JPH069761B2 - 静圧気体軸受装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体ウエハーのダイシング加工，フエライ
ト製磁気ヘツドの溝付け加工等に用いられるダイサー，
スライサー或は半導体ウエハーの研削加工に用いられる
グラインダー等の精密加工装置の静圧気体軸受装置に関
する。詳細には、前記精密加工装置の工具スピンドルを
圧力空気によつて浮遊支持するラジアル軸受及びスラス
ト軸受から成る静圧気体軸受装置の排気構造を改良した
ものに関する。

（従来技術） ダイサー，スライサー等と称される精密加工装置は、ダ
イヤモンド砥粒，立方晶窒化硼素砥粒等の超砥粒を結合
することによつて形成された極薄の回転ブレードを備
え、該回転ブレードを例えば３０，０００rpmの高速で
回転駆動し得るよう構成されたものである。回転ブレー
ドをこのような高速で円滑に回転させるために、回転ブ
レードの軸すなわち工具スピンドルは摩擦抵抗の小さい
静圧気体軸受装置で浮遊支持されている。静圧気体軸受
装置は、工具スピンドルを軸受部材との間に形成される
気体の薄膜によつて浮遊支持するものであつて、気体の
薄膜を安定して形成することが必要である。そのため
に、気体を安定して供給することは勿論，気体を安定し
て排出することが必要である。気体を排出する構造とし
て、従来種々のものが開発されている。例えば、精密加
工装置の回転ブレード側にも静圧気体軸受装置の気体を
排出し得るように構成されたものが，特開昭58-68516号
公報に記載されているように既に開発されている。これ
を第７図に基づいて説明すると、精密加工装置におい
て、一端にステーター８とローター９から成る高周波モ
ータＭを設け、他端に回転ブレード１２を設けた工具ス
ピンドル１をラジアル軸受ノズル３２を有するラジアル
軸受部とスラスト軸受ノズル４４，７２を有するスラス
ト軸受部によつて浮遊支持する静圧気体軸受装置であつ
て、ラジアル軸受ノズル３２及びスラスト軸受ノズル４
４，７２から夫々の軸受間隙に供給された圧力気体は、
大部分は排気孔３３に集められ、高周波モータＭの導か
れて該モータを冷却した後に、排気口１０より外部へ放
出される。又、一部のものは、工具スピンドル１とスラ
ストプレート５及びカバーベース１３の間隙を通過して
回転ブレード側へ矢印Ｆの如く排出される。なお、２及
び３は、ラジアル軸受部のスリーブ及びハウジングで、
４及び７はスラストベアリングである。

又、既に本出願人も実施しているものであるが、前記の
ものにおいて、回転ブレード側への排気を円滑に行なう
ために、スラストプレートに排気孔を設けた第８図に示
すものが開発されている。

即ち、工具スピンドル１に固定されたスラストプレート
５に軸方向に貫通する第１の排気孔５１と該第１の排気
孔５１に連通しかつ外周部に連通する半径方向の第２の
排気孔５２とを複数個設け、スラストプレート５を両側
で支持する第１及び第２のスラスト軸受部４，７と工具
スピンドル１とに半径方向の間隙を設けた静圧気体軸受
装置である。ラジアル軸受部２，３から排出される気体
は、第１のスラストベアリング４と工具スピンドル１と
の間隙，スラストプレート５の第１の排気孔51，第２の
スラストベアリング７と工具スピンドル１との間隙を順
次介して矢印Ｆの如く回転ブレード側に排出される。
又、スラスト軸受部４，５，６，７から排出される気体
は，スラストプレート５とスラストカラー６との間隙に
流入するものと、第１及び第２のスラストベアリング
４，７と工具スピンドル１との間隙に流入するものとが
ある。前者は、スラストプレート５の第２の排気孔５２
及び第１の排気孔５１を介して後者と合流し、更にラジ
アル軸受部２，３から排出される気体と合流して、外部
に排出される。なお、１１はシールリング，３１は気体
導入孔，３２はラジアル軸受ノズル，４１は環状の凹
部，４３，７１は圧力気体供給孔，６１はスラストカラ
ー６の貫通孔，７２はスラスト軸受部ノズルである。

第８図に示すものは、第７図に示すものに比して、ラジ
アル軸受部及びスラスト軸受部より回転ブレード側に排
出される気体が抵抗が少なく円滑に外部に排出され得る
ので、スラスト方向の動圧剛性を大きくすることがで
き、工具スピンドルをより正確に浮遊支持することがで
きる。

しかし、近年半導体ウエハーのダイシング加工，フエラ
イト製磁気ヘッドの溝付け加工或は半導体ウエハーの研
削加工等に要求される加工精度が高くなり、これらの加
工に用いられる精密加工装置に高い性能が要求されてい
る。特に、工具スピンドルの静圧気体軸受装置には、ス
ラスト方向の動圧剛性が１．０Kgf／μｍ以上のものが
要求されているが、第８図に示すものにおいてさえ０．
５Kgf／μｍが限界であり、前記要求を満すことが困難
であつた。

（発明の目的） 本発明の目的は、ラジアル軸受部及びスラスト軸受部か
ら回転ブレード側への排気を円滑に行ない得るように構
成することによつて、スラスト方向の動圧剛性が１．０
Kgf／μｍ以上の静圧気体軸受装置を提供することにあ
る。

（発明の構成） 本発明は、特に、スラスト軸受部から排出する気体であ
つて、スラストプレートとスラストカラーとの間隙に流
入したものの排出を円滑に行ない得るように構成したこ
とを特徴とする静圧気体軸受装置であつて、スラスト方
向の動圧剛性が１．０Kgf／μｍ以上のものまで得るこ
とができた。

即ち、本発明の構成は、工具スピンドルをラジアル方向
に浮遊支持するラジアル軸受部と工具スピンドルをスラ
スト方向に浮遊支持するスラスト軸受部とから成る静圧
気体軸受装置において、スラスト軸受部が、工具スピン
ドルに固定されたスラストプレートと、スラストプレー
トの外周に間隙をもつて配設され、かつ内周部に軸方向
に伸びる凹部を有するスラストカラーと、内周部と一側
面に開口する貫通孔を有し、前記一側面の開口がスラス
トカラーの凹部と連接するようにスラストプレート及び
スラストカラーの前後に設けられると共に工具スピンド
ルと間隙をもつて設けられた第１スラストベアリング及
び第２スラストベアリングとから成り、かつ、前記スラ
スト軸受部と前記ラジアル軸受部とが隣接して設けられ
ていることを特徴とする静圧気体軸受装置である。

（実施例） 本発明を実施例によつて詳細に説明する。

実施例を第１図乃至第５図に基づいて説明する。

第１図は、実施例の要部断面図，第２図は、スラストカ
ラーの平面図，第３図は、第２図のII−II線に沿つた断
面図，第４図は、第１スラストベアリングの平面図，第
５図は、第４図のIV−IV線に沿つ断面図，第６図は、第
５図のスラスト軸受ノズル付近の拡大断面図である。

第１図において、１は、工具スピンドルで、第７図に示
す従来例と同様に一端に回転ブレードを他端に高周波モ
ータを備えたものである。２は、ラジアル軸受部のスリ
ーブで、空気導入孔３１によつて供給される圧力空気を
工具スピンドル１との間隙に供給するラジアル軸受ノズ
ル３２を有している。３は、ラジアル軸受ハウジングで
ある。５は、スラストプレートで、工具スピンドル１に
固定されている。６は、スラストカラーで、スラストプ
レート５の外周に間隙をもつて配設され、かつ、第２図
及び第３図に示すように内周部に軸方向に伸びる凹部６
２及び軸方向の貫通孔６１を夫々複数個有している。４
及び７は、夫々第１及び第２のスラストブアリングで、
第４図及び第５図にも示すようにスラスト軸受ノズル４
４，７２を取り付ける圧力空気供給孔４３，７１及び内
周部と一側面に開口する貫通孔４６，７４を夫々複数個
有し、夫々の孔４３，７１，４６，７４がスラストカラ
ー６の凹部６２或は貫通孔６１と連接するようにスラス
トプレート５及びスラストカラー６の前後に設けられて
いる。又、第１及び第２のスラストベアリング４，７
は、工具スピンドル１と間隙をもつて設けられている。
なお、第１スラストベアリング４の他側面には、第５図
にも示すように圧力空気供給孔４３に連通する貫通孔42
を有する環状の凹部４１が設けられ、該凹部４１がラジ
アル軸受部に設けられた空気導入孔３１と通接するよう
設けられている。なお、１１はシールリングである。

本実施例は前記のように構成されているので、工具スピ
ンドル１のラジアル方向の浮遊支持は、次のように行わ
れる。

即ち、圧力空気が空気導入孔３１及びラジアル軸受ノズ
ル３２を介して工具スピンドル１とスリーブ２との間隙
に供給され、その後、前記間隙からの排気が、矢印の如
く第１スラストベアリング４と工具スピンドル１との間
隙，貫通孔４６，凹部６２，貫通孔７４，第２スラスト
ベアリング７と工具スピンドル１との間隙を順次介して
外部へ円滑に排出されるので、工具スピンドル１はラジ
アル方向に安定して浮遊支持される。

又、工具スピンドル１のスラスト方向の浮遊支持は、次
のように行われる。即ち、圧力空気が空気導入孔３１，
環状の凹部４１及び圧力空気供給孔４３を介して第１ス
ラストベアリング４のスラスト軸受ノズル４４に供給さ
れると共に、更に貫通孔６１，圧力空気供給孔７１を介
して第２スラストベアリング７のスラスト軸受ノズル７
２に供給される。各スラスト軸受ノズル４４，７２から
供給された圧力空気は、スラストプレート５と第１及び
第２のスラストベアリング４，７の間隙から排気され
る。該排気は、第１及び第２のスラストベアリング４，
７と工具スピンドル１との間隙に排出されるものと、ス
ラストプレート５とスラストカラー６との間隙に排出さ
れるものとがある。後者は、凹部６２，貫通孔７４を介
し前者に合流し、第２スラストベアリング７と工具スピ
ンドル１との間隙を介して外部へ円滑に排出される。従
つて、スラスト軸受部の排気は円滑に排出されるので、
工具スピンドル１はスラスト方向に安定して浮遊支持さ
れる。

以上のようにラジアル軸受部及びスラスト軸受部から円
滑に排気されるので本実施例の静圧空気軸受装置では、
スラスト方向の動圧剛性を１．０Kgf／μｍ以上とする
ことができた。

なお、スラスト軸受ノズル４４のノズル孔４４′が臨
み、かつスラストベアリングの表面に形成された環状溝
の断面形状が、従来は第６Ｂ図に示すように矩形状であ
つたが、第６Ａ図に示すように鈍角の頂角θを有する逆
三角形状とすることが好ましく、これによつてスラスト
方向の動圧剛性の改善を図ることができる。

又、本実施例は、精密加工装置に適用された静圧空気軸
受装置であつて、排気が回転ブレード側に排出されるの
で、前記軸受装置に切削屑や加工液が侵入することを防
止することができる。

（発明の効果） 本発明は、スラストカラーの内周部に軸方向に伸びる凹
部を設けると共に、該凹部に連接される貫通孔を各スラ
ストベアリングに設けることによつて、ラジアル軸受部
及びスラスト軸受部からの排気が円滑に排出されるの
で、スラスト方向の動圧剛性を大幅に改善することがで
きた。

又、精密加工装置は、本発明の静圧気体軸受装置を適用
することによつて、性能を大幅に改善することができ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の要部断面図，第２図は、第
１図のスラストカラーの平面図，第３図は第２図のII−
II線に沿つた断面図，第４図は第１スラストベアリング
の平面図，第５図は第４図のIV−IV線に沿つた断面図，
第６Ａ図は第５図のスラスト軸受ノズル付近の拡大断面
図，第６Ｂ図は第６Ａ図に対応した従来例の拡大断面
図，第７図は従来例の断面図，第８図は他の従来例の要
部断面図である。 １…工具スピンドル ２…ラジアル軸受スリーブ ３…ラジアル軸受ハウジング ４…第１スラストベアリング ５…スラストプレート ６…スラストカラー ７…第２スラストベアリング 32…ラジアル軸受ノズル 47，72…スラスト軸受ノズル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工具スピンドルをラジアル方向に浮遊支持
   するラジアル軸受部と工具スピンドルをスラスト方向に
   浮遊支持するスラスト軸受部とから成る静圧気体軸受装
   置において、スラスト軸受部が、工具スピンドルに固定
   されたスラストプレートと、スラストプレートの外周に
   間隙をもつて配設され、かつ内周部に軸方向に伸びる凹
   部を有するスラストカラーと、内周部と一側面に開口す
   る貫通孔を有し、前記一側面の開口がスラストカラーの
   凹部と連接するようにスラストプレート及びスラストカ
   ラーの前後に設けられると共に工具スピンドルと間隙を
   もつて設けられた第１スラストベアリング及び第２スラ
   ストベアリングとから成り、かつ、前記スラスト軸受部
   と前記ラジアル軸受部とが隣接して設けられていること
   を特徴とする静圧気体軸受装置。