JP2021011834A - Spindle device - Google Patents

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小林 直也
Naoya Kobayashi
直也 小林
高橋 淳
Atsushi Takahashi
淳 高橋
美昭 勝野
Yoshiaki Katsuno
美昭 勝野
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Abstract

To provide a spindle device that, even when load due to imbalance of a rotation shaft or gyroscopic moment due to rotating movement of the rotation shaft occurs, can stably rotate the rotation shaft without losing a clearance of a gas bearing.SOLUTION: A spindle device 10 has a rotation shaft 12 whose gravity center G is set between an axial center C of a radial bearing 20 and an output side end face 20a of the radial bearing 20.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、エアタービン駆動方式を用いたスピンドル装置に関し、より詳細には、静電塗装機に好適に使用可能なスピンドル装置に関する。 The present invention relates to a spindle device using an air turbine drive system, and more particularly to a spindle device that can be suitably used for an electrostatic coating machine.

従来、静電塗装機のスプレイガンに使用されるスピンドル装置として、特許文献1では、回転軸をラジアル方向に支持するラジアル軸受と、回転軸をスラスト方向に支持するスラスト軸受と、回転軸をラジアル軸受及びスラスト軸受を介して支持するハウジングと、該ハウジングの外周側に位置するカバーと、を備えるものが開示されている。また、高速回転による振動を吸収し、スピンドルの動作を安定させるため、ハウジングとカバーとの間にOリングを配置することが記載されている。 Conventionally, as a spindle device used for a spray gun of an electrostatic coating machine, in Patent Document 1, a radial bearing that supports the rotating shaft in the radial direction, a thrust bearing that supports the rotating shaft in the thrust direction, and a radial shaft are radial. A housing provided with a bearing supported via a bearing and a thrust bearing, and a cover located on the outer peripheral side of the housing are disclosed. Further, it is described that an O-ring is arranged between the housing and the cover in order to absorb vibration due to high-speed rotation and stabilize the operation of the spindle.

特に、特許文献1では、ハウジングの軸方向中心を起点にOリングの位置を規定し、Oリングに高強度の材料を用いた場合でも、Oリングの変形量を大きくして、振動の減衰効果を十分大きくすることが記載されている。 In particular, in Patent Document 1, the position of the O-ring is defined starting from the axial center of the housing, and even when a high-strength material is used for the O-ring, the amount of deformation of the O-ring is increased to reduce the vibration. Is stated to be large enough.

特開2016−223553号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-223553

ところで、静電塗装機用の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重心と回転中心軸とのズレ(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回転軸が高速回転(1,000〜150,000min−1)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。特に、静電塗装機の仕様により、ロボットアームが長く(旋回半径が大きく)なり、スピンドル装置に大きなジャイロモーメントが発生する場合への対策が求められている。 By the way, as the performance required for the spindle device for the electrostatic coating machine, the deviation between the center of gravity of the rotating shaft and the center of rotation caused by dirt, scratches, etc. on the bell cup part (hereinafter sometimes referred to as unbalance). And the gyro moment (moment load) that occurs when the robot arm turns while the rotating shaft rotates at high speed (1,000 to 150,000 min -1 ) while mounted on the tip of the robot arm, etc. There are two things, tolerance. In particular, due to the specifications of the electrostatic coating machine, it is required to take measures against the case where the robot arm becomes long (the turning radius is large) and a large gyro moment is generated in the spindle device.

しかしながら、特許文献1に記載のスピンドル装置では、振動を吸収してスピンドルの動作を安定させることは記載されているものの、ジャイロモーメントに対する対策について記載されていない。
また、特許文献1に記載のスピンドル装置では、ハウジングをOリングによって支持する構造であるため、Oリングによるコストアップだけでなく、Oリングの寿命を考慮する必要がある。
However, although the spindle device described in Patent Document 1 describes that it absorbs vibration to stabilize the operation of the spindle, it does not describe measures against a gyro moment.
Further, since the spindle device described in Patent Document 1 has a structure in which the housing is supported by the O-ring, it is necessary to consider not only the cost increase due to the O-ring but also the life of the O-ring.

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転軸の旋回移動に起因して大きなジャイロモーメントが発生した場合でも、気体軸受の隙間を無くすことなく、回転軸を安定して回転させることができるスピンドル装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a rotating shaft without eliminating a gap in a gas bearing even when a large gyro moment is generated due to the turning movement of the rotating shaft. An object of the present invention is to provide a spindle device capable of stable rotation.

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
(1) 複数のタービン羽根が円周方向に亙って設けられ、前端部に搭載物を取り付け可能な回転軸と、
該回転軸を収容するハウジングと、
該ハウジングに取り付けられ、気体の供給により、前記ハウジングに対して前記回転軸を非接触で浮上支持するラジアル軸受と、
を備え、前記複数のタービン羽根に気体が噴出されることにより前記回転軸を回転駆動するスピンドル装置であって、
前記回転軸の重心は、前記ラジアル軸受の軸方向中心と、前記ラジアル軸受の出力側端面との間に設定される、スピンドル装置。
(2) 前記ラジアル軸受は、多孔質絞り方式の気体軸受である、(1)に記載のスピンドル装置。
(3) 前記ラジアル軸受は、軸方向寸法(L)と内径(D)との比が、0.5≦L/D≦1.5となるように構成される、(1)又は(2)に記載のスピンドル装置。
(4) 前記ハウジングは、比重が4.0以下であり、前記ラジアル軸受を締め代を持って嵌合させる、(1)〜(3)のいずれかに記載のスピンドル装置。
(5) 前記回転軸は、該回転軸の後端部に前記回転軸から径方向外方に延設されたフランジ部を備え、
前記フランジ部の一方の側面に対向して前記フランジ部に軸方向の吸引力を作用させる磁石、及び前記フランジ部の前記一方の側面に対向するように前記ハウジングに取り付けられ、気体の供給により前記フランジ部に向けて圧縮空気を吹き付ける気体軸受を有し、前記回転軸をスラスト方向に非接触で支持するスラスト軸受をさらに備える、(1)〜(4)のいずれかに記載のスピンドル装置。
(6) 前記スラスト軸受を構成する気体軸受は、自成絞り方式である、(5)に記載のスピンドル装置。
(7) 前記ハウジングは、比重が4.0以下であり、前記気体軸受を締め代を持って嵌合させる、(5)又は(6)に記載のスピンドル装置。
The above object of the present invention is achieved by the following configuration.
(1) A rotating shaft in which a plurality of turbine blades are provided across the circumferential direction and a load can be attached to the front end.
A housing for accommodating the rotating shaft and
A radial bearing that is attached to the housing and floats and supports the rotating shaft with respect to the housing by supplying gas.
A spindle device that rotationally drives the rotating shaft by ejecting gas to the plurality of turbine blades.
A spindle device in which the center of gravity of the rotating shaft is set between the axial center of the radial bearing and the output side end surface of the radial bearing.
(2) The spindle device according to (1), wherein the radial bearing is a porous drawing type gas bearing.
(3) The radial bearing is configured such that the ratio of the axial dimension (L) to the inner diameter (D) is 0.5 ≦ L / D ≦ 1.5, (1) or (2). The spindle device described in.
(4) The spindle device according to any one of (1) to (3), wherein the housing has a specific gravity of 4.0 or less, and the radial bearing is fitted with a tightening allowance.
(5) The rotating shaft is provided with a flange portion extending radially outward from the rotating shaft at the rear end portion of the rotating shaft.
A magnet that faces one side surface of the flange portion and exerts an axial attractive force on the flange portion, and is attached to the housing so as to face the one side surface of the flange portion, and is attached to the housing by supplying gas. The spindle device according to any one of (1) to (4), further comprising a gas bearing for blowing compressed air toward a flange portion and a thrust bearing for non-contactly supporting the rotating shaft in the thrust direction.
(6) The spindle device according to (5), wherein the gas bearing constituting the thrust bearing is a self-made drawing type.
(7) The spindle device according to (5) or (6), wherein the housing has a specific gravity of 4.0 or less and the gas bearing is fitted with a tightening allowance.

なお、回転軸の重心とは、回転軸の前端部に静電塗装機用のベルカップなどの搭載物が取り付けられた場合には、該搭載物を回転軸に取り付けた状態での重心を意味する。
また、ラジアル軸受の軸方向中心とは、ラジアル軸受として機能(ラジアル方向の荷重を支持)している範囲の出力側端面と反出力側端面の軸方向中心を意味する。
The center of gravity of the rotating shaft means the center of gravity of the rotating shaft when a mounted object such as a bell cup for an electrostatic coating machine is attached to the front end of the rotating shaft. To do.
Further, the axial center of the radial bearing means the axial center of the output side end face and the counter-output side end face in the range that functions as a radial bearing (supports the load in the radial direction).

本発明のスピンドル装置によれば、回転軸の重心が、ラジアル軸受の軸方向中心と、ラジアル軸受の出力側端面との間に設定されるので、アンバランス負荷を主として受ける回転軸の重心とラジアル軸受の出力側端面との間の長さに対して、回転軸の高速回転時における旋回移動に起因して発生するジャイロモーメントを主として受ける回転軸の重心とラジアル軸受の反出力側端面との間の長さが長くなる。これにより、回転軸に大きなジャイロモーメントが作用する場合にも、気体軸受の隙間が無くなることはなく、回転軸は安定して回転することができる。 According to the spindle device of the present invention, the center of gravity of the rotating shaft is set between the axial center of the radial bearing and the output side end face of the radial bearing, so that the center of gravity of the rotating shaft and the radial bearing mainly receive an unbalanced load. Between the center of gravity of the rotating shaft, which mainly receives the gyro moment generated due to the turning movement of the rotating shaft during high-speed rotation, and the opposite end face of the radial bearing with respect to the length between the bearing and the output side end face. The length of is increased. As a result, even when a large gyro moment acts on the rotating shaft, the gap between the gas bearings is not eliminated, and the rotating shaft can rotate stably.

本発明の一実施形態に係るスピンドル装置の断面図である。It is sectional drawing of the spindle device which concerns on one Embodiment of this invention.

以下、本発明の一実施形態に係るスピンドル装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明においては、図1に示す出力側である左側を前側と称し、反出力側である右側を後側と称する。 Hereinafter, the spindle device according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the left side, which is the output side shown in FIG. 1, is referred to as the front side, and the right side, which is the non-output side, is referred to as the rear side.

図1に示すように、本実施形態のスピンドル装置10は、静電塗装機用に利用されるエアタービン駆動方式のスピンドル装置である。スピンドル装置10は、複数のタービン羽根11が円周方向に亙って設けられる回転軸12と、回転軸12をラジアル方向に支持する気体軸受であるラジアル軸受20と、回転軸12をスラスト方向に支持する、気体軸受21Aと磁気軸受21Bとの複合軸受であるスラスト軸受21と、回転軸12を収容するハウジング30と、を主に備える。 As shown in FIG. 1, the spindle device 10 of the present embodiment is an air turbine drive type spindle device used for an electrostatic coating machine. The spindle device 10 includes a rotating shaft 12 in which a plurality of turbine blades 11 are provided across the circumferential direction, a radial bearing 20 which is a gas bearing that supports the rotating shaft 12 in the radial direction, and a rotating shaft 12 in the thrust direction. It mainly includes a thrust bearing 21 which is a composite bearing of a gas bearing 21A and a magnetic bearing 21B, and a housing 30 for accommodating a rotating shaft 12.

回転軸12は、塗料を霧状にして噴霧するためのベルカップ(搭載物)1が前端部側に取り付けられる円筒部15と、この円筒部15の後端部から径方向外方に延出するフランジ部16と、を備え、中空円筒状に形成されている。ベルカップ1が取り付けられる円筒部15の前端側は、前端に向かって次第に細くなるテーパー状に形成されており、ベルカップ1のテーパー孔1aと嵌合することで円筒部15の前端側にベルカップ1が取り付けられる。また、複数のタービン羽根11は、フランジ部16の外周面を加工することで形成されている。 The rotating shaft 12 extends radially outward from a cylindrical portion 15 to which a bell cup (loading object) 1 for atomizing and spraying paint is attached to the front end portion side and a rear end portion of the cylindrical portion 15. The flange portion 16 is provided, and is formed in a hollow cylindrical shape. The front end side of the cylindrical portion 15 to which the bell cup 1 is attached is formed in a tapered shape that gradually narrows toward the front end, and by fitting with the tapered hole 1a of the bell cup 1, the bell is formed on the front end side of the cylindrical portion 15. Cup 1 is attached. Further, the plurality of turbine blades 11 are formed by processing the outer peripheral surface of the flange portion 16.

回転軸12は、高速回転するため、回転時のアンバランスを抑えることが重要である。このため、回転軸12は、中空部15aを加工してバランス修正することで、回転時の抵抗を低減する。 Since the rotating shaft 12 rotates at high speed, it is important to suppress imbalance during rotation. Therefore, the rotating shaft 12 reduces the resistance during rotation by processing the hollow portion 15a to correct the balance.

ハウジング30は、ハウジング本体31と、ハウジング本体31の前部に固定される略円盤状の前蓋部32と、ハウジング本体31の後部に固定される後ハウジング33と、を有する。 The housing 30 has a housing main body 31, a substantially disk-shaped front lid portion 32 fixed to the front portion of the housing main body 31, and a rear housing 33 fixed to the rear portion of the housing main body 31.

本実施形態では、ハウジング本体31、前蓋部32、及び後ハウジング33の素材には、アルミニウム(比重2.7)が使用されているが、これらの素材は、アルミニウムに限定されず、例えば、セラミックなどの比重が4.0以下(比重が7.85である鉄の約半分以下)の素材が好ましい。さらに樹脂やCFRPなどの比重が3.0以下の素材がより好ましい。また、これらの素材を組み合わせてハウジング30を構成してもよい。これにより、スピンドル装置10の軽量化が図られるので、スピンドル装置10を搭載するロボットの軽量化やエネルギー消費を抑制(省エネルギー)することができる。 In the present embodiment, aluminum (specific gravity 2.7) is used as the material of the housing body 31, the front lid 32, and the rear housing 33, but these materials are not limited to aluminum, for example. A material having a specific gravity of 4.0 or less (about half or less of iron having a specific gravity of 7.85) such as ceramic is preferable. Further, a material having a specific gravity of 3.0 or less, such as resin or CFRP, is more preferable. Further, the housing 30 may be formed by combining these materials. As a result, the weight of the spindle device 10 can be reduced, so that the weight of the robot equipped with the spindle device 10 can be reduced and energy consumption can be suppressed (energy saving).

ハウジング本体31は、回転軸12の円筒部15の周囲に設けられ、内周面34aにラジアル軸受20が取り付けられる小径の円筒部分34と、回転軸12のフランジ部16の前方に設けられ、円筒部分34の後端部から径方向外方に延出する大径の円板部35とを備え、中空、且つ段付き形状に形成されている。円板部35には、スラスト軸受21の気体軸受21Aを収容するように、後方に開口する、断面矩形状の環状溝36が形成されている。また、円板部35には、磁石50を収容するように、後方に開口する磁石取付部37が、環状溝36の内径側に形成されている。 The housing body 31 is provided around the cylindrical portion 15 of the rotating shaft 12, has a small diameter cylindrical portion 34 to which the radial bearing 20 is attached to the inner peripheral surface 34a, and is provided in front of the flange portion 16 of the rotating shaft 12 to form a cylinder. A large-diameter disc portion 35 extending outward in the radial direction from the rear end portion of the portion 34 is provided, and is formed in a hollow and stepped shape. The disk portion 35 is formed with an annular groove 36 having a rectangular cross section that opens rearward so as to accommodate the gas bearing 21A of the thrust bearing 21. Further, the disk portion 35 is formed with a magnet mounting portion 37 that opens rearward so as to accommodate the magnet 50 on the inner diameter side of the annular groove 36.

後ハウジング33は、中空円筒状に形成され、ハウジング本体31の後端面に不図示のボルトによって締結固定されている。また、ハウジング本体31には、円筒部分34の外周面34bから内周面34aに向けて径方向に貫通形成された軸受気体供給路40が形成されている。軸受気体供給路40は、内周面34aに配置されたラジアル軸受20に、不図示の圧縮空気供給源から圧縮空気を供給する。 The rear housing 33 is formed in a hollow cylindrical shape, and is fastened and fixed to the rear end surface of the housing body 31 by bolts (not shown). Further, the housing main body 31 is formed with a bearing gas supply path 40 formed so as to penetrate in the radial direction from the outer peripheral surface 34b of the cylindrical portion 34 toward the inner peripheral surface 34a. The bearing gas supply path 40 supplies compressed air from a compressed air supply source (not shown) to the radial bearing 20 arranged on the inner peripheral surface 34a.

また、ハウジング本体31及び後ハウジング33には、後ハウジング33の後端面から軸方向に形成され、さらに円板部35で径方向内方に屈曲形成された軸受気体供給路41が設けられている。軸受気体供給路41は、環状溝36に配置された気体軸受21Aに、不図示の圧縮空気供給源から圧縮空気を供給する。
なお、前蓋部32も、ハウジング本体31の前端面に不図示のボルトによって締結固定される。
Further, the housing main body 31 and the rear housing 33 are provided with a bearing gas supply path 41 formed in the axial direction from the rear end surface of the rear housing 33 and further bent inward in the radial direction at the disk portion 35. .. The bearing gas supply path 41 supplies compressed air from a compressed air supply source (not shown) to the gas bearing 21A arranged in the annular groove 36.
The front lid portion 32 is also fastened and fixed to the front end surface of the housing body 31 by bolts (not shown).

ラジアル軸受20は、グラファイトからなる円筒状の多孔質部材であり、ハウジング本体31の内周面34aに締め代を持って嵌合固定されている。ラジアル軸受20の内周面は、回転軸12の円筒部15の外周面に対向している。ラジアル軸受20は、軸受気体供給路40から供給される圧縮空気を、回転軸12の円筒部15の外周面に向けて吹き付ける。 The radial bearing 20 is a cylindrical porous member made of graphite, and is fitted and fixed to the inner peripheral surface 34a of the housing body 31 with a tightening allowance. The inner peripheral surface of the radial bearing 20 faces the outer peripheral surface of the cylindrical portion 15 of the rotating shaft 12. The radial bearing 20 blows compressed air supplied from the bearing gas supply path 40 toward the outer peripheral surface of the cylindrical portion 15 of the rotating shaft 12.

これにより、ラジアル軸受20は、回転軸12とラジアル軸受20との隙間に発生する圧力差により回転軸12をハウジング30に対して非接触で浮上支持する。
なお、ラジアル軸受20は、グラファイトで形成される多孔質絞り方式の気体軸受によって構成されている。多孔質部材を用いた気体軸受は、剛性を確保しやすく、したがって、気体の流量が少ない場合であっても十分な剛性を確保することができる。
また、ラジアル軸受20は、単一の部材に限定されず、必要に応じて複数個に分割して配置されていてもよい。
As a result, the radial bearing 20 floats and supports the rotating shaft 12 with respect to the housing 30 due to the pressure difference generated in the gap between the rotating shaft 12 and the radial bearing 20.
The radial bearing 20 is composed of a porous drawing type gas bearing made of graphite. A gas bearing using a porous member can easily secure rigidity, and therefore, sufficient rigidity can be secured even when the flow rate of gas is small.
Further, the radial bearing 20 is not limited to a single member, and may be divided into a plurality of members and arranged as needed.

スラスト軸受21を構成する気体軸受21Aは、グラファイトからなる略円筒状の多孔質部材であり、気体軸受21Aの軸方向後端面22が、回転軸12のフランジ部16の前側面16aに対向するようにして、環状溝36に締め代を持って嵌合固定されている。気体軸受21Aは、自成絞り方式によって構成されており、気体軸受21Aの軸方向後端面22には、軸受気体供給路41に連通する不図示の複数の小径孔が開口している。気体軸受21Aは、軸受気体供給路41から供給される圧縮空気を、複数の小径孔からフランジ部16の前側面16aに向けて吹き付け、フランジ部16の前側面16aと気体軸受21Aとの隙間に発生する圧力差により回転軸12をハウジング30に対して後方に引き離す。 The gas bearing 21A constituting the thrust bearing 21 is a substantially cylindrical porous member made of graphite, so that the axial rear end surface 22 of the gas bearing 21A faces the front side surface 16a of the flange portion 16 of the rotating shaft 12. Then, it is fitted and fixed to the annular groove 36 with a tightening margin. The gas bearing 21A is configured by a self-made drawing method, and a plurality of small diameter holes (not shown) communicating with the bearing gas supply path 41 are opened in the axial rear end surface 22 of the gas bearing 21A. The gas bearing 21A blows compressed air supplied from the bearing gas supply path 41 from a plurality of small-diameter holes toward the front side surface 16a of the flange portion 16 into the gap between the front side surface 16a of the flange portion 16 and the gas bearing 21A. The generated pressure difference pulls the rotating shaft 12 backward with respect to the housing 30.

また、スラスト軸受21を構成する磁気軸受21Bは、磁石ヨーク51によって保持される磁石50を有する。磁石ヨーク51は、ハウジング30の円板部35の後端面35aに形成された磁石取付部37に螺合して取り付けられる。この状態で、永久磁石である磁石50は、フランジ部16の前側面16aに近接対向している。従って、フランジ部16は、磁石50の磁力により前方に引き寄せられる。 Further, the magnetic bearing 21B constituting the thrust bearing 21 has a magnet 50 held by the magnet yoke 51. The magnet yoke 51 is screwed and attached to the magnet attachment portion 37 formed on the rear end surface 35a of the disk portion 35 of the housing 30. In this state, the magnet 50, which is a permanent magnet, is in close contact with the front side surface 16a of the flange portion 16. Therefore, the flange portion 16 is attracted forward by the magnetic force of the magnet 50.

これにより、本実施形態のスラスト軸受21では、磁気軸受21Bによって、磁石50の引きつける力(磁気力)と、気体軸受21Aによって、フランジ部16の前側面16aに向けて圧縮空気を吹き付けることで生じる反力とによって、回転軸12がハウジング30に対して非接触でスラスト方向に支持される、また、磁石50によって、回転軸12の後方への抜け(ハウジング30から回転軸12が分離すること)が防止される。 As a result, in the thrust bearing 21 of the present embodiment, the magnetic bearing 21B blows the attractive force (magnetic force) of the magnet 50 and the gas bearing 21A blows compressed air toward the front side surface 16a of the flange portion 16. The rotating shaft 12 is supported in the thrust direction without contacting the housing 30 by the reaction force, and the rotating shaft 12 is pulled out to the rear by the magnet 50 (the rotating shaft 12 is separated from the housing 30). Is prevented.

このような複合軸受からなるスラスト軸受21で回転軸12をスラスト方向に支持することは、気体軸受のみで回転軸12を支持する場合と比べて、軸受損失が小さい。
また、気体軸受のみで回転軸12を支持する場合は、フランジ部16の両側から気体を吹き付ける必要があるため、スピンドル装置10の軸方向長さが長くなるが、磁石50を用いた場合は、フランジ部16の2つの側面のうち一方の側面に気体の吹き付けと磁石50による引きつけとを行うので、スピンドル装置10の軸方向長さを短くできる。
Supporting the rotating shaft 12 in the thrust direction with the thrust bearing 21 made of such a composite bearing has a smaller bearing loss than the case where the rotating shaft 12 is supported only with the gas bearing.
Further, when the rotating shaft 12 is supported only by the gas bearing, it is necessary to blow gas from both sides of the flange portion 16, so that the axial length of the spindle device 10 becomes long, but when the magnet 50 is used, the axial length of the spindle device 10 becomes long. Since gas is blown and attracted by the magnet 50 to one of the two side surfaces of the flange portion 16, the axial length of the spindle device 10 can be shortened.

なお、気体の吹き付けと磁石50による引きつけは、フランジ部16の2つの側面のうち前側面16aに対して行う方が好ましい。これにより、気体軸受21A(気体の噴出部)及び磁気軸受21Bが、フランジ部16の前端側に配置されるので、フランジ部16の後端側に配置するよりも、スピンドル装置10の軸方向長さを短くできる。また、ラジアル軸受20とスラスト軸受21の気体軸受21Aを別々に構成する場合には、磁石50を気体軸受21Aに対して内径側に配置することで、気体軸受21Aの軸受気体供給路41のレイアウトを容易に構成することができる。 It is preferable that the gas is sprayed and the magnet 50 is attracted to the front side surface 16a of the two side surfaces of the flange portion 16. As a result, the gas bearing 21A (gas ejection portion) and the magnetic bearing 21B are arranged on the front end side of the flange portion 16, so that the axial length of the spindle device 10 is longer than that on the rear end side of the flange portion 16. Can be shortened. Further, when the radial bearing 20 and the gas bearing 21A of the thrust bearing 21 are separately configured, the magnet 50 is arranged on the inner diameter side with respect to the gas bearing 21A to lay out the bearing gas supply path 41 of the gas bearing 21A. Can be easily configured.

後ハウジング33には、タービン羽根11に作動用の圧縮空気を供給するための不図示のタービンエア供給経路が、軸受気体供給路40,41とは別位相で形成される。さらに、後ハウジング33には、タービンエア供給経路と連通する不図示の複数のノズルが、タービン羽根11に対向して内周面に開口して形成されている。したがって、タービンエア供給経路に供給されるエアの流量をコントロールすることで、回転軸12は、所定の回転速度を得ることができる。 In the rear housing 33, a turbine air supply path (not shown) for supplying compressed air for operation to the turbine blades 11 is formed in a phase different from that of the bearing gas supply paths 40 and 41. Further, a plurality of nozzles (not shown) communicating with the turbine air supply path are formed in the rear housing 33 so as to face the turbine blades 11 and open on the inner peripheral surface. Therefore, by controlling the flow rate of the air supplied to the turbine air supply path, the rotating shaft 12 can obtain a predetermined rotational speed.

このように構成されたスピンドル装置10では、ラジアル軸受20及びスラスト軸受21の気体軸受21Aに気体(圧縮空気)を供給することで、回転軸12がハウジング30に非接触で回転自在に支持された状態となる。また、複数のノズルから複数のタービン羽根11に向けて気体を噴出することで、噴流のもつ運動エネルギーを回転軸12の回転駆動力に変換して、回転軸12が回転駆動される。 In the spindle device 10 configured in this way, the rotating shaft 12 is rotatably supported by the housing 30 in a non-contact manner by supplying gas (compressed air) to the gas bearing 21A of the radial bearing 20 and the thrust bearing 21. It becomes a state. Further, by ejecting gas from the plurality of nozzles toward the plurality of turbine blades 11, the kinetic energy of the jet stream is converted into the rotational driving force of the rotating shaft 12, and the rotating shaft 12 is rotationally driven.

また、本実施形態のスピンドル装置10では、回転軸12の重心Gの軸方向位置が、ラジアル軸受20の軸方向中心Cと、ラジアル軸受20の前側の端面である出力側端面20aとの間に設定されている。回転軸12の重心Gの軸方向位置は、円筒部15及びフランジ部16における肉厚や径寸法等を調整することにより、上記範囲内に設定している。 Further, in the spindle device 10 of the present embodiment, the axial position of the center of gravity G of the rotating shaft 12 is between the axial center C of the radial bearing 20 and the output side end surface 20a which is the front end surface of the radial bearing 20. It is set. The axial position of the center of gravity G of the rotating shaft 12 is set within the above range by adjusting the wall thickness, the diameter dimension, etc. of the cylindrical portion 15 and the flange portion 16.

ここで、回転軸12の重心Gとは、回転軸12の前端部に静電塗装機用のベルカップ(搭載物)1などが取り付けられた場合には、ベルカップ1を回転軸12に取り付けた状態での重心を意味する。
また、ラジアル軸受20の軸方向中心Cとは、ラジアル軸受20として機能している範囲の出力側端面20aと反出力側端面20bの軸方向中心を意味する。従って、ラジアル軸受20が複数個に分割されている場合も、ラジアル軸受20の軸方向中心Cは、ラジアル軸受20として機能している範囲の出力側端面と反出力側端面の軸方向中心を意味する。
Here, the center of gravity G of the rotating shaft 12 means that the bell cup 1 is attached to the rotating shaft 12 when a bell cup (loading object) 1 for an electrostatic coating machine is attached to the front end of the rotating shaft 12. It means the center of gravity in the state of being.
Further, the axial center C of the radial bearing 20 means the axial center of the output side end surface 20a and the opposite output side end surface 20b in the range functioning as the radial bearing 20. Therefore, even when the radial bearing 20 is divided into a plurality of parts, the axial center C of the radial bearing 20 means the axial center of the output side end face and the counter-output side end face in the range functioning as the radial bearing 20. To do.

本実施形態のスピンドル装置10が、静電塗装用に使用される場合、スピンドル装置10は、ロボットアームの先端に取り付けられる。そして、回転軸12の中空部15aに塗料吐出のチューブが挿入され、タービンエア供給経路を介して複数のノズルからタービン羽根11に向けて圧縮空気を噴出することで回転軸12を高速回転させて、塗料を霧状にして塗装を行う。 When the spindle device 10 of the present embodiment is used for electrostatic coating, the spindle device 10 is attached to the tip of a robot arm. Then, a paint discharge tube is inserted into the hollow portion 15a of the rotating shaft 12, and compressed air is ejected from a plurality of nozzles toward the turbine blades 11 via the turbine air supply path to rotate the rotating shaft 12 at high speed. , The paint is atomized and painted.

その際、回転軸12のアンバランスは、中空部15aを加工することでバランス修正が可能ではあるが、回転軸12にアンバランスが残っていると、回転軸12には回転に伴ってアンバランス負荷が径方向に発生する。また、回転軸12が高速回転しているとき、ロボットアームによりスピンドル装置10が旋回移動すると、回転軸12にはジャイロモーメントが発生する。 At that time, the unbalance of the rotating shaft 12 can be corrected by processing the hollow portion 15a, but if the unbalance remains on the rotating shaft 12, the rotating shaft 12 becomes unbalanced with rotation. The load is generated in the radial direction. Further, when the rotating shaft 12 is rotating at high speed and the spindle device 10 is swiveled by the robot arm, a gyro moment is generated on the rotating shaft 12.

本実施形態のような構成のスピンドル装置10では、ラジアル軸受20がアンバランス負荷と、ジャイロモーメントの負荷の両方を受けるが、ラジアル軸受20は、回転軸12の重心Gに対して出力側でアンバランス負荷を受ける割合が大きく、回転軸12の重心Gに対して反出力側でジャイロモーメントの負荷を受ける割合が大きい。 In the spindle device 10 having a configuration as in this embodiment, the radial bearing 20 receives both an unbalanced load and a gyro moment load, but the radial bearing 20 is unbalanced on the output side with respect to the center of gravity G of the rotating shaft 12. The ratio of receiving the balance load is large, and the ratio of receiving the load of the gyro moment on the counter-output side with respect to the center of gravity G of the rotating shaft 12 is large.

本実施形態では、回転軸12の重心Gは、ラジアル軸受20の出力側(ラジアル軸受20の軸方向中心Cと、ラジアル軸受20の出力側端面20aとの間)に設定されている。このため、アンバランス負荷を主として受けるラジアル軸受20の出力側部分(回転軸12の重心Gとラジアル軸受20の出力側端面20aとの間)の長さL1に対して、回転軸12のジャイロモーメントを主として受けるラジアル軸受20の反出力側部分(回転軸12の重心Gとラジアル軸受20の反出力側端面20bとの間)の長さL2が長くなる。この結果、ラジアル軸受20の反出力側部分が、ジャイロモーメントの負荷を受ける余力が大きくなっている。 In the present embodiment, the center of gravity G of the rotating shaft 12 is set on the output side of the radial bearing 20 (between the axial center C of the radial bearing 20 and the output side end surface 20a of the radial bearing 20). Therefore, the gyro moment of the rotating shaft 12 is relative to the length L1 of the output side portion of the radial bearing 20 (between the center of gravity G of the rotating shaft 12 and the output side end surface 20a of the radial bearing 20) that mainly receives the unbalanced load. The length L2 of the counter-output side portion of the radial bearing 20 (between the center of gravity G of the rotating shaft 12 and the counter-output side end surface 20b of the radial bearing 20) is increased. As a result, the non-output side portion of the radial bearing 20 has a large residual force for receiving the load of the gyro moment.

したがって、ラジアル軸受20は、アンバランス負荷を受けると共に、スピンドル装置10の旋回移動により大きなジャイロモーメントが発生したとしても、該ジャイロモーメントの負荷を受けることができ、気体軸受の隙間を確保しつつ、安定して高速回転を維持することができる。 Therefore, the radial bearing 20 receives an unbalanced load, and even if a large gyro moment is generated due to the turning movement of the spindle device 10, the radial bearing 20 can receive the load of the gyro moment, and while securing a gap between the gas bearings, It is possible to maintain stable high-speed rotation.

また、ラジアル軸受20は、軸方向寸法(L)と内径(D)との比が、0.5≦L/D≦1.5となるように構成されている。これは、L/Dが0.5よりも小さいと、ラジアル軸受20の負荷能力が不足して、回転軸12のアンバランス等により、ラジアル軸受20と回転軸12とが接触する可能性がある。また、L/Dが1.5よりも大きいと、スピンドル装置10の小型化・軽量化(省エネルギー)の効果が小さい。 Further, the radial bearing 20 is configured such that the ratio of the axial dimension (L) to the inner diameter (D) is 0.5 ≦ L / D ≦ 1.5. This is because if the L / D is smaller than 0.5, the load capacity of the radial bearing 20 is insufficient, and the radial bearing 20 and the rotating shaft 12 may come into contact with each other due to an imbalance of the rotating shaft 12. .. Further, when the L / D is larger than 1.5, the effect of downsizing and weight reduction (energy saving) of the spindle device 10 is small.

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、本実施形態では、本発明のスピンドル装置10を静電塗装機に利用されるものとして説明したが、これに限定されず、半導体製造装置(ウェーハ外周部面取機)や、機械加工物のエッジバリ取り機にも適用することができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified, improved, and the like.
For example, in the present embodiment, the spindle device 10 of the present invention has been described as being used for an electrostatic coating machine, but the present invention is not limited to this, and a semiconductor manufacturing device (wafer outer peripheral chamfering machine) or a machined product is used. It can also be applied to the edge deburring machine of.

また、本実施形態では、気体軸受21Aと磁気軸受21Bでスラスト軸受21を構成して回転軸12をスラスト方向に支持する構成としたが、本発明はこれに限らず、複数の気体軸受を用いて、気体の供給により、回転軸12をスラスト方向に支持する構成であってもよい。 Further, in the present embodiment, the thrust bearing 21 is formed by the gas bearing 21A and the magnetic bearing 21B to support the rotating shaft 12 in the thrust direction. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of gas bearings are used. Therefore, the rotating shaft 12 may be supported in the thrust direction by supplying gas.

さらに、本発明のラジアル軸受20は、多孔質絞り方式に限定されず、また、本発明のスラスト軸受21の気体軸受21Aも、自成絞り方式に限定されず、いずれも、他の方式の気体軸受が適用されてもよい。 Further, the radial bearing 20 of the present invention is not limited to the porous drawing method, and the gas bearing 21A of the thrust bearing 21 of the present invention is not limited to the self-drawing method, and all of them are gases of other types. Bearings may be applied.

また、ラジアル軸受20とスラスト軸受21の気体軸受21Aは、それぞれ別体で形成されてハウジング30に締め代を持って嵌合されるとして説明したが、ラジアル軸受20とスラスト軸受21の気体軸受21Aとが一体成形されてハウジング30に締め代を持って嵌合されてもよい。 Further, although it has been described that the radial bearing 20 and the gas bearing 21A of the thrust bearing 21 are formed separately and fitted to the housing 30 with a tightening allowance, the gas bearing 21A of the radial bearing 20 and the thrust bearing 21 has been described. May be integrally molded and fitted to the housing 30 with a tightening allowance.

1 ベルカップ(搭載物)
10 スピンドル装置
11 タービン羽根
12 回転軸
16 フランジ部
16a 前側面(フランジ部の一方の側面)
20 ラジアル軸受
20a 出力側端面
20b 反出力側端面
21 スラスト軸受
21A 気体軸受
21B 磁気軸受
30 ハウジング
50 磁石
C ラジアル軸受の軸方向中心
D ラジアル軸受の内径
G 回転軸の重心
L ラジアル軸受の軸方向寸法
1 Bell cup (loaded)
10 Spindle device 11 Turbine blade 12 Rotating shaft 16 Flange portion 16a Front side surface (one side surface of flange portion)
20 Radial bearing 20a Output side end face 20b Non-output side end face 21 Thrust bearing 21A Gas bearing 21B Magnetic bearing 30 Housing 50 Magnet C Axial center of radial bearing D Inner diameter of radial bearing G Center of gravity of rotating shaft L Axial dimension of radial bearing

Claims (7)

複数のタービン羽根が円周方向に亙って設けられ、前端部に搭載物を取り付け可能な回転軸と、
該回転軸を収容するハウジングと、
該ハウジングに取り付けられ、気体の供給により、前記ハウジングに対して前記回転軸を非接触で浮上支持するラジアル軸受と、
を備え、前記複数のタービン羽根に気体が噴出されることにより前記回転軸を回転駆動するスピンドル装置であって、
前記回転軸の重心は、前記ラジアル軸受の軸方向中心と、前記ラジアル軸受の出力側端面との間に設定される、スピンドル装置。
A rotating shaft with multiple turbine blades installed across the circumference and a load can be attached to the front end.
A housing for accommodating the rotating shaft and
A radial bearing that is attached to the housing and floats and supports the rotating shaft with respect to the housing by supplying gas.
A spindle device that rotationally drives the rotating shaft by ejecting gas to the plurality of turbine blades.
A spindle device in which the center of gravity of the rotating shaft is set between the axial center of the radial bearing and the output side end surface of the radial bearing.
前記ラジアル軸受は、多孔質絞り方式の気体軸受である、請求項1に記載のスピンドル装置。 The spindle device according to claim 1, wherein the radial bearing is a porous drawing type gas bearing. 前記ラジアル軸受は、軸方向寸法(L)と内径(D)との比が、0.5≦L/D≦1.5となるように構成される、請求項1又は2に記載のスピンドル装置。 The spindle device according to claim 1 or 2, wherein the radial bearing is configured such that the ratio of the axial dimension (L) to the inner diameter (D) is 0.5 ≦ L / D ≦ 1.5. .. 前記ハウジングは、比重が4.0以下であり、前記ラジアル軸受を締め代を持って嵌合させる、請求項1〜3のいずれか1項に記載のスピンドル装置。 The spindle device according to any one of claims 1 to 3, wherein the housing has a specific gravity of 4.0 or less, and the radial bearing is fitted with a tightening allowance. 前記回転軸は、該回転軸の後端部に前記回転軸から径方向外方に延設されたフランジ部を備え、
前記フランジ部の一方の側面に対向して前記フランジ部に軸方向の吸引力を作用させる磁石、及び前記フランジ部の前記一方の側面に対向するように前記ハウジングに取り付けられ、気体の供給により前記フランジ部に向けて圧縮空気を吹き付ける気体軸受を有し、前記回転軸をスラスト方向に非接触で支持するスラスト軸受をさらに備える、請求項1〜4のいずれか1項に記載のスピンドル装置。
The rotating shaft is provided with a flange portion extending radially outward from the rotating shaft at the rear end portion of the rotating shaft.
A magnet that faces one side surface of the flange portion and exerts an axial attraction on the flange portion, and is attached to the housing so as to face the one side surface of the flange portion, and is attached to the housing by supplying gas. The spindle device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a thrust bearing that has a gas bearing that blows compressed air toward a flange portion and supports the rotating shaft in the thrust direction in a non-contact manner.
前記スラスト軸受を構成する気体軸受は、自成絞り方式である、請求項5に記載のスピンドル装置。 The spindle device according to claim 5, wherein the gas bearing constituting the thrust bearing is a self-made drawing type. 前記ハウジングは、比重が4.0以下であり、前記気体軸受を締め代を持って嵌合させる、請求項5又は6に記載のスピンドル装置。 The spindle device according to claim 5 or 6, wherein the housing has a specific gravity of 4.0 or less, and the gas bearing is fitted with a tightening allowance.
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