JP2002089563A - 静圧気体軸受スピンドル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転軸６がハウジング４内に圧縮気体によっ
て非接触で支持される静圧気体軸受スピンドルで、軸受
排気の外部への漏れが十分に少なく、特に真空中で使用
して好適な静圧気体軸受スピンドルを提供すること。 【解決手段】 ハウジング４の外部から上記軸受隙間３
に至る経路中のハウジング４と回転軸６の間に、微小な
シール隙間を介して非接触シール２２、２３を設け、こ
のシール２２、２３を構成する回転側および固定側のシ
ール面の内の少なくとも一方を摺動特性に優れた材料と
することで、何らかの原因でシール隙間を構成する回転
側のシール面と固定側のシール面が接触した場合でもシ
ール面の損傷を軽減でき、接触後も微小なシール隙間を
維持できるようにして、シール隙間を小さくして使用す
ることを可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、真空または減圧
雰囲気等の特殊な雰囲気中で高精度な回転運動を実現す
る静圧気体軸受スピンドルに関する。

【０００２】

【従来の技術】静圧気体軸受スピンドルは、ハウジング
内に軸受隙間を介して回転軸を設け、この軸受隙間に圧
縮気体を導入して、ハウジングに対して回転軸を非接触
で支持する装置である。したがって、静圧気体軸受スピ
ンドルは、高い回転精度と耐久性が得られるため、高精
度の加工等に用いられている。

【０００３】特に、光ディスクの原盤加工においては、
より高精度、高密度を達成するために、真空雰囲気中に
おいて加工をすることが求められてきており、そのよう
な場合、静圧気体軸受スピンドルを真空雰囲気内に配置
することになるため、軸受隙間に導入される気体が、真
空雰囲気に漏洩しないように対策をとる必要がある。

【０００４】ところで、従来、真空または減圧雰囲気で
高精度な回転運動を実現するために、静圧気体軸受の軸
受排気が真空室内に流出するのを防止する非接触シール
装置を設けた静圧気体軸受スピンドルが提案されてい
る。

【０００５】この従来の静圧気体軸受スピンドルの構造
を、図１０に示す断面図に基づいて説明すると次の通り
である。

【０００６】軸受スリーブ１は、それぞれ内径に固定側
ジャーナル軸受面２、端面に固定側スラスト軸受面３を
持ち、ハウジング４に固定されている。回転軸５とスラ
スト板６、７、ターンテーブル８は、一体に固定され回
転部を構成している。

【０００７】回転軸５の外径面は、ジャーナル軸受面２
に、スラスト板６、７の端面はスラスト軸受面３に、そ
れぞれ微小な軸受隙間を介して対向し、回転側の軸受面
を構成している。

【０００８】軸受給気口９から圧縮気体を供給すると、
圧縮気体は軸受給気通路１０および各軸受面に設けた絞
り穴１１、１２を通って軸受隙間に流入し、回転部を固
定部に対して非接触で支持する。

【０００９】モータロータ１３は、回転軸５に一体に取
付けられ、回転角度検出器１４から得られる信号によっ
て、回転部を精密に回転駆動する。

【００１０】気密ケース１５は、ハウジング４に周囲の
真空雰囲気に対して気密に取付けられている。ハウジン
グ４と気密ケース１５の間の排気空間１６は、真空用ベ
ローズ継手１７によって真空室外に連通し、大気圧に保
たれている。排気通路１８、１９、２０を通って排気空
間１６に流入する軸受排気は、ベローズ継手１７を通っ
て真空室外へ排出される。ベローズ継手１７は、軸受給
気チューブやモータケーブル、回転角度検出器のケーブ
ル等を真空室外に導く通路を兼ねている。

【００１１】シール部材２１の内径面とスラスト板６の
外周は、微小な隙間を介して対向しており、第１および
第２の非接触シール２２、２３を構成している。ターン
テーブル８側のスラスト軸受の外周から、第１の排気溝
２４に流入する軸受排気のほとんどは、第１の非接触シ
ール２２によってシールされているため、排気通路１９
を通って排気空間１６に流入する。排気溝２４に流入し
た軸受排気の一部は第１の非接触シール２２を通過して
第２の排気溝２５に流入する。第２の排気溝２５に流入
した軸受排気は、ベローズ継手２６を介して真空室外の
排気ポンプによって吸引される。このため、第２の非接
触シール２３を通過して真空室に漏出する軸受排気をわ
ずかに抑えている。

【００１２】そして、図１１に示すように、ベローズ継
手２６を介して軸受排気を排気する真空室外の排気ポン
プ５９としては、一般に、大気圧から中真空の圧力範囲
で使用可能な油回転ポンプが用いられる。また、排気溝
２５と排気ポンプ５９をつなぐホースとしては、ステン
レス製の真空配管用フレキシブルホースが使用され、図
１１の通り配管されている。

【００１３】即ち、静圧気体軸受スピンドルと真空室の
壁５８、真空室の壁５８と排気ポンプ５９はそれぞれス
テンレス製のフレキシブルホース５５によって接続され
ている。真空室の壁５８のフレキシブルホース５５が取
付けられた部分には通気穴６０が設けられている。この
構成により、静圧気体軸受スピンドルの軸受排気は排気
ポンプ５９によって吸引される。また、図１１におい
て、真空室の壁５８の左側は真空雰囲気であり、右側は
大気圧雰囲気となっている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
静圧気体軸受スピンドルにおいて、真空室外の排気ポン
プの排気能力や台数を抑えつつ真空室の真空到達度を高
めようとすると、非接触シールの隙間を小さくして管路
抵抗を大きくすることが必要となるが、シール隙間を小
さくすると、回転軸とハウジングが接触しやすくなる。

【００１５】また、真空中で使用される機器において
は、低放出ガス性の観点からステンレスを使用するのが
一般的である。そして、回転軸とハウジングの材質をと
もにステンレスとし、非接触シールの両面がステンレス
である場合には、対向する面が同種材料であるため、接
触したときの摩擦係数が大きい。このため、回転軸とハ
ウジングが何らかの原因で接触した場合にシール面の損
傷が大きく、接触後は微小なシール隙間を維持して回転
させることができなくなる。このため、これまで上記シ
ール隙間を小さくすることは困難であった。

【００１６】また、真空室の真空到達度を高めるため
に、シール隙間を小さくしようとする場合には、シール
隙間を小さくするのに応じて、シール面の面精度および
面粗さを小さくしなければならないが、あまりに小さく
しようとするとコスト高となり好ましくない。つまり、
シール隙間を小さくする場合のシール面精度および面粗
さは、著しいコスト高とならない範囲で最適な面精度お
よび面粗さとする必要がある。

【００１７】このように、従来の静圧気体軸受スピンド
ルでは、真空室の真空到達度を高めるために、コスト高
とならない範囲でシール隙間を小さくする必要がある。
一方、静圧気体軸受スピンドルと排気ポンプ５９を図１
１に示すように配管した場合、回転機である排気ポンプ
５９の振動がフレキシブルホース５５および真空室の壁
５８を介して静圧気体軸受スピンドルに伝わり、静圧気
体軸受スピンドルの特徴である高い回転精度が劣化する
という問題があった。特に、近年、光ディスクの原盤加
工等の精密加工においては、ナノメートルオーダーの振
動が問題となってきており、従来は問題とならなかった
振動も遮断する必要が高まっている。

【００１８】また、スピンドルが直動テーブルに取付け
られて、位置決めされる場合には、排気ポンプ５９の振
動により位置決め精度が劣化するという問題も生じる。
排気ポンプ５９の振動の伝達を遮断し、高い回転精度を
維持することも課題になっている。

【００１９】さらに、従来の静圧気体軸受スピンドルに
は、次のような問題もあった。上記のように、従来の静
圧気体軸受スピンドルでは、排気溝２５と排気ポンプ５
９を接続する配管が必要であるが、この配管の管路抵抗
が大きいと、排気溝２５における有効排気速度が小さく
なり、排気溝２５内の圧力を小さくすることができな
い。その結果、非接触シール隙間２３を通過する軸受排
気の量が増えて、真空室の真空到達度が低くなるという
問題がある。ここで、有効排気速度とは、排気系全体の
コンダクタンスをＣ、排気ポンプの排気速度をＳ_０とし
たときに、 Ｓ_０Ｃ／（Ｓ_０＋Ｃ） で表される排気管路先端での排気速度をいう。

【００２０】このため、真空室の真空到達度を向上させ
るには、配管の断面積を大きくし、排気系のコンダクタ
ンスを大きくすることで、排気溝における有効排気速度
を大きくするのが望ましい。

【００２１】しかしながら、配管の断面積を大きくしよ
うとすると、それに応じて配管スペースが必要となるた
め、スピンドルが大きくなってしまい、スピンドル重量
も重くなってしまう。

【００２２】例えば、真空到達度を高めるために、図１
２に示すようにベローズ継手２６の径を大きくすること
が考えられるが、ベローズ継手２６の径を大きくするの
に応じて、シール部材２１の高さを高くする必要があ
り、結果として軸受とターンテーブル８の距離（図１２
中の寸法Ｌ）が、図１０の場合よりも長くなる。このよ
うに、寸法Ｌが長くなると、ターンテーブル８にラジア
ル荷重（図中矢印Ｆ）が働く場合のスピンドル剛性が小
さくなってしまい、スピンドル性能が劣化してしまう。
したがって、スピンドルを大きくすることなく、また、
スピンドル性能を劣化させることなく、前記配管抵抗を
小さくし、真空室の真空到達度を向上させることも課題
となっていた。

【００２３】そこで、この発明は、以上のような課題を
解決しようとするものである。

【００２４】

【課題を解決するための手段】まず、非接触シールの隙
間を小さくして、真空室の真空到達度を高めるために、
この発明においては、上記非接触シールを構成する回転
軸、および固定部の内の少なくとも一方を摺動特性に優
れた表面を有するようにしている。

【００２５】上記ハウジングの外部から上記軸受隙間に
至る経路中のハウジングと回転軸の間に、微小なシール
隙間を設け、このシール隙間を構成する回転側および固
定側のシール面の内の少なくとも一方を摺動特性に優れ
た材料とすることで、何らかの原因でシール隙間を構成
する回転側のシール面と固定側のシール面が接触した場
合でもシール面の損傷を軽減でき、接触後も微小なシー
ル隙間を維持できることとなるため、シール隙間を小さ
くして使用することが可能となる。

【００２６】さらに、このシール面はスピンドル内部と
真空雰囲気とをシールするものであるから、このシール
面は、真空雰囲気中で摺動特性に優れる材料とすること
で、より一層シール面の損傷を低減できる。

【００２７】また、微小なシール隙間を構成する回転側
および固定側の両方のシール面の面精度または面粗さ
を、軸受面の面精度または面粗さと同程度とすること
で、静圧気体軸受面と同程度の滑らかなシール面が得ら
れ、シール隙間を小さくすることが可能となり、真空室
の真空到達度を高めることができると共に、従来の静圧
気体軸受面の加工と同様の加工方法でシール面を加工で
きるため、著しいコスト高とはならない。つまり、シー
ル隙間を小さくする場合における最適なシール面精度お
よび面粗さであるといえる。

【００２８】さらに、軸受面とシール面が同一面である
場合には、シール面の面精度および面粗さを軸受面の面
精度および面粗さと同程度にすることで、軸受面とシー
ル面の加工を同時にすることができ、加工コストを抑え
ることができる。

【００２９】なお、ここで、「面精度および面粗さが同
程度」とは、シール面の面精度および面粗さの値が、軸
受面の面精度および面粗さの値の１／５〜５倍の範囲内
であることをいう。「面精度」とはシール面が円筒の場
合は円筒度を、シール面が平面の場合は平面度をいう。
「面粗さ」とは中心線平均面粗さをいうものとする。

【００３０】次に、スピンドルを大きくすることなく、
また、スピンドル性能を劣化させることなく、上記配管
抵抗を小さくし、真空室の真空到達度を向上させるため
に、この発明においては、上記排気溝から排気ポンプに
接続される管路を複数個にする、あるいは上記排気溝か
ら複数の管路を介してそれぞれ排気ポンプに接続するよ
うにしている。

【００３１】かかる解決手段により、管路径を大きくす
ることなく、管路抵抗を小さくでき、排気溝における有
効排気速度を大きくすることで、真空室の真空到達度を
高めることができる。したがって、この解決手段によれ
ば、配管のスペース確保のためにスピンドルを大きくす
る必要はなく、スピンドル重量が増えることはない。さ
らに、軸受部とターンテーブルの距離が長くなることも
ないので、スピンドル性能を劣化させずに済む。

【００３２】次に、排気ポンプの振動の伝達を遮断し、
高い回転精度を維持するために、この発明においては、
上記排気溝から排気ポンプに接続される管路の中間に振
動吸収要素を介在させたものである。

【００３３】ここで、振動吸収要素としては、金属ばね
や高分子材料が考えられる。金属ばねの具体例として
は、伸縮可能な金属ベローズ継手が考えられ、高分子材
料の具体例としては、ゴムやプラスチック等が考えられ
る。

【００３４】そして、これらの振動吸収要素により排気
ポンプからスピンドルに伝達される振動が低減できるこ
とで、スピンドルの高い回転精度を維持することが可能
となる。

【００３５】また、前記振動吸収要素のうち、特に振動
吸収特性に優れる材料である防振ゴムを使用すること
で、より効果的に振動を吸収することができる。

【００３６】さらに、従来、ステンレス製のフレキシブ
ルホースで接続されていた排気溝と排気ポンプの間の配
管を高分子材料からなるチューブとすることで、振動を
吸収することが可能である。ここで、一般に、高分子材
料が真空雰囲気中に置かれたときの放出ガス量は、ステ
ンレスに比べて多い。このため、真空室の要求される到
達真空度と高分子材料から放出されるガス量との関係
で、高分子材料が真空室に露出することが望ましくない
場合は、真空室内だけフレキシブルホースで覆うこと
で、高分子材料からの放出ガスによる真空室の真空到達
度低下を防ぐことができる。

【００３７】

【発明の実施の形態】この発明にかかる静圧気体軸受ス
ピンドルの第１の実施形態を図１に示す。なお、この実
施形態において、図１０に示す静圧気体軸受スピンドル
と共通する部分については同一の符号を付している。

【００３８】軸受スリーブ１は、それぞれ内径に固定側
ジャーナル軸受面２、端面に固定側スラスト軸受面３を
持ち、ハウジング４に固定されている。回転軸５とスラ
スト板６、７、ターンテーブル８は、一体に固定され回
転部を構成している。

【００３９】回転軸５の外径面は、ジャーナル軸受面２
に、スラスト板６、７の端面はスラスト軸受面３に、そ
れぞれ微小な軸受隙間を介して対向し、回転側の軸受面
を構成している。

【００４０】軸受給気口９から圧縮気体を供給すると、
圧縮気体は軸受給気通路１０および各軸受面に設けた絞
り穴１１、１２を通って軸受隙間に流入し、回転部を固
定部に対して非接触で支持する。

【００４１】モータロータ１３は、回転軸５に一体に取
付けられ、回転角度検出器１４から得られる信号によっ
て、回転部を精密に回転駆動する。

【００４２】気密ケース１５は、ハウジング４に周囲の
真空雰囲気に対して気密に取付けられている。ハウジン
グ４と気密ケース１５の間の排気空間１６は、真空用ベ
ローズ継手１７によって真空室外に連通し、大気圧に保
たれている。排気通路１８、１９、２０を通って排気空
間１６に流入する軸受排気は、ベローズ継手１７を通っ
て真空室外へ排出される。ベローズ継手１７は、軸受給
気チューブやモータケーブル、回転角度検出器のケーブ
ル等を真空室外に導く通路を兼ねている。

【００４３】シール部材２１の内径面とスラスト板６の
外周は、微小な隙間を介して対向しており、第１および
第２の非接触シール２２、２３を構成している。シール
部材２１およびスラスト板６の材質はともにステンレス
であるが、シール部材２１の内径面には、二硫化モリブ
デン系の表面処理を行っている。また、シール面の円筒
度は１μｍ、面粗さはＲａ０．２としており、軸受面の
円筒度１μｍ、面粗さＲａ０．２と同程度としている。

【００４４】ターンテーブル８側のスラスト板６の外周
から、第１の排気溝２４に流出する軸受排気のほとんど
は、第１の非接触シール２２によってシールされている
ため、排気通路１９を通って排気空間１６に流出する。
排気溝２４に流入した軸受排気の一部は第１の非接触シ
ール２２を通過して第２の排気溝２５に流入する。第２
の排気溝２５に流入した軸受排気は、ベローズ継手２６
を介して真空室外の排気ポンプによって吸引される。こ
のため、第２の非接触シール２３を通過して真空室に漏
出する軸受排気をわずかに抑えている。

【００４５】この実施形態のように、シール部材の内径
面を摺動特性に優れる材料としたことで、何らかの原因
でシール隙間を構成する回転側のシール面と固定側のシ
ール面が接触した場合でもシール面の損傷を軽減でき、
接触後も微小なシール隙間を維持して使用できることと
なるため、シール隙間を小さくして使用することが可能
となる。

【００４６】摺動特性に優れる材料としては、二硫化モ
リブデンの他に、摩擦係数が小さい金、銀、銅合金、黒
鉛、ふっ素樹脂等や耐摩耗性に優れる表面処理である焼
入れ、窒化処理、硬質クロムめっきを施した材料が考え
られる。また、シール面に、前記摺動特性に優れる材料
をコーティングやめっきしたもの、前記摺動特性に優れ
る材料を含浸した陽極酸化処理をしたもの、前記摺動特
性に優れる材料をスパッタリングしたもの等でも良い。

【００４７】さらに、二硫化モリブデン、ふっ素樹脂、
金、銀は、真空雰囲気中においても優れた摺動特性を示
すことから、スピンドル内部と真空雰囲気とをシールす
る部分に用いる場合に、回転側のシール面と固定側のシ
ール面が接触した場合でもより一層シール面の損傷を軽
減できる。

【００４８】加えて、シール面精度・面粗さを軸受面と
同程度としたことで、静圧気体軸受面と同程度の滑らか
なシール面が得られるとともに、従来の静圧気体軸受面
の加工と同様の加工方法でシール面を加工できるため、
著しいコスト高とはならない。

【００４９】この実施形態では、従来はおよそ１０μｍ
〜数百μｍであったシール隙間を数μｍ以下まで小さく
することができる。シール面の流路抵抗は気体の流れが
分子流であるとすると、シール隙間の２乗に反比例する
ので、飛躍的にシール隙間を流れる軸受排気の量を抑え
ることができ、真空室外の排気ポンプの排気能力および
台数を抑えつつ真空室の真空到達度を高めることができ
る。

【００５０】なお、この実施形態では、一例として、シ
ール面の面精度１μｍ、面粗さＲａ０．２の数値を示し
ているが、シール隙間を小さくして真空室の真空到達度
を高めようとする場合には、シール面の面精度の値はシ
ール隙間の１／２〜１／５０の値とするのが良く、シー
ル面の中心線平均面粗さの値はシール隙間の１／５〜１
／１００とするのが良い。これらの値は、シール隙間に
対してそれぞれ１／２、１／５以下としなければ、シー
ル隙間に比べてシール面精度・シール面粗さが悪いため
にシール隙間を小さくしても効果的にシール部の流路抵
抗を大きくできないし、それぞれ１／５０、１／１００
以下とすると、流路抵抗はほとんど変わらないのに加工
コストが増大するからである。

【００５１】次に、この発明にかかる静圧気体軸受スピ
ンドルの第２の実施形態を図２に示す。

【００５２】軸受スリーブ２７は、内径に固定側ジャー
ナル軸受面２８を持ち、軸受スリーブ２９は、内径に固
定側ジャーナル軸受面３０、端面に固定側スラスト軸受
面３１を持ち、ハウジング３２に固定されている。軸受
スリーブ３３は、端面に固定側スラスト軸受面３４を持
ち、ハウジング３５に固定されている。回転軸３６とス
ラスト板３７、ターンテーブル３８は、一体に固定され
回転部を構成している。

【００５３】回転軸３６の外径面は、ジャーナル軸受面
２８、３０に、スラスト板３７の端面はスラスト軸受面
３１、３４に、それぞれ微小な軸受隙間を介して対向
し、回転側の軸受面を構成している。

【００５４】軸受給気口３９から圧縮気体を供給する
と、圧縮気体は軸受給気通路４０および各軸受面に設け
た絞り穴４１、４２、４３、４４を通って軸受隙間に流
入し、回転部を固定部に対して非接触で支持する。

【００５５】ハウジング３２の内径面と回転軸３６の外
径面のターンテーブル３８側は、微小な隙間を介して対
向しており、非接触シール４５を構成している。このシ
ール面は軸受面の延長上にあり、シール面の円筒度およ
び面粗さは、軸受面の円筒度および面粗さと同程度とし
ている。

【００５６】ターンテーブル３８側のジャーナル軸受端
部から、排気溝４６に流出する軸受排気のほとんどは、
ベローズ継手４７を介して真空室外の排気ポンプによっ
て吸引される。このため、非接触シール４５を通過して
真空室に漏出する軸受排気をわずかに抑えている。

【００５７】この実施形態のように、軸受面の延長上に
シール面を配置した場合には、シール面の面精度および
面粗さを軸受面の面精度および面粗さと同程度にするこ
とで、軸受面とシール面の加工を同時にすることがで
き、加工コストをさらに抑えることができる。

【００５８】次に、この発明にかかる静圧気体軸受スピ
ンドルの第３の実施形態を図３に示す。

【００５９】この実施形態では、ターンテーブル８側の
スラスト軸受面４８の外径側の同一平面上にシール面４
９を設けてあり、第２の実施形態と同様にシール面の面
精度および面粗さを軸受面の面精度および面粗さと同程
度にすることで、軸受面とシール面の加工を同時にする
ことができるので、第３の実施形態と同様に、加工コス
トを抑えることができる。その他、図１に示す実施形態
と共通する部分については、同一符号を付し説明は省略
する。

【００６０】次に、この発明にかかる静圧気体軸受スピ
ンドルの第４の実施形態を図４に示す。

【００６１】この実施形態では、第２の排気溝２５に流
入した軸受排気は、第２の排気溝に２個設けられたベロ
ーズ継手２６を介して真空室外の排気ポンプによって吸
引される。このため、第２の非接触シール２３を通過し
て真空室に漏出する軸受排気をごく微量としている。

【００６２】この実施形態では、ベローズ継手２６が２
個設けられたことで、ベローズ継手の径は図１と同じで
あっても、排気溝における有効排気速度を高めることが
でき、真空室の真空到達度を高めることができる。ま
た、配管のスペース確保のためにスピンドルを大きくす
る必要はなく、スピンドル重量が増えることはない。さ
らに、軸受とターンテーブルの距離が長くなることもな
いので、スピンドル性能を劣化させずに済む。その他、
図１に示す実施形態と共通する部分については、同一符
号を付し説明は省略する。

【００６３】次に、この発明にかかる静圧気体軸受スピ
ンドルの第５の実施形態を図５に示す。

【００６４】第２の排気溝２５に流入した軸受排気は、
円周上に４箇所等間隔で配置された排気通路２７および
ベローズ継手２６を介して排気ポンプによって吸引され
る。

【００６５】この実施形態では、排気通路２７およびベ
ローズ継手２６が円周上に４箇所等間隔で配置されてい
るので、排気通路２７の径が図１に示したベローズ継手
２６の径よりも小さくても有効排気速度は小さくならな
い。このため、シール部材２１の高さを低く抑えること
ができ、軸受とターンテーブルの距離（図中の寸法Ｌ）
を図１よりも小さくすることができる。この結果、ター
ンテーブルにラジアル荷重が働く場合のスピンドル剛性
を大きくすることができ、スピンドル性能を高めること
ができる。その他、図１に示す実施形態と共通する部分
については、同一符号を付し説明は省略する。

【００６６】次に、この発明にかかる静圧気体軸受スピ
ンドルの第６の実施形態を図６に示す。

【００６７】第２の排気溝２５に流入した軸受排気は、
円周上に４箇所等間隔で配置された排気通路５１を通っ
て、ハウジングに設けられた円周溝５２に流入し、集合
され、ハウジング４の外径に設けられるリング部材５３
に取付けられたベローズ継手２６を介して排気ポンプに
よって吸引される。この実施形態では、図５と同様に排
気通路５１が円周上に４箇所等間隔で配置されており、
排気溝２５から円周溝５２間での配管抵抗を小さくして
いる。このため、シール部材２１の高さを低く抑えるこ
とができ、軸受とターンテーブルの距離を小さくするこ
とができ、スピンドル性能を高めることができる。

【００６８】そして、４本の排気通路５１を通って円周
溝５２に流入した軸受排気は、円周溝５２で集合されて
１本のベローズ継手２６で排気されるので、円周溝５２
から排気ポンプ（図示せず）の間での配管抵抗は図５に
比べると大きくなるが、排気系全体の管路抵抗である排
気溝５２から排気ポンプまでの管路抵抗は、図１に示し
た場合に比べて小さくできる。

【００６９】このため、図５ではスピンドルに設けられ
る軸受排気吸引用のベローズ継手２６が４本必要であっ
たのに対し、図６では１本で済むので、真空室内での配
管取付け作業を容易にし、装置構成を簡素化できる。ま
た、スピンドルを直動ターンテーブルなどに搭載して位
置決めをする際には、軸受排気吸引用のベローズ継手の
本数を少なくして、ベローズ継手の抵抗を軽減すること
で位置決め精度を向上させることができる。図６に示す
実施形態において、図１に示す実施形態と共通する部分
については、同一符号を付し説明は省略する。

【００７０】次に、この発明において、ベローズ継手２
６と排気ポンプ５９との接続は、次のように行われる。

【００７１】図７に示すように、排気溝（図示せず）内
の気体を吸引するベローズ継手２６の一端は、真空室の
壁５８の壁面に取付けられる。また、その真空室の壁５
８の反対側には、排気ポンプ５９に接続されているベロ
ーズ継手２６が防振ゴム５４を介して取付けられてい
る。この２個のベローズ継手２６に挟まれた真空室の壁
５８には、通気穴６０が設けられている。

【００７２】この図７に示す実施形態のように、排気溝
と排気ポンプ５９を接続する管路をベローズ継手２６と
し、ベローズ継手２６と真空室の壁面５８の間に防振ゴ
ム５４を介在させたことで、排気ポンプ５９の振動はベ
ローズ継手２６および防振ゴム５４によって吸収され、
スピンドルにはほとんど伝達されない。この結果、この
発明にかかる静圧気体軸受スピンドル装置は、静圧気体
軸受スピンドルの特徴である高い回転精度を維持するこ
とができる。

【００７３】なお、この実施形態では、ベローズと防振
ゴムを併用しているが、どちらか一方を介在させるだけ
でも、排気ポンプの振動を吸収することは可能である。

【００７４】ところで、図７においてベローズ継手２６
の形状が図１１のフレキシブルホース５５と同じである
が、一般に市販されているフレキシブルホースとベロー
ズは、ほぼ同じ形状をしているため、図面では同一形状
で示している。しかし、フレキシブルホースは、ほとん
ど伸縮しないのに対し、ベローズは伸縮自在であるとい
う機能上の差異を有する。

【００７５】図８に示す実施形態においては、スピンド
ルと真空室壁面５８および真空室壁面５８と排気ポンプ
５９の間は、高分子材料からなるチューブ５６で接続さ
れている。この高分子材料からなるチューブ５６の材質
としては、ナイロン、ポリウレタン、天然ゴム等が考え
られる。この実施形態によっても、図７の実施形態と同
様に、静圧気体軸受スピンドルは高い回転精度を維持す
ることができる。

【００７６】図９に示す実施形態においては、スピンド
ル内の排気溝と排気ポンプ５９は、高分子材料からなる
チューブ５６で接続されている。そして、この高分子材
料からなるチューブ５６が真空室に露出しないようにス
テンレス製のフレキシブルホース５７で覆っている。こ
の図９の実施形態では、図８の実施形態と同様に高分子
材料からなるチューブ５６によって排気ポンプの振動を
遮断することができるとともに、ステンレス製のフレキ
シブルホース５７によって、高分子材料からなるチュー
ブ５６が真空室内に露出しないようになっているため、
高分子材料から放出されるガスによって、真空室の真空
到達度が低くなることはない。なお、この実施形態で
は、高分子材料からなるチューブをフレキシブルホース
で覆っているが、フレキシブルホースに代えてベローズ
で覆っても同様の効果が得られる。

【００７７】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、シー
ル隙間を構成する回転側および固定側のシール面の内の
少なくとも一方を摺動特性に優れた材料とすることで、
何らかの原因でシール隙間を構成する回転側のシール面
と固定側のシール面が接触した場合でもシール面の損傷
を軽減でき、接触後も微小なシール隙間を維持できるこ
ととなるため、シール隙間を小さくして使用することが
可能となる。

【００７８】また、微小なシール隙間を構成する回転側
および固定側の両方のシール面の面精度または面粗さ
を、軸受面の面精度または面粗さと同程度とすること
で、静圧気体軸受面と同程度の滑らかなシール面が得ら
れ、シール隙間を小さくすることが可能となり、真空室
の真空到達度を高めることができる一方、従来の静圧気
体軸受面の加工と同様の加工方法でシール面を加工でき
るため、著しいコスト高とはならない。

【００７９】また、ハウジングの外部から上記軸受隙間
に至る経路中のハウジングと回転軸の間に、微小なシー
ル隙間を設け、このシール隙間と軸受隙間の間に排気溝
を設け、排気溝と排気ポンプを２以上の管路で接続する
ことで、管路径を大きくすることなく、管路抵抗を小さ
くできる。したがって、排気溝における有効排気速度を
大きくすることで、真空室の真空到達度を高めることが
できる。

【００８０】また、配管のスペース確保のためにスピン
ドルを大きくする必要はなく、スピンドル重量が増える
ことはない。さらに、軸受とターンテーブルの距離を短
くすることができ、スピンドル性能を高めることができ
る。

【００８１】また、上記ハウジングの外部から上記軸受
隙間に至る経路中のハウジングと回転軸の間に、微小な
シール隙間を設け、このシール隙間と軸受隙間の間に排
気溝を設け、排気溝と排気ポンプを接続する管路の一部
を２以上の管路により並列に接続することで、軸受排気
吸引用のベローズ継手の本数を減らすことができ、真空
室内での配管取付け作業を容易にし、装置構成を簡素化
できる。また、スピンドルを直動ターンテーブルなどに
搭載して位置決めをする際には、軸受排気吸引用のベロ
ーズ継手の本数を減らすことで、ベローズ継手の抵抗を
軽減することで位置決め精度を向上させることができ
る。

【００８２】上記排気溝と排気ポンプを接続する管路の
中間に振動吸収特性を有する材料を介在させたことで、
排気ポンプからスピンドルに伝達される振動を遮断する
ことができ、静圧気体軸受スピンドルの高い回転精度を
維持することができる。また、スピンドルが直動テーブ
ルに取付けられて位置決めされる場合には、排気ポンプ
の振動により位置決め精度が劣化することを防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る静圧気体軸受スピンドルの第１
の実施形態を示す断面図

【図２】この発明に係る静圧気体軸受スピンドルの第２
の実施形態を示す断面図

【図３】この発明に係る静圧気体軸受スピンドルの第３
の実施形態を示す断面図

【図４】この発明に係る静圧気体軸受スピンドルの第４
の実施形態を示す断面図

【図５】この発明に係る静圧気体軸受スピンドルの第５
の実施形態を示す断面図

【図６】この発明に係る静圧気体軸受スピンドルの第６
の実施形態を示す断面図

【図７】この発明に係る静圧気体軸受スピンドルにおけ
る排気溝と排気ポンプとの接続例を示す部分断面図

【図８】この発明に係る静圧気体軸受スピンドルにおけ
る排気溝と排気ポンプとの接続例を示す部分断面図

【図９】この発明に係る静圧気体軸受スピンドルにおけ
る排気溝と排気ポンプとの接続例を示す部分断面図

【図１０】従来の静圧気体軸受スピンドルを示す断面図

【図１１】従来の静圧気体軸受スピンドルにおける排気
溝と排気ポンプとの接続例を示す部分断面図

【図１２】従来の静圧気体軸受スピンドルにおいて排気
管路の径を大きくした例を示す断面図

【符号の説明】

１、２７、２９、３３ 軸受スリーブ ２、２８、３０ 固定側ジャーナル軸受面 ３、３１、３４、４８ 固定側スラスト軸受面 ４、３２、３５ ハウジング ５、３６ 回転軸 ６、７、３７ スラスト板 ８、３８ ターンテーブル ９、３９ 軸受給気口 １０、４０ 軸受給気通路 １１、１２、４１、４２、４３、４４ 絞り穴 １３ モータロータ １４ 回転角度検出器 １５ 気密ケース １６ 排気空間 １７、２６、４７ ベローズ継手 １８、１９、２０ 排気通路 ２１ シール部材 ２２、２３、４５、４９ 非接触シール ２４、２５、４６ 排気溝 ５１ 排気通路 ５２ 円周溝 ５３ リング部材 ５４ 防振ゴム ５５ フレキシブルホース ５６ チューブ ５７ フレキシブルホース ５８ 壁 ５９ 排気ポンプ ６０ 通気穴

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジング内に軸受隙間を介して回転軸
   を設け、この軸受隙間に圧縮気体を導入して、ハウジン
   グに対して回転軸を非接触で支持する静圧気体軸受スピ
   ンドルにおいて、 上記ハウジングの外部から上記軸受隙間に至る経路中の
   ハウジングと回転軸の間に微小なシール隙間からなる非
   接触シールを設け、この非接触シールを構成する回転軸
   および固定部のうちの少なくとも一方が摺動特性に優れ
   た表面を有することを特徴とする静圧気体軸受スピンド
   ル。
2. 【請求項２】 上記非接触シールを構成する回転軸およ
   び固定部のうちの少なくとも一方を真空雰囲気中で摺動
   特性に優れた表面としたことを特徴とする請求項１に記
   載の静圧気体軸受スピンドル。
3. 【請求項３】 ハウジング内に軸受隙間を介して回転軸
   を設け、この軸受隙間に圧縮気体を導入して、ハウジン
   グに対して回転軸を非接触で支持する静圧気体軸受スピ
   ンドルにおいて、 上記ハウジングの外部から上記軸受隙間に至る経路中の
   ハウジングと回転軸の間に微小なシール隙間からなる非
   接触シールを設け、この非接触シールを構成する回転軸
   および固定部のシール表面の面精度を上記軸受の面精度
   と略同一としたことを特徴とする静圧気体軸受スピンド
   ル。
4. 【請求項４】 ハウジング内に軸受隙間を介して回転軸
   を設け、この軸受隙間に圧縮気体を導入して、ハウジン
   グに対して回転軸を非接触で支持する静圧気体軸受スピ
   ンドルにおいて、 上記ハウジングの外部から上記軸受隙間に至る経路中の
   ハウジングと回転軸の間に微小なシール隙間からなる非
   接触シールを設け、この非接触シールを構成する回転軸
   および固定部のシール表面の面粗さを上記軸受の面粗さ
   と略同一としたことを特徴とする静圧気体軸受スピンド
   ル。
5. 【請求項５】 ハウジング内に軸受隙間を介して回転軸
   を設け、この軸受隙間に圧縮気体を導入して、ハウジン
   グに対して回転軸を非接触で支持する静圧気体軸受スピ
   ンドルにおいて、 上記ハウジングの外部から上記軸受隙間に至る経路中の
   ハウジングと回転軸の間に微小なシール隙間からなる非
   接触シールを設け、この非接触シールと上記軸受隙間と
   の間に排気溝を形成し、この排気溝をスピンドル設置室
   の外部に配置された排気ポンプに接続する管路を複数個
   としたことを特徴とする静圧気体軸受スピンドル。
6. 【請求項６】 ハウジング内に軸受隙間を介して回転軸
   を設け、この軸受隙間に圧縮気体を導入して、ハウジン
   グに対して回転軸を非接触で支持する静圧気体軸受スピ
   ンドルにおいて、 上記ハウジングの外部から上記軸受隙間に至る経路中の
   ハウジングと回転軸の間に微小なシール隙間からなる非
   接触シールを設け、この非接触シールと上記軸受隙間と
   の間に排気溝を形成し、この排気溝から複数の管路を介
   してそれぞれスピンドル設置室の外部に配置された排気
   ポンプに接続したことを特徴とする静圧気体軸受スピン
   ドル。
7. 【請求項７】 上記排気溝から排気ポンプに接続される
   管路に振動吸収要素を請求項５または６に記載の静圧気
   体軸受スピンドル。
8. 【請求項８】 上記振動吸収要素が、上記管路の途中に
   介在した高分子材料である請求項７に記載の静圧気体軸
   受スピンドル。
9. 【請求項９】 上記管路を、高分子材料からなるチュー
   ブで形成した請求項７に記載の静圧気体軸受スピンド
   ル。
10. 【請求項１０】 上記真空室内に高分子材料からなるチ
    ューブが露出しないように、上記チューブを金属ホース
    で覆ったことを特徴とする請求項９に記載の静圧気体軸
    受スピンドル。