静压气体轴承及其制造方法

专利名称：静压气体轴承及其制造方法
技术领域：
本发明涉及静压气体轴承及其制造方法。
背景技术：
静压气体轴承作为能实现超低摩擦、超高精度及超高速运动的轴承，被用于进行物品的搬运、水平移动的超精密加工、超精密测定等用途。作为该静压气体轴承的空气吹出口的节流形式，有多孔质节流、表面节流、小孔节流、自成节流等，可根据不同的用途，一边调节负载容量及轴承刚性等一边使用。例如，在专利文献I中，作为能保持较高的刚性且能实现较高的衰减性的气体轴承装置，提出了一种气体轴承装置，该气体轴承装置具有两个相对的实质平行的轴承面及通过小孔将气体供给到两轴承面间的轴承间隙的至少一个气体通道。此外，在专利文献2中，提出了一种静压气体轴承，该静压气体轴承包括:由多孔质体构成的母材；以及接合在该母材上，且由为了实现所期望的空气通过量，调整好通孔的直径及分布而制作成的多孔板形成的表面节流孔层，该静压气体轴承通过表面节流孔层喷出气体，并利用其静压对被支承构件进行支承。现有技术文献专利文献专利文献1:日本专利特表2006 - 510856号公报专利文献2:日本专利特开2001-56027号公报专利文献3:日本专利特开2008-82449号公报

发明内容
发明所要解决的技术问题上述以往的静压气体轴承尽管能实现超低摩擦、超高精度及超高速运转但存在以下问题:作为轴承材料主要使用高强度的金属、陶瓷，需要进行高精度的研磨精加工等，因此,必然成本高。然而，在不要求超低摩擦、超高精度及超高速运转的、例如非接触地搬运液晶屏等物品或不产生温度变化地使物品水平移动的情况下，尽管存在使用静压气体轴承时装置的结构得以简化等的优点，但另一方面，由于静压气体轴承自身较贵，在上述用途中并不能得到广泛地应用，这也是实际情况。鉴于上述实际情况，为了提供能在各种领域中应用的廉价的静压气体轴承，本申请人首先提出了一种静压气体轴承，该静压气体轴承包括:树脂制轴承构件，该树脂制轴承构件在上表面具有自成节流孔形状或小孔形状的多个空气吹出口，在下表面具有与上述多个空气吹出口连通的供气槽；以及基体，该基体以覆盖上述供气槽的方式接合在上述树脂制轴承构件的下表面，并具有与上述供气槽连通的供气口(专利文献3)。根据该专利文献3所记载的静压气体轴承，能使用模具通过射出成形来形成构成静压气体轴承的树脂制轴承构件，不需要机械加工，此外，基体的结构也仅需形成与树脂制轴承构件连通的供气口，只需使树脂制轴承构件与基体接合就能组装成静压气体轴承，能进行静压气体轴承的大量生产，从而能提供廉价的静压气体轴承。然而，由于专利文献3中记载的静压气体轴承中的空气吹出口是直径为0.2 0.4mm左右的自成节流孔或小孔形状，存在从该空气吹出口吹出的空气吹出量过多而导致自激振动的可能，在实际实用时依然需要改进。本发明鉴于上述情况而作，其目的在于提供一种不会引起自激振动，能大量生产且廉价的静压气体轴承及其制造方法。解决技术问题所采用的技术方案本发明的静压气体轴承的特征是，包括:合成树脂制的轴承基体，该轴承基体具有基部、环状突出部及供气通路，上述环状突出部一体突设于上述基部的一方的面上，上述供气通路设于环状突出部及基部，且在一端开口于上述环状突出部的突出端面，在另一端开口于基部的外周面上；以及合成树脂制的轴承体，该轴承体具有环状凹部、环状凹槽及多个空气吹出孔，上述环状凹部形成于与基部的一方的面相对的轴承体的一方的面上并对轴承基体的环状突出部进行收容，上述环状凹槽在轴承体的另一方的面上开口，上述多个空气吹出孔形成为自成节流孔(日文:自成絞D )，其在一端与环状凹槽连通，在另一端开口于环状凹部，上述轴承体在形成上述环状凹部的轴承体的外侧内周面及内侧内周面处与环状突出部的外周面及内周面焊接接合，从而与轴承基体一体化，环状凹槽具有至少0.3mm的宽度、至少0.0lmm的深度，空气吹出孔在其一端具有至少30 ii m的直径，在环状凹部与环状凹槽之间形成自成节流孔。根据本发明的静压气体轴承，由于合成树脂制的轴承体的环状突出部收容于合成树脂制的轴承体的环状凹部，且该环状突出部的外周面及内周面与形成上述环状凹部的轴承体的外侧内周面及内侧内周面焊接接合，因此，合成树脂制的轴承体与轴承基体被牢固地一体化，此外，由于合成树脂制的轴承体具有在另一方的面上开口的环状凹槽、在一端与环状凹槽连通且在另一端开口于环状凹部的多个空气吹出孔，环状凹槽具有至少0.3mm的宽度、至少0.0lmm的深度，空气吹出孔在其一端具有至少30 ii m的直径，在环状凹部与环状凹槽之间形成自成节流孔，因此，能抑制从上述空气吹出孔吹出大量的空气，并能抑制因从上述空气吹出孔吹出大量的空气而导致自激振动的产生。在优选例中，环状凹槽具有0.3 1.0mm或0.3 0.7mm的宽度、0.01 0.05mm或0.01 0.03mm的深度，上述空气吹出孔在其一端具有30 120 y m的直径。较为理想的是，环状凹槽及多个空气吹出孔分别通过激光加工而形成。作为加工用激光，能从二氧化碳激光、YAG激光、UV激光、受激准分子激光等中进行选择。环状凹槽及多个空气吹出孔分别通过激光加工而形成，与切削等机械加工等相t匕，能瞬间形成，不仅能大量生产，还能廉价地制造出。在本发明的静压气体轴承中，在优选例中，轴承基体的环状突出部的外周面具有:圆筒外壁面；与圆筒外壁面连续且从该圆筒外壁面朝外侧直径逐渐扩开的环状的截头圆锥外壁面；以及与该截头圆锥外壁面连续而与上述基部的一方的面相连且直径比圆筒外壁面的直径大的圆筒外壁面，轴承基体的环状突出部的内周面具有:圆筒内壁面；与该圆筒内壁面连续且从该圆筒内壁面朝内侧直径逐渐缩小的环状的截头圆锥内壁面；以及与该截头圆锥内壁面连续而与上述基部的一方的面相连且直径比圆筒内壁面的直径小的圆筒内壁面，形成上述轴承体的上述环状凹部的外侧内周面包括具有形成上述环状凹部的开口端外缘的环状周缘的外侧圆筒内壁面，形成上述轴承体的上述环状凹部的内侧内周面包括具有形成上述环状凹部的开口端内缘的环状周缘的内侧圆筒内壁面，上述轴承体使外侧圆筒内壁面与环状突出部的外周面的圆筒外壁面嵌合，使内侧圆筒内壁面与环状突出部的内周面的圆筒内壁面嵌合，并使形成上述环状凹部的开口端外缘的外侧圆筒内壁面的环状周缘与环状突出部的外周面的截头圆锥外壁面接触，使形成上述环状凹部的开口端内缘的内侧圆筒内壁面的环状周缘与环状突出部的内周面的截头圆锥内壁面接触，上述轴承体被在这些彼此接触部位通过超声波焊接而焊接接合，从而与轴承基体一体化。在上述例子中，上述轴承基体与轴承体彼此接触的部位是所谓的共用接头，因此，在共用接头处进行超声波焊接接合，气密性良好，能获得非常高的焊接强度，能提供一种轴承体与轴承基体牢固地一体化的静压气体轴承。此外，在本发明的静压气体轴承中，在优选例中，轴承基体的环状突出部的外周面具有:圆筒外壁面；与该圆筒外壁面连续且从该圆筒外壁面朝外侧直径逐渐扩开的环状的截头圆锥外壁面；以及与该截头圆锥外壁面连续而与上述基部的一方的面相连且直径比圆筒外壁面的直径大的圆筒外壁面,轴承基体的环状突出部的内周面具有:圆筒内壁面；与该圆筒内壁面连续且从该圆筒内壁面朝内侧直径逐渐缩小的环状的截头圆锥内壁面；以及与该截头圆锥内壁面连续而与上述基部的一方的面相连且直径比圆筒内壁面的直径小的圆筒内壁面，形成上述轴承体的上述环状凹部的外侧内周面包括外侧圆筒内壁面、从该外侧圆筒内壁面直径逐渐扩开并具有形成上述环状凹部的开口端外缘的环状周缘的外侧截头圆锥内壁面,形成上述轴承体的上述环状凹部的内侧内周面包括内侧圆筒内壁面、从该内侧圆筒内壁面直径逐渐缩小并具有形成上述环状凹部的开口端内缘的环状周缘的内侧截头圆锥内壁面，上述轴承体使外侧圆筒内壁面与环状突出部的外周面的圆筒外壁面嵌合，使内侧圆筒内壁面与环状突出部的内周面的圆筒内壁面嵌合，并使外侧截头圆锥内壁面与截头圆锥外壁面接触，使内侧截头圆锥内壁面与截头圆锥内壁面接触，上述轴承体被在这些彼此接触的部位通过超声波焊接而焊接接合，从而与轴承基体一体化。在上述例子中，轴承基体与轴承体的上述彼此接触的部位是所谓的嵌合接头，在该嵌合接头处通过超声波能获得同样的发热，能获得较大的焊接面积，因此，气密性良好，能获得非常高的焊接强度，能提供一种轴承体与轴承基体被更牢固地一体化的静压气体轴承。在本发明的静压气体轴承中，轴承体除了环状凹槽之外，还可以包括:大径环状凹槽，该大径环状凹槽在上述环状凹槽的外侧围住该环状凹槽；多个第一放射状凹槽，这些第一放射状凹槽的一方的端部开口于上述环状凹槽，另一方的端部开口于大径环状凹槽；小径环状凹槽，该小径环状凹槽形成于上述环状凹槽的内侧；以及多个第二放射状凹槽，这些第二放射状凹槽的一方的端部开口于环状凹槽，另一方的端部开口于小径环状凹槽，这些大径环状凹槽、小径环状凹槽、第一放射状凹槽及第二放射状凹槽可形成于轴承体的一方的面上。在本发明的静压气体轴承中，轴承体优选由聚缩醛树脂、聚酰胺树脂、聚苯硫醚树脂等可热塑性合成树脂形成，此外，轴承基体优选由聚缩醛树脂、聚酰胺树脂、聚苯硫醚树脂等可热塑性合成树脂，或者在这些可热塑性合成树脂中含有30 50质量％的玻璃纤维、玻璃粉末、碳纤维或无机填充材的含有加强填充材的可热塑性合成树脂形成。这些轴承体及轴承基体可通过对合成树脂材料进行机械加工而形成，也可使用模具通过射出成形而形成。本发明的由合成树脂制的轴承基体和焊接接合于该轴承基体的合成树脂制的轴承体构成的静压气体轴承的制造方法包括:(a)准备合成树脂制的轴承基体的工序，该轴承基体具有基部、环状突出部及供气通路，上述环状突出部从上述基部的一方的面上一体地突设，上述供气通路设于环状突出部及基部，且在一端开口于上述环状突出部的突出端面并在另一端开口于基部的外周面上，环状突出部的外周面具有圆筒外壁面、与该圆筒外壁面连续且从该圆筒外壁面朝外侧直径逐渐扩开的环状的截头圆锥外壁面、与该截头圆锥外壁面连续而与上述基部的一方的面相连且直径比圆筒外壁面的直径大的圆筒外壁面，环状突出部的内周面具有圆筒内壁面、与该圆筒内壁面连续且从该圆筒内壁面朝内侧直径逐渐缩小的环状的截头圆锥内壁面、与该截头圆锥内壁面连续而与上述基部的一方的面相连且直径比圆筒内壁面的直径小的圆筒内壁面；(b)准备合成树脂制的轴承体的工序，该轴承体具有在一方的面上形成的环状凹部、在另一方的面上开口的环状凹槽、在一端与环状凹槽连通且在另一端开口于环状凹部的多个空气吹出孔，形成上述环状凹部的外侧内周面包括具有形成上述环状凹部的开口端外缘的环状周缘的外侧圆筒内壁面，形成上述环状凹部的内侧内周面包括具有形成上述环状凹部的开口端内缘的环状周缘的内侧圆筒内壁面；
(c)形成轴承体与轴承基体的组装体的工序，在该工序中，使轴承体的一方的面与基部的一方的面相对，并将轴承基体的环状突出部收容于轴承体的环状凹部，使形成上述环状凹部的开口端外缘的外侧圆筒内壁面的环状周缘与环状突出部的外周面的截头圆锥外壁面接触，并使形成上述环状凹部的开口端内缘的内侧圆筒内壁面的环状周缘与环状突出部的内周面的截头圆锥内壁面接触，从而形成上述轴承体与轴承基体的组装体；(d)将工具口按压于上述组装体的轴承体，以加压力为0.098 0.60MPa、振动振幅为20 80 y m、输出时间为0.1 1.5秒、维持时间为0.5 1.0秒的焊接条件施加超声波振动，在接触部位使轴承体与轴承基体焊接接合的工序；以及(e)对焊接接合于轴承基体的轴承体的另一方的面照射激光以形成环状凹槽和多个空气吹出孔的工序，上述环状凹槽具有至少0.3mm的宽度和至少0.0lmm的深度，上述多个空气吹出孔形成为自成节流孔，其在一端与环状凹槽连通，在另一端开口于环状凹部，在一端具有至少30 y m的直径。根据本制造方法，由于在组装体的上述轴承体与轴承基体彼此接触的部位形成有共用接头，通过超声波焊接，该共用接头处的气密性良好，能获得非常高的焊接强度，轴承体和轴承基体能进行牢固的接合一体化。本发明的由合成树脂制的轴承基体和焊接接合于该轴承基体的合成树脂制的轴承体构成的静压气体轴承的另一制造方法包括:(a)准备合成树脂制的轴承基体的工序，该轴承基体具有基部、环状突出部及供气通路，上述环状突出部从上述基部的一方的面上一体地突设，上述供气通路设于环状突出部及基部，且在一端开口于上述环状突出部的突出端面并在另一端开口于基部的外周面上，环状突出部的外周面具有圆筒外壁面、与该圆筒外壁面连续且从该圆筒外壁面朝外侧直径逐渐扩开的环状的截头圆锥外壁面、与该截头圆锥外壁面连续而与上述基部的一方的面相连且直径比圆筒外壁面的直径大的圆筒外壁面，环状突出部的内周面具有圆筒内壁面、与该圆筒内壁面连续且从该圆筒内壁面朝内侧直径逐渐缩小的环状的截头圆锥内壁面、与该截头圆锥内壁面连续而与上述基部的一方的面相连且直径比圆筒内壁面的直径小的圆筒内壁面；(b)准备合成树脂制的轴承体的工序，该轴承体具有在一方的面上形成的环状凹部、在另一方的面上开口的环状凹槽、在一端与环状凹槽连通且在另一端开口于环状凹部的多个空气吹出孔，形成上述环状凹部的外侧内周面包括外侧圆筒内壁面、从该外侧圆筒内壁面直径逐渐扩开并具有形成上述环状凹部的开口端外缘的环状周缘的外侧截头圆锥内壁面，形成上述环状凹部的内侧内周面包括内侧圆筒内壁面、从该内侧圆筒内壁面直径逐渐缩小并具有形成上述环状凹部的开口端内缘的环状周缘的内侧截头圆锥内壁面；(C)形成轴承体与轴承基体的组装体的工序，在该工序中，使轴承体的一方的面与基部的一方的面相对，并将轴承基体的环状突出部收容于轴承体的环状凹部，使外侧截头圆锥内壁面与截头圆锥外壁面接触，并使内侧截头圆锥内壁面与截头圆锥内壁面接触，从而形成上述轴承体与轴承基体的组装体；(d)将工具口按压于上述组装体的轴承体，以加压力为0.098 0.60MPa、振动振幅为20 80 y m、输出时间为0.1 1.5秒、维持时间为0.5 1.0秒的焊接条件施加超声波振动，在接触部位使轴承体与轴承基体焊接接合的工序；以及(e)对焊接接合于轴承基体的轴承体的另一方的面照射激光以形成环状凹槽和多个空气吹出孔的工序，上述环状凹槽具有至少0.3mm的宽度和至少0.0lmm的深度，上述多个空气吹出孔形成为自成节流孔，其在一端与环状凹槽连通，在另一端开口于环状凹部，在一端具有至少30 的直径。根据上述另一制造方法，由于在组装体的上述轴承体与轴承基体的彼此的接合部形成截头圆锥面(斜面)之间的面接触即所谓的嵌合接头，因此，能通过超声波获得同样的发热，能获得较大的焊接面积，在该嵌合接头处，气密性良好，能获得非常高的焊接强度，轴承体和轴承基体能进行牢固的接合一体化。此外，在上述任一制造方法中，由于通过激光来形成环状凹槽和多个空气吹出孔，因此，不需要机械加工等，能进行大量生产，从而能获得廉价的静压气体轴承。在上述任一制造方法中，对焊接接合于轴承基体的轴承体的另一方的面照射激光的工序也可以形成具有0.3 1.0謹或0.3 0.7謹的宽度、0.01 0.05謹或0.01 0.03mm的深度的环状凹槽和在一端与环状凹槽连通并在另一端开口于环状凹部且在一端具有30 120 ii m的直径的多个空气吹出孔。发明效果根据本发明，能提供一种不会引起自激振动、可大量生产且廉价的静压气体轴承及其制造方法。


图1是本发明实施方式的优选例的俯视说明图。图2是图1的II — II线向视剖视说明图。图3是图2的局部放大剖视说明图。图4是图2的剖视立体说明图。图5是轴承基体的俯视说明图。图6是图5的VI —VI线向视剖视说明图。
图7是图6的局部放大剖视说明图。图8是图6的局部放大剖视说明图。图9是轴承体的仰视说明图。图10是图9的X — X线向视剖视说明图。图11是轴承体和轴承基体的组装体的俯视说明图。图12是图11的XI1- XII线向视剖视说明图。图13是图12的局部放大剖视说明图。图14是轴承体的其它实施方式的剖视说明图。图15是本发明实施方式的另一优选例的剖视说明图。图16是图15的局部放大剖视说明图。图17是轴承体的其它实施方式的俯视说明图。
具体实施例方式接着，根据如图所示的优选实施方式的例子对本发明进行进一步详细的说明。另外，本发明并不限定于这些例子。在图1至图4中，静压气体轴承I包括:合成树脂制的轴承基体2，该轴承基体2优选由聚缩醛树脂、聚酰胺树脂、聚苯硫醚树脂等可热塑性合成树脂，或者在这些可热塑性合成树脂中含有30 50质量％的玻璃纤维、玻璃粉末、碳纤维或无机填充材的含有加强填充材的可热塑性合成树脂形成；合成树脂制的轴承体3，该轴承体3与轴承基体2 —体地焊接接合，优选由聚缩醛树脂、聚酰胺树脂、聚苯硫醚树脂等可热塑性合成树脂形成。尤其如图5至图8所示，轴承基体2包括:基部4 ;从基部4的一方的圆形的面5一体地关出设直的环状关出部6 ;在一纟而7开口于环状关出部6的圆形的关出纟而面8，在另一端9开口于基部4的圆筒状的外周面10，且设于环状突出部6及基部4的供气通路11 ；以及形成于基部4的另一方的圆形的面12上的有底的圆柱状的孔13。环状突出部6包括:具有外周面14的外侧环状突出部15 ;以及具有内周面16的内侧环状突出部17。尤其如图7所示，外侧环状突出部15的外周面14具有:圆筒外壁面18 ;与圆筒外壁面18连续且从圆筒外壁面18朝外侧直径逐渐扩开的环状的截头圆锥外壁面19 ；以及与截头圆锥外壁面19连续，与基部4的一方的面5相连且直径比圆筒外壁面18的直径大的圆筒外壁面20。尤其如图8所示，内侧环状突出部17的内周面16具有:圆筒内壁面22 ;与圆筒内壁面22连续且从圆筒内壁面22朝内侧直径逐渐缩小的环状的截头圆锥内壁面23 ;以及与截头圆锥内壁面23连续，与基部4的一方的面5相连且直径比圆筒内壁面22的直径小的圆筒内壁面24。设于轴承基体2的供气通路11具有:有底的圆环状凹部32，该圆环状凹部32在一端7具有开口于突出端面8的圆环状开口 31，并设于环状突出部6及基部4 ；以及一对供气口 33，这一对供气口 33设于基部4，在一端与圆环状凹部32连通，并在也是供气通路11的另一端9的另一端开口于基部4的圆筒状的外周面10。圆环状凹部32由基部4的外侧圆筒内壁面35、 与外侧圆筒内壁面35相对的基部4的内侧圆筒内壁面36、基部4的圆环状的底壁面37形成，各供气口 33的一端开口于外侧圆筒内壁部35，并与圆环状凹部32连通。尤其如图9及图10所示，轴承体3具有:形成于与基部4的一方的面5相对的一方的圆形的面41并对轴承基体2的环状突出部6进行收容的环状凹部42 ;在另一方的圆形的面43上开口的环状凹槽44 ;在一端45与环状凹槽44连通并在另一端46开口于环状凹部42的多个空气吹出孔47 ;以及圆筒状的外周面48。由轴承体3的环状面49和彼此相对的圆筒面50形成的环状凹槽44具有至少0.3mm的宽度W和至少0.0lmm的深度d，在本例中，空气吹出孔47在其一端45从一端45至另一端46具有至少30 y m的直径D，在环状凹部42与环状凹槽44之间形成自成节流孔。环状凹部42由开设有空气吹出孔47的另一端46的圆环状的顶面51、与顶面51的外缘连接的外侧内周面52、与顶面51的内缘连接的内侧内周面53形成。形成环状凹部42的外侧内周面52包括:具有与顶面51的外缘连接的小径缘的环状的截头圆锥外壁面61 ;具有与截头圆锥外壁面61的大径缘连接的小径缘并与外侧环状突出部15的突出端面8隔着间隙62相对的圆环状台阶壁面63 ；以及具有与台阶壁面63的大径缘连接的周缘并具有形成环状凹部42的圆形开口端64外缘的圆环状周缘65的外侧圆筒内壁面66。形成环状凹部42的内侧内周面53包括:具有与顶面51的内缘连接的大径缘的环状的截头圆锥内壁面71 ;具有与截头圆锥内壁面71的小径缘连接的大径缘并与内侧环状突出部17的突出端面8隔着间隙72相对的圆环状台阶壁面73 ;以及具有与台阶壁面73的小径缘连接的周缘并具有形成环状凹部42的圆形开口端64内缘的圆环状周缘75的内侧圆筒内壁面76。轴承体3使外侧圆筒内壁面66与外侧环状突出部15的外周面14的圆筒外壁面18接触嵌合，使内侧圆筒内壁面76与内侧环状突出部17的内周面16的圆筒内壁面22接触嵌合，并使形成环状凹部42的开口端64外缘的外侧圆筒内壁面66的环状周缘65与外侧环状突出部15的外周面14的截头圆锥外壁面19接触，使形成环状凹部42的开口端64内缘的内侧圆筒内壁面76的环状周缘75与内侧环状突出部17的内周面16的截头圆锥内壁面23接触，轴承体3通过彼此接触部位处的、即周缘65与截头圆锥外壁面19接触的部位及周缘75与截头圆锥内壁面23接触的部位处的超声波焊接、所谓的共用接头，除了周缘65与截头圆锥外壁面19接触的部位及周缘75与截头圆锥内壁面23接触的部位以外，还在外侧圆筒内壁面66与圆筒外壁面18接触的部位及内侧圆筒内壁面76与圆筒内壁面22接触的部位进行焊接接合，从而与轴承基体2 —体化。在静压气体轴承I中，也可通过例如激光加工瞬间形成环状凹槽44和多个自成节流孔形状的空气吹出孔47，其中，所述环状凹槽44在轴承体3的面43上的宽度W至少为0.3mm，深度d至少为0.01mm，所述空气吹出孔47在一端45开口于环状凹槽44，在另一端46开口于环状凹部42，其直径至少为30iim。在上述静压气体轴承I中，轴承体3在周缘65与截头圆锥外壁面19接触的部位、周缘75与截头圆锥内壁面23接触的部位、外侧圆筒内壁面66与圆筒外壁面18接触的部位及内侧圆筒内壁面76与圆筒内壁面22接触的部位，通过超声波焊接，瞬间气密性地焊接接合于轴承基体2，因此，能进行大量生产，并可变得廉价。
接着，对图1至图4所示的静压气体轴承I的制造方法的例子进行说明，首先，准备图5至图8所示的合成树脂制的轴承基体2、未形成环状凹槽44及多个空气吹出孔47的图9及图10所示的合成树脂制的轴承体3，然后，如图11至图13所示，使轴承体3的一方的面41与基部4的一方的面5相对，并将轴承基体2的环状突出部6收容于轴承体3的环状凹部42，使形成环状凹部42的开口端64外缘的外侧圆筒内壁面66的环状周缘65与外侧环状突出部15的外周面14的截头圆锥外壁面19接触，并使形成环状凹部42的开口端64内缘的内侧圆筒内壁面76的环状周缘75与内侧环状突出部17的内周面16的截头圆锥内壁面23接触，从而形成轴承体3和轴承基体2的组装体81。将工具口(未图示)按压于组装体81的轴承体3的面43，以加压力为0.098
0.60MPa、振动振幅为20 80 ii m、输出时间为0.1 1.5秒、维持时间为0.5 1.0秒的焊接条件施加超声波振动，在周缘65与截头圆锥外壁面19的接触部及周缘75与截头圆锥内壁面23的接触部的共用接头处，以径向的焊接量X及进入方向的焊接量Y进行焊接接合，从而使轴承基体2与轴承体3接合而一体化。在此，对按下述焊接条件将下述尺寸规格的轴承基体2与轴承体3的组装体81超声波焊接的例子进行说明，其中，由含有30质量％的玻璃纤维的聚苯硫醚树脂形成的轴承基体2的外侧环状突出部15的圆筒外壁面20的直径为D1，圆筒外壁面18的直径为D2，内侧环状突出部17的圆筒内壁面22的直径为D3，圆筒内壁面24的直径为D4，由聚苯硫醚树脂形成的轴承体3的环状凹部42的外侧圆筒内壁面66的直径为dl，环状凹部42的内侧圆筒内壁面76的直径为d2。<尺寸规格>Dl (圆筒外壁面20的直径) 0>41mm(公差+0.1、0)D2 (圆筒外壁面I8的直径) 0>40mm(公差0、_0.05)D3 (圆筒内壁面22的直径) 0>20臟(公差0.05、0)D4(圆筒内壁面23的直径) 0>19臟(公差O、-0.1)dl (外侧圆筒内壁面66的直径) cIMOmm(公差+0.10、+0.05)d2(内侧圆筒内壁面76的直径) ①20mm(公差-0.05、-0.10)(焊接条件)加压力:0.1MPa振动振幅:40um振动时间:0.5秒维持时间:0.5秒可以确认，在上述尺寸规格及焊接条件下超声波焊接后的轴承基体2和轴承体3的组装体81在周缘65与截头圆锥外壁面19的接合部及周缘75与截头圆锥内壁面23的接合部，被气密性良好地焊接接合，并以牢固的焊接强度被接合一体化。利用激光加工机对如上所述接合一体化的组装体81的轴承体3的面43照射激光，以形成环状凹槽44和多个自成节流孔形状的空气吹出孔47，其中，上述环状凹槽44的宽度W为0.3 1.0mm、深度d为0.01 0.05mm,上述空气吹出孔47在形成环状凹槽44的环状面49从环状面49贯通轴承体3而在顶面51开口于环状凹部42，其直径至少为30 u m,优选为30 120 iim。作为所使用的加工用激光，能从二氧化碳激光、YAG激光、UV激光或受激准分子激光等中进行选择，优选使用二氧化碳激光。能使用激光输出功率为9.5W的二氧化碳激光，以1000mm/S的扫描速度进行一次重叠印刻，加工时间为2秒，以在由聚苯硫醚树脂形成的轴承体3的面43上形成并加工出以直径为30mm的圆弧为中心、宽度为0.5mm、深度为0.05mm的环状凹槽44,此外，能在环状凹槽44的环状面49上，以14W的激光输出功率、15秒加工时间，在圆周方向上的10等分位置上加工形成出10个自成节流孔形状的空气吹出孔47，该空气吹出孔47从环状面49贯通轴承体3而在顶面51开口于环状凹部42，其直径为0.065mm。在上述例子中，轴承体3的外侧内周面52包括截头圆锥外壁面61、台阶部壁面63及外侧圆筒内壁面66，轴承体3的内侧内周面53包括截头圆锥内壁面71、台阶部壁面73及内侧圆筒内壁面76，但也可如图14至图16所示，外侧内周面52除了截头圆锥外壁面61、台阶部壁面63及外侧圆筒内壁面66以外，还包括外侧截头圆锥内壁面86，该外侧截头圆锥内壁面86与外侧圆筒内壁面66的一端连接，并从该一端直径逐渐变大并具有形成环状凹部42的开口端64外缘的圆环状周缘85，内侧内周面53除了截头圆锥内壁面71、台阶部壁面73及内侧圆筒内壁面76以外，还可以包括内侧截头圆锥内壁面88，该内侧截头圆锥内壁面88与内侧圆筒内壁面76的一端连接，并从该一端直径逐渐变小并具有形成环状凹部42的开口端64内缘的圆环状周缘87，在图14至图16所示的静压气体轴承I中，轴承体3使外侧圆筒内壁面66与外侧环状突出部15的外周面14的圆筒外壁面18嵌合，使内侧圆筒内壁面76与内侧环状突出部17的内周面16的圆筒内壁面22嵌合，并使外侧截头圆锥内壁面86与截头圆锥外壁面19接触，使内侧截头圆锥内壁面88与截头圆锥内壁面23接触，轴承体3通过彼此接触部位处的、即外侧截头圆锥内壁面86与截头圆锥外壁面19接触的部位及内侧截头圆锥内壁面88与截头圆锥内壁面23接触的部位处的超声波焊接、所谓的嵌合接头(轴向的焊接量为X、进入方向的焊接量为Y)，在外侧截头圆锥内壁面86与截头圆锥外壁面19接触的部位及内侧截头圆锥内壁面88与截头圆锥内壁面23接触的部位被焊接接合，从而与轴承基体2 —体化。根据图14至图16所示的静压气体轴承1，由于在外侧截头圆锥内壁面86与截头圆锥外壁面19接触的部位及内侧截头圆锥内壁面88与截头圆锥内壁面23接触的部位形成由面接触(斜面接触)构成的所谓嵌合接头，因此在超声波焊接时，在面接触(斜面接触)处能获得同样的发热，能获得较大的焊接面积，其结果是，嵌合接头处的气密性良好，能获得非常高的焊接强度，轴承体3与轴承基体2被牢固地一体化。在制造图14至图16所示的静压气体轴承I时，准备图5至图8所示的合成树脂制的轴承基体2和图14所示的轴承体3，然后，如图15及图16所示，使轴承体3的一方的面41与基部4的一方的面5相对，并将轴承基体2的环状突出部6收容于轴承体3的环状凹部42，使外侧截头圆锥内壁面86与截头圆锥外壁面19接触并使内侧截头圆锥内壁面88与截头圆锥内壁面23接触，从而形成轴承体3和轴承基体2的组装体81，以下，与上述同样地，施加超声波振动和激光照射，以进行外侧截头圆锥内壁面86与截头圆锥外壁面19接触的部位及内侧截头圆锥内壁面88与截头圆锥内壁面23接触的部位的焊接接合，并形成环状凹槽44和多个空气吹出孔47。此外，上述静压气体轴承I的轴承体3具有一个环状凹槽44，但除了环状凹槽44以外，轴承体3也可如图17所示，还具有大径环状凹槽91、多个放射状凹槽92、小径环状凹槽93和多个放射状凹槽94，其中，上述大径环状凹槽91形成于轴承体3的一方的面43并在环状凹槽44的外侧围住环状凹槽44且与环状凹槽44同心，上述放射状凹槽92的一方的端部开口于环状凹槽44，另一方的端部开口于大径环状凹槽91，上述小径环状凹槽93形成于环状凹槽44的内侧且与环状凹槽44同心，上述放射状凹槽94的一方的端部开口于环状凹槽44，另一方的端部开口于小径环状凹槽93。在具有图17所示的轴承体3的静压气体轴承I中，被供气到环状凹槽44的空气经由放射状凹槽92及94供给至大径环状凹槽91及小径环状凹槽93，因此，供给面积变大，例如在物品浮起时，能进行稳定的浮起。如上所述，轴承体及轴承基体是使用模具通过射出成形而形成的，因此，不需要机械加工，合成树脂制的轴承体使环状凹部的内周面、外周面分别嵌插于轴承基体的圆环状突出部的内周面、外周面，并在接触部与轴承基体牢固地焊接接合成一体，此外，由于在轴承体上形成有宽度至少为0.3mm、深度至少为0.0lmm的环状凹槽和直径至少为30 y m的多个自成节流孔形状的空气吹出孔，因此，能抑制从空气吹出孔中吹出大量的空气，并能抑制因从空气吹出孔吹出大量的空气而导致自激振动的产生，能提供一种可大量生产且廉价的静压气体轴承及该静压气体轴承的制造方法。(符号说明)I静压基体轴承2轴承基体3轴承体
权利要求
1.一种静压气体轴承，其特征在于，包括:合成树脂制的轴承基体，该轴承基体具有基部、环状突出部及供气通路，所述环状突出部从所述基部的一方的面上一体地突设，所述供气通路设于环状突出部及基部，且在一端开口于所述环状突出部的突出端面，在另一端开口于基部的外周面；以及合成树脂制的轴承体，该轴承体具有环状凹部、环状凹槽及多个空气吹出孔，所述环状凹部形成于与基部的一方的面相对的轴承体的一方的面上并对轴承基体的环状突出部进行收容，所述环状凹槽在轴承体的另一方的面上开口，所述多个空气吹出孔形成为自成节流孔，其在一端与环状凹槽连通，在另一端开口于环状凹部，所述轴承体在形成所述环状凹部的轴承体的外侧内周面及内侧内周面处与环状突出部的外周面及内周面焊接接合，从而与轴承基体一体化，环状凹槽具有至少0.3mm的宽度、至少0.0lmm的深度，空气吹出孔在其一端具有至少30 y m的直径，在环状凹部与环状凹槽之间形成有自成节流孔。
2.如权利要求1所述的静压气体轴承，其特征在于， 环状凹槽具有0.3 1.0mm或0.3 0.7mm的宽度、0.01 0.05mm或0.01 0.03mm的深度，所述空气吹出孔在其一端具有30 120 ii m的直径。
3.如权利要求1或2所述的静压气体轴承，其特征在于， 环状凹槽及空气吹出孔分别通过激光加工而形成。
4.如权利要求1至3中任一项所述的静压气体轴承，其特征在于， 轴承基体的环状突出部的外周面具有:圆筒外壁面；与该圆筒外壁面连续且从该圆筒外壁面朝外侧直径逐渐扩开的环状的截头圆锥外壁面；以及与该截头圆锥外壁面连续而与所述基部的一方的面相连且直径比圆筒外壁面的直径大的圆筒外壁面，轴承基体的环状突出部的内周面具有:圆筒内壁面；与该圆筒内壁面连续且从该圆筒内壁面朝内侧直径逐渐缩小的环状的截头圆锥内壁面；以及与该截头圆锥内壁面连续而与所述基部的一方的面相连且直径比圆筒内壁面的直径小的圆筒内壁面，形成所述轴承体的所述环状凹部的外侧内周面包括具有形成所述环状凹部的开口端外缘的环状周缘的外侧圆筒内壁面，形成所述轴承体的所述环状凹部的内侧内周面包括具有形成所述环状凹部的开口端内缘的环状周缘的内侧圆筒内壁面，所述轴承体使外侧圆筒内壁面与环状突出部的外周面的圆筒外壁面嵌合，使内侧圆筒内壁面与环状突出部的内周面的圆筒内壁面嵌合，并使形成所述环状凹部的开口端外缘的外侧圆筒内壁面的环状周缘与环状突出部的外周面的截头圆锥外壁面接触，使形成所述环状凹部的开口端内缘的内侧圆筒内壁面的环状周缘与环状突出部的内周面的截头圆锥内壁面接触，所述轴承体被在这些彼此接触部位通过超声波焊接而焊接接合，从而与轴承基体一体化。
5.如权利要求1至3中任一项所述的静压气体轴承，其特征在于， 轴承基体的环状突出部的外周面具有:圆筒外壁面；与该圆筒外壁面连续且从该圆筒外壁面朝外侧直径逐渐扩开的环状的截头圆锥外壁面；以及与该截头圆锥外壁面连续而与所述基部的一方的面相连且直径比圆筒外壁面的直径大的圆筒外壁面，轴承基体的环状突出部的内周面具有:圆筒内壁面；与该圆筒内壁面连续且从该圆筒内壁面朝内侧直径逐渐缩小的环状的截头圆锥内壁面；以及与该截头圆锥内壁面连续而与所述基部的一方的面相连且直径比圆筒内壁面的直径小的圆筒内壁面，形成所述轴承体的所述环状凹部的外侧内周面包括外侧圆筒内壁面、从该外侧圆筒内壁面直径逐渐扩开并具有形成所述环状凹部的开口端外缘的环状周缘的外侧截头圆锥内壁面，形成所述轴承体的所述环状凹部的内侧内周面包括内侧圆筒内壁面、从该内侧圆筒内壁面直径逐渐缩小并具有形成所述环状凹部的开口端内缘的环状周缘的内侧截头圆锥内壁面，所述轴承体使外侧圆筒内壁面与环状突出部的外周面的圆筒外壁面嵌合，使内侧圆筒内壁面与环状突出部的内周面的圆筒内壁面嵌合，并使外侧截头圆锥内壁面与截头圆锥外壁面接触，使内侧截头圆锥内壁面与截头圆锥内壁面接触，所述轴承体被在这些彼此接触的部位通过超声波焊接而焊接接合，从而与轴承基体一体化。
6.如权利要求1至5中任一项所述的静压气体轴承，其特征在于， 轴承体除了环状凹槽之外，还包括:大径环状凹槽，该大径环状凹槽形成于轴承体的一方的面上，并在所述环状凹槽的外侧围住该环状凹槽；多个第一放射状凹槽，这些第一放射状凹槽的一方的端部开口于所述环状凹槽，另一方的端部开口于大径环状凹槽；小径环状凹槽，该小径环状凹槽形成于 所述环状凹槽的内侧；以及多个第二放射状凹槽，这些第二放射状凹槽的一方的端部开口于环状凹槽，另一方的端部开口于小径环状凹槽。
7.一种静压气体轴承的制造方法，其特征在于， 包括:(a)准备合成树脂制的轴承基体的工序，该轴承基体具有基部、环状突出部及供气通路，所述环状突出部从所述基部的一方的面上一体地突设，所述供气通路设于环状突出部及基部，且在一端开口于所述环状突出部的突出端面并在另一端开口于基部的外周面上，环状突出部的外周面具有圆筒外壁面、与该圆筒外壁面连续且从该圆筒外壁面朝外侧直径逐渐扩开的环状的截头圆锥外壁面、与该截头圆锥外壁面连续而与所述基部的一方的面相连且直径比圆筒外壁面的直径大的圆筒外壁面，环状突出部的内周面具有圆筒内壁面、与该圆筒内壁面连续且从该圆筒内壁面朝内侧直径逐渐缩小的环状的截头圆锥内壁面、与该截头圆锥内壁面连续而与所述基部的一方的面相连且直径比圆筒内壁面的直径小的圆筒内壁面；(b)准备合成树脂制的轴承体的工序，该轴承体具有在一方的面上形成的环状凹部、在另一方的面上开口的环状凹槽、在一端与环状凹槽连通且在另一端开口于环状凹部的多个空气吹出孔，形成所述环状凹部的外侧内周面包括具有形成所述环状凹部的开口端外缘的环状周缘的外侧圆筒内壁面，形成所述环状凹部的内侧内周面包括具有形成所述环状凹部的开口端内缘的环状周缘的内侧圆筒内壁面；(C)形成轴承体与轴承基体的组装体的工序，在该工序中，使轴承体的一方的面与基部的一方的面相对，并将轴承基体的环状突出部收容于轴承体的环状凹部，使形成所述环状凹部的开口端外缘的外侧圆筒内壁面的环状周缘与环状突出部的外周面的截头圆锥外壁面接触，并使形成所述环状凹部的开口端内缘的内侧圆筒内壁面的环状周缘与环状突出部的内周面的截头圆锥内壁面接触，从而形成所述轴承体与轴承基体的组装体；(d)将工具口按压于所述组装体的轴承体，以加压力为0.098 0.60MPa、振动振幅为20 80 ym、输出时间为0.1 1.5秒、维持时间为0.5 1.0秒的焊接条件施加超声波振动，在接触部位使轴承体与轴承基体焊接接合的工序；以及(e)对焊接接合于轴承基体的轴承体的另一方的面照射激光以形成环状凹槽和多个空气吹出孔的工序，所述环状凹槽具有至少0.3mm的宽度和至少0.0lmm的深度，所述多个空气吹出孔形成为自成节流孔，其在一端与环状凹槽连通，在另一端开口于环状凹部，在一端具有至少30 的直径。
8.一种静压气体轴承的制造方法，其特征在于，包括:(a)准备合成树脂制的轴承基体的工序，该轴承基体具有基部、环状突出部及供气通路，所述环状突出部从所述基部的一方的面上一体地突设，所述供气通路设于环状突出部及基部，且在一端开口于所述环状突出部的突出端面并在另一端开口于基部的外周面上，环状突出部的外周面具有圆筒外壁面、与该圆筒外壁面连续且从该圆筒外壁面朝外侧直径逐渐扩开的环状的截头圆锥外壁面、与该截头圆锥外壁面连续而与所述基部的一方的面相连且直径比圆筒外壁面的直径大的圆筒外壁面，环状突出部的内周面具有圆筒内壁面、与该圆筒内壁面连续且从该圆筒内壁面朝内侧直径逐渐缩小的环状的截头圆锥内壁面、与该截头圆锥内壁面连续而与所述基部的一方的面相连且直径比圆筒内壁面的直径小的圆筒内壁面；(b)准备合成树脂制的轴承体的工序，该轴承体具有在一方的面上形成的环状凹部、在另一方的面上开口的环状凹槽、在一端与环状凹槽连通且在另一端开口于环状凹部的多个空气吹出孔，形成所述环状凹部的外侧内周面包括外侧圆筒内壁面、从该外侧圆筒内壁面直径逐渐扩开并具有形成所述环状凹部的开口端外缘的环状周缘的外侧截头圆锥内壁面，形成所述环状凹部的内侧内周面包括内侧圆筒内壁面、从该内侧圆筒内壁面直径逐渐缩小并具有形成所述环状凹部的开口端内缘的环状周缘的内侧截头圆锥内壁面；(C)形成轴承体与轴承基体的组装体的工序，在该工序中，使轴承体的一方的面与基部的一方的面相对，并将轴承基体的环状突出部收容于轴承体的环状凹部，使外侧截头圆锥内壁面与截头圆锥外壁面接触，并使内侧截头圆锥内壁面与截头圆锥内壁面接触，从而形成所述轴承体与轴承基体的组装体；(d)将工具口按压于所述组装体的轴承体，以加压力为0.098 0.60MPa、振动振幅为20 80 y m、输出时间为0.1 1.5秒、维持时间为0.5 .1.0秒的焊接条件施加超声波振动，在接触部位使轴承体与轴承基体焊接接合的工序；以及(e)对焊接接合于轴承基体的轴承体的另一方的面照射激光以形成环状凹槽和多个空气吹出孔的工序，所述环状凹槽具有至少0.3mm的宽度和至少0.0lmm的深度，所述多个空气吹出孔形成为自成节流孔，其在一端与环状凹槽连通，在另一端开口于环状凹部，在一端具有至少30iim的直径。
9.如权利要求7或8所述的静压气体轴承的制造方法，其特征在于， 包括对焊接接合于轴承基体的轴承体的另一方的面照射激光，以形成具有至少0.3mm或0.3 1.0mm的宽度、至少0.0lmm或0.01 0.1mm的深度的环状凹槽和在一端与环状凹槽连通并在另一端开口于环状凹部且在一端具有至少30 y m或30 120 y m的直径的多个空气吹出孔的工序。
全文摘要
包括合成树脂制的轴承基体(2)，该轴承基体(2)具有基部(4)、环状突出部(6)及供气通路(11)，环状突出部(6)从所述基部(4)的一方的面(5)上一体地突设，供气通路(11)设于环状突出部(6)及基部(4)，在一端(7)开口于所述环状突出部(6)的突出端面(8)，在另一端(9)开口于基部(4)的外周面(10)；以及合成树脂制的轴承体(3)，该轴承体(3)具有环状凹部(42)、环状凹槽(44)及多个空气吹出孔(47)，环状凹部(42)形成于与基部(4)的一方的面(5)相对的一方的面(41)上并对轴承基体(2)的环状突出部(6)进行收容，环状凹槽(44)在另一方的面(43)上开口，多个空气吹出孔(47)形成为自成节流孔，其在一端(45)与环状凹槽(44)连通，在另一端(46)开口于环状凹部(42)。
文档编号F16C32/06GK103221701SQ20128000124
公开日2013年7月24日 申请日期2012年9月6日 优先权日2011年9月16日
发明者佐藤光 申请人:奥依列斯工业株式会社