主轴装置
技术领域
本发明涉及使用空气涡轮驱动方式的主轴装置。
背景技术
已知一种在静电涂装机中使用的主轴装置。例如，在专利文献1中记载了一种主轴装置，该主轴装置具备：在径向上支承旋转轴的轴颈轴承；在推力方向上支承旋转轴的推力轴承；经由轴颈轴承及推力轴承支承旋转轴的壳体；以及位于该壳体的外周侧的罩。在该主轴装置中，为了吸收因高速旋转而产生的振动，使主轴的动作稳定，在壳体与罩之间配置有O形环。
特别是，在专利文献1中记载了如下内容：以旋转轴的前侧大幅摇摆的方式，以壳体的轴向中心为起点规定O形环的位置，即使在O形环使用高强度的材料的情况下，也增大变形量，充分增大振动的衰减效果。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-223553号公报
发明内容
发明欲解决的技术问题
然而，在专利文献1所记载的主轴装置中，以在O形环使用高强度的材料的情况下的振动的衰减效果为目的。通常，若旋转轴的摇摆由于振动而变大，则轴颈轴承(向心轴承)或推力轴承会与旋转轴接触，导致旋转速度降低。
另外，对于实际的振动衰减而言，O形环相对于向心轴承的位置的配置而不是相对于壳体的中央的配置变得重要，因此要求进一步的改善。
本发明的目的在于提供一种能够提高振动衰减效果并使旋转轴稳定地旋转的主轴装置。
用于解决问题的技术手段
本发明的上述目的通过下述结构实现。
(1)一种主轴装置，具备：
旋转轴，所述旋转轴在圆周方向设置有多个涡轮叶片，且能够在顶端部安装搭载物；
壳体，所述壳体容纳该旋转轴；
向心轴承，所述向心轴承安装在该壳体，通过供给气体将所述旋转轴相对于所述壳体非接触地浮起支承；
箱体，所述箱体配置为包围所述壳体的外周面；以及
多个O形环，所述多个O形环配置在所述壳体和所述箱体之间，将所述壳体相对于所述箱体支承，
所述主轴装置通过向所述多个涡轮叶片喷出气体而使所述旋转轴旋转驱动，所述主轴装置的特征在于，
在所述旋转轴的轴向上，配置为最靠近顶端部的所述O形环被配置在比所述向心轴承的前端面更靠所述顶端部侧。
(2)如(1)所述的主轴装置，其特征在于，
所述旋转轴的重心位于比所述向心轴承的前端面更靠所述顶端部一侧，
在所述旋转轴的轴向上，配置为最靠近顶端部的所述O形环被配置于比所述向心轴承的前端面更靠所述旋转轴的重心一侧。
(3)如(2)所述的主轴装置，其特征在于，
在所述旋转轴的轴向上，配置为最靠近顶端部侧的所述O形环被配置在所述向心轴承的前端面与所述旋转轴的重心之间。
4.如(1)～(3)中任一项所述的主轴装置，其特征在于，
所述向心轴承是圆筒状的多孔质部件。
发明效果
根据本发明的主轴装置，O形环的允许力矩变大，能够提高振动衰减效果，使旋转轴稳定地旋转。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式所涉及的主轴装置的剖视图。
图2是图1的主轴装置的半剖视图。
符号说明
10 主轴装置
11 涡轮叶片
12 旋转轴
20 向心轴承
21 推力轴承
30 壳体
40 箱体
50 磁铁
61、62、63O形环
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的一个实施方式所涉及的主轴装置进行详细说明。此外，在以下的说明中，将图1所示的左侧称为前侧，将右侧称为后侧。
如图1及图2所示，本实施方式的主轴装置10是用于静电涂装机用的空气涡轮驱动方式的主轴装置。主轴装置10主要具备：旋转轴12，其在圆周方向设置有多个涡轮叶片11；向心轴承(推力轴承)20，其为在径向支承旋转轴12的静压气体轴承；推力轴承21，其为在推力方向上支承旋转轴12的静压气体轴承；壳体30，其容纳旋转轴12；以及箱体40，其配置为包围壳体30的外周面。
旋转轴12具有：圆筒部15，其将用于将涂料形成为雾状而喷雾的喷杯(搭载物)1安装于顶端部侧；和圆板部16，其从该圆筒部15的后端部向径向外侧伸出。
多个涡轮叶片11通过对圆板部16的外周面进行加工而形成。
壳体30具备：圆筒部分31，其设置在旋转轴12的圆筒部15的周围，在内周面安装有向心轴承20；和圆板部分32，其设置于旋转轴12的圆板部16的前方且从圆筒部分31的后端部向径向外侧伸出。在圆板部分32形成有向后方开口的截面コ字状(截面矩形状)的环状槽33，以容纳推力轴承21。
箱体40具有前箱体41和后箱体42。前箱体41具备：小径部41a，其设置于壳体30的圆筒部分31的周围；和大径部41b，其设置于壳体30的圆板部分32的周围，箱体40形成为中空且带台阶的形状。后箱体42也形成为中空状，通过未图示的螺栓而紧固固定于前箱体41的后端面。
向心轴承20是圆筒状的多孔质部件，与旋转轴12的圆筒部15的外周面对置。向心轴承20利用从后箱体42的后端面输送且通过在箱体40及壳体30形成的未图示的轴承空气供给路径供给的气体，而向旋转轴12的圆筒部15的外周面喷射压缩空气，以非接触的方式相对于壳体30浮起支承旋转轴12。由此，旋转轴12被向心轴承20相对于壳体30在径向上支承。
推力轴承21是圆筒状的多孔质部件，其轴向后端面与旋转轴12的圆板部16的前侧面对置。推力轴承21通过从上述轴承空气供给路径分支的路径供给气体，向旋转轴12的圆板部16的前侧面喷射压缩空气。
磁铁50被磁铁轭51保持，磁铁轭51与在壳体30的圆板部分32的内侧形成的磁铁安装部34螺合而安装。在该状态下，磁铁50与圆板部16的前侧面接近对置。
因此，通过磁铁50的磁力，圆板部16被向前方牵拉。另一方面，推力轴承21通过朝向圆板部16的前侧面喷射压缩空气而产生反力，利用磁铁50的吸引力和推力轴承21的反力，将旋转轴12相对于壳体30在推力方向上支承。
在后箱体42上以与轴承空气供给路径不同的相位形成有用于向涡轮叶片11供给工作用的压缩空气的涡轮空气供给路径。而且，在后箱体42的内周面开口地形成有与涡轮空气供给路径连通的多个喷嘴。因此，通过控制向涡轮空气供给路径供给的空气的流量，旋转轴12能够得到规定的旋转速度。
在这样构成的主轴装置10中，通过向向心轴承20以及推力轴承21供给气体，从而旋转轴12成为旋转自如地支承于壳体30的状态，另外，通过从多个喷嘴朝向多个涡轮叶片11喷出气体，从而将喷流所具有的动能转换为旋转轴12的旋转驱动力，旋转轴12被旋转驱动。
在壳体30的圆筒部分31的外周面至少设置有三处(在本实施方式中为三个)环槽35，至少三个O形环(在本实施方式中为三个)61、62、63分别配置在这些环槽35中。三个O形环61、62、63弹性变形，它们的一部分分别与箱体40的内周面接触，壳体30与箱体40彼此在径向上具有间隙地配置。
根据旋转轴形状的情况，三个O形环61、62、63使负载、振动衰减，从而使得由这些不平衡负载或共振产生的激振力不会直接传递至向心轴承20、推力轴承21。
特别是，在旋转轴12的轴向上，配置于最顶端部侧的O形环61配置于比向心轴承20的前端面20a靠旋转轴12的顶端部侧的位置。即，O形环61在旋转轴12的轴向上不与向心轴承20重叠。由此，能够承受更大的力矩，振动衰减效果也变大。另外，激振时的旋转轴12的振幅也能够通过该O形环61的配置而有效地降低。因此，即使受到较大的振动，也能够使旋转轴12稳定地旋转。
因此，配置有O形环的壳体30形成为在旋转轴12的顶端部侧比向心轴承20的前端面20a更长，以使得O形环61不与向心轴承20重叠。
在旋转轴12的重心G位于比向心轴承20的前端面20a靠顶端部侧的位置的情况下，在旋转轴12的轴向上，配置于最顶端部侧的O形环61配置在比向心轴承20的前端面20a靠旋转轴12的重心侧的位置。
优选O形环61在旋转轴的轴向上配置于向心轴承20的前端面20a与旋转轴12的重心G之间。由于不平衡大致发生在旋转轴12的顶端部侧的喷杯1，因此通过将O形环61配置于输出侧，能够在与成为振动减弱的不平衡位置接近的位置使振动衰减。
如图2所示，位于轴向两端的两个O形环61、63的支点间距离L1设计成比向心轴承20的支点间距离L2大。即，由于振动衰减作用大的O形环61、62、63的跨度形成得较宽，因此能够得到用于进一步使振动衰减的效果。
所谓向心轴承20的支点，既有表示向心轴承的两端的情况，也有表示在向心轴承的轴向中央作为弹簧元件实际起刚性支承作用的支点的情况。
在本实施方式中，在安装有喷杯1的状态下，在旋转轴12的重心G位于比向心轴承20的前端面20a靠顶端部侧的位置的情况下，能够得到O形环61实现的振动衰减效果。另一方面，在未安装喷杯1的状态下，在旋转轴12的重心G位于比向心轴承20的前端面20a靠前端侧的位置的情况下，由于即使在安装有喷杯1的状态下，重心G也位于比向心轴承20的前端面20a靠顶端部侧的位置，因此能够得到O形环61实现的振动衰减效果。
两个O形环62、63在旋转轴12的轴向上配置于任意的位置即可。并且，在轴承空气供给路径从箱体40的内周面通过两个O形环61、62之间或者两个O形环62、63之间去往壳体30的外周面的情况下，两个O形环61、62或两个O形环62、63能够兼作轴承供气的密封件。
本发明并不限定于前述的实施方式，能够适当进行变形、改良等。
例如，在本实施方式中，说明了将本发明的主轴装置用于静电涂装机的情况，但不限于此，也可以应用于半导体制造装置(晶片外周部倒角机)、机械加工物的毛边处理机。
在本实施方式中，采用了使用推力轴承21和磁铁50在推力方向上支承旋转轴12的结构，但也可以是使用多个气体轴承在推力方向上支承旋转轴12的结构。
并且，本发明的气体轴承不限于由多孔质部件构成，也可以是自成节流阀等其他的静压式。但是，使用多孔质部件的气体轴承容易确保刚性，所以，即使在气体的流量少的情况下也能够确保充分的刚性。
本申请基于2018年2月15日申请的日本专利申请(日本特愿2018-24670)，其内容作为参照而引用在本申请中。
