JP2008138783A - 静圧気体軸受スピンドル - Google Patents

Abstract

【課題】弾性支持部による環状空間のシールおよび回転軸の振れ回り振動の減衰の機能を十分に確保しつつ、軸受スリーブにおける電荷の蓄積を抑制し、放電による損傷の発生を抑制可能な静圧気体軸受スピンドル提供する。
【解決手段】静圧気体軸受スピンドル１は、回転軸１０と、回転軸１０の外周面１０Ａを取り囲むように配置された軸受スリーブ２０と、軸受スリーブ２０を取り囲み、軸受スリーブ２０を支持するハウジング３０と、軸受スリーブ２０とハウジング３０との間に配置された弾性支持部４０とを備えている。そして、弾性支持部４０は、Ｏリング４１と、Ｏリング４１の表面に塗布された導電性を有する導電性グリース７１とを含むことにより、導電性を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、静圧気体軸受スピンドルに関し、より特定的には、軸受スリーブから当該軸受スリーブに隣接する部材への放電による損傷の発生を抑制可能な静圧気体軸受スピンドルに関するものである。

静電塗装機、精密加工機、半導体製造装置などの機械装置において、部材を高速で回転させるために静圧気体軸受スピンドルが使用される場合がある。この静圧気体軸受スピンドルとしては、回転軸と、回転軸の外周面を取り囲むように配置された軸受スリーブと、当該軸受スリーブを、Ｏリングを介して支持するハウジングとを備えたものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

以下、従来の静圧気体軸受スピンドルについて説明する。図４は、特許文献１に開示された従来の静圧気体軸受スピンドルの構成を示す概略部分断面図である。図４を参照して、特許文献１において開示された従来の静圧気体軸受スピンドル１００は、回転軸１１０と、軸受隙間１５１を隔てて回転軸１１０の外周面を取り囲むように配置される軸受スリーブ１２０と、軸受スリーブ１２０を取り囲み、軸受スリーブ１２０を支持するハウジング１３０と、軸受スリーブ１２０とハウジング１３０との間に配置されたＯリング１４１とを備えている。

Ｏリング１４１は、一般にニトリルゴムなどのゴムからなっている。また、軸受スリーブ１２０は、金属製の外筒部材１２２と、外筒部材１２２の内周面に嵌め込まれた黒鉛製の内筒部材１２１とからなっている。さらに、軸受スリーブ１２０には、回転軸１１０を支持するための軸受用気体を軸受隙間１５１に供給するノズル１５２Ａが複列に、かつ周方向に複数個形成されている。ノズル１５２Ａは、スリーブ給気路１５２と、軸受スリーブ１２０、ハウジング１３０およびＯリング１４１により囲まれた環状空間１５３と、給気通路１５４とを介して図示しない軸受用気体供給部に接続されている。回転軸１１０の一方の端部には、工具などの所望の部材を保持する保持部１１１が形成されている。

次に、従来の静圧気体軸受スピンドル１００の動作を説明する。図示しない軸受用気体供給部から供給された高圧の軸受用気体が、給気通路１５４、環状空間１５３、スリーブ給気路１５２およびノズル１５２Ａを介して軸受隙間１５１に供給されることにより、回転軸１１０は、軸受スリーブ１２０に対して回転自在に非接触支持される。そして、回転軸１１０が図示しない駆動手段により駆動力を与えられることにより、回転軸１１０の周方向に回転する。

このとき、Ｏリング１４１を介して軸受スリーブ１２０がハウジング１３０に支持されていることにより、環状空間１５３が気密にシールされるとともに、回転軸１１０の振れ回り振動を減衰させることができる。
特開２００２−２９５４７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の静圧気体軸受スピンドルを含め、軸受スリーブをゴムなどの絶縁体からなるＯリング１４１などの弾性支持部を介してハウジングに対して保持する従来の静圧気体軸受スピンドルにおいては、以下のような問題点があった。すなわち、静圧気体軸受スピンドルは、機械装置に組み込まれて使用される際、内部の部材に電荷が蓄積され、当該電荷による放電の結果、電荷が蓄積された部材自身、あるいはこれに隣接する部材に損傷が発生するおそれがある。この問題点は、静圧気体軸受スピンドルの各部位を接地することにより、基本的には解消することができる。たとえば、静圧気体軸受スピンドルが静電塗装機に使用される場合、静電塗装を行なうために空気中を浮遊する塗料に対して高電圧が印加されるため、静圧気体軸受スピンドルの各部位は、接地される。

しかし、上述のように、軸受スリーブをゴムなどからなる絶縁性の弾性支持部を介してハウジングに対して保持する従来の静圧気体軸受スピンドルでは、軸受スリーブとハウジングとの間が電気的に遮断されている。そのため、軸受スリーブには電荷が蓄積し、当該電荷による放電により、軸受スリーブおよび軸受スリーブに隣接する部材に損傷が発生するおそれがある。また、単に軸受スリーブと軸受スリーブに隣接する部材とを電気的に接続する部材を配置する対策では、弾性支持部による環状空間のシールおよび回転軸の振れ回り振動の減衰の機能が十分に発揮されなくなる可能性がある。

そこで、本発明の目的は、弾性支持部による環状空間のシールおよび回転軸の振れ回り振動の減衰の機能を十分に確保しつつ、軸受スリーブにおける電荷の蓄積を抑制し、放電による損傷の発生を抑制可能な静圧気体軸受スピンドルを提供することである。

本発明に従った静圧気体軸受スピンドルは、回転軸と、回転軸の外周面を取り囲むように配置された軸受スリーブと、軸受スリーブを取り囲み、軸受スリーブを支持するハウジングと、軸受スリーブとハウジングとの間に配置された弾性支持部とを備えている。そして、当該弾性支持部は導電性を有している。

本発明の静圧気体軸受スピンドルにおいては、軸受スリーブとハウジングとの間に配置された弾性支持部として、導電性を有する弾性支持部が採用されている。そのため、弾性支持部により軸受スリーブとハウジングとが電気的に接続されており、ハウジングを接地しておくことにより、軸受スリーブにおける電荷の蓄積を抑制することができる。また、本発明の静圧気体軸受スピンドルにおいては、軸受スリーブとハウジングとの電気的接続のために、導電性を有する他の部材を別途配置するのではなく、弾性支持部自体が導電性を有している。そのため、環状空間をシールしつつ回転軸の振れ回り振動を減衰させるという弾性支持部の機能は、他の部材により阻害されない。その結果、本発明の静圧気体軸受スピンドルによれば、弾性支持部による環状空間のシールおよび回転軸の振れ回り振動の減衰の機能を十分に確保しつつ、軸受スリーブにおける電荷の蓄積を抑制し、放電による損傷の発生を抑制可能な静圧気体軸受スピンドル提供することができる。

上記本発明の静圧気体軸受スピンドルにおいては、弾性支持部は、弾性部材と、弾性部材の表面に塗布された導電性を有する導電性材料とを含むものであってもよい。

これにより、弾性部材の素材としてゴムなどの絶縁体を採用した場合でも、表面に塗布された導電性材料が軸受スリーブとハウジングとを電気的に接続する。そのため、弾性部材により環状空間のシールおよび回転軸の振れ回り振動の減衰の機能を確保するとともに、導電性材料により軸受スリーブにおける電荷の蓄積を抑制することができる。

上記本発明の静圧気体軸受スピンドルにおいては、弾性支持部は、導電性を与える導電性配合剤が配合された導電性弾性部材を含むものであってもよい。

これにより、弾性部材自体に導電性が付与されるため、当該弾性部材により環状空間のシールおよび回転軸の振れ回り振動の減衰の機能を確保するとともに、軸受スリーブにおける電荷の蓄積を抑制することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明の静圧気体軸受スピンドルによれば、弾性支持部による環状空間のシールおよび回転軸の振れ回り振動の減衰の機能を十分に確保しつつ、軸受スリーブにおける電荷の蓄積を抑制し、放電による損傷の発生を抑制可能な静圧気体軸受スピンドル提供することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
まず、本発明の一実施の形態である実施の形態１における静圧気体軸受スピンドルの構成について説明する。図１は、実施の形態１における静圧気体軸受スピンドルの構成を示す概略部分断面図である。また、図２は、図１の要部を拡大して示した概略部分断面図である。

図１および図２を参照して、実施の形態１における静圧気体軸受スピンドル１は、回転軸１０と、軸受隙間５１を隔てて回転軸１０の外周面１０Ａを取り囲むように配置された軸受スリーブ２０と、軸受スリーブ２０を取り囲み、軸受スリーブ２０を支持するハウジング３０と、軸受スリーブ２０とハウジング３０との間に配置された弾性支持部４０とを備えている。

弾性支持部４０は、絶縁体からなる弾性部材としてのＯリング４１と、Ｏリング４１の表面に塗布された導電性を有する導電性材料としての導電性グリース７１を含んでいる。すなわち、弾性支持部４０の表面には、導電性グリース７１が塗布されている。その結果、導電性グリース７１が電流のパスとして機能し、弾性支持部４０は、導電性を有している。Ｏリング４１は、軸受スリーブ２０の両端面と、外周面の軸方向両端部付近に各２つ、合計４つ配置されている。導電性グリース７１は、少なくとも１つのＯリング４１の表面に塗布されていればよいが、弾性支持部４０による軸受スリーブ２０とハウジング３０との電気的接続をより確実なものとするためには、複数のＯリング４１の表面に導電性グリース７１が塗布されていることが好ましく、図１および図２に示すように、全てのＯリング４１の表面に導電性グリース７１が塗布されていることがより好ましい。

ここで、導電性グリースとしては、軸受用気体へのグリース成分の飛散を抑えるため、好ましくは揮発性の低いシリコーングリース、フッ素系グリースなどのグリースを主成分とし、これに導電性を付与するためにアルミ等の金属微粒子、カーボン粉末などの導電性を有する添加剤を添加したものを採用することができる。

Ｏリング４１は、絶縁体であるニトリルゴムからなっているが、フッ素ゴム、シリコンゴムなどの素材が採用されてもよい。また、軸受スリーブ２０は、円筒状の形状を有し、ステンレス、アルミ、鋼などの金属製の外筒部材２２と、外筒部材２２の内周面に適切な締め代で嵌め込まれた黒鉛製の内筒部材２１とを含んでいる。さらに、軸受スリーブ２０には、回転軸１０を支持するための軸受用気体を軸受隙間５１に供給するためのノズル５２Ａが複列に（図１では２列に）、かつ周方向に複数個形成されている。

さらに、軸受スリーブ２０には、ノズル５２Ａと、軸受スリーブ２０、ハウジング３０およびＯリング４１により囲まれた環状空間５３とを接続するように、軸受スリーブ２０を径方向に貫通するスリーブ給気路５２が形成されている。また、ハウジング３０には、回転軸１０を支持するための軸受用気体を供給する軸受用気体供給部（図示しない）と環状空間５３とを接続する給気通路５４が形成されている。軸受用気体供給部には、エアコンプレッサなどの高圧気体供給源が接続されている。すなわち、ノズル５２Ａは、スリーブ給気路５２、環状空間５３、および給気通路５４を介して図示しない軸受用気体供給部に接続されている。また、回転軸１０の一方の端部には、工具などの所望の部材を保持する保持部１１が形成されている。

以上の構成により、回転軸１０は、気体軸受（ジャーナル軸受）として機能する軸受スリーブ２０により、ハウジング３０に対して軸方向に垂直な方向（ラジアル方向）に非接触に支持されている。さらに、回転軸１０は、軸方向（アキシアル方向）においても、図示しない気体軸受（スラスト軸受）によりハウジング３０に対して非接触に支持されている。

次に、静圧気体軸受スピンドル１の動作について説明する。図示しない軸受用気体供給部から供給された圧縮空気などの高圧の軸受用気体が、給気通路５４、環状空間５３、スリーブ給気路５２およびノズル５２Ａを介して軸受隙間５１に供給されることにより、回転軸１０は、軸受スリーブ２０に対して回転自在に非接触支持される。そして、回転軸１０が図示しない駆動手段により駆動力を与えられることにより、保持部１１に工具などを保持した状態で、回転軸１０の周方向に回転する。駆動手段としては、ビルトインモータ、エアタービンなどを採用することができる。

上記実施の形態１の静圧気体軸受スピンドル１においては、軸受スリーブ２０とハウジング３０との間に配置された弾性支持部として、導電性を有する弾性支持部４０が採用されている。そのため、弾性支持部４０により軸受スリーブ２０とハウジング３０とが電気的に接続されており、ハウジング３０を接地しておくことにより、軸受スリーブ２０における電荷の蓄積を抑制することができる。また、上記実施の形態１の静圧気体軸受スピンドル１においては、軸受スリーブ２０とハウジング３０との電気的接続のために、導電性を有する他の部材を別途配置するのではなく、弾性支持部４０自体が導電性を有している。そのため、環状空間５３をシールしつつ回転軸１０の振れ回り振動を減衰させるという弾性支持部４０の機能は、他の部材により阻害されない。その結果、上記静圧気体軸受スピンドル１によれば、弾性支持部４０による環状空間５３のシールおよび回転軸１０の振れ回り振動の減衰の機能を十分に確保しつつ、軸受スリーブ２０における電荷の蓄積を抑制し、放電による損傷の発生を抑制可能な静圧気体軸受スピンドル提供することができる。

より具体的には、上記実施の形態１の静圧気体軸受スピンドル１においては、弾性支持部４０は、軸受スリーブ２０とハウジング３０との間に配置された弾性部材としてのＯリング４１と、Ｏリング４１の表面に塗布された導電性を有する導電性材料としての導電性グリース７１とを含んでいるため、導電性グリース７１が軸受スリーブ２０とハウジング３０とを電気的に接続している。その結果、Ｏリング４１により環状空間５３のシールおよび回転軸１０の振れ回り振動の減衰の機能を確保するとともに、導電性グリース７１により軸受スリーブ２０における電荷の蓄積を抑制することができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態２における静圧気体軸受スピンドルの構成について説明する。図３は、実施の形態２における静圧気体軸受スピンドルの構成を示す概略部分断面図である。

図３を参照して、実施の形態２の静圧気体軸受スピンドル１は、基本的には実施の形態１の静圧気体軸受スピンドル１と同様の構成を有しており、同様の効果を有している。しかし、実施の形態２の静圧気体軸受スピンドル１では、実施の形態１におけるＯリング４１および導電性グリース７１に代えて、導電性を与える導電性配合剤が配合された導電性弾性部材としての導電性Ｏリング４３が採用されている点で、実施の形態１の静圧気体軸受スピンドル１とは異なっている。

すなわち、実施の形態２における弾性支持部としては、軸受スリーブ２０とハウジング３０との間に配置され、導電性配合剤が配合された導電性Ｏリング４３が採用されている。

実施の形態２の静圧気体軸受スピンドル１によれば、実施の形態１の場合とは異なり、弾性部材自体に導電性が付与されているため、導電性弾性部材としての導電性Ｏリング４３により、環状空間５３のシールおよび回転軸１０の振れ回り振動の減衰の機能を確保するとともに、軸受スリーブ２０における電荷の蓄積を抑制することができる。

導電性Ｏリング４３は、軸受スリーブ２０とハウジング３０との間に少なくとも１つ配置されていればよいが、弾性支持部による軸受スリーブ２０とハウジング３０との電気的接続をより確実なものとするためには、複数配置されていることが好ましい。

ここで、導電性弾性部材の主成分としては、ニトリルゴム、フッ素ゴム、シリコンゴムなどを採用することができる。そして、これに導電性配合剤として、たとえば導電性を有するカーボン、アルミ等の金属微粒子などを添加したものを導電性弾性部材として採用することができる。

上記実施の形態においては、導電性を有する弾性支持部として、絶縁体からなるＯリングとＯリングに塗布された導電性グリースとを含むもの、および導電性Ｏリングを含むものが採用される場合について説明したが、本発明の静圧気体軸受スピンドルにおいて採用可能な弾性支持部はこれらに限られない。たとえば、弾性支持部として、表面に導電性のコーティング層が形成されたＯリングが採用されてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の静圧気体軸受スピンドルは、軸受スリーブから当該軸受スリーブに隣接する部材への放電による損傷の発生を抑制することが必要な静圧気体軸受スピンドルに、特に有利に適用され得る。

実施の形態１における静圧気体軸受スピンドルの構成を示す概略部分断面図である。 図１の要部を拡大して示した概略部分断面図である。 実施の形態２における静圧気体軸受スピンドルの構成を示す概略部分断面図である。 従来の静圧気体軸受スピンドルの構成を示す概略部分断面図である。

符号の説明

１ 静圧気体軸受スピンドル、１０ 回転軸、１０Ａ 外周面、１１ 保持部、２０ 軸受スリーブ、２１ 内筒部材、２２ 外筒部材、３０ ハウジング、４０ 弾性支持部、４１ Ｏリング、４３ 導電性Ｏリング、５１ 軸受隙間、５２ スリーブ給気路、５２Ａ ノズル、５３ 環状空間、５４ 給気通路、７１ 導電性グリース。

Claims (3)

1. 回転軸と、
   前記回転軸の外周面を取り囲むように配置された軸受スリーブと、
   前記軸受スリーブを取り囲み、前記軸受スリーブを支持するハウジングと、
   前記軸受スリーブと前記ハウジングとの間に配置された弾性支持部とを備え、
   前記弾性支持部は導電性を有している、静圧気体軸受スピンドル。
2. 前記弾性支持部は、
   弾性部材と、
   前記弾性部材の表面に塗布された導電性を有する導電性材料とを含む、請求項１に記載の静圧気体軸受スピンドル。
3. 前記弾性支持部は、導電性を与える導電性配合剤が配合された導電性弾性部材を含む、請求項１に記載の静圧気体軸受スピンドル。

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