(57)【要約】【課題】  長尺であっても、気体膜を形成する空気をその滞留を避けるように適宜に外部に逃がし得て当該空気の発熱を抑えることができ、軸受面側及び可動体側の熱膨張を回避できて軸受面に対する可動体のより高速な移動、特に回転を可能にする多孔質静圧気体軸受及びその製造方法を提供すること。【解決手段】  多孔質静圧気体ラジアル軸受１は、裏金２と、裏金２の内面３に環状隙間５を挟んで並置された多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂと、多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの夫々に高圧気体を供給する供給手段１２と、多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの端面１３及び１３ａ並びに１４及び１４ｂに一体に接合された封止材１５ａ、１５ａｂ及び１５ｂと、封止材１５ａｂに設けられている径方向の貫通孔１６と、貫通孔１６を裏金２の外部に連通させる貫通孔１７とを具備している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス鋼からなる筒状の裏金と、この裏金の円筒状の内面に軸方向において環状隙間を挟んで並置された少なくとも２個の多孔質金属焼結層と、この多孔質金属焼結層の夫々に高圧気体を供給すべく、裏金の内面に当該内面側で開口して形成されていると共に当該内面側の開口が多孔質金属焼結層によって覆われた溝を有している供給手段と、裏金の端部及び環状隙間における多孔質金属焼結層の端面を封止すべく、裏金の端部及び環状隙間における多孔質金属焼結層の端面に一体に接合された封止材と、環状隙間において多孔質金属焼結層の端面を封止する封止材に設けられた径方向の貫通孔と、この貫通孔を裏金の外部に連通させるべく、裏金に設けられた貫通孔とを具備している多孔質静圧気体軸受。
【請求項２】
裏金の内面には接合層が形成されており、各多孔質金属焼結層は、裏金の内面に接合層を介して一体に接合されており、各封止材は、裏金の内面に接合層を介して接合されていると共に純銅からなっている請求項１に記載の多孔質静圧気体軸受。
【請求項３】
接合層は、ニッケルメッキ層と銅メッキ層との二層のメッキ層を含んでおり、ニッケルメッキ層は裏金の内面に接合されており、多孔質金属焼結層及び封止材は銅メッキ層に接合されている請求項２に記載の多孔質静圧気体軸受。
【請求項４】
純銅には、無酸素銅又はタフピッチ銅が使用されている請求項２又は３に記載の多孔質静圧気体軸受。
【請求項５】
多孔質金属焼結層は、４重量％以上１０重量％以下の錫と、１０重量％以上４０重量％以下のニッケルと、０．１重量％以上０．５重量％未満の燐と、２重量％以上１０重量％以下の無機物質粒子と、残部が銅とからなる請求項１から４のいずれか一項に記載の多孔質静圧気体軸受。
【請求項６】
無機物質粒子は、黒鉛、窒化ホウ素、フッ化黒鉛、フッ化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素及び炭化ケイ素のうちの少なくとも一つからなる請求項５に記載の多孔質静圧気体軸受。
【請求項７】
ステンレス鋼からなる筒状の裏金を準備し、この裏金の円筒状の内面に軸方向に所定の間隔を隔てて少なくとも２個の環状溝を形成する工程と、
裏金の内面に、当該裏金の内面に接合されたニッケルメッキ層と当該ニッケルメッキ層に接合された銅メッキ層との二層のメッキ層からなる接合層を形成する工程と、
４重量％以上１０重量％以下の錫と、１０重量％以上４０重量％以下のニッケルと、０．１重量％以上０．５重量％未満の燐と、２重量％以上１０重量％以下の無機物質粒子と、残部が銅とを混合して混合粉末を形成し、この混合粉末を金型内に装填し、所定の成形圧力を掛けて該混合粉末からなる２個の円筒状の圧粉体を形成する工程と、
純銅からなる少なくとも３個の環状の封止材を準備する工程と、
裏金の一方の端部の内面に接合層を介して一つの封止材を圧接嵌合したのち、この一つの封止材と接触させて裏金の内面に接合層を介して一方の圧粉体を圧接嵌合し、ついで、軸方向において２個の環状溝の間で一方の圧粉体の端面と接触させて他の封止材を裏金の内面に接合層を介して圧接嵌合し、さらにこの他の封止材と接触させて裏金の内面に接合層を介して他方の圧粉体を圧接嵌合し、この他方の圧粉体の端面と接触させて裏金の他方の端部の内面に接合層を介して残る封止材を圧接嵌合する工程と、
これらを還元性雰囲気又は真空中で８００〜１１５０℃の温度で２０〜１２０分間焼結し、圧粉体の焼結と同時に接合層を介する当該圧粉体の裏金の内面への接合を行う工程と、
焼結後、裏金の内面に接合層を介して一体に接合していると共に圧粉体の焼結により得られた多孔質金属焼結層の内面に切削加工又は研削加工を施す工程と、
を具備しており、
純銅からなる封止材が裏金の端部及び環状隙間における裏金の内面に接合層を介して接合されていると共に多孔質金属焼結層の端面に一体に接合されている多孔質静圧気体軸受を製造することを特徴とする多孔質静圧気体軸受の製造方法。
【請求項８】
裏金と他の封止材とに径方向の貫通孔を形成する工程を具備している請求項７に記載の多孔質静圧気体軸受の製造方法。
【請求項９】
他の封止材の内周面に環状の溝を形成する工程を具備している請求項７又は８に記載の多孔質静圧気体軸受の製造方法。
【請求項１０】
無機物質粒子は、黒鉛、窒化ホウ素、フッ化黒鉛、フッ化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素及び炭化ケイ素のうちの少なくとも一つからなる請求項７から９いずれか一項に記載の多孔質静圧気体軸受の製造方法。
【請求項１１】
純銅には、無酸素銅又はタフピッチ銅が使用される請求項７から１０のいずれか一項に記載の多孔質静圧気体軸受の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔質静圧気体軸受、とくに無機物質粒子を分散含有した多孔質金属焼結層を具備した多孔質静圧気体軸受及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開平１１−１５８５１１号公報
【特許文献２】特開２０００−３４６０７１号公報
【０００３】
静圧気体軸受は、その軸受面で支持する可動体との間に気体膜を形成して、この気体膜を介して可動体を移動自在に支持するものであるために、好ましく製造された静圧気体軸受は、それが本来的に有するセンタリング機能等と相俟って、軸受隙間に潤滑油及び給油を必要とせず、しかも、高速移動においても振動を生じさせないで、低摩擦、低発熱でもって可動体を好ましく支持できる。
【０００４】
静圧気体軸受の一つとして、裏金と、この裏金に固定された多孔質金属焼結層とを具備した多孔質静圧気体軸受（特許文献１参照）が用いられるが、この多孔質静圧気体軸受では、供給される高圧気体の利用効率を上げるためには、多孔質金属焼結層において軸受面からのみ高圧気体が噴出することが好ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の多孔質静圧気体軸受では、多孔質金属焼結層が裏金の一方の面に一体に形成されたものであるために、多孔質金属焼結層の端面からの高圧気体の漏出は避けられず、高圧気体の利用効率が低下してしまう。
【０００６】
この問題点に対し、本出願人は、先に、多孔質金属焼結層の端面に当該端面を覆ってかつ多孔質金属焼結層の軸受面を越えて突出しないように封止材を固着した多孔質静圧気体軸受を提案した（特許文献２参照）。
【０００７】
この提案に係る多孔質静圧気体軸受は、裏金と、この裏金の一方の面に固定された多孔質金属焼結層とを具備しており、多孔質金属焼結層の端面には、当該多孔質金属焼結層の端面を覆って且つ多孔質金属焼結層の軸受面を越えて突出しないようにして封止材が固着されている。
【０００８】
ところで、多孔質静圧気体軸受では、軸受面と可動体との間に気体膜を形成し気体膜を介して可動体を支持するのであるが、軸受面に対する可動体の相対的な高速回転において気体膜の空気が高速剪断力を受けて発熱することになる。この発熱は、軸受面側及び可動体側に熱膨張を惹起させて軸受面と可動体との間の隙間を狭めて、最悪の場合には軸受の焼き付きを生じさせる虞がある結果、可動体の相対的な移動、例えば回転の上限を決定する要因となる。特に、軸方向に長い長尺の多孔質静圧気体軸受では、軸方向の中間部分における気体膜の空気の外部への逃げをそれ程期待できないために、斯かる中間部分での気体膜の空気は、そこに滞留して比較的長い時間に亘って高速剪断力を受けて発熱することになり、そこでの軸受面と可動体との間の隙間を大きく狭める虞がある。
【０００９】
また、特許文献２に示される本出願人の提案に係る多孔質静圧気体軸受では、多孔質金属焼結層の端面に当該多孔質金属焼結層の端面を覆って且つ多孔質金属焼結層の軸受面を越えて突出しないようにしてエポキシ樹脂又はフェノール樹脂からなる封止材を固着して多孔質金属焼結層の端面からの高圧気体の漏出を防止するようにしているが、エポキシ樹脂又はフェノール樹脂からなる封止材の固着作業は、裏金の一方の面に固着された多孔質金属焼結層に切削加工又は研削加工を施した後に行われるため、提案に係る多孔質静圧気体軸受の製造工程においてはこの封止作業工程を加えることが余儀なくされる。
【００１０】
本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、長尺であっても、気体膜を形成する空気をその滞留を避けるように適宜に外部に逃がし得て当該空気の発熱を抑えることができ、而して、軸受面側及び可動体側の熱膨張を回避できて軸受面に対する可動体のより高速な移動、特に回転を可能にする多孔質静圧気体軸受及びその製造方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的とするところは、多孔質金属焼結層への切削加工又は研削加工の施工後のエポキシ樹脂又はフェノール樹脂からなる封止材による封止作業工程を必要とすることなく、しかも、エポキシ樹脂又はフェノール樹脂等の乾燥、固化を待つ必要もない上に多孔質金属焼結層への切削加工又は研削加工の完了でもって一応の製品を得ることができ、その上、多孔質金属焼結層の端面の確実な封止を長期にわたって維持することができる多孔質静圧気体軸受及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の多孔質静圧気体軸受は、ステンレス鋼からなる筒状の裏金と、この裏金の円筒状の内面に軸方向において環状隙間を挟んで並置された少なくとも２個の多孔質金属焼結層と、この多孔質金属焼結層の夫々に高圧気体を供給すべく、裏金の内面に当該内面側で開口して形成されていると共に当該内面側の開口が多孔質金属焼結層によって覆われた溝を有している供給手段と、裏金の端部及び環状隙間における多孔質金属焼結層の端面を封止すべく、裏金の端部及び環状隙間における多孔質金属焼結層の端面に一体に接合された封止材と、環状隙間において多孔質金属焼結層の端面を封止する封止材に設けられた径方向の貫通孔と、この貫通孔を裏金の外部に連通させるべく、裏金に設けられた貫通孔とを具備している。
【００１３】
本発明の多孔質静圧気体軸受によれば、少なくとも２個の多孔質金属焼結層が裏金の円筒状の内面に軸方向において環状隙間を挟んで並置されて多孔質金属焼結層が分割して配されていると共に環状隙間において多孔質金属焼結層の端面を封止する封止材に径方向の貫通孔が設けられており、しかも、裏金に設けられた貫通孔が封止材の径方向の貫通孔を裏金の外部に連通させるようになっているために、当該多孔質静圧気体軸受が軸方向において長尺であっても、２個の多孔質金属焼結層間の近傍で気体膜を形成する空気を封止材の貫通孔と裏金の貫通孔とを介してその滞留を避けるように適宜に外部に逃がし得て斯かる近傍での気体膜の空気の発熱を抑えることができ、而して、軸受面側及び可動体側の熱膨張を回避できて軸受面に対する可動体のより高速な移動、特に回転を可能にすることができる。
【００１４】
本発明の好ましい例では、裏金の内面には接合層が形成されており、各多孔質金属焼結層は、裏金の内面に接合層を介して一体に接合されており、各封止材は、裏金の内面に接合層を介して接合されていると共に純銅からなっており、斯かる例の多孔質静圧気体軸受によれば、多孔質金属焼結層の端面に純銅からなる封止材が接合されているので、当該端面からの供給高圧気体の漏出をなくし得て、供給高圧気体の利用効率を上げることができ、軸受隙間に所望の気体膜を形成できるのみならず、多孔質金属焼結層への切削加工又は研削加工の施工後のエポキシ樹脂又はフェノール樹脂からなる封止材による封止作業工程を必要とすることなく、しかも、エポキシ樹脂又はフェノール樹脂等の乾燥、固化を待つ必要もない上に多孔質金属焼結層への切削加工又は研削加工の完了でもって一応の製品を得ることができる。
【００１５】
上記の好ましい例において、接合層は、ニッケルメッキ層と銅メッキ層との二層のメッキ層を含んでおり、ニッケルメッキ層は裏金の内面に接合されており、多孔質金属焼結層及び封止材は銅メッキ層に接合されているとよく、この例の多孔質静圧気体軸受によれば、筒状の裏金の内面に形成された接合層と封止材及び多孔質金属焼結層とは金属同士の接合となるため接合力が強く、多孔質金属焼結層に供給される高圧気体によって封止材が裏金の内面及び多孔質金属焼結層の端面とから剥離等を生じることはなく、多孔質金属焼結層の端面の確実な封止を長期にわたって維持することができる。
【００１６】
本発明においては、純銅には無酸素銅又はタフピッチ銅が好適に使用され得、無酸素銅又はタフピッチ銅は、多孔質金属焼結層の端面との間に焼結時に一部合金化して接合せしめられ得るので、封止材と多孔質金属焼結層との間の接合力は高く、結果として封止材の多孔質金属焼結層からの剥離等を生じることはない。
【００１７】
本発明の他の例では、多孔質金属焼結層は、４重量％以上１０重量％以下の錫（Ｓｎ）と、１０重量％以上４０重量％以下のニッケル（Ｎｉ）と、０．１重量％以上０．５重量％未満の燐（Ｐ）と、２重量％以上１０重量％以下の無機物質粒子と、残部が銅（Ｃｕ）とからなっており、この例の多孔質静圧気体軸受では、焼結過程において液相のＮｉ３Ｐを発生する燐成分が０．１重量％以上０．５重量％未満の含有量であるために、液相のＮｉ３Ｐの発生量が少なくなり、焼結時に液相のＮｉ３Ｐが流れ出すことがなく、多孔質金属焼結層を接合層に接合するに必要な量の液相のＮｉ３Ｐとなり、接合層を介する多孔質金属焼結層と裏金との接合力が高められ、しかも、液相のＮｉ３Ｐの発生量が少ないことにより焼結後の冷却（放冷）時の多孔質金属焼結層の収縮量が少ないので、多孔質金属焼結層の収縮に起因する裏金と多孔質金属焼結層との接合層を介する各接合面で多孔質金属焼結層の剥離を生じることがない。
【００１８】
本発明では、多孔質金属焼結層に分散含有される無機物質粒子は、好ましくは、黒鉛、窒化ホウ素、フッ化黒鉛、フッ化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素及び炭化ケイ素のうちの少なくとも一つが選択されて使用される。
【００１９】
多孔質金属焼結層の粒界に分散含有された斯かる無機物質粒子は、このもの自体が機械加工によって塑性変形することがなく、加えて多孔質金属焼結層の素地の金属部分の塑性変形を分断して軽減する働きにより、軸受面の形成のための切削加工又は研削加工等の機械加工における多孔質金属焼結層の目詰まりを抑えることができる。
【００２０】
本発明の多孔質静圧気体軸受の製造方法は、ステンレス鋼からなる筒状の裏金を準備し、この裏金の円筒状の内面に軸方向に所定の間隔を隔てて少なくとも２個の環状溝を形成する工程と、裏金の内面に、当該裏金の内面に接合されたニッケルメッキ層と当該ニッケルメッキ層に接合された銅メッキ層との二層のメッキ層からなる接合層を形成する工程と、４重量％以上１０重量％以下の錫と、１０重量％以上４０重量％以下のニッケルと、０．１重量％以上０．５重量％未満の燐と、２重量％以上１０重量％以下の無機物質粒子と、残部が銅とを混合して混合粉末を形成し、この混合粉末を金型内に装填し、所定の成形圧力を掛けて該混合粉末からなる２個の円筒状の圧粉体を形成する工程と、純銅からなる少なくとも３個の環状の封止材を準備する工程と、裏金の一方の端部の内面に接合層を介して一つの封止材を圧接嵌合したのち、この一つの封止材と接触させて裏金の内面に接合層を介して一方の圧粉体を圧接嵌合し、ついで、軸方向において２個の環状溝の間で一方の圧粉体の端面と接触させて他の封止材を裏金の内面に接合層を介して圧接嵌合し、さらにこの他の封止材と接触させて裏金の内面に接合層を介して他方の圧粉体を圧接嵌合し、この他方の圧粉体の端面と接触させて裏金の他方の端部の内面に接合層を介して残る封止材を圧接嵌合する工程と、これらを還元性雰囲気又は真空中で８００〜１１５０℃の温度で２０〜１２０分間焼結し、圧粉体の焼結と同時に接合層を介する当該圧粉体の裏金の内面への接合を行う工程と、焼結後、裏金の内面に接合層を介して一体に接合していると共に圧粉体の焼結により得られた多孔質金属焼結層の内面に切削加工又は研削加工を施す工程とを具備しており、純銅からなる封止材が裏金の端部及び環状隙間における裏金の内面に接合層を介して接合されていると共に多孔質金属焼結層の端面に一体に接合されている多孔質静圧気体軸受を製造することを特徴とする。
【００２１】
本発明の製造方法によれば、裏金の円筒状の内面に、当該裏金の内面に接合されたニッケルメッキ層と当該ニッケルメッキ層に接合された銅メッキ層との二層のメッキ層からなる接合層を形成し、斯かる裏金の一方の端部の内面に接合層を介して一つの封止材を圧接嵌合したのち、該封止材と接触させて該裏金の内面に、錫、ニッケル、燐、無機物質粒子及び銅を含んだ一方の圧粉体を接合層を介して圧接嵌合し、ついで、軸方向において２個の環状溝の間で一方の圧粉体の端面と接触させて他の封止材を裏金の内面に接合層を介して圧接嵌合し、さらに他の封止材の端面と接触させて裏金の内面に他方の圧粉体を接合層を介して圧接嵌合し、他方の圧粉体の端面と接触させて裏金の他方の端部の内面に残る封止材を接合層を介して圧接嵌合し、これら裏金、封止材及び圧粉体を還元性雰囲気又は真空中で８００〜１１５０℃の温度で２０〜１２０分間焼結し、この圧粉体の焼結と同時に接合層を介して圧粉体の裏金の内面への接合を行う結果、裏金の内面に接合層を介して一体に接合されていると共に圧粉体の焼成により得られた多孔質金属焼結層の各端面には、裏金の内面の接合層の銅メッキ層に一体に接合された純銅からなる封止材が当該多孔質金属焼結層と焼結時に一部合金化して一体に接合されるため、封止材の裏金の内面及び多孔質金属焼結層の端面との接合強度が高められ、封止材が多孔質金属焼結層から剥離等を生じることはなく、多孔質金属焼結層の各端面からの高圧気体の漏出をなくし得て、供給高圧気体の利用効率を上げることができ、軸受隙間に所望の気体膜を形成できるのみならず、多孔質金属焼結層への切削加工又は研削加工の施工後のエポキシ樹脂又はフェノール樹脂からなる封止材による封止作業工程を必要とすることなく、しかも、エポキシ樹脂又はフェノール樹脂等の乾燥、固化を待つ必要もない上に多孔質金属焼結層への切削加工又は研削加工の完了でもって一応の製品を得ることができ、その上、裏金の内面に形成された接合層と封止材及び多孔質金属焼結層とは金属同士の接合となるため接合力が強く、多孔質金属焼結層に供給される高圧気体によって封止材が裏金の内面及び多孔質金属焼結層の端面とから剥離等を生じることはなく、多孔質金属焼結層の端面の確実な封止を長期にわたって維持することができる上に、２個の多孔質金属焼結層間の近傍で気体膜を形成する空気を外部に適宜逃がすようにすると、２個の多孔質金属焼結層間の近傍での空気の滞留を避けることができて空気の発熱を抑えることができ、而して、軸受面側及び可動体側の熱膨張を回避できて軸受面に対する可動体のより高速な回転を含む移動が可能な多孔質静圧気体軸受を提供できる。
【００２２】
本発明の製造方法においては、２個の多孔質金属焼結層間の近傍で気体膜を形成する空気を外部に逃がす貫通孔を裏金と他の封止材とに形成する工程を具備していてもよいが、斯かる工程は、圧粉体の焼成後又は切削加工若しくは研削加工の施工後に行ってもよく、また、貫通孔を形成する工程の前に他の封止材の内周面に環状の溝を形成する工程を具備していてもよく、この環状の溝を形成することにより、２個の多孔質金属焼結層間の近傍で気体膜を形成する空気を当該環状の溝を介して効果的に外部に逃がすことができるようになる。更に本発明の製造方法においては、径方向の貫通孔を有した裏金及び他の封止材を準備し、裏金の径方向の貫通孔に他の封止材の径方向の貫通孔を連通させるように、径方向の貫通孔を有した他の封止材を軸方向において２個の環状溝の間で該一つの圧粉体の端面と接触させると共に裏金の内面に圧接嵌合する工程を有していてもよく、この場合、環状の溝を外周面に有した他の封止材を用いると、裏金の径方向の貫通孔と他の封止材の径方向の貫通孔との位置合わせが容易となり好ましい。
【００２３】
本発明の製造方法では、多孔質金属焼結層に分散含有される無機物質粒子は、黒鉛、窒化ホウ素、フッ化黒鉛、フッ化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素及び炭化ケイ素のうちの少なくとも一つが選択されて使用されるとよい。
【００２４】
斯かる製造方法によれば、多孔質金属焼結層の粒界に分散含有された無機物質粒子は、このもの自体が機械加工によって塑性変形することがなく、加えて多孔質金属焼結層の素地の金属部分の塑性変形を分断して軽減する働きにより、機械加工における多孔質金属焼結層の目詰まりを抑えることができる。
【００２５】
本発明の多孔質静圧気体軸受の製造方法では、封止材を形成する純銅には、無酸素銅又はタフピッチ銅が使用されるとよい。
【００２６】
無酸素銅又はタフピッチ銅は、多孔質金属焼結層の端面との間に焼結時に一部合金化して接合せしめられので、封止材と多孔質金属焼結層との間の接合力は高く、結果として封止材の多孔質金属焼結層からの剥離等を生じることはない。
【００２７】
本発明において供給手段は、一つの好ましい例では溝として少なくとも２個の環状溝とこの２個の環状溝を連通する直線状溝とを含んでいてもよいが、斯かる直線状溝に代えて又は直線状溝に加えて孔を含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、長尺であっても、気体膜を形成する空気をその滞留を避けるように適宜に外部に逃がし得て当該空気の発熱を抑えることができ、而して、軸受面側及び可動体側の熱膨張を回避できて軸受面に対する可動体のより高速な移動、特に回転を可能にする多孔質静圧気体軸受及びその製造方法を提供し得る。
【００２９】
また本発明によれば、多孔質金属焼結層への切削加工又は研削加工の施工後のエポキシ樹脂又はフェノール樹脂からなる封止材による封止作業工程を必要とすることなく、しかも、エポキシ樹脂又はフェノール樹脂等の乾燥、固化を待つ必要もない上に多孔質金属焼結層への切削加工又は研削加工の完了でもって一応の製品を得ることができ、その上、多孔質金属焼結層の端面の確実な封止を長期にわたって維持することができる多孔質静圧気体軸受及びその製造方法を提供し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
次に、本発明の実施の形態の例を、図に示す例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら例に何等限定されないのである。
【実施例】
【００３１】
図１から図４に示す本例の多孔質静圧気体軸受としての多孔質静圧気体ラジアル軸受１は、内径寸法に対して長尺のステンレス鋼からなる円筒状の裏金２と、裏金２の円筒状の内面３に当該内面３に形成された接合層４を介して一体に接合され、かつ軸方向において環状隙間５を挟んで並置された少なくとも２個の（本例では２個）の多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂと、多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの夫々に高圧気体を供給すべく、裏金２の内面３に当該内面３側で開口して形成されていると共に当該内面３側の開口が夫々多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂによって覆われており、かつ軸方向に間隔を隔てて配された２個の環状溝７及び８並びに裏金２の軸方向の一方の環状端面１０から他方の環状端面９に向けて軸方向に伸びて裏金２の内部に設けて環状溝７及び８を相互に連通させた孔１１を有した供給手段１２と、裏金２の端部の内面３及び環状隙間５における裏金２の内面３に接合層４を介して接合されていると共に裏金２の端部及び環状隙間５における多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの端面１３及び１３ａ並びに１４及び１４ｂを封止すべく、裏金２の端部及び環状隙間５における多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの端面１３及び１３ａ並びに１４及び１４ｂに一体に接合された３個の封止材１５ａ、１５ａｂ及び１５ｂと、環状隙間５において多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの端面１３ａ及び１４ｂを封止する封止材１５ａｂに設けられている径方向の１個以上、本例では１個の貫通孔１６と、裏金２に設けられていると共に径方向の貫通孔１６を裏金２の外部に連通させる１個以上、本例では１個の貫通孔１７とを具備しており、多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの円筒状の内面を夫々軸受面１８ａ及び１８ｂとしており、供給手段１２は、裏金２に設けられた環状溝７及び８並びに孔１１に加えて、裏金２の円筒状の外面１９で開口して裏金２に設けられていると共に環状溝７及び孔１１を介して環状溝８に夫々高圧気体供給を供給する高圧気体供給用の孔２０とを具備しており、貫通孔１７は、裏金２の外面１９で開口して外部に連通されている。
【００３２】
裏金２の環状端面１０で開口した孔１１の軸方向の一端２１は、ノックピンからなる栓２２で閉塞されており、孔１１の軸方向の他端２３は、裏金２の環状端面９の手前で裏金２自体で閉塞されている一方、孔２０に連通されており、孔１１は、その途中で環状溝８に連通しており、孔２０は、孔１１及び環状溝７に連通している。
【００３３】
多孔質静圧気体ラジアル軸受１において、裏金２を形成するステンレス鋼としては、オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼又はフェライト系ステンレス鋼が使用される。とくに、クロム（Ｃｒ）含有量の少ないマルテンサイト系ステンレス鋼又はフェライト系ステンレス鋼は好ましいものである。
【００３４】
接合層４は、裏金２の内面３に接合されたニッケルメッキ層と該ニッケルメッキ層の表面に接合されていると共に多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂ並びに封止材１５ａ、１５ａｂ及び１５ｂが表面に接合されている銅メッキ層との二層のメッキ層を含んでいる。接合層４を介する裏金２と多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂとの接合部に剥離等を生じさせないためには、多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂを形成する圧粉体のメッキ層への圧接の程度にもよるが、ニッケルメッキ層は、２μｍ以上２０μｍ以下、好ましくは３μｍ以上１５μｍ以下の厚さを有しており、銅メッキ層は、１０μｍ以上２５μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上２０μｍ以下の厚みを有している。
【００３５】
多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの夫々は、４重量％以上１０重量％以下の錫と、１０重量％以上４０重量％以下のニッケルと、０．１重量％以上０．５重量％未満の燐と、２重量％以上１０重量％以下の無機物質粒子と、残部が銅とからなる。成分中の燐成分は、圧粉体の焼結過程において液相のＮｉ３Ｐを生成し、焼結を進行させるとともに裏金２の一方の面に形成された接合層４へのニッケル成分の拡散を助長し、圧粉体の焼結により得られた多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂを強固に一体にさせる役割を果たす。
【００３６】
また、燐成分の配合量を０．１重量％以上０．５重量％未満とすることにより、多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの焼結後冷却時の収縮量を低く抑えることができ、多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの収縮に起因する多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの裏金２の内面３における接合層４からの剥離等を生じることはない。さらに、燐成分の配合量を少なくして液相のＮｉ３Ｐの生成量を少なくすることにより、多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの気孔率が高められ、多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂを流通する高圧気体の圧力損失が低下することによって、多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの軸受面１８ａ及び１８ｂに噴出す給気圧力が相対的に高まり浮上量を高めることができる。
【００３７】
多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの夫々に分散含有される無機物質粒子は、黒鉛、窒化ホウ素、フッ化黒鉛、フッ化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素及び炭化ケイ素のうちの少なくとも一つからなる。これらは、多くの金属材料のように塑性変形することはなく、無機物質である。このような無機物質粒子が多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの錫、ニッケル、燐及び銅からなる素地（粒界）中に分散含有されていると、このもの自体が機械加工によって塑性変形することがなく、加えて、多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの素地の金属部分の塑性変形を分断し軽減する働きがあるため、機械加工における多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの目詰まりを抑えることができる。そして、これら無機物質粒子の配合量は、２重量％以上１０重量％以下の割合が適当である。配合量が２重量％未満では多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの素地の金属部分の塑性変形を分断し軽減する働きが充分発揮されず、また配合量が１０重量％を超えて配合すると、多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの焼結性を阻害する。
【００３８】
純銅からなっている環状の封止材１５ａ、１５ａｂ及び１５ｂにおいて、封止材１５ａｂは、貫通孔１６に加えて、環状の内周面３０及び外周面３１と、内周面３０に形成された環状の溝３２とを有しており、溝３２は、貫通孔１６によって封止材１５ａｂの外周面３１側に連通されており、而して、溝３２が貫通孔１６及び貫通孔１７を介して裏金２の外部に連通される結果、環状隙間５に隣接する多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂ間の近傍３４ａ及び３４ｂ、すなわち環状隙間５の近傍３４ａ及び３４ｂで気体膜を形成する空気は、溝３２、貫通孔１６及び貫通孔１７を介して裏金２の外部に排出されるようになっている。溝３２と同等の環状の溝を外周面３１に形成し、斯かる外周面３１の溝と溝３２とを貫通孔１６を介して連通させるようにしてもよく、この場合、複数の貫通孔１６を封止材１５ａｂに周方向に分散して好ましくは等角度間隔をもって形成し、この複数の貫通孔１６を介して外周面３１の溝と溝３２とを連通させるようにしてもよい。
【００３９】
多孔質静圧気体ラジアル軸受１によれば、２個の多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂが裏金２の円筒状の内面３に軸方向において環状隙間５を挟んで並置されて多孔質金属焼結層が分割して配されていると共に環状隙間５において多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの端面１３ａ及び１４ｂを封止する封止材１５ａｂに径方向の貫通孔１６が設けられており、しかも、裏金２に設けられた貫通孔１７が封止材１５ａｂの径方向の貫通孔１６を裏金２の外部に連通させるようになっているために、当該多孔質静圧気体軸受１が軸方向において長尺であっても、２個の多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂ間の近傍３４ａ及び３４ｂで気体膜を形成する空気を封止材１５ａｂの貫通孔１６と裏金２の貫通孔１７とを介してその滞留を避けるように適宜に外部に逃がし得て斯かる近傍３４ａ及び３４ｂでの気体膜の空気の発熱を抑えることができ、而して、軸受面１８ａ及び１８ｂ側及び可動体、例えば回転軸３５側の熱膨張を回避できて軸受面１８ａ及び１８ｂに対する回転軸３５のより高速な回転を可能にすることができる。
【００４０】
また多孔質静圧気体ラジアル軸受１によれば、多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの端面１３及び１３ａ並びに１４及び１４ｂの夫々に純銅からなる封止材１５ａ、１５ａｂ及び１５ｂが接合されているので、当該端面１３及び１３ａ並びに１４及び１４ｂからの供給高圧気体の漏出をなくし得て、供給高圧気体の利用効率を上げることができ、軸受隙間３６に所望の気体膜を形成できるのみならず、多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂへの切削加工又は研削加工の施工後のエポキシ樹脂又はフェノール樹脂からなる封止材による封止作業工程を必要とすることなく、しかも、エポキシ樹脂又はフェノール樹脂等の乾燥、固化を待つ必要もない上に多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂへの切削加工又は研削加工の完了でもって一応の製品を得ることができ、その上、裏金２の内面３に形成された接合層４と封止材１５ａ、１５ａｂ及び１５ｂ及び多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂとは金属同士の接合となるため接合力が強く、多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂに供給される高圧気体によって封止材１５ａ、１５ａｂ及び１５ｂが裏金２の内面３及び多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの端面１３及び１３ａ並びに１４及び１４ｂとから剥離等を生じることはなく、多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの端面１３及び１３ａ並びに１４及び１４ｂの確実な封止を長期にわたって維持することができる。
【００４１】
次に、多孔質静圧気体ラジアル軸受１の製造方法について説明する。
【００４２】
オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼又はフェライト系ステンレス鋼からなる内径寸法に対して長尺であって貫通孔１７を有しない円筒状の裏金２を準備し、この裏金２の内面３にその軸方向に等間隔に２個の環状溝７及び８を形成すると共に、裏金２に裏金２の軸方向の一方の環状端面１０から他方の環状端面９に向けて軸方向に伸びて環状溝７及び８を相互に連通させた孔１１と、裏金２の径方向の円筒状の外面１９で開口していると共に裏金２の内部で裏金２の外面１９から相互連通用の孔１１に向けて径方向に伸びた高圧気体供給用の孔２０とを形成し、孔１１の一端２１をノックピンからなる栓２２によって閉塞する。
【００４３】
環状溝７及び８並びに栓２２によって閉塞された孔１１及び孔２０が形成された裏金２のこれら環状溝７及び８を除く内面３に厚さ２〜２０μｍ、好ましくは３〜１５μｍのニッケルメッキ層を形成し、該ニッケルメッキ層の表面に厚さ１０〜２５μｍ、好ましくは１０〜２０μｍの銅メッキ層を形成して、裏金２の環状溝７及び８を除く内面３に、当該裏金２の内面３に接合されたニッケルメッキ層と当該ニッケルメッキ層に接合された銅メッキ層との二層のメッキ層からなると共に裏金２と多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂとを接合する接合層４を形成する。
【００４４】
２５０メッシュの篩を通過するアトマイズ錫粉末４重量％以上１０重量％以下と、２５０メッシュの篩を通過する電解ニッケル粉末１０重量％以上４０重量％以下と、１２０メッシュの篩を通過する銅燐（燐１４．５％）粉末０．７重量％以上３．４重量％未満と、１５０メッシュの篩を通過する無機物質粒子２重量％以上１０重量％以下と、１５０メッシュの篩を通過する電解銅粉末残部とをミキサーにて混合して混合粉末を作製する。
【００４５】
無機物質粒子としては、黒鉛、窒化ホウ素、フッ化黒鉛、フッ化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素及び炭化ケイ素のうちの少なくとも一つからなるものが好適である。
【００４６】
この混合粉末を金型中に装填し、成形圧力３トン／ｃｍ２〜７トン／ｃｍ２の範囲で圧縮成形し、２個の円筒状の圧粉体を作製する。
【００４７】
純銅からなる２つの環状の封止材１５ａ及び１５ｂと貫通孔１６及び溝３２を有しない純銅からなる封止材１５ａｂとを準備する。封止材１５ａ、１５ａｂ及び１５ｂを形成する純銅としては、ＪＩＳ−Ｈ−２１２３で規定されている無酸素形銅の１種又は２種又は同じくＪＩＳ−Ｈ−２１２３で規定されているタフピッチ形銅が使用されて好適である。
【００４８】
ニッケルメッキ層と銅メッキ層とからなる二層のメッキ層（接合層４）が形成された円筒状の裏金２の一方の端部の内面３にメッキ層（接合層４）を介して一つの環状の封止材１５ａを圧接嵌合したのち、円筒状の裏金２内に一方の圧粉体を圧入して当該圧粉体を封止材１５ａと接触させて裏金２の内面３にメッキ層（接合層４）を介して圧接嵌合し、ついで、軸方向において２個の環状溝７及び８の間で当該一方の圧粉体の端面と接触させて封止材１５ａｂを裏金２の内面３にメッキ層（接合層４）を介して圧接嵌合し、さらに円筒状の裏金２内に他方の圧粉体を圧入して当該他方の圧粉体を封止材１５ａｂと接触させて裏金２の内面３にメッキ層（接合層４）を介して圧接嵌合し、この他方の圧粉体の端面と接触させて裏金２の他方の端部の内面３にメッキ層（接合層４）を介して残る封止材１５ｂを圧接嵌合する。
【００４９】
次に、これら裏金２、３個の封止材１５ａ、１５ａｂ及び１５ｂ及び２個の圧粉体の組み合わせ体を還元性雰囲気又は真空の焼結炉中で８００〜１１５０℃、好ましくは８５０〜１０００℃の温度で２０〜１２０分間、好ましくは３０〜９０分間焼結を形成する。
【００５０】
この焼結過程において、圧粉体の成分中のニッケル（Ｎｉ）及び燐（Ｐ）が液相のＮｉ３Ｐを発生するが、液相のＮｉ３Ｐを発生する燐成分が０．１重量％以上０．５重量％未満の含有量であることから、液相のＮｉ３Ｐの発生量が少なくなり、焼結時に流れ出すことがなく、圧粉体の焼成により得られた多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂを接合層４に接合するに必要な量の液相のＮｉ３Ｐとなり、焼結後の冷却（放冷）時の温度の下降に伴って、裏金２、多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂ及び接合層４における各接合面で該多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの収縮に起因する剥離を生じることがない。
【００５１】
また、円筒状の裏金２の内面３にはニッケルメッキ層と銅メッキ層との二層のメッキ層からなる接合層４が形成されているので、焼結過程において、裏金２と多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂとの両者間に接合層４を介する強固な一体化がなされる。同時に、封止材１５ａ、１５ａｂ及び１５ｂの夫々は接合層４に一体に接合されると共に、多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの端面１３、１３ａ、１４及び１４ｂと一部合金化して一体に接合される。円筒状の裏金２と裏金２の内面３に接合層４を介して接合された多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂとの接合強さ（剪断強さ）は、６．５Ｎ／ｍｍ２以上を示す。このようにして円筒状の裏金２の内面３に接合層４を介して焼結された多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの内面をその粗さが１０−３ｍｍ以下となるように切削加工、研削加工、ラッピング等の機械加工を施し、この機械加工前又は機械加工後、封止材１５ａｂの内周面３０に環状の溝３２を形成する一方、裏金２の軸方向の略中央部において一端では内面３で開口すると共に他端では外面１９で開口した径方向の貫通孔１７と貫通孔１７に連通すると共に封止材１５ａｂの軸方向の略中央部において一端では溝３２に開口し他端では外周面３１側で開口した径方向の貫通孔１６と孔明け形成して、純銅からなる封止材１５ａ、１５ａｂ及び１５ｂが裏金２の端部及び環状隙間５における裏金２の内面３に接合層４を介して接合されていると共に多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの端面１３、１３ａ、１４及び１４ｂに一体に接合されており、しかも、軸受面１８ａ及び１８ｂを有した所望の多孔質静圧気体ラジアル軸受１を得る。
【００５２】
本製造方法によれば、封止材１５ａ、１５ａｂ及び１５ｂの裏金２の内面３及び多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの端面１３、１３ａ、１４及び１４ｂとの接合強度が高められ、封止材１５ａ、１５ａｂ及び１５ｂが多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂから剥離等を生じることはなく、多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの端面１３、１３ａ、１４及び１４ｂからの高圧気体の漏出をなくし得て、供給高圧気体の利用効率を上げることができ、軸受隙間３６に所望の気体膜を形成できるのみならず、多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂへの切削加工又は研削加工の施工後のエポキシ樹脂又はフェノール樹脂からなる封止材による封止作業工程を必要とすることなく、しかも、エポキシ樹脂又はフェノール樹脂等の乾燥、固化を待つ必要もない上に多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂへの切削加工又は研削加工の完了でもって一応の製品を得ることができ、その上、裏金２の内面３に形成された接合層４と封止材１５ａ、１５ａｂ及び１５ｂ及び多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂとは金属同士の接合となるため接合力が強く、多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂに供給される高圧気体によって封止材１５ａ、１５ａｂ及び１５ｂが裏金２の内面３及び多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの端面１３、１３ａ、１４及び１４ｂとから剥離等を生じることはなく、多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂの端面１３、１３ａ、１４及び１４ｂの確実な封止を長期にわたって維持することができる上に、２個の多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂ間の近傍３４ａ及び３４ｂで気体膜を形成する空気を外部に適宜逃がすことができ、２個の多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂ間の近傍３４ａ及び３４ｂでの空気の滞留を避けることができて空気の発熱を抑えることができ、而して、軸受面１８ａ及び１８ｂ側及び回転軸３５側の熱膨張を回避できて軸受面１８ａ及び１８ｂに対する回転軸３５のより高速な回転が可能な多孔質静圧気体軸受１を提供できる。
【００５３】
多孔質金属焼結層６ａ及び６ｂ間に配される封止材としては、上記の封止材１５ａｂに限定されないのであって、例えば溝３２を有しない封止材であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の多孔質静圧気体ラジアル軸受を示す断面図である。
【図２】図１に示すＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
【図３】図１に示す一つの封止材の平面断面図である。
【図４】図１に示す一つの封止材の斜視図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  多孔質静圧気体ラジアル軸受
２  裏金
３  内面
４  接合層
５  環状隙間
６ａ、６ｂ  多孔質金属焼結層
７、８  環状溝
９、１０  環状端面
１１  孔
１２  供給手段
１３、１３ａ、１４、１４ｂ  端面
１５ａ、１５ａｂ及び１５ｂ  封止材
１６、１７  貫通孔
１８ａ、１８ｂ  軸受面
１９  外面
２０  孔
【図１】
2006097797.tif 000003
【図２】
2006097797.tif 000004
【図３】
2006097797.tif 000005
【図４】
2006097797.tif 000006