JP2006090482A - 多孔質静圧気体軸受及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 多孔質金属焼結層への切削加工又は研削加工の施工後のエポキシ樹脂又はフェノール樹脂からなる封止材による封止作業工程を必要とすることなく、多孔質金属焼結層の端面の確実な封止を長期にわたって維持することができる多孔質静圧気体軸受及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】 多孔質静圧気体ラジアル軸受１Ａは、裏金２と、裏金２の内面３に内面３に形成された接合層４を介して一体に接合された多孔質金属焼結層５と、多孔質金属焼結層５に高圧気体を供給すべく、裏金２の内面３に形成されている環状溝６及び７を有した供給手段９と、裏金２の軸方向の各端部の内面に接合層４を介して接合されていると共に多孔質金属焼結層５の軸方向の環状の端面１０及び１１の夫々に一体に接合された純銅からなる封止材１２とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、多孔質静圧気体軸受、とくに無機物質粒子を分散含有した多孔質金属焼結層を具備した多孔質静圧気体軸受及びその製造方法に関する。

特開平１１−１５８５１１号公報 特開２０００−３４６０７１号公報

静圧気体軸受は、その軸受面で支持する可動体との間に気体膜を形成して、この気体膜を介して可動体を移動自在に支持するものであるために、好ましく製造された静圧気体軸受は、それが本来的に有するセンタリング機能等と相俟って、軸受隙間に潤滑油及び給油を必要としなく、しかも、高速移動においても振動を生じさせないで、低摩擦、低発熱でもって可動体を好ましく支持できる。

静圧気体軸受の一つとして、裏金と、この裏金に固定された多孔質金属焼結層とを具備した多孔質静圧気体軸受（特許文献１参照）が用いられるが、この多孔質静圧気体軸受では、供給される高圧気体の利用効率を上げるためには、多孔質焼結金属層において軸受面からのみ高圧気体が噴出することが好ましい。

ところで、上記の多孔質静圧気体軸受では、多孔質焼結金属層が裏金の一方の面に一体に形成されたものであるために、多孔質金属焼結層の端面からの高圧気体の漏出は避けられず、高圧気体の利用効率が低下してしまう。

この問題点に対し、本出願人は、先に、多孔質金属焼結層の端面に当該端面を覆ってかつ多孔質金属焼結層の軸受面を越えて突出しないように封止材を固着した多孔質静圧気体軸受を提案した（特許文献２参照）。

提案に係る多孔質静圧気体軸受は、裏金と、この裏金の一方の面に固定された多孔質金属焼結層とを具備しており、多孔質金属焼結層の端面には、当該多孔質金属焼結層の端面を覆って且つ多孔質金属焼結層の軸受面を越えて突出しないようにしてエポキシ樹脂又はフェノール樹脂からなる封止材が固着されている。

エポキシ樹脂又はフェノール樹脂からなる封止材の固着作業は、裏金の一方の面に固着された多孔質金属焼結層に切削加工又は研削加工を施した後に行われるため、提案に係る多孔質静圧気体軸受の製造工程においてはこの封止作業工程を加えることが余儀なくされる。

また、切削加工又は研削加工後のエポキシ樹脂又はフェノール樹脂からなる封止材による封孔処理は、その完了に時間を要する上に軸受面となる切削加工又は研削加工された多孔質金属焼結層の面へのエポキシ樹脂又はフェノール樹脂の付着を避けるように注意深く行う必要がある。

本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、多孔質金属焼結層への切削加工又は研削加工の施工後のエポキシ樹脂又はフェノール樹脂からなる封止材による封止作業工程を必要とすることなく、しかも、エポキシ樹脂又はフェノール樹脂等の乾燥、固化を待つ必要もない上に多孔質金属焼結層への切削加工又は研削加工の完了でもって一応の製品を得ることができ、その上、多孔質金属焼結層の端面の確実な封止を長期にわたって維持することができる多孔質静圧気体軸受及びその製造方法を提供することにある。

本発明の多孔質静圧気体軸受は、ステンレス鋼からなる筒状の裏金と、該裏金の円筒状の内面に該内面に形成された接合層を介して一体に接合された多孔質金属焼結層と、該多孔質金属焼結層に高圧気体を供給すべく、裏金の内面に当該内面側で開口して形成されていると共に当該内面側の開口が該多孔質金属焼結層によって覆われている溝を有している供給手段と、該裏金の端部の内面に接合層を介して接合されていると共に該多孔質金属焼結層の端面に一体に接合された純銅からなる封止材とを具備していることを特徴とする。

本発明の多孔質静圧気体軸受によれば、多孔質金属焼結層の端面に純銅からなる封止材が接合されているので、当該端面からの供給高圧気体の漏出をなくし得て、供給高圧気体の利用効率を上げることができ、軸受隙間に所望の気体膜を形成できるのみならず、多孔質金属焼結層への切削加工又は研削加工の施工後のエポキシ樹脂又はフェノール樹脂からなる封止材による封止作業工程を必要とすることなく、しかも、エポキシ樹脂又はフェノール樹脂等の乾燥、固化を待つ必要もない上に多孔質金属焼結層への切削加工又は研削加工の完了でもって一応の製品を得ることができる。

本発明の好ましい例では、接合層はニッケルメッキ層と銅メッキ層との二層のメッキ層を含んでおり、該ニッケルメッキ層は裏金の内面に接合されており、多孔質金属焼結層及び封止材は銅メッキ層に接合されている。

本発明によれば、筒状の裏金の内面に形成された接合層と封止材及び多孔質金属焼結層とは金属同士の接合となるため接合力が強く、該多孔質金属焼結層に供給される高圧気体によって該封止材が裏金の内面及び多孔質金属焼結層の端面とから剥離等を生じることはなく、多孔質金属焼結層の端面の確実な封止を長期にわたって維持することができる。

本発明では、多孔質金属焼結層は、４重量％以上１０重量％以下の錫（Ｓｎ）と、１０重量％以上４０重量％以下のニッケル（Ｎｉ）と、０．１重量％以上０．５重量％未満の燐（Ｐ）と、２重量％以上１０重量％以下の無機物質粒子と、残部が銅（Ｃｕ）とからなっているとよい。

本発明によれば、焼結過程において液相のＮｉ_３Ｐを発生する燐成分が０．１重量％以上０．５重量％未満の含有量であることから、液相のＮｉ_３Ｐの発生量が少なくなり、焼結時に液相のＮｉ_３Ｐが流れ出すことがなく、多孔質金属焼結層を接合層に接合するに必要な量の液相のＮｉ_３Ｐとなり、接合層を介する該多孔質金属焼結層と裏金との接合力が高められ、しかも、液相のＮｉ_３Ｐの発生量が少ないことにより焼結後の冷却（放冷）時の多孔質金属焼結層の収縮量が少ないので、該多孔質金属焼結層の収縮に起因する裏金と多孔質金属焼結層との接合層を介する各接合面で該多孔質金属焼結層の剥離を生じることがない。

本発明では、多孔質金属焼結層に分散含有される無機物質粒子は、好ましくは、黒鉛、窒化ホウ素、フッ化黒鉛、フッ化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素及び炭化ケイ素のうちの少なくとも一つが選択されて使用される。

多孔質金属焼結層の粒界に分散含有された斯かる無機物質粒子は、このもの自体が機械加工によって塑性変形することがなく、加えて多孔質金属焼結層の素地の金属部分の塑性変形を分断して軽減する働きにより、機械加工における多孔質金属焼結層の目詰まりを抑えることができる。

本発明では、封止材を形成する純銅には、好ましくは無酸素銅又はタフピッチ銅が使用される。

無酸素銅又はタフピッチ銅は、多孔質金属焼結層の端面との間に焼結時に一部合金化して接合せしめられるので、該封止材と多孔質金属焼結層との間の接合力は高く、結果として該封止材の多孔質金属焼結層からの剥離等を生じることはない。

本発明の多孔質静圧気体軸受の製造方法は、ステンレス鋼からなる筒状の裏金を準備し、この裏金の円筒状の内面に少なくとも一つの環状溝を形成する工程と、該裏金の内面に、当該内面に接合されているニッケルメッキ層と該ニッケルメッキ層の表面に接合されている銅メッキ層との二層のメッキ層を形成する工程と、４重量％以上１０重量％以下の錫と、１０重量％以上４０重量％以下のニッケルと、０．１重量％以上０．５重量％未満の燐と、２重量％以上１０重量％以下の無機物質粒子と、残部が銅とを混合して混合粉末を形成し、この混合粉末を金型内に装填し、所定の成形圧力を掛けて該混合粉末からなる円筒状の圧粉体を形成する工程と、純銅からなる２つの環状の封止材を準備する工程と、裏金の一方の端部の内面に一方の封止材をメッキ層を介して圧接嵌合したのち、該一方の封止材と接触させて該裏金の内面に該圧粉体をメッキ層を介して圧接嵌合し、該裏金の他方の端部の内面に該圧粉体と接触させて他方の封止材をメッキ層を介して圧接嵌合する工程と、これらを還元性雰囲気又は真空中で８００〜１１５０℃の温度で２０〜１２０分間焼結し、該圧粉体の焼結と同時に該圧粉体の裏金の内面への接合を行う工程と、焼結後、裏金の内面に一体に接合していると共に圧粉体の焼結により得られた多孔質金属焼結層の内面に切削加工又は研削加工を施す工程とを具備しており、純銅からなる封止材が裏金の端部の内面に接合層を介して接合されていると共に多孔質金属焼結層の端面に一体に接合されている多孔質静圧気体軸受を製造することを特徴とする。

本発明の製造方法によれば、裏金の円筒状の内面に、当該裏金の内面に接合されたニッケルメッキ層と当該ニッケルメッキ層に接合された銅メッキ層との二層のメッキ層を形成し、斯かる裏金の一方の端部の内面にメッキ層を介して一方の封止材を圧接嵌合したのち、該一方の封止材と接触させて該裏金の内面に、錫、ニッケル、燐、無機物質粒子及び銅を含んだ圧粉体をメッキ層を介して圧接嵌合し、裏金の他方の端部の内面に該圧粉体と接触させて他方の封止材をメッキ層を介して圧接嵌合し、これら裏金、２個の封止材及び圧粉体を還元性雰囲気又は真空中で８００〜１１５０℃の温度で２０〜１２０分間焼結し、該圧粉体の焼結と同時にメッキ層を介して該圧粉体の裏金の内面への接合を行う結果、裏金の内面にメッキ層からなる接合層を介して一体に接合されていると共に圧粉体の焼結により得られた多孔質金属焼結層の各端面には、該裏金の内面の接合層の銅メッキ層に一体に接合された純銅からなる封止材が当該多孔質金属焼結層と焼結時に一部合金化して一体に接合されるため、該封止材の該裏金の内面及び多孔質金属焼結層の端面との接合強度が高められ、該封止材が多孔質金属焼結層から剥離等を生じることはなく、当該多孔質金属焼結層からの高圧気体の漏出をなくし得て、供給高圧気体の利用効率を上げることができ、軸受隙間に所望の気体膜を形成できるのみならず、多孔質金属焼結層への切削加工又は研削加工の施工後のエポキシ樹脂又はフェノール樹脂からなる封止材による封止作業工程を必要とすることなく、しかも、エポキシ樹脂又はフェノール樹脂等の乾燥、固化を待つ必要もない上に多孔質金属焼結層への切削加工又は研削加工の完了でもって一応の製品を得ることができ、しかも、裏金の内面に形成された接合層と封止材及び多孔質金属焼結層とは金属同士の接合となるため接合力が強く、該多孔質金属焼結層に供給される高圧気体によって該封止材が裏金の内面及び多孔質金属焼結層の端面から剥離等を生じることはなく、多孔質金属焼結層の端面の確実な封止を長期にわたって維持することができる。

更に本発明の製造方法によれば、焼結過程において液相のＮｉ_３Ｐを発生する燐成分が０．１重量％以上０．５重量％未満の含有量であることから、液相のＮｉ_３Ｐの発生量が少なくなり、焼結時に液相のＮｉ_３Ｐが流れ出すことがなく、多孔質金属焼結層を接合層に接合するに必要な量の液相のＮｉ_３Ｐとなり、接合層を介する該多孔質金属焼結層と裏金との接合力が高められ、しかも、液相のＮｉ_３Ｐの発生量が少ないことにより焼結後の冷却（放冷）時の多孔質金属焼結層の収縮量が少ないので、該多孔質金属焼結層の収縮に起因する裏金と多孔質金属焼結層との接合層を介する各接合面で該多孔質金属焼結層の剥離を生じることがない。

本発明の多孔質静圧気体軸受の製造方法では、多孔質金属焼結層に分散含有される無機物質粒子は、黒鉛、窒化ホウ素、フッ化黒鉛、フッ化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素及び炭化ケイ素のうちの少なくとも一つが選択されて使用されるとよい。

斯かる本発明の製造方法によれば、多孔質金属焼結層の粒界に分散含有された無機物質粒子は、このもの自体が機械加工によって塑性変形することがなく、加えて多孔質金属焼結層の素地の金属部分の塑性変形を分断して軽減する働きにより、機械加工における多孔質金属焼結層の目詰まりを抑えることができる。

本発明の多孔質静圧気体軸受の製造方法では、封止材を形成する純銅には、無酸素銅又はタフピッチ銅が使用される。

無酸素銅又はタフピッチ銅は、多孔質金属焼結層の端面との間に焼結時に一部合金化して接合せしめられるので、該封止材と多孔質金属焼結層との間の接合力は高く、結果として該封止材の多孔質金属焼結層からの剥離等を生じることはない。

本発明において供給手段は、一つの好ましい例では溝として少なくとも二つの環状溝とこの二つの環状溝を連通する直線状溝とを含んでいるが、斯かる直線状溝に代えて又は直線状溝に加えて孔を含んでいてもよい。

本発明によれば、多孔質金属焼結層への切削加工又は研削加工の施工後のエポキシ樹脂又はフェノール樹脂からなる封止材による封止作業工程を必要とすることなく、しかも、エポキシ樹脂又はフェノール樹脂等の乾燥、固化を待つ必要もない上に多孔質金属焼結層への切削加工又は研削加工の完了でもって一応の製品を得ることができ、その上、多孔質金属焼結層の端面の確実な封止を長期にわたって維持することができる多孔質静圧気体軸受及びその製造方法を提供し得る。

次に、本発明の実施の形態の例を、図に示す例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら例に何等限定されないのである。

図１及び図２に示す本例の多孔質静圧気体軸受としての多孔質静圧気体ラジアル軸受１Ａは、ステンレス鋼からなる円筒状の裏金２と、該裏金２の円筒状の内面３に該内面３に形成された接合層４を介して一体に接合された多孔質金属焼結層５と、多孔質金属焼結層５に高圧気体を供給すべく、裏金２の内面３に当該内面３側で開口して形成されていると共に当該内面３側の開口が多孔質金属焼結層５によって覆われている溝としての２つの環状溝６及び７並びに裏金２の内面３に当該内面３側で開口して形成されていると共に環状溝６及び７を相互に連通するように軸方向に伸びた相互連通用の直線状溝８を有した供給手段９と、裏金２の軸方向の各端部の内面に接合層４を介して接合されていると共に該多孔質金属焼結層５の軸方向の環状の端面１０及び１１の夫々に一体に接合された純銅からなる封止材１２とを具備しており、多孔質金属焼結層５の円筒状の内面を軸受面１３としており、供給手段９は、裏金２に設けられた環状溝６及び７並びに直線状溝８に加えて、該裏金２の円筒状の外面１４で開口して該裏金２に設けられていると共に直線状溝８に高圧気体供給を供給する高圧気体供給用の孔１５とを具備している。

図３及び図４に示す他の多孔質静圧気体ラジアル軸受１Ｂは、前記した多孔質静圧気体ラジアル軸受１Ａの供給手段９における内面３側で開口して裏金２に設けた相互連通用の直線状溝８に代えて、行き止り孔１６を裏金２の軸方向の一方の環状端面１７から他方の環状端面１８に向けて軸方向に伸びて裏金２の内部に設け、行き止り孔１６を介して環状溝６及び７を相互に連通させたもので、斯かる相互連通用の行き止り孔１６を具備した多孔質静圧気体ラジアル軸受１Ｂでも、多孔質金属焼結層５は、裏金２の内面３側における各環状溝６及び７の開口を覆うと共に裏金２の円筒状の内面３に接合層４を介して一体に接合されており、裏金２の両端部の内面に接合層４を介して接合されていると共に該多孔質金属焼結層５に端面１０及び１１の夫々に一体に接合された純銅からなる封止材１２とを具備しており、多孔質金属焼結層５の円筒状の内面が軸受面１３となっている。

多孔質静圧気体ラジアル軸受１Ｂは、また、行き止り孔１６及び環状溝６及び７と共に高圧気体の供給手段９を構成するように、裏金２の径方向の円筒状の外面１４で開口していると共に裏金２の外面１４から相互連通用の行き止り孔１６に向けて径方向に伸びて裏金２の内部に設けられた高圧気体供給用の行き止り孔１９を具備している。

裏金２の環状端面１７で開口した行き止り孔１６の軸方向の一端２０は、ノックピンからなる栓２１で閉塞されており、行き止り孔１６の軸方向の他端２２は、裏金２の環状端面１８の手前で裏金２自体で閉塞されている一方、行き止り孔１９に連通されており、行き止り孔１６はその途中で環状溝７に連通しており、行き止り孔１９は行き止り孔１６及び環状溝６に連通している。

多孔質静圧気体ラジアル軸受１Ａ及び１Ｂにおいて、裏金２を形成するステンレス鋼としては、オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼又はフェライト系ステンレス鋼が使用される。とくに、クロム（Ｃｒ）含有量の少ないマルテンサイト系ステンレス鋼又はフェライト系ステンレス鋼は好ましいものである。

接合層４は、裏金２の内面３に接合されたニッケルメッキ層と該ニッケルメッキ層の表面に接合されていると共に多孔質金属焼結層５及び封止材１２が表面に接合されている銅メッキ層との二層のメッキ層を含んでいる。接合層４を介する裏金２と多孔質金属焼結層５との接合部に剥離等を生じさせないためには、多孔質金属焼結層５を形成する圧粉体のメッキ層への圧接の程度にもよるが、ニッケルメッキ層は、２μｍ以上２０μｍ以下、好ましくは３μｍ以上１５μｍ以下の厚さを有しており、銅メッキ層は、１０μｍ以上２５μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上２０μｍ以下の厚みを有している。

多孔質金属焼結層５は、４重量％以上１０重量％以下の錫と、１０重量％以上４０重量％以下のニッケルと、０．１重量％以上０．５重量％未満の燐と、２重量％以上１０重量％以下の無機物質粒子と、残部が銅とからなる。成分中の燐成分は、焼結過程において液相のＮｉ_３Ｐを生成し、焼結を進行させるとともに裏金２の一方の面に形成された接合層４へのニッケル成分の拡散を助長し、多孔質焼結金属層５を接合層４に強固に一体にさせる役割を果たす。

また、燐の配合量を０．１重量％以上０．５重量％未満とすることにより、多孔質焼結金属層５の焼結後冷却時の収縮量を低く抑えることができ、多孔質焼結金属層５の収縮に起因する多孔質焼結金属層５の裏金２の内面３からの剥離等を生じることはない。さらに、燐の配合量を少なくして液相のＮｉ_３Ｐの生成量を少なくすることにより、多孔質焼結金属層５の気孔率が高められ、多孔質焼結金属層５を流通する高圧気体の圧力損失が低下することによって、該多孔質焼結金属層５の軸受面１３に噴出する給気圧力が相対的に高まり浮上量を高めることができる。

多孔質焼結金属層５に分散含有される無機物質粒子は、黒鉛、窒化ホウ素、フッ化黒鉛、フッ化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素及び炭化ケイ素のうちの少なくとも一つからなる。これらは、多くの金属材料のように塑性変形することはなく、無機物質である。このような無機物質が多孔質焼結金属層５の錫、ニッケル、燐及び銅からなる素地（粒界）中に分散含有されていると、このもの自体が機械加工によって塑性変形することがなく、加えて、多孔質焼結金属層５の素地の金属部分の塑性変形を分断し軽減する働きがあるため、機械加工における多孔質焼結金属層５の目詰まりを抑えることができる。そして、これら無機物質粒子の配合量は、２重量％以上１０重量％以下の割合が適当である。配合量が２重量％未満では多孔質焼結金属層５の素地の金属部分の塑性変形を分断し軽減する働きが充分発揮されず、また配合量が１０重量％を超えると、多孔質焼結金属層５の焼結性を阻害する。

多孔質静圧気体ラジアル軸受１Ａ及び１Ｂによれば、多孔質金属焼結層５の端面に純銅からなる封止材１２が接合されているので、当該端面からの供給高圧気体の漏出をなくし得て、供給高圧気体の利用効率を上げることができ、軸受隙間に所望の気体膜を形成でき、しかも、封止材１２が円筒状の裏金２の内面３に接合層４を介して接合されている上に、封止材１２と多孔質金属焼結層５の端面との金属同士の接合が行われているので、多孔質金属焼結層５に供給される高圧気体によって該封止材１２が多孔質金属焼結層５の端面から剥離等の不具合を生じることはない。

つぎに、多孔質静圧気体ラジアル軸受１Ａ及び１Ｂの製造方法について説明する。

〔多孔質静圧気体ラジアル軸受１Ａの製造方法〕
オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼又はフェライト系ステンレス鋼からなる円筒状の裏金２を準備し、裏金２の内面３にその軸方向に等間隔に２個の環状溝６及び７と、環状溝６及び７を相互に連通する軸方向に沿う直線状溝８とを夫々形成すると共に、裏金２の円筒状の外面１４から直線状溝８に開口する高圧気体供給用の孔１５を形成する。

環状溝６及び７並びに直線状溝８及び孔１５が形成された裏金２のこれら環状溝６及び７並びに直線状溝８及び孔１５を除く内面３に厚さ２〜２０μｍ、好ましくは３〜１５μｍのニッケルメッキ層を形成し、該ニッケルメッキ層の表面に厚さ１０〜２５μｍ、好ましくは１０〜２０μｍの銅メッキ層を形成して、裏金２の環状溝６及び７並びに直線状溝８及び孔１５を除く内面３にニッケルメッキ層と銅メッキ層とからなる二層のメッキ層を形成する。この二層のメッキ層が裏金２と後述する多孔質金属焼結層５との接合層４となる。

２５０メッシュの篩を通過するアトマイズ錫粉末４重量％以上１０重量％以下と、２５０メッシュの篩を通過する電解ニッケル粉末１０重量％以上４０重量％以下と、１２０メッシュの篩を通過する銅燐（燐１４．５％）粉末０．７重量％以上３．４重量％未満と、１５０メッシュの篩を通過する無機物質粒子２重量％以上１０重量％以下と、１５０メッシュの篩を通過する電解銅粉末残部とをミキサーにて混合して混合粉末を作製する。

この混合粉末を金型中に装填し、成形圧力３トン／ｃｍ^２〜７トン／ｃｍ^２の範囲で圧縮成形し、円筒状の圧粉体を作製する。

純銅からなる２個の環状の封止材１２を準備する。封止材１２を形成する純銅としては、ＪＩＳ−Ｈ−２１２３で規定されている無酸素形銅の１種又は２種、又は同じくＪＩＳ−Ｈ−２１２３で規定されているタフピッチ形銅が使用されて好適である。

ニッケルメッキ層と銅メッキ層とからなる二層のメッキ層（接合層４）が形成された円筒状の裏金２の一方の端部の内面３にメッキ層（接合層４）を介して一方の環状の封止材１２を圧接嵌合したのち、円筒状の裏金２内に圧粉体を圧入して当該圧粉体を一方の封止材１２と接触させて裏金２の内面３にメッキ層（接合層４）を介して圧粉体を圧接嵌合し、裏金２の他方の端部の内面３に該圧粉体と接触させて他方の封止材１２をメッキ層（接合層４）を介して圧接嵌合する。

次に、これら裏金２、２個の封止材１２及び圧粉体を還元性雰囲気又は真空の焼結炉中で８００〜１１５０℃、好ましくは８５０〜１０００℃の温度で２０〜１２０分間、好ましくは３０〜９０分間焼結を形成する。

この焼結過程において、圧粉体の成分中のニッケル（Ｎｉ）及び燐（Ｐ）が液相のＮｉ_３Ｐを発生するが、液相のＮｉ_３Ｐを発生する燐成分が０．１重量％以上０．５重量％未満の含有量であることから、液相のＮｉ_３Ｐの発生量が少なくなり、焼結時に流れ出すことがなく、圧粉体の焼成により得られた多孔質金属焼結層５を接合層４に接合するに必要な量の液相のＮｉ_３Ｐとなり、焼結後の冷却（放冷）時の温度の下降に伴って、裏金２、多孔質焼結金属層５及び接合層４における各接合面で該多孔質金属焼結層５の収縮に起因する剥離を生じることがない。

また、円筒状の裏金２の内面３にはニッケルメッキ層と銅メッキ層との二層のメッキ層からなる接合層４が形成されているので、焼結過程において、裏金２と多孔質金属焼結層５との両者間に接合層４を介する強固な一体化がなされる。同時に、封止材１２は接合層４に一体に接合されると共に、多孔質金属焼結層５の端面と一部合金化して一体に接合される。円筒状の裏金２と裏金２の内面３に接合層４を介して接合された多孔質金属焼結層５との接合強さ（剪断強さ）は、６．５Ｎ／ｍｍ^２以上を示す。このようにして円筒状の裏金２の内面３に接合層４を介して焼結された多孔質金属焼結層５の内面をその粗さが１０^−３ｍｍ以下となるように切削、研削、ラッピング等の機械加工を施して、軸受面１３を有した所望の多孔質静圧気体ラジアル軸受１Ａを得る。

〔多孔質静圧気体ラジアル軸受１Ｂの製造方法〕
オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼又はフェライト系ステンレス鋼からなる円筒状の裏金２を準備し、裏金２の内面３にその軸方向に等間隔に２個の環状溝６及び７と、裏金２の内部に裏金２の軸方向の一方の環状端面１７から他方の環状端面１８に向けて軸方向に伸びて環状溝６及び７を相互に連通させた相互連通用の行き止り孔１６と、裏金２の径方向の円筒状の外面１４で開口していると共に裏金２の内部で裏金２の外面１４から行き止り孔１６に向けて径方向に伸びた高圧気体供給用の行き止り孔１９とを形成し、行き止り孔１６の一端２０をノックピンからなる栓２１によって閉塞する。以下、前記した多孔質静圧気体ラジアル軸受１Ａの製造方法と同様の方法で、円筒状の裏金２の内面３に接合層４を介して焼結された多孔質金属焼結層５の内面をその粗さが１０^−３ｍｍ以下となるように切削、研削、ラッピング等の機械加工を施して、軸受面１３を有した所望の多孔質静圧気体ラジアル軸受１Ｂを得る。

以上の多孔質静圧気体ラジアル軸受１Ａ及び１Ｂの製造方法によれば、円筒状の裏金２の内面３にはニッケルメッキ層と銅メッキ層との二層のメッキ層からなる接合層４が形成されているので、焼結過程において、裏金２と多孔質金属焼結層５になる圧粉体との両者間に接合層４を介する強固な一体化がなされる上に、封止材１２の裏金２の内面３及び多孔質金属焼結層５の端面との接合強度が高められ、封止材１２が多孔質金属焼結層５から剥離等を生じることはなく、当該多孔質金属焼結層５からの高圧気体の漏出をなくし得て、供給高圧気体の利用効率を上げることができ、軸受隙間に所望の気体膜を形成できるのみならず、多孔質金属焼結層５への切削加工又は研削加工の施工後のエポキシ樹脂又はフェノール樹脂からなる封止材による封止作業工程を必要とすることなく、しかも、エポキシ樹脂又はフェノール樹脂等の乾燥、固化を待つ必要もない上に多孔質金属焼結層５への切削加工又は研削加工の完了でもって一応の製品を得ることができ、しかも、円筒状の裏金２の内面３に形成された接合層４と封止材１２及び多孔質金属焼結層５とは金属同士の接合となるため接合力が強く、該多孔質金属焼結層５に供給される高圧気体によって該封止材１２が裏金２の内面３及び多孔質金属焼結層５の端面とから剥離等を生じることはなく、多孔質金属焼結層５の端面の確実な封止を長期にわたって維持することができる。

本発明の多孔質静圧気体ラジアル軸受を示す断面図である。 図１に示すＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。 本発明の多孔質静圧気体ラジアル軸受の他の例を示す断面図である。 図３に示すＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ 多孔質静圧気体ラジアル軸受
２ 裏金
３ 内面
４ 接合層
５ 多孔質金属焼結層
１２ 封止材

Claims (8)

1. ステンレス鋼からなる筒状の裏金と、該裏金の円筒状の内面に該内面に形成された接合層を介して一体に接合された多孔質金属焼結層と、該多孔質金属焼結層に高圧気体を供給すべく、裏金の内面に当該内面側で開口して形成されていると共に当該内面側の開口が該多孔質金属焼結層によって覆われている溝を有している供給手段と、該裏金の端部の内面に接合層を介して接合されていると共に該多孔質金属焼結層の端面に一体に接合された純銅からなる封止材とを具備していることを特徴とする多孔質静圧気体軸受。
2. 接合層は、ニッケルメッキ層と銅メッキ層との二層のメッキ層を含んでおり、該ニッケルメッキ層は裏金の内面に接合されており、多孔質金属焼結層及び封止材は銅メッキ層に接合されている請求項１に記載の多孔質静圧気体軸受。
3. 多孔質金属焼結層は、４重量％以上１０重量％以下の錫と、１０重量％以上４０重量％以下のニッケルと、０．１重量％以上０．５重量％未満の燐と、２重量％以上１０重量％以下の無機物質粒子と、残部が銅とからなる請求項１又は２に記載の多孔質静圧気体軸受。
4. 無機物質粒子は、黒鉛、窒化ホウ素、フッ化黒鉛、フッ化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素及び炭化ケイ素のうちの少なくとも一つからなる請求項３に記載の多孔質静圧気体軸受。
5. 純銅には、無酸素銅又はタフピッチ銅が使用されている請求項１から４のいずれか一項に記載の多孔質静圧気体軸受。
6. ステンレス鋼からなる筒状の裏金を準備し、この裏金の円筒状の内面に少なくとも一つの環状溝を形成する工程と、
   該裏金の内面に、当該内面に接合されているニッケルメッキ層と該ニッケルメッキ層の表面に接合されている銅メッキ層との二層のメッキ層を形成する工程と、
   ４重量％以上１０重量％以下の錫と、１０重量％以上４０重量％以下のニッケルと、０．１重量％以上０．５重量％未満の燐と、２重量％以上１０重量％以下の無機物質粒子と、残部が銅とを混合して混合粉末を形成し、この混合粉末を金型内に装填し、所定の成形圧力を掛けて該混合粉末からなる円筒状の圧粉体を形成する工程と、
   純銅からなる２つの環状の封止材を準備する工程と、
   裏金の一方の端部の内面に一方の封止材をメッキ層を介して圧接嵌合したのち、該一方の封止材と接触させて該裏金の内面に該圧粉体をメッキ層を介して圧接嵌合し、該裏金の他方の端部の内面に該圧粉体と接触させて他方の封止材をメッキ層を介して圧接嵌合する工程と、
   これらを還元性雰囲気又は真空中で８００〜１１５０℃の温度で２０〜１２０分間焼結し、該圧粉体の焼結と同時に該圧粉体の裏金の内面への接合を行う工程と、
   焼結後、裏金の内面に一体に接合していると共に圧粉体の焼結により得られた多孔質金属焼結層の内面に切削加工又は研削加工を施す工程と、
   を具備しており、純銅からなる封止材が裏金の端部の内面に接合層を介して接合されていると共に多孔質金属焼結層の端面に一体に接合されている多孔質静圧気体軸受を製造することを特徴とする多孔質静圧気体軸受の製造方法。
7. 無機物質粒子は、黒鉛、窒化ホウ素、フッ化黒鉛、フッ化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素及び炭化ケイ素のうちの少なくとも一つからなる請求項６に記載の多孔質静圧気体軸受の製造方法。
8. 純銅には、無酸素銅又はタフピッチ銅が使用される請求項６又は７に記載の多孔質静圧気体軸受の製造方法。

Images