JP3106474B2 - 静圧気体軸受 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、多数孔形静圧気体軸受の耐焼付性の改良に
関する。

〔従来の技術〕

静圧気体軸受は、絞りを通過させた圧縮気体を軸受す
きまへ導き、その圧力分布で負荷能力と軸受剛性を得る
もので、高精度の軸受として精密機械等に利用される。

絞りの形式には、多孔質材を用いる多孔質形，数個〜
数十個の小穴が用いられる多数孔形，浅く細い溝を利用
する表面絞り形等の種類があり、性能上の要求により使
い分けられる。例えば軸受すきまが小さく高精度，高剛
性をねらう場合には、多孔質形と表面絞り形が適してい
る。一方、加工の容易さ，大型軸受という点では多数孔
形が適している。また、相手部材が回転軸で、遠心力に
よる回転軸の膨張等が生じて、回転時の軸受すきまが静
止時とは異なり変化する（変化の大きいものは100〜140
μｍに及ぶ）場合には、多孔質絞りは使用困難であり、
多数孔形が用いられている。

従来の多数孔形の静圧気体軸受には、例えば特開昭62
−137413号公報に示されるようなものがある。このもの
は、軸受部材に設けた軸受面が相手部材に対向してお
り、その軸受面には給気源に通ずる通気孔が設けられて
いる。そして、軸方向の小径の貫通孔を有するボルトを
絞り部材とし、通気孔のめねじに螺合することにより軸
方向に移動可能なオリフィス絞りを形成している。

また、従来の多孔質形の静圧気体軸受には、例えば第
４図に示されるようなものがある。このものは、ハウジ
ング１の内面に多孔質材からなる軸受部材２が配設し、
その軸受面３が相手部材である回転軸４に軸受すきまＳ
を介して対向している。軸受部材２とハウジング１との
間には円環状の給気キャビティ５があり、ハウジング１
に設けられた給気孔６を介して図外の給気源に通じてい
る。そして、軸受の耐焼付性を改善するため、絞り部材
である多孔質材は優れた摺動性を有するカーボン又はグ
ラファイトを圧粉した後に焼結して形成したものを用い
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし従来の静圧気体軸受にあっては、絞りを含む軸
受部材にカーボン又はグラファイトからなる多孔質部材
を用いたものは、材質自体の機械的強度が低いから大き
さに限度があり、小型の静圧気体軸受に限られる。一
方、サイズが比較的大きいものが形成できる多数孔形の
静圧気体軸受は、ステンレス鋼，機械構造用炭素鋼等に
メッキを行ったものを使用するから、軸受の焼付事故が
多い、という問題点がある。

そこで本発明は、上記従来の問題点に着目してなされ
たものであり、その目的とするところは、カーボン又は
グラファイトを用いながらしかも機械的強度を向上させ
ることにより、比較的サイズが大きく、しかも摺動性が
良好で焼付事故を防止できる多数孔形静圧気体軸受を提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本出願の発明の多数孔形静
圧気体軸受は、軸受部材に設けた軸受面は相手部材に軸
受すきまを介して対向し、前記軸受面は給気源に通じ、
該給気源より多数孔絞りのみを通過させて軸受すきまに
圧縮気体を導く多数孔形静圧気体軸受において、前記軸
受部材は、カーボン又はグラファイトからなる多孔質体
に樹脂又は金属が含浸されている。

〔作用〕

相手部材に軸受すきまを介して対向する軸受部材は、
摺動性のよいカーボンまたはグラファイトからなる多孔
質体で形成するとともに、溶けた樹脂又は金属を含浸さ
せて固化し結合させている。そのため、軸受部材の機械
的強度が従来のカーボンまたはグラファイトのみからな
る多孔質体で形成した場合に比し大幅に向上し、比較的
大きい多数孔形静圧気体軸受を形成することが可能にな
った。

しかも摺動性のよい材料を含んでいるから、たとえ軸
受部材が相手部材に接触しても焼付を防止することがで
きる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。な
お、従来と同一または相当部分には同一符号を付してあ
る。

第１図は、本発明を大型の軸受に適用した第１の実施
例を示す縦断面図である。ハウジング１の内面に配設さ
れた軸受部材12は、カーボン又はグラファイトを圧粉成
形した後に焼結してなる多孔質体に溶けた合成樹脂を含
浸し固化してある。その軸受部材12の内周面は円筒状の
軸受面３とされ、相手部材である回転軸４に軸受すきま
Ｓを介して対向している。軸受部材12の外周面には円環
状の給気キャビティ５が設けられている。さらに給気キ
ャビティ５から軸受部材12内を半径方向に貫通して軸受
面３に開口する通気孔13が、めねじ14を有して周等分に
複数箇所に設けられている。この通気孔13は給気キャビ
ティ５からハウジング１に設けられた給気孔６を介して
図外の給気源に通じている。

上記の各通気孔13には絞り部材15が取付けられてい
る。絞り部材15は、カーボン又はグラファイトを圧粉成
形した後に焼結してなる円筒形状の多孔質体で、軸心部
には回転軸４側の先端部が小径の絞り17とされた軸方向
の貫通孔18を備えている。また、第２図に示すように、
円筒状の胴部15aのハウジング１側の一端部にフランジ1
5bを備えると共に胴部15aの外面に雄ねじ19が設けられ
ており、この雄ねじ19を軸受部材12のめねじ14に螺合す
ることにより、軸受部材12に固定されている。もっと
も、絞り部材15の固定手段としては上記のねじによるも
の以外に、圧入や接着等を採用してもよい。

絞り部材15の多孔質体には樹脂含浸を施さず、通気性
が保たれている。しかして、この多孔質体部分の通気抵
抗ｒの大きさは、絞り17の通気抵抗Ｒに比べて遙かに大
きくなっている（ｒ》Ｒ）。

次に作用を述べる。

給気源から給気孔６に供給された圧縮気体は、給気キ
ャビティ５を経て各絞り部材15の貫通孔18に分配され、
絞り17を通過して軸受すきまＳに噴出し、回転軸４を軸
受面３に対して非接触に支持する。回転軸４は無負荷の
ときは軸受面３と同心であり、偏心率（＝変位量／無負
荷時の半径方向の軸受すきまＳの寸法）はほぼ零であ
る。このとき、給気キャビティ５に供給された圧縮気体
は、通気抵抗のより小さい貫通孔18から絞り17を通過
し、通気抵抗の大きい多孔質体の部分は殆ど通らない。
すなわち絞り部材15は大型の軸受に好適な多数孔形静圧
気体軸受として機能する。

いま、回転軸４が負荷のために偏心して軸受面３に接
近し、第１図の絞り17側において軸受すきまＳの寸法が
極めて小さくなると（例えば１〜３μｍ程度）、接近し
た側の軸受面圧が高まり給気圧力ＰAとの差が減少す
る。その結果、通常の多数孔形静圧気体軸受ではその軸
受性能が低下する。しかしこの実施例にあっては、絞り
17からの通気抵抗と絞り部材15の多孔質部分の通気抵抗
とがほぼ等しくなり、圧縮気体は多孔質部分をも通過し
て軸受すきまＳに供給される。すなわち、絞り部材15は
軸受すきまの小さい場合に好適な多孔質形静圧気体軸受
としての機能を発揮し、軸受性能の低下が防止される。

また万一、回転軸４が軸受面３に接触しても、軸受部
材12を構成しているカーボン又はグラファイトの潤滑性
により、焼付きは防止される。

上記実施例によれば、軸受部材12はカーボン又はグラ
ファイトを圧粉成形し焼結して得られた多孔質体に、合
成樹脂を例えば真空加圧含浸等によって強制的に含浸し
て形成した。そのため機械的強度が高くなり、焼付きが
防止できると共に大型の多数孔形静圧気体軸受に適用で
きるという効果がある。また、絞り部材15は樹脂含浸し
ない多孔質体に絞り17を設けたものであり、軸受すきま
Ｓの大小の変化に対応して多数孔形または多孔質形静圧
気体軸受としての機能をそれぞれ発揮できるという効果
がある。

第３図には第２の実施例を示す。

これは、大型の内輪回転形円錐タイプ多数孔形静圧気
体軸受の例である。間座20に相対する内輪21,21がボル
トによって一体的に固着されて相手部材である回転軸４
を構成している。内輪21の外周面は内側が小径の円すい
面21Aになっている。この内輪21,21の外周を取りまい
て、外輪である軸受部材22がブラケット30に固定支持さ
れている。軸受部材22はカーボンまたはグラファイトを
圧粉成形した後に焼結してなる多孔質体に合成樹脂を含
浸し固化したものである。その軸受部材22の内周面は内
側に小径の円すい面の軸受面３とされ、相手部材である
内輪21の円すい面21Aに軸受すきまＳを介して対向して
いる。軸受部材22の外周面には円環状の給気キャビティ
５が設けられている。さらに、給気キャビティ５から軸
受部材22内を斜め二方向に分岐して貫通し、円すい面の
軸受面３に開口する通気孔23が、周等分に複数箇所に設
けられている。この通気孔23は給気キャビティ５から図
外の給気孔を介して給気源に通じている。

上記の各通気孔23の軸受面３側の末端部には、絞り部
材25が取付けられている。絞り部材25は、カーボン又は
グラファイトを圧粉成形した後に焼結してなる円筒形状
の多孔質体で、軸心部には内輪21側の先端部が小径の絞
り27とされた軸方向の貫通孔28を備えている。

以上のように構成された第２の実施例にあっては、軸
受面３が円すい面とされており、短い軸方向寸法で十分
のスラスト兼ラジアルの負荷容量と剛性とが得られると
いう利点がある。その他の作用効果については、上記第
１の実施例の場合と同様である。

なお、上記第1,第２の各実施例において、軸受部材1
2,22はカーボン又はグラファイトを圧粉成形した後に焼
結してなる多孔質体に合成樹脂を含浸させて形成した場
合を説明したが、合成樹脂に代えて亜鉛，銅，鉛等の溶
融金属を含浸させて固化したものでもよい。

また、軸回転タイプのジャーナル軸受及び内輪回転形
円錐タイプ多数孔形静圧気体軸受のみではなく、軸固定
タイプや内輪固定外輪回転タイプの軸受にも適用可能で
ある。その場合は、軸受部材である内輪又は軸に軸受面
が設けられ、この軸受面には給気源に通じる通気孔が設
けられ、通気孔に配設した絞り部材が軸受部材に取付け
られても良い。また、スラスト軸受，直動の多数孔形静
圧気体軸受等にも適用できる。

また、絞り部材15はカーボン又はグラファイトからな
る多孔質体に樹脂または金属を含浸して強度を強くして
もよい。この場合も、絞り部材15は適度な通気性を有す
る多孔性でも良い。

また、絞り17としては自成絞り，オリフィス絞り，毛
細管絞り等がある。

また、給気キャビティ５については、上記各実施例は
いずれも軸受部材12,22に設けた場合を述べたが、反対
側すなわち第１の実施例であればハウジング１、第２の
実施例であればブラケット30に設けてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、給気源より多
数孔絞りのみ通過させて軸受すきまに圧縮気体を導く多
数孔形静圧気体軸受における軸受部材をカーボン又はグ
ラファイトからなる焼結体に樹脂または金属が含浸され
ているもの、とした。そのため、機械的強度を向上させ
ることができて軸受サイズに制限がなく、しかも摺動性
が良好で焼付事故を防止できる多数孔形静圧気体軸受を
提供できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の縦断面図、第２図はそ
の絞り部材の拡大縦断面図、第３図は第２の実施例の縦
断面図、第４図は従来の多孔質形静圧気体軸受の一例を
示す縦断面図である。 2,12,22は軸受部材、３は軸受面、４は相手部材、17,27
は絞り、Ｓは軸受すきま。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸受部材に設けた軸受面は相手部材に軸受
   すきまを介して対向し、前記軸受面は給気源に通じ、該
   給気源より多数孔絞りのみを通過させて軸受すきまに圧
   縮気体を導く多数孔形静圧気体軸受において、 前記軸受部材はカーボン又はグラファイトからなる多孔
   質体に樹脂又は金属が含浸されていることを特徴とする
   多数孔形静圧気体軸受。