JP6654003B2 - エアタービン駆動スピンドル - Google Patents

Description

この発明は、精密加工機や静電塗装装置などに適用されるエアタービン駆動スピンドルに関し、特に回転軸を回転自在に保持しているハウジングアッシがＯリングを用いて筐体に支持されているエアタービン駆動スピンドルに関する。

従来、精密加工機や静電塗装装置に用いられるエアタービン駆動スピンドルとして、回転軸と、回転軸の外周面を取り囲むように配置された軸受スリーブ（ハウジングアッシ）と、当該軸受スリーブを、Ｏリングを介して支持するハウジング（筐体）とを備えた静圧気体軸受スピンドルが知られている（たとえば、特開２００８−１３８８５０号公報、特開平０９−０７２３３８号公報参照）。

上記のようなエアタービン駆動スピンドルは、ハウジングアッシと筐体との間に隙間が形成されている。当該隙間は、スラスト方向およびラジアル方向に沿ってそれぞれ延びるように形成されている。当該隙間は、ハウジングアッシと筐体の設計自由度を大きくし、また、回転軸の振れ回り振動に伴う筐体に対するハウジングアッシの位置変動の許容値を大きくするために設けられている。Ｏリングは、当該隙間を気密シールし、また回転軸の振れ回り振動を減衰させるために設けられている。

上記のようなエアタービン駆動スピンドルにおいて、回転軸は、スラスト板部のラジアル方向における外周部から筐体に向かって突出する回転翼を有している。エアタービン駆動スピンドルの筐体内には、回転軸を回転駆動するための高圧の駆動用気体（圧縮空気など）を筐体の内外に給排気するための流通路が設けられている。当該流通路は筐体内において回転軸（回転翼および回転翼に隣接する部分）の周囲に形成されている。

また、筐体内において回転軸の周囲には上記流通路以外の他の空間も形成されている。たとえば、静電塗装装置の回転型霧化ヘッドに適用されるエアタービン駆動スピンドルでは、回転軸のラジアル方向における中心（軸中心）にスラスト方向に延びる貫通孔が形成されている。当該貫通孔は塗料噴射ノズルを挿入するためのものである。当該貫通孔内の空間と上記流通路とは、筐体内において回転軸の周囲に形成されるさらに別の空間（スラスト方向に対向する回転軸のスラスト板部と筐体との隙間に形成される空間）を介して接続されている。

特開２００８−１３８８５０号公報 特開平０９−０７２３３８号公報

ここで、駆動用気体の上記流通路は、筐体内において回転軸の周囲に形成される上記流通路以外の他の空間との間で気体の流通が抑制されているのが好ましい。これは、駆動用気体の上記流通路と上記他の空間との間で気体が容易に流通すると、回転軸に設けられた貫通孔内の圧力が高まる結果、たとえば静電塗装装置に適用されるエアタービン駆動スピンドルでは塗装品質に悪影響を及ぼすことが懸念されるためである。

上記気体の流通の抑制は、スラスト方向に対向する回転軸と筐体との隙間を小さく保つことにより形成される非接触シールにより実現される必要がある。これは、筐体内において回転軸は高速回転するためである。たとえば静電塗装装置に適用されるエアタービン駆動スピンドルの回転軸は、８００００回転／分といった高速回転する。

しかしながら、上記エアタービン駆動スピンドルは、上述のように、ハウジングアッシと筐体との間の隙間がラジアル方向に沿って延びるように形成されているため、ハウジングアッシが筐体に対してスラスト方向にも相対的に移動可能に設けられている。そのため、ハウジングアッシが筐体に対してスラスト方向に相対的に移動すると、ハウジングアッシに支持されている回転軸も筐体に対してスラスト方向に相対的に移動する。このとき、スラスト方向に対向する回転軸と筐体との間隔が変動するため、非接触シールを維持することが困難であった。

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、ハウジングアッシの筐体に対する相対的な位置を変動可能としながらも、回転軸と筐体との間に高い気密性を有する非接触シールを備えるエアタービン駆動スピンドルを提供することにある。

本発明に係るエアタービン駆動スピンドルは、回転軸と、回転軸を回転自在に支持しているハウジングアッシと、回転軸およびハウジングアッシを収容する筐体とを備え、回転軸を回転駆動するための高圧の駆動用気体を筐体の内外に給排気するための流通路が筐体内に設けられている。筐体は、回転軸のスラスト方向に交差する方向に延びてハウジングアッシと接する基準面を含む。上記エアタービン駆動スピンドルは、基準面にハウジングアッシを付勢する弾性体をさらに備える。

本発明によれば、ハウジングアッシの筐体に対する相対的な位置を変動可能としながらも、回転軸と筐体との間に高い気密性を有する非接触シールを備えるエアタービン駆動スピンドルを提供することができる。

実施の形態１に係るエアタービン駆動スピンドルの断面図である。 図１中の線分ＩＩ−ＩＩから見た断面図である。 図２中の線分ＩＩＩ−ＩＩＩから見た部分断面図である。 図１に示したエアタービン駆動スピンドルの回転軸先端にカップを取り付けた状態を示す断面図である。 図３に示したエアタービン駆動スピンドルの変形例を示す部分断面図である。 図３に示したエアタービン駆動スピンドルの他の変形例を示す部分断面図である。 実施の形態２に係るエアタービン駆動スピンドルの部分断面図である。 図７に示したエアタービン駆動スピンドルの変形例を示す部分断面図である。 図３に示したエアタービン駆動スピンドルのさらに他の変形例を示す部分断面図である。 図３に示したエアタービン駆動スピンドルのさらに他の変形例を示す部分断面図である。 図３に示したエアタービン駆動スピンドルのさらに他の変形例を示す部分断面図である。

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）
＜エアタービン駆動スピンドルの構成＞
図１〜図４を参照して、実施の形態１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の断面図である。図２は、図１中の線分ＩＩ−ＩＩから見た断面図であり、回転軸１は図示していない。図３は、図２中の線分ＩＩＩ−ＩＩＩから見たエアタービン駆動スピンドル１００の基準状態を説明するための部分断面図である。図４は、エアタービン駆動スピンドル１００を用いて構成された静電塗装装置の回転型霧化ヘッドの断面図である。

エアタービン駆動スピンドル１００は、回転軸１と、回転軸１を回転可能に支持するハウジングアッシ２と、回転軸１およびハウジングアッシ２を収容する筐体とを備える。筐体は、ハウジングアッシ２の外周側に位置するカバー５と、回転軸１、ハウジングアッシ２、およびカバー５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ノズル板６とを含む。筐体（ノズル板６）は、回転軸１のスラスト方向に交差する方向に延びてハウジングアッシ２と接する基準面３０を含む。エアタービン駆動スピンドル１００は、基準面３０にハウジングアッシ２を付勢する弾性体（第１のＯリング２８）をさらに備える。

回転軸１は、円筒形状を有する軸部１Ａと、当該軸部１Ａに対し回転軸１の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、回転軸１のスラスト方向における一方の端部に接続されている。以下、スラスト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、スラスト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。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。

スラスト板部１Ｂは、図３に示すように、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）よりもスラスト方向における厚みが薄い薄肉部１Ｄを有している。厚肉部１Ｃは上記第１貫通孔１７を囲うように形成されている。薄肉部１Ｄは当該厚肉部１Ｃを囲うように形成されている。当該薄肉部１Ｄ上には、回転翼１５が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、図１に示すように、回転翼１５が駆動用給気ノズル１４（詳細は後述する）から噴出された気体を受けることにより、回転中心軸Ａを中心として回転可能に設けられている。厚肉部１Ｃおよび薄肉部１Ｄの前側に位置する面は同一平面として構成されている。すなわち、スラスト板部１Ｂは前側に位置する平面を有している。

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３を構成する材料は、たとえばアルミニウムまたはステンレスである。軸受スリーブ４を構成する材料は、たとえば銅合金、カーボン材、または樹脂である。

ハウジングアッシ２は、ハウジング３が第１のＯリング２８を介してカバー５とスラスト方向に接続されている。また、ハウジングアッシ２は、ハウジング３が第２のＯリング２７ａおよび第３のＯリング２７ｂを介してカバー５とラジアル方向に接続されている。つまり、ハウジングアッシ２とカバー５とは、スラスト方向に互いに間隔を隔てて対向する部分と、ラジアル方向に互いに間隔を隔てて対向する部分とを有し、それぞれの部分において第１のＯリング２８、第２のＯリング２７ａおよび第３のＯリング２７ｂを介して互いに接続されている。このとき、ハウジングアッシ２とカバー５との間には、第１のＯリング２８、第２のＯリング２７ａ、および第３のＯリング２７ｂによって互いに分断された隙間２６が形成されている。さらに、ハウジングアッシ２は、ハウジング３が後述する基準面３０とスラスト方向に接続されている。

ハウジング３は、円筒形状を有する軸部分と、当該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分とを含む。ハウジング３の外周面には、回転軸１の回転中心軸Ａの周りを周回するように形成されている軸部分の円周面と、スラスト板部分の前側に位置する平面とが含まれている。ハウジング３の軸部分の円周面上には、回転中心軸Ａの周りを周回するように２つの環状溝が形成されている。

カバー５の内周面には、ハウジング３の上記円周面とラジアル方向において対向するように形成されている円周面と、ハウジング３の上記スラスト板部分の前側に位置する平面とスラスト方向において対向するように形成されている平面とが含まれている。カバー５の当該平面上には、回転中心軸Ａの周りを周回するように環状溝５１が形成されている。

第１のＯリング２８は、図３に示すように、カバー５に形成された環状溝５１の内部に配置されている。第１のＯリング２８は、前側に位置する部分が環状溝５１の内周面と接しているとともに、後側に位置する部分がハウジング３の上記スラスト板部分の前側に位置する面と接している。第１のＯリング２８は、第２のＯリング２７ａおよび第３のＯリング２７ｂ（図１参照）よりも後側に配置されている。なお、ハウジング３のスラスト板部分の前側に位置する平面上には回転中心軸Ａの周りを周回するように環状溝が形成されていてもよく、第１のＯリング２８は当該環状溝の内部に配置されていてもよい。

第２のＯリング２７ａおよび第３のＯリング２７ｂは、図１に示すように、回転軸１の振れ回り振動を減衰するために設けられており、従来のエアタービン駆動スピンドルにおいて当該振れ回り振動を減衰するためのＯリングと同様の構成を備えている。具体的には、第２のＯリング２７ａおよび第３のＯリング２７ｂは、ラジアル方向の内周側に位置する部分がハウジング３に形成された２つの環状溝の内周面にそれぞれ接しているとともに、外周側に位置する部分がカバー５の内周面に接している。

第１のＯリング２８、第２のＯリング２７ａおよび第３のＯリング２７ｂを構成する材料は、任意の弾性体であればよいが、好ましくは溶剤に対する耐性が高い材料であり、たとえばふっ素ゴムまたはパーフロロエラストマーである。当該材料は、より好ましくは導電性を有する弾性体であり、たとえば導電性シリコンゴムまたは導電性フッ素系ゴムなどである。このようにすれば、ハウジングアッシ２とカバー５との間で電位差が生じることを防止することができる。たとえば塗料に対して高電圧が印加される静電塗装装置に適用されるエアタービン駆動スピンドルにおいては、エアタービン駆動スピンドル内部での放電の発生を抑制することができる。

ノズル板６は、ハウジングアッシ２の後側に位置する面およびカバー５の後側に位置する面と接している前側に位置する面を含み、当該前側に位置する面の一部がハウジングアッシ２と接する基準面３０として構成されている。図１および図２に示されるように、基準面３０は、たとえばノズル板６の前側に位置する面上において、たとえば駆動用給気路１３よりもラジアル方向の内周側に位置している。基準面３０は、回転軸１の回転方向において、当該領域の一部上に形成されていればよいが、たとえば当該領域の全体に渡って形成されている。

基準面３０およびハウジングアッシ２において基準面３０に接触される面は、互いに高い摺動性を有しているのが好ましい。基準面３０およびハウジングアッシ２において基準面３０に接触される面の少なくともいずれかは、摺動性を向上させるための表面処理層（図示しない）が形成された面として構成されていてもよい。当該表面処理層は、ハウジングアッシ２またはノズル板６を構成する材料に応じて適宜選択され得るが、たとえばメッキ膜、アルマイト膜、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜、およびフッ素樹脂皮膜からなる群から選択される少なくともいずれか１つを含む。

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磁石１６が配置されている。磁石１６はスラスト板１Ｂ部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。これにより磁石１６はスラスト板部を磁気力により吸引する。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の薄肉部１Ｄ（図１参照）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。

ハウジングアッシ２およびカバー５は、回転軸１の軸部１Ａと軸受スリーブ４との間および回転軸１のスラスト板部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いる。また、ハウジングアッシ２およびカバー５は、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、ハウジングアッシ２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、他方端が回転軸１の軸部１Ａと軸受スリーブ４との軸受隙間、および回転軸１のスラスト板部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。回転軸１の軸部１Ａと軸受スリーブ４との軸受隙間は、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供給されることにより、ジャーナル軸受７を構成する。回転軸１のスラスト板部１Ｂと軸受スリーブ４との軸受隙間は、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供給されることにより、磁石１６とともに、スラスト軸受８を構成する。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回転軸１のスラスト板部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って生じる押圧力と、磁石１６の吸引力とにより構成される。

カバー５とノズル板６とは固定されている。ノズル板６の内部には、回転軸１のスラスト板部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。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、たとえばノズル板６の前側に位置する面に対して後側に向かって凹んでいる凹部が、ハウジングアッシ２およびカバー５の後側に位置する面によって塞がれることにより構成されている。駆動用給気ノズル１４は、上述のように、ノズル板６の前側に位置する面上において基準面３０と回転中心軸Ａの周方向に隣接している。駆動用給気路１３および駆動用給気ノズル１４は、たとえば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る。

ノズル板６の内部には、回転軸１のスラスト板部１Ｂよりも後側に位置し、スラスト板部１Ｂとスラスト方向において対向する隔壁２２が設けられている。隔壁２２は、ノズル板６において、駆動用給気ノズル１４よりもラジアル方向の中央側に位置し、排気孔１１よりも前側であって基準面３０よりも後側に位置する部分に、回転軸１のスラスト板部１Ｂの後側の面と対向するように設けられている。ノズル板６および隔壁２２には、駆動用給気ノズル１４から回転翼１５に供給された駆動用気体をスピンドルの外部に排気可能に設けられている駆動用気体排気ポート１９、駆動用気体排気空間２０、および排気孔１１が形成されている。駆動用気体排気ポート１９は隔壁２２に形成されており、駆動用気体排気空間２０はノズル板６と隔壁２２との間に形成されている。

駆動用気体排気ポート１９は、図３に示すように、回転軸１のスラスト板部１Ｂの薄肉部１Ｄと厚肉部１Ｃとの境界領域とスラスト方向に重なる位置に形成されているのが好ましい。スラスト板部１Ｂの薄肉部１Ｄと隔壁２２とに挟まれており、かつ隣り合う回転翼１５に挟まれている空間２１は、駆動用給気ノズル１４（図１参照）および駆動用気体排気ポート１９とそれぞれ接続されている。厚肉部１Ｃと隔壁２２とに挟まれている空間３１は、ラジアル方向において上記空間２１と第１貫通孔１７内に形成される空間との間に位置し、これらを接続している。空間３１のスラスト方向における幅（厚肉部１Ｃと隔壁２２とのスラスト方向における間隔）は、空間２１のスラスト方向における幅よりも狭い。

排気孔１１は、ノズル板６において、駆動用給気路１３（図１参照）および駆動用給気ノズル１４（図１参照）よりもラジアル方向における中央側に形成されている。排気孔１１は、駆動用気体排気空間２０からノズル板６の外部に連通するように形成されている。ノズル板６において駆動用気体排気ポート１９と排気孔１１との間には駆動用気体排気空間２０が形成されている。駆動用気体排気空間２０は、回転軸１のスラスト板部１Ｂと隔壁２２との間に形成される空間よりも体積が大きい。

ノズル板６および隔壁２２には、さらにそれぞれ貫通孔が形成されている。図１に示すように、隔壁２２には、ラジアル方向の中央側に位置し第１貫通孔１７とスラスト方向に連なるように第２貫通孔２３が形成されている。ノズル板６には、ラジアル方向の中央側に位置し第１貫通孔１７および隔壁２２の上記第２貫通孔２３とスラスト方向に連なるように第３貫通孔２４が形成されている。また、ノズル板６には、上記貫通孔よりもラジアル方向の外周側であって駆動用気体排気ポート１９よりもラジアル方向の中央側に回転センサ挿入口１８が形成されている。隔壁２２には、回転センサ挿入口１８とスラスト方向において重なる位置に回転センサ用貫通孔２５が形成されている。上記回転センサ挿入口１８および回転センサ用貫通孔２５は、スラスト板部における被回転検出部とスラスト方向において対向するように形成されている。上記回転センサ挿入口１８および回転センサ用貫通孔２５は、被回転検出部に対してレーザ光などの光を照射し、反射光を得るための回転センサを配置するために形成されている。このような構成を備えることにより、上述したスピンドルでは回転軸１の回転数を光学的に測定することができる。

エアタービン駆動スピンドル１００が静電塗装装置用に構成されている場合には、図４に示すように、回転軸１の前側の端部に円錐形のカップ４０が取り付けられる。また、第１貫通孔１７、第２貫通孔２３および第３貫通孔２４の内部にはカップ４０に塗料を供給するための塗料供給管４１が配置される。

＜スピンドルの動作＞
次に、本実施の形態に係るエアタービン駆動スピンドル１００の動作について説明する。図示しないエアコンプレッサなどの駆動用気体供給源から供給された駆動用気体は、駆動用気体給気口１２から駆動用給気路１３を通じて駆動用給気ノズル１４に供給される。駆動用給気ノズル１４に供給された駆動用気体は、回転軸１のスラスト板部１Ｂの回転翼１５に向けて、スラスト板部１Ｂの接線方向（回転方向）とほぼ平行な方向に沿って噴出される。回転翼１５は噴出された駆動用気体を後方曲面部において受ける。このとき、回転翼１５に噴出された駆動用気体は後方曲面部の外周側に到達し、後方曲面部に沿って流れることで向きを変えられ、駆動用気体排気ポート１９から駆動用気体排気空間２０に達して排気孔１１から外部に排気される。回転翼１５には駆動用気体に与えた力の反力が作用し、回転軸１のスラスト板部１Ｂは回転トルクを与えられる。これにより、回転軸１は回転方向に沿って回転する。回転軸１の回転数は、たとえば数万ｒｐｍ以上とすることができる。つまり、上述したエアタービン駆動スピンドル１００は、たとえば静電塗装機用スピンドルに好適である。

＜作用効果＞
背景技術の欄にて説明した従来のエアタービン駆動スピンドルでは、回転軸と筐体とのスラスト方向における間隔の変動を抑制することが困難であり、駆動用気体の上記流通路と筐体内の他の空間との間で気体の流通を抑制することが困難であった。

具体的には、たとえば静電塗装装置の回転型霧化ヘッドに適用されるエアタービン駆動スピンドルであれば、回転軸にはラジアル方向の中央部にスラスト方向に延びる貫通孔が形成されており、当該貫通孔内に塗料を供給するための塗料供給管が挿入される。上記駆動用気体の流通路と上記貫通孔内部の空間とは、ラジアル方向の中央部と外周部との間において回転軸と筐体との間に形成される空間により接続されている。そのため、上記流通路と、回転軸の上記貫通孔内部の空間とは、気体の流通が抑制されている必要がある。これは、回転軸の上記貫通孔内に駆動用気体が流入すると、カップの回転によって霧化されるべき塗料がカップに達した駆動用気体により押し出されてしまうため、塗料の霧化が均一に行われず、塗装品質が低下するという問題が生じるためである。

ここで、静電塗装装置に適用されるエアタービン駆動スピンドルは、上述のようにたとえば８００００回転／分と高速回転するため、上記のような気密は非接触シールにより実現される必要がある。当該非接触シールは、上記流通路に含まれる回転軸と筐体との間の空間と、回転軸の上記貫通孔内部の空間との間を接続する、スラスト方向において間隔を隔てて対向する回転軸と筐体との隙間に形成される空間により、隙間シールとして構成されるのが好ましい。

しかし、従来のエアタービン駆動スピンドルでは、上述のようにハウジングアッシと筐体との間に隙間が形成されていることにより、その隙間の範囲でハウジングアッシが自由に移動し、ハウジングアッシ内に保持された回転軸も共に移動する。そのため、ハウジングアッシと筐体との隙間を確保しながら、回転軸と筐体とのスラスト方向における間隔の変動を抑制して、回転軸と筐体との間に形成される空間によって高い気密性を有する上記非接触シールを実現することは困難であった。

これに対し、エアタービン駆動スピンドル１００は、回転軸１と、回転軸１を回転自在に支持しているハウジングアッシ２と、回転軸１およびハウジングアッシ２を収容する筐体（カバー５およびノズル板６）とを備える。筐体（ノズル板６）は、回転軸１のスラスト方向に交差する方向に延びてハウジングアッシ２と接する基準面３０を含む。上記エアタービン駆動スピンドル１００は、基準面３０にハウジングアッシ２を付勢する弾性体（第１のＯリング２８）をさらに備える。上記エアタービン駆動スピンドル１００において、弾性体（第１のＯリング２８）は、スラスト方向において基準面３０と接するハウジングアッシ２の一部から見て、基準面３０の位置する側と反対側において、ハウジングアッシ２とカバー５との間に配置されている。

そのため、上記エアタービン駆動スピンドル１００は、第１のＯリング２８によってハウジングアッシ２がノズル板６の基準面３０に付勢されて、両者が接している状態を基準状態として保持される。その結果、回転軸１とノズル板６とのスラスト方向における間隔、およびハウジングアッシ２とノズル板６とのスラスト方向における間隔が上記基準状態から変動することを抑制することができる。

具体的には、たとえば、回転軸１およびハウジングアッシ２が前側に向かう力を受けたとき、ハウジングアッシ２は弾性変形された第１のＯリング２８によって当該力を弱めるように（または打ち消すように）後側に付勢されるため、ハウジングアッシ２とノズル板６とのスラスト方向における間隔が上記基準状態から広がるように変動することを抑制することができる。また、回転軸１およびハウジングアッシ２が後側に向かう力を受けたときには、ハウジングアッシ２は基準面３０に接しているために、ハウジングアッシ２とノズル板６とのスラスト方向における間隔が上記基準状態から狭まるように変動することを抑制することができる。

このとき、エアタービン駆動スピンドル１００は、ハウジングアッシ２が上記のようなスラスト軸受８を含んでいるため、回転軸１とハウジングアッシ２とのスラスト方向における間隔の変動が抑制されている。そのため、ハウジングアッシ２とノズル板６とのスラスト方向における間隔の変動が抑制されていることにより、回転軸１とノズル板６とのスラスト方向における間隔の変動をより効果的に抑制することができる。そのため、回転軸１とノズル板６との間の空間３１（厚肉部１Ｃと隔壁２２とに挟まれている空間３１）は、高い気密性を有する非接触シールとして機能することができる。これにより、空間３１を介して接続される空間２１と、カバー５およびノズル板６内において回転軸１の周囲に形成される他の空間（たとえば、回転軸１の第１の貫通孔１７内の空間や、回転センサ用貫通孔２５および回転センサ挿入口１８内の空間）との間を、気密することができる。そのため、カバー５およびノズル板６内における駆動用気体の流れの変化を抑制することができる。

このようなエアタービン駆動スピンドル１００は、静電塗装装置に用いられるエアタービン駆動スピンドルに特に有利に適用される。静電塗装装置の回転型霧化ヘッドに適用されたエアタービン駆動スピンドル１００は、塗料の霧化を均一に行うことができ、高い塗装品質を実現できる。

また、図１および図３に示されるように、駆動用給気ノズル１４の少なくとも一部が、ノズル板６に形成された凹部とハウジングアッシ２の後側に位置する面とにより囲まれた空間として構成されている場合には、ハウジングアッシ２とノズル板６とのスラスト方向における間隔の変動が抑制されていることにより、駆動用給気ノズル１４の容積の変動を抑制することができる。その結果、エアタービン駆動スピンドル１００は、回転軸１の回転数などについて高い制御性を有している。

また、エアタービン駆動スピンドル１００において、上記基準状態は第１のＯリング２８により保持される。そのため、カバー５およびノズル板６の内部において回転軸１およびハウジングアッシ２を収容するための空間のスラスト方向の寸法の公差と、回転軸１およびハウジングアッシ２のスラスト方向の寸法の公差は、いずれも第１のＯリング２８がハウジングアッシ２を基準面３０に付勢可能な限りにおいて、大きく取ることができる。つまり、これらの寸法のばらつきは、第１のＯリング２８の弾性変形量の変化として吸収可能な限りにおいて許容される。その結果、エアタービン駆動スピンドル１００の製造コストを低減することができる。

＜変形例１＞
図５を参照して、ハウジングアッシ２は、基準面３０と摺動可能に設けられている摺動部材３２を含んでいてもよい。摺動部材３２は、スラスト方向においてハウジング３とノズル板６との間に配置されている。言い換えると、ハウジング３とノズル板６とは、摺動部材３２を介して接続されている。摺動部材３２は、ハウジング３のスラスト板部分と摺動可能に設けられているのが好ましい。ハウジング３のスラスト板部分は、たとえば前側が後側よりもラジアル方向において凸状に形成されている。当該凸状に形成されている部分の後側に位置する面に摺動部材３２の前側に位置する面が摺動可能に接続されているとともに、当該凸状に形成されている部分の後側に位置する面よりも後側に位置するスラスト板部分の外周面に摺動部材３２の内周面が摺動可能に接続されている。摺動部材３２は、磁石１６よりもラジアル方向の外周側に配置されている。摺動部材３２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。摺動部材３２を構成する材料は、ハウジング３を構成する材料がノズル板６との間で高い摺動性を有する材料であればこれと同一であってもよく、たとえばアルミニウムまたはステンレスである。また、摺動部材３２を構成する材料は、ハウジング３を構成する材料がノズル板６との間で摩擦抵抗が高い材料であれば、ハウジング３を構成する材料と異なる材料であってノズル板６との間で高い摺動性を有する材料であるのが好ましく、たとえばポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリプロピレン、カーボン材からなる群から選択される少なくとも１つである。

このようにしても、ハウジングアッシ２は、第１のＯリング２８によって後側に付勢されることにより摺動部材３２がノズル板６の基準面３０に接している状態を基準状態として保持される。そのため、エアタービン駆動スピンドル１００と同様の効果を奏することができる。

さらに、摺動部材３２はノズル板６に対して高い摺動性を有している。そのため、回転軸１およびハウジングアッシ２がカバー５およびノズル板６に対しラジアル方向に相対的に移動するような場合にも、当該相対的な移動を妨げることなくハウジングアッシ２とノズル板６とが接触した上記基準状態を維持することができる。たとえば回転軸１が回転駆動されることによって回転軸１およびハウジングアッシ２がカバー５およびノズル板６に対して相対的に振動するときにも、摺動部材３２とノズル板６とは容易に摺動することができる。そのため、回転軸１およびハウジングアッシ２が第２のＯリング２７ａおよび第３のＯリング２７ｂ（図１参照）によってカバー５に対してラジアル方向に弾性支持されていれば、第２のＯリング２７ａおよび第３のＯリング２７ｂによる上記振動の減衰効果を十分大きくすることができる。また、摺動部材３２がノズル板６の基準面３０と繰り返し摺動しても、摺動部材３２およびノズル板６の摩耗を抑制することができる。

また、摺動部材３２は、ハウジング３およびノズル板６に対する摺動性を向上させるための表面処理層（図示しない）を含んでいてもよい。当該表面処理層は、ハウジング３およびノズル板６を構成する材料に応じて適宜選択され得るが、たとえばメッキ膜、アルマイト膜、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜、およびフッ素樹脂皮膜からなる群から選択される少なくともいずれか１つを含む。また、摺動部材３２は、ハウジングアッシ２を構成する他の部材と摺動可能に設けられていればよく、磁石１６と摺動可能に設けられていてもよい。

＜変形例２＞
図６を参照して、第１のＯリング２８は、ハウジング３の軸部分の前側に位置する面とカバー５の前側においてハウジング３の上記面と対向する面との間に配置されていてもよい。異なる観点から言えば、第１のＯリング２８は、第２のＯリング２７ａ、第３のＯリング２７ｂよりも前側に配置されていれもよい。このようにしても、第１のＯリング２８は、スラスト方向において基準面３０と接するハウジングアッシ２の一部から見て、基準面３０の位置する側と反対側において、ハウジングアッシ２とカバー５との間に配置されている。そのため、第１のＯリング２８は、基準面３０にハウジングアッシ２を付勢することができる。その結果、図６に示されるエアタービン駆動スピンドルによれば、図１〜図４に示されるエアタービン駆動スピンドル１００と同様の作用効果を奏することができる。

（実施の形態２）
次に、図７を参照して、実施の形態２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。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、カバー５が基準面３０を有し、基準面３０にハウジングアッシ２を付勢する第４のＯリング２９（弾性体）を備えている点で異なる。

カバー５は、ハウジングアッシ２を挟んでノズル板６と対向するように設けられている部分の後側に位置する面を含み、当該後側に位置する面上においてラジアル方向の内周側に位置する領域が基準面３０として構成されている。基準面３０は、カバー５の後側に位置する面上において、ラジアル方向の内周側に位置する領域上に形成されている。基準面３０は、回転中心軸Ａ（図１参照）の周方向において、当該領域の全体に渡って形成されている。

エアタービン駆動スピンドル１０１は、ハウジングアッシ２とノズル板６との間に配置され、ハウジングアッシ２およびノズル板６と摺動可能に設けられている摺動部材３３をさらに備える。摺動部材３３は、エアタービン駆動スピンドル１００における摺動部材３２（図５参照）と基本的には同様の構成を備えるが、その前側に位置する部分が第４のＯリング２９を介してハウジング３と接続されており、かつ後側に位置する部分が基準面３０を含まないノズル板６に接している点で異なる。

ハウジング３、摺動部材３３、および第４のＯリング２９は、それぞれ互いに摺動可能に接続されている。第４のＯリング２９は、前側に位置する部分がハウジング３のスラスト板部分において基準面３０に接する前側に位置する面よりも後側に位置する面に接している。第４のＯリング２９の後側に位置する部分は、摺動部材３３においてノズル板６に接する後側に位置する面よりも前側に位置する面に接している。言い換えると、第４のＯリング２９は、スラスト方向において基準面３０と接するハウジングアッシ２の一部から見て、基準面３０の位置する側と反対側において、ハウジングアッシ２と摺動部材３３との間に配置されている。

摺動部材３３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。摺動部材３３の前側に位置する部分は、第４のＯリング２９の後側に位置する部分と接する領域と、第４のＯリング２９のラジアル方向の外周側に位置する部分と接する領域とを含む。つまり、第４のＯリング２９は、ラジアル方向およびスラスト方向において、ハウジング３と摺動部材３３との間に配置されている。

摺動部材３３を構成する材料は、ハウジング３を構成する材料がノズル板６との間で高い摺動性を有する材料であればハウジング３を構成する材料と同一であってもよく、たとえばアルミニウムまたはステンレスである。また、摺動部材３３を構成する材料は、ハウジング３を構成する材料がカバー５との間で摩擦抵抗が高い材料であれば、ハウジング３を構成する材料と異なる材料であってカバー５との間で高い摺動性を有する材料であるのが好ましく、たとえばポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリプロピレン、カーボン材からなる群から選択される少なくとも１つである。

ノズル板６の前側に位置する面は、摺動部材３３およびカバー５の後側に位置する面とそれぞれ接している。

このようにすれば、第４のＯリング２９によって、ハウジングアッシ２がカバー５の基準面３０に接している状態を基準状態として維持できる。その結果、ハウジングアッシ２とノズル板６とのスラスト方向における間隔が上記基準状態から変動することを抑制することができる。

また、たとえば、回転軸１およびハウジングアッシ２が前側に向かう力を受けたときには、当該力によってハウジングアッシ２が基準面３０に付勢されるため、ハウジングアッシ２がカバー５の基準面３０に接している状態が維持される。また、回転軸１およびハウジングアッシ２が後側に向かう力を受けたときには、摺動部材３３がノズル板６と接している状態が維持されるとともに、ハウジングアッシ２は第４のＯリング２９によって当該力を弱めるように（または打ち消すように）前側に付勢される。そのため、ハウジングアッシ２とノズル板６とのスラスト方向における間隔が上記基準状態から狭くなるように変動することを抑制することができる。そのため、エアタービン駆動スピンドル１０１は、エアタービン駆動スピンドル１００と同様に、回転軸１とノズル板６との間の空間３１（スラスト板部１Ｂの厚肉部１Ｃと隔壁２２とに挟まれている空間３１）は、高い気密性を有する非接触シールとして機能することができる。

なお、回転軸１が駆動用気体の供給を受けて回転駆動されているときには、回転軸１およびハウジングアッシ２の後側に大気圧よりも高い圧力の駆動用気体の流通路が形成されることにより、回転軸１およびハウジングアッシ２は前側に向かう力を受けている。そのため、上記第１のＯリング２８（図１参照）は、当該力を弱めるように（または打ち消すように）ハウジングアッシ２を後側に付勢する必要があるため、弾性限界が大きい材料で構成されているのが好ましい。これに対し、第４のＯリング２９は、当該力を弱めるように摺動部材３３のみを後側に付勢すればよい。また、回転軸１およびハウジングアッシ２は後側に向かう力も受け得るが、上記回転駆動時において当該力は上記前側に向かう力によって弱められ、または打ち消され得る。そのため、第４のＯリング２９は、第１のＯリング２８と比べて弾性限界が小さい材料で構成され得る。

＜変形例３＞
図８を参照して、エアタービン駆動スピンドル１０１において、ハウジングアッシ２は、基準面３０と摺動可能に設けられている摺動部材３２をさらに含んでいてもよい。摺動部材３２は、図５に示す上述したエアタービン駆動スピンドル１００における摺動部材３２と基本的には同様の構成を備える。エアタービン駆動スピンドル１０１における摺動部材３２は、スラスト方向においてカバー５とハウジング３との間に配置されている。言い換えると、ハウジング３とカバー５とは、摺動部材３２を介して接続されている。摺動部材３２は、ハウジング３のスラスト板部分と摺動可能に設けられているのが好ましい。

このようにしても、ハウジングアッシ２は、第４のＯリング２９によって前側に付勢されることにより摺動部材３２がカバー５の基準面３０に接している状態を基準状態として保持される。そのため、エアタービン駆動スピンドル１０１と同様の効果を奏することができる。

さらに、摺動部材３２はカバー５に対して高い摺動性を有している。そのため、上述のように、回転軸１およびハウジングアッシ２が第２のＯリング２７ａおよび第３のＯリング２７ｂによってカバー５に対してラジアル方向に弾性支持されていれば、第２のＯリング２７ａおよび第３のＯリング２７ｂ（図１参照）による上記振動の減衰効果を十分大きくすることができる。また、摺動部材３２がカバー５の基準面３０と繰り返し摺動しても、摺動部材３２およびノズル板６の摩耗を抑制することができる。

＜変形例４＞
エアタービン駆動スピンドル１００において基準面３０にハウジングアッシ２を付勢する弾性体は第１のＯリング２８であり、エアタービン駆動スピンドル１０１における当該弾性体は第４のＯリング２９であるが、これに限られるものでは無い。図９を参照して、上記弾性体は、ばね２８として構成されていてもよい。ばね２８はたとえばコイルばねである。ノズル板６に含まれる基準面３０にハウジングアッシ２を付勢するばね２８は、その前側に位置する一端がカバー５の後側に位置する面上に形成されている挿入孔５２に嵌め込まれており、その後側に位置する他端がハウジング３の前側に位置する面と接している。この場合、ばね２８の当該他端は、ハウジング３との間で摺動性を有するように設けられているのが好ましい。ばね２８を構成する材料がハウジング３との間で摺動性を有する材料であってもよいし、ばね２８の上記他端が上述した表面処理層で被覆されていてもよい。

＜変形例５＞
図１０を参照して、エアタービン駆動スピンドル１００，１０１において、ノズル板６は、回転軸１のスラスト板部１Ｂの厚肉部１Ｃと空間３１を挟んでスラスト方向に対向する領域に軸受スリーブ３４を含んでいてもよい。エアタービン駆動スピンドル１００，１０１は、上述のように、回転軸１とノズル板６とのスラスト方向における間隔の変動が抑制されている。そのため、スラスト板部１Ｂの厚肉部１Ｃとノズル板６の軸受スリーブ３４とに挟まれている空間３１は、軸受隙間を構成し得る。当該軸受隙間、および回転軸１の前側に形成された回転軸１と軸受スリーブ４との軸受隙間は、それぞれ気体が供給されることにより、磁石１６とともに、スラスト軸受８を構成し得る。スラスト軸受８は、軸受気体供給口９（図１参照）から軸受気体供給路１０に供給された気体が回転軸１のスラスト板部１Ｂと軸受スリーブ４との軸受隙間、および回転軸１のスラスト板部１Ｂの厚肉部１Ｃと軸受スリーブ３４との軸受隙間に供給されることによって生じる押圧力と、磁石１６の吸引力とにより構成される。

ノズル板６は、回転軸１のスラスト板部１Ｂの厚肉部１Ｃと軸受スリーブ３４との軸受隙間に気体を供給するための軸受気体供給路１０を含んでいる。軸受気体供給路１０は、たとえばカバー５内に設けられている軸受気体供給路１０と接続されている。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（図１参照）と接続されており、他方端がスラスト板部１Ｂの厚肉部１Ｃと軸受スリーブ３４との軸受隙間に接続されている。軸受気体供給路１０において当該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（図１参照）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。なお、ノズル板６において、軸受気体供給路１０は、回転中心軸Ａの周方向において駆動用給気路１３および駆動用給気ノズル１４（図２参照）と重ならない位置に設けられていればよい。

このようにすれば、回転軸１は、スラスト軸受８によりスラスト方向の前後において支持されている。そのため、このようなエアタービン駆動スピンドルは、回転軸１に対し前側にのみ設けられているスラスト軸受８を備えるエアタービン駆動スピンドル１００と比べて、スラスト方向における回転軸１の位置の変化をより抑制することができ、回転軸１をより安定して高速回転させることができる。また、上記エアタービン駆動スピンドルは、エアタービン駆動スピンドル１００と比べて回転軸１とノズル板６とのスラスト方向における間隔の変動が抑制されている。ため、空間３１はさらに高い気密性を有する非接触シールを構成することができる。

＜変形例６＞
図１１を参照して、エアタービン駆動スピンドル１００，１０１は、ノズル板６が軸受スリーブ３４を含む場合、ハウジングアッシ２が磁石１６（図１０参照）を備えていてなくてもよい。

このようにしても、スラスト軸受８は、スラスト板部１Ｂの厚肉部１Ｃとノズル板６の軸受スリーブ３４とに挟まれている軸受隙間および回転軸１の前側に形成された回転軸１と軸受スリーブ４との軸受隙間のそれぞれに気体が供給されることにより構成され得る。そのため、このようなスラスト軸受８を備えるエアタービン駆動スピンドルは、エアタービン駆動スピンドル１００，１０１と同様の効果を奏することができる。

なお、上述した実施の形態および上記変形例の各々の構成は、互いに組み合わせて使用され得る。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、上記した説明でなく特許請求の範囲によって表され、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。

本発明は、静電塗装装置などに用いられるエアタービン駆動スピンドルに特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、４，３４ 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 駆動用気体排気ポート、２０ 駆動用気体排気空間、２２ 隔壁、２３ 第２貫通孔、２４ 第３貫通孔、２５ 回転センサ用貫通孔、２６ 隙間、２７ａ，２７ｂ Ｏリング、２８ 第１のＯリング（弾性体），ばね（弾性体）、２９ 第４のＯリング（弾性体）、３０ 基準面、３２，３３ 摺動部材、４０ カップ、４１ 塗料供給管、５１ 環状溝、５２ 挿入孔、１００，１０１ エアタービン駆動スピンドル。

Claims (7)

1. 回転軸と、
   前記回転軸を回転自在に支持しているハウジングアッシと、
   前記回転軸および前記ハウジングアッシを収容する筐体とを備え、
   前記回転軸を回転駆動するための高圧の駆動用気体を前記筐体の内外に給排気するための流通路が前記筐体内に設けられているエアタービン駆動スピンドルにおいて、
   前記筐体は、前記回転軸のスラスト方向に交差する方向に延びて前記ハウジングアッシと接する基準面を含み、
   前記基準面に前記ハウジングアッシを付勢する弾性体をさらに備え、
   前記筐体は、前記ハウジングアッシの外周面の少なくとも一部を取り囲むカバーと、前記回転軸、前記ハウジングアッシ、および前記カバーと前記スラスト方向において対向するように設けられているノズル板とを含み、
   前記カバーは前記基準面を有し、
   前記ハウジングアッシと前記ノズル板との間に配置され、前記ハウジングアッシおよび前記ノズル板と摺動可能に設けられている摺動部材をさらに備え、
   前記弾性体は、前記スラスト方向において前記基準面と接する前記ハウジングアッシの一部から見て、前記基準面の位置する側と反対側において、前記ハウジングアッシと前記摺動部材との間に配置されている、エアタービン駆動スピンドル。
2. 前記摺動部材は、メッキ膜、アルマイト膜、ダイヤモンドライクカーボン膜、およびフッ素樹脂皮膜からなる群から選択される少なくともいずれか１つの表面処理層を含む、請求項１に記載のエアタービン駆動スピンドル。
3. 前記摺動部材を構成する材料は、前記ハウジングアッシを構成する材料と同一である、請求項１または２に記載のエアタービン駆動スピンドル。
4. 前記摺動部材を構成する材料は、前記ハウジングアッシを構成する材料と異なる、請求項１〜３のいずれか１項に記載のエアタービン駆動スピンドル。
5. 前記摺動部材を構成する材料は、樹脂である、請求項４に記載のエアタービン駆動スピンドル。
6. 前記摺動部材を構成する材料は、カーボン材である、請求項４に記載のエアタービン駆動スピンドル。
7. 前記弾性体は、Ｏリングまたはばねである、請求項１〜６のいずれか１項に記載のエアタービン駆動スピンドル。

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