転軸1の回転効率が良いことがわかる。
以上に述べた各実施の形態の構成は、技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせてもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明は、エアタービンにより回転駆動されるエアタービン駆動スピンドルに適用され、特に高速回転されるエアタービン駆動スピンドルに有利に適用される。
1 回転軸、1A 軸部、1B スラスト板部、1C 厚肉部、1D 薄肉部、2 ハウジングアッシ、3 ハウジング、4 軸受スリーブ、5 カバー、6 ノズル板、7 ジャーナル軸受、8 スラスト軸受、9 軸受気体供給口、10 軸受気体供給路、11 排気孔、12 駆動用気体給気口、13 駆動用給気路、14 駆動用給気ノズル、15 回転翼、16 磁石、17 第1貫通孔、18 回転センサ挿入口、19 被検出部、22 回転軸後端、26 凸形状部、27 嵌合部、29 ネジ、30 切削工具、31 接合部、32 凸形状、41 回転翼後端部、55 外側除去部、56 内側除去部、100,101,102,103,104,200 エアタービン駆動スピンドル。
Claims (9)
- ハウジング部と、
前記ハウジング部の内部の軸部と、前記軸部に対しラジアル方向に延びるように形成されているスラスト板部とを含む回転軸と、
前記ハウジング部の内部において気体を噴出可能に設けられている給気部とを備え、
前記回転軸は、前記スラスト板部上においてスラスト方向に延びるように形成されている複数の回転翼を有し、かつ、複数の前記回転翼が前記給気部から噴出された気体を受けることにより前記ハウジング部内に回転可能に設けられており、
複数の前記回転翼は互いに間隔をあけて配置され、
複数の前記回転翼をスラスト方向開口部において接続する部材をさらに備える、エアタービン駆動スピンドル。 - 前記接続する部材は、複数の前記回転翼のスラスト方向後側の表面同士を跨ぐように、前記排気部側の表面上に配置された環状のキャップである、請求項1に記載のエアタービン駆動スピンドル。
- 前記キャップは表面処理層を有する、請求項2に記載のエアタービン駆動スピンドル。
- 前記キャップは、スラスト方向後側に凸形状部を有する、請求項2または3に記載のエアタービン駆動スピンドル。
- 前記キャップと前記回転翼の前記排気部側の表面との接続部は、焼嵌め部、圧入部、かしめ部、接着部、嵌め込み部、ネジ固定部、溶接部、ろう接部、溶着部、圧接部からなる群から選択されるいずれかである、請求項2〜4のいずれか1項に記載のエアタービン駆動スピンドル。
- 前記キャップの前記回転翼と接触する面および前記回転翼の前記キャップと接触する表面には嵌合部を有し、
前記嵌合部に前記接続部が配置されている、請求項5に記載のエアタービン駆動スピンドル。 - 前記スラスト板部は前記回転軸の回転方向に延びる環状部材を有し、前記環状部材のスラスト方向に関する中央部に、前記回転方向に関して間隔をあけて複数の開口部が形成されており、
複数の前記回転翼は、前記中央部における前記開口部以外の領域である、請求項1に記載のエアタービン駆動スピンドル。 - 複数の前記開口部のそれぞれは、ラジアル方向に沿って延びる第1の除去部と、前記環状部材のスラスト方向に対して斜め方向に沿って延びる第2の除去部とを接続した形状であり、
前記第1および第2の除去部の接合された部分の形状は曲面状である、請求項7に記載のエアタービン駆動スピンドル。 - 複数の前記環状部材のスラスト方向後側には凸形状を有する後端部が形成されている、請求項7または8に記載のエアタービン駆動スピンドル。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015159799A JP2017036716A (ja) | 2015-08-13 | 2015-08-13 | エアタービン駆動スピンドル |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2015159799A JP2017036716A (ja) | 2015-08-13 | 2015-08-13 | エアタービン駆動スピンドル |
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JP2017036716A true JP2017036716A (ja) | 2017-02-16 |
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JP2015159799A Pending JP2017036716A (ja) | 2015-08-13 | 2015-08-13 | エアタービン駆動スピンドル |
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JP (1) | JP2017036716A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102103446B1 (ko) * | 2019-02-12 | 2020-04-22 | 박근배 | 자기부상 회전팬을 이용한 유체 이송장치 |
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2015
- 2015-08-13 JP JP2015159799A patent/JP2017036716A/ja active Pending
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