專利名稱：氣動馬達以及靜電噴涂裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及氣動馬達以及靜電噴涂裝置，所述氣動馬達以及靜電噴涂裝置例如搭載于在靜電噴涂工序中使用的主軸裝置、或需要高速旋轉的使用小徑工具的機床的主軸系統(tǒng)的驅動部等。
背景技術：
所述氣動馬達是主軸由靜壓氣體軸承軸支承并從噴嘴部(孔或管等)朝向葉輪(旋轉翼)噴出壓縮空氣等氣體來使上述主軸旋轉的原動機，所述氣動馬達被廣泛地搭載于靜電噴涂機和精密加工機等。并且，為了實現(xiàn)其旋轉效率的提高，從以往開始就進行了各種各樣的改進，已知將所述改進具體化后的各種馬達結構(參考專利文獻I和專利文獻2)。在圖I和圖2中，作為這樣的氣動馬達的結構例，舉例示出了搭載于靜電噴涂機的靜電噴槍的氣動馬達(帶空氣渦輪的主軸裝置)的一個結構。所述氣動馬達具備中空的主軸2，其從基端部朝向末端部(在圖I中，從右端部朝向左端部)呈大致直圓管狀地延伸；和葉輪4，其與所述主軸2同心地配設在上述主軸2的基端部。葉輪4具備圓環(huán)部6，其形成為比主軸2直徑大的平板狀，并且通過緊固部件等定位固定于主軸2的基端部；和葉輪主體8，其形成為直徑比主軸2的直徑大且比圓環(huán)部6的直徑小的短圓筒狀，并且該葉輪主體8固定設置于圓環(huán)部6的軸向的一側面(在圖I中為右側面)。在葉輪主體8的外周面，在整周范圍內沿周向以等間隔形成有多個潤輪葉片(blade,葉片)10。各潤輪葉片(葉片)10以向同一旋轉方向同樣地傾斜(作為一例，向葉輪4的正轉方向(圖2中的右旋方向C)前傾)的方式構成為相同形狀。形成為這種結構的主軸2和葉輪4由預定的軸承(靜壓氣體徑向軸承14和靜壓氣體推力軸承16)旋轉自如地支承在殼體12的內側。在圖I所示的結構中，靜壓氣體徑向軸承14的軸承主體18構成為多孔質材料制的圓筒狀，該靜壓氣體徑向軸承14的軸承主體18固定在殼體12的內側的軸向中間部位，并且該靜壓氣體徑向軸承14的軸承主體18配置成，其內周面與主軸2的外周面的軸向中間部位隔開微小的間隙地對置。在殼體12的內部設有供氣通道20，所述供氣通道20與靜壓氣體徑向軸承14的軸承主體18的外周面連通，該供氣通道20用于經(jīng)由該軸承主體18向該軸承主體18與上述主軸2的外周面的間隙供給壓縮空氣。另一方面，靜壓氣體推力軸承16的軸承主體22構成為多孔質材料制的剖面形狀呈矩形的圓環(huán)狀，該靜壓氣體推力軸承16固定于殼體12的基端(在圖I中為右端)內側，并且該靜壓氣體推力軸承16配置成，其軸向一側面(圖I中的右側面)與構成葉輪4的圓環(huán)部6中的位于葉輪主體8的固定設置面相反側的側面(圖I中的左側面)的外周緣部隔開微小的間隙地對置。上述供氣通道20與靜壓氣體推力軸承16的軸承主體22的外周面連通，并且經(jīng)過該軸承主體22向該軸承主體22與上述葉輪4的圓環(huán)部6的側面的間隙也供給壓縮空氣。在通過這些靜壓氣體徑向軸承14和靜壓氣體推力軸承16將主軸2和葉輪4支承成旋轉自如的情況下，通過供氣通道20、繼而通過靜壓氣體徑向軸承14和靜壓氣體推力軸、承16的兩軸承主體18、22，向這些軸承主體18、22與主軸2及葉輪4(圓環(huán)部6)的上述間隙連續(xù)地供給壓縮空氣。被供給到所述間隙的壓縮空氣被連續(xù)地吹送到上述主軸2的外周面和上述圓環(huán)部6的側面，在上述間隙整體形成由壓縮空氣構成的膜。其結果是，主軸2和葉輪4通過上述膜保持成與軸承14、16均不接觸的狀態(tài)，同時由這些軸承14、16支承成旋轉自如另外，通過供氣通道20連續(xù)地供給到上述間隙的壓縮空氣通過設于靜壓氣體徑向軸承14的軸承主體18的內部的排氣孔24、設于殼體12內部的排氣通道26以及存在于該殼體12的內部的間隙等依次排出到外部空間。而且，在將形成為這種結構的氣動馬達(帶空氣渦輪的主軸裝置)安裝于靜電噴涂機的靜電噴槍的情況下，可以利用與靜壓氣體推力軸承16分體的靜壓徑向軸承(未圖示)將圓環(huán)部6中的由靜壓氣體推力軸承16支承的支承面的相反側的側面(即，葉輪主體8的固定設置面(在圖I中為右側面))支承成旋轉自如，從而將葉輪4和用于固定該葉輪4的主軸2沿軸向定位。而且，在殼體12的內部，以基端側(在圖I中為右端側)的內周面與葉輪主體8的外周部能夠在整周范圍對置的方式配設葉輪4。S卩，殼體12的基端側內周面定位在葉輪主體8的徑向外側。并且，在定位于葉輪主體8的徑向外側的殼體12的基端側形成有多個(在圖2所示的結構中，作為一例，等間隔地形成有六個)渦輪空氣噴嘴孔28，所述多個渦輪空氣噴嘴孔28沿周向以預定間隔朝向該葉輪主體8的外周部開口。這些渦輪空氣噴嘴孔28以其中心均定位于與殼體12的中心軸線正交的假想平面內的方式穿孔形成，并且以相對于該殼體12的徑向以相同角度傾斜(換言之，相對于葉輪4的正轉方向(圖2中的右旋方向C)前傾)的方式穿孔形成。而且，這些渦輪空氣噴嘴孔28的上游端(壓縮空氣(渦輪空氣)的供給源側)的開口 28u與渦輪空氣供給通道30連通，所述渦輪空氣供給通道30在殼體
12的基端側外周部附近形成于整周范圍內，并且該渦輪空氣供給通道30的周向的一個部位與渦輪空氣供給口 32連通，所述渦輪空氣供給口 32以開口于殼體12的基端面(在圖I中為右端面)的狀態(tài)進行設置。另一方面，各渦輪空氣噴嘴孔28的下游端(渦輪空氣噴入口)28d開口于殼體12的基端側內周面。即，各渦輪空氣噴嘴孔28的下游端(渦輪空氣噴入口)28d均與形成于葉輪主體8的外周面的多個渦輪葉片(葉片)10接近并對置地開口。而且，在殼體12的基端側，以與上述多個渦輪空氣噴嘴孔28均不重疊的方式形成有朝向葉輪主體8的外周部開口的制動空氣噴嘴孔34。制動空氣噴嘴孔34以其中心定位于與渦輪空氣噴嘴孔28的中心軸線相同的假想平面內(即，與渦輪空氣噴嘴孔28同樣的和殼體12的中心軸線正交的假想平面內)的方式穿孔形成，并且制動空氣噴嘴孔34以如下方式穿孔形成相對于這些殼體12的徑向，向與渦輪空氣噴嘴孔28相反的方向以預定角度(與渦輪空氣噴嘴孔28大致相同的角度)傾斜(換言之，相對于葉輪4的反轉方向(圖2中的左旋方向A)前傾)。而且，制動空氣噴嘴孔34的上游端(制動空氣的供給源側)的開口 34u與制動空氣供給口 36連通，所述制動空氣供給口 36以在殼體12的基端面(在圖I中為右端面)開口的狀態(tài)進行設置，并且該制動空氣噴嘴孔34的下游端(制動空氣噴入口)34d開口于殼體12的基端側內周面。即，制動空氣噴嘴孔34的下游端(制動空氣噴入口)34d與形成于葉輪主體8的外周面的多個渦輪葉片(葉片)10接近并對置地開口。另外，在殼體12的基端側，以能夠與靜壓氣體推力軸承16的軸承主體22的內周部以及葉輪4的葉輪主體8的軸向的另一側面(在圖I中為左側面)均隔開預定間隔地對置的方式配設有圓環(huán)狀的旋轉檢測傳感器38。所述旋轉檢測傳感器38具備能夠與上述葉輪主體8的軸向的另一側面對置的檢測部(在圖I中為右側部)，在該葉輪主體8的另一側面具備被檢測部(編碼器)。由此，構成用于檢測葉輪4的旋轉狀態(tài)(旋轉速度和旋轉方向等)的傳感器機構。在所述傳感器機構中，通過利用上述檢測部檢測和計量上述被檢測部(編碼器)的位置變動，能夠檢測出葉輪4的旋轉狀態(tài)(旋轉速度和旋轉方向等)。在此，在圖I所示的氣動馬達中，在旋轉檢測傳感器38采用了例如磁鐵。這是因為，如圖I所示，由于推力軸承16僅設在旋轉運動的輸出側，因此存在著主軸2、葉輪4和葉輪主體8向旋轉運動的輸出側的相反側(與旋轉運動的輸出側相反的方向)脫出的可能性。因此，通過對旋轉檢測傳感器38采用磁鐵，從而對主軸2作用吸引力，能夠抑制主軸2、 葉輪4和葉輪主體8向旋轉運動的輸出側的相反側脫出的可能性。這樣，只要能夠抑制上述可能性，就能夠根據(jù)目的來適當選擇旋轉檢測傳感器38的設置位置和功能。例如，通過將推力軸承16設在葉輪4的兩端，從而旋轉檢測傳感器38也可以是不采用磁鐵的結構。在利用搭載有形成為以上的結構的氣動馬達(帶空氣渦輪的主軸裝置)的靜電噴涂機的靜電噴槍進行噴涂時，所述氣動馬達如下所述地動作。如上所述，主軸2和葉輪4由靜壓氣體徑向軸承14和靜壓氣體推力軸承16支承為相對于殼體12旋轉自如。在該狀態(tài)下，通過渦輪空氣供給口 32和渦輪空氣供給通道30向多個渦輪空氣噴嘴孔28供給壓縮空氣(渦輪空氣)。接著，供給的壓縮空氣(渦輪空氣)從各渦輪空氣噴嘴孔28的下游端(渦輪空氣噴入口)28d噴出，并吹送到形成于葉輪主體8的外周面的多個渦輪葉片(葉片)10。由此，對渦輪葉片(葉片)10向其傾斜方向、即葉輪4的正轉方向(在圖2中為右旋方向C)連續(xù)地進行推壓，使葉輪4及主軸2以預定的旋轉速度向該正轉方向旋轉(例如，以每分鐘轉數(shù)萬轉進行高速旋轉)。接著，在該狀態(tài)下，通過貫穿插入到主軸2的內側的涂料供給管(未圖示)向預定的噴注室(未圖示)內供給涂料。所述噴注室結合固定于主軸2的末端部(圖I中的左端部)中的、向殼體12的外側突出(露出)的部分并帶負電。由此，供給到上述噴注室的涂料在與主軸2 —起高速旋轉的該噴注室內被離子微?；＝又?，利用靜電吸引力使所述被離子微?；说耐苛铣驇д姷谋粐娡棵骘w濺并附著到該被噴涂面。另外，被吹送到各渦輪葉片(葉片)10的壓縮空氣(渦輪空氣)從存在于殼體12的基端側的內周部與葉輪主體8的外周面之間的環(huán)狀空間40的基端側(在圖I中為右端側)的開口，通過設置成與該開口連通的狀態(tài)的排氣通道(未圖示)排出到外部空間。與此相對，在停止上述被噴涂面的噴涂作業(yè)的情況下，將對各渦輪空氣噴嘴孔28的壓縮空氣(渦輪空氣)的供給和對上述噴注室的涂料的供給均停止，并且通過制動空氣供給口 36向制動空氣噴嘴孔34供給壓縮空氣(制動空氣)。接著，從上述制動空氣噴嘴孔34的下游端(制動空氣噴入口)34d噴出所供給的壓縮空氣(制動空氣)并將其吹送到各渦輪葉片(葉片)10。由此，對渦輪葉片(葉片)10向其傾斜方向的相反方向、即葉輪4的反轉方向(在圖2中為左旋方向A)連續(xù)地進行推壓，對葉輪4及主軸2的向正轉方向的慣性旋轉施加負荷，從而實現(xiàn)快速的停止。接著，葉輪4和主軸2的旋轉速度降低，在由旋轉檢測傳感器38檢測到所述葉輪4和主軸2的旋轉完全停止了的時刻，停止向制動空氣噴嘴孔34供給壓縮空氣(制動空氣)。另外，在該情況下，吹送到各渦輪葉片(葉片)10的壓縮空氣(制動空氣)也從上述環(huán)狀空間40的基端側開口通過上述排氣通道排出到外部空間。另外，在所述氣動馬達中，其驅動力取決于與渦輪部碰撞的來自噴嘴部的噴流的運動量，即，取決于為了吹送到形成于葉輪4 (具體來說，葉輪主體8)的外周面的多個渦輪葉片(葉片)10而從渦輪空氣噴嘴孔28的下游端(渦輪空氣噴入口)28d噴出的壓縮空氣(渦輪空氣)的運動量。并且，此時，吹送有壓縮空氣(渦輪空氣)的葉輪4的驅動力(轉矩)通過下面的算式(I)算出(參考非專利文獻I)。另外，在算式(I)中，T表示渦輪部(葉輪4)的驅動力(轉矩)，F(xiàn)表示來自噴嘴部的噴流(來自渦輪空氣噴嘴孔28的噴出壓縮空氣)的運動量(驅動力)，R表示上述噴流所碰撞的渦輪部(上述噴出壓縮空氣吹送到的葉輪4)的半徑，m表示上述噴流(噴出壓縮空氣)的質量(在此為質量流量X At)，V表示上述噴流(上述噴出壓縮空氣)的流速，Vt表示上述噴流所碰撞的部位(上述噴出壓縮空氣所吹送到的葉輪4的部位)處的周向速度(在此，Vt = 2 ir RN, N :馬達轉速)。算式I
權利要求
1.一種氣動馬達，所述氣動馬達具備殼體；主軸，所述主軸貫穿插入到所述殼體的內側；葉輪，所述葉輪與所述主軸同心地固定于所述主軸的一部分且配置在所述殼體的內側，該葉輪在外周面形成有多個渦輪葉片；軸承，所述軸承用于將所述主軸和所述葉輪支承成相對于所述殼體旋轉自如；和至少一個噴嘴部，所述噴嘴部具有用于向所述各渦輪葉片噴出壓縮空氣的管狀或孔狀的流路，以使所述葉輪沿周向旋轉， 所述氣動馬達的特征在于， 在設所述噴嘴部的流路的水力半徑為rh、所述流路的流路面的粘性摩擦系數(shù)為Cf、所述壓縮空氣的比熱容比為k，并且設所述流路的入口處的所述壓縮空氣的流速為ve、音速為ay并且M1 = yJa0的情況下,通過如下算式算出L的值， 算式I
2.根據(jù)權利要求I所述的氣動馬達，其特征在于， 所述噴嘴部的流路的長度被設定為所述L的算出值的5倍以上的尺寸。
3.根據(jù)權利要求I所述的氣動馬達，其特征在于， 所述軸承為靜壓氣體軸承。
4.根據(jù)權利要求I所述的氣動馬達，其特征在于， 所述軸承中至少一端側的軸承構成為陶瓷制的滾動軸承。
5.根據(jù)權利要求4所述的氣動馬達，其特征在于， 所述滾動軸承具備一個軌道圈，其裝配于所述殼體；另一個軌道圈，其以與一個軌道圈對置的方式裝配于主軸；以及多個滾動體，所述多個滾動體沿所述軌道圈之間進行組裝， 兩個軌道圈和滾動體中的任一方或者全部由陶瓷形成。
6.根據(jù)權利要求5所述的氣動馬達，其特征在于， 兩個軌道圈和滾動體中的任一方或者全部由非導電性陶瓷形成。
7.根據(jù)權利要求5所述的氣動馬達，其特征在于， 兩個軌道圈和滾動體全部由導電性陶瓷形成。
8.一種靜電噴涂裝置，其特征在于， 該靜電噴涂裝置具備權利要求I 7中的任一項所述的氣動馬達。
全文摘要
提供能夠提高驅動效率的氣動馬達和靜電噴涂裝置。為此，氣動馬達具備殼體(12)；主軸(2)，其貫穿插入到殼體內側；葉輪(4)，其與主軸同心地固定于主軸的一部分且配置在殼體的內側，在外周面形成有多個渦輪葉片(10)；軸承(14、16)，其用于將主軸和葉輪支承成旋轉自如；和噴嘴部(渦輪空氣噴嘴孔(28)和制動空氣噴嘴孔(34))，其具有用于向各渦輪葉片噴出壓縮空氣的管狀或孔狀的流路以使葉輪沿周向旋轉，在設噴嘴部的流路的水力半徑為rh、流路的流路面的粘性摩擦系數(shù)為cf、壓縮空氣的比熱容比為k、流路的入口處的壓縮空氣的流速為ve、音速為a0、并且M1＝ve/a0的情況下，將噴嘴部的流路的長度設定為通過預定算式得到的算出值(L)以上的尺寸。
文檔編號F01D1/06GK102639816SQ201180004390
公開日2012年8月15日 申請日期2011年11月28日 優(yōu)先權日2010年11月29日
發(fā)明者中村剛, 小巖有, 小林直也 申請人:日本精工株式會社