CN102639816A - 气动马达以及静电喷涂装置 - Google Patents

Abstract

提供能够提高驱动效率的气动马达和静电喷涂装置。为此，气动马达具备：壳体(12)；主轴(2)，其贯穿插入到壳体内侧；叶轮(4)，其与主轴同心地固定于主轴的一部分且配置在壳体的内侧，在外周面形成有多个涡轮叶片(10)；轴承(14、16)，其用于将主轴和叶轮支承成旋转自如；和喷嘴部(涡轮空气喷嘴孔(28)和制动空气喷嘴孔(34))，其具有用于向各涡轮叶片喷出压缩空气的管状或孔状的流路以使叶轮沿周向旋转，在设喷嘴部的流路的水力半径为r_h、流路的流路面的粘性摩擦系数为c_f、压缩空气的比热容比为k、流路的入口处的压缩空气的流速为v_e、音速为a₀、并且M₁＝v_e/a₀的情况下，将喷嘴部的流路的长度设定为通过预定算式得到的算出值(L)以上的尺寸。

Description

气动马达以及静电喷涂装置

技术领域

本发明涉及气动马达以及静电喷涂装置，所述气动马达以及静电喷涂装置例如搭载于在静电喷涂工序中使用的主轴装置、或需要高速旋转的使用小径工具的机床的主轴系统的驱动部等。

背景技术

所述气动马达是主轴由静压气体轴承轴支承并从喷嘴部(孔或管等)朝向叶轮(旋转翼)喷出压缩空气等气体来使上述主轴旋转的原动机，所述气动马达被广泛地搭载于静电喷涂机和精密加工机等。并且，为了实现其旋转效率的提高，从以往开始就进行了各种各样的改进，已知将所述改进具体化后的各种马达结构(参考专利文献1和专利文献2)。

在图1和图2中，作为这样的气动马达的结构例，举例示出了搭载于静电喷涂机的静电喷枪的气动马达(带空气涡轮的主轴装置)的一个结构。所述气动马达具备：中空的主轴2，其从基端部朝向末端部(在图1中，从右端部朝向左端部)呈大致直圆管状地延伸；和叶轮4，其与所述主轴2同心地配设在上述主轴2的基端部。叶轮4具备：圆环部6，其形成为比主轴2直径大的平板状，并且通过紧固部件等定位固定于主轴2的基端部；和叶轮主体8，其形成为直径比主轴2的直径大且比圆环部6的直径小的短圆筒状，并且该叶轮主体8固定设置于圆环部6的轴向的一侧面(在图1中为右侧面)。在叶轮主体8的外周面，在整周范围内沿周向以等间隔形成有多个涡轮叶片(blade，叶片)10。各涡轮叶片(叶片)10以向同一旋转方向同样地倾斜(作为一例，向叶轮4的正转方向(图2中的右旋方向C)前倾)的方式构成为相同形状。

形成为这种结构的主轴2和叶轮4由预定的轴承(静压气体径向轴承14和静压气体推力轴承16)旋转自如地支承在壳体12的内侧。在图1所示的结构中，静压气体径向轴承14的轴承主体18构成为多孔质材料制的圆筒状，该静压气体径向轴承14的轴承主体18固定在壳体12的内侧的轴向中间部位，并且该静压气体径向轴承14的轴承主体18配置成，其内周面与主轴2的外周面的轴向中间部位隔开微小的间隙地对置。在壳体12的内部设有供气通道20，所述供气通道20与静压气体径向轴承14的轴承主体18的外周面连通，该供气通道20用于经由该轴承主体18向该轴承主体18与上述主轴2的外周面的间隙供给压缩空气。另一方面，静压气体推力轴承16的轴承主体22构成为多孔质材料制的剖面形状呈矩形的圆环状，该静压气体推力轴承16固定于壳体12的基端(在图1中为右端)内侧，并且该静压气体推力轴承16配置成，其轴向一侧面(图1中的右侧面)与构成叶轮4的圆环部6中的位于叶轮主体8的固定设置面相反侧的侧面(图1中的左侧面)的外周缘部隔开微小的间隙地对置。上述供气通道20与静压气体推力轴承16的轴承主体22的外周面连通，并且经过该轴承主体22向该轴承主体22与上述叶轮4的圆环部6的侧面的间隙也供给压缩空气。

在通过这些静压气体径向轴承14和静压气体推力轴承16将主轴2和叶轮4支承成旋转自如的情况下，通过供气通道20、继而通过静压气体径向轴承14和静压气体推力轴承16的两轴承主体18、22，向这些轴承主体18、22与主轴2及叶轮4(圆环部6)的上述间隙连续地供给压缩空气。被供给到所述间隙的压缩空气被连续地吹送到上述主轴2的外周面和上述圆环部6的侧面，在上述间隙整体形成由压缩空气构成的膜。其结果是，主轴2和叶轮4通过上述膜保持成与轴承14、16均不接触的状态，同时由这些轴承14、16支承成旋转自如。

另外，通过供气通道20连续地供给到上述间隙的压缩空气通过设于静压气体径向轴承14的轴承主体18的内部的排气孔24、设于壳体12内部的排气通道26以及存在于该壳体12的内部的间隙等依次排出到外部空间。而且，在将形成为这种结构的气动马达(带空气涡轮的主轴装置)安装于静电喷涂机的静电喷枪的情况下，可以利用与静压气体推力轴承16分体的静压径向轴承(未图示)将圆环部6中的由静压气体推力轴承16支承的支承面的相反侧的侧面(即，叶轮主体8的固定设置面(在图1中为右侧面))支承成旋转自如，从而将叶轮4和用于固定该叶轮4的主轴2沿轴向定位。

而且，在壳体12的内部，以基端侧(在图1中为右端侧)的内周面与叶轮主体8的外周部能够在整周范围对置的方式配设叶轮4。即，壳体12的基端侧内周面定位在叶轮主体8的径向外侧。

并且，在定位于叶轮主体8的径向外侧的壳体12的基端侧形成有多个(在图2所示的结构中，作为一例，等间隔地形成有六个)涡轮空气喷嘴孔28，所述多个涡轮空气喷嘴孔28沿周向以预定间隔朝向该叶轮主体8的外周部开口。这些涡轮空气喷嘴孔28以其中心均定位于与壳体12的中心轴线正交的假想平面内的方式穿孔形成，并且以相对于该壳体12的径向以相同角度倾斜(换言之，相对于叶轮4的正转方向(图2中的右旋方向C)前倾)的方式穿孔形成。而且，这些涡轮空气喷嘴孔28的上游端(压缩空气(涡轮空气)的供给源侧)的开口28u与涡轮空气供给通道30连通，所述涡轮空气供给通道30在壳体12的基端侧外周部附近形成于整周范围内，并且该涡轮空气供给通道30的周向的一个部位与涡轮空气供给口32连通，所述涡轮空气供给口32以开口于壳体12的基端面(在图1中为右端面)的状态进行设置。另一方面，各涡轮空气喷嘴孔28的下游端(涡轮空气喷入口)28d开口于壳体12的基端侧内周面。即，各涡轮空气喷嘴孔28的下游端(涡轮空气喷入口)28d均与形成于叶轮主体8的外周面的多个涡轮叶片(叶片)10接近并对置地开口。

而且，在壳体12的基端侧，以与上述多个涡轮空气喷嘴孔28均不重叠的方式形成有朝向叶轮主体8的外周部开口的制动空气喷嘴孔34。制动空气喷嘴孔34以其中心定位于与涡轮空气喷嘴孔28的中心轴线相同的假想平面内(即，与涡轮空气喷嘴孔28同样的和壳体12的中心轴线正交的假想平面内)的方式穿孔形成，并且制动空气喷嘴孔34以如下方式穿孔形成：相对于这些壳体12的径向，向与涡轮空气喷嘴孔28相反的方向以预定角度(与涡轮空气喷嘴孔28大致相同的角度)倾斜(换言之，相对于叶轮4的反转方向(图2中的左旋方向A)前倾)。而且，制动空气喷嘴孔34的上游端(制动空气的供给源侧)的开口34u与制动空气供给口36连通，所述制动空气供给口36以在壳体12的基端面(在图1中为右端面)开口的状态进行设置，并且该制动空气喷嘴孔34的下游端(制动空气喷入口)34d开口于壳体12的基端侧内周面。即，制动空气喷嘴孔34的下游端(制动空气喷入口)34d与形成于叶轮主体8的外周面的多个涡轮叶片(叶片)10接近并对置地开口。

另外，在壳体12的基端侧，以能够与静压气体推力轴承16的轴承主体22的内周部以及叶轮4的叶轮主体8的轴向的另一侧面(在图1中为左侧面)均隔开预定间隔地对置的方式配设有圆环状的旋转检测传感器38。所述旋转检测传感器38具备能够与上述叶轮主体8的轴向的另一侧面对置的检测部(在图1中为右侧部)，在该叶轮主体8的另一侧面具备被检测部(编码器)。由此，构成用于检测叶轮4的旋转状态(旋转速度和旋转方向等)的传感器机构。在所述传感器机构中，通过利用上述检测部检测和计量上述被检测部(编码器)的位置变动，能够检测出叶轮4的旋转状态(旋转速度和旋转方向等)。

在此，在图1所示的气动马达中，在旋转检测传感器38采用了例如磁铁。这是因为，如图1所示，由于推力轴承16仅设在旋转运动的输出侧，因此存在着主轴2、叶轮4和叶轮主体8向旋转运动的输出侧的相反侧(与旋转运动的输出侧相反的方向)脱出的可能性。因此，通过对旋转检测传感器38采用磁铁，从而对主轴2作用吸引力，能够抑制主轴2、叶轮4和叶轮主体8向旋转运动的输出侧的相反侧脱出的可能性。这样，只要能够抑制上述可能性，就能够根据目的来适当选择旋转检测传感器38的设置位置和功能。例如，通过将推力轴承16设在叶轮4的两端，从而旋转检测传感器38也可以是不采用磁铁的结构。

在利用搭载有形成为以上的结构的气动马达(带空气涡轮的主轴装置)的静电喷涂机的静电喷枪进行喷涂时，所述气动马达如下所述地动作。

如上所述，主轴2和叶轮4由静压气体径向轴承14和静压气体推力轴承16支承为相对于壳体12旋转自如。在该状态下，通过涡轮空气供给口32和涡轮空气供给通道30向多个涡轮空气喷嘴孔28供给压缩空气(涡轮空气)。接着，供给的压缩空气(涡轮空气)从各涡轮空气喷嘴孔28的下游端(涡轮空气喷入口)28d喷出，并吹送到形成于叶轮主体8的外周面的多个涡轮叶片(叶片)10。由此，对涡轮叶片(叶片)10向其倾斜方向、即叶轮4的正转方向(在图2中为右旋方向C)连续地进行推压，使叶轮4及主轴2以预定的旋转速度向该正转方向旋转(例如，以每分钟转数万转进行高速旋转)。

接着，在该状态下，通过贯穿插入到主轴2的内侧的涂料供给管(未图示)向预定的喷注室(未图示)内供给涂料。所述喷注室结合固定于主轴2的末端部(图1中的左端部)中的、向壳体12的外侧突出(露出)的部分并带负电。由此，供给到上述喷注室的涂料在与主轴2一起高速旋转的该喷注室内被离子微粒化。

接着，利用静电吸引力使所述被离子微粒化了的涂料朝向带正电的被喷涂面飞溅并附着到该被喷涂面。另外，被吹送到各涡轮叶片(叶片)10的压缩空气(涡轮空气)从存在于壳体12的基端侧的内周部与叶轮主体8的外周面之间的环状空间40的基端侧(在图1中为右端侧)的开口，通过设置成与该开口连通的状态的排气通道(未图示)排出到外部空间。

与此相对，在停止上述被喷涂面的喷涂作业的情况下，将对各涡轮空气喷嘴孔28的压缩空气(涡轮空气)的供给和对上述喷注室的涂料的供给均停止，并且通过制动空气供给口36向制动空气喷嘴孔34供给压缩空气(制动空气)。接着，从上述制动空气喷嘴孔34的下游端(制动空气喷入口)34d喷出所供给的压缩空气(制动空气)并将其吹送到各涡轮叶片(叶片)10。由此，对涡轮叶片(叶片)10向其倾斜方向的相反方向、即叶轮4的反转方向(在图2中为左旋方向A)连续地进行推压，对叶轮4及主轴2的向正转方向的惯性旋转施加负荷，从而实现快速的停止。

接着，叶轮4和主轴2的旋转速度降低，在由旋转检测传感器38检测到所述叶轮4和主轴2的旋转完全停止了的时刻，停止向制动空气喷嘴孔34供给压缩空气(制动空气)。另外，在该情况下，吹送到各涡轮叶片(叶片)10的压缩空气(制动空气)也从上述环状空间40的基端侧开口通过上述排气通道排出到外部空间。

另外，在所述气动马达中，其驱动力取决于与涡轮部碰撞的来自喷嘴部的喷流的运动量，即，取决于为了吹送到形成于叶轮4(具体来说，叶轮主体8)的外周面的多个涡轮叶片(叶片)10而从涡轮空气喷嘴孔28的下游端(涡轮空气喷入口)28d喷出的压缩空气(涡轮空气)的运动量。并且，此时，吹送有压缩空气(涡轮空气)的叶轮4的驱动力(转矩)通过下面的算式(1)算出(参考非专利文献1)。另外，在算式(1)中，T表示涡轮部(叶轮4)的驱动力(转矩)，F表示来自喷嘴部的喷流(来自涡轮空气喷嘴孔28的喷出压缩空气)的运动量(驱动力)，R表示上述喷流所碰撞的涡轮部(上述喷出压缩空气吹送到的叶轮4)的半径，m表示上述喷流(喷出压缩空气)的质量(在此为质量流量×Δt)，V表示上述喷流(上述喷出压缩空气)的流速，V_t表示上述喷流所碰撞的部位(上述喷出压缩空气所吹送到的叶轮4的部位)处的周向速度(在此，V_t＝2πRN，N：马达转速)。

【算式1】

T＝F·R＝m(V-V_t)R  …(1)

并且，流入到喷嘴部的气体的流速(刚刚从涡轮空气供给通道30通过涡轮空气喷嘴孔28的入口即上游端的开口28u供给到该涡轮空气喷嘴孔28后的压缩空气(涡轮空气)的流速，下面称作入口流速)，在该喷嘴部中即使是在能够得到作为喷流的最高速度的闭塞的条件下也不会达到音速，而是成为通过下面的算式(2)算出的值。另外，在算式(2)中，v_e表示阻塞(choke)状态下的喷嘴部(涡轮空气喷嘴部28)的入口流速，a₀表示音速，k表示压缩空气(涡轮空气)的比热容比。

【算式2】

$v_e=a_0\sqrt{\frac{2}{k+1}}$ (约313m/s)…(2)

而且，上述阻塞状态下的喷流(喷出压缩空气)的质量(即，质量流量的最大值)通过下面的算式(3)算出。另外，在算式(3)中，m_max表示上述阻塞状态下的喷流(喷出压缩空气)的质量，ρ₀表示上游侧的压缩空气(涡轮空气)的密度，A_e表示喷嘴部(涡轮空气喷嘴孔28)的入口面积。

【算式3】

$m_{\max }={\left(\frac{2}{k+1}\right)}^{\frac{k+1}{2(k-1)}}{\mathrm{\ρ}}_0{a}_0{A}_e...\left(3\right)$

在此，设比热容比(k)＝1.40，定压比热容C_p＝1007[J/kg·K]，上游侧的压缩空气(涡轮空气)的温度为T[K]的话，音速(a₀)通过下面的算式(4)表示。

【算式4】

$a_0=\sqrt{c_p(k-1)T}...\left(4\right)$

而且，上游侧的压缩空气(涡轮空气)的密度(ρ₀)通过下面所示的算式(5)算出。另外，在算式(5)中，ρ₀表示上游侧的压缩空气(涡轮空气)的压力。

【算式5】

${\mathrm{\ρ}}_0=1.293\frac{273.15}{T}\frac{{\mathrm{\ρ}}_0}{1.013\×{10}^5}...\left(5\right)$

基于上文，为了实现气动马达的驱动效率的提高，使阻塞状态下的喷嘴部(涡轮空气喷嘴孔28)中的压缩空气(涡轮空气)的入口流速(v_e)(约313[m/s])上升至音速(340[m/s])即可。例如，通过由与喷嘴部的壁面(涡轮空气喷嘴孔28的内周面)的摩擦引起的压缩空气(涡轮空气)的压损使该压缩空气膨胀，从而能够使上述入口流速(v_e)增大。但在该情况下，其上限速度达到音速(340[m/s])为止。

这样的由流速增大实现的上述入口流速(v_e)的音速化通过在M₁＝v_e/a₀时将喷嘴部的长度设定为由下面所示的算式(6)(参考非专利文献2)表示的L以上的尺寸的情况下达成。另外，在算式(6)中，r_h表示水力半径(在圆孔或圆管的情况下为内半径，在方孔或方管的情况下，在设截面积为A、周长为C的情况下通过2×A/C来定义)，c_f表示喷嘴部(孔或管)的壁面(涡轮空气喷嘴孔28的内周面)的粘性摩擦系数。此时，粘性摩擦系数(c_f)在设压缩空气的流速为v、喷嘴部(孔或管)的直径(内直径)为D、动粘度为v的情况下，使用雷诺数(Re＝vD/v)，则c_f＝0.0576×Re^-0.2。

这样，算式(6)不仅在喷嘴部(涡轮空气喷嘴孔28)的剖面形状为圆形形状时成立，而且在其为方形形状时也成立。

【算式6】

$L=\frac{r_h}{{2c}_f}(\frac{{1-M}_1^2}{{\mathrm{kM}}_1^2}+\frac{k+1}{2k}\ln \left(\frac{(k+1)M_1^2}{2+(k-1)M_1^2}\right))...\left(6\right)$

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-300024号公报

专利文献2：日本特开2009-243461号公报

非专利文献

非专利文献1：富田幸雄著“水力学”实教出版1982年P224

非专利文献2：森康夫/一色尚次/河田治男合著“热力学概论”养贤堂1989年P214

发明内容

发明要解决的课题

如上所述，为了实现气动马达的驱动效率的提高，使阻塞状态下的喷嘴部(孔或管等)中的压缩空气的入口流速(v_e)上升至接近音速(340[m/s])即可。即，认为在气动马达中，在进行其喷嘴部(涡轮空气喷嘴孔28)的设定时，将喷嘴部的长度(喷嘴长度)设定为按照根据对该气动马达要求的最大转矩计算出的上述喷嘴部的入口流速(v_e)、该喷嘴部的径尺寸(水力半径)(r_h)、压缩空气的供给源的条件(具体来说，供给压力(p₀)或者供给流量)而通过算式(6)算出的值(即L)以上的尺寸是有效的。

然而，当前，在实现气动马达的驱动效率的提高的基础上，基于上述喷嘴部中的压缩空气的入口流速(v_e)、该喷嘴部的径尺寸(水力半径)(r_h)、压缩空气的供给条件(供给压力(p₀)或供给流量)来进行所述喷嘴部的最佳设计的技术未被公知。

本发明正是为了解决这样的课题而完成的，其目的在于提供一种气动马达，通过基于供给用于向叶轮的涡轮叶片(叶片)吹送的压缩空气的喷嘴部(孔或管等)中的压缩空气的入口流速、该喷嘴部的径尺寸(水力半径)、压缩空气的供给条件(供给压力或供给流量)来设定喷嘴部的长度(喷嘴长度)，从而实现驱动效率的提高。

用于解决课题的方案

为了达成这样的目的，本发明的一个实施方式的气动马达具备：壳体；主轴，所述主轴贯穿插入到上述壳体的内侧；叶轮，所述叶轮与上述主轴同心地固定于上述主轴的一部分且配置在上述壳体的内侧，该叶轮在外周面形成有多个涡轮叶片；轴承，所述轴承用于将上述主轴和上述叶轮支承成相对于上述壳体旋转自如；和至少一个喷嘴部，所述喷嘴部具有用于向上述各涡轮叶片喷出压缩空气的管状或孔状的流路，以使上述叶轮沿周向旋转。在这种气动马达中，在设上述喷嘴部的流路的水力半径为r_h、上述流路的流路面的粘性摩擦系数为c_f、上述压缩空气的比热容比为k，并且设上述流路的入口处的上述压缩空气的流速为v_e、音速为a₀，并且M₁＝v_e/a₀的情况下，通过如下算式算出L的值：

【算式7】

$L=\frac{r_h}{{2c}_f}(\frac{{1-M}_1^2}{{\mathrm{kM}}_1^2}+\frac{k+1}{2k}\ln \left(\frac{(k+1)M_1^2}{2+(k-1)M_1^2}\right))...\left(6\right),$

上述喷嘴部的流路的长度设定为上述L的算出值以上的尺寸。

另外，上述喷嘴部的流路的长度设定为上述L的算出值以上的尺寸即可，但此时优选将所述长度设定为上述L的算出值的5倍以上的预定尺寸。

而且，优选的是，上述轴承是静压气体轴承。

而且，优选的是，上述轴承中至少一端侧的轴承构成为陶瓷制的滚动轴承。

而且，优选的是，上述滚动轴承具备：一个轨道圈，其装配于上述壳体；另一个轨道圈，其以与一个轨道圈对置的方式装配于主轴；以及多个滚动体，所述多个滚动体沿所述轨道圈之间进行组装，

两个轨道圈和滚动体中的任一方或者全部由陶瓷形成。

而且，优选的是，上述两个轨道圈和滚动体中的任一方或者全部由非导电性陶瓷形成。

而且，优选的是，上述两个轨道圈和滚动体全部由导电性陶瓷形成。

并且，本发明的静电喷涂装置具备上述任一项记载的气动马达。

发明效果

根据本发明，能够实现一种气动马达和静电喷涂装置，通过基于供给用于向叶轮的涡轮叶片(叶片)吹送的压缩空气的喷嘴部(孔或管等)中的压缩空气的入口流速、该喷嘴部的径尺寸(水力半径)、压缩空气的供给条件(供给压力或供给流量)来设定喷嘴部的长度(喷嘴长度)，从而实现了驱动效率的提高。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的气动马达的结构的剖视图。

图2是图1所示的气动马达的F1-F1线剖视图。

图3是示出在直径(内直径)尺寸为1.1[mm]的喷嘴部中使压缩空气以20[NL/min]的流量流动的情况下的、与喷嘴长度对应的压缩空气的供给压力及该供给压力相对于基准供给压力的供给压力比的图。

图4是示出在直径(内直径)尺寸为1.1[mm]的喷嘴部中使压缩空气以50[NL/min]的流量流动的情况下的、与喷嘴长度对应的压缩空气的供给压力及该供给压力相对于基准供给压力的供给压力比的图。

图5是示出在直径(内直径)尺寸为1.8[mm]的喷嘴部中使压缩空气以50[NL/min]的流量流动的情况下的、与喷嘴长度对应的压缩空气的供给压力及该供给压力相对于基准供给压力的供给压力比的图。

图6是示出在直径(内直径)尺寸为1.8[mm]的喷嘴部中使压缩空气以150[NL/min]的流量流动的情况下的、与喷嘴长度对应的压缩空气的供给压力及该供给压力相对于基准供给压力的供给压力比的图。

图7是示出在直径(内直径)尺寸为2.5[mm]的喷嘴部中使压缩空气以150[NL/min]的流量流动的情况下的、与喷嘴长度对应的压缩空气的供给压力及该供给压力相对于基准供给压力的供给压力比的图。

图8是示出在直径(内直径)尺寸为2.5[mm]的喷嘴部中使压缩空气以300[NL/min]的流量流动的情况下的、与喷嘴长度对应的压缩空气的供给压力及该供给压力相对于基准供给压力的供给压力比的图。

图9是概要地示出采用另一实施方式的气动马达的主轴装置的整体结构的剖视图。

图10是概要地示出采用另一实施方式的气动马达的主轴装置的整体结构的剖视图。

图11是放大示出采用另一实施方式的气动马达的主轴装置的陶瓷制球轴承周围的结构的剖视图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的气动马达的一个实施方式。另外，本实施方式的气动马达能够假定为例如搭载在静电喷涂工序中使用的主轴装置、或者需要高速旋转的使用小直径工具的机床的主轴类的驱动部等，但其搭载设备并不限定于这些设备。

而且，本实施方式的气动马达将构成这种气动马达的喷嘴部的长度(喷嘴长度)限定为预定范围的尺寸，该气动马达的喷嘴部以外的基本的结构采用公知的气动马达的结构也没有问题。因此，在本实施方式中，将如上所述的搭载于静电喷涂机的静电喷枪的气动马达(带空气涡轮的主轴装置)的结构(图1和图2)假定为马达结构的一例，并以这种马达结构作为前提进行说明。

本实施方式的气动马达具备：壳体12；主轴2，所述主轴2贯穿插入到上述壳体12的内侧；叶轮4，所述叶轮4与上述主轴2同心地固定于该主轴2的一部分且配置在上述壳体12的内侧的部分，该叶轮4在外周面形成有多个涡轮叶片(叶片)10；静压气体轴承(静压气体径向轴承14和静压气体推力轴承16)，所述静压气体轴承用于将上述主轴2和上述叶轮4支承成相对于上述壳体12旋转自如；和至少一个喷嘴部28、34，所述喷嘴部28、34具有用于向上述各涡轮叶片10喷出压缩空气的管状或孔状的流路，以使上述叶轮4沿周向旋转。

如上所述，在本实施方式中，将图1和图2示出的气动马达(带空气涡轮的主轴装置)的结构假定为一例，但对于壳体12、主轴2、叶轮4、静压气体轴承(静压气体径向轴承14和静压气体推力轴承16)并不特别限定为图示结构，可以根据气动马达的使用目的和使用条件等适当改变结构。例如，壳体12和主轴2的形状、叶轮4的大小和配设数量、形成于该叶轮4的叶轮主体8的涡轮叶片10的形状和配设数量、静压气体径向轴承14和静压气体推力轴承16的配设位置和配设数量等均根据气动马达的使用目的和使用条件等分别任意地设定即可。

在图1和图2所示的结构中，涡轮空气喷嘴孔28的中心均定位于与壳体12的中心轴线正交的同一假想平面(下面称作涡轮空气喷嘴孔形成平面)内，并且所述涡轮空气喷嘴孔28以相对于壳体12的径向以相同角度倾斜(相对于叶轮4的正转方向(图2中的右旋方向C)前倾)的方式穿孔形成。在该情况下，涡轮空气喷嘴孔28作为向叶轮4(叶轮主体8)的外周部开口的孔而穿孔形成于壳体12的基端侧，所述涡轮空气喷嘴孔28具有用于向各涡轮叶片10喷出压缩空气(涡轮空气)的孔状的流路以使叶轮4沿周向(向正转方向C)旋转。

而且，制动空气喷嘴孔34的中心定位于与上述涡轮空气喷嘴孔形成平面相同的平面内，并且制动空气喷嘴孔34以如下方式穿孔形成：相对于壳体12的径向，向与涡轮空气喷嘴孔28相反的方向以预定角度(作为一例，与涡轮空气喷嘴孔28大致相同的角度)倾斜(相对于叶轮4的反转方向(图2中的左旋方向A)前倾)。在该情况下，制动空气喷嘴孔34作为向叶轮4(叶轮主体8)的外周部开口的孔而以不与涡轮空气喷嘴孔28重叠的方式穿孔形成于壳体12的基端侧，所述制动空气喷嘴孔34具有用于向各涡轮叶片10喷出压缩空气(制动空气)的孔状的流路以使叶轮4沿周向(向反转方向C)旋转。

即，这些涡轮空气喷嘴孔28和制动空气喷嘴孔34均作为气动马达的喷嘴部构成。

另外，作为喷嘴部构成的涡轮空气喷嘴孔28和制动空气喷嘴孔34的配设位置、配设数量、剖面形状等可以任意地设定。例如，在图1和图2中举例示出了气动马达的一个结构，其中，在壳体12的基端侧，以中心定位于相同的上述涡轮空气喷嘴孔形成平面内并开口的方式朝向叶轮4(叶轮主体8)的外周部等间隔地穿孔形成有六个涡轮空气喷嘴孔28，但也可以假定为以中心位于多个涡轮空气喷嘴孔形成平面内的方式穿孔形成相同或者不同数量的涡轮空气喷嘴孔28的结构等。而且，在图1和图2中举例示出了仅穿孔形成有一个制动空气喷嘴孔34的气动马达的一个结构，但也可以假定为以与上述的任一个涡轮空气喷嘴孔28同样的形态(除了倾斜方向以外)穿孔形成有多个制动空气喷嘴孔34的结构。并且，在图1和图2中举例示出了将涡轮空气喷嘴孔28和制动空气喷嘴孔34穿孔形成为剖面形状为圆形的圆孔的气动马达的一个结构，但也可以假定为将涡轮空气喷嘴孔28和制动空气喷嘴孔34穿孔形成为剖面形状为方形(四边形等多边形)的方孔的结构等。

而且，在图1和图2中，作为一例示出了具有用于向各涡轮叶片10喷出压缩空气(涡轮空气或者制动空气)的孔状的流路的喷嘴部(涡轮空气喷嘴孔28和制动空气喷嘴孔34)以使叶轮4沿周向(向正转方向C或者反转方向A)旋转的结构，但喷嘴部也可以是具有管状(例如，剖面形状为圆形或方形(四边形等多边形)的圆管状或方管状等)的流路的结构。

所述喷嘴部(涡轮空气喷嘴孔28和制动空气喷嘴孔34)的流路的长度(从上游端的开口28u、34u到下游端的开口28d、34d的距离(图1所示的距离Lt、Lb))被设定为由下面的算式(6)算出的L的值以上的尺寸。另外，在算式(6)中，r_h表示喷嘴部(涡轮空气喷嘴孔28和制动空气喷嘴孔34)的水力半径(设内半径尺寸为r的话，成为2×πr²/2πr＝r(内半径))，c_f表示喷嘴部的壁面(涡轮空气喷嘴孔28和制动空气喷嘴孔34的内周面)的粘性摩擦系数。此时，粘性摩擦系数(c_f)在设压缩空气(涡轮空气和制动空气)的流速为v、喷嘴部(涡轮空气喷嘴孔28和制动空气喷嘴孔34)的直径(内直径)为D、动粘度为v的情况下，使用雷诺数(Re＝vD/v)，则c_f＝0.0576×Re-0.2。

【算式8】

$L=\frac{r_h}{{2c}_f}(\frac{{1-M}_1^2}{{\mathrm{kM}}_1^2}+\frac{k+1}{2k}\ln \left(\frac{(k+1)M_1^2}{2+(k-1)M_1^2}\right))...\left(6\right)$

只要将喷嘴部的喷嘴长度(涡轮空气喷嘴孔28的喷嘴长度Lt和制动空气喷嘴孔34的喷嘴长度Lb)设定为由算式(6)得到的L的算出值以上的尺寸的话，则没有特别限定，能够根据气动马达的使用目的和使用条件等任意地设定。作为一例，在本实施方式中，假定为将喷嘴部28、34的喷嘴长度Lt、Lb设定为上述L的算出值的5倍以上(5L≤Lt、5L≤Lb)的预定尺寸。

通过对喷嘴部28、34的喷嘴长度Lt、Lb进行这样的尺寸设定(5L≤Lt、5L≤Lb)，能够使阻塞状态下的喷嘴部(涡轮空气喷嘴孔28和制动空气喷嘴孔34)中的压缩空气(涡轮空气和制动空气)的入口流速(v_e)上升至接近音速(340[m/s])。即，按照根据对气动马达要求的最大转矩计算出的喷嘴部28、34的入口流速(v_e)、该喷嘴部28、34的径尺寸(水力半径)(r_h)、压缩空气的供给源的条件(具体来说，供给压力(p₀)或者供给流量)，能够进行该气动马达的喷嘴部28、34的最佳设计。

这样，通过基于供给用于向叶轮4的涡轮叶片(叶片)10吹送的压缩空气(涡轮空气和制动空气)的喷嘴部(涡轮空气喷嘴孔28和制动空气喷嘴孔34)中的上述压缩空气的入口流速(v_e)、所述喷嘴部28、34的径尺寸(水力半径)(r_h)、上述压缩空气的供给条件(供给压力(p₀)或者供给流量)来设定喷嘴部28、34的长度(喷嘴长度)，从气动马达的旋转时和停止时双方的观点来看，均能有效地实现驱动效率的提高。

另外，在本实施方式中，假定了下述情况：将涡轮空气喷嘴孔28和制动空气喷嘴孔34作为喷嘴部，并将它们的喷嘴长度Lt、Lb均设定为上述L的算出值以上的尺寸，作为一例设定为L的算出值的5倍以上(5L≤Lt，5L≤Lb)的预定尺寸，但如果特定气动马达的旋转效率的话，仅将涡轮空气喷嘴孔28的喷嘴长度Lt设定为上述预定尺寸(5L≤Lt)也没有特别问题，并不一定要将制动空气喷嘴孔34的喷嘴长度Lb设定为上述预定尺寸(5L≤Lb)。

在此，在下面示出了在直径(内直径)尺寸为1.1[mm]、1.8[mm]和2.5[mm]的喷嘴部(涡轮空气喷嘴孔28和制动空气喷嘴孔34)中使恒定流量的压缩空气(涡轮空气和制动空气)流动的情况下应设定的喷嘴长度的具体例子(图3至图8)。

如图3所示，当在直径(内直径)尺寸为1.1[mm]的喷嘴部中使压缩空气以20[NL/min]的流量流动的情况下，通过算式(6)得到的L的算出值为0.34[mm](L＝0.34)。并且，在将喷嘴长度Lt、Lb在上述L的算出值的1.0倍到40.0倍的范围内设定为预定尺寸的情况下，为了确保20[NL/min]的压缩空气的流量而必需的供给压力为0.18[MPa]到0.24[MPa]的范围。若将该情况下的最低供给压力即0.18[MPa]设为基准供给压力(代表喷嘴长度Lt、Lb为5.60[mm](16.5L)的情况下的供给压力)的话，则喷嘴长度Lt、Lb的各设定尺寸时(L≤Lt、Lb≤40L)的供给压力相对于该基准供给压力的比率(供给压力/基准供给压力，下面称作供给压力比)，除了喷嘴长度Lt、Lb为L[mm](L＝0.34)和4.4L[mm](L＝1.50)的情况外均小于1.10，能够将相对于基准供给压力的上升率抑制为小于10％。

如图4所示，当在直径(内直径)尺寸为1.1[mm]的喷嘴部中使压缩空气以50[NL/min]的流量流动的情况下，通过算式(6)得到的L的算出值为0.40[mm](L＝0.40)。并且，在将喷嘴长度Lt、Lb在上述L的算出值的1.0倍到40.0倍的范围内设定为预定尺寸的情况下，为了确保50[NL/min]的压缩空气的流量而必需的供给压力为0.44[MPa]到0.61[MPa]的范围。若将该情况下的最低供给压力即0.44[MPa]设为基准供给压力(代表喷嘴长度Lt、Lb为6.40[mm](16.0L)的情况下的供给压力)的话，则对于供给压力比，除了喷嘴长度Lt、Lb为L[mm](L＝0.40)和4.5L[mm](L＝1.80)的情况外均小于1.10，能够将相对于基准供给压力的上升率抑制为小于10％。

如图5所示，当在直径(内直径)尺寸为1.8[mm]的喷嘴部中使压缩空气以50[NL/min]的流量流动的情况下，通过算式(6)得到的L的算出值为0.59[mm](L＝0.59)。并且，在将喷嘴长度Lt、Lb在上述L的算出值的1.0倍到40.0倍的范围内设定为预定尺寸的情况下，为了确保50[NL/min]的压缩空气的流量而必需的供给压力为0.23[MPa]到0.16[MPa]的范围。若将该情况下的最低供给压力即0.16[MPa]设为基准供给压力(代表喷嘴长度Lt、Lb为10.10[mm](17.1L)的情况下的供给压力)的话，则对于供给压力比，除了喷嘴长度Lt、Lb为L[mm](L＝0.59)和4.4L[mm](L＝2.60)的情况外均小于1.10，能够将相对于基准供给压力的上升率抑制为小于10％。

如图6所示，当在直径(内直径)尺寸为1.8[mm]的喷嘴部中使压缩空气以150[NL/min]的流量流动的情况下，通过算式(6)得到的L的算出值为0.74[mm](L＝0.74)。并且，在将喷嘴长度Lt、Lb在上述L的算出值的1.0倍到40.0倍的范围内设定为预定尺寸的情况下，为了确保150[NL/min]的压缩空气的流量而必需的供给压力为0.68[MPa]到0.49[MPa]的范围。若将该情况下的最低供给压力即0.49[MPa]设为基准供给压力(代表喷嘴长度Lt、Lb为12.60[mm](17.0L)的情况下的供给压力)的话，则对于供给压力比，除了喷嘴长度Lt、Lb为L[mm](L＝0.74)和4.5L[mm](L＝3.30)的情况外均小于1.10，能够将相对于基准供给压力的上升率抑制为小于10％。

如图7所示，当在直径(内直径)尺寸为2.5[mm]的喷嘴部中使压缩空气以150[NL/min]的流量流动的情况下，通过算式(6)得到的L的算出值为1.00[mm](L＝1.00)。并且，在将喷嘴长度Lt、Lb在上述L的算出值的1.0倍到40.0倍的范围内设定为预定尺寸的情况下，为了确保150[NL/min]的压缩空气的流量而必需的供给压力为0.35[MPa]到0.26[MPa]的范围。若将该情况下的最低供给压力即0.26[MPa]设为基准供给压力(代表喷嘴长度Lt、Lb为16.20[mm](16.2L)的情况下的供给压力)的话，则对于供给压力比，除了喷嘴长度Lt、Lb为L[mm](L＝1.00)和4.4L[mm](L＝4.40)的情况外均小于1.10，能够将相对于基准供给压力的上升率抑制为小于10％。

如图8所示，当在直径(内直径)尺寸为2.5[mm]的喷嘴部中使压缩空气以300[NL/min]的流量流动的情况下，通过算式(6)得到的L的算出值为1.10[mm](L＝1.10)。并且，在将喷嘴长度Lt、Lb在上述L的算出值的1.0倍到40.0倍的范围内设定为预定尺寸的情况下，为了确保300[NL/min]的压缩空气的流量而必需的供给压力为0.51[MPa]到0.71[MPa]的范围。若将该情况下的最低供给压力即0.51[MPa]设为基准供给压力(代表喷嘴长度Lt、Lb为18.70[mm](17.0L)的情况下的供给压力)的话，则对于供给压力比，除了喷嘴长度Lt、Lb为L[mm](L＝1.10)和4.5L[mm](L＝4.90)的情况外均小于1.10，能够将相对于基准供给压力的上升率抑制为小于10％。

考虑以上内容，优选将喷嘴部的喷嘴长度(涡轮空气喷嘴孔28的喷嘴长度Lt和制动空气喷嘴孔34的喷嘴长度Lb)设定为由算式(6)得到的L的算出值的5倍以上(5L≤Lt、5L≤Lb)的预定尺寸。即，通过这样的设定，不必使压缩空气的供给压力格外上升，就能够使阻塞状态下的喷嘴部(涡轮空气喷嘴孔28和制动空气喷嘴孔34)中的压缩空气(涡轮空气和制动空气)的入口流速(v_e)上升至接近音速(340[m/s])。

另外，在基于根据对气动马达要求的最大转矩计算出的上述喷嘴部(涡轮空气喷嘴孔28和制动空气喷嘴孔34)的入口流速(v_e)、所述喷嘴部28、34的径尺寸(水力半径)(r_h)、压缩空气(涡轮空气和制动空气)的供给源的条件(具体来说，供给压力(p₀)或者供给流量)来设定所述喷嘴部28、34的喷嘴长度Lb、Lt的情况下，若增大所述喷嘴长度Lb、Lt的尺寸的话，与此相伴，压缩空气(涡轮空气和制动空气)的压损也增大。因此，为了确保预定的流量，需要将所述压缩空气的供给压力也提高。

另一方面，如上述的各具体例子(图3至图8)所示，若将喷嘴长度Lb、Lt设定为由算式(6)得到L的算出值的16倍到17倍左右的话，能够将压缩空气的供给压力抑制到大约最低值(上述的各具体例子中的基准供给压力)，不必使供给压力过度上升也可以。

因此，优选以由算式(6)得到的L的算出值的16倍到17倍左右作为上限值来将喷嘴长度Lb、Lt设定为预定尺寸(5L≤Lt、5L≤Lb)。

以上对本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明并不限定于此，能够进行各种变更和改良。例如，作为另一实施方式的气动马达，根据使用目的和使用条件等也可以使用球轴承取代上述静压气体轴承。下面，对应用了采用球轴承的本实施方式的气动马达的主轴装置的一例进行说明。如图9所示，应用了本实施方式的气动马达的主轴装置例如具备：主轴104，其配置成能够相对于壳体102旋转；涡轮驱动部106，其设于主轴104；和多个轴承108、110，它们设在壳体102和主轴104之间并将主轴104支承成能够相对于壳体102旋转。并且，该主轴装置形成为能够将例如压缩空气等流体的动能通过涡轮驱动部106转换为旋转运动从而使主轴104以预期的速度旋转。

在这样的主轴装置中，主轴104被收纳在壳体102内，主轴104的末端侧越过壳体102并沿该主轴104的旋转轴线L延伸，在该主轴104的基端侧构建有涡轮驱动部106。涡轮驱动部106具备：圆板形状的涡轮叶轮106a，其沿与主轴104的旋转轴线L正交的方向延伸且形成为与该旋转轴线L同心的圆状；和多个叶片106b，它们沿涡轮叶轮106a的外周形成。

而且，在壳体102形成有朝向涡轮驱动部106的多个叶片106b开口的涡轮用气流喷出口112，涡轮用气流喷出口112经由形成于壳体102的涡轮用供气通道114而与压缩空气供给源(未图示)连接。

在该情况下，当将由压缩空气供给源供给的压缩空气从涡轮用气流喷出口112经涡轮用供气通道114吹送到各叶片106b时，该气流成为对各叶片106b沿周向推压的压力而进行作用，此时的推压力经涡轮叶轮106a成为旋转运动并传递至主轴104。由此，能够使主轴104以其旋转轴线L为中心以预期的速度旋转。

而且，主轴104在其末端侧由设于该主轴104和壳体102之间的多个轴承108、110支承成能够旋转。在图中，作为一例，示出了在壳体102和主轴104之间的区域中通过主轴104的一端侧(旋转运动的输出侧)的轴承108和主轴104的另一端侧(旋转运动的输入侧)的轴承110这两个轴承支承主轴104的结构。

多个轴承108、110作为滚动轴承而构成，具备：一个轨道圈108a、110a(外圈)，其装配于壳体102；另一个轨道圈108b、110b(内圈)，其与外圈108a、110a对置地装配于主轴104；以及多个滚动体116、118，它们沿所述外圈和内圈之间进行组装。在该情况下，作为滚动体116、118可以应用滚珠或滚子，在此，作为一例，假定为滚珠116、118。

而且，在图中，作为轴承108、110的一例，示出应用了一个槽肩108c、110c被全部或部分地去除了的无锁口内圈108b、110b的滚动轴承108、110，然而并不限定于此，例如可以是外圈和内圈均有一个槽肩被去除了的轴承，或者是外圈和内圈均具有两个槽肩的轴承(例如深沟球轴承)。无论是哪种轴承，下面，假定在外圈和内圈之间组装有多个滚动体(滚珠)116、118的两个球轴承108、110作为多个轴承108、110。

另外，对于这些球轴承108、110，在壳体102和主轴104之间，一端侧的球轴承108和另一端侧的球轴承110形成为，无锁口内圈108b、110b的背面108d、110d彼此隔着衬垫120对置配置。并且，在该状态下，在从主轴104的末端侧将罩部件122通过例如螺钉124等紧固于壳体102后，此时作用于一端侧的球轴承108(具体来说，外圈108a)的力从该球轴承108的滚动体(滚珠)116和内圈108b经由衬垫120传递至另一端侧的球轴承110(具体来说，内圈110b)，并推压该球轴承110的滚动体(滚珠)118和外圈110a。

此时，在各球轴承108、110施加有预定的预压力，其结果是，各球轴承108、110维持在能够承受作用于主轴104的径向载荷和两个方向的推力载荷的状态。由此，主轴104由这些球轴承108、110在径向方向和推力方向进行支承，从而能够以恒定的旋转轴线L为中心旋转。

而且，在本实施方式中，在上述的主轴装置中，一端侧和另一端侧的球轴承108、110构成为陶瓷制的滚动轴承。在此，将该球轴承108、110陶瓷化的方式指的是将外圈108a、110a、内圈108b、110b、滚动体(滚珠)116、118中的任一方或者全部由陶瓷形成的情况。该情况下，需要假定如下情况：在壳体102与主轴104之间需要绝缘的情况、以及在壳体102与主轴104之间需要导通的情况。

[结构例1：壳体与主轴之间需要绝缘的情况]

在壳体102与主轴104之间需要绝缘的情况下，将外圈108a、110a、内圈108b、110b、滚动体(滚珠)116、118中的任一个或者全部由非导电性(绝缘性)陶瓷形成即可。在此，作为非导电性(绝缘性)陶瓷，例如能够应用氧化铝、氧化锆等氧化物、或者氮、硅等电阻高的绝缘材料。

在该情况下，例如在将各滚动体(滚珠)116、118以如上所述的非导电性(绝缘性)陶瓷形成的情况下，对于外圈108a、110a和内圈108b、110b的材质并不特别限制，例如能够采用高碳铬轴承钢或特殊钢(不锈钢)等。

另外，例如在将外圈108a、110a以如上所述的非导电性(绝缘性)陶瓷形成的情况下，将内圈108b、110b和滚动体(滚珠)116、118以例如高碳铬轴承钢或特殊钢(不锈钢)形成即可。与此相对，例如在将内圈108b、110b以如上所述的非导电性(绝缘性)陶瓷形成的情况下，将外圈108a、110a和滚动体(滚珠)116、118以例如高碳铬轴承钢或特殊钢(不锈钢)形成即可。

而且，作为封入该球轴承108、110的润滑剂，优选应用例如高速用润滑脂。另外，作为高速用润滑脂，能够应用添加了例如酯油作为基油而成的润滑脂。

[结构例2：壳体与主轴之间需要导通的情况]

在壳体102与主轴104之间需要导通的情况下，将外圈108a、110a、内圈108b、110b、滚动体(滚珠)116、118全部由导电性陶瓷形成即可。在此，作为导电性陶瓷，例如能够应用将导电性陶瓷粒子细微地分散到氧化铝(氧化铝)、二氧化锆(氧化锆)等氧化物中而成的电阻低的陶瓷材料。

在该情况下，作为封入该球轴承108、110的润滑剂，优选应用例如导电性润滑脂。而且，作为导电性润滑脂，能够应用例如添加了炭黑、金属粉、金属氧化物等作为填充剂而成的润滑脂。另外，导通指的是电流流过的状态，即指的是能够通电的状态。

以上，根据本实施方式，上述的陶瓷制的球轴承108、110自身的刚性(轴承钢性)高，因此能够牢固地相对于壳体102支承主轴104。由此，不会受到主轴装置的运行时的涡轮驱动部106的旋转负载的影响，能够维持主轴104的旋转轴线L恒定，能够使该主轴104以恒定的旋转轴线L为中心旋转。其结果是，在主轴装置的运行时，不存在例如主轴104移位而与壳体102接触的情况。

在该情况下，由于能够保持主轴104的旋转状态(旋转速度)恒定，因此能够使主轴104的旋转速度始终稳定在预期的速度。由此，在将主轴装置用于例如静电喷涂机的情况下，不会在喷涂对象物产生喷涂不均，能够均匀地对该喷涂对象物进行喷涂。

而且，在上述空气轴承中，通过其轴承尺寸(大小)确定刚性和负载容量，因此需要使主轴装置大型化，但通过取代该空气轴承而采用自身的刚性(轴承钢性)高的陶瓷制的球轴承108、110，从而能够实现主轴装置的紧凑化。

由此，与应用空气轴承的情况相比，能够大幅地降低主轴装置的运行所需的成本。而且，与应用空气轴承的情况相比，能够减少球轴承108、110的个数，因此能够大幅地削减主轴装置整体的部件数量，其结果是能够大幅地降低主轴装置的制造所需的成本。

并且，陶瓷制的球轴承108、110与空气轴承相比能够提高其旋转性能，因此能够对应对主轴装置要求的高速旋转化(例如，每分钟60000转(rpm)的高速旋转化)。

另外，本发明并不限定于上述的实施方式，下面的各变形例涉及的技术思想也包括在本发明的技术范围内。

例如，如图11所示，在上述的结构例1、2中，也可以对各球轴承108、110施加密封结构。在图中，作为密封结构的一例，在各球轴承108、110，在滚动体(滚珠)116、118的两侧设有密封板126，所述密封板126用于从轴承外部对在外圈108a、110a和内圈108b、110b之间划分形成的轴承内部空间进行密封。

在此，作为密封板126例如能够应用对金属板进行冲压加工而成的环状的护板、或者带心轴(心金入り)的橡胶制密封件。另外，在图中，作为一例，示出了采用基端固定于外圈108a、110a的内周而末端向内圈108b、110b延伸的密封板126的结构，但也可以与此相反地采用基端固定于内圈108b、110b的外周而末端向外圈108a、110a延伸的密封板126的结构。在该情况下，在采用密封件作为密封板126的情况下，可以使该密封件126的末端与相对侧轨道圈(即，外圈108a、110a、内圈108b、110b)接触，或者也可以不接触而保持狭窄的间隙。

以上，根据本变形例，在上述的实施方式的效果的基础上，进一步通过将密封板126应用于各球轴承108、110，从而能够可靠地防止封入到该球轴承108、110的轴承内部空间的润滑剂(具体来说，在上述的结构例1中为高速用润滑脂，在上述的结构例2中为导电性润滑脂)泄漏或者飞溅到轴承外部。由此，能够在较长期间内维持该球轴承108、110的旋转性能和润滑性能恒定，因此能够实现主轴装置的长寿命化。

而且，例如如图10所示，也可以使至少一端侧的球轴承108构成为陶瓷制的滚动轴承。另外，在图中，作为一例，该球轴承108以内圈108b的背面108d抵接于壳体102的方式设在壳体102与主轴104之间，但是并不由此限定本发明的技术范围。

在该情况下，作为另一端侧的球轴承，其种类并不受到特别的限制，在图中，作为一例应用了空气轴承，所述空气轴承具备：径向空气轴承128，其相对于壳体102沿径向方向支承主轴104；和推力空气轴承130，其沿推力方向支承该主轴104。

径向空气轴承128具备中空圆筒状的多孔质部件128a，所述多孔质部件128a以覆盖主轴104的外周的方式与旋转轴线L呈同心圆状地进行配置，另一方面，推力空气轴承130具备环状的多孔质部件130a，所述多孔质部件130a沿涡轮驱动部106的涡轮叶轮106a的单侧(沿旋转轴线L的方向的单侧)对置配置。而且，在壳体102构建有用于向各多孔质部件128a、130a供给压缩空气的压缩空气供给通道132，在该压缩空气供给通道132连接有未图示的压缩空气供给源。

根据这样的空气轴承，当从压缩空气供给源向压缩空气供给通道132供给压缩空气等气流时，该气流通过各多孔质部件128a、130a朝向主轴104的外周和涡轮叶轮106a的单侧吹送。此时，主轴104与多孔质部件128a之间保持非接触状态，并且涡轮驱动部106的涡轮叶轮106a的单侧与多孔质部件130a之间保持非接触状态。

在此，由于一端侧的球轴承108能够单独沿径向方向和推力方向支承主轴104，因此轴向空气轴承130的多孔质部件130a不必以夹着涡轮驱动部106的涡轮叶轮106a的方式设在两侧，仅设在单侧即可。由此，包括涡轮驱动部106在内的主轴104整体由一端侧的球轴承108相对于壳体102支承，并且由另一端侧的空气轴承128、130支承成相对于壳体102抬起。

以上，根据本变形例，在上述的实施方式的效果的基础上，进一步将一端侧的球轴承108形成为陶瓷制的滚动轴承，而仅使另一端侧的轴承形成为空气轴承128、130，从而与现有的主轴装置相比，能够大幅地削减空气轴承128、130的配置个数。由此，由于能够大幅地降低使用于空气轴承128、130的空气流量，因此能够大幅地降低主轴装置的运行所需的成本。

标号说明

2：主轴；

4：叶轮；

10：涡轮叶片；

12：壳体；

14：轴承(静压气体径向轴承)；

16：轴承(静压气体推力轴承)；

28：喷嘴部(涡轮空气喷嘴孔)；

34：喷嘴部(制动空气喷嘴孔)。

Claims (8)

1.一种气动马达，所述气动马达具备：壳体；主轴，所述主轴贯穿插入到所述壳体的内侧；叶轮，所述叶轮与所述主轴同心地固定于所述主轴的一部分且配置在所述壳体的内侧，该叶轮在外周面形成有多个涡轮叶片；轴承，所述轴承用于将所述主轴和所述叶轮支承成相对于所述壳体旋转自如；和至少一个喷嘴部，所述喷嘴部具有用于向所述各涡轮叶片喷出压缩空气的管状或孔状的流路，以使所述叶轮沿周向旋转，

所述气动马达的特征在于，

在设所述喷嘴部的流路的水力半径为r_h、所述流路的流路面的粘性摩擦系数为c_f、所述压缩空气的比热容比为k，并且设所述流路的入口处的所述压缩空气的流速为v_e、音速为a₀，并且M₁＝v_e/a₀的情况下，通过如下算式算出L的值，

【算式1】

$L=\frac{r_h}{{2c}_f}(\frac{{1-M}_1^2}{{\mathrm{kM}}_1^2}+\frac{k+1}{2k}\ln \left(\frac{(k+1)M_1^2}{2+(k-1)M_1^2}\right))...\left(6\right),$

所述喷嘴部的流路的长度被设定为所述L的算出值以上的尺寸。

2.根据权利要求1所述的气动马达，其特征在于，

所述喷嘴部的流路的长度被设定为所述L的算出值的5倍以上的尺寸。

3.根据权利要求1所述的气动马达，其特征在于，

所述轴承为静压气体轴承。

4.根据权利要求1所述的气动马达，其特征在于，

所述轴承中至少一端侧的轴承构成为陶瓷制的滚动轴承。

5.根据权利要求4所述的气动马达，其特征在于，

所述滚动轴承具备：一个轨道圈，其装配于所述壳体；另一个轨道圈，其以与一个轨道圈对置的方式装配于主轴；以及多个滚动体，所述多个滚动体沿所述轨道圈之间进行组装，

两个轨道圈和滚动体中的任一方或者全部由陶瓷形成。

6.根据权利要求5所述的气动马达，其特征在于，

两个轨道圈和滚动体中的任一方或者全部由非导电性陶瓷形成。

7.根据权利要求5所述的气动马达，其特征在于，

两个轨道圈和滚动体全部由导电性陶瓷形成。

8.一种静电喷涂装置，其特征在于，

该静电喷涂装置具备权利要求1～7中的任一项所述的气动马达。

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