多孔質静圧気体軸受
【課題】軸受剛性及び負荷容量が大きく、自励振動の発生を効果的に抑制することのできる多孔質静圧気体軸受を提供すること。
【解決手段】多孔質静圧気体軸受２０は、円盤状の裏金本体部２１と、裏金本体部２１の一方の円形の面２２の外周縁に立設された円形の環状立壁部２３と、環状立壁部２３と同心状であって環状立壁部２３に囲まれて裏金本体部２１の一方の面２２に立設された円形の環状突出部２４とを一体的に備えたステンレス鋼からなる裏金２５を具備しており、環状立壁部２３の環状内壁面２６に囲まれた円形の凹部２７は、環状立壁部２３の環状内壁面２６及び環状突出部２４の環状外壁面２８に囲まれた円環状の外側凹部２９と環状突出部２４の環状内壁面３０に囲まれた円形の内側凹部３１とに二分されて当該外側凹部２９と内側凹部３１とを含んでいる。
【解決手段】多孔質静圧気体軸受２０は、円盤状の裏金本体部２１と、裏金本体部２１の一方の円形の面２２の外周縁に立設された円形の環状立壁部２３と、環状立壁部２３と同心状であって環状立壁部２３に囲まれて裏金本体部２１の一方の面２２に立設された円形の環状突出部２４とを一体的に備えたステンレス鋼からなる裏金２５を具備しており、環状立壁部２３の環状内壁面２６に囲まれた円形の凹部２７は、環状立壁部２３の環状内壁面２６及び環状突出部２４の環状外壁面２８に囲まれた円環状の外側凹部２９と環状突出部２４の環状内壁面３０に囲まれた円形の内側凹部３１とに二分されて当該外側凹部２９と内側凹部３１とを含んでいる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔質静圧気体軸受、とくに自励振動の発生を抑制した多孔質静圧気体軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特公平５−４５２７号公報
【特許文献２】特開平６−３３７０１４号公報
【０００３】
静圧気体軸受は、その軸受面で支持する可動体との間に気体膜を形成して、この気体膜を介して可動体を可動に支持するものであるため、摩擦係数が極めて低いこと、高精度な運動形態が容易であること、軸受すきまに潤滑油及び給油を必要としなくクリーンであること、などの特長をもっている反面、圧縮気体の気体膜により可動体を支持するために負荷容量が比較的低いという欠点を有している。
【０００４】
この種の静圧気体軸受において、剛性と負荷容量を向上させるために、図６及び図７に示すように、軸受パッド１の下面周部を環状の平坦部２に形成すると共に、平坦部２の内面を凹部（ポケット）３に形成し、さらに凹部３の中央部にオリフィス４を設けたものがある。しかし、この構造の静圧気体軸受は、凹部３の容量が大きいので、剛性は高められる反面、気体の圧縮性に起因する自励振動（ニューマチックハンマ）が発生し易くなるという問題がある（特許文献１の図３及び図４参照）。
【０００５】
この自励振動の発生を抑制する手段として、図８及び図９に示すように、軸受パッド１の周部に平坦部２を形成すると共に、平坦部２の内部を凹部３に形成し、凹部３に梨子地状の微細な凸部５を多数密集して形成し、凹部３にオリフィス４を設けた構造の静圧気体軸受が提案されている（特許文献１参照）。この静圧気体軸受では、オリフィス４から供給された圧縮気体は各凸部５、５間の隙間を通って放射状方向に外周部に向かって流れ、気体圧力は中央部より外周部に向かってほぼ同心円状に徐々に低下して大気圧に至るために、圧力変化が急峻でなくなり、自励振動が発生しないというものである。
【０００６】
また、自励振動の発生を抑制する他の手段として、図１０に示すように、絞り（オリフィス）６を有する軸受部材７のスラスト軸受面８と軸受すきまｈを介して対向する相手部材９のスラスト受け面１０に窪み１１を形成し、この窪み１１に平板状の多孔質部材１２を埋め込んだ構造の静圧気体軸受が提案されている（特許文献２参照）。この静圧気体軸受では、軸受すきまｈに供給された圧縮気体の膨張収縮の挙動がその多孔質部材１２自体が持つ通気抵抗や内部に存在する細孔の作用で自励振動を抑制するというものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した静圧気体軸受においては、いずれも圧縮気体をオリフィスを介して軸受すきまに供給するものであり、設計にあたっては、凹部（ポケット）の大きさ、オリフィスの形状及び寸法並びに軸受すきま等を十分検討しなくてはならず、煩雑さを伴うものである。
【０００８】
本発明は前記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、軸受剛性及び負荷容量が大きく、自励振動の発生を効果的に抑制することのできる多孔質静圧気体軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の多孔質静圧気体軸受は、裏金本体部と、該裏金本体部の一方の面の外周縁に立設された環状立壁部と、該環状立壁部に囲まれて裏金本体部の一方の面に立設された環状突出部とを備えた裏金を具備しており、該環状立壁部の環状内壁面に囲まれた凹部は、該環状立壁部の環状内壁面及び環状突出部の環状外壁面に囲まれた外側凹部と、環状突出部の環状内壁面に囲まれた内側凹部とを含んでおり、環状立壁部の環状内壁面と環状突出部の環状外壁面との間における該裏金本体部の一方の面には、少なくとも一つの環状凹溝が当該一方の面で外側凹部に開口して形成されており、該裏金本体部には、当該裏金本体部の外周面からその中央部に向けて伸びていると共に該環状凹溝に連通した流通孔が形成されており、該外側凹部及び内側凹部の夫々には、多孔質金属焼結層が少なくとも裏金本体部の一方の面に接合層を介して接合されて配されており、内側凹部に配された多孔質金属焼結層は、内側凹部において裏金本体部の一方の面からの圧縮気体の供給を受けないようになっている一方、該環状凹溝は、流通孔から外側凹部に配された多孔質金属焼結層への圧縮気体の供給通路となっていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の多孔質静圧気体軸受によれば、裏金本体部の一方の面からの圧縮気体の供給を受けない内側凹部に配された多孔質金属焼結層が軸受すきま（静圧気体軸受の軸受面と相手材との間）において気体膜を形成した圧縮気体に対してダンパのような減衰効果を果たすことにより、自励振動の発生が抑制される。具体的には、自励振動が生じようとするときに、軸受すきまに存在する圧縮気体が内側凹部に配された多孔質金属焼結層の露出表面の多数の微小開口を通じて当該多孔質金属焼結層の内部の多数の細孔に出入りし、この出入において内側凹部に配された当該多孔質金属焼結層の細孔で圧縮気体に対して流体粘性摩擦が生じることにより自励振動が抑制されることになる。
【００１１】
好ましい例では、外側凹部に配された多孔質金属焼結層において支持すべき相手材に対面して露出する露出表面と内側凹部に配された多孔質金属焼結層において支持すべき相手材に対面して露出する露出表面との面積比率は、１：０．２〜０．５であり、面積比率が斯かる範囲の値であると、自励振動を好ましく抑制することができる。
【００１２】
内側凹部及び外側凹部のうちの少なくとも一方に配された多孔質金属焼結層は、好ましい例では、４重量％以上１０重量％以下の錫と、１０重量％以上４０重量％以下のニッケルと、０．１重量％以上０．５重量％未満の燐と、２重量％以上１０重量％以下の無機物質粒子と、残部が銅からなる。
【００１３】
この例の多孔質静圧気体軸受では、焼結過程において液相のＮｉ３Ｐを発生する成分の燐成分が０．１重量％以上０．５重量％未満の含有量であるために、液相のＮｉ３Ｐの発生量が少なくなり、焼結時に液相のＮｉ３Ｐが流れ出すことがないために、裏金本体部の一方の面に形成された環状凹溝を塞ぐことがなく、多孔質金属焼結層を接合層に接合するのに必要な量の液相のＮｉ３Ｐとなり、接合層を介する多孔質金属焼結層と裏金本体部の一方の面との接合力が高められ、しかも、液相のＮｉ３Ｐの発生量が少ないことにより焼結後の冷却（放冷）時の多孔質金属焼結層の収縮量が少ないので、多孔質金属焼結層の収縮に起因する裏金本体部の一方の面と多孔質金属焼結層との接合層を介する接合面での多孔質金属焼結層の剥離を生じることがない。斯かる利点は、多孔質金属焼結層と環状立壁部の環状内壁面及び環状突出部の環状外壁面との接合並びに多孔質金属焼結層と環状突出部の環状内壁面との接合に対しても生じ得る。
【００１４】
多孔質金属焼結層に分散含有される無機物質粒子は、好ましくは、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、酸化珪素及び炭化珪素のうちの少なくとも一つが選択されて使用される。
【００１５】
多孔質金属焼結層に分散含有された斯かる無機物質粒子は、このもの自体が機械加工によって塑性変形することがなく、加えて多孔質金属焼結層の素地の金属部分の塑性変形を分断して軽減する働きにより、軸受面（露出表面）の形成のための切削加工又は研削加工等の機械加工における多孔質金属焼結層の細孔の露出表面に存在する開口の目詰まりを抑えることができる。
【００１６】
外側凹部に配された多孔質金属焼結層は、裏金の一方の面に加えて、環状立壁部の環状内壁面及び環状突出部の環状外壁面に接合層を介して一体的に接合されているとよく、同じく、内側凹部に配された多孔質金属焼結層も、裏金の一方の面に加えて、環状突出部の環状内壁面に接合層を介して一体的に接合されているとよい。
【００１７】
環状立壁部の頂面、環状突出部の頂面、外側凹部に配された多孔質金属焼結層の露出表面及び内側凹部に配された多孔質金属焼結層の露出表面は、好ましくは、互いに面一に配されるのであるが、斯かる前提において、内側凹部の深さは、外側凹部の深さと同一であっても、外側凹部の深さよりも例えば０．３ｍｍ程度若干大きくてもよく、より具体的には、内側凹部に配された多孔質金属焼結層は、外側凹部に配された多孔質金属焼結層の厚みと同一の厚みであっても、外側凹部に配された多孔質金属焼結層の厚みよりも例えば０．３ｍｍ程度若干大きな厚みであってよい。
【００１８】
各接合層は、一つの例では、ニッケルメッキ層と該ニッケルメッキ層に接合された銅メッキ層との二層のメッキ層を含んでおり、斯かる例では、外側凹部におけるニッケルメッキ層は、外側凹部における裏金本体部の一方の面と環状立壁部の環状内壁面と環状突出部の環状外壁面とに接合されており、外側凹部に配された多孔質金属焼結層は、外側凹部におけるニッケルメッキ層に接合された銅メッキ層に接合されており、内側凹部におけるニッケルメッキ層は、内側凹部における裏金本体部の一方の面と環状突出部の環状内壁面とに接合されており、内側凹部に配された多孔質金属焼結層は、内側凹部におけるニッケルメッキ層に接合された銅メッキ層に接合されているとよい。本例の多孔質静圧気体軸受によれば、裏金と接合層とは強固な接合力をもって並びに裏金に接合された接合層と多孔質金属焼結層とは強固な接合力をもって夫々接合されることになる。
【００１９】
本発明による多孔質静圧気体軸受は、スラスト軸受として用いられるのが好ましいが、これに限定されず、例えば、ラジアル軸受として用いられてもよく、スラスト軸受として用いられる場合には、裏金は、円盤状の形状を好ましい例として挙げることができ、ラジアル軸受として用いられる場合には、裏金は、円筒状の形状を好ましい例として挙げることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、軸受剛性及び負荷容量が大きく、自励振動の発生を抑制することのできる多孔質静圧気体軸受を提供し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明の実施の形態の例を、図に示す好ましい例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例に何等限定されないのである。
【実施例】
【００２２】
図１及び図２において、本例の多孔質静圧気体軸受２０は、円盤状の裏金本体部２１と、裏金本体部２１の一方の円形の面２２の外周縁に立設された円形の環状立壁部２３と、環状立壁部２３と同心状であって環状立壁部２３に囲まれて裏金本体部２１の一方の面２２に立設された円形の環状突出部２４とを一体的に備えたステンレス鋼からなる裏金２５を具備しており、環状立壁部２３の環状内壁面２６に囲まれた円形の凹部２７は、環状立壁部２３の環状内壁面２６及び環状突出部２４の環状外壁面２８に囲まれた円環状の外側凹部２９と環状突出部２４の環状内壁面３０に囲まれた円形の内側凹部３１とに二分されて当該外側凹部２９と内側凹部３１とを含んでいる。
【００２３】
環状立壁部２３の環状内壁面２６と環状突出部２４の環状外壁面２８との間における裏金本体部２１の一方の面２２には、少なくとも一つ、本例では一つの円形の環状凹溝３５が環状立壁部２３と同心状であって当該一方の面２２で外側凹部２９に開口して形成されており、裏金本体部２１には、当該裏金本体部２１の円筒状の外周面３６で開口すると共に当該外周面３６から裏金本体部２１の中央部に向けて伸びて環状凹溝３５に連通した流通孔３７が形成されている。
【００２４】
外側凹部２９には、裏金本体部２１の一方の面２２と環状立壁部２３の環状内壁面２６と環状突出部２４の環状外壁面２８との夫々に接合層４１を介して多孔質金属焼結層４２が一体に接合されて配されており、内側凹部３１には、裏金本体部２１の一方の面２２と環状突出部２４の環状内壁面３０との夫々に接合層４３を介して多孔質金属焼結層４４が一体に接合されて配されている。
【００２５】
内側凹部３１に配された多孔質金属焼結層４４は、裏金本体部２１及び接合層４３により内側凹部３１において裏金本体部２１の一方の面２２からの圧縮気体の供給を受けないようになっている一方、外側凹部２９に開口した環状凹溝３５は、流通孔３７から外側凹部２９に配された多孔質金属焼結層４２への圧縮気体の供給通路となっている。
【００２６】
多孔質金属焼結層４２及び４４の夫々は、その全表面の無秩序な多数の部位で開口すると共に無秩序に互いに連通する多数の細孔を内部に有している。
【００２７】
外側凹部２９に配された多孔質金属焼結層４２において支持すべき相手材に対面して露出する露出表面５１（細孔の開口面を含む）と内側凹部３１に配された多孔質金属焼結層４４において支持すべき相手材に対面して露出する露出表面５２（細孔の開口面を含む）との表面積比率は、１：０．２〜０．５である。
【００２８】
裏金２５を形成するステンレス鋼としては、オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼又はフェライト系ステンレス鋼が使用される。とくに、クロム（Ｃｒ）含有量の少ないマルテンサイト系ステンレス鋼又はフェライト系ステンレス鋼は好ましいものである。
【００２９】
接合層４１及び４３の夫々は、ニッケルメッキ層とこのニッケルメッキ層に接合された銅メッキ層との二層のメッキ層を含んでおり、外側凹部２９におけるニッケルメッキ層は、裏金本体部２１の一方の面２２と環状立壁部２３の環状内壁面２６と環状突出部２４の環状外壁面２８とに接合されており、外側凹部２９に配された多孔質金属焼結層４２は、外側凹部２９におけるニッケルメッキ層に接合された銅メッキ層に接合されており、内側凹部３１におけるニッケルメッキ層は、裏金本体部２１の一方の面２２と環状突出部２４の環状内壁面３０とに接合されており、内側凹部３１に配された多孔質金属焼結層４４は、内側凹部３１におけるニッケルメッキ層に接合された銅メッキ層に接合されている。接合層４１及び４３を介する裏金２５への多孔質金属焼結層４２及び４４の接合部に剥離等を生じさせないためには、多孔質金属焼結層４２及び４４を形成する圧粉体のメッキ層への圧接の程度にもよるが、ニッケルメッキ層は、２μｍ以上２０μｍ以下、好ましくは３μｍ以上１５μｍ以下の厚さを有しており、銅メッキ層は、１０μｍ以上２５μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上２０μｍ以下の厚みを有している。
【００３０】
本例では、環状立壁部２３の環状の頂面５５、環状突出部２４の環状の頂面５６、多孔質金属焼結層４２の露出表面５１及び多孔質金属焼結層４４の露出表面５２は、互いに面一に配されており、内側凹部３１の深さは、外側凹部２９の深さと同一であり、より具体的には、多孔質金属焼結層４２は、多孔質金属焼結層４４の厚みと同一の厚みであるが、これに代えて、多孔質金属焼結層４４は、多孔質金属焼結層４２の厚みよりも大きな厚みをもっていてもよく、更には、内側凹部３１に配される多孔質金属焼結層４４は、その露出表面５２のみを頂面５５、頂面５６及び露出表面５１に対して凹ませて形成されてもよい。
【００３１】
多孔質金属焼結層４２及び４４夫々は、４重量％以上１０重量％以下の錫と、１０重量％以上４０重量％以下のニッケルと、０．１重量％以上０．５重量％未満の燐と、２重量％以上１０重量％以下の無機物質粒子と、残部が銅とからなる。成分中の燐成分は、多孔質金属焼結層４２及び４４の中間素材としての圧粉体の焼結過程において液相のＮｉ３Ｐを生成し、焼結を進行させると共に外側凹部２９における裏金本体部２１の一方の面２２と環状立壁部２３の環状内壁面２６と環状突出部２４の環状外壁面２８とに形成された接合層４１並びに内側凹部３１における裏金本体部２１の一方の面２２と環状突出部２４の環状内壁面３０とに形成された接合層４３へのニッケル成分の拡散を助長し、圧粉体の焼結により得られた多孔質金属焼結層４２及び４４を接合層４１及び４３に強固に一体にさせる役割を果たす。
【００３２】
また、燐成分の配合量を０．１重量％以上０．５重量％未満とすることにより、多孔質金属焼結層４２及び４４の焼結後冷却時の収縮量を低く抑えることができ、多孔質金属焼結層４２及び４４の収縮に起因する外側凹部２９における裏金本体部２１の一方の面２２と環状立壁部２３の環状内壁面２６と環状突出部２４の環状外壁面２８とに形成された接合層４１並びに内側凹部３１における裏金本体部２１の一方の面２２と環状突出部２４の環状内壁面３０とに形成された接合層４３からの多孔質金属焼結層４２及び４４の剥離等を生じることはない。さらに、燐成分の配合量を少なくして液相のＮｉ３Ｐの生成量を少なくすることにより、多孔質金属焼結層４２及び４４の気孔（細孔）率が高められ、多孔質金属焼結層４２の細孔を流通する圧縮気体の圧力損失が低下することによって、多孔質金属焼結層４２の露出表面５１から噴出する気体圧力が相対的に高まり浮上量を高めることができる上に、多孔質金属焼結層４４内の細孔への圧縮気体の出入りを比較的多くできることによって、多孔質金属焼結層４４による減衰効果を高めることができる。
【００３３】
多孔質金属焼結層４２及び４４に分散含有される無機物質粒子は、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からなる。これらは、多くの金属材料のように塑性変形することはなく、無機物質である。このような無機物質粒子が多孔質金属焼結層４２及び４４の錫、ニッケル、燐及び銅からなる素地（粒界）中に分散含有されていると、このもの自体が機械加工によって塑性変形することがなく、加えて、多孔質金属焼結層４２及び４４の素地の金属部分の塑性変形を分断し軽減する働きがあるため、機械加工における多孔質金属焼結層４２及び４４の気孔（細孔）の開口での目詰まりを抑えることができる。そして、これら無機物質粒子の配合量は、２重量％以上１０重量％以下の割合が適当である。配合量が２重量％未満では多孔質金属焼結層４２及び４４の素地の金属部分の塑性変形を分断し軽減する働きが充分発揮されず、また配合量が１０重量％を超えると、多孔質金属焼結層４２及び４４の焼結性を阻害する。
【００３４】
以上の多孔質静圧気体軸受２０では、裏金２５の外周面３６からその中央部に向けて形成された流通孔３７に圧縮気体が供給されると、この圧縮気体は、外側凹部２９において裏金本体部２１の一方の面２２に形成された環状凹溝３５に導入され、環状凹溝３５に導入された圧縮気体は、多孔質金属焼結層４２の細孔に導入され、多孔質金属焼結層４２の細孔に導入された圧縮気体は、軸受面となる多孔質金属焼結層４２の露出表面５１から噴出されて露出表面５１と対面した相手材である例えば可動体との間の軸受すきまに気体膜（空気膜）を形成し、可動体を可動に支持する。
【００３５】
斯かる多孔質静圧気体軸受２０によれば、内側凹部３１において裏金本体部２１の一方の面２２に接合された多孔質金属焼結層４４が流通孔３７からの直接的な圧縮気体の供給を受けない一方、軸受すきま内に存在する圧縮気体が多孔質金属焼結層４４の露出表面５２の多数の微小開口を通じて多孔質金属焼結層４４の内部の多数の細孔に出入りし、この出入において多孔質金属焼結層４４の細孔で圧縮気体に対して流体粘性摩擦が生じることになり、多孔質金属焼結層４４が軸受すきま内に存在する圧縮気体に対してダンパのような減衰効果を果たすため、可動体の振動が抑制される。
【００３６】
次に、図１及び２に示す本発明の多孔質静圧気体軸受２０と図５に示す比較例の多孔質静圧気体軸受２０ａとについて、自励振動の発生の有無を試験するべく、次の寸法諸元を有する試験体とした。
【００３７】
＜図１及び図２に示す本発明の多孔質静圧気体軸受２０の試験体の寸法諸元＞
円盤状の裏金２５ ：外径４８ｍｍ、厚さ１０．５ｍｍ
環状立壁部２３ ：内径４０ｍｍ
環状突出部２４ ：内径２２ｍｍ、外径２４ｍｍ
外側凹部２９ ：幅 ８ｍｍ、 深さ２．１ｍｍ
内側凹部３１ ：直径２２ｍｍ、深さ２．１ｍｍ
環状凹溝３５ ：幅 ２ｍｍ、 深さ１．５ｍｍ
外側凹部２９の開口面積と内側凹部３１の開口面積の比率は、１：０．４７である。
【００３８】
そして、外側凹部２９における一方の面２２、環状立壁部２３の環状内壁面２６及び環状突出部２４の環状外壁面２８と、内側凹部３１における一方の面２２及び環状突出部２４の環状内壁面３０とに、それぞれ厚さ３μｍのニッケルメッキ層と該ニッケルメッキ層の表面に厚さ１０μｍの銅メッキ層との二層のメッキ層が形成されており、該二層メッキ層を介して銅５８．５８重量％、錫８重量％、ニッケル２８重量％、燐０．４２重量％、黒鉛５重量％からなる多孔質金属焼結層４２及び４４が一体に裏金２５に接合されている。
【００３９】
＜図５に示す比較例の多孔質静圧気体軸受２０ａの試験体の寸法諸元＞
円盤状の裏金２５ａ：外径４８ｍｍ、厚さ１０．５ｍｍ
環状立壁部２３ａ ：内径４０ｍｍ
凹部２７ａ ：深さ２．１ｍｍ
環状凹溝３５ａ ：幅２ｍｍ、 深さ１．５ｍｍ
【００４０】
そして、環状立壁部２３ａの環状内壁面２６ａと環状内壁面２６ａに囲まれた円形の凹部２７ａにおける裏金本体部２１ａの一方の面２２ａとに、それぞれ厚さ３μｍのニッケルメッキ層と該ニッケルメッキ層の表面に厚さ１０μｍの銅メッキ層との二層のメッキ層が形成されており、該二層メッキ層を介して銅５８．５８重量％、錫８重量％、ニッケル２８重量％、燐０．４２重量％、黒鉛５重量％からなる多孔質金属焼結層４２ａが一体に接合されている。
【００４１】
上記した寸法諸元を有する本発明の多孔質静圧気体軸受２０と比較例の多孔質静圧気体軸受２０ａについて、軸受すきまｈと無次元動剛性Ｋｄの関係及び軸受すきまｈと無次元減衰係数Ｂの関係を試験し、自励振動の発生の有無について調査した結果を説明する。ここで、無次元動剛性Ｋｄ及び無次元減衰係数Ｂは、試験結果より、以下に示す計算式によって求めた。
無次元動剛性Ｋｄ=ｋｄ・ｈ／（Ｐｓｇ・Ｓ）
無次元減衰係数Ｂ=ｂ・ω・ｈ／（Ｐａ・Ｓ）
上式中、ｋｄは測定された動剛性、Ｐｓｇは給気圧、Ｓは露出表面５１及び５２並びに頂面５６の合計面積（＝π×（４０／２）２）、ｂは測定された減衰係数、ωは測定された振動角速度であり、Ｐａは大気圧である。
【００４２】
図３は、軸受すきまｈと無次元動剛性Ｋｄの関係を示すグラフであり、図４は、軸受すきまｈと無次元減衰係数Ｂの関係を示すグラフである。なお、図３及び図４において、「黒丸」が図５に示す比較例の多孔質静圧気体軸受２０ａの試験結果であり、「白丸」が図１及び図２に示す本発明の多孔質静圧気体軸受２０の試験結果である。
【００４３】
図４のグラフから分かるように、比較例の多孔質静圧気体軸受２０ａは、軸受すきまｈが８〜１５μｍの範囲で減衰係数が負となり自励振動が発生しているのに対し、本発明の多孔質静圧気体軸受２０は、減衰係数が負の値とならず、自励振動が発生していない。
【００４４】
以上の実験結果から、本発明の多孔質静圧気体軸受２０は、内側凹部３１に配された多孔質金属焼結層４４が流通孔３７からの直接的な圧縮気体の供給を受けないので、軸受すきま内に存在する気体が多孔質金属焼結層４４の多数の開口を通じて多孔質金属焼結層４４の内部の細孔に出入りし、この出入りおいて多孔質金属焼結層４４の金属組織と無機物質粒子との境界の狭い空間（細孔）で流体粘性摩擦が生じることにより自励振動の発生が効果的に抑制され、多孔質金属焼結層４４の細孔がダンパのような減衰効果を果たすことになる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の多孔質静圧気体軸受の平面図である。
【図２】図１に示す多孔質静圧気体軸受のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
【図３】多孔質静圧気体軸受の軸受すきまｈと無次元動剛性Ｋｄの関係の試験結果を示すグラフである。
【図４】多孔質静圧気体軸受の軸受すきまｈと無次元減衰係数Ｂの関係の試験結果を示すグラフである。
【図５】比較例の多孔質静圧気体軸受を示す断面図である。
【図６】従来の静圧気体軸受を示す底面図である。
【図７】図６の縦断面図である。
【図８】従来の他の静圧気体軸受を示す底面図である。
【図９】図８の縦断面図である。
【図１０】従来の他の静圧気体軸受を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
２０ 多孔質静圧気体軸受
２１ 裏金本体部
２２ 面
２３ 環状立壁部
２４ 環状突出部
２５ 裏金
２７ 凹部
２８ 環状外壁面
２９ 外側凹部
３０ 環状内壁面
３１ 内側凹部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔質静圧気体軸受、とくに自励振動の発生を抑制した多孔質静圧気体軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特公平５−４５２７号公報
【特許文献２】特開平６−３３７０１４号公報
【０００３】
静圧気体軸受は、その軸受面で支持する可動体との間に気体膜を形成して、この気体膜を介して可動体を可動に支持するものであるため、摩擦係数が極めて低いこと、高精度な運動形態が容易であること、軸受すきまに潤滑油及び給油を必要としなくクリーンであること、などの特長をもっている反面、圧縮気体の気体膜により可動体を支持するために負荷容量が比較的低いという欠点を有している。
【０００４】
この種の静圧気体軸受において、剛性と負荷容量を向上させるために、図６及び図７に示すように、軸受パッド１の下面周部を環状の平坦部２に形成すると共に、平坦部２の内面を凹部（ポケット）３に形成し、さらに凹部３の中央部にオリフィス４を設けたものがある。しかし、この構造の静圧気体軸受は、凹部３の容量が大きいので、剛性は高められる反面、気体の圧縮性に起因する自励振動（ニューマチックハンマ）が発生し易くなるという問題がある（特許文献１の図３及び図４参照）。
【０００５】
この自励振動の発生を抑制する手段として、図８及び図９に示すように、軸受パッド１の周部に平坦部２を形成すると共に、平坦部２の内部を凹部３に形成し、凹部３に梨子地状の微細な凸部５を多数密集して形成し、凹部３にオリフィス４を設けた構造の静圧気体軸受が提案されている（特許文献１参照）。この静圧気体軸受では、オリフィス４から供給された圧縮気体は各凸部５、５間の隙間を通って放射状方向に外周部に向かって流れ、気体圧力は中央部より外周部に向かってほぼ同心円状に徐々に低下して大気圧に至るために、圧力変化が急峻でなくなり、自励振動が発生しないというものである。
【０００６】
また、自励振動の発生を抑制する他の手段として、図１０に示すように、絞り（オリフィス）６を有する軸受部材７のスラスト軸受面８と軸受すきまｈを介して対向する相手部材９のスラスト受け面１０に窪み１１を形成し、この窪み１１に平板状の多孔質部材１２を埋め込んだ構造の静圧気体軸受が提案されている（特許文献２参照）。この静圧気体軸受では、軸受すきまｈに供給された圧縮気体の膨張収縮の挙動がその多孔質部材１２自体が持つ通気抵抗や内部に存在する細孔の作用で自励振動を抑制するというものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した静圧気体軸受においては、いずれも圧縮気体をオリフィスを介して軸受すきまに供給するものであり、設計にあたっては、凹部（ポケット）の大きさ、オリフィスの形状及び寸法並びに軸受すきま等を十分検討しなくてはならず、煩雑さを伴うものである。
【０００８】
本発明は前記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、軸受剛性及び負荷容量が大きく、自励振動の発生を効果的に抑制することのできる多孔質静圧気体軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の多孔質静圧気体軸受は、裏金本体部と、該裏金本体部の一方の面の外周縁に立設された環状立壁部と、該環状立壁部に囲まれて裏金本体部の一方の面に立設された環状突出部とを備えた裏金を具備しており、該環状立壁部の環状内壁面に囲まれた凹部は、該環状立壁部の環状内壁面及び環状突出部の環状外壁面に囲まれた外側凹部と、環状突出部の環状内壁面に囲まれた内側凹部とを含んでおり、環状立壁部の環状内壁面と環状突出部の環状外壁面との間における該裏金本体部の一方の面には、少なくとも一つの環状凹溝が当該一方の面で外側凹部に開口して形成されており、該裏金本体部には、当該裏金本体部の外周面からその中央部に向けて伸びていると共に該環状凹溝に連通した流通孔が形成されており、該外側凹部及び内側凹部の夫々には、多孔質金属焼結層が少なくとも裏金本体部の一方の面に接合層を介して接合されて配されており、内側凹部に配された多孔質金属焼結層は、内側凹部において裏金本体部の一方の面からの圧縮気体の供給を受けないようになっている一方、該環状凹溝は、流通孔から外側凹部に配された多孔質金属焼結層への圧縮気体の供給通路となっていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の多孔質静圧気体軸受によれば、裏金本体部の一方の面からの圧縮気体の供給を受けない内側凹部に配された多孔質金属焼結層が軸受すきま（静圧気体軸受の軸受面と相手材との間）において気体膜を形成した圧縮気体に対してダンパのような減衰効果を果たすことにより、自励振動の発生が抑制される。具体的には、自励振動が生じようとするときに、軸受すきまに存在する圧縮気体が内側凹部に配された多孔質金属焼結層の露出表面の多数の微小開口を通じて当該多孔質金属焼結層の内部の多数の細孔に出入りし、この出入において内側凹部に配された当該多孔質金属焼結層の細孔で圧縮気体に対して流体粘性摩擦が生じることにより自励振動が抑制されることになる。
【００１１】
好ましい例では、外側凹部に配された多孔質金属焼結層において支持すべき相手材に対面して露出する露出表面と内側凹部に配された多孔質金属焼結層において支持すべき相手材に対面して露出する露出表面との面積比率は、１：０．２〜０．５であり、面積比率が斯かる範囲の値であると、自励振動を好ましく抑制することができる。
【００１２】
内側凹部及び外側凹部のうちの少なくとも一方に配された多孔質金属焼結層は、好ましい例では、４重量％以上１０重量％以下の錫と、１０重量％以上４０重量％以下のニッケルと、０．１重量％以上０．５重量％未満の燐と、２重量％以上１０重量％以下の無機物質粒子と、残部が銅からなる。
【００１３】
この例の多孔質静圧気体軸受では、焼結過程において液相のＮｉ３Ｐを発生する成分の燐成分が０．１重量％以上０．５重量％未満の含有量であるために、液相のＮｉ３Ｐの発生量が少なくなり、焼結時に液相のＮｉ３Ｐが流れ出すことがないために、裏金本体部の一方の面に形成された環状凹溝を塞ぐことがなく、多孔質金属焼結層を接合層に接合するのに必要な量の液相のＮｉ３Ｐとなり、接合層を介する多孔質金属焼結層と裏金本体部の一方の面との接合力が高められ、しかも、液相のＮｉ３Ｐの発生量が少ないことにより焼結後の冷却（放冷）時の多孔質金属焼結層の収縮量が少ないので、多孔質金属焼結層の収縮に起因する裏金本体部の一方の面と多孔質金属焼結層との接合層を介する接合面での多孔質金属焼結層の剥離を生じることがない。斯かる利点は、多孔質金属焼結層と環状立壁部の環状内壁面及び環状突出部の環状外壁面との接合並びに多孔質金属焼結層と環状突出部の環状内壁面との接合に対しても生じ得る。
【００１４】
多孔質金属焼結層に分散含有される無機物質粒子は、好ましくは、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、酸化珪素及び炭化珪素のうちの少なくとも一つが選択されて使用される。
【００１５】
多孔質金属焼結層に分散含有された斯かる無機物質粒子は、このもの自体が機械加工によって塑性変形することがなく、加えて多孔質金属焼結層の素地の金属部分の塑性変形を分断して軽減する働きにより、軸受面（露出表面）の形成のための切削加工又は研削加工等の機械加工における多孔質金属焼結層の細孔の露出表面に存在する開口の目詰まりを抑えることができる。
【００１６】
外側凹部に配された多孔質金属焼結層は、裏金の一方の面に加えて、環状立壁部の環状内壁面及び環状突出部の環状外壁面に接合層を介して一体的に接合されているとよく、同じく、内側凹部に配された多孔質金属焼結層も、裏金の一方の面に加えて、環状突出部の環状内壁面に接合層を介して一体的に接合されているとよい。
【００１７】
環状立壁部の頂面、環状突出部の頂面、外側凹部に配された多孔質金属焼結層の露出表面及び内側凹部に配された多孔質金属焼結層の露出表面は、好ましくは、互いに面一に配されるのであるが、斯かる前提において、内側凹部の深さは、外側凹部の深さと同一であっても、外側凹部の深さよりも例えば０．３ｍｍ程度若干大きくてもよく、より具体的には、内側凹部に配された多孔質金属焼結層は、外側凹部に配された多孔質金属焼結層の厚みと同一の厚みであっても、外側凹部に配された多孔質金属焼結層の厚みよりも例えば０．３ｍｍ程度若干大きな厚みであってよい。
【００１８】
各接合層は、一つの例では、ニッケルメッキ層と該ニッケルメッキ層に接合された銅メッキ層との二層のメッキ層を含んでおり、斯かる例では、外側凹部におけるニッケルメッキ層は、外側凹部における裏金本体部の一方の面と環状立壁部の環状内壁面と環状突出部の環状外壁面とに接合されており、外側凹部に配された多孔質金属焼結層は、外側凹部におけるニッケルメッキ層に接合された銅メッキ層に接合されており、内側凹部におけるニッケルメッキ層は、内側凹部における裏金本体部の一方の面と環状突出部の環状内壁面とに接合されており、内側凹部に配された多孔質金属焼結層は、内側凹部におけるニッケルメッキ層に接合された銅メッキ層に接合されているとよい。本例の多孔質静圧気体軸受によれば、裏金と接合層とは強固な接合力をもって並びに裏金に接合された接合層と多孔質金属焼結層とは強固な接合力をもって夫々接合されることになる。
【００１９】
本発明による多孔質静圧気体軸受は、スラスト軸受として用いられるのが好ましいが、これに限定されず、例えば、ラジアル軸受として用いられてもよく、スラスト軸受として用いられる場合には、裏金は、円盤状の形状を好ましい例として挙げることができ、ラジアル軸受として用いられる場合には、裏金は、円筒状の形状を好ましい例として挙げることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、軸受剛性及び負荷容量が大きく、自励振動の発生を抑制することのできる多孔質静圧気体軸受を提供し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明の実施の形態の例を、図に示す好ましい例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例に何等限定されないのである。
【実施例】
【００２２】
図１及び図２において、本例の多孔質静圧気体軸受２０は、円盤状の裏金本体部２１と、裏金本体部２１の一方の円形の面２２の外周縁に立設された円形の環状立壁部２３と、環状立壁部２３と同心状であって環状立壁部２３に囲まれて裏金本体部２１の一方の面２２に立設された円形の環状突出部２４とを一体的に備えたステンレス鋼からなる裏金２５を具備しており、環状立壁部２３の環状内壁面２６に囲まれた円形の凹部２７は、環状立壁部２３の環状内壁面２６及び環状突出部２４の環状外壁面２８に囲まれた円環状の外側凹部２９と環状突出部２４の環状内壁面３０に囲まれた円形の内側凹部３１とに二分されて当該外側凹部２９と内側凹部３１とを含んでいる。
【００２３】
環状立壁部２３の環状内壁面２６と環状突出部２４の環状外壁面２８との間における裏金本体部２１の一方の面２２には、少なくとも一つ、本例では一つの円形の環状凹溝３５が環状立壁部２３と同心状であって当該一方の面２２で外側凹部２９に開口して形成されており、裏金本体部２１には、当該裏金本体部２１の円筒状の外周面３６で開口すると共に当該外周面３６から裏金本体部２１の中央部に向けて伸びて環状凹溝３５に連通した流通孔３７が形成されている。
【００２４】
外側凹部２９には、裏金本体部２１の一方の面２２と環状立壁部２３の環状内壁面２６と環状突出部２４の環状外壁面２８との夫々に接合層４１を介して多孔質金属焼結層４２が一体に接合されて配されており、内側凹部３１には、裏金本体部２１の一方の面２２と環状突出部２４の環状内壁面３０との夫々に接合層４３を介して多孔質金属焼結層４４が一体に接合されて配されている。
【００２５】
内側凹部３１に配された多孔質金属焼結層４４は、裏金本体部２１及び接合層４３により内側凹部３１において裏金本体部２１の一方の面２２からの圧縮気体の供給を受けないようになっている一方、外側凹部２９に開口した環状凹溝３５は、流通孔３７から外側凹部２９に配された多孔質金属焼結層４２への圧縮気体の供給通路となっている。
【００２６】
多孔質金属焼結層４２及び４４の夫々は、その全表面の無秩序な多数の部位で開口すると共に無秩序に互いに連通する多数の細孔を内部に有している。
【００２７】
外側凹部２９に配された多孔質金属焼結層４２において支持すべき相手材に対面して露出する露出表面５１（細孔の開口面を含む）と内側凹部３１に配された多孔質金属焼結層４４において支持すべき相手材に対面して露出する露出表面５２（細孔の開口面を含む）との表面積比率は、１：０．２〜０．５である。
【００２８】
裏金２５を形成するステンレス鋼としては、オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼又はフェライト系ステンレス鋼が使用される。とくに、クロム（Ｃｒ）含有量の少ないマルテンサイト系ステンレス鋼又はフェライト系ステンレス鋼は好ましいものである。
【００２９】
接合層４１及び４３の夫々は、ニッケルメッキ層とこのニッケルメッキ層に接合された銅メッキ層との二層のメッキ層を含んでおり、外側凹部２９におけるニッケルメッキ層は、裏金本体部２１の一方の面２２と環状立壁部２３の環状内壁面２６と環状突出部２４の環状外壁面２８とに接合されており、外側凹部２９に配された多孔質金属焼結層４２は、外側凹部２９におけるニッケルメッキ層に接合された銅メッキ層に接合されており、内側凹部３１におけるニッケルメッキ層は、裏金本体部２１の一方の面２２と環状突出部２４の環状内壁面３０とに接合されており、内側凹部３１に配された多孔質金属焼結層４４は、内側凹部３１におけるニッケルメッキ層に接合された銅メッキ層に接合されている。接合層４１及び４３を介する裏金２５への多孔質金属焼結層４２及び４４の接合部に剥離等を生じさせないためには、多孔質金属焼結層４２及び４４を形成する圧粉体のメッキ層への圧接の程度にもよるが、ニッケルメッキ層は、２μｍ以上２０μｍ以下、好ましくは３μｍ以上１５μｍ以下の厚さを有しており、銅メッキ層は、１０μｍ以上２５μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上２０μｍ以下の厚みを有している。
【００３０】
本例では、環状立壁部２３の環状の頂面５５、環状突出部２４の環状の頂面５６、多孔質金属焼結層４２の露出表面５１及び多孔質金属焼結層４４の露出表面５２は、互いに面一に配されており、内側凹部３１の深さは、外側凹部２９の深さと同一であり、より具体的には、多孔質金属焼結層４２は、多孔質金属焼結層４４の厚みと同一の厚みであるが、これに代えて、多孔質金属焼結層４４は、多孔質金属焼結層４２の厚みよりも大きな厚みをもっていてもよく、更には、内側凹部３１に配される多孔質金属焼結層４４は、その露出表面５２のみを頂面５５、頂面５６及び露出表面５１に対して凹ませて形成されてもよい。
【００３１】
多孔質金属焼結層４２及び４４夫々は、４重量％以上１０重量％以下の錫と、１０重量％以上４０重量％以下のニッケルと、０．１重量％以上０．５重量％未満の燐と、２重量％以上１０重量％以下の無機物質粒子と、残部が銅とからなる。成分中の燐成分は、多孔質金属焼結層４２及び４４の中間素材としての圧粉体の焼結過程において液相のＮｉ３Ｐを生成し、焼結を進行させると共に外側凹部２９における裏金本体部２１の一方の面２２と環状立壁部２３の環状内壁面２６と環状突出部２４の環状外壁面２８とに形成された接合層４１並びに内側凹部３１における裏金本体部２１の一方の面２２と環状突出部２４の環状内壁面３０とに形成された接合層４３へのニッケル成分の拡散を助長し、圧粉体の焼結により得られた多孔質金属焼結層４２及び４４を接合層４１及び４３に強固に一体にさせる役割を果たす。
【００３２】
また、燐成分の配合量を０．１重量％以上０．５重量％未満とすることにより、多孔質金属焼結層４２及び４４の焼結後冷却時の収縮量を低く抑えることができ、多孔質金属焼結層４２及び４４の収縮に起因する外側凹部２９における裏金本体部２１の一方の面２２と環状立壁部２３の環状内壁面２６と環状突出部２４の環状外壁面２８とに形成された接合層４１並びに内側凹部３１における裏金本体部２１の一方の面２２と環状突出部２４の環状内壁面３０とに形成された接合層４３からの多孔質金属焼結層４２及び４４の剥離等を生じることはない。さらに、燐成分の配合量を少なくして液相のＮｉ３Ｐの生成量を少なくすることにより、多孔質金属焼結層４２及び４４の気孔（細孔）率が高められ、多孔質金属焼結層４２の細孔を流通する圧縮気体の圧力損失が低下することによって、多孔質金属焼結層４２の露出表面５１から噴出する気体圧力が相対的に高まり浮上量を高めることができる上に、多孔質金属焼結層４４内の細孔への圧縮気体の出入りを比較的多くできることによって、多孔質金属焼結層４４による減衰効果を高めることができる。
【００３３】
多孔質金属焼結層４２及び４４に分散含有される無機物質粒子は、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からなる。これらは、多くの金属材料のように塑性変形することはなく、無機物質である。このような無機物質粒子が多孔質金属焼結層４２及び４４の錫、ニッケル、燐及び銅からなる素地（粒界）中に分散含有されていると、このもの自体が機械加工によって塑性変形することがなく、加えて、多孔質金属焼結層４２及び４４の素地の金属部分の塑性変形を分断し軽減する働きがあるため、機械加工における多孔質金属焼結層４２及び４４の気孔（細孔）の開口での目詰まりを抑えることができる。そして、これら無機物質粒子の配合量は、２重量％以上１０重量％以下の割合が適当である。配合量が２重量％未満では多孔質金属焼結層４２及び４４の素地の金属部分の塑性変形を分断し軽減する働きが充分発揮されず、また配合量が１０重量％を超えると、多孔質金属焼結層４２及び４４の焼結性を阻害する。
【００３４】
以上の多孔質静圧気体軸受２０では、裏金２５の外周面３６からその中央部に向けて形成された流通孔３７に圧縮気体が供給されると、この圧縮気体は、外側凹部２９において裏金本体部２１の一方の面２２に形成された環状凹溝３５に導入され、環状凹溝３５に導入された圧縮気体は、多孔質金属焼結層４２の細孔に導入され、多孔質金属焼結層４２の細孔に導入された圧縮気体は、軸受面となる多孔質金属焼結層４２の露出表面５１から噴出されて露出表面５１と対面した相手材である例えば可動体との間の軸受すきまに気体膜（空気膜）を形成し、可動体を可動に支持する。
【００３５】
斯かる多孔質静圧気体軸受２０によれば、内側凹部３１において裏金本体部２１の一方の面２２に接合された多孔質金属焼結層４４が流通孔３７からの直接的な圧縮気体の供給を受けない一方、軸受すきま内に存在する圧縮気体が多孔質金属焼結層４４の露出表面５２の多数の微小開口を通じて多孔質金属焼結層４４の内部の多数の細孔に出入りし、この出入において多孔質金属焼結層４４の細孔で圧縮気体に対して流体粘性摩擦が生じることになり、多孔質金属焼結層４４が軸受すきま内に存在する圧縮気体に対してダンパのような減衰効果を果たすため、可動体の振動が抑制される。
【００３６】
次に、図１及び２に示す本発明の多孔質静圧気体軸受２０と図５に示す比較例の多孔質静圧気体軸受２０ａとについて、自励振動の発生の有無を試験するべく、次の寸法諸元を有する試験体とした。
【００３７】
＜図１及び図２に示す本発明の多孔質静圧気体軸受２０の試験体の寸法諸元＞
円盤状の裏金２５ ：外径４８ｍｍ、厚さ１０．５ｍｍ
環状立壁部２３ ：内径４０ｍｍ
環状突出部２４ ：内径２２ｍｍ、外径２４ｍｍ
外側凹部２９ ：幅 ８ｍｍ、 深さ２．１ｍｍ
内側凹部３１ ：直径２２ｍｍ、深さ２．１ｍｍ
環状凹溝３５ ：幅 ２ｍｍ、 深さ１．５ｍｍ
外側凹部２９の開口面積と内側凹部３１の開口面積の比率は、１：０．４７である。
【００３８】
そして、外側凹部２９における一方の面２２、環状立壁部２３の環状内壁面２６及び環状突出部２４の環状外壁面２８と、内側凹部３１における一方の面２２及び環状突出部２４の環状内壁面３０とに、それぞれ厚さ３μｍのニッケルメッキ層と該ニッケルメッキ層の表面に厚さ１０μｍの銅メッキ層との二層のメッキ層が形成されており、該二層メッキ層を介して銅５８．５８重量％、錫８重量％、ニッケル２８重量％、燐０．４２重量％、黒鉛５重量％からなる多孔質金属焼結層４２及び４４が一体に裏金２５に接合されている。
【００３９】
＜図５に示す比較例の多孔質静圧気体軸受２０ａの試験体の寸法諸元＞
円盤状の裏金２５ａ：外径４８ｍｍ、厚さ１０．５ｍｍ
環状立壁部２３ａ ：内径４０ｍｍ
凹部２７ａ ：深さ２．１ｍｍ
環状凹溝３５ａ ：幅２ｍｍ、 深さ１．５ｍｍ
【００４０】
そして、環状立壁部２３ａの環状内壁面２６ａと環状内壁面２６ａに囲まれた円形の凹部２７ａにおける裏金本体部２１ａの一方の面２２ａとに、それぞれ厚さ３μｍのニッケルメッキ層と該ニッケルメッキ層の表面に厚さ１０μｍの銅メッキ層との二層のメッキ層が形成されており、該二層メッキ層を介して銅５８．５８重量％、錫８重量％、ニッケル２８重量％、燐０．４２重量％、黒鉛５重量％からなる多孔質金属焼結層４２ａが一体に接合されている。
【００４１】
上記した寸法諸元を有する本発明の多孔質静圧気体軸受２０と比較例の多孔質静圧気体軸受２０ａについて、軸受すきまｈと無次元動剛性Ｋｄの関係及び軸受すきまｈと無次元減衰係数Ｂの関係を試験し、自励振動の発生の有無について調査した結果を説明する。ここで、無次元動剛性Ｋｄ及び無次元減衰係数Ｂは、試験結果より、以下に示す計算式によって求めた。
無次元動剛性Ｋｄ=ｋｄ・ｈ／（Ｐｓｇ・Ｓ）
無次元減衰係数Ｂ=ｂ・ω・ｈ／（Ｐａ・Ｓ）
上式中、ｋｄは測定された動剛性、Ｐｓｇは給気圧、Ｓは露出表面５１及び５２並びに頂面５６の合計面積（＝π×（４０／２）２）、ｂは測定された減衰係数、ωは測定された振動角速度であり、Ｐａは大気圧である。
【００４２】
図３は、軸受すきまｈと無次元動剛性Ｋｄの関係を示すグラフであり、図４は、軸受すきまｈと無次元減衰係数Ｂの関係を示すグラフである。なお、図３及び図４において、「黒丸」が図５に示す比較例の多孔質静圧気体軸受２０ａの試験結果であり、「白丸」が図１及び図２に示す本発明の多孔質静圧気体軸受２０の試験結果である。
【００４３】
図４のグラフから分かるように、比較例の多孔質静圧気体軸受２０ａは、軸受すきまｈが８〜１５μｍの範囲で減衰係数が負となり自励振動が発生しているのに対し、本発明の多孔質静圧気体軸受２０は、減衰係数が負の値とならず、自励振動が発生していない。
【００４４】
以上の実験結果から、本発明の多孔質静圧気体軸受２０は、内側凹部３１に配された多孔質金属焼結層４４が流通孔３７からの直接的な圧縮気体の供給を受けないので、軸受すきま内に存在する気体が多孔質金属焼結層４４の多数の開口を通じて多孔質金属焼結層４４の内部の細孔に出入りし、この出入りおいて多孔質金属焼結層４４の金属組織と無機物質粒子との境界の狭い空間（細孔）で流体粘性摩擦が生じることにより自励振動の発生が効果的に抑制され、多孔質金属焼結層４４の細孔がダンパのような減衰効果を果たすことになる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の多孔質静圧気体軸受の平面図である。
【図２】図１に示す多孔質静圧気体軸受のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
【図３】多孔質静圧気体軸受の軸受すきまｈと無次元動剛性Ｋｄの関係の試験結果を示すグラフである。
【図４】多孔質静圧気体軸受の軸受すきまｈと無次元減衰係数Ｂの関係の試験結果を示すグラフである。
【図５】比較例の多孔質静圧気体軸受を示す断面図である。
【図６】従来の静圧気体軸受を示す底面図である。
【図７】図６の縦断面図である。
【図８】従来の他の静圧気体軸受を示す底面図である。
【図９】図８の縦断面図である。
【図１０】従来の他の静圧気体軸受を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
２０ 多孔質静圧気体軸受
２１ 裏金本体部
２２ 面
２３ 環状立壁部
２４ 環状突出部
２５ 裏金
２７ 凹部
２８ 環状外壁面
２９ 外側凹部
３０ 環状内壁面
３１ 内側凹部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏金本体部と、該裏金本体部の一方の面の外周縁に立設された環状立壁部と、該環状立壁部に囲まれて裏金本体部の一方の面に立設された環状突出部とを備えた裏金を具備しており、該環状立壁部の環状内壁面に囲まれた凹部は、該環状立壁部の環状内壁面及び環状突出部の環状外壁面に囲まれた外側凹部と、環状突出部の環状内壁面に囲まれた内側凹部とを含んでおり、環状立壁部の環状内壁面と環状突出部の環状外壁面との間における該裏金本体部の一方の面には、少なくとも一つの環状凹溝が当該一方の面で外側凹部に開口して形成されており、該裏金本体部には、当該裏金本体部の外周面からその中央部に向けて伸びていると共に該環状凹溝に連通した流通孔が形成されており、該外側凹部及び内側凹部の夫々には、多孔質金属焼結層が少なくとも裏金本体部の一方の面に接合層を介して接合されて配されており、内側凹部に配された多孔質金属焼結層は、内側凹部において裏金本体部の一方の面からの圧縮気体の供給を受けないようになっている一方、該環状凹溝は、流通孔から外側凹部に配された多孔質金属焼結層への圧縮気体の供給通路となっていることを特徴とする多孔質静圧気体軸受。
【請求項２】
外側凹部に配された多孔質金属焼結層において支持すべき相手材に対面して露出する露出表面と内側凹部に配された多孔質金属焼結層において支持すべき相手材に対面して露出する露出表面との面積比率は、１：０．２〜０．５である請求項１に記載の多孔質静圧気体軸受。
【請求項３】
内側凹部及び外側凹部のうちの少なくとも一方に配された多孔質金属焼結層は、４重量％以上１０重量％以下の錫と、１０重量％以上４０重量％以下のニッケルと、０．１重量％以上０．５重量％未満の燐と、２重量％以上１０重量％以下の無機物質粒子と、残部が銅からなる請求項１又は２に記載の多孔質静圧気体軸受。
【請求項４】
無機物質粒子は、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、酸化珪素及び炭化珪素のうちの少なくとも一つからなる請求項３に記載の多孔質静圧気体軸受。
【請求項５】
外側凹部に配された多孔質金属焼結層は、環状立壁部の環状内壁面及び環状突出部の環状外壁面の夫々に接合層を介して一体的に接合されており、内側凹部に配された多孔質金属焼結層は、環状突出部の環状内壁面に接合層を介して一体的に接合されている請求項１から４のいずれか一項に記載の多孔質静圧気体軸受。
【請求項６】
各接合層は、ニッケルメッキ層と該ニッケルメッキ層に接合された銅メッキ層との二層のメッキ層を含んでおり、外側凹部におけるニッケルメッキ層は、外側凹部における裏金本体部の一方の面と環状立壁部の環状内壁面と環状突出部の環状外壁面とに接合されており、外側凹部に配された多孔質金属焼結層は、外側凹部におけるニッケルメッキ層に接合された銅メッキ層に接合されており、内側凹部におけるニッケルメッキ層は、内側凹部における裏金本体部の一方の面と環状突出部の環状内壁面とに接合されており、内側凹部に配された多孔質金属焼結層は、内側凹部におけるニッケルメッキ層に接合された銅メッキ層に接合されている請求項５に記載の多孔質静圧気体軸受。
【請求項１】
裏金本体部と、該裏金本体部の一方の面の外周縁に立設された環状立壁部と、該環状立壁部に囲まれて裏金本体部の一方の面に立設された環状突出部とを備えた裏金を具備しており、該環状立壁部の環状内壁面に囲まれた凹部は、該環状立壁部の環状内壁面及び環状突出部の環状外壁面に囲まれた外側凹部と、環状突出部の環状内壁面に囲まれた内側凹部とを含んでおり、環状立壁部の環状内壁面と環状突出部の環状外壁面との間における該裏金本体部の一方の面には、少なくとも一つの環状凹溝が当該一方の面で外側凹部に開口して形成されており、該裏金本体部には、当該裏金本体部の外周面からその中央部に向けて伸びていると共に該環状凹溝に連通した流通孔が形成されており、該外側凹部及び内側凹部の夫々には、多孔質金属焼結層が少なくとも裏金本体部の一方の面に接合層を介して接合されて配されており、内側凹部に配された多孔質金属焼結層は、内側凹部において裏金本体部の一方の面からの圧縮気体の供給を受けないようになっている一方、該環状凹溝は、流通孔から外側凹部に配された多孔質金属焼結層への圧縮気体の供給通路となっていることを特徴とする多孔質静圧気体軸受。
【請求項２】
外側凹部に配された多孔質金属焼結層において支持すべき相手材に対面して露出する露出表面と内側凹部に配された多孔質金属焼結層において支持すべき相手材に対面して露出する露出表面との面積比率は、１：０．２〜０．５である請求項１に記載の多孔質静圧気体軸受。
【請求項３】
内側凹部及び外側凹部のうちの少なくとも一方に配された多孔質金属焼結層は、４重量％以上１０重量％以下の錫と、１０重量％以上４０重量％以下のニッケルと、０．１重量％以上０．５重量％未満の燐と、２重量％以上１０重量％以下の無機物質粒子と、残部が銅からなる請求項１又は２に記載の多孔質静圧気体軸受。
【請求項４】
無機物質粒子は、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、酸化珪素及び炭化珪素のうちの少なくとも一つからなる請求項３に記載の多孔質静圧気体軸受。
【請求項５】
外側凹部に配された多孔質金属焼結層は、環状立壁部の環状内壁面及び環状突出部の環状外壁面の夫々に接合層を介して一体的に接合されており、内側凹部に配された多孔質金属焼結層は、環状突出部の環状内壁面に接合層を介して一体的に接合されている請求項１から４のいずれか一項に記載の多孔質静圧気体軸受。
【請求項６】
各接合層は、ニッケルメッキ層と該ニッケルメッキ層に接合された銅メッキ層との二層のメッキ層を含んでおり、外側凹部におけるニッケルメッキ層は、外側凹部における裏金本体部の一方の面と環状立壁部の環状内壁面と環状突出部の環状外壁面とに接合されており、外側凹部に配された多孔質金属焼結層は、外側凹部におけるニッケルメッキ層に接合された銅メッキ層に接合されており、内側凹部におけるニッケルメッキ層は、内側凹部における裏金本体部の一方の面と環状突出部の環状内壁面とに接合されており、内側凹部に配された多孔質金属焼結層は、内側凹部におけるニッケルメッキ層に接合された銅メッキ層に接合されている請求項５に記載の多孔質静圧気体軸受。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−２２３８８９（Ｐ２００８−２２３８８９Ａ）
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−６３３５５（Ｐ２００７−６３３５５）
【出願日】平成１９年３月１３日（２００７．３．１３）
【出願人】（０００１０３６４４）オイレス工業株式会社 (384)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１３日（２００７．３．１３）
【出願人】（０００１０３６４４）オイレス工業株式会社 (384)
【Ｆターム（参考）】
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