(57)【要約】【課題】減衰性や制御性を高めることができ、また、クリーンルーム等の環境で使用する装置類に好適な流体軸受装置を提供する。【解決手段】シャフト１と、シャフト１の外周に対して非接触状態の軸受２を備え、軸受２は、シャフト１の軸線方向における両側に、シャフト１の全周にわたって気体を供給する気体供給部３，３を備えると共に、両気体供給部３，３の間に、シャフト１の全周にわたって液体Ｌ１を供給する液体供給部４を備えた流体軸受装置としたことにより、気体による低摩擦機能に加え、液体の粘性によるダンパ機能を確保して減衰性や制御性を高めることができ、また、液体の漏出を阻止してクリーンルーム等の環境で使用する装置類に非常に好適なものとなった。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと、シャフトの外周に対して非接触状態の軸受を備え、
軸受は、シャフトの軸線方向における両側に、シャフトの全周にわたって気体を供給する気体供給部を備えると共に、
両気体供給部の間に、シャフトの全周にわたって液体を供給する液体供給部を備えていることを特徴とする流体軸受装置。
【請求項２】
両気体供給部から供給した気体の圧力よりも液体供給部から供給した液体の圧力を小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の流体軸受装置。
【請求項３】
軸受が、気体供給部と液体供給部との間に、気体及び液体のうちの少なくとも気体を排出する流体排出部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の流体軸受装置。
【請求項４】
液体供給部が、軸受の内周に沿って磁性材料製の液体保持部を備えると共に、液体として磁性流体を用いたことを特徴とする請求項１に記載の流体軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超精密加工や精密計測を行う装置において、可動部の案内機構などに用いられる流体軸受装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流体軸受は、摩擦係数が小さく且つ変動が少ないため、超精密加工や精密計測を行う装置に広く用いられており、例えば、光ディスクのマスターとなるガラス原盤に光ビームを照射する光ディスク原盤記録装置において、ガラス原盤をセットする移動テーブルの非接触式の直動案内機構として用いられている（特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、上記の光ディスク原盤記録装置は、クリーンルーム内で使用する。このため、同装置に用いる流体軸受では、流体として液体を用いると、液体の飛散や液体の揮発による残存物が生じてクリーンルーム環境に悪影響を及ぼす恐れがあるので、流体として気体を用いるのが一般的となっている。
【特許文献１】特開２０００−１００００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記したような気体を用いた流体軸受装置では、摩擦係数が極めて小さく、非常に小さな力や振動で容易に動いてしまうことから、動作時の減衰性や制御性をさらに高めるうえでの改善が要望されていた。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたものであって、動作時の減衰性や制御性を高めることができ、また、クリーンルームやドライプロセス等の環境で使用する装置類に好適な流体軸受装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の流体軸受装置は、シャフトと、シャフトの外周に非接触状態で装着する軸受を備え、軸受は、シャフトの軸線方向における両側に、シャフトの全周にわたって気体を供給する気体供給部を備えると共に、両気体供給部の間に、シャフトの全周にわたって液体を供給する液体供給部を備えており、より望ましくは、両気体供給部から供給した気体の圧力よりも液体供給部から供給した液体の圧力を小さくしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の流体軸受装置は、両気体供給部から供給した気体による低摩擦機能に加え、液体供給部から供給した液体の粘性によるダンパ機能を確保して、動作時の減衰性や制御性を高めることができ、しかも、両側の気体によって中央の液体の漏出を阻止するので、クリーンルームやドライプロセス等の環境で使用する装置類に非常に好適なものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図４は、本発明の流体軸受装置が適用可能な光ディスク原盤記録装置を概略的に示す図である。図示の光ディスク原盤記録装置は、ベース５０上に、平行に配置した一対のシャフト５１，５１と、両シャフト５１，５１により水平方向に案内される移動テーブル５２と、移動テーブル５２を跨ぐように配置した固定枠５３を備えている。
【０００９】
各シャフト５１は、取付部５４によって両端が支持してある。移動テーブル５２は、下面に、各シャフト５１に装着した複数の軸受５５が固定してあると共に、上面に、回転テーブル（図示せず）を備え、この回転テーブルに、光ディスクのマスターとなるガラス原盤５６をセットする。固定枠５３は、移動テーブル５２に相対向する下面に、光ビームを下方に照射する光照射部５７を備えている。
【００１０】
上記の光ディスク原盤記録装置は、光照射部５７から光ビームを照射してガラス原盤５６にスポットを形成するものであり、この際、回転テーブルによってガラス原盤５６を回転させると共に、図示しないアクチュエータで移動テーブル５２を一定方向に移動させることにより、ガラス原盤５６の全面にわたって光ビームを照射する。
【００１１】
ところで、上記のような光ディスク原盤記録装置では、光ディスクの記録及び再生のさらなる高品質化に伴って、ガラス原盤５６に対してスポットをより細密に形成する機能が要求されており、その機能を実現する対策の一つとして、移動テーブル５２の動作時の減衰性や制御性を高めることが挙げられる。
【００１２】
これに対して、本発明の流体軸受装置は、上記の光ディスク原盤記録装置において、移動テーブル５２の動作時の減衰性や制御性を高めるうえで非常に有用なものである。
【００１３】
図１は、本発明の流体軸受装置の一実施形態を説明する図である。図示の流体軸受装置は、シャフト１と、シャフト１の外周に対して非接触状態の軸受２を備えている。軸受２は、シャフト１の軸線方向における両側に、シャフト１の全周にわたって気体を供給する気体供給部３，３を備えると共に、両気体供給部３，３の間に、シャフト１の全周にわたって液体を供給する液体供給部４を備えている。
【００１４】
シャフト１は、その材料が限定されるものではないが、精密加工が可能で且つ腐食し難い材料であることが望ましく、例えばステンレスである。なお、シャフト１の材料は、それ以外の金属、セラミックス、及び母材の表面に防錆処理を施したものなどを採用することができる。
【００１５】
軸受２は、シャフト貫通用の中空部を有する主体部２ａを備え、主体部２ａに、外側から内側へ至る間に二つに分岐した気体供給路５と、外側から内側へ至る液体供給路６が形成してある。
【００１６】
また、軸受２は、中空部の両側に、分岐した気体供給路５に連通する環状溝３Ａ，３Ａが形成してあると共に、各環状溝３Ａ，３Ａを塞ぐ要領で環状の多孔質部材３Ｂ，３Ｂが設けてある。この多孔質部材３Ｂとシャフト１との間には、全周にわたって隙間が形成される。この実施形態では、環状溝３Ａ及び多孔質部材３Ｂにより、シャフト１の全周にわたって気体を供給する気体供給部３を構成している。
【００１７】
さらに、軸受２は、中空部の中央に、液体供給路６に連通する環状溝４Ａが形成してある。この実施形態では、環状溝４Ａにより、シャフト１の全周にわたって液体を供給する液体供給部４を構成している。
【００１８】
ここで、気体供給部３を構成する多孔質部材３Ｂは、所定範囲に気体を均一に供給するものであって、その材料としては、ステンレス、アルミニウム、カーボン及びセラミックスなどを採用することができる。気体は、とくに限定されるものではないが、環境に対する影響が極めて少ないものとして、空気や窒素などの大気成分とするのが良い。
【００１９】
また、液体は、とくに限定されるものではなく、水でも適用可能であるが、より望ましくは、揮発性の低いものや、接触角が大きくて濡れ性の悪い（はじき易い）ものであり、例えば、グリセリンやフロリナート（デュポン社製）等を採用することができる。
【００２０】
なお、上記液体の選択に応じて、シャフト１や軸受２における液体との接触部分に、例えばテフロン（登録商標）コーティング等の高撥水性の表面処理を施しておくと、より高い効果が期待できる。
【００２１】
上記の流体軸受装置は、シャフト１及び軸受２を、図４に示す光ディスク原盤記録装置におけるシャフト５１及び軸受５２に適用することができる。
【００２２】
すなわち、流体軸受装置は、外部の気体供給源から気体を気体供給路５に連続的に供給すると共に、同じく外部の液体供給源から液体を液体供給路６に供給する。そして、両側の気体供給部３からシャフト１の全周にわたって気体を供給すると共に、液体供給部４からシャフト１の全周にわたって液体Ｌ１を供給する。この際、より望ましくは、両気体供給部３から供給した気体の圧力Ｐｇよりも液体供給部４から供給した液体Ｌ１の圧力Ｐｌが小さくなる（Ｐｇ＞Ｐｌ）ように圧力制御を行う。
【００２３】
このようにして、流体軸受装置は、両気体供給部３，３から連続的に供給する気体により、気体軸受の利点である低摩擦機能を得ることができるうえに、液体供給部４から供給した液体Ｌ１により、ダンパ機能が得られることとなる。すなわち、液体Ｌ１は、気体に比べて粘性が格段に高いので、その粘性により周波数の高い振動を効果的に減衰することが可能である。
【００２４】
したがって、図４に示す光ディスク原盤記録装置において、移動テーブル５２の位置決め時等に生じる振動を速やかに収束させることが可能となり、これにより、移動テーブル５２の動作時の減衰性や制御性を高めて、移動テーブル５２の高精度な位置制御が可能となり、ガラス原盤５６に対するより細密な加工ひいては光ディスクの高品質化に貢献し得るものとなる。
【００２５】
また、流体軸受装置は、軸受２において、両側の気体により中央の液体Ｌ１の漏出が防止され、とくに、気体の圧力Ｐｇよりも液体Ｌ１の圧力Ｐｌが小さくなるように圧力制御を行うことで、液体Ｌ１の漏出をより確実に阻止できると共に、定量の液体Ｌ１を定位置に維持することが可能となる。
【００２６】
したがって、流体軸受装置は、液体Ｌ１が漏出して周囲を汚損するような心配が全く無いので、光ディスク原盤記録装置のように、クリーンルームやドライプロセス等の環境で使用する装置類に非常に好適なものとなる。
【００２７】
図２は、本発明の流体軸受装置の他の実施形態を説明する図である。なお、先の実施例と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２８】
図示の流体軸受装置は、軸受２が、気体供給部３，３と液体供給部４との間に、気体及び液体のうちの少なくとも気体を排出する流体排出部１１を備えた構成になっている。流体排出部１１は、軸受２の中空部内周に形成した環状溝１１ａと、環状溝１１ａから外部に連通する排出路１１ｂで構成してある。
【００２９】
ここで、流体排出部１１から何を排出するかは、気体の供給圧力Ｐｇと、液体Ｌ１の供給圧力Ｐｌと、流体排出部１１の排気圧力Ｐｅの関係により異なる。すなわち、Ｐｇ＞Ｐｅ＞Ｐｌの関係になるように圧力制御すれば、流体排出部１１から気体のみが排出されると共に、液体Ｌ１が定位置に維持される。また、Ｐｇ＞Ｐｅ＜Ｐｌの関係になるように圧力制御すれば、流体排出部１１から気体及び液体Ｌ１が排出されることになり、液体Ｌ１を回収して循環使用することも可能である。
【００３０】
そして、当該流体軸受装置は、いずれの圧力制御を行っても、気体による低摩擦機能と液体Ｌ１によるダンパ機能の両方が得られると共に、液体Ｌ１の漏出も阻止することができる。よって、当該流体軸受装置を適用する装置類の構成や、可動部の運転状況などに応じて、最適な圧力制御を選択することが可能である。
【００３１】
図３は、本発明の流体軸受装置の他の実施形態を説明する図である。なお、先の実施例と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３２】
図示の流体軸受装置は、液体供給部４が、先に説明した環状溝４Ａに加えて、軸受２の内周に沿って設けた磁性材料製の液体保持部４Ｂを備えている。図示例の場合は、環状溝４Ａに環状の液体保持部４Ｂを嵌合した構成である。そして、この実施形態の流体軸受装置は、液体として磁性流体Ｌ２を用いている。
【００３３】
つまり、先の各実施形態（図１及び図２参照）では、液体供給部４である環状溝４Ａ内に液体Ｌ１を供給すると共に、圧力制御によって液体Ｌ１を定位置（溝内）に維持している。これに対して、この実施形態の流体軸受装置は、先の各実施形態と同様の作用及び効果を得ることができるうえに、厳密な圧力制御を行わなくても、磁性材料製の液体保持部４Ｂにより定量の磁性流体Ｌ２を定位置に吸着保持することができる。
【００３４】
なお、本発明の流体軸受装置は、その構成が上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の細部を適宜変更することができる。また、本発明の流体軸受装置は、上記の実施形態で説明した光ディスク原盤記録装置以外に、超精密加工や精密計測を行う装置類の可動部の案内機構等に適用することが可能である。
【００３５】
さらに、上記の実施形態では、シャフトに沿って軸受が直線的に移動する場合を例示したが、本発明の流体軸受装置は、シャフト及び軸受の少なくとも一方が直線移動する構造や、双方の少なくとも一方が回転する構造にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の流体軸受装置の一実施例を説明する断面図である。
【図２】本発明の流体軸受装置の他の実施例を説明する断面図である。
【図３】本発明の流体軸受装置のさらに他の実施例を説明する断面図である。
【図４】本発明の流体軸受装置が適用可能な光ディスク原盤記録装置を概略的に示す側面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。
【符号の説明】
【００３７】
１    シャフト
２    軸受
３    気体供給部
３Ａ  環状溝（気体供給部）
３Ｂ  多孔質部材（気体供給部）
４    液体供給部
４Ａ  環状溝（液体供給部）
４Ｂ  液体保持部（液体供給部）
１１  流体排出部
Ｌ１  液体
Ｌ２  磁性流体
【図１】
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【図２】
2009216232.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009216232.tif 000006