KR20190044637A

KR20190044637A - 에어 터빈 구동 스핀들

Info

Publication number: KR20190044637A
Application number: KR1020197007477A
Authority: KR
Inventors: 테루요시 호리우치
Original assignee: 에누티에누 가부시기가이샤
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2017-08-08
Publication date: 2019-04-30
Also published as: JP2018035722A; DE112017004353T5; CN109690026A; US11325140B2; WO2018043071A1; JP6762808B2; CN109690026B; KR102383191B1; US20200398292A1

Abstract

관통구멍 내부의 압력 상승을 억제하는 것이 가능한 에어 터빈 구동 스핀들을 제공한다. 스핀들은, 회전축(1)과, 외주부재(하우징 어셈블리(2), 커버(5) 및 노즐판(6))를 구비한다. 회전축(1)에는 관통구멍(17)이 형성되어 있다. 외주부재는, 회전축(1)의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸는 베어링 슬리브(4)를 포함한다. 외주부재는, 급기부와 배기구멍(11)을 포함한다. 스핀들은, 제2 배기부(제1 배기구멍(25) 및 제1 기체 유로(26))를 구비한다. 제2 배기부는, 배기구멍(11)과는 독립하여, 배기 공간(20)부터 외부에 이어진다.

Description

에어 터빈 구동 스핀들

본 발명은, 정밀 가공기나 정전도장 장치 등에 적용되는 에어 터빈 구동 스핀들에 관한 것이다.

종래, 정밀 가공기나 정전도장 장치에 사용되는 에어 터빈 구동 스핀들(이하, 단지 스핀들이라고도 부른다)이 알려져 있다. 예를 들면, 국제 공개 제2015/004966호(특허 문헌 1)에서는, 도장기용의 스핀들이 개시되어 있다. 특허 문헌 1에 개시되어 있는 바와 같은 도장기용의 스핀들은, 회전축의 구동을 전기 모터가 아니라 에어 터빈에 의해 행하고 있다. 구체적으로는, 회전축의 후단측에 마련된 회전날개를 향하여, 압축공기를 터빈 노즐로부터 분출시켜 뿜어댐(吹き付ける)에 의해 회전축을 회전 구동한다.

터빈 노즐로부터 분출하고, 회전날개를 통과한 터빈 에어는, 회전날개에 인접하는 터빈 공기 배기로(排氣路)로부터 배기 공간을 통과하여 배기구멍부터 외부로 배기된다. 이 배기구멍은 도장기측의 배기구멍과 연통하고 있다. 그때문에, 터빈 에어는 도장기측의 배기구멍에 접속된 배기용 배관에 의해 도장기의 외부로 배출된다.

이때, 배기용 배관에는 관로(管路) 저항이 있기 때문에, 터빈 에어의 일부는 배기용 배관으로는 흐르지 않고, 상기 배기 공간에 이어지는 회전축의 관통구멍을 통과하여, 회전축의 선단부에 설치되는 컵 내부에 달한다. 이때의 배기 공간이나 관통구멍 내부의 압력은, 대기압보다도 높은 상태에 있다. 또한, 당해 압력은, 터빈 에어의 유량이 증가할수록 높아진다.

회전축의 선단부에 설치된 컵은, 회전축의 관통구멍 내에 배치된 도료 분사 노즐에서 분사되는 도료를 원심력으로 확산시켜 안개화(霧化)하는 역할을 담당하고 있다. 그리고, 상기한 바와 같이 터빈 에어가 컵 내부에 도달함으로써 컵내 공간의 압력이 높아지면, 당해 압력이 도료를 밀어내어(押し出し) 버려, 도료의 균일한 안개화를 방해한다는 문제가 있다.

상기 특허 문헌 1에서는, 상기한 바와 같은 회전축의 관통구멍 내부의 압력 상승을 억제하기 위해, 당해 회전축의 선단부측에서, 회전축의 관통구멍 내부로부터 회전축의 외주 측면까지 도달하는 배기용의 구멍을 형성한 구성이 개시되어 있다.

특허 문헌 1 : 국제 공개 제2015/004966호

그러나, 상기한 바와 같이 회전축의 선단부측에서 배기용의 구멍을 형성한 구성에서는, 당해 배기용의 구멍이 회전축의 선단부의 컵에 가깝기 때문에, 관통구멍 내부의 압력 상승이 큰 경우 등에, 당해 컵에서의 도료의 균일한 안개화가 저해될 우려가 있다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 관통구멍 내부의 압력 상승을 억제하는 것이 가능한 에어 터빈 구동 스핀들을 제공하는 것이다.

본 발명에 관한 에어 터빈 구동 스핀들은, 회전축과, 외주부재를 구비한다. 회전축에는 관통구멍이 형성되어 있다. 회전축은, 선단부와, 선단부와는 반대측에 위치하는 근원부(根元部)와, 당해 근원부에서 회전축의 회전 방향에 따라 배치된 복수의 회전날개를 포함한다. 외주부재는, 회전축의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸는 베어링 슬리브를 포함한다. 외주부재는, 급기부와 제1 배기부를 포함한다. 급기부는, 회전축을 회전시키기 위해 회전날개에 기체를 뿜어댄다(吹き付ける). 제1 배기부는, 회전날개에 뿜어대여진 기체를, 회전날개에 면하는 배기 공간부터 외주부재의 외부로 배출한다. 배기 공간은 관통구멍과 이어진다. 에어 터빈 구동 스핀들은, 제2 배기부를 구비한다. 제2 배기부는, 제1 배기부와는 독립하여, 상기 배기 공간과, 배기 영역의 적어도 어느 일방부터 외부에 이어진다. 배기 영역은, 관통구멍의 내부 공간 중 선단부측에 위치하는 베어링 슬리브의 단부보다 배기 공간측의 영역이다.

상기에 의하면, 에어 터빈 구동 스핀들에서 회전축의 관통구멍 내부의 압력 상승을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 스핀들의 단면 모식도.
도 2는 도 1에 도시한 스핀들의 평면 모식도.
도 3은 도 2의 선분(Ⅲ-Ⅲ)에서의 부분 단면 모식도.
도 4는 도 1에 도시한 스핀들을 도장 장치에 설치하는 경우의 구성을 설명하는 모식도.
도 5는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 스핀들의 동작을 설명하기 위한 단면 모식도.
도 6은 도 5의 영역(Ⅵ)의 확대 부분 단면 모식도.
도 7은 도 5의 영역(Ⅶ)의 확대 부분 단면 모식도.
도 8은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 스핀들의 제1의 변형례를 도시하는 단면 모식도.
도 9는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 스핀들의 제2의 변형례를 도시하는 단면 모식도.
도 10은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 스핀들의 제3의 변형례를 도시하는 단면 모식도.
도 11은 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 스핀들의 단면 모식도.
도 12는 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 스핀들의 단면 모식도.

이하, 도면에 의거하여 본 발명의 실시의 형태를 설명한다. 또한, 이하의 도면에서 동일 또는 상당하는 부분에는 동일한 참조 번호를 붙이고 그 설명은 반복하지 않는다.

(실시의 형태 1)

<스핀들의 구성>

도 1∼도 4를 참조하여, 본 실시의 형태에 관한 스핀들을 설명한다. 도 1∼도 4에 도시한 스핀들은, 에어 터빈 구동 스핀들이다.

스핀들은, 회전축(1)과, 회전축(1)을 래디얼 방향으로 지지하는 저널 베어링(7)과, 회전축(1)을 스러스트 방향으로 지지하는 스러스트 베어링(8)과, 회전축(1)을 저널 베어링(7) 및 스러스트 베어링(8)을 통하여 회전 가능하게 지지하는 하우징 어셈블리(2)와, 하우징 어셈블리(2)의 외주측에 위치하는 커버(5)와, 커버(5)와 하우징 어셈블리(2) 사이에 배치된 후단측 O링(23) 및 선단측 O링(24)과, 회전축(1)에 대해 기체를 분출 가능하게 마련되어 있는 급기부(구동용 급기로(13) 및 구동용 급기 노즐(14))을 주로 구비한다. 커버(5)에는, 스러스트 방향에서 회전축(1)을 덮도록 노즐판(6)이 고정하여 마련되어 있다. 당해 노즐판(6)에, 상기 급기부가 마련되어 있다. 저널 베어링(7) 및 스러스트 베어링(8)은, 예를 들면 정압(靜壓) 기체 베어링으로서 구성되어 있다.

회전축(1)은, 원통형상을 갖는 축부(22a)와, 당해 축부(22a)에 대해 래디얼 방향으로 늘어나도록 형성되어 있는 스러스트판부(22b)를 포함한다. 스러스트판부(22b)는, 축부(22a)의 액셜 방향에서의 일방의 단부에 접속되어 있다. 이하, 액셜 방향에서 스러스트판부가 마련되어 있는 축부(22a)의 상기 일방의 단부측을 후측, 축부(22a)의 액셜 방향에서 스러스트판부(22b)와 반대측에 위치하는 축부(22a)의 타방의 단부측을 전측(前側)이라고 한다.

축부(22a) 및 스러스트판부(22b)에는, 스러스트 방향으로 늘어나는 관통구멍(17)이 형성되어 있다. 스핀들이 정전도장기용으로 구성되어 있는 경우에는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 회전축(1)의 전측의 단부에 원추형의 컵 표면(36)을 갖는 컵(35)이 부착된다. 또한, 관통구멍(17)의 내부에는 컵(35)에 도료를 공급하기 위한 도료 분사 노즐(34)이 배치된다. 스러스트판부(22b)에는, 회전날개(15) 및 당해 회전날개(15)의 내주측에 배치된 피회전 검출부(19)가 형성되어 있다.

회전축(1)은, 축부(22a)의 일부가 하우징 어셈블리(2)에 수용되어 있다. 하우징 어셈블리(2)는, 회전축(1)의 축부(22a)의 외주면 및 스러스트판부(22b)의 전측의 평면의 각 일부에 면하여 있고 축부(22a)의 일부를 둘러싸도록 형성되어 있는 베어링 슬리브(4)를 포함한다. 또한, 하우징 어셈블리(2)는, 래디얼 방향에서 베어링 슬리브(4)보다도 외주측에 배치되고, 베어링 슬리브(4)와 고정되어 있는 하우징(3)을 포함한다.

회전축(1)에서는, 스러스트판부(22b)의 후측의 표면부터 전측의 표면까지 늘어나는 압력 빼기 구멍인 제1 배기구멍(25)이 형성되어 있다. 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 제1 배기구멍(25)은, 스러스트판부(22b)에서 복수 형성되어 있어도 좋다. 제1 배기구멍(25)은, 스러스트판부(22b)에서 환형상으로 배치되어 있어도 좋다. 복수의 제1 배기구멍(25)은, 서로 같은 간격을 떼어서 배치되어 있어도 좋다.

스러스트판부(22b)의 상기 전측의 표면에서 제1 배기구멍(25)의 단부 개구가 위치하는 영역과 대향하는 부분에는, 하우징 어셈블리(2)와의 사이에 베어링 에어 배기 공간(39)이 형성되어 있다. 당해 베어링 에어 배기 공간(39)과 이어지도록, 하우징 어셈블리(2)의 내부에는 베어링 에어 배기로로서의 제1 기체 유로(26)가 형성되어 있다. 제1 기체 유로(26)는, 하우징 어셈블리(2)를 구성하는 베어링 슬리브(4)의 내부에 형성되어 있다. 제1 기체 유로(26)는, 베어링 슬리브(4)에서 베어링 에어 배기 공간(39)에 면하는 표면 부분부터, 회전축(1)의 전측에 위치하는 표면 부분까지 늘어나도록 형성되어 있다.

하우징 어셈블리(2)는, 예를 들면 하우징(3)이 후단측 O링(23) 및 선단측 O링(24)을 통하여 커버(5)와 접속되어 있다. 선단측 O링(24)은, 회전축(1)의 회전 중심축에 따른 방향에서, 베어링 슬리브(4)의 중앙보다 회전축(1)의 선단측의 선단측 영역에 위치한다. 후단측 O링(23)은, 회전 중심축에 따른 방향에서, 베어링 슬리브(4)의 중앙보다 회전축(1)의 후단측의 후단측 영역에 위치한다. 후단측 O링(23) 및 선단측 O링(24)은, 각각 회전 중심축 주위로 주회(周回)하도록 하우징(3)의 표면에 형성된 환형상 홈의 내부에 배치되어 있다.

선단측 O링(24)이나 후단측 O링(23)의 재료로서는, 예를 들면 용제에 대한 내성이 높은 재료를 사용하는 것이 알맞고, 예를 들면 당해 재료로서, 불소계의 수지인 퍼플루오로 일래스토머를 사용할 수 있다.

또한, 도 1에 도시되는 바와 같이, 회전축(1)의 스러스트판부(22b)는, 래디얼 방향에서 외주측에 위치하는 영역이, 회전 중심축측(중앙측)에 위치하는 영역(후육부)보다도 스러스트 방향에서의 두께가 얇은 박육부를 갖고 있다. 후육부는 상기 관통구멍(17)을 둘러싸도록 형성되어 있다. 박육부는 당해 후육부를 둘러싸도록 형성되어 있다.

회전날개(15)는, 스러스트판부(22b)의 당해 박육부상에서, 후측에 위치하는 면부터 스러스트 방향으로 늘어나도록 형성되어 있다. 회전축(1)은, 회전날개(15)가 급기부로부터 분출된 기체를 받음에 의해 회전 가능하게 마련되어 있다. 복수의 회전날개(15)는, 회전축(1)의 회전 방향으로 서로 간격을 떼어서 마련되어 있다. 바람직하게는, 복수의 회전날개(15)에서 이웃하는 회전날개(15)는 등간격으로 마련되어 있다. 복수의 회전날개(15)는, 스러스트판부(22b)의 외주에 따라 배치되어 있다. 복수의 회전날개(15)의 스러스트 방향에 수직한 단면(斷面) 형상은 임의의 형상이라도 좋다. 예를 들면, 회전날개(15)의 상기 단면 형상은, 회전 방향에서 전방에 위치하여 회전 방향으로 볼록형상으로 형성되어 있는 전방곡면부와, 회전 방향에서 후방에 위치하여 회전 방향으로 볼록형상으로 형성되어 있는 후방 곡면부를 갖고 있다.

도 1에 도시되는 바와 같이, 스러스트판부(22b)에서, 박육부와 후육부와의 경계 영역은, 스러스트 방향에서 두께가 완만히 변화하도록 마련되어 있다. 즉, 스러스트판부(22b)의 후측에 위치하는 면은, 박육부와 후육부 사이에 곡면을 갖고 있다. 회전날개(15)에서의 후측에 위치하는 부분과 후육부에서의 후측에 위치하는 부분은, 래디얼 방향으로 늘어나는 동일면상에 형성되어 있다.

후육부에서 후측에 위치하는 면상에는, 피회전 검출부(19)가 형성되어 있다. 피회전 검출부(19)는, 회전축(1)의 회전을 광학적으로 검출하기 위한 임의의 구성을 채용할 수 있는데, 예를 들면 회전 방향에서 분할되는 복수의 영역마다 다른 반사율이 되도록 표면 처리가 행하여져 있어도 좋다. 구체적으로는, 후육부에서 후측에 위치하는 면 중, 회전축(1)의 회전 방향에서 반분의 영역이, 다른 분반의 영역보다도 레이저광 등의 광이 조사된 때에 반사광의 강도가 높아지도록 마련되어 있다.

하우징(3) 및 베어링 슬리브(4)로 이루어지는 하우징 어셈블리(2), 및 커버(5)는, 회전축(1)의 축부(22a)와 베어링 슬리브(4) 사이 및 스러스트판부(22b)와 베어링 슬리브(4) 사이에 각각 베어링 간극을 형성 가능하게 마련되어 있다. 또한, 하우징 어셈블리(2) 및 커버(5)는, 당해 베어링 간극에 기체를 공급 가능하게 마련되어 있다. 구체적으로는, 하우징 어셈블리(2) 및 커버(5)는, 각각 베어링 기체 공급로(10)를 갖고 있고, 각각의 베어링 기체 공급로(10)는 서로 접속되어 있다. 베어링 기체 공급로(10)는, 그 일방단이 커버(5)의 외주면상의 베어링 기체 공급구(9)와 접속되어 있고, 타방단이 회전축(1)의 축부(22a)와 베어링 슬리브(4)와의 베어링 간극, 및 회전축(1)의 스러스트판부(22b)와 베어링 슬리브(4)와의 베어링 간극에 접속되어 있다. 베어링 기체 공급로(10)에서 베어링 간극과 접속되어 있는 부분의 구멍 지름은 베어링 기체 공급구(9)의 구멍 지름보다도 작고, 베어링 기체 공급로(10)에서 베어링 간극과 접속되어 있는 부분에는 이른바 조임부(絞り)가 형성되어 있다. 저널 베어링(7)은, 베어링 기체 공급구(9)로부터 베어링 기체 공급로(10)에 공급된 기체가 회전축(1)의 축부(22a)와 베어링 슬리브(4)와의 베어링 간극에 공급됨에 의해 구성된다. 스러스트 베어링(8)은, 베어링 기체 공급구(9)로부터 베어링 기체 공급로(10)에 공급된 기체가 회전축(1)의 스러스트판부(22b)와 베어링 슬리브(4)와의 베어링 간극에 공급됨에 의해 발생하는 압압력과, 후술하는 자석(16)의 흡인력에 의해 구성된다.

하우징(3)에는, 스러스트판부(22b)와 스러스트 방향에서 대향하는 영역에 자석(16)이 배치되어 있다. 자석(16)은 스러스트판부(22b)에 대해 자력을 인가 가능하게 마련되어 있다. 자석(16)은, 예를 들면 영구자석이다. 이에 의해 자석(16)은 스러스트판부(22b)를 자력에 의해 흡인한다. 자석(16)은, 예를 들면 회전날개(15)가 형성되어 있는 스러스트판부(22b)의 박육부와 스러스트 방향에서 대향하도록 마련되어 있다. 자석(16)은, 스러스트 방향에서 본 때의 평면 형상이 예를 들면 원환 형상이다.

커버(5)는, 스러스트 방향에서 노즐판(6)과 고정되어 있다. 노즐판(6)은, 회전축(1)에서 하우징 어셈블리(2) 및 커버(5)에 수용되지 않은 부분(스러스트판부(22b)의 래디얼 방향에서 외주 단면 및 스러스트판부(22b)의 후측에 위치하는 면)을 둘러싸도록 형성되어 있다.

노즐판(6)은, 회전축(1)보다도 후측에 배치되어 있다. 노즐판(6)의 내부에는, 회전축(1)의 스러스트판부(22b)상에 형성되어 있는 회전날개(15)에 구동용 기체가 공급·배기될 때에, 구동용 기체가 유통하는 유통로가 형성되어 있다. 구동용 기체는, 예를 들면 압축공기이다.

노즐판(6)에는, 회전날개(15)에 구동용 기체를 공급하기 위한 구동용 급기로(13) 및 구동용 급기 노즐(14)이 형성되어 있다. 구동용 급기로(13)는, 그 일방단이 노즐판(6)의 외주면상의 터빈 기체 공급구(12)와 접속되어 있고, 타방단이 구동용 급기 노즐(14)에 접속되어 있다. 구동용 급기 노즐(14)은, 회전날개(15)에 대해, 래디얼 방향에서 회전축(1)의 외측부터 내측을 향하여 구동용 기체를 분출 가능하게 마련되어 있다. 구동용 급기로(13) 및 구동용 급기 노즐(14)은, 회전 방향에서 서로 간격을 떼어서 복수 형성되어 있어도 좋다. 즉, 구동용 급기로(13) 및 구동용 급기 노즐(14)은, 회전 방향으로 임의의 간격을 떼어서 마련되어 있는 회전날개(15)에 대해, 동일한 회전 방향으로 동시에 구동용 기체를 공급 가능하게 마련되어 있어도 좋다.

노즐판(6)에는, 구동용 급기 노즐(14)로부터 회전날개(15)에 공급된 구동용 기체를 스핀들의 외부로 배기하기 위한 구동용 기체 배기 공간(20), 및 배기구멍(11)이 형성되어 있다. 구동용 기체 배기 공간(20)은 노즐판(6)과 스러스트판부(22b) 사이에 형성되어 있다. 스러스트판부(22b)(의 박육부)의 후측에 면하고, 또한 이웃하는 회전날개(15)에 끼여져 있는 공간(21)은, 구동용 급기 노즐(14) 및 구동용 기체 배기 공간(20)과 각각 접속되어 있다. 노즐판(6)에는, 또한 각각 관통구멍이 형성되어 있다. 노즐판(6)에는, 래디얼 방향의 중앙측에 위치하고 관통구멍(17)과 스러스트 방향으로 이어지도록 관통구멍이 형성되어 있다.

또한, 노즐판(6)에는, 상기 관통구멍보다도 래디얼 방향의 외주측에 회전 센서 삽입구(18)가 형성되어 있다. 상기 회전 센서 삽입구(18)는, 스러스트판부(22b)에서의 피회전 검출부(19)와 스러스트 방향에서 대향하도록 형성되어 있다. 상기 회전 센서 삽입구(18)는, 피회전 검출부(19)에 대해 레이저광 등의 광을 조사하고, 반사광을 얻기 위한 회전 센서를 배치하기 위해 형성되어 있다. 이와 같은 회전 센서의 예로서는, 예를 들면 도 4에 도시하는 바와 같이 예를 들면 장치로서의 도장 장치측에서의 스핀들 홀더(27)에 설치된 광학식 센서(32) 등을 들 수 있다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 광학식 센서(32)는, 예를 들면 스핀들 홀더(27)에 설치된 통형상의 센서 홀더(33)에 수용되어 있다. 회전 센서 삽입구(18)에는, 이 센서 홀더(33)와 함께 광학식 센서(32)가 삽입된다. 이와 같은 구성을 구비함에 의해, 상술한 스핀들에서는 회전축(1)의 회전수를 광학적으로 측정할 수 있다.

배기구멍(11)은, 노즐판(6)에서, 구동용 급기로(13) 및 구동용 급기 노즐(14)보다도 래디얼 방향에서의 중앙측에 형성되어 있다. 배기구멍(11)은, 배기 공간(20)부터 노즐판(6)의 외부에 연통하도록 형성되어 있다. 노즐판(6)에서 스러스트판부(22b)와 배기구멍(11) 사이에는 배기 공간(20)이 형성되어 있다.

상술한 바와 같은 스핀들은, 도 4에 도시하는 바와 같이 스핀들 홀더(27)에 설치되어 사용된다. 스핀들 홀더(27)는 스핀들을 삽입 고정하기 위한 오목부가 형성되어 있다. 당해 오목부의 저부로부터 돌출하도록 도료 분사 노즐(34)이 설치되어 있다. 스핀들 홀더(27)에서는, 도료 분사 노즐(34)이 설치된 저판부터 외주 표면까지 늘어나는 도료 공급구멍(31)이 형성되어 있다. 또한, 스핀들 홀더(27)의 오목부의 저부에는, 스핀들의 배기구멍(11)과 대향하는 위치에 배기구멍(30)이 형성되어 있다. 스핀들 홀더(27)의 오목부의 저부에는, 스핀들의 터빈 기체 공급구(12)와 대향하는 위치에 스핀들 홀더(27)측의 터빈 기체 공급구(29)가 형성되어 있다. 또한, 스핀들 홀더(27)에는, 스핀들의 베어링 기체 공급구(9)와 대향하는 오목부 내벽의 부분부터, 스핀들 홀더(27)의 베어링 기체 공급구(28)까지 늘어나는 급기로가 형성되어 있다.

<에어 터빈 구동 스핀들의 동작>

다음에, 본 실시의 형태에 관한 스핀들의 동작에 관해 설명한다.

도시하지 않은 에어 컴프레서 등의 구동용 기체 공급원부터 공급된 구동용 기체는, 터빈 기체 공급구(12)로부터 구동용 급기로(13)를 통하여 구동용 급기 노즐(14)에 공급된다. 구동용 급기 노즐(14)에 공급된 구동용 기체는, 회전축(1)의 스러스트판부(22b)의 회전날개(15)를 향하여, 스러스트판부(22b)의 접선 방향(회전 방향)과 거의 평행한 방향에 따라 분출된다. 회전날개(15)는 분출된 구동용 기체를 후방 곡면부에서 받는다. 이때, 회전날개(15)에 분출된 구동용 기체는 후방 곡면부의 외주측에 도달하고, 후방 곡면부에 따라 흐름으로써 방향이 변화되어, 공간(21)부터 배기 공간(20)에 달하여 배기구멍(11)으로부터 외부로 배기된다. 회전날개(15)에는 구동용 기체에 주어진 힘의 반력이 작용하여, 회전축(1)의 스러스트판부(22b)는 회전 토오크가 주어진다. 이에 의해, 회전축(1)은 회전 방향에 따라 회전한다. 회전축(1)의 회전수는, 예를 들면 수만rpm 이상으로 할 수 있다. 즉, 상술한 스핀들은, 예를 들면 정전도장기용 스핀들에 알맞다.

<작용 효과>

상술한 스핀들의 특징적인 구성을 열거하면, 당해 스핀들은, 회전축(1)과, 외주부재(하우징 어셈블리(2), 커버(5) 및 노즐판(6))를 구비한다. 회전축(1)에는 관통구멍(17)이 형성되어 있다. 회전축(1)은, 선단부와, 선단부와는 반대측에 위치하는 근원부와, 당해 근원부에서 회전축(1)의 회전 방향에 따라 배치된 복수의 회전날개(15)를 포함한다. 외주부재(하우징 어셈블리(2), 커버(5) 및 노즐판(6))는, 회전축(1)의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸는 베어링 슬리브(4)를 포함한다. 외주부재는, 급기부(구동용 급기로(13) 및 구동용 급기 노즐(14))와 제1 배기부(배기구멍(11))을 포함한다. 급기부는, 회전축(1)을 회전시키기 위해 회전날개(15)에 기체를 뿜어댄다. 제1 배기부(배기구멍(11))는, 회전날개(15)에 뿜어대여진 기체를, 회전날개(15)에 면하는 배기 공간(20)으로부터 외주부재의 외부로 배출한다. 배기 공간(20)은 관통구멍(17)과 이어진다. 스핀들은, 제2 배기부(제1 배기구멍(25) 및 제1 기체 유로(26))를 구비한다. 제2 배기부는, 제1 배기부(배기구멍(11))와는 독립하여, 배기 공간(20)과, 배기 영역의 적어도 어느 일방부터 외부에 이어진다. 배기 영역은, 관통구멍(17)의 내부 공간 중 선단부측에 위치하는 베어링 슬리브(4)의 단부보다 배기 공간(20)측의 영역이다. 상기 스핀들에서, 제2 배기부는, 배기 공간(20)에 면하는 회전축(1)의 부분(스러스트판부(22b))를 관통하는 적어도 하나의 제1 배기구멍(25)과, 외주부재(베어링 슬리브(4))에서, 적어도 하나의 제1 배기구멍(25)에 면하는 표면 부분에서, 회전축(1)의 선단부측에 위치하는 표면 부분까지 연재되는 제1 기체 유로(26)를 포함한다.

이와 같이 하면, 회전날개(15)에 공급된 구동용 기체가 배기 공간(20)으로부터 배기구멍(11)을 통하여 외부에 충분히 배출할 수 없는 때에 배기 공간(20)으로부터 제1 배기구멍(25) 및 제1 기체 유로(26)를 통하여 구동용 기체를 외부로 배출할 수 있기 때문에, 배기 공간(20) 내의 압력이 상승하여 회전축(1)의 관통구멍(17)에 기체가 유입하는 것을 억제할 수 있다. 이하, 도 5∼도 7을 이용하여 구체적으로 설명한다. 도 5는, 본 실시 형태에 관한 스핀들의 효과를 설명하기 위한 모식도이다. 도 6은 도 5의 영역(Ⅵ)의 부분 단면 모식도이다. 도 7은 도 5의 영역(Ⅶ)의 부분 단면 모식도이다. 또한, 도 5에 도시한 스핀들에서는, 설명을 간략화하기 위해, 구동용 급기 노즐(14)에 가까운 위치에 제1 배기구멍(25) 및 제1 기체 유로(26)가 형성된 구성을 나타내고 있다.

도 5∼도 7에 도시하는 바와 같이, 구동용 급기 노즐(14)로부터 도 6의 화살표로 도시하는 바와 같이 구동용 기체가 회전날개(15)에 공급된다. 그 후, 구동용 기체는 배기 공간(20)으로부터 배기구멍(11)을 통하여 외부로 배출된다. 이때, 배기구멍(11)으로부터의 구동용 기체의 배기가 충분하지 않은 경우, 배기 공간(20) 내의 기체의 압력이 올라가, 배기 공간(20)으로부터 회전축(1)의 관통구멍(17)에 기체가 유입할 우려가 있다.

그러나, 본 실시 형태에 관한 스핀들에서는, 회전축(1)의 스러스트판부(22b)에 제1 배기구멍(25)이 형성되어 있기 때문에, 당해 제1 배기구멍(25)으로부터 배기 공간(20) 내의 기체가 배출된다. 제1 배기구멍(25)으로부터 배출된 기체는, 그 후 베어링 슬리브(4)의 제1 기체 유로(26)를 통과하여, 회전축(1)의 전측으로 흐른다. 회전축(1)의 전측에서는, 제1 기체 유로(26)가 커버(5)와 회전축(1) 사이의 간극 유로에 이어져 있다. 그때문에, 제1 기체 유로(26)로부터 배출된 기체는, 도 7의 화살표로 도시하는 바와 같이 당해 간극 유로를 통하여 회전축(1)의 전측부터 외부로 배출된다.

이 결과, 배기 공간(20)부터 회전축(1)의 관통구멍(17)으로의 기체의 유입을 억제할 수 있고, 당해 관통구멍(17) 내부의 압력 상승을 억제할 수 있다.

<변형례>

제1의 변형례 :

도 8은, 본 실시 형태의 제1의 변형례에 관한 스핀들의 단면 모식도이다. 도 8에 도시한 스핀들은, 기본적으로는 도 1에 도시한 스핀들과 같은 구성을 구비하지만, 도 1에 도시한 제1 배기구멍(25)에 대신하여 제2 배기구멍(125)이 형성되어 있는 점이 도 1에 도시한 스핀들과 다르다. 즉, 도 8에 도시한 스핀들에서는, 제2 배기구멍(125)은 회전축(1)의 관통구멍(17)의 내부로서, 관통구멍(17)의 액셜 방향에서의 중앙부보다 배기 공간(20) 가까이의 위치로부터 회전축(1)의 외주를 향하여 래디얼 방향으로 늘어나도록 형성되어 있다. 도 8에 도시한 제2 배기구멍(125)은, 관통구멍(17)의 내부 공간 중, 베어링 슬리브(4)의 단부로서 회전축(1)의 선단부측에 위치하는 당해 단부보다 배기 공간(20)측의 영역에 배치되어 있으면 좋다. 다른 관점에서 말하면, 도 8에 도시한 스핀들에서, 제2 배기부는, 적어도 하나의 제2 배기구멍(125)과, 제2 기체 유로(126)를 포함한다. 제2 배기구멍(125)은, 배기 영역에 면하는 회전축(1)의 부분을 관통한다. 제2 기체 유로(126)는, 외주부재(베어링 슬리브(4))에서, 적어도 하나의 제2 배기구멍(125)에 면하는 표면 부분부터, 회전축(1)의 선단부측에 위치하는 표면 부분까지 연재된다.

이와 같은 구성에 의해서도, 도 1에 도시한 스핀들과 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉, 배기 공간(20)의 내부 압력이 상승하여, 배기 공간(20)으로부터 회전축(1)의 관통구멍(17) 내로 기체가 유입하여도, 곧바로 제2 배기구멍(125)에 의해 당해 기체를 외부로 배출할 수 있다.

제2의 변형례 :

도 9는, 본 실시 형태의 제2의 변형례에 관한 스핀들의 단면 모식도이다. 도 9에 도시한 스핀들은, 기본적으로는 도 1에 도시한 스핀들과 같은 구성을 구비하지만, 배기 공간(20)과 관통구멍(17)과의 접속부에 배치된 실 부재(37)를 또한 구비하는 점이 도 1에 도시한 스핀들과 다르다. 실 부재(37)는, 그 일부가 관통구멍(17)에 삽입된 상태로 되어 있다. 실 부재(37)의 당해 일부와 관통구멍(17)의 내벽이 접촉하는, 또는 극히 좁은 간극으로 대향하도록 함으로써, 배기 공간(20)으로부터 관통구멍(17)에의 직접적인 기체의 유입을 억제할 수 있다. 또한, 제1 배기구멍(25)은, 당해 실 부재(37)와 간격을 띠운 위치에 형성되어 있다. 이 때문에, 실 부재(37)가 제1 배기구멍(25)으로부터의 기체의 배출을 방해하는 일은 없다.

이와 같은 구성의 스핀들에 의해서도, 도 1에 도시한 스핀들과 같은 효과를 얻을 수 있다.

제3의 변형례 :

도 10은, 본 실시 형태의 제3의 변형례에 관한 스핀들의 단면 모식도이다. 도 10에 도시한 스핀들은, 기본적으로는 도 8에 도시한 스핀들과 같은 구성을 구비하지만, 배기 공간(20)과 관통구멍(17)과의 접속부에 배치된 실 부재(37)를 또한 구비하는 점이 도 8에 도시한 스핀들과 다르다. 실 부재(37)는, 기본적으로는 도 9에 도시한 스핀들에서의 실 부재(37)와 같은 구성을 구비한다. 또한, 제2 배기구멍(125)의 위치는, 관통구멍(17)의 내부에서 액셜 방향에서 실 부재(37)와 인접하는 위치로 되어 있다. 다른 관점에서 말하면, 제2 배기구멍(125)은 관통구멍(17)의 내부에서 실 부재(37)보다 회전축(1)의 선단부측에 위치하고 있다.

이와 같은 구성에 의해, 도 8에 도시한 스핀들에 의한 효과와 함께, 도 9에 도시한 스핀들에 의한 효과와 같은 효과를 얻을 수 있다.

(실시의 형태 2)

<에어 터빈 구동 스핀들의 구조>

도 11은, 본 실시 형태에 관한 스핀들의 단면 모식도이다. 도 11에 도시하는 스핀들은, 기본적으로는 도 1에 도시한 스핀들과 같은 구성을 구비하지만, 배기 공간(20)으로부터 외부로 기체를 배출하는 제2 배기부로서의 배기구멍의 구성이 도 1에 도시한 스핀들과 다르다. 즉, 도 11에 도시한 스핀들에서는, 제2 배기부로서, 배기 공간(20)에 면하는 외주부재로서의 노즐판(6)의 표면 부분부터, 회전축(1)의 선단부측에 위치하는 외주부재(커버(5))의 표면 부분까지 연재되는 압력 빼기 구멍으로서의 제3 기체 유로(40)가 형성되어 있다. 제3 기체 유로(40)의 일방단은, 노즐판(6)에서 배기 공간(20)의 래디얼 방향에서의 내주면에 개구하고 있다. 또한, 제3 기체 유로(40)는, 배기 공간(20)측의 일방단부터 래디얼 방향으로 연재된 후, 굴곡부를 통하여 액셜 방향으로서 회전축(1)의 선단부측으로 늘어난다. 당해 제3 기체 유로(40)의 액셜 방향으로 늘어나는 부분은, 노즐판(6)부터 커버(5)까지 연재된다. 제3 기체 유로(40)의 타방단은, 커버(5)의 상기 선단부측의 표면에 개구하고 있다.

<작용 효과>

이와 같은 구성에 의해서도, 배기 공간(20)의 내부로부터 직접 제3 기체 유로(40)를 통하여 외부로 기체를 배출할 수 있기 때문에, 도 1에 도시한 스핀들과 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제3 기체 유로(40)는 노즐판(6) 및 커버(5)에 형성되기 때문에, 회전축(1)에 형성하는 제1 배기구멍(25)과 같이 회전축(1)의 크기에 제약되는 일 없이, 당해 제3 기체 유로(40)의 내경 등을 크게할 수 있다.

(실시의 형태 3)

<에어 터빈 구동 스핀들의 구조>

도 12는, 본 실시 형태에 관한 스핀들의 단면 모식도이다. 도 12에 도시하는 스핀들은, 기본적으로는 도 1에 도시한 스핀들과 같은 구성을 구비하지만, 배기 공간(20)으로부터 외부로 기체를 배출하는 제2 배기부로서의 배기구멍의 구성이 도 1에 도시한 스핀들과 다르다. 또한, 도 12에서는, 스핀들이 도장 장치의 스핀들 홀더(27)에 유지된 상태를 나타내고 있다.

도 12에 도시한 스핀들에서는, 제2 배기부로서, 배기 공간(20)에 면하는 외주부재(노즐판(6))의 표면 부분부터, 회전축(1)이 연재되는 방향과 교차하는 측면 방향(래디얼 방향)측에 위치하는 외주부재(노즐판(6))의 표면 부분까지 연재되는 제4 기체 유로(41)가 형성되어 있다. 제4 기체 유로(41)는, 스핀들 홀더(27)까지 연재되도록 형성되고, 당해 스핀들 홀더(27)의 외주면까지 도달하고 있다. 제4 기체 유로(41)의 일방단은, 노즐판(6)에서 배기 공간(20)의 래디얼 방향에서의 내주면에 개구하고 있다. 또한, 제4 기체 유로(41)는, 배기 공간(20)측의 일방단부터 래디얼 방향으로 연재되어, 노즐판(6) 및 스핀들 홀더(27)의 부분을 관통하고 있다.

<작용 효과>

이와 같은 구성에 의해서도, 배기 공간(20)의 내부로부터 직접 제4 기체 유로(41)를 통하여 외부로 기체를 배출할 수 있기 때문에, 도 1에 도시한 스핀들과 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제4 기체 유로(41)는 노즐판(6) 및 스핀들 홀더(27)에 형성되기 때문에, 회전축(1)에 형성한 제1 배기구멍(25)과 같이 회전축(1)의 크기에 제약되는 일 없이, 당해 제4 기체 유로(41)의 내경 등을 크게할 수 있다.

또한, 상술한 제1 배기구멍(25), 제2 배기구멍(125), 제1 기체 유로(26), 제2 기체 유로(126), 제3 기체 유로(40), 제4 기체 유로(41)는, 하나가 아니고, 2 이상의 복수개 형성하여도 좋다. 또한, 이들의 기체 유로를 복수개 형성하는 경우, 회전축(1)의 둘레 방향에서 등간격이 되도록 배치하여도 좋다. 또한, 적어도 하나의 제1 배기구멍(25)의 단면적의 합(和)은, 적어도 하나의 제1 기체 유로(26)의 단면적의 합 이하이라도 좋다. 또한, 적어도 하나의 제2 배기구멍(125)의 단면적의 합은, 적어도 하나의 제2 기체 유로(126)의 단면적의 합 이하이라도 좋다.

이상과 같이 본 발명의 실시의 형태에 관해 설명을 행하였지만, 상술한 실시의 형태를 다양하게 변형하는 것도 가능하다. 또한, 본 발명의 범위는 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니다. 본 발명의 범위는, 청구의 범위에 의해 나타나고, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 포함하는 것이 의도된다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명은, 정전도장 장치 등에 사용되는 스핀들에 특히 유리하게 적용된다.

1 : 회전축
2 : 하우징 어셈블리
3 : 하우징
4 : 베어링 슬리브
5 : 커버
6 : 노즐판
7 : 저널 베어링
8 : 스러스트 베어링
9, 28 : 베어링 기체 공급구
10 : 베어링 기체 공급로
11 : 배기구멍
12, 29 : 터빈 기체 공급구
13 : 구동용 급기로
14 : 구동용 급기 노즐
15 : 회전날개
16 : 자석
17 : 관통구멍
18 : 회전 센서 삽입구
19 : 피회전 검출부
20 : 배기 공간
21 : 공간
22a : 축부
22b : 스러스트판부
23, 24 : O링
25 : 제1 배기구멍
26 : 제1 기체 유로
27 : 스핀들 홀더
30 : 배기구멍
31 : 도료 공급구멍
32 : 광학식 센서
33 : 센서 홀더
34 : 도료 분사 노즐
35 : 컵
36 : 컵 표면
37 : 실 부재
39 : 베어링 에어 배기 공간
40 : 제3 기체 유로
41 : 제4 기체 유로
125 : 제2 배기구멍
126 : 제2 기체 유로

Claims

에어 터빈 구동 스핀들로서,
관통구멍이 형성된 회전축을 구비하고, 상기 회전축은, 선단부와, 상기 선단부와는 반대측에 위치하는 근원부와, 상기 근원부에서 상기 회전축의 회전 방향에 따라 배치된 복수의 회전날개를 포함하고, 또한,
상기 회전축의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸는 베어링 슬리브를 포함하는 외주부재를 구비하고,
상기 외주부재는,
상기 회전축을 회전시키기 위해 상기 회전날개에 기체를 뿜어대는 급기부와,
상기 회전날개에 뿜어댄 상기 기체를, 상기 회전날개에 면하는 배기 공간부터 상기 외주부재의 외부로 배출하기 위한 제1 배기부를 포함하고,
상기 배기 공간은 상기 관통구멍과 이어지고, 또한,
상기 제1 배기부와는 독립하여, 상기 배기 공간과, 상기 관통구멍의 내부 공간 중 상기 선단부측에 위치하는 상기 베어링 슬리브의 단부보다 상기 배기 공간측의 영역인 배기 영역의 적어도 어느 일방부터 상기 외부에 이어지는 제2 배기부를 구비하는 것을 특징으로 하는 에어 터빈 구동 스핀들.
제1항에 있어서,
상기 제2 배기부는,
상기 배기 공간에 면하는 상기 회전축의 부분을 관통하는 적어도 하나의 제1 배기구멍과,
상기 외주부재에서, 상기 적어도 하나의 제1 배기구멍에 면하는 표면 부분부터, 상기 회전축의 상기 선단부측에 위치하는 표면 부분까지 연재되는 제1 기체 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 터빈 구동 스핀들.
제2항에 있어서,
상기 배기 공간과 상기 관통구멍과의 접속부에 배치된 실 부재를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 에어 터빈 구동 스핀들.
제1항에 있어서,
상기 제2 배기부는,
상기 배기 영역에 면하는 상기 회전축의 부분을 관통하는 적어도 하나의 제2 배기구멍과,
상기 외주부재에서, 상기 적어도 하나의 제2 배기구멍에 면하는 표면 부분부터, 상기 회전축의 상기 선단부측에 위치하는 표면 부분까지 연재되는 제2 기체 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 터빈 구동 스핀들.
제4항에 있어서,
상기 배기 공간과 상기 관통구멍과의 접속부에 배치된 실 부재를 또한 구비하고,
상기 적어도 하나의 제2 배기구멍은, 상기 배기 영역에서 상기 실 부재보다 상기 선단부측에 위치하는 것을 특징으로 하는 에어 터빈 구동 스핀들.
제1항에 있어서,
상기 제2 배기부는,
상기 배기 공간에 면하는 상기 외주부재의 표면 부분부터, 상기 회전축의 상기 선단부측에 위치하는 상기 외주부재의 표면 부분까지 연재되는 제3 기체 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 터빈 구동 스핀들.
제1항에 있어서,
상기 제2 배기부는,
상기 배기 공간에 면하는 상기 외주부재의 표면 부분부터, 상기 회전축이 연재되는 방향과 교차하는 측면 방향측에 위치하는 상기 외주부재의 표면 부분까지 연재되는 제4 기체 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 터빈 구동 스핀들.