【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハードディスク、ＤＶＤ等の被回転物を保持し、正確に回転させ、情報を書き込み、読み出しする情報機器や、マシニングセンタや研削盤等の加工用のツール又は被加工物を保持する加工機械等に用いる回転チャック機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被回転物を回転自在に保持するための真空吸着機構を有する回転チャック機構は、機械加工装置や情報機器に多く使われており、近年では、１μｍ以下の高い回転精度が要求されている。
【０００３】
被回転物を保持するための回転チャック機構の代表的なものとして、被回転物を保持する軸端面の反対側の端面に設けられた、シール機構を備えた空気コネクタを介してエアポンプのような真空源に連通されるものが知られている（特許文献１参照）。このような従来例につき、図３を用いて簡単に説明する。
【０００４】
図３において、１１は、回転軸、１２は、非接触型の回転軸１１用ラジアル軸受、１３は、非接触型の回転軸１１用スラスト軸受、１４は、ハウジング、１５は、被回転物、１６は、被回転物１５を保持する真空チャックである。回転軸１１は、ラジアル軸受１２で回転自在に保持され、さらに、スラスト軸受１３で軸方向の拘束を得ている。回転軸１１軸心部には、真空チャック１６に連通する空気吸引通路としての空気通路１１ａが形成されている。１７は、回転軸１１を回転させるためのモータ、１８は、真空源（不図示）と空気通路１１ａとを接続する空気コネクタである。該空気コネクタ１８は、回転軸１１を回転自在の状態を維持しつつ、被回転物１５を該回転軸１１の一方の軸端面に設けられている真空チャック１６に保持できるように、該真空チャック１６が設けられている軸端面とは反対側の、回転軸１１の他方の軸端面に設けられている。空気コネクタ１８には、また、回転軸１１との接続部分をシールすると共に、自身を回転軸１１に対して浮上させるための給気通路１８ａ、真空吸引するための真空源に連通する吸引通路１８ｂが備えられている。このような構成により、回転軸１１は、空気コネクタ１８と非接触状態で真空源と接続され、それによって、回転軸１１の回転が維持されつつ、被回転物１５は、真空チャック１６において安定して真空吸着され得る。
【０００５】
また、ラジアル軸受の軸方向中間部であって回転軸の周囲に溝を設け、これを介して真空源に連通され、被回転物を保持する回転チャック機構が提案されている（特許文献２参照）。この機構では、気体軸受に供給された圧縮空気を排気する排気通路と、真空チャックの空気吸引通路とを共通化したことを特徴としている。図４（ａ）、（ｂ）を用いて、この従来例につき簡単に説明する。
【０００６】
図４（ａ）、（ｂ）において、２１は、回転軸、２２は、回転軸２１の非接触軸受としてのラジアル軸受、２３は、閉塞体、２４は、ハウジング、２５は被回転物、２６は、被回転物２５を保持する真空チャック、２７は、回転用モータの出力軸である。回転軸２１の軸心部には、真空チャック２６の吸引孔に連通する真空吸引通路としての真空穴２１ａが形成され、回転軸２１の軸方向中間部外周には、環状排気溝２１ｂが形成され、また、真空穴２１ａと環状排気溝２１ｂとを連通する複数の連通孔２１ｃが形成されている。ラジアル軸受２２は、金属製多孔質体２２ａで構成されており、ハウジング２４との間に環状給気室２２ｂを形成している。上記環状排気溝２１ｂは、ラジアル軸受２２と回転軸２１との間に形成されている環状空間に直接連通している。閉塞体２３は、真空チャック２６とで回転軸１の真空穴２１ａ両端を閉塞すると共に、スラスト軸受を構成している。ハウジング４には、環状給気室２２ｂに連通する給気孔２４ａ及び環状排気溝２１ｂに連通する吸引兼排気孔２４ｂが設けられている。
【０００７】
給気孔２４ａを介して環状給気室２２ｂに供給された圧縮空気は、多孔質体２２ａを通過してラジアル軸受２２と回転軸１との間の環状空間としての軸受隙間に送られ、これにより、回転軸２１をラジアル軸受２２上に浮上させ、該ラジアル軸受２２と回転軸２１とを非接触状態に維持する。高圧空気は、環状排気溝２１ｂに集められ、真空穴２１ａ、連通孔２１ｃを経由して真空形成のために吸引される空気と共に、吸引兼排気孔２４ｂを通ってポンプ等の真空源に吸引され、外部に排出される。
【０００８】
図４（ｂ）に、多孔質体２２ａ、環状排気溝２１ｂ、吸引兼排気孔２４ｂの関係がより詳細に示されている。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ断面を示している。図４（ｂ）に示されるように、非接触軸受機能を達成すべく、環状排気溝２１ｂに連通する吸引兼排気孔２４ｂを多孔質体２２ａと直接的に連通しないようにするため、環状の多孔質体２２ａに形成された穴の中に、該吸引兼排気孔２４ｂが設けられているハウジング２４が入り込む構造となっている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平６−７３６号公報
【００１０】
【特許文献２】
特開２００２−５２４２９号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、近年、情報機器や加工装置に要求される１μｍ以下の高い回転精度を持つ回転を実現しつつ、被回転物を安定して保持する回転チャック機構として、上記のような従来例が提案されているが、これらの従来例にも依然として以下のような問題点があり、不十分であった。
【００１２】
空気コネクタを使用する回転チャック機構では、空気コネクタ１８の径が小さければ小さいほど、空気コネクタ１８に対応する回転軸１１の部分の周速が遅くなることになり、発熱の点から有利であった。しかしながら、このような機構では、空気コネクタ１８の構造が複雑になり、かつ、全長が長くなるので、装置を小型化できないという問題がある。さらに、空気コネクタ１８が回転軸１１を引き付ける力を発生するため、吸引時と非吸引時とで、回転軸１１又は空気コネクタ１８の位置が軸方向に変化するという問題が生ずる恐れがある。
【００１３】
また、圧縮空気を排気する排気通路と真空チャックの空気吸引通路とを共通化する回転チャック機構においては、上記空気コネクタによる機構で問題となった吸着時に軸方向に力が生じるということはなくなり、かつ、装置全体の長さも短くできるという利点がある。
【００１４】
しかし、この機構においては、ラジアル軸受２２のほぼ全面が多孔質体２２ａで構成されているため、多孔質体２２ａから吹き出される空気量が多く、さらに環状排気溝２１ｂと多孔質体２２ａとが連通しているため、多孔質体２２ａから吹き出される空気のほとんどが環状排気溝２１ｂを通り抜け外部に排出されてしまう。このため、大きな浮上力を得るためには、給気および排気の量を多くする必要があり、図には示されていないが、排気空気を給気空気用に再循環させるなどの工夫が必要であった。
【００１５】
また、高圧空気の流れが、多孔質体２２ａや環状給気室２２ｂを通って直接吸引兼排気孔２４ｂへ短絡しないように、吸引兼排気孔２４ｂを独立して環状排気溝２１ｂに接続するためには、図４（ｂ）に示されるように、多孔質体２２ａの周方向の一部が欠かれた（多孔質体２２ａが存在しない）構造をとらなければならず、このため浮上力にアンバランスが生じ、高精度な回転が得られないという問題が生ずる恐れがある。さらに、多孔質体２２ａは金属製であるため、穴あけや溝形成等の機械加工をする上で、いわゆるバリやカエリ等の微妙な突起部分が残り、結果として、回転軸２１及びラジアル軸受２２の加工に非常に手間がかかるという問題もある。
【００１６】
本発明は、上記問題点に鑑み、空気静圧により回転軸が均一に軸受上に浮上し、その位置を常に一定に保ち得ると共に、少ない空気量で高い軸受剛性が得られる回転チャック機構を提供することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の回転チャック機構は、回転軸、該回転軸に被回転物を保持する真空吸着機構、及び回転軸を回転自在に空気静圧により非接触に軸受けするラジアル軸受とスラスト軸受、を備える回転チャック機構において、回転軸は、被回転物を真空吸着する真空チャック、回転軸の軸芯に形成される真空穴及び該真空穴に連通する複数の真空吸引孔を含み、ラジアル軸受は、高圧空気を吹き出す空気吹き出し口、該空気吹き出し口の両側に設けられたランド部、回転軸の真空吸引孔を包囲する真空吸引溝及び該真空吸引溝に連通する真空吸引孔を含み、前記ランド部は、さらに、前記真空吸引溝の両側に設けられていることを特徴とする。
【００１８】
また、前記空気吹き出し口は、多孔質体で形成されていることが好ましい。
【００１９】
さらに、前記空気吹き出し口としての多孔質体の吹き出し面、ランド部表面及び真空吸引溝の吸引開口面は、面一に形成されていてもよい。
【００２０】
また、前記空気吹き出し口は、真空吸引溝に対して軸方向に対を成して配置されていること、多孔質体と真空吸引溝との間のランド部の長さは、回転軸浮上時該ランド部と回転軸との間に形成される隙間の間隔の５０倍以上であること及び回転軸の真空吸引孔は、該回転軸の軸芯に対して回転対称となるように配置されていることが好ましい。
【００２１】
さらに、ラジアル軸受は、セラミックで形成されていることが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る回転チャック機構の詳細を、図１、２を用いて説明する。図１は、本発明の１実施態様に係る回転チャック機構の一部断面概略図であり、図２は、その要部拡大断面図であり、（ａ）は、図１の断面部分と同じ断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は、空気吹き出し口の別の構造を備える（ｂ）と同様の断面図である。
【００２３】
図１、２において、１は、回転軸、２は、回転軸１のラジアル軸受、３は、回転軸１のスラスト軸受、４は、ハウジング、５は、被回転物、６は、被回転物５を保持するための真空チャック、７は、回転軸１を回転駆動するモータの出力軸である。
【００２４】
回転軸１は、軸方向のスラスト軸受３を構成するための円盤状のフランジ１ａ、その一方の端部が真空吸着チャック６に接続している回転軸１の軸芯に沿って形成される真空穴１ｂ、該真空穴１ｂの他方の端部に連通し、該真空穴１ｂから半径方向、すなわち、真空穴１ｂに対して直角の方向、に延びる複数の真空吸引孔１ｃを備えている。該真空吸引孔１ｃは、回転軸１の軸芯に対して回転対称となるように配置されることが好ましい。真空穴１ｂ、真空吸引孔１ｃは、真空ポンプなどの真空源（不図示）により真空チャック６を介して吸引される空気の通路を構成する。
【００２５】
ラジアル軸受２は、概略円筒状の軸受本体２’で形成され、その略中央部に１つの真空吸引機構を、及びその前方部分（真空吸着チャック６側）と後方部分（スラスト軸受３側）に、前記真空吸引機構を挟んで対をなす回転軸１の浮上機構としての給気機構を含んでいる。
【００２６】
真空吸引機構は、回転軸１の複数の真空吸引孔１ｃ全てを包囲し、したがって、該複数の真空吸引孔１ｃ全てに連通すると共に、軸受本体２’の内周面に沿って環状に形成された内側真空吸引溝２ｄ、該内側真空吸引溝２ｄに連通し、半径方向外周に向けて延びる複数の真空吸引孔２ｅ及び該複数の真空吸引孔２ｅ全てに連通し、軸受本体２’の外周面に沿って環状に形成された外側真空吸引溝２ｆから構成されている。なお、２’ｄは、内側真空吸引溝２ｄの、回転軸１に向いて開口する開口面である。
【００２７】
また、給気機構は、回転軸１を空気静圧で浮上させるための機構であって、軸受本体２’の内周面に沿って形成されている環状溝内に嵌めこまれ、高圧空気を回転軸１に向けて吹き出す空気吹き出し口としての環状多孔質体２ａ、その前後に配置されて高圧空気を吹き出さず、多孔質体２ａから吹き出された高圧空気を単に流すだけの領域であって、したがって、該高圧空気の流れに流量抵抗を生じさせるランド部２ｇ、２ｈ（図２参照）、空気吹き出し口としての多孔質体２ａに高圧空気を供給する複数の空気給気孔２ｂ及び該複数の空気給気孔２ｂ全てに連通し、軸受本体２’の外周面に沿って環状に形成された環状給気溝２ｃから構成されている。なお、２’ａは、高圧空気吹き出し面、すなわち、環状多孔質体２ａの内周面である。本実施例においては、給気機構は、真空吸引機構を挟んで一対設けられている例が示されているが、該給気機構は、複数対設けられていてもよい。
【００２８】
さらに、図２（ａ）からも理解されるように、ランド部２ｇ、２ｈ表面は、軸受本体２’の内周面そのものである。さらに、多孔質体２ａの吹き出し面２’ａとランド部２ｇ、２ｈ表面とは、図２に示されるように、面一に、すなわち、同一内径の円筒状に形成されていることが好ましい。このように面一に構成することにより、回転軸１と多孔質体２ａの吹き出し面２’ａとの間に空気溜まり部分が形成されることがなく、それによって、高圧空気の吹き出しによる振動の発生が防止される。
【００２９】
また、多孔質体２ａは、図２（ｂ）に示されるように、環状に連続して（一体に）形成されていることが好ましい。しかし、図２（ｃ）に示されるように、多孔質体２ａは、軸受本体２’の内周面に沿うように環状に配置されているが、不連続、すなわち、内周方向に間隔（ランド部）をおいて配置されていてもよい。この場合、軸受本体２’に形成されている真空吸引孔２ｅは、図２（ｃ）にも示されるように、各多孔質体２ａに対応してそれぞれ設けられる必要がある。
【００３０】
ラジアル軸受２に多孔質体２ａを一体的に形成するには、例えば、ラジアル軸受２ａを熱膨張可能な材料で形成するのであれば、ラジアル軸受本体２’を加熱して膨張させ、予め該ラジアル軸受本体２’に形成されている溝に、環状に形成された多孔質体２ａを嵌め込むようにすればよい。あるいは、ラジアル軸受２をセラミックで形成するのであれば、セラミック焼成前に、有機材料からなる環状多孔質体２ａを予め型内に設置しておき、この型内にセラミック原料の懸濁液である沈奨を流し込んで素材を作り、該素材を焼成することにより、内側に部分的に多孔質体２ａを備えるラジアル軸受２を形成し得る。このように、ラジアル軸受２をセラミックで形成すると、加工時にバリやカエリが生じることがない。
【００３１】
スラスト軸受３は、回転軸１の円盤状フランジ１ａの表裏両面に向かって高圧空気を吹き出して非接触軸受を構成するための高圧空気吹き出し口としての多孔質体３ａ及び該多孔質体３ａに高圧空気を供給する給気孔３ｂを含んでいる。
【００３２】
ハウジング４には、ラジアル軸受２及びスラスト軸受３が固定されている。さらに、該ハウジング４には、ラジアル軸受２に高圧空気を供給すべく、外方が接続パイプ（不図示）を介して圧縮ポンプ等の高圧空気源（不図示）に連通し、内方が環状給気溝２ｃに連通する給気孔４ａ、及び外方が接続パイプ（不図示）を介して真空源（不図示）に連通すると共に、内方がラジアル軸受２の環状の外側真空吸引溝２ｆに連通する真空吸引孔４ｂが形成されている。
【００３３】
以上のような構成を有する本発明に係る回転チャック機構は、真空源を構成するポンプが駆動されることにより、真空チャック６、真空穴１ｂ、真空吸引孔１ｃ、内側真空吸引環状溝２ｄ、真空吸引孔２ｅ、外側真空吸引環状溝２ｆ及び真空吸引孔４ｂを介して空気が吸引され、それにより真空チャック６前面において被回転物５が吸着され得る。
【００３４】
一方、高圧空気源における圧縮ポンプが駆動されると、ハウジング４の給気孔４ａ、ラジアル軸受２の環状給気溝２ｃ、給気孔２ｂ及び多孔質体２ａを介して空気吹き出し口としての多孔質体２ａから高圧空気が吹き出され、それにより、ラジアル軸受２と回転軸１との間に空気が入り込み、軸受隙間９が形成される。高圧空気は、ランド部２ｇと回転軸１との間の軸受隙間９を介して、及びランド部２ｈと回転軸１との間の軸受隙間９、内側真空吸引環状溝２ｄ、真空吸引孔２ｅ、外側真空吸引環状溝２ｆ及び真空吸引孔４ｂを介して大気に排出される。
【００３５】
高圧空気は、ランド部２ｇ、２ｈと回転軸１との間の軸受隙間９を通過する時、流路が絞られることによる空気抵抗を受け、それにより高圧空気が有している動圧が静圧に変えられ、回転軸１をラジアル軸受２上に浮上させる。すなわち、ラジアル軸受２のランド部２ｇ、２ｈと回転軸１との間に形成される軸受隙間９は、高圧空気の流れに対して抵抗体となり、空気流量を制限すると共に、回転軸１に対する浮上力を高めている。なお、軸受隙間９の空気抵抗（流量抵抗）が大きいため、内側真空吸引溝２ｄから空気が吸引されても、高圧空気が多孔質体２ａを通過するときに圧力降下を生じることはない。結果として、回転軸１は、多孔質体２ａから吹き出される高圧空気によりラジアル軸受２上に浮上する。
【００３６】
このようにして、本発明に係る回転チャック機構は、被回転物５を回転自在に真空吸着することができる。
【００３７】
本発明によれば、ランド部２ｇ、２ｈと回転軸１との間に形成される軸受隙間９の間隔（距離）は、１０μｍ以下にすることが可能であり、本発明に係る回転チャック機構のラジアル軸受２は、軸受隙間９がこのように非常に狭い間隔であっても充分に非接触型軸受として機能し得る。ところで、環状の内側真空吸着溝２ｄにつながるランド部２ｈと回転軸１との間に形成される軸受隙間９においては、ランド部２ｇと回転軸１との間に形成される軸受隙間９と違って、真空源により空気が吸引されるので、この間を流れる高圧空気の流量抵抗を上げる必要がある。当該軸受隙間９を通る高圧空気の流量抵抗を上げるには、形成される軸受隙間９の間隔に対してランド部２ｈの長さを長くとる必要があるが、実験の結果、ランド部２ｈの長さは、軸受隙間９の間隔に対して５０倍以上の長さが必要であることがわかった。ランド部２ｈの長さがそれ以下であると、軸受隙間９における流量抵抗が小さくなり、高圧空気が多孔質体２ａを通過するときに圧力降下を生じさせ、回転軸１の浮上力が小さくなり非接触型軸受としての機能を損なう。これらのことから、軸受隙間９が、本実施態様のように約１０μｍであるとすると、ランド部２ｈの長さは、本実施態様の場合、約０．５ｍｍ以上あることが好ましい。
【００３８】
本発明において、多孔質体２ａは、金属製であってもよいし、セラミックのような硬脆性材料であってもよい。いずれにしても、該多孔質体２ａ自体には何の加工も施されることがないので、バリやカエリなどが生じることがない。また、ラジアル軸受２の外周部に、給気孔２ｂあるいは真空吸引孔２ｅにそれぞれ連通する環状給気溝２ｃや環状の外側真空吸引溝２ｆを形成することにより、ハウジング４の形状を単純に円筒形とすることが可能であり、加工精度を上げることができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明に係る回転チャック機構は、回転軸を静圧浮上させ、被回転物を真空吸着するものであって、回転自在に静圧浮上させる浮上機構と、真空吸着のための真空吸着機構を一体のラジアル軸受で構成させているので、構造が単純で高い加工精度を上げることができ、それによって高い回転精度を得ることができると共に、被回転物の吸着の有無に拘らず回転軸の軸方向の位置を常に一定に保つことが可能である。又軸受隙間を小さくすることが可能であるから、軸受剛性も高くすることができる。さらに、軸受が一体で構成されていることから、軸受長さを小さくでき、装置の小型化、低製造コスト化につながる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施態様に係る回転チャック機構の軸方向鉛直面で一部断面した概略図である。
【図２】図１の要部拡大断面図であり、（ａ）は、図１の断面部分と同じく軸方向鉛直面で一部断面した図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図、（ｃ）は、空気吹き出し口の別の構造を備える（ｂ）と同様の断面図である。
【図３】第１の従来例の概略断面図である。
【図４】第２の従来例の一部断面概略図を示し、（ａ）は、軸方向鉛直面で一部断面した図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿って断面した図である。
【符号の説明】
１ 回転軸
１ａ （回転軸の）円盤状フランジ
１ｂ （回転軸の）真空穴
１ｃ （回転軸の）真空吸引孔
２ ラジアル軸受
２’ （ラジアル軸受の）軸受本体
２ａ （ラジアル軸受の）多孔質体
２’ａ （多孔質体の）吹き出し面
２ｂ （ラジアル軸受の）給気孔
２ｃ （ラジアル軸受の）環状給気溝
２ｄ （ラジアル軸受の）内側真空吸引環状溝
２ｅ （ラジアル軸受の）真空吸引孔
２ｆ （ラジアル軸受の）外側真空吸引環状溝
２ｇ、２ｈ （ラジアル軸受の）ランド部
３ スラスト軸受
３ａ （スラスト軸受の）多孔質体
３ｂ （スラスト軸受の）給気孔
４ ハウジング
４ａ （ハウジングの）給気孔
４ｂ （ハウジングの）真空吸引孔
５ 被回転物
６ 真空チャック
７ モータの出力軸
９ 軸受隙間
１１ 回転軸
１１ａ 空気通路
１２ ラジアル軸受
１３ スラスト軸受
１４ ハウジング
１５ 被回転物
１６ 真空チャック
１７ モータ
１８ 空気コネクタ
１８ａ 給気通路
１８ｂ 吸引通路
２１ 回転軸
２１ａ 真空吸引穴
２１ｂ 環状排気溝
２１ｃ 連通孔
２２ ラジアル軸受
２２ａ 多孔質体
２２ｂ 環状給気室
２３ 閉塞体（スラスト軸受）
２４ ハウジング
２４ａ 環状給気室
２４ｂ 吸引兼排気孔
２５ 被回転物
２６ 真空チャック
２７ モータの出力軸[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an information device that holds and accurately rotates a workpiece such as a hard disk or a DVD, and writes and reads information, a processing tool such as a machining center or a grinding machine, or a processing machine that holds a workpiece. The present invention relates to a rotary chuck mechanism used for the like.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Rotary chuck mechanisms having a vacuum suction mechanism for rotatably holding an object to be rotated are widely used in machining equipment and information equipment, and in recent years, high rotation accuracy of 1 μm or less is required.
[0003]
As a typical rotary chuck mechanism for holding a rotating object, such as an air pump via an air connector provided with a seal mechanism provided on an end surface opposite to the shaft end surface for holding the rotating object. A device connected to a vacuum source is known (see Patent Document 1). Such a conventional example will be briefly described with reference to FIG.
[0004]
In FIG. 3, 11 is a rotating shaft, 12 is a non-contact type radial bearing for the rotating shaft 11, 13 is a non-contact type thrust bearing for the rotating shaft 11, 14 is a housing, 15 is a rotating object, Reference numeral 16 denotes a vacuum chuck that holds the rotating object 15. The rotating shaft 11 is rotatably held by a radial bearing 12, and is further restrained in an axial direction by a thrust bearing 13. An air passage 11 a as an air suction passage communicating with the vacuum chuck 16 is formed at the axis of the rotating shaft 11. Reference numeral 17 denotes a motor for rotating the rotating shaft 11, and reference numeral 18 denotes an air connector for connecting a vacuum source (not shown) to the air passage 11a. The air connector 18 is provided with a vacuum chuck 16 such that the rotating object 11 can be held by a vacuum chuck 16 provided on one end surface of the rotating shaft 11 while maintaining the rotating shaft 11 in a freely rotatable state. The shaft 16 is provided on the other shaft end surface of the rotating shaft 11 on the opposite side to the shaft end surface. The air connector 18 also has an air supply passage 18a for sealing the connection portion with the rotary shaft 11 and floating itself with respect to the rotary shaft 11, and a suction passage 18b communicating with a vacuum source for vacuum suction. Is provided. With such a configuration, the rotating shaft 11 is connected to the vacuum source in a non-contact state with the air connector 18, whereby the rotating object 15 is stably held on the vacuum chuck 16 while the rotation of the rotating shaft 11 is maintained. Vacuum suction.
[0005]
Further, a rotary chuck mechanism has been proposed in which a groove is provided around an axis of rotation of a radial bearing at an intermediate portion in the axial direction, and is connected to a vacuum source via the groove to hold an object to be rotated (see Patent Document 2). ). This mechanism is characterized in that the exhaust passage for exhausting the compressed air supplied to the gas bearing and the air suction passage of the vacuum chuck are shared. This conventional example will be briefly described with reference to FIGS.
[0006]
4 (a) and 4 (b), 21 is a rotating shaft, 22 is a radial bearing as a non-contact bearing of the rotating shaft 21, 23 is a closing body, 24 is a housing, 25 is a rotating object, 26 Is a vacuum chuck for holding the rotating object 25, and 27 is an output shaft of a rotation motor. A vacuum hole 21 a as a vacuum suction passage communicating with a suction hole of the vacuum chuck 26 is formed in the axial center of the rotating shaft 21, and an annular exhaust groove 21 b is formed in the outer periphery of the rotating shaft 21 in the axial middle part. Further, a plurality of communication holes 21c communicating the vacuum holes 21a and the annular exhaust grooves 21b are formed. The radial bearing 22 is formed of a metal porous body 22a, and forms an annular air supply chamber 22b with the housing 24. The annular exhaust groove 21b directly communicates with an annular space formed between the radial bearing 22 and the rotating shaft 21. The closing body 23 closes both ends of the vacuum hole 21a of the rotating shaft 1 with the vacuum chuck 26, and forms a thrust bearing. The housing 4 is provided with an air supply hole 24a communicating with the annular air supply chamber 22b and a suction and exhaust hole 24b communicating with the annular exhaust groove 21b.
[0007]
The compressed air supplied to the annular air supply chamber 22b through the air supply hole 24a passes through the porous body 22a and is sent to a bearing gap as an annular space between the radial bearing 22 and the rotary shaft 1, whereby Then, the rotating shaft 21 is floated on the radial bearing 22, and the radial bearing 22 and the rotating shaft 21 are maintained in a non-contact state. The high-pressure air is collected in the annular exhaust groove 21b, and is sucked by a vacuum source such as a pump through the suction and exhaust hole 24b together with the air sucked for forming a vacuum through the vacuum hole 21a and the communication hole 21c. Is discharged outside.
[0008]
FIG. 4B shows the relationship between the porous body 22a, the annular exhaust groove 21b, and the suction and exhaust hole 24b in more detail. FIG. 4B shows an AA cross section of FIG. As shown in FIG. 4 (b), in order to achieve a non-contact bearing function, the suction / exhaust hole 24b communicating with the annular exhaust groove 21b is prevented from directly communicating with the porous body 22a. The housing 24 provided with the suction / exhaust hole 24b enters a hole formed in the porous body 22a.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-6-736
[Patent Document 2]
JP-A-2002-52429
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in recent years, as a rotary chuck mechanism that stably holds a rotating object while realizing rotation with a high rotation accuracy of 1 μm or less required for information equipment and processing equipment in recent years, as described above, Although examples have been proposed, these conventional examples still have the following problems and are insufficient.
[0012]
In the rotary chuck mechanism using the air connector, the smaller the diameter of the air connector 18 is, the lower the peripheral speed of the portion of the rotary shaft 11 corresponding to the air connector 18 is, which is advantageous in terms of heat generation. . However, such a mechanism has a problem that the structure of the air connector 18 is complicated and the overall length is long, so that the device cannot be downsized. Further, since the air connector 18 generates a force for attracting the rotating shaft 11, there is a possibility that a problem that the position of the rotating shaft 11 or the air connector 18 changes in the axial direction between during suction and during non-suction.
[0013]
Further, in the rotary chuck mechanism in which the exhaust passage for exhausting the compressed air and the air suction passage of the vacuum chuck are shared, no force is generated in the axial direction at the time of suction, which has been a problem with the mechanism using the air connector. In addition, there is an advantage that the length of the entire apparatus can be reduced.
[0014]
However, in this mechanism, since almost the entire surface of the radial bearing 22 is formed of the porous body 22a, the amount of air blown out of the porous body 22a is large, and the annular exhaust groove 21b and the porous body 22a are separated. Because of the communication, most of the air blown out from the porous body 22a passes through the annular exhaust groove 21b and is discharged to the outside. For this reason, in order to obtain a large levitation force, it is necessary to increase the amount of air supply and exhaust, and although not shown in the figure, it is necessary to devise measures such as recirculating exhaust air for air supply. Met.
[0015]
Also, the suction / exhaust hole 24b is independently connected to the annular exhaust groove 21b so that the flow of high-pressure air does not short-circuit directly to the suction / exhaust hole 24b through the porous body 22a or the annular air supply chamber 22b. As shown in FIG. 4 (b), it is necessary to adopt a structure in which a part of the porous body 22a in the circumferential direction is missing (the porous body 22a does not exist). There is a possibility that imbalance may occur and a problem that high-precision rotation cannot be obtained may occur. Further, since the porous body 22a is made of metal, fine machining portions such as burrs and burrs remain when machining such as drilling and groove formation. As a result, the rotating shaft 21 and the radial bearing 22 are There is also a problem that processing is extremely troublesome.
[0016]
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present invention provides a rotary chuck mechanism in which a rotating shaft floats uniformly on a bearing by static air pressure, the position of which can be constantly maintained, and high bearing rigidity can be obtained with a small amount of air. It is intended to be.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a rotary chuck mechanism according to the present invention includes a rotary shaft, a vacuum suction mechanism that holds an object to be rotated on the rotary shaft, and a radial bearing that rotatably supports the rotary shaft in a non-contact manner by static air pressure. And a thrust bearing, the rotating shaft includes a vacuum chuck for vacuum-sucking the rotating object, a vacuum hole formed in the axis of the rotating shaft, and a plurality of vacuum suction holes communicating with the vacuum hole. The radial bearing has an air outlet for blowing high-pressure air, lands provided on both sides of the air outlet, a vacuum suction groove surrounding the vacuum suction hole of the rotating shaft, and a vacuum suction hole communicating with the vacuum suction groove. And the land portion is further provided on both sides of the vacuum suction groove.
[0018]
Preferably, the air outlet is formed of a porous material.
[0019]
Further, the air outlet surface of the porous body as the air outlet, the land surface, and the suction opening surface of the vacuum suction groove may be formed flush.
[0020]
In addition, the air outlet is arranged to form a pair in the axial direction with respect to the vacuum suction groove, and the length of the land between the porous body and the vacuum suction groove is such that the length of the land during floating of the rotary shaft increases. The space between the land and the rotating shaft is at least 50 times as large as the gap, and the vacuum suction holes of the rotating shaft are arranged so as to be rotationally symmetric with respect to the axis of the rotating shaft. Is preferred.
[0021]
Further, the radial bearing is preferably made of ceramic.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, details of the rotary chuck mechanism according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic partial cross-sectional view of a rotary chuck mechanism according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part thereof, and FIG. It is a figure, (b) is BB sectional drawing of (a), (c) is sectional drawing similar to (b) provided with another structure of an air outlet.
[0023]
1 and 2, 1 is a rotating shaft, 2 is a radial bearing of the rotating shaft 1, 3 is a thrust bearing of the rotating shaft 1, 4 is a housing, 5 is a rotating object, and 6 is a rotating object. A vacuum chuck for holding 5 is an output shaft of a motor for rotatingly driving the rotating shaft 1.
[0024]
The rotating shaft 1 has a disk-shaped flange 1 a for forming an axial thrust bearing 3, and a vacuum formed along one axis of the rotating shaft 1 having one end connected to the vacuum chuck 6. The hole 1b has a plurality of vacuum suction holes 1c communicating with the other end of the vacuum hole 1b and extending in a radial direction from the vacuum hole 1b, that is, in a direction perpendicular to the vacuum hole 1b. The vacuum suction holes 1c are preferably arranged so as to be rotationally symmetric with respect to the axis of the rotating shaft 1. The vacuum hole 1b and the vacuum suction hole 1c constitute a passage for air sucked through the vacuum chuck 6 by a vacuum source (not shown) such as a vacuum pump.
[0025]
The radial bearing 2 is formed of a substantially cylindrical bearing main body 2 ′, and has one vacuum suction mechanism at a substantially central portion thereof, and a front portion (on the vacuum suction chuck 6 side) and a rear portion (on the thrust bearing 3 side). And an air supply mechanism as a floating mechanism of the rotating shaft 1 that makes a pair with the vacuum suction mechanism interposed therebetween.
[0026]
The vacuum suction mechanism surrounds all of the plurality of vacuum suction holes 1c of the rotating shaft 1, and thus communicates with all of the plurality of vacuum suction holes 1c, and is formed annularly along the inner peripheral surface of the bearing body 2 '. Inner vacuum suction groove 2d, a plurality of vacuum suction holes 2e communicating with the inner vacuum suction groove 2d, and extending toward the outer periphery in the radial direction, and all the plurality of vacuum suction holes 2e. The outer vacuum suction groove 2f formed in an annular shape along the line. 2'd is an opening surface of the inner vacuum suction groove 2d which opens toward the rotation axis 1.
[0027]
The air supply mechanism is a mechanism for floating the rotary shaft 1 by static air pressure. The air supply mechanism is fitted in an annular groove formed along the inner peripheral surface of the bearing main body 2 ′ to supply high-pressure air. An annular porous body 2a serving as an air blowing port for blowing toward the rotating shaft 1; an area which is disposed before and after the annular porous body 2a, does not blow high-pressure air, and simply flows high-pressure air blown from the porous body 2a; Therefore, the lands 2g and 2h (see FIG. 2) that generate flow resistance in the flow of the high-pressure air, the plurality of air supply holes 2b that supply high-pressure air to the porous body 2a as an air outlet, and the plurality of air supply holes 2b An annular air supply groove 2c communicates with all the air supply holes 2b and is formed annularly along the outer peripheral surface of the bearing body 2 '. In addition, 2'a is a high-pressure air blowing surface, that is, an inner peripheral surface of the annular porous body 2a. In this embodiment, an example is shown in which a pair of air supply mechanisms is provided with a vacuum suction mechanism interposed therebetween, but a plurality of air supply mechanisms may be provided.
[0028]
Further, as can be understood from FIG. 2A, the surfaces of the lands 2g and 2h are the inner peripheral surfaces of the bearing main body 2 '. Further, it is preferable that the blowing surface 2'a of the porous body 2a and the surfaces of the lands 2g and 2h are formed flush with each other, that is, in a cylindrical shape having the same inner diameter as shown in FIG. With such a flush configuration, there is no formation of an air pocket between the rotating shaft 1 and the blowing surface 2'a of the porous body 2a. The occurrence is prevented.
[0029]
Also, as shown in FIG. 2B, the porous body 2a is preferably formed continuously (integrally) in a ring shape. However, as shown in FIG. 2 (c), the porous bodies 2a are arranged annularly along the inner peripheral surface of the bearing main body 2 ′, but are discontinuous, that is, at intervals in the inner peripheral direction ( (Land part). In this case, the vacuum suction holes 2e formed in the bearing body 2 'need to be provided corresponding to the respective porous bodies 2a as shown in FIG. 2C.
[0030]
In order to form the porous body 2a integrally with the radial bearing 2, for example, if the radial bearing 2a is formed of a material that can be thermally expanded, the radial bearing main body 2 'is heated and expanded, and the radial bearing 2a is previously formed. What is necessary is just to fit the porous body 2a formed in a ring shape into the groove formed in the bearing main body 2 '. Alternatively, if the radial bearing 2 is formed of ceramic, an annular porous body 2a made of an organic material is placed in a mold before firing the ceramic, and a suspension of ceramic raw material is formed in the mold. A radial bearing 2 having a porous body 2a partially inside can be formed by pouring a sediment into a raw material and firing the raw material. As described above, when the radial bearing 2 is formed of ceramic, burrs and burrs do not occur during processing.
[0031]
The thrust bearing 3 has a porous body 3a as a high-pressure air blowout port for blowing high-pressure air toward the front and back surfaces of the disc-shaped flange 1a of the rotating shaft 1 to form a non-contact bearing, and a high-pressure air is applied to the porous body 3a. An air supply hole 3b for supplying air is included.
[0032]
The radial bearing 2 and the thrust bearing 3 are fixed to the housing 4. Further, the outside of the housing 4 is connected to a high-pressure air source (not shown) such as a compression pump through a connection pipe (not shown) to supply high-pressure air to the radial bearing 2, and the inside is annular. The air supply hole 4a communicating with the air supply groove 2c and the outside communicate with a vacuum source (not shown) through a connection pipe (not shown), and the inside communicates with the annular outside vacuum suction groove 2f of the radial bearing 2. A communicating vacuum suction hole 4b is formed.
[0033]
In the rotary chuck mechanism according to the present invention having the above-described configuration, the vacuum chuck 6, the vacuum hole 1b, the vacuum suction hole 1c, the inner vacuum suction annular groove 2d, the vacuum Air is sucked through the suction hole 2e, the outer vacuum suction annular groove 2f, and the vacuum suction hole 4b, so that the rotating object 5 can be sucked on the front surface of the vacuum chuck 6.
[0034]
On the other hand, when the compression pump in the high-pressure air source is driven, a porous body as an air outlet through the air supply hole 4a of the housing 4, the annular air supply groove 2c of the radial bearing 2, the air supply hole 2b, and the porous body 2a. High-pressure air is blown out from 2a, whereby air enters between the radial bearing 2 and the rotating shaft 1, and a bearing gap 9 is formed. The high-pressure air flows through the bearing gap 9 between the land 2g and the rotary shaft 1 and the bearing gap 9 between the land 2h and the rotary shaft 1, the inner vacuum suction annular groove 2d, the vacuum suction hole 2e, It is discharged to the atmosphere via the outer vacuum suction annular groove 2f and the vacuum suction hole 4b.
[0035]
When the high-pressure air passes through the bearing gap 9 between the lands 2g and 2h and the rotary shaft 1, the high-pressure air receives air resistance due to the narrowing of the flow path, thereby reducing the dynamic pressure of the high-pressure air. The pressure is changed to a pressure, and the rotating shaft 1 floats on the radial bearing 2. That is, the bearing gap 9 formed between the lands 2 g and 2 h of the radial bearing 2 and the rotary shaft 1 serves as a resistor against the flow of high-pressure air, restricts the air flow rate, and floats with respect to the rotary shaft 1. Power is increasing. Since the air resistance (flow resistance) of the bearing gap 9 is large, even if air is sucked from the inner vacuum suction groove 2d, no pressure drop occurs when high-pressure air passes through the porous body 2a. As a result, the rotating shaft 1 floats on the radial bearing 2 by the high-pressure air blown from the porous body 2a.
[0036]
In this way, the rotary chuck mechanism according to the present invention can rotatably vacuum-suck the rotating object 5.
[0037]
According to the present invention, the distance (distance) between the bearing gaps 9 formed between the lands 2g and 2h and the rotary shaft 1 can be set to 10 μm or less. The radial bearing 2 can sufficiently function as a non-contact bearing even if the bearing gap 9 is such a very small interval. The bearing gap 9 formed between the land 2h and the rotary shaft 1 connected to the annular inner vacuum suction groove 2d is different from the bearing gap 9 formed between the land 2g and the rotary shaft 1. Since the air is sucked by the vacuum source, it is necessary to increase the flow resistance of the high-pressure air flowing therethrough. In order to increase the flow resistance of the high-pressure air passing through the bearing gap 9, it is necessary to make the length of the land 2 h longer than the interval of the formed bearing gap 9. It has been found that the length is required to be at least 50 times the interval of the bearing gap 9. If the length of the land portion 2h is less than that, the flow resistance in the bearing gap 9 becomes small, causing a pressure drop when the high-pressure air passes through the porous body 2a, and the floating force of the rotating shaft 1 becomes small. The function as a non-contact bearing is impaired. From these facts, assuming that the bearing gap 9 is about 10 μm as in this embodiment, the length of the land 2h is preferably about 0.5 mm or more in this embodiment.
[0038]
In the present invention, the porous body 2a may be made of metal or a hard and brittle material such as ceramic. In any case, since the porous body 2a itself is not subjected to any processing, burrs and burrs do not occur. Further, by forming an annular air supply groove 2c and an annular outer vacuum suction groove 2f communicating with the air supply hole 2b or the vacuum suction hole 2e on the outer peripheral portion of the radial bearing 2, the shape of the housing 4 is simply cylindrical. It is possible to increase the processing accuracy.
[0039]
【The invention's effect】
The rotary chuck mechanism according to the present invention is configured to levitate a rotating shaft under static pressure and vacuum-suck an object to be rotated. The floating mechanism for rotatably floating static pressure and a vacuum suction mechanism for vacuum suction are integrated. The structure is simple, and the structure is simple, and high machining accuracy can be achieved.As a result, high rotational accuracy can be obtained. Can always be kept constant. Also, since the bearing clearance can be reduced, the bearing rigidity can be increased. Further, since the bearing is integrally formed, the length of the bearing can be reduced, which leads to a reduction in the size of the device and a reduction in manufacturing cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a rotary chuck mechanism according to an embodiment of the present invention, partially cut along an axial vertical plane.
2A and 2B are enlarged cross-sectional views of a main part of FIG. 1; FIG. 2A is a partially cross-sectional view along the axial vertical plane as in the cross-sectional portion of FIG. 1; Sectional drawing along line -B, (c) is a sectional view similar to (b) provided with another structure of the air outlet.
FIG. 3 is a schematic sectional view of a first conventional example.
4A and 4B are schematic partial cross-sectional views of a second conventional example, in which FIG. 4A is a partial cross-sectional view taken along an axial vertical plane, and FIG. FIG.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 rotating shaft 1a (rotating shaft) disk-shaped flange 1b (rotating shaft) vacuum hole 1c (rotating shaft) vacuum suction hole 2 radial bearing 2 '(radial bearing) bearing body 2a (radial bearing) porous body 2'a Blow-off surface 2b (of a porous body) Air supply hole 2c (of a radial bearing) Annular air supply groove 2d (of a radial bearing) Inner vacuum suction annular groove 2e Vacuum suction hole 2f (of a radial bearing) Outer vacuum suction annular groove 2g (for radial bearing) 2g, 2h Land portion (for radial bearing) 3 Thrust bearing 3a Porous body 3b (for thrust bearing) Air supply hole 4 (for thrust bearing) Housing 4a Air supply hole 4b (for housing) Vacuum suction hole (of housing) 5 Rotated object 6 Vacuum chuck 7 Motor output shaft 9 Bearing gap 11 Rotary shaft 11a Air passage 12 Radial bearing 13 Thrust bearing 14 c Housing 15 Rotated object 16 Vacuum chuck 17 Motor 18 Air connector 18a Air supply passage 18b Suction passage 21 Rotating shaft 21a Vacuum suction hole 21b Annular exhaust groove 21c Communication hole 22 Radial bearing 22a Porous body 22b Annular air supply chamber 23 Closure ( Thrust bearing)
24 Housing 24a Annular air supply chamber 24b Suction / exhaust hole 25 Rotated object 26 Vacuum chuck 27 Motor output shaft
