JP2007120527A - 多孔質気体軸受 - Google Patents

多孔質気体軸受 Download PDF

Info

Publication number
JP2007120527A
JP2007120527A JP2005309712A JP2005309712A JP2007120527A JP 2007120527 A JP2007120527 A JP 2007120527A JP 2005309712 A JP2005309712 A JP 2005309712A JP 2005309712 A JP2005309712 A JP 2005309712A JP 2007120527 A JP2007120527 A JP 2007120527A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
bearing
porous
graphite
gas bearing
porosity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2005309712A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4899415B2 (ja
Inventor
Atsushi Takahashi
淳 高橋
Toshinori Sato
俊徳 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NSK Ltd filed Critical NSK Ltd
Priority to JP2005309712A priority Critical patent/JP4899415B2/ja
Publication of JP2007120527A publication Critical patent/JP2007120527A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4899415B2 publication Critical patent/JP4899415B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/06—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • F16C32/0603—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion
    • F16C32/0614—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion the gas being supplied under pressure, e.g. aerostatic bearings
    • F16C32/0618—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion the gas being supplied under pressure, e.g. aerostatic bearings via porous material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/06—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • F16C32/0681—Construction or mounting aspects of hydrostatic bearings, for exclusively rotary movement, related to the direction of load
    • F16C32/0696—Construction or mounting aspects of hydrostatic bearings, for exclusively rotary movement, related to the direction of load for both radial and axial load

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

【課題】自励振動が発生しにくい多孔質気体軸受を提供する。
【解決手段】ハウジング１内に回転軸３が挿通されており、この回転軸３は、ハウジング１の内周面に設けられた多孔質気体軸受４によって回転自在に支持されている。
多孔質気体軸受４を構成する多孔質グラファイト製の軸受部材５は、多孔質グラファイトの空孔を小さくする２つの処理が施されていて、軸受面の表面層９のみが芯部よりも空孔率が低くなっている。この２つの処理とは、多孔質グラファイトを形成するグラファイト粒子にガラス状カーボンを被覆して空孔率を低下させる処理と、空孔内に封孔材を配して空孔率をさらに低下させる処理である。
【選択図】 図１

Description

本発明は多孔質気体軸受に関する。
気体を軸受隙間へ噴出させることにより回転部材を非接触支持する気体軸受としては、例えば、軸受部材を多孔質体で構成し、多孔質体が有する空孔を通して気体を噴出させる多孔質気体軸受が知られている。そして、多孔質体としては、グラファイトが使用される場合が多い。
ところが、グラファイトを用いた多孔質気体軸受は、自励振動が発生しやすいという問題点を有していた。これは、グラファイトの空孔が大きすぎるため、気体の噴出量が多すぎたり、気体の噴出量の制御が困難であることが原因であると考えられている。そこで、グラファイト製の軸受部材の表面に、空孔の小さい表面層を設けることにより、自励振動を抑制する方法が提案されている。
例えば、特許文献１には、多孔質状のグラファイトを構成するグラファイト粒子にガラス状カーボンを被覆して、該グラファイト粒子を大径化することにより、表面層の空孔のみを小さくした多孔質気体軸受が開示されている（図３を参照）。また、特許文献２には、空孔内に封孔材を含浸させることにより、表面層のみ空孔率を低下させた多孔質気体軸受が開示されている（図４を参照）。
特開平１１−３０３８７０号公報 特開平７−１４５８１５号公報
しかしながら、特許文献１に記載の多孔質気体軸受は、表面層の空孔率の低下が不十分である場合があるため、自励振動が発生してしまうことがあった。また、特許文献２に記載の多孔質気体軸受は、空孔内への封孔材の含浸が不十分（空孔率の低下が不十分）である場合があるため、気体が高圧である場合や、多孔質気体軸受が小型である場合に、自励振動が発生しやすいという問題点を有していた。なお、空孔率をさらに低下させるために封孔材の含浸処理を２回以上行うと、空孔率が低下しすぎて気体の噴出量が不足してしまうため、２回以上の含浸処理を行うことには問題があった。
そこで、本発明は上記のような従来の多孔質気体軸受が有する問題点を解決し、自励振動が発生しにくい多孔質気体軸受を提供することを課題とする。
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の多孔質気体軸受は、軸受隙間を介して回転部材と対向する軸受面を有する多孔質グラファイト製の軸受部材を備え、気体を前記軸受部材内の空孔を通して前記軸受面から前記軸受隙間へ噴出させることにより、前記回転部材を前記軸受面に対して非接触支持する多孔質気体軸受において、前記多孔質グラファイトを形成するグラファイト粒子にガラス状カーボンを被覆して空孔率を減じた上、前記空孔内に封孔材を配して空孔率をさらに減じた表面層を、前記軸受部材の表面のうち少なくとも前記軸受面に設けたことを特徴とする。
本発明の多孔質気体軸受は、自励振動が発生しにくい。
本発明に係る多孔質気体軸受の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る多孔質気体軸受を組み込んだエアスピンドル装置の構造を示す断面図である。
略筒状のハウジング１内に、軸方向両端にフランジ２を有する回転軸３が挿通されており、この回転軸３は、ハウジング１の内周面に設けられた多孔質気体軸受４によって回転自在に支持されている。
ここで、多孔質気体軸受４について詳細に説明する。ハウジング１の内周面には、多孔質気体軸受４を構成する円筒状で多孔質グラファイト製の軸受部材５が取り付けられており、この軸受部材５の内周面５ａが回転軸３の外周面３ａに軸受隙間７を介して対向している。そして、軸受部材５の内周面５ａから回転軸３の外周面３ａに圧縮空気を噴出することにより気体軸受が形成され、回転軸３のラジアル方向の動きはこの気体軸受により規制されるので、回転軸３は外周面３ａが軸受部材５の内周面５ａに接触することなく回転自在に支持される。
また、ハウジング１に取り付けられた軸受部材５の端面５ｂは、フランジ２の平面２ａに軸受隙間８を介して対向している。そして、軸受部材５の端面５ｂからフランジ２の平面２ａに圧縮空気を噴出することにより気体軸受が形成され、回転軸３のスラスト方向の動きはこの気体軸受により規制されるので、フランジ２の平面２ａが軸受部材５の端面５ｂに接触することなく回転軸３が回転自在に支持される。なお、軸受部材５の内周面５ａ及び端面５ｂが、本発明の構成要件である軸受面に相当する。
次に、このエアスピンドル装置の動作について説明する。ハウジング１の端面に形成された圧縮空気給気口１０に圧縮空気を供給すると、圧縮空気は圧縮空気通路１１を通って軸受部材５の外周面側の給気キャビティ１２に達する。そして、圧縮空気は軸受部材５中を通って、軸受部材５の内周面５ａから噴出し、回転軸３の外周面３ａに吹き出されるとともに、軸受部材５の端面５ｂから噴出し、フランジ２の平面２ａに吹き出される。これにより、回転軸３の外周面３ａと軸受部材５の内周面５ａとが非接触状態となり、回転軸３が浮上支持されるとともに、フランジ２の平面２ａと軸受部材５の端面５ｂとが非接触状態となる。
このようなエアスピンドル装置に組み込まれた多孔質気体軸受４において、多孔質グラファイト製の軸受部材５には、多孔質グラファイトの空孔を小さくする２つの処理が施されていて、その内周面５ａ及び端面５ｂを含む表面（給気キャビティ１２部分を除く）の表面層９のみが、芯部よりも空孔率が低い多孔質グラファイトとされている。すなわち、まず、グラファイト粒子にガラス状カーボンを被覆する第一の処理が施され、続いて多孔質グラファイトの空孔に封孔材を配する第二の処理が施されている。
まず、第一の処理について説明する。多孔質グラファイトは、多数のグラファイト粒子で構成されており、各グラファイト粒子の間に空間（空孔）が形成されているため多孔質状となっている。元々の多孔質グラファイトは空孔が大きいので、グラファイト粒子にガラス状カーボンを被覆する処理を施して、該グラファイト粒子を大径化すれば、空孔を小さくすることができる（空孔率を低下させることができる）。
この第一の処理について、具体例をあげて説明する。フェノール樹脂，フラン樹脂，セルロース等のような高温加熱によりガラス状カーボンとなる素材（前駆体）を含有する液体を、多孔質グラファイトの表面に含浸させ、多孔質グラファイトの表面部分のグラファイト粒子のみに前記素材を付着させる。乾燥後、不活性雰囲気中にて約６００℃以上の高温加熱処理により炭素化することにより、前記素材をガラス状カーボンに変成させる。これにより、表面部分のグラファイト粒子のみがガラス状カーボンで被覆される。
なお、ガラス状カーボンの粉末を含有する液体を、多孔質グラファイトの表面に含浸させ、多孔質グラファイトの表面部分のグラファイト粒子のみにガラス状カーボンを付着させた後、不活性雰囲気中にて約２０００℃の高温加熱処理を施すことにより、表面部分のグラファイト粒子のみをガラス状カーボンで被覆してもよい。
次に、第二の処理について説明する。第一の処理によって空孔率を低下することができたが、さらに空孔内に封孔材を配することにより、空孔をさらに小さくすることができる（空孔率をさらに低下させることができる）。
第二の処理について、具体例をあげて説明する。樹脂液（樹脂が溶解している溶液又は液状樹脂）を、多孔質グラファイトの表面に接触させ、多孔質グラファイトの表面部分のみの空孔内に樹脂液を含浸させる。そして、樹脂液を含浸させた多孔質グラファイトを加熱することにより、樹脂を固化させる。これにより、表面部分の空孔のみに樹脂が配される。なお、封孔材である樹脂の種類は特に限定されるものではないが、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が好ましい。また、樹脂液には、樹脂を架橋させる架橋剤を含有させてもよい。
このような２つの処理により、空孔率が低い表面層９が形成される。軸受部材５の芯部は、前記処理が施されておらず元々の多孔質グラファイトの空孔率のままであるので、十分な量の気体が通気することができる。軸受面の表面層９は前記処理により空孔が小さくなっているので（空孔率が低くなっている）、軸受面からの気体の噴出量が多すぎることがなく、適量の気体が安定的に噴出される。よって、本実施形態の多孔質気体軸受４は、自励振動が発生しにくい。特に、多孔質気体軸受は、気体が高圧である場合や小型である場合に、自励振動が発生しやすいが、本実施形態のような多孔質気体軸受であれば、上記のような場合にも自励振動が発生しにくい。
また、第二の処理は１回施すだけで十分であるので、２回以上施した場合に生じる前述の問題点が発生するおそれがない。
このような本実施形態の多孔質気体軸受４の優れた効果は、軸受部材５に前述した２つの処理が施されていることにより得られるものであり、一方の処理のみが施された場合と比べてその効果は格段に優れている。
なお、表面層９の厚さは特に限定されるものではないが、例えば、０．５〜１ｍｍ程度の深さまで形成することが好ましい。
本発明に係る多孔質気体軸受を組み込んだエアスピンドル装置の構造を示す断面図である。 本発明に係る多孔質気体軸受の構造を説明する模式的断面図である。 従来の多孔質気体軸受の構造を説明する模式的断面図である。 従来の多孔質気体軸受の構造を説明する模式的断面図である。
符号の説明
１ ハウジング
３ 回転軸
４ 多孔質気体軸受
５ 軸受部材
５ａ 内周面（軸受面）
５ｂ 端面（軸受面）
７ 軸受隙間
８ 軸受隙間
９ 表面層

Claims (1)

  1. 軸受隙間を介して回転部材と対向する軸受面を有する多孔質グラファイト製の軸受部材を備え、気体を前記軸受部材内の空孔を通して前記軸受面から前記軸受隙間へ噴出させることにより、前記回転部材を前記軸受面に対して非接触支持する多孔質気体軸受において、前記多孔質グラファイトを形成するグラファイト粒子にガラス状カーボンを被覆して空孔率を減じた上、前記空孔内に封孔材を配して空孔率をさらに減じた表面層を、前記軸受部材の表面のうち少なくとも前記軸受面に設けたことを特徴とする多孔質気体軸受。
JP2005309712A 2005-10-25 2005-10-25 多孔質気体軸受の製造方法 Expired - Fee Related JP4899415B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005309712A JP4899415B2 (ja) 2005-10-25 2005-10-25 多孔質気体軸受の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005309712A JP4899415B2 (ja) 2005-10-25 2005-10-25 多孔質気体軸受の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007120527A true JP2007120527A (ja) 2007-05-17
JP4899415B2 JP4899415B2 (ja) 2012-03-21

Family

ID=38144599

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005309712A Expired - Fee Related JP4899415B2 (ja) 2005-10-25 2005-10-25 多孔質気体軸受の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4899415B2 (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104220752A (zh) * 2011-11-16 2014-12-17 惠而浦股份公司 限流器和气体压缩机
CN104455000A (zh) * 2014-12-24 2015-03-25 赵长江 一种石墨干粉润滑轴承及其加工工艺
CN109882506A (zh) * 2019-03-28 2019-06-14 北京工业大学 一种减少气膜微振动的空气静压轴承结构
US20190376556A1 (en) * 2018-06-11 2019-12-12 Trane International Inc. Porous gas bearing
CN110578751A (zh) * 2018-06-11 2019-12-17 特灵国际有限公司 多孔气体轴承
US10753392B2 (en) 2018-06-11 2020-08-25 Trane International Inc. Porous gas bearing

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02256915A (ja) * 1988-12-08 1990-10-17 Nippon Seiko Kk 静圧多孔質軸受及びその製造方法
JPH03244827A (ja) * 1990-02-21 1991-10-31 Nippon Seiko Kk 静圧気体軸受
JPH07145815A (ja) * 1993-11-25 1995-06-06 Nippon Seiko Kk 静圧多孔質軸受
JPH1151052A (ja) * 1997-08-06 1999-02-23 Ntn Corp 静圧空気軸受スピンドル
JPH11270560A (ja) * 1998-03-20 1999-10-05 Ntn Corp 静圧空気軸受スピンドル
JPH11303870A (ja) * 1998-04-17 1999-11-02 Ntn Corp 多孔質気体軸受及びこれを用いたスピンドル装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02256915A (ja) * 1988-12-08 1990-10-17 Nippon Seiko Kk 静圧多孔質軸受及びその製造方法
JPH03244827A (ja) * 1990-02-21 1991-10-31 Nippon Seiko Kk 静圧気体軸受
JPH07145815A (ja) * 1993-11-25 1995-06-06 Nippon Seiko Kk 静圧多孔質軸受
JPH1151052A (ja) * 1997-08-06 1999-02-23 Ntn Corp 静圧空気軸受スピンドル
JPH11270560A (ja) * 1998-03-20 1999-10-05 Ntn Corp 静圧空気軸受スピンドル
JPH11303870A (ja) * 1998-04-17 1999-11-02 Ntn Corp 多孔質気体軸受及びこれを用いたスピンドル装置

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104220752A (zh) * 2011-11-16 2014-12-17 惠而浦股份公司 限流器和气体压缩机
CN104455000A (zh) * 2014-12-24 2015-03-25 赵长江 一种石墨干粉润滑轴承及其加工工艺
US20190376556A1 (en) * 2018-06-11 2019-12-12 Trane International Inc. Porous gas bearing
CN110578751A (zh) * 2018-06-11 2019-12-17 特灵国际有限公司 多孔气体轴承
US10753392B2 (en) 2018-06-11 2020-08-25 Trane International Inc. Porous gas bearing
US10774873B2 (en) * 2018-06-11 2020-09-15 Trane International Inc. Porous gas bearing
US11473621B2 (en) 2018-06-11 2022-10-18 Trane International Inc. Porous gas bearing
CN110578751B (zh) * 2018-06-11 2023-09-29 特灵国际有限公司 多孔气体轴承
US11867230B2 (en) 2018-06-11 2024-01-09 Trane International Inc. Porous gas bearing
CN109882506A (zh) * 2019-03-28 2019-06-14 北京工业大学 一种减少气膜微振动的空气静压轴承结构

Also Published As

Publication number Publication date
JP4899415B2 (ja) 2012-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4899415B2 (ja) 多孔質気体軸受の製造方法
JPH10196640A (ja) 動圧軸受
JP2009247985A (ja) 塗布装置及び塗布方法
JPH04263693A (ja) ドクタージャーナル用の軸受装置
JP2007232113A (ja) 焼結動圧軸受の製造方法
JPH02256915A (ja) 静圧多孔質軸受及びその製造方法
WO2010026941A1 (ja) 焼結軸受及びその製造方法
JP2008039109A (ja) 回転軸付き軸受装置
JP2000304052A (ja) 流体軸受装置およびその製造方法
JPH11303870A (ja) 多孔質気体軸受及びこれを用いたスピンドル装置
CN104395492A (zh) 轴承
JPH1162948A (ja) 動圧空気軸受
JPH07145815A (ja) 静圧多孔質軸受
JP3755737B2 (ja) 焼結含油軸受の製造方法
JP6999259B2 (ja) すべり軸受
JP2005207464A (ja) 動圧軸受装置とその加工方法
JP4232247B2 (ja) 非接触端面シール構造
JP3880694B2 (ja) 静圧空気軸受スピンドル
CN213969981U (zh) 一种止动型切管机卡盘夹爪
JPS63186030A (ja) 多孔質静圧気体軸受の製造方法
JP2005188568A (ja) スピンドルの回転支持装置
JP2007144544A (ja) 樹脂ベルトの切断装置、及び樹脂ベルトの切断方法
JP2008039110A (ja) 静圧気体軸受装置
JPH0814402A (ja) 磁性流体シール
JP3987331B2 (ja) 含油軸受

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080617

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100816

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100831

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20101029

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110419

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110615

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20111206

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20111219

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4899415

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150113

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees