(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転部材と微小な軸受隙間をもって対向する軸受面を有すると共に前記軸受面に開口する給気絞りが形成された軸受部材を具備し、前記回転部材及び軸受部材のうち少なくとも一方が黒鉛を主成分とする材料からなり、前記給気絞りから圧縮空気を軸受隙間に供給す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ものであって、黒鉛を主成分とする材料からなる前記部材の表面にガラス状カーボンの被膜層を形成し、前記被膜層の下地として、黒鉛粒子をガラス状カーボンで被覆した下地層を含浸により形成したことを特徴とする静圧空気軸受スピンドル。
【請求項２】
前記下地層は、高温加熱によりガラス状カーボンとなり得る素材を、黒鉛を主成分とする材料からなる前記部材の表面から含浸させ、不活性雰囲気中での高温加熱処理により炭素化することにより形成し、前記被膜層は、前記素材を前記下地層の上に塗布し、不活性雰囲気中での高温加熱処理により炭素化することにより形成したことを特徴とする請求項１記載の静圧空気軸受スピンドル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は静圧空気軸受スピンドルに関し、詳しくは、穴加工機、精密加工機、静電塗装機などのスピンドル装置に利用され、主軸を非接触支持する静圧空気軸受スピンドルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、穴加工機、精密加工機、静電塗装機などのスピンドル装置に利用される静圧空気軸受スピンドルは、主軸の外径面と微小な軸受隙間をもって対向する軸受面を有する軸受スリーブを具備し、その軸受スリーブの軸受面に開口する給気ノズル又は給気スリットから圧縮空気を軸受隙間に供給することにより主軸を非接触支持する。この軸受スリーブや主軸の材質としては、耐焼付性が良好な点から黒鉛を使用する場合があった（実公平６−１３３７７号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述したように例えば軸受スリーブを組成する黒鉛は、積層構造を持った結晶であって六方晶系に属する。そのため、黒鉛を組成する六角層平面内の炭素原子はお互いに強い共役二重結合で結ばれているが、六角層間は弱いファンデルワールス力で結ばれているのみであるため、外圧に対して容易にスリップしたりして剥離しやすい。
【０００４】
このように軸受スリーブを組成する黒鉛が剥離に対して弱いと、その軸受スリーブの加工及び組込み時、軸受スリーブの表面からの剥離により汚れや埃が発生しやすく、また、これら汚れや埃が非常に小さいものであるため、軸受スリーブを清掃してその表面から完全に除去することが困難である。
【０００５】
その結果、軸受スリーブを組み込んだ状態でその軸受隙間に圧縮空気を供給すると、前述した埃が排気に混入したり、作業者の手や軸受スリーブが組み込まれるハウジングに付着したりして、ディスクのマスタリング装置や検査装置などのようにクリーンルーム内で使用される装置への適用が問題となる可能性があった。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、軸受スリーブ等の黒鉛を主成分とする材料からなる部材の材質特性を改善してその加工及び組込み時に軸受スリーブ表面に汚れや埃が発生することを抑止し得る静圧空気軸受スピンドルを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための技術的手段として、本発明に係る静圧空気軸受スピンドルは、回転部材と微小な軸受隙間をもって対向する軸受面を有すると共に前記軸受面に開口する給気絞りが形成された軸受部材を具備し、前記回転部材及び軸受部材のうち少なくとも一方が黒鉛を主成分とする材料からなり、前記給気絞りから圧縮空気を軸受隙間に供給す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ものであって、黒鉛を主成分とする材料からなる前記部材の表面にガラス状カーボンの被膜層を形成し、前記被膜層の下地として、黒鉛粒子をガラス状カーボンで被覆した下地層を含浸により形成したことを特徴とする。
【０００９】
尚、前記下地層は、高温加熱によりガラス状カーボンとなり得る素材を、黒鉛を主成分とする材料からなる前記部材の表面から含浸させ、不活性雰囲気中での高温加熱処理により炭素化することにより形成し、前記被膜層は、前記素材を前記下地層の上に塗布し、不活性雰囲気中での高温加熱処理により炭素化することにより形成することが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る静圧空気軸受スピンドルの実施形態を以下に詳述する。
【００１１】
この実施形態の静圧空気軸受スピンドルは、図１及び図２に示すように回転軸１及びスラスト板２からなる回転部材である主軸部材３と、後述する給気通路が形成された円筒状ハウジング４と、ハウジング４に固定された軸受部材である軸受スリーブ５とで構成される。
【００１２】
主軸部材３を構成するスラスト板２は、回転軸１の端面にネジ（図示せず）により一体的に固着されている。また、ハウジング４には、一端が給気ホース６と連通し、他端が軸受スリーブ５の給気絞り１３，１４と連通した給気通路７が形成され、かつ、排気通路８が形成されている。
【００１３】
一方、軸受スリーブ５は、一対として、ハウジング４の両端部に固定され、それぞれ、回転軸１と微小なジャーナル軸受隙間をもって対向するジャーナル軸受面９を有する筒状部１０と、スラスト板２と微小なスラスト軸受隙間をもって対向するスラスト軸受面１１を有するフランジ部１２とを一体的に形成したものである。
【００１４】
この筒状部１０及びフランジ部１２のそれぞれには、ハウジング４の給気通路７と連通する給気絞り１３，１４が設けられ、各給気絞り１３，１４は先端が孔状又はスリット状の絞り形状をなし、ジャーナル軸受面９及びスラスト軸受面１１のそれぞれに開口する。また、筒状部１０には、排気通路１５が形成されている。
【００１５】
この静圧空気軸受スピンドルでは、給気ホース６から供給される圧縮空気をハウジング４の給気通路７を介して軸受スリーブ５の給気絞り１３，１４から軸受隙間に吐出させることより主軸部材３をラジアル方向及びスラスト方向に回転自在に非接触支持する。
【００１６】
ここで、前述の軸受スリーブ５及び主軸部材３のうち少なくとも一方は、耐焼付性が良好な点から黒鉛を材質とすることが好ましいが、黒鉛は積層構造を持った結晶であって六方晶系に属する。そのゆえに、六角層平面内の炭素原子はお互いに強い共役二重結合で結ばれているが、六角層間は弱いファンデルワールス力で結ばれているのみであるため、外圧に対して容易にスリップしたりして剥離しやすい。
【００１７】
そこで、この実施形態では、軸受スリーブ５が黒鉛を主成分とする材料からなる場合について説明し、図３（ａ）の模式図で示すように軸受スリーブ５の全表面及びその直下の黒鉛粒子１６をガラス状カーボン１７で被覆して下地層１８ａを形成し、更に、同図（ｂ）に示すようにこの下地層１８ａの上にガラス状カーボンの被膜層１８ｂを形成してある。
【００１８】
まず、黒鉛を主成分とする材料からなる軸受スリーブ５をハウジング４に焼嵌め等し得る所定の寸法に加工すると共に給気絞り１３，１４を加工する。この軸受スリーブ５の加工後、黒鉛粒子１６をガラス状カーボン１７で被覆した下地層１８ａは以下の要領でもって形成する。
【００１９】
フェノール、フラン樹脂やセルロース等のように高温加熱によりガラス状カーボンとなり得る所定の素材を溶かして軸受スリーブ５の全表面（給気絞り１３，１４の内表面を含む）から含浸させる。その後、乾燥させた上で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、前述の素材をガラス状カーボンに熱硬化させる。これにより、図３（ａ）に示すように軸受スリーブ５の全表面（給気絞り１３，１４の内表面を含む）及びその直下の黒鉛粒子１６がガラス状カーボン１７で被覆された組織構造の下地層１８ａとなる。
【００２０】
次に、前述の下地層１８ａの上に前述の素材を塗布し、その後、乾燥させた上で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、図３（ｂ）に示すように素材をガラス状カーボンに熱硬化させて被膜層１８ｂを下地層１８ａの上に形成する。
【００２１】
この下地層１８ａは、軸受スリーブ５の表面層の黒鉛粒子１６をガラス状カーボン１７で被覆することとなり、例えば、０．５〜１．０ｍｍ程度の深さまで形成することが望ましく、また、被膜層１８ｂは、例えば、数μｍ程度の膜厚とすることが望ましい。ガラス状カーボンは黒鉛と異なり、非晶質であるため、埃などの発生が少なく、高強度の性質を有する。
【００２２】
以上のようにして製作された軸受スリーブ５をハウジング４に焼嵌めし、そのジャーナル軸受面９及びスラスト軸受面１１の仕上げ加工を行った上で回転軸１及びスラスト板２を組み付けて最終的に静圧空気軸受スピンドルを完成させる。
【００２３】
尚、前述した軸受スリーブ５のジャーナル軸受面９及びスラスト軸受面１１の仕上げ加工において、下地層１８ａを加工代以上の深さまで形成しておくことにより、仕上げ加工後において、被膜層１８ｂが除去されたとしても、ジャーナル軸受面９及びスラスト軸受面１１に所望深さの下地層１８ａを残すことができる。
【００２４】
また、被膜層１８ｂが除去され、かつ、その下部に位置する下地層１８ａの一部が削り取られたとしても、その加工面以外の部分はガラス状カーボン１７で被覆されているので、まったくガラス状カーボンで被覆されていない黒鉛粒子と比較すれば、埃などが発生しにくい。
【００２５】
更に、下地層１８ａ及び被膜層１８ｂを、軸受スリーブ５のジャーナル軸受面９及びスラスト軸受面１１等の圧縮空気が接触する表面以外の表面、例えば、軸受スリーブ５の外径面や端面も含めて軸受スリーブ５の表面全体に形成してあるため、軸受スリーブ５の表面からの汚れや埃が発生しにくいだけでなく、供給された圧縮空気が黒鉛粒子間から漏れて外部に出にくくなって空気圧力が低下することなく、空気軸受としての機能をより一層充分に発揮させることができる。
【００２６】
尚、前述では、含浸により黒鉛粒子１６をガラス状カーボン１７で被覆した組織構造の下地層１８ａを下地として、その上にガラス状カーボンの被膜層１８ｂを形成した場合について説明したが、ガラス状カーボンの被膜層１８ｂを軸受スリーブ５の表面に直接的に形成することが可能であれば、前述の下地層１８ａを省略することも可能である。
【００２７】
また、以上の実施形態では、軸受スリーブ５が黒鉛を主成分とする材料からなる場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、主軸部材３が黒鉛を主成分とする材料からなる場合、或いは、軸受スリーブ５及び主軸部材３の双方がそのような材料からなる場合についても同様に適用可能である。更に、主軸部材３又は／及び軸受スリーブ５の材質は黒鉛を主成分とし、その他に潤滑特性の向上のため、アンチモンや二硫化モリブデン等を混合させたものであってもよい。
【００２８】
また、前述の実施形態は、ハウジング４の両端に二つの軸受スリーブ５を設け、これら軸受スリーブ５により回転軸１の両端で非接触支持した場合であるが、これ以外にも一つの軸受スリーブにより回転軸１の全体を非接触支持する構造であっても適用可能である。
【００２９】
更に、軸受スリーブを固定軸に装着すると共に、その軸受面に開口した給気絞りに固定軸側に設けた給気通路を介して圧縮空気を供給することによって、円筒状の回転部材を軸受面に対して非接触支持する構成の静圧空気軸受スピンドルにも適用することができる。その場合、軸受スリーブ又は／及び円筒状の回転部材を、黒鉛を主成分とする材料で構成する。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、黒鉛を主成分とする材料からなる軸受部材又は／及び回転部材の材質特性を改善することにより、これら部材の加工及び組込み時に部材表面に汚れや埃が発生することを抑止することが容易となり、ディスクのマスタリング装置や検査装置などのようにクリーンルーム内で使用される装置への適用が実現容易となり、また、圧縮空気の抜けを未然に防止できてその空気圧力が低下することが抑止できて、空気軸受としての機能をより一層充分に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る静圧空気軸受スピンドルの実施形態を示す断面図
【図２】図１の軸受スリーブを示す要部拡大断面図
【図３】（ａ）は軸受スリーブの表面及びその直下の黒鉛粒子をガラス状カーボンで被覆した組織構造の下地層を示す拡大断面図
（ｂ）は（ａ）の下地層の上にガラス状カーボンの被膜層を形成した状態を示す拡大断面図
【符号の説明】
３  主軸部材
５  軸受スリーブ
９  軸受面（ジャーナル軸受面）
１１  軸受面（スラスト軸受面）
１３，１４  給気絞り
１６  黒鉛粒子
１７  ガラス状カーボン
１８ａ  下地層
１８ｂ  被膜層
【図１】
0003880694.tif 000002
【図２】
0003880694.tif 000003
【図３】
0003880694.tif 000004