(57)【要約】【課題】  配管の引き摺り又は押し戻しを生じさせないで軸受部材を可動に支持できて、しかも、軸受部材のいずれの移動位置においても負荷能力及び軸受剛性を一定にできる上に、高圧空気供給用の配管の折損事故等を生じないようにし得る静圧気体軸受機構を提供すること。【解決手段】  静圧気体軸受機構１は、空気噴出用多孔面２を有していると共に空気噴出用多孔面２における多数の開口３に高圧空気を供給する通路手段４を有している固定の円柱状の軸部材５と、軸部材５の空気噴出用多孔面２に微小幅の隙間６をもって対面する噴出空気受容面７を有して軸部材５にＡ方向に可動に装着された可動の円筒状の軸受部材８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】
空気噴出用多孔面を有していると共にこの空気噴出用多孔面における多数の開口に高圧空気を供給する通路手段を有している固定の軸部材と、この軸部材の空気噴出用多孔面に微小幅の隙間をもって対面する噴出空気受容面を有して軸部材に可動に装着された可動の軸受部材とを具備しており、空気噴出用多孔面は、噴出空気受容面の軸受部材の可動方向における長さよりも長く且つ軸受部材の可動範囲の全域に亘って延在している静圧気体軸受機構。
【請求項２】
軸部材は、芯部材と、この芯部材の表面に固着されていると共に空気噴出用多孔面を有している多孔質金属焼結層とを具備しており、通路手段は、芯部材の表面に設けられていると共に多孔質金属焼結層に向かって開口した表面通路を具備している請求項１に記載の静圧気体軸受機構。
【請求項３】
表面通路は、軸受部材の可動方向に並設された複数の無端環状溝又は軸受部材の可動方向に伸びている少なくとも一本の螺旋溝若しくは直線溝を有している請求項２に記載の静圧気体軸受機構。
【請求項４】
通路手段は、軸受部材の可動方向に伸びていると共に芯部材内に設けられた内部通路と、内部通路と表面通路とを連通するように内部通路と表面通路との間に介在して芯部材内に設けられている連通路とを更に具備している請求項２又は３に記載の静圧気体軸受機構。
【請求項５】
通路手段は、一端では表面通路に開口すると共に他端では空気噴出用多孔面における開口に連通し且つ当該他端で絞られている多数の細孔通路を具備しており、この多数の細孔通路は、多孔質金属焼結層内に設けられている請求項２から４のいずれか一項に記載の静圧気体軸受機構。
【請求項６】
各細孔通路は、その一端での開口面積に対して１／５から１／５０の開口面積をその他端で有している請求項５に記載の静圧気体軸受機構。
【請求項７】
多孔質金属焼結層は、空気噴出用多孔面で露出している金属部分及び無機質部分を具備しており、各細孔通路の他端は、金属部分の展延部で絞られている請求項５又は６に記載の静圧気体軸受機構。
【請求項８】
金属部分は、錫、燐及び銅のうちの少なくとも一つを含んでおり、無機質部分は、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を含んでいる請求項７に記載の静圧気体軸受機構。
【請求項９】
金属部分は、ニッケル、クロム及びマンガンのうちの少なくとも一つを含んでいる請求項７又は８に記載の静圧気体軸受機構。
【請求項１０】
空気噴出用多孔面及び噴出空気受容面の夫々は鏡面研磨されていると共に円筒状又は平面状である請求項１から９のいずれか一項に記載の静圧気体軸受機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動体としての軸受部材を固定体としての軸部材に対して可動に支持する静圧気体軸受機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００４−０２８２１４号公報
【０００３】
静圧気体軸受機構、特に、多孔質体を用いた静圧気体軸受機構は、すぐれた高速安定性と高い負荷容量並びに極めて小さい移動抵抗をもつものとして知られていると共にこれら優れた利点のために精密工作機械等の多くの分野に用いられている。
【０００４】
静圧気体軸受機構は、通常、固定の軸部材と、この軸部材に微小幅の隙間をもって可動に装着された可動の軸受部材とを具備している。
【０００５】
ところで、斯かる静圧気体軸受機構において、可動の軸受部材に多孔質体で形成された空気噴出用多孔面を設け、この空気噴出用多孔面から固定の軸部材の噴出空気受容面に向かって空気を噴出して軸部材と軸受部材との間の微小幅の隙間を空気圧でもって保持し、これにより軸部材に案内される軸受部材の移動を極めて小さな抵抗をもって行わせる場合には、軸受部材に高圧空気供給用の可撓性の配管を連結することになるために、軸受部材の移動と共に配管を引き摺り又は押し戻すこととなる結果、軸受部材の移動に対して配管の引き摺り又は押し戻しに起因する不確定な抵抗が加わり、軸受部材の微妙な位置制御、速度制御等が困難となる虞がある上に、配管の疲労折損を来す虞もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、配管の引き摺り又は押し戻しを生じさせないで軸受部材を可動に支持できて、しかも、軸受部材のいずれの移動位置においても負荷能力及び軸受剛性を一定にできる上に、高圧空気供給用の配管の折損事故等を生じないようにし得る静圧気体軸受機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一の態様の静圧気体軸受機構は、空気噴出用多孔面を有していると共にこの空気噴出用多孔面における多数の開口に高圧空気を供給する通路手段を有している固定の軸部材と、この軸部材の空気噴出用多孔面に微小幅の隙間をもって対面する噴出空気受容面を有して軸部材に可動に装着された可動の軸受部材とを具備しており、空気噴出用多孔面は、噴出空気受容面の軸受部材の可動方向における長さよりも長く且つ軸受部材の可動範囲の全域に亘って延在している。
【０００８】
第一の態様の静圧気体軸受機構によれば、固定の軸部材が空気噴出用多孔面における多数の開口に高圧空気を供給する通路手段を有しているために、斯かる通路手段に高圧空気供給用の配管を連結できる結果、可動の軸受部材の移動において配管を引き摺り又は押し戻すことがなく、したがって、軸受部材の移動に対して不確定な抵抗の負荷がなくなり、軸受部材の微妙な位置制御、速度制御等を正確に行うことができる上に、配管の疲労折損の虞もなく、しかも、空気噴出用多孔面が噴出空気受容面の軸受部材の可動方向における長さよりも長く且つ軸受部材の可動範囲の全域に亘って延在しているために、軸受部材の移動において噴出空気受容面が部分的に空気噴出用多孔面に対面しなくなるような状態を回避できて軸受部材のいずれの移動位置においても空気噴出用多孔面と噴出空気受容面との対面関係が一定の値となる結果、軸受部材のいずれの移動位置においても負荷能力及び軸受剛性を一定にでき、これによっても上記と相俟って軸受部材の微妙な位置制御、速度制御等を正確に行うことができる。
【０００９】
好ましくは、本発明の第二の態様の静圧気体軸受機構のように、軸部材は、芯部材と、この芯部材の表面に固着されていると共に空気噴出用多孔面を有している多孔質金属焼結層とを具備しており、通路手段は、芯部材の表面に設けられていると共に多孔質金属焼結層に向かって開口した表面通路を具備している。
【００１０】
多孔質金属焼結層は、好ましくは焼成により芯部材の表面に固定されるが、これに代えて、接着剤を用いて芯部材の表面に固定されていても、また芯部材が円柱状であって多孔質金属焼結層が円筒状である場合には、円筒状に形成された多孔質金属焼結層に芯部材を嵌入、嵌合してこれにより芯部材の表面に固定されてもよい。
【００１１】
表面通路は、好ましくは本発明の第三の態様の静圧気体軸受機構のように、軸受部材の可動方向に並設された複数の無端環状溝又は軸受部材の可動方向に伸びている少なくとも一本の螺旋溝若しくは直線溝を有している。表面通路は、本発明では斯かる無端環状溝、螺旋溝及び直線溝のうちのいずれか一つの形態の溝を有していてもよいが、これに代えて、必要に応じて異なる種々の形態の溝を有していてもよい。
【００１２】
通路手段は、本発明の第四の態様の静圧気体軸受機構のように、軸受部材の可動方向に伸びていると共に芯部材内に設けられた内部通路と、内部通路と表面通路とを連通するように内部通路と表面通路との間に介在して芯部材内に設けられている連通路とを更に具備している。
【００１３】
好ましい例では、内部通路は、芯部材の中心部を穿孔して形成された貫通孔からなり、連通路は、軸受部材の可動方向と交差する方向であって貫通孔に向かって芯部材に穿孔された貫通孔からなる。
【００１４】
通路手段はまた、好ましくは本発明の第五の態様の静圧気体軸受機構のように、一端では表面通路に開口すると共に他端では空気噴出用多孔面における開口に連通し且つ当該他端で絞られている多数の細孔通路を具備しており、この多数の細孔通路は、多孔質金属焼結層内に設けられている。各細孔通路は、本発明の第六の態様の静圧気体軸受機構のように、その一端での開口面積に対して１／５から１／５０の開口面積をその他端で有しているとよく、斯かる絞り（多孔質絞り）を有した通路手段によれば、軸受部材の自励振動を効果的に防止できる上に、無駄に高圧空気を放出することをなくし得る。
【００１５】
多孔質金属焼結層は、好ましくは本発明の第七の態様の静圧気体軸受機構のように、空気噴出用多孔面で露出している金属部分及び無機質部分を具備しており、この場合、各細孔通路の他端は、金属部分の展延部で絞られている。斯かる展延部は、多孔質金属焼結層の表面の研磨工具による鏡面研磨仕上げの際に金属部分が展延することにより形成されるものであるとよい。
【００１６】
多孔質金属焼結層としては、少なくとも錫、燐及び銅を含み、更には、ニッケル及びマンガンのうちの少なくとも一つを含んでいる金属粉末と黒鉛、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を含んでいる無機質粉末とを混合、焼結してなるものを好ましい一例として挙げることができ、したがって、好ましくは本発明の第八の態様の静圧気体軸受機構のように、金属部分は、少なくとも錫、燐及び銅を含んでおり、無機質部分は、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を含んでおり、また本発明の第九の態様の静圧気体軸受機構のように、金属部分は、ニッケル、クロム及びマンガンのうちの少なくとも一つを更に含んでいるとよいが、本発明はこれらに限定されない。斯かる金属粉末と無機質粉末との混合物の焼成により上記の多数の細孔通路が多孔質金属焼結層内に形成される。
【００１７】
空気噴出用多孔面及び噴出空気受容面の夫々は、好ましくは本発明の第十の態様の静圧気体軸受機構のように鏡面研磨されていると共に円筒状又は平面状である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、配管の引き摺り又は押し戻しを生じさせないで軸受部材を可動に支持できて、しかも、軸受部材のいずれの移動位置においても負荷能力及び軸受剛性を一定にできる上に、高圧空気供給用の配管の折損事故等を生じないようにし得る静圧気体軸受機構を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に本発明及びそれを実施するための最良の形態を図に示す好ましい実施例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら実施例に何等限定されないのである。
【００２０】
図１から図４において、本例の静圧気体軸受機構１は、空気噴出用多孔面２を有していると共に空気噴出用多孔面２における多数の開口３に高圧空気を供給する通路手段４を有している固定の円柱状の軸部材５と、軸部材５の空気噴出用多孔面２に微小幅の隙間６をもって対面する噴出空気受容面７を有して軸部材５にＡ方向に可動に装着された可動の円筒状の軸受部材８とを具備している。
【００２１】
円筒状の空気噴出用多孔面２は、円筒状の噴出空気受容面７の軸受部材８の可動方向であるＡ方向における長さ１１よりも長く且つ軸受部材８の可動範囲（軸部材５の一端面１２から他端面１３までの範囲）全域に亘って延在している。
【００２２】
軸部材５は、円柱状の芯部材１５と、芯部材１５の円筒状の表面１６に固着されていると共に空気噴出用多孔面２を有している円筒状の多孔質金属焼結層１７とを具備している。
【００２３】
多孔質金属焼結層１７は、錫、燐及び銅のうちの少なくとも一つを含み、更には、ニッケル、クロム及びマンガンのうちの少なくとも一つを含んでいる金属粉末と、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を含んでいる無機質粉末との混合物を芯部材１５の表面１６に焼結し、焼結後の外表面に鏡面研磨を施して空気噴出用多孔面２を形成してなるものであって、その外周面である空気噴出用多孔面２で露出している金属部分２１及び無機質部分２２を具備しており、金属部分２１は、錫、燐及び銅のうちの少なくとも一つを含み、更には、ニッケル、クロム及びマンガンのうちの少なくとも一つを含んでおり、無機質部分２２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を含んでいる。
【００２４】
多孔質金属焼結層１７は、上記の金属粉末と無機質粉末との混合物の焼結体からなるために、一端では芯部材１５の表面１６に接する円筒状の内周面２５で開口すると共に他端では空気噴出用多孔面２における開口３に連通する多数の細孔２６を有している。
【００２５】
通路手段４は、芯部材１５の表面１６に設けられていると共に多孔質金属焼結層１７に向かって開口した表面通路３１と、軸受部材８の可動方向であるＡ方向に伸びていると共に芯部材１５内に設けられた内部通路３２と、内部通路３２と表面通路３１とを連通するように内部通路３２と表面通路３１との間に介在して芯部材１５内に設けられている連通路３３と、一端では表面通路３１に開口すると共に他端では空気噴出用多孔面２における開口３に連通し且つ当該他端で絞られている多数の細孔通路３４とを具備している。
【００２６】
表面通路３１は、軸受部材８の可動方向であるＡ方向に等間隔に並設された複数の無端環状溝４１を具備しており、内部通路３２は、芯部材１５の中心部を可動方向であるＡ方向に貫通して形成されていると共に一端が栓４２で塞がれた貫通孔からなり、各連通路３３は、一端では対応の無端環状溝４１に開口し、他端では内部通路３２に開口して、芯部材１５内に径方向に伸びて形成されている。
【００２７】
多数の細孔通路３４は、多孔質金属焼結層１７内に設けられている多数の細孔２６からなり、各細孔通路３４において開口３に連通する他端は、金属部分２１の展延部４５で絞られており、而して、各細孔通路３４は、その一端での開口面積、換言すれば内周面２５での開口面積に対して１／５から１／５０の開口面積をその他端である開口３で有している。展延部４５は、空気噴出用多孔面２を得るための多孔質金属焼結層１７の表面の鏡面研磨仕上げの際に金属部分２１が部分的に塑性変形して展延することにより形成される。
【００２８】
以上の静圧気体軸受機構１において、高圧空気が内部通路３２の開口端５１に配管を介して供給されると、この高圧空気は、内部通路３２、各連通路３３及び表面通路３１を介して多孔質金属焼結層１７内の多数の細孔通路３４に導入され、多数の細孔通路３４に導入された高圧空気は開口３から噴出される。噴出空気受容面７に対面した空気噴出用多孔面２における開口３から噴出された高圧空気は、環状の隙間６に気体圧を生じさせて軸部材５に対して隙間６をもって軸受部材８をＡ方向に可動に支持し、したがって、軸受部材８は、軸部材５の一端面１２から他端面１３までの範囲の全域に亘ってＡ方向に極めて小さな抵抗をもって移動可能となる。
【００２９】
静圧気体軸受機構１では、固定の軸部材５が空気噴出用多孔面２における多数の開口３に高圧空気を供給する通路手段４を有しているために、斯かる通路手段４に高圧空気供給用の配管を連結できる結果、可動の軸受部材８のＡ方向の移動において配管を引き摺り又は押し戻すことがなく、したがって、軸受部材８の移動に対して不確定な抵抗の負荷がなくなり、軸受部材８の微妙な位置制御、速度制御等を正確に行うことができる上に、配管の疲労折損の虞もなく、しかも、空気噴出用多孔面２が噴出空気受容面７の可動方向であるＡ方向における長さ１１よりも長く且つ軸受部材８の可動範囲の全域に亘って延在しているために、軸受部材８のＡ方向の移動において噴出空気受容面７が部分的に空気噴出用多孔面２に対面しなくなるような状態を回避できて軸受部材８のＡ方向のいずれの移動位置においても空気噴出用多孔面２と噴出空気受容面７との対面関係（重合量）が常に一定の値となる結果、軸受部材８のＡ方向のいずれの移動位置においても負荷能力及び軸受剛性を一定にできる。
【００３０】
また静圧気体軸受機構１では、各細孔通路３４がその一端での開口面積に対して１／５から１／５０の開口面積をその他端で有し、しかも、展延部４５により形成された絞りを当該他端に有するために、軸受部材８の自励振動を効果的に防止できる上に、無駄に高圧空気を開口３から放出することをなくし得る。
【００３１】
上記の静圧気体軸受機構１では、軸受部材８の可動方向であるＡ方向に並設された複数の無端環状溝４１を具備して表面通路３１を構成したが、これに代えて又はこれと共に図５に示すように、軸受部材８の可動方向であるＡ方向に伸びて芯部材１５の表面１６に形成された螺旋溝（本例では二列の螺旋溝）６１を具備して表面通路３１を構成してもよく、また表面通路３１としては、斯かる無端環状溝４１、螺旋溝６１に代えて又はこれと共に可動方向であるＡ方向に伸びた少なくとも一本の直線溝を具備して構成してもよい。
【００３２】
静圧気体軸受機構１では、軸受部材８に工作機械の可動台等が連結されるのであるが、軸受部材８としては、上記のように円筒状である必要はなく、例えば平板状であってもよく、斯かる場合には、空気噴出用多孔面２及び噴出空気受容面７の夫々を鏡面研磨すると共に平面状にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態の好ましい一例の断面説明図である。
【図２】図１の例のＩＩ−ＩＩ線矢視断面である。
【図３】図１に示す軸部材の斜視図である。
【図４】図１に示す空気噴出用多孔面の拡大断面説明図である。
【図５】本発明の実施の形態の好ましい他の例の断面説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  静圧気体軸受機構
２  空気噴出用多孔面
３  開口
４  通路手段
５  軸部材
６  隙間
７  噴出空気受容面
８  軸受部材
【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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