JP2583767Y2 - エアータービン駆動静圧気体軸受スピンドル装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は圧縮空気により回転されるエアータービン駆
動静圧気体軸受スピンドル装置に関し、特に、タービン
が回転する際の騒音を抑制したものに関する。

〔従来の技術〕

エアータービン駆動静圧気体軸受スピンドル装置は、
圧縮空気をタービンノズルからタービン翼に向けて噴出
させてタービンを回転させるものであり、モーターによ
る駆動と異なりドライバーあるいはインバータを必要と
しないため非常に安価である。また、電気を使用しない
ため特別な防爆処置を施こす必要もない。

〔考案が解決しようとする課題〕

上述したスピンドル装置は、多量の圧縮空気をタービ
ン翼に吹きつけタービンを回転させるため、回転時の音
が作業環境問題の一要因となっていた。

そこで、本考案は、タービンが回転する際の騒音を特
別な防音手段を用いずに低減することをその目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

本考案では、タービン翼の枚数ｎが、可聴域限界周波
数fmax（Hz）をタービンの毎秒当りの回転数Ｎ（rps）
で除した値よりも多くなるようにした。

〔作用〕

タービンが回転する際に発生する騒音は、多量の圧縮
空気がタービン翼に当たる際の一種の風切り音と考えら
れる。

第３図及び第４図は、この騒音を周波数分析した結果
を示す。尚、横軸に騒音の周波数ｆ（Hz）、縦軸に騒音
レベル（mV）をとっている。同図で明らかな様に、騒音
値はある周波数でピーク値を示し、このピーク値が騒音
の主原因になっていることが分かる。そして、種々の条
件で分析を行なった結果、騒音がピーク値を示す周波数
（以下、ピーク値周波数f_PKと称す）がタービン翼枚数
ｎとタービン回転数Ｎ（rps）とに比例し、 f_PK（Hz）＝ｎ×Ｎ なる関係があることが分かった。

例えば、ｎ＝15、Ｎ＝1000の場合、上式からピーク周
波数f_PKは15000Hzになるが、この値は第３図に示す測定
結果と一致する。

本考案はピーク周波数f_PKを人の可聴域限界周波数以
上の値にすることによって、騒音の主原因となるピーク
騒音が人の耳では聞き取ることができないようにしたも
ので、これにより騒音が実質的に低減される。可聴域限
界周波数をfmax（Hz）とすると、 f_PK＝ｎ×Ｎ＞fmax これより、 となり、タービン翼枚数ｎが可聴域周波数fmaxをタービ
ンの毎秒当りの回転数Ｎ（rps）で除した値よりも多く
なるようにすることで、ピーク周波数f_PKが可聴域限界
周波数fmaxよりも大きくなる。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本考案に係るスピンドル装置を示す。

このスピンドル装置は、ハウジング（１）、ハウジン
グに回転自在に挿入された主軸（２）、主軸（２）に結
合されたタービン（３）、主軸（２）をラジアル方向か
ら非接触支持する空気軸受（４）、タービン（３）をス
ラスト方向から非接触支持する空気軸受（５）を主要な
構成要素とする。

（６）は、空気軸受（４）（５）に圧縮空気を供給す
るため給気孔であり、空気軸受（４）（５）はこの給気
孔（６）から供給された圧縮空気を夫々のノズル（4a）
および（5a）から噴出させることによって静圧を発生さ
せ、この静圧により主軸（２）およびタービン（３）を
回転自在に非接触支持する。

タービン（３）の外周には、第２図に示す様に、複数
のタービン翼（3a）が同一円周上に等間隔に形成されて
１つの翼列をなしている。本実施例では、この翼列を２
列とし、一方の翼列のタービン翼（3a）が他方の翼列の
タービン翼（3a）（3a）間に位置するように形成位相を
ずらしてある。タービン翼（3a）の形成枚数は、２つの
翼列の合計枚数ｎが可聴域限界周波数fmax（Hz）をター
ビン（３）の回転数Ｎ（rps）で除した値よりも多くな
るようにしてある。一般に、人の可聴域限界周波数fmax
は15000Hz程度であることが知られており、タービン翼
（3a）の枚数ｎはこの値を勘案して決定する。

（７）はタービンノズルであり、給気口（８）から供
給された圧縮空気をタービン翼（3a）の平均径（3b）に
向けて四方向から噴出させて、タービン（３）を回転さ
せる。圧縮空気はタービン（３）を回転させた後、排出
口（９）から排出される。

〔考案の効果〕

本考案によれば、タービン翼の枚数を所定の条件を満
たす枚数にすることで、タービンの回転に伴なう騒音を
実質的に低減することができる。しかも、特別な防音手
段を必要としないので、容易に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す断面図、 第２図は第１図のII−II断面を示す断面図、 第３図および第４図は騒音の周波数分析の結果を示すグ
ラフである。 ３…タービン、3a…タービン翼 ７…タービンノズル n:タービン翼枚数 fmax:可聴域限界周波数（Hz） N:タービンの回転数（rps） f_PK：ピーク周波数（Hz）

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ハウジングに回転自在に挿入された主軸
   と、主軸に結合されたタービンと、主軸をラジアル方向
   から非接触支持する空気軸受と、タービンをスラスト方
   向から非接触支持する空気軸受とを備え、ハウジングに
   設けられたタービンノズルから噴出させた圧縮空気を、
   タービンの外周に設けられた複数のタービン翼に吹きつ
   けてタービンを高速回転させるエアータービン駆動静圧
   気体軸受スピンドル装置において、 タービン翼の枚数ｎが、可聴域限界周波数fmax（Hz）を
   タービンの毎秒当たりの回転数Ｎ（rps）で除した値よ
   りも多くなるようにし、騒音のピーク周波数fpk（Hz）
   を人の可聴域限界周波数fmax（Hz）よりも大きくしたエ
   アータービン駆動静圧気体軸受スピンドル装置。
2. 【請求項２】ハウジングに回転自在に挿入された主軸
   と、主軸に結合されたタービンと、主軸をラジアル方向
   から非接触支持する空気軸受と、タービンをスラスト方
   向から非接触支持する空気軸受とを備え、ハウジングに
   設けられたタービンノズルから噴出させた圧縮空気を、
   タービンの外周に設けられた複数のタービン翼に同時に
   吹きつけてタービンを高速回転させるエアータービン駆
   動静圧気体軸受スピンドル装置において、 タービン翼を同一円周上に配置した翼列を軸方向に複数
   列設けると共に、タービン翼の円周方向の配置位相を隣
   り合った翼列間ごとにずらし、且つ、全翼列のタービン
   翼合計枚数ｎが、可聴域限界周波数fmax（Hz）をタービ
   ンの毎秒当たりの回転数Ｎ（rps）で除した値よりも多
   くなるようにし、騒音のピーク周波数fpk（Hz）を人の
   可聴域限界周波数fmax（Hz）よりも大きくしたエアータ
   ービン駆動静圧気体軸受スピンドル装置。