WO2018079277A1

WO2018079277A1 - エアタービン駆動スピンドル

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Publication number: WO2018079277A1
Application number: PCT/JP2017/036961
Authority: WO
Inventors: 照悦堀内
Original assignee: Ntn株式会社
Priority date: 2016-10-26
Filing date: 2017-10-12
Publication date: 2018-05-03
Also published as: JP2018071594A; JP6756577B2

Abstract

エアタービン駆動スピンドル（２００）は、回転軸（１）と、軸受部材（５０）と、外側部材（６５）と、Ｏリング（２４）とを備える。Ｏリング（２４）は、外側部材（６５）に対して軸受部材（５０）を回転軸（１）のラジアル方向に支持する。回転軸（１）の前側端面（５０ａ）と回転軸（１）の後端部（１ｂ）との間には、回転軸（１）をスラスト方向に支持するスラスト軸受（５１）が形成されている。軸受部材（５０）は、回転軸（１）の回転中において、後側端面（５０ｂ）と外側部材（６５）との間に形成されたスラスト隙間（５２）を確保するように構成されている。

Description

エアタービン駆動スピンドル

　この発明は、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軸受部材がハウジング内に保持されたスピンドルを開示している。軸受部材とハウジングとの間には、Ｏリングが配置されており、軸受部材は、Ｏリングの弾性力によって回転軸のラジアル方向に支持されている。軸受部材の一方の端面は、回転軸のフランジの端面に面しており、両端面の間には、回転軸をスラスト方向に支持するスラスト軸受が形成されている。軸受部材の他方の端面は、ハウジングのサイドカバーの端面に面しており、両端面の間には、スラスト方向隙間が形成されている。

特開平９－７２３３８号公報

　上述したような構成を備える従来のスピンドルでは、回転軸が回転したときにスラスト方向隙間の範囲内で軸受部材が移動することで、スラスト方向の振動を吸収することができる。しかし、高速回転などによって回転軸が大きく動いた場合、軸受部材の移動範囲も大きくなる。このような場合において、軸受部材がスラスト方向隙間の範囲を超えて移動してしまうと、軸受部材がハウジングに接触する虞が生じる。したがって、従来のスピンドルでは、回転軸を安定して高速回転させることができなかった。

　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、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、回転軸と、軸受部材と、外側部材と、Ｏリングとを備える。回転軸は、先端部と先端部の反対側に位置する後端部とを有する。軸受部材は、回転軸の後端部側に配置され、回転軸をスラスト方向に支持する。外側部材は、軸受部材の少なくとも一部を取り囲む。Ｏリングは、外側部材と軸受部材との間に配置され、外側部材に対して軸受部材を回転軸のラジアル方向に支持する。軸受部材において回転軸に面する第１端面と、回転軸の後端部との間には、回転軸をスラスト方向に支持するスラスト軸受が形成されている。軸受部材において第１端面の反対側に位置する第２端面と、外側部材との間には、スラスト方向に隙間が形成されている。軸受部材は、回転軸の回転中に隙間を確保するように構成されている。

　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エアタービン駆動スピンドルを得ることができる。

本実施の形態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。本実施の形態に係る軸受部材を示す断面模式図である。回転軸の回転中における本実施の形態に係る軸受部材を示す断面模式図である。参考例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。回転軸の回転中における参考例に係る軸受部材を示す断面模式図である。変形例に係る軸受部材を示す断面模式図である。

　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り返さない。

　（本実施の形態）
　＜エアタービン駆動スピンドルの構成＞
　図１を参照しながら、本実施の形態に係るエアタービン駆動スピンドル２００の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係るエアタービン駆動スピンドル２００の断面模式図である。

　エアタービン駆動スピンドル２００は、先端部１ａと先端部の反対側に位置する後端部１ｂとを有する回転軸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の後端部１ｂ側に配置された軸受部材５０と、回転軸１とハウジングアッシ２と軸受部材５０とを取り囲む外側部材６５とを備える。

　回転軸１は、円筒形状を有する軸部１ｃと、軸部１ｃに対してラジアル方向（径方向）に延びるように形成されたスラスト板部１ｄとを含む。スラスト板部１ｄは、スラスト方向（軸方向）において軸部１ｃの後端部１ｂ側に形成されている。以下、スラスト方向において、回転軸１の先端部１ａ側を「前側」、回転軸１の後端部１ｂ側を「後側」という。

　軸部１ｃおよびスラスト板部１ｄには、スラスト方向に延びる貫通孔１７が形成されている。エアタービン駆動スピンドル２００が静電塗装機用に構成されている場合には、回転軸１の先端部１ａ側に円錐形のカップ８０が取り付けられる。貫通孔１７の内部にはカップ８０に塗料を供給するための塗料供給管４５が配置される。

　なお、本実施の形態に係るエアタービン駆動スピンドル２００は、カップおよび塗料供給管４５が配置されているが、カップおよび塗料供給管４５のいずれか一方、もしくは両方が配置されていなくてもよい。

　スラスト板部１ｄには、回転翼１５および回転翼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のスラスト板部１ｄ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領域（薄肉部）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、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１ｄ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おいて前側へ延びるように形成されている。回転軸１は、後述する駆動用気体給気口１２を介して駆動用気体供給部（図示せず）から噴出された気体（駆動用気体という）を回転翼１５が受けることで回転可能である。駆動用気体は、たとえば圧縮空気である。

　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１ｄ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１ｄ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１ｄの前側に位置する面は、薄肉部と厚肉部との間に曲面を有している。回転翼１５における前側に位置する部分と厚肉部における前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。

　スラスト板部１ｄの薄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ごと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、薄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。

　ハウジングアッシ２は、回転軸１の少なくとも一部を収容する。ハウジングアッシ２は、ハウジング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１ｃの外周面およびスラスト板部１ｄの前側の平面の各一部に面しており、軸部１ｃの一部を囲むように形成されている。ハウジング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に固定されている。ハウジング３は、軸受スリーブ４の外周側から、軸部１ｃの外周面の少なくとも一部を取り囲む。

　外側部材６５は、カバー部材５とノズル板６とを含む。カバー部材５は、スラスト方向においてノズル板６に固定されている。ノズル板６は、回転軸１においてハウジングアッシ２およびカバー部材５に収容されていない部分（回転軸１の後端部１ｂ側、およびスラスト板部１ｄのラジアル方向における外周端面）を囲むように形成されている。

　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は、その一方端がノズル板６の内周面上の駆動用気体給気口１２に連通し、他方端が駆動用給気ノズル１４に連通している。駆動用気体給気口１２には、駆動用気体供給部から駆動用気体が供給される。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させるための流通路である。

　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の外周側から内周側に向かって駆動用気体を噴出可能である。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であってもよい。

　駆動用気体給気口１２は、排気路２１および排気空間２０を介して、カバー部材５に形成された排気孔１１に連通している。駆動用気体給気口１２から供給された駆動用気体は、スラスト板部１ｄが有するＲ形状部２１ａで方向を変えて排気空間２０に流入し、排気孔１１から外部に排気される。

　ここで、駆動用気体給気口１２から供給された駆動用気体が、貫通孔１７と同じ空間、または貫通孔１７に連通した空間を介して外部に排気するように構成した場合、駆動用気体が貫通孔１７に流入する虞がある。駆動用気体が貫通孔１７に流入すると、駆動用気体はカップ８０にまで到達し、塗料を押し出す虞がある。この場合、塗料の霧化の均一性が損なわれ、塗装品質が低下する虞がある。

　しかし、上述したように、排気孔１１をカバー部材５に形成して、駆動用気体をカバー部材５側から排気するように構成すれば、駆動用気体が貫通孔１７に流入することを防ぐことができる。さらに、詳しくは後述するが、貫通孔１７における回転軸１の後端部１ｂ側には、軸受部材５０が設けられているため、軸受部材５０によっても駆動用気体が貫通孔１７に流入することを防ぐことができる。

　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１ｄ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。

　カバー部材５の内部には、軸受用給気路１０が形成されている。軸受用給気路１０は、その一方端がカバー部材５の外周面上の軸受用気体給気口９に連通し、他方端がハウジングアッシ２の内部に連通している。軸受用気体給気口９には、供給部１００から気体（軸受用気体という）が供給される。供給部１００は、たとえば、エアコンプレッサである。軸受用気体は、たとえば圧縮空気である。供給部１００は、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と兼用してもよい。

　カバー部材５と、ハウジング３との間には、空隙４１が形成されている。回転軸１の軸部１ｃと、軸受スリーブ４との間には、空隙４２が形成されている。回転軸１のスラスト板部１ｄと、軸受スリーブ４との間には、空隙４３が形成されている。軸受用給気路１０は、これら空隙４１～４３の夫々に連通している。軸受用給気路１０において空隙４２および空隙４３に連通されている部分の孔径は軸受用気体給気口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。

　ハウジング３の外周面３ａには、Ｏリング２４が係合する複数の溝６１～６３が形成されている。溝６１および溝６２は、スラスト方向において軸受用給気路１０を挟むように配置されている。Ｏリング２４は、弾力性を有する部材である。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り、たとえば材料として、フッ素系のゴムであるパーフロロエラストマーを用いることができる。

　供給部１００によって軸受用気体給気口９から供給された軸受用気体は、軸受用給気路１０を介して空隙４１へと流入する。そして、軸受用気体は、やがて溝６１および溝６２へと到達する。溝６１および溝６２へと到達した軸受用気体は、溝６１および溝６２のそれぞれに係合するＯリング２４を圧力の低い方向（軸受用給気路１０から離れる方向）に押し出す。溝６１および溝６２のそれぞれに係合するＯリング２４は、軸受用気体によって押し出されることで、カバー部材５の内周面とハウジング３の外周面３ａとに密着し、軸受用気体の流路を遮断する。

　このように、供給部１００から供給された軸受用気体は、Ｏリング２４の存在によって空隙４１内で滞留し、外部に漏れない。つまり、Ｏリング２４は、シール（密封）性能を有する。

　エアタービン駆動スピンドル２００が作動すると、カップ８０が装着された回転軸１の先端部１ａ側での振れ回りにより振動が発生する場合がある。溝６１～６３のそれぞれに係合するＯリング２４に振動が伝わると、その弾力性から、Ｏリングが変形する。Ｏリング２４は、変形することで振動を吸収することができる。このように、Ｏリング２４は、減衰性能を有する。

　供給部１００によって軸受用気体給気口９から供給された軸受用気体は、軸受用給気路１０を介して空隙４２へと流入する。軸受用気体が空隙４２に供給されると、静圧作用によって軸受（ジャーナル軸受７）が形成される。ジャーナル軸受７は、静圧気体軸受であり、回転軸１をラジアル方向に支持する。

　供給部１００によって軸受用気体給気口９から供給された軸受用気体は、軸受用給気路１０を介して空隙４３へと流入する。軸受用気体が空隙４３に供給されると、静圧作用によって軸受（スラスト軸受８）が形成される。スラスト軸受８は、静圧気体軸受であり、回転軸１をスラスト方向に支持する。

　ノズル板６の内部には、軸受用給気路５７が形成されている。軸受用給気路５７は、その一方端がノズル板６の軸受用気体給気口５５に連通し、他方端が軸受部材５０の内部に連通している。軸受用気体給気口５５には、供給部１０１から気体（軸受用気体という）が供給される。供給部１０１は、たとえば、エアコンプレッサである。軸受用気体は、たとえば圧縮空気である。供給部１０１は、供給部１００と兼用してもよい。この場合、軸受用給気路５７と、軸受用給気路１０とが連通していてもよい。

　＜軸受部材の構成＞
　軸受部材５０は、貫通孔１７における回転軸１の後端部１ｂ側に配置され、回転軸１をスラスト方向に支持する。軸受部材５０において回転軸１に面する前側端面５０ａと、回転軸１の後端部１ｂとの間には、軸受用気体給気口５５から供給された軸受用気体が、軸受用給気路５７および軸受部材５０の内部を介して流入する。軸受部材５０の前側端面５０ａと回転軸１の後端部１ｂとの間に軸受用気体が供給されると、静圧作用によって、軸受部材５０と回転軸１との間に軸受（スラスト軸受５１）が形成される。スラスト軸受５１は、静圧気体軸受であり、回転軸１をスラスト方向に支持する。

　図２は、本実施の形態に係る軸受部材５０を示す断面模式図である。図２に示すように、軸受部材５０において前側端面５０ａの反対側に位置する後側端面５０ｂと、ノズル板６との間には、スラスト方向にスラスト隙間５２が形成されている。なお、前側端面５０ａは、「第１端面」の一実施形態に対応し、後側端面５０ｂは、「第２端面」の一実施形態に対応する。

　軸受部材５０は、スラスト方向の外周面として、外周面５０ｃと、外周面５０ｄとを有する。外周面５０ｃに対応する軸受部材５０の円断面の直径を、直径Ｄ１とする。つまり、直径Ｄ１は、ラジアル方向において、相対する一方の外周面５０ｃと他方の外周面５０ｃとの間の長さである。外周面５０ｄに対応する軸受部材５０の円断面の直径を、直径Ｄ２とする。つまり、直径Ｄ２は、ラジアル方向において、相対する一方の外周面５０ｄと他方の外周面５０ｄとの間の長さである。直径Ｄ２は、直径Ｄ１よりも長くなっており、外周面５０ｄは、外周面５０ｃよりも外周側に位置する。

　外周面５０ｃから外周面５０ｄに亘っては、ラジアル方向に側壁５０ｅが延びている。側壁５０ｅのラジアル方向での長さを、長さＤ３とする。側壁５０ｅは、軸受用給気路５７よりも前側に位置する。

　軸受部材５０の外周面５０ｃと、ノズル板６の内周面との間には、複数のＯリング２４（２４ａ，２４ｂ）が配置されている。軸受部材５０において軸受用給気路５７よりも前側に位置するＯリング２４ａは、ノズル板６の内周面、軸受部材５０の外周面５０ｃ、および軸受部材５０の側壁５０ｅのそれぞれに接するように配置されている。軸受部材５０において軸受用給気路５７よりも後側に位置するＯリング２４ｂは、ノズル板６の内周面、ノズル板６のスラスト方向における端面、および軸受部材５０の外周面５０ｃのそれぞれに接するように配置されている。

　Ｏリング２４（２４ａ，２４ｂ）の無負荷状態での断面の直径Ｄ４は、側壁５０ｅの長さＤ３よりも長い。このため、軸受部材５０の外周面５０ｃとノズル板６の内周面との間にＯリング２４が配置されることで、軸受部材５０の外周面５０ｄとノズル板６の内周面との間にラジアル隙間５３が形成される。

　このように、軸受部材５０は、スラスト方向にスラスト隙間５２が形成されるとともに、ラジアル方向にラジアル隙間５３が形成される。このため、軸受部材５０は、ノズル板６に固定されない。

　軸受用気体給気口５５から供給された軸受用気体は、軸受用給気路５７を介して軸受部材５０の内部に流入する。そして、軸受用気体は、軸受部材５０とノズル板６との間に配置されたＯリング２４を圧力の低い方向（軸受用給気路５７から離れる方向）に押し出そうとする。

　Ｏリング２４ａは、軸受用気体によって押し出されることで、軸受部材５０の側壁５０ｅに接しながら側壁５０ｅを前側に押し出そうとする。このとき、Ｏリング２４ａは、ノズル板６の内周面、軸受部材５０の外周面５０ｃ、および軸受部材５０の側壁５０ｅのそれぞれに密着する。一方、Ｏリング２４ｂは、軸受用気体によって押し出されるが、ノズル板６のスラスト方向における端面に接した後、それ以上動かない。このとき、Ｏリング２４ｂは、ノズル板６の内周面、ノズル板６のスラスト方向における端面、および軸受部材５０の外周面５０ｃのそれぞれに密着する。このように、Ｏリング２４が配置された箇所では、軸受用気体の流路が遮断される。そして、軸受部材５０の前側端面５０ａと回転軸１の後端部１ｂとの間に軸受用気体が流入することで、スラスト軸受５１が形成される。

　＜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。

　図１に示すように、エアタービン駆動スピンドル２００が動作すると、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１ｄの回転翼１５に向けて、スラスト板部１ｄ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に噴出された駆動用気体は、Ｒ形状部２１ａに沿って流れることで向きを変えられ、排気路２１および排気空間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１ｄ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。このため、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。

　（参考例）
　次に、参考例に係るエアタービン駆動スピンドル３００の構成について説明する。図４は、参考例に係るエアタービン駆動スピンドル３００の断面模式図である。なお、以下では、参考例に係るエアタービン駆動スピンドル３００について、本実施の形態に係るエアタービン駆動スピンドル２００と異なる構成および動作のみ説明する。

　図４に示すように、参考例に係る軸受部材１５０は、回転軸１の後端部１ｂ側に配置され、回転軸１をスラスト方向に支持する。軸受部材１５０において回転軸１に面する前側端面１５０ａと、回転軸１の後端部１ｂとの間には、軸受用気体給気口５５から供給された軸受用気体が、軸受用給気路５７および軸受部材１５０の内部を介して流入する。軸受部材１５０の前側端面１５０ａと回転軸１の後端部１ｂとの間に駆動用気体が供給されると、静圧作用によって、軸受部材１５０と回転軸１との間に軸受（スラスト軸受１５１）が形成される。スラスト軸受１５１は、静圧気体軸受であり、回転軸１をスラスト方向に支持する。

　図５は、回転軸１の回転中における参考例に係る軸受部材１５０を示す断面模式図である。図５に示すように、軸受部材１５０は、外側部材６５のノズル板６に接続されており、軸受部材１５０は、外側部材６５のノズル板６によって固定されている。具体的には、軸受部材１５０において前側端面１５０ａの反対側に位置する後側端面１５０ｂは、外側部材６５のノズル板６に接続されている。また、軸受部材１５０の外周面も、外側部材６５のノズル板６に接続されている。このため、参考例に係るエアタービン駆動スピンドル３００では、回転軸１が回転の中心軸に対して傾いても、軸受部材１５０が回転中の回転軸１の動きに追従しない。

　ここで、図５に示すように、高速回転などによって回転軸１が大きく動いた場合、ノズル板６に固定された軸受部材１５０の前側端面１５０ａと、回転軸１の後端部１ｂとが接触する虞がある。その結果、参考例に係るエアタービン駆動スピンドル３００は、回転軸１を安定して高速回転させることができない。また、軸受部材１５０の前側端面１５０ａと、回転軸１の後端部１ｂとが接触しないように、前側端面１５０ａと後端部１ｂとの隙間を大きく開けることも考えられるが、この場合、駆動用気体の流入量を増加させなければならず、シール性能を維持することが難しくなる。さらに、ハウジングアッシ２は、Ｏリング２４でカバー部材５に支持されているため、スラスト軸受１５１における隙間を一定の幅で確保することも難しい。

　そこで、図１および図２に示す本実施の形態に係るエアタービン駆動スピンドル２００においては、軸受部材５０がノズル板６（外側部材６５）に直接的に接触して固定されず、軸受部材５０とノズル板６との間に配置されたＯリング２４の弾性力によって軸受部材５０がラジアル方向に支持されるように構成されている。さらに、軸受部材５０の後側端面５０ｂとノズル板６との間にはスラスト隙間５２が形成されており、そのスラスト隙間５２は、回転軸１が回転中であっても確保されるように構成されている。

　＜作用効果＞
　図３を参照しながら、本実施の形態に係るエアタービン駆動スピンドル２００が奏する作用効果について説明する。図３は、回転軸１の回転中における本実施の形態に係る軸受部材５０を示す断面模式図である。

　上述したように、軸受部材５０は、ノズル板６（外側部材６５）に固定されることなく、軸受部材５０とノズル板６との間に配置されたＯリング２４の弾性力によってラジアル方向に支持される。さらに、軸受部材５０の後側端面５０ｂとノズル板６との間にはスラスト隙間５２が形成されている。

　また、Ｏリング２４ａは、軸受用気体給気口５５から供給された軸受用気体の給気圧力によって前側に押し出される。押し出されたＯリング２４ａは、軸受部材５０の側壁５０ｅに接しながら側壁５０ｅを前側に押し出そうとする。一方、Ｏリング２４ｂは、スラスト方向において軸受部材５０と接していないため、軸受用気体給気口５５から供給された軸受用気体の給気圧力によって後側に押し出されたとしても、軸受部材５０には押圧力が掛からない。つまり、軸受用気体がＯリング２４ａを前側に押圧することで、軸受部材５０は、回転軸１側に向けて押圧される。このため、図３に示すように、軸受部材５０は、回転中の回転軸１の動きに追従して動くことができる。

　このように、軸受部材５０は、軸受用給気路５７よりも前側に位置する側壁５０ｅに対して給気圧力によるＯリング２４ａの押圧力が掛かることで、軸受部材５０の後側端面５０ｂがノズル板６から遠ざかる方向に移動可能に構成されている。このため、図３に示すように、回転軸１が回転中であっても、軸受用気体の給気圧力によるＯリング２４ａの押し出しによって、スラスト隙間５２が確保される。

　以上のように、回転軸１が回転したときには、軸受部材５０が回転中の回転軸１の動きに追従して動くとともに、スラスト隙間５２が確保される。したがって、高速回転などによって回転軸１が大きく動いた場合でも、軸受部材５０の前側端面５０ａと回転軸１の後端部１ｂとが接触せず、かつ軸受部材５０の後側端面５０ｂとノズル板６とが接触することもない。さらに、軸受部材５０に対して前側に一定の押圧力が掛かることで、スラスト軸受５１における隙間を一定の幅で確保することができる。このため、スラスト軸受５１における隙間に駆動用気体の流入量を増加させることなく、シール性能を維持することができる。これにより、エアタービン駆動スピンドル２００は、回転軸１を安定して高速回転させることができる。

　さらに、参考例に係るエアタービン駆動スピンドル３００では、軸受部材１５０とノズル板６とを合わせるために両者の寸法公差を厳密に規定する必要がある。これに対して、本実施の形態に係るエアタービン駆動スピンドル２００では、軸受部材５０とノズル板６とが固定されていないため、両者の寸法公差を厳密に規定する必要がなく、軸受部材５０の加工工程を簡略化することができ、コスト削減効果も期待できる。

　また、軸受部材５０を構成する材料についても選択の幅が広がる。たとえば、参考例に係るエアタービン駆動スピンドル３００では、軸受部材１５０とノズル板６とを合わせるため、軸受部材１５０に焼き嵌めや接着をしてから規定の寸法公差になるように仕上げ加工を行ったり、現合加工を行ったりする必要がある。このため、軸受部材１５０を構成する材料としては、たとえば、加工性の良い銅系材料が用いられる。あるいは、軸受部材１５０と回転軸１との接触による焼き付きを防止することを考慮すると、軸受部材１５０を構成する材料としてはカーボン（黒鉛）が用いられることもある。つまり、参考例に係るエアタービン駆動スピンドル３００では、軸受部材１５０を構成する材料が極めて限られている。

　これに対して、本実施の形態に係るエアタービン駆動スピンドル２００では、軸受部材５０とノズル板６とが固定されていないため、軸受部材５０を構成する材料を自由に選択できる。たとえば、軸受部材５０を構成する材料には、カーボン（黒鉛）、樹脂、非鉄金属、鉄系材料（ステンレスおよび鋼などの鉄基合金）など、いずれかの材料のうちの少なくとも１つを選択的に含んでいてもよい。

　＜変形例＞
　図６を参照しながら、図１～図３に示したエアタービン駆動スピンドル２００の変形例を説明する。図６は、変形例に係る軸受部材２５０を示す断面模式図である。なお、変形例に係るエアタービン駆動スピンドルは、以下で説明する構成以外の構成について、本実施の形態に係るエアタービン駆動スピンドル２００が備える構成と同様の構成を備える。

　図１～図３に示すように、本実施の形態に係るエアタービン駆動スピンドル２００は、軸受用給気路５７よりも前側に給気圧力が掛かる側壁５０ｅを備える一方で、軸受用給気路５７よりも後側には給気圧力が掛かる側壁を備えないように構成されており、側壁５０ｅに対して押圧力が掛かることで軸受部材５０が前側に押圧され、その結果、回転軸１の回転中であってもスラスト隙間５２を確保するものであった。しかし、回転軸１の回転中にスラスト隙間５２を確保する構成は、その他の構成であってもよい。

　たとえば、変形例に係るエアタービン駆動スピンドルは、図６に示す軸受部材２５０を備えていてもよい。図６に示すように、軸受部材２５０は、スラスト方向の外周面として、外周面２５０ｆと、外周面２５０ｄと、外周面２５０ｃとを有する。外周面２５０ｆに対応する軸受部材２５０の円断面の直径を、直径Ｄ２１とする。つまり、直径Ｄ２１は、ラジアル方向において、相対する一方の外周面２５０ｆと他方の外周面２５０ｆとの間の長さである。外周面２５０ｄに対応する軸受部材２５０の円断面の直径を、直径Ｄ２２とする。つまり、直径Ｄ２２は、ラジアル方向において、相対する一方の外周面２５０ｄと他方の外周面２５０ｄとの間の長さである。外周面２５０ｃに対応する軸受部材２５０の円断面の直径を、直径Ｄ２３とする。つまり、直径Ｄ２３は、ラジアル方向において、相対する一方の外周面２５０ｃと他方の外周面２５０ｃとの間の長さである。直径Ｄ２２は、直径Ｄ２１よりも長くなっており、外周面２５０ｄは、外周面２５０ｆよりも外周側に位置する。また、直径Ｄ２１は、直径Ｄ２３よりも長くなっており、外周面２５０ｆは、外周面２５０ｃよりも外周側に位置する。

　外周面２５０ｃから外周面２５０ｄに亘っては、ラジアル方向に側壁２５０ｅが延びている。側壁２５０ｅのラジアル方向での長さを、長さＤ２４とする。側壁２５０ｅは、軸受用給気路５７よりも前側に位置する。外周面２５０ｃから外周面２５０ｆに亘っては、ラジアル方向に側壁２５０ｇが延びている。側壁２５０ｇのラジアル方向での長さを、長さＤ２６とする。側壁２５０ｇは、軸受用給気路５７よりも後側に位置する。側壁２５０ｅの長さＤ２４は、側壁２５０ｇの長さＤ２６よりも長い。

　軸受部材２５０の外周面２５０ｃと、ノズル板６の内周面との間には、Ｏリング２４ｃが配置されている。Ｏリング２４ｃは、ノズル板６の内周面、軸受部材２５０の外周面２５０ｃ、および軸受部材２５０の側壁２５０ｅのそれぞれに接するように配置されている。軸受部材２５０の外周面２５０ｆと、ノズル板６との間には、Ｏリング２４ｄが配置されている。Ｏリング２４ｄは、ノズル板６の内周面、ノズル板６のスラスト方向における端面、および軸受部材２５０の外周面２５０ｆのそれぞれに接するように配置されている。

　Ｏリング２４ｄの断面の直径Ｄ２５は、側壁２５０ｅの長さＤ２４よりも長い。このため、軸受部材２５０の外周面２５０ｃとノズル板６の内周面との間にＯリング２４ｄが配置されることで、軸受部材２５０の外周面２５０ｄとノズル板６の内周面との間にラジアル隙間２５３が形成される。

　このように、軸受部材２５０は、スラスト方向にスラスト隙間２５２が形成されるとともに、ラジアル方向にラジアル隙間２５３が形成される。このため、軸受部材２５０は、ノズル板６に固定されない。

　上述した構成を備える軸受部材２５０においては、軸受用給気路５７よりも前側に位置する側壁２５０ｅにおいて給気圧力が掛かる面積は、軸受用給気路５７よりも後側に位置する側壁２５０ｇにおいて給気圧力が掛かる面積よりも大きい。

　よって、軸受部材２５０では、後側に位置する側壁２５０ｇに対する押圧力よりも前側に位置する側壁２５０ｅに対する押圧力の方が強くなることで軸受部材２５０が前側に押圧される。その結果、軸受部材２５０の後側端面２５０ｂがノズル板６から遠ざかる方向に移動可能に構成されている。これにより、回転軸１が回転中であっても、軸受用気体の給気圧力によって、スラスト隙間２５２が確保される。

　以上、変形例に係るエアタービン駆動スピンドルのように、軸受用給気路５７よりも前側に給気圧力が掛かる側壁２５０ｅを備えるとともに、軸受用給気路５７よりも後側においても給気圧力が掛かる側壁２５０ｇを備えるように構成してもよい。この場合においては、側壁２５０ｇにおいて給気圧力が掛かる面積よりも、側壁２５０ｅにおいて給気圧力が掛かる面積の方を大きくすれば、スラスト隙間２５２が確保される。

　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　先端部、１ｂ　後端部、１ｃ　軸部、１ｄ　スラスト板部、２　ハウジングアッシ、３　ハウジング、４　軸受スリーブ、５　カバー部材、６　ノズル板、７　ジャーナル軸受、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、１７　貫通孔、１８　回転センサ挿入口、２０　排気空間、２１　排気路、２４　Ｏリング、４５　塗料供給管、５０　軸受部材、５１　スラスト軸受、５２　スラスト隙間、５３　ラジアル隙間、６５　外側部材、８０　カップ、１００，１０１　供給部、２００　エアタービン駆動スピンドル。

Claims

　先端部と前記先端部の反対側に位置する後端部とを有する回転軸と、
　前記回転軸の前記後端部側に配置され、前記回転軸をスラスト方向に支持する軸受部材と、
　前記軸受部材の少なくとも一部を取り囲む外側部材と、
　前記外側部材と前記軸受部材との間に配置され、前記外側部材に対して前記軸受部材を前記回転軸のラジアル方向に支持するＯリングとを備え、
　前記軸受部材において前記回転軸に面する第１端面と、前記回転軸の前記後端部との間には、前記回転軸をスラスト方向に支持するスラスト軸受が形成され、
　前記軸受部材において前記第１端面の反対側に位置する第２端面と、前記外側部材との間には、スラスト方向に隙間が形成され、
　前記軸受部材は、前記回転軸の回転中に前記隙間を確保するように構成されている、エアタービン駆動スピンドル。
　前記スラスト軸受は、前記軸受部材の前記第１端面と前記回転軸の前記後端部との間に気体が供給されることで生じる静圧作用によって形成される、請求項１に記載のエアタービン駆動スピンドル。
　前記軸受部材は、給気圧力によって前記Ｏリングが押し出されることで、前記第２端面が前記外側部材から遠ざかる方向に移動可能に構成されている、請求項１または請求項２に記載のエアタービン駆動スピンドル。
　前記軸受部材を構成する材料には、カーボンが含まれる、請求項１～請求項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。
　前記軸受部材を構成する材料には、樹脂が含まれる、請求項１～請求項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。
　前記軸受部材を構成する材料には、非鉄金属が含まれる、請求項１～請求項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。
　前記軸受部材を構成する材料には、鉄系材料が含まれる、請求項１～請求項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。