JP6623720B2 - Spindle device - Google Patents
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Description
本発明は、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, and more particularly, to a spindle device that can be suitably used for an electrostatic coating machine.
従来、静電塗装機に使用されるスピンドル装置としては、図4に示すようなものが知られている(例えば、特許文献1参照。)このスピンドル装置100は、軸方向一端部にベルカップ101が取り付けられ、軸方向他端部に複数のタービン羽根102が設けられた回転軸103と、回転軸103が挿通されるハウジング104と、ハウジング104を収容する装置ケース105と、を備え、複数のタービン羽根102に気体を噴出することで、回転軸103を回転させている。
Conventionally, as a spindle device used in an electrostatic coating machine, one shown in FIG. 4 is known (for example, see Patent Document 1). This
また、この回転軸103は、ハウジング104に取り付けられた気体軸受106によって、ラジアル方向に回転自在に支持されている。さらに、回転軸103は、ハウジング104に取り付けられた磁石107によってフランジ部108を引き付ける磁力と、気体軸受106によってフランジ部108に気体を吹き付ける際の反力との釣り合いで、スラスト方向に支持されている。
The rotating shaft 103 is rotatably supported in a radial direction by a gas bearing 106 attached to the
ところで、図4に示すようなスピンドル装置100では、タービン羽根102と気体軸受106とが軸方向に離間して配置されており、軸方向に長い構成となる。このため、全体としての重量アップ、タービン羽根102の回転によって気体軸受106にかかるモーメント負荷大、長い気体の供給通路といった課題が存在し、さらなる改善が求められる。
By the way, in the
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、軸方向の長さが短い扁平な構成とし、小型化及び軽量化を実現可能な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-described problems, and an object of the present invention is to provide a spindle device that has a flat configuration with a short axial length and can be reduced in size and weight.
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る回転軸と、
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気体軸受と、
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、
前記複数のタービン羽根は、前記気体軸受に対して径方向内側に配置され、該気体軸受と軸方向においてオーバーラップすることを特徴とするスピンドル装置。
(2) 前記回転軸に設けられたフランジ部を軸方向に引き付ける磁石をさらに備え、
前記気体軸受は、前記回転軸の外周面、及び前記フランジ部の軸方向側面に向けて気体を吹き付け、
前記回転軸は、前記磁石及び前記気体軸受によって、前記ハウジングに対してラジアル方向及びスラスト方向に支持されることを特徴とする(1)に記載のスピンドル装置。
(3) 前記気体軸受は、軸方向における複数の位置で気体が供給されることを特徴とする(1)または(2)に記載のスピンドル装置。
The above object of the present invention is achieved by the following configurations.
(1) a rotating shaft on which a plurality of turbine blades are provided in a circumferential direction;
A housing for accommodating the rotating shaft;
A gas bearing attached to the housing and supporting the rotary shaft in a floating manner in a non-contact manner 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,
The spindle device, wherein the plurality of turbine blades are arranged radially inward with respect to the gas bearing, and overlap the gas bearing in the axial direction.
(2) a magnet that attracts the flange provided on the rotating shaft in the axial direction,
The gas bearing blows gas toward the outer peripheral surface of the rotating shaft, and the axial side surface of the flange portion,
The spindle device according to (1), wherein the rotating shaft is supported in a radial direction and a thrust direction with respect to the housing by the magnet and the gas bearing.
(3) The spindle device according to (1) or (2), wherein the gas is supplied to the gas bearing at a plurality of positions in an axial direction.
本発明のスピンドル装置によれば、複数のタービン羽根は、気体軸受と軸方向においてオーバーラップしているので、スピンドル装置を扁平化することができ、小型化による狭い空間での塗装や、軽量化により、ロボットの小型化を実現することができる。また、この構成により、複数のタービン羽根と気体軸受とが軸方向に離間している構成に比べて、タービン羽根の回転による気体軸受かかるモーメント負荷を軽減することができ、さらに、気体の供給通路が短くなり、配管抵抗が小さくなることで、圧力損失を抑制することができる。
また、複数のタービン羽根は、気体軸受に対して径方向内側に配置されるので、回転軸の回転時の慣性モーメントが小さくなり、加減速する際の時間を減少することができる。
According to the spindle device of the present invention, the plurality of turbine blades overlap the gas bearing in the axial direction, so that the spindle device can be flattened, and painting in a narrow space due to miniaturization and weight reduction can be achieved. Thus, the robot can be reduced in size. Further, with this configuration, the moment load applied to the gas bearing due to the rotation of the turbine blade can be reduced as compared with the configuration in which the plurality of turbine blades and the gas bearing are separated in the axial direction. Is reduced and the pipe resistance is reduced, so that pressure loss can be suppressed.
Further, since the plurality of turbine blades are arranged radially inward with respect to the gas bearing, the moment of inertia during rotation of the rotating shaft is reduced, and the time required for acceleration and deceleration can be reduced.
以下、本発明に係るスピンドル装置の各実施形態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に示す左側を前側と称し、右側を後側と称する。 Hereinafter, embodiments of a spindle device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the left side shown in FIG. 1 is referred to as a front side, and the right side is referred to as a rear side.
(第1実施形態)
図1及び図2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を収容するハウジング20と、気体軸受40及び磁石50によって構成され、回転軸12をハウジング20に対してラジアル方向及びスラスト方向に支持するラジアル軸受及びスラスト軸受と、を備える。
(1st Embodiment)
As shown in FIGS. 1 and 2, the
回転軸12は、外周面に取付用ねじ13及びテーパ面14を有し、塗料を霧状にして噴霧するための塗装用治具であるベルカップ1が取り付けられるワーク取付部15と、このワーク取付部15の基端部から径方向外方に延出するフランジ部16と、該フランジ部16の径方向中間部分から軸方向に延出する円筒部17と、を有し、中空状に形成されている。
複数のタービン羽根11は、円筒部17の内周面を加工することで形成されている。
The rotating
The plurality of
ハウジング20は、前ハウジング21、後ハウジング22、及び前蓋35を有し、それぞれ中空状に形成されている。前ハウジング21は、回転軸12の円筒部17の外径側に位置し、前蓋35は、フランジ部16の前側面と近接対向するようにして形成されている。前蓋35、前ハウジング21、後ハウジング22は、不図示のボルトによって締結固定されている。また、後ハウジング22は、回転軸12の円筒部17の内側を、フランジ部16の後側面に向かって延出する軸方向延出部23を備え、断面略L字形に形成されている。
The
気体軸受40は、円筒状の多孔質部材であり、前ハウジング21の内周面に取り付けられる。そして、気体軸受40は、前ハウジング21及び後ハウジング22に形成された軸受エア供給経路24からの気体の供給により、回転軸12の円筒部17の外周面に向けて圧縮空気を吹き付け、ハウジング20に対して回転軸12を非接触で浮上支持する。これにより、回転軸12は、気体軸受40によってハウジング20に対してラジアル方向に支持される。
The gas bearing 40 is a cylindrical porous member, and is attached to the inner peripheral surface of the
また、気体軸受40は、その軸方向前端面が回転軸12のフランジ部16の後側面に対向しており、フランジ部16の後側面に向けて圧縮空気が吹き出される。
The gas bearing 40 has a front end surface in the axial direction facing the rear surface of the
磁石50は、磁石ヨーク51によって保持され、磁石ヨーク51は、後ハウジング22の軸方向延出部23の内側に形成された磁石取付部25に螺合して取り付けられる。この状態で、磁石50は、フランジ部16の後側面に近接対向している。
したがって、磁石50の磁力により、フランジ部16が後方に引き寄せられる。一方、気体軸受40は、フランジ部16の後側面(軸方向側面)に向けて圧縮空気を吹き付けることで反力を生じ、磁石50の引きつける力と、気体軸受40の反力とによって、回転軸12がハウジング20に対してスラスト方向に支持される。
The
Therefore, the
後ハウジング22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タービンエア供給経路26と、タービン羽根11にブレーキ用の圧縮空気を供給するための他のタービンエア供給経路28と、が形成され、さらに、後ハウジング22の軸方向延出部23の外周面には、内部に複数のノズル27が形成されるノズルリング36が取り付けられている。図2に示すように、ノズルリング36には、タービンエア供給経路26と連通し、径方向に対して円周方向一方側に傾斜して直線状に延びる複数(本実施形態では、円周方向に等間隔に6本)の正転ノズル27と、他のタービンエア供給経路28と連通し、径方向に対して円周方向他方側に傾斜して直線状に延びる逆転ノズル29が形成されている。
The
なお、後ハウジング22には、タービンエアを排出するためのタービンエア排気孔30及び回転センサを挿入するための検出用孔31が軸方向に貫通してそれぞれ形成されている。
In the
したがって、このように構成されたスピンドル装置10では、気体軸受40に気体を供給することで、回転軸12がハウジング20に回転自在に支持された状態で、複数の正転ノズル27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。
Therefore, in the
ここで、本実施形態のスピンドル装置10は、複数のタービン羽根11が、気体軸受40と軸方向においてオーバーラップするように構成されている。これにより、スピンドル装置10を扁平化することができ、小型化による狭い空間での塗装や、軽量化により、ロボットの小型化を実現することができる。また、この構成により、複数のタービン羽根11と気体軸受40とが軸方向に離間している構成に比べて、タービン羽根11の回転による気体軸受40にかかるモーメント負荷を軽減することができ、さらに、軸受エア供給経路24やタービンエア供給経路26,28が短くなり、配管抵抗が小さくなることで、経路内での圧力損失を抑制することができる。
Here, the
また、複数のタービン羽根11は、気体軸受40に対して径方向内側に配置されるので、回転軸12の回転時の慣性モーメントが小さくなり、加減速する際の時間を減少することができる。
Further, since the plurality of
さらに、上記の構成を採用することにより、軸受エア供給経路24は径方向内側に向けてエアを噴出し、タービンノズルである正転ノズル27及び逆転ノズル29は、径方向外側に向けてエアを噴出する構成となる。したがって、軸受エア供給経路24は、タービンエア排気孔30よりも径方向外側を通って、後ハウジング22の後端面に開口し、タービンエア供給経路26、28は、タービンエア排気孔30の径方向内側を通って、後ハウジング22の後端面に開口し、これら経路24,26,28のレイアウトの自由度がアップする。
Furthermore, by adopting the above configuration, the bearing
また、回転軸12に設けられたフランジ部16を軸方向に引き付ける磁石50をさらに備え、気体軸受40は、回転軸12の外周面、及びフランジ部16の軸方向側面に向けて気体を吹き付け、回転軸12は、気体軸受40及び磁石50によって、ハウジング20に対してラジアル方向及びスラスト方向に支持されるので、回転軸12をハウジング20に対してコンパクトに支持することができる。
The
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態のスピンドル装置10について説明する。
本実施形態のスピンドル装置10aでは、気体軸受40aは、第1実施形態の気体軸受40よりも軸方向寸法が長く構成されている。また、気体軸受40aには、軸方向において2箇所の位置で、2つに分岐した軸受エア供給経路24の開口から気体が供給されると共に、軸方向中間部に径方向に貫通する排気孔41を設け、後ハウジング22に形成された軸受エア排出経路32が連通して、外部に気体を排出している。
(2nd Embodiment)
Next, a
In the
これにより、本実施形態のスピンドル装置10aでは、気体軸受40aは、軸方向における複数の位置で気体を供給しており、気体軸受40aの軸方向寸法を長くすることができる。したがって、スピンドル装置10は、第1実施形態のものと比較して、全体としての軸方向寸法が長くなるものの、スピンドル装置10aのモーメント剛性を大きくすることができる。
なお、その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
Accordingly, in the
Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.
尚、本発明は、前述した各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 embodiments, and can be appropriately modified, improved, and the like.
For example, in the present embodiment, the spindle device of the present invention has been described as being used in an electrostatic coating machine. However, the present invention is not limited to this. It can also be applied to an edge deburring machine.
また、本発明の複数のタービン羽根が、気体軸受と軸方向においてオーバーラップするとは、複数のタービン羽根の少なくとも一部が軸方向においてオーバーラップする構成を含む。即ち、本実施形態のように、複数のタービン羽根の軸方向両端部が気体軸受と軸方向においてオーバーラップする構成であってもよいし、複数のタービン羽根の軸方向の少なくとも一部が軸方向においてオーバーラップする構成であってもよい。 Further, the term "a plurality of turbine blades overlaps the gas bearing in the axial direction" in the present invention includes a configuration in which at least a part of the plurality of turbine blades overlaps in the axial direction. That is, as in the present embodiment, both ends of the plurality of turbine blades in the axial direction may overlap with the gas bearing in the axial direction, or at least a part of the plurality of turbine blades in the axial direction may be in the axial direction. May be overlapped.
また、本実施形態では、気体軸受と磁石とを用いてラジアル方向及びスラスト方向に回転軸12を支持する構成としたが、複数の気体軸受を用いてラジアル方向及びスラスト方向に回転軸12を支持する構成であってもよい。
Further, in the present embodiment, the
さらに、本発明の気体軸受は、多孔質部材によって構成されるものに限定されず、自成絞り等、他の静圧形のものであってもよい。ただし、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。 Further, the gas bearing of the present invention is not limited to the one formed of a porous member, but may be another static pressure type such as a self-contained throttle. However, a gas bearing using a porous member can easily secure rigidity, and therefore can secure sufficient rigidity even when the gas flow rate is small.
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
20 ハウジング
40 気体軸受
50 磁石
DESCRIPTION OF
Claims (3)
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気体軸受と、
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、
前記複数のタービン羽根は、前記気体軸受に対して径方向内側に配置され、該気体軸受と軸方向においてオーバーラップすることを特徴とするスピンドル装置。 A rotating shaft in which a plurality of turbine blades are provided on the inner peripheral surface in a circumferential direction;
A housing for accommodating the rotating shaft;
A gas bearing attached to the housing and supporting the rotary shaft in a floating manner in a non-contact manner 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,
The spindle device, wherein the plurality of turbine blades are arranged radially inward with respect to the gas bearing, and overlap the gas bearing in the axial direction.
前記気体軸受は、前記回転軸の外周面、及び前記フランジ部の軸方向側面に向けて気体を吹き付け、
前記回転軸は、前記磁石及び前記気体軸受によって、前記ハウジングに対してラジアル方向及びスラスト方向に支持されることを特徴とする請求項1に記載のスピンドル装置。 Further comprising a magnet that attracts the flange portion provided on the rotating shaft in the axial direction,
The gas bearing blows gas toward the outer peripheral surface of the rotating shaft, and the axial side surface of the flange portion,
The spindle device according to claim 1, wherein the rotating shaft is supported by the magnet and the gas bearing in a radial direction and a thrust direction with respect to the housing.
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