(57)【要約】【課題】自励振動が発生しにくい多孔質気体軸受を提供する。【解決手段】ハウジング１内に回転軸３が挿通されており、この回転軸３は、ハウジング１の内周面に設けられた多孔質気体軸受４によって回転自在に支持されている。  多孔質気体軸受４を構成する多孔質グラファイト製の軸受部材５は、多孔質グラファイトの空孔を小さくする２つの処理が施されていて、軸受面の表面層９のみが芯部よりも空孔率が低くなっている。この２つの処理とは、多孔質グラファイトを形成するグラファイト粒子にガラス状カーボンを被覆して空孔率を低下させる処理と、空孔内に封孔材を配して空孔率をさらに低下させる処理である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受隙間を介して回転部材と対向する軸受面を有する多孔質グラファイト製の軸受部材を備え、気体を前記軸受部材内の空孔を通して前記軸受面から前記軸受隙間へ噴出させることにより、前記回転部材を前記軸受面に対して非接触支持する多孔質気体軸受において、前記多孔質グラファイトを形成するグラファイト粒子にガラス状カーボンを被覆して空孔率を減じた上、前記空孔内に封孔材を配して空孔率をさらに減じた表面層を、前記軸受部材の表面のうち少なくとも前記軸受面に設けたことを特徴とする多孔質気体軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多孔質気体軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
気体を軸受隙間へ噴出させることにより回転部材を非接触支持する気体軸受としては、例えば、軸受部材を多孔質体で構成し、多孔質体が有する空孔を通して気体を噴出させる多孔質気体軸受が知られている。そして、多孔質体としては、グラファイトが使用される場合が多い。
ところが、グラファイトを用いた多孔質気体軸受は、自励振動が発生しやすいという問題点を有していた。これは、グラファイトの空孔が大きすぎるため、気体の噴出量が多すぎたり、気体の噴出量の制御が困難であることが原因であると考えられている。そこで、グラファイト製の軸受部材の表面に、空孔の小さい表面層を設けることにより、自励振動を抑制する方法が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、多孔質状のグラファイトを構成するグラファイト粒子にガラス状カーボンを被覆して、該グラファイト粒子を大径化することにより、表面層の空孔のみを小さくした多孔質気体軸受が開示されている（図３を参照）。また、特許文献２には、空孔内に封孔材を含浸させることにより、表面層のみ空孔率を低下させた多孔質気体軸受が開示されている（図４を参照）。
【特許文献１】特開平１１−３０３８７０号公報
【特許文献２】特開平７−１４５８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の多孔質気体軸受は、表面層の空孔率の低下が不十分である場合があるため、自励振動が発生してしまうことがあった。また、特許文献２に記載の多孔質気体軸受は、空孔内への封孔材の含浸が不十分（空孔率の低下が不十分）である場合があるため、気体が高圧である場合や、多孔質気体軸受が小型である場合に、自励振動が発生しやすいという問題点を有していた。なお、空孔率をさらに低下させるために封孔材の含浸処理を２回以上行うと、空孔率が低下しすぎて気体の噴出量が不足してしまうため、２回以上の含浸処理を行うことには問題があった。
そこで、本発明は上記のような従来の多孔質気体軸受が有する問題点を解決し、自励振動が発生しにくい多孔質気体軸受を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の多孔質気体軸受は、軸受隙間を介して回転部材と対向する軸受面を有する多孔質グラファイト製の軸受部材を備え、気体を前記軸受部材内の空孔を通して前記軸受面から前記軸受隙間へ噴出させることにより、前記回転部材を前記軸受面に対して非接触支持する多孔質気体軸受において、前記多孔質グラファイトを形成するグラファイト粒子にガラス状カーボンを被覆して空孔率を減じた上、前記空孔内に封孔材を配して空孔率をさらに減じた表面層を、前記軸受部材の表面のうち少なくとも前記軸受面に設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の多孔質気体軸受は、自励振動が発生しにくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明に係る多孔質気体軸受の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る多孔質気体軸受を組み込んだエアスピンドル装置の構造を示す断面図である。
略筒状のハウジング１内に、軸方向両端にフランジ２を有する回転軸３が挿通されており、この回転軸３は、ハウジング１の内周面に設けられた多孔質気体軸受４によって回転自在に支持されている。
【０００８】
ここで、多孔質気体軸受４について詳細に説明する。ハウジング１の内周面には、多孔質気体軸受４を構成する円筒状で多孔質グラファイト製の軸受部材５が取り付けられており、この軸受部材５の内周面５ａが回転軸３の外周面３ａに軸受隙間７を介して対向している。そして、軸受部材５の内周面５ａから回転軸３の外周面３ａに圧縮空気を噴出することにより気体軸受が形成され、回転軸３のラジアル方向の動きはこの気体軸受により規制されるので、回転軸３は外周面３ａが軸受部材５の内周面５ａに接触することなく回転自在に支持される。
【０００９】
また、ハウジング１に取り付けられた軸受部材５の端面５ｂは、フランジ２の平面２ａに軸受隙間８を介して対向している。そして、軸受部材５の端面５ｂからフランジ２の平面２ａに圧縮空気を噴出することにより気体軸受が形成され、回転軸３のスラスト方向の動きはこの気体軸受により規制されるので、フランジ２の平面２ａが軸受部材５の端面５ｂに接触することなく回転軸３が回転自在に支持される。なお、軸受部材５の内周面５ａ及び端面５ｂが、本発明の構成要件である軸受面に相当する。
【００１０】
次に、このエアスピンドル装置の動作について説明する。ハウジング１の端面に形成された圧縮空気給気口１０に圧縮空気を供給すると、圧縮空気は圧縮空気通路１１を通って軸受部材５の外周面側の給気キャビティ１２に達する。そして、圧縮空気は軸受部材５中を通って、軸受部材５の内周面５ａから噴出し、回転軸３の外周面３ａに吹き出されるとともに、軸受部材５の端面５ｂから噴出し、フランジ２の平面２ａに吹き出される。これにより、回転軸３の外周面３ａと軸受部材５の内周面５ａとが非接触状態となり、回転軸３が浮上支持されるとともに、フランジ２の平面２ａと軸受部材５の端面５ｂとが非接触状態となる。
【００１１】
このようなエアスピンドル装置に組み込まれた多孔質気体軸受４において、多孔質グラファイト製の軸受部材５には、多孔質グラファイトの空孔を小さくする２つの処理が施されていて、その内周面５ａ及び端面５ｂを含む表面（給気キャビティ１２部分を除く）の表面層９のみが、芯部よりも空孔率が低い多孔質グラファイトとされている。すなわち、まず、グラファイト粒子にガラス状カーボンを被覆する第一の処理が施され、続いて多孔質グラファイトの空孔に封孔材を配する第二の処理が施されている。
【００１２】
まず、第一の処理について説明する。多孔質グラファイトは、多数のグラファイト粒子で構成されており、各グラファイト粒子の間に空間（空孔）が形成されているため多孔質状となっている。元々の多孔質グラファイトは空孔が大きいので、グラファイト粒子にガラス状カーボンを被覆する処理を施して、該グラファイト粒子を大径化すれば、空孔を小さくすることができる（空孔率を低下させることができる）。
【００１３】
この第一の処理について、具体例をあげて説明する。フェノール樹脂，フラン樹脂，セルロース等のような高温加熱によりガラス状カーボンとなる素材（前駆体）を含有する液体を、多孔質グラファイトの表面に含浸させ、多孔質グラファイトの表面部分のグラファイト粒子のみに前記素材を付着させる。乾燥後、不活性雰囲気中にて約６００℃以上の高温加熱処理により炭素化することにより、前記素材をガラス状カーボンに変成させる。これにより、表面部分のグラファイト粒子のみがガラス状カーボンで被覆される。
【００１４】
なお、ガラス状カーボンの粉末を含有する液体を、多孔質グラファイトの表面に含浸させ、多孔質グラファイトの表面部分のグラファイト粒子のみにガラス状カーボンを付着させた後、不活性雰囲気中にて約２０００℃の高温加熱処理を施すことにより、表面部分のグラファイト粒子のみをガラス状カーボンで被覆してもよい。
次に、第二の処理について説明する。第一の処理によって空孔率を低下することができたが、さらに空孔内に封孔材を配することにより、空孔をさらに小さくすることができる（空孔率をさらに低下させることができる）。
【００１５】
第二の処理について、具体例をあげて説明する。樹脂液（樹脂が溶解している溶液又は液状樹脂）を、多孔質グラファイトの表面に接触させ、多孔質グラファイトの表面部分のみの空孔内に樹脂液を含浸させる。そして、樹脂液を含浸させた多孔質グラファイトを加熱することにより、樹脂を固化させる。これにより、表面部分の空孔のみに樹脂が配される。なお、封孔材である樹脂の種類は特に限定されるものではないが、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が好ましい。また、樹脂液には、樹脂を架橋させる架橋剤を含有させてもよい。
【００１６】
このような２つの処理により、空孔率が低い表面層９が形成される。軸受部材５の芯部は、前記処理が施されておらず元々の多孔質グラファイトの空孔率のままであるので、十分な量の気体が通気することができる。軸受面の表面層９は前記処理により空孔が小さくなっているので（空孔率が低くなっている）、軸受面からの気体の噴出量が多すぎることがなく、適量の気体が安定的に噴出される。よって、本実施形態の多孔質気体軸受４は、自励振動が発生しにくい。特に、多孔質気体軸受は、気体が高圧である場合や小型である場合に、自励振動が発生しやすいが、本実施形態のような多孔質気体軸受であれば、上記のような場合にも自励振動が発生しにくい。
【００１７】
また、第二の処理は１回施すだけで十分であるので、２回以上施した場合に生じる前述の問題点が発生するおそれがない。
このような本実施形態の多孔質気体軸受４の優れた効果は、軸受部材５に前述した２つの処理が施されていることにより得られるものであり、一方の処理のみが施された場合と比べてその効果は格段に優れている。
なお、表面層９の厚さは特に限定されるものではないが、例えば、０．５〜１ｍｍ程度の深さまで形成することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る多孔質気体軸受を組み込んだエアスピンドル装置の構造を示す断面図である。
【図２】本発明に係る多孔質気体軸受の構造を説明する模式的断面図である。
【図３】従来の多孔質気体軸受の構造を説明する模式的断面図である。
【図４】従来の多孔質気体軸受の構造を説明する模式的断面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１    ハウジング
３    回転軸
４    多孔質気体軸受
５    軸受部材
５ａ  内周面（軸受面）
５ｂ  端面（軸受面）
７    軸受隙間
８    軸受隙間
９    表面層
【図１】
2007120527.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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