(57)【要約】【課題】大量生産が可能で安価な静圧気体軸受を提供する。【解決手段】貫通孔２ａが軸方向に伸びる筒状に形成され、貫通孔２ａの内面に複数の空気吹出口２ｂを、外面に複数の空気吹出口２ｂと連通する給気溝２ｃを有する樹脂製軸受部材２と、給気溝２ｃを覆うように樹脂製軸受部材２に接合され、外面に給気溝２ｃと連通する給気口３ｂを有する基体３とを備える静圧気体軸受。樹脂製軸受部材２を射出成形によって形成し、基体３の構造も簡単で、樹脂製軸受部材２を覆うように接合するだけで、静圧気体軸受１を組み立てることができる。基体３側に給気溝３ｄを設けてもよい。樹脂製軸受部材２及び基体３を円筒状とした場合には、樹脂製軸受部材２を、基体３の内径よりも大きい外径を有するようにして、樹脂製軸受部材２の外径を一時的に縮径するか、基体３の内径を一時的に拡径し、基体３の内側に挿設することが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔が軸方向に伸びる筒状に形成され、前記貫通孔の内面に複数の空気吹出口を、外面に該複数の空気吹出口と連通する給気溝を有する樹脂製軸受部材と、
前記給気溝を覆うように該樹脂製軸受部材に接合され、外面に前記給気溝と連通する給気口を有する基体とを備えることを特徴とする静圧気体軸受。
【請求項２】
貫通孔が軸方向に伸びる筒状に形成され、前記貫通孔の内面に複数の空気吹出口を有する樹脂製軸受部材と、
該樹脂製軸受部材を覆うように、該樹脂製軸受部材に接合され、該樹脂製軸受部材との接合面に前記複数の空気吹出口と連通する給気溝を、外面に前記給気溝と連通する給気口を有する基体とを備えることを特徴とする静圧気体軸受。
【請求項３】
前記樹脂製軸受部材は、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂もしくは液晶ポリマー樹脂、又は、ガラス繊維、炭素繊維もしくは無機質充填材の少なくとも１つによって強化した補強材入りのポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂もしくは液晶ポリマー樹脂からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の静圧気体軸受。
【請求項４】
前記基体は、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂もしくは液晶ポリマー樹脂、又は、ガラス繊維、炭素繊維もしくは無機質充填材の少なくとも１つによって強化した補強材入りのポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂もしくは液晶ポリマー樹脂、又は、金属からなることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の静圧気体軸受。
【請求項５】
前記樹脂製軸受部材と前記基体とは、超音波接合、高周波誘導加熱による接合又は接着剤を介しての接合により接合されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の静圧気体軸受。
【請求項６】
前記樹脂製軸受部材及び前記基体は、円筒状であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の静圧気体軸受。
【請求項７】
前記樹脂製軸受部材は、前記基体の内径よりも大きい外径を有し、該樹脂製軸受部材の外径が一時的に縮径され、又は、前記基体の内径が一時的に拡径された状態で、前記基体の内側に挿設されることを特徴とする請求項６に記載の静圧気体軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静圧気体軸受に関し、特に、筒状に形成され、内部に軸を挿通させて回転運動又は揺動運動又は往復運動を行わせる軸受として用いることができ、大量生産が可能で安価な静圧気体軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、静圧気体軸受は、超低摩擦、超高精度及び超高速運動を実現することのできる軸受として、スラスト軸受の場合には、物品を載置したり、水平移動させて超精密加工や超精密測定等を行い、筒状のラジアル軸受の場合には、内部に軸を挿通させ、超高速回転を行わせるなどの用途がある。この静圧気体軸受の空気吹出口の絞りの形式としては、多孔質絞り、表面絞り、オリフィス絞り、自成絞りなどがあり、用途に応じて負荷容量及び剛性等を調節しながら使用していた。
【０００３】
例えば、特許文献１には、超高剛性及び超高精度を実現するラジアル軸受として、多孔質絞りを有するカーボングラファイト製の軸受部材と、軸受部材を保持するアルミナセラミック製の保持部材とを有する静圧気体軸受が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１１２４９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の静圧気体軸受等は、超低摩擦、超高精度及び超高速運動を実現することができるものの、軸受材料として、主に、高強度の金属やセラミックが用いられるとともに、高精度の研削仕上げなどを行う必要があるため、大量生産が困難で価格が高騰するという問題があった。このため、現状、市場には高価格の静圧気体軸受しか出回っておらず、超低摩擦、超高精度及び超高速運動までは要請されない場合でも、高価格の静圧気体軸受を選択せざるを得なかったため、静圧気体軸受が広く活用されるには至っていなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記従来の静圧気体軸受における問題点に鑑みてなされたものであって、種々の分野で活用することができる安価な静圧気体軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、静圧気体軸受であって、貫通孔が軸方向に伸びる筒状に形成され、前記貫通孔の内面に複数の空気吹出口を、外面に該複数の空気吹出口と連通する給気溝を有する樹脂製軸受部材と、前記給気溝を覆うように該樹脂製軸受部材に接合され、外面に前記給気溝と連通する給気口を有する基体とを備えることを特徴とする。
【０００８】
そして、本発明によれば、静圧気体軸受を構成する樹脂製軸受部材を金型を用いて射出成形によって形成することができ、機械的な加工を不要とすることができるとともに、基体の構造も樹脂製軸受部材と連通する給気口を有するのみで、樹脂製軸受部材を覆うように接合するだけで静圧気体軸受を組み立てることができるため、静圧気体軸受の大量生産が可能になり、安価な静圧気体軸受を提供することができる。
【０００９】
また、本発明は、静圧気体軸受であって、貫通孔が軸方向に伸びる筒状に形成され、前記貫通孔の内面に複数の空気吹出口を有する樹脂製軸受部材と、該樹脂製軸受部材を覆うように、該樹脂製軸受部材に接合され、該樹脂製軸受部材との接合面に前記複数の空気吹出口と連通する給気溝を、外面に前記給気溝と連通する給気口を有する基体とを備えることを特徴とする。これによって、前記発明と同様に、静圧気体軸受の大量生産が可能になり、安価な静圧気体軸受を提供することができる。
【００１０】
前記静圧気体軸受において、前記樹脂製軸受部材を、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂もしくは液晶ポリマー樹脂、又は、ガラス繊維、炭素繊維もしくは無機質充填材の少なくとも１つによって強化した補強材入りのポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂もしくは液晶ポリマー樹脂で形成することができ、強度の大きい樹脂製軸受部材とすることができる。また、それらの樹脂で形成した樹脂製軸受部材は、摺動性に優れ、自己潤滑性も有するため、仮に他の部材と接触することがあっても損傷する虞が少なく、安全性が高い。
【００１１】
また、前記基体についても、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂もしくは液晶ポリマー樹脂、又は、ガラス繊維、炭素繊維もしくは無機質充填材の少なくとも１つによって強化した補強材入りのポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂もしくは液晶ポリマー樹脂で形成してもよく、また、それらの合成樹脂の他、金属によって形成してもよい。
【００１２】
前記静圧気体軸受において、前記樹脂製軸受部材と前記基体とを、超音波接合、高周波誘導加熱による接合又は接着剤を介しての接合により接合してもよく、樹脂製軸受部材と基体との接合強度を向上させ、給気による各部材の変形や、空気の漏れを容易に防ぐことができる。
【００１３】
前記静圧気体軸受において、前記樹脂製軸受部材及び前記基体を円筒状とすることができ、内外輪の２部品を組み合わせた静圧気体軸受を構成することができる。
【００１４】
前記静圧気体軸受において、前記樹脂製軸受部材が、前記基体の内径よりも大きい外径を有し、該樹脂製軸受部材の外径を一時的に縮径し、又は、前記基体の内径を一時的に拡径した状態で、該樹脂製軸受部材を前記基体の内側に挿設することによって、樹脂製軸受部材と基体とを組み付けてもよい。樹脂製軸受部材の外径を一時的に縮径し、又は、基体の内径を一時的に拡径する方法としては、熱によって樹脂製軸受部材又は基体を変形させる方法などを用いることができ、上記構成によれば、樹脂製軸受部材を基体の内側に挿入した後に、樹脂製軸受部材の外径が拡径し、又は、基体の内径が縮径するため、樹脂製軸受部材と基体との間の残留応力によって両者を強固に圧着することができ、給気圧力による位置ずれや変形、その他、空気漏れなどが生じるのを抑制することが可能になる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、大量生産が可能で安価な静圧気体軸受を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
図１乃至図４は、本発明にかかる静圧気体軸受の一実施の形態を示し、この静圧気体軸受１は、樹脂製軸受部材２と、基体３とで構成される。
【００１８】
樹脂製軸受部材２は、図２に示すように、中央に軸方向に伸びる貫通孔２ａを有する円筒状に形成され、貫通孔２ａの内周面に、直径０．２〜０．４ｍｍ程度の自成絞り形状の空気吹出口２ｂが複数設けられ、外周面に、これらの空気吹出口２ｂの各々と連通する、断面が矩形状で正面視環状の２本の給気溝２ｃを備える。樹脂製軸受部材２は、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂もしくは液晶ポリマー樹脂を用いて形成することができ、それらの樹脂に、ガラス繊維、炭素繊維もしくは無機質充填材の少なくとも１つを混入して強化することが好ましい。これらの樹脂を用いることにより、樹脂製軸受部材２の強度を高めることができ、また、こうした樹脂製軸受部材２は、摺動性に優れ、自己潤滑性も有するため、仮に他の部材と接触することがあっても損傷する虞が少なく、安全性が高い。
【００１９】
尚、図２には、樹脂製軸受部材２の形状に沿って等間隔に並設された８個の空気吹出口２ｂを１本の給気溝２ｃで繋ぎ、それらを２組設けた構成が示されているが、空気吹出口２ｂ及び給気溝２ｃの数は、支持すべき物品の重量や用途に応じて適宜変更可能である。また、空気吹出口２ｂは、図２に示したような自成絞り形状以外にも、図３に示すように、樹脂製軸受部材５の給気溝５ｃに空気通路５ｂを介して連通し、空気通路５ｂより大径の空気吹出口５ａを有する、いわゆるオリフィス形状の空気吹出口とすることもできる。
【００２０】
基体３は、図４に示すように、中央に軸方向に伸びる貫通孔３ａを有する円筒状に形成され、図２に示した樹脂製軸受部材２の給気溝２ｃと連通する給気口３ｂと、給気口３ｂの内周面に形成された雌ねじ部３ｃを備える。基体３の貫通孔３ａには、図１に示すように、樹脂製軸受部材２が挿設されるが、基体３は、樹脂製軸受部材２が挿設される前の状態において、貫通孔３ａの径が、樹脂製軸受部材２の外径よりも僅かに小さくなるように形成される。
【００２１】
また、基体３は、樹脂製軸受部材２と同様に、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂もしくは液晶ポリマー樹脂、又は、それらの合成樹脂に、ガラス繊維、炭素繊維もしくは無機質充填材の少なくとも１つを混入した強化合成樹脂によって形成することができる。
【００２２】
次に、上記構成を有する静圧気体軸受１の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図２に示す樹脂製軸受部材２は、金型を用いて全体を射出成形する。空気吹出口２ｂ、給気溝２ｃ及び空気通路２ｄは、射出成形によって形成することが好ましいが、静圧気体軸受１の生産数や空気吹出口２ｂの数が少ない場合には、機械加工によって形成してもよい。
【００２４】
図４に示す基体３も、樹脂製軸受部材２と同様に射出成形によって形成する。基体３の給気口３ｂ及び雌ねじ部３ｃを形成する場合にも、樹脂製軸受部材２の空気吹出口２ｂ等と同様に、射出成形によって形成することが好ましいが、機械加工によって形成してもよい。
【００２５】
樹脂製軸受部材２及び基体３の作成後、樹脂製軸受部材２と基体３を接合するが、その際、冷しばめを用いて樹脂製軸受部材２を基体３の貫通孔３ａ内に挿設することが好ましい。すなわち、樹脂製軸受部材２を基体３の貫通孔３ａに挿通するのに先立って、樹脂製軸受部材２を冷却して樹脂製軸受部材２の外径を一時的に縮径し、その状態で樹脂製軸受部材２を基体３の貫通孔３ａに挿入する。その後、樹脂製軸受部材２を常温に晒すと、樹脂製軸受部材２の外径が拡径されるため、樹脂製軸受部材２と基体３との間の残留応力によって両者を強固に圧着することができ、給気圧力による位置ずれや変形、その他、空気漏れなどが生じるのを抑制することが可能になる。
【００２６】
また、樹脂製軸受部材２と基体３を接合するに際しては、冷しばめに加えて、図１に示すように、空気吹出口２ｂを挟んだ両側の部分１０を、樹脂製軸受部材２の形状に沿って環状に超音波又は高周波誘導加熱したり、接着剤を用いて接合することが好ましい。これによって、樹脂製軸受部材２と基体３との接合強度をさらに向上させることができ、位置ずれや変形などを、より一層、抑制することが可能になる。
【００２７】
次に、図１乃至図４に示した静圧気体軸受１の動作について、図５を参照しながら説明する。
【００２８】
基体３の雌ねじ部３ｃに、静圧気体軸受１に空気を供給するための樹脂製チューブ７の端部に取り付けられたプラグ７ａをねじ込み、樹脂製チューブ７を介して給気口３ｂに空気を供給する。給気口３ｂから取り入れられた空気は、樹脂製軸受部材２の給気溝２ｃ及び空気通路２ｄを介して各々の空気吹出口２ｂから静圧気体軸受１の内側（矢印方向）に噴出する。これにより、静圧気体軸受１の貫通孔２ａ内に位置する軸９を空気層を介して支持し、軸９を高速回転させることができる。
【００２９】
以上のように、本実施の形態によれば、樹脂製軸受部材２及び基体３を金型を用いて射出成形によって形成することができ、機械的な加工を不要とすることができるとともに、基体３の構造も樹脂製軸受部材２の給気溝２ｃと連通する給気口３ｂを有するのみで、樹脂製軸受部材２を覆うように接合するだけで静圧気体軸受１を組み立てることができるため、静圧気体軸受１を安価に大量生産することが可能になる。
【００３０】
尚、上記実施の形態では、樹脂製軸受部材２及び基体３の双方が何れも円筒状のラジアル型の静圧気体軸受を例示しているが、図６（ａ）に示すように、樹脂製軸受部材２を円柱状の貫通孔２ａを有する円筒状に形成し、基体３を樹脂製軸受部材２を囲繞する角筒状とすることも可能であり、図６（ｂ）に示すように、樹脂製軸受部材２も円柱状の貫通孔２ａを有する角筒状とし、貫通孔２ａに軸を挿通させて高速回転等を行わせることができる。
【００３１】
さらに、図６（ｃ）に示すように、樹脂製軸受部材２を角柱状の貫通孔２ａを有する角筒状に形成し、基体３も樹脂製軸受部材２を囲繞する角筒状とすることも可能であり、角柱状の貫通孔２ａに軸を挿通させて往復運動を行わせる構成とすることもできる。また、図６（ｃ）において、樹脂製軸受部材２が角柱状の貫通孔２ａを有する状態で、樹脂製軸受部材２又は基体３のいずれか一方を円筒状に形成したり、双方を円筒状に形成することもできる。
【００３２】
また、上記実施の形態では、図１等に示すように、給気溝２ｃを樹脂製軸受部材２に形成しているが、給気溝を基体３に形成するようにしてもよい。例えば、図７に示すように、樹脂製軸受部材２の外面から、貫通孔２ａの内面２ｅの空気吹出口２ｂまで貫通する断面が均一の空気通路２ｄを穿設し、基体３の内周面に、空気通路２ｄを介して空気吹出口２ｂと連通するように給気溝３ｄを形成してもよい。
【００３３】
尚、図１乃至図４に示した静圧気体軸受１においては、給気溝２ｃを樹脂製軸受部材２に設けているため、基体３を給気口３ｂのみを有する円筒状とすることができ、基体３の製造が容易になるとともに、図２に示すように、給気溝２ｃの底面から貫通孔２ａの内面２ｅまでの厚さｄ１が薄いため、空気吹出口２ｂ及び空気通路２ｄを容易に形成することができる。尚、空気吹出口２ｂを図３に示すようなオリフィス形状とした場合には、オリフィス部分のみを別途機械加工してもよい。
【００３４】
一方、図７に示した静圧気体軸受１においては、給気溝３ｄを基体３側に設けているため、空気吹出口２ｂから給気溝３ｄまでの距離、すなわち樹脂製軸受部材２の厚さｄ２が厚くなり、給気口３ｄ周辺の強度を高めることができる。
【００３５】
さらに、上記実施の形態では、基体３を合成樹脂によって形成しているが、基体３は、合成樹脂の他、アルミニウム等の金属によって形成してもよく、鋳型を用いて基体３全体を鋳造した後、雌ねじ部３ｃを機械加工してもよい。
【００３６】
また、上記実施の形態では、樹脂製軸受部材２と基体３との接合に際し、冷しばめを用いているが、冷しばめの他、基体３を加熱して基体３の貫通孔３ａの内径を一時的に拡径させる焼きばめや、圧力を加えて樹脂製軸受部材２又は基体３を一時的に変形させる方法を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明にかかる静圧気体軸受の一実施の形態を示す組立図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】図１に示した静圧気体軸受の樹脂製軸受部材を示す図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】本発明にかかる樹脂製軸受部材の空気吹出口の他の例を示す断面図である。
【図４】図１に示した静圧気体軸受の基体を示す図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】図１に示した静圧気体軸受の使用例を説明するための断面図である。
【図６】本発明にかかる静圧気体軸受の他の実施の形態を示す正面図である。
【図７】本発明にかかる静圧気体軸受の他の実施の形態を示す組立図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  静圧気体軸受
２  樹脂製軸受部材
２ａ  貫通孔
２ｂ  空気吹出口
２ｃ  給気溝
２ｄ  空気通路
２ｅ  内面
３  基体
３ａ  貫通孔
３ｂ  給気口
３ｃ  雌ねじ部
３ｄ  給気溝
５  樹脂製軸受部材
５ａ  空気吹出口
５ｂ  空気通路
５ｃ  給気溝
７  樹脂製チューブ
７ａ  プラグ
９  軸
１０  接合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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