(57)【要約】      （修正有）【課題】面精度の悪い接合面を有するハウジングを互いに組み付けても、使用給気圧力に対して自励振動発生圧力を十分高く保つことができる静圧気体軸受スピンドルを提供する。【解決手段】静圧気体軸受スピンドルは、回転軸１と、回転軸１を回転可能に支持するための軸受用気体が供給される軸受隙間５をはさんで、回転軸１の外周面を取り囲む固定部２０とを備えている。固定部２０はハウジング２およびシート４１，４２を含んでいる。ハウジング２は、複数の部材２１、２２、２３から構成されており、かつ複数の部材２１、２２、２３間の少なくとも１つの接合部にハウジング２より変形しやすい特性を有するシート４１，４２を介して複数の部材２１、２２、２３が結合されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸を回転可能に支持するための軸受用気体が供給される軸受隙間をはさんで、前記回転軸の外周面を取り囲む固定部とを備え、
前記固定部はハウジングおよびシートを含み、
前記ハウジングは、複数の部材から構成されており、かつ前記複数の部材間の少なくとも１つの接合部に前記ハウジングより変形しやすい特性を有する前記シートを介して前記複数の部材が結合されている、静圧気体軸受スピンドル。
【請求項２】
前記シートがゴムで構成されている、請求項１に記載の静圧気体軸受スピンドル。
【請求項３】
前記シートがプラスチックで構成されている、請求項１に記載の静圧気体軸受スピンドル。
【請求項４】
前記シートが制振材で構成されている、請求項１に記載の静圧気体軸受スピンドル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静圧気体軸受スピンドルに関し、特に、回転軸を軸受隙間をはさんで固定部に対して回転可能に支持する静圧気体軸受スピンドルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
静圧気体軸受スピンドルは、その回転軸が軸受面に対して非接触状態で支持されていることから回転精度が高いため、精密測定機や精密検査装置などに使用されている。
【０００３】
たとえば、特開２００３−３０１８４１号公報（特許文献１）には、精密測定機や精密検査装置などに使用される静圧気体軸受スピンドルが開示されている。この静圧気体軸受スピンドルにおいては、主軸は、微小な軸受隙間を介して、二つの軸受スリーブの主軸と対向する軸受面と非接触状態で、径方向に支持されている。主軸の外径面と、二つの軸受スリーブの主軸と対向する軸受面と、微小な軸受隙間に供給された圧縮気体とによりジャーナル軸受部が形成されている。
【０００４】
また、主軸は、スラスト板とねじ締結されて一体に形成されている。このスラスト板の軸方向における両面は、微小な軸受隙間を介して、二つの軸受スリーブのスラスト板と対向する軸受面と非接触状態で、軸方向に支持されている。主軸に一体に設けられたスラスト板の軸方向における両面と、二つの軸受スリーブのスラスト板と対向する軸受面と、微小な軸受隙間に供給された圧縮気体とによりスラスト軸受部が形成されている。軸受スリーブは、ハウジングに適宜の手段で固定されている。
【０００５】
主軸にはモータロータが取り付けられており、ハウジングにはモータステータが取り付けられている。モータロータとモータステータとの間に作用する電磁力により発生する駆動力によって主軸が回転する。
【０００６】
ジャーナル軸受部を構成する二つの軸受スリーブの各軸受スリーブには、主軸と対向する軸受面に開口する複数個の微細な給気孔が形成されている。複数個の給気孔は、円周方向に等間隔に配置されている。各軸受スリーブにおいて、複数個の給気孔は、軸方向に二列に設けられ、給気列を構成している。
【０００７】
また、スラスト軸受部を構成する二つの軸受スリーブの各軸受スリーブには、スラスト板と対向する軸受面に開口する複数個の微細な給気孔が形成されている。複数個の給気孔は、円周方向に等間隔に配置されている。各軸受スリーブにおいて、複数個の給気孔は、円周上に一列に設けられ、給気列を構成している。
【０００８】
この静圧気体軸受スピンドルでは、軸受給気口から圧縮気体が供給されると、圧縮気体は、ハウジングに設けられた給気通路を経由して給気列の給気孔からジャーナル軸受部およびスラスト軸受部の軸受隙間に流入する。この軸受隙間内の圧縮気体の圧力によって主軸の自重や外部負荷に釣り合う軸受反力が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−３０１８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の精密測定機や精密検査装置などに使用される静圧気体軸受スピンドルにおいては、ハウジングは、複数の軸受部ハウジングとモータ部ハウジングからなっている。これらのハウジング部材は、測定用に用いられるので、外形寸法が比較的小さくて質量も軽い。複数の軸受部ハウジング相互の接合面および軸受部ハウジングとモータ部ハウジングとの接合面は、軸方向に交差する平面により形成されている。各ハウジング部材が小さくて軽く、かつ接合面が単純な平面であるため、各ハウジング部材の接合面を高精度に仕上げ加工することが可能である。
【００１１】
なお、各ハウジング部材が小さくて軽いため、組み付け時には各ハウジング部材の外径部を揃えて芯出しを行なうことができる。したがって、芯出しの基準となる嵌め合い部（インロー部）を設ける必要がない。芯出し後、各ハウジング部材は互いにボルトによってねじ締結されている。
【００１２】
しかし、ウエハの表面加工用などの加工用の静圧気体軸受スピンドルにおいては、上記の精密測定装置や精密検査装置用の静圧気体軸受スピンドルに比べ使用時に受ける負荷が大きい。したがって、この負荷に対応した負荷容量を実現するためには静圧気体軸受スピンドルの外径寸法を大きくする必要がある。また、先端に装着された砥石やワークを回転させて加工するために必要なトルクも大きいため、駆動源であるモータも大型のモータが必要になる。
【００１３】
したがって、ウエハの表面加工用などの加工用の静圧気体軸受スピンドルにおいては、各ハウジング部材の寸法が大きくて質量も重いため、各ハウジング部材の接合面を高精度に仕上げ加工することが困難である。また、組み付け時に外形部を揃えて芯出しを行なうことは容易でない。そのため、各ハウジング部材間の接合部には軸方向に交差する平面よりなる接合面に加えて、芯出しの基準となる嵌め合い部（インロー部）を形成することが必要となる。これにより、接合面を含む接合部の形状が複雑となる。また各ハウジング部材が大きくて重いため、製作された接合部の加工精度は悪くなりやすい。
【００１４】
ところで、静圧気体（空気）軸受スピンドルでは、軸受部に供給される空気を給気する圧力を高めていくと、空気が圧縮性を有するために軸受部で自励振動が発生する。このため静圧気体軸受スピンドルにおいては、使用時に軸受部で自励振動が発生しないようにするため自励振動発生圧力（自励振動が発生する給気圧力）が使用給気圧力（使用される軸受用気体の給気圧力）に対して十分余裕を持った高い圧力となるように設計、製作することが必要である。
【００１５】
特に加工用の静圧気体軸受スピンドルにおいては、精密測定機や主としてディスクの検査装置などに用いられる精密検査装置に使用される静圧気体軸受スピンドルと比べ使用される環境が悪いため、使用時において軸受隙間などの軸受性能を左右する要因の変化が大きい。そのため、使用給気圧力に対する自励振動発生圧力の余裕度をより大きくしておくことが必要となる。
【００１６】
ところが、接合面の面精度が悪い状態で各ハウジング部材を互いにボルトで組み付けると、ハウジングに局所的に大きな力が加えられることで、軸受部材の軸受面形状が変形（たとえば、ミクロンオーダの微小変形や傾きなど）する。このように軸受面が変形することにより自励振動発生圧力が低下する。その結果、使用給気圧力に対する自励振動発生圧力の余裕度が無くなり、そのハウジングを実用できない場合もある。
【００１７】
また、接合面の面精度が悪い状態で接合面を締め付けると、接合面が部分的な接触状態での固定となるためハウジングの接合面の剛性が低下し、全面接触の場合に比べハウジングの接合部の固有振動数が大きく低下する。これにより、ハウジングの接合部の固有振動数が自励振動数またはその数倍の振動数に近づいて、軸受部で自励振動が発生した際に共振が発生しやすくなる。
【００１８】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、面精度の悪い接合面を有するハウジングを互いに組み付けても、使用給気圧力に対して自励振動発生圧力を十分高く保つことができる静圧気体軸受スピンドルを提供することである。
【００１９】
また、本発明の他の目的は、ハウジングの接合面の固有振動数が低下することによって、軸受部の自励振動数と共振することを抑制することができる静圧気体軸受スピンドルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の静圧気体軸受スピンドルは、回転軸と、回転軸を回転可能に支持するための軸受用気体が供給される軸受隙間をはさんで、回転軸の外周面を取り囲む固定部とを備えている。固定部はハウジングおよびシートを含んでいる。ハウジングは、複数の部材から構成されており、かつ複数の部材間の少なくとも１つの接合部にハウジングより変形しやすい特性を有するシートを介して複数の部材が結合されている。
【００２１】
本発明の静圧気体軸受スピンドルによれば、ハウジングの複数の部材間の接合部にハウジングより変形しやすい特性を有するシートを介して複数の部材が結合されている。これにより、ハウジングがボルトで締め付けられた際にシートに接するハウジングの接合面に対応してシートがその厚み方向に変形する。そのため、接合面における接触面積が大きくなるので、ハウジングを締め付けても、ハウジングの複数の部材の軸受面の変形を小さくすることができる。これにより、使用給気圧力に対して自励振動発生圧力を十分高く保つことができる。したがって、自励振動が発生することを抑制することができる。
【００２２】
また、接合面における接触面積が大きくなるので、ハウジングの接合面の剛性が低下することを抑制することができる。これにより、ハウジングの接合面の固有振動数が低下することによって、軸受部の自励振動数と共振することを抑制することができる。
【００２３】
また、シートが変形することにより振動を少なくすることができる。
上記の静圧気体軸受スピンドルにおいて好ましくは、シートがゴムで構成されている。
【００２４】
上記の静圧気体軸受スピンドルにおいて好ましくは、シートがプラスチックで構成されている。
【００２５】
上記の静圧気体軸受スピンドルにおいて好ましくは、シートが制振材で構成されている。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明の静圧気体軸受スピンドルによれば、使用給気圧力に対して自励振動発生圧力を十分高く保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施の形態における静圧気体軸受スピンドルの概略断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態における静圧気体軸受スピンドルのシートおよびハウジングの接合部の概略断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態における静圧気体軸受スピンドルのシートおよびハウジングの接合部の概略断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態における静圧気体軸受スピンドルのシートの概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の一実施の形態について図に基づいて説明する。
最初に本発明の一実施の形態の静圧気体軸受スピンドルの構成について説明する。
【００２９】
図１は本発明の一実施の形態における静圧気体軸受スピンドルの概略断面図である。図１を参照して、本発明の一実施の形態における静圧気体軸受スピンドルは、回転軸１と、固定部２０と、シート４１、４２とを主に有している。
【００３０】
図１を参照して、回転軸１は、軸受隙間５を介して給気された軸受用気体の圧力によって固定部２０に支持されている。固定部２０は、ハウジング２と、軸受スリーブ３と、シート４１、４２とを有している。なお、シート４１、４２がシート４を構成している。ハウジング２は、複数の部材２１、２２、２３を含んでおり、それらの部材２１、２２、２３の間にはシート４１、４２が介在している。
【００３１】
回転軸１は、前部主軸１１と、後部主軸１２と、前部スラスト板１３、後部スラスト板１４とを含んでいる。回転軸１は、仮想の軸線Ａを中心として回転可能に構成されている。回転軸１には、仮想の軸線Ａを中心に軸方向に貫通する孔１５が形成されている。
【００３２】
前部主軸１１は、軸方向の前方端部１１１および後方端部１１２において、その外径が中央部１１３より小さく形成された凸形状を有している。後部主軸１２は、前方端部１２１において前部主軸１１の後方端部１１２の外径と同様の外径に形成された凸形状を有している。前部主軸１１の後方端部１１２と後部主軸１２の前方端部１２１とが接するように配置されている。その前方端部１２１から後方へ向かってフランジ部１２２が形成されている。そのフランジ部１２２から後方へ向かって後部主軸１２は延伸し、中央部１２３が形成されている。また中央部１２３から後方に向かって外径が小さく形成された後部１２４が形成されている。
【００３３】
前部スラスト板１３は、円筒形状を有している。前部スラスト板１３は、後方端部１３１において凹形状を有している。その凹形状と前部主軸１１の前方端部の凸形状とが嵌合された状態で前部スラスト板１３は前部主軸１１にねじ締結されている。後部スラスト板１４は、円筒形状を有している。後部スラスト板１４は、前部主軸１１の後方端部１１２の凸形状および後部主軸１２の前方端部１２１の凸形状に嵌合された状態で前部主軸１１および後部主軸１２とねじ締結されている。
【００３４】
固定部２０は、ハウジング２と、軸受スリーブ３とを有している。軸受スリーブ３は、その内周面が前部主軸１１の外周面と対向するように配置されている。ハウジング２は、その内周面が軸受スリーブ３の外周面と接するように配置されている。
【００３５】
ハウジング２は、軸受ハウジング２１と、スピンドルベースハウジング２２と、モータハウジング２３とを有している。軸受ハウジング２１とスピンドルベースハウジング２２との間にはシート４１が介在している。またスピンドルベースハウジング２２とモータハウジング２３との間にはシート４２が介在している。
【００３６】
軸受スリーブ３は、前部軸受スリーブ３１と後部軸受スリーブ３２とを有している。前部軸受スリーブ３１および後部軸受スリーブ３２は円筒形状を有している。前部軸受スリーブ３１の前部および後部軸受スリーブ３２の後部がフランジ部を構成している。
【００３７】
軸受ハウジング２１は、中空形状を有している。軸受ハウジング２１に前部軸受スリーブ３１と後部軸受スリーブ３２とが嵌合されて固定されている。
【００３８】
図２は、図１におけるＰ１部を拡大した概略断面図である。図２を参照して、中空の軸受ハウジング２１は、その後方外周近傍にインロー部７１と接合面７とを有している。
【００３９】
この軸受ハウジング２１の接合面７は、インロー部７１を案内として挿入されたスピンドルベースハウジング２２の接合面８とシート４１を介してねじ結合されている。シート４１を介してねじ結合されているスピンドルベースハウジング２２は、中空形状を有している。
【００４０】
シート４１は、たとえば約０．５ｍｍの薄い中空円板状のゴムシートで形成されている。ゴムとしては、たとえば比較的反発弾性の強い天然ゴム、ブタジェンゴム、クロロプレンゴム、二トリルゴム、ウレタンゴムおよびシリコンゴムなどが使用され得る。このため、シート４１は、ハウジングより変形しやすい特性を有している。
【００４１】
図４は、シート４１の概略平面図である。シート４１には、給気路７４の一部を構成するシート給気路８１が形成されている。また、図１で図示されていない給気された軸受用気体を排気するための排気路の一部を構成するシート排気路８２が形成されている。また、図１で図示されていない固定部２０を冷却するための冷却水水路の一部を構成するシート冷却水水路８３が形成されている。また、軸受ハウジング２１とスピンドルベースハウジング２２をねじ締結するためのボルト用穴８４が形成されている。
【００４２】
図１を参照して、前部軸受スリーブ３１と後部軸受スリーブ３２の内径側には軸受隙間５１を介して前部主軸１１が挿入されている。また、前部主軸１１の前方端部１１１には、前部軸受スリーブ３１の前方端面に対向して軸受隙間５２を隔てて前部スラスト板１３が配置されている。また前部主軸１１の後方端部１１２には、後部軸受スリーブ３２の後方端面に対向して軸受隙間５３を隔てて後部スラスト板１４が配置されている。
【００４３】
前部軸受スリーブ３１および後部軸受スリーブ３２には、その内径側に配置されている前部主軸１１に向けて複数の微細な給気孔７６が周方向に等間隔に配置されて給気列が形成されている。また、前部軸受スリーブ３１は、前部スラスト板１３に向けて複数の微細な給気孔７５が周方向に等間隔に配置されている。また、後部軸受スリーブ３２は、後部スラスト板１４に向けて複数の微細な給気孔７５が周方向に等間隔に配置されている。給気孔７５、７６は、給気路７４を経由して給気口７３に繋がっている。
【００４４】
これにより、前部軸受スリーブ３１の前方端面と、前部スラスト板１３の後方端面と、その間の軸受隙間５２に給気された軸受用気体とが回転軸１を軸Ａ方向に支持するスラスト軸受部として機能するように構成されている。また、前部軸受スリーブ３１の内周面と、前部主軸１１の外周面と、その間の軸受隙間５１に給気された軸受用気体とが回転軸１を軸Ａ方向に支持するジャーナル軸受部として機能するように構成されている。これらのスラスト軸受部とジャーナル軸受部とが静圧気体軸受スピンドルの軸受部を構成している。
【００４５】
図３は、図１のＰ２部を拡大した概略断面図である。図３を参照して、スピンドルベースハウジング２２は、その後方外周近傍に、インロー部７２と接合面９を有している。このスピンドルベースハウジング２２の接合面９は、インロー部７２を案内として挿入されたモータハウジング２３の接合面１０と、シート４２を介してねじ結合されている。シート４２は、たとえば約０．５ｍｍの薄い中空円板状のゴムシートで形成されている。
【００４６】
シート４２の平面形状は、図４に示すシート４１の概略平面図と略同様であるが、モータハウジング２３の給気路７４の径の大きさにあわせてシート給気路８１の径がシート４１より大きく形成されている。
【００４７】
図１を参照して、モータハウジング２３の内側には、後部主軸１２の中央部１２３の後方端面と後部１２４の外周面とに固着されたモータロータ７７が配置されている。モータロータ７７の軸方向の位置に対応して、モータロータ７７の外周面に対して所定のギャップを介して対向するようにモータステータ７８が設置されている。このモータロータ７７とモータステータ７８との間の電磁力によって回転方向の駆動力が発生し、回転軸１が回転する。
【００４８】
上記構成によって、給気口７３から軸受用気体である圧縮空気が供給されると、軸受用気体は、給気路７４を経由して給気列を形成する給気孔７５、７６からジャーナル軸受部及びスラスト軸受部に流入する。そして、圧縮空気の給気圧力によって主軸の自重や外部負荷に釣り合う軸受反力が生じる。このため、回転軸１は非接触状態で支持されつつ回転駆動され、高精度の回転運動が実現される。
【００４９】
なお、上記においては、シート４は、ゴムシートについて説明したが、プラスチックで構成されていてもよい。また、シート４は、制振材で構成されていてもよい。
【００５０】
次に、本実施の形態の静圧気体軸受スピンドルの作用効果について説明する。
本実施の形態の静圧気体軸受スピンドルによれば、軸受ハウジング２１、スピンドルベースハウジング２２およびモータハウジング２３は、それぞれの間にシート４１、４２を介してねじ締結されている。
【００５１】
シート４１、４２は、ハウジング２より変形しやすい特性を有しているため、接合面７、８、９、１０の面精度が悪くても、それらが結合される際にはシート４１、４２が接合面７、８、９、１０の形状誤差にあわせて部分的に厚み方向に弾性変形する。これにより、接合面７、８、９、１０の接触面積を大きくすることができる。
【００５２】
したがって、接合面７、８、９、１０に局所的に大きな接触応力が発生することが緩和できる。よって、ハウジング２に不均一な応力が作用しにくくなる。
【００５３】
このため、ジャーナル軸受面６１およびスラスト軸受面６２からなる軸受面６形状が変形（たとえば、微小な変形や傾きなど）することが抑制される。
【００５４】
また、自励振動発生圧力は、軸受面６形状が変形することにより、軸受面６形状が変形しない場合における自励振動発生圧力より低下するが、本実施の形態の静圧気体軸受スピンドルによれば、軸受面６形状が変形することが抑制される。そのため、使用給気圧力に対して十分に余裕を持たせて設計した自励振動発生圧力が低下し使用給気圧力以下になることを抑制することができる。これにより、使用給気圧力に対して自励振動発生圧力を十分に高く保つことができる。したがって、自励振動が発生することを抑制することができる。
【００５５】
また、接触面積が大きいためハウジング２の接合面７、８、９が頑強に固定されるので、ハウジング２の接合面７、８、９の剛性が低下することが抑制される。これにより、ハウジング２の接合部の固有振動数が低下することによって、軸受部の自励振動数と共振することを抑制することができる。
【００５６】
また、このシート４は、減衰性能を有しているため、軸受部で発生する微小振動を吸振することにより減衰させることができる。また、大きな自励振動に発展することを抑制することができる。さらに、モータロータ７７とモータステータ７８との間で発生する電磁気力に起因する振動を減衰させることができる。また、スピンドルベースハウジング２２にそのモータ部７９の振動が伝達することを防止することができる。
【００５７】
また、上記においては、シート４がゴムで構成されている場合について説明したが、シート４は、プラスチックで構成されていてもよい。プラスチックとしては、たとえばポリプロピレン、ポリカーボネイト、ナイロン６６、ポリアセタール、フッ素樹脂などの伸び率が大きく圧縮強さが比較的高いプラスチックが使用され得る。
【００５８】
また、シート４は、制振材で構成されていてもよい。制振材としては、たとえば高分子粘弾性体の単層板からなる比拘束型制振材、高分子粘弾性体と高剛性体の薄板とを積層した拘束型制振材および制振合金がある。これらの制振材のうち、振動の減衰性能を表す指標の一つである損失係数が０．１以上であって、温度変化や使用期間等に対して特性が安定している材料が使用され得る。
【００５９】
なお、上記においては、各ハウジング間のすべてにシート４が介在された構成について説明したが、シート４が介在される箇所は１箇所であってもよい。
【００６０】
また、軸受用気体としては、空気の他、窒素、アルゴン、ヘリウム、水素、酸素などの気体を採用することができる。
【００６１】
今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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が含まれることを意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、回転軸を軸受隙間をはさんで固定部に対して回転可能に支持する静圧気体軸受スピンドルに特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００６３】
１  回転軸、２  ハウジング、３  軸受スリーブ、４，４１，４２  シート、５  軸受隙間、６  軸受面、７，８，９，１０  接合面、１１  前部主軸、１２  後部主軸、１３  前部スラスト板、１４  後部スラスト板、２１  軸受ハウジング、２２  スピンドルベースハウジング、２３  モータハウジング、３１  前部軸受スリーブ、３２  後部軸受スリーブ、５１，５２，５３  軸受隙間、６１  ジャーナル軸受面、６２  スラスト軸受面。
【図１】
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【図２】
2010159863.tif 000004
【図３】
2010159863.tif 000005
【図４】
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