(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を液体の作動流体で支持する静圧軸受部側と上記回転軸を回転駆動する駆動部側との間に配置されるシール装置であって、
上記駆動部が収納され、内側に不活性ガスが充填された容器と、
上記駆動部が収納された容器と上記静圧軸受部との間に設けられたラビリンスシールと、
上記静圧軸受部側から上記ラビリンスシールに侵入した上記液体を上記ラビリンスシールの通路途中から外部に排出するための排出通路とを備えたことを特徴とするシール装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＥＥＭ(弾性放散加工；Elastic Emission Machining)を利用した研磨装置等に使用されるシール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＥＥＭを利用した研磨装置では、上部が開放された槽内に、被加工物と相互作用により結合する性質を有する粉末粒子を純水に分散させた加工液を満たし、槽の上方から加工液中に延びる回転軸の先端に取り付けられた弾性体を、加工液に浸漬した被加工物の被研磨面に接近させた状態にして、上記回転軸を回転させて加工液を弾性体に連れ回りさせる。これにより、粉末粒子を被加工物の表面に輸送して、粉末粒子と被加工物の表面原子とを相互作用によって結合させると共に、被加工物の表面原子とその裏側の原子との結合力を減少させて、被加工物の表面原子を取り除いて、被加工物の表面を原子サイズのオーダーで平坦に加工する。しかしながら、上記ＥＥＭを利用した研磨装置では、槽の上部が開放されているため、大気中の酸素が加工液中に溶け込んで、加工現象の安定に悪影響を及ぼすという問題があった。
【０００３】
そこで、本出願人は、駆動部を含む数値制御用ステージ全体を密閉タンク内の加工液中に設置することによって、加工液中に酸素が溶け込むのを防いで、ＥＥＭによる加工現象を高度に安定に保つことができる研磨装置を考えた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ＥＥＭを利用した研磨装置では、回転軸を回転駆動する駆動部に加工液が侵入するのを防止するためにＯリング等のオイルシールを用いると、オイルシールの摺動部が加工液に触れて、加工液を汚す恐れがあり、駆動部に加工液が侵入するのを防ぐ適当なシール装置がないという問題がある。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、液体中で使用されてもその液体を汚染することなく、非接触でシールできるシール装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１のシール装置は、回転軸を液体の作動流体で支持する静圧軸受部側と上記回転軸を回転駆動する駆動部側との間に配置されるシール装置であって、上記駆動部が収納され、内部に不活性ガスが充填された容器と、上記駆動部が収納された容器と上記静圧軸受部との間に設けられたラビリンスシールと、上記静圧軸受部側から上記ラビリンスシールに侵入した上記液体を上記ラビリンスシールの通路途中から外部に排出するための排出通路とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
上記請求項１のシール装置によれば、上記回転軸を回転駆動する上記駆動部が収容された容器を上記ラビリンスシールにより非接触でシールする。また、上記静圧軸受部の作動流体の液体は、静圧軸受部から漏れ出るが、ラビリンスシールにより駆動部が収容された容器側への侵入を防ぐと共に、ラビリンスシールを通って容器内に侵入しようとする液体は、その前にラビリンスシールの通路途中から上記排出通路を通って外部に排出される。さらに、上記容器内に不活性ガス(例えば窒素Ｎ２ガス)が充填されているので、その不活性ガスの圧力によりラビリンスシール側からの液体が容器内に侵入するのを防止する。したがって、液体中で用いられてもその液体を汚染することなく、静圧軸受部側から作動流体に用いられた液体が駆動部側に侵入しないように非接触でシールできる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明のシール装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【０００９】
図１はこの発明の実施の一形態のシール装置の分解斜視図である。図１に示すように、薄肉部５aと厚肉部５bとを有する外側スリーブ５の段部５cに、小径部２aと大径部２bとを有するスリーブ２の段部２cが当接するように、外側スリーブ５の内側に内側スリーブ２を嵌合している。上記内側スリーブ２の内周に、軸部１a,拡径部１b,中径部１cおよび小径部１dを有する回転軸１の軸部１a側を回転自在に嵌挿している。そして、上記回転軸１の拡径部１bの軸部１a側の端面と内側スリーブ２の大径部２bの端面の内周側とが対向している。なお、上記回転軸１は、静圧ねじ軸であって、図示しない静圧軸受部によってラジアル方向に支持されているので、摩擦力が著しく小さく、磨耗の心配がない。上記外側スリーブ５の内側かつ回転軸１の拡径部１bの外側に、端面が内側スリーブ２の大径部２bの端面の外周側と接するように、回転軸１の拡径部１bと軸方向の長さが同一の第１環状部材３を嵌合している。上記回転軸１の拡径部１bの外周面と第１環状部材３の内周面との間に所定の間隔をあけている。また、上記外側スリーブ５の内側かつ回転軸１の中径部１cの外側に端面が第１環状部材３の端面に接するように、回転軸１の中径部１cと軸方向の長さが同一の第２環状部材４を嵌合している。
【００１０】
また、上記内側スリーブ２の大径部２bと第２環状部材４に、回転軸１の拡径部１bの両端面に向かって開く通路４１,４２を夫々設けている。上記内側スリーブ２の大径部２bに、回転軸１の軸部１aの外周面に向かってポケット２dを介して開く排出通路４３を設けている。また、上記第２環状部材４に、回転軸１の中径部１cの外周面に向かってポケット４aを介して開く排出通路４４を設けている。上記第１環状部材３に内側から外側に向かって排出通路４５を設けると共に、その排出通路４５と排出通路４３,４４とを通路４６,４７により連通している。図示しないポンプから通路４１,４２を介して供給された純水は、排出通路４３,４４,４５から排出される。そうして、上記回転軸１は、純水を作動流体に用いた液体潤滑によって、回転軸１の拡径部１bの両端面が内側スリーブ２の大径部２bの端面と第２環状部材４の端面とに夫々非接触となり、回転軸１を軸方向に一定位置に維持する。上記回転軸１の拡径部１b,内側スリーブ２の大径部２b,第２環状部材４,通路４１,４２および排出通路４３〜４５でアキシャル方向に回転軸１を支持する静圧軸受部１０を構成している。また、上記回転軸１は、図示しない静圧軸受部によりラジアル方向に支持された静圧ねじ軸であるので、回転軸１の外周面は、内側スリーブ２の内周面や第１,第２環状部材３,４の内周面と接触せず磨耗しない。
【００１１】
さらに、上記回転軸１の小径部１dに、内周部が厚肉のドーナツ状の第１円板部材６A,６B,６Cを回転軸１の中径部１c側から順に外嵌して、ねじ１６,１６により回転軸１に固定している。上記第１円板部材６A,６B,６Cの厚肉の内周部が互いに接して、第２環状部材４の端面と第１円板部材６Aの外周部との間,第１円板部材６Aの外周部と第１円板部材６Bの外周部との間および第１円板部材６Bの外周部と第１円板部材６Cの外周部との間に夫々所定の間隔をあけている。また、上記外側スリーブ５の薄肉部５bの端部に一端が接するように、外側スリーブ５の薄肉部５bと外径,内径が同一のスリーブ８を固定している。上記スリーブ８の内周に、外周部が厚肉で内周部が薄肉のドーナツ状の第２円板部材７A,７B,７Cを、第１円板部材６A,６B,６Cの取付時に第１円板部材６A,６B,６Cと交互に配置するように嵌合して、第１円板部材６A,６B,６Cの外周面と第２円板部材７A,７B,７Cの内周面により形成された通路によってラビリンスシール２０を構成している。上記スリーブ８の内周に、ラビリンスシール２０の端面すなわち第１円板部材６Cの端面と所定の間隔をあけて、回転軸１の小径部１dが貫通する穴１１aを有する隔壁１１を嵌合している。上記回転軸１の小径部１dの隔壁１１よりも先端側に軸継手１３を介してモータ部１５の出力軸１４を連結している。そして、上記軸継手１３とモータ部１５を収納するように、有底の円筒１２の端部をスリーブ８の他端に固定している。上記隔壁１１と円筒部１２とで容器３０を構成し、容器３０内の空間４０に不活性ガスとしての窒素ガスＮ２を充填している。
【００１２】
また、上記第２円板部材７A,７B,７Cの厚肉の外周部に内周側から外周側に向かって排水路５０を夫々設けている。そして、上記各排水路５０は、スリーブ８と円筒部１２とに夫々設けられた排水路５１,５２を介して外部と連通している。上記ラビリンスシール２０からの純水を、第２円板部材７A,７B,７Cの排水路５０とスリーブ８の排水路５１および円筒１２の排水路５２を介して外部に導いて排水する。
【００１３】
上記構成のシール装置では、上記静圧軸受部１０の作動流体としての純水は、回転軸１の拡径部１bの端面に沿って拡径部１bの外周面側,軸部１a側および中径部１c側に漏れ出て、排出通路４５から排出されると共に、内側スリーブ２のポケット２dと第２環状部材４のポケット４aとを介して排出通路４３,４４から排出される。そして、上記静圧軸受部１０側から隔壁１１,円筒１２からなる容器３０側に純水が侵入しないように、ラビリンスシール２０により非接触でシールすると共に、ラビリンスシール２０を通って容器３０内に侵入しようとする純水は、第２円板部材７A,７B,７Cの各排出通路５０とスリーブ８の排出通路５１および円筒１２の排出通路５２を通って外部に排出される。さらに、上記容器３０内に不活性ガスとしての窒素Ｎ２ガスが充填されているので、その窒素Ｎ２ガスの圧力によりラビリンスシール２０から隔壁１１の穴１１aの内周面と回転軸１の小径部１dの外周面との間を通って容器３０内に侵入するのを防止する。
【００１４】
したがって、このシール装置を、駆動部を含む数値制御用ステージ全体が密閉タンク内の純水と粉末粒子からなる加工液中に設置されたＥＥＭを用いた研磨装置に用いることによって、密閉タンク内の加工液を汚染することなく、静圧軸受部側から作動流体である純水が駆動部側に侵入しないように非接触でシールすることができる。
【００１５】
上記実施の形態では、ＥＥＭを用いた研磨装置にこの発明のシール装置を適用する場合について説明したが、ＥＥＭを用いた研磨装置に限らず、液体中に浸された駆動部への液体の侵入を防止するシール装置にこの発明を適用してよい。
【００１６】
また、上記実施の形態では、駆動部にモータを用いたが、駆動部はモータに限らないのは勿論である。
【００１７】
また、上記実施の形態では、容器３０内の空間４０に不活性ガスとして窒素Ｎ２ガスを充填したが、他のアルゴンＡr等の不活性ガスでもよい。
【００１８】
さらに、上記実施の形態では、第１円板部材６A,６B,６Cの外周面と第２円板部材７A,７B,７Cの内周面により形成された通路によってラビリンスシール２０を構成したが、ラビリンスシールの構成はこれに限らず、回転軸や駆動部の形状等に応じて適切な構成のラビリンスシールを用いてよい。
【００１９】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明のシール装置は、回転軸を液体の作動流体で支持する静圧軸受部側と上記回転軸を回転駆動する駆動部側との間に配置されるシール装置であって、内部に不活性ガスが充填された容器に上記駆動部が収納し、上記駆動部が収納された容器と上記静圧軸受部との間にラビリンスシール設けて、上記静圧軸受部側からラビリンスシールに侵入した液体をラビリンスシールの通路途中から排出通路により外部に排出するものである。
【００２０】
したがって、請求項１の発明のシール装置をＥＥＭを用いた研磨装置等に用いることによって、駆動部を含む数値制御用ステージ全体が密閉タンク内の純水と粉末粒子からなる加工液中に設置されていても、加工液を汚染することなく、静圧軸受部側から作動流体に用いられた液体が駆動部側に侵入しないように非接触でシールすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１はこの発明の実施の一形態のシール装置の断面図である。
【符号の説明】
１…回転軸、２…内側スリーブ、
３…第１環状部材、４…第２環状部材、
５…外側スリーブ、６A,６B,６C…第１円板部材、
７A,７B,７C…第２円板部材、８…スリーブ、
１０…静圧軸受部、１１…隔壁、
１２…円筒、１３…軸継手、
１４…出力軸、１５…モータ部、
２０…ラビリンスシール、３０…容器。
【図１】
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