JP3542502B2 - 静圧多孔質軸受けの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静圧多孔質軸受けの製造方法に係り、特に、特性のバラツキが少ない静圧多孔質軸受けを製造するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高い加工精度が要求される際、高速性及び回転精度に優れたエアスピンドル、あるいは、高速性及び案内精度に優れたエアスライダなどが使用されている。
【０００３】
これらの静圧軸受けとして、当初、圧縮空気の噴出孔をドリル加工によって形成した、いわゆるオリフィス型の静圧軸受けが使用されていたが、近年、多孔質材を用いた静圧多孔質軸受けが使用される様に変わりつつある。軸受け面を多孔質材で構成することによって、無数の細径のオリフィスを得ることができるので、優れた性能を備えた静圧軸受けを比較的容易に製作することが可能になる。
【０００４】
この様な静圧多孔質軸受けの素材に用いられる多孔質材としては、仕上げ加工の際の表面の目詰まりを避けるべく、脆性材料が使用されている。代表的な脆性材料として、カーボン、グラファイト、セラミックス等がある。
【０００５】
静圧多孔質軸受けでは、最終絞り部の空気だまり内の空気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、あるいは、使用される多孔質材の粒径及び空孔分布の不均一性を排除して流量の最適化を図るため、軸受け面側の空孔径を、母材の空孔径よりも小さく且つ薄くする手段が講じられている。
【０００６】
例えば、特開昭６３−８８３１７号公報には、多孔質グラファイトからなる軸受け面に機械加工を施した後、樹脂を含浸させ、次いで、軸受け面からの空気の透過流量を測定しながら溶剤を用いて樹脂を除去し、空気の透過流量を設定する製造方法について記載されている。
【０００７】
また、特開平２−２５６９１５号公報には、多孔質体を液状の熱硬化性樹脂中に浸漬し、表面から所定深さまで前記樹脂が浸透したときに浸漬を終了し、その後、前記樹脂を熱硬化させて、多孔質体の表面に封孔された表面絞り層を形成する製造方法が記載されている。
【０００８】
しかしながら、前者の製造方法に関しては、樹脂の塗布量によって空気の透過流量の設定を行っているので、樹脂の塗布あるいは一旦塗布した樹脂の除去に時間と熟練が要求され、生産性の面で問題がある。また、後者の製造方法に関しても、前記樹脂の浸透深さを一定に制御することが必ずしも容易ではなく、静圧多孔質軸受けの特性の均一性について問題が残っている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の様な従来の静圧多孔質軸受けの問題点に鑑み成されたもので、本発明の目的は、生産性に優れ且つ特性のバラツキが少ない静圧多孔質軸受けの製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の静圧多孔質軸受けの製造方法は、
軸受け面から噴出させた流体の静圧によって被支持部材を支持する静圧多孔質軸受けの製造方法において、
第一の多孔質材からなる母材の表面を機械加工によって仕上げ、
次に、この母材の表面に、母材と比べて小さな空孔径を備えた第二の多孔質材からなる表面絞り層を被覆し、
次に、この表面絞り層の表層を機械加工で除去することによって軸受け面を形成し、
前記表面絞り層の機械加工量の調節により、前記軸受け面から噴出される流体の流量を所定の値に設定することを特徴とする。
【００１１】
本発明の静圧多孔質軸受けの製造方法によれば、前記母材の表面に被覆された前記表面絞り層の厚さを機械加工量の調節によって精密に調整することができるので、軸受け面から噴出される流体の流量を所定の値に精度良く設定することができる。
【００１２】
なお、前記母材を構成する第一の多孔質材として、例えばブロンズの様な、非鉄金属からなる多孔質材を使用する場合、好ましくは、前記母材の表面を単結晶ダイヤモンドバイトを用いた切削によって仕上げる。これによって、切削面に目詰まりを発生させることなく、母材の表面を仕上げることができる。
【００１４】
また、前記表面絞り層を構成する第二の多孔質材として、例えば二硫化モリブデンまたはカーボンなどの様な、固体潤滑材からなる多孔質材を使用する場合、好ましくは、前記表面絞り層の表層を研削、ラッピングまたは単結晶ダイヤモンドバイトを用いた切削のいずれかによって除去する。これによって、切削面に目詰まりを発生させることなく、表面絞り層の表層を所定の厚さに除去することができる。
【００１６】
好ましくは、前記表面絞り層の表層を除去する際、並行して前記母材を介して前記表面絞り層の裏面側に圧縮気体を供給し、表面絞り層を介して噴出される当該圧縮気体の流量を測定することにより除去量を定めることによって、軸受け面から噴出される流体の流量をより正確に設定することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に基づく静圧多孔質軸受けの製造方法の一例について説明する。図１に、本発明の製造方法において、母材及び表面絞り層の切削加工の際に使用される単結晶ダイヤモンドバイトを用いた切削加工装置の概要を示す。
【００１８】
工具１１は、単結晶ダイヤモンドバイトからなり、工具ホルダ１４を介して空気静圧主軸１５の先端に装着される。工具ホルダ１４には、更に、工具１１の対角位置にダミー１２が装着される。このダミー１２は、回転中に主軸のバランスを確保するために使用される。主軸１５は、静圧軸受け（図示せず）を介してコラム３２に支持され、コラム３２の上に設けられたＹ軸サーボモータ１６によって、Ｙ軸方向（上下方向）の位置がフィードバック制御される。
【００１９】
工具ホルダ１４の正面にはワーク取付台２１が設けられ、ワーク取付台２１の前面にワーク１０が保持される。ワーク取付台２１は、Ｘ軸テーブル２３の上に固定され、Ｘ軸テーブル２３は、Ｚ軸テーブル２７の上にエアスライダ２４（空気静圧案内）を介して摺動可能に支持されている。更に、Ｚ軸テーブル２７は、ベース３１の上にエアスライダ２８（空気静圧案内）を介して摺動可能に支持されている。Ｘ軸テーブル２３は、Ｚ軸テーブル２７の上に設けられたＸ軸サーボモータ２５及び光学スケール（図示せず）によって、Ｘ軸方向（図１において紙面に対し垂直方向）の位置がフィードバック制御される。同様に、Ｚ軸テーブル２７は、ベース３１の上に設けられたＺ軸サーボモータ２９及び光学スケール（図示せず）によって、Ｚ軸方向（主軸１５の軸方向）の位置がフィードバック制御される。各軸の動きは、数値制御装置３３によって制御される。
【００２０】
更に、本発明の製造方法を適用する場合、ワーク取付台２１に保持されているワーク１０に対して、後述の様に、圧縮空気を送り込むための空気配管４１が設けられる。この空気配管４１は空気供給源４２に接続され、空気配管４１の途中には流量計４３が設けられている。
【００２１】
次に、図１に示した切削装置を用いて、静圧多孔質軸受けを製作する工程の一例について説明する。
先ず、ワーク１０として、図２に示す静圧多孔質軸受けの半製品状態のものを準備する。このワーク１０は、軸受けケース３の前面に、母材１を構成するブロンズ製の多孔質材からなる板が取付けられたものである。母材１は、シール層４を介してその外周部が軸受けケース３の前方に接着され、母材１の裏面側と軸受けケース３との間に、圧縮空気が収容される空間部５が形成されている。軸受けケース３には、上記の空間部５に圧縮空気を送り込むための空気供給孔６が設けられている。
【００２２】
先ず、図２に示したワーク１０を、母材１側を前面にしてワーク取付台２１（図１）に取り付ける。
次に、主軸１５の駆動を開始する。ワーク１０が工具１１と干渉しない様に、予め、Ｘ軸位置を定めるとともに、Ｚ軸テーブル２７を所定ストローク送り込んで切り込み量を定め、主軸１５の回転が定常値に達した後、Ｘ軸テーブル２３を駆動して、ワーク１０の表面の切削加工を行う。ワーク１０の前面に当たる母材１の表面は、上記のような切削装置及び単結晶ダイヤモンドバイトからなる工具１１を用いて切削加工することにより、目詰まりを伴わずに切削により仕上げることができる。
【００２３】
次に、母材１の表面の仕上げ加工が終了したワーク１０を、一旦、切削装置から取り外す。切削装置の外で、母材１の表面に、固体潤滑材である二硫化モリブデン（あるいは、カーボン）をバインダと混練して塗布し、次いで、これを焼き付けることなどによって、表面絞り層２（加工前）を形成する。図３に、表面絞り層２が形成された後のワーク１０の状態を示す。
【００２４】
次に、ワーク１０を、再び、切削装置のワーク取付台２１に取り付ける。このとき、空気配管４１を介して母材１の裏面側に圧縮空気を送り込みながら、単結晶ダイヤモンドバイトからなる工具１１を用いて、表面絞り層２の表層部の切削を行う。この切削の際、並行して流量計４３によって圧縮空気の流量をモニターし、次回の切り込み量、即ち表層部の除去量を定める。
【００２５】
なお、この場合の除去量は、Ｚ方向送り１回当たり０．１μｍ以下が可能であり、上記方法によれば、正確に圧縮空気の透過流量を設定することができる。これによって、特性が揃った静圧多孔質軸受けを、比較的容易に製作することができる。
【００２６】
図４に、表面絞り層２の切削加工と並行して圧縮空気の透過流量を測定することにより、表面絞り層２の厚みと透過流量との関係を求めた結果の一例を示す。図５及び図６に、本発明に基づく静圧多孔質軸受けの製造方法の他の例を示す。図５に示す母材を、軸受けケース３に挿入して固定する前に、前述した例と同様に、その表面を単結晶ダイヤモンドバイトからなる工具１１を用いた切削によって仕上げ、この母材１を軸受けケース３の装着穴７に挿入して固定する。このとき、母材１の表面１Ａが、軸受けケース３の表面３Ａより所定量ａだけ低くなるようにする。次いで、図６に示すように、装着穴７を完全に満たすように、母材１の表面に二硫化モリブデン（あるいはカーボン）をバインダと混練して塗布し、表面絞り層２を形成する。
【００２７】
この後、表面絞り層２の表面を、前述した例と同様に、所定量除去するが、この例では、図６に二点鎖線Ａで示すように、表面絞り層２とともに軸受けケース３の表面を同時に加工し、表面絞り層２と軸受けケース３の表面を同一平面上に位置させる。このように、表面絞り層２とともに軸受けケース３の表面を同時に加工する場合には、当該表面の加工を研削やラッピングによって行っても良い。
【００２８】
なお、表面絞り層２を、上記の例で用いた二硫化モリブデン（あるいはカーボン）の代わりに、セラミックスなどの脆性材料で形成することもできる。この場合には、上記の例と同様に母材１の表面を仕上げた後、母材１の表面にセラミックス等の多孔質材からなる表面絞り層２を形成する。この場合には、研削によって表面絞り層２の表層を除去する。
【００２９】
なお、この表面絞り層２の表層は、研削によって中仕上げまで行い、その後、最終仕上げをラッピングによって行っても良い。
図７に、上記の製造方法において使用される研削装置の概略構成を示す。ワーク１０（図２）は、チャック５２を介してテーブル５３の上に取り付けられる。テーブル５３は、ベース５４の上に支持される。砥石５１は、ワーク１０の上方に配置される。ワーク１０の一部を構成する軸受けケース３（図２参照）には、先の例と同様に、供給配管４１が接続される。この空気配管４１は空気供給源４２に接続され、空気配管４１の途中には流量計４３が設けられている。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の静圧多孔質軸受けの製造方法によれば、均一な特性を備えた静圧多孔質軸受けを、比較的容易に製作することができる。この結果、高剛性、高速性能、低空気消費量などに優れた静圧多孔体軸受けを、従来と比べて低いコストで製作することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく静圧多孔質軸受けの製造方法において使用される切削装置の概略構成を示す図。
【図２】本発明に基づく静圧多孔質軸受けの製造方法において、予め準備されるワークの構成を示す図。
【図３】本発明に基づく静圧多孔質軸受けの製造方法において、ワークの表面に表面絞り層を形成した状態を示す図。
【図４】本発明に基づく静圧多孔質軸受けの製造方法において、表面絞り層の厚さと圧縮空気の透過流量との関係を示す図。
【図５】本発明に基づく静圧多孔質軸受けの製造方法において、予め準備されるワークの構成を示す図。
【図６】本発明に基づく静圧多孔質軸受けの製造方法において、図５に示したワークの表面に表面絞り層を形成した状態を示す図。
【図７】本発明に基づく静圧多孔質軸受けの他の製造方法において使用される研削装置の概略構成を示す図。
【符号の説明】
１・・・母材（第一の多孔質材）、
２・・・表面絞り層（第二の多孔質材）、
３・・・軸受けケース、
４・・・シール層、
５・・・空間部、
６・・・空気供給孔、
１１・・・工具（単結晶ダイヤモンドバイト）、
１２・・・ダミー、
１４・・・工具ホルダ、
１５・・・主軸、
１６・・・Ｙ軸サーボモータ、
２１・・・ワーク取付台、
２３・・・Ｘ軸テーブル、
２４・・・エアスライダ（空気静圧案内）、
２５・・・Ｘ軸サーボモータ、
２７・・・Ｚ軸テーブル、
２８・・・エアスライダ（空気静圧案内）、
２９・・・Ｚ軸サーボモータ、
３１・・・ベース、
３２・・・コラム、
３３・・・数値制御装置、
４１・・・空気配管、
４２・・・空気供給源、
４３・・・流量計、
５１・・・砥石、
５２・・・チャック、
５３・・・テーブル、
５４・・・ベース。

Claims (4)

1. 軸受け面から噴出させた流体の静圧によって被支持部材を支持する静圧多孔質軸受けの製造方法において、
   非鉄金属材料の第一の多孔質材からなる母材の表面を単結晶ダイヤモンドバイトを用いた切削によって仕上げ、
   この母材の表面に、固体潤滑剤をバインダと混練して塗布し、次いで、この塗膜を焼き付けることによって、母材と比べて小さな空孔径を備えた第二の多孔質材からなる表面絞り層を被覆し、
   この表面絞り層の表層を単結晶ダイヤモンドバイトを用いた切削で除去することによって軸受け面を形成し、
   前記表面絞り層の機械加工量の調節により、前記軸受け面から噴出される流体の流量を所定の値に設定することを特徴とする静圧多孔質軸受けの製造方法。
2. 前記表面絞り層の表層の機械加工量の設定は、切削と並行して前記母材を介して前記表面絞り層の裏面側に圧縮気体を供給し、表面絞り層を介して噴出される当該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１に記載の静圧多孔質軸受けの製造方法。
3. 前記第一の多孔質材は、ブロンズからなる多孔質材であることを特徴とする請求項１または２に記載の静圧多孔質軸受けの製造方法。
4. 前記固体潤滑剤は、二硫化モリブデンまたはカーボンであることを特徴とする請求項１または２に記載の静圧多孔質軸受けの製造方法。

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