(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末と無機質粉末とを混合、焼結してなる多孔質金属焼結体を準備する段階と、この多孔質金属焼結体の一面を研削して軸受面を形成する段階と、軸受面が形成された多孔質金属焼結体を超音波振動される液体中に浸漬させて、多孔質金属焼結体の軸受面の細孔の開口面積を増大する段階と、超音波振動される液体中に浸漬させた後の多孔質金属焼結体の細孔に、溶剤に所定量の樹脂を溶かした液体を注入した後に、当該細孔に空気を注入する段階とを具備しており、浸漬時間と通気性との関係を各超音波振動の周波数について求め、この関係から浸漬時間と超音波振動の周波数とを選択すると共に樹脂濃度をも選択して通気性を調整する、多孔質金属焼結体の通気性が調整された多孔質静圧気体軸受を製造する方法。
【請求項２】
液体として水又はエタノール若しくはアルカリ液を用いる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
樹脂としてシリコーン樹脂を用いる請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
金属粉末は、少なくとも錫、燐及び銅を含んでおり、無機質粉末は、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１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
金属粉末は、更に、ニッケル又はマンガンを含んでいる請求項４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多孔質金属焼結体を用いた多孔質静圧気体軸受の製造方法に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
多孔質静圧気体軸受は、すぐれた高速安定性と高い負荷容量をもつものとして、従来から注目されており、種々研究もなされているが実用化に際してはいくつかの克服すべき問題がある。
【０００３】
多孔質静圧気体軸受に用いられている多孔質体としては、青銅焼結体、ポーラスカーボン、セラミックス等が知られているが、多孔質静圧気体軸受の軸受面には、１μｍオーダーの表面粗さが要求されるので、多くの場合には、軸受面となる多孔質体の表面に研削等の機械加工が施される。
【０００４】
青銅焼結体では、軸受面を得るべくそれに研削加工を施すと、研削面（軸受面）に青銅の塑性流動が惹起して細孔の開口にカエリやバリが生じるので、通常、研削加工後に、ラッピングを施して適正な通気性を得るようにされる。
【０００５】
ポーラスカーボンやセラミックスでは、それが高い脆性を有するために、その研削加工によっては細孔の開口にカエリやバリがほとんど生じないので、これによる目詰まりがほとんど生じないが、細孔が軸受面でそのまま大きく開口する虞があり、斯かる開口が多く存在していると自励振動（ニューマチックハンマー現象）の要因となる上に、気体消費量が大きくなり不経済となるために、研削加工後、軸受面に接着剤を塗布して、適度に細孔の開口に目詰まりを生じさせて自励振動の防止と適正な通気性とを得るようにしている。
【０００６】
ところで、軸受面に対しては極めて高い形状寸法精度が要求されるので、研削加工後に、形状寸法をその精度内に維持するためには、ラッピングによるカエリやバリの除去には一定の制限があり、したがって、ラッピングにより適正流量を得るには限界があり、また、研削加工後に軸受面へ接着剤を塗布するとしても、塗布量の制御には極めて困難を伴い、しかも、軸受面に関して高い精度の形状寸法と表面粗さとを維持するために、塗布後に軸受面から残余の接着剤を除去する極めて煩雑な精緻な作業を必要とする。
【０００７】
更にまた、青銅焼結体、ポーラスカーボン及びセラミックスのいずれの場合にも、研削加工後には、切粉や砥粒が細孔内に埋没、残留する虞があり、斯かる切粉や砥粒が使用中において細孔から除去されて外部に飛び出ると、通気性の変動が生じる虞がある上に、その使用環境を汚染することとなるので、超精密の分野での使用に適さない軸受となる。
【０００８】
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、適正且つ安定な通気性を容易に得ることができ、しかも、同時に細孔内に埋没した切粉や砥粒を除去できる多孔質静圧気体軸受の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の態様の、多孔質金属焼結体の通気性が調整された多孔質静圧気体軸受を製造する方法は、金属粉末と無機質粉末とを混合、焼結してなる多孔質金属焼結体を準備する段階と、この多孔質金属焼結体の一面を研削して軸受面を形成する段階と、軸受面が形成された多孔質金属焼結体を超音波振動される液体中に浸漬させて、多孔質金属焼結体の軸受面の細孔の開口面積を増大する段階とを具備している。
【００１０】
第一の態様の方法によれば、金属粉末と無機質粉末とを混合、焼結してなる多孔質金属焼結体を用いるために、研削により多孔質金属焼結体の金属部分は、塑性流動して、脆性的に研削された無機質部分の一部及び当該無機質部分と金属部分との間の細孔を覆い、切粉や砥粒は、細孔内に埋没されることになるが、金属部分と無機質部分とからなる多孔質金属焼結体を超音波振動される液体中に浸漬させる結果、先ず、細孔内に埋没した切粉や砥粒を除去でき、切粉や砥粒に基づく目詰まりを解消でき、切粉や砥粒による不確定な通気性をなくし得、しかも、使用環境中に切粉や砥粒を飛散させることがないために、クリーンな環境を維持でき、更に、金属部分の塑性流動部及び無機質部分の弱い部分を粉砕できて細孔の開口面積を増大でき、多孔質金属焼結体の通気性を、研削加工後の軸受面の形状寸法精度及び表面粗さを阻害することなしに調整でき、而して適正且つ安定な通気性を容易に得ることができる。
【００１１】
多孔質金属焼結体を形成するための金属粉末は、その粒径が通常３０μｍから１５０μｍのものを、好ましくは４５μｍから７５μｍのものを用い、同じく無機質粉末は、その粒径が通常３０μｍから３００μｍのものを、好ましくは４５μｍから１５０μｍのものを用いる。斯かる金属粉末及び無機質粉末を用いた多孔質金属焼結体の焼結密度及び多孔度は焼結時間及び焼結温度で異なるが、例えば、２トン乃至７トン／ｃｍ２の圧力を加えて圧粉体を成形し、この圧粉体を還元性雰囲気もしくは真空中で８００〜１１５０度の温度で２０〜６０分間焼結した場合には、概ね焼結密度は、５．１５ｇ／ｃｍ２乃至６．１９ｇ／ｃｍ２、多孔度は２１．１％乃至３４．１％（含油率換算）である。
【００１２】
本発明では、上記のように超音波振動される液体中への多孔質金属焼結体の浸漬時間を適宜調整することにより、所望の通気性を得ることができる。
【００１３】
多孔質金属焼結体を浸漬させる液体としては、研削液の油分を除去できるものが好ましいが、簡便性、低価格性及び環境汚染性等の観点から、本発明の第二の態様の方法のように、水又はエタノール若しくはアルカリ液を用いるのが好ましい。
【００１４】
液体に付与する超音波振動の周波数としては、多孔質金属焼結体に要求される通気性との関連で適宜決定すればよいのであるが、通常、４０〜１００ＫＨｚ程度のものを用いるとよい。
【００１５】
ところで、超音波振動後に過度の通気性となる場合には、本発明の第三の態様の方法のように、超音波振動される液体中に浸漬させた後の多孔質金属焼結体の細孔に、トルエン等の溶剤に所定量の樹脂を溶かした液体を注入した後に、当該細孔に空気を注入してもよく、このような液体を細孔に注入すると共に、空気を注入することにより、細孔に適宜の厚さの樹脂を付着させて、当該細孔の径を小さくでき、通気性を所望の値にすることができる。
【００１６】
溶剤に溶かす樹脂としては、本発明の第四の態様の方法のように、シリコーン樹脂を用いるのが好ましいが、その他の樹脂、例えば、フェノール樹脂でもよい。なお、種々の樹脂濃度をもった液体を用いることにより、細孔への樹脂の付着厚みを変えることができ、これにより所望の通気性を得ることができる。また、この方法によれば使用環境中への異物の飛散をより確実に防止でき、クリーンな環境の維持に効果的である。
【００１７】
本発明の第五の態様の方法においては、多孔質金属焼結体における金属部分の素材である金属粉末は、少なくとも錫、燐及び銅を含んでおり、無機質部分の素材である無機質粉末は、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、本発明の第六の態様の方法においては、金属粉末は、更に、ニッケル又はマンガンを含んでいる。
【００１８】
なお、本発明により製造する多孔質静圧気体軸受としては、円筒状又は板状のスラスト軸受又はラジアル軸受のいずれでもよく、更には、直動軸受、いわゆるスライダでもよい。
【００１９】
以下、本発明及び本発明の実施の形態を、図面を参照してその好ましい例に基づいて説明する。本発明はこれらの例に限定されないのである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の方法では、先ず、金属粉末と無機質粉末とを混合、焼結してなる図１に示すような円筒状の多孔質金属焼結体１を準備する。多孔質金属焼結体１は、例えば、重量比で錫４〜１０％、ニッケル１０〜４０％、燐０．５〜４％、黒鉛３〜１０％及び残部銅からなる混合粉末を例えば２トン乃至７トン／ｃｍ２で加圧成形して円筒状の圧粉体を製造し、この圧粉体を、還元性雰囲気もしくは真空中で８００〜１１５０度の温度で２０〜６０分間焼結して形成する。
【００２１】
こうして形成された多孔質金属焼結体１を図２に示すような円筒状のハウジング（ケーシング）３０内に嵌挿する。本例のハウジング３０は、内周面に環状の凹所３１を有すると共に、凹所３１に連通した通路３２を有しているが、ハウジングとしては斯かるハウジング３０に限定されない。
【００２２】
ハウジング３０内に嵌挿された多孔質金属焼結体１において、その円筒状の内周面２を、旋削加工後、研削加工して当該内周面２を軸受面として形成すると共に、その円環状の端面３４及び３５に適宜の封孔剤を用いて封孔処理を施す。研削加工における加工代は、概ね０．２ｍｍ以下の範囲で行うとよい。
【００２３】
研削加工された内周面２は、図３及び図４に示すように、細孔１１の開口１２と、錫、燐、ニッケル及び銅からなる金属粉末を素材とする金属部分１３の露出面１４と、無機質粉末を素材とする無機質部分１５の露出面１６とが無秩序に分布した面となり、金属部分１３の露出面１４は、金属部分１３が研削加工により塑性流動されて展延された展延部分１７の露出面１８を含んでおり、斯かる展延部分１７は、細孔１１の開口１２、脆性的に研削された無機質部分１５の一部及び無機質部分１５と金属部分１３との間の細孔１１の開口１２を覆って、細孔１１を開口１２で絞っており、無機質部分１５の一部も、細孔１１を開口１２で絞っている。
【００２４】
斯かる軸受面としての内周面２が形成され且つハウジング３０内に嵌挿された多孔質金属焼結体１を、次に図５に示すように、容器２１内の超音波振動される液体２２中に浸漬させる。液体２２としては水又はエタノール若しくはアルカリ液を用いる。浸漬時間は、使用する超音波振動の周波数及び必要とする通気性との関連で決定される。
【００２５】
超音波振動される液体２２中への浸漬により、多孔質金属焼結体１の内周面（軸受面）２の細孔１１の開口面積を増大させ、多孔質金属焼結体１の通気性を調整した後に、容器２１から取り出して多孔質金属焼結体１を常温下で乾燥させることにより、円筒状の多孔質金属焼結体１からなる多孔質静圧気体軸受を得ることができる。
【００２６】
図６に、超音波振動される液体２２への浸漬時間と通気性との関係を、超音波振動の周波数４５ｋＨｚと１００ｋＨｚとについて求めた一例を示す。多孔質金属焼結体１としては、内径２５ｍｍ、外径３５ｍｍ、長さ２５ｍｍのものを用い、液体２２としては水を用いた。図６より、適当な超音波振動の周波数と浸漬時間を選択することにより、通気性を調整できることが判る。
【００２７】
なお、多孔質金属焼結体１が超音波振動後に過度な通気性を呈する場合には、ハウジング３０の通路３２を介して凹所３１に所定量の樹脂、例えばトルエン等の溶剤にシリコーン樹脂を溶かした液体を圧送、供給して、多孔質金属焼結体１の外周面３３から細孔１１に当該液体を注入し、細孔１１を通過した液体を内周面２から噴出させ、その後、液体に替えて空気を同様にして細孔１１に注入して内周面２から噴出させて、不用な液体を空気噴出と共に細孔１１から排出し、この排出後、溶剤を染み込ませたウエス等により、軸受面２の液体を拭き取り、多孔質金属焼結体１を常温で乾燥させて、多孔質金属焼結体１の細孔１１に注入された樹脂を硬化させる。
【００２８】
このようにシリコーン樹脂を溶融した液体を細孔１１に注入することにより多孔質金属焼結体１の通気性を減小させることができる。通気性の減小の程度は、液体中のシリコーン樹脂の濃度に依存し、通気性を大きく減小したい場合には、シリコーン樹脂が高濃度の液体を用い、通気性を少しだけ減小したい場合には、シリコーン樹脂が低濃度の液体を用いるとよい。
【００２９】
シリコーン樹脂濃度と通気性との関係の一例を図７に示す。シリコーン樹脂を溶かす溶剤としては、トルエンとリグロインの混合液を用いた。多孔質金属焼結体１としては、内径５０ｍｍ、外径７０ｍｍ、長さ５０ｍｍのものを用いた。通気性は、樹脂含浸前の流量を１００としたときの樹脂含浸後の流量の割合で表した。
【００３０】
以上の方法によれば、金属部分１３と無機質部分１５とからなる多孔質金属焼結体１を、超音波振動される液体２２中に浸漬させる結果、先ず、細孔１１内に埋没した切粉や砥粒を除去できる結果、切粉や砥粒に基づく目詰まりを解消でき、切粉や砥粒による不確定な通気性をなくし得、しかも、使用環境中に切粉や砥粒を飛散させることがないために、クリーンな環境を維持でき、更に、展延部分（塑性流動部分）１７及び無機質部分１５の弱い部分を粉砕できて細孔１１の開口面積を増大し、多孔質金属焼結体１の通気性を、研削加工後の軸受面２の形状寸法精度及び表面粗さを阻害することなしに、調整でき、而して適正且つ安定な通気性を容易に得ることができる。
【００３１】
なお、上記は、円筒状の多孔質静圧気体軸受を製造する場合の例であるが、板状の多孔質静圧気体軸受も同様にして製造できる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、適正な且つ安定な通気性を容易に得ることができ、しかも、同時に細孔内に埋没した切粉や砥粒を除去できる多孔質静圧気体軸受の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の好ましい例の多孔質金属焼結体の斜視図である。
【図２】図１に示す多孔質金属焼結体をハウジングに嵌挿した例の説明図である。
【図３】図２に示す多孔質金属焼結体の内周面（軸受面）を顕微鏡で拡大した場合のその模写図である。
【図４】図２に示す多孔質金属焼結体の内周面側の断面を拡大した場合の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態の好ましい例において多孔質金属焼結体を超音波振動される液体中に浸漬させる例の説明図である。
【図６】超音波振動される液体への多孔質金属焼結体の浸漬時間と通気性との関係図である。
【図７】シリコーン樹脂濃度と多孔質金属焼結体の通気性との関係図である。
【符号の説明】
１  多孔質金属焼結体
２  内周面
１１  細孔
１２  開口
１３  金属部分
１５  無機質部分
１７  展延部分
２２  液体
【図１】
0004465840.tif 000002
【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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