(57)【要約】【課題】絞りを有する軸受部材を保持する保持部材の材料にセラミック等の低熱膨張率を有する材料を用いた場合に、両者を圧入および接着によって堅固に固定し、高剛性かつ高精度な静圧気体軸受を実現する。【解決手段】ローター１０に対するラジアル軸受すきま６、スラスト軸受すきま７に気体を噴出する絞りを有する軸受部材１は、保持部材２に対して接着剤１３を介した圧入によって固定される。軸受部材１と保持部材２の嵌合部をテーパー状にすることで、最適な締め圧で固定することが可能となり、また、嵌合面を直接接触させるための凸部１１や、接着剤１３を収容するための凹部１２を設けることで、均一な接着層を用いた接着と高剛性の接触結合による堅固な一体構造を実現できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受すきまに供給される気体の静圧によって移動部材を非接触で支持する静圧気体軸受において、前記軸受すきまを形成する軸受面および前記軸受すきまに気体を噴出するための絞り手段を有する軸受部材と、前記軸受部材を保持する保持部材と、前記絞り手段に気体を供給する気体供給手段とを備えており、前記軸受部材と前記保持部材がテーパー状の嵌合部を有し、前記嵌合部を圧入によって互いに固定することで、前記保持部材と前記軸受部材が一体的に結合されていることを特徴とする静圧気体軸受。
【請求項２】
軸受部材の嵌合部がテーパー状の外径嵌合面を有し、前記外径嵌合面に、前記保持部材と接触する凸部と、接着剤を収容するための空隙を形成する凹部と、前記気体供給手段に連通する給気溝とが設けられており、前記凹部が、前記軸受部材を前記保持部材に圧入するときの前記軸受部材の相対移動方向前方に配設されていることを特徴とする請求項１記載の静圧気体軸受。
【請求項３】
保持部材の嵌合部がテーパー状の内径嵌合面を有し、前記内径嵌合面に、前記軸受部材と接触する凸部と、接着剤を収容するための空隙を形成する凹部と、前記気体供給手段に連通する給気溝とが設けられており、前記凹部が、前記軸受部材を前記保持部材に圧入するときの前記保持部材の相対移動方向前方に配設されていることを特徴とする請求項１記載の静圧気体軸受。
【請求項４】
保持部材が、線膨張係数８×１０-6／℃以下の材料で作られていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の静圧気体軸受。
【請求項５】
軸受すきまに気体を噴出するための絞り手段を有する軸受部材と前記軸受部材を保持する保持部材とを備えた静圧気体軸受の製造方法において、
前記軸受部材と前記保持部材にテーパー状の嵌合部を設ける工程と、
前記軸受部材と前記保持部材のテーパー状の嵌合部に接着剤を介在させ、軸方向の推力を用いた圧入によって前記軸受部材と前記保持部材を一体的に結合させる工程と、を有することを特徴とする静圧気体軸受の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置や超精密加工機、超精密測定機などの高い移動精度や位置精度が要求される装置に用いられる静圧気体軸受およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に静圧気体軸受は、摩擦抵抗が少ないために回転軸などの移動部材が軽く滑らかにかつ高精度に動く。従って、高精度を必要とする精密工作機械等の高速回転主軸や移動スライダとして、広く利用されている。
【０００３】
静圧気体軸受の軸受部材は、気体を噴出するための絞りを有し、その絞り方式は自成絞り型や表面絞り型、スロット絞り型、多孔質絞り型などが知られている。回転軸に使用される静圧気体軸受は、軸の半径方向を支持するラジアル軸受、軸方向を支持するスラスト軸受（アキシャル軸受）からなり、それぞれローターおよびスラストプレートと対向して軸受すきまを構成し、そこに前述のいずれかの絞りから気体を噴出し回転体を支持している。一方、移動スライダとして使用される静圧気体軸受は、ガイドの形状により角ガイドと平面軸受部材にて支持するタイプ、円柱または円筒のガイドと円筒軸受部材にて支持するタイプなどがある。このような静圧気体軸受の互いに対向する軸受面の間の軸受すきまは、数μｍから十数μｍと極めて狭く、サブミクロンの高精度な加工組立技術が必要となる。
【０００４】
平面で支持する軸受部材は、例えば特許文献１に示されるように、軸受部材とその軸受部材を支持するハウジング等保持部材の接合面に接着剤を収容するための空隙を設け、接着剤を塗布した後、押圧力によって押し付けて接着固定される。この構成により、絞られる前の圧縮気体の圧力により軸受部材が浮いたり変形したりすることを防ぎ、高精度化しようというものである。
【０００５】
一方、ラジアル軸受のような円筒状の軸受部材は、例えば特許文献２に示されるように、通常は焼きばめ、圧入または接着などの適宜の手段により固定されている。焼きばめは軸受部材の外径を保持部材の内径より大きく仕上げ、保持部材を加熱することによりその内径を軸受部材の外径よりも大きくなるまで膨張させて軸受部材を挿入し、常温になると保持部材が軸受部材を締め付けて強固に固定する。締め付け量は静圧軸受の給気圧に対して最適になるよう内外径の差により調整していた。
【０００６】
また、スロット絞りでの改善案として、特許文献３に示されるように、分割した軸受部材の一方を保持部材に焼きばめし、他方をその部材にボルトなどで固定するといった方法も提案されている。
【特許文献１】特開平５−７１５３４号公報
【特許文献２】特開２００２−３９１８１公報
【特許文献３】特開２００２−１７４２４０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、静圧気体軸受に要求される精度や剛性はますます高まり、軸受部材を保持する保持部材や移動部材に高剛性のセラミック材料や高精度を維持するための低熱膨張材料が使用されるようになってきている。ラジアル軸受の軸受部材を保持する保持部材にこうしたセラミックや低熱膨張材料を使用した場合、焼きばめに必要な締め圧を得るための焼きばめ代に対し、両材料の線膨張係数が０〜８×１０-6（／℃）と金属に比べ小さいため、焼きばめが不可能であったり、可能であっても焼きばめ温度を高く設定しなくてはならない。
【０００８】
ところが、セラミックを高温に維持した後、軸受部材を挿入するとヒートショックにより割れが発生することがあるという問題や、低熱膨張材料はその特性から、高温にすると材料組織が変質してしまい、特性が変化してしまうため、焼きばめ温度を高温には設定できないという問題があった。かといって、両者共焼きばめ代を小さくして使用すると、軸受部材への給気圧力により軸受部材が保持部材から浮いてしまい、精度や剛性を劣化させるという問題があった。
【０００９】
軸受部材の外径を保持部材の内径よりも小さくし、かつ接着剤を介して固定する方法もあるが、軸受部材の挿入時に接着剤が接着面に充分行き渡らず接着不良を起こす問題や、充分行き渡っても、軸受部材と保持部材との間に剛性の低い接着剤の層が介在してしまうため、トータルでの軸受剛性が劣化してしまうという問題や、さらには接着剤が給気経路にまで入り込み、給気を妨げてしまうという問題があった。
【００１０】
また、接着を確実に行うために円筒状の軸受部材を円弧状に分割して接着する方法もあるが、軸受の周上に継ぎ目ができてしまうため、軸受すきま内の圧力分布が不均等になり剛性の劣化や回転精度の劣化を引き起してしまう問題があった。
【００１１】
軸受部材を圧入で固定する方法においても、圧入時の締め代を充分とれないため、上記の焼きばめ代を小さくした場合と同様の問題が発生していた。
【００１２】
本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、ハウジング等保持部材にセラミックや低熱膨張材を用いた場合でも、軸受部材との結合を強固にしかも簡便な方法で行うことにより、高剛性、かつ高精度な軸受性能を実現できる静圧気体軸受およびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の静圧気体軸受は、軸受すきまに供給される気体の静圧によって移動部材を非接触で支持する静圧気体軸受において、前記軸受すきまを形成する軸受面および前記軸受すきまに気体を噴出するための絞り手段を有する軸受部材と、前記軸受部材を保持する保持部材と、前記絞り手段に気体を供給する気体供給手段とを備えており、前記軸受部材と前記保持部材がテーパー状の嵌合部を有し、前記嵌合部を圧入によって互いに固定することで、前記保持部材と前記軸受部材が一体的に結合されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
移動部材に対向する絞りを有する軸受部材とそれを保持するハウジング等の保持部材との嵌合部をテーパー形状にして、軸方向の推力を用いた圧入によって固定する構成にするとともに、その嵌合面には絞りに気体を供給するための給気溝と、保持部材に直接接触する凸部と、接着剤を収容するための凹部を設ける。
【００１５】
嵌合部をテーパー状にすることによって、軸受部材をセラミックや低熱膨張材にて製作された保持部材に最適な締め圧で固定することができる。また、嵌合面に給気溝を設けることで、接着剤が絞りを塞いで静圧機能を阻害するのを防ぐことができる。しかも軸受部材を一体で装着するものであるため、軸受部材の分割による剛性の低下や回転精度の劣化を防ぐこともできる。
【００１６】
嵌合部に接着剤を収容するための空隙（凹部）を設けることで、より一層確実に接着剤の給気溝への回り込みを防ぐとともに、凸部がより確実に相手方の嵌合面に接触するため、軸受部材と保持部材との間に介在する接着剤による剛性の劣化をも回避できる。このようにして、高精度、高剛性の静圧気体軸受を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１に示すように、ローター１０を有する移動部Ａとその移動部Ａに軸受すきまを介して対向する支持部Ｂとの間に気体を噴出し、その気体の静圧によって移動部Ａを非接触で支持する静圧気体軸受において、気体を噴出するための絞り手段とその絞り手段に気体を供給するための気体供給手段を有する軸受部材１と、軸受部材１を保持するハウジングである保持部材２の互いの嵌合部をテーパー形状とし、かつ双方を嵌め合わせた際に少なくとも圧入状態となるように構成する。
【００１８】
そして、軸受部材１の外周面である外径嵌合面には、給気溝３と、周方向にのびる環状の凸部１１および凹部１２を設けて、凹部１２を接着剤１３の収容のための空隙とし、凸部１１には圧入時に相手方の保持部材２と接触する機能を持たせ、かつ、圧入時に接着剤１３が効率よく凹部１２の空隙に収容できるよう、矢印Ｒ1 で示す圧入時の軸受部材１の移動方向前方に凹部１２を配置した。
【００１９】
あるいは、保持部材の内径嵌合面に段差を設け、段差による凹部を接着剤収容のための空隙とし、凸部には圧入時に相手方の軸受部材と接触する機能を持たせ、かつ、圧入時に接着剤が効率よく凹部の空隙に収容できるように圧入時の保持部材の移動方向前方に凹部を配置してもよい。
【００２０】
軸受部材の材質はカーボングラファイトであり、軸受部材と嵌合する保持部材は線膨張係数８×１０-6／℃以下の材料を使用するとよい。
【００２１】
軸受部材と保持部材の圧入位置決めは治具または両部材間直接の突き当てにて行い、接着剤の硬化までボルト等の締結部品によりその位置を保持つとよい。
【００２２】
そして、軸受部材の保持部材への圧入はボルト等締結手段による軸方向の推力を利用して行うとよい。
【実施例１】
【００２３】
図１の（ａ）に示すように、この静圧気体軸受は、回転駆動されるローター１０を有する移動部Ａと、支持部Ｂより構成されており、その駆動源、圧力気体供給源やその他の周囲の部位は説明を簡単にするために省略する。
【００２４】
支持部Ｂは、多孔質絞りを有するカーボングラファイト製の一対の軸受部材１を有し、各軸受部材１は、線膨張係数７．１×１０-6のアルミナセラミック製の保持部材２に保持されている。各軸受部材１は給気溝３を有し、また、保持部材２は、給気溝４を有する。
【００２５】
図示しない圧縮気体供給源より供給された圧縮気体は、保持部材２の給気口５より給気溝４を介して各軸受部材１の給気溝３へ供給され、多孔質絞りを通ってラジアル軸受すきま６およびスラスト軸受すきま７に噴出し、ローター１０を非接触に支持する。スラスト軸受すきま７へ供給された気体は、間座８を貫通する排気口９を通って排出される。
【００２６】
軸受部材１と保持部材２は、互いの嵌合部がテーパー状になっており、圧入および接着により固定（結合）保持されている。このテーパー状の嵌合部のテーパー量は、本実施例では１／４０である。一対の保持部材２は、両者の間に間座８を介して、図示しないボルト等によって締結固定されハウジングを形成している。
【００２７】
図１の（ｂ）は、（ａ）の円Ｃで示す部分の軸受部材１と保持部材２の接合構成を拡大して示すもので、給気溝３が設けられた多孔質絞りの軸受部材１の外径嵌合面とその軸受部材１が圧入される保持部材２の内径嵌合面は同じテーパーに加工されている。さらに、軸受部材１の外径嵌合面の給気溝３間において、段差が０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍ程度になるよう矢印Ｒ1 で示す軸受部材１の圧入方向に対して前側が削られ、幅１ｍｍの環状の凸部１１と凹部１２が形成されている。圧入時には凸部１１が保持部材２と接触し、圧入時の保持剛性を高めるとともに、予め塗布された接着剤１３を矢印Ｒ1 で示す圧入進行方向に押し込み、軸受部材１の外径嵌合面の空隙に最適な厚さの接着層を形成させて、その接着力を発揮できるようになっている。
【００２８】
また、給気溝３を軸受部材１に設けることによって、給気口５からの圧縮気体に開口する面すべてに接着剤１３が塗布されることを防ぎ、多孔質絞りへの給気を可能としている。そして、前述の接着剤収容のための空隙を設けることによって、給気溝３にはみ出す接着剤の量が減少し、給気溝３への接着剤１３の回り込みを防ぐ効果がある。
【００２９】
なお、圧入部の締め圧は、軸受部材１の外径と保持部材２の内径との差を管理すれば、両部材の軸方向の相対位置を一定にすることにより定義することが可能である。本実施例では一つの軸受部材でラジアル軸受とスラスト軸受両方を兼用したが、別にスラスト軸受用の軸受部材を設けてもよい。
【００３０】
図２の（ａ）に示すように、圧入時には、軸受部材１、保持部材２のどちらかまたは両方の嵌合部に適量の接着剤を塗布した後、固定治具ベース１０１の基準面１０１ａに空所１０２を設けて、基準面１０１ａ上に保持部材２を固定し、軸受部材１を保持部材２に挿入した後、押し込み治具１０３を軸受部材１に載せて、ワッシャー１０４等を介して締結手段であるボルト１０５にて軸受部材１が固定治具ベース１０１の基準面１０１ａに突き当たるまで軸方向に押し込む。必要に応じて空所１０２にはみ出した接着剤を、治具をはずすなどして処理した後、接着剤が硬化するまで固定する。
【００３１】
このとき、突き当て面となる基準面１０１ａに空所１０２を設ける替わりに、図２の（ｂ）に示すように、保持部材２に設けた突き当て部１４のように、軸受部材１と保持部材２のどちらかに両者の相対位置を決めるための突き当てなどを準備した形状にしておいてもよい。この場合も図２の（ａ）と同様に、固定治具ベース１０１の基準面１０１ａ上に保持部材２を固定し、軸受部材１を保持部材２に挿入した後、押し込み治具１０３を軸受部材１に載せて、ワッシャー１０４等を介してボルト１０５にて軸受部材１が保持部材２の突き当て部１４に突き当たるまで押し込む。突き当て部１４によって形成された空間１０６にはみ出した接着剤を、治具をはずすなどして処理した後、接着剤が硬化するまで固定する。
【実施例２】
【００３２】
図３は、実施例２による静圧気体軸受を示すもので、同図の（ａ）に示すように、オリフィス絞りを有するカーボングラファイト製の軸受部材２１は、線膨張係数０．５×１０-6のスーパーインバー製の保持部材２２に保持されている。図示しない圧縮気体供給源より供給された圧縮気体は給気口２５より給気溝２４ａ、２４ｂを介して軸受部材２１に設けられた給気溝２３ａへ供給され、オリフィス絞り２３ｂを通ってラジアル軸受すきま２６に噴出し、ローターシャフト１０ａを非接触に支持する。軸受部材２１と保持部材２２の嵌合部はテーパー状になっており、圧入および接着により固定されている。本実施例ではテーパー量は１／４０である。
【００３３】
図２の（ｂ）は、軸受部材２１と保持部材２２の接合部の構成を説明するために、同図の（ａ）の円Ｃで示す部分を拡大して示す図である。給気溝２３ａおよびオリフィス絞り２３ｂが設けられた軸受部材２１の外径嵌合面と軸受部材２１が圧入される保持部材２２の内径嵌合面は同じテーパーに加工されている。さらに保持部材２２の給気溝２４ｂ間の内径嵌合面の段差が０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍ程度になるように、矢印Ｒ2 で示す保持部材２２の圧入時の移動方向に対して前方が削られ、凹部３２と、その後方に幅１〜２ｍｍの凸部３１が形成されている。圧入時には凸部３１が軸受部材２１と接触し圧入時の保持剛性を高めるとともに、接着剤３３を保持部材２２の進行方向に押し込み、軸受部材２１の外周面に、形成される接着剤収容のための空隙に最適な厚さの接着層を形成させて、接着剤３３による接着力を発揮できるようになっている。
【００３４】
なお、圧入部の締め圧は、軸受部材の外径と支持部材の内径との差を管理すれば、両部材の軸方向の相対位置を一定にすることにより定義することが可能であるのは実施例１と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施例１を示すもので、（ａ）は静圧気体軸受の主要部を示す模式断面図、（ｂ）は（ａ）の円Ｃで囲んだ接合部を拡大して示す図である。
【図２】軸受部材と保持部材の圧入方法および固定治具を示す図である。
【図３】実施例２を示すもので、（ａ）は静圧気体軸受の主要部を示す模式断面図、（ｂ）は（ａ）の円Ｃで囲んだ接合部を拡大して示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１、２１    軸受部材
２、２２    保持部材
３、４、２３ａ、２４ａ、２４ｂ    給気溝
５、２５    給気口
６、２６    ラジアル軸受すきま
７    スラスト軸受すきま
８    間座
９    排気口
１０    ローター
１０ａ    ローターシャフト
１１、３１    凸部
１２、３２    凹部
１３、３３    接着剤
【図１】
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【図２】
2006112497.tif 000004
【図３】
2006112497.tif 000005