JP2018179129A - スピンドル装置 - Google Patents

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照悦 堀内
Teruyoshi Horiuchi
照悦 堀内
智之 小和田
Tomoyuki Kowada
智之 小和田
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Abstract

【課題】回転軸の破損を抑制しつつ、回転軸の回転の検出精度を向上させることができるスピンドル装置を提供する。【解決手段】本発明の一態様に係るスピンドル装置は、第1端と、第1端の反対側の端である第2端とを有するハウジングと、回転軸と、反射部材とを備える。回転軸は、ハウジングの内部に配置され、第1端から第2端に向かう方向に中心軸があり、かつ中心軸周りの回転がハウジングにより軸支される。回転軸は、軸部と、スラスト板部とを有する。軸部は、中心軸に沿って延在する。スラスト板部は、軸部の第1端側にあり、かつ第1端側に端面がある。反射部材は、端面と一体に形成される。反射部材を構成する材料は、スラスト板部を構成する材料よりも反射率が高い。【選択図】図3

Description

本発明は、スピンドル装置に関する。より特定的には、本発明は、塗装装置に用いられるスピンドル装置に関する。
従来から、特開2017−036942号公報(特許文献1)に記載のスピンドル装置が知られている。特許文献1に記載のスピンドル装置は、筐体と、回転軸と、被回転検出部と、回転センサとを有している。回転軸は、筐体の内部において、回転可能に保持されている。回転軸は、軸部と、スラスト板部とを有している。スラスト板部は、軸部に対してラジアル方向に延びるように形成されている。スラスト板部は、複数の回転翼が設けられている。
筐体には、流通路が設けられている。流通路からは、回転翼に気体が供給される。この気体により、回転軸は、回転駆動される。回転軸及び被回転検出部は、別体として構成されている。回転センサは、被回転検出部に対向する位置に配置されている。回転センサは、被回転検出部に対して光を照射するとともに、被回転検出部によって反射された光を検知する。これにより、回転センサは、回転軸の回転を測定する。
その他のスピンドル装置の構成としては、特開2000−121653号公報(特許文献2)に記載の構成が、従来から知られている。
特開2017−036942号公報 特開2000−121653号公報
特許文献1に記載のスピンドル装置において、回転軸が高速回転を行う場合、回転翼の近傍に供給された空気は、回転翼を通過した後に、断熱膨張する。この断熱膨張は、被回転検出部近傍の温度を低下させる。その結果、被回転検出部近傍には、霧が発生する。このような霧は、回転センサから照射される光及び被回転検出部によって反射された光の進行を妨げる。そのため、特許文献1に記載のスピンドル装置においては、回転軸が高速回転を行う際の回転センサの検出精度に改善の余地がある。
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、回転軸の回転の検出精度を向上させることができるスピンドル装置を提供するものである。
本発明の一態様に係るスピンドル装置は、ハウジングと、回転軸と、反射部材とを備える。ハウジングは、第1端と、第1端の反対側の端である第2端とを有する。回転軸は、ハウジングの内部に配置され、第1端から第2端に向かう方向に中心軸があり、かつ中心軸周りの回転がハウジングにより軸支される。回転軸は、軸部と、スラスト板部とを有する。軸部は、中心軸に沿って延在する。スラスト板部は、軸部の第1端側にあり、かつ第1端側に端面がある。反射部材は、端面と一体に形成される。反射部材を構成する材料は、スラスト板部を構成する材料よりも反射率が高い。
本発明の一態様に係るスピンドル装置によると、回転軸の回転の検出精度を向上させることができる。
上記のスピンドル装置において、スラスト板部を構成する材料は、反射部材を構成する材料よりも強度が高くてもよい。この場合には、回転軸の破損を抑制することができる。
上記のスピンドル装置において、反射部材は、アルミニウムを含有する溶射膜であってもよい。この場合には、回転軸の回転の検出精度を向上させることができる。
上記のスピンドル装置において、反射部材は、アルミニウムを含有する蒸着膜であってもよい。この場合には、回転軸の回転の検出精度を向上させることができる。さらに、この場合には、反射部材の形成後の仕上げ加工を省略することができ、製造工程を簡略化することができる。
上記のスピンドル装置において、反射部材は、アルミニウムを含有する板状部材であってもよい。この場合には、回転軸の回転の検出精度を向上させることができる。
上記のスピンドル装置において、反射部材は、白色の塗料膜又は白色アルマイト膜であってもよい。この場合には、回転軸の回転の検出精度をさらに向上させることができる。
上記のスピンドル装置において、スラスト板部を構成する材料は、鉄系材料であってもよい。この場合には、回転軸の回転の検出精度を向上させることができる。
本発明の一態様に係るスピンドル装置によると、回転軸の回転の検出精度を向上させることができる。
実施形態に係るスピンドル装置100の概略断面図である。 実施形態に係るスピンドル装置100が有する回転軸2の詳細断面図である。 図2の方向IIIからみた平面図である。 実施形態に係るスピンドル装置100を用いた塗装装置200の概略断面図である。
以下に、実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さないものとする。
(実施形態に係るスピンドル装置の構成)
以下に、実施形態に係るスピンドル装置100の構成について、図1〜図4を参照して説明する。図1は、実施形態に係るスピンドル装置100の概略断面図である。
図1に示すように、スピンドル装置100は、ハウジング1と、回転軸2と、回転軸2に一体に形成された反射部材3(図3参照)とを有している。なお、反射部材3については、後述する。ハウジング1は、第1端1aと、第2端1bとを有している。ハウジング1は、ハウジング本体11と、ハウジングアッシ12と、第1軸受スリーブ13と、ノズル板14と、第2軸受スリーブ15とを有している。
ハウジング本体11には、貫通穴11aが設けられている。貫通穴11aは、第1端1aから第2端1bに向かう方向にハウジング本体11を貫通している。すなわち、ハウジング本体11は、第1端1aから第2端1bに向かう方向に延在する中空筒形状を有している。
ハウジングアッシ12には、貫通穴12aが設けられ、貫通穴12aは、第1端1aから第2端1bに向かう方向にハウジングアッシ12を貫通している。すなわち、ハウジングアッシ12は、第1端1aから第2端1bに向かう方向に延在する中空筒形状を有している。ハウジングアッシ12は、ハウジングアッシ12の外周面が貫通穴11aの内壁面に対向するように、ハウジング本体11の内部に配置されている。
第1軸受スリーブ13には、貫通穴13aが設けられ、貫通穴13aは、第1端1aから第2端1bに向かう方向に第1軸受スリーブ13を貫通している。なお、貫通穴13aは、断面視において(第1端1aから第2端1bに向かう方向に垂直な断面において)、円形である。すなわち、第1軸受スリーブ13は、第1端1aから第2端1bに向かう方向に延在する中空筒形状を有している。第1軸受スリーブ13は、第1軸受スリーブ13の外周面が貫通穴12aの内壁面と対向するように、ハウジングアッシ12の内部に配置されている。
ノズル板14には、貫通穴14aが設けられている。貫通穴14aは、第1端1aから第2端1bに向かう方向にノズル板14を貫通している。ノズル板14は、第1端1aに配置されている。ノズル板14には、凸部14bが設けられている。凸部14bは、第1端1aから第2端1b側に向かう方向に、突出している。凸部14bは、ノズル板14のハウジング本体11側の面の端に配置されている。これにより、ノズル板14とハウジング本体11との間に、空間14cが形成される。
第2軸受スリーブ15には、貫通穴15aが設けられ、貫通穴15aは、第1端1aから第2端1bに向かう方向に第2軸受スリーブ15を貫通している。第2軸受スリーブ15は、第2軸受スリーブ15の外周面が貫通穴14aの内壁面と対向するように、ノズル板14の内部に配置されている。貫通穴15aの中心位置と貫通穴14aの中心位置とは、互いに一致している。
図2は、実施形態に係るスピンドル装置100が有する回転軸2の詳細断面図である。図2に示すように、回転軸2には、貫通穴2aが設けられている。貫通穴2aは、第1端1aから第2端1bに向かう方向に回転軸2を貫通している。回転軸2の中心軸2bは、第1端1aから第2端1bに向かう方向に一致している。
回転軸2は、軸部21と、スラスト板部22とを有している。軸部21は、中心軸2bに沿って延在している。軸部21は、円筒形状を有している。スラスト板部22は、軸部21の第1端1a側にある。スラスト板部22の外周面は、軸部21の外周面よりも中心軸2bに直交する方向に突出している。軸部21とスラスト板部22とは、一体となっていてもよい。回転軸2は、軸部21に軸部21とは別体のスラスト板部22を取り付けることにより構成されていてもよい。
スラスト板部22は、第1面22a(端面)と第2面22bとを有している。第2面22bは、第1面22aの反対側の面である。第1面22aは、スラスト板部22の第1端1a側の面である。第2面22bは、スラスト板部22の第2端1b側の面である。すなわち、第2面22bは、スラスト板部22の軸部21側の面である。
スラスト板部22には、回転翼22cが設けられている。回転翼22cは、第2面22bに設けられている。回転翼22cは、第2面22bから第2端1bに向かう方向に延在している。回転翼22cは、平面視において(第2面22bに直交する方向からみて)弧状に形成されている。
スラスト板部22を構成する材料は、後述する反射部材3を構成する材料よりも強度が高いことが好ましい。なお、強度は、例えばロックウェル硬さ、ビッカース硬さ等の硬度や、引張強さ等により評価される。スラスト板部22を構成する材料は、好ましくは鉄系材料である。ここで、鉄系材料とは、鉄を主たる構成元素とする合金である。鉄系材料には、オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、析出硬化系ステンレス鋼、特殊鋼、機械構造用炭素鋼等が含まれる。具体的には、鉄系材料には、JIS規格SUS304、SUS303、SUS316、SUS440C、SUS420J2、SUS630、SNC材、SNCM材、SC材等が含まれる。
図1に示すように、回転軸2は、ハウジング1の内部に配置されている。回転軸2は、ハウジング1により、中心軸2b周りに回転可能に軸支されている。好ましくは、回転軸2は、ハウジング1により、非接触で中心軸2b周りに回転可能に軸支されている。
具体的には、軸部21は、外周面が貫通穴13aの内壁面(第1軸受スリーブ13の内周面)と対向するように配置されている。軸部21は、外周面が貫通穴13aの内壁面から離間するように配置されている。すなわち、回転軸2は、軸部21がハウジング1と接触しないように、ハウジング1の内部に配置されている。
ハウジング本体11には、軸受気体給気口1cが設けられている。軸受気体給気口1cは、軸部21の外周面と第1軸受スリーブ13の内周面との間の空間とハウジング1の外部とを接続している。第1軸受スリーブ13の内周面側において、軸受気体給気口1cは、気体の圧力を上昇させるために、開口部で径が細くなっている。
軸受気体給気口1cから、軸部21の外周面と第1軸受スリーブ13の内周面との間の空間に、気体が供給される。この気体の静圧により、回転軸2は、ハウジング1により、中心軸2b周りに非接触で回転可能に軸支される。すなわち、第1軸受スリーブ13は、静圧気体によるジャーナル軸受を構成している。
回転軸2は、スラスト板部22が、空間14cに位置するように配置されている。スラスト板部22は、第1面22aがノズル板14の第2端1b側の面から離間し、かつ第2面22bが第1軸受スリーブ13の第1端1a側の面から離間するように配置されている。すなわち、回転軸2は、スラスト板部22がハウジング1と接触しないように、ハウジング1の内部に配置されている。
ハウジング1には、軸受気体給気口1dが設けられている。軸受気体給気口1dは、第1面22aと第2軸受スリーブ15の第2端1b側の面との間の空間とハウジング1の外部とを接続している。軸受気体給気口1cは、第2面22bと第1軸受スリーブ13の第1端1a側の面との間の空間とハウジング1の外部とを接続している。軸受気体給気口1dは、気体の圧力を上昇させるために、第2軸受スリーブ15の第2端1b側に面において、開口部で径が細くなっている。
軸受気体給気口1c及び軸受気体給気口1dから、第1面22aと第2軸受スリーブ15の第2端1b側の面との間の空間及び第2面22bと第1軸受スリーブ13の第1端1a側の面との間の空間に、気体が供給される。
この気体の静圧により、回転軸2は、ハウジング1により、中心軸2b方向に非接触で軸支される。すなわち、第1軸受スリーブ13及び第2軸受スリーブ15は、静圧気体によるスラスト軸受を構成している。
ハウジング1には、タービン気体給気口1eが設けられている。タービン気体給気口1eは、空間14cと、ハウジング1の外部とを接続している。ハウジング1には、タービン気体排気口1fが設けられている。タービン気体排気口1fは、空間14cと、ハウジング1の外部とを接続している。
タービン気体給気口1eから供給される気体は、空間14cに供給されるとともに、タービン気体排気口1fを介してハウジング1の外部に排出されるように流れる。この気体の流れにより、空間14内に配置されている回転翼22cが回転する。
図3は、図2の方向IIIからみた平面図である。図3に示すように、スピンドル装置100は、反射部材3をさらに有している。反射部材3は、スラスト板部22の第1面22aに配置されている。反射部材3は、スラスト板部22の第1面22aと一体になっている。
反射部材3は、例えば溶射膜である。ここで、溶射膜とは、溶射により形成される膜である。すなわち、溶射膜とは、膜を構成する材料の粒子が、扁平な形状で堆積されている膜である。反射部材3は、例えば蒸着膜であってもよい。蒸着膜とは、蒸着により形成される膜である。なお、反射部材3が溶射膜である場合には、スラスト板部22の第1面22aに対する溶射が行われた後、反射部材3の形状を整える機械加工が行われる。他方、反射部材3が蒸着膜である場合、蒸着膜の厚さを数μmにすることが可能であるため、かかる機械加工は必ずしも必要ではない。
反射部材3は、例えば板状部材であってもよい。反射部材3が板状部材である場合、反射部材3は、例えば接着により第1面22aと一体となっている。反射部材3は、塗料膜であってもよい。ここで、塗料膜とは、塗料を塗布乾燥させることにより形成される膜である。反射部材3に用いられる塗料の色は、白色であることが好ましい。反射部材3は、白色アルマイト膜であってもよい。白色アルマイト膜は、白色アルマイトを含有する膜である。
反射部材3は、平面視において(第1面22aに直交する方向からみて)、周方向に沿って間隔を置いて配置されている。すなわち、平面視において、反射部材3が設けられる第1面22aの部分と、反射部材3が設けられない第1面22aの部分とは、周方向に沿って交互に配置されている。反射部材3が設けられない第1面22aの部分には、スラスト板部22よりも反射率が低い部材が取り付けられていてもよい。すなわち、平面視において、第1面22aは、反射部材3により構成される反射面22dと、反射面22dよりも反射率が低い非反射面22eとを有している。
反射部材3は、スラスト板部22を構成する材料よりも反射率が高い材料により構成されている。反射部材3は、好ましくは、鉄系材料よりも反射率が高い材料により構成されている。反射部材3を構成する材料は、例えばアルミニウムを含有する材料であることが好ましい。すなわち、反射部材3を構成する材料は、アルミニウム又はアルミニウム合金であることが好ましい。
ノズル板14には、回転センサ挿入口14dが設けられている。回転センサ挿入口14dは、第1端1aから第2端1bに向かう方向に、ノズル板14を貫通している。回転センサ挿入口14dからは、反射部材3が露出している。
図4は、実施形態に係るスピンドル装置100を有する塗装装置200の概略断面図である。塗装装置200は、スピンドル装置100と、カップ5と、スピンドルホルダ4とを有している。
カップ5は、回転軸2の先端(回転軸2の第1端1a側の端の反対側の端)に取り付けられている。
スピンドルホルダ4は、第1端4aと、第2端4bとを有している。第2端4bは、第1端4aの反対側の端である。スピンドルホルダ4には、凹部41が設けられている。凹部41が設けられている部分において、スピンドルホルダ4の第2端4b側の面は、第1端4a側に向かって窪んでいる。凹部41は、側壁41bと、底壁41aとを有している。スピンドル装置100は、ノズル板14の第1端1a側の面が底壁41aと対向するように、スピンドルホルダ4に取り付けられる。
スピンドルホルダ4には、軸受気体給気口4cと、軸受気体給気口4dと、タービン気体給気口4eと、タービン気体排気口4fと、塗料供給口4gと、回転センサ挿入口4hとが設けられている。軸受気体給気口4c、軸受気体給気口4d、タービン気体給気口4e、タービン気体排気口4f及び回転センサ挿入口4hは、それぞれ、スピンドル装置100がスピンドルホルダ4に取り付けられた状態で、軸受気体給気口1c、軸受気体給気口1d、タービン気体給気口1e、タービン気体排気口1f及び回転センサ挿入口14dに対応する位置に設けられている。
塗料供給口4gには、底壁41aから突出するように、塗料噴射ノズル42が取り付けられている。回転センサ43は、先端が底壁41aから突出するように回転センサ挿入口4hに挿入されている。塗料噴射ノズル42は、スピンドル装置100がスピンドルホルダ4に取り付けられた状態で、先端がカップ5内に配置される。回転センサ43は、スピンドル装置100がスピンドルホルダ4に取り付けられた状態で、回転センサ43の先端が反射部材3と対向する。
タービン気体給気口4eから気体が導入されることにより、回転軸2は中心軸2b周りに回転する。その結果、回転軸2に取り付けられたカップ5も、この回転に合せて回転する。この際の回転軸2の回転は、回転センサ43が反射部材3に対して照射した光の反射光を検知することによりモニタリングされる。
回転軸2が中心軸2b周りに回転している際、軸受気体給気口4c及び軸受気体給気口4dから供給される気体により、回転軸2は、ハウジング1に対して、非接触で軸支される。塗料噴射ノズル42の先端からは、塗料がカップ5内に供給される。カップ内に供給された塗料は、カップ5の回転による遠心力で噴霧化する。以上により、塗装装置200を用いた塗装が行われる。
(実施形態に係るスピンドル装置の効果)
以下に、実施形態に係るスピンドル装置100の効果について説明する。スピンドル装置100においては、回転翼22cの近傍に供給された空気は、回転翼22cを通過した後に、断熱膨張する。この断熱膨張により、空間14cの温度が低下し、空間14cに霧が発生する場合がある。
上記のとおり、スピンドル装置100においては、回転軸2の回転は、回転センサ43が反射部材3に対して照射した光の反射光を検知することによりモニタリングされる。空間14cに霧が発生した場合、回転センサ43が照射する光又は当該光の反射光は、空間14c内の霧により進行が妨げられる場合がある。
スピンドル装置100においては、上記のとおり、スラスト板部22の第1面22aに反射部材3が設けられている。そのため、回転センサ43が照射する光が反射部材3によって反射される場合(反射面22dで反射される場合)と、回転センサ43が照射する光が非反射面22eによって反射される場合とで、反射光の明暗差がつきやすい。そのため、スピンドル装置100によると、回転軸2が高速回転する場合であっても、回転軸2の回転の検出精度を向上させることができる。
アルミニウム等の反射率が高い材料は、一般的に、ステンレス鋼等の反射率が低い材料よりも強度が低い。そのため、アルミニウム等の反射率が高い材料でスラスト板部22を構成した場合には、スラスト板部22とハウジング1とが接触した際に、破損が生じるおそれがある。スピンドル装置100においてスラスト板部22が反射部材3よりも強度が高い材料により構成されている場合、スラスト板部22がハウジング1と接触したとしても、回転軸2に損傷が生じることを抑制できる。そのため、この場合、回転軸2の破損を抑制することができる。
スピンドル装置100において、反射部材3が蒸着膜である場合、反射部材3を薄く形成することができる。そのため、この場合には、反射部材3の形状を整えるための機械加工が不要となり、製造工程を簡略化することができる。
スピンドル装置100において、反射部材3が白色の塗装膜又は白色アルマイト膜である場合、反射部材3の色が空間14cに発生する霧の色に近くなる。回転センサ43の検出閾値は、投射する光が反射する面を基準として設定される。この場合には、反射部材3の色と霧の色とが近くなるため、霧の発生に伴う光量の変化が小さくなる。したがって、この場合には、回転軸2の回転の検出精度をさらに向上させることができる。
以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、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及び範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
上記の実施形態は、スピンドル装置に有利に適用され、より特定的には、塗装装置に用いられるスピンドル装置に特に有利に適用される。
1 ハウジング、1a 第1端、1b 第2端。1c 軸受気体給気口、1d 軸受気体給気口、1e タービン気体給気口、1f タービン気体排気口、11 ハウジング本体、11a 貫通穴、12 ハウジングアッシ、12a 貫通穴、13 第1軸受スリーブ、13a 貫通穴、14 ノズル板、14a 貫通穴、14b 凸部、14c 空間、14d 回転センサ挿入口、15 第2軸受スリーブ、15a 貫通穴、100 スピンドル装置、2 回転軸、2a 貫通穴、2b 中心軸、21 軸部、22 スラスト板部、22a 第1面、22b 第2面、22c 回転翼、22d 反射面、22e 非反射面、200 塗装装置、3 反射部材、4 スピンドルホルダ、4a 第1端、4b 第2端、4c 軸受気体給気口、4d 軸受気体給気口、4e タービン気体給気口、4f タービン気体排気口、4g 塗料供給口、4h 回転センサ挿入口、41 凹部、41a 底壁、41b 側壁、42 塗料噴射ノズル、43 回転センサ、5 カップ

Claims (7)

  1. 第1端と、前記第1端の反対側の端である第2端とを有するハウジングと、
    前記ハウジングの内部に配置され、前記第1端から前記第2端に向かう方向に中心軸があり、かつ前記中心軸周りの回転が前記ハウジングにより軸支される回転軸と、
    反射部材とを備え、
    前記回転軸は、前記中心軸に沿って延在する軸部と、前記軸部の前記第1端側にあり、かつ前記第1端側に端面があるスラスト板部とを有し、
    前記反射部材は、前記端面と一体に形成され、
    前記反射部材を構成する材料は、前記スラスト板部を構成する材料よりも反射率が高い、スピンドル装置。
  2. 前記スラスト板部を構成する材料は、前記反射部材を構成する材料よりも強度が高い、請求項1に記載のスピンドル装置。
  3. 前記反射部材は、アルミニウムを含有する溶射膜である、請求項1又は2に記載のスピンドル装置。
  4. 前記反射部材は、アルミニウムを含有する蒸着膜である、請求項1又は2に記載のスピンドル装置。
  5. 前記反射部材は、アルミニウムを含有する板状部材である、請求項1又は2に記載のスピンドル装置。
  6. 前記反射部材は、白色の塗装膜又は白色アルマイト膜である、請求項1又は2に記載のスピンドル装置。
  7. 前記スラスト板部を構成する材料は、鉄系材料である、請求項1〜6のいずれか1項に記載のスピンドル装置。
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