JP6177619B2

JP6177619B2 - 静圧気体軸受装置

Info

Publication number: JP6177619B2
Application number: JP2013161850A
Authority: JP
Inventors: 秀夫小澤; 冨田　博嗣; 博嗣冨田
Original assignee: Oiles Corp
Current assignee: Oiles Corp
Priority date: 2013-08-02
Filing date: 2013-08-02
Publication date: 2017-08-09
Anticipated expiration: 2033-08-02
Also published as: WO2015016275A1; JP2015031349A; TW201522802A

Description

本発明は、支持対象を非接触で支持する静圧気体軸受装置に関し、特に大型の支持対象を非接触で支持するのに好適な静圧気体軸受装置に関する。

従来、圧縮気体を噴出する軸受面として多孔質金属焼結部材が用いられた静圧気体軸受が知られている。ここで、多孔質金属焼結部材は、単体金属粉末あるいは合金粉末を高温度にて焼結することにより形成される。例えば、特許文献１には、アルミニウム粉末あるいはアルミニウム合金粉末をアルミニウム合金製のバックメタル上に充填し、これを真空中で加圧しながら高温度にて焼結することにより、バックメタル上に多孔質金属焼結部材が形成された静圧気体軸受が開示されている。

特開２００６−３４８３５２号公報

ところで、例えば多孔質金属焼結部材の形成には、単体金属粉末あるいは合金粉末を高温度にて焼結するための焼結炉が必要であり、形成する多孔質金属焼結部材が大型になるほど、それだけ大型の焼結炉が必要となり、さらには、大型の多孔質金属焼結部材でも均一に焼結処理することが可能な高精度の焼結炉が必要となる。このため、設備上の制約から、大型の支持対象に対応可能な大型の多孔質金属焼結部材を具備した静圧気体軸受を製造することが困難であった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、大型の支持対象を非接触で支持するのに好適な静圧気体軸受装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、ベース部材の収容面に、静圧気体軸受を収容するための収容穴を複数設け、収容穴のそれぞれに、静圧気体軸受を、静圧気体軸受の軸受面がベース部材の収容面と揃うように収容した。

例えば、本発明の一態様は、支持対象を非接触で支持する静圧気体軸受装置であって、
前記支持対象を非接触で支持する軸受面を備えた複数の静圧気体軸受と、
平坦面を有する円板状のベース部材と、を有し、
前記ベース部材は、
前記平坦面に形成され、前記複数の静圧気体軸受をそれぞれ収容する複数の収容穴が同心円上に均等配置された収容面と、
前記複数の収容穴のそれぞれに収容された前記複数の静圧気体軸受に繋がる気体の流路と、を有し、
前記流路は、
給気ポンプに連結された系統および吸引ポンプに連結された系統を含む複数系統あり、
前記複数の静圧気体軸受は、
それぞれの軸受面が前記収容面と揃うように、前記複数の収容穴に収容されて、それぞれ一つの系統の前記流路に繋がっている。
また、本発明の他の態様は、支持対象を非接触で支持する静圧気体軸受装置であって、
前記支持対象を非接触で支持する軸受面を備えた複数の静圧気体軸受と、
円筒状のベース部材と、を有し、
前記ベース部材は、
内周面または外周面に形成され、前記複数の静圧気体軸受をそれぞれ収容する複数の収容穴が周方向に均等配置された収容面と、
前記複数の収容穴のそれぞれに収容された前記複数の静圧気体軸受に繋がる気体の流路と、を有し、
前記流路は、
給気ポンプに連結された系統および吸引ポンプに連結された系統を含む複数系統あり、
前記複数の静圧気体軸受は、
それぞれの軸受面が前記収容面と揃うように、前記複数の収容穴に収容されて、それぞれ一つの系統の前記流路に繋がっている。

本発明では、ベース部材の収容面に設けられた複数の収容穴のそれぞれに、静圧気体軸受を、その軸受面が収容面と揃うように収容しているので、静圧気体軸受の軸受面を含め、ベース部材の収容面の全面を、支持対象を非接触で支持する軸受面として機能させることができる。このため、静圧気体軸受単体では支持できないような大型の支持対象を非接触で支持することが可能となる。

図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、本発明の第一実施の形態に係る静圧気体軸受装置１の正面図および側面図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）に示す静圧気体軸受装置１のＡ−Ａ断面図である。図２（Ａ）は、静圧気体軸受１０の正面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示す静圧気体軸受１０のＢ−Ｂ断面図である。図３（Ａ）は、本発明の第二実施の形態に係る静圧気体軸受装置５の正面図であり、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）は、図３（Ａ）に示す静圧気体軸受装置５のＦ−Ｆ断面図およびＧ−Ｇ断面図である。図４（Ａ）は、静圧気体軸受５０ａ、５０ｂの正面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示す静圧気体軸受５０ａ、５０ｂのＨ−Ｈ断面図である。図５（Ａ）は、本発明の第三実施の形態に係る静圧気体軸受装置３の上面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す静圧気体軸受装置３のＣ−Ｃ断面図であり、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）に示す静圧気体軸受装置３のＤ−Ｄ断面図である。図６（Ａ）は、静圧気体軸受３０の正面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示す静圧気体軸受３０のＥ−Ｅ断面図である。図７（Ａ）は、本発明の第四実施の形態に係る静圧気体軸受装置７の上面図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示す静圧気体軸受装置７のＩ−Ｉ断面図であり、図７（Ｃ）は、図７（Ａ）に示す静圧気体軸受装置７のＪ−Ｊ断面図である。図８（Ａ）は、静圧気体軸受７０ａ、７０ｂの正面図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示す静圧気体軸受７０ａ、７０ｂのＫ−Ｋ断面図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

［第一実施の形態］
図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、本発明の第一実施の形態に係る静圧気体軸受装置１の正面図および側面図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）に示す静圧気体軸受装置１のＡ−Ａ断面図である。また、図２（Ａ）は、静圧気体軸受１０の正面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示す静圧気体軸受１０のＢ−Ｂ断面図である。

本実施の形態に係る静圧気体軸受装置１は、例えば大型の基板等といった、図示していない板状の支持対象を非接触で支持する。図示するように、静圧気体軸受装置１は、支持対象を非接触で支持する軸受面１３を有する複数の静圧気体軸受１０と、これらの静圧気体軸受１０を収容するベース部材２０と、を備えている。

静圧気体軸受１０は、それぞれ、円板状の多孔質金属焼結部材１１と、多孔質金属焼結部材１１と同径の円板状のバックメタル１２と、を備えている。

多孔質金属焼結部材１１は、単体金属粉末あるいは合金粉末を高温度にて焼結することにより形成され、その表面１１１は、軸受面１３として機能する。また、多孔質金属焼結部材１１の裏面１１２は、バックメタル１２と接合している。

バックメタル１２には、ベース部材２０を介して図示していない給気ポンプから供給された圧縮気体を多孔質金属焼結部材１１に送るための中継路１２１が、バックメタル１２の中央部において表面１２２から裏面１２３を貫くように形成されている。

ベース部材２０は、円板状の上板２１と、上板２１と同径の円板状の下板２２と、を備えている。

上板２１は下板２２の上に配置されており、上板２１の裏面２１３が、下板２２の表面２２４に接着剤等により接合されている。上板２１の平坦面には、静圧気体軸受１０を収容するための収容穴２１１が複数形成されている。収容穴２１１は、上板２１の表面（収容面）２１２および裏面２１３を貫通しており、例えば、上板２１の中心Ｏと同心の円Ｃ上に、上板２１の中心Ｏ周りにほぼ等角度間隔で配置されている。静圧気体軸受１０は、収容穴２１１に収容され、接着剤等により収容穴２１１内に固定された後、静圧気体軸受１０の軸受面１３が上板２１の表面２１２と揃うように（理想的には面一となるように）研削加工される。このため、上板２１の材料としては、加工性のよい、例えば、青銅等の銅合金を用いることが好ましい。

なお、図１には、８個の収容穴２１１が上板２１の平坦面に形成されている場合を例示しているが、収容穴２１１の数は、ベース部材２０に収容する静圧気体軸受１０の数等に応じて適宜変更可能である。また、収容穴２１１が均等配置される円Ｃの半径Ｒも、ベース部材２０に収容する静圧気体軸受１０の大きさおよび数等に応じて適宜変更可能である。

上板２１の裏面２１３と対面する下板２２の表面２２４には、収容穴２１１が均等配置される円Ｃに沿った環状の給気溝２２１が形成されている。また、下板２２の側面２２５には、図示していない給気ポンプのホースが連結される給気口２２２が形成されており、下板２２の内部には、この給気口２２２と給気溝２２１とに繋がる連結路２２３が形成されている。また、静圧気体軸受１０は、下板２２上に上板２１を配置した場合に、中継路１２１が給気溝２２１上に位置するように、収容穴２１１に収容されている。このため、下板２２上に上板２１を配置することにより、給気溝２２１は、上板２１の各収容穴２１１に収容された静圧気体軸受１０に圧縮気体を供給するための給気路として機能する。

本実施の形態に係る静圧気体軸受装置１において、下板２２の側面２２５に形成された給気口２２２に供給された圧縮気体は、連結路２２３および給気溝２２１を介して、上板２１の各収容穴２１１に供給される。そして、上板２１の各収容穴２１１に供給された圧縮気体は、各収容穴２１１に収容された各静圧気体軸受１０のバックメタル１２に形成された中継路１２１を介して、各静圧気体軸受１０の多孔質金属焼結部材１１に供給され、上板２１の表面２１２に揃えられた各静圧気体軸受１０の軸受面１３から噴出する。その結果、上板２１の表面２１２と、この表面２１２上に配置された板状の支持対象との間に圧縮気体膜が形成され、これにより、支持対象が非接触で支持される。

以上、本発明の第一実施の形態を説明した。

本実施の形態に係る静圧気体軸受装置１は、上板２１の表面２１２に、静圧気体軸受１０を収容するための収容穴２１１を複数設け、これらの収容穴２１１のそれぞれに、静圧気体軸受１０を、静圧気体軸受１０の軸受面１３（多孔質金属焼結部材１１の表面１１１）が上板２１の表面２１２と揃うように収容している。このため、上板２１の表面２１２と、この表面２１２上に配置された板状の支持対象との間に、複数の静圧気体軸受１０の軸受面１３から噴出する圧縮気体による気体膜が形成され、複数の静圧気体軸受１０の軸受面１３を含め、上板２１の表面２１２の全面が、支持対象を非接触で支持する軸受面として機能する。したがって、静圧気体軸受１０単体では支持できないような大型の支持対象を非接触で支持することが可能となる。

また、本実施の形態に係る静圧気体軸受装置１は、複数の静圧気体軸受１０を、上板２１の中心Ｏと同心の円Ｃ上に、上板２１の中心Ｏ周りにほぼ等角度間隔で配置している。本発明者等は、複数の静圧気体軸受１０をこのように配置することにより、同数の静圧気体軸受１０でより大型の支持対象を非接触で支持できることを見出した。本発明者等の実験によれば、上板２１の表面２１２に対する静圧気体軸受１０の軸受面１３の占める割合が２割程度となるように、複数の静圧気体軸受１０を、上板２１の中心Ｏと同心の円Ｃ上に均等配置することにより、上板２１の表面２１２全面を多孔質金属焼結部材で形成して上板２１の表面２１２の全面から圧縮気体を噴出できるようにした場合の支持荷重の８割程度の荷重を支持できる性能を獲得できることが分かった。また、静圧気体軸受１０の軸受面１３および上板２１の表面２１２は、理想的には面一となるように揃えることが好ましいが、±５μｍ（公差レンジ１０μｍ）程度の段差であれば、誤差範囲内であり、獲得できる性能に影響はなかった。

ただし、複数の静圧気体軸受１０のベース部材２０への配置は、本実施の形態に限定されるものではない。多孔質金属焼結部材１１の表面１１１が上板２１の表面２１２と揃うように、複数の静圧気体軸受１０がベース部材２０に配置されたものであればよい。

［第二実施の形態］
図３（Ａ）は、本発明の第二実施の形態に係る静圧気体軸受装置５の正面図であり、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）は、図３（Ａ）に示す静圧気体軸受装置５のＦ−Ｆ断面図、Ｇ−Ｇ断面図である。また、図４（Ａ）は、静圧気体軸受５０ａ、５０ｂの正面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示す静圧気体軸受５０ａ、５０ｂのＨ−Ｈ断面図である。

本実施の形態に係る静圧気体軸受装置５は、第一実施の形態に係る静圧気体軸受装置１と同様に、例えば大型の基板等といった、図示していない板状の支持対象を非接触で支持する。図示するように、静圧気体軸受装置５は、支持対象を非接触で支持する軸受面５３を有する複数の静圧気体軸受５０ａ、５０ｂと、これらの静圧気体軸受５０ａ、５０ｂを収容するベース部材６０と、を備えている。

静圧気体軸受５０ａ、５０ｂは、それぞれ、円板状の多孔質金属焼結部材５１と、多孔質金属焼結部材５１と同径の円板状のバックメタル５２と、を備えている。

多孔質金属焼結部材５１は、単体金属粉末あるいは合金粉末を高温度にて焼結することにより形成され、その表面５１１は、軸受面５３として機能する。また、多孔質金属焼結部材５１の裏面５１２は、バックメタル５２と接合している。

バックメタル５２には、ベース部材６０を介して図示していない給気ポンプから供給された圧縮気体を多孔質金属焼結部材５１に送り込んだり、ベース部材６０を介して図示していない吸引ポンプの吸引力により多孔質金属焼結部材５１に吸い込まれた気体をベース部材６０へ送り出したりするための中継路５２１が、バックメタル５２の縁部側において表面５２２から裏面５２３を貫くように形成されている。

ベース部材６０は、円板状の上板６１と、上板６１と同径の円板状の下板６２と、を備えている。

上板６１は下板６２の上に配置されており、上板６１の裏面６１３が、下板６２の表面６２４に接着剤等により接合されている。上板６１には、静圧気体軸受５０ａ、５０ｂを収容するための収容穴６１１が複数形成されている。収容穴６１１は、上板６１の表面（収容面）６１２および裏面６１３を貫通しており、例えば、上板６１の中心Ｏと同心の円Ｃ上に、上板６１の中心Ｏ周りにほぼ等角度間隔で配置されている。静圧気体軸受５０ａ、５０ｂは、収容穴６１１に交互に収容され、接着剤等により収容穴６１１内に固定された後、静圧気体軸受５０ａ、５０ｂの軸受面５３が上板６１の表面６１２と揃うように（理想的には面一となるように）研削加工される。このため、上板６１の材料としては、加工性のよい、例えば、青銅等の銅合金を用いることが好ましい。

なお、図３には、８個の収容穴６１１が上板６１に形成されている場合を例示しているが、収容穴６１１の数は、ベース部材６０に収容する静圧気体軸受５０ａ、５０ｂの数等に応じて適宜変更可能である。また、収容穴２１１が均等配置される円Ｃの半径Ｒも、ベース部材６０に収容する静圧気体軸受５０ａ、５０ｂの大きさおよび数等に応じて適宜変更可能である。

上板６１の裏面６１３と対面する下板６２の表面６２４において、収容穴６１１が均等配置される円Ｃに対して径方向外側には、この円Ｃの半径Ｒに静圧気体軸受５０ａ、５０ｂの半径ｒ３を足した値より小さい外径ｒ１を有する環状の流路溝６２１ａが形成されている。また、下板６２の側面６２５には、図示していない給気ポンプあるいは吸引ポンプのホースが連結される流路口６２２ａが形成されており、下板６２の内部には、この流路口６２２ａと流路溝６２１ａとに繋がる連結路６２３ａが形成されている。また、静圧気体軸受５０ａは、下板６２上に上板６１を配置した場合に、中継路５２１が流路溝６２１ａ上に位置するように、収容穴６１１に収容されている。このため、下板６２上に上板６１を配置することにより、流路溝６２１ａは、上板６１の各収容穴６１１に収容された静圧気体軸受５０ａに圧縮気体を供給したり、静圧気体軸受５０ａから気体を吸い込んだりしたりするための流路として機能する。

また、下板６２の表面６２４において、収容穴６１１が均等配置される円Ｃに対して径方向内側には、この円Ｃの半径Ｒから静圧気体軸受５０ａ、５０ｂの半径ｒ３を引いた値より大きい外径ｒ２を有する環状の流路溝６２１ｂが形成されている。また、下板６２の側面６２５には、図示していない給気ポンプあるいは吸引ポンプのホースが連結される流路口６２２ｂが形成されており、下板６２の内部には、この流路口６２２ｂと流路溝６２１ｂとに繋がる連結路６２３ｂが形成されている。また、静圧気体軸受５０ｂは、下板６２上に上板６１を配置した場合に、中継路５２１が流路溝６２１ｂ上に位置するように、収容穴６１１に収容されている。このため、下板６２上に上板６１を配置することにより、流路溝６２１ｂは、上板６１の各収容穴６１１に収容された静圧気体軸受５０ｂに圧縮気体を供給したり、静圧気体軸受５０ｂから気体を吸い込んだりしたりするための流路として機能する。

本実施の形態に係る静圧気体軸受装置５において、流路口６２２ａ、６２２ｂの双方に給気ポンプのホースを連結した場合、つぎのように動作する。すなわち、下板６２の側面６２５に形成された流路口６２２ａに供給された圧縮気体は、連結路６２３ａおよび流路溝６２１ａを介して、上板６１の収容穴６１１に収容された静圧気体軸受５０ａのバックメタル５２に形成された中継路５２１に供給される。そして、この中継路５２１に供給された圧縮気体は、静圧気体軸受５０ａの多孔質金属焼結部材５１を経由して、上板６１の表面６１２に揃えられた静圧気体軸受５０ａの軸受面５３から噴出する。同様に、下板６２の側面６２５に形成された流路口６２２ｂに供給された圧縮気体は、連結路６２３ｂおよび流路溝６２１ｂを介して、上板６１の収容穴６１１に収容された静圧気体軸受５０ｂのバックメタル５２に形成された中継路５２１に供給される。そして、この中継路５２１に供給された圧縮気体は、静圧気体軸受５０ｂの多孔質金属焼結部材５１を経由して、上板６１の表面６１２に揃えられた静圧気体軸受５０ｂの軸受面５３から噴出する。その結果、上板６１の表面６１２と、この表面６１２上に配置された板状の支持対象との間に圧縮気体膜が形成され、これにより、支持対象が非接触で支持される。

また、本実施の形態に係る静圧気体軸受装置５において、流路口６２２ａ、６２２ｂの一方に給気ポンプのホースを連結し、他方の吸引ポンプのホースを連結した場合、例えば流路口６２２ａに給気ポンプのホースを連結し、流路口６２２ｂに吸引ポンプのホースを連結した場合、つぎのように動作する。すなわち、下板６２の側面６２５に形成された流路口６２２ａに供給された圧縮気体は、連結路６２３ａおよび流路溝６２１ａを介して、上板６１の収容穴６１１に収容された静圧気体軸受５０ａのバックメタル５２に形成された中継路５２１に供給される。そして、この中継路５２１に供給された圧縮気体は、静圧気体軸受５０ａの多孔質金属焼結部材５１を経由して、上板６１の表面６１２に揃えられた静圧気体軸受５０ａの軸受面５３から噴出する。一方、吸引ポンプの吸引力により静圧気体軸受５０ｂの軸受面５３に吸い込まれた気体は、静圧気体軸受５０ｂのバックメタル５２に形成された中継路５２１を経由して、下板６２の表面６２４に形成された流路溝６２１ｂに移動する。そして、連結路６２３ｂを介して流路口６２２ｂから吸引ポンプへ吸引される。その結果、静圧気体軸受５０ａの軸受面５３から噴出する圧縮気体により、上板６１の表面６１２と、この表面６１２上に配置された板状の支持対象との間に圧縮気体膜が形成されるとともに、静圧気体軸受５０ｂの軸受面５３に吸い込む気体により、板状の支持対象が静圧気体軸受５０ｂの軸受面５３に引き寄せられる。これにより、支持対象が安定的に非接触で支持される。

以上、本発明の第二実施の形態を説明した。

本実施の形態に係る静圧気体軸受装置５は、気体移動のための流路を二系統備え、一方の系統（流路口６２２ａ、連結路６２３ａ、流路溝６２１ａ）を、静圧気体軸受５０ａのバックメタル５２に形成された中継路５２１に連結するとともに、他方の系統（流路口６２２ｂ、連結路６２３ｂ、流路溝６２１ｂ）を、静圧気体軸受５０ｂのバックメタル５２に形成された中継路５２１に連結している。したがって、両系統を給気ポンプに接続することにより、第一実施の形態に係る静圧気体軸受装置１に比べて、より多くの圧縮気体を静圧気体軸受５０ａ、５０ｂの軸受面から噴出させることが可能となり、負荷容量を増大させることができる。また、一方の系統を給気ポンプに接続し、他方の系統を吸引ポンプに接続することにより、ベース部材６０の上板６１の表面６１２から支持対象を浮上させる力に加えて、表面６１２に支持対象を引き寄せる力が発生する。このため、軸受剛性（単位距離変位するときの耐荷重能力）が向上する。その他の効果は、第一実施の形態と同様である。

なお、複数の静圧気体軸受５０ａ、５０ｂのベース部材６０への配置は、本実施の形態に限定されるものではない。多孔質金属焼結部材５１の表面５１１が上板６１の表面６１２と揃うように、複数の静圧気体軸受５０ａ、５０ｂがベース部材６０に配置されたものであればよい。

［第三実施の形態］
図５（Ａ）は、本発明の第三実施の形態に係る静圧気体軸受装置３の上面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す静圧気体軸受装置３のＣ−Ｃ断面図であり、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）に示す静圧気体軸受装置３のＤ−Ｄ断面図である。また、図６（Ａ）は、静圧気体軸受３０の正面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示す静圧気体軸受３０のＥ−Ｅ断面図である。

本実施の形態に係る静圧気体軸受装置３は、例えば大型の軸等といった、図示していない円柱状あるいは円筒状の支持対象を非接触で支持する。図示するように、静圧気体軸受装置３は、支持対象を非接触で支持する軸受面３３を有する複数の静圧気体軸受３０と、これらの静圧気体軸受３０を収容するベース部材４０と、を備えている。

静圧気体軸受３０は、それぞれ、円板状の多孔質金属焼結部材３１と、多孔質金属焼結部材３１と同径の円板状のバックメタル３２と、を備えている。

多孔質金属焼結部材３１は、単体金属粉末あるいは合金粉末を高温度にて焼結することにより形成され、その表面３１１は、軸受面３３として機能する。また、多孔質金属焼結部材３１の裏面３１２はバックメタル３２と接合している。

バックメタル３２には、ベース部材４０を介して図示していない給気ポンプから供給された圧縮気体を多孔質金属焼結部材３１に送るための中継路３２１が、バックメタル３２の中央において表面３２２から裏面３２３を貫くように形成されている。
形成されている。

ベース部材４０は、円筒状の内筒４１と、内筒４１が挿入される円筒状の外筒４２と、を備えている。

内筒４１は、外筒４２に挿入されており、接着剤、締り嵌め等により、内筒４１の外周面４１３が外筒４２の内周面４２４に固定されている。内筒４１には、静圧気体軸受３０を収容するための収容穴４１１が複数形成されている。収容穴４１１は、内筒４１の内周面（収容面）４１２および外周面４１３を貫通しており、ベース部材４０の両端部４３、４４において、ベース部材４０の周方向にほぼ等間隔おきに配置されている。静圧気体軸受３０は、収容穴４１１に収容され、接着剤等により収容穴４１１内に固定された後、静圧気体軸受３０の軸受面３３が内筒４１の内周面４１２と揃うように（理想的には面一となるように）研削加工される。このため、内筒４１の材料としては、加工性のよい、例えば、青銅等の銅合金を用いることが好ましい。

なお、図５には、ベース部材４０の両端部４３、４４にそれぞれ８個の収容穴４１１が形成されている場合を例示しているが、収容穴４１１の数は、ベース部材４０に収容する静圧気体軸受３０の数等に応じて適宜変更可能である。また、ベース部材４０の両端部４３、４４に加えて、ベース部材４０の両端部４３、４４より内側の位置にも、収容穴４１１を周方向にほぼ等間隔に配置してもよい。

内筒４１の外周面４１３と対面する外筒４２の内周面４２４には、収容穴４１１が配置される位置（ベース部材４０の両端部４３、４４に対応する位置）のそれぞれに、周方向に沿って環状の給気溝４２１が形成されている。また、外筒４２の外周面４２５には、図示していない給気ポンプのホースが連結される給気口４２２が形成されており、外筒４２の内部には、この給気口４２２と各給気溝４２１とを繋ぐ連結路４２３が形成されている。また、静圧気体軸受３０は、内筒４１を外筒４２に挿入した場合に、中継路３２１が給気溝４２１上に位置するように、収容穴４１１に収容されている。このため、外筒４２内に内筒４１を挿入することにより、各給気溝４２１は、内筒４１の各収容穴４１１に収容された静圧気体軸受３０に圧縮気体を供給するための給気路として機能する。

本実施の形態に係る静圧気体軸受装置３において、外筒４２の外周面４２５に形成された給気口４２２に供給された圧縮気体は、外筒４２に形成された連結路４２３および各給気溝４２１を介して、内筒４１の各収容穴４１１に供給される。そして、内筒４１の各収容穴４１１に供給された圧縮気体は、各収容穴４１１に収容された各静圧気体軸受３０のバックメタル３２に形成された中継路３２１を介して、各静圧気体軸受３０の多孔質金属焼結部材３１に供給され、内筒４１の内周面４１２に揃えられた各静圧気体軸受３０の軸受面３３から噴出する。その結果、内筒４１の内周面４１２と、この内筒４１に挿入された円柱状あるいは円筒状の支持対象との間に圧縮気体膜が形成され、これにより、支持対象が非接触で支持される。

以上、本発明の第三実施の形態を説明した。

本実施の形態に係る静圧気体軸受装置３は、内筒４１に静圧気体軸受３０を収容するための収容穴４１１を複数設け、これらの収容穴４１１のそれぞれに、静圧気体軸受３０を、静圧気体軸受３０の軸受面３３（多孔質金属焼結部材３１の表面３１１）が内筒４１の内周面４１２と揃うように収容している。このため、内筒４１の内周面４１２と、この内筒４１内に挿入された円柱状あるいは円筒状の支持対象との間に、複数の静圧気体軸受３０の軸受面３３から噴出する圧縮気体による気体膜が形成され、複数の静圧気体軸受３０の軸受面３３を含め、内筒４１の内周面４１２の全面が、支持対象を非接触で支持する軸受面として機能する。したがって、静圧気体軸受３０単体では支持できないような大型の支持対象を非接触で支持することが可能となる。

また、本実施の形態に係る静圧気体軸受装置３は、複数の静圧気体軸受３０を、ベース部材４０の両端部４３、４４において、ベース部材４０の周方向に均等配置している。本発明者等は、複数の静圧気体軸受３０をこのように配置することにより、同数の静圧気体軸受３０でより大型の支持対象を非接触で支持できることを見出した。本発明者等の実験によれば、内筒４１の内周面４１２に対する静圧気体軸受３０の軸受面３３の占める割合が２割程度となるように、ベース部材４０の少なくとも両端部４３、４４を含む複数の位置において、複数の静圧気体軸受３０を、ベース部材４０の周方向に均等配置することにより、内筒４１の内周面４１２全面を多孔質金属焼結部材で形成して内筒４１の内周面４１２の全面から圧縮気体を噴出できるようにした場合の支持荷重の８割程度の荷重を支持できる性能を獲得できることが分かった。

ただし、複数の静圧気体軸受３０のベース部材４０への配置は、本実施の形態に限定されるものではない。多孔質金属焼結部材３１の表面３１１が内筒４１の内周面４１２と揃うように、複数の静圧気体軸受３０がベース部材４０に配置されたものであればよい。

また、本実施の形態においては、支持対象の外周を非接触支持する静圧気体軸受装置３を例に挙げたが、静圧気体軸受装置で支持対象の内周を非接触支持する場合には、外筒４２に複数の収容穴を形成して、これらの収容穴に静圧気体軸受３０を収容し、外筒４２の外周面４２５と各静圧気体軸受３０の軸受面３３とを揃えるように（理想的には面一となるように）仕上げればよい。

［第四実施の形態］
図７（Ａ）は、本発明の第四実施の形態に係る静圧気体軸受装置７の上面図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示す静圧気体軸受装置７のＩ−Ｉ断面図であり、図７（Ｃ）は、図７（Ａ）に示す静圧気体軸受装置７のＪ−Ｊ断面図である。また、図８（Ａ）は、静圧気体軸受７０ａ、７０ｂの正面図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示す静圧気体軸受７０ａ、７０ｂのＫ−Ｋ断面図である。

本実施の形態に係る静圧気体軸受装置７は、第三実施の形態に係る静圧気体軸受装置３と同様に、例えば大型の軸等といった、図示していない円柱状あるいは円筒状の支持対象を非接触で支持する。図示するように、静圧気体軸受装置７は、支持対象を非接触で支持する軸受面７３を有する複数の静圧気体軸受７０ａ、７０ｂと、これらの静圧気体軸受７０ａ、７０ｂを収容するベース部材８０と、を備えている。

静圧気体軸受７０ａ、７０ｂは、それぞれ、円板状の多孔質金属焼結部材７１と、多孔質金属焼結部材７１と同径の円板状のバックメタル７２と、を備えている。

多孔質金属焼結部材７１は、単体金属粉末あるいは合金粉末を高温度にて焼結することにより形成され、その表面７１１は、軸受面７３として機能する。また、多孔質金属焼結部材７１の裏面７１２はバックメタル７２と接合している。

バックメタル７２には、ベース部材８０を介して図示していない給気ポンプから供給された圧縮気体を多孔質金属焼結部材７１に送り込んだり、ベース部材８０を介して図示してない吸引ポンプの吸引力により多孔質金属焼結部材７１に吸い込まれた気体をベース部材８０へ流したりするための中継路７２１が、バックメタル７２の中央において表面７２２から裏面７２３を貫くように形成されている。

ベース部材８０は、円筒状の内筒８１と、内筒８１が挿入される円筒状の外筒８２と、を備えている。

内筒８１は、外筒８２に挿入されており、接着剤、締り嵌め等により、内筒８１の外周面８１３が外筒８２の内周面８２４に固定されている。内筒８１の下側８５には、静圧気体軸受７０ａを収容するための収容穴８１１ａが複数形成され、内筒８１の上側８６には、静圧気体軸受７０ｂを収容するための収容穴８１１ｂが複数形成されている。収容穴８１１ａ、８１１ｂは、内筒８１の内周面（収容面）８１２および外周面８１３を貫通しており、ベース部材８０の両端部８３、８４において、ベース部材８０の周方向にほぼ等間隔おきに配置されている。静圧気体軸受７０ａは、収容穴８１１ａに収容され、接着剤等により収容穴８１１ａ内に固定された後、静圧気体軸受７０ａの軸受面７３が内筒８１の内周面８１２と揃うように（理想的には面一となるように）研削加工される。同様に、静圧気体軸受７０ｂは、収容穴８１１ｂに収容され、接着剤等により収容穴８１１ｂ内に固定された後、静圧気体軸受７０ｂの軸受面７３が内筒８１の内周面８１２と揃うように（理想的には面一となるように）研削加工される。このため、内筒８１の材料としては、加工性のよい、例えば、青銅等の銅合金を用いることが好ましい。

なお、図７には、ベース部材８０の両端部８３、８４にそれぞれ合計で８個の収容穴８１１ａ、８１１ｂが形成されている場合を例示しているが、収容穴８１１ａ、８１１ｂそれぞれの数は、ベース部材８０に収容する静圧気体軸受７０ａ、７０ｂそれぞれの数等に応じて適宜変更可能である。また、ベース部材８０の両端部８３、８４に加えて、ベース部材８０の両端部８３、８４より内側の位置にも、収容穴８１１ａ、８１１ｂを周方向にほぼ等間隔に配置してもよい。

内筒８１の外周面８１３と対面する外筒８２の内周面８２４の下側８７には、収容穴８１１ａが配置される位置（ベース部材８０の両端部８３、８４に対応する位置）のそれぞれに、周方向に沿って弧状の給気溝８２１ａが形成されている。また、外筒８２の外周面８２５には、図示していない給気ポンプのホースが連結される給気口８２２ａが形成されており、外筒８２の内部には、この給気口８２２ａと各給気溝８２１ａとを繋ぐ連結路８２３ａが形成されている。また、静圧気体軸受７０ａは、内筒８１を外筒８２に挿入した場合に、中継路７２１が給気溝８２１ａ上に位置するように、収容穴８１１ａに収容されている。このため、外筒８２内に内筒８１を挿入することにより、各給気溝８２１ａは、内筒８１の各収容穴８１１ａに収容された静圧気体軸受７０ａに圧縮気体を供給するための給気路として機能する。

また、外筒８２の内周面８２４の上側８８には、収容穴８１１ｂが配置される位置（ベース部材８０の両端部８３、８４に対応する位置）のそれぞれに、周方向に沿って弧状の排気溝８２１ｂが形成されている。また、外筒８２の外周面８２５には、図示していない吸引ポンプのホースが連結される排気口８２２ｂが形成されており、外筒８２の内部には、この排気口８２２ｂと各排気溝８２１ｂとを繋ぐ連結路８２３ｂが形成されている。また、静圧気体軸受７０ｂは、内筒８１を外筒８２に挿入した場合に、中継路７２１が排気溝８２１ｂ上に位置するように、収容穴８１１ｂに収容されている。このため、外筒８２内に内筒８１を挿入することにより、各排気溝８２１ｂは、内筒８１の各収容穴８１１ｂに収容された静圧気体軸受７０ｂから吸い込んだ気体を送り出すための吸引路として機能する。

本実施の形態に係る静圧気体軸受装置７において、給気ポンプから外筒８２の外周面８２５に形成された給気口８２２ａに供給された圧縮気体は、外筒８２に形成された連結路８２３ａおよび各給気溝８２１ａを介して、内筒８１の各収容穴８１１ａに供給される。そして、内筒４１の各収容穴８１１ａに供給された圧縮気体は、各収容穴８１１ａに収容された各静圧気体軸受７０ａのバックメタル７２に形成された中継路７２１を介して、各静圧気体軸受７０ａの多孔質金属焼結部材７１に供給され、内筒８１の内周面８１２に揃えられた各静圧気体軸受７０ａの軸受面７３から噴出する。その結果、内筒８１に挿入された円柱状あるいは円筒状の支持対象は、この支持対象の下方に配置された静圧気体軸受７０ａの軸受面７３から噴出された圧縮気体により浮上する。

また、吸引ポンプの吸引力により、内筒８１の内周面８１２に揃えられた各静圧気体軸受７０ｂの軸受面７３に吸い込まれた気体は、静圧気体軸受７０ｂのバックメタル７２に形成された中継路７２１を経由して、外筒８２の内周面８２４に形成された各排気溝８２１ｂに移動する。そして、連結路８２３ｂを介して排気口８２２ｂから吸引ポンプへ吸引される。その結果、内筒８１に挿入された円柱状あるいは円筒状の支持対象は、この支持対象の上方に配置された静圧気体軸受７０ｂの軸受面７３の吸引力により上方へ引き寄せられる。これにより、支持対象が非接触で支持される。

以上、本発明の第四実施の形態を説明した。

本実施の形態に係る静圧気体軸受装置７は、内筒８１の下側８５に、静圧気体軸受７０ａを収容するための収容穴８１１ａを複数設け、これらの収容穴８１１ａのそれぞれに、静圧気体軸受７０ａを、静圧気体軸受７０ａの軸受面７３（多孔質金属焼結部材７１の表面７１１）が内筒８１の内周面８１２と揃うように収容している。そして、給気ポンプにより供給された圧縮気体を、外筒８２に形成された連結路８２３ａおよび給気溝８２１ａを介して静圧気体軸受７０ａの軸受面７３から噴出する。また、内筒８１の上側８６に、静圧気体軸受７０ｂを収容するための収容穴８１１ｂを複数設け、これらの収容穴８１１ｂのそれぞれに、静圧気体軸受７０ｂを、静圧気体軸受７０ｂの軸受面７３が内筒８１の内周面８１２と揃うように収容している。そして、吸引ポンプの吸引力により静圧気体軸受７０ｂの軸受面７３から吸い込んだ気体を、外筒８２に形成された排気溝８２１ｂおよび連結路８２３ｂを介して吸引ポンプに送り出す。このため、静圧気体軸受７０ａの軸受面７３から噴出する圧縮気体による浮上力に加えて、静圧気体軸受７０ｂの軸受面７３に吸い込まれる気体により支持対象を上方へ引き寄せる吸引力を得ることができ、したがって、本実施の形態によれば、第三実施の形態に係る静圧気体軸受装置３に比べて、負荷容量を増大させることができる。その他の効果は、第三実施の形態と同様である。

なお、複数の静圧気体軸受７０ａ、７０ｂのベース部材８０への配置は、本実施の形態に限定されるものではない。多孔質金属焼結部材７１の表面７１１が内筒８１の内周面８１２と揃うように、複数の静圧気体軸受７０ａ、７０ｂがベース部材８０に配置されたものであればよい。

また、本実施の形態においては、円柱状あるいは円筒状の支持対象の外周を非接触支持する静圧気体軸受装置７を例に挙げたが、静圧気体軸受装置で円筒状の支持対象の内周を非接触支持する場合には、外筒８２に複数の収容穴を形成して、これらの収容穴に静圧気体軸受７０ａ、７０ｂを収容し、外筒８２の外周面８２５と各静圧気体軸受７０ａ、７０ｂの軸受面７３とを揃えるように（理想的には面一となるように）仕上げればよい。この場合、外筒８２の上側に形成される収容穴に、軸受面７３から圧縮気体を噴出する静圧気体軸受７０ａを収容するとともに、外筒８２の下側に形成される収容穴に、軸受面７３に気体を吸い込む静圧気体軸受７０ｂを収容する。

なお、本発明は上記の各実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において様々な変形が可能である。

例えば、上記の各実施の形態では、静圧気体軸受１０、３０、５０ａ、５０ｂ、７０ａ、７０ｂとして、多孔質金属焼結部材１１、３１、５１、７１の裏面１１２、３１２、５１２、７１２側にバックメタル１２、３２、５２、７２が配置されたタイプのものを用いているが、バックメタル１２、３２、５２、７２は省略されていてもよい。

また、上記の各実施の形態では、静圧気体軸受１０、３０、５０ａ、５０ｂ、７０ａ、７０ｂとして、軸受面１３、３３、５３、７３が多孔質金属焼結部材１１、３１、５１、７１で形成されたタイプのものを用いているが、本発明はこれに限定されない。自成絞り、オリフィス絞り、表面絞り等により気体の流路口が軸受面１３、３３、５３、７３に形成されたタイプの静圧気体軸受を利用してもよい。

１、３、５、７：静圧気体軸受装置、１０、３０、５０ａ、５０ｂ、７０ａ、７０ｂ：静圧気体軸受、２０、４０、６０、８０：ベース部材、１１、３１、５１、７１：多孔質金属焼結部材、１２、３２、５２、７２：バックメタル、１３、３３、５３、７３：軸受面、２１、６１：上板、２２、６２：下板、４１、８１：内筒、４２、８２：外筒、１１１、３１１、５１１、７１１：多孔質金属焼結部材の表面、１１２、３１２、５１２、７１２：多孔質金属焼結部材の裏面、１２１、３２１、５２１、７２１：中継路、２１１、４１１、６１１、８１１ａ、８１１ｂ：収容穴、２１２、６１２：上板の表面、２１３、６１３：上板の裏面、２２１、４２１、８２１ａ：給気溝、２２２、４２２、８２２ａ：給気口、２２３、４２３、６２３ａ、６２３ｂ、８２３ａ、８２３ｂ：連結路、２２４、６２４：下板の表面、４１２、８１２：内筒の内周面、４１３、８１３：内筒の外周面、４２４、８２４：外筒の内周面、６２１ａ、６２１ｂ：流路溝、６２２ａ、６２２ｂ：流路口、８２１ｂ：排気溝、８２２ｂ：排気口

Claims

支持対象を非接触で支持する静圧気体軸受装置であって、
前記支持対象を非接触で支持する軸受面を備えた複数の静圧気体軸受と、
平坦面を有する円板状のベース部材と、を有し、
前記ベース部材は、
前記平坦面に形成され、前記複数の静圧気体軸受をそれぞれ収容する複数の収容穴が同心円上に均等配置された収容面と、
前記複数の収容穴のそれぞれに収容された前記複数の静圧気体軸受に繋がる気体の流路と、を有し、
前記流路は、
給気ポンプに連結された系統および吸引ポンプに連結された系統を含む複数系統あり、
前記複数の静圧気体軸受は、
それぞれの軸受面が前記収容面と揃うように、前記複数の収容穴に収容されて、それぞれ一つの系統の前記流路に繋がっている
ことを特徴とする静圧気体軸受装置。
請求項１に記載の静圧気体軸受装置であって、
前記複数の静圧気体軸受は、
前記給気ポンプに連結された前記流路に繋がる前記静圧気体軸受と、前記吸引ポンプに連結された前記流路に繋がる前記静圧気体軸受とが、前記同心円上に交互に配置されている
ことを特徴とする静圧気体軸受装置。
支持対象を非接触で支持する静圧気体軸受装置であって、
前記支持対象を非接触で支持する軸受面を備えた複数の静圧気体軸受と、
円筒状のベース部材と、を有し、
前記ベース部材は、
内周面または外周面に形成され、前記複数の静圧気体軸受をそれぞれ収容する複数の収容穴が周方向に均等配置された収容面と、
前記複数の収容穴のそれぞれに収容された前記複数の静圧気体軸受に繋がる気体の流路と、を有し、
前記流路は、
給気ポンプに連結された系統および吸引ポンプに連結された系統を含む複数系統あり、
前記複数の静圧気体軸受は、
それぞれの軸受面が前記収容面と揃うように、前記複数の収容穴に収容されて、それぞれ一つの系統の前記流路に繋がっている
ことを特徴とする静圧気体軸受装置。
請求項３に記載の静圧気体軸受装置であって、
前記ベース部材は、内周面に前記収容面が形成されており、
前記複数の静圧気体軸受は、
前記給気ポンプに連結された前記流路に繋がる前記静圧気体軸受が、前記ベース部材に挿入された円柱状あるいは円筒状の前記支持対象の下方に配置され、前記吸引ポンプに連結された前記流路に繋がる前記静圧気体軸受が、当該支持対象の上方に配置されている
ことを特徴とする静圧気体軸受装置。
請求項３に記載の静圧気体軸受装置であって、
前記ベース部材は、外周面に前記収容面が形成されており、
前記複数の静圧気体軸受は、
前記給気ポンプに連結された前記流路に繋がる前記静圧気体軸受が、円筒状の前記支持対象に挿入された前記ベース部材の上方に配置され、前記吸引ポンプに連結された前記流路に繋がる前記静圧気体軸受が、前記ベース部材の下方に配置されている
ことを特徴とする静圧気体軸受装置。
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の静圧気体軸受装置であって、
前記静圧気体軸受は、
端面が前記軸受面として機能する多孔質金属焼結部材を有する
ことを特徴とする静圧気体軸受装置。
請求項６に記載の静圧気体軸受装置であって、
前記静圧気体軸受は、
前記多孔質金属焼結部材の裏面と接合するバックメタルをさらに有し、
前記バックメタルは、
前記流路を前記多孔質金属焼結部材に繋ぐ中継路を有する
ことを特徴とする静圧気体軸受装置。