JP3860253B2 - 静圧気体軸受 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精密加工機、半導体製造装置、機械要素等に使用され、軸と軸受の隙間に圧縮気体を噴射して軸を非接触支持する静圧気体軸受に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、静圧気体軸受の性能を向上させるためには、軸受隙間を狭小化すると共に、軸受隙間における絞り通過後の気体の圧力分布を均一化する必要がある。特に、軸受剛性は軸受隙間により最も影響され、軸受隙間に流出する気体流量を少なくし、軸受隙間に分布する絞り通過後の気体の圧力を均一化することが重要な要素となっている。そして、その静圧気体軸受には自成絞り、オリフィス絞り、多孔体絞り等が目的に応じて使用されている。
【０００３】
オリフィス絞りが使用された静圧気体軸受としては、例えば従来例１の特開平３−２１３７１８号公報等が知られ、多孔体絞りが使用された静圧気体軸受として、例えば従来例２の特開昭６３−１８６０３０号公報、従来例３の特開平６−３０７４４８号公報等が知られている。
【０００４】
図５はオリフィス絞りが使用された静圧気体軸受の部分断面図と圧力分布図であり、軸１と軸受２の間に軸受隙間Ｇが設けられ、軸受２にオリフィス絞り３とポケット４が設けられている。この静圧気体軸受では、軸受隙間Ｇにおける圧縮気体の圧力分布は、オリフィス絞り３の流出口で若干高く、ポケット４の範囲で絞り通過後の一定の気体圧力Pnを保持し、ポケット４の範囲を外れるにつれて外気圧力Paに低下する。
【０００５】
また、図６は多孔体絞りが使用された静圧気体軸受の部分断面図と圧力分布図であり、軸１と軸受５の間に軸受隙間Ｇが設けられ、通気孔６に多孔体絞り７が設けられている。この静圧気体軸受では、軸受隙間Ｇにおける圧縮気体の圧力分布は、多孔体絞り７の範囲で絞り通過後の一定の気体圧力Pnを保持し、多孔体絞り７の範囲を外れるにつれて外気圧力Paに低下する。
【０００６】
ここで、図５に示す静圧気体軸受では、軸受剛性を向上させる一つの手段として軸受隙間Ｇを狭め、その値を４μｍ以下にした場合には、オリフィス絞り３の径を１００μｍ以下にする必要が生じ、製造が困難になる。また、ポケット４の面積を広くしても軸受剛性を向上させることもできるが、ポケット４内の容積が拡大し、軸受の減衰特性が劣化し不安定現象が生じ易くなる。
【０００７】
一方、図６に示す静圧気体軸受では、多孔体絞り７をセラミックにより容易に形成し得るようになったため、圧力降下を僅少に抑えて高い軸受剛性を得ることが可能になっている。しかし、多孔体絞り７の絞りの径（粒径）を均一にすることが困難なため、気体流量を均一化することが問題となっている。
【０００８】
これらの問題点を解決するため、上述した従来例１のポケット４の深さは適正にされている。即ち、図７に示すように軸１と軸受８の間に軸受隙間Ｇが設けられ、軸受８にオリフィス絞り９と浅いポケット１０が形成されている。この静圧気体軸受では、圧力分布はオリフィス絞り９の流出口で若干高く、ポケット１０の範囲で絞り通過後の気体圧力Pnから圧力Pn' に漸減し、ポケット１０の範囲を外れるにつれて外気圧力Paに低下するようになっている。
【０００９】
また、従来例２では粒径を４０μｍ以下に分布させた多孔体を製造することにより、圧力分布を均一化している。そして、従来例３ではセラミックの一部に多孔体を設け、この多孔体の開口部に小径粒子を埋め込むことにより圧力分布を均一化している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例１はポケット１０の深さが適正である場合には圧力分布が均一化するという利点を有するが、ポケット１０の面積が拡大した場合にはポケット１０内に圧力勾配が発生し、軸受剛性が若干低下する虞れがある。
【００１１】
また、従来例２では粒径がほぼ４０μｍ以下に分布した炭素材を成形、焼成そして黒鉛化する必要があるため、製造作業が容易ではないという問題がある。更に、従来例３では緻密セラミックに泥漿鋳込法により持定形状の多孔体を一体形成し、多孔体の開口部に小径粒子をバインダにより埋め込み固定するため、製造作業が容易ではないという問題がある。
【００１２】
本発明の目的は、上述した問題点を解消し、圧力分布を容易に均一化し得る静圧気体軸受を提供することにある。
【００１３】
【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に係る静圧気体軸受は、圧縮気体を流通させる通気孔と、該通気孔から流出する前記圧縮気体の流量を制限するオリフィスと、該オリフィスから流出する前記圧縮気体を拡散させるポケットとを有する軸から、軸受との隙間に圧縮空気を噴射して、前記軸受により前記軸を非接触で支持する静圧気体軸受において、前記軸の端面に開口しそれぞれ多孔体を取り付けた複数個の前記通気孔を設け、前記多孔体の表面を含む前記軸の端面を封止材により封止し、該封止材に前記ポケットを設け、１個の前記ポケットに対し複数個の前記オリフィスを前記通気孔と連通して加工形成したことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明を図１〜図４に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は静圧気体軸受のスラスト軸受部における軸１１の端面図、図２は軸１１の縦断面図、図３は図２の部分拡大図であり、軸１１は図示しない軸受に嵌合され、これらの軸１１と軸受の間には、狭小な軸方向の隙間つまり軸受隙間が設けられている。
【００１５】
軸１１には例えばセラミックが用いられ、軸１１の端面１１ａから奥まった位置には、圧縮気体が供給される給気室１２が設けられている。軸１１の端面１１ａには、給気室１２に連通された例えば６個の円弧状の通気孔１３が形成されている。これらの６個の通気孔１３は、周方向の間隔を有して軸１１に同心の環状を形成するようになっている。
【００１６】
通気孔１３には円弧状の多孔体１４が埋設され、多孔体１４が埋設された端面１１ａには、通気孔１３を封止するための封止材として例えばガラス１５が、適切な厚さにコーティング等により付着されている。多孔体１４は給気室１２からの圧力気体を十分に流通させる大きい通気係数と、軸受隙間における気体圧力の変動に対してガラス１５を変形させることのない剛性とを有し、通気孔１３に動くことがないように確実に取り付けられている。
【００１７】
また、ガラス１５の表面には、通気孔１３と同じ形状の６個のポケット１６が、通気孔１３に一致する位置に設けられている。ポケット１６にはそれぞれ例えば３個のオリフィス１７が等間隔で設けられ、オリフィス１７は多孔体１４に連通されている。これらのポケット１６やオリフィス１７は、例えばＹＡＧレーザーによるレーザー加工により形成され、オリフィス１７の径は１００μｍ以下とされている。
【００１８】
このような構成により、給気室１２からの圧縮気体は、大きい通気係数を有する多孔体１４を容易に通過し、オリフィス１７において所定の流量に絞られ、ポケット１６において拡散して軸受隙間を加圧し、最後に大気中に流出する。このとき、多孔体１４は圧縮気体を十分に流通させると共に、ガラス１５の変形を防止する。
【００１９】
また、図４に示す図１のＡ−Ａ線に沿った断面図と圧力分布図のように、軸受隙間における圧力分布は、ポケット１６の広い範囲でほぼ絞り通過後の一定の圧力Pnを保持する。
【００２０】
このように、実施例ではポケット１６やオリフィス１７を同一のレーザー加工機により同工程で形成することができるので、製造作業性を向上させることが可能になる。また、ポケット１６に複数のオリフィス１７を設けたので、ポケット１６の範囲が広く、オリフィス１７の径にばらつきが生じた場合でも、ポケット１６内の圧力分布を均一化することができ、軸受剛性や負荷容量を向上させることが可能になる。更に、レーザー加工によりオリフィス１７の小径化が可能になるため、軸受隙間の狭小化も可能になり、性能の向上を図ることができる。
【００２１】
なお、軸１１にセラミックを用いた場合には、軸１１の端面１１ａにガラス１５を封止し得るが、その他の材料を用いた場合には、ニッケル等をメッキしたり、セラミックを付着することもできる。また、ポケット１６やオリフィス１７をレーザー加工により形成したが、放電加工によっても形成することができる。そして、スラスト軸受として説明したが、ジャーナル軸受、エアウエイの軸受にも利用することが可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る静圧気体軸受は、通気孔を封止材により封止し、封止材にオリフィスとポケットを形成し、ポケットやオリフィスをレーザー加工や放電加工により同時に形成することが可能になり、製造作業性を向上させることができる。
【００２３】
また、ポケットに複数のオリフィスを形成したことにより圧力分布を均一化できる上に、レーザー加工によればオリフィスの更なる小径化が可能になるため、性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の軸の端面図である。
【図２】図１の縦断面図である。
【図３】図２の部分拡大図である。
【図４】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図と圧力分布図である。
【図５】深ポケット付オリフィス絞りを用いた従来例の断面図と圧力分布図である。
【図６】多孔体を用いた従来例の断面図と圧力分布図である。
【図７】浅ポケット付オリフィス絞りを用いた従来例の断面図と圧力分布図である。
【符号の説明】
１１ 軸
１２ 給気室
１３ 通気孔
１４ 多孔体
１５ ガラス
１６ ポケット
１７ オリフィス

Claims (2)

  1. 圧縮気体を流通させる通気孔と、該通気孔から流出する前記圧縮気体の流量を制限するオリフィスと、該オリフィスから流出する前記圧縮気体を拡散させるポケットとを有する軸から、軸受との隙間に圧縮空気を噴射して、前記軸受により前記軸を非接触で支持する静圧気体軸受において、前記軸の端面に開口しそれぞれ多孔体を取り付けた複数個の前記通気孔を設け、前記多孔体の表面を含む前記軸の端面を封止材により封止し、該封止材に前記ポケットを設け、１個の前記ポケットに対し複数個の前記オリフィスを前記通気孔と連通して加工形成したことを特徴とする静圧気体軸受。
  2. 前記通気孔に前記多孔体を取り付けた後に、前記多孔体を前記封止材により封止した請求項１に記載の静圧気体軸受。
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