JP5687453B2 - Hydrostatic gas bearing spindle - Google Patents
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Description
この発明は、例えば、磁気ディスクや光ディスク等の製造工程、検査工程等に使用される高精度な静圧気体軸受スピンドルに関する。 The present invention relates to a high-precision hydrostatic gas bearing spindle used in, for example, a manufacturing process and an inspection process of a magnetic disk and an optical disk.
静圧気体軸受スピンドルは、回転軸を静圧気体軸受により非接触で支持するため、回転精度が高く、精密加工機や精密検査装置のワークスピンドルまたは工具スピンドル等に使用される。このようなスピンドルでは、外乱の侵入を防ぎ制御性を高めるために、ベルト等を使用せず回転軸にモータのロータを直接取付けて駆動する場合が多い。
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。
The static pressure gas bearing spindle supports the rotating shaft in a non-contact manner by the static pressure gas bearing, and therefore has high rotational accuracy and is used for a work spindle or a tool spindle of a precision processing machine or a precision inspection apparatus. In such a spindle, in order to prevent intrusion of disturbance and improve controllability, the motor rotor is often directly attached to the rotating shaft without using a belt or the like.
In particular, in applications such as magnetic disk and optical disk manufacturing processes, inspection processes, etc., it is necessary to write data signals at a high density in order to improve the recording density of the disk. High positioning accuracy and high rotation accuracy of the spindle are required. In a recording apparatus using an electron beam, the disk master may be placed in a high vacuum in order to prevent the writing electron beam from being bent by air molecules.
このような用途に使用される静圧気体軸受スピンドルは、モータロータに永久磁石を使用した同期型ACサーボモータとロータリーエンコーダを回転軸に直接取り付けてフィードバック制御を行うことが多い。従来、静圧気体軸受スピンドルに使用されるACサーボモータとして、コア付きサーボモータと、コアレスサーボモータを利用した構造例が示されている(特許文献1)。また、主な熱の発生源である駆動モータの冷却についてその構造例が示されている(特許文献2)。 Static pressure gas bearing spindles used for such applications often perform feedback control by directly attaching a synchronous AC servo motor using a permanent magnet to the motor rotor and a rotary encoder to the rotating shaft. Conventionally, as an AC servomotor used for a static pressure gas bearing spindle, a structure example using a cored servomotor and a coreless servomotor has been shown (Patent Document 1). An example of the structure for cooling the drive motor, which is a main heat generation source, is shown (Patent Document 2).
前記静圧気体軸受スピンドルが使用されるディスク原盤製造装置においては、スピンドルの回転軸上端に取り付けた回転テーブル上にディスク原盤を搭載する。この原盤を回転させた状態で、原盤表面に塗布されたレジストに、収束された電子ビームまたは集光されたレーザービームを照射しつつ、記録ユニットまたは再生ヘッドを回転テーブルの主面に平行に相対移動させ、記録情報を露光または描画している。 In a disk master manufacturing apparatus using the static pressure gas bearing spindle, the disk master is mounted on a rotary table attached to the upper end of the spindle. While the master is rotated, the recording unit or the reproducing head is relatively parallel to the main surface of the rotary table while irradiating the resist applied to the master surface with the focused electron beam or the focused laser beam. The recording information is exposed or drawn.
本装置においては、スピンドルの駆動モータやスピンドル軸受部等で発生した熱が、回転軸を通じてディスク原盤に伝わると、前記レジストの反応速度の不安定や反応むらの原因となる。また、熱によって回転軸が熱膨張すると、ビーム照射部と原盤表面との相対的な位置変化を発生し、高精度な情報の記録が阻害される。このため、本装置に使用されるスピンドルには、高い回転精度に加えて、発生した熱を効率的に冷却する機構が求められている。 In this apparatus, when heat generated by the spindle drive motor, spindle bearing portion, etc. is transmitted to the disk master through the rotating shaft, the reaction speed of the resist becomes unstable and uneven reaction occurs. Further, when the rotating shaft is thermally expanded due to heat, a relative position change between the beam irradiating portion and the master surface is generated, and recording of highly accurate information is hindered. For this reason, in addition to high rotational accuracy, a mechanism for efficiently cooling the generated heat is required for the spindle used in this apparatus.
この発明の目的は、スピンドルの駆動モータやスピンドル軸受部等から発生した熱を効率よく冷却し、外部の真空環境に対しアウトガス等の発生を抑えて前記真空環境を所望の清浄度に保つと共に、シール部材の劣化を防止することができる冷却構造を備えた静圧気体軸受スピンドルを提供することである。 The object of the present invention is to efficiently cool the heat generated from the drive motor of the spindle, the spindle bearing portion, etc., and suppress the generation of outgas to the external vacuum environment to keep the vacuum environment at a desired cleanliness, An object of the present invention is to provide a hydrostatic gas bearing spindle having a cooling structure capable of preventing deterioration of a seal member.
この発明の静圧気体軸受スピンドルは、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おける軸方向両側または前記重なり面における径方向両側にそれぞれ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。
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、前記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。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。
The hydrostatic gas bearing spindle of the present invention includes a housing, a rotating shaft, a hydrostatic gas bearing that is installed in the housing, supports the rotating shaft, and supports the rotating shaft around the axis of the rotating shaft. In a static pressure gas bearing spindle having a motor for rotating a rotary shaft, a flow path for circulating a coolant is formed between the surface of the housing main body of the housing and a closing member superimposed on the surface of the housing main body. A seal member that seals the flow path from the outside by being interposed on both sides in the axial direction on the overlapping surface of the closing member and the housing main body or on both sides in the radial direction of the overlapping surface is arranged inside and outside the flow path. The two sealing members are made of different materials from each other.
Each of the two seal members may be formed of an annular elastic body.
Of the two seal members, the seal member provided on the inner side with respect to the flow path is made of a material that is not affected by the coolant, and the seal member provided on the outer side with respect to the flow path generates more outgas than nitrile rubber. It is made of a material with few. In this case, the sealing member provided on the inner side may be made of nitrile rubber, and the sealing member provided on the outer side may be made of fluorine rubber.
この構成によると、ハウジング本体の表面と閉塞部材との間に形成される流路に、冷却液が供給され、モータや静圧気体軸受で発生した熱を冷却する。閉塞部材とハウジング本体との重なり面に介在するシール部材は、前記流路を、例えば高真空に保たれた外部から隔てる。このシール部材を、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。このため、流路に対し内部側(冷却液側)のシール部材は、冷却液に侵されない材質からなるシール部材を適用し、高真空側のシール部材を、アウトガスの発生が少ない材質からなるシール部材を適用し得る。
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。
According to this configuration, the coolant is supplied to the flow path formed between the surface of the housing body and the closing member, and cools the heat generated by the motor and the static pressure gas bearing. A seal member interposed in the overlapping surface of the closing member and the housing body separates the flow path from the outside maintained at a high vacuum, for example. This seal member is provided in a double structure that is aligned inside and outside the flow path, and the two seal members are made of different materials. For this reason, a seal member made of a material that is not affected by the coolant is applied to the seal member on the inner side (coolant side) with respect to the flow path, and the seal member made of a material that generates less outgas is used as the high vacuum side seal member. A member may be applied.
When the material of the seal member is nitrile rubber, outgas is often generated and adversely affects high vacuum. Therefore, it is desirable to use a material that generates less outgas such as fluoro rubber. However, when a fluorinated liquid such as Galden or Fluorinate is used as the cooling liquid for cooling, the fluororubber may be attacked.
そこで、この発明では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、例えば、高真空側のシール部材としてフッ素ゴム、冷却液側のシール部材としてニトリルゴムからなるシール部材を適用する。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、モータや静圧気体軸受で発生した熱は、流路を循環する冷却液によって冷却され、回転軸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。 Therefore, in the present invention, the seal member is provided in a double structure that is lined inward and outward with respect to the flow path. For example, a seal member made of fluorine rubber as a high vacuum side seal member and nitrile rubber as a coolant side seal member Apply. As a result, a reliable seal can be realized while preventing adverse effects on both the external high vacuum environment and the coolant side. Therefore, the heat generated in the motor and the static pressure gas bearing is cooled by the coolant circulating in the flow path, and heat conduction to the rotating shaft can be suppressed. When this hydrostatic gas bearing spindle is used in the disk master production equipment, heat can be prevented from being transmitted to the disk master via the rotating shaft, so that instability of the reaction speed of the resist and uneven reaction can be prevented. Is possible. Since the thermal expansion of the rotating shaft due to heat can be suppressed and the relative positioning accuracy between the beam irradiation unit and the master surface can be maintained with high accuracy, information can be recorded on the disc master with high accuracy.
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、前記流路を形成しても良い。この場合、溝を例えば旋削等により容易に加工することができる。
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。
You may form the said flow path with the groove | channel formed in the surface of the said housing main body, and the said closure member which block | closes the opening of this groove | channel. In this case, the groove can be easily machined by, for example, turning.
The flow path may be formed by forming a groove on the inner surface of the closing member, and overlapping the inner surface of the closing member on the surface of the housing body to close the opening of the groove. In this case, the flow path can be easily designed and deformed by changing only the closing member.
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、前記流路を形成する場合に、前記溝の底部に複数の孔を形成しても良い。この場合、各孔が静圧気体軸受近傍に達するため、冷却液が循環する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、冷却液を複数の孔を通して静圧気体軸受近傍に導き、冷却効率を高めることができる。 When the channel is formed by the groove formed on the surface of the housing body and the closing member that closes the opening of the groove, a plurality of holes may be formed at the bottom of the groove. In this case, since each hole reaches the vicinity of the static pressure gas bearing, the static pressure gas is passed through the plurality of holes while avoiding pipes other than the flow path through which the coolant circulates and without damaging the strength of the housing body. It can lead to the vicinity of the bearing to increase the cooling efficiency.
前記孔に雌ねじ加工を施しても良い。この場合、冷却液を孔の雌ねじ部まで導くことができる。このため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。
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。
The hole may be subjected to female thread processing. In this case, the coolant can be guided to the female screw portion of the hole. For this reason, a contact area with a cooling liquid increases and cooling efficiency can be improved more.
A member made of a material having higher thermal conductivity than the housing may be embedded in the hole provided in the groove. “High” thermal conductivity is also referred to as “large” thermal conductivity or “good” thermal conductivity. Note that a material having a high thermal conductivity may be used regardless of the comparison with the housing. In this specification, a material having a high thermal conductivity means a material having a thermal conductivity of 200 W / m · K or more. For example, copper or the like is applied as a material having high thermal conductivity. By embedding such a member in the hole, it is possible to improve so as to eliminate a so-called cooling liquid pool in which the cooling liquid accumulates in the hole while improving the cooling efficiency, and also to strengthen the strength of the housing body. By eliminating the coolant pool, the coolant can be smoothly circulated along the flow path.
前記溝に、複数の細溝をさらに形成しても良い。これら細溝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。
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。
A plurality of fine grooves may be further formed in the groove. These narrow grooves increase the contact area with the cooling liquid and can increase the cooling efficiency.
The groove may be composed of a plurality of circumferential grooves, and each circumferential groove may be connected by a communication path. The circumferential grooves having a plurality of stages are communicated with each other by a communication path provided by shifting each stage alternately in the circumferential direction at an angle close to, for example, 180 degrees or 180 degrees. As a result, the supplied coolant advances along the circumferential direction for each stage, and easily reaches the entire circumference of each circumferential groove. Therefore, the cooling efficiency can be increased.
The groove may be a spiral groove.
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ものであっても良い。この場合、冷却液を所定圧力で流路の下部にある冷却液供給通路から供給することで、冷却液が重力の作用で流路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。 The static pressure gas bearing has a radial bearing and a thrust bearing, and one of the housing main body and the closing member on which the radial bearing is installed is formed from a lower portion of a flow path formed by the housing main body and the closing member. It may have a cooling liquid supply passage for supplying a cooling liquid and a cooling liquid discharge passage for discharging the cooling liquid in the flow channel from the upper part of the flow channel. In this case, by supplying the cooling liquid at a predetermined pressure from the cooling liquid supply passage at the lower part of the flow path, the cooling liquid can be distributed evenly and uniformly along the flow path by the action of gravity. Therefore, the cooling efficiency can be increased.
この発明の静圧気体軸受スピンドルは、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おける軸方向両側または前記重なり面における径方向両側にそれぞれ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、前記2つのシール部材のうち、前記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ため、スピンドルの駆動モータやスピンドル軸受部等から発生した熱を効率よく冷却し、外部の真空環境に対しアウトガス等の発生を抑えて前記真空環境を所望の清浄度に保つと共に、シール部材の劣化を防止することができる。 The hydrostatic gas bearing spindle of the present invention includes a housing, a rotating shaft, a hydrostatic gas bearing that is installed in the housing, supports the rotating shaft, and supports the rotating shaft around the axis of the rotating shaft. In a static pressure gas bearing spindle having a motor for rotating a rotary shaft, a flow path for circulating a coolant is formed between the surface of the housing main body of the housing and a closing member superimposed on the surface of the housing main body. A seal member that seals the flow path from the outside by being interposed on both sides in the axial direction on the overlapping surface of the closing member and the housing main body or on both sides in the radial direction of the overlapping surface is arranged inside and outside the flow path. Provided in a heavy structure, these two seal members are made of different materials, and of the two seal members, a seal provided inside the flow path The material is made of a material that is not affected by the coolant, and the seal member provided outside the flow path is made of a material that generates less outgas than nitrile rubber, so it is generated from the spindle drive motor, spindle bearing, etc. The generated heat can be efficiently cooled, generation of outgas and the like can be suppressed with respect to the external vacuum environment to keep the vacuum environment at a desired cleanliness, and the deterioration of the seal member can be prevented.
この発明の第1の実施形態を図1ないし図7と共に説明する。
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。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 and 2, the hydrostatic gas bearing spindle according to this embodiment mainly includes a
軸受について説明する。
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。
The bearing will be described.
As shown in FIG. 1, the static
圧縮空気の給排構造について説明する。
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。
The compressed air supply / discharge structure will be described.
As shown in FIG. 1, the
回転軸2の外周面に環状溝20が形成され、この環状溝20に対向する軸受スリーブ1Aaの内周面に、環状溝21が形成されている。互いに対向するこれら環状溝20,21は、前記半径方向の軸受隙間に噴出された圧縮空気、および軸受スリーブ1Aa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噴出された圧縮空気を排出するために形成されている。また、環状溝20,21は、回転軸2における一方のノズル13と他方のノズル13との中間付近に配設されている。スリーブ1Aaに、前記環状溝20,21に連通する空気路22が形成され、ハウジング本体1Aのフランジ5に、同空気路22に連通する排気通路23が形成されている。
An
軸受スリーブ1Baの内周面と、回転軸2における上端の小径端部2cの外周面との間には、環状溝24が形成され、この環状溝24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噴出された圧縮空気を排出するために形成されている。回転軸2のフランジ25に、前記環状溝24に連通する空気路26が形成され、スペーサ6に同空気路26に連通する排気通路27が形成されている。排気通路23,27は、図示外の管路に配管接続されている。なお、ハウジング本体1Bの内周面には、同内周面と回転軸2の小径端部2cの外周面との間を密封するシール機構28が設けられている。このシール機構28により、フランジ上面2aとの軸受隙間に噴出された圧縮空気が、真空室29内の真空チャンバ30に漏れることなく、順次、環状溝24、空気路26、排気通路27を介して排気されるようになっている。
An
モータ、エンコーダ等について説明する。
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。
The motor, encoder, etc. will be described.
The
The
冷却構造について説明する。
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。
The cooling structure will be described.
As shown in FIG. 2, a
図2および図4に示すように、ハウジング本体1Aの外周面には、複数段(この例では3段)の円周溝36が軸方向一定間隔おきに形成され、各円周溝36は連通路37で接続されている。すなわち図5(A)および図5(B)に示すように、複数段ある円周溝36を、各段交互に180度または180度に近い角度でずらして設けた連通路37,37により連通している。このように連通することで、流路33は、複数周にわたる1本の連続したものとなる。これら円周溝36は、例えば旋削等により容易に加工し得る。ハウジング本体1Aの外周面に、複数段の円周溝36を塞ぐ円筒状の閉塞部材32が圧入嵌合されて設けられている。ハウジング本体1Aの外周面に形成された複数段の円周溝36と、これら円周溝36を塞ぐ閉塞部材32とで、前記流路33を形成している。
As shown in FIGS. 2 and 4, a plurality of (in this example, three)
図2に示すように、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を有する。つまりこの閉塞部材32の冷却液供給通路38は、最下段の円周溝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の冷却液供給通路38に、図示外の冷却液供給源が配管接続されている。
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。
As shown in FIG. 2, the closing
Further, the closing
図2および図3に示すように、ハウジング本体1Bの上端面には、同心状に配設される複数(この例では3周分)の円周溝40が径方向一定間隔おきに形成され、各円周溝40は連通路41で接続されている。すなわち図3に示すように、複数設けられる円周溝40を、各周交互に180度または180度に近い角度でずらして設けた連通路41,41により連通している。このように連通することで、流路35は、複数周にわたる1本の連続したものとなる。これら円周溝40を例えば旋削等により容易に加工し得る。ハウジング本体1Bの上端面に、複数の円周溝40を塞ぐ環状の閉塞部材34が嵌め込まれて設けられている。なお閉塞部材32,34は「ウォータジャケット」とも称される。ハウジング本体1Bの上端面に形成された複数の円周溝40と、これら円周溝40を塞ぐ閉塞部材34とで、前記流路35を形成している。
As shown in FIGS. 2 and 3, a plurality of (three in this example)
ハウジング本体1Aのフランジ5には、ハウジング本体1Bおよび閉塞部材34により形成される流路35に冷却液を供給する冷却液供給通路43が形成されている。ただし、この冷却液供給通路43は、前述の軸受空気供給通路14,15と干渉しないように、同軸受空気供給通路14,15とは異なる位相位置に配設されている。後述する冷却液排出通路44も、他の通路と干渉しない位相位置に配設されている。冷却液供給通路43に前記冷却液供給源が配管接続されている。このフランジ5の冷却液供給通路43は、スペーサ6に形成された通路45を介して、ハウジング本体1Bに形成された通路46に連通され、この通路46が最内周側の円周溝40に連通している。
The
ハウジング本体1Aのフランジ5には、前記流路35内の冷却液を排出する冷却液排出通路44が形成されている。このフランジ5の冷却液排出通路44は、スペーサ6に形成された通路47を介して、ハウジング本体1Bに形成された通路48に連通され、この通路48が最外周側の円周溝40に連通している。フランジ5の冷却液排出通路44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前記タンク等に戻される。
A cooling
シール部材について説明する。
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。
The seal member will be described.
As shown in FIGS. 1 and 6, the closing
流路33に対して内外に並ぶ2重のシール部材42a,42bは、互いに材質の異なるものとしている。流路33に対し内部側(冷却液側)のシール部材42a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33に対し外部側すなわち高真空側のシール部材42b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。
The
図7に示すように、閉塞部材34には、シール部材50a,50bが設けられている。シール部材50a,50bは、閉塞部材34とハウジング本体1Bとの重なり面51に介在して流路35を外部から密封するOリングから成る。このシール部材50a,50bを、前記流路35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34の内周面に、2つの環状溝34a,34aが所定間隔をあけて形成されると共に、閉塞部材34の外周面に、2つの環状溝34a,34aが所定間隔をあけて形成されている。各環状溝34aにそれぞれシール部材50a,50bが嵌め込まれた閉塞部材34を、ハウジング本体1Bの上端面に嵌め込むことで、流路35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。
As shown in FIG. 7, the closing
Similarly to the above, the
以上説明した静圧気体軸受スピンドルによると、流路33,35に冷却液が供給され、モータ4や静圧気体軸受3で発生した熱を冷却する。シール部材42a,42bおよびシール部材50a,50bは、流路を、例えば高真空に保たれた外部から隔てる。シール部材42a,42b、(50a,50b)を、それぞれ流路33、(35)に対して内外に並ぶ2重構造にして設け、2重のシール部材42a,42b、(50a,50b)は、互いに材質の異なるものとしている。流路33、(35)に対し内部側(冷却液側)のシール部材42a、(50a)は、冷却液に侵されない材質から成るものとし、流路33、(35)に対し外部側すなわち高真空側のシール部材42b、(50b)は、アウトガスの発生が少ない材質から成るものとしたことにより、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。
According to the static pressure gas bearing spindle described above, the coolant is supplied to the
Therefore, the heat generated in the
流路33、(35)における複数の円周溝36、(40)を、各周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37、(41)により連通しているため、供給された冷却液が各周毎に円周方向に沿って進み、各円周溝36、(40)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。
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。
A plurality of
The closing
以下、本発明の他の実施形態について図8〜図13と共に説明する。以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。 Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following description, the same reference numerals are given to the portions corresponding to the matters described in the preceding forms in each embodiment, and the overlapping description is omitted. When only a part of the configuration is described, the other parts of the configuration are the same as those described in advance unless otherwise specified. Not only the combination of the parts specifically described in each embodiment, but also the embodiments can be partially combined as long as the combination does not hinder.
図1のハウジング本体1Aに円周溝36を形成する形態に代えて、図8および図9に示すように、複数の円周溝36を閉塞部材32に設けても良い。図8は、この発明の他の実施形態に係る静圧気体軸受スピンドルを組み立てる段階の断面図、図9は、同静圧気体軸受スピンドルの要部を組み立てた段階の断面図である。すなわち、閉塞部材32の内周面に複数段の円周溝36を設け、この閉塞部材32の内周面をハウジング本体1Aの外周面に重ねてこれら円周溝36を塞ぐことで、流路33を形成する。複数ある円周溝36を、各周毎交互に180度または180度に近い角度でずらして設けた連通路37により連通している。したがって、供給された冷却液が各周毎に円周方向に沿って進み、各円周溝36の全周に行き渡り易くなる。
Instead of the form in which the
また、図1のハウジング本体1Bに円周溝40を形成する形態に代えて、図10および図11に示すように、複数の円周溝40を閉塞部材34に設けても良い。図10は、この発明のさらに他の実施形態に係る静圧気体軸受スピンドルを組み立てる段階の要部の断面図、図11は、同静圧気体軸受スピンドルの要部を組み立てた段階の断面図である。すなわち、閉塞部材34の内面に複数の円周溝40を設け、この閉塞部材34の内面をハウジング本体1Bの上端面に重ねてこれら円周溝40を塞ぐことで、流路35を形成している。この場合も、複数ある円周溝40を、各周毎交互に180度または180度に近い角度でずらして設けた連通路41により連通している。したがって、供給された冷却液が各周毎に円周方向に沿って進み、各円周溝40の全周に行き渡り易くなる。
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。
Moreover, instead of the form in which the
According to these configurations, the design of the flow path can be easily changed by changing either one or both of the closing
図12に示すように、第1の実施形態における流路33、35の円周溝36、40の底部に、複数の孔52を形成し、流路35の円周溝40の底部に、複数の孔52を形成しても良い。流路35の各孔52は、いずれもラジアル軸受近傍に達する、換言すれば、軸受スリーブ1Aa付近まで延びる、非貫通孔とされている。流路35の各孔52は、いずれもスラスト軸受近傍に達する、換言すれば、軸受スリーブ1Ba付近まで延びる、非貫通孔とされている。
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。
As shown in FIG. 12, a plurality of
Although it is desirable that the
図13(A)に示すように、流路35の各孔52に雌ねじ加工を施しても良い。この流路35の雌ねじ加工に代えて、またはこの雌ねじ加工と共に、流路33の各孔52に雌ねじ加工を施しても良い。この場合、冷却液を孔52の雌ねじ部52aまで導くことができる。このため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。
As shown in FIG. 13A, each
As shown in FIG. 13B, a plurality of
図13(C)に示すように、各孔52の少なくともいずれか1つの雌ねじ部52aに、雄ねじから成る冷却用ねじピン54を螺合しても良い。この場合、雌ねじ部52aと、冷却用ねじピン54の雄ねじ部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。
As shown in FIG. 13C, a
As shown in FIG. 13D, a plurality of cooling
As shown in FIG. 13 (E), the
In FIG. 2, the coolant supply passage and the coolant discharge passage are provided in the closing member, but either one or both of the coolant supply passage and the coolant discharge passage may be provided in the housing body.
Instead of the circumferential groove of the flow path of each embodiment, a spiral groove may be used.
1…ハウジング
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
DESCRIPTION OF
Claims (12)
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おける軸方向両側または前記重なり面における径方向両側にそれぞれ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、
前記2つのシール部材のうち、前記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ことを特徴とする静圧気体軸受スピンドル。 A housing, a rotating shaft, a static pressure gas bearing that is installed in the housing and supports the rotating shaft, and supports the rotating shaft around the axis of the rotating shaft; and a motor that rotationally drives the rotating shaft. In the static pressure gas bearing spindle
A flow path through which a coolant circulates is formed between the surface of the housing main body of the housing and a closing member that is overlapped on the surface of the housing main body, and both sides of the overlapping surface of the closing member and the housing main body in the axial direction or the overlapping. Seal members that seal the flow path from the outside by being interposed on both sides in the radial direction on the surface are provided in a double structure arranged inside and outside the flow path, and the two seal members are made of different materials. ,
Of the two seal members, the seal member provided on the inner side with respect to the flow path is made of a material that is not affected by the coolant, and the seal member provided on the outer side with respect to the flow path generates more outgas than nitrile rubber. A hydrostatic gas bearing spindle characterized in that it is made of a material with a small amount.
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