(57)【要約】【課題】シール部の隙間の変化を抑えることができるスピンドルシール装置を提供する。【解決手段】軸受１１と、当該軸受１１を介してハウジングに相対的に回転可能に支持された回転軸１３とを備えたスピンドル装置に静圧の気体軸受１５を配し、前記気体軸受から吹出される圧縮空気３０の圧力及び流れによって、スピンドル装置１０の内部と大気側との間を密封可能にしてなるスピンドルシール装置１であって、前記気体軸受１５の外周側に軸１３と同一若しくは近似の熱膨張係数を有する金属製のリング部材３１を嵌装してなる。【選択図】        図１
2006090385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受と、該軸受を介してハウジングに相対的に回転可能に支持された軸と、を備えたスピンドル装置に静圧の気体軸受を配し、前記気体軸受から吹出される空気の圧力及び流れによって、スピンドル装置の内部と大気側との間を密封可能にしてなるスピンドルシール装置であって、
前記気体軸受の外周側に、前記軸と同一若しくは近似の熱膨張係数を有するリング部材を嵌装してなることを特徴とするスピンドルシール装置。
【請求項２】
リング部材が金属製であることを特徴とする請求項１に記載のスピンドルシール装置。
【請求項３】
気体軸受が、カーボン製の軸受又は樹脂製の軸受であることを特徴とする請求項１又は２に記載のスピンドルシール装置。
【請求項４】
リング部材の外周に弾性部材を配してなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスピンドルシール装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のスピンドルシール装置を有することを特徴とするスピンドル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピンドルシール装置に関し、特に、発熱によるシール部の隙間変化を抑えるスピンドルシール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、スピンドル装置の内部と大気側との間を密封し、スピンドル装置内部から大気側への発塵を防止する種々のスピンドルシール装置が提供されている。この一例としては、例えば、図３に示すように、永久磁石１０１と磁性流体１０２を使用して密封をなすものがある。
【０００３】
具体的には、このスピンドルシール装置は、回転する回転軸１０３を囲み、かつ回転軸１０３の周面との間に空間を保って、永久磁石１０１と、永久磁石１０１の両面に密着する一対の磁極板１０４とが配置され、永久磁石１０１と磁極板１０４、及び回転軸１０３とで磁気回路を構成し、磁性流体１０２を回転軸１０３と、磁極板１０４との小間隙に充填してシール機能を発揮させる構造を備えている。
【０００４】
なお、符号１０５は、回転軸１０３を支持する軸受であり、符号１０６は、軸受１０５を介して回転軸１０３を回転可能に支持するハウジング外筒、符号１０７は、軸受押えである。
【０００５】
また、他のスピンドルシール装置としては、図４に示すように、軸受押さえ１０７やカバー１０８と、回転軸１０３との間の隙間を小さくし、入り子状にするラビリンスシール部１０９に、圧縮空気出口１１０から空気を吹き出すことにより、外部からの切削水等の浸入防止を目的としたシールを行うスピンドルシール装置もある。
【０００６】
しかしながら、前記した従来の永久磁石と磁性流体を使用してシールを行うタイプのスピンドルシール装置は、前記磁性流体を塗布する作業が困難である。また、高速回転限界が低いと共に、圧力差によってシール部がバーストする虞れがある。
【０００７】
そこで、従来では、図２に示すように、軸受１０５と、軸受１０５を介してハウジング１０６に相対的に回転可能に支持された軸１０３とを備えたスピンドル装置１００の内部と大気側とを密封可能であり、軸受１０５と前記大気側との間に、軸受押え１２１に組み込まれてなる気体軸受１２２を配置し、該気体軸受１２２から吹出される空気の圧力及び流れによって、スピンドル装置１００の内部と大気側との間をシールすることにより、磁性流体シールを使用することなく、かつ軸の外力によるラジアル変位の影響を受けることなく、シール効果を向上することを可能にしたスピンドルシール装置が提案されている。この気体軸受１２２は、静圧軸受であり、例えば外部から供給された高圧の空気を回転軸１０３との間に形成されている隙間ｈ２に供給し、その空間の圧力を外部より高圧に維持し、シールを形成している。さらにカバー１２３との間及び軸受押え１２１との間の隙間ｈ１にも空気を供給し、気体軸受を形成し、回転軸１０３が斜めに変位した時の逃げとなる。なお、この隙間ｈ１及びｈ２は、数μｍから数十μｍ程度の隙間としている（特許文献１）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−２２１３４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１のような気体軸受１２２の材質として、例えばカーボンを用いる場合、該カーボンを軸受押え１２１に結合することにより、軸受部の温度上昇等により熱膨張に差が生じ、カーボンの気体軸受１２２と回転軸１０３との間の隙間が変化する。この結果、回転軸１０３と気体軸受１２２の接触により発塵が発生し、そのシール効果が損なわれる虞れがあった。
【００１０】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、シール部の隙間の変化を抑えることができるスピンドルシール装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決する本発明の第１の発明は、軸受と、該軸受を介してハウジングに相対的に回転可能に支持された軸とを備えたスピンドル装置に静圧の気体軸受を配し、前記気体軸受から吹出される空気の圧力及び流れによって、スピンドル装置の内部と大気側との間を密封可能にしてなるスピンドルシール装置であって、前記気体軸受の外周側に、前記軸と同一若しくは近似の熱膨張係数を有するリング部材を嵌装してなることを特徴とするスピンドルシール装置にある。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、前記リング部材が金属製であることを特徴とするスピンドルシール装置にある。
【００１３】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記気体軸受が、カーボン製の軸受又は樹脂製の軸受であることを特徴とするスピンドルシール装置にある。
【００１４】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか１つの発明において、前記リング部材の外周に弾性部材を配してなることを特徴とするスピンドルシール装置にある。
【００１５】
第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つのスピンドルシール装置を有するスピンドル装置にある。
【発明の効果】
【００１６】
以上述べたように、上記の構成によれば、スピンドル装置の内部と大気側との間を密封可能にしてなる気体軸受の外周側に、軸と同一若しくは近似の熱膨張係数を有するリング部材を嵌装してなるので、シール部の隙間の変化を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例】
【００１８】
図１に基づき本実施例にかかるスピンドルシール装置について説明する。図１はスピンドルシール装置の概略を示す一部断面図である。
【００１９】
なお、この実施例では、スピンドル装置１０は、ハウジング１２のフランジ２３の座ぐり穴を用いて、図示しない装置に取り付けられ、図１でフランジ２３から左側の部分が大気側（外界）に曝されていることになる。
【００２０】
図１に示すように、実施例に係るスピンドルシール装置１は、転がり軸受１１と、転がり軸受１１を介してハウジング１２に回転可能に支持された回転軸１３と、を備えたスピンドル装置１０の内部と、フランジ２３より左側の大気側とを密封可能に構成している。ハウジング１２には、転がり軸受１１を押えるための軸受押え１４が、例えば、ねじ止めにより取付けられている。また、本実施例では転がり軸受１１として玉軸受２個による組合せ軸受（背面組合せ）を用いたが本発明ではこれに限定されるものではない。
【００２１】
なお、図1に示す例では、回転軸１３の一端側のみシールが必要であるが、回転軸１３の両端ともシールが必要な場合は、回転軸１３の他端側も同様の構成とすればよい。
【００２２】
このスピンドルシール装置１は、転がり軸受１１と前記大気側との間に配設された気体軸受１５を備えて構成されている。この気体軸受１５は、静圧軸受であり、例えば外部から供給された高圧の空気３０を回転軸１３との間に形成されている隙間ｈ２に供給し、その空間の圧力を外部より高圧に維持し、シールを形成している。さらにカバー２２との間及び軸受押え１４との間の隙間ｈ１にも空気を供給し、気体軸受を形成し、回転軸１３が斜めに変位した時の逃げとなる。なお、この隙間ｈ１及びｈ２は、数μｍから数十μｍ程度の隙間が適当である。
【００２３】
なお、本実施例では、カーボンからなる気体軸受を使用した。このように、カーボンからなる気体軸受を使用することで、高く均一な軸受面圧が得られ、シール性をより向上させることができるが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば軸材より熱膨張係数の小さい材質の気体軸受としてもよい。
また、気体軸受１５の外周には、金属製のリング部材３１を嵌装してなるものである。嵌装処理は例えば焼き嵌め又は圧入又は接着処理により、リング部材３１と気体軸受１５とを一体にすることで可能である。
【００２４】
また、前記金属製のリング部材３１の材質は、軸と同一若しくは近似の熱膨張係数を有する材質とすることが好ましい。これにより、軸受部の温度上昇等があっても、同一若しくは近似の熱膨張係数であるので、熱膨張に差が生ずることがなく、カーボンからなる気体軸受１５と軸１３の隙間の変化を抑えることができる。リング部材３１は、軸と同一若しくは近似の熱膨張係数を有する材質とするものであればよく、特に限定して解釈されるものではない。
この結果、発塵の発生を防止し、シール効果を良好に維持することができる。
【００２５】
また、この気体軸受１５には、図示しない圧縮空気供給源から供給される圧縮空気３０が、軸受押え１４に設けられた空気供給孔１４ａを経由して供給されている。
【００２６】
また、気体軸受１５は、それ自身より剛性が低い、例えば、ゴムや樹脂等の弾性部材２１を介して軸受押え１４に組み込まれている。本実施形態では、Ｏリングを使用している。Ｏリングは、気体軸受１５の外周に２箇所設けられた環状溝に嵌められている。そして、気体軸受１５の外径は、対向する軸受押え１４の内周面の内径より、後述の弾性部材２１による調芯作用を得るために必要なだけ小さく（具体的には、最大１ｍｍ程度までの隙間となるよう）設定されている。
【００２７】
また、弾性部材２１は、気体軸受１５に供給されるべき空気が気体軸受１５の内部を通ることなく両端部へ漏れるのを防ぐシールの役割も果たしている。
【００２８】
この構成を備えたスピンドルシール装置１は、気体軸受１５が対向する回転軸１３の円周上の圧力を均一に高く維持することができる。すなわち、気体軸受１５から回転軸１３の表面に向けて吹出される空気の圧力及び流れにより、転がり軸受１１と大気側との間を確実にシールすることができる。したがって、スピンドル装置１０内部のダストやグリース等の油分等を含む異物は、前記空気によるシールを越えて外部に放出されたり、外部から異物が侵入したりすることが防止される。
【００２９】
また、気体軸受１５が弾性部材２１を介して支持されることにより、外力により回転軸１３がラジアル方向に変位しても、弾性部材２１の弾性力による調芯作用により気体軸受１５を回転軸１３の変位に追従させることができる。このため、気体軸受１５と回転軸１３との間に形成される隙間を一定に保つことができる。
【００３０】
なお、弾性部材２１は、Ｖパッキンやゴム板を貼り付けたものなど、様々な形状、構成のものを用いることができる。
【００３１】
このように、実施例に係るスピンドルシール装置１は、従来のスピンドルシール装置のように、シール手段として磁性流体を使用することなく、転がり軸受１１と大気側との間を、気体軸受１５からの空気の吹付けにより確実にシールすることができる。また、軸１３に嵌装されたリング部材３１が、軸１３と同じ熱膨張係数であるので、軸受等の発熱の発生時にカーボンからなる気体軸受１５の隙間の変化を抑えることができる。
【００３２】
なお、このスピンドルシール装置１は、様々な装置に組み込まれるスピンドル装置に応用することが可能であるが、例えば、転がり軸受１１内部のグリース等が外部に漏れると不具合が生じるクリーンな環境で使用される、例えば半導体製造装置や検査装置等に使用されるスピンドル装置にも好適に使用することができる。
【００３３】
また、工作機械等に使用されるスピンドル装置に使用し、外部からの切削液の浸入を防止することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上のように、本発明にかかるスピンドルシール装置は、信頼性の高い優れたシール効果が発揮でき、半導体関係、工作機械の高速スピンドル装置に用いて適している。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例に係るスピンドルシール装置の概略を示す一部断面図である。
【図２】従来技術に係るスピンドルシール装置の概略を示す一部断面図である。
【図３】従来技術に係る他のスピンドルシール装置の概略を示す一部断面図である。
【図４】従来技術に係る他のスピンドルシール装置の概略を示す一部断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１１  軸受
１２  ハウジング
１３  回転軸
１４  軸受押え
１５  気体軸受
２１  弾性部材
３０  圧縮空気
３１  リング部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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