WO2018043071A1

WO2018043071A1 - エアタービン駆動スピンドル

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Publication number: WO2018043071A1
Application number: PCT/JP2017/028809
Authority: WO
Inventors: 照悦堀内
Original assignee: Ntn株式会社
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2017-08-08
Publication date: 2018-03-08
Also published as: DE112017004353T5; JP2018035722A; CN109690026A; JP6762808B2; CN109690026B; US20200398292A1; KR20190044637A; US11325140B2; KR102383191B1

Abstract

貫通穴内部の圧力上昇を抑制することが可能なエアタービン駆動スピンドルを提供する。スピンドルは、回転軸（１）と、外周部材（ハウジングアッシ（２）、カバー（５）およびノズル板（６））とを備える。回転軸（１）には貫通穴（１７）が形成されている。外周部材は、回転軸（１）の外周面の少なくとも一部を取り囲む軸受スリーブ（４）を含む。外周部材は、給気部と排気孔（１１）とを含む。スピンドルは、第２排気部（第１排気穴（２５）および第１気体流路（２６））を備える。第２排気部は、排気孔（１１）とは独立し、排気空間（２０）から外部へ繋がる。

Description

エアタービン駆動スピンドル

　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（以下、単にスピンドルとも呼ぶ）が知られている。たとえば、国際公開第２０１５／００４９６６号（特許文献１）では、塗装機用のスピンドルが開示されている。特許文献１に開示されているような塗装機用のスピンドルは、回転軸の駆動を電気モータではなくエアタービンにより行っている。具体的には、回転軸の後端側に設けられた回転翼に向かい、圧縮空気をタービンノズルから噴出させ吹き付けることにより回転軸を回転駆動する。

　タービンノズルから噴出し、回転翼を通過したタービンエアは、回転翼に隣接するタービン空気排気路から排気空間を通過して排気穴より外部へ排気される。この排気穴は塗装機側の排気穴と連通している。そのため、タービンエアは塗装機側の排気穴に接続された排気用配管により塗装機の外部に排出される。

　このとき、排気用配管には管路抵抗があるので、タービンエアの一部は排気用配管には流れず、上記排気空間に連なる回転軸の貫通穴を通り、回転軸の先端部に設置されるカップ内部に達する。この時の排気空間や貫通穴内部の圧力は、大気圧よりも高い状態にある。また、当該圧力は、タービンエアの流量が増加する程高くなる。

　回転軸の先端部に設置されたカップは、回転軸の貫通穴内に配置された塗料噴射ノズルより噴射される塗料を遠心力で拡散させ霧化する役割を担っている。そして、上記のようにタービンエアがカップ内部に到達することでカップ内空間の圧力が高くなると、当該圧力が塗料を押し出してしまい、塗料の均一な霧化を妨げるという問題がある。

　上記特許文献１では、上記のような回転軸の貫通穴内部の圧力上昇を抑制するため、当該回転軸の先端部側において、回転軸の貫通穴内部から回転軸の外周側面にまで到達する排気用の孔を形成した構成が開示されている。

国際公開第２０１５／００４９６６号

　しかし、上記のように回転軸の先端部側において排気用の孔を形成した構成では、当該排気用の孔が回転軸の先端部のカップに近いため、貫通穴内部の圧力上昇が大きい場合などに、当該カップにおける塗料の均一な霧化が阻害される恐れがあった。

　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、貫通穴内部の圧力上昇を抑制することが可能な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、回転軸と、外周部材とを備える。回転軸には貫通穴が形成されている。回転軸は、先端部と、先端部とは反対側に位置する根元部と、当該根元部において回転軸の回転方向に沿って配置された複数の回転翼とを含む。外周部材は、回転軸の外周面の少なくとも一部を取り囲む軸受スリーブを含む。外周部材は、給気部と第１排気部とを含む。給気部は、回転軸を回転させるために回転翼に気体を吹き付ける。第１排気部は、回転翼に吹き付けられた気体を、回転翼に面する排気空間から外周部材の外部に排出する。排気空間は貫通穴と繋がる。エアタービン駆動スピンドルは、第２排気部を備える。第２排気部は、第１排気部とは独立し、前記排気空間と、排気領域との少なくともいずれか一方から外部へ繋がる。排気領域は、貫通穴の内部空間のうち先端部側に位置する軸受スリーブの端部より排気空間側の領域である。

　上記によれば、エアタービン駆動スピンドルにおいて回転軸の貫通穴内部の圧力上昇を抑制できる。

本発明の実施の形態１に係るスピンドルの断面模式図である。図１に示したスピンドルの平面模式図である。図２の線分ＩＩＩ－ＩＩＩにおける部分断面模式図である。図１に示したスピンドルを塗装装置に設置する場合の構成を説明する模式図である。本発明の実施の形態１に係るスピンドルの動作を説明するための断面模式図である。図５の領域ＶＩの拡大部分断面模式図である。図５の領域ＶＩＩの拡大部分断面模式図である。本発明の実施の形態１に係るスピンドルの第１の変形例を示す断面模式図である。本発明の実施の形態１に係るスピンドルの第２の変形例を示す断面模式図である。本発明の実施の形態１に係るスピンドルの第３の変形例を示す断面模式図である。本発明の実施の形態２に係るスピンドルの断面模式図である。本発明の実施の形態３に係るスピンドルの断面模式図である。

　以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。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）
　＜スピンドルの構成＞
　図１～図４を参照して、本実施の形態に係るスピンドルを説明する。図１～図４に示したスピンドルは、エアタービン駆動スピンドルである。

　スピンドルは、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、回転軸１をジャーナル軸受７およびスラスト軸受８を介して回転可能に支持するハウジングアッシ２と、ハウジングアッシ２の外周側に位置するカバー５と、カバー５とハウジングアッシ２との間に配置された後端側Ｏリング２３および先端側Ｏリング２４と、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。カバー５には、スラスト方向において回転軸１を覆うようにノズル板６が固定して設けられている。当該ノズル板６に、上記給気部が設けられている。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。

　回転軸１は、円筒形状を有する軸部２２ａと、当該軸部２２ａ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２２ｂとを含む。スラスト板部２２ｂは、軸部２２ａのアキシア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が設けられている軸部２２ａの上記一方の端部側を後側、軸部２２ａのアキシアル方向においてスラスト板部２２ｂと反対側に位置する軸部２２ａの他方の端部側を前側という。

　軸部２２ａおよびスラスト板部２２ｂには、スラスト方向に延びる貫通穴１７が形成されている。スピンドルが静電塗装機用に構成されている場合には、図１に示すように、回転軸１の前側の端部に円錐形のカップ表面３６を有するカップ３５が取り付けられる。また、貫通穴１７の内部にはカップ３５に塗料を供給するための塗料噴射ノズル３４が配置される。スラスト板部２２ｂには、回転翼１５および当該回転翼１５の内周側に配置される被回転検出部１９が形成されている。

　回転軸１は、軸部２２ａ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２２ａの外周面およびスラスト板部２２ｂの前側の平面の各一部に面しており軸部２２ａ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。

　回転軸１では、スラスト板部２２ｂの後側の表面から前側の表面にまで延びる圧力抜き穴である第１排気穴２５が形成されている。図２および図３に示すように、第１排気穴２５は、スラスト板部２２ｂにおいて複数形成されていてもよい。第１排気穴２５は、スラスト板部２２ｂにおいて環状に配置されていてもよい。複数の第１排気穴２５は、互いに同じ間隔を隔てて配置されていてもよい。

　スラスト板部２２ｂの上記前側の表面において第１排気穴２５の端部開口が位置する領域と対向する部分には、ハウジングアッシ２との間に軸受エア排気空間３９が形成されている。当該軸受エア排気空間３９と連なるように、ハウジングアッシ２の内部には軸受エア排気路としての第１気体流路２６が形成されている。第１気体流路２６は、ハウジングアッシ２を構成する軸受スリーブ４の内部に形成されている。第１気体流路２６は、軸受スリーブ４において軸受エア排気空間３９に面する表面部分から、回転軸１の前側に位置する表面部分にまで延びるように形成されている。

　ハウジングアッシ２は、たとえばハウジング３が後端側Ｏリング２３および先端側Ｏリング２４を介してカバー５と接続されている。先端側Ｏリング２４は、回転軸１の回転中心軸に沿った方向において、軸受スリーブ４の中央より回転軸１の先端側の先端側領域に位置する。後端側Ｏリング２３は、回転中心軸に沿った方向において、軸受スリーブ４の中央より回転軸１の後端側の後端側領域に位置する。後端側Ｏリング２３および先端側Ｏリング２４は、それぞれ回転中心軸周りに周回するようにハウジング３の表面に形成された環状溝の内部に配置されている。

　先端側Ｏリング２４や後端側Ｏリング２３の材料としては、たとえば溶剤に対する耐性が高い材料を用いることが好適であり、たとえば当該材料として、フッ素系の樹脂であるパーフロロエラストマーを用いることができる。

　また、図１に示されるように、回転軸１のスラスト板部２２ｂは、ラジアル方向において外周側に位置する領域が、回転中心軸側（中央側）に位置する領域（厚肉部）よりもスラスト方向における厚みが薄い薄肉部を有している。厚肉部は上記貫通穴１７を囲むように形成されている。薄肉部は当該厚肉部を囲むように形成されている。

　回転翼１５は、スラスト板部２２ｂの当該薄肉部上において、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が給気部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。複数の回転翼１５は、回転軸１の回転方向に互いに間隔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２２ｂ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。たとえば、回転翼１５の上記断面形状は、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。

　図１に示されるように、スラスト板部２２ｂにおいて、薄肉部と厚肉部との境界領域は、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。つまり、スラスト板部２２ｂの後側に位置する面は、薄肉部と厚肉部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における後側に位置する部分とは、ラジアル方向に延びる同一面上に形成されている。

　厚肉部において後側に位置する面上には、被回転検出部１９が形成されている。被回転検出部１９は、回転軸１の回転を光学的に検出するための任意の構成を採用できるが、たとえば回転方向において分割される複数の領域毎に異なる反射率となるように表面処理が施されていてもよい。具体的には、厚肉部において後側に位置する面のうち、回転軸１の回転方向における半分の領域が、他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。

　ハウジング３および軸受スリーブ４からな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２２ａと軸受スリーブ４との間およびスラスト板部２２ｂ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２２ａ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２２ｂ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回転軸１の軸部２２ａ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回転軸１のスラスト板部２２ｂ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発生する押圧力と、後述する磁石１６の吸引力とにより構成される。

　ハウジング３には、スラスト板部２２ｂ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はスラスト板部２２ｂ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２２ｂ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２２ｂの薄肉部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アッシ２およびカバー５に収容されていない部分（スラスト板部２２ｂのラジアル方向における外周端面およびスラスト板部２２ｂ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、回転軸１のスラスト板部２２ｂ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の外周面上のタービン気体供給口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。

　ノズル板６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するための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。駆動用気体排気空間２０はノズル板６とスラスト板部２２ｂとの間に形成されている。スラスト板部２２ｂ（の薄肉部）の後側に面し、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および駆動用気体排気空間２０とそれぞれ接続されている。ノズル板６には、さらにそれぞれ貫通孔が形成されている。ノズル板６には、ラジアル方向の中央側に位置し貫通穴１７とスラスト方向に連なるように貫通孔が形成されている。

　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に回転センサ挿入口１８が形成されている。上記回転センサ挿入口１８は、スラスト板部２２ｂにおける被回転検出部１９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は、被回転検出部１９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。このような回転センサの例としては、たとえば図４に示すようにたとえば装置としての塗装装置側におけるスピンドルホルダ２７に設置された光学式センサ３２などが挙げられる。図４に示すように、光学式センサ３２は、たとえばスピンドルホルダ２７に設置された筒状のセンサホルダ３３に収容されている。回転センサ挿入口１８には、このセンサホルダ３３とともに光学式センサ３２が挿入される。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。

　排気孔１１は、ノズル板６において、駆動用給気路１３および駆動用給気ノズル１４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、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においてスラスト板部２２ｂと排気孔１１との間には排気空間２０が形成されている。

　上述のようなスピンドルは、図４に示すようにスピンドルホルダ２７に設置されて使用される。スピンドルホルダ２７はスピンドルを挿入固定するための凹部が形成されている。当該凹部の底部から突出するように塗料噴射ノズル３４が設置されている。スピンドルホルダ２７では、塗料噴射ノズル３４の設置された底面から外周表面にまで延びる塗料供給孔３１が形成されている。また、スピンドルホルダ２７の凹部の底部には、スピンドルの排気孔１１と対向する位置に排気穴３０が形成されている。スピンドルホルダ２７の凹部の底部には、スピンドルのタービン気体供給口１２と対向する位置にスピンドルホルダ２７側のタービン気体供給口２９が形成されている。また、スピンドルホルダ２７には、スピンドルの軸受気体供給口９と対向する凹部内壁の部分から、スピンドルホルダ２７の軸受気体供給口２８まで延びる給気路が形成されている。

　＜エアタービン駆動スピンドルの動作＞
　次に、本実施の形態に係るスピンドル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、タービン気体供給口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２２ｂの回転翼１５に向けて、スラスト板部２２ｂ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、空間２１から排気空間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２２ｂ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、上述したスピンドルは、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＞
　上述したスピンドルの特徴的な構成を列挙すると、当該スピンドルは、回転軸１と、外周部材（ハウジングアッシ２、カバー５およびノズル板６）とを備える。回転軸１には貫通穴１７が形成されている。回転軸１は、先端部と、先端部とは反対側に位置する根元部と、当該根元部において回転軸１の回転方向に沿って配置された複数の回転翼１５とを含む。外周部材（ハウジングアッシ２、カバー５およびノズル板６）は、回転軸１の外周面の少なくとも一部を取り囲む軸受スリーブ４を含む。外周部材は、給気部（駆動用給気路１３および駆動用給気ノズル１４）と第１排気部（排気孔１１）とを含む。給気部は、回転軸１を回転させるために回転翼１５に気体を吹き付ける。第１排気部（排気孔１１）は、回転翼１５に吹き付けられた気体を、回転翼１５に面する排気空間２０から外周部材の外部に排出する。排気空間２０は貫通穴１７と繋がる。スピンドルは、第２排気部（第１排気穴２５および第１気体流路２６）を備える。第２排気部は、第１排気部（排気孔１１）とは独立し、排気空間２０と、排気領域との少なくともいずれか一方から外部へ繋がる。排気領域は、貫通穴１７の内部空間のうち先端部側に位置する軸受スリーブ４の端部より排気空間２０側の領域である。上記スピンドルにおいて、第２排気部は、排気空間２０に面する回転軸１の部分（スラスト板部２２ｂ）を貫通する少なくとも１つの第１排気穴２５と、外周部材（軸受スリーブ４）において、少なくとも１つの第１排気穴２５に面する表面部分から、回転軸１の先端部側に位置する表面部分にまで延在する第１気体流路２６とを含む。

　このようにすれば、回転翼１５に供給された駆動用気体が排気空間２０から排気孔１１を介して外部へ十分に排出できないときに排気空間２０から第１排気穴２５および第１気体流路２６を介して駆動用気体を外部に排出できるので、排気空間２０内の圧力が上昇して回転軸１の貫通穴１７に気体が流入することを抑制できる。以下、図５～図７を用いて具体的に説明する。図５は、本実施形態に係るスピンドルの効果を説明するための模式図である。図６は図５の領域ＶＩの部分断面模式図である。図７は図５の領域ＶＩＩの部分断面模式図である。なお、図５に示したスピンドルでは、説明を簡略化するため、駆動用給気ノズル１４に近い位置に第１排気穴２５および第１気体流路２６が形成された構成を示している。

　図５～図７に示すように、駆動用給気ノズル１４から図６の矢印に示すように駆動用気体が回転翼１５に供給される。その後、駆動用気体は排気空間２０から排気孔１１を介して外部に排出される。このとき、排気孔１１からの駆動用気体の排気が十分ではない場合、排気空間２０内の気体の圧力が上がり、排気空間２０から回転軸１の貫通穴１７へ気体が流入する恐れがある。

　しかし、本実施形態に係るスピンドルでは、回転軸１のスラスト板部２２ｂに第１排気穴２５が形成されているので、当該第１排気穴２５から排気空間２０内の気体が排出される。第１排気穴２５から排出された気体は、その後軸受スリーブ４の第１気体流路２６を通り、回転軸１の前側に流れる。回転軸１の前側では、第１気体流路２６がカバー５と回転軸１との間の隙間流路に繋がっている。そのため、第１気体流路２６から排出された気体は、図７の矢印に示すように当該隙間流路を介して回転軸１の前側から外部へ排出される。

　この結果、排気空間２０から回転軸１の貫通穴１７への気体の流入を抑制でき、当該貫通穴１７内部の圧力上昇を抑制できる。

　＜変形例＞
　第１の変形例：
　図８は、本実施形態の第１の変形例に係るスピンドルの断面模式図である。図８に示したスピンドルは、基本的には図１に示したスピンドルと同様の構成を備えるが、図１に示した第１排気穴２５に代えて第２排気穴１２５が形成されている点が図１に示したスピンドルと異なっている。すなわち、図８に示したスピンドルでは、第２排気穴１２５は回転軸１の貫通穴１７の内部であって、貫通穴１７のアキシアル方向での中央部より排気空間２０寄りの位置から回転軸１の外周に向けてラジアル方向に延びるように形成されている。図８に示した第２排気穴１２５は、貫通穴１７の内部空間のうち、軸受スリーブ４の端部であって回転軸１の先端部側に位置する当該端部より排気空間２０側の領域に配置されていればよい。異なる観点から言えば、図８に示したスピンドルにおいて、第２排気部は、少なくとも１つの第２排気穴１２５と、第２気体流路１２６とを含む。第２排気穴１２５は、排気領域に面する回転軸１の部分を貫通する。第２気体流路１２６は、外周部材（軸受スリーブ４）において、少なくとも１つの第２排気穴１２５に面する表面部分から、回転軸１の先端部側に位置する表面部分にまで延在する。

　このような構成によっても、図１に示したスピンドルと同様の効果を得ることができる。すなわち、排気空間２０の内部圧力が上昇し、排気空間２０から回転軸１の貫通穴１７内に気体が流入しても、すぐに第２排気穴１２５により当該気体を外部に排出できる。

　第２の変形例：
　図９は、本実施形態の第２の変形例に係るスピンドルの断面模式図である。図９に示したスピンドルは、基本的には図１に示したスピンドルと同様の構成を備えるが、排気空間２０と貫通穴１７との接続部に配置されたシール部材３７をさらに備える点が図１に示したスピンドルと異なっている。シール部材３７は、その一部が貫通穴１７に挿入された状態となっている。シール部材３７の当該一部と貫通穴１７の内壁とが接触する、あるいはきわめて狭い隙間で対向するようにすることで、排気空間２０から貫通穴１７への直接的な気体の流入を抑制できる。なお、第１排気穴２５は、当該シール部材３７と間隔を隔てた位置に形成されている。このため、シール部材３７が第１排気穴２５からの気体の排出を妨げることはない。

　このような構成のスピンドルによっても、図１に示したスピンドルと同様の効果を得ることができる。

　第３の変形例：
　図１０は、本実施形態の第３の変形例に係るスピンドルの断面模式図である。図１０に示したスピンドルは、基本的には図８に示したスピンドルと同様の構成を備えるが、排気空間２０と貫通穴１７との接続部に配置されたシール部材３７をさらに備える点が図８に示したスピンドルと異なっている。シール部材３７は、基本的には図９に示したスピンドルにおけるシール部材３７と同様の構成を備える。また、第２排気穴１２５の位置は、貫通穴１７の内部においてアキシアル方向にてシール部材３７と隣接する位置となっている。異なる観点から言えば、第２排気穴１２５は貫通穴１７の内部においてシール部材３７より回転軸１の先端部側に位置している。

　このような構成により、図８に示したスピンドルによる効果と共に、図９に示したスピンドルによる効果と同様の効果を得ることができる。

　（実施の形態２）
　＜エアタービン駆動スピンドルの構造＞
　図１１は、本実施形態に係るスピンドルの断面模式図である。図１１に示すスピンドルは、基本的には図１に示したスピンドルと同様の構成を備えるが、排気空間２０から外部へ気体を排出する第２排気部としての排気穴の構成が図１に示したスピンドルと異なっている。すなわち、図１１に示したスピンドルでは、第２排気部として、排気空間２０に面する外周部材としてのノズル板６の表面部分から、回転軸１の先端部側に位置する外周部材（カバー５）の表面部分にまで延在する圧力抜き孔としての第３気体流路４０が形成されている。第３気体流路４０の一方端は、ノズル板６において排気空間２０のラジアル方向における内周面に開口している。また、第３気体流路４０は、排気空間２０側の一方端からラジアル方向に延在した後、屈曲部を介してアキシアル方向であって回転軸１の先端部側に延びる。当該第３気体流路４０のアキシアル方向に延びる部分は、ノズル板６からカバー５にまで延在する。第３気体流路４０の他方端は、カバー５の上記先端部側の表面に開口している。

　＜作用効果＞
　このような構成によっても、排気空間２０の内部から直接第３気体流路４０を介して外部へ気体を排出できるので、図１に示したスピンドルと同様の効果を得ることができる。また、第３気体流路４０はノズル板６およびカバー５に形成されるので、回転軸１に形成する第１排気穴２５のように回転軸１の大きさに制約されることなく、当該第３気体流路４０の内径などを大きくすることができる。

　（実施の形態３）
　＜エアタービン駆動スピンドルの構造＞
　図１２は、本実施形態に係るスピンドルの断面模式図である。図１２に示すスピンドルは、基本的には図１に示したスピンドルと同様の構成を備えるが、排気空間２０から外部へ気体を排出する第２排気部としての排気穴の構成が図１に示したスピンドルと異なっている。なお、図１２では、スピンドルが塗装装置のスピンドルホルダ２７に保持された状態を示している。

　図１２に示したスピンドルでは、第２排気部として、排気空間２０に面する外周部材（ノズル板６）の表面部分から、回転軸１の延在する方向と交差する側面方向（ラジアル方向）側に位置する外周部材（ノズル板６）の表面部分にまで延在する第４気体流路４１が形成されている。第４気体流路４１は、スピンドルホルダ２７まで延在するように形成され、当該スピンドルホルダ２７の外周面にまで到達している。第４気体流路４１の一方端は、ノズル板６において排気空間２０のラジアル方向における内周面に開口している。また、第４気体流路４１は、排気空間２０側の一方端からラジアル方向に延在し、ノズル板６およびスピンドルホルダ２７の部分を貫通している。

　＜作用効果＞
　このような構成によっても、排気空間２０の内部から直接第４気体流路４１を介して外部へ気体を排出できるので、図１に示したスピンドルと同様の効果を得ることができる。また、第４気体流路４１はノズル板６およびスピンドルホルダ２７に形成されるので、回転軸１に形成する第１排気穴２５のように回転軸１の大きさに制約されることなく、当該第４気体流路４１の内径などを大きくすることができる。

　なお、上述した第１排気穴２５、第２排気穴１２５、第１気体流路２６、第２気体流路１２６、第３気体流路４０、第４気体流路４１は、１つではなく、２以上の複数個形成してもよい。また、これらの気体流路を複数個形成する場合、回転軸１の周方向において等間隔になるように配置してもよい。また、少なくとも１つの第１排気穴２５の断面積の和は、少なくとも１つの第１気体流路２６の断面積の和以下でもよい。また、少なくとも１つの第２排気穴１２５の断面積の和は、少なくとも１つの第２気体流路１２６の断面積の和以下でもよい。

　以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、請求の範囲によって示され、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を含むことが意図される。

　本発明は、静電塗装装置などに用いられるスピンドルに特に有利に適用される。

　１　回転軸、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、９，２８　軸受気体供給口、１０　軸受気体供給路、１１　排気孔、１２，２９　タービン気体供給口、１３　駆動用給気路、１４　駆動用給気ノズル、１５　回転翼、１６　磁石、１７　貫通穴、１８　回転センサ挿入口、１９　被回転検出部、２０　排気空間、２１　空間、２２ａ　軸部、２２ｂ　スラスト板部、２３，２４　Ｏリング、２５　第１排気穴、２６　第１気体流路、２７　スピンドルホルダ、３０　排気穴、３１　塗料供給孔、３２　光学式センサ、３３　センサホルダ、３４　塗料噴射ノズル、３５　カップ、３６　カップ表面、３７　シール部材、３９　軸受エア排気空間、４０　第３気体流路、４１　第４気体流路、１２５　第２排気穴、１２６　第２気体流路。

Claims

　エアタービン駆動スピンドルであって、
　貫通穴が形成された回転軸を備え、前記回転軸は、先端部と、前記先端部とは反対側に位置する根元部と、前記根元部において前記回転軸の回転方向に沿って配置された複数の回転翼とを含み、さらに、
　前記回転軸の外周面の少なくとも一部を取り囲む軸受スリーブを含む外周部材を備え、
　前記外周部材は、
　　前記回転軸を回転させるために前記回転翼に気体を吹き付ける給気部と、
　　前記回転翼に吹き付けられた前記気体を、前記回転翼に面する排気空間から前記外周部材の外部に排出するための第１排気部と、を含み、
　前記排気空間は前記貫通穴と繋がり、さらに、
　前記第１排気部とは独立し、前記排気空間と、前記貫通穴の内部空間のうち前記先端部側に位置する前記軸受スリーブの端部より前記排気空間側の領域である排気領域と、の少なくともいずれか一方から前記外部へ繋がる第２排気部を備える、エアタービン駆動スピンドル。
　前記第２排気部は、
　　前記排気空間に面する前記回転軸の部分を貫通する少なくとも１つの第１排気穴と、
　　前記外周部材において、前記少なくとも１つの第１排気穴に面する表面部分から、前記回転軸の前記先端部側に位置する表面部分にまで延在する第１気体流路とを含む、請求項１に記載のエアタービン駆動スピンドル。
　前記排気空間と前記貫通穴との接続部に配置されたシール部材をさらに備える、請求項２に記載のエアタービン駆動スピンドル。
　前記第２排気部は、
　　前記排気領域に面する前記回転軸の部分を貫通する少なくとも１つの第２排気穴と、
　　前記外周部材において、前記少なくとも１つの第２排気穴に面する表面部分から、前記回転軸の前記先端部側に位置する表面部分にまで延在する第２気体流路とを含む、請求項１に記載のエアタービン駆動スピンドル。
　前記排気空間と前記貫通穴との接続部に配置されたシール部材をさらに備え、
　前記少なくとも１つの第２排気穴は、前記排気領域において前記シール部材より前記先端部側に位置する、請求項４に記載のエアタービン駆動スピンドル。
　前記第２排気部は、
　前記排気空間に面する前記外周部材の表面部分から、前記回転軸の前記先端部側に位置する前記外周部材の表面部分にまで延在する第３気体流路を含む、請求項１に記載のエアタービン駆動スピンドル。
　前記第２排気部は、
　前記排気空間に面する前記外周部材の表面部分から、前記回転軸の延在する方向と交差する側面方向側に位置する前記外周部材の表面部分にまで延在する第４気体流路を含む、請求項１に記載のエアタービン駆動スピンドル。