(57)【要約】【課題】簡単な構造で、断熱効果が得られ、塗装機の結露発生を抑制できる静電塗装機用スピンドル装置を提供する。【解決手段】静電塗装機用スピンドル装置１０のハウジング１１には、タービン翼２２，２３を収容するタービンチャンバ部８０と、ノズルからタービンチャンバ部８０に噴出された気体を外部に排気するためのタービン排気経路８１，８２とが設けられる。タービンチャンバ部８０とタービン排気経路８１，８２の少なくとも一方の表面は、ハウジング１１の母材より熱伝導率が低い材料で覆われている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略筒状のハウジングと、前記ハウジングに挿通され、軸受を介して回転自在に支承される回転軸と、前記回転軸と共に一体に回転するタービン羽根車と、前記タービン羽根車のタービン翼に向けて気体を噴出するノズルと、を備える静電塗装機用スピンドル装置であって、
前記ハウジングには、前記タービン翼を収容するタービンチャンバ部と、前記ノズルから前記タービンチャンバ部に噴出された前記気体を外部に排気するためのタービン排気経路とが設けられ、
前記タービンチャンバ部と前記タービン排気経路の少なくとも一方の表面は、前記ハウジングの母材より熱伝導率が低い材料で覆われていることを特徴とする静電塗装機用スピンドル装置。
【請求項２】
前記材料は、前記熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることを特徴とする請求項１に記載の静電塗装機用スピンドル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電塗装機用スピンドル装置に関し、より詳細には、静電塗装機に使用され、ノズルから噴出する気体の運動エネルギにより回転駆動される複数のタービン翼を備える静電塗装機用スピンドル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車ボディ塗装用の回転霧化型静電塗装機の場合、塗装機内部に収容されるスピンドル装置は、複数のタービン翼に向けてノズルから気体を吐出し、噴流の持つ運動エネルギにより回転軸を高速回転させる。回転軸の軸方向一端部には、ベルカップが取り付けられ、回転による遠心力で塗料を霧状にして塗装する。
【０００３】
その際、短時間に広範囲に塗装するためには、塗料の流量を増加する必要があるが流量を増加させるためには、高トルクが必要となりタービン翼への気体の供給量が多くなる。この結果、断熱膨張した低温のエアが多量となり、より結露しやすくなっていた。スピンドル装置や静電塗装機本体に結露が発生すると、塗装用の静電気が外部に逃げやすくなり、静電気が逃げてしまうと塗装不具合になり、設備を停止するという課題がある。
【０００４】
特許文献１では、高温の空気を供給したり、エアスピンドル周囲に常温の空気を循環させる構造を追加し、エアスピンドルの温度が低下しないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１９８４９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のスピンドルは、結露の発生は抑制できるものの、構造が複雑で、ランニングコストが掛かるという問題がある。
【０００７】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構造で、断熱効果が得られ、塗装機の結露発生を抑制できる静電塗装機用スピンドル装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  略筒状のハウジングと、前記ハウジングに挿通され、軸受を介して回転自在に支承される回転軸と、前記回転軸と共に一体に回転するタービン羽根車と、前記タービン羽根車のタービン翼に向けて気体を噴出するノズルと、を備える静電塗装機用スピンドル装置であって、
前記ハウジングには、前記タービン翼を収容するタービンチャンバ部と、前記ノズルから前記タービンチャンバ部に噴出された前記気体を外部に排気するためのタービン排気経路とが設けられ、
前記タービンチャンバ部と前記タービン排気経路の少なくとも一方の表面は、前記ハウジングの母材より熱伝導率が低い材料で覆われていることを特徴とする静電塗装機用スピンドル装置。
（２）  前記材料は、前記熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることを特徴とする（１）に記載の静電塗装機用スピンドル装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の静電塗装機用スピンドル装置によれば、簡単な構造で、断熱効果が得られ、塗装機の結露発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は、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り、下部は、図３のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のタービン排気経路周辺を拡大して示す断面図である。
【図２】図１に示すスピンドル装置の他の断面図であり、上部は、図３のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図１に示すスピンドル装置の側面図である。
【図４】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態に係る静電塗装機用スピンドル装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明においては、図１に示す左側を前側と称し、右側を後側と称する。
【００１２】
図１及び図２に示すように、本実施形態の静電塗装機用スピンドル装置１０は、エアタービン駆動方式のスピンドル装置であって、前ハウジング１２、中間ハウジング１３、及び後ハウジング１４を有するハウジング１１と、ハウジング１１に内嵌固定されて回転軸２０を回転自在に支承するラジアル軸受１５及びアキシャル軸受１６と、ラジアル軸受１５及びアキシャル軸受１６により回転自在に支承される回転軸２０と、回転軸２０と共に一体に回転するタービン羽根車３０と、を備える。
【００１３】
前ハウジング１２は、一端にフランジ１２ａを備え、略筒状に形成されている。中間ハウジング１３は、フランジ１２ａと略同じ外径、及びタービン羽根車３０より大きな内径を有してリング状に形成される。後ハウジング１４は、フランジ１２ａと略同じ直径を有する円板状部材であり、スピンドル装置１０の後端面を構成する。前ハウジング１２、中間ハウジング１３、及び後ハウジング１４は、前側（左側）からこの順で積層されて、ボルト１７で一体に固定されている。
【００１４】
ラジアル軸受１５及びアキシャル軸受１６は、空気などの気体が通過可能な多孔質部材から形成された静圧気体軸受である。ラジアル軸受１５は、前ハウジング１２の内周面と回転軸２０の外周面との間に配置され、回転軸２０のラジアル荷重を支持する。一対のアキシャル軸受１６は、後ハウジング１４の軸方向側面と回転軸２０の回転基部２１の後側面２１ａとの間、及び前ハウジング１２の軸方向側面と回転軸２０の回転基部２１の前側面２１ｂとの間に配置されて回転軸２０の回転基部２１を軸方向から挟持し、回転軸２０のアキシャル荷重を支持する。
なお、ラジアル軸受１５及びアキシャル軸受１６を構成する静圧気体軸受は、本実施形態の多孔質絞りを具備するものに限定されず、自成絞りやオリフィス絞り等、他の絞り方式を具備していてもよい。
【００１５】
回転軸２０は、中空のパイプ状に形成されており、中間ハウジング１３に対応する外周部には、タービン羽根車３０が一体に形成されている。また、回転軸２０の前端には、塗料を霧状にして噴霧するための塗装用治具であるベルカップ１８が一体回転可能に取り付けられている。回転軸２０の内部には、図示しない塗料搬送用チューブが配置される。
【００１６】
図４及び図５も参照して、タービン羽根車３０は、回転軸２０の外周面から径方向外方に設けられた回転基部２１と、回転基部２１の後側面２１ａからそれぞれ軸方向後側に突出して形成され、円周方向等間隔に配置される複数の後側タービン翼２２と、回転基部２１の前側面２１ｂからそれぞれ軸方向前側に突出して形成され、円周方向等間隔に配置される複数の前側タービン翼２３と、を備える。
【００１７】
複数の後側タービン翼２２と、複数の前側タービン翼２３とは、互いに同一形状を有し、且つ、互いに同一の位相間隔で配置されて、タービン羽根車３０の回転基部２１の外周に沿って環状に並べられている。
【００１８】
後側タービン翼２２及び前側タービン翼２３は、タービン羽根車３０の正回転方向Ｃ（円周方向一方）に形成された凸面２４、２６と、タービン羽根車３０の回転方向の逆回転方向Ｄ（円周方向他方）に形成された凹面２５、２７と、をそれぞれ備える。
【００１９】
前ハウジング１２、中間ハウジング１３及び後ハウジング１４は、上述した後側タービン翼２２及び前側タービン翼２３を収容するタービンチャンバ部８０を形成する。具体的に、タービンチャンバ部８０は、前ハウジング１２、中間ハウジング１３及び後ハウジング１４がボルト１７で一体に固定されることで、前ハウジング１２の後端面、中間ハウジング１３の内周面及び後ハウジング１４の前端面によって形成される。
【００２０】
また、前ハウジング１２、中間ハウジング１３及び後ハウジング１４には、静圧気体軸受であるラジアル軸受１５及びアキシャル軸受１６に軸受用空気を供給し、また排出するための通路、及びタービン羽根車３０に作動用の圧縮空気を供給し、また排出するための通路、後側タービン翼２２に気体を噴出する第１ノズル、前側タービン翼２３に気体を噴出する第２ノズルなどが形成されている。
【００２１】
具体的に、図３に示すように、後ハウジング１４には、ラジアル軸受１５及びアキシャル軸受１６に軸受用空気を供給する軸受用空気供給孔４１、後側タービン翼２２に圧縮空気を供給する後側タービン空気供給孔４２、前側タービン翼２３に圧縮空気を供給する前側タービン空気供給孔４３、後側タービン翼２２にブレーキ用空気を供給するブレーキ用空気供給孔４４が、それぞれ軸方向に貫通して形成されている。軸受用空気供給孔４１には、径方向内側に分岐して一方のアキシャル軸受１６に連通する径方向孔４５が形成されている（図２参照）。
【００２２】
また、後ハウジング１４には、後側タービン翼２２を駆動した後の空気を排出するための略円弧状の４つの後側用のタービン空気排出穴４６が、軸方向に貫通して形成され、タービンチャンバ部８０に連通する。また、後ハウジング１４には、前側タービン翼２３を駆動した後の空気を排出するための略円弧状の３つの前側用のタービン空気排出穴４７が、後側用のタービン空気排出穴４６よりも半径方向外側で、軸方向に貫通して形成されている。
【００２３】
更に、後ハウジング１４には、タービン羽根車３０の回転速度を測定するための回転速度検出孔４８が、後側タービン翼２２に対応する径方向位置に貫通して設けられている。なお、３つの孔４９は、前ハウジング１２、中間ハウジング１３、及び後ハウジング１４を固定するボルト１７が螺合するねじ孔である。
【００２４】
図４に示すように、中間ハウジング１３の後ハウジング１４に対向する後面１３ａには、それぞれ軸受用空気供給孔４１及び前側タービン空気供給孔４３に連通する貫通孔５１，５３が形成されている。また、中間ハウジング１３の後面１３ａには、後側タービン空気供給孔４２に連通する凹部５２、ブレーキ用空気供給孔４４に連通する凹部５４、及び、前側用のタービン空気排出穴４７に対応した３つの略円弧状の前側用のタービン空気排出穴５６が形成されている。
【００２５】
後側タービン空気供給孔４２に連通する凹部５２には、円周方向に延びる第１タービン空気分配溝５７が連通して形成され、該第１タービン空気分配溝５７からは、後側タービン翼２２の凹面２５に向かって指向された３つの第１正転ノズル５８が、周方向に離間して形成されている。また、ブレーキ用空気供給孔４４に連通する凹部５４には、後側タービン翼２２の凸面２４に向かって指向された１つの第１逆転ノズル５９が形成されている。
なお、３つの第１正転ノズル５８及び第１逆転ノズル５９は、タービン羽根車３０の径方向に対して略垂直な方向に沿って形成されている。
また、本実施形態では、３つの第１正転ノズル５８及び第１逆転ノズル５９も溝によって形成され、後ハウジング１４の側面と共に、ノズル通路を構成する。
【００２６】
図５に示すように、中間ハウジング１３の前ハウジング１２に対向する前面１３ｂには、貫通孔５３に連通し、円周方向に延びる第２タービン空気分配溝６７が形成され、該第２タービン空気分配溝６７からは、前側タービン翼２３の凹面２７に向かって指向された３つの第２正転ノズル６８が周方向に離間して形成されている。３つの第２正転ノズル６８も、タービン羽根車３０の径方向に対して略垂直な方向に沿って形成されている。また、３つの第２正転ノズル６８も溝によって構成され、前ハウジング１２の側面と共に、ノズル通路を構成する。
【００２７】
前ハウジング１２には、図２に示すように、軸受用空気供給孔４１、及び中間ハウジング１３の貫通孔５１に連通して軸方向に形成された軸受用空気通路７１と、軸受用空気通路７１と他方のアキシャル軸受１６とを連通させる径方向孔７２、及び軸受用空気通路７１とラジアル軸受１５とを連通させる径方向孔７３が形成されている。軸受用空気通路７１及び径方向孔７２，７３と異なる位相には、ラジアル軸受１５と外部とを連通する軸受用排気通路７４が形成されている。また、前ハウジング１２には、中間ハウジング１３の３つの前側用のタービン空気排出穴５６とタービンチャンバ部８０とを連通させる前側用のタービン空気排気穴７５が設けられている（図１参照）。
【００２８】
したがって、本実施形態では、後側タービン翼２２を駆動した後の空気を排出するための後側用のタービン排気経路８１は、後ハウジング１４の後側用のタービン空気排出穴４６によって構成される。また、前側タービン翼２３を駆動した後の空気を排出するための前側用のタービン排気経路８２は、後ハウジング１４の前側用のタービン空気排出穴４７、中間ハウジング１３の前側用のタービン空気排出穴５６、及び、前ハウジング１２の前側用のタービン空気排気穴７５によって形成される。
【００２９】
ここで、図１（ｂ）に示すように、タービンチャンバ部８０と後側用及び前側用のタービン排気経路８１、８２の表面が、ハウジング１１の母材より熱伝導率が低い材料からなる断熱素材部９０で覆われている。これにより、タービンチャンバ部８０内で断熱膨張した低温のエアが、タービンチャンバ部８０や後側用及び前側用のタービン排気経路８１、８２を流れる際に、ハウジング１１の母材等、周囲の温度を低下させるのが抑えられ、静電塗装機内での結露発生を抑制することができる。
【００３０】
ハウジング１１の母材（アルミニウムや鋼等の金属材料）よりも熱伝導率が低い材料としては、特に限定されないが、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましく、例えば、樹脂材料が選定される。
【００３１】
このうち、熱伝導率が小さい樹脂材料としては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等が有効である。
また、熱伝導率が小さい他の材料としては、ガラスやセラミックス材製中空構造を持った中空ビーズ（例えば、イースフィアーズ（登録商標）、太平洋セメント(株)社製）を混入させた液体を塗布、乾燥させて使用することも有効となる。
【００３２】
断熱素材部９０の施工方法としては、タービンチャンバ部８０や後側用及び前側用のタービン排気経路８１、８２を構成する各ハウジング１２，１３，１４の表面への塗装やライニングが挙げられる。また、各ハウジング１２，１３，１４を浸漬塗装して不要部分を除去加工するようにしてもよく、或いは、断熱素材部９０を別部品として形成してもよい。
【００３３】
次に、本実施形態の静電塗装機用スピンドル装置１０の作用について説明する。
不図示の空気供給源から軸受用空気供給孔４１に供給された軸受用空気は、図２に示すように、貫通孔５１、径方向孔４５，７２を介して一対のアキシャル軸受１６に供給される。また同時に、軸受用空気は、軸受用空気通路７１、及び径方向孔７３を介してラジアル軸受１５に供給される。
【００３４】
多孔質部材からなるラジアル軸受１５の外周面側に供給された軸受用空気は、多孔質部材を通過して回転軸２０の外周面に吐出し、静圧気体軸受を構成して回転軸２０のラジアル荷重を支持する。また、アキシャル軸受１６に供給された軸受用空気は、タービン羽根車３０の回転基部２１とアキシャル軸受１６との間に吐出し、静圧気体軸受を構成して回転軸２０のアキシャル荷重を支持する。そして、ラジアル軸受１５及びアキシャル軸受１６に供給された軸受用空気は、軸受用排気通路７４を介して外部に排気される。これにより、回転軸２０は、ラジアル軸受１５及びアキシャル軸受１６に接触することなく、小さな回転抵抗で回転自在に支持される。
【００３５】
一方、不図示の圧縮空気供給源から後側タービン空気供給孔４２にタービン駆動用の圧縮空気が供給されると、圧縮空気は、中間ハウジング１３の凹部５２及び第１タービン空気分配溝５７を介して３つの第１正転ノズル５８に導かれ、第１正転ノズル５８から後側タービン翼２２に向けて噴出して、タービン羽根車３０を正回転方向Ｃに回転させる。
【００３６】
また、ブレーキ用空気供給孔４４に供給された圧縮空気は、中間ハウジング１３の凹部５４、及び第１逆転ノズル５９を介して後側タービン翼２２に向けて、第１正転ノズル５８の噴射方向とは逆方向に噴出して、タービン羽根車３０を逆回転方向Ｄに回転させる駆動力を発生させる。
そして、後側タービン翼２２を駆動した圧縮空気は、後側用のタービン排気経路８１から外部に排気される。
【００３７】
前側タービン空気供給孔４３に噴出された圧縮空気は、中間ハウジング１３の貫通孔５３、及び第２タービン空気分配溝６７を介して３つの第２正転ノズル６８に導かれ、第２正転ノズル６８から前側タービン翼２３に向けて噴出して、タービン羽根車３０を正回転方向Ｃに回転させる。
そして、前側タービン翼２３に噴出された圧縮空気は、前側用のタービン排気経路８２から外部に排気される。
【００３８】
即ち、第１正転ノズル５８、第１逆転ノズル５９及び第２正転ノズル６は、それぞれ独立した空気供給口から圧縮空気が別々に供給される。
【００３９】
そして、例えば、通常回転時には、第１正転ノズル５８から圧縮空気を後側タービン翼２２に噴出させてタービン羽根車３０を駆動する。そして、大きな加速度や高速回転が必要な場合、或いは、大きな駆動トルクを要する場合には、第１正転ノズル５８による後側タービン翼２２の駆動に加えて、第２正転ノズル６８から圧縮空気を前側タービン翼２３に噴出させてタービン羽根車３０を更に駆動する。
【００４０】
また、タービン羽根車３０を減速させる場合には、第１逆転ノズル５９から圧縮空気を後側タービン翼２２に逆方向から噴出させることで、タービン羽根車３０に減速トルクを作用させて、減速時間を短縮することが可能である。
【００４１】
タービン羽根車３０の回転に伴ってタービン羽根車３０には、回転速度に比例した遠心力が作用する。しかし、タービン羽根車３０は、回転基部２１に対して、質量バランスよく、前後対称形に形成されているので、遠心力も均等に作用し、遠心力によるタービン羽根車３０の軸方向変形を抑制することができ、これにより高速回転が可能となる。
【００４２】
これにより、静電塗装機用スピンドル装置１０は、回転軸２０が高速回転し、塗料搬送用チューブから塗料が供給されることで、該塗料を遠心力により霧状にしてベルカップ１８の穴部から噴霧する。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態の静電塗装機用スピンドル装置１０によれば、ハウジング１１には、タービン翼２２、２３を収容するタービンチャンバ部８０と、ノズル５８，５９，６８からタービンチャンバ部８０に噴出されたエアを外部に排気するためのタービン排気経路８１，８２とが設けられ、タービンチャンバ部８０とタービン排気経路８１，８２の表面は、前記ハウジングの母材より熱伝導率が低い材料で覆われている。これにより、簡単な構成で、タービンチャンバ部８０や後側用及び前側用のタービン排気経路８１、８２内の断熱効果が得られる。このため、タービンチャンバ部８０で断熱膨張した低温のエアが、タービンチャンバ部８０や後側用及び前側用のタービン排気経路８１、８２を流れる際に、ハウジング１１の母材等、周囲の温度を低下させるのが抑えられ、静電塗装機内での結露発生を抑制することができる。
特に、実際の塗装は、短時間で、断続的に行われるため、静電塗装機内での結露対策として十分な効果が得られる。
【００４４】
尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、上記実施形態では、タービンチャンバ部８０とタービン排気経路８１、８２の両方の表面が、ハウジングの母材より熱伝導率が低い材料で覆われているが、本発明は、これに限らず、タービンチャンバ部とタービン排気経路の少なくとも一方の表面が、該熱伝導率が低い材料で覆われていればよい。
また、タービンチャンバ部８０に設けられる断熱素材部９０は、その表面全体を覆うことが好ましいが、部分的に覆うものであっても良い。同様に、後側用及び前側用のタービン排気経路８１、８２に設けられる断熱素材部９０も、各表面全体を覆うことが好ましいが、各表面を部分的に覆うものであって良い。
【００４５】
さらに、本発明のタービン羽根車は、上記実施形態のように、後側タービン翼２２と前側タービン翼２３の両方を有する構成に限らず、一方のタービン翼を有する構成であっても良い。
【００４６】
また、本発明のノズルは、本実施形態のものに限定されるものでなくタービン羽根車に要求される回転性能や、ハウジングに形成される空気通路やノズルのレイアウトに応じて、適宜設計することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０    静電塗装機用スピンドル装置
１１    ハウジング
１５    ラジアル軸受
１６    アキシャル軸受
２０    回転軸
２１    回転基部
２２    後側タービン翼
２３    前側タービン翼
３０    タービン羽根車
５８    第１正転ノズル
５９    第１逆転ノズル
６８    第２正転ノズル
８０    タービンチャンバ部
８１    後側用のタービン排気経路
８２    前側用のタービン排気経路
９０    断熱素材部
Ｃ      正回転方向
Ｄ      逆回転方向
【図１】
2020199426.tif 000003
【図２】
2020199426.tif 000004
【図３】
2020199426.tif 000005
【図４】
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【図５】
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