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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine staubgeschützte Dichtungsstruktur.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bislang wird in einer dreidimensionalen Messmaschine, in der ein zu messender Raum durch dreiachsige orthogonale Koordinaten gebildet wird, insbesondere bei der Messung eines zu messenden Objekts mit einer rotierenden Welle wie einer Walze oder einem Getriebe mit hoher Genauigkeit, ein Drehtisch als vierte Achse verwendet. Die japanische Gebrauchsmusteranmeldung Nr.
61-91624 offenbart ein aerostatisches Radialdrucklager, das durch Fremdkörper wie Staub oder Rost kaum beeinträchtigt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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ERFINDUNGSGEMÄSSE LÖSUNG DES PROBLEMS
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Der Drehtisch mit einem Luftlager hat den Vorteil, dass eine hohe Drehgenauigkeit gewährleistet ist. Das Eindringen von Staub oder einem Fremdkörper von außen in einen Lagerspalt des Luftlagers vermindert jedoch die Drehleistung des Drehtisches und kann in manchen Fällen eine Lagerführungsfläche beschädigen.
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Dementsprechend wurde die vorliegende Erfindung im Hinblick auf diese Punkte entwickelt, und ihr Ziel ist es, eine staubgeschützte Dichtungsstruktur bereitzustellen, die verhindert, dass Staub oder Fremdkörper leicht in einen Lagerspalt eines Luftlagers eindringen und die Drehleistung eines Drehtisches über einen langen Zeitraum aufrechterhält.
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MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
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Eine staubgeschützte Dichtungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Rotoranordnung mit einer scheibenförmigen Druckplatte und einem säulenförmigen Rotor, der auf einer unteren Oberfläche der Druckplatte vorgesehen ist; eine Statoranordnung, die die Rotoranordnung drehbar trägt, wobei die Statoranordnung ein horizontales aerostatisches Axiallager zwischen der unteren Oberfläche der Druckplatte und einer oberen Oberfläche der Statoranordnung bildet, wenn Druckluft zwischen der unteren Oberfläche der Druckplatte und der oberen Oberfläche der Statoranordnung zugeführt wird, wobei die Druckplatte und die Statoranordnung einen Dichtungsabschnitt bilden, durch den Druckluft strömt, und zwar an einer Position radial außerhalb des aerostatischen Axiallagers, wobei der Dichtungsabschnitt einen geneigten Strömungsweg aufweist, dessen Höhe von einer äußeren Umfangsfläche der Druckplatte nach innen in radialer Richtung zunimmt.
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Die Druckplatte und die Statoranordnung können einen Hohlraum bilden, der an einer Stelle zwischen dem aerostatischen Axiallager und dem Dichtungsabschnitt mit dem Dichtungsabschnitt in Kontakt steht, und wobei eine untere Oberfläche des Hohlraums niedriger ist als die obere Oberfläche der Statoranordnung sein kann, die das aerostatische Axiallager bildet.
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Die äußere Umfangsfläche der Druckplatte von dem geneigten Strömungsweg radial nach außen angeordnet ist.
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Die Druckplatte und die Statoranordnung können derart vorgesehen sein, dass die aus dem aerostatischen Axiallager austretende Druckluft in den Dichtungsabschnitt strömt.
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Die Statoranordnung kann einen Stator, der einen ausgehöhlten Abschnitt bildet, der den Rotor aufnimmt; und eine Hülse umfassen, die außerhalb des Stators angeordnet ist, wobei der Dichtungsabschnitt zwischen einer oberen Oberfläche der Hülse und der unteren Oberfläche der Druckplatte ausgebildet ist.
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Ein höchster Abschnitt auf der oberen Oberfläche der Hülse kann oberhalb des aerostatischen Axiallagers angeordnet sein.
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Der Dichtungsabschnitt bei Betrachtung eines vertikalen Querschnitts des Dichtungsabschnitts kann einen gekrümmten Strömungsweg mit mindestens einem rippenförmigen Strömungswegabschnitt aufweisen, wobei der geneigte Strömungsweg in einem Abschnitt des gekrümmten Strömungsweges ausgebildet sein kann.
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Mehrere konvexe Abschnitte können auf der oberen Oberfläche der Hülse ausgebildet sein, wobei mehrere konkave Abschnitte mit einer zu den konvexen Abschnitten komplementären Querschnittsform auf der unteren Oberfläche der Druckplatte ausgebildet sein können, und wobei die mehreren konvexen Abschnitte und die mehreren konkaven Abschnitte mehrere der rippenförmigen Strömungswegabschnitte bilden können.
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Eine wasserabweisende Beschichtungsschicht kann auf mindestens einem Abschnitt eines Bereichs der Druckplatte, der dem Dichtungsabschnitt zugewandt ist, oder einem Bereich der Statoranordnung, der dem Dichtungsabschnitt (15) zugewandt ist, ausgebildet sein.
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EFFEKT DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die staubgeschützte Dichtungsstruktur verhindern, dass Staub oder eine fremde Substanz leicht in einen Lagerspalt eines Luftlagers eindringt, und die Rotationsleistung eines Drehtisches über einen langen Zeitraum aufrechterhalten.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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- 1 zeigt im Querschnitt einen Drehtisch gemäß einer vorliegenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts von 1.
- 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts von 2.
- 4 zeigt im Querschnitt einen Drehtisch eines Vergleichsbeispiels.
- 5 zeigt eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration des zweiten Beispiels darstellt.
- 6 zeigt eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration des dritten Beispiels darstellt.
- 7 zeigt eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines Drehtisches gemäß einem modifizierten Beispiel darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Eine staubgeschützte Dichtungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst i) eine Rotoranordnung mit einer scheibenförmigen Druckplatte und einem säulenförmigen Rotor, der auf einer unteren Oberfläche der Druckplatte vorgesehen ist, und ii) eine Statoranordnung, die die Rotoranordnung drehbar trägt. Die Statoranordnung bildet ein horizontales aerostatisches Axiallager zwischen der unteren Oberfläche der Druckplatte und einer oberen Oberfläche der Statoranordnung, wenn Druckluft zwischen der unteren Oberfläche der Druckplatte und der oberen Oberfläche der Statoranordnung zugeführt wird. Die Druckplatte und die Statoranordnung bilden einen Dichtungsabschnitt, durch den Druckluft strömt, und zwar an einer Position radial außerhalb des aerostatischen Axiallagers. Der Dichtungsabschnitt weist einen geneigten Strömungsweg auf, dessen Höhe von einer äußeren Umfangsfläche der Druckplatte nach innen in radialer Richtung zunimmt.
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(Erstes Beispiel)
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Nachfolgend werden die ersten bis dritten Beispiele beschrieben, wobei in jedem Beispiel Bauteile mit derselben Funktion mit denselben oder entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet werden. 1 zeigt eine Querschnittsansicht, die einen Drehtisch gemäß einer vorliegenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts von 1. Obwohl davon ausgegangen wird, dass verschiedene Arten von Staub oder Fremdkörpern in einen luftgelagerten Abschnitt des Drehtisches eindringen können, wird im Folgenden hauptsächlich die Abdichtbarkeit gegen z. B. von einer oberen Oberfläche des Drehtisches herabfließendes Öl oder in der Luft schwebenden Ölnebel beschrieben.
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[Darstellung des Drehtisches der vorliegenden Ausführungsform]
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Wie in 1 gezeigt, umfasst ein Drehtisch S100 der vorliegenden Ausführungsform eine Rotoranordnung 10, eine Statoranordnung 20, einen Drehantriebsmechanismus 51, eine Luftzufuhrquelle 52 und ein Steuergerät 53. Zwischen der Rotoranordnung 10 und der Statoranordnung 20 sind ein aerostatisches Axiallager S1 und ein aerostatisches Radiallager S2 ausgebildet. Die Rotoranordnung 10 ist derart eingerichtet, dass sie sich um eine Drehachse C dreht.
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Bei dieser Art von Drehtisch kann beispielsweise Öl von einer oberen Oberfläche der Rotoranordnung 10 nach unten fließen und in das aerostatische Axiallager S1 zwischen der Rotoranordnung 10 und der Statoranordnung 20 eintreten. In dem Drehtisch S100 der vorliegenden Ausführungsform ist ein ringförmiger Dichtungsabschnitt 15 an einer Position radial außerhalb des aerostatischen Axiallagers S1 ausgebildet, und dieser Dichtungsabschnitt 15 fungiert als staubgeschützte Dichtungsstruktur. Ein solcher Dichtungsabschnitt 15 verhindert das Eindringen von Öl in das aerostatische Axiallager S1.
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[Konfiguration der einzelnen Komponenten]
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Die Rotoranordnung 10 umfasst eine scheibenförmige Druckplatte 11 und einen Rotor 12. Die Rotoranordnung 10 dreht sich um die Drehachse C, die sich in vertikaler Richtung erstreckt.
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Wie in 2 dargestellt, hat die Druckplatte 11 eine obere Oberfläche 11a, eine untere Oberfläche 11b und eine äußere Umfangsfläche 11c. Die obere Oberfläche 11a ist eine horizontale Ablagefläche, auf der ein vorbestimmter Gegenstand abgelegt wird. Die untere Oberfläche 11b ist zum Beispiel eine horizontale Oberfläche, und ein säulenförmiger Rotor 12 ist an einem zentralen Abschnitt der unteren Oberfläche 11b befestigt. Die äußere Umfangsfläche 11c erstreckt sich z. B. in vertikaler Richtung.
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Die Statoranordnung 20 umfasst einen Stator 21, eine Hülse 25 und einen O-Ring 28. Die Statoranordnung 20 ist auf einer Grundplatte 50 befestigt.
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Der Stator 21 ist ein ringförmiges Element, das einen kreisförmigen ausgehöhlten Abschnitt 20h bildet, in dem der Rotor 12 angeordnet ist. Der Stator 21 hat eine obere Oberfläche 21a, eine innere Umfangsfläche 21b und eine äußere Umfangsfläche 21c. Die obere Oberfläche 21a ist eine horizontale Fläche, die der unteren Oberfläche 11b zugewandt ist. Die innere Umfangsfläche 21b ist eine Fläche, die einer äußeren Umfangsfläche des Rotors 12 gegenüberliegt, und die äußere Umfangsfläche 21c ist eine Fläche, die einer inneren Umfangsfläche der Hülse 25 gegenüberliegt.
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Ein Luftweg 30 für die Zufuhr von Druckluft zu dem aerostatischen Axiallager S1 und dem aerostatischen Radiallager S2 ist innerhalb der Elemente des Stators 21 ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Luftweg 30 einen ersten Pfad 31, einen zweiten Pfad 32, einen dritten Pfad 33 und einen vierten Pfad 34.
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Der erste Pfad 31 ist ein Pfad zum Zuführen von Druckluft von der Luftzufuhrquelle 52 (1) zum zweiten Pfad 32. Eine äußere periphere Luftzufuhrnut 32a ist radial nach außen vom zweiten Pfad 32 ausgebildet. Oberhalb und unterhalb der äußeren peripheren Luftzufuhrnut 32a sind O-Ringe 28 angeordnet. Der O-Ring 28 hat eine Ringform, die den Stator 21 umgibt. Der O-Ring 28 bildet eine Dichtung zwischen der äußeren Umfangsfläche 21c des Stators 21 und der inneren Umfangsfläche der Hülse 25.
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Der dritte Pfad 33 führt die Druckluft vom zweiten Pfad 32 zur oberen Oberfläche 21a des Stators 21. Der vierte Pfad 34 führt die Druckluft aus dem zweiten Pfad 32 zur inneren Umfangsfläche 21b des Stators 21. Wie in 2 dargestellt, kann eine Luftzufuhrdrossel 22a, die zur Oberseite 21a des Stators 21 hin offen ist und die Luftzufuhr aus dem dritten Pfad 33 regelt, im dritten Pfad 33 angeordnet sein. In ähnlicher Weise kann eine Luftzufuhrdrossel 22b, die zur inneren Umfangsfläche 21b des Stators 21 hin offen ist und eine Zufuhrmenge von Luft aus dem vierten Pfad 34 einstellt, im vierten Pfad 34 angeordnet werden. Diese Luftzufuhrdrosseln 22b können z.B. in Umfangsrichtung um die Drehachse C (1) angeordnet sein.
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Die Hülse 25 ist ein ringförmiges Element, das radial außerhalb des Stators 21 angeordnet ist. Die Hülse 25 hat beispielsweise im Wesentlichen die gleiche Höhe wie der Stator 21 oder ist etwas höher als der Stator 21. Eine obere Oberfläche der Hülse 25 wirkt mit der unteren Oberfläche 11b der Druckplatte 11 zusammen, um den Dichtungsabschnitt 15 zu bilden. Die äußere Umfangsfläche der Hülse 25 kann an der gleichen Position wie die äußere Umfangsfläche 11c der Druckplatte 11 angeordnet sein, aber in der vorliegenden Ausführungsform ist die äußere Umfangsfläche der Hülse 25 radial einwärts von der äußeren Umfangsfläche 11c angeordnet.
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Wie oben in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben, können der Stator 21 und die Hülse 25 zwar die Statoranordnung 20 bilden, aber die Statoranordnung 20 kann ein einziges Element sein. Anstatt beispielsweise einen oberen Oberflächenabschnitt der Hülse 25 zu verwenden, um einen Strömungsweg des Dichtungsabschnitts 15 zu bilden, können Strukturteile zur Bildung eines Strömungswegs in der Nähe eines äußeren Umfangsabschnitts des Stators vorgesehen sein. Insbesondere kann ein ringförmiges Element an der Bodenfläche eines Hohlraums oder radial nach außen von dem Hohlraum vorgesehen sein.
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Die Luftzufuhrquelle 52 (1) ist beispielsweise ein Kompressor und liefert Druckluft in den Luftweg 30. Der Betrieb der Luftzufuhrquelle 52 wird z.B. durch das Steuergerät 53 gesteuert.
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Der Drehantriebsmechanismus 51 ist ein Mechanismus zum Drehen der Rotoranordnung 10. Obwohl nicht dargestellt, umfasst der Drehantriebsmechanismus 51 eine Antriebsquelle, wie z. B. einen Motor, und einen Übertragungsmechanismus, der die Leistung des Motors überträgt. Der Betrieb des Drehantriebsmechanismus 51 wird zum Beispiel durch das Steuergerät 53 gesteuert.
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(Effekt der Luftlager und Rotation der Rotoranordnung 10)
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In dem Drehtisch S100, der wie oben beschrieben vorgesehen ist, werden das aerostatische Axiallager S1 und das aerostatische Radiallager S2 gebildet, wenn Druckluft zwischen der Rotoranordnung 10 und der Statoranordnung 20 von der Luftzufuhrquelle 52 über den Luftweg 30 zugeführt wird.
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Das aerostatische Axiallager S1 ist ein statischer Druckluftfilm, der durch die zwischen der oberen Oberfläche 21a des Stators 21 und der unteren Oberfläche 11b der Druckplatte 11 zugeführte Druckluft gebildet wird. Dieser statische Druckluftfilm funktioniert als horizontales Luftlager.
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Ein Luftlager des Drehtisches S100 wird als Luftfilm von einigen Mikrometern bis zu einigen zehn Mikrometern (Mikron) zwischen der Rotoranordnung 10, die als rotierende Seite dient, und der Statoranordnung 20 als feste Seite gebildet. Die Steifigkeit des Luftfilms ermöglicht eine berührungsfreie Abstützung der Rotoranordnung 10 an der Statoranordnung 20.
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Das aerostatische Radiallager S2 ist ein vertikales Luftlager, das als Luftfilm mit statischem Druck zwischen der inneren Umfangsfläche 21b (2) des Stators 21 und der äußeren Umfangsfläche des Rotors 12 gebildet wird. Das aerostatische Radiallager S2 hat die Aufgabe, die radiale Auslenkung der Rotoranordnung 10 zu steuern.
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Da der Drehantriebsmechanismus 51 die Rotoranordnung 10 in einer vorbestimmten Richtung dreht, während Druckluft von der Luftzufuhrquelle 52 zugeführt wird, dreht sich die Rotoranordnung 10 berührungslos hinsichtlich der Statoranordnung 20. Die Luftzufuhrquelle 52 ist mit einem leistungsstarken Luftfilter ausgestattet, der Staub mit einem Partikeldurchmesser von 0,01 µm oder mehr mit einem Abscheidegrad von 99,9 % abscheidet. Daher ist die Luft, die dem aerostatischen Axiallager S1 und dem aerostatischen Radiallager S2 zugeführt wird, extrem sauber.
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(Konfiguration des Dichtungsabschnitts)
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Nachfolgend wird der Dichtungsabschnitt 15 und die ihn umgebende Struktur unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts von 2. Der Dichtungsabschnitt 15 und die ihn umgebende Struktur werden durch die Druckplatte 11 und die Statoranordnung 20 gebildet und sind radial außerhalb des aerostatischen Axiallagers S1 angeordnet.
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Der Dichtungsabschnitt 15 ist ein Luftdichtungsabschnitt, der zwischen der unteren Oberfläche 11b der Druckplatte 11 und der oberen Oberfläche der Hülse 25 ausgebildet ist. Wie in 3 dargestellt, umfasst der Dichtungsabschnitt 15 einen geneigten Strömungsweg 16 und einen Verbindungsabschnitt 17. Von dem Dichtungsabschnitt 15 ist radial nach innen ein Hohlraum 18 ausgebildet.
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Der geneigte Strömungsweg 16 weist einen geneigten Strömungsweg auf, um zu verhindern, dass Öl oder ähnliches leicht von außen eindringen kann. Insbesondere ist der geneigte Strömungsweg 16 derart ausgebildet, dass die Höhe des Strömungsweges von der äußeren Umfangsfläche 11c der Druckplatte 11 nach innen in radialer Richtung zunimmt. In der vorliegenden Ausführungsform ist der geneigte Strömungsweg 16 ein linearer Strömungsweg, aber der geneigte Strömungsweg 16 kann auch ein gekrümmter Strömungsweg oder ein gestufter Strömungsweg sein. Im Beispiel von 3 ist der höchste Abschnitt 25t der oberen Oberfläche der Hülse 25 oberhalb des aerostatischen Axiallagers S1 angeordnet. Diese Struktur ist insofern vorteilhaft, als dass es weniger wahrscheinlich ist, dass Öl oder dergleichen von außen in das aerostatische Axiallager S1 eindringt.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist beispielsweise eine obere Stirnseite der Hülse 25 oberhalb des aerostatischen Axiallagers S1 angeordnet, und daher ist ein Endabschnitt des geneigten Strömungswegs 16, der einer Einlassseite gegenüberliegt, oberhalb des aerostatischen Axiallagers S1 angeordnet. Der Verbindungsabschnitt 17 ist ein Strömungsweg, der den geneigten Strömungsweg 16 und den Hohlraum 18 verbindet. Der Verbindungsabschnitt 17 erstreckt sich beispielsweise radial von dem der Einlassseite gegenüberliegenden Stirnseite des geneigten Strömungswegs 16.
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Der Hohlraum 18 ist an einer Stelle zwischen dem aerostatischen Axiallager S1 und dem Dichtungsabschnitt 15 vorgesehen. Der Hohlraum 18 wird z.B. durch die Druckplatte 11, den Stator 21 und die Hülse 25 gebildet. Der Hohlraum 18 ist ein Raum zum Auffangen von Staub oder einem Fremdkörper. Zum Beispiel ist eine untere Oberfläche 18a des Hohlraums 18 tiefer als die obere Oberfläche 21a des Stators 21 der Statoranordnung 20 ausgebildet. Selbst wenn eine bestimmte Menge an Staub oder einem Fremdstoff in den Hohlraum 18 eintritt, verhindert eine solche Konfiguration, dass der Staub oder der Fremdstoff in das Innere des aerostatischen Axiallagers S1 gelangt, bis der Staub oder der Fremdstoff die obere Oberfläche 21a erreicht.
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Wie aus 3 ersichtlich, steht der Hohlraum 18 sowohl mit dem aerostatischen Axiallager S1 als auch mit dem Dichtungsabschnitt 15 in Verbindung. Während des Betriebs des Drehtischs S100 strömt Druckluft, die von einem äußeren Umfangsabschnitt des aerostatischen Axiallagers S1 abgegeben wird, durch den Hohlraum 18 und strömt in den Dichtungsabschnitt 15.
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Unter Berücksichtigung der Aufrechterhaltung eines Überdrucks im Inneren des Hohlraums 18 und der Schwierigkeit der Verarbeitung wird ein Spalt h1 des Dichtungsabschnitts in einem Zustand, in dem Druckluft zugeführt wird, beispielsweise mit etwa 0,1 mm bis 0,5 mm ausgebildet. Die Höhe des Spalt h1 des Dichtungsabschnitts ist größer als die Höhe eines Lagerspalts des aerostatischen Axiallagers S1.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist, obwohl nicht dargestellt, eine wasserabweisende Beschichtungsschicht auf mindestens einem Abschnitt eines Bereichs der Rotoranordnung 10 und der Statoranordnung 20 ausgebildet, der beispielsweise dem Dichtungsabschnitt 15 zugewandt ist. Die wasserabweisende Beschichtung wird beispielsweise durch eine Oberflächenbehandlung zur Imprägnierung eines Zielelements mit Polytetrafluorethylen (PTFE) gebildet. Ein mit einer solchen wasserabweisenden Beschichtung versehener Abschnitt wird weniger leicht von einer Flüssigkeit benetzt, und der Kontaktwinkel der Flüssigkeit übersteigt beispielsweise 90°. Wenn der Kontaktwinkel der Flüssigkeit auf einer festen Oberfläche mehr als 90° beträgt, ist es weniger wahrscheinlich, dass eine Kapillarwirkung auftritt, und somit ist es möglich, das Eindringen von Flüssigkeit wie Wasser oder Öl zu verhindern.
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(Effekt des Dichtungsabschnitts 15)
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Während des Betriebs des Drehtischs S100 wird die dem aerostatischen Axiallager S1 zugeführte Druckluft aus dem äußeren Umfangsbereich des aerostatischen Axiallagers S1 abgelassen und dem Hohlraum 18 und dem Dichtungsabschnitt 15 zugeführt. Auf diese Weise wird der Dichtungsabschnitt 15 mit der Druckluft versorgt, wodurch er als Dichtungsabschnitt fungiert.
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Beim Drehtisch S100 wird davon ausgegangen, dass beispielsweise Öl von der oberen Oberfläche der Druckplatte 11 entlang der äußeren Umfangsfläche 11c nach unten fließt. 4 zeigt eine Querschnittsansicht eines Drehtisches eines Vergleichsbeispiels. Ein Drehtisch 200 gemäß 4 ist ähnlich der vorliegenden Ausführungsform eingerichtet, indem eine Rotoranordnung 210 mit einer Druckplatte 211 und einem Rotor 212 von einer Statoranordnung 220 drehbar gelagert wird. Ein „Dichtungsabschnitt“ wie in der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch nicht zwischen der Druckplatte 211 und dem Stator 221 ausgebildet. In dieser Anordnung kann Öl, das von einer oberen Oberfläche der Druckplatte 211 fließt, in das aerostatische Axiallager S1 eindringen.
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Andererseits umfasst bei dem Drehtisch S100 der vorliegenden Ausführungsform, wie in 3 gezeigt, der Dichtungsabschnitt 15 den geneigten Strömungsweg 16, und dieser geneigte Strömungsweg 16 ist derart ausgebildet, dass der Strömungsweg geneigt ist. Selbst wenn Öl den Einlass des geneigten Strömungswegs 16 erreicht, ist es daher weniger wahrscheinlich, dass das Öl in den geneigten Strömungsweg 16 fließt. Außerdem ist nicht nur der Strömungsweg geneigt, sondern der geneigte Strömungsweg 16 wird auch mit Druckluft versorgt, und der geneigte Strömungsweg 16 steht unter Überdruck. So kann das Eindringen von Öl in den Strömungsweg effektiver verhindert werden. Dadurch kann verhindert werden, dass Öl in den Hohlraum 18 oder das aerostatische Axiallager S1 gelangt.
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Obwohl vorstehend das Eindringen von Öl beschrieben wurde, ist es möglich zu verhindern, dass anderer Staub oder ein Fremdkörper in das aerostatische Axiallager S1 eindringt.
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Obwohl eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene spezifische Struktur begrenzt. Zum Beispiel muss die Statoranordnung 20 nicht die Hülse 25 enthalten, und der Stator 21 und die Druckplatte 11 können den Dichtungsabschnitt 15 bilden. Obwohl der Hohlraum 18 in der vorstehenden Ausführungsform vorgesehen ist, muss der Drehtisch gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung keine dem Hohlraum 18 entsprechende Konfiguration aufweisen.
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(Effekt des Drehtisches S100)
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Bei dem Drehtisch S100 der vorliegenden Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben, ist der Dichtungsabschnitt 15 radial nach außen von dem aerostatischen Axiallager S1 ausgebildet. Der Dichtungsabschnitt 15 umfasst den geneigten Strömungsweg 16 und ist dazu eingerichtet, dass Druckluft durch ihn hindurchströmt. Daher ist es weniger wahrscheinlich, dass Staub oder ein Fremdkörper von außen in den Dichtungsabschnitt 15 eindringt. Dadurch kann verhindert werden, dass Staub oder ein Fremdkörper in das aerostatische Axiallager S1 gelangt. Dementsprechend kann die Rotationsleistung des Drehtisches S100 über einen langen Zeitraum gewährleistet werden.
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Im Drehtisch S100 sind in einem Nichtbetriebszustand, in dem die Druckluftzufuhr gestoppt ist, die obere Oberfläche 21a des Stators 21 und die untere Oberfläche 11b der Druckplatte 11 in festem Kontakt miteinander, und ein scheinbarer Lagerspalt wird Null. Wenn sich in diesem Zustand Staub oder ein Fremdkörper zwischen der Druckplatte 11 und dem Stator 21 befindet, kann der Staub oder der Fremdkörper ein Verkleben zwischen der Druckplatte 11 und dem Stator 21 verursachen. Die Luftzufuhrquelle 52 ist jedoch mit einem leistungsstarken Luftfilter versehen, und der Drehtisch S100 der vorliegenden Ausführungsform verhindert das Eindringen von Staub oder einem Fremdkörper in das aerostatische Axiallager S1 von außen, wodurch derartige Probleme verhindert werden.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird dem Hohlraum 18 und dem Dichtungsabschnitt 15 Druckluft zugeführt, um einen Überdruck zu erzeugen. Daher vergrößert sich eine Druckaufnahmefläche der Druckplatte 11, die den Druck der Druckluft aufnimmt, und das belastbare Gewicht auf einer Plattenseite der Druckplatte 11 kann erhöht werden.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist zwischen dem Dichtungsabschnitt 15 und dem aerostatischen Axiallager S1 ein Hohlraum 18 ausgebildet. Die untere Oberfläche 18a des Hohlraums 18 liegt tiefer als die obere Oberfläche 21a des Stators 21, der das aerostatische Axiallager S1 bildet. Daher wird, selbst wenn Staub oder ein Fremdkörper in den Hohlraum 18 eindringt, der Staub oder der Fremdkörper im Hohlraum 18 aufgefangen, und es ist weniger wahrscheinlich, dass er in das aerostatische Axiallager S1 eindringt.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die äußere Umfangsfläche 11c der Druckplatte 11 radial außerhalb des geneigten Strömungswegs 16 angeordnet. Daher ist es weniger wahrscheinlich, dass das Öl in den geneigten Strömungsweg 16 eintritt, selbst wenn es beispielsweise entlang der äußeren Umfangsfläche 11c nach unten fließt.
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Ferner ist in der vorliegenden Ausführungsform der Dichtungsabschnitt 15 dazu eingerichtet, dass die vom aerostatischen Axiallager S1 abgegebene Druckluft in den Dichtungsabschnitt 15 strömt. Wie oben beschrieben, ist es aufgrund der dem Dichtungsabschnitt 15 zugeführten Druckluft weniger wahrscheinlich, dass Staub oder ein Fremdkörper in den Dichtungsabschnitt 15 eindringt, aber wie bei der vorliegenden Ausführungsform kann die Konfiguration, bei der die vom aerostatischen Axiallager S1 abgegebene Druckluft dem Dichtungsabschnitt 15 zugeführt wird, den Aufbau vereinfachen. Insbesondere ist es nicht notwendig, einen eigenen Strömungsweg für die Zufuhr von Druckluft zu dem Hohlraum 18 oder dem Dichtungsabschnitt 15 zu bilden, beispielsweise.
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In der vorliegenden Erfindung ist es nicht wesentlich, dass der Dichtungsabschnitt 15 zwischen der Hülse 25 und der Druckplatte 11 ausgebildet ist. Wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform hat jedoch die Konfiguration, bei der der Dichtungsabschnitt 15 durch einen Abschnitt der Hülse 25 gebildet wird, die ein vom Stator 21 getrenntes Element ist, die folgenden Vorteile. Insbesondere, da die Form des Dichtungsabschnitts 15 durch die Bearbeitung eines Abschnitts der Hülse 25 definiert werden kann, die als ein kleineres Bauteil als der Stator 21 hergestellt werden kann, ist ein Bearbeitungsvorgang einfacher als im Fall der Bearbeitung eines Abschnitts des Stators 21.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist zumindest auf einem Abschnitt eines dem Dichtungsabschnitt 15 zugewandten Bereichs der Druckplatte 11 oder der Statoranordnung 20 eine wasserabweisende Beschichtung ausgebildet. Die wasserabweisende Wirkung dieser Beschichtung verhindert das Eindringen von Öl oder dergleichen in den Dichtungsabschnitt 15.
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[Zweites Beispiel]
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Eine Querschnittsform des Dichtungsabschnitts, der die staubgeschützte Dichtungsstruktur der vorliegenden Erfindung bildet, kann zusätzlich zu der Form der obigen Ausführungsform in mehrere Formen geändert werden. 5 ist eine Querschnittsansicht, die eine Anordnung des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt.
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Der Drehtisch S110 in 5 weist einen Dichtungsabschnitt 15A auf, der eine andere Form hat als der Dichtungsabschnitt 15 des ersten Beispiels. Die anderen Konfigurationen sind ähnlich wie die des ersten Beispiels. Der Drehtisch S110 umfasst eine Rotoranordnung 10 und eine Statoranordnung 20. Die Rotoranordnung 10 umfasst eine Druckplatte 11A und einen Rotor 12. Die Statoranordnung 20 umfasst einen Stator 21 und eine Hülse 25A.
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Wie in 5 gezeigt, enthält der Dichtungsabschnitt 15A einen Strömungswegabschnitt, der bei Betrachtung eines vertikalen Querschnitts des Dichtungsabschnitts 15A rippenförmig („umgekehrte V-Form“) ausgebildet ist. Im Einzelnen umfasst der Dichtungsabschnitt 15A einen geneigten Strömungsweg 16 und einen Verbindungsabschnitt 17A.
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Wie im ersten Beispiel ist der geneigte Strömungsweg 16 ein Strömungsweg, dessen Höhe von einer äußeren Umfangsfläche 11c der Druckplatte 11A nach innen in radialer Richtung zunimmt. Der Verbindungsabschnitt 17A ist ein Strömungsweg, der den geneigten Strömungsweg 16 und einen Hohlraum 18 verbindet, und die Höhe des Strömungsweges nimmt von dem geneigten Strömungsweg 16 in Richtung des Hohlraums 18 ab. In der vorliegenden Ausführungsform bilden der geneigte Strömungsweg 16 und der Verbindungsabschnitt 17A - wie in 5 gezeigt - einen Strömungswegabschnitt mit einem rippenförmigen Querschnitt.
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Konkret wird ein rippenförmiger Strömungswegabschnitt zwischen einem konvexen Abschnitt 25a, der an einem oberen Endbereich der Hülse 25 ausgebildet ist, und einem konkaven Abschnitt 11d, der an einem unteren Oberflächenbereich 11b der Druckplatte 11 ausgebildet ist, gebildet. Obwohl die gesamte Form nicht dargestellt ist, haben sowohl der konvexe Abschnitt 25a als auch der konkave Abschnitt 11d eine ringförmige Form um die Drehachse C (1), wenn der konvexe Abschnitt 25a und der konkave Abschnitt 11d in einer Ebene betrachtet werden. Beispielsweise ist der konkave Abschnitt 11d in einer zum konvexen Abschnitt 25a komplementären Form ausgebildet.
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Da der Dichtungsabschnitt 15A in der vorliegenden Ausführungsform ein gebogener Strömungsweg ist, der den rippenförmigen Strömungswegabschnitt enthält, kann der Dichtungsabschnitt 15A im Vergleich zu der Konfiguration des ersten Beispiels länger ausgebildet werden. Selbst wenn Staub oder ein Fremdkörper in den Dichtungsabschnitt 15A gelangt, muss der Staub oder der Fremdkörper daher eine längere Strecke zurücklegen, um den Hohlraum 18 zu erreichen. Dies erschwert das Eindringen von Staub oder Fremdkörpern in den Hohlraum 18.
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[Drittes Beispiel]
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6 zeigt eine Querschnittsansicht, die eine Anordnung des dritten Beispiels darstellt. Ein Drehtisch S120 gemäß 6 hat einen Dichtungsabschnitt 15B, der eine andere Form hat als der Dichtungsabschnitt 15A des zweiten Beispiels. Die anderen Konfigurationen sind ähnlich wie die des zweiten Beispiels.
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Wie in 6 gezeigt, kann der Dichtungsabschnitt 15B mehrere rippenförmige Strömungswegabschnitte aufweisen. Insbesondere umfasst der Dichtungsabschnitt 15B zwei rippenförmige Strömungswegabschnitte. Genauer gesagt besteht der Dichtungsabschnitt 15B aus mehreren konvexen Abschnitten 25a an einer oberen Oberfläche einer Hülse 25B und mehreren konkaven Abschnitten 11d an einer unteren Oberfläche 11b einer Druckplatte 11B. Die mehreren konvexen Abschnitte 25a sind ringförmige konvexe Abschnitte, die konzentrisch ausgebildet sind, und die mehreren konkaven Abschnitte 11d sind ringförmige konkave Abschnitte, die konzentrisch ausgebildet sind.
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Da in der vorliegenden Ausführungsform der Dichtungsabschnitt 15B als gebogener Strömungsweg mit mehreren rippenförmigen Strömungswegen ausgebildet ist, kann der Dichtungsabschnitt 15B im Vergleich zum zweiten Beispiel länger ausgebildet werden, und daher ist es möglich, das Eindringen von Staub oder einer Fremdsubstanz effektiver zu verhindern.
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[Modifiziertes Beispiel]
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7 zeigt eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines Drehtisches gemäß einem modifizierten Beispiel darstellt. In der Konfiguration gemäß 7 ist, ähnlich wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform, ein geneigter Strömungsweg 16C zwischen der Druckplatte 11 und der Hülse 25 ausgebildet. In diesem geneigten Strömungsweg 16C ist eine Breite d1 des Strömungswegs näher an der äußeren Umfangsfläche 11c der Druckplatte 11 schmaler ausgebildet als eine Breite des Strömungswegs innerhalb des geneigten Strömungswegs 16C. Auf diese Weise ist gemäß einer Konfiguration, bei der die Breite d1 des Strömungswegs in der Nähe des Einlasses schmal ist und die Breite des Strömungsweges allmählich zunimmt (d.h. eine Konfiguration, bei der eine Querschnittsfläche des Strömungswegs allmählich zunimmt), im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der die Breite des Strömungsweges durchgehend bei der Breite d1 des Strömungswegs bleibt, das Eindringen von Flüssigkeit aufgrund der Kapillarkraft weniger wahrscheinlich. Daher ist es möglich, das Eindringen von Staub oder Fremdkörpern effektiver zu verhindern.
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Die vorliegende Erfindung wird anhand der beispielhaften Ausführungsformen erläutert. Der technische Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung ist nicht auf den in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erläuterten Umfang begrenzt, und es ist möglich, verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung vorzunehmen. Zum Beispiel kann die gesamte Vorrichtung oder ein Teil davon mit jeder beliebigen Einheit verknüpft werden, die funktionell oder physisch getrennt oder integriert ist. Ferner sind neue beispielhafte Ausführungsformen, die durch beliebige Kombinationen von ihnen erzeugt werden, in den beispielhaften Ausführungsformen enthalten. Außerdem haben die Effekte der neuen beispielhaften Ausführungsformen, die durch die Kombinationen entstehen, auch die Effekte der ursprünglichen beispielhaften Ausführungsformen.
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[Beschreibung der Referenzzahlen]
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- 10
- Rotoranordnung
- 11
- Druckplatte
- 11a
- obere Oberfläche
- 11A
- Druckplatte
- 11b
- untere Oberfläche
- 11B
- Druckplatte
- 11c
- äußere Umfangsfläche
- 11d
- konkaver Abschnitt
- 12
- Rotor
- 15
- Dichtungsabschnitt
- 15A
- Dichtungsabschnitt
- 15B
- Dichtungsabschnitt
- 16
- geneigter Strömungsweg
- 16C
- geneigter Strömungsweg
- 17
- Verbindungsabschnitt
- 17A
- Verbindungsabschnitt
- 18
- Hohlraum
- 18p
- untere Oberfläche
- 20
- Statoranordnung
- 20h
- ausgehöhlter Abschnitt
- 21
- Stator
- 21a
- obere Oberfläche
- 21b
- innere Umfangsfläche
- 21c
- äußere Umfangsfläche
- 22a
- Luftzufuhrdrossel
- 22b
- Luftzufuhrdrossel
- 25
- Hülse
- 25a
- konvexer Abschnitt
- 25A
- Hülse
- 28
- O-Ring
- 30
- Luftweg
- 31
- erster Pfad
- 32
- zweiter Pfad
- 32a
- Luftzufuhrnut
- 33
- dritter Pfad
- 34
- vierter Pfad
- 50
- Grundplatte
- 51
- Drehantriebsmechanismus
- 52
- Luftzufuhrquelle
- 53
- Steuergerät
- C
- Drehachse
- d1
- Breite des Strömungswegs
- h1
- Spalt des Dichtungsabschnitts
- S1
- aerostatisches Axiallager
- S2
- aerostatisches Radiallager
- S100
- Drehtisch
- S110
- Drehtisch
- S120
- Drehtisch
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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