JP2017009033A - Cylindrical composite member for hydrostatic gas bearing, process of manufacture of cylindrical composite member and hydrostatic gas bearing with cylindrical composite member - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、軸受隙間に供給される加圧気体の流量を絞るための多孔質金属焼結体を用いた静圧気体軸受用の円筒状複合部材及びこの円筒状複合部材の製造方法並びにこの円筒状複合部材を具備した静圧気体軸受に関する。 The present invention relates to a cylindrical composite member for a static pressure gas bearing using a porous metal sintered body for reducing the flow rate of pressurized gas supplied to the bearing gap, a method for manufacturing the cylindrical composite member, and the cylinder The present invention relates to a static pressure gas bearing provided with a cylindrical composite member.
特許文献1には、ステンレス鋼からなる裏金と、この裏金の少なくとも一方の面に接合層を介して一体にされた多孔質焼結金属層とを具備した多孔質静圧気体軸受用の軸受素材が提案されており、この軸受素材を用いて作製された静圧気体軸受では、多孔質焼結金属層をステンレス鋼からなる裏金に接合層を介して強固に一体化させることができ、多孔質焼結金属層の気孔率が高められているので多孔質焼結金属層を流通する圧縮気体の圧力損失が低下し、結果として多孔質焼結金属層の表面(軸受面)から噴出する給気圧力を高めて、相手材の浮上量を高めることができる。
ところで、特許文献1で提案された静圧気体軸受は、耐腐食性(防錆)の観点から用いられるステンレス鋼からなる裏金に多孔質金属焼結層を接合させるために、裏金の表面のニッケルメッキ層とニッケルメッキ層の表面の銅メッキ層との二層のメッキ層からなる接合層を具備しているが、例えば内径が20mm未満の円筒状の裏金の内周面に接合層を介して多孔質金属焼結層を形成する場合においては、裏金の内周面にメッキがのりにくく、メッキ層にむらを生じ、しばしばメッキ不良が問題となり、結果として多孔質金属焼結層の裏金の内周面への接合不良を惹起する虞がある上に、接合不良に起因する裏金と多孔質金属焼結層との接合部からの圧縮気体の漏出の虞がある。
By the way, the hydrostatic gas bearing proposed in
本発明は、上記問題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、小径の裏金の内周面であっても接合不良を惹起することがない上に、圧縮気体の漏出の虞をなくし得る静圧気体軸受用の円筒状複合部材及びこの円筒状複合部材の製造方法並びにこの円筒状複合部材を含む静圧気体軸受を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the object of the present invention is not to cause poor bonding even on the inner peripheral surface of a small-diameter back metal, and in addition to leakage of compressed gas. An object of the present invention is to provide a cylindrical composite member for a static pressure gas bearing that can eliminate the fear, a method for manufacturing the cylindrical composite member, and a static pressure gas bearing including the cylindrical composite member.
本発明の静圧気体軸受用の円筒状複合部材は、円筒状の銅管と、この銅管の内周面に一体的に拡散接合されていると共に銅を含んだ円筒状の多孔質金属焼結体とを備えている。 A cylindrical composite member for a hydrostatic gas bearing according to the present invention includes a cylindrical copper tube and a cylindrical porous metal sintered body integrally diffused and joined to the inner peripheral surface of the copper tube. It has a unity.
静圧気体軸受における軸受隙間に供給される圧縮気体の流量を絞るための手段である多孔質金属焼結体を具備した本発明の円筒状複合部材によれば、円筒状の銅管にその内周面を介して多孔質金属焼結体が拡散接合されているので、銅管と多孔質金属焼結体との接合が強固になされる結果、小径の銅管の内周面であっても接合不良を惹起することがなく、銅管と多孔質金属焼結体との接合部からの圧縮気体の漏出の虞がなく、また、本発明の円筒状複合部材と裏金とを用いる静圧気体軸受では、多孔質金属焼結体と裏金との間には多孔質金属焼結体よりも軟質な銅管が介在されるために、裏金の腐食による多孔質金属焼結体の気孔の直接的な封止を回避でき、耐腐食性のあるステンレス鋼からなる裏金を用いる必要がなくなる上に、銅管の軟質性により多様な裏金と良好に接合でき、裏金に対しての汎用性が優れている。 According to the cylindrical composite member of the present invention having the porous metal sintered body that is a means for reducing the flow rate of the compressed gas supplied to the bearing gap in the hydrostatic gas bearing, Since the porous metal sintered body is diffusion-bonded through the peripheral surface, the result is that the copper tube and the porous metal sintered body are firmly bonded. There is no risk of leakage of compressed gas from the joint between the copper tube and the porous metal sintered body without causing poor bonding, and the static pressure gas using the cylindrical composite member of the present invention and the back metal In the bearing, since a softer copper tube is interposed between the porous metal sintered body and the back metal, the pores of the porous metal sintered body directly from the corrosion of the back metal This eliminates the need to use a backing metal made of corrosion-resistant stainless steel. Various be satisfactorily bonded with the back metal by gender, versatility with respect to the back metal is excellent.
本発明において、多孔質金属焼結体は、好ましくは、銅に加えて、4〜10質量%の錫と、10〜40質量%のニッケルと、0.1〜0.5質量%の燐と、2〜10質量%の黒鉛とを含んでいる。 In the present invention, the sintered porous metal is preferably 4 to 10% by mass of tin, 10 to 40% by mass of nickel, 0.1 to 0.5% by mass of phosphorus in addition to copper. 2 to 10% by mass of graphite.
斯かる円筒状複合部材によれば、多孔質金属焼結体の粒界に黒鉛が含有されているので、軸受面となる多孔質金属焼結体の表面に機械加工を施してもその表面での目詰まりが抑制されて理想的な絞り構造を得ることができる。 According to such a cylindrical composite member, since the graphite is contained in the grain boundary of the porous metal sintered body, even if the surface of the porous metal sintered body serving as the bearing surface is machined, Clogging is suppressed, and an ideal aperture structure can be obtained.
本発明による円筒状複合部材は、好ましい例では、径方向において銅管の外周面から多孔質金属焼結体の一部まで伸びて銅管及び多孔質金属焼結体に形成された少なくとも一つの溝、好ましくは環状溝を更に備えている。 In a preferred example, the cylindrical composite member according to the present invention extends in the radial direction from the outer peripheral surface of the copper tube to a part of the porous metal sintered body and is formed into the copper tube and the porous metal sintered body. It further comprises a groove, preferably an annular groove.
本発明において、銅管は、多孔質金属焼結体よりも軟質な銅又は銅合金からなっていればよく、好ましくは、無酸素銅、リン脱酸銅、タフピッチ銅、青銅及び黄銅のうちのいずれから選択されたものからなり、水素脆性を生じさせる還元性雰囲気で複合体を作製する場合には、好ましくは、無酸素銅又はリン脱酸銅からなる。 In the present invention, the copper tube only needs to be made of softer copper or copper alloy than the porous metal sintered body, and preferably oxygen-free copper, phosphorus deoxidized copper, tough pitch copper, bronze and brass. When the composite is produced in a reducing atmosphere that is selected from any of the above and causes hydrogen embrittlement, it is preferably made of oxygen-free copper or phosphorus-deoxidized copper.
本発明の静圧気体軸受用の円筒状複合部材の製造方法は、(a)円筒状の銅管を準備する工程と、(b)電解銅粉末に加えて、アトマイズ錫粉末4〜10質量%、電解ニッケル粉末10〜40質量%、銅燐(燐14.5質量%)合金粉末0.7〜3.5質量%及び黒鉛粉末2〜10質量%を含む混合粉末から圧縮成形された円筒状の圧粉体を銅管の内部に挿入して圧粉体及び銅管を具備した第一の複合体を作製する工程と、(c)第一の複合体を還元性雰囲気又は真空中で850〜1000℃の温度で30〜90分間加熱し、この加熱により第一の複合体における圧粉体から多孔質金属焼結体を生成すると共にこの生成過程での銅管の内周面への圧粉体の拡散で一体化させた多孔質金属焼結体及び銅管を具備した第二の複合体を作製する工程とを具備している。 The manufacturing method of the cylindrical composite member for static pressure gas bearings of the present invention includes (a) a step of preparing a cylindrical copper tube, and (b) 4-10% by mass of atomized tin powder in addition to the electrolytic copper powder. A cylindrical shape compression-molded from a mixed powder containing 10 to 40% by weight of electrolytic nickel powder, 0.7 to 3.5% by weight of copper phosphorus (phosphorus 14.5% by weight) alloy powder and 2 to 10% by weight of graphite powder A step of producing a first composite comprising the green compact and the copper tube by inserting the green compact into the copper tube, and (c) 850 the first composite in a reducing atmosphere or vacuum. Heating is performed at a temperature of ˜1000 ° C. for 30 to 90 minutes, and by this heating, a porous metal sintered body is generated from the green compact in the first composite, and the pressure on the inner peripheral surface of the copper tube in this generation process A step of producing a second composite body including a porous metal sintered body integrated with powder diffusion and a copper tube It is equipped with.
本発明の斯かる製造方法は、好ましい例では、作製された第二の複合体における銅管の外周面から多孔質金属焼結体の一部まで伸びる少なくとも一つの溝、好ましくは、環状溝を第二の複合体に形成する工程を更に具備している。 In a preferred example of the production method of the present invention, at least one groove extending from the outer peripheral surface of the copper tube to a part of the porous metal sintered body in the produced second composite, preferably an annular groove, is provided. The method further includes forming the second composite.
複数個の静圧気体軸受用の円筒状複合部材の本発明の製造方法は、(a)円筒状の銅管を準備する工程と、(b)電解銅粉末に加えて、アトマイズ錫粉末4〜10質量%、電解ニッケル粉末10〜40質量%、銅燐(燐14.5質量%)合金粉末0.7〜3.5質量%及び黒鉛粉末2〜10質量%を含む混合粉末から圧縮成形された複数個の円筒状の圧粉体を銅管の内部に順次挿入して該銅管の内部に当該銅管の長手方向に沿って配列された複数個の圧粉体及び銅管を具備した第一の複合体を作製する工程と、(c)第一の複合体を還元性雰囲気又は真空中で850〜1000℃の温度で30〜90分間加熱し、この加熱により第一の複合体における圧粉体から多孔質金属焼結体を生成すると共にこの生成過程での圧粉体同士の相互拡散及び銅管の内周面への圧粉体の拡散で一体化させた多孔質金属焼結体及び銅管を具備した第二の複合体を作製する工程と、(d)第二の複合体を切断して、複数個の第二の複合体を作製する工程とを具備している。
The manufacturing method of the present invention for a cylindrical composite member for a plurality of static pressure gas bearings includes (a) a step of preparing a cylindrical copper tube, and (b) an atomized
複数個の静圧気体軸受用の円筒状複合部材の斯かる本発明の製造方法は、好ましい例では、作製された複数個の第二の複合体の夫々における銅管の外周面から多孔質金属焼結体の一部まで伸びる少なくとも一つの溝、好ましくは、環状溝を複数個の第二の複合体の夫々に形成する工程を更に具備している。 In a preferred example, the manufacturing method of the present invention for a cylindrical composite member for a plurality of hydrostatic gas bearings is preferably a porous metal from the outer peripheral surface of the copper tube in each of the plurality of second composite bodies produced. The method further includes the step of forming at least one groove extending to a part of the sintered body, preferably an annular groove, in each of the plurality of second composite bodies.
本発明の製造方法において、混合粉末には、好ましくは、粉末結合剤の1〜15重量%水溶液が0.1〜5.0質量%配合されており、斯かる水溶液で湿潤性が付与されて均一に混合された混合粉末を使用することにより、混合粉末を圧縮成形して作製される円筒状の圧粉体の保形性を高めることができる。 In the production method of the present invention, the mixed powder preferably contains 0.1 to 5.0% by mass of a 1 to 15% by weight aqueous solution of a powder binder, and wettability is imparted by such an aqueous solution. By using a mixed powder that is uniformly mixed, the shape retention of a cylindrical green compact produced by compression molding the mixed powder can be improved.
粉末結合剤としては、好ましくは、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)、ポリビニルアルコール(PVA)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、メチルセルロース(MC)、ゼラチン、アラビアゴム及びスターチから選択され、中でもヒドロキシプロピルセルロース(HPC)がより好ましい。 The powder binder is preferably selected from hydroxypropylcellulose (HPC), polyvinyl alcohol (PVA), carboxymethylcellulose (CMC), hydroxyethylcellulose (HEC), methylcellulose (MC), gelatin, gum arabic and starch, among others Hydroxypropyl cellulose (HPC) is more preferred.
粉末結合剤の溶媒として水溶液には、単独の水以外に、エチルアルコール等の親水性化合物の5〜20質量%の水溶液を使用することもできる。粉末結合剤は、斯かる水溶液に対して1〜15重量%配合するのが好ましく、粉末結合剤の水溶液は、混合粉末に対して0.1〜5.0質量%配合されていることが好ましい。 As a solvent for the powder binder, an aqueous solution of 5 to 20% by mass of a hydrophilic compound such as ethyl alcohol can be used in addition to water alone. The powder binder is preferably blended in an amount of 1 to 15% by weight with respect to such an aqueous solution, and the aqueous solution of the powder binder is preferably blended in an amount of 0.1 to 5.0% by weight with respect to the mixed powder. .
本発明の円筒状複合部材の製造方法は、黒鉛粉末を含有した圧粉体の焼結時の熱膨張を利用しており、圧粉体の外周面を銅管の内周面によって覆い、圧粉体焼結時の圧粉体の熱膨張を拘束して銅管の内周面に焼結時の圧粉体の熱膨張による圧粉体からの接触押圧力を与え、この接触押圧力によりその接触界面において相互の金属成分の拡散を生ぜしめて多孔質金属焼結体を銅管の内周面に接合一体化させるようにしている。 The method for producing a cylindrical composite member of the present invention utilizes thermal expansion during sintering of a green compact containing graphite powder, and covers the outer peripheral surface of the green compact with the inner peripheral surface of a copper tube. By constraining the thermal expansion of the green compact during powder sintering, contact pressure is applied to the inner peripheral surface of the copper tube from the green compact due to the thermal expansion of the green compact during sintering. The porous metal sintered body is joined and integrated with the inner peripheral surface of the copper tube by causing diffusion of mutual metal components at the contact interface.
混合粉末において、アトマイズ錫粉末の錫は、多孔質金属焼結体の生成において、主成分をなす電解銅粉末の銅と合金化して青銅を形成し、多孔質金属焼結体の地の強度、靭性及び機械的強度の向上に寄与する上に、電解ニッケル粉末のニッケルと共に多孔質金属焼結体の多孔性を増大せしめ、そして、その配合量が4質量%以下では上記した効果を十分発揮できず、また10質量%を超えて配合すると、多孔質焼結金属体の焼結性に悪影響を及ぼす虞があり、したがって、混合粉末には、アトマイズ錫粉末は、4〜10質量%、就中5〜8質量%配合される。 In the mixed powder, the tin of the atomized tin powder forms a bronze by alloying with the copper of the electrolytic copper powder forming the main component in the production of the porous metal sintered body, and the strength of the ground of the porous metal sintered body, In addition to improving the toughness and mechanical strength, the porosity of the sintered porous metal is increased together with the nickel of the electrolytic nickel powder, and if the blending amount is 4% by mass or less, the above-described effects can be sufficiently exhibited. In addition, if it exceeds 10% by mass, the sinterability of the porous sintered metal body may be adversely affected. Therefore, the mixed powder contains 4-10% by mass of atomized tin powder. 5-8 mass% is mix | blended.
混合粉末において、電解ニッケル粉末のニッケルは、多孔質金属焼結体の生成において、主成分をなす電解銅粉末の銅に拡散して多孔質金属焼結体の地の強度の向上に寄与し、加えて、銅管の内周面に拡散して多孔質金属焼結体と銅管の内周面との接合界面を合金化し、多孔質金属焼結体の銅管の内周面への接合強度を増大させると共に銅燐合金粉末の燐と一部合金化して液相のニッケル−燐合金(Ni3P)を形成し、ニッケル−燐合金が多孔質金属焼結体と銅管の内周面との接合界面に介在して、当該接合界面でのニッケルの銅管の内周面への拡散による合金化と相俟って多孔質金属焼結体を銅管の内周面に強固に接合一体化させ、そして、その配合量が10質量%以下では上記した効果が発揮されず、また40質量%を超えて配合しても上記した効果に顕著な差が現れないため、混合粉末には、電解ニッケル粉末は、10〜40質量%配合される。 In the mixed powder, the nickel of the electrolytic nickel powder diffuses into the copper of the electrolytic copper powder forming the main component in the production of the porous metal sintered body and contributes to the improvement of the strength of the porous metal sintered body, In addition, it diffuses into the inner peripheral surface of the copper tube to alloy the joint interface between the porous metal sintered body and the inner peripheral surface of the copper tube, and joins the porous metal sintered body to the inner peripheral surface of the copper tube. Strength is increased and a part of the copper phosphorus alloy powder is alloyed with phosphorus to form a liquid phase nickel-phosphorus alloy (Ni 3 P). The nickel-phosphorus alloy is the inner periphery of the porous metal sintered body and the copper tube. The porous metal sintered body is firmly attached to the inner peripheral surface of the copper pipe, coupled with alloying by diffusion of nickel into the inner peripheral surface of the copper pipe at the bonding interface. When the amount is 10% by mass or less, the effects described above are not exhibited, and the amount exceeds 40% by mass. Even for significant difference to the effects mentioned above does not appear, the mixed powder, electrolytic nickel powder is formulated 10 to 40% by mass.
混合粉末において、銅燐合金粉末の燐は、多孔質金属焼結体の生成において、主成分をなす電解銅粉末の銅と、また電解ニッケル粉末のニッケルと一部合金化して多孔質金属焼結体の地の強度を向上させる一方、その強い還元力で銅管の内周面を清浄化し、ニッケルの銅管の内周面への拡散による合金化を助長し、また、焼結後の冷却時の多孔質焼結金属体の収縮量を低く抑えて多孔質焼結金属体の収縮に起因する多孔質焼結金属体の銅管の内周面からの剥離等を抑止する。なお、多孔質金属焼結体の生成過程において液相のニッケル−燐合金(Ni3P)の生成量を少なくして多孔質焼結金属体の気孔率を高めて多孔質焼結金属体を流通する圧縮気体の圧力損失を低下させることによって、多孔質焼結金属体から噴出する給気圧力を相対的に大きくして浮上量を高めることができる。斯かる観点から、銅燐合金粉末は、0.7〜3.5質量%(燐0.1〜0.5質量%)配合される。 In the mixed powder, phosphorus in the copper-phosphorus alloy powder is used to form a porous metal sintered body. While improving the strength of the ground of the body, the strong reducing power cleans the inner peripheral surface of the copper tube, promotes alloying by diffusion of nickel into the inner peripheral surface of the copper tube, and cooling after sintering The amount of shrinkage of the porous sintered metal body at the time is suppressed low, and the peeling of the porous sintered metal body from the inner peripheral surface of the copper tube due to the shrinkage of the porous sintered metal body is suppressed. In the production process of the porous sintered metal body, the production amount of the liquid phase nickel-phosphorus alloy (Ni 3 P) is reduced to increase the porosity of the porous sintered metal body. By reducing the pressure loss of the compressed gas that circulates, the air supply pressure ejected from the porous sintered metal body can be relatively increased to increase the flying height. From such a viewpoint, the copper phosphorus alloy powder is blended in an amount of 0.7 to 3.5% by mass (phosphorus 0.1 to 0.5% by mass).
混合粉末において、多くの金属材料と異なり機械加工によって塑性変形することがない無機物質である黒鉛粉末の黒鉛は、得られた多孔質焼結金属体の錫、ニッケル、燐及び銅からなる金属部分の素地(粒界)の機械加工における塑性変形を分断し軽減し、機械加工における多孔質焼結金属体の目詰まりを抑止し、そして、その配合量が2重量%以下では斯かる効果を十分発揮できず、また10重量%を超えて配合すると、多孔質焼結金属体の焼結性を阻害する虞があり、したがって、混合粉末には、黒鉛粉末は、2〜10重量%配合される。 In mixed powder, unlike many metal materials, graphite of graphite powder, which is an inorganic substance that does not undergo plastic deformation by machining, is a metal part consisting of tin, nickel, phosphorus and copper of the obtained porous sintered metal body Breaks and reduces plastic deformation in the machining of the base material (grain boundaries), suppresses clogging of the porous sintered metal body in machining, and if the blending amount is 2% by weight or less, such an effect is sufficient If it exceeds 10% by weight, it may impair the sinterability of the porous sintered metal body. Therefore, the mixed powder contains 2 to 10% by weight of graphite powder. .
複数個の静圧気体軸受用の円筒状複合部材の本発明の製造方法では、銅管と複数個の圧粉体とは、複数個の圧粉体の外周面と銅管の内周面とで互いに拡散接合して一体化すると共に、複数個の圧粉体は、夫々の継ぎ目で互いに拡散接合して継ぎ目の無い多孔質金属焼結体となる結果、斯かる鋼管及び多孔質金属焼結体を具備した第二の複合体から複数個の同じ円筒状複合部材を作製することができる。 In the manufacturing method of the present invention for a cylindrical composite member for a plurality of static pressure gas bearings, the copper tube and the plurality of green compacts are an outer peripheral surface of the plurality of green compacts and an inner peripheral surface of the copper tube. And a plurality of green compacts are diffusion-bonded to each other at each joint to form a seamless porous metal sintered body. As a result, the steel tube and the porous metal sintered A plurality of the same cylindrical composite members can be produced from the second composite having the body.
本発明の静圧気体軸受は、上記の円筒状複合部材と、この円筒状複合部材の銅管の外周面が密接されている円筒内周面を有している筒状の裏金とを具備している。 A static pressure gas bearing according to the present invention includes the above-described cylindrical composite member and a cylindrical back plate having a cylindrical inner peripheral surface to which an outer peripheral surface of a copper tube of the cylindrical composite member is in close contact. ing.
本発明の静圧気体軸受によれば、軸受隙間に供給される圧縮気体の流量を絞るための手段としての多孔質金属焼結体は、円筒状の銅管を介して裏金の円筒内周面に固定されているので、当該銅管を緩衝体として作用させることができ、裏金から円筒状複合部材の径方向に加わる圧縮力を緩衝体としての銅管で吸収させることができる結果、斯かる圧縮力による多孔質金属焼結体の変形を回避でき、また、円筒状複合部材は、銅管の軟質性を利用して、裏金の円筒内周面に密接されているので、裏金の円筒内周面と円筒状複合部材の外周面との間からの圧縮気体の漏洩の虞をなくし得る。 According to the hydrostatic gas bearing of the present invention, the porous metal sintered body as a means for reducing the flow rate of the compressed gas supplied to the bearing gap is provided on the inner peripheral surface of the back metal through the cylindrical copper tube. As a result, the copper tube can act as a buffer, and the compressive force applied from the back metal in the radial direction of the cylindrical composite member can be absorbed by the copper tube as the buffer. The deformation of the porous metal sintered body due to the compressive force can be avoided, and the cylindrical composite member is in close contact with the inner peripheral surface of the back metal by utilizing the softness of the copper tube. The possibility of leakage of compressed gas from between the peripheral surface and the outer peripheral surface of the cylindrical composite member can be eliminated.
本発明の静圧気体軸受において、裏金としては、ステンレス鋼からなる裏金であってもよいが、その他の樹脂、無機物からなっていてもよい。 In the static pressure gas bearing of the present invention, the backing metal may be a backing metal made of stainless steel, but may be made of other resin or inorganic substance.
本発明の静圧気体軸受の裏金は、好ましい例では、円筒状複合部材の溝、好ましくは円環状溝に連通する圧縮気体供給用の通路を有している。 The back metal of the hydrostatic gas bearing of the present invention has, in a preferred example, a compressed gas supply passage communicating with a groove of a cylindrical composite member, preferably an annular groove.
本発明によれば、小径の裏金の内周面であっても接合不良を惹起することがない上に、圧縮気体の漏出の虞をなくし得る静圧気体軸受用の円筒状複合部材及びこの円筒状複合部材の製造方法並びにこの円筒状複合部材を含む静圧気体軸受を提供することができる。 According to the present invention, a cylindrical composite member for a hydrostatic gas bearing that does not cause poor bonding even on the inner peripheral surface of a small-diameter back metal and eliminates the risk of leakage of compressed gas, and the cylinder. A method for producing a cylindrical composite member and a static pressure gas bearing including the cylindrical composite member can be provided.
次に、本発明及びその実施の形態を、図に示す好ましい実施例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に何等限定されないのである。 Next, the present invention and its embodiments will be described in more detail based on preferred embodiments shown in the drawings. In addition, this invention is not limited to these Examples at all.
図1及び図2に示す静圧気体軸受用の円筒状複合部材1は、無酸素銅(JIS合金番号C1020)又はリン脱酸銅(JIS合金番号C1220)からなる円筒状の銅管2と、円筒状の外周面3において銅管2の内周面4に一体的に拡散接合されていると共に円筒状の内周面5を備えており、且つ銅を含んだ円筒状の多孔質金属焼結体6と、径方向において銅管2の外周面7から多孔質金属焼結体6の一部まで伸びて銅管2及び多孔質金属焼結体6に形成された溝としての環状溝8とを備えている。
A cylindrical
多孔質金属焼結体6は、錫(Sn)4〜10質量%と、ニッケル(Ni)10〜40質量%と、燐(P)0.1〜0.5質量%と、黒鉛(Gr)2〜10質量%と、残部銅(Cu)とからなる。
The porous metal sintered
円筒状複合部材1は、次のようにして製造される。アトマイズ錫粉末4〜10質量%と、電解ニッケル粉末10〜40質量%と、銅燐(燐14.5質量%)合金粉末0.7〜3.5質量%と、黒鉛粉末2〜10質量%と、残部電解銅粉末とからなる混合粉末に、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、ゼラチン、アラビアゴム及びスターチから選択される粉末結合剤の1〜15質量%水溶液を混合粉末に対し0.1〜5.0質量%配合し、均一に混合して湿潤性を付与した混合粉末を作製する。
The cylindrical
円筒状の内周面及び外周面を有する円筒状の金型内に混合粉末を装填し、成形圧力3〜5トン/cm2の範囲で混合粉末を圧縮成形し、円筒状の内周面及び外周面を有する圧粉体を作製する。 The mixed powder is loaded into a cylindrical mold having a cylindrical inner peripheral surface and an outer peripheral surface, and the mixed powder is compression-molded at a molding pressure in the range of 3 to 5 ton / cm 2 , and the cylindrical inner peripheral surface and A green compact having an outer peripheral surface is produced.
この円筒状の圧粉体を無酸素銅又はリン脱酸銅からなる円筒状の銅管2の内周面4で規定される内部に挿入して銅管2及び圧粉体を具備した複合体を作製したのち、この複合体を還元性雰囲気又は真空に調整された焼結炉内において、850〜1000℃の温度で30〜90分間加熱して圧粉体を焼桔させる。この加熱焼桔過程において、圧粉体に体積膨張(熱膨張)を生ぜしめ、この圧粉体の体積膨張により内周面4と圧粉体の外周面との間に高い接触圧力を生ぜしめ、この接触圧力により内周面4への圧粉体の成分の拡散を生ぜしめて焼結し、それによって外周面3を内周面4に密に接合させた多孔質金属焼結体6及び銅管2を具備した複合体を作製する。
This cylindrical green compact is inserted into the inside defined by the inner
多孔質金属焼結体6及び銅管2を具備した複合体に銅管2の外周面7から多孔質金属焼結体6の一部まで伸びる環状溝8を形成することによって、円筒状複合部材1が作製される。円筒状複合部材1の軸方向の両端の銅管2の外周面7にC面取り又はR面取り9が作製されていてもよい。
A cylindrical composite member is formed by forming an
円筒状複合部材1は、無酸素銅又はリン脱酸銅からなる円筒状の長尺の銅管2と複数個の圧粉体とを使用して次のようにして製造されてもよい。
The cylindrical
まず、無酸素銅又はリン脱酸銅からなる円筒状の長尺の銅管2の内周面4で規定される内部に上記と同様にして作製された圧粉体の複数個を順次挿入して銅管2の内部に銅管2の長手方向(軸方向)に沿って配列された複数個の圧粉体及び長尺の銅管2を具備した複合体を作製した後、この複合体を還元性雰囲気又は真空に調整された焼結炉内において850〜1000℃の温度で30〜90分間加熱して複数の圧粉体を焼結させる。この加熱焼結過程において、複数の圧粉体の夫々に体積膨張(熱膨張)を生ぜしめ、この複数の圧粉体の体積膨張により内周面4と複数の圧粉体の夫々の外周面との間及び複数の圧粉体間に高い接触圧力を生ぜしめ、この接触圧力により内周面4への圧粉体の成分の拡散を生ぜしめると共に圧粉体同志の間で拡散を生ぜしめ、それによって各外周面3を内周面4に密に接合させると共に圧粉体同士を接合させて一体化された多孔質金属焼結体6及び銅管2を具備した長尺の複合体を作製する。
First, a plurality of green compacts prepared in the same manner as described above are sequentially inserted into the inside defined by the inner
そして、この長尺の複合体を切断して複数個の複合体を作製すると共に各複合体の銅管2の外周面7から多孔質金属焼結体6の一部まで伸びる環状溝8を形成することによって、複数の円筒状複合部材1が作製される。斯かる複数の円筒状複合部材1の夫々の軸方向の両端の銅管2の外周面7にC面取り又はR面取り9が作製されていてもよい。
Then, this long composite is cut to produce a plurality of composites, and an
以上の円筒状複合部材1によれば、無酸素銅又はリン脱酸銅からなる銅管2に内周面4を介して多孔質金属焼結体6が拡散接合されているので、銅管2と多孔質金属焼結体6との接合が強固になされる結果、小径の銅管2の内周面4であっても接合不良を惹起することがなく、銅管2と多孔質金属焼結体6との接合部からの圧縮気体の漏出の虞をなくし得る。
According to the cylindrical
図3及び図4に示す静圧気体軸受10は、円筒状複合部材1と、円筒状の外周面11、外周面7が密接されている円筒内周面12並びに外周面11及び円筒内周面12の夫々で開口していると共に外周面11から円筒内周面12まで径方向に延びた圧縮気体供給用の通路としての孔13を有してステンレス鋼から形成された円筒状の裏金14とを具備しており、円筒状複合部材1は、環状溝8を孔13に連通させるべく、環状溝8を孔13に対応させて円筒内周面12に一体的に嵌合結合されており、静圧気体軸受10は、円筒状の内周面5を軸受面としている。
3 and 4 includes a cylindrical
裏金14を形成するステンレス鋼には、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、好ましくは、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が使用される。
As the stainless steel forming the
静圧気体軸受10によれば、円筒状複合部材1を円筒内周面12で規定される裏金14の内部に圧入(嵌合)して円筒内周面12に固定する際、円筒状複合部材1の径方向に加わる圧縮力は銅管2の展性で吸収され、銅管2は、斯かる圧縮力に対して緩衝体として作用するので、内周面4に拡散接合された多孔質金属焼結体6に圧縮力の影響が及ぶことがなく、軸受面となる内周面5に寸法変化等の不具合を生じることはない。
According to the static
そして、静圧気体軸受10では、孔13に供給された圧縮気体を孔13に対応する環状溝8から多孔質金属焼結体6へ供給でき、外周面7が円筒内周面12に密接して一体的に結合されているので、内周面5、すなわち軸受面から圧縮気体を略均等に噴出できる。
In the static
図5及び図6に示す静圧気体軸受10の例では、円筒状複合部材1は、一つの環状溝8に代えて、軸方向に離間された二つの環状溝8を具備しており、裏金14は、軸方向の一方の環状の端面15から他方の環状の端面16に向けて軸方向に延びた行き止まり孔17と、円筒内周面12から径方向に延びて行き止まり孔17に開口する圧縮気体供給用の孔18とを更に具備しており、孔13は、一方の環状溝8と行き止まり孔17とに連通しており、円筒状複合部材1は、外周面7を円筒内周面12に密接させると共に環状溝8を夫々孔13及び孔18に連通させるべく、環状溝8を夫々孔13及び孔18に対応させて円筒内周面12に一体的に嵌合結合されており、本例の静圧気体軸受10でも、円筒状の内周面5を軸受面としている。
In the example of the static pressure gas bearing 10 shown in FIGS. 5 and 6, the cylindrical
行き止まり孔17は、その軸方向の一端19で栓20により閉塞されており、栓20は、行き止まり孔17の軸方向の一端19において裏金14に形成された雌螺子21に螺合されており、行き止まり孔17の軸方向の他端22は、一方の孔13に開口している。
The
図5及び図6に示す静圧気体軸受10では、孔13に対応する一方の環状溝8と、孔13に連通する行き止まり孔17に開口する孔18に対応する他方の環状溝8とから孔13に供給された圧縮気体を多孔質金属焼結体6へ供給でき、外周面7が円筒内周面12に密接して銅管2と円筒状複合部材1とが一体的に結合されているので、内周面5、すなわち軸受面から圧縮気体を略均等に噴出できる。
In the
図7に示す静圧気体軸受10は、二つの円筒状複合部材1と、一方の端部23の円筒状の外周面11で径方向に開口していると共に外周面11から円筒内周面12に向けて径方向に延びて円筒内周面12で開口している一方の孔13及び他方の端部24の円筒状の外周面11で径方向に開口していると共に外周面11から円筒内周面12に向けて径方向に延びて円筒内周面12で開口している他方の孔13を備えた裏金14とを具備しており、円筒状複合部材1の夫々は、外周面7を円筒内周面12に密接させると共に環状溝8を夫々裏金14に形成された圧縮気体供給用の孔13及び13に対応させて円筒内周面12に一体的に結合されており、図7に示す静圧気体軸受10は、二つの円筒状複合部材1の夫々の多孔質金属焼結体6の円筒状の内周面5を軸受面としている。
A static pressure gas bearing 10 shown in FIG. 7 is opened in the radial direction by two cylindrical
以上の静圧気体軸受10によれば、軸受隙間に供給される圧縮気体の流量を絞るための手段としての多孔質金属焼結体6は、多孔質金属焼結体6を内周面4に一体的に拡散接合した無酸素銅又はリン脱酸銅からなる銅管2を介してステンレス鋼からなる裏金14の円筒内周面12に固定されているので、従来の多孔質金属焼結体をステンレス鋼からなる裏金の内周面に接合するにあたり必須とされたニッケルメッキ層及び銅メッキ層からなる二層のメッキ層が不必要となり、二層のメッキ層に起因する問題を解決し得る上に、裏金14と多孔質金属焼結体6との間に介在する銅管2が緩衝体として作用するので、裏金14から円筒状複合部材1の径方向に加わる圧縮力は、銅管2に吸収される結果、斯かる圧縮力による多孔質金属焼結体6の変形を回避でき、また、円筒状複合部材1は、裏金14の円筒内周面12に密接されているので、円筒内周面12と外周面7との間からの圧縮気体の漏洩の虞をなくし得る。
According to the
1 円筒状複合部材
2 銅管
5 内周面
6 多孔質金属焼結体
8 環状溝
10 静圧気体軸受
13 孔
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