专利名称：气动马达以及静电喷涂装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及气动马达以及静电喷涂装置，所述气动马达以及静电喷涂装置例如搭载于在静电喷涂工序中使用的主轴装置、或需要高速旋转的使用小径工具的机床的主轴系统的驱动部等。
背景技术：
所述气动马达是主轴由静压气体轴承轴支承并从喷嘴部(孔或管等)朝向叶轮(旋转翼)喷出压缩空气等气体来使上述主轴旋转的原动机，所述气动马达被广泛地搭载于静电喷涂机和精密加工机等。并且，为了实现其旋转效率的提高，从以往开始就进行了各种各样的改进，已知将所述改进具体化后的各种马达结构(参考专利文献I和专利文献2)。在图I和图2中，作为这样的气动马达的结构例，举例示出了搭载于静电喷涂机的静电喷枪的气动马达(带空气涡轮的主轴装置)的一个结构。所述气动马达具备中空的主轴2，其从基端部朝向末端部(在图I中，从右端部朝向左端部)呈大致直圆管状地延伸；和叶轮4，其与所述主轴2同心地配设在上述主轴2的基端部。叶轮4具备圆环部6，其形成为比主轴2直径大的平板状，并且通过紧固部件等定位固定于主轴2的基端部；和叶轮主体8，其形成为直径比主轴2的直径大且比圆环部6的直径小的短圆筒状，并且该叶轮主体8固定设置于圆环部6的轴向的一侧面(在图I中为右侧面)。在叶轮主体8的外周面，在整周范围内沿周向以等间隔形成有多个润轮叶片(blade,叶片)10。各润轮叶片(叶片)10以向同一旋转方向同样地倾斜(作为一例，向叶轮4的正转方向(图2中的右旋方向C)前倾)的方式构成为相同形状。形成为这种结构的主轴2和叶轮4由预定的轴承(静压气体径向轴承14和静压气体推力轴承16)旋转自如地支承在壳体12的内侧。在图I所示的结构中，静压气体径向轴承14的轴承主体18构成为多孔质材料制的圆筒状，该静压气体径向轴承14的轴承主体18固定在壳体12的内侧的轴向中间部位，并且该静压气体径向轴承14的轴承主体18配置成，其内周面与主轴2的外周面的轴向中间部位隔开微小的间隙地对置。在壳体12的内部设有供气通道20，所述供气通道20与静压气体径向轴承14的轴承主体18的外周面连通，该供气通道20用于经由该轴承主体18向该轴承主体18与上述主轴2的外周面的间隙供给压缩空气。另一方面，静压气体推力轴承16的轴承主体22构成为多孔质材料制的剖面形状呈矩形的圆环状，该静压气体推力轴承16固定于壳体12的基端(在图I中为右端)内侧，并且该静压气体推力轴承16配置成，其轴向一侧面(图I中的右侧面)与构成叶轮4的圆环部6中的位于叶轮主体8的固定设置面相反侧的侧面(图I中的左侧面)的外周缘部隔开微小的间隙地对置。上述供气通道20与静压气体推力轴承16的轴承主体22的外周面连通，并且经过该轴承主体22向该轴承主体22与上述叶轮4的圆环部6的侧面的间隙也供给压缩空气。在通过这些静压气体径向轴承14和静压气体推力轴承16将主轴2和叶轮4支承成旋转自如的情况下，通过供气通道20、继而通过静压气体径向轴承14和静压气体推力轴、承16的两轴承主体18、22，向这些轴承主体18、22与主轴2及叶轮4(圆环部6)的上述间隙连续地供给压缩空气。被供给到所述间隙的压缩空气被连续地吹送到上述主轴2的外周面和上述圆环部6的侧面，在上述间隙整体形成由压缩空气构成的膜。其结果是，主轴2和叶轮4通过上述膜保持成与轴承14、16均不接触的状态，同时由这些轴承14、16支承成旋转自如另外，通过供气通道20连续地供给到上述间隙的压缩空气通过设于静压气体径向轴承14的轴承主体18的内部的排气孔24、设于壳体12内部的排气通道26以及存在于该壳体12的内部的间隙等依次排出到外部空间。而且，在将形成为这种结构的气动马达(带空气涡轮的主轴装置)安装于静电喷涂机的静电喷枪的情况下，可以利用与静压气体推力轴承16分体的静压径向轴承(未图示)将圆环部6中的由静压气体推力轴承16支承的支承面的相反侧的侧面(即，叶轮主体8的固定设置面(在图I中为右侧面))支承成旋转自如，从而将叶轮4和用于固定该叶轮4的主轴2沿轴向定位。而且，在壳体12的内部，以基端侧(在图I中为右端侧)的内周面与叶轮主体8的外周部能够在整周范围对置的方式配设叶轮4。S卩，壳体12的基端侧内周面定位在叶轮主体8的径向外侧。并且，在定位于叶轮主体8的径向外侧的壳体12的基端侧形成有多个(在图2所示的结构中，作为一例，等间隔地形成有六个)涡轮空气喷嘴孔28，所述多个涡轮空气喷嘴孔28沿周向以预定间隔朝向该叶轮主体8的外周部开口。这些涡轮空气喷嘴孔28以其中心均定位于与壳体12的中心轴线正交的假想平面内的方式穿孔形成，并且以相对于该壳体12的径向以相同角度倾斜(换言之，相对于叶轮4的正转方向(图2中的右旋方向C)前倾)的方式穿孔形成。而且，这些涡轮空气喷嘴孔28的上游端(压缩空气(涡轮空气)的供给源侧)的开口 28u与涡轮空气供给通道30连通，所述涡轮空气供给通道30在壳体
12的基端侧外周部附近形成于整周范围内，并且该涡轮空气供给通道30的周向的一个部位与涡轮空气供给口 32连通，所述涡轮空气供给口 32以开口于壳体12的基端面(在图I中为右端面)的状态进行设置。另一方面，各涡轮空气喷嘴孔28的下游端(涡轮空气喷入口)28d开口于壳体12的基端侧内周面。即，各涡轮空气喷嘴孔28的下游端(涡轮空气喷入口)28d均与形成于叶轮主体8的外周面的多个涡轮叶片(叶片)10接近并对置地开口。而且，在壳体12的基端侧，以与上述多个涡轮空气喷嘴孔28均不重叠的方式形成有朝向叶轮主体8的外周部开口的制动空气喷嘴孔34。制动空气喷嘴孔34以其中心定位于与涡轮空气喷嘴孔28的中心轴线相同的假想平面内(即，与涡轮空气喷嘴孔28同样的和壳体12的中心轴线正交的假想平面内)的方式穿孔形成，并且制动空气喷嘴孔34以如下方式穿孔形成相对于这些壳体12的径向，向与涡轮空气喷嘴孔28相反的方向以预定角度(与涡轮空气喷嘴孔28大致相同的角度)倾斜(换言之，相对于叶轮4的反转方向(图2中的左旋方向A)前倾)。而且，制动空气喷嘴孔34的上游端(制动空气的供给源侧)的开口 34u与制动空气供给口 36连通，所述制动空气供给口 36以在壳体12的基端面(在图I中为右端面)开口的状态进行设置，并且该制动空气喷嘴孔34的下游端(制动空气喷入口)34d开口于壳体12的基端侧内周面。即，制动空气喷嘴孔34的下游端(制动空气喷入口)34d与形成于叶轮主体8的外周面的多个涡轮叶片(叶片)10接近并对置地开口。另外，在壳体12的基端侧，以能够与静压气体推力轴承16的轴承主体22的内周部以及叶轮4的叶轮主体8的轴向的另一侧面(在图I中为左侧面)均隔开预定间隔地对置的方式配设有圆环状的旋转检测传感器38。所述旋转检测传感器38具备能够与上述叶轮主体8的轴向的另一侧面对置的检测部(在图I中为右侧部)，在该叶轮主体8的另一侧面具备被检测部(编码器)。由此，构成用于检测叶轮4的旋转状态(旋转速度和旋转方向等)的传感器机构。在所述传感器机构中，通过利用上述检测部检测和计量上述被检测部(编码器)的位置变动，能够检测出叶轮4的旋转状态(旋转速度和旋转方向等)。在此，在图I所示的气动马达中，在旋转检测传感器38采用了例如磁铁。这是因为，如图I所示，由于推力轴承16仅设在旋转运动的输出侧，因此存在着主轴2、叶轮4和叶轮主体8向旋转运动的输出侧的相反侧(与旋转运动的输出侧相反的方向)脱出的可能性。因此，通过对旋转检测传感器38采用磁铁，从而对主轴2作用吸引力，能够抑制主轴2、 叶轮4和叶轮主体8向旋转运动的输出侧的相反侧脱出的可能性。这样，只要能够抑制上述可能性，就能够根据目的来适当选择旋转检测传感器38的设置位置和功能。例如，通过将推力轴承16设在叶轮4的两端，从而旋转检测传感器38也可以是不采用磁铁的结构。在利用搭载有形成为以上的结构的气动马达(带空气涡轮的主轴装置)的静电喷涂机的静电喷枪进行喷涂时，所述气动马达如下所述地动作。如上所述，主轴2和叶轮4由静压气体径向轴承14和静压气体推力轴承16支承为相对于壳体12旋转自如。在该状态下，通过涡轮空气供给口 32和涡轮空气供给通道30向多个涡轮空气喷嘴孔28供给压缩空气(涡轮空气)。接着，供给的压缩空气(涡轮空气)从各涡轮空气喷嘴孔28的下游端(涡轮空气喷入口)28d喷出，并吹送到形成于叶轮主体8的外周面的多个涡轮叶片(叶片)10。由此，对涡轮叶片(叶片)10向其倾斜方向、即叶轮4的正转方向(在图2中为右旋方向C)连续地进行推压，使叶轮4及主轴2以预定的旋转速度向该正转方向旋转(例如，以每分钟转数万转进行高速旋转)。接着，在该状态下，通过贯穿插入到主轴2的内侧的涂料供给管(未图示)向预定的喷注室(未图示)内供给涂料。所述喷注室结合固定于主轴2的末端部(图I中的左端部)中的、向壳体12的外侧突出(露出)的部分并带负电。由此，供给到上述喷注室的涂料在与主轴2 —起高速旋转的该喷注室内被离子微粒化。接着，利用静电吸引力使所述被离子微粒化了的涂料朝向带正电的被喷涂面飞溅并附着到该被喷涂面。另外，被吹送到各涡轮叶片(叶片)10的压缩空气(涡轮空气)从存在于壳体12的基端侧的内周部与叶轮主体8的外周面之间的环状空间40的基端侧(在图I中为右端侧)的开口，通过设置成与该开口连通的状态的排气通道(未图示)排出到外部空间。与此相对，在停止上述被喷涂面的喷涂作业的情况下，将对各涡轮空气喷嘴孔28的压缩空气(涡轮空气)的供给和对上述喷注室的涂料的供给均停止，并且通过制动空气供给口 36向制动空气喷嘴孔34供给压缩空气(制动空气)。接着，从上述制动空气喷嘴孔34的下游端(制动空气喷入口)34d喷出所供给的压缩空气(制动空气)并将其吹送到各涡轮叶片(叶片)10。由此，对涡轮叶片(叶片)10向其倾斜方向的相反方向、即叶轮4的反转方向(在图2中为左旋方向A)连续地进行推压，对叶轮4及主轴2的向正转方向的惯性旋转施加负荷，从而实现快速的停止。接着，叶轮4和主轴2的旋转速度降低，在由旋转检测传感器38检测到所述叶轮4和主轴2的旋转完全停止了的时刻，停止向制动空气喷嘴孔34供给压缩空气(制动空气)。另外，在该情况下，吹送到各涡轮叶片(叶片)10的压缩空气(制动空气)也从上述环状空间40的基端侧开口通过上述排气通道排出到外部空间。另外，在所述气动马达中，其驱动力取决于与涡轮部碰撞的来自喷嘴部的喷流的运动量，即，取决于为了吹送到形成于叶轮4 (具体来说，叶轮主体8)的外周面的多个涡轮叶片(叶片)10而从涡轮空气喷嘴孔28的下游端(涡轮空气喷入口)28d喷出的压缩空气(涡轮空气)的运动量。并且，此时，吹送有压缩空气(涡轮空气)的叶轮4的驱动力(转矩)通过下面的算式(I)算出(参考非专利文献I)。另外，在算式(I)中，T表示涡轮部(叶轮4)的驱动力(转矩)，F表示来自喷嘴部的喷流(来自涡轮空气喷嘴孔28的喷出压缩空气)的运动量(驱动力)，R表示上述喷流所碰撞的涡轮部(上述喷出压缩空气吹送到的叶轮4)的半径，m表示上述喷流(喷出压缩空气)的质量(在此为质量流量X At)，V表示上述喷流(上述喷出压缩空气)的流速，Vt表示上述喷流所碰撞的部位(上述喷出压缩空气所吹送到的叶轮4的部位)处的周向速度(在此，Vt = 2 ir RN, N :马达转速)。算式I
权利要求
1.一种气动马达，所述气动马达具备壳体；主轴，所述主轴贯穿插入到所述壳体的内侧；叶轮，所述叶轮与所述主轴同心地固定于所述主轴的一部分且配置在所述壳体的内侧，该叶轮在外周面形成有多个涡轮叶片；轴承，所述轴承用于将所述主轴和所述叶轮支承成相对于所述壳体旋转自如；和至少一个喷嘴部，所述喷嘴部具有用于向所述各涡轮叶片喷出压缩空气的管状或孔状的流路，以使所述叶轮沿周向旋转， 所述气动马达的特征在于， 在设所述喷嘴部的流路的水力半径为rh、所述流路的流路面的粘性摩擦系数为Cf、所述压缩空气的比热容比为k，并且设所述流路的入口处的所述压缩空气的流速为ve、音速为ay并且M1 = yJa0的情况下,通过如下算式算出L的值， 算式I
2.根据权利要求I所述的气动马达，其特征在于， 所述喷嘴部的流路的长度被设定为所述L的算出值的5倍以上的尺寸。
3.根据权利要求I所述的气动马达，其特征在于， 所述轴承为静压气体轴承。
4.根据权利要求I所述的气动马达，其特征在于， 所述轴承中至少一端侧的轴承构成为陶瓷制的滚动轴承。
5.根据权利要求4所述的气动马达，其特征在于， 所述滚动轴承具备一个轨道圈，其装配于所述壳体；另一个轨道圈，其以与一个轨道圈对置的方式装配于主轴；以及多个滚动体，所述多个滚动体沿所述轨道圈之间进行组装， 两个轨道圈和滚动体中的任一方或者全部由陶瓷形成。
6.根据权利要求5所述的气动马达，其特征在于， 两个轨道圈和滚动体中的任一方或者全部由非导电性陶瓷形成。
7.根据权利要求5所述的气动马达，其特征在于， 两个轨道圈和滚动体全部由导电性陶瓷形成。
8.一种静电喷涂装置，其特征在于， 该静电喷涂装置具备权利要求I 7中的任一项所述的气动马达。
全文摘要
提供能够提高驱动效率的气动马达和静电喷涂装置。为此，气动马达具备壳体(12)；主轴(2)，其贯穿插入到壳体内侧；叶轮(4)，其与主轴同心地固定于主轴的一部分且配置在壳体的内侧，在外周面形成有多个涡轮叶片(10)；轴承(14、16)，其用于将主轴和叶轮支承成旋转自如；和喷嘴部(涡轮空气喷嘴孔(28)和制动空气喷嘴孔(34))，其具有用于向各涡轮叶片喷出压缩空气的管状或孔状的流路以使叶轮沿周向旋转，在设喷嘴部的流路的水力半径为rh、流路的流路面的粘性摩擦系数为cf、压缩空气的比热容比为k、流路的入口处的压缩空气的流速为ve、音速为a0、并且M1＝ve/a0的情况下，将喷嘴部的流路的长度设定为通过预定算式得到的算出值(L)以上的尺寸。
文档编号F01D1/06GK102639816SQ201180004390
公开日2012年8月15日 申请日期2011年11月28日 优先权日2010年11月29日
发明者中村刚, 小岩有, 小林直也 申请人:日本精工株式会社