JP2017036716A - エアタービン駆動スピンドル - Google Patents

Abstract

【課題】高速回転時のトルク損失を低減することにより駆動効率が向上されたエアタービン駆動スピンドルを提供する。【解決手段】軸部１Ａと、軸部１Ａに対しラジアル方向に延びるように形成されているスラスト板部１Ｂとを含む回転軸１と、気体を噴出可能に設けられている給気部１３，１４とを備える。回転軸１は、スラスト板部１Ｂ上においてスラスト方向に延びるように形成されている複数の回転翼１５を有し、かつ、複数の回転翼１５が給気部１３，１４から噴出された気体を受けることによりハウジング部内に回転可能に設けられる。複数の回転翼１５は互いに間隔をあけて配置される。複数の回転翼１５をスラスト方向開口部において接続する部材２５をさらに備える。【選択図】図１

Description

本発明は、エアタービンにより回転駆動されるエアタービン駆動スピンドルに関する。

従来のエアタービン駆動スピンドルが、特開２０１３−２４１８３９号公報に開示されている。特開２０１３−２４１８３９号公報のスピンドル装置は、タービン羽根車のタービン翼を有している。当該タービン翼は、噴出された気体を受けてその衝撃力をタービン羽根車の回転駆動力に変換するとともに、タービン羽根車からの気体の排出による反動力を受けるため、気体の運動エネルギーを高効率で回転駆動力に変換することができる。

特開２０１３−２４１８３９号公報

タービン翼のような回転翼が高速で回転しているとき、回転翼の周辺の空気は、回転翼との摩擦により高速回転している。当該回転翼が複数間隔をあけて凸形状として形成される場合、複数の回転翼とそれらに挟まれた領域との間には凹凸形状が形成されている。この凹凸形状の部分は、これが平坦な形状を有する場合に比べて、そこをタービンノズルからの駆動用気体が流れる際の抵抗および摩擦が大きくなる。このように回転翼の駆動用気体との間の摩擦が大きければ、周辺における気体の流れに乱れがあった場合にその影響を受けやすくなり、回転翼の回転状態にも影響を及ぼしやすくなる。

また回転翼の駆動用気体との間の摩擦が大きくなれば、回転翼の周囲におけるより多くの空気などの気体にもその影響が及ぶ。つまりより多くの空気とともに回転翼が回転するため、回転翼に加わる回転抵抗が大きくなる。したがって回転翼の回転効率が低下し、エアタービン駆動スピンドルの駆動効率が低下する可能性がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、高速回転時のトルク損失を低減することにより駆動効率が向上されたエアタービン駆動スピンドルを提供することである。

本発明に係るエアタービン駆動スピンドルは、ハウジング部と、ハウジング部の内部の軸部と、軸部に対しラジアル方向に延びるように形成されているスラスト板部とを含む回転軸と、ハウジング部の内部において気体を噴出可能に設けられている給気部とを備える。回転軸は、スラスト板部上においてスラスト方向に延びるように形成されている複数の回転翼を有し、かつ、複数の回転翼が給気部から噴出された気体を受けることによりハウジング部内に回転可能に設けられる。複数の回転翼は互いに間隔をあけて配置される。複数の回転翼をスラスト方向開口部において接続する部材をさらに備える。

本発明によれば、複数の回転翼をその排気部側において接続する部材を備えることにより、回転翼の排気部側には回転翼により形成された凹凸形状が存在せず平坦な面が存在することとなる。このため、回転翼の周囲を流れる駆動用気体などがスムーズに流れ、回転抵抗を小さくすることができ、高速回転時のトルク損失が低減される。

実施の形態１におけるエアタービン駆動スピンドルを説明するための断面図である。 回転翼の後方にキャップが取り付けられる態様を説明するための概略斜視図である。 図１における回転翼を含む主要な部分を拡大して示す部分断面図である。 図３と同様であるが、回転翼とキャップとの組み付けられる態様の第１例を拡大して示す部分断面図である。 比較例における図３および図４と同様の領域の態様および駆動用気体の流れを示す部分断面図である。 実施の形態２におけるエアタービン駆動スピンドルの要部を拡大して示す部分断面図である。 実施の形態３におけるエアタービン駆動スピンドルの要部を拡大して示す部分断面図である。 実施の形態４におけるエアタービン駆動スピンドルを説明するための部分断面図である。 実施の形態５におけるエアタービン駆動スピンドルの要部を拡大して示す部分断面図である。 実施の形態１と比較例とのエアタービン駆動スピンドルのタービン特性を比較したグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１〜図４を参照して、本実施の形態に係るエアタービン駆動スピンドル１００について説明する。図１は、エアタービン駆動スピンドル１００を説明するための断面図である。

図１に示されるように、エアタービン駆動スピンドル１００は、回転軸１と、回転軸１をラジアル方向に支持するジャーナル軸受７と、回転軸１をスラスト方向に支持するスラスト軸受８と、後述するハウジング部の内部において回転軸１に対し気体を噴出可能に設けられている給気部（駆動用給気路１３および駆動用給気ノズル１４）とを主に備える。ジャーナル軸受７およびスラスト軸受８は、たとえば静圧気体軸受として構成されている。そして、後述するように回転軸１には、回転軸１を回転させるための回転翼１５が複数形成されている。この回転翼１５のスラスト方向後側の表面を覆うようにして、キャップ２５が回転翼１５に接続されている。なお詳細は後述する。

まずエアタービン駆動スピンドル１００の全体構成を説明する。回転軸１は、後述するハウジング部の内部において円筒形状を有する軸部１Ａと、軸部１Ａに対しラジアル方向に延びるように形成されているスラスト板部１Ｂとを含む。スラスト板部１Ｂは、軸部１Ａのアキシャル方向における一方の端部に接続されている。以下、アキシャル方向においてスラスト板部１Ｂが設けられている軸部１Ａの上記一方の端部側を後側、軸部１Ａのアキシャル方向においてスラスト板部１Ｂと反対側に位置する軸部１Ａの他方の端部側を前側という。回転軸１の軸部１Ａおよびスラスト板部１Ｂには、スラスト方向に延びる第１貫通孔１７が形成されている。エアタービン駆動スピンドル１００が静電塗装機用に構成されている場合には、回転軸１の前側の端部には円錐形カップ（図示省略）が取り付けられ、第１貫通孔１７の内部には円錐形カップに塗料を供給するための塗料噴射ノズルが配置される。スラスト板部１Ｂには、回転翼１５、および被検出部１９が形成されている。

スラスト板部１Ｂは、ラジアル方向において外周側に位置する領域が中央側に位置する領域（厚肉部１Ｃ）と、厚肉部１Ｃよりもスラスト方向における厚みが薄い薄肉部１Ｄとを有している。厚肉部１Ｃは上記第１貫通孔１７（図１参照）を囲うように形成されており、薄肉部１Ｄは当該厚肉部１Ｃを囲うように形成されている。

回転翼１５は、スラスト板部１Ｂの当該薄肉部１Ｄ上において、後側に位置する面からスラスト方向に延びるように形成されている。回転軸１は、回転翼１５が駆動用給気ノズル１４（図１参照）から噴出された気体を受けることにより回転可能に設けられている。図２に示すように、回転翼１５は複数形成されている。複数の回転翼１５は、回転軸１の回転方向に互いに間隔（隙間部）を隔てて設けられている。好ましくは、複数の回転翼１５において隣り合う回転翼１５は等間隔に設けられている。複数の回転翼１５は、スラスト板部１Ｂの外周に沿って配置されている。複数の回転翼１５のスラスト方向に垂直な断面形状は任意の形状であればよいが、たとえば、回転方向において前方に位置して回転方向に凸状に形成されている前方曲面部と、回転方向において後方に位置して回転方向に凸状に形成されている後方曲面部とを有している。

スラスト板部１Ｂにおいて、図３および図４に示すように、薄肉部１Ｄと厚肉部１Ｃとの境界領域は、スラスト方向における厚みがゆるやかに変化するように設けられている。スラスト板部１Ｂの後側に位置する面は、薄肉部１Ｄと厚肉部１Ｃとの間に曲面を有している。回転翼１５における後側に位置する部分と厚肉部１Ｃにおける後側に位置する部分とは、それぞれ任意の寸法で形成されていればよいが、たとえばラジアル方向に延びる同一面上に形成されている。

図１および図２に示されるように、厚肉部１Ｃにおいて後側に位置する面上には、被検出部１９が形成されている。被検出部１９は、回転方向において分割される複数の領域毎に光の反射率が異なるように設けられている。図２に示されるように、被検出部１９は、たとえば厚肉部１Ｃにおいて後側に位置する面のうち、回転方向における一方の半分の領域が他方の半分の領域よりもレーザ光などの光が照射されたときに反射光の強度が高くなるように設けられている。

回転軸１は、図１に示すように、軸部１Ａの一部がハウジングアッシ２に収容されている。ハウジングアッシ２は、回転軸１の軸部１Ａの外周面およびスラスト板部１Ｂの前側の平面の各一部に面しており軸部１Ａの一部を囲むように形成されている軸受スリーブ４を含む。さらに、ハウジングアッシ２は、ラジアル方向において軸受スリーブ４よりも外周側に配置され軸受スリーブ４と固定されているハウジング３を含む。ハウジングアッシ２は、たとえばハウジング３がＯリングを介してカバー５と接続されている。

ハウジング３、軸受スリーブ４、およびカバー５は、回転軸１の軸部１Ａと軸受スリーブ４との間およびスラスト板部１Ｂと軸受スリーブ４との間にそれぞれ軸受隙間を形成可能に設けられており、かつ当該軸受隙間に気体を供給可能に設けられている。具体的には、ハウジング３、軸受スリーブ４、およびカバー５は、それぞれ軸受気体供給路１０を有しており、それぞれの軸受気体供給路１０は互いに接続されている。軸受気体供給路１０は、その一方端がカバー５の外周面上の軸受気体供給口９と接続されており、他方端が軸部１Ａと軸受スリーブ４との軸受隙間およびスラスト板部１Ｂと軸受スリーブ４との軸受隙間に接続されている。軸受気体供給路１０において軸受隙間と接続されている部分の孔径は軸受気体供給口９の孔径よりも小さく、軸受気体供給路１０において軸受隙間と接続されている部分にはいわゆる絞りが形成されている。ジャーナル軸受７は、軸受気体供給口９から軸受気体供給路１０に供給された気体が軸部１Ａと軸受スリーブ４との軸受隙間に供給されることにより構成される。スラスト軸受８は、軸受気体供給口９から軸受気体供給路１０に供給された気体がスラスト板部１Ｂと軸受スリーブ４との軸受隙間に供給されることにより構成される。

ハウジング３には、スラスト板部１Ｂとスラスト方向において対向する領域には磁石１６が配置されている。磁石１６はスラスト板部１Ｂに対して磁気力を印加可能に設けられている。磁石１６は、たとえば永久磁石である。磁石１６は、たとえば回転翼１５が形成されているスラスト板部１Ｂの薄肉部１Ｄとスラスト方向において対向するように設けられている。磁石１６は、スラスト方向から見たときの平面形状がたとえば円環形状である。

カバー５は、スラスト方向においてノズル板６と固定されている。ノズル板６は、回転軸１においてハウジング３、軸受スリーブ４、およびカバー５に収容されていない部分（スラスト板部１Ｂのラジアル方向における外周端面およびスラスト板部１Ｂの後側に位置する面）を囲むように形成されている。ノズル板６、ハウジング３、軸受スリーブ４、およびカバー５を総称してハウジング部としている。

ノズル板６は、回転軸１よりも後側に配置されている。ノズル板６の内部には、スラスト板部１Ｂ上に形成されている回転翼１５に駆動用気体が供給・排気される際に、駆動用気体が流通する流通路が形成されている。駆動用気体は、たとえば圧縮空気である。流通路は、駆動用気体給気口１２と、駆動用給気路１３と、駆動用給気ノズル１４と、駆動用給気ノズル１４に隣り合い回転翼１５の配置位置を含むタービン空気排気路２１と、駆動用気体排気空間２０とを主に有している。さらに流通路は、その最外部であり駆動用気体排気空間２０から駆動用気体が排気される出口としての排気孔１１（排気部）および回転センサ挿入口１８を有している。駆動用気体排気空間２０は、回転軸１（スラスト板部１Ｂ）の回転軸後端２２に対向する位置およびそれよりもラジアル方向に関する内側（第１貫通孔１７の内側）の位置に形成されている。

ノズル板６には、回転翼１５に駆動用気体を供給するための駆動用給気路１３および駆動用給気ノズル１４が形成されている。駆動用給気路１３は、その一方端がノズル板６の外周面上の駆動用気体給気口１２と接続されており、他方端が駆動用給気ノズル１４に接続されている。駆動用給気ノズル１４は、回転翼１５に対し、ラジアル方向において回転軸１の外側から内側に向かって駆動用気体を噴出可能に設けられている。駆動用給気路１３および駆動用給気ノズル１４は、回転方向において互いに間隔を隔てて複数形成されていてもよい。つまり、駆動用給気路１３および駆動用給気ノズル１４は、回転方向に任意の間隔を隔てて設けられている回転翼１５に対して、同一の回転方向に同時に駆動用気体を供給可能に設けられていてもよい。

図１〜図４（特に図２）に示すように、本実施の形態においては、複数の回転翼１５のそれぞれのスラスト方向の後側の表面をすべて覆うように、キャップ２５が配置される。このキャップ２５は図１のスラスト方向後側から平面視したときに、たとえば環状（特に円環形状）を有している。

すなわち回転翼１５は、回転軸１の回転方向に関して複数、互いに間隔をあけて配置されている。それらの回転翼１５のすべてを回転翼１５の後側（スラスト方向開口部）において互いに接続する部材として、複数の回転翼１５の並ぶ方向に沿って環状に延びるキャップ２５が配置されている。キャップ２５のスラスト方向前側を向く環状の平面と、すべての回転翼１５のスラスト方向後側の表面とが互いに接するように接続されている。したがってキャップ２５は、複数の回転翼１５のスラスト方向後側（排気部である排気孔１１側）の表面同士を跨ぐように、回転翼１５のスラスト方向後側の表面上に配置された、上記の接続する部材である。

ただし特に図３および図４を参照して、キャップ２５が回転翼１５と接する面においては、当該表面は全体が平坦とはなっておらず、段差が形成された領域を有している。この段差は、キャップ２５の回転翼１５と接触する表面と回転翼１５のキャップ２５と接するスラスト方向後側の表面との双方に形成されている。キャップ２５の段差と回転翼１５の段差とが互いに嵌合することにより両者が良好に接続されている。このためこれらの段差は嵌合部２７（図４参照）である。嵌合部２７においてキャップ２５と回転翼１５とが互いに組み付けられている。より具体的には、嵌合部２７の段差により、キャップ２５はそのラジアル方向外側がラジアル方向内側よりもスラスト方向の前方に突き出ているのに対し、回転翼１５はそのラジアル方向内側がラジアル方向外側よりもスラスト方向の後方に突き出ている。

キャップ２５の材料は、アルミニウム、ステンレス、鉄系材料、樹脂材料からなる群から選択されるいずれかであることが好ましい。しかし価格、強度および加工性に問題がなければ、キャップ２５は上記の各材料に限らず、カーボンファイバまたはガラス繊維により形成されていてもよい。すなわちキャップ２５は回転軸１と同一の鋼製の材料により形成されてもよいが、回転軸１とは異なる材料により形成されてもよく、いずれの場合においても後述するキャップ２５の作用効果を奏することができる。

なおキャップ２５がアルミニウム、ステンレス、または鉄系材料のいずれかからなる場合は、当該キャップ２５は表面処理層を有していてもよい。具体的には、キャップ２５に対してアルマイト処理、ニッケルめっき処理、クロムめっき処理、黒色処理（レイデント処理、レイデント処理相当品および黒色塗装処理）がなされることが好ましい。これらのうちいずれの処理を選択するかは、キャップ２５の材料および表面処理の目的に応じて異なる。たとえばキャップ２５がアルミニウムにより形成される場合には、アルマイト処理またはニッケルめっき処理がなされることが好ましい。またキャップ２５がステンレスにより形成される場合には、ニッケルめっき処理がなされることが好ましい。いずれの処理を行なうにせよ、表面処理によりキャップ２５の耐食性および耐摩耗性を向上させることができる。なおキャップ２５に耐摩耗性が要求されない場合には、キャップ２５に対して黒色塗装処理がなされてもよい。

静電塗装機用のエアタービン駆動スピンドル１００は、溶剤雰囲気中で使用されるため、キャップ２５が樹脂材料により形成される場合、当該樹脂材料には耐溶剤性が要求される。キャップ２５を構成する樹脂材料は、ポリアセタール、ポリプロピレン、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ポリカーボネートからなる群から選択されるいずれかであることが好ましい。ただしキャップ２５が樹脂材料により形成され、かつキャップ２５に耐溶剤性が要求されない場合には、キャップ２５を構成する樹脂材料は、ポリエチレンまたはアクリルであってもよい。

次に、図５の比較例と対比しながら、本実施の形態の作用効果について説明する。なお図５の比較例（以降の一部の実施の形態の図面を含む）においては、エアタービン駆動スピンドルの全体ではなく、主要な部分（回転翼１５およびその周辺部）のみを拡大図示している。

図５を参照して、比較例におけるエアタービン駆動スピンドル２００は、基本的には実施の形態１に係るエアタービン駆動スピンドル１００と同様の構成を有しているため、同一の構成要素については同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。ただし図５の比較例のエアタービン駆動スピンドル２００においては、互いに間隔をあけて配置される複数の回転翼１５のそれぞれのスラスト方向後側の表面がキャップ２５により互いに同一の平面に覆われるように接続された構成を有していない。

この場合、回転翼１５に供給される駆動用気体Ｆは、基本的には駆動用気体排気空間２０から排気孔１１（図１参照）の方へ流れるべきであるが、その一部はタービン空気排気路２１からＵターンして回転翼１５のスラスト方向後側に回り込む。するとこの回り込んだ駆動用気体Ｆは回転翼１５が複数並ぶ領域を、たとえばその複数の回転翼１５が延びる方向に沿って流れる。これにより、回転軸１が回転する方向に沿って、回転翼１５が配置される領域と配置されない領域とが交互に並び凹凸形状を構成しているため、駆動用気体Ｆは平坦な面上を流れる場合に比べて流通の抵抗および摩擦が大きくなる。また、回転翼１５に供給される駆動用気体Ｆが複数の回転翼１５のスラスト方向後側の開口から排出され、その排出により回転駆動力が低下する。さらにこの排出された気体がノズル板６との間での気体の乱れの発生および回転翼１５の回転に対する摩擦の発生の原因にもなっていた。このように回転翼１５の駆動用気体Ｆとの間の摩擦が大きければ、周辺における気体の流れに乱れがあった場合にその影響を受けやすくなり、回転翼１５の回転状態にも影響を及ぼしやすくなる。

そこで本実施の形態のように、複数の回転翼１５のそれぞれのスラスト方向後側の表面を、スラスト方向後側（排気部側）において接続する部材が備えられる。具体的には、複数の回転翼１５のスラスト方向後側の表面同士を跨ぐように、つまり複数の回転翼１５のスラスト方向後側の開口を塞ぐように、その表面上に環状のキャップ２５が配置されている。

これにより、たとえば図４に示すように、たとえ図５のように駆動用気体Ｆがタービン空気排気路２１から回転翼１５（キャップ２５）のスラスト方向後側の領域に回り込んだとしても、当該駆動用気体Ｆはキャップ２５の平坦な表面上を回転軸１の回転方向に沿って流通することになる。すなわち図５の比較例の場合のように、回転翼１５の配置される領域と配置されない領域とが交互に並ぶことによる凹凸形状の上を駆動用気体Ｆが流れる場合に比べて、駆動用気体Ｆの流れをスムーズにすることができ、周辺空気との抵抗および摩擦を大幅に低減することができる。

またこのように抵抗および摩擦を低減することにより、回転翼１５の周囲における空気などの気体への影響を抑制することができ、回転翼１５に加わる回転抵抗の増加、回転翼１５の回転効率の低下、およびエアタービン駆動スピンドル１００の駆動効率の低下を抑制することができる。

本実施の形態のエアタービン駆動スピンドル１００においては、キャップ２５および回転翼１５は嵌合部２７により互いに組み付けられている。また平面視においてキャップ２５は円環形状を有しており、その円環形状の中心と、複数の回転翼１５の並びにより形成される円環形状の平面視における中心との位置がほぼ一致するように、キャップ２５と回転翼１５とが互いに組み付けられている。これにより、キャップ２５は回転翼１５に対して強固に安定して組み付けられる。

（実施の形態２）
次に、図６を参照して、本実施の形態に係るエアタービン駆動スピンドル１０１について説明する。実施の形態２に係るエアタービン駆動スピンドル１０１は、基本的には実施の形態１に係るエアタービン駆動スピンドル１００と同様の構成を備えるが、キャップ２５のスラスト方向に関する後側には凸形状部２６が形成されている点において異なる。凸形状部２６は、キャップ２５のラジアル方向に関する内側の領域において、他の領域よりもスラスト方向に関する後側に突き出るように形成されている。凸形状部２６は、ノズル板６に形成された凹部６ａに僅かな隙間をもって対向配置するようになっている。

なお、これ以外の本実施の形態の構成は、実施の形態１の構成とほぼ同じであるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

次に本実施の形態の作用効果について説明する。本実施の形態は、基本的に実施の形態１と同様の作用効果を奏するが、その他に以下の作用効果を奏する。

本実施の形態においてはキャップ２５に形成された凸形状部２６が、タービン空気排気路２１に達した駆動用気体Ｆがキャップ２５のスラスト方向後側に回り込むことを遮断により抑制する役割を有している。このため実施の形態１よりもさらに確実に、凹凸形状を有する回転翼１５の表面上を駆動用気体Ｆが流れることによる流通抵抗および摩擦の増加などの不具合を抑制することができる。

（実施の形態３）
次に、図７を参照して、本実施の形態に係るエアタービン駆動スピンドル１０２について説明する。実施の形態３に係るエアタービン駆動スピンドル１０２は、基本的には実施の形態１に係るエアタービン駆動スピンドル１００と同様の構成を備えるが、回転翼１５のスラスト方向後側の表面上にキャップ２５が、ネジ２９を用いた固定（ネジ固定）により組み付けられている。この点において本実施の形態は、キャップ２５が回転翼１５に嵌合（嵌め込み）により組み付けられる実施の形態１と異なっている。

このようにキャップ２５を回転翼１５に固定する方法は嵌め込みに限らずネジ固定であってもよい。またこれらの他にも、エアタービン駆動スピンドルにおけるキャップ２５と回転翼１５の排気部側（スラスト方向後側）の表面との接続部は、焼嵌め部、圧入部、かしめ部、接着部、嵌め込み部、ネジ固定部、溶接部、ろう接部、溶着部、圧接部からなる群から選択されるいずれかであることが好ましい。なおキャップ２５を回転翼１５に固定する際には、上記の群から選択される２つ以上の方法が複合して用いられてもよい。たとえば溶接により両者を固着させる場合には、スポット溶接またはレーザ溶接が用いられることが好ましい。これらのいずれの方法を用いても、キャップ２５を回転翼１５の表面上に安定に固定させることができ、駆動用気体Ｆの抵抗および摩擦の増大を抑制することが可能である。

（実施の形態４）
次に、図８を参照して、本実施の形態に係るエアタービン駆動スピンドル１０３について説明する。なお図８（Ｂ）は図８（Ａ）中のＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ線に沿う部分を説明するための断面図である。本実施の形態においても他の実施の形態と同様に、複数の回転翼１５は回転軸１の回転方向に関して互いに間隔をあけて配置され、そのスラスト方向後側において互いに同一の平面に覆われるように接続されている。ただし本実施の形態の回転翼１５はキャップ２５を用いていない。

図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、回転軸１の一部であるスラスト板部１Ｂを構成すべく平面視（図８（Ｂ）に示す方向から見る）において回転軸１の回転方向に延びる環状部材の、スラスト方向に関する中央部には、ラジアル方向に沿って延びるように切削工具３０による除去加工により部分的に除去された、外側除去部５５（第１の除去部）が形成されている。また同時に、当該環状部材の特に外側除去部５５のラジアル方向内側の領域の一部が、スラスト方向に対して斜め方向に沿って延びるように切削工具３０による除去加工により部分的に除去された、内側除去部５６（第２の除去部）が形成されている。図８に示すように外側除去部５５の方が内側除去部５６よりも長い。外側除去部５５と内側除去部５６とは接合部３１において互いに接続されることにより、単一の開口部として形成されている。接合部３１においては平面視において曲面状（たとえばＲ形状）となるように外側除去部５５と内側除去部５６とが互いに接合されている。当該開口部は、回転軸１の回転方向に延びる環状部材のスラスト方向に関する中央部に、回転軸１の回転方向に関して間隔をあけて複数形成されている。

切削工具３０はドリルまたはエンドミルなどの、回転軸１を構成する材料の切削除去加工が可能な任意の工具によりなされる。

また外側除去部５５および内側除去部５６からなる開口部は、スラスト方向に関する中央部に、図８（Ｂ）の平面視において回転軸１の回転方向に関して互いに間隔をあけて複数、形成されている。これにより、図８（Ｂ）の平面視において外側除去部５５および内側除去部５６が形成される領域以外の領域は、互いに間隔をあけて、元々の環状部材が残存することによる複数の回転翼１５となっている。したがって図８（Ｂ）に示すように、上記環状部材（スラスト板部１Ｂ）においては、平面視において回転軸１の回転方向に、複数の回転翼１５と、複数の外側除去部５５および内側除去部５６が接続された開口部とが交互に並ぶように配置されている。

またスラスト方向に関する中央部に上記の回転翼１５および複数の外側除去部５５および内側除去部５６が接続された開口部とが回転軸１の回転方向に沿って複数並んだ部分が形成されるが、たとえばスラスト方向に関する回転翼１５および開口部の後側は、スラスト板部１Ｂが除去されることなく環状部材として残存する。このため当該開口部の後側の領域は、回転翼後端部４１として、あたかも実施の形態１における環状のキャップ２５と同様に複数の回転翼および（開口部としての）除去部５５，５６の双方を跨ぐように、平面視において円環状を有するように配置されている。つまり、除去部５５，５６のスラスト方向後側を開口せずに塞いでいる。

なお、これ以外の本実施の形態の構成は、実施の形態１の構成とほぼ同じであるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

次に本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態のように、回転翼１５のスラスト方向後方にキャップ２５を設けることなく、除去部５５，５６の形成により環状部材に回転翼１５および回転翼後端部４１が形成される構成を有する場合においても、回転翼後端部４１がキャップ２５と同様の作用効果を奏する。

ラジアル方向外側から形成される外側除去部５５と、ラジアル方向内側から形成される内側除去部５６とが接合部３１において一体となるように加工され、単一の孔部として形成されている。除去部５５，５６の加工用の切削工具３０は、先端部がＲ形状を有するドリルまたはエンドミルである。このため外側除去部５５と内側除去部５６とをＲ形状を有する接合部３１により滑らかに接合することができる。また外側除去部５５と内側除去部５６とがＲ形状の接合部３１により滑らかに接合されれば、駆動用気体Ｆが回転翼後端部４１の後側などを流れる流れがよりスムーズになる。したがって回転翼１５の周囲における空気などの気体への影響を抑制することができ、回転翼１５に加わる回転抵抗の増加、回転翼１５の回転効率の低下、およびエアタービン駆動スピンドル１００の駆動効率の低下を抑制することができる。

（実施の形態５）
次に、図９を参照して、本実施の形態に係るエアタービン駆動スピンドル１０４について説明する。実施の形態５に係るエアタービン駆動スピンドル１０４は、基本的には実施の形態４に係るエアタービン駆動スピンドル１０３と同様の構成を備えるが、回転翼後端部４１のスラスト方向に関する後側には凸形状３２が形成されている点において異なる。凸形状３２は、実施の形態３のキャップ２５に形成された凸形状部２６と同様に、回転翼後端部４１のラジアル方向に関する内側の領域において、他の領域よりもスラスト方向に関する後側に突き出るように形成されている。この凸形状３２は、図示は省略するが、実施の形態３のキャップ２５に形成された凸形状部２６と同様に、ノズル板６に形成された凹部６ａ（図６参照）に僅かな隙間をもって対向配置するようになっている。

なお、これ以外の本実施の形態の構成は、実施の形態４の構成とほぼ同じであるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

次に本実施の形態の作用効果について説明する。本実施の形態は、基本的に実施の形態４と同様の作用効果を奏するが、その他に以下の作用効果を奏する。

本実施の形態においては回転翼後端部４１に形成された凸形状３２が、タービン空気排気路２１に達した駆動用気体Ｆが回転翼後端部４１のスラスト方向後側に回り込むことを遮断により抑制する役割を有している。このため実施の形態４よりもさらに確実に、凹凸形状を有する回転翼１５の表面上を駆動用気体Ｆが流れることによる流通抵抗および摩擦の増加などの不具合を抑制することができる。この作用効果は、基本的に実施の形態３における凸形状部２６による作用効果と同様である。

図１０は、実施の形態１（図１）のように回転翼１５の後方にキャップ２５を有するエアタービン駆動スピンドル１００と、比較例（図５）のようにキャップ２５を有さないエアタービン駆動スピンドル２００との回転軸１の回転効率を比較したグラフである。

図１０に示すように、横軸は軸受気体供給口９への給気圧力を示し、縦軸は回転軸１の回転速度を示している。なお図１０においては横軸の右側ほど給気圧力が大きい。図１０より、同じ回転速度で比較すれば、いずれの回転速度においても、キャップ有（図１）の方がキャップ無（図５）よりも給気圧力が低くなっており、このことからキャップ有の方がキャップ無よりも回転軸１の回転効率が良いことがわかる。

以上に述べた各実施の形態の構成は、技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、エアタービンにより回転駆動されるエアタービン駆動スピンドルに適用され、特に高速回転されるエアタービン駆動スピンドルに有利に適用される。

１ 回転軸、１Ａ 軸部、１Ｂ スラスト板部、１Ｃ 厚肉部、１Ｄ 薄肉部、２ ハウジングアッシ、３ ハウジング、４ 軸受スリーブ、５ カバー、６ ノズル板、７ ジャーナル軸受、８ スラスト軸受、９ 軸受気体供給口、１０ 軸受気体供給路、１１ 排気孔、１２ 駆動用気体給気口、１３ 駆動用給気路、１４ 駆動用給気ノズル、１５ 回転翼、１６ 磁石、１７ 第１貫通孔、１８ 回転センサ挿入口、１９ 被検出部、２２ 回転軸後端、２６ 凸形状部、２７ 嵌合部、２９ ネジ、３０ 切削工具、３１ 接合部、３２ 凸形状、４１ 回転翼後端部、５５ 外側除去部、５６ 内側除去部、１００，１０１，１０２，１０３，１０４，２００ エアタービン駆動スピンドル。

Claims (9)

1. ハウジング部と、
   前記ハウジング部の内部の軸部と、前記軸部に対しラジアル方向に延びるように形成されているスラスト板部とを含む回転軸と、
   前記ハウジング部の内部において気体を噴出可能に設けられている給気部とを備え、
   前記回転軸は、前記スラスト板部上においてスラスト方向に延びるように形成されている複数の回転翼を有し、かつ、複数の前記回転翼が前記給気部から噴出された気体を受けることにより前記ハウジング部内に回転可能に設けられており、
   複数の前記回転翼は互いに間隔をあけて配置され、
   複数の前記回転翼をスラスト方向開口部において接続する部材をさらに備える、エアタービン駆動スピンドル。
2. 前記接続する部材は、複数の前記回転翼のスラスト方向後側の表面同士を跨ぐように、前記排気部側の表面上に配置された環状のキャップである、請求項１に記載のエアタービン駆動スピンドル。
3. 前記キャップは表面処理層を有する、請求項２に記載のエアタービン駆動スピンドル。
4. 前記キャップは、スラスト方向後側に凸形状部を有する、請求項２または３に記載のエアタービン駆動スピンドル。
5. 前記キャップと前記回転翼の前記排気部側の表面との接続部は、焼嵌め部、圧入部、かしめ部、接着部、嵌め込み部、ネジ固定部、溶接部、ろう接部、溶着部、圧接部からなる群から選択されるいずれかである、請求項２〜４のいずれか１項に記載のエアタービン駆動スピンドル。
6. 前記キャップの前記回転翼と接触する面および前記回転翼の前記キャップと接触する表面には嵌合部を有し、
   前記嵌合部に前記接続部が配置されている、請求項５に記載のエアタービン駆動スピンドル。
7. 前記スラスト板部は前記回転軸の回転方向に延びる環状部材を有し、前記環状部材のスラスト方向に関する中央部に、前記回転方向に関して間隔をあけて複数の開口部が形成されており、
   複数の前記回転翼は、前記中央部における前記開口部以外の領域である、請求項１に記載のエアタービン駆動スピンドル。
8. 複数の前記開口部のそれぞれは、ラジアル方向に沿って延びる第１の除去部と、前記環状部材のスラスト方向に対して斜め方向に沿って延びる第２の除去部とを接続した形状であり、
   前記第１および第２の除去部の接合された部分の形状は曲面状である、請求項７に記載のエアタービン駆動スピンドル。
9. 複数の前記環状部材のスラスト方向後側には凸形状を有する後端部が形成されている、請求項７または８に記載のエアタービン駆動スピンドル。

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