JPH04300421A - 多孔質静圧気体軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は多孔質セラミックスを使
用した静圧気体軸受けに関し、特に安定かつ高剛性な多
孔質気体軸受に関するものである。スライシングマシン
は、セラミックスの切断や溝入れ等に用いられる工作機
械であって、その砥石を回転させるスピンドルは加工物
に合った回転数で高速回転しかつ高剛性を得るため、工
場で容易に得られる最大給気圧力で運転される。本発明
の軸受は、このような安定した高速回転かつ高剛性が必
要なところの軸受として利用できる。

【０００２】

【従来の技術】従来、軸受け面に多孔質体を配してこの
多孔質体を通して軸受け面の間隙に加圧気体を供給して
、軸受け面の空気層により軸構造体を保持する多孔質静
圧気体軸受けが知られている。

【０００３】この多孔質体の材料として、従来から多孔
質である焼結金属、カーボンやセラミックスが使用され
ている。このうち、多孔質の焼結金属または多孔質のカ
ーボンを使用した場合は、軸受け面の加工により軸受け
面に目つぶれが生じるため、膨大な工数のかかる再加工
をしなければ、安定で高剛性な静圧気体軸受けを得るこ
とができない問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】その点、多孔質セラミ
ックスを使用した場合は上述した目つぶれの問題は発生
しない。しかしながら、例えば、日本機械学会論文集Ｃ
編５５巻５１１　号「多孔質セラミックス静圧空気軸受
の負荷特性」に開示されているように、多孔質セラミッ
クスを使用した静圧気体軸受けでは、自励振動（ニュー
マチックハンマ）発生による不安定性を有しており、極
めて限定された条件下でしか安定せず、実際に高剛性で
安定な静圧気体軸受けを量産することができない問題が
あった。

【０００５】本発明の目的は上述した課題を解消して、
安定で高剛性な静圧気体軸受けを量産可能な構造を有す
る多孔質静圧気体軸受を提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の多孔質静圧気体
軸受けは、軸受け面に、通気係数が５以下の多孔質セラ
ミックスを用いたことを特徴とするものである。ここで
、通気係数Ｙは、 Ｙ＝１２ＫＲ２　／（ｔｐ　　ｃｒ　３）但し、Ｋ＝Ｄ
ａｒｃｙ　の法則に基づくセラミックス材の通気率、Ｒ
：軸半径、　ｔｐ　：多孔質材の厚さ、　ｃｒ　：軸受
のすきま、より求まる値をいう。

【０００７】

【作用】上述した構成において、軸受け面の多孔質セラ
ミックスの通気係数を所定の値以下にすれば、後述する
実施例から明らかなように、多孔質セラミックスの他の
特性がどうであっても通常の使用において自励振動が発
生せず、安定で高剛性な多孔質静圧気体軸受を得ること
ができることを見いだしたことによる。なお、下限につ
いては特に規定するものではないが、０．０５未満では
、剛性が小さく軸受として使用できなくなることが多い
ので、下限は０．０５までであると好ましい。

【０００８】また、所定の通気率を有する多孔質セラミ
ックスを得るためには、粉末を調製し、成形、焼成して
焼結体を得る通常の製造法において、成形時の成形圧を
変化させるか、あるいは焼成時の焼成温度を変化させる
と、簡単に再現性良く所望の通気係数を得ることができ
ることを見いだした。なお、本発明においては多孔質セ
ラミックスの通気係数が５以下であれば他の特性はどの
様なものでも可能だが、この通気率を達成するためには
、多孔質セラミックスの通気係数以外の特性は通常以下
の範囲にある。すなわち、平均細孔径：０．５　〜１０
μｍ　、開気孔率：１０〜３０％、細孔容積：０．０２
〜０．０８ｃｃ／ｇ、吸水率：２〜８％、成形密度：２
〜５ｇ／ｃｃ　の範囲にある。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の多孔質静圧気体軸受の一例の
構成を示す断面図である。第１図において、１は所定の
通気係数を有する多孔質セラミックス層、２は多孔質セ
ラミックス層１を介して空気等の気体を供給する気体供
給部、３は支持すべき軸構造体である。一般のスライシ
ングマシンの砥石スピンドルの軸受寸法は、ｄ＝２５〜
６０ｍｍ、Ｄ＝３０〜８０ｍｍ、１＝２５〜６０ｍｍで
ある。上述した構造の多孔質静圧気体軸受による軸構造
体３の支持は、まず多孔質セラミックス層１の円筒形状
の軸受け面に５〜２０μｍの隙間を設けて軸構造体３を
装着した後、所定の圧力の気体を気体供給部２に供給し
た状態で軸構造体３を回転することにより達成すること
ができる。

【００１０】多孔質セラミックス層１は通常のセラミッ
クスの焼成方法、すなわち所定組成の粉末を調製し、調
製した粉末を成形し、成形後の成形体を焼成して得るこ
とができる。その際、後述するように成形時の成形圧を
変化させるか焼成時の焼成温度を変化させることにより
、所定の通気係数を有する多孔質セラミックス層１を得
ることができる。なお、多孔質セラミックス層１は均一
な気孔分布を有し加工しても目づまりしない材料から構
成されると好ましく、多孔質ジルコニア、多孔質アルミ
ナ、多孔質窒化アルミニウム、多孔質炭化ケイ素、多孔
質窒化ケイ素を使用すると好ましい。

【００１１】図２は実際の多孔質静圧気体軸受により軸
構造体を受け、自励振動が発生する限界を求めるのに使
用した装置を示す図である。各軸受部の寸法は、ｄ＝５
０〜６０ｍｍ、Ｄ＝５５〜７５ｍｍ、１＝５０〜６０ｍ
ｍの範囲にある。図２に示す装置では、図１と同様の構
造の多孔質静圧気体軸受に、距離測定センサと加速度ピ
ックアップ４及びＦＦＴアナライザー５を設け、各回転
数で回転させた時の振動を計測し、回転数と同期しない
周波数成分が発生したときに自励振動が発生したものと
みなしている。なお、図１の気体供給部から供給する圧
力は７ｋｇｆ　／ｃｍ２　Ｇとした。これは、給気圧が
高い方が軸受剛性が高くなることと、工場内で容易に供
給できる最高圧力であるためである。

【００１２】実際に図２に示す装置により、多孔質セラ
ミックス層１の通気係数を変えてその際の自励振動の発
生する回転数を求めたところ、図３に示す結果を得た。 図３から明らかなように、通気係数を５以下にしさえす
れば、自励振動のない安定した多孔質静圧気体軸受が得
られることがわかる。また、通気係数が１以下であれば
、実験で確認できた装置の最高回転数である３万回転ま
で安定なため、より一層安定な多孔質静圧気体軸受が得
られることがわかる。一方、剛性は、通気係数が５以下
のすべての条件で１５ｋｇｆ　／μｍ　以上であること
が実測された。

【００１３】また、多孔質セラミックス層１の製造時の
成形圧力及び焼成温度の影響を調べるため、同一組成の
セラミックスに対して成形時の成形圧力及び焼成温度を
変化させ、他の条件は同一として多孔質セラミックスを
製造し、その通気係数を調べたところ、成形圧力及び焼
成温度を変化させることにより、通気係数を制御するこ
とができ、この方法が本発明の所定の通気係数を有する
多孔質セラミックスを得るために最適であることがわか
ったが、成形圧力と焼成温度は密接な関係にあるため、
実際の通気率の制御にあたっては、これらの間の関係を
も考慮する必要がある。

【００１４】

【発明の効果】以上詳細に説明したところから明らかな
ように、本発明によれば、多孔質靜圧気体軸受の多孔質
セラミックス層の通気係数さえ５以下に制御すれば、セ
ラミックスを使用した靜圧気体軸受においても自励振動
のない安定かつ高剛性な軸受を得ることができる。また
、上述したセラミックス層の通気率の制御には、成形圧
力を変化させるか焼成温度を変化させることにより、簡
単に所定の通気率を有する多孔質セラミックス層を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多孔質靜圧気体軸受の一例の構成を示
す断面図である。

【図２】本発明において自励振動発生を調べる状態を示
す図である。

【図３】本発明における通気係数と最高安定回転数との
関係を示すグラフである。 １　　多孔質セラミックス層 ２　　気体供給部 ３　　軸構造体 ４　　距離測定センサおよび加速度ピックアップ５　　
ＦＦＴ　アナライザー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　軸受け面に通気係数が５以下の多孔質
   セラミックスを用いたことを特徴とする多孔質静圧気体
   軸受。
2. 【請求項２】　　前記多孔質セラミックスの通気係数が
   ５以下で０．０５以上である請求項１記載の多孔質静圧
   気体軸受。