JP2012037014A - 静圧気体軸受スピンドル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 静圧気体軸受スピンドルは、回転軸2と、回転軸2を支持しこの軸心回りに回転自在に支持する静圧気体軸受3と、モータ4とを備える。ハウジング本体1A,1Bの表面と、同ハウジング本体の表面に重ねられる閉塞部材32,34との間に冷却液が循環する流路33,35を設け、両者の重なり面に介在して流路33,35を密封するシール部材42a,42b、50a,50bを流路33,35に対して内外に並ぶ2重構造に設ける。2つのシール部材42a,42b、50a,50bを互いに材質の異なるものとする。
【選択図】 図1
Description
特に、磁気ディスクや光ディスク等の製造工程、検査工程等のような用途では、ディスクの記録密度を向上させるため、データ信号を高密度に書き込む必要があり、ディスクと記録ユニットまたは再生ヘッド等との高い位置決め精度や、スピンドルの高い回転精度が要求される。そして電子ビームを利用した記録装置では、書き込み用の電子線が空気分子により曲げられるのを防止するために、ディスク原盤を高真空中に設置する場合もある。
前記2つのシール部材は、それぞれ環状の弾性体から成るものであっても良い。
前記2つのシール部材のうち、流路に対し内側に設けられるシール部材は、冷却液に侵されない材質から成り、前記流路に対し外側に設けられるシール部材は、ニトリルゴムよりもアウトガスの発生が少ない材質から成るものであっても良い。この場合に、前記内側に設けられるシール部材は、ニトリルゴムから成り、前記外側に設けられるシール部材は、フッ素ゴムから成るものであっても良い。
シール部材の材質がニトリルゴムの場合、アウトガスの発生が多く、高真空に悪影響を及ぼしてしまうため、フッ素ゴム等のアウトガスの発生が少ない材質を使用するのが望ましい。しかし、冷却用の冷却液に、フッ素化された液体、例えば、ガルデンやフロリナートを使用する場合は、フッ素ゴムが侵されてしまう場合がある。
前記閉塞部材の内面に溝を形成し、この閉塞部材の内面をハウジング本体の表面に重ねて前記溝の開口を塞ぐことで、前記流路を形成しても良い。この場合、閉塞部材のみを変更することで、流路を容易に設計変形し得る。
前記溝に設けた孔に、前記ハウジングよりも熱伝導率の高い材質からなる部材を埋め込んでも良い。熱伝導率が「高い」とは、熱伝導率が「大きい」または熱伝導率が「良い」とも言う。なお、ハウジングとの比較によらず、単に、熱伝導率の高い材質であっても良い。この明細書において、熱伝導率の高い材質とは、熱伝導率が200W/m・K以上の材質を言う。熱伝導率の高い材質として、例えば、銅等を適用する。このような部材を孔に埋め込むことで、冷却効率を高めながら、冷却液が孔に溜まるいわゆる冷却液溜まりを無くすように改善できると共に、ハウジング本体の強度の補強も兼ねることができる。冷却液溜まりを無くすことで、冷却液を流路に沿って円滑に循環させることができる。
前記溝は複数の円周溝から成り、各円周溝を連通路で接続したものであっても良い。複数段ある円周溝を、各段交互に円周方向に例えば、180度または180度に近い角度でずらして設けた連通路により連通する。これにより供給された冷却液が各段毎に円周方向に沿って進み、各円周溝の全周に行き渡り易くなる。したがって、冷却効率を高めることができる。
前記溝は螺旋溝から成るものであっても良い。
図1、図2に示すように、この実施形態に係る静圧気体軸受スピンドルは、主に、ハウジング1と、回転軸2と、静圧気体軸受3と、モータ4とを有し、ハウジング1内において、回転軸2を静圧気体軸受3により非接触で支持し、回転軸2の下方端に設けたモータ4によって回転軸2を回転駆動するものである。ハウジング1は、上端にフランジ5が設けられた略円筒状のハウジング本体1Aと、このハウジング本体1Aのフランジ5の上端面に、スペーサ6を介して固定されたハウジング本体1Bと、ハウジング本体1Aの下端面にスペーサ7を介して固定されたモータカバー8と、エンコーダカバー9とを有する。ハウジング本体1Aは、このハウジング本体1Aの内周部を構成する軸受スリーブ1Aaを含み、ハウジング本体1Bは、このハウジング本体1Bの下端側の内周部を構成する軸受スリーブ1Baを含む。
図1に示すように、静圧気体軸受3は、ラジアル軸受10とスラスト軸受11とで構成される。ラジアル軸受10は軸受スリーブ1Aaに設けられ、スラスト軸受11は、軸受スリーブ1Baおよび軸受スリーブ1Aaの上端のフランジ部12に設けられている。ラジアル軸受10は、軸受スリーブ1Aaと回転軸2の外周面との間の半径方向の軸受隙間に、軸受スリーブ1Aa内のノズル13から圧縮空気を噴出する。スラスト軸受11は、軸受スリーブ1Baと回転軸2のフランジ上面2aとの間の軸方向の軸受隙間に、軸受スリーブ1Ba内のノズル13から圧縮空気を噴出する。これと共に、軸受スリーブ1Aaのフランジ部12と回転軸2のフランジ下面2bとの間の軸方向の軸受隙間に、軸受スリーブ1Aa内のノズル13から圧縮空気を噴出することで、各軸受隙間の静圧によって、静圧気体軸受3は非接触で回転軸2を支持する。
図1に示すように、ハウジング本体1Aのフランジ5には、軸受スリーブ1Aa側、軸受スリーブ1Ba側に分岐する軸受空気供給通路14,15が形成され、この軸受空気供給通路14,15が、図示外の圧縮空気供給源に配管接続されている。一方の軸受空気供給通路14は、軸受スリーブ1Aaに形成された空気路16に連通され、この空気路16が複数のノズル13にそれぞれ連通している。他方の軸受空気供給経路15は、順次、スペーサ6に形成された空気路17、ハウジング本体1Bに形成された空気路18を介して、軸受スリーブ1Baに形成された空気路19に連通され、この空気路19がノズル13に連通している。
モータ4は、回転軸2の下端に設けられた永久磁石から成るロータ4aと、モータカバー8における前記ロータ4aに対向する位置に設けられたステータ4bとで構成された同期型ACモータとされている。ステータ4bは、コイルとコアとで構成され、またはコイルのみで構成される。
エンコーダ31はロータリーエンコーダから成り、このロータリーエンコーダのパルス円板31aは、回転軸2の最下端に設けられている。パルス円板31aに対面する図示外の検出ヘッドは、エンコーダカバー9に設けられている。このロータリーエンコーダの出力信号は、回転軸2の回転制御用に使用される。
図2に示すように、ハウジング本体1Aの表面つまり外周面と、このハウジング本体1Aの外周面に重ねられる閉塞部材32とで冷却液が循環する流路33を形成している。また、ハウジング本体1Bの表面つまり上端面と、このハウジング本体1Bの上端面に重ねられる閉塞部材34とで冷却液が循環する流路35を形成している。
さらに閉塞部材32は、前記流路33の上部から流路33内の冷却液を排出する冷却液排出通路39を有する。つまりこの閉塞部材32の冷却液排出通路39は、最上段の円周溝36に連通し、且つ、同閉塞部材32の外周側に貫通するように形成される。この閉塞部材32の冷却液排出通路39に図示外の管路が配管接続され、冷却に供された冷却液がタンク等(図示せず)に戻される。
図1および図6に示すように、閉塞部材32には、シール部材42a,42bが設けられている。シール部材42a,42bは、閉塞部材32とハウジング本体1Aの重なり面49に介在して流路33を外部から密封する環状の弾性体から成る。この環状の弾性体として、この例ではOリングが用いられる。このシール部材42a,42bを、前記流路33に対して内外に並ぶ2重構造にして設けている。閉塞部材32の内周面における下部(軸方向下端部)に、2つの環状溝32a,32aが所定間隔をあけて形成されると共に、この閉塞部材32の内周面における上部にも、2つの環状溝32a,32aが所定間隔をあけて形成されている。上部の環状溝32a,32aは、最上段の円周溝36よりも上方に配設されるうえ、下部の環状溝32a,32aは、最下段の円周溝36よりも下方に配設される。各環状溝32aにそれぞれシール部材42a,42bが嵌め込まれた閉塞部材32を、ハウジング本体1Aの外周面に圧入嵌合することで、流路33の密封性が確保されるようになっている。
流路35に対して内外に並ぶ2重のシール部材50a,50bも、前記と同様に、互いに材質の異なるものとしている。すなわち、流路35に対する内部側のシール部材50aは、冷却液に侵されない材質、具体的には、例えばニトリルゴムから成るものとし、流路35に対する外部側すなわち高真空側のシール部材50bは、ニトリルゴムよりもアウトガスの発生が少ない材質、具体的には、例えばフッ素ゴムから成るものとしている。これにより、外部の高真空環境、冷却液側双方への悪影響を防止しつつ確実なシールを実現することができる。
したがって、モータ4や静圧気体軸受3で発生した熱は、流路33、35を循環する冷却液によって冷却され、回転軸2への熱伝導を抑制することができる。ディスク原盤製造装置にこの静圧気体軸受スピンドルを使用する場合、熱が回転軸2を介してディスク原盤に伝わらないようにし得るため、レジストの反応速度の不安定化や反応むらを未然に防止することが可能となる。熱による回転軸2の熱膨張を抑え、ビーム照射部と原盤表面との相対的な位置決め精度を高精度に維持することができるため、ディスク原盤に情報を高精度に記録することができる。
閉塞部材32は、ハウジング本体1Aおよび閉塞部材32により形成される流路33の下部から冷却液を供給する冷却液供給通路38を有し、且つ、流路33の上部から流路33内の冷却液を排出する冷却液排出通路39を有する。このため、冷却液を所定圧力で流路33の下部にある冷却液供給通路38から供給することで、冷却液が重力の作用で流路33に沿ってむらなく万遍なく行き渡るようになる。したがって、冷却効率を高めることができる。
これらの構成によると、閉塞部材32および閉塞部材34のいずれか一方または両方を変更することで、流路を容易に設計変更し得る。したがって、冷却効率をより高め得る流路を低コストで設けることが可能となる。
円周溝36、40は、熱の発生源であるラジアル軸受10、スラスト軸受11にできるだけ近付けることが望ましいが、ハウジング本体1A、1Bには冷却用の流路以外の管路が通っていたり、円周溝36、40を軸受に近付けることにより、ハウジング本体1A、1Bの肉厚が薄くなり、強度に悪影響を及ぼしてしまうため、適度な距離が必要になる。そこで、図12に示すように、円周溝36、40の底部に、軸受近傍に達する複数の孔52を設ける。これにより、冷却用の流路以外の管路を避けながら、また、ハウジング本体の強度を損なうことなく、冷却液をラジアル軸受近傍、スラスト軸受近傍に導き、冷却効率をさらに高めることができる。
図13(B)に示すように、円周溝40の底部に複数の孔52を形成し、これら孔52の少なくともいずれか1つに、例えば、銅等の熱伝導率の高い材質からなる冷却用ピン53を埋め込んでも良い。このような冷却用ピン53を孔52に埋め込むことで、冷却効率を高めながら、冷却液が孔52に溜まるいわゆる冷却液溜まりを無くすように改善できると共に、ハウジング本体1Bの強度の補強も兼ねることができる。冷却液溜まりを無くすことで、冷却液を流路35に沿って円滑に循環させることができる。
図13(D)に示すように、各円周溝40の底部に、さらに複数段の冷却用の細溝55を設けても良い。これら細溝55により冷却液との接触面積が増し、冷却効率を高めることができる。
図13(E)に示すように、前記細溝55、孔52、雌ねじ部52aを選択的に組み合わせて設けても良いし、図13(F)に示すように、前記細溝55、孔52、雌ねじ部52a、冷却用ねじピン54を選択的に組み合わせて設けても良い。これらの場合にも、冷却液との接触面積が増し、冷却効率をより高めることができる。
図2では、冷却液供給通路および冷却液排出通路を、閉塞部材に設けたが、これら冷却液供給通路および冷却液排出通路のいずれか一方または両方をハウジング本体に設けても良い。
各実施形態の流路の円周溝に代えて、螺旋溝にしても良い。
1A,1B…ハウジング本体
2…回転軸
3…静圧気体軸受
4…モータ
10…ラジアル軸受
11…スラスト軸受
32,34…閉塞部材
33,35…流路
36,40…円周溝
37,41…連通路
38…冷却液供給通路
39…冷却液排出通路
42a,42b,50a,50b…シール部材
52…孔
52a…雌ねじ部
53…冷却用ピン
54…冷却用ねじピン
55…細溝
Claims (13)
- ハウジングと、回転軸と、前記ハウジング内に設置されて前記回転軸を支持し同回転軸の軸心回りに回転自在に支持する静圧気体軸受と、前記回転軸を回転駆動するモータとを備えた静圧気体軸受スピンドルにおいて、
前記ハウジングのハウジング本体の表面と、このハウジング本体の表面に重ねられる閉塞部材との間に冷却液が循環する流路を形成し、前記閉塞部材とハウジング本体の重なり面に介在して前記流路を外部から密封するシール部材を、前記流路に対して内外に並ぶ2重構造にして設け、これら2つのシール部材を互いに材質の異なるものとしたことを特徴とする静圧気体軸受スピンドル。 - 請求項1において、前記2つのシール部材は、それぞれ環状の弾性体から成る静圧気体軸受スピンドル。
- 請求項1または請求項2において、前記2つのシール部材のうち、流路に対し内側に設けられるシール部材は、冷却液に侵されない材質から成り、前記流路に対し外側に設けられるシール部材は、ニトリルゴムよりもアウトガスの発生が少ない材質から成る静圧気体軸受スピンドル。
- 請求項3において、前記流路に対し内側に設けられるシール部材は、ニトリルゴムから成り、前記流路に対し外側に設けられるシール部材は、フッ素ゴムから成る静圧気体軸受スピンドル。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、前記ハウジング本体の表面に形成された溝と、この溝の開口を塞ぐ前記閉塞部材とで、前記流路を形成した静圧気体軸受スピンドル。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、前記閉塞部材の内面に溝を形成し、この閉塞部材の内面をハウジング本体の表面に重ねて前記溝の開口を塞ぐことで、前記流路を形成した静圧気体軸受スピンドル。
- 請求項5において、前記溝の底部に複数の孔を形成した静圧気体軸受スピンドル。
- 請求項7において、前記孔に雌ねじ加工を施した静圧気体軸受スピンドル。
- 請求項7または請求項8において、前記溝に設けた孔に、前記ハウジングよりも熱伝導率の高い材質からなる部材を埋め込んだ静圧気体軸受スピンドル。
- 請求項6ないし請求項9のいずれか1項において、前記溝に、複数の細溝をさらに形成した静圧気体軸受スピンドル。
- 請求項6ないし請求項10のいずれか1項において、前記溝は複数の円周溝から成り、各円周溝を連通路で接続した静圧気体軸受スピンドル。
- 請求項6ないし請求項10のいずれか1項において、前記溝は螺旋溝から成る静圧気体軸受スピンドル。
- 請求項1ないし請求項12のいずれか1項において、前記静圧気体軸受は、ラジアル軸受とスラスト軸受とを有し、前記ラジアル軸受が設置されるハウジング本体および閉塞部材のいずれか一方は、これらハウジング本体および閉塞部材により形成される流路の下部から冷却液を供給する冷却液供給通路を有し、且つ、前記流路の上部から流路内の冷却液を排出する冷却液排出通路を有する静圧気体軸受スピンドル。
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