JP3762200B2

JP3762200B2 - Air turbine spindle

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Publication number: JP3762200B2
Application number: JP2000236951A
Authority: JP
Inventors: 章二藤井
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1999-08-06
Filing date: 2000-08-04
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2020-08-04
Also published as: JP2001113439A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエアタービンスピンドルに関し、例えば、穴加工機、精密加工機、静電塗装機などに組み込まれ、主軸を静圧空気軸受で非接触支持するエアタービンスピンドルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１及び図１２は、静圧空気軸受で主軸を支持した構造を有する従来のスピンドルの一例を示す。このスピンドルは、エアタービン駆動方式、すなわち、主軸１のスラスト板２ｂの外周に設けられた複数の凹部３に、それら凹部３と対向する部位に配設されたタービンノズル４から圧縮空気を吹き付けることにより主軸１を回転させる方式のものである。
【０００３】
主軸１は、軸部２ａとその端部に設けられたスラスト板２ｂとからなり、後述のジャーナル軸受部及びスラスト軸受部によりハウジング８に対して回転自在に支持されている。ハウジング８は、ほぼ円筒状の第１ハウジング部８ａと、その端部に一体に結合された円形蓋状の第２ハウジング部８ｂと、前記第１ハウジング部８ａの内径に固着された軸受スリーブ９と、前記第２ハウジング部８ｂの内端面に固着された軸受板１８とで構成されている。
【０００４】
第１ハウジング部８ａの内径には、焼嵌め、圧入又は接着などの適宜の手段により軸受スリーブ９が固定されている。この軸受スリーブ９には、主軸１の軸部２ａの外径面と微小なジャーナル軸受隙間１０を介して対向するジャーナル軸受面１１を有するジャーナル軸受部１２が形成され、スラスト板２ｂの端面と微小なスラスト軸受隙間１３を介して対向するスラスト軸受面１４を有するスラスト軸受部１５が形成されている。また、軸受スリーブ９には、ジャーナル軸受面１１及びスラスト軸受面１４に開口した複数の微細な軸受ノズル１６，１７が配設されている。
【０００５】
第２ハウジング部８ｂの内端面には、焼嵌め、圧入又は接着などの適宜の手段により軸受板１８が固着されている。この軸受板１８には、スラスト板２ｂの端面と微小なスラスト軸受隙間１９を介して対向するスラスト軸受面２０を有するスラスト軸受部２１が形成されている。また、軸受板１８には、スラスト軸受面２０に開口した複数の微細な軸受ノズル２２が配設されている。
【０００６】
また、第１ハウジング部８ａの端部内径には、焼嵌め、圧入又は接着などの適宜の手段により固定リング２３が固着されている。この固定リング２３には、スラスト板２ｂの各凹部３と対向する部位で複数のタービンノズル４が貫通形成されている。各タービンノズル４は、固定リング２３の外周に沿ってほぼ接線方向に開口し、第１ハウジング部８ａに形成された環状溝６を介してタービン給気口５と連通している。また、固定リング２３には、正回転中の主軸１にブレーキ力を付与するためのブレーキノズル２４が設けられ、そのブレーキノズル２４は、給気通路２５を介して第２ハウジング部８ｂに形成されたブレーキ給気口２６と連通している。
【０００７】
軸受スリーブ９及び軸受板１８の各軸受ノズル１６，１７，２２からジャーナル軸受隙間１０及びスラスト軸受隙間１３，１９に流入する圧縮空気によって、主軸１のラジアル方向及びスラスト方向の変位が規制される。ジャーナル軸受隙間１０及びスラスト軸受隙間１３，１９に流入した圧縮空気は、主軸１の軸部２ａの端部から直接にハウジング外部へ排出されると共に固定リング２３の凹陥部２７を介して排気口２８からも排出される。
【０００８】
主軸１の正回転時には、タービン給気口５から供給された圧縮空気は、環状溝６を経由して固定リング２３のタービンノズル４からスラスト板２ｂの凹部３に向かって噴出される。凹部３は、タービンノズル４と対向する位置で、そのタービンノズル４が開口するほぼ接線方向と直角をなす半径方向の壁面７を有する。噴出された圧縮空気は、凹部３の半径方向の壁面７に吹き付けられて主軸１に回転力を付与し、排気口２８からハウジング外部へ排出される。
【０００９】
主軸１のブレーキ時には、ブレーキ給気口２６から供給される圧縮空気が、給気通路２５を経由してブレーキノズル２４から正回転中のスラスト板２ｂの凹部３に向かって噴出される。この噴出された圧縮空気は、凹部３の半径方向の壁面７と直交する壁面２９に吹き付けられて主軸１にブレーキ力を付与し、排気口２８からハウジング外部へ排出される。なお、この時、主軸１を正回転させる圧縮空気の供給は遮断されている。
【００１０】
図１３及び図１４は、従来のエアタービンスピンドルの他例を示す。このエアタービンスピンドルの基本構成は、図１１及び図１２のスピンドルと同一であるため、同一部分には同一参照符号を付して重複説明は省略する。
【００１１】
このエアタービンスピンドルは、スラスト板２ｂの外周に正回転用凹部３とブレーキ用凹部３０とを軸方向二列に並設し、固定リング２３の凹部３と対向する部位にほぼ接線方向に開口したタービンノズル４を設け、固定リング２３の凹部３０と対向する部位に、前記タービンノズル４と反対向きでほぼ接線方向に開口したブレーキノズル３１を設けている。
【００１２】
主軸１の正回転時には、タービン給気口５から供給された圧縮空気は、環状溝６を経由して固定リング２３のタービンノズル４からスラスト板２ｂの凹部３に向かって噴出される。この噴出された圧縮空気は、凹部３の半径方向の壁面７に吹き付けられて主軸１に回転力を付与し、排気口２８からハウジング外部へ排出される。
【００１３】
主軸１のブレーキ時には、主軸１を正回転させる圧縮空気は遮断された状態で、ブレーキ給気口３２から供給される圧縮空気が、環状溝３３を経由してブレーキノズル３１から正回転中のスラスト板２ｂの凹部３０に向かって噴出される。この噴出された圧縮空気は、凹部３０の半径方向の壁面３４に吹き付けられて主軸１にブレーキ力を付与し、排気口２８からハウジング外部へ排出される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した図１１及び図１２のエアタービンスピンドルでは、主軸１の正回転用として固定リング２３に設けた凹部３を、ブレーキ時にも利用している。すなわち、ブレーキノズル２４から噴出された圧縮空気が凹部３の半径方向の壁面７と直交する壁面２９に吹き付けられる。このとき、圧縮空気の噴出方向と、その圧縮空気が吹き付けられる壁面２９とのなす角度が小さいため、ブレーキ性能を発揮させる上で効率が悪いという問題があった。
【００１５】
また、固定リング２３では、ブレーキノズル２４をタービンノズル４と同一面内で形成しなければならない構造上、ブレーキノズル２４をタービンノズル４と干渉しない位置に設ける必要があり、ブレーキノズル数を十分に確保することが困難であった。これら問題点のため、前記エアタービンスピンドルでは、強いブレーキ力を付与することが困難であった。
【００１６】
これに対して、図１３及び図１４に示すエアタービンスピンドルでは、スラスト板２ｂの外周に正回転用凹部３とブレーキ用凹部３０とを並設し、タービンノズル４とブレーキノズル３１とから供給される圧縮空気をそれぞれの凹部３と３０に別々に噴出する構造としているため、ブレーキ性能を発揮させる上で効率がよく、ブレーキノズル３１を配置する上でタービンノズル４との干渉を考慮する必要もないので、強いブレーキ力を付与することができる。
【００１７】
しかしながら、このエアタービンスピンドルでは、スラスト板２ｂに設けたブレーキ用凹部３０の半径方向の壁面３４が、正回転用凹部３の半径方向の壁面７と反対方向に向いた構造となっているため、主軸１の正回転時、ブレーキ用凹部３０の半径方向の壁面３４が抵抗となって正回転時の効率を低下させることになるという問題がある。
【００１８】
そこで、本発明は前記問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、主軸の正回転時の効率を低下させることなく、強いブレーキ力を確保することができるエアタービンスピンドルを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための技術的手段として、本発明は、主軸の外周に設けられた複数の凹部に、この凹部と対向するハウジングの部位に配設された複数のタービンノズルから圧縮空気を吹き付けて主軸を回転させるエアタービンスピンドルにおいて、前記タービンノズルとは逆向きで複数のブレーキノズルを主軸に設け、そのブレーキノズルと連通するブレーキ給気口を前記ハウジングに設けたことを特徴とする。
【００２０】
本発明では、ブレーキノズルを主軸に設け、その主軸外周のブレーキノズルから正回転と逆方向に圧縮空気を噴出することによりブレーキ性能を発揮させる。これにより、ブレーキノズルを配置する上でタービンノズルとの干渉を考慮する必要もないので、強いブレーキ力を付与することができ、また、回転する主軸に凹部を設けた構造のものと比較して、主軸の正回転時の抵抗が小さい構造を実現できる。
【００２１】
本発明は、前記主軸の外径面とジャーナル軸受隙間をもって対向するジャーナル軸受面と、主軸のスラスト板の端面にスラスト軸受隙間をもって対向するスラスト軸受面とにそれぞれ開口した複数の軸受ノズルを有するハウジングを具備し、各軸受ノズルから軸受隙間に圧縮空気を流入させて主軸を非接触支持する静圧空気軸受に適用可能である。
【００２２】
なお、本発明では、▲１▼ブレーキノズルを主軸に設けた凹部の近傍に配置した構造、▲２▼ブレーキノズルに対向する部位に、そのブレーキノズルから噴出される圧縮空気の吹き付け力を受ける面、例えば固定翼の端面を含むような凹凸を形成した構造、▲３▼主軸に圧力室を設け、その圧力室を介してブレーキノズルとブレーキ給気口とを連通させた構造、▲４▼圧力室を主軸のスラスト板に設け、そのスラスト板の両端面にそれぞれ形成されたスラスト軸受部のうち、前記圧力室がブレーキ給気口に連通する側と反対側に位置するスラスト軸受部の負荷容量を増大させる手段を設けた構造、あるいは、ブレーキ用圧縮空気によって主軸が受ける軸方向力を低減する手段を設けた構造、さらにはその両手段を設けた構造とすることが望ましく、前記▲３▼▲４▼において、主軸の圧力室と、軸受ハウジングのブレーキ給気口との間に、圧力室からの圧縮空気の漏れを防止するシール機構を設けた構造や、シール機構が主軸とハウジング間に形成された隙間シールである構造とすることが好ましい。また、前記▲４▼において、主軸が受ける軸方向力を低減する手段しては、前記圧力室がブレーキ給気口と連通する側に位置するスラスト軸受部とブレーキ給気口との間に大気開放用の排気通路を設ける構造が好適である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明に係るエアタービンスピンドルの実施形態を以下に詳述する。
【００２４】
図１及び図２（ａ）（ｂ）は、静圧空気軸受で主軸を支持した構造を有する本発明の第１の実施形態を示す。この第１の実施形態のエアタービンスピンドルは、主軸４１のスラスト板４２ｂの外周に設けられた複数の凹部４３に、それら凹部４３と対向する部位に配設されたタービンノズル４４から圧縮空気を吹き付けることにより主軸４１を回転させるものである。
【００２５】
主軸４１は、軸部４２ａとその端部に設けられたスラスト板４２ｂとからなり、後述のジャーナル軸受部及びスラスト軸受部によりハウジング４８に対して回転自在に支持されている。ハウジング４８は、ほぼ円筒状の第１ハウジング部４８ａと、その第１ハウジング部４８ａの端部に一体に結合された円形蓋状の第２ハウジング部４８ｂと、前記第１ハウジング部４８ａの内径に固着された軸受スリーブ４９と、前記第２ハウジング部４８ｂの内端面に固着された軸受板５８とで構成されている。
【００２６】
第１ハウジング部４８ａの内径には、焼嵌め、圧入又は接着などの適宜の手段により軸受スリーブ４９が固定されている。この軸受スリーブ４９には、主軸４１の軸部４２ａの外径面と微小なジャーナル軸受隙間５０を介して対向するジャーナル軸受面５１を有するジャーナル軸受部５２が形成され、スラスト板４２ｂの端面と微小なスラスト軸受隙間５３を介して対向するスラスト軸受面５４を有するスラスト軸受部５５が形成されている。また、軸受スリーブ４９には、ジャーナル軸受面５１及びスラスト軸受面５４に開口した複数の微細な軸受ノズル５６，５７が配設されている。
【００２７】
第２ハウジング部４８ｂの内端面には、焼嵌め、圧入又は接着などの適宜の手段により軸受板５８が固着されている。この軸受板５８には、スラスト板４２ｂの端面と微小なスラスト軸受隙間５９を介して対向するスラスト軸受面６０を有するスラスト軸受部６１が形成されている。また、軸受板５８には、スラスト軸受面６０に開口した複数の微細な軸受ノズル６２が配設されている。
【００２８】
また、第１ハウジング部４８ａの端部内径には、焼嵌め、圧入又は接着などの適宜の手段により固定リング６３が固着されている。この固定リング６３には、スラスト板４２ｂの各凹部４３と対向する部位で複数のタービンノズル４４が貫通形成されている。このタービンノズル４４は、固定リング６３の外周に沿ってほぼ接線方向に開口し、第１ハウジング部４８ａに形成された環状溝４６を介してタービン給気口４５と連通している。
【００２９】
一方、スラスト板４２ｂの端面には、圧力室となる環状溝６４が形成され、この環状溝６４からスラスト板４２ｂの外周方向で前記タービンノズル４４と反対向きに、正回転中の主軸４１にブレーキ力を付与するための複数のブレーキノズル６５が貫通形成されている。そのブレーキノズル６５は、スラスト板４２ｂの外周に沿ってほぼ接線方向に開口し、環状溝６４を介して第２ハウジング部４８ｂに形成されたブレーキ給気口６６と連通している。また、前述した固定リング６３には、ブレーキノズル６５と対向する部位に、ブレーキ効果を高めるための固定翼６７が配設されている。この固定翼６７は、前記ブレーキノズル６５と対向する位置で、そのブレーキノズル６５が開口するほぼ接線方向と直角をなす端面６９を有する。
【００３０】
ここで、環状溝６４の両側には、環状溝６４からの圧縮空気の漏れを防止するシール機構として、微小な隙間からなる隙間シール６８が形成され、その隙間の流路抵抗によって環状溝６４の内部が高圧に保持される。この隙間シール６８は、スラスト軸受面６０と同時加工で形成できるので、そのスラスト軸受面６０と同一面に形成することが望ましい。また、隙間シール６８は非接触なので、エアタービンスピンドルの場合、高速、高精度などの特性を低下させることなく、特に好適なシール構造である。
【００３１】
軸受スリーブ４９及び軸受板５８の各軸受ノズル５６，５７，６２からジャーナル軸受隙間５０及びスラスト軸受隙間５３，５９に流入する圧縮空気によって、主軸４１のラジアル方向及びスラスト方向の変位が規制される。ジャーナル軸受隙間５０及びスラスト軸受隙間５３，５９に流入した圧縮空気は、軸部４２ａの端部から直接にハウジング外部へ排出されると共に排気口５８からも排出される。
【００３２】
主軸４１の正回転時には、タービン給気口４５から供給された圧縮空気は、環状溝４６を経由して固定リング６３のタービンノズル４４からスラスト板４２ｂの凹部４３に向かって噴出される。凹部４３は、タービンノズル４４と対向する位置で、そのタービンノズル４４が開口するほぼ接線方向と直角をなす半径方向の壁面４７を有する。噴出された圧縮空気は、凹部４３の半径方向の壁面４７に吹き付けられて主軸４１に回転力を付与し、排気口５８からハウジング外部へ排出される。
【００３３】
一方、主軸４１のブレーキ時には、ブレーキ給気口６６から供給される圧縮空気が、環状溝６４を経由してブレーキノズル６５から正回転と逆方向に噴出されて主軸４１にブレーキ力を付与する。その噴出された圧縮空気は、固定リング６３の固定翼６７の端面６９に吹き付けられてさらにブレーキ効果が高められ、固定リング６３の円周溝７０及び排気穴７１を経由して排気口５８からハウジング外部へ排出される。なお、この時、主軸４１を正回転させる圧縮空気の供給は遮断されている。
【００３４】
この第１の実施形態では、正回転用として必要なタービンノズル数に合わせて、空間効率上、同数の排気穴７１、排気口５８及びブレーキ用として同数の固定翼６７が設けられ、ブレーキノズル６５は、十分な性能が得られる範囲で固定翼６７の数と互いに素であるように設定され、これにより、振動の抑制などの効果を発揮する。また、この実施形態では、スラスト板４２ｂの一方の端面側からブレーキ用の圧縮空気を供給するようにしているが、本発明はこれに限定されることなく、スラスト板４２ｂの他方の端面側、又は軸部４２ａの外周面側から供給する構造も可能である。この第１の実施形態のエアタービンスピンドルは、短時間での加減速が要求される静電塗装用などの用途に適している。
【００３５】
図３及び図４（ａ）（ｂ）は、本発明の第２の実施形態を示し、その基本構成は、前述した第１の実施形態〔図１及び図２（ａ）（ｂ）〕と同一であるため、同一部分には同一参照符号を付して重複説明は省略する。第１の実施形態と相違する点は、固定翼６７がない点のみである。このように固定翼６７がなくても、主軸４１のブレーキ時、ブレーキ給気口６６から供給される圧縮空気が、環状溝６４を経由してブレーキノズル６５から正回転と逆方向に噴出されて主軸４１にブレーキ力が付与される。
【００３６】
図５及び図６は本発明の第３の実施形態を示し、第１の実施形態と同一部分には同一参照符号を付して重複説明は省略する。この第３の実施形態では、主軸４１のスラスト板４２ｂの端面にその端面側に開口する圧力室７２を設け、この圧力室７２から主軸４１の軸部４２ａの外周方向でタービンノズル４４と反対向きに、正回転中の主軸４１にブレーキ力を付与するための複数のブレーキノズル７３が貫通形成されている。ブレーキノズル７３は、圧力室７２を介して第２ハウジング部４８ｂに形成されたブレーキ給気口７４と連通している。第１、第２の実施形態の場合と同様、前記圧力室７２の周囲には微小な隙間からなる隙間シール６８が形成され、圧力室７２の内部が高圧に保持される。
【００３７】
主軸４１のブレーキ時には、ブレーキ給気口７４から供給される圧縮空気が、圧力室７２を経由してブレーキノズル７３から正回転と逆方向に噴出されて主軸４１にブレーキ力を付与する。その噴出された圧縮空気は、軸受スリーブ４９に設けられた排気口７６を経由して第１ハウジング部４８ａの排気口５８からハウジング外部へ排出される。なお、この時、主軸４１を正回転させる圧縮空気の供給は遮断されている。
【００３８】
この第３の実施形態では、ブレーキ用の固定翼６７が設けられていないが、軸受スリーブ４９のブレーキノズル７３と対向する部位に、ブレーキノズル７３から噴出される圧縮空気の吹き付け力を受ける面を形成した構造、例えば第１の実施形態における固定翼６７と同一の機能を発揮するような凹凸を設けるようにしてもよい。また、ブレーキノズル７３を形成する位置は、第３の実施形態以外、例えば、主軸４１の軸方向中央など任意の位置であってもよい。
【００３９】
図７及び図８は本発明の第４の実施形態を示し、第３の実施形態と同一部分には同一参照符号を付して重複説明は省略する。この第４の実施形態のスピンドルは、ブレーキ用圧縮空気を主軸４１にその半径方向から供給する構造を具備する。すなわち、主軸４１の内部に圧力室７７を設け、この圧力室７７から主軸４１の軸部４２ａの外周方向でタービンノズル４４と反対向きに、正回転中の主軸４１にブレーキ力を付与するための複数のブレーキノズル７３が貫通形成されている。
【００４０】
主軸４１には前記圧力室７７と連通するブレーキ給気穴７８を開口させると共に、軸受スリーブ４９の内径面には環状溝７９を形成する。ブレーキノズル７３は、圧力室７７、ブレーキ給気穴７８及び環状溝７９を介して第１ハウジング部４８ａのブレーキ給気口８０と連通している。ブレーキ給気口８０を形成する位置は、半径方向であれば主軸４１の軸部４２ａの任意位置でよい。第１〜第３の実施形態の場合と同様、前記環状溝７９の両側には微小な隙間からなる隙間シール８１が形成され、圧力室７７の内部が高圧に保持される。
【００４１】
主軸４１のブレーキ時には、ブレーキ給気口８０から供給された圧縮空気は、環状溝７９、ブレーキ給気穴７８を経由して圧力室７７に導入され、ブレーキノズル７３から正回転と逆方向に噴出されて主軸４１にブレーキ力を付与する。その噴出された圧縮空気は、軸受スリーブ４９の排気口７６を経由して第１ハウジング部４８ａの排気口５８からハウジング外部へ排出される。なお、この時、主軸４１を正回転させる圧縮空気の供給は遮断されている。
【００４２】
なお、前述した第１〜第３の実施形態では、軸方向からブレーキ用の圧縮空気を供給する構造としていることから、その圧縮空気により主軸４１が軸方向力を受けることがある。エアタービンスピンドルの仕様上、この軸方向力による影響が無視できないような場合には、第４の実施形態のように半径方向からブレーキ用の圧縮空気を供給する構造が好適である。
【００４３】
また、第１〜第３の実施形態の場合であっても、ブレーキ用の圧縮空気が供給されるスラスト軸受部６１と反対側に位置するスラスト軸受部５５を負荷容量の大きい設計とすることにより、軸方向力に対抗してスラスト軸受部５５での接触、摩耗などの影響を抑制することができる。このスラスト軸受部５５の負荷容量を大きくする設計としては、例えば、▲１▼スラスト軸受部６１に比べてスラスト軸受部５５の面積を大きくする、▲２▼軸受ノズル５７の内径を大きくする、▲３▼軸受ノズル５７の個数を多くする、▲４▼スラスト軸受部５５のスラスト軸受面５４のみに軸受ノズル５７を相互に連通する浅い溝を設ける等の手段がある。
【００４４】
さらに、軸方向力を小さくすることによってもスラスト軸受部５５での接触、摩耗などの影響を抑制することができる。軸方向力を小さくする設計としては、環状溝６４がブレーキ給気口６６と連通する側に位置するスラスト軸受部６１とブレーキ給気口６６との間に大気開放用の排気通路を設ける構造とすることができる。
【００４５】
具体的には、主軸４１が受ける軸方向力を小さくする手段を第１の実施形態（図１参照）のエアタービンスピンドルに設けた場合を図９に示す。図１と同一部分には同一参照符号を付して重複説明は省略する。なお、この軸方向力を小さくする手段は、図３および図４（ａ）（ｂ）に示す第２の実施形態、図５および図６に示す第３の実施形態にも同様に設けることが可能である。
【００４６】
図９に示すエアタービンスピンドルにおいて、スラスト軸受部６１のスラスト軸受隙間５９に開口する排気用円周溝８２とこの円周溝８２に連通する排気口８３とからなる大気開放用の排気通路８４を第２ハウジング部４８ｂに設ける。この大気開放用の排気通路８４は、スラスト軸受部６１と隙間シール６８との間、スラスト軸受部６１の軸受ノズル６２とブレーキ給気口６６との間に配設する必要がある。
【００４７】
主軸４１のブレーキ時には、ブレーキ給気口６６から圧縮空気が環状溝６４に流入し、隙間シール６８により環状溝６４の内部が高圧になる。この環状溝６４の内外周両側に形成された隙間シール６８の外周側から漏れ出した少量の空気は、排気口５８からハウジング外部へ排出される。一方、前記隙間シール６８の内周側から漏れ出した少量の空気は、円周溝８２を経て排気口８３からハウジング外部へ排出される。
【００４８】
ここで、図１に示す第１の実施形態のように大気開放用の排気通路８４がない場合には、隙間シール６８の内周側から漏れ出した少量の空気がスラスト軸受部６１との間に溜まるために、図１０（ａ）に示すような圧力分布となる。一方、図９に示すように大気開放用の排気通路８４がある場合には、隙間シール６８の内周側から漏れ出した少量の空気がスラスト軸受部６１との間に溜まることなく、円周溝８２を経て排気口８３から外部へ排出されるので、図１０（ｂ）に示すような圧力分布となる。
【００４９】
同図（ａ）（ｂ）に示す斜線部分は、圧縮空気により主軸４１が受ける軸方向力に相当するものである。すなわち、スラスト軸受部６１と隙間シール６８との間に大気開放用の排気通路８４を設けることにより、ブレーキ用として供給される圧縮空気により主軸４１が受ける軸方向力を小さくすることができるので、スラスト軸受部５５での接触、摩耗などの影響を抑制することができる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、ブレーキノズルを主軸に設け、その主軸外周のブレーキノズルから正回転と逆方向に圧縮空気を噴出することによりブレーキ性能を発揮させる。これにより、ブレーキノズルを配置する上でタービンノズルとの干渉を考慮する必要もないので、主軸の正回転時の効率を低下させることなく、強いブレーキ力を確保することができ、また、回転する主軸に凹部を設けた構造のものと比較して、主軸の正回転時の抵抗が小さい構造を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエアタービンスピンドルの第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】（ａ）は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す断面図である。
【図４】（ａ）は図３のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
（ｂ）は図３のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態を示す断面図である。
【図６】図５のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態を示す断面図である。
【図８】図７のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。
【図９】図１の第１の実施形態に主軸４１が受ける軸方向力を小さくする手段を設けたエアタービンスピンドルを示す断面図である。
【図１０】（ａ）は図１に示す第１の実施形態で、軸受ノズル出口圧とブレーキ給気圧による圧力分布を示す説明図である。
（ｂ）は図９のエアタービンスピンドルで、軸受ノズル出口圧とブレーキ給気圧による圧力分布を示す説明図である。
【図１１】従来のエアタービンスピンドルの一例を示す断面図である。
【図１２】図１１のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。
【図１３】従来のエアタービンスピンドルの他例を示す断面図である。
【図１４】（ａ）は図１３のＨ−Ｈ線に沿う断面図である。
（ｂ）は図１３のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
４１主軸
４２ｂスラスト板
４３凹部
４４タービンノズル
４８ハウジング
５０ジャーナル軸受隙間
５３スラスト軸受隙間
５４スラスト軸受面
５５スラスト軸受部
５６軸受ノズル
５７軸受ノズル
５９スラスト軸受隙間
６０スラスト軸受面
６１スラスト軸受部
６２軸受ノズル
６４圧力室（環状溝）
６５ブレーキノズル
６６ブレーキ給気口
６８隙間シール
８４大気開放用の排気通路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an air turbine spindle, for example, an air turbine spindle that is incorporated in a hole processing machine, a precision processing machine, an electrostatic coating machine, and the like and supports a main shaft in a non-contact manner with a static pressure air bearing.
[0002]
[Prior art]
11 and 12 show an example of a conventional spindle having a structure in which a main shaft is supported by a hydrostatic air bearing. This spindle is driven by an air turbine, that is, compressed air is blown to a plurality of recesses 3 provided on the outer periphery of the thrust plate 2 b of the main shaft 1 from a turbine nozzle 4 disposed at a portion facing the recesses 3. Thus, the main shaft 1 is rotated.
[0003]
The main shaft 1 includes a shaft portion 2a and a thrust plate 2b provided at an end portion thereof, and is rotatably supported with respect to the housing 8 by a journal bearing portion and a thrust bearing portion described later. The housing 8 includes a substantially cylindrical first housing portion 8a, a circular lid-shaped second housing portion 8b integrally coupled to the end portion thereof, and a bearing sleeve 9 fixed to the inner diameter of the first housing portion 8a. And a bearing plate 18 fixed to the inner end face of the second housing portion 8b.
[0004]
A bearing sleeve 9 is fixed to the inner diameter of the first housing portion 8a by appropriate means such as shrink fitting, press fitting, or adhesion. The bearing sleeve 9 is formed with a journal bearing portion 12 having a journal bearing surface 11 facing the outer diameter surface of the shaft portion 2a of the main shaft 1 with a minute journal bearing gap 10 between the end surface of the thrust plate 2b. A thrust bearing portion 15 having a thrust bearing surface 14 facing each other with a thrust bearing gap 13 therebetween is formed. The bearing sleeve 9 is provided with a plurality of fine bearing nozzles 16 and 17 that are open to the journal bearing surface 11 and the thrust bearing surface 14.
[0005]
A bearing plate 18 is fixed to the inner end surface of the second housing portion 8b by appropriate means such as shrink fitting, press fitting, or adhesion. The bearing plate 18 is formed with a thrust bearing portion 21 having a thrust bearing surface 20 facing the end surface of the thrust plate 2b with a minute thrust bearing gap 19 therebetween. Further, the bearing plate 18 is provided with a plurality of fine bearing nozzles 22 opened to the thrust bearing surface 20.
[0006]
A fixing ring 23 is fixed to the inner diameter of the end of the first housing portion 8a by appropriate means such as shrink fitting, press fitting, or adhesion. The fixing ring 23 is formed with a plurality of turbine nozzles 4 penetratingly formed at portions facing the concave portions 3 of the thrust plate 2b. Each turbine nozzle 4 opens substantially tangentially along the outer periphery of the fixing ring 23 and communicates with the turbine air inlet 5 via an annular groove 6 formed in the first housing portion 8a. The fixing ring 23 is provided with a brake nozzle 24 for applying a braking force to the main shaft 1 that is rotating forward, and the brake nozzle 24 is formed in the second housing portion 8b via an air supply passage 25. The brake air supply port 26 is in communication.
[0007]
The radial displacement and thrust displacement of the main shaft 1 are restricted by the compressed air flowing into the journal bearing gap 10 and the thrust bearing gaps 13 and 19 from the bearing nozzles 16, 17 and 22 of the bearing sleeve 9 and the bearing plate 18. The compressed air that has flowed into the journal bearing gap 10 and the thrust bearing gaps 13 and 19 is discharged directly from the end of the shaft portion 2a of the main shaft 1 to the outside of the housing and through the recessed portion 27 of the fixing ring 23. Are also discharged.
[0008]
During forward rotation of the main shaft 1, the compressed air supplied from the turbine air supply port 5 is jetted from the turbine nozzle 4 of the fixed ring 23 toward the recess 3 of the thrust plate 2 b via the annular groove 6. The recess 3 has a radial wall surface 7 at a position facing the turbine nozzle 4 and perpendicular to the tangential direction in which the turbine nozzle 4 opens. The jetted compressed air is blown against the wall surface 7 in the radial direction of the recess 3 to give a rotational force to the main shaft 1 and is discharged from the exhaust port 28 to the outside of the housing.
[0009]
During braking of the main shaft 1, compressed air supplied from the brake air supply port 26 is jetted from the brake nozzle 24 toward the concave portion 3 of the thrust plate 2 b during normal rotation via the air supply passage 25. The jetted compressed air is blown to the wall surface 29 orthogonal to the radial wall surface 7 of the recess 3 to apply a braking force to the main shaft 1 and is discharged from the exhaust port 28 to the outside of the housing. At this time, the supply of compressed air for normal rotation of the main shaft 1 is interrupted.
[0010]
13 and 14 show another example of a conventional air turbine spindle. Since the basic configuration of the air turbine spindle is the same as that of the spindles of FIGS. 11 and 12, the same parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0011]
In this air turbine spindle, a forward rotation recess 3 and a brake recess 30 are arranged side by side in two rows in the axial direction on the outer periphery of the thrust plate 2b, and open substantially in a tangential direction at a portion facing the recess 3 of the fixing ring 23. A turbine nozzle 4 is provided, and a brake nozzle 31 that is open in a substantially tangential direction opposite to the turbine nozzle 4 is provided at a portion of the fixing ring 23 that faces the recess 30.
[0012]
During forward rotation of the main shaft 1, the compressed air supplied from the turbine air supply port 5 is jetted from the turbine nozzle 4 of the fixed ring 23 toward the recess 3 of the thrust plate 2 b via the annular groove 6. The jetted compressed air is blown against the wall surface 7 in the radial direction of the recess 3 to give a rotational force to the main shaft 1 and is discharged from the exhaust port 28 to the outside of the housing.
[0013]
When the main shaft 1 is braked, the compressed air supplied from the brake air supply port 32 passes through the annular groove 33 so that the compressed air that normally rotates the main shaft 1 is blocked. It ejects toward the recessed part 30 of the board 2b. The jetted compressed air is blown to the radial wall surface 34 of the recess 30 to apply a braking force to the main shaft 1 and is discharged from the exhaust port 28 to the outside of the housing.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the air turbine spindle of FIG.11 and FIG.12 mentioned above, the recessed part 3 provided in the fixed ring 23 for the normal rotation of the main axis | shaft 1 is utilized also at the time of a brake. That is, the compressed air ejected from the brake nozzle 24 is blown onto the wall surface 29 orthogonal to the radial wall surface 7 of the recess 3. At this time, since the angle formed between the jet direction of the compressed air and the wall surface 29 to which the compressed air is blown is small, there is a problem that the efficiency is poor in exerting the brake performance.
[0015]
In addition, in the fixing ring 23, the brake nozzle 24 must be formed in the same plane as the turbine nozzle 4. Therefore, the brake nozzle 24 needs to be provided at a position where it does not interfere with the turbine nozzle 4. It was difficult to secure. Due to these problems, it has been difficult to apply a strong braking force with the air turbine spindle.
[0016]
On the other hand, in the air turbine spindle shown in FIGS. 13 and 14, the forward rotation recess 3 and the brake recess 30 are arranged in parallel on the outer periphery of the thrust plate 2 b and supplied from the turbine nozzle 4 and the brake nozzle 31. The compressed air to be ejected separately into the respective recesses 3 and 30 is efficient in exerting brake performance, and it is necessary to consider interference with the turbine nozzle 4 in disposing the brake nozzle 31. Since there is no, a strong braking force can be applied.
[0017]
However, in this air turbine spindle, since the radial wall surface 34 of the brake recess 30 provided on the thrust plate 2b is oriented in the opposite direction to the radial wall 7 of the forward rotation recess 3, When the main shaft 1 is rotated forward, there is a problem that the radial wall surface 34 of the brake recess 30 becomes a resistance and decreases the efficiency during forward rotation.
[0018]
Therefore, the present invention has been proposed in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an air turbine spindle that can secure a strong braking force without reducing the efficiency during forward rotation of the main shaft. It is to provide.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
As a technical means for achieving the above object, the present invention blows compressed air from a plurality of turbine nozzles disposed in a portion of a housing facing the recesses to a plurality of recesses provided on the outer periphery of the main shaft. In the air turbine spindle for rotating the main shaft, a plurality of brake nozzles are provided in the main shaft in a direction opposite to the turbine nozzle, and a brake air supply port communicating with the brake nozzle is provided in the housing.
[0020]
In the present invention, the brake nozzle is provided on the main shaft, and the brake performance is exhibited by ejecting compressed air in a direction opposite to the forward rotation from the brake nozzle on the outer periphery of the main shaft. As a result, it is not necessary to consider interference with the turbine nozzle in arranging the brake nozzle, so that a strong braking force can be applied, and compared with a structure in which a concave portion is provided on the rotating main shaft. In addition, it is possible to realize a structure having a small resistance when the main shaft is rotated forward.
[0021]
The present invention provides a housing having a plurality of bearing nozzles each opened to a journal bearing surface facing the outer diameter surface of the main shaft with a journal bearing gap and a thrust bearing surface facing the end surface of the thrust plate of the main shaft with a thrust bearing clearance. And can be applied to a hydrostatic air bearing that supports the main shaft in a non-contact manner by allowing compressed air to flow into the bearing gap from each bearing nozzle.
[0022]
In the present invention, (1) a structure in which the brake nozzle is disposed in the vicinity of the recess provided on the main shaft, and (2) a surface that receives the blowing force of the compressed air ejected from the brake nozzle at a portion facing the brake nozzle. For example, a structure in which irregularities including the end face of the fixed wing are formed, (3) a structure in which a pressure chamber is provided in the main shaft, and a brake nozzle and a brake air supply port are communicated with each other via the pressure chamber, (4) pressure The load capacity of the thrust bearing portion that is provided on the thrust plate of the main shaft and that is located on the opposite side of the thrust bearing portion that is formed on each end face of the thrust plate to the side that communicates with the brake air supply port. It is desirable to have a structure provided with means for increasing the pressure, a structure provided with means for reducing the axial force applied to the main shaft by the compressed air for braking, or a structure provided with both means. In (3) and (4) above, a structure in which a seal mechanism for preventing leakage of compressed air from the pressure chamber is provided between the pressure chamber of the main shaft and the brake air supply port of the bearing housing; Is a gap seal formed between the main shaft and the housing. In the above (4), the means for reducing the axial force applied to the main shaft may be an air gap between the thrust bearing portion located on the side where the pressure chamber communicates with the brake air inlet and the brake air inlet. A structure in which an exhaust passage for opening is provided is preferable.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of an air turbine spindle according to the present invention will be described in detail below.
[0024]
1 and 2 (a) and 2 (b) show a first embodiment of the present invention having a structure in which a main shaft is supported by a hydrostatic air bearing. In the air turbine spindle according to the first embodiment, compressed air is blown to a plurality of recesses 43 provided on the outer periphery of a thrust plate 42b of a main shaft 41 from a turbine nozzle 44 disposed at a portion facing the recesses 43. Thus, the main shaft 41 is rotated.
[0025]
The main shaft 41 includes a shaft portion 42a and a thrust plate 42b provided at an end portion thereof, and is rotatably supported with respect to the housing 48 by a journal bearing portion and a thrust bearing portion described later. The housing 48 includes a substantially cylindrical first housing portion 48a, a circular lid-shaped second housing portion 48b integrally coupled to an end portion of the first housing portion 48a, and an inner diameter of the first housing portion 48a. The bearing sleeve 49 is fixed, and the bearing plate 58 is fixed to the inner end surface of the second housing portion 48b.
[0026]
A bearing sleeve 49 is fixed to the inner diameter of the first housing portion 48a by appropriate means such as shrink fitting, press fitting, or adhesion. The bearing sleeve 49 is formed with a journal bearing portion 52 having a journal bearing surface 51 facing the outer diameter surface of the shaft portion 42a of the main shaft 41 with a minute journal bearing gap 50 therebetween, and the end surface of the thrust plate 42b is minute. A thrust bearing portion 55 having a thrust bearing surface 54 facing each other through a thrust bearing gap 53 is formed. The bearing sleeve 49 is provided with a plurality of fine bearing nozzles 56 and 57 that are open to the journal bearing surface 51 and the thrust bearing surface 54.
[0027]
A bearing plate 58 is fixed to the inner end surface of the second housing portion 48b by appropriate means such as shrink fitting, press fitting, or adhesion. The bearing plate 58 is formed with a thrust bearing portion 61 having a thrust bearing surface 60 facing the end surface of the thrust plate 42b with a minute thrust bearing gap 59 therebetween. The bearing plate 58 is provided with a plurality of fine bearing nozzles 62 opened to the thrust bearing surface 60.
[0028]
A fixing ring 63 is fixed to the inner diameter of the end of the first housing portion 48a by appropriate means such as shrink fitting, press fitting, or adhesion. The fixing ring 63 is formed with a plurality of turbine nozzles 44 penetratingly formed at portions facing the concave portions 43 of the thrust plate 42b. The turbine nozzle 44 opens substantially tangentially along the outer periphery of the fixing ring 63 and communicates with the turbine air inlet 45 via an annular groove 46 formed in the first housing portion 48a.
[0029]
On the other hand, an annular groove 64 serving as a pressure chamber is formed on the end face of the thrust plate 42b. A brake is applied to the main shaft 41 during normal rotation from the annular groove 64 in the outer circumferential direction of the thrust plate 42b in the direction opposite to the turbine nozzle 44. A plurality of brake nozzles 65 for applying force are formed through. The brake nozzle 65 opens substantially tangentially along the outer periphery of the thrust plate 42 b and communicates with a brake air supply port 66 formed in the second housing portion 48 b through an annular groove 64. Further, the fixed ring 63 is provided with a fixed wing 67 for enhancing the brake effect at a portion facing the brake nozzle 65. The fixed wing 67 has an end face 69 at a position facing the brake nozzle 65 and perpendicular to the tangential direction in which the brake nozzle 65 opens.
[0030]
Here, on both sides of the annular groove 64, a gap seal 68 consisting of a minute gap is formed as a seal mechanism for preventing leakage of compressed air from the annular groove 64. The interior is maintained at a high pressure. Since this gap seal 68 can be formed simultaneously with the thrust bearing surface 60, it is desirable to form it on the same surface as the thrust bearing surface 60. Further, since the gap seal 68 is non-contact, the air turbine spindle is a particularly suitable seal structure without deteriorating characteristics such as high speed and high accuracy.
[0031]
The radial displacement and thrust displacement of the main shaft 41 are regulated by the compressed air flowing into the journal bearing gap 50 and the thrust bearing gaps 53 and 59 from the bearing nozzles 56, 57 and 62 of the bearing sleeve 49 and the bearing plate 58. The compressed air that has flowed into the journal bearing gap 50 and the thrust bearing gaps 53 and 59 is discharged directly from the end of the shaft portion 42a to the outside of the housing and also from the exhaust port 58.
[0032]
During forward rotation of the main shaft 41, the compressed air supplied from the turbine air supply port 45 is jetted from the turbine nozzle 44 of the fixed ring 63 toward the recess 43 of the thrust plate 42b via the annular groove 46. The recess 43 has a radial wall surface 47 at a position facing the turbine nozzle 44 and perpendicular to the tangential direction in which the turbine nozzle 44 opens. The jetted compressed air is blown to the radial wall surface 47 of the recess 43 to apply a rotational force to the main shaft 41 and is discharged from the exhaust port 58 to the outside of the housing.
[0033]
On the other hand, when the main shaft 41 is braked, the compressed air supplied from the brake air supply port 66 is ejected from the brake nozzle 65 through the annular groove 64 in the direction opposite to the normal rotation to apply a braking force to the main shaft 41. The jetted compressed air is blown to the end surface 69 of the fixed wing 67 of the fixed ring 63 to further enhance the braking effect, and the housing is opened from the exhaust port 58 via the circumferential groove 70 and the exhaust hole 71 of the fixed ring 63. It is discharged outside. At this time, the supply of compressed air that rotates the main shaft 41 in the forward direction is interrupted.
[0034]
In the first embodiment, the same number of exhaust holes 71 and exhaust ports 58 and the same number of fixed blades 67 are provided for braking as the number of turbine nozzles necessary for forward rotation, and the brake nozzle 65 Is set so as to be relatively prime to the number of the fixed blades 67 within a range where sufficient performance can be obtained, thereby exhibiting effects such as vibration suppression. In this embodiment, compressed air for braking is supplied from one end face side of the thrust plate 42b, but the present invention is not limited to this, and the other end face side of the thrust plate 42b, Or the structure supplied from the outer peripheral surface side of the axial part 42a is also possible. The air turbine spindle of the first embodiment is suitable for applications such as electrostatic coating that require acceleration and deceleration in a short time.
[0035]
3 and 4 (a) and 4 (b) show a second embodiment of the present invention, and its basic configuration is the same as that of the first embodiment described above (FIGS. 1 and 2 (a) and (b)). Since they are the same, the same parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The only difference from the first embodiment is that there is no fixed wing 67. Even when there is no fixed blade 67 in this way, when the main shaft 41 is braked, the compressed air supplied from the brake air supply port 66 is jetted from the brake nozzle 65 in the reverse direction to the forward rotation via the annular groove 64. A braking force is applied to the main shaft 41.
[0036]
5 and 6 show a third embodiment of the present invention. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In the third embodiment, a pressure chamber 72 that opens to the end surface side of the thrust plate 42b of the main shaft 41 is provided, and the pressure chamber 72 faces away from the turbine nozzle 44 in the outer peripheral direction of the shaft portion 42a of the main shaft 41. In addition, a plurality of brake nozzles 73 for penetrating the main shaft 41 during normal rotation are formed penetratingly. The brake nozzle 73 communicates with a brake air supply port 74 formed in the second housing portion 48 b via the pressure chamber 72. As in the case of the first and second embodiments, a gap seal 68 including a minute gap is formed around the pressure chamber 72, and the inside of the pressure chamber 72 is maintained at a high pressure.
[0037]
During braking of the main shaft 41, compressed air supplied from the brake air supply port 74 is ejected from the brake nozzle 73 in the reverse direction to the normal rotation via the pressure chamber 72, thereby applying a braking force to the main shaft 41. The jetted compressed air is discharged from the exhaust port 58 of the first housing portion 48 a to the outside of the housing via the exhaust port 76 provided in the bearing sleeve 49. At this time, the supply of compressed air that rotates the main shaft 41 in the forward direction is interrupted.
[0038]
In the third embodiment, the fixed blade 67 for braking is not provided, but a surface that receives the blowing force of the compressed air ejected from the brake nozzle 73 is formed on the portion of the bearing sleeve 49 that faces the brake nozzle 73. You may make it provide the unevenness | corrugation which exhibits the same function as the formed structure, for example, the fixed wing | blade 67 in 1st Embodiment. Further, the position where the brake nozzle 73 is formed may be any position other than the third embodiment, for example, the axial center of the main shaft 41.
[0039]
7 and 8 show a fourth embodiment of the present invention. The same parts as those of the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and the duplicate description is omitted. The spindle of the fourth embodiment has a structure for supplying compressed air for brake to the main shaft 41 from the radial direction. That is, a pressure chamber 77 is provided inside the main shaft 41, and a braking force is applied from the pressure chamber 77 to the main shaft 41 during normal rotation in the direction opposite to the turbine nozzle 44 in the outer peripheral direction of the shaft portion 42 a of the main shaft 41. A plurality of brake nozzles 73 are formed through.
[0040]
A brake air supply hole 78 communicating with the pressure chamber 77 is opened in the main shaft 41, and an annular groove 79 is formed in the inner diameter surface of the bearing sleeve 49. The brake nozzle 73 communicates with the brake air supply port 80 of the first housing portion 48a through the pressure chamber 77, the brake air supply hole 78, and the annular groove 79. The position where the brake air inlet 80 is formed may be an arbitrary position of the shaft portion 42a of the main shaft 41 as long as it is in the radial direction. As in the case of the first to third embodiments, gap seals 81 composed of minute gaps are formed on both sides of the annular groove 79, and the inside of the pressure chamber 77 is maintained at a high pressure.
[0041]
When the main shaft 41 is braked, the compressed air supplied from the brake air supply port 80 is introduced into the pressure chamber 77 via the annular groove 79 and the brake air supply hole 78 and is ejected from the brake nozzle 73 in the direction opposite to the normal rotation. Thus, a braking force is applied to the main shaft 41. The jetted compressed air is discharged from the exhaust port 58 of the first housing portion 48 a to the outside of the housing via the exhaust port 76 of the bearing sleeve 49. At this time, the supply of compressed air that rotates the main shaft 41 in the forward direction is interrupted.
[0042]
In the first to third embodiments described above, since the compressed air for braking is supplied from the axial direction, the main shaft 41 may receive an axial force by the compressed air. When the influence of this axial force cannot be ignored due to the specifications of the air turbine spindle, a structure for supplying compressed air for braking from the radial direction as in the fourth embodiment is preferable.
[0043]
Even in the case of the first to third embodiments, the thrust bearing portion 55 located on the opposite side of the thrust bearing portion 61 to which the compressed air for braking is supplied is designed to have a large load capacity. The influence of contact and wear at the thrust bearing portion 55 can be suppressed against the axial force. As a design for increasing the load capacity of the thrust bearing portion 55, for example, (1) the area of the thrust bearing portion 55 is made larger than that of the thrust bearing portion 61, (2) the inner diameter of the bearing nozzle 57 is made larger, 3) Increasing the number of bearing nozzles 57, 4) providing only a thrust bearing surface 54 of the thrust bearing portion 55 with a shallow groove that allows the bearing nozzles 57 to communicate with each other.
[0044]
Further, the influence of contact and wear at the thrust bearing portion 55 can also be suppressed by reducing the axial force. As a design for reducing the axial force, a structure is provided in which an exhaust passage for opening to the atmosphere is provided between the thrust bearing 61 and the brake air supply port 66 where the annular groove 64 is located on the side communicating with the brake air supply port 66. can do.
[0045]
Specifically, FIG. 9 shows a case where means for reducing the axial force received by the main shaft 41 is provided in the air turbine spindle of the first embodiment (see FIG. 1). The same parts as those in FIG. The means for reducing the axial force is also provided in the second embodiment shown in FIGS. 3 and 4 (a) and 4 (b) and the third embodiment shown in FIGS. 5 and 6. Is possible.
[0046]
In the air turbine spindle shown in FIG. 9, an exhaust passage 84 for opening to the atmosphere comprising an exhaust circumferential groove 82 opened in the thrust bearing gap 59 of the thrust bearing portion 61 and an exhaust port 83 communicating with the circumferential groove 82 is provided. It is provided in the second housing part 48b. The exhaust passage 84 for opening to the atmosphere needs to be disposed between the thrust bearing portion 61 and the gap seal 68 and between the bearing nozzle 62 of the thrust bearing portion 61 and the brake air supply port 66.
[0047]
During braking of the main shaft 41, compressed air flows into the annular groove 64 from the brake air supply port 66, and the inside of the annular groove 64 becomes high pressure by the gap seal 68. A small amount of air leaking from the outer peripheral side of the gap seal 68 formed on both the inner and outer peripheral sides of the annular groove 64 is discharged from the exhaust port 58 to the outside of the housing. On the other hand, a small amount of air leaking from the inner peripheral side of the gap seal 68 is discharged from the exhaust port 83 to the outside of the housing through the circumferential groove 82.
[0048]
Here, when there is no exhaust passage 84 for opening to the atmosphere as in the first embodiment shown in FIG. 1, a small amount of air leaking from the inner peripheral side of the gap seal 68 is between the thrust bearing portion 61. Therefore, the pressure distribution as shown in FIG. On the other hand, when there is an exhaust passage 84 for opening to the atmosphere as shown in FIG. 9, a small amount of air leaking from the inner peripheral side of the gap seal 68 does not collect between the thrust bearing portion 61 and the circumference. Since the gas is discharged from the exhaust port 83 through the groove 82, the pressure distribution as shown in FIG.
[0049]
The hatched portions shown in FIGS. 4A and 4B correspond to the axial force received by the main shaft 41 by the compressed air. That is, by providing the exhaust passage 84 for opening to the atmosphere between the thrust bearing portion 61 and the gap seal 68, the axial force received by the main shaft 41 by the compressed air supplied for braking can be reduced. The influence of contact and wear at the thrust bearing portion 55 can be suppressed.
[0050]
【The invention's effect】
According to the present invention, the brake nozzle is provided on the main shaft, and the brake performance is exhibited by ejecting compressed air from the brake nozzle on the outer periphery of the main shaft in the direction opposite to the normal rotation. As a result, it is not necessary to consider interference with the turbine nozzle when arranging the brake nozzle, so that a strong braking force can be secured without reducing the efficiency at the time of forward rotation of the main shaft, and the brake nozzle rotates. Compared to a structure in which a concave portion is provided on the main shaft, a structure having a smaller resistance when the main shaft is rotated forward can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of an air turbine spindle according to the present invention.
FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
(B) is sectional drawing which follows the BB line of FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the present invention.
4A is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 3;
(B) is sectional drawing which follows the DD line | wire of FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a third embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view taken along line EE of FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a fourth embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view taken along line FF in FIG.
9 is a cross-sectional view showing an air turbine spindle provided with means for reducing the axial force received by the main shaft 41 in the first embodiment of FIG.
FIG. 10A is an explanatory diagram showing a pressure distribution according to a bearing nozzle outlet pressure and a brake supply air pressure in the first embodiment shown in FIG. 1;
(B) is an explanatory view showing the pressure distribution by the bearing nozzle outlet pressure and the brake supply air pressure in the air turbine spindle of FIG. 9.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing an example of a conventional air turbine spindle.
12 is a cross-sectional view taken along the line GG of FIG.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing another example of a conventional air turbine spindle.
14A is a cross-sectional view taken along line HH in FIG.
(B) is sectional drawing which follows the II line | wire of FIG.
[Explanation of symbols]
41 Spindle
42b Thrust plate
43 recess
44 Turbine nozzle
48 housing
50 Journal bearing clearance
53 Thrust bearing clearance
54 Thrust bearing surface
55 Thrust bearing
56 Bearing nozzle
57 Bearing nozzle
59 Thrust bearing clearance
60 Thrust bearing surface
61 Thrust bearing
62 Bearing nozzle
64 Pressure chamber (annular groove)
65 Brake nozzle
66 Brake inlet
68 Clearance seal
84 Exhaust passage for opening to the atmosphere

Claims

In an air turbine spindle that rotates a main shaft by blowing compressed air from a plurality of turbine nozzles disposed in a portion of a housing facing the concave portion to a plurality of concave portions provided on the outer periphery of the main shaft.
An air turbine spindle characterized in that a plurality of brake nozzles are provided on a main shaft in a direction opposite to the turbine nozzles, and a brake air supply port communicating with the brake nozzles is provided in the housing.

A journal bearing surface facing the outer diameter surface of the main shaft with a journal bearing gap, and a housing having a plurality of bearing nozzles each opened to a thrust bearing surface facing the end surface of the thrust plate of the main shaft with a thrust bearing clearance; 2. The air turbine spindle according to claim 1, wherein the main shaft is supported in a non-contact manner by flowing compressed air from each bearing nozzle into the bearing gap.

The air turbine spindle according to claim 1, wherein the brake nozzle is disposed in the vicinity of a recess provided in the main shaft.

The air turbine spindle according to any one of claims 1 to 3, wherein a surface that receives a blowing force of compressed air ejected from the brake nozzle is formed at a portion facing the brake nozzle.

The air turbine spindle according to any one of claims 1 to 4, wherein a pressure chamber is provided in the main shaft, and a brake nozzle and a brake air supply port are communicated with each other through the pressure chamber.

The thrust chamber is provided on the thrust plate of the main shaft, and among the thrust bearing portions respectively formed on both end surfaces of the thrust plate, the thrust bearing portion located on the opposite side to the side communicating with the brake air supply port. 6. The air turbine spindle according to claim 5, wherein at least one of a means for increasing a load capacity and a means for reducing an axial force applied to the main shaft by the compressed air for braking is provided.

The means for reducing the axial force received by the main shaft by the brake compressed air is an air release provided between a thrust bearing portion located on the side where the pressure chamber communicates with the brake air supply port and the brake air supply port. The air turbine spindle according to claim 6, wherein the air turbine spindle is an exhaust passage.

The air turbine according to any one of claims 5 to 7, wherein a seal mechanism for preventing leakage of compressed air from the pressure chamber is provided between the pressure chamber and a brake air supply port of the housing. spindle.

The air turbine spindle according to claim 8, wherein the seal mechanism is a gap seal formed between the main shaft and the housing.