JPS6228519A - セラミツク軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高速度回転、高精度回転、あるいは直線運動
を行うように構成した流体軸受装置に関するものである
。

〔従来の技術〕

従来から、例えば静圧気体軸受装置には多くの形式のも
のが存在し、回転もしくは直線運動を案内する片方部材
は鉄鋼などの金属材で構成し、この片方部材を受ける他
方部材としての軸受は本体を鉄鋼などの金属で成し、気
体噴出部として直径０　、５ｍｍ程度の小孔を一定の間
隔で配置したり、表面に浅い溝を形成したものや金属粉
を焼結して成る多孔体を配置したものが用いられていた
。

〔従来技術の問題点〕

このような軸受の構成に焼結金属製多孔体の噴出部を用
いれば、その他の小孔、溝などを形成したものに比較し
、部材（軸）にかかる負荷を大きくすることができ、し
かも負荷時における軸の変位が少ない、いわゆる剛性が
大きいという特徴があるものの、焼結金属より成る多孔
質体を用いる場合には、軸受装置を向上させるための表
面加工時に所定の孔径分布が形成された多孔質体表面お
よび表面に近い層における孔径分布が変化し、所期に設
定した気体流通量が得られない。焼結金属である多孔体
の表面加工には研削、ラッピング加工などが用いられる
が、通常の加工条件では加工時の作用力により多孔体が
塑性変形し、微細孔を閉塞してしまうという問題が発生
している。

この微細孔閉塞という問題を解決すべく、表面加工時の
作用力を材料が塑性変形しないような軽微な力とし、長
い時間をかけて加工することも考えられるが、生産コス
ト面から成り立たない。

また、加工時の切屑、砥石から脱落する砥粒などが多孔
質表面層に圧入された状態となり、微細孔を閉塞してし
まう。この解決のため上記による加工法や圧搾空気でも
って目詰りをしている異物を噴出、除去する方策もとら
れるが完全に除去することは困難である。

このほか、多孔体の表面層を薬液にて腐蝕、溶解させ閉
塞している部分を除去しながら、気体流通量すなわち、
孔径を調整することが行われている。しかしこの方法で
は気体流通量の調整には効果があるが、この用途に用い
る軸受の精度からみて別の問題がある。即ち、回転軸な
ど可動体の外径及び軸受部内との径方向の隙間（クリア
ランス）が５〜５０μｍの一般的精度を維持し、かつ通
気量を所定の値に調整することが極めて困難である。

しかも加工時に生ずる微細孔に対する閉塞層の深さは安
定しない。

さらに、金属材から成る軸及び軸受では過負荷時に焼付
きが起り、また、高速回転になる遠心力が大きくなり、
直線運動するものにあっては、往復運動の際の方向変換
時の慣性力が大きくなって、材料比重に対する強度上の
問題があり、その他運動に伴う発熱のため軸受の精度の
維持が困難であるだけでなく、軸においても加工精度を
一定に保つことが難しいなど多くの不都合があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記に鑑みて回転もしくは直線運動を案内する
片方部材を比強度、比剛性が高く、熱膨張係数が小さい
セラミック材で構成し、他方部材である軸受の気体噴出
部を多孔質セラミック材で構成した。

〔実施例〕

以下、図により本発明実施例を詳述する。

第１図には回転形式の軸受を示し、１はセラミック製の
回転軸であり、この回転軸Ｉには必要に応じて一体的あ
るいは別体で作られたフランジ１ａが設けられ、このフ
ランジ１ａを介して駆動源や回転体と連結するようにな
っており、この回転軸１の中央部には流体排出用の環状
溝１ｂが設けである。

なお、回転軸１の構成材にはアルミナ窒化珪素質、炭化
珪素系などのセラミック材が好適である。

一方、軸受はケーシング２で外囲した円筒状の゛多孔質
体３から成り、この多孔質体３の材質としては上記回転
軸１を構成すると同様のセラミック原料粉末を用いて多
孔質状に焼成する。この場合、軸受から流体を噴出すべ
く、多孔質体３の有する平均細孔、気孔率などは最適の
ものが設定される。しかし軸受に対する負荷特性の決定
は多孔質体３の特性だけで一義的には決まらない。

したがって多孔質体３としては製造の容易性、コスト等
の面から、平均細孔径０．５〜５００μｍ、気孔率２０
〜５０％のものが好適であり、実験によれば、平均細孔
径が０．５μｍ以下では噴出圧力が高過ぎ、かつ目詰り
が起き易く、反対に５００μｍ以上と大きくなると通気
量が多すぎて不都合なものとなる。

また、上記ケーシング２には、多孔質体３と熱膨張係数
が近似したセラミックを用い、流体供給口４及び導入孔
５が設けてあり、この導入孔５は多孔質体３の外周に形
成した一方の環状溝３ａ及び分配孔３ｂを通して他の環
状溝３ａにも流体を導き、多孔質体４の内部細孔を通過
した流体は、回転軸１のフランジ１ａを含んだ外周面及
び該多孔質体外周面との間隙に向けて噴出させることか
ら、回転軸１のラジアル及びスラスト荷重を受ける如く
作用する。

また、回転軸１の外周面に向けて噴出した流体の一部は
、環状溝１ｂに集められ、多孔質体３の中央部にあけら
れた排出孔３ｃよりケーシング２にあけた流体送出口６
より排出するようになっており、一方フランジＩａの内
面に供給された流体は多孔質体３の両端に形成した放射
状溝（不図示）から排出されるような構造となっている
。

このように多孔質体３の有する細孔より回転軸１の外周
面に向けて効率よく噴出させるため、不要部分から流体
の噴出を防止すべく、多孔質体４の表面に接着剤層、ガ
ラスコート層、セラミックコート層、金属被膜層などの
被膜ｉＨを形成せしめておく。この場合、必要に応じて
加圧塗布したり、加熱固化の手段をとることができ、ま
たガラスコート層やセラミックコート層ではセラミック
からなる多孔質体３と熱膨張係数が近く、しかも耐湿性
、耐熱性をもった被膜層Ｈを形成することができる。

次に回転軸１に対向した流体噴出面３ｅの精密加工は、
一般的なセラミックと同様の研削加工法が適用可能であ
るが、金属材の加工に対比して、セラミック材は、概し
て剛性率が高く、塑性変形することがないため加工時に
ソリ、カエリなどが生ずることなく、加工時に金属多孔
質体では発生する細孔の閉塞現象が起りにくい。

また、加工時の脱落砥粒および研削切り屑は微細であり
、またセラミック材に付着し難いため、多孔質体３の微
細孔を一時的に閉塞しても超音波洗浄器などの使用によ
り容易に除去できる。したがって多孔質体３の表面の寸
法を高精度に維持しながら所定の流体噴出量を確保する
ことが可能で、しかも加工歪が残らないことから高精度
の加工が容易に達成できる。

次に本発明による他の実施例として直線運動軸受を第２
図に示し、直線運動を案内する片方部材であるガイドレ
ール１０をセラミック材で構成し、これに対し可動体で
はケーシング２０を緻密質のセラミック材で、多孔質体
３０を多孔質セラミック材で構成し、これらケーシング
２０、多孔質体３０から成る可動体は図示してないボー
ルねじなどと接続され、該ボールねじの回転による直線
運動を行うように成し、この場合、ケーシング２０に設
けた流体供給口５０より送り込まれた流体が多孔質体３
０の内部微細孔を通ってガイドレール１０の表面に対し
噴出するようにしたものであって、第１図に示した回転
型式のものと同様の静圧気体軸受装置を構成したもので
ある。

〔発明の効果〕

叙上のように回転、運動を案内する片方部材を緻密質の
セラミック材で成し、軸受を多孔質セラミック材で構成
したことから、両部材の熱膨張係数が小さく、温度上昇
時における間隙の変化量が少なく、高精度なものとなり
、かつ、過負荷時における焼付きが起りにくいなど高精
度、高耐久性の軸受装置をもたらすことができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明実施例としての回転型の軸受装置の縦断
面図であり、第２図は本発明による他の実施例としての
直線運動型の軸受装置の縦断面図である。 １：回転軸　　　　　　　　２：ケーシング３：多孔質
体　　　　　　　Ｈ：被膜層１０ニガイドレール

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転もしくは直線運動を案内する片方部材と、これらと
   対向して気体噴出孔を備えた他方部材である軸受とから
   成る軸受装置において、上記片方部材をセラミック材で
   、他方部材を多孔質セラミック材で形成し、かつ該多孔
   質セラミック材における気体導入及び気体噴出を要する
   部分を除く表面に、接着剤、ガラスコート層、セラミッ
   クコート層、金属被膜などの被膜層を形成せしめたこと
   を特徴とするセラミック軸受装置。