JP2005349540A - スピンドル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】連通通路に吸い込まれた異物等を外部に排出すると共に、隙間への異物等の侵入を防止するスピンドル装置を提供する。
【解決手段】真空チャックに一端を開口する連通通路を形成した回転軸と、回転軸を転がり軸受を介して回転自在に支持する円筒状のハウジングと、ハウジングの円筒壁に設けられた連通通路を吸引する吸引穴とを備えたスピンドル装置に、ハウジングの内周面に嵌合して転がり軸受の外輪に当接する外輪間座と、回転軸の外周に形成された円盤状の回転フランジの外周面に形成された連通通路に連通する外周環状溝と、回転フランジの一の面の付根部を軸方向に掘り込んで形成された円環溝と、外輪間座の内周面に設けられた回転フランジを内包し吸引穴に連通する内周環状溝と、内周環状溝の回転軸側に設けられた円環溝に嵌合する嵌合壁とを設け、回転軸の外周面と外輪間座の内周面とで形成されるシール隙間を内周環状溝の両方の外側に設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体や液晶パネル、ハードディスク、光ディスク等のディスク製造装置等の真空チャックを回転させるスピンドル装置に関する。

従来のスピンドル装置は、回転軸を転がり軸受を介して円筒状のハウジングにより回転自在に支持し、真空チャックとハウジングの円筒壁に設けた吸引穴とを回転軸に設けた連通通路によりチャック用吸引ポケットを介して連通させると共にチャック用吸引ポケットを回転軸の外周面とハウジングの内周面で形成される隙間に連通させ、チャック用吸引ポケットの両側に隙間に連通する補助吸引ポケットを設けて真空チャックの吸引時や吸引の停止時に連通通路から空気と共に吸い込まれる塵や研磨かす、研磨液等の個体や液体（異物等という。）を補助吸引ポケットを吸引することにより外部に排出して隙間に異物が入り込むことを防止している（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−２２４９２４号公報（第３頁段落００１９−００２７および第４頁段落００３１−３３、第１図）

しかしながら、上述した従来の技術においては、連通通路によりチャック用吸引ポケットに吸い込まれた異物等を補助吸引ポケットの吸引により隙間を通過させた後に外部へ排出しているため、異物等の大きさによっては隙間に噛み込む虞や、装置の停止時に隙間に異物等が残留してしまう虞があり、円滑な回転軸の回転を維持することができなくなる可能性があるという問題がある。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、連通通路に吸い込まれた異物等を外部に排出すると共に、隙間への異物等の侵入を防止する手段を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、真空チャックと、該真空チャックに一端を開口する連通通路を形成した回転軸と、該回転軸を転がり軸受を介して回転自在に支持する円筒状のハウジングと、該ハウジングの円筒壁に設けられた前記連通通路を吸引する吸引穴とを備えたスピンドル装置において、前記ハウジングの内周面に嵌合し、前記転がり軸受の外輪に当接する外輪間座と、前記回転軸の外周に形成された円盤状の回転フランジと、該回転フランジの外周面に形成された前記連通通路の他端が開口する外周環状溝と、前記回転フランジの一の面の付根部を前記回転軸の軸方向に掘り込んで形成された円環溝と、前記外輪間座の内周面に設けられ、前記回転フランジを内包すると共に前記吸引穴に連通する内周環状溝と、該内周環状溝の前記回転軸側に設けられた前記円環溝に嵌合する嵌合壁とを備え、前記回転軸の外周面と前記外輪間座の内周面とで形成されるシール隙間を、前記内周環状溝の両方の外側に設けたことを特徴とする。

これにより、本発明は、吸引時に連通通路から吸い込まれた異物等をシール隙間から離れた部位を経由して外部に排出することができ、シール隙間への異物等の侵入を防止して回転軸を常に円滑に回転させることができるという効果が得られる。

以下に、図面を参照して本発明によるスピンドル装置の実施例について説明する。

図１は実施例のスピンドル装置を示す断面図、図２は実施例の吸引穴近傍を示す拡大断面図、図３は実施例の加圧穴近傍を示す拡大断面図である。
図１において、１はスピンドル装置である。
２はスピンドル装置１に取付けられた真空チャックであり、真空により図示しないディスク等の工作物を吸着して固定する工作物固定面２ａおよび工作物固定面２ａに載置された工作物を吸引するための溝２ｂを有する円盤状の回転テーブルであって、その中心部には真空導入口２ｃが形成されたボス部２ｄが設けられており、ボルト等により回転軸３の一端に取付られる。

回転軸３は、合金鋼等の鋼材で製作された棒状部材であって、その一端にボス部２ｄとＯリングを間装して嵌合する嵌合穴３ａが設けられると共に、嵌合穴３ａの底面から軸芯に沿って穿孔された中心穴４ａと、この中心穴４ａと回転軸３の外周面３ｂとの間を半径方向に連通する横穴４ｂとが形成されている。
５はハウジングであり、合金鋼等の鋼材で製作された円筒状部材であって、その一端には一方の転がり軸受６ａの外輪を係止すると共にハウジング５の内周面５ａにＯリングを間装して嵌合する外輪押え７がボルト等により締結されている。

８は内輪押えであり、回転軸３の他端に設けられたネジ部に締結されて他方の転がり軸受６ｂの内輪を係止する。
転がり軸受６ａ、６ｂは、背面合わせに配置されたグリース等の潤滑剤を封入した両密封型のアンギュラ玉軸受等であって、それぞれの内輪が回転軸３の外周面３ｂに嵌合し、外輪がハウジング５の内周面５ａに嵌合して回転軸３をハウジング５に対して回転自在に支持する。

９はシール部材であり、ラビリンスシールやエアシール等の非接触シールまたはオイルシールや磁性流体シール等の接触シールであって、ハウジング５と回転軸３との間をシールしてハウジング５の内部と外部とを封止する。
また、回転軸３の他端は、図示しないモータ等の駆動装置に連結しており、回転軸３を介して真空チャック２が回転駆動される。

１０は内輪間座であり、合金鋼等の鋼材で製作された円筒状部材であって、両方の転がり軸受６ａ、６ｂの内輪に間に配置されており、その内周面は回転軸３の外周面３ｂに２つのＯリングを間装して嵌合し、回転軸３と一体に回転する。
１１ａ、１１ｂは第１および第２の外輪間座であり、それぞれ合金鋼等の鋼材で製作された円筒状部材であって、両方の転がり軸受６ａ、６ｂの外輪の間に第１の外輪間座１１ａと第２の外輪間座１１ｂを突き合わせて一体として配置（この状態を外輪間座１１という。）されており、それぞれの外周面はハウジング５の内周面５ａにＯリングを間装して嵌合している。

転がり軸受６ａ、６ｂの外輪は、外輪間座１１とハウジング５の他端の段部および外輪押え７の転がり軸受６ａ側の端面とで挟み込んで外輪押え７をハウジング５の一端に締結することにより固定される。
また、内輪間座１０の回転軸３の軸方向（単に軸方向という。）の長さは、外輪間座１１の長さよりも短く設定され、つまり転がり軸受６ａ、６ｂのそれぞれの内輪を内輪間座１０を挟んで回転軸３の一端に設けられた段部と他端の内輪押え８との間に内輪押え８により締付けたときに転がり軸受６ａ、６ｂに適正な予圧が与えられるように設定される。これにより、回転軸３の軸方向の遊びがない状態で真空チャック２を円滑に回転させることができる。

図２において、１５は回転フランジであり、内輪間座１０の外周面の軸方向の略中央部に形成された比較的厚手の円盤状部材であって、その外周面には横穴４ｂに連通する貫通孔１６が開口する外周環状溝１７が形成されている。また回転フランジ１５の一の面の内輪間座１０との付根部１８には、付根部１８を軸方向に掘り込んだ円環溝１９が形成されている。本実施例の円環溝１９は円周方向の全周に渡る略四角断面の溝として形成されている。

２０は内周環状溝であり、外輪間座１１の内周面に、回転フランジ１５を内包する形状に形成され、その回転フランジ１５の一の面に対向する側面には円周方向の全周に渡る略四角断面の溝であるポケット部２１が設けられている。また内周環状溝２０の内輪間座１０側には内輪間座１０の外周面と隙間を介して対向し、回転フランジ１の円環溝１９に隙間を介して嵌合する略四角断面の嵌合壁２２が円周方向の全周に渡って設けられる。

本実施例の図２に示す内周環状溝２０は、第１の外輪間座１１ａと第２の外輪間座１１ｂとの突当て部２３が内周環状溝２０の底面に形成された例を示したが、突当て部２３の位置は前記に限らず、例えば図２において内周環状溝２０の上側の側面であってもよい。
２５は吸引穴であり、ハウジング５の円筒壁に設けられ、外輪間座１１の外周面から内周環状溝２０およびポケット部２１に連通する止り穴２６に連通する。

また、吸引穴２５には図示しない真空ポンプ等の吸引装置が接続され、吸引穴２５に負圧が供給される。なおこの負圧の供給は図示しないソレノイド等の開閉装置により供給および停止が可能なように構成されている。
上記の中心穴４ａ、横穴４ｂおよび貫通孔１６により真空チャック２と外周環状溝１７を連通する連通通路２７が形成され、外周環状溝１７を内包する内周環状溝２０に止り穴２６を介して連通する吸引穴２５から連通通路２７の空気が吸引される。

２８は内周環状溝２０の両方の外側に、内輪間座１０の外周面と外輪間座１１の内周面の間の隙間を比較的小さくして形成したシール隙間であり、それぞれの環状の通路断面積は連通通路２７の通路断面積より小さく設定されており、吸引穴２５から連通通路２７の空気を吸引した時の負圧の低下を防止している。
図３（本図の回転軸３は図１に示す回転軸３を１８０度回転させた状態で図示してある。）において、３０は内周環状溝２０の両方の外側に形成された加圧穴であり、ハウジング５の円筒壁に設けられ、外輪間座１１の外周面から内周環状溝２０の周囲に設けられた広い隙間３１の外側端部に貫通する貫通孔３２により内周環状溝２０を介して外周環状溝１７に連通する。

また、加圧穴３０には作動媒体である空気の図示しない空気ポンプまたは工場エア等の加圧装置が接続され、加圧穴３０に供給された正圧は貫通孔３２、広い隙間３１、内周環状溝２０、外周環状溝１７を経由して連通通路２７に供給され、真空チャック２に負圧により吸着された工作物の固定を解除すると共に真空チャック２の工作物固定面２ａおよび溝２ｂのクリーニングをする。なおこの正圧の供給は図示しないソレノイド等の開閉装置により供給および停止が可能なように構成されている。

上記の構成の作用について説明する。
本実施例のスピンドル装置１の組立は、回転軸３に転がり軸受６ａの内輪を嵌合させて回転軸３の一端の段部に当接させ、第１の外輪間座１１ａにＯリングを装着して転がり軸受６ａの外輪に当接させ、回転軸３に２本のＯリングを装着して内輪間座１０をその貫通孔１６と回転軸の横穴４ｂとの位相を合わせて回転軸３に挿し込み、次いでＯリングを装着した第２の外輪間座１１ｂを内輪間座１０に挿し込んで回転フランジ１５の円環溝１９に第２の外輪間座１１ｂに形成された嵌合壁２２を嵌め込み、その後に回転軸３の他端に転がり軸受６ｂの内輪を嵌合させてその外輪を外輪間座１１に当接させ、内輪押え８を回転軸３の他端のネジ部に締付けて回転軸組立体を組立てる。

そして、この回転軸組立体をハウジング５の一端から、外輪間座１１の外周面の止り穴２６および貫通孔３２と、吸引穴２５および加圧穴３０との位相を合わせながらハウジング５の内周面５ａに嵌合させて挿入し、転がり軸受６ｂの外輪をハウジング５の他端の段部に当接させ、Ｏリングを装着した外輪押え７を転がり軸受６ａの外輪に当接させてハウジング５の一端に押込み、ボルト等により締結して転がり軸受６ａ、６ｂの外輪を固定してスピンドル装置１を組立てる。

このようにして組立てたスピンドル装置１は、回転軸３の一端に設けられた嵌合穴３ａにＯリングを装着した真空チャック２のボス部２ｄを嵌合し、ボルト等で回転軸３の一端に締結した後に縦配置にして図示しないディスク製造装置等に装着され、吸引穴２５には吸引装置からの負圧が、２つの加圧穴３０には加圧装置からの正圧がつなぎ込まれる。
真空チャック２に工作物を固定する場合は、開閉装置の閉鎖により加圧穴３０への正圧の供給を停止させた状態で、吸引穴２５から負圧を供給する。

この時、図２に破線の矢印Ａで示す経路、つまり吸引穴２５、止り穴２６、内周環状溝２０、外周環状溝１７および連通通路２７からなる経路を経由して連通通路２７の真空チャック２の側の開口から、真空導入口２ｃを介して真空チャック２と工作物との間の空気を吸引して工作物を真空チャック２に固定した後に回転軸３を回転させる。
この吸引の時に、真空チャック２や工作物等に付着していた異物等が空気と共に連通通路２７に吸い込まれ、連通通路２７の外周環状溝１７への開口から外周環状溝１７と内周環状溝２０とで形成される空間に放出される。この空間は連通通路２７の通路断面積に較べて充分に広い空間であるので、空気は一旦減速され、比較的重い異物等はその慣性により内周環状溝２０の底面に衝突した後に底面を伝ってポケット部２１へ集められる。

空気の減速時に外周環状溝１７の壁面や回転フランジ１５の壁面に付着した異物等は、回転軸３の回転による遠心力により内周環状溝２０の底面の方向に振り飛ばされて内周環状溝２０の底面に衝突し、前記と同様にポケット部２１へ集められる。
このようにしてポケット部２１に集められた異物等はポケット部２１に開口している止り穴２６により吸引穴２５から吸い出されて外部へ排出される。

また、空気の減速時に空気中に浮遊している異物等は吸引される空気と共に吸引穴２５から外部へ排出される。
このように異物等がシール隙間２８とは離れた部位を経由して吸引穴２５から外部へ排出されるので、シール隙間２８に異物等が侵入することはない。
なお、真空チャック２による工作物の固定の解除または製造装置の停止等により負圧の供給が停止したときに、外周環状溝１７や内周環状溝２０に残留した異物等は自重によりポケット部２１に集まり、嵌合壁２２により下側の広い隙間３１への移動を妨げられるので、下側のシール隙間２８に異物等が達することはない。

真空チャック２による工作物の固定を解除する場合は、回転軸３の回転を停止させ、開閉装置の閉鎖により吸引穴２５への負圧の供給を停止させた状態で、２つの加圧穴３０から均等に正圧を供給する。
この時、図３に破線の矢印Ｂで示す経路、つまりそれぞれの加圧穴３０、貫通孔３２、広い隙間３１を経て内周環状溝２０で合流した後に外周環状溝１７および連通通路２７で接続される経路を経由して連通通路２７の真空チャック２の側の開口から、真空導入口２ｃを介して真空チャック２と工作物との間へ加圧空気を供給して真空チャック２に固定されている工作物の固定を解除およびクリーニングをする。

この加圧空気の供給は、貫通孔３２を経由して広い隙間３１の外側の端部、つまりシール隙間２８と広い隙間３１の境界部に供給され、主に広い隙間３１側に流出するので、シール隙間２８に異物等が押込まれることはない。
また、ポケット部２１により回転フランジ１５の一の面との間に比較的広い空間が形成されているので、加圧空気はポケット部２１に集まった異物等の上部を通過し、加圧空気への異物等の混入が防止される。このことは異物等に液体が多く含まれる場合に特に有効である。

なお、本実施例では、スピンドル装置１の組立の都合上内輪間座１０は回転軸３とは別に設けるとして説明したが、例えば回転軸３の一端に他端と同様のネジ部を設け、これに内輪押え８と同様の内輪押えで転がり軸受６ａを締付け、その内輪押えの外周面にシール部材９を介して外輪押え７を嵌合するようにして、内輪間座１０を回転軸３と一体に成形するようにしてもよい。

以上説明したように、本実施例では、回転軸と一体に回転する内輪間座の外周に回転フランジを形成し、その外周面に形成した連通通路が開口する外周環状溝を外輪間座の内周環状溝に内包させ、回転フランジの一の面の付根部に形成した円環溝に内周環状溝に設けた嵌合壁を嵌合させると共にシール隙間を内周環状溝の両方の外側に形成するようにしたことによって、吸引時に連通通路から吸い込まれた異物等をシール隙間から離れた部位を経由して外部に排出することができ、シール隙間への異物等の侵入を防止して回転軸を常に円滑に回転させることができる。

また、回転フランジの一の面の付根部に形成した円環溝に内周環状溝に設けた嵌合壁を嵌合させるようにしたことによって、異物等のシール隙間への移動を遮断してシール隙間の近傍を常に清浄に保つことができ、シール隙間への異物等の侵入を防止することができる。このことは特に負圧の供給の停止時に有効である。
更に、回転フランジの一の面に対向する内周環状溝の側面にポケット部を設けて吸引穴に連通させるようにしたことによって、ポケット部に集まった異物等を円滑に吸引穴から排出することができると共に、回転フランジの一の面との間に形成される比較的広い空間により加圧空気の供給時に加圧空気への異物等の混入を防止することができる。このことは異物等に液体が多く含まれる場合に特に有効である。

更に、内周環状溝の外側に加圧穴を設けて内周環状溝に加圧空気を供給するようにしたことによって、広い隙間とシール隙間の境界部に加圧空気を供給することができ、シール隙間に異物等が押込まれることを防止することができる。
なお、本実施例では、作動媒体は空気であるとして説明したが、作動媒体は空気に限らず、窒素やアルゴンガス等の不活性ガス等であってもよい。

また、本実施例では、円環溝は円周方向の全周に渡る略四角断面の溝として説明したが、円環溝の内周環状溝側の面を回転フランジの一の面に向って拡大する傾斜面としてもよい。これにより回転軸が回転しているときに万一嵌合壁との間の隙間に異物等が侵入した場合にその異物等を遠心力により傾斜面に沿って内周環状溝側に押戻すことができる。
更に、本実施例では、吸引穴と加圧穴の取付角度は１８０度ずらせて設けるとして説明したが、取付角度は吸引穴と加圧穴とが干渉しない位置であればどのような角度であってもよい。

更に、本実施例では、吸引と加圧を両方行うスピンドル装置を用いて説明したが、吸引のみ、または加圧のみを行うスピンドル装置に適用しても上記と同様の効果を奏することができる。

実施例のスピンドル装置を示す断面図 実施例の吸引穴近傍を示す拡大断面図 実施例の加圧穴近傍を示す拡大断面図

符号の説明

１ スピンドル装置
２ 真空チャック
２ａ 工作物固定面
２ｂ 溝
２ｃ 真空導入口
２ｄ ボス部
３ 回転軸
３ａ 嵌合穴
３ｂ 外周面
４ａ、中心穴
４ｂ 横穴
５ ハウジング
５ａ 内周面
６ａ、６ｂ 転がり軸受
７ 外輪押え
８ 内輪押え
９ シール部材
１０ 内輪間座
１１ 外輪間座
１１ａ 第１の外輪間座
１１ｂ 第２の外輪間座
１５ 回転フランジ
１６、３２ 貫通孔
１７ 外周環状溝
１８ 付根部
１９ 円環溝
２０ 内周環状溝
２１ ポケット部
２２ 嵌合壁
２３ 突当て部
２５ 吸引穴
２６ 止り穴
２７ 連通通路
２８ シール隙間
３０ 加圧穴
３１ 広い隙間

Claims (3)

1. 真空チャックと、該真空チャックに一端を開口する連通通路を形成した回転軸と、該回転軸を転がり軸受を介して回転自在に支持する円筒状のハウジングと、該ハウジングの円筒壁に設けられた前記連通通路を吸引する吸引穴とを備えたスピンドル装置において、
   前記ハウジングの内周面に嵌合し、前記転がり軸受の外輪に当接する外輪間座と、
   前記回転軸の外周に形成された円盤状の回転フランジと、
   該回転フランジの外周面に形成された前記連通通路の他端が開口する外周環状溝と、
   前記回転フランジの一の面の付根部を前記回転軸の軸方向に掘り込んで形成された円環溝と、
   前記外輪間座の内周面に設けられ、前記回転フランジを内包すると共に前記吸引穴に連通する内周環状溝と、
   該内周環状溝の前記回転軸側に設けられた前記円環溝に嵌合する嵌合壁とを備え、
   前記回転軸の外周面と前記外輪間座の内周面とで形成されるシール隙間を、前記内周環状溝の両方の外側に設けたことを特徴とするスピンドル装置。
2. 請求項１において、
   前記回転フランジの一の面に対向する前記内周環状溝の側面にポケット部を設け、該ポケット部を前記吸引穴に連通させたことを特徴とするスピンドル装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記内周環状溝の両方の外側に、該内周環状溝に加圧された作動媒体を供給する加圧穴を設けたことを特徴とするスピンドル装置。

Images