JP6804231B2 - 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が知られている。たとえば、特開平９−７２３３８号公報は、回転軸を回転可能に支持するスリーブがハウジング内に保持されているエアタービン駆動スピンドルを開示している。特開平９−７２３３８号公報では、ハウジングに対してスリーブがＯリングを介して支持されている。このようなＯリングは、通常ゴムなどの弾性体によって構成されている。当該Ｏリングは、エアタービン駆動スピンドルの回転軸が高速回転することにより発生する振動を吸収し、エアタービン駆動スピンドルの動作を安定させるといった機能を有する。

特開平９−７２３３８号公報

ここで、エアタービン駆動スピンドルが使用される静電塗装装置などは、溶剤雰囲気中で使用されるため、上述したＯリングについて耐溶剤性に優れた材料を用いる必要がある。このような耐溶剤性に優れた材料としては、パーフロロエラストマーが知られている。パーフロロエラストマーは耐溶剤性に優れているが、一般的にＯリングに用いられるゴム材料に比べて硬度が高い。その結果、当該パーフロロエラストマー製のＯリングは外力に対する変形量が一般的なＯリングに比べて小さい。このため、回転軸の回転に起因する振動を当該Ｏリングにより十分に吸収することができず、結果的にスピンドルの回転軸を安定して高速回転させることができない場合があった。

また、上述のようなパーフロロエラストマーに限らず、スピンドルの使用環境に応じてＯリングの材質を適宜選択することが考えられる。このような場合に、当該材質の選択の自由度を高める観点から、一般的なＯリングの材料より高硬度の材料からなるＯリングを用いた場合でも十分に回転軸の回転による振動を吸収でき、回転軸を安定して高速回転させることができるエアタービン駆動スピンドルが求められている。

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、回転軸を安定して高速回転させることができる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、外周面を有する回転軸と、回転軸の外周面の少なくとも一部を取り囲む内側カバー部材と、内側カバー部材の外周面の少なくとも一部を取り囲む外側カバー部材とを備え、外側カバー部材には、内側カバー部材と外側カバー部材との間で形成される空隙に連なる連通穴部が形成され、内側カバー部材の外周面および外側カバー部材の内側カバー部材と対向する内周面のうちのいずれか一方に、回転軸の中心軸に沿った方向において、連通穴部を挟むように配置された第１の溝および第２の溝が形成され、空隙は、第１の溝および第２の溝それぞれに連通し、連通穴部を介して空隙に気体を供給する供給部と、第１の溝に係合され、弾力性を有し、かつ内側カバー部
材の外周面および外側カバー部材の内側カバー部材と対向する内周面のうちのいずれか他方と接触する第１のＯリングと、第２の溝に係合され、弾力性を有し、かつ内側カバー部材の外周面および外側カバー部材の内周面のうちのいずれか他方と接触する第２のＯリングとをさらに備え、第１の溝および第２の溝のそれぞれは、第１の側壁、第２の側壁、および第１の側壁と第２の側壁とをつなぐ底部を有し、第１の溝および第２の溝のそれぞれにおいて、第１の側壁から連通穴部までの距離は、第２の側壁から連通穴部までの距離よりも長く、第１の溝および第２の溝のそれぞれにおいて、底部から第１の側壁の上端までの距離は、底部から第２の側壁の上端までの距離よりも短い。

本発明によれば、回転軸を安定して高速回転させることができる。

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模式図である。 実施の形態１の第１の溝部および第２の溝部を示す断面模式図である。 実施の形態１の第２の溝部を示す断面模式図である。 供給部から気体が供給されていないときの参考例の第１の溝部および第２の溝部を示す断面模式図である。 供給部から気体が供給されていないときの参考例の第２の溝部を示す断面模式図である。 供給部から気体が供給されているときの参考例の第１の溝部および第２の溝部を示す断面模式図である。 供給部から気体が供給されているときの参考例の第２の溝部を示す断面模式図である。 第１の変形例の第１の溝部および第２の溝部を示す断面模式図である。 第１の変形例の第２の溝部を示す断面模式図である。 第２の変形例の第１の溝部および第２の溝部を示す断面模式図である。 第２の変形例の第２の溝部を示す断面模式図である。 第３の変形例の第１の溝部および第２の溝部を示す断面模式図である。 第３の変形例の第２の溝部を示す断面模式図である。 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模式図である。 実施の形態２の第１の溝部および第２の溝部を示す断面模式図である。 実施の形態３に係るエアタービン駆動スピンドルの断面模式図である。 実施の形態３の第２の溝部を示す断面模式図である。 実施の形態４に係るエアタービン駆動スピンドルの部分断面模式図である。

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）
＜エアタービン駆動スピンドル２００の構成＞
図１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２００を説明する。図１は、エアタービン駆動スピンドル２００を説明するための断面模式図である。

エアタービン駆動スピンドル２００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外側カバー部材５と、外側カバー部材５とハウジングアッシ２との間に配置された第１のＯリング２３および第２のＯリング２４などを含む。

外側カバー部材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。外側カバー部材５は、内側カバー部材３の外周面３ａの少なくとも一部を取り囲む。ノズル板６には、駆動用気体供給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１ｂと、当該軸部１ｂ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１ｃとを含む。スラスト板部１ｃは、軸部１ｂのスラスト方向における一方の端部に結合されている。以下、スラスト方向においてスラスト板部１ｃが設けられている側を後側、軸部１ｂのスラスト方向において後側と反対側を前側という。軸部１ｂおよびスラスト板部１ｃには、スラスト方向に延びる貫通孔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３７が取り付けられる。貫通孔１７の内部にはカップ３７に塗料を供給するための塗料供給管４５が配置される。スラスト板部１ｃ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（図示せず）が形成されている。

回転軸１は、軸部１ｂ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、内側カバー部材３と軸受スリーブ４とを含む。軸受スリーブ４は、回転軸１の軸部１ｂの外周面１ａおよびスラスト板部１ｃの前側の平面の各一部に面しており軸部１ｂの一部を囲むように形成されている。内側カバー部材３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。内側カバー部材３は、軸受スリーブ４の外周側から、軸部１ｂの外周面１ａの少なくとも一部を取り囲む。

内側カバー部材３の外周面３ａには、第１の溝３３と、第２の溝３４とが形成される。第１の溝３３および第２の溝３４は、回転軸１の回転中心軸周りに周回するように内側カバー部材３の外周面３ａに形成された環状溝である。第１のＯリング２３は、第１の溝３３に係合される。第２のＯリング２４は、第２の溝３４に係合される。第１のＯリング２３は、回転軸１のスラスト方向において、軸受スリーブ４の中央より後端側に位置する。第２のＯリング２４は、回転軸１のスラスト方向において、軸受スリーブ４の中央より前端側に位置する。第１のＯリング２３および第２のＯリング２４は、外側カバー部材５の内周面５ａと接触する。これにより、第１のＯリング２３および第２のＯリング２４は、軸受ユニット（回転軸１およびハウジングアッシ２など）を、外側カバー部材５に対して保持する。第１のＯリング２３および第２のＯリング２４により、内側カバー部材３と、外側カバー部材５とが直接接触しない構造とすることができる。

第１のＯリング２３および第２のＯリング２４は、共に、弾力性を有する部材である。また、第１のＯリング２３および第２のＯリング２４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る。たとえば当該材料として、パーフロロエラストマーを用いることができる。また、当該材料としては、フッ素ゴムまたはニトリルゴムなど他の材料としてもよい。

図１に示されるように、回転軸１のスラスト板部１ｃは、ラジアル方向において回転中心軸側（中央側）に位置する領域（厚肉部）と、該厚肉部よりラジアル方向において外側に位置しており、かつスラスト方向における厚みが薄い薄肉部とを有している。厚肉部は貫通孔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１ｃの薄肉部上において、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が駆動用気体供給部（図示せず）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１ｃ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、当該断面形状は、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。

スラスト板部１ｃの厚肉部において後側の面上には、被回転検出部（図示せず）が形成されている。被回転検出部は、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。

供給部（エアコンプレッサ）１００は、軸受気体供給口９から軸受用気体を供給（噴出）する。外側カバー部材５、内側カバー部材３、および軸受スリーブ４には、軸受気体供給路１０が形成される。また、外側カバー部材５と内側カバー部材３との間に、空隙４３が形成される。軸受気体供給路１０と空隙４３とは、連通穴部２５を通じて、互いに連通している。軸受気体供給路１０および空隙４３には供給部１００から気体が供給される。軸受気体供給路１０は、回転軸１のラジアル方向に沿って設けられた部分と、軸受スリーブ４の内部でジャーナル軸受７およびスラスト軸受８に気体を供給するため、回転軸１のスラスト方向およびラジアル方向に沿って設けられた部分とを含む。空隙４３は、回転軸１のスラスト方向と平行な方向に設けられる。また、第１の溝３３と第２の溝３４は、スラスト方向において、連通穴部２５を挟むように配置される。

軸部１ｂと軸受スリーブ４との間には、軸受隙間４１が設けられる。スラスト板部１ｃと軸受スリーブ４との間にも軸受隙間４２が設けられる。軸受気体供給路１０は、その一方端が外側カバー部材５の外周面上の軸受気体供給口９と連通されており、他方端が軸受隙間４１および軸受隙間４２に連通されている。軸受気体供給路１０において軸受隙間４１および軸受隙間４２と連通されている部分の孔径は軸受気体供給口９の孔径よりも小さいことによりいわゆる絞りが形成されている。供給部１００から気体が供給されると、軸受気体供給路１０、空隙４３、軸受隙間４１、および軸受隙間４２に軸受用気体を充填させることができる。なお、軸受気体供給路１０に供給された軸受用気体は、連通穴部２５を通じて空隙４３に供給される。軸受用気体は、たとえば、圧縮空気である。

ジャーナル軸受７は、供給部１００から軸受気体供給路１０に供給された気体が軸受隙間４１に供給されることにより構成される。スラスト軸受８は、供給部１００から軸受気体供給路１０に供給された気体が軸受隙間４２に供給されることによる押圧力と磁石１６の吸引力により構成される。

内側カバー部材３には、スラスト板部１ｃ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１ｃに対して磁気力を印加する。磁石１６は、たとえば永久磁石である。磁石１６はスラスト板部１ｃ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１ｃ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。

外側カバー部材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および外側カバー部材５に収容されていない部分（スラスト板部１ｃのラジアル方向における外周端面およびスラスト板部１ｃ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、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および駆動用給気ノズル１４は、回転翼１５に駆動用気体を供給するための流通路である。駆動用気体は、たとえば圧縮空気である。駆動用気体給気口１２から駆動用気体を供給する駆動用気体供給部は、供給部１００と兼用するようにしてもよいし、供給部１００とは異なるものであってもよい。

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、貫通孔１７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。回転センサ挿入口１８は、スラスト板部１ｃに設置された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。回転センサ挿入口１８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、エアタービン駆動スピンドル２００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。

次に、図２を参照して、第１の溝３３、および第２の溝３４を説明する。図２は、第１の溝３３、および第２の溝３４を説明するための断面模式図である。図２は、第１の溝３３、および第２の溝３４の拡大図である。図２に示すように、第１の溝３３、および第２の溝３４は、空隙４３と連通している。

図２に示すように、弾力性を有する第１のＯリング２３、および弾力性を有する第２のＯリング２４は、外側カバー部材５の内周面５ａと接触している。内周面５ａは、内側カバー部材３と対向している。エアタービン駆動スピンドル２００が作動することにより、回転軸１の先端側にカップ３７などが装着されて回転したときに当該先端側での振れ回りにより振動が発生する。該振動は、回転軸１が１回転することにより、１回発生する。該振動が発生したときであっても、第１のＯリング２３および第２のＯリング２４が変形することにより、第１のＯリング２３および第２のＯリング２４が該振動を吸収できる。このように、第１のＯリング２３および第２のＯリング２４は減衰性能を有する。

第１のＯリング２３および第２のＯリング２４の双方は、外側カバー部材５の内周面５ａに押し当てられて変形するように、設置される。これにより、供給部１００から供給された軸受用気体を空隙４３内で密封できることから、軸受用気体を当該空隙４３から外部に漏らさないようにすることができる。また、第１のＯリング２３および第２のＯリング２４の双方は、軸受用気体を外部に漏らさないようにすることから、シール（密封）性能も有する。

次に、図３を参照して、第２のＯリング２４および第２の溝３４を説明する。図３は、第２のＯリング２４および第２の溝３４を説明するための断面模式図であり、図２の第２のＯリング２４および第２の溝３４の箇所を拡大した図である。第２の溝３４は、第１の側壁３４ａ、第２の側壁３４ｂ、底部３４ｃ（底面）、面取部３４ｄおよび頂部３４ｅを含む。図２に示すように、連通穴部２５から第１の側壁３４ａまでの距離Ｌ１は、連通穴部２５から第２の側壁までの距離Ｌ２よりも長い。換言すれば、供給部１００により気体が供給されたときにおいて、該気体の流れ（図３の矢印α参照）の下流側の側壁が、第１の側壁３４ａとなり、該気体の流れの上流側の側壁が、第２の側壁３４ｂとなる。

底部３４ｃから第１の側壁３４ａの上端（頂部３４ｅ）までの高さＨ５は、底部３４ｃから第２の側壁３４ｂの上端までの高さＨ４よりも低い。このように、高さＨ５を高さＨ４よりも低くするために、本実施形態では、第１の側壁３４ａの上端に連なる面取部３４ｄが形成される。図３の例では、面取部３４ｄはテーパ面である。該テーパ面が形成されることにより、空間Ａが形成される。

図３の距離Ｈ２は、ラジアル方向において、第２のＯリング１２２が他部品（内側カバー部材３）と接触していない範囲（距離）を示す。換言すると、距離Ｈ２は、第１の側壁３４ａのうち外側カバー部材５の内周面５ａと最も近い箇所（つまり、頂部３４ｅ）から外側カバー部材５の内周面５ａまでの距離でもある。距離Ｈ３は、底部３４ｃから外側カバー部材５の内周面５ａまでの距離を示す。図２に示すように、第１の溝３３についても、第２の溝３４と同様の構造を有する。

＜エアタービン駆動スピンドル２００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２００の動作について説明する。

エアタービン駆動スピンドル２００が動作するときには、駆動用気体供給部は、駆動用気体を供給する。駆動用気体供給部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１ｃの回転翼１５に向けて、スラスト板部１ｃ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、排気空間２０を経由して排気孔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１ｃ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２００は、たとえば静電塗装機用スピンドルに好適である。

エアタービン駆動スピンドル２００が動作するときには、供給部１００が軸受用気体を軸受気体供給口９から供給する。該軸受用気体は、軸受気体供給路１０、および連通穴部２５を介して、矢印αの向き（図３参照）で空隙４３に供給される。空隙４３に軸受用気体が供給されると、図２および図３に示すように、第２のＯリング２４は、該軸受用気体（圧縮空気）の影響により圧力の低い側（連通穴部２５から離れる方向）に押し出される。第２のＯリング２４が、上記圧力の低い側に押し出されると、第２のＯリング２４は、第１の側壁３４ａに押しつけられる（圧接される）ことにより変形する。そうすると、第２のＯリング２４の一部分２４ａが、該一部分２４ａの表面が拘束されず弾性力を有した状態で空間Ａに移動する。

つまり、第２のＯリング２４が第１の側壁３４ａに圧接された状態であっても、第１の側壁３４ａの高さＨ５が高さＨ４よりも相対的に低くなっているので、表面が拘束されておらず比較的自由に変形できる一部分２４ａの体積を十分に大きくできる。したがって、軸受用気体が、空隙４３に供給されても一部分２４ａの存在により第２のＯリング２４の弾性ストロークが確保されることで、第２のＯリング２４の減衰性能が確保される。

＜作用効果＞
図４〜図７を参照して、エアタービン駆動スピンドルの参考例を説明する。図４〜図７は、エアタービン駆動スピンドルの参考例の第１の溝１３１、および第２の溝１３２などを説明するための断面模式図である。第１のＯリング１２１は、第１の溝１３１に係合され、第２のＯリング１２２は、第２の溝１３２に係合される。なお、参考例に係るエアタービン駆動スピンドルの構成は、第１の溝１３１および第２の溝１３２の断面形状以外は、図１で説明したエアタービン駆動スピンドル２００と同様である。

図４は、供給部１００から空隙４３に軸受用気体が供給されていない状態を示したものであり、図５は、第２のＯリング１２２などの拡大図を示すものである。図６は、供給部１００から空隙４３に軸受用気体が供給されている状態を示したものであり、図７は、第２のＯリング１２２などの拡大図を示すものである。図５および図７の距離Ｈ１は、第２のＯリング１２２において外側カバー部材５と内側カバー部材３との間において、他部品（内側カバー部材３）と接触していない範囲のラジアル方向での長さを示す。この範囲は、表面が他部品に拘束されず、比較的自由に変形できることから、第２のＯリング１２２の弾性力を有する範囲である。

図５に示すように、第２のＯリング１２２が係合されている第２の溝１３２の双方の側壁１３２ａ、１３２ｂの高さは同じである。したがって、供給部１００から空隙４３に軸受用気体が供給されたときには、本実施形態に係るエアタービン駆動スピンドル２００と比較して、図５および図７に示すように、距離Ｈ１の減少量が大きい。距離Ｈ１の減少量は、「空隙４３に軸受用気体が供給されていないときの距離Ｈ１の値（図５参照）」から、「空隙４３に軸受用気体が供給されたときの距離Ｈ１の値（図７参照）」を差し引いた値である。このように、距離Ｈ１の減少量が大きいことから、図７に示す軸受用気体が供給されたときでの距離Ｈ１は小さくなっているので、第２のＯリング１２２の弾性ストロークが小さくなる。したがって、参考例のエアタービン駆動スピンドルでは、供給部１００から軸受用気体が供給されると、エアタービン駆動スピンドルの減衰性能は、軸受用気体が供給されない場合より劣化する。

これに対し、本実施形態のエアタービン駆動スピンドル２００では、図３に示すように、第１の側壁３４ａの高さＨ５は、第２の側壁３４ｂの高さＨ４よりも低い。したがって、供給部１００から軸受用気体が空隙４３に供給されたときには、図３に示すように、参考例のエアタービン駆動スピンドルと比較して、第２のＯリング２４の弾性ストロークを構成する一部分２４ａの大きさに対応する距離Ｈ２を距離Ｈ１（図７参照）よりも大きい状態とすることができる。つまり、距離Ｈ２の減少量を低減させることができる。ここで、距離Ｈ２の減少量とは、「空隙４３に軸受用気体が供給されていないときの距離Ｈ２」から「空隙４３に軸受用気体が供給されたときの距離Ｈ２」の差分である。これにより、第２のＯリング２４の弾性ストロークの低減量を削減できることから、軸受用気体が供給された場合において、エアタービン駆動スピンドルの減衰性能の劣化を抑制できる。

＜第１の変形例＞
次に、図８および図９を参照して、図１に示した第１の溝３３および第２の溝３４の第１の変形例である第１の溝３３１、および第２の溝３４１を説明する。図８は、第１の溝３３１、および第２の溝３４１を説明するための断面模式図である。図９は、第２の溝３４１の拡大図を示すものである。第２の溝３４１は、第１の側壁３４１ａ、第２の側壁３４１ｂ、底部３４１ｃ（底面）、切欠部３４１ｄ、および頂部３４１ｅを含む。

図８および図９に示した第１の溝３３１および第２の溝３４１を有する本実施形態の第１の変形例に係るエアタービン駆動スピンドルは、上記以外の構成については、図１〜図３に示したエアタービン駆動スピンドルと同様である。

図８および図９に示した第２の溝３４１と、図１〜図３に示した第２の溝３４とが異なる点は、第２の溝３４は面取部３４ｄを含むのに対し、第２の溝３４１は切欠部（段部）３４１ｄを含む点である。このように、第２の溝３４１は、第１の側壁３４１ａの上端に連なる切欠部３４１ｄを含む。この切欠部３４１ｄが形成されることにより、第１の側壁３４１ａの高さＨ５は、第２の側壁３４１ｂの高さＨ４よりも低くなる。また、切欠部３４１ｄが形成されることにより、頂部３４１ｅが形成される。頂部３４１ｅから外側カバー部材５の内周面５ａまでの距離を距離Ｈ２とする。このような構成であっても、空隙４３に軸受用気体が供給されたときに、第２のＯリング２４の一部分２４ａが、該一部分２４ａの表面を拘束されず弾性力を有した状態で移動する空間Ｂを形成できる。したがって、図８および図９に示したエアタービン駆動スピンドルは、図１〜図３に示した本実施形態に係るエアタービン駆動スピンドルと同様の効果を奏する。

＜第２の変形例＞
次に、図１０および図１１を参照して、第１の溝３３および第２の溝３４の第２の変形例である第１の溝３３２および第２の溝３４２を説明する。図１０は、第１の溝３３２、および第２の溝３４２を説明するための断面模式図である。図１１は、第２の溝３４２の拡大図を示すものである。第２の溝３４２は、第１の側壁３４２ａ、第２の側壁３４２ｂ、底部３４２ｃ（底面）、および頂部３４２ｅを含む。

図１０および図１１に示した第１の溝３３２および第２の溝３４２を有する本実施形態の第２の変形例に係るエアタービン駆動スピンドルは、上記以外の構成については、図１〜図３に示したエアタービン駆動スピンドルと同様である。

第２の変形例の第１の溝３３２および第２の溝３４２は、以下のような構造を有する。以下では、内側カバー部材３の外周面のうち、第１の側壁３４２ａ近傍の領域を第１領域３ｂとし、第２の側壁３４２ｂ近傍の領域を第２領域３ｃとする。第２の変形例では、第１領域３ｂと底部３４２ｃとのラジアル方向での最短距離Ｐ１は、第２領域３ｃと底部３４２ｃとのラジアル方向での最短距離Ｐ２よりも短い。また、Ｐ１＝Ｈ５であり、Ｐ２＝Ｈ４となる。また、頂部３４２ｅから外側カバー部材５の内周面５ａまでの距離を距離Ｈ２とする。第１の側壁３４１ａの高さＨ５は、第２の側壁３４１ｂの高さＨ４よりも低くなる。このような構成であっても、空隙４３に軸受用気体が供給されたときに、第２のＯリング２４の一部分２４ａが、該一部分２４ａの表面が拘束されず弾性力を有した状態で移動する空間Ｃを形成できる。したがって、図１０および図１１に示したエアタービン駆動スピンドルは、図１〜図３に示した本実施形態に係るエアタービン駆動スピンドルと同様の効果を奏する。

＜第３の変形例＞
次に、図１２および図１３を参照して、第１の溝３３および第２の溝３４の第３の変形例である第１の溝３３３、および第２の溝３４３を説明する。図１２は、第１の溝３３３、および第２の溝３４３を説明するための断面模式図である。図１３は、第２の溝３４３の拡大図を示すものである。第２の溝３４３は、第１の側壁３４３ａ、第２の側壁３４３ｂ、底部３４３ｃ（底面）、面取部３４３ｄ、および頂部３４３ｅを含む。

図１２および図１３に示した第１の溝３３３、および第２の溝３４３を有する本実施形態の第２の変形例に係るエアタービン駆動スピンドルは、上記以外の構成については、図１〜図３に示したエアタービン駆動スピンドルと同様である。

図３に示した本実施形態の面取部３４ｄは、テーパ面（平面）であるとしたが、第３の変形例の面取部３４３ｄは、図１３に示すように曲面状の形状を有する。図１３に示すように、面取部３４３ｄは、外側に膨らんだ形状であることが好ましい。面取部３４３ｄが形成されることにより、頂部３４３ｅが形成される。頂部３４３ｅから外側カバー部材５の内周面５ａまでの距離を距離Ｈ２とする。このような構成であっても、空隙４３に軸受用気体が供給されたときに、第２のＯリング２４の一部分２４ａが、該一部分２４ａの表面が拘束されず弾性力を有した状態で移動する空間Ｄを形成できる。したがって、図１２および図１３に示したエアタービン駆動スピンドルは、図１〜図３に示した本実施形態に係るエアタービン駆動スピンドルと同様の効果を奏する。なお、面取部３４３ｄのさらなる変形例として、面取部３４３ｄは、回転軸１方向にへこんだ形状であってもよい。

＜距離Ｈ２の範囲などについて＞
次に、本実施形態、および第１〜第３の変形例で説明した距離Ｈ２の好ましい範囲について説明する。エアタービン駆動スピンドル２００が、たとえば、静電塗装機用に用いられるサイズである場合には、距離Ｈ２は、０．５ｍｍ≦Ｈ２≦（Ｈ３）／２という条件を満足することが好ましい。距離Ｈ２の値をこのような範囲内の値とすることで、エアタービン駆動スピンドル２００を安定して作動させることができる。

また、第１の側壁３４ａの高さＨ５は、第２のＯリング２４の断面の半径以上としてもよい。これにより、供給部１００から軸受用気体が供給されたときに、エアタービン駆動スピンドルの減衰性能の劣化を抑制できるとともに、第２のＯリング２４が第２の溝３４から逸脱しないようにすることができる。

（実施の形態２）
＜エアタービン駆動スピンドルの構成＞
次に、図１４および図１５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３００を説明する。図１４は、エアタービン駆動スピンドル３００を説明するための断面模式図であり、エアタービン駆動スピンドル３００の上半分を示したものである。

実施の形態１では、２本のＯリング（第１のＯリング２３および第２のＯリング２４）を用いているが、実施の形態２では、該２本のＯリングの他に、さらに２本のＯリングを用いる。

実施の形態２では、内側カバー部材３の外周面３ａに、第１の溝３３および第２の溝３４の他に、第３の溝１３３および第４の溝１３４が形成される。第３の溝１３３および第４の溝１３４は、スラスト方向において、第１の溝３３および第２の溝３４を挟むように形成される。第３の溝１３３および第４の溝１３４は、回転軸１の回転中心軸周りに周回するように内側カバー部材３の外周面３ａに形成された環状溝である。第３の溝１３３には、第３のＯリング１２３が係合される。第４の溝１３４には、第４のＯリング１２４が係合される。

図１４および図１５に示した実施の形態２に係るエアタービン駆動スピンドルは、上記以外の構成については、図１〜図３に示したエアタービン駆動スピンドルと同様である。

実施の形態１の第１のＯリング２３および第２のＯリング２４は、減衰性能とシール性能を持たせるものであった。実施の形態２では、第１のＯリング２３および第２のＯリング２４には、シール性能および減衰性能を持たせる一方、第３のＯリング１２３および第４のＯリング１２４には、シール性能ではなく、減衰性能を主な特性として持たせる。

第１の溝３３および第２の溝３４の形状としては、本実施形態、および第１〜第３の変形例で説明した形状のうちのいずれかが採用される。これにより、第１のＯリング２３および第２のＯリング２４のシール性能および減衰性能を担保できる。また、第３の溝１３３および第４の溝１３４については、本実施形態、および第１〜第３の変形例で説明した形状のうちのいずれを採用するようにしてもよく、参考例で説明した形状でもよい。参考例で説明した形状とは、溝の双方の側壁の高さが同じ形状である。

第１のＯリング２３および第２のＯリング２４は、シール性能を有することから、供給部１００が空隙４３に気体を供給したとしても、第３の溝１３３および第４の溝１３４までは、この気体は供給されない（届かない）。したがって、第３のＯリング１２３および第４のＯリング１２４が当該気体に押圧されて溝の側壁に押しつけられることはない。よって、第３のＯリング１２３および第４のＯリング１２４の減衰性能が低下されることはない。

回転軸１が回転すると、第１のＯリング２３および第２のＯリング２４が回転軸１の重心２９付近に設置されていることから、第１のＯリング２３および第２のＯリング２４を中心としたすりこぎ運動により振動が発生し得る。また、第３のＯリング１２３は、エアタービン駆動スピンドル３００の後方に設置され、第４のＯリング１２４は、エアタービン駆動スピンドル３００の前方に設置される。したがって、第３のＯリング１２３および第４のＯリング１２４の設置個所では、このすりこぎ運動の運動エネルギーが大きくなる。上述のように、供給部１００が気体を供給したとしても、第３のＯリング１２３および第４のＯリング１２４の減衰性能は低下しないことから、このすりこぎ運動による振動を第３のＯリング１２３および第４のＯリング１２４により十分に吸収することができる。

このように、第１のＯリング２３と第２のＯリング２４、および第３のＯリング１２３と第４のＯリング１２４で、役割を分けることで、それぞれの性能を十分に発揮させることができる。

（実施の形態３）
＜エアタービン駆動スピンドルの構成＞
次に、図１６を参照して、実施の形態３に係るエアタービン駆動スピンドル５００を説明する。図１６は、エアタービン駆動スピンドル５００を説明するための断面模式図である。

実施の形態１（図１参照）では、内側カバー部材３に、第１の溝３３と、第２の溝３４とが形成される。実施の形態３では、外側カバー部材５０５の内周面５０５ａに第１の溝５３３と、第２の溝５３４とが形成され、内側カバー部材５０３には、溝は形成されない。

図１７は、第１の溝５３３、および第２の溝５３４を説明するための断面模式図である。図１７は、第１の溝５３３、および第２の溝５３４の拡大図である。

第１のＯリング２３は、第１の溝５３３に係合される。第２のＯリング２４は、第２の溝５３４に係合される。第１の溝５３３、および第２の溝５３４は、空隙４３と連通している。第１のＯリング２３は、内側カバー部材５０３の外周面５０３ａと接触する。第２のＯリング２４は、内側カバー部材５０３の外周面５０３ａと接触する。図１７の第１の溝５３３、および第２の溝５３４の形状は、図２および図３に示した第１の溝３３、および第２の溝３４の形状と同一である。

また、第１の溝５３３、および第２の溝５３４の形状は、第１〜第３の変形例で説明した溝の形状のうちのいずれかが採用されるようにしてもよい。図１６および図１７に示した実施の形態３に係るエアタービン駆動スピンドル５００は、上記以外の構成については、図１〜図３に示したエアタービン駆動スピンドル２００と同様である。エアタービン駆動スピンドル５００は、エアタービン駆動スピンドル２００と同様の効果を奏する。

（実施の形態４）
次に、図１８を参照して、実施の形態４に係るエアタービン駆動スピンドル６００を説明する。図１８は、エアタービン駆動スピンドル６００を説明するための断面模式図であり、エアタービン駆動スピンドル６００の上半分を示したものである。

実施の形態３では、２本のＯリング（第１のＯリング２３および第２のＯリング２４）を用いているが、実施の形態４では、該２本のＯリングの他に、さらに２本のＯリングを用いる。

実施の形態４では、外側カバー部材６０５に、第１の溝５３３および第２の溝５３４の他に、第３の溝６３３および第４の溝６３４が形成される。第３の溝６３３および第４の溝６３４は、スラスト方向において、第１の溝５３３および第２の溝５３４を挟むように形成される。第３の溝６３３および第４の溝６３４は、回転軸１の回転中心軸周りに周回するように外側カバー部材６０５に形成された環状溝である。第３の溝６３３には、第３のＯリング１２３が係合される。第４の溝６３４には、第４のＯリング１２４が係合される。また、第１の溝５３３、および第２の溝５３４の形状は、第１〜第３の変形例で説明した形状のうちのいずれかが採用されるようにしてもよい。図１８に示した実施の形態４に係るエアタービン駆動スピンドルは、上記以外の構成については、図１〜図３に示したエアタービン駆動スピンドルと同様である。エアタービン駆動スピンドル６００は、エアタービン駆動スピンドル３００と同様の効果を奏する。

また、実施の形態４において、第１の溝５３３および第２の溝５３４を、内側カバー部材６０３の外周面および外側カバー部材６０５の内周面のうちのいずれか一方に形成する一方、第３の溝６３３および第４の溝６３４を、内側カバー部材６０３の外周面および外側カバー部材６０５の内周面のうちのいずれか他方に形成するようにしてもよい。

＜Ｏリングの材質＞
第１のＯリング２３および第２のＯリング２４と、第３のＯリング１２３および第４のＯリング１２４とは、それぞれ材質が異なるようにしてもよい。これにより、材質の選択の自由度が向上する。第３のＯリング１２３および第４のＯリング１２４が設置されていることから、第１のＯリング２３および第２のＯリング２４を極力、外気に触れさせないようにすることができる。したがって、第１のＯリング２３および第２のＯリング２４については、外気に含まれる溶剤を考慮した耐溶剤性を持たせる必要はない。よって、第１のＯリング２３および第２のＯリング２４については、たとえば、耐溶剤性にとらわれず、第３のＯリング１２３および第４のＯリング１２４よりも減衰性能の高い材料を用いたＯリングとすることが好ましい。減衰性能の高い材料とは、たとえば、ニトリルゴムまたはフッ素ゴムなどである。なお、第３のＯリング１２３および第４のＯリング１２４は、外気と触れることから、第１のＯリング２３および第２のＯリング２４よりも耐溶剤性の高い材料からなるＯリングであることが好ましい。

＜つぶし代＞
次に、第３のＯリング１２３のつぶし代ｘ３および第４のＯリング１２４のつぶし代ｘ４の好ましい値について説明する。第３のＯリング１２３の無負荷状態、つまり、第３の溝１３３に係合されていない状態（第３のＯリング１２３が変形していない状態）での第３のＯリング１２３の断面の直径をｄ３とする。第４のＯリング１２４の無負荷状態、つまり、第４の溝１３４に係合されていない状態（第４のＯリング１２４が変形していない状態）での第４のＯリング１２４の断面の直径をｄ４とする。

また、第３の溝１３３の底部から外側カバー部材５の内周面５ａまでの距離ｍ３とし、第４の溝１３４の底部から外側カバー部材５の内周面５ａまでの距離ｍ４とする。第３の溝１３３の形状を、たとえば図３に示す溝の形状とした場合には、ｍ３＝Ｈ３となる。同様に第４の溝１３４の形状を、たとえば図３に示す溝の形状とした場合には、ｍ４＝Ｈ３となる。

このような場合において、第３のＯリング１２３のつぶし代ｘ３は、たとえば、ｘ３＝ｄ３−ｍ３と表される。第４のＯリング１２４のつぶし代ｘ４は、たとえば、ｘ４＝ｄ４−ｍ４と表される。

つぶし代については、ＪＩＳ規格やメーカの仕様などにより規定されている規定値が存在する。たとえば、Ｏリングの断面の直径が２ｍｍである場合には、つぶし代の規定値の下限は０．３ｍｍであると規定されている。

ここで、第３のＯリング１２３および第４のＯリング１２４は、シール性能を持たせることが必須でないことから、つぶし代は、規定値よりも小さくなるようにしてもよい。たとえば、つぶし代ｘ３およびつぶし代ｘ４は、０．３ｍｍ未満としてもよい。

また、「０．３ｍｍ未満」とは、「０」としてもよく、「−（マイナス）」としてもよいことをいう。つまり、ｘ３およびｘ４は、０としてもよく、「−（マイナス）」としてもよい。ｘ３およびｘ４が０であるとは、第３のＯリング１２３および第４のＯリング１２４が、それぞれ、第３の溝１３３、および第４の溝１３４に係合されたときに、第３のＯリング１２３および第４のＯリング１２４が変形することなく、外側カバー部材５の内周面５ａに丁度、接触することをいう。つまり、ｘ３およびｘ４が０であるとは、ｄ３＝ｍ３であり、ｄ４＝ｍ４であることをいう。

また、「ｘ３およびｘ４がマイナスである」とは、第３のＯリング１２３および第４のＯリング１２４が、それぞれ、第３の溝１３３、および第４の溝１３４に係合されたときに、第３のＯリング１２３および第４のＯリング１２４が外側カバー部材５の内周面５ａに接触しないことをいう。ｘ３およびｘ４がマイナスであるとは、ｄ３＜ｍ３であり、ｄ４＜ｍ４であることをいう。ただし、「ｘ３およびｘ４がマイナスである」とした場合において、第３のＯリング１２３および第４のＯリング１２４が、第３の溝１３３、および第４の溝１３４に係合されたときには、第３のＯリング１２３が第３の溝１３３から突出し、第４のＯリング１２４が第４の溝１３４から突出されることが好ましい。このように突出しないと、外側カバー部材５と、内側カバー部材３とが接触するため、第３のＯリング１２３および第４のＯリング１２４に最低限の減衰性能を持たせることができないからである。

このように、つぶし代を規定値よりも小さくすることにより、第３のＯリング１２３および第４のＯリング１２４について、内側カバー部材３が外側カバー部材５に対して変位した場合での弾性変形量を大きくできる。したがって、第３のＯリング１２３および第４のＯリング１２４により、回転軸１の回転に起因する振動を吸収することができる。

また、距離ｍ３、距離ｍ４、直径ｄ３、および直径ｄ４についての関係式は、たとえば、距離ｍ３は、直径ｄ３から０．３ｍｍを差し引いた値より大きい値としてもよい。また、距離ｍ４は、直径ｄ４から０．３ｍｍを差し引いた値より大きい値としてもよい。

また、上記の説明では、Ｏリングの数は２個、または４個である例を説明した。しかしながら、Ｏリングの数は３個以上としてもよい。

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、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，３ａ 外周面、１ｂ 軸部、１ｃ スラスト板部、２ ハウジングアッシ、３ 内側カバー部材、３ｂ 第１領域、３ｃ 第２領域、４ 軸受スリーブ、５ 外側カバー部材、５ａ 内周面、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 貫通孔、１８ 回転センサ挿入口、２０ 排気空間。

Claims (9)

1. 外周面を有する回転軸と、
   前記回転軸の前記外周面の少なくとも一部を取り囲む内側カバー部材と、
   前記内側カバー部材の外周面の少なくとも一部を取り囲む外側カバー部材とを備え、
   前記外側カバー部材には、前記内側カバー部材と前記外側カバー部材との間で形成される空隙に連なる連通穴部が形成され、
   前記内側カバー部材の前記外周面および前記外側カバー部材の前記内側カバー部材と対向する内周面のうちのいずれか一方に、前記回転軸の中心軸に沿った方向において、前記連通穴部を挟むように配置された第１の溝および第２の溝が形成され、
   前記空隙は、前記第１の溝および前記第２の溝それぞれに連通し、
   前記連通穴部を介して前記空隙に気体を供給する供給部と、
   前記第１の溝に係合され、弾力性を有し、かつ前記内側カバー部材の前記外周面および前記外側カバー部材の前記内周面のうちのいずれか他方と接触する第１のＯリングと、
   前記第２の溝に係合され、弾力性を有し、かつ前記内側カバー部材の前記外周面および前記外側カバー部材の前記内周面のうちのいずれか他方と接触する第２のＯリングとをさらに備え、
   前記第１の溝および前記第２の溝のそれぞれは、第１の側壁、第２の側壁、および前記第１の側壁と前記第２の側壁とをつなぐ底部を有し、
   前記第１の溝および前記第２の溝のそれぞれにおいて、前記第１の側壁から前記連通穴部までの距離は、前記第２の側壁から前記連通穴部までの距離よりも長く、
   前記第１の溝および前記第２の溝のそれぞれにおいて、前記底部から前記第１の側壁の上端までの距離は、前記底部から前記第２の側壁の上端までの距離よりも短い、エアタービン駆動スピンドル。
2. 前記第１の溝および前記第２の溝のそれぞれは、前記第１の側壁の前記上端に連なる面取部を含む、請求項１記載のエアタービン駆動スピンドル。
3. 前記第１の溝および前記第２の溝のそれぞれは、前記第１の側壁の前記上端に連なる切欠部を含む、請求項１記載のエアタービン駆動スピンドル。
4. 前記第１の溝および前記第２の溝のそれぞれの前記第１の側壁の前記上端から、前記内側カバー部材の前記外周面および前記外側カバー部材の前記内周面のうちのいずれか他方までの距離は、
   ０．５ｍｍ以上であり、前記第１の溝および前記第２の溝のそれぞれの前記底部から前記内側カバー部材の前記外周面および前記外側カバー部材の前記内周面のうちのいずれか他方までの距離の半分以下である、請求項１〜３いずれか１項に記載のエアタービン駆動スピンドル。
5. 前記内側カバー部材の前記外周面および前記外側カバー部材の前記内周面のうちのいずれか一方に、前記回転軸の中心軸に沿った方向において、前記第１の溝および前記第２の溝を挟むように配置された第３の溝および第４の溝が形成され、
   前記第３の溝に係合され、かつ前記内側カバー部材の前記外周面および前記外側カバー部材の前記内周面のうちのいずれか他方と接触する第３のＯリングと、
   前記第４の溝に係合され、かつ前記内側カバー部材の前記外周面および前記外側カバー部材の前記内周面のうちのいずれか他方と接触する第４のＯリングとをさらに備える、請求項１〜４いずれか１項に記載のエアタービン駆動スピンドル。
6. 前記第１のＯリングおよび前記第２のＯリングを構成する材料は、前記第３のＯリングおよび前記第４のＯリングを構成する材料と異なる、請求項５に記載のエアタービン駆動スピンドル。
7. 前記第３のＯリングの無負荷状態での直径から、前記第３の溝の前記底部から前記外側カバー部材の表面までの距離を引いた値は０．３ｍｍ未満であり、
   前記第４のＯリングの無負荷状態での直径から、前記第４の溝の前記底部から前記外側カバー部材の表面までの距離を引いた値は０．３ｍｍ未満である、請求項５または６に記載のエアタービン駆動スピンドル。
8. 前記第１の溝および前記第２の溝のそれぞれは、前記内側カバー部材の前記外周面に形成され、
   前記第１のＯリングおよび前記第２のＯリングのそれぞれは、前記外側カバー部材の前記内周面と接触する、請求項１〜７いずれか１項に記載のエアタービン駆動スピンドル。
9. 前記第１の溝および前記第２の溝のそれぞれは、前記外側カバー部材の前記内周面に形成され、
   前記第１のＯリングおよび前記第２のＯリングのそれぞれは、前記内側カバー部材の前記外周面と接触する、請求項１〜７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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