JPS61286611A - 気体静圧軸受 - Google Patents

気体静圧軸受

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JPS61286611A
JPS61286611A JP61133586A JP13358686A JPS61286611A JP S61286611 A JPS61286611 A JP S61286611A JP 61133586 A JP61133586 A JP 61133586A JP 13358686 A JP13358686 A JP 13358686A JP S61286611 A JPS61286611 A JP S61286611A
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JP
Japan
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bearing
gas
gas outlet
shaft
axial
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JP61133586A
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ガブリエル、チチツアー
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Original Assignee
Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
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Publication date
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    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/18—Lubricating arrangements
    • F01D25/22—Lubricating arrangements using working-fluid or other gaseous fluid as lubricant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C32/0618—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion the gas being supplied under pressure, e.g. aerostatic bearings via porous material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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    • F05D2250/23—Three-dimensional prismatic
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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、軸受および軸が、軸受隙間によって分離され
た相捕的な案内面を有し、それぞれ少なくとも片側の案
内面が多孔性の通気面として形成され、ガスが加圧状態
でその背面側の構造部品まで通過でき、通気面ないしそ
れに隣接する薄い多孔性層が、通気面の背面にある材料
の多孔性の通気範囲よりもかなり高密度であり、これら
の層における圧力降下が、他の全部の範囲よりも著しく
大きくした気体静圧軸受に関する。
〔従来の技術〕
かかる軸受の原理的な構成は、ドイツ連邦共和国特許出
願公開第３２３０２３２号公報で知られている。この公
報には、高密度の表面層の振動減衰作用について記載さ
れている。また米国特許第３１７１２９５号明細書にお
いて、ガスが多孔性のスピンドルの内部を通して外側に
流出し、ナツトの内部において気体静圧的に支持するよ
うなスピンドルの気体静圧軸受も知られている。この明
細書においては振動問題は対象にしておらず、平滑で場
合によっては高速で回転する軸の軸受についても問題に
していない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的は、特に良好な軸受特性を有し、著しく高
速回転する軸を支持するような特別な条件に対して特に
通用できるような気体静圧軸受を提供することにある。
更に原理的な軸受の構成で軸の半径方向および軸方向の
案内を行うことができるようにすることを目的としてい
る。
〔問題点の解決手段〕
本発明によればこの目的は、特許請求の範囲第１項の特
徴部分に記載した手段によって達成できる。
〔作用効果〕
本発明に基づく軸受は、軸受隙間の両側端にガス出口通
路を有するだけでなく、軸受の内部にも軸受隙間と連通
ずるガス出口通路を有している。
軸受の動特性がガス出口通路に大きく左右されることが
、解析の結果明らかになった。多くの用途において、事
情によっては非常に長い軸受隙間の両側端にガス出口通
路を設けるだけでは不十分である。特に軸を軸方向およ
び半径方向に支持する場合のように軸受隙間の形状が複
雑である場合、軸受隙間内におけるガス流は折れ曲がり
個所でひど（妨げられるが、これは付加的なガス出口通
路で補償することができる。
上述しまた以下に述べる実施例は、ガスを外側から軸受
ブツシュを通して軸受隙間に供給する方式、並びにガス
を中空ないし多孔性の軸を通して内側から軸受隙間に供
給する方式に関する。なお本発明の考えは、直立した軸
に対する軸受に対しても同じように通用できる。
〔実施態様〕
特許請求の範囲第２項に示すように、気体静圧軸受の案
内面は、軸が半径方向および軸方向に支持されるように
形成されると有利である。この実施態様は、場合によっ
ては特許請求の範囲第１項の特徴部分なしでも可能であ
り、ガス出口面が軸受における圧力降下の大部分を受は
持たねばならないという認識があってはじめて、機能的
な形で実現される。この形態によって、ガス出口面にお
ける圧力に対してガスが多孔質の構造部品の内部におい
て辿らねばならない経路の長さは問題にならなくなる。
むしろ全ガス出口面にはその形状に無関係にほぼ同じ圧
力が生ずる。これによって複雑な形状をした軸受形状が
実現でき、その場合軸方向および半径方向の案内力が適
当に形成された軸に与えられる。
その場合案内面は、その案内力が半径方向ないし軸方向
に分力を有するようにも形成される。例えば案内面は断
面７字状に形成され、軸受および軸は対応してほぼ二重
截頭円錐形に形成される。
特許請求の範囲第３項に示すように、軸方向の案内力を
軸ないし軸受ブツシュの適当に形成され対応したガス出
口面を有するウェブによって実現することが、特に有利
である。
ガス出口面においてその正確な形状に無関係にほぼ全面
にわたって同じ圧力が生ずるということは、特許請求の
範囲第４項に示すように軸方向ないし半径方向の所望の
案内力および案内面の相応した面積比率に応じて、半径
方向の案内に役立つ案内面および軸方向の案内に役立つ
案内面を異なった多孔度で作ることができる。この実施
態様も、高密度のガス出口層を持たない従来の気体静圧
軸受においては不可能であ４た。均質な多孔性材料にお
いては、ガス出口面の各個所における圧力は、多孔性体
におけるガスが辿る経路に対して反比例している。これ
は本発明の実施にあたっては当てはまらないので、軸受
の形状および特性に関して非常に大きな柔軟性が得られ
る。
特許請求の範囲第５項以下には、本発明の有利な実施形
態が記載されている。それらは特に図面を参照して後述
するように、軸受ブツシュあるいは軸におけるガス出口
通路の配置構造に関している。軸受の動特性にとっては
、ガスがまず長い距離を流れ折れ曲がり個所を通る必要
なしに、半径方向の支持に役立つ軸受隙間が固有のガス
出口通路を有することが重要である。軸方向に延び軸受
隙間に開口しているガス出口溝において、特にこれらが
円周方向に不均一な間隔で分布されている場合、軸の振
動およびふらつき運動を減少する。
更にこれらの軸方向溝によって、円周方向に延びるガス
出口溝に対して単純なガス出口通路が作られる。
更にガス出口通路の配置並びに軸方向および半径方向の
案内面の配置に関しては、軸受の形状に応じて、その都
度の事情を考慮して大きな自由度が存在する。特に半径
方向案内面は異なった直径にでき、これは振動を減少す
る。
本発明の特別な実施態様においては、特許請求の範囲第
１２項に示すように、軸受は接合面が溝および突起でか
み合わせられる２つ以上の部分で構成される。軸方向案
内面を持つ軸受を組み立てる場合、順々にはめ込まれる
か軸に挿入される複数の部分から成る軸受を使用する必
要がある。軸受を種々の範囲に分割することは、構造的
な観点に基づいて行われる。各部分が十分小さな製作誤
差で作られている限り、軸受特性が低下することはない
。
特許請求の範囲第１３項に示すように、複数の部分から
成る軸受の接合面は、場合によっては適当に設けられた
中空室と協働して軸受の各部分の間で支障なしにガス交
換を可能にする。このようにして、軸受の一分割部分の
小さな外側範囲だけで、軸受の内部における圧力状態を
害することなしに、ガスを供給することができる。その
ガスは接合面ないし中空室を通って軸受の一部から他の
部分に到達するので、非常に高密度のガス出口面にほぼ
同一の圧力が生ずる。
〔実施例〕
次に図面に示す本発明の実施例について詳細に説明する
。
第１図において軸１は軸受ブツシュ１１の中に支持され
ている。ガスは入口１３を通ってガス入口室１２に流入
し、そこから多孔性の軸受ブツシュ１１を通ってガス出
口面２ｂ、３ｂ、４ｂに流入する。これらのガス出口面
２ｂ、３ｂ、４ｂないしは境界表面層８，９．１０は軸
受ブツシュ１１よりも非常に高密度であるので、これら
の表面層８，９．１０において本来の圧力降下が生ずる
。
軸受ブツシュ１１の案内面２ｂ、３ｂ、４ｂはそれぞれ
軸１の相捕的な案内面２ａ＋　　３ａ、４ａに対向して
位置している。これらの案内面の間に軸受隙間５．　６
．　７がある。案内面３ａ、３ｂは従来公知のように軸
受を半径方向に案内し、これに対して案内面２ａ、２ｂ
ないし４ａ、４ｂは軸１を軸方向に支持している。従っ
て高密度の表面８゜９．１０なしでは半径方向の軸受特
性は低下してしまうおそれがある。また高密度の表面層
８．９゜１０が存在する場合でも、軸受隙間５．　６．
　７の複雑な形状は、半径方向の支持に役立つ隙間６か
らガスが支障なしに流出できないので、軸受の動特性を
害するおそれがある。これに対処するために、本発明に
基づく軸受は、ガスが軸受隙間５゜６．７から付加的に
流出できるようなガス出口通路１４，１５，１６．１７
．１８．１９を備えている。これらのガス出口通路は環
状１１４，１５゜１６の形をし、孔１７．１８．１９を
通して大気あるいはガス集合室に連通している。半径方
向支持用の軸受隙間６が特別に長くなく、特に軸１の直
径より小さい場合、その範囲における付加的なガス出口
通路１５．１８は省略できる。もっともここに示された
通路は、軸ｌが中空の場合にだけ設けることができる。
なお付加的なガス出口通路は、勿論適当な手段によって
軸受ブツシュ１１を通して外側に戻すこともできる。第
１図に示した軸受は、軸受の両側端に軸方向案内用の案
内面２ａ、　　２ｂ、４ａ、４ｂを有している。これは
非常に簡単な実施形態であるが、唯一のものではない。
第２図に、軸受の内部に軸方向の案内面２２ａ。
２２　ｂ、　　２４　ａ、　　２４　ｂを有する軸受が
示されている。この軸受のほとんどの部分の機能は、第
１図に示したものに相応している。ガスはガス人口３３
を通してガス入口室３２に到達し、多孔性の軸受ブツシ
ュ３１ａ、３１ｂを通ってガス出口面２２ｂ、２３ｂ、
２４ｂ、４２ｂ、４３ｂないしはその背面側の高密度！
２８、２９，３０．４８゜４９に到達する。軸受ブツシ
ュはこの実施例の場合、接合面４０でかみ合わされる２
つの部分３１ａ、３１ｂに分割されている。一般にその
接合面を通して支障のないガス交換が行われる。これが
特殊な場合に所定の作業過程によって可能でない場合に
は、軸受部分３１ａ、３１ｂの間に、どんな場合でもガ
ス交換ができるような中空室４１が特別に加工して設け
られる。しかしこの実施例の場合、軸受ブツシュの両方
の部分３１ａ、３１ｂがガス入口室３２に連通している
ので、ガス交換は重要ではない、特別に形成された複雑
な軸受の場合、種々の軸受部分の接合面におけるガス交
換が必要である。
ガス出口面２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、４２ｂ。
４３ｂには、相補的な案内面２２ａ、２３ａ、２４ａ、
４２ａ、４３ａが対向して位置し、その場合案内面の間
に軸受隙間２５．２６，２７．４５゜４６が存在してい
る。環状溝３４．３５ａ、３５ｂ、３６と対応し−た孔
３７，３８ａ、３８ｂ、３９とから成る付加的なガス出
口通路は、ガス出口通路を短縮し、これによって軸受の
動特性を改善している。
第３図に本発°明による軸受の別の実施例が示されてお
り、ここでは軸５１の内部を通してガスを導入するよう
にしている。少なくとも軸受範囲において多孔性の軸５
１は、内側から図示してない装置を介して加圧ガスが供
給される。このガスは上述した軸受ブツシュの場合と同
様に、ガス出口面５２ａ、５３ａ、５４ａ、５５ａ、５
６ａないしその背面側の高密度層？０，７１，７２，７
３゜７４に送られる。ガス出口面５２ａ、５３ａ、５４
ａ、５５ａ、５６ａには、相補的な案内面５２ｂ、５３
ｂ、５４ｂ、５５ｂ、５６ｂが対向して位置している。
流出するガスは、両者の間に位置する軸受隙間５７．５
８．５９，６０．６１を通して逃げることができる。環
状１６４．６５ａ。
６５ｂ、６６と対応した孔６７．　６８　ａ、　　６８
　ｂ。
６９とから成る付加的なガス出口通路は、軸受の動特性
を改善している。
これら３つの実施例において、半径方向の案内面を軸方
向の案内面とは異なった多孔度とすることもできる。両
案内面の一方に複数の異なった面が得られる場合には、
これらの面も互いに異なった多孔度に設計することがで
きる。即ち例えば第２図におけるガス出口面２３ｂを完
全に気密にして、軸受隙間２６が半径方向の支持に貢献
しないようにすることもできる。このような処置は、軸
受の特性におけるその都度の条件および場所的条件に応
じて行われる。
第４図は本発明に基づ（異なった軸受の内側部分を概略
的に示している。軸受隙間８３．８４は互いにＶ字状を
なし、共同して半径方向および軸方向の支持を行い、そ
の場合軸方向および半径方向の支持における案内力の分
配は、軸受隙間８３゜８４の間の角度に左右される。軸
受隙間８３．８４の間における折れ曲がり個所に、環状
溝８５およびガス出口孔８６の形をしたガス出口通路が
設けられている。軸８１は軸受の範囲において、上側が
互いに当接している２つの戴頭円錐形の形をしている。
第５図は、本発明に基づく軸受の横断面図で、軸受プッ
シェ９２における軸方向のガス出口溝９４ａ、９４ｂ、
９４ｃを示している。軸９１が回転する際、障害になる
ガスクッションが解消される。振動を防止するために、
円周方向に不均一な間隔をおいて軸方向溝９４ａ、９４
ｂ、９４ｃを配置すると有利である。
本発明に基づく気体静圧軸受は、例えばタービンなどの
高速回転軸に対して特に適している。
【図面の簡単な説明】
第１図、第２図、第３図および第４図はそれぞれ本発明
に基づく気体静圧軸受の異なった実施例の上側半部の断
面図、第５図は軸方向のガス出口溝を持った軸受の内側
部分の横断面図である。 １：軸、２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ：案内面
、５，６．７：軸受隙間、８，９．１０：高密度層、１
１：軸受ブツシュ、１４，１５゜１６．１７，１８，１
９：ガス出口通路、２１：軸、２２ａ、２２ｂ、２３ａ
、２３ｂ、２４ａ。 ２４ｂ：案内面、２５．　２６．　２’７　：軸受隙間
、２８．２９，３０７高密度層、３４，３５ａ、３５ｂ
、３６．３７．３８ａ、３８ｂ、３９：ガス出口通路、
４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ：案内面、４５．４６
：軸受隙間、４８．４９：高密度層、５１：軸、５２ａ
、５２ｂ、５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂ、５５ａ、
５５ｂ、５６ａ。 ５６ｂ：案内面、５７，５８，５９．６０，６１：軸受
隙間、７１，７２，７３．７４＝高密度層、８１：軸、
８３．８４：軸受隙間、８５．８６：ガス出口通路、９
１：軸、９３：軸受隙間、９４ａ、９４ｂ、９４ｃ：ガ
ス出口溝。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）軸受および軸（１；２１；５１；８１；９１）が、
    軸受隙間（５、６、７；２５、２６、２７、４５、４６
    ；５７、５８、５９、６０、６１；８３、８４；９３）
    によって分離された相補的な案内面（２ａ、２ｂ、３ａ
    、３ｂ、４ａ、４ｂ；２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂ
    、２４ａ、２４ｂ；４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ；
    ５２ａ、５２ｂ、５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂ、５
    ５ａ、５５ｂ、５６ａ、５６ｂ）を有し、それぞれ少な
    くとも片側の案内面（２ｂ、３ｂ、４ｂ；２２ｂ、２３
    ｂ、２４ｂ、４２ｂ、４３ｂ；５２ａ、５３ａ、５４ａ
    、５５ａ、５６ａ）が多孔性の通気面として形成され、
    ガスが加圧状態でその背面側の構造部品まで通過でき、
    通気面ないしそれに隣接する薄い多孔性層（８、９、１
    ０；２８、２９、３０、４８、４９；７０、７１、７２
    、７３、７４）が、通気面の背面にある材料の多孔性の
    通気範囲（１１；３１ａ、３１ｂ；５１）よりもかなり
    高密度であり、これらの層（８、９、１０；２８、２９
    、３０、４８、４９；７０、７１、７２、７３、７４）
    における圧力降下が、他の全部の範囲（１１；３１ａ、
    ３１ｂ；５１）よりも著しく大きくした気体静圧軸受に
    おいて、軸受隙間（５、６、７；２５、２６、２７、４
    ５、４６；５７、５８、５９、６０、６１；８３、８４
    ；９３）がガス出口通路（１４、１５、１６、１７、１
    ８、１９；３４、３５ａ、３５ｂ、３６、３７、３８ａ
    、３８ｂ、３９；６４、６５ａ、６５ｂ、６６、６７、
    ６８ａ、６８ｂ、６９；８５、８６；９４ａ、９４ｂ、
    ９４ｃ）を介して軸受の内部に連通していることを特徴
    とする気体静圧軸受。 ２）案内面（２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ；２
    ２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ；４２
    ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ；５２ａ、５２ｂ、５３ａ
    、５３ｂ、５４ａ、５４ｂ、５５ａ、５５ｂ、５６ａ、
    ５６ｂ）が、軸が半径方向および軸方向に支持されるよ
    うに形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項記載の気体静圧軸受。 ３）軸方向の案内に役立つ案内面（２ａ、２ｂ、４ａ、
    ４ｂ；２２ａ、２２ｂ、２４ａ、２４ｂ；５３ａ、５３
    ｂ、５５ａ、５５ｂ）が、軸（１；５１）ないし軸受ブ
    ッシュ（１１；３１ａ、３１ｂ）のウェブの形に形成さ
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
    気体静圧軸受。 ４）半径方向の案内に役立つ案内面（３ｂ；２３ｂ、４
    ２ｂ、４３ｂ；５２ａ、５４ａ、５６ａ）ないしその背
    面にある薄い層（９；２９、４８、４９；７０、７２、
    ７４）および軸方向の案内に役立つ案内面（２ｂ、４ｂ
    ；２２ｂ、２４ｂ；５３ａ、５５ａ）ないしその背面に
    ある薄い層（８、１０；２８、３０；７１、７３）が、
    所望の軸方向ないし半径方向の案内力および案内面の面
    積比率に応じて異なった多孔度を有していることを特徴
    とする特許請求の範囲第２項または第３項記載の気体静
    圧軸受。 ５）ガス出口通路（１４、１５、１６、１７、１８、１
    ９；３４、３５ａ、３５ｂ、３６、３７、３８ａ、３８
    ｂ、３９；６４、６５ａ、６５ｂ、６６、６７、６８ａ
    、６８ｂ、６９；８５、８６；９４ａ、９４ｂ、９４ｃ
    ）が軸受ブッシュあるいは軸（１；２１；５１；８１；
    ９１）の内部に配置されていることを特徴とする特許請
    求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１項に記載の気
    体静圧軸受。 ６）ガス出口通路（１４、１５、１６、１７、１８、１
    ９；３４、３５ａ、３５ｂ、３６、３７、３８ａ、３８
    ｂ、３９；６４、６５ａ、６５ｂ、６６、６７、６８ａ
    、６８ｂ、６９；８５、８６；９４ａ、９４ｂ、９４ｃ
    ）が、孔（１７、１８、１９；３７、３８ａ、３８ｂ、
    ３９；６７、６８ａ、６８ｂ、６９；８６）などを通し
    て大気あるいはガス集合室に連通している円周方向ない
    し軸方向に延びている溝（１４、１５、１６；３４、３
    ５ａ、３５ｂ、３６；６４、６５ａ、６５ｂ、６６；８
    ５；９４ａ、９４ｂ、９４ｃ）から成っていることを特
    徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか
    １項に記載の気体静圧軸受。 ７）ガス出口通路（１４、１５、１６、１７、１８、１
    ９；３４、３５ａ、３５ｂ、３６、３７、３８ａ、３８
    ｂ、３９；６４、６５ａ、６５ｂ、６６、６７、６８ａ
    、６８ｂ、６９）が、軸受隙間（５、６、７；２５、２
    ６、２７；４５、４６；５７、５８、５９、６０、６１
    ；８３、８４）の折れ曲がり個所の範囲あるいは軸受隙
    間（５、６、７；２５、２６、２７；４５、４６；５７
    、５８、５９、６０、６１；８３、８４）の特に長い直
    線部分の経路に配置されていることを特徴とする特許請
    求の範囲第１項ないし第６項のいずれか１項に記載の気
    体静圧軸受。 ８）軸方向の案内に役立つ案内面（２ａ、２ｂ、４ａ、
    ４ｂ；２２ａ、２２ｂ、２４ａ、２４ｂ；５３ａ、５３
    ｂ、５５ａ、５５ｂ）が、軸受の両側端ないしは軸受の
    内部に配置されていることを特徴とする特許請求の範囲
    第１項ないし第７項のいずれか１項に記載の気体静圧軸
    受。 ９）軸受隙間（８３、８４）が断面Ｖ字状に形成され、
    これに対応して軸受ブッシュ（８２）ないし軸（８１）
    がほぼ二重裁頭円錐形をしていることを特徴とする特許
    請求の範囲第２項、第５項ないし第７項、第９項および
    第１０項のいずれかに１項記載の気体静圧軸受。 １０）２つ、３つあるいはそれ以上の軸方向長手溝（９
    ４ａ、９４ｂ、９４ｃ）がガス出口通路として形成され
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の気
    体静圧軸受。 １１）軸方向長手溝（９４ａ、９４ｂ、９４ｃ）が軸受
    の円周方向にわたって異なった相対間隔をおいて分布さ
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第１０項記載
    の気体静圧軸受。 １２）軸受が、接合面（４０）が溝および突起などによ
    って互いにかみ合う２つ以上の回転対称の部分（３１ａ
    、３１ｂ）から成っていることを特徴とする特許請求の
    範囲第１項ないし第１１項のいずれか１項に記載の気体
    静圧軸受。 １３）接合面（４０）の多孔性が場合によっては中空室
    と協働して、軸受の各部分（３１ａ、３１ｂ）の間の支
    障のないガス交換を可能にしていることを特徴とする特
    許請求の範囲第１２項記載の気体静圧軸受。
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