JP2000291656A - 多孔質気体静圧軸受の製造方法 - Google Patents

多孔質気体静圧軸受の製造方法

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Satoshi Kumamoto
聰 熊本
Masahiko Fukuda
将彦 福田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 二層式の多孔質気体静圧軸受をより簡単に製
造することができると共に、多孔体を基材に確実、かつ
高強度で接合させることができ、シール性をも高めるこ
とができる多孔質気体静圧軸受の製造方法を提供する。 【解決手段】 基材１０の貫通穴１１内に金属粉末１２
を充填し、この金属粉末１２の軸受面側の端面が基材の
表面（上面）より貫通穴１１の内側へ凹むように形成す
ると共に、金属粉末１３の裏面側の端面の少なくとも一
部が基材１０の裏面（下面）より貫通穴１１の内側へ凹
む給気用の凹部１４を形成するように、熱処理により互
いに結合させて多孔体化すると同時に基材１０に接合さ
せて母材部多孔体１２を形成する。次に、上記表面側の
凹部に金属粉末１２より粒径が小さい粉末１３を充填し
てこの粉末を互いに結合させて多孔体化すると同時に母
材部多孔体１２及び基材１０に接合させて表面部多孔体
層１３を形成し、次に、この表面部多孔体層の表層を機
械加工で除去することによって軸受面を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、多孔質気体静圧軸
受の製造方法に係り、特に二層式の多孔質気体静圧軸受
を品質のバラツキが少なく、かつ、高剛性で製造するた
めの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】多孔体を用いた多孔質気体静圧軸受にお
いて、軸受面を形成すると共にこの軸受面から空気等の
圧縮気体を噴出させて被支持部材を支持する多孔体と、
この多孔体を支持する基材とは、互いに給気圧に耐える
強度で固着され、かつ多孔体と基材との間から気体が漏
れないようにシールをする必要がある。
【０００３】上記の固着強度とシールとの関係から、従
来は、多孔体を基材に固着するのに、焼嵌め、鋳ぐるみ
又はねじ止めなどが用いられていた。焼嵌めは、工作機
械の主軸用軸受に実用化されており、円筒状の多孔質グ
ラファイトを鋼製の基材に焼嵌めしている。鋳ぐるみ
は、直線案内用のスライダに実用化されており、ポリビ
ニルホルマール（ＰＶＦ）などからなる多孔質フォーム
にセラミック成形用スラリーを含浸させた後、同じセラ
ミック成形用スラリーで上記多孔質フォームを鋳ぐるみ
成形している（特開平６ー２９７４２１号公報）。
【０００４】また、多孔質気体静圧軸受では、最終絞り
部の気体だまりの気体の圧縮性に起因するニューマチッ
クハンマ（自励振動）の発生を防止するためや、多孔体
の粒径及び空孔分布の不均一性を排除して軸受面から噴
出する圧縮気体の流量の最適化を図るために、軸受面側
の表面近傍のみの空孔径をそれより下の部分の空孔径よ
り小さくしている。
【０００５】従来、この軸受面側の表面近傍の空孔径を
小さくする方法として、多孔体の軸受面側の表面に樹脂
を含浸させたり、メッキを施したりする方法や、多孔体
の軸受面側の表面に空孔径の小さい別の多孔体層を設け
る方法が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記基材へ
の多孔体の取り付けにおいて、焼嵌めは、固着する力が
摩擦力であるため、摩擦を生じる面積が大きいもの、す
なわち焼嵌め方向に長い形状のものでないと、高い結合
力を得ることができない。言い換えれば、薄物形状には
不向きであり、嵌め込む多孔体の厚さに規制がある。鋳
ぐるみは、脱泡、乾燥などの複雑な製造工程が多く、製
造時間が長いと共に製造コストも高いという欠点があ
る。また、ねじ止めは、ねじの加工に手間が掛かり、コ
ストが高くなると共にシール性が劣る欠点がある。
【０００７】さらに、上記軸受面側の表面近傍の空孔径
を小さくする方法において、樹脂を含浸させたり、メッ
キを施したりする方法は、所望の空孔径を得るための樹
脂の含浸量やメッキ量の制御がむずかしく、また、空孔
径の小さい別の多孔体層を設ける方法は、母体となる多
孔体を所定形状に加工して、その上に別の多孔体層を設
けており、製造工程が複雑であった。
【０００８】本発明は、二層式の多孔質気体静圧軸受を
より簡単に製造することができると共に、多孔体を基材
に確実、かつ高強度で接合させることができ、シール性
をも高めることのできる多孔質気体静圧軸受の製造方法
を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、多孔質気体静圧軸受の製造方法において、
基材に設けられている貫通穴内に金属粉末を充填し、次
に、前記貫通穴内の金属粉末の軸受面側の端面が前記基
材の表面より貫通穴の内側へ凹む凹部を形成すると共
に、前記金属粉末の圧縮気体供給側の端面の少なくとも
一部が前記基材の裏面より貫通穴の内側へ凹む給気用の
凹部を形成するように、前記金属粉末を熱処理により互
いに結合させて多孔体化すると同時に前記基材に接合さ
せて母材部多孔体を形成し、次に、前記軸受面側の凹部
に前記金属粉末より粒径が小さい粉末を充填してこの粉
末を互いに結合させて多孔体化すると同時に前記母材部
多孔体及び基材に接合させて表面部多孔体層を形成し、
次に、この表面部多孔体層の表層を機械加工で除去する
ことによって軸受面を形成するものである。
【００１０】この製造方法によれば、基材に設けられて
いる貫通穴内に金属粉末を充填して熱処理により多孔体
化するのみで母材部多孔体が形成され、かつこの母材部
多孔体が基材に冶金的に接合され、基材へ強固に固着さ
れると同時にシール性にも優れた物となる。また、この
母材部多孔体は、給気側と軸受面側の両方が熱処理によ
る多孔体化と同時に所定形状に成形され、機械加工を施
す必要はない。二層目である表面部多孔体層は、前記母
材部多孔体を形成するときに形成された軸受面側の凹部
に金属粉末より粒径が小さい粉末を充填して多孔体化す
ると同時に前記母材部多孔体及び基材に接合されること
により形成される。この表面部多孔体層は、粉末の材質
により多孔体化の方法は適宜に定められるもので、後述
するバインダによる結合や母材部多孔体と同様に熱処理
を用いることができ、これらにより十分な接合強度とシ
ール性を得ることができる。その上、機械加工は、この
表面部多孔体層の表層のみで済ませることができる。
【００１１】なお、前記母材部多孔体を形成する金属粉
末には、ブロンズ、黄銅及び硬質アルミニウムの少なく
とも１つを用いることができる。また、前記表面部多孔
体層を形成する粉末としては、バインダにより結合され
る固体潤滑剤を用い、前記表面部多孔体層の表層の機械
加工には、研削、ラッピング及び単結晶ダイヤモンドバ
イトを用いた切削のいずれかを用いることができ、前記
固体潤滑剤としては、二硫化モリブデン、ボロンナイト
ライド及びカーボンの少なくとも１つを用いることがで
きる。
【００１２】さらにまた、前記表面部多孔体層を形成す
る粉末としては、バインダにより結合される脆性材料を
用い、前記表面部多孔体層の表層の機械加工には、切削
及びラッピングのいずれかを用いることができ、この脆
性材料としては、セラミックスを用いることができる。
【００１３】さらにまた、前記表面部多孔体層の表層を
機械加工で除去する際、前記基材の表層をも同時に除去
するようにしてもよく、この場合、前記表面部多孔体層
の機械加工量の調節により、前記軸受面から噴出される
圧縮気体の流量を所定値に設定するとよく、さらに、前
記表面部多孔体層の機械加工量の調節は、加工と平行し
て前記母材部多孔体を介して前記表面部多孔体層の裏面
側に圧縮気体を供給し、この表面部多孔体層を介して前
記軸受面から噴出される圧縮気体の流量を測定すること
によって行われることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
図１ないし図５を参照して説明する。図１は、本実施の
形態により製造される多孔質気体静圧軸受を示すもの
で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢーＢ線断面図
である。図１において、１０は基材であり、ステンレス
鋼や機械構造用鋼で形成され、図１（ｂ）において上下
に貫通する複数の穴１１が複数設けられている。
【００１５】これらの貫通穴１１内の上端の一部を除く
下方部分には、後述するように金属粉末を熱処理により
多孔体化した母材部多孔体１２が設けられ、貫通穴１１
の上端部には前記金属粉末より粒径が小さい粉末を互い
に結合させて多孔体化した表面部多孔体層１３が設けら
れ、これらにより二層式の多孔質気体静圧軸受を形成
し、母材部多孔体１２の下面に設けられている給気用の
凹部１４へ図示しない流路から圧縮気体を供給すること
により、基材１０の図１（ａ）において上面（軸受面）
に置かれた図示しない被支持部材を非接触で支持するよ
うに構成されている。
【００１６】なお、貫通穴１１は、母材部多孔体１２を
結合保持する部分が、図１（ｂ）において、下方が大き
く、上部が小さい二段の段付き穴に形成され、凹部１４
へ供給される圧縮気体の圧力に耐えられるようになって
いる。
【００１７】図２は、上記母材部多孔体１２を形成する
工程を示すもので、１０は図１に示した基材１０であ
る。この基材１０は、図１（ｂ）に対して上下を反転し
て下型２１の上に設置されている。この下型２１の上面
には、貫通穴１１の図１（ｂ）において上端の断面形状
に一致する凸部２２が設けられ、これらの凸部２２が基
材１０の貫通穴１１の上記上端に嵌入している。
【００１８】基材１０の上には、固定用スペーサ２４を
介して上型２３が固定されている。この上型２３は、基
材１０の各貫通穴１１の中央にそれぞれ開口し、図１
（ｂ）に示した給気用の凹部１４にそれぞれ対応する断
面形状の複数のガイド穴２５を有している。これらのガ
イド穴２５には、同じく給気用の凹部１４にそれぞれ対
応する断面形状のプランジャ２６が上下動自在に挿入さ
れ、これらのプランジャ２６の上にはウエイト２７が載
置される。
【００１９】なお、下型２１の凸部２２の表面、上型２
３の図２において下面、並びにプランジャ２６の先端面
及び外周面は、後述する母材部多孔体１２の焼結成形時
に、その原料である金属粉末と反応したり接合したりし
ないようにするために、セラミック溶射などの濡れ防止
処理を施すか、又は下型２１、上型２３及びプランジャ
２６をセラミックなどの濡れ性を有しない材料で形成す
る。
【００２０】ところで母材部多孔体１２の成形は、ウエ
イト２７及びプランジャ２６を除去し、下型２１の凸部
２２により図２において下端を閉じられた貫通穴１１及
び上型２３のガイド穴２５内に母材部多孔体１２の原料
である金属粉末を充填して行う。なお、この金属粉末に
も符号１２を用いる。金属粉末１２の充填量は、後述す
る焼結のための熱処理による収縮量を考慮して貫通穴１
１内の容積より所定量多くする。
【００２１】次に、ガイド穴２５にプランジャ２６を挿
入すると共にウエイト２７を載置し、これらを図示しな
い加熱炉に入れて母材部多孔体１２を焼結成形する。こ
の焼結成形そのものは、公知の方法を用いて行われる
が、例えば金属粉末１２をその融点より５０〜１００℃
程度低い温度に加熱することなどにより行われる。この
とき、金属粉末１２は、焼結の進行により収縮するが、
この収縮はウエイト２７により加圧されているプランジ
ャ２６の下降により補償されて基材１０の貫通穴１１を
満たす。この焼結の進行に伴ってプランジャ２６が下降
し、図２に示すように、プランジャ２６の下端が所定量
貫通穴１１内に入り込んだとき、焼結が完了し、その
後、炉冷する。
【００２２】こうして母材部多孔体１２が焼結成形され
るが、このとき母材部多孔体１２と基材１０は拡散によ
り金属的に接合され、母材部多孔体１２は基材１０に強
固に結合される。なお、この母材部多孔体１２を形成す
るための金属粉末としては、母材部多孔体１２の成形の
容易性、必要とする強度、基材１０との拡散による接合
性などからブロンズ、黄銅及び硬質アルミニウムのいず
れかを用いることが好ましい。
【００２３】上記のように母材部多孔体１２の形成を終
了したならば、ウエイト２７、プランジャ２６、上型２
３、固定用スペーサ２４及び下型２１を基材１０から外
し、下型２１の凸部２２が嵌入していた基材１０の貫通
穴１１の図２において下端の凹部２８内に、図１（ｂ）
において貫通穴１１の上端に設けられている表面部多孔
体層１３を形成する。このとき、母材部多孔体１２の下
型２１、上型２３及びプランジャ２６に接触していた露
出表面は、通気可能な状態になっており、このためこれ
らの表面を機械加工することなく、ただちに表面部多孔
体層１３を形成することができる。
【００２４】この表面部多孔体層１３の形成は、図３に
示すように、基材１０を図２に対して上下に反転し、母
材部多孔体１２を形成した上記金属粉末１２より粒径が
小さい粉末を互いに結合させて多孔体化する材料を凹部
２８に充填して行う。この、表面部多孔体層１３の形成
は、母材部多孔体１２と同様に焼結によってもよいが、
加熱よる基材１０及び母材部多孔体１２の変形及び変質
を避けるため、高温に加熱する必要のないバインダによ
り結合される二硫化モリブデン、ボロンナイトライド及
びカーボンなどの固体潤滑剤や同じくバインダにより結
合されるセラミックスなどの脆性材料（これらにも符号
１３を用いる）の粉末を用いることが好ましい。
【００２５】図３は、バインダにより結合される固体潤
滑剤又は脆性材料１３を塗布により凹部２８に充填した
例を示しており、バインダにより結合される固体潤滑剤
又は脆性材料１３は、凹部２８を埋めると共に基材１０
の表面を厚さａで覆うように塗布されている。
【００２６】上記塗布により形成された表面部多孔体層
１３は、少なくとも基材１０の表面上からは表面部多孔
体層１３を完全に除去し、図１（ｂ）に示すように、凹
部２８内のみに表面部多孔体層１３を残すように、機械
加工されるが、このとき多孔体の気孔をつぶさないよう
に、表面部多孔体層１３がバインダにより結合される固
体潤滑剤からなる場合には、研削、ラッピング又は単結
晶ダイヤモンドバイトを用いた切削のいずれかの機械加
工により、また、表面部多孔体層１３がバインダにより
結合される脆性材料からなる場合には、研削又はラッピ
ングのいずれかの機械加工により行われる。
【００２７】図４は、上記機械加工を研削により行う例
を示す。１００は、図３に示す基材１０を装着して形成
した多孔質気体静圧軸受の中間製品であり、給気用の凹
部１４へ圧縮気体を供給するための給気配管１０１が接
続されている。給気配管１０１の途中には、流量計１０
２が接続され、圧縮気体供給源１０３から圧縮気体を供
給するようになっている。
【００２８】中間製品１００は、研削装置３０のベース
３１上を左右に往復動するテーブル３２のチャック３３
に装着され、上下に位置を制御される砥石ヘッド３４に
取り付けられている回転砥石３５により、図３に示す表
面部多孔体層１３が研削される。このとき、上記のよう
に少なくとも基材１０の表面から表面部多孔体層１３を
完全に除去した後、圧縮気体供給源１０３から圧縮気体
を供給する。供給された圧縮気体は、図１（ｂ）に示す
給気用の凹部１４から母材部多孔体１２中を通って表面
部多孔体層１３の表面すなわち軸受面から噴出される。
【００２９】この軸受面から噴出される圧縮気体の流量
を流量計１０２により測定する。この軸受面から噴出さ
れる圧縮気体の流量は、表面部多孔体層１３の厚さが薄
い程、大きくなる。そこで、この測定流量が、予め定め
られた所定の値になるように研削量を調節して１ないし
数回の研削を行い、軸受面から噴出される圧縮気体の流
量が所定の値になるように設定すれば、所定の特性を有
する多孔質気体静圧軸受を得ることができる。このと
き、基材１０の表面は、表面部多孔体層１３の表面と同
時に研削され、軸受面の一部として形成される。
【００３０】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、二層
式の多孔質気体静圧軸受をより簡単に製造することがで
きると共に、多孔体を基材に確実、かつ高強度で接合さ
せることができ、シール性をも高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により製造される多孔質気体静圧軸受の
一例を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の
ＢーＢ線断面図
【図２】本発明により製造される多孔質気体静圧軸受の
母材部多孔体を製造する状態の一例を示す断面図。
【図３】本発明により製造される多孔質気体静圧軸受の
製造途中の状態を示す断面図。
【図４】本発明により製造される多孔質気体静圧軸受の
表面部多孔体層を機械加工する状態の一例を示す図。
【符号の説明】
１０ 基材 １１ 貫通穴 １２ 母材部多孔体（金属粉末） １３ 表面部多孔体層（固体潤滑剤又は脆性材料） １４ 給気用の凹部 ２１ 下型 ２２ 凸部 ２３ 上型 ２４ 固定用スペーサ ２５ ガイド穴 ２６ プランジャ ２７ ウエイト ２８ 凹部 ３０ 研削装置 ３１ ベース ３２ テーブル ３３ チャック ３４ 砥石ヘッド ３５ 回転砥石 １００ 多孔質気体静圧軸受の中間製品 １０１ 給気配管 １０２ 流量計 １０３ 圧縮気体供給源

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多孔質気体静圧軸受の製造方法におい
    て、 基材に設けられている貫通穴内に金属粉末を充填し、 次に、前記貫通穴内の金属粉末の軸受面側の端面が前記
    基材の表面より貫通穴の内側へ凹む凹部を形成すると共
    に、前記金属粉末の圧縮気体供給側の端面の少なくとも
    一部が前記基材の裏面より貫通穴の内側へ凹む給気用の
    凹部を形成するように、前記金属粉末を熱処理により互
    いに結合させて多孔体化すると同時に前記基材に接合さ
    せて母材部多孔体を形成し、 次に、前記軸受面側の凹部に前記金属粉末より粒径が小
    さい粉末を充填してこの粉末を互いに結合させて多孔体
    化すると同時に前記母材部多孔体及び基材に接合させて
    表面部多孔体層を形成し、 次に、この表面部多孔体層の表層を機械加工で除去する
    ことによって軸受面を形成することを特徴とする多孔質
    気体静圧軸受の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記母材部多孔体を形成する金属粉末と
    して、ブロンズ、黄銅及び硬質アルミニウムの少なくと
    も１つを用いることを特徴とする請求項１に記載の多孔
    質気体静圧軸受の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記表面部多孔体層を形成する粉末とし
    て、バインダにより結合される固体潤滑剤を用い、前記
    表面部多孔体層の表層の機械加工には、研削、ラッピン
    グ及び単結晶ダイヤモンドバイトを用いた切削のいずれ
    かを用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の多
    孔質気体静圧軸受の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記固体潤滑剤として、二硫化モリブデ
    ン、ボロンナイトライド及びカーボンの少なくとも１つ
    を用いることを特徴とする請求項３に記載の多孔質気体
    静圧軸受の製造方法。
  5. 【請求項５】 前記表面部多孔体層を形成する粉末とし
    て、バインダにより結合される脆性材料を用い、前記表
    面部多孔体層の表層の機械加工には、切削及びラッピン
    グのいずれかを用いることを特徴とする請求項１又は２
    に記載の多孔質気体静圧軸受の製造方法。
  6. 【請求項６】 前記脆性材料として、セラミックスを用
    いることを特徴とする請求項５に記載の多孔質気体静圧
    軸受の製造方法。
  7. 【請求項７】 前記表面部多孔体層の表層を機械加工で
    除去する際、前記基材の表層をも同時に除去することを
    特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の多
    孔質気体静圧軸受の製造方法。
  8. 【請求項８】 前記表面部多孔体層の機械加工量の調節
    により、前記軸受面から噴出される圧縮気体の流量を所
    定値に設定することを特徴とする請求項７に記載の多孔
    質気体静圧軸受の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記表面部多孔体層の機械加工量の調節
    は、加工と平行して前記母材部多孔体を介して前記表面
    部多孔体層の裏面側に圧縮気体を供給し、この表面部多
    孔体層を介して前記軸受面から噴出される圧縮気体の流
    量を測定することによって行われることを特徴とする請
    求項８に記載の多孔質気体静圧軸受の製造方法。
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