WO2019160052A1 - スピンドル装置 - Google Patents

スピンドル装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2019160052A1
WO2019160052A1 PCT/JP2019/005400 JP2019005400W WO2019160052A1 WO 2019160052 A1 WO2019160052 A1 WO 2019160052A1 JP 2019005400 W JP2019005400 W JP 2019005400W WO 2019160052 A1 WO2019160052 A1 WO 2019160052A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotating shaft
housing
bearing
radial bearing
radial
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/005400
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
小林　直也
高橋　淳
美昭 勝野
Original Assignee
日本精工株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本精工株式会社 filed Critical 日本精工株式会社
Priority to EP19754879.5A priority Critical patent/EP3754214B1/en
Priority to CN201980013641.1A priority patent/CN111727327B/zh
Publication of WO2019160052A1 publication Critical patent/WO2019160052A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C27/00—Elastic or yielding bearings or bearing supports, for exclusively rotary movement
    • F16C27/02—Sliding-contact bearings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/025—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
    • B05B5/04—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns characterised by having rotary outlet or deflecting elements, i.e. spraying being also effected by centrifugal forces
    • B05B5/0415—Driving means; Parts thereof, e.g. turbine, shaft, bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/06—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • F16C32/0603—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion
    • F16C32/0614—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion the gas being supplied under pressure, e.g. aerostatic bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/06—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • F16C32/0662—Details of hydrostatic bearings independent of fluid supply or direction of load
    • F16C32/0677—Details of hydrostatic bearings independent of fluid supply or direction of load of elastic or yielding bearings or bearing supports
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/06—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • F16C32/0603—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion
    • F16C32/0614—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion the gas being supplied under pressure, e.g. aerostatic bearings
    • F16C32/0618—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion the gas being supplied under pressure, e.g. aerostatic bearings via porous material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/06—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • F16C32/0681—Construction or mounting aspects of hydrostatic bearings, for exclusively rotary movement, related to the direction of load
    • F16C32/0696—Construction or mounting aspects of hydrostatic bearings, for exclusively rotary movement, related to the direction of load for both radial and axial load

Definitions

  • the present invention relates to a spindle device using an air turbine drive system.
  • Patent Document 1 discloses a journal bearing that supports a rotating shaft in a radial direction, a thrust bearing that supports the rotating shaft in a thrust direction, a housing that supports the rotating shaft via a journal bearing and a thrust bearing, and the housing And a cover located on the outer peripheral side of the spindle device.
  • an O-ring is disposed between the housing and the cover in order to absorb vibration caused by high-speed rotation and stabilize the operation of the spindle.
  • the position of the O-ring is defined starting from the axial center of the housing so that the front side of the rotation shaft swings greatly, and even when a high-strength material is used for the O-ring, the amount of deformation is reduced. It is described that the vibration damping effect is sufficiently increased by increasing the frequency.
  • the spindle device described in Patent Document 1 aims at the vibration damping effect when a high-strength material is used for the O-ring.
  • the journal bearing (radial bearing) or thrust bearing and the rotating shaft come into contact with each other, leading to a decrease in rotational speed.
  • An object of the present invention is to provide a spindle device capable of improving the vibration damping effect and stably rotating a rotating shaft while achieving downsizing.
  • a rotating shaft in which a plurality of turbine blades are provided in the circumferential direction, and a load can be attached to the tip portion;
  • a housing that houses the rotating shaft;
  • a radial bearing attached to the housing and floatingly supporting the rotating shaft in a non-contact manner with respect to the housing by supplying gas;
  • a thrust bearing attached to the housing and supporting the rotating shaft in a thrust direction with respect to the housing by supplying gas;
  • a case disposed so as to surround an outer peripheral surface of the housing;
  • a plurality of O-rings disposed between the housing and the case and supporting the housing with respect to the case, wherein the rotation shaft is driven to rotate by gas being ejected to the plurality of turbine blades.
  • a spindle device that performs The projected area of the radial bearing viewed from the radial direction of the rotating shaft is smaller than the area of the thrust bearing viewed from the axial direction of the rotating shaft,
  • the spindle device according to claim 1 wherein at least one O-ring is disposed between a center of the radial bearing and a center of gravity of the rotating shaft in an axial direction of the rotating shaft.
  • the allowable moment of the O-ring is increased, the vibration damping effect is enhanced, and the rotating shaft can be rotated stably while achieving downsizing.
  • FIG. 2 is a half sectional view of the spindle device of FIG. 1.
  • FIG. 1 the left side shown in FIG. 1 is referred to as the front side, and the right side is referred to as the rear side.
  • 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 in the circumferential direction, a radial bearing 20 that is a static pressure gas bearing that supports the rotating shaft 12 in the radial direction, and a thrust shaft 12 that thrusts the rotating shaft 12.
  • a thrust bearing 21 that is a static pressure gas bearing that supports the rotating shaft 12, a magnet 50 that attracts the rotating shaft 12 in the thrust direction, a housing 30 that houses the rotating shaft 12, and an outer peripheral surface of the housing 30.
  • a case 40 is mainly provided.
  • the rotating shaft 12 extends radially outward from a cylindrical portion 15 to which a bell cup (mounting object) 1 for spraying paint in the form of a mist is attached to the front end portion, and a rear end portion of the cylindrical portion 15. And a disk portion 16 to be used.
  • the plurality of turbine blades 11 are formed by processing the outer peripheral surface of the disk portion 16.
  • the housing 30 is provided around the cylindrical portion 15 of the rotating shaft 12 and is provided in front of the cylindrical portion 31 where the radial bearing 20 is attached to the inner peripheral surface and the disc portion 16 of the rotating shaft 12. And a disk portion 32 extending radially outward from the rear end portion.
  • the disc portion 32 is formed with an annular groove 33 having a U-shaped cross section (rectangular cross section) that opens rearward so as to accommodate the thrust bearing 21.
  • the case 40 has a front case 41 and a rear case 42.
  • the front case 41 includes a small-diameter portion 41a provided around the cylindrical portion 31 of the housing 30 and a large-diameter portion 41b provided around the disc portion 32 of the housing 30, and has a hollow and stepped shape. Is formed.
  • the rear case 42 is also formed in a hollow shape, and is fastened and fixed to the rear end surface of the front case 41 with a bolt (not shown).
  • the radial bearing 20 is a cylindrical porous member and faces the outer peripheral surface of the cylindrical portion 15 of the rotating shaft 12.
  • the radial bearing 20 is fed from the rear end surface of the rear case 42 and is supplied to the outer peripheral surface of the cylindrical portion 15 of the rotary shaft 12 by supplying gas that has passed through a bearing air supply path (not shown) formed in the case 40 and the housing 30. Compressed air is sprayed toward the housing 30 so that the rotary shaft 12 is levitated and supported without contact with the housing 30. Thereby, the rotating shaft 12 is supported in the radial direction with respect to the housing 30 by the radial bearing 20.
  • the thrust bearing 21 is a cylindrical porous member, and the axial rear end surface thereof faces the front side surface of the disk portion 16 of the rotating shaft 12.
  • the thrust bearing 21 blows compressed air toward the front side surface of the disk portion 16 of the rotary shaft 12 by supplying gas from a path branched from the bearing air supply path.
  • the magnet 50 is held by a magnet yoke 51, and the magnet yoke 51 is screwed and attached to a magnet attachment portion 34 formed inside the disc portion 32 of the housing 30.
  • the magnet 50 is in close proximity to the front side surface of the disc portion 16. Accordingly, the disk portion 16 is attracted forward by the magnetic force of the magnet 50.
  • the thrust bearing 21 generates a reaction force by blowing compressed air toward the front side surface of the disc portion 16, and the rotating shaft 12 is moved to the housing 30 by the attractive force of the magnet 50 and the reaction force of the thrust bearing 21. Is supported in the thrust direction.
  • the projected area (outer diameter ⁇ d ⁇ axial length L) N of the radial bearing 20 viewed from the radial direction of the rotating shaft 12 is the area of the thrust bearing 21 viewed from the axial direction of the rotating shaft 12. It is set to be smaller than M so as to shorten the spindle device 10 in the axial direction. In this case, while the radial bearing 20 is shortened, the moment load capacity can be increased by increasing the area M of the thrust bearing 21.
  • the front end surface 30 a of the housing 30 is formed substantially flush with the front end surface 20 a of the radial bearing 20 in order to shorten the axial direction of the spindle device 10.
  • a turbine air supply path for supplying compressed air for operation to the turbine blades 11 is formed in a phase different from that of the bearing air supply path. Furthermore, a plurality of nozzles communicating with the turbine air supply path are formed in the rear case 42 so as to open to the inner peripheral surface. Therefore, the rotating shaft 12 can obtain a predetermined rotational speed by controlling the flow rate of the air supplied to the turbine air supply path.
  • the rotary shaft 12 is rotatably supported by the housing 30 by supplying gas to the radial bearing 20 and the thrust bearing 21, and a plurality of nozzles are used for a plurality of rotations.
  • a plurality of nozzles are used for a plurality of rotations.
  • At least three (three in the present embodiment) ring grooves 35 are provided on the outer peripheral surface of the cylindrical portion 31 of the housing 30, and at least three O-rings (in the present embodiment) are provided in these ring grooves 35. 3) 61, 62, 63 are arranged, respectively.
  • the three O-rings 61, 62, 63 are elastically deformed, and some of them are in contact with the inner peripheral surface of the case 40, respectively, and the housing 30 and the case 40 have a gap in the radial direction. Be placed.
  • the three O-rings 61, 62 and 63 attenuate these loads and vibrations so that an unbalanced load or an excitation force due to resonance is not directly transmitted to the radial bearing 20 or the thrust bearing 21.
  • At least one O-ring 61 is disposed between the center C ⁇ b> 1 of the radial bearing 20 and the center of gravity G of the rotating shaft 12.
  • One or more radial bearings 20 may be arranged in the axial direction.
  • the center C ⁇ b> 1 of the radial bearing 20 refers to the center of the entire plurality of radial bearings 20. It is preferable that the O-ring 61 does not overlap with the center C ⁇ b> 1 of the radial bearing 20 in the axial direction of the rotary shaft 12.
  • the distance L1 between the fulcrums of the two O-rings 61 and 63 located at both ends in the axial direction is designed to be larger than the distance L2 between the fulcrums of the radial bearing 20. That is, since the spans of the O-rings 61, 62, and 63 having a large vibration damping action are formed widely, an effect for further damping the vibration can be obtained according to the tightening condition of the O-rings 61, 62, and 63. .
  • the fulcrum of the radial bearing 20 may indicate both ends of the radial bearing, or may indicate the fulcrum actually acting on the rigid support as a spring element at the axial center of the radial bearing.
  • the center of gravity G of the rotary shaft 12 is located closer to the tip than the center C1 of the radial bearing 20 with the bell cup 1 attached.
  • the radial bearing is also provided even when the bell cup 1 is attached. Since it is located on the tip side from the center C1 of 20, the same effect can be obtained by the configuration of the present invention.
  • the two O-rings 62 and 63 may be arranged at arbitrary positions in the axial direction of the rotary shaft 12. Further, when the bearing air supply path passes from the inner peripheral surface of the case 40 to the outer peripheral surface of the housing 30 between the two O-rings 61 and 62 or between the two O-rings 62 and 63, the two O-rings 61, 62 or the two O-rings 62, 63 can also serve as a seal for the bearing air supply.
  • the distance B from the rear end surface of the thrust bearing 21 to the center of gravity G of the rotary shaft 12 is smaller than the diameter A of the area center C2 of the thrust bearing 21.
  • the configuration is such that at least one O-ring 61 is disposed between the center C of the radial bearing 20 and the center of gravity G of the rotating shaft 12, the area center of the thrust bearing 21
  • the distance B from the rear end surface of the thrust bearing 21 to the center of gravity G of the rotary shaft 12 may be larger than the diameter A of C2, and vibrations can be mitigated.
  • the present invention is not limited to the embodiments described above, and modifications, improvements, and the like can be made as appropriate.
  • the spindle device of the present invention has been described as being used in an electrostatic coating machine, but the present invention is not limited to this, and a semiconductor manufacturing apparatus (wafer outer peripheral chamfering machine) or machined product It can also be applied to edge deburring machines.
  • the thrust shaft 21 and the magnet 50 are used to support the rotating shaft 12 in the thrust direction.
  • the plurality of gas bearings are used to support the rotating shaft 12 in the thrust direction. Good.
  • the gas bearing of the present invention is not limited to the one constituted by the porous member, and may be another static pressure type such as a self-contained throttle.
  • the gas bearing using the porous member can easily ensure the rigidity, and therefore, sufficient rigidity can be ensured even when the gas flow rate is small.
  • the present embodiment since the present embodiment is used in a state where the unbalance vibration is large at high speed rotation, if the vibration damping effect is not large, there is a possibility that the gas bearing that should be non-contact is gnawed. Therefore, a gas bearing using a porous member is effective in preventing galling.
  • the radial bearing 20 may be divided into a plurality of parts in the axial direction and arranged side by side. In that case, the plurality of radial bearings are preferably held in one housing 30.
  • At least one O-ring 61 is arranged between the center C1 of the radial bearing 20 and the center of gravity G of the rotary shaft 12 in the axial direction of the rotary shaft 12, the other O-rings are O-rings. What is necessary is just to arrange

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Support Of The Bearing (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Abstract

小型化を図りつつ、振動減衰効果を高め、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。回転軸の径方向から見たラジアル軸受の投影面積は、回転軸の軸方向から見たスラスト軸受の面積より小さく、回転軸の軸方向において、ラジアル軸受の中心と回転軸の重心との間には、少なくとも１つのＯリングが配置される。

Description

スピンドル装置
　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する。
　静電塗装機に使用されるスピンドル装置が知られている。例えば、特許文献１には、回転軸をラジアル方向に支持するジャーナル軸受と、回転軸をスラスト方向に支持するスラスト軸受と、回転軸をジャーナ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、そのハウジングの外周側に位置するカバーと、を備えたスピンドル装置が記載されている。このスピンドル装置では、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リングが配置されている。
　特に、特許文献１では、回転軸の前側が大きく振れ回るように、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、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。
日本国特開２０１６－２２３５５３号公報
　ところで、特許文献１に記載のスピンドル装置では、Ｏリングに高強度の材料を用いた場合の振動の減衰効果を狙っている。一般に、振動により回転軸の振れ回りが大きくなると、ジャーナル軸受（ラジアル軸受）ないしスラスト軸受と回転軸とが接触し、回転速度低下に繋がる。
　また、実際の振動減衰には、ハウジングの中央ではなく、ラジアル軸受の位置に対するＯリングの配置が重要になるため、さらなる改善が求められる。
　さらに、近年、スピンドル装置の軽量化や省エネの観点から、小型化の要求も厳しく、ラジアル軸受の投影面積を増やすことができない場合もあり、用途に応じて様々な構造を選択する必要がある。
　本発明の目的は、小型化を図りつつ、振動減衰効果を高め、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。
　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、先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、
　前記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スラスト方向に支持するスラスト軸受と、
　前記ハウジングの外周面を囲うように配置されたケースと、
　前記ハウジングと前記ケースとの間に配置され、前記ケースに対して前記ハウジングを支持する複数のＯリングと、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、
　前記回転軸の径方向から見た前記ラジアル軸受の投影面積は、前記回転軸の軸方向から見た前記スラスト軸受の面積より小さく、
　前記回転軸の軸方向において、前記ラジアル軸受の中心と前記回転軸の重心との間には、少なくとも１つの前記Ｏリングが配置されることを特徴とするスピンドル装置。
（２）　前記ラジアル軸受及び前記スラスト軸受は、円筒状の多孔質部材であることを特徴とする（１）に記載のスピンドル装置。
　本発明のスピンドル装置によれば、小型化を図りつつ、Ｏリングの許容モーメントが大きくなり、振動減衰効果を高め、回転軸を安定して回転させることができる。
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。 （ａ）は、回転軸の径方向から見たラジアル軸受の投影面積を示す図であり、（ｂ）は、回転軸の軸方向から見たスラスト軸受の面積を示す図である。 図１のスピンドル装置の半断面図である。
　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。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。
　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をラジアル方向に支持する静圧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静圧気体軸受であるスラスト軸受２１と、回転軸１２をスラスト方向に吸引する磁石５０と、回転軸１２を収容するハウジング３０と、ハウジング３０の外周面を囲うように配置されたケース４０と、を主に備える。
　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が先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円板部１６と、を有する。
　複数のタービン羽根１１は、円板部１６の外周面を加工することで形成されている。
　ハウジング３０は、回転軸１２の円筒部１５の周囲に設けられ、内周面にラジアル軸受２０が取り付けられる円筒部分３１と、回転軸１２の円板部１６の前方に設けられ、円筒部分３１の後端部から径方向外方に延出する円板部分３２と、を備える。円板部分３２には、スラスト軸受２１を収容するように、後方に開口する、断面コの字状（断面矩形状）の環状溝３３が形成されている。
　ケース４０は、前ケース４１及び後ケース４２を有する。前ケース４１は、ハウジング３０の円筒部分３１の周囲に設けられた小径部４１ａと、ハウジング３０の円板部分３２の周囲に設けられた大径部４１ｂとを備え、中空、且つ段付き形状に形成されている。後ケース４２も、中空状に形成され、前ケース４１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。
　ラジアル軸受２０は、円筒状の多孔質部材であり、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、後ケース４２の後端面から送られ、ケース４０及びハウジング３０に形成された、不図示の軸受エア供給経路を通過した気体の供給により、回転軸１２の円筒部１５の外周面に向けて圧縮空気を吹き付け、ハウジング３０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、ラジアル軸受２０によってハウジング３０に対してラジアル方向に支持される。
　スラスト軸受２１は、円筒状の多孔質部材であり、その軸方向後端面が回転軸１２の円板部１６の前側面に対向している。スラスト軸受２１は、上記軸受エア供給経路から分岐した経路からの気体の供給により、回転軸１２の円板部１６の前側面に向けて圧縮空気を吹き付ける。
　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、ハウジング３０の円板部分３２の内側に形成された磁石取付部３４に螺合して取り付けられる。この状態で、磁石５０は、円板部１６の前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、円板部１６が前方に引き寄せられる。一方、スラスト軸受２１は、円板部１６の前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、スラスト軸受２１の反力とによって、回転軸１２がハウジング３０に対してスラスト方向に支持される。
　図２に示すように、回転軸１２の径方向から見たラジアル軸受２０の投影面積（外径φｄ×軸方向長さＬ）Ｎは、回転軸１２の軸方向から見たスラスト軸受２１の面積Ｍより小さく設定されており、スピンドル装置１０の軸方向の短縮を図っている。この場合、ラジアル軸受２０が短くなる一方、スラスト軸受２１の面積Ｍを大きくすることで、モーメント負荷容量を大きくとることができる。
　ハウジング３０の先端面３０ａは、スピンドル装置１０の軸方向の短縮のため、ラジアル軸受２０の先端面２０ａと略面一に形成されている。
　後ケース４２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が、軸受エア供給経路と別位相で形成される。さらに、後ケース４２には、タービンエア供給経路と連通する複数のノズルが、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。
　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に気体を供給することで、回転軸１２がハウジング３０に回転自在に支持された状態となり、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。
　ハウジング３０の円筒部分３１の外周面には、リング溝３５が少なくとも３箇所（本実施形態では、３箇所）設けられており、これらリング溝３５には、少なくとも３つのＯリング（本実施形態では、３つ）６１，６２，６３がそれぞれ配置される。３つのＯリング６１，６２，６３は、弾性変形して、これらの一部がケース４０の内周面とそれぞれ接触しており、ハウジング３０とケース４０とは、互いに径方向に隙間を持って配置される。
　回転軸形状の都合から、回転軸１２の径方向から見たラジアル軸受２０の投影面積Ｎは、回転軸１２の軸方向から見たスラスト軸受２１の面積Ｍより小さい場合、３つのＯリング６１，６２，６３は、アンバランス負荷もしくは共振による加振力がラジアル軸受２０やスラスト軸受２１にダイレクトに伝達されないように、これらの負荷や振動を減衰させている。
　特に、回転軸１２の軸方向において、ラジアル軸受２０の中心Ｃ１と回転軸１２の重心Ｇとの間には、少なくとも１つのＯリング６１が配置される。これにより、回転軸１２が振れ回った場合、ラジアル軸受２０の中心Ｃ１及びスラスト軸受２１の面積中心Ｃ２（スラスト軸受２１の内周面と外周面の径方向中間位置）で負荷を受けることになるが、より回転軸１２の重心Ｇに近い位置にＯリング６１を配置することで、振動を減衰させ易くなり、大きな振動を受けても回転軸１２を安定して回転させることができる。
　ラジアル軸受２０の軸方向配置は、１つないし複数であってもよい。複数のラジアル軸受２０を有する場合には、ラジアル軸受２０の中心Ｃ１とは、複数のラジアル軸受２０全体における中心をさす。
　Ｏリング６１は、回転軸１２の軸方向において、ラジアル軸受２０の中心Ｃ１とオーバーラップしないことが好ましい。
　図３に示すように、軸方向両端に位置する２つのＯリング６１，６３の支点間距離Ｌ１は、ラジアル軸受２０の支点間距離Ｌ２よりも大きく設計されている。即ち、振動減衰作用の大きいＯリング６１，６２，６３のスパンが広く形成されているので、Ｏリング６１，６２，６３の締付け具合にも応じて、より振動を減衰させるための効果が得られる。
　ラジアル軸受２０の支点とは、ラジアル軸受の両端も示す場合もあれば、ラジアル軸受の軸方向中央でばね要素として実際に剛性支持に作用している支点を示す場合もある。
　本実施形態において、回転軸１２の重心Ｇは、ベルカップ１が取り付けられた状態で、ラジアル軸受２０の中心Ｃ１よりも先端部側に位置する場合を前提としている。一方、ベルカップ１が取り付けられていない状態において、回転軸１２の重心Ｇがラジアル軸受２０の中心Ｃ１よりも先端部側に位置する場合には、ベルカップ１が取り付けられた状態でも、ラジアル軸受２０の中心Ｃ１よりも先端部側に位置するので、本発明の構成により、同様の効果が得られる。
　２つのＯリング６２、６３は、回転軸１２の軸方向において、任意の位置に配置されればよい。さらに、２つのＯリング６１，６２間、または、２つのＯリング６２，６３間において、ケース４０の内周面からハウジング３０の外周面へ軸受エア供給経路が通過する場合に、２つのＯリング６１，６２、または、２つのＯリング６２，６３は、軸受給気のシールを兼ねることができる。
　本実施形態では、図１に示すように、スラスト軸受２１の面積中心Ｃ２の直径Ａに対し、スラスト軸受２１の後端面から回転軸１２の重心Ｇまでの距離Ｂが小さい構成としている。ただし、回転軸１２の軸方向において、ラジアル軸受２０の中心Ｃと回転軸１２の重心Ｇとの間には、少なくとも１つのＯリング６１が配置される構成であれば、スラスト軸受２１の面積中心Ｃ２の直径Ａに対し、スラスト軸受２１の後端面から回転軸１２の重心Ｇまでの距離Ｂが大きい構成としてもよく、振動を緩和することができる。
　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。
　本実施形態では、スラスト軸受２１と磁石５０とを用いて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。
　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。
　特に、本実施形態は、高速回転でアンバランス振動が大きい状態での用途となるため、振動減衰効果が大きくないと、非接触であるはずの気体軸受がかじる可能性がある。そのため、多孔質部材を用いた気体軸受は、かじりを防止する上で効果的である。
　ラジアル軸受２０は、軸方向に複数分割されて、並べて配置されてもよく、その場合、複数のラジアル軸受は、１つのハウジング３０に保持されることが好ましい。
　回転軸１２の軸方向において、ラジアル軸受２０の中心Ｃ１と回転軸１２の重心Ｇとの間には、少なくとも１つのＯリング６１が配置される構成であれば、他のＯリングは、Ｏリング６１に対して前後の任意の位置に配置されればよい。
　本出願は、２０１８年２月１５日出願の日本特許出願（特願２０１８－２４６７１）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
１０　スピンドル装置
１１　タービン羽根
１２　回転軸
２０　ラジアル軸受
２１　スラスト軸受
３０　ハウジング
４０　ケース
５０　磁石
６１，６２，６３　Ｏリング

Claims (2)

  1. 　複数のタービン羽根が円周方向に亙って設けられ、先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、
    　前記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スラスト方向に支持するスラスト軸受と、
    　前記ハウジングの外周面を囲うように配置されたケースと、
    　前記ハウジングと前記ケースとの間に配置され、前記ケースに対して前記ハウジングを支持する複数のＯリングと、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、
    　前記回転軸の径方向から見た前記ラジアル軸受の投影面積は、前記回転軸の軸方向から見た前記スラスト軸受の面積より小さく、
    　前記回転軸の軸方向において、前記ラジアル軸受の中心と前記回転軸の重心との間には、少なくとも１つの前記Ｏリングが配置されることを特徴とするスピンドル装置。
  2. 　前記ラジアル軸受及び前記スラスト軸受は、円筒状の多孔質部材であることを特徴とする請求項１に記載のスピンドル装置。
PCT/JP2019/005400 2018-02-15 2019-02-14 スピンドル装置 WO2019160052A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19754879.5A EP3754214B1 (en) 2018-02-15 2019-02-14 Spindle device
CN201980013641.1A CN111727327B (zh) 2018-02-15 2019-02-14 主轴装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018024671A JP7035593B2 (ja) 2018-02-15 2018-02-15 スピンドル装置
JP2018-024671 2018-02-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019160052A1 true WO2019160052A1 (ja) 2019-08-22

Family

ID=67619312

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/005400 WO2019160052A1 (ja) 2018-02-15 2019-02-14 スピンドル装置

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3754214B1 (ja)
JP (1) JP7035593B2 (ja)
CN (1) CN111727327B (ja)
WO (1) WO2019160052A1 (ja)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003278751A (ja) * 2002-03-20 2003-10-02 Ntn Corp スピンドル装置
JP2006077797A (ja) * 2004-09-07 2006-03-23 Nsk Ltd スピンドル装置
WO2009104542A1 (ja) * 2008-02-22 2009-08-27 Ntn株式会社 気体軸受スピンドル
JP2016223553A (ja) 2015-06-01 2016-12-28 Ntn株式会社 スピンドル
WO2017090729A1 (ja) * 2015-11-25 2017-06-01 日本精工株式会社 スピンドル装置
JP2018021625A (ja) * 2016-08-04 2018-02-08 Ntn株式会社 エアタービン駆動スピンドル
JP2018024671A (ja) 2016-08-09 2018-02-15 ロート製薬株式会社 眼科用製剤

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080181545A1 (en) * 2007-01-31 2008-07-31 Hisaaki Yano Hydrodynamic bearing device and spindle motor
CN101779047B (zh) * 2007-08-20 2014-07-02 Ntn株式会社 流体轴承装置
CN201851503U (zh) * 2010-07-05 2011-06-01 王瑞琪 悬浮推力轴承
CN203756741U (zh) * 2013-12-30 2014-08-06 常州环能涡轮动力股份有限公司 小型涡轮增压器的浮动轴承
CN205858493U (zh) * 2015-05-19 2017-01-04 罗立峰 一种小微型涡喷发动机

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003278751A (ja) * 2002-03-20 2003-10-02 Ntn Corp スピンドル装置
JP2006077797A (ja) * 2004-09-07 2006-03-23 Nsk Ltd スピンドル装置
WO2009104542A1 (ja) * 2008-02-22 2009-08-27 Ntn株式会社 気体軸受スピンドル
JP2016223553A (ja) 2015-06-01 2016-12-28 Ntn株式会社 スピンドル
WO2017090729A1 (ja) * 2015-11-25 2017-06-01 日本精工株式会社 スピンドル装置
JP2018021625A (ja) * 2016-08-04 2018-02-08 Ntn株式会社 エアタービン駆動スピンドル
JP2018024671A (ja) 2016-08-09 2018-02-15 ロート製薬株式会社 眼科用製剤

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3754214A4

Also Published As

Publication number Publication date
JP7035593B2 (ja) 2022-03-15
EP3754214A4 (en) 2021-03-31
EP3754214A1 (en) 2020-12-23
CN111727327A (zh) 2020-09-29
JP2019138439A (ja) 2019-08-22
CN111727327B (zh) 2022-02-01
EP3754214B1 (en) 2022-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017090729A1 (ja) スピンドル装置
WO2019160054A1 (ja) スピンドル装置
WO2019160049A1 (ja) スピンドル装置
WO2019160052A1 (ja) スピンドル装置
WO2019160053A1 (ja) スピンドル装置
US5584435A (en) Bell atomizer with air/magnetic bearings
WO2014156911A1 (ja) 気体軸受スピンドル
JPH06134350A (ja) スプレー塗装ノズル
JP2006077797A (ja) スピンドル装置
JP5891743B2 (ja) 静圧気体軸受スピンドル及び静電塗装装置
JPH0972338A (ja) 静圧気体軸受装置
JP2021011837A (ja) スピンドル装置
JP2021011836A (ja) スピンドル装置
JP6623720B2 (ja) スピンドル装置
JP2021011834A (ja) スピンドル装置
JP2021011835A (ja) スピンドル装置
JP6613847B2 (ja) スピンドル装置
JP6613846B2 (ja) スピンドル装置
JP5929495B2 (ja) スピンドル装置及び静電塗装装置
JP6648521B2 (ja) スピンドル装置
JP2017106373A (ja) スピンドル装置
JP2015025561A (ja) 気体軸受スピンドル

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19754879

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019754879

Country of ref document: EP

Effective date: 20200915