DE69205762T2

DE69205762T2 - Verfahren zur Herstellung von Rillen auf einer Achse.

Info

Publication number: DE69205762T2
Application number: DE69205762T
Authority: DE
Inventors: Fumio Yoshida
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-08-08
Filing date: 1992-08-07
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2012-08-08
Also published as: DE69205762D1; EP0527450B1; EP0527450A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bildung von Rillen in einem dynamischen Druckfluidlager (gasgeschmiertem Lager). Ein solches Lager ist zum Einsatz in einer Lichtablenkvorrichtung eines Laserstrahldruckers o.ä. geeignet.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Bildung von Rillen auf einer gekrümmten Oberfläche einer Drehachse 105, die bei einem Motor mit einem dynamischen Druckfluidlager verwendet wird, wie in Fig. 16 gezeigt.
Der in Fig. 16 gezeigte Motor ist im US-Patent Nr. 5 097 164 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf Fig. 16 ist ein Flanschteil 103 mittels eines O-Rings 102 abgedichtet auf einer Bodenfläche eines äußeren Rohres 101 mittels Schrauben o.ä. befestigt. Eine feststehende Achse 104, die sich in das Innere des Motors erstreckt, ist in einem Mittenloch des Flanschteils 103 durch eine Schrumpfpassung befestigt.
Auf der gekrümmten Oberfläche der feststehenden Achse 104 sind Rillen 105 von Fischgrätgestalt oder Spiralgestalt vorgesehen. Eine Drehbuchse 106 ist drehbar mit einem Spalt von 2 bis 20 um dazwischen um die Achse 104 angebracht. Innerhalb der Drehbuchse 106 und nahe zur oberen Stirnfläche der feststehenden Achse 104 ist ein Axiallager 108 angebracht, das eine zentrale Begrenzungs-Bohrung 107 hat. Weiterhin ist am unteren Stirnseitenabschnitt der Drehbuchse 106 ein Ansaugloch 131 (das eine Nut oder einen Schlitz enthält) zum Zuführen der Luft in das Innere des Gehäuses zur gekrümmten Oberfläche der feststehenden Achse 104 (innerhalb der Drehbuchse 106) vorgesehen.
Ein dynamisches Druckfluidlager, das Luft oder Stickstoffgas als Medium verwendet, ist durch die Innenfläche der Drehbuchse 106, die gekrümmte Oberfläche der feststehenden Achse 104, das Axiallager 108 und das Ansaugloch 131 gebildet.
Ein Polygonspiegel 109 ist durch Aufpressen oder mittels Schrauben an einem oberen Flansch 128 der Drehbuchse 106 befestigt. Magneten 110, die den Rotor des Motors bilden, sind durch Anhaften an der unteren gekrümmten Oberfläche der Drehbuchse 106 befestigt. Ein Ausgleichring 111 zum dynamischen Ausbalancieren (Auswuchten) ist an einer Endfläche (Stirnfläche) der Rotormagneten 110 befestigt.
Gegenüber den Magneten 110 ist ein Stator 112 vorgesehen, der am äußeren Rohr 101 befestigt ist und ein Hallelement 113 zum Nachweis der Änderung des Magnetfeldes und ein (nicht gezeigtes) Hallelement zum Nachweis der Drehung für die PLL-Steuerung sind mittels einer Leiterplatine 114 und eines Halters 115 am Stator 112 befestigt, und diese Komponenten bilden die Drehantriebsvorrichtung.
Am Außenrohr 101 ist - beispielsweise mittels Einkleben - hermetisch dicht ein Glasfenster 124 zum Einleiten und Herausführen von Laserstrahlen angebracht, die einer Ablenkung durch den Polygonspiegel 109 unterworfen werden.
Am Außenrohr 101 ist über einen O-Ring 116 hermetisch dicht ein Abdeckelement 127 angebracht, welches einen Teil des zur Erleichterung der Montage geteilten Gehäuses bildet.
Weiter sind am Außenrohr 101 Verbindungselemente 121, 122 zum Verbinden der elektrischen Verdrahtungen des Motors mit der äußeren Schaltung mit einem Versiegelungsmittel oder Klebstoff 123 an das Außenrohr angeklebt, so daß das Innere des Motorgehäuses nach außen vollständig versiegelt ist.
Zur Inbetriebnahme des Motors wird den Spulen des Stators 112 ein Strom zugeführt, woraufhin die Drehbuchse 106 infolge der abstoßenden und anziehenden, durch die Magneten 110 ausgeübten Magnetkräfte in eine vorbestimmte Richtung zu rotieren beginnt.
Im Ergebnis dessen strömt infolge des Luftstroms zwischen den Rillen 105 der feststehenden Achse 104 und der Innenfläche der Drehbuchse 106 die Luft im Gehäuse vom Zugang 131, der am unteren Ende der Drehbuchse 106 gebildet ist, in den Raum um die feststehende Achse 104 und weiter längs der Rillen 105, die auf der feststehenden Achse 104 gebildet sind, wodurch in radialer Richtung ein Druck aufgebaut wird.
Weiterhin wird durch die Verdichtung des Luftstroms durch das Loch 104 des oberen Axiallagers 108 ein Druck in axialer Richtung aufgebaut.
Infolgedessen rotiert die Drehbuchse 106 weiter, ohne die feststehende Achse 104 - sowohl in radialer als auch in axialer Richtung - zu berühren.
Die Achse des oben erläuterten dynamischen Druckfluidlagers ist mit feinen Rillen zur Erzeugung des dynamischen Drucks versehen, und die Präzision dieser Rillen und die Oberflächenpräzision der gekrümmten Oberfläche der Achse sind wichtige Faktoren, die die Zuverlässigkeit des Lagers bestimmen.
Aus diesem Grunde sind die folgenden Verfahren zum Bilden der Rillen vorgeschlagen worden.
Ein erstes Verfahren zur Bildung der Rillen zur Erzeugung des dynamischen Drucks besteht im Aufbringen eines Resists auf die gekrümmte Oberfläche eines Achsenteils mit polierter Oberfläche, mit Ausnahme von Flächen, in denen die Rillen gebildet werden sollen, und aus dem Ätzen der nicht mit dem Resist beschichteten Flächen (JP-A-1306579)
GB-A-2176545 beschreibt die Bildung von Rillen eines dynamischen Druckfluidlagers durch Aufdrucken eines Resistmaterials auf eine Achse und elektrochemisches Polieren vor der Entfernung des Resistmaterials.
Fig. 17 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer durch ein derartiges Ätzen gebildeten Rille, die einen dynamischen Druck erzeugt - es ist eine Hinterschneidung 62a auf der Innenwand nahe der Öffnung einer den dynamischen Druck erzeugenden Rille 62 gebildet, die auf der gekrümmten Oberfläche der Achse 61 gebildet ist.
Bei einem weiteren Verfahren wird ein Walzen eingesetzt. Wie in Fig. 18 gezeigt, zeigt eine durch dieses Verfahren auf einer Achse 71 gebildete, einen dynamischen Druck erzeugende Rille 72 oft eine Schulter 72a an der Öffnung der Rille.
Ein noch anderes Verfahren besteht aus der Bildung einer Schicht eines Materials, das leicht zur Absorption eines Laserstrahls fähig ist, auf der gekrümmten Oberfläche eines Achsenmaterials, und der Bildung von Rillen zur Erzeugung des dynamischen Drucks durch Entfernung der Schicht mit einem Laserstrahl, wie in JP-A-62-1886 beschrieben.
Der oben erläuterte Stand der Technik ist mit den folgenden Nachteilen verbunden.
Das auf einem Ätzen beruhende Verfahren ist kostenintensiv, weil die Achsenoberfläche - beispielsweise durch Polieren - fein bearbeitet werden muß, um eine vorbestimmte Oberflächengenauigkeit zu erhalten. Bei dem auf dem Walzen beruhenden Verfahren werden Rillen erzeugt, die eine komplexe Querschnittsgestalt haben und deren Querschnittsfläche längs der Längsrichtung infolge der Bildung von Schultern nicht konstant ist. Infolgedessen schwankt der dynamische Druck während der Rotation, und die Achse zeigt bei der Umdrehung Ungleichmäßigkeiten und Schwingungen. Das den Laserstrahl einsetzende Verfahren ist wegen der Komplexität der erforderlichen Anlage ebenfalls kostenintensiv.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bildung von Rillen für ein dynamisches Druckfluidlager bereitzustellen, das zur Erreichung einer vorbestimmten Oberflächengenauigkeit ohne Oberflächen-Feinbearbeitung der Achse und zur Bildung von Rillen mit hoher Genauigkeit, deren Querschnittsgestalt und -fläche an jeder Stelle der Längsrichtung der Rillen konstant ist, in der Lage ist.
Die oben erwähnte Aufgabe kann gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Figuren 1 bis 3D stellen eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, wobei
Fig. 1 eine schematische Draufsicht ist, die einen Zustand zeigt, in dem ein Resist auf ein eine aufplattierte Schicht tragendes Achsenkernteil aufgedruckt ist, als einen Schritt des Verfahrens der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer Tiefdruck- Offsetdruckmaschine zum Aufdrucken des Resists, der in einem Schritt des Verfahrens der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
die Figuren 3A bis 3D Schritte des Verfahrens der vorliegenden Erfindung darstellen, wobei
Fig. 3A eine schematische Querschnittsdarstellung eines Zustands ist, in dem eine aufplattierte Schicht auf dem Achsenkernteil gebildet ist,
Fig. 3B eine schematische Querschnittsdarstellung eines Zustands ist, in dem ein Resist auf die gekrümmte Oberfläche der aufplattierten Schicht aufgedruckt ist.
Fig. 3C eine schematische Querschnittsdarstellung eines Zustands ist, in dem die aufplattierte Schicht durch Ätzen in den Gebieten entfernt ist, in denen die Rillen zur Erzeugung des dynamischen Drucks gebildet werden sollen, und Fig. 3D eine schematische Querschnittsdarstellung eines Zustands ist, in dem der Resist entfernt worden ist,
die Figuren 4 bis 9 stellen eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, wobei
Fig. 4 eine teilweise schematische Draufsicht in einem Zustand ist, in dem das Resistmaterial auf das Achsenkernteil aufgedruckt ist - als eines Schrittes des Verfahrens der vorliegenden Erfindung -,
Fig. 5 eine schematische Seitenansicht einer Tiefdruck- Offsetdruckmaschine zum Aufdrucken des Resists ist, wie sie in einem Schritt des Verfahrens der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird,
Fig. 6 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Zustands ist, in dem der Resist auf das Achsenkernteil aufgedruckt ist - als eines Schrittes des Verfahrens der vorliegenden Erfindung -,
Fig. 7 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Zustands ist, in dem eine aufplattierte Schicht auf dem Achsenkernteil gebildet ist - als eines Schrittes des Verfahrens der vorliegenden Erfindung -,
Fig. 8 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Zustands ist, in dem die aufplattierte Schicht 4 durch die Entfernung des Resists zurückgelassen ist - als eines Schrittes des Verfahrens der vorliegenden Erfindung -,
Fig. 9 eine schematische Querschnittsdarstellung der Rillen zur Erzeugung des dynamischen Druckes, bei der - bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung - die aufplattierte Schicht durch elektrolytisches Plattieren gebildet ist,
die Figuren 10 und 11 stellen eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, wobei
Fig. 10 eine schematische teilweise Draufsicht einer Achse ist, die mit Rillen zur Erzeugung des dynamischen Drucks versehen und gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, und
Fig. 11 eine schematische Seitenansicht einer Tiefdruck-Offsetdruckmaschine zum Aufdrucken eines Oberflächenbeschichtungsmaterials in einem Schritt des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist,
die Figuren 12 bis 15 stellen eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, wobei
Fig. 12 eine schematische teilweise Draufsicht einer mit Rillen zur Erzeugung des dynamischen Drucks versehenen Achse ist, die durch das Verfahren zum Aufdrucken des Beschichtungsmaterials der vorliegenden Erfindung präpariert ist,
Fig. 13 eine schematische teilweise Draufsicht eines Zustands ist, in dem der Resist auf das Achsenkernteil aufgedruckt ist - als eines Schrittes, bei dem das Verfahren für das Beschichtungsmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird -,
Fig. 14 ist eine schematische Querschnittsdarstellung des Zustandes, in dem die aufplattierte Schicht auf dem Achsenkernteil gebildet ist - als eines Schrittes des Verfahrens der vorliegenden Erfindung -,
Fig. 15 eine schematische Darstellung einer Druckmaschine ist, die beim Verfahren der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird,
Fig. 16 ist eine Querschnittsdarstellung eines Motors mit einer Welle, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt ist,
Fig. 17 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer durch Ätzen gebildeten Rille und
Fig. 18 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer durch Walzbearbeitung gebildeten Rille.
Die Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 bis 9 und 14 bis 18 betreffen nicht die Erfindung, wie sie in Anspruch 1 definiert ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nachfolgend wird hier eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erläutert. Die Figuren 1 bis 3D sind Darstellungen, die die Schritte dieser Ausführungsform zeigen.
Wie in Fig. 3A gezeigt, wird vorab ein Achsenkernteil 1a mit einem Radius hergestellt, der durch Subtraktion der Tiefe der den dynamischen Druck erzeugenden Rillen 4 vom Radius der fertiggestellten Welle 1 bestimmt ist. Nach aufeinanderfolgendem, herkömmlichen Waschen und Oberflächenaktivierung wird ein anti-abrasives elektrodenloses Hartplattieren ausgeführt, um eine aufplattierte Schicht 2 mit einer Dicke zu bilden, gleich der Tiefe der Rillen 4 zur Erzeugung des dynamischen Drucks ist.
Dann wird - nachdem das Achsenkernteil 1a mit der aufplattierten Schicht 2 gewaschen und getrocknet wurden ein Resist 3 - wie in Fig. 3B gezeigt - auf die gekrümmte Oberfläche der plattierten Schicht mit Ausnahme der Flächen aufgedruckt, wo die Rillen 4 zur Erzeugung des dynamischen Drucks (vgl. Fig. 3D) gebildet werden sollen. Fig. 1 zeigt einen Zustand nach dem Aufdrucken des Resists 3. Ein Beispiel für den Resist ist eine Tinte auf Epoxidharzbasis, die von Tampoprint GmbH, Deutschland, geliefert wird.
Der Resist 3 kann auf vorteilhafte Weise mittels einer Tiefdruck-Offsetdruckmaschine aufgedruckt werden, wie in Fig. 2 gezeigt. Der von einem Resistzufuhrbehälter 23 einer Tiefdruckwalze 21 zugeführte Resist 3 wird durch eine Abstreifklinge 24 in eine Druckplatte 22 eingebracht, dann auf eine Offsetwalze 20 übertragen und auf die gekrümmte Oberfläche der plattierten Schicht 2 des Achsenkernteils 1a aufgedruckt.
Nachdem der aufgedruckte Resist gehärtet ist, wird die plattiere Schicht 2 durch Ätzen in den Flächen entfernt, wo die Rillen zur Erzeugung des dynamischen Drucks gebildet werden sollen, wie in Fig. 3C gezeigt. Das Resistmaterial 3 wird dann entfernt, wie in Fig. 3D gezeigt, um die mit den Rillen 4 zur Erzeugung des dynamischen Drucks versehene Achse 1 zu erhalten.

[Beispiel]

Ein Achsenkernteil aus Edelstahl mit einem Durchmesser von 3,99 mm wurde einem alkalischen Waschen und einer darauffolgenden Oberflächenaktivierung durch Salzsäure unterzogen. Nach Entfernung der Oberflächenoxidschicht auf dem Edelstahl wurde das Achsenkernteil in ein Nickelbad eingetaucht und einer sogenannten Vernickelung ("nickel striking") zur Abscheidung einer Nickelschicht durch elektrischen Strom unterzogen. Nachfolgend wurde ein anti-abrasives, stromloses Hartplattieren mit einer Kobalt-Phosphor-Legierung (pH-Wert 9,2, 90ºC) für 50 Minuten ausgeführt, um eine aufplattierte Schicht mit einer Dicke von 5 ± 0 5 um zu erhalten.
Im oben erläuterten BeisPiel wurde die Vernickelung ausgeführt, weil das Achsenkernteil aus Edelstahl hergestellt war, sie ist aber in dem Falle nicht erforderlich, wenn das Achsenkernteil aus einem Kohlenstoffstahl o.ä. gefertigt ist.
Bevorzugte Beispiele für die anti-abrasive stromlose Hartplattierung sind - neben dem oben angegebenen - eine Nickel- Wolfram-Bor-Legierung (pH-Wert 6,5, 65ºC, 60 Minuten) und eine Nickel-Bor-Legierung (pH-Wert 6,5, 65ºC, 45 Minuten) Es kann auch eine Nickel-Phosphor-Legierung (pH-Wert 4,5, 90ºC, 15 Minuten) oder eine Tetrafluorethylen-haltige Nickellegierung (pH-Wert 5,1, 90ºC, 30 Minuten) verwendet werden.
Die oben erläuterte Ausführungsform bietet folgende Vorteile: Sie erlaubt die wahlweise Auswahl der Gestalt der Rillen zur Erzeugung des dynamischen Drucks und auch die Wahl der Tiefe der Rillen durch Einstellen der Dicke der aufplattierten Schicht. Weiterhin können die Herstellungskosten verringert werden, weil nach Entfernung des Resists keine Oberflächen-Feinbearbeitung erforderlich ist.
Außerdem kann eine Achse mit befriedigender Standfestigkeit durch Bildung der aufplattierten Schicht mittels stromloser Hartplattierung erreicht werden.
Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
Wie in den Figuren 4, 6 und 8 gezeigt, wird ein Achsenkernteil 10a mit einem Radius vorbereitet, der durch Subtraktion der Tiefe der Rillen zur Erzeugung des dynamischen Drucks vom Radius der fertiggestellten Welle 10 erhalten wird. Nach einer Entfettung wird ein Resist 14, der als Beschichtung zur Verhinderung der Abscheidung der plattierten Schicht dient, in den Flächen, in denen die Rillen 12 gebildet werden sollen, mit einer Dicke aufgetragen, die der Tiefe der Rillen entspricht.
Das Aufdrucken kann bequem mit einer Tiefdruck-Offsetdruckmaschine ausgeführt werden, wie in Fig. 5 gezeigt. Der aus einer Resistzufuhreinheit 23, die mit einer Abstreifklinge 24 ausgerüstet ist, den Ausnehmungsmustern 22 einer Tiefdruckwalze 21 zugeführter Resist 14 wird auf eine Offsetwalze 20 übertragen und auf die gekrümmte Oberfläche des Achsenkernteils 10a aufgedruckt.
Nachdem der aufgedruckte Resist 14 durch Backen gehärtet wurde, werden herkömmliche Schritte des Waschens, der Oberflächenaktivierung und der Vernickelung aufeinanderfolgend ausgeführt, und dann wird ein anti-abrasives stromloses Hartplattieren ausgeführt, um eine aufplattierte Schicht 13 einer vorbestimmten Dicke zu erhalten.
Dann wird nach dem Waschen und Trocknen der Resist 14 entfernt, womit die oben erwähnten Rillen 12 gebildet werden. Die Entfernung des Resistmaterials wird durch Eintauchen in eine Lösung aus einer organischen Säure, etwa Monocarbonsäure, ausgeführt.
Nachfolgend wird eine weitere Ausführungsform erläutert. Fig. 9 ist eine schematische Querschnittsdarstellung, die die Querschnittsgestalt einer durch elektrolytisches Plattieren anstelle des oben erwähnten anti-abrasiven, stromlosen Hartplattierens gebildeten Rille zur Erzeugung von dynamischem Druck zeigt. Bei dieser Ausführungsform ist an der Kante der Öffnung der Rille 12 zur Erzeugung des dynamischen Drucks ein Fortsatz 13a gebildet. Der Fortsatz 13a muß in einem Nachbearbeitungsschritt entfernt werden. Die weiteren Schritte sind dieselben, wie bei der vorangehenden Ausführungsform.

[Beispiel]

Ein Achsenkernteil aus Edelstahl mit einem Durchmesser von 3,99 mm wurde vorbereitet. Nach dem Entfetten mit einer alkalischen Lösung wurde ein Resist mit einer Dicke von 5 um oder mehr in den Gebieten der gekrümmten Oberfläche des Achsenkernteils aufgedruckt, wo die Rillen gebildet werden sollten.
Der Resist war im Hinblick auf die Druckfähigkeit, die Widerstandsfähigkeit gegenüber Säuren und Basen, das Haftvermögen am Achsenkernteil und die Leichtigkeit der Entfernung nach dem Plattieren, bevorzugt durch eine Epoxidharztinte oder eine Keramiktinte gebildet, die unter dem Handelsnamen der "printon PI Series" von Nippan Kenkyusho bekannt ist.
Nachdem der aufgedruckte Resist durch Backen (während 20 Minuten bei 150ºC) gehärtet wurde, wurden die bekannten Schritte des alkalischen Waschens, der Oberflächenaktivierung mit Salzsäure und der Vernickelung ausgeführt, und es wurde ein anti-abrasives, stromloses Hartplattieren mit einer Kobalt-Phosphor-Legierung (pH-Wert 9,2, 90ºC) während 30 Minuten ausgeführt, um eine Plattierungsschicht mit einer Dicke von 5 ± 0,5 um zu erhalten.
Beim oben erläuterten Beispiel wurde die Vernickelung ausgeführt, weil das Achsenkernteil aus Edelstahl gebildet war, sie ist aber nicht erforderlich, wenn das Achsenkernteil aus einem Kohlenstoff-Stahl o.ä. besteht.
Weiterhin können für die anti-abrasive stromlose Hartplattierung auch eine Nickel-Wolfram-Bor-Legierung (pH-Wert 6,5, 65ºC, 60 Minuten) oder eine Nickel-Bor-Legierung (pH-Wert 6,5, 65ºC, 60 Minuten) anstelle der oben erwähnten eingesetzt werden.
Die oben erläuterte vorliegende Ausführungsform kann die folgenden Vorteile erbringen:
Sie erlaubt es, eine gewünschte Gestalt für die Rillen zur Erzeugung des dynamischen Drucks zu wählen und die Rillen mit einer konstanten Querschnittsgestalt und -fläche an jeder Stelle längs der Längserstreckung der Rillen mit hoher Genauigkeit zu bilden. Weiter kann die Tiefe der Rillen durch Einstellen der Dicke der Plattierungsschicht nach Wunsch gewählt werden.
Weiterhin verbessert die durch stromlose Hartplattierung gebildete Plattierungsschicht die Endgestalt bzw. Bearbeitung der Öffnung der Rillen, wodurch die Notwendigkeit einer Nachbearbeitung beseitigt wird, und es wird eine Achse mit befriedigender Standfestigkeit bereitgestellt.
Nachfolgend wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert, bei der ein anti-abrasives (verschleißminderndes) Oberflächenbeschichtungsmaterial auf die gekrümmte Oberfläche eines Achsenkernteils mit Ausnahme der Gebiete aufgetragen wird, wo die Rillen zur Erzeugung des dynamischen Drucks gebildet werden sollen, und das Oberflächenbeschichtungsmaterial dann gehärtet wird
Fig. 10 ist eine teilweise schematische Draufsicht einer Achse mit Rillen zur Erzeugung von dynamischen Druck, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
Zuerst wird ein Achsenkernteil 30a mit einem Radius vorbereitet, der sich durch Subtraktion der Dicke des anti-abrasiven Oberflächenbeschichtungsmaterial 32 vom Radius der Welle 30 ergibt. Das anti-abrasive Oberflächenbeschichtungsmaterial 32 wird mit Ausnahme der Gebiete auf die gekrümmte Oberfläche des Achsenkernteils 30a aufgetragen, wo die Rillen 33 zur Erzeugung des dynamischen Drucks gebildet werden sollen, und das Oberflächenbeschichtungsmaterial 32 wird gehärtet, um die Rillen 33 zu bilden, wodurch die den dynamischen Druck erzeugende Achse 30 fertiggestellt wird.
Das Oberflächenbeschichtungsmaterial 32 wird - beispielsweise mittels einer Tiefdruck-Offsetdruckmaschine wie in Fig. 11 gezeigt - bevorzugt aufgedruckt. Das aus einer mit einer Abstreifklinge 38 versehenen Zufuhreinheit 37 Ausnehmungen 36 einer Tiefdruckwalze 35 zugeführte Oberflächenbeschichtungsmaterial 32 wird auf eine Offsetwalze 34 übertragen und kontinuierlich auf die gekrümmte Oberfläche des Achsenkernteils 30a aufgedruckt.
Das Oberflächenbeschichtungsmaterial kann auch mittels eines Buchdruck-Offsetdruckverfahrens aufgedruckt werden.

[Beispiel]

Eine Edelstahlstange wurde auf einen Durchmesser von 399 mm bearbeitet, um ein Achsenkernteil zu erhalten.
Das Achsenkernteil wurde einer alkalischen Entfettung und einer Oberflächenaktivierung mit Salzsäure unterzogen, und dann wurde ein anorganisches Beschichtungsmaterial, das aus einem Metallalkoxid bestand, mit einer Dicke von 5 ± 0,5 um auf die gekrümmte Oberfläche des Achsenkernteils mit Ausnahme der Gebiete aufgetragen, wo die Rillen zur Erzeugung des dynamischen Drucks gebildet werden sollten. Das anorganische Beschichtungsmaterial war beispielsweise eine Keramiktinte, die unter dem Handelsnamen "printon PI Series" der Nippan Kenkyusho bekannt ist, oder ein keramisches Beschichtungsmaterial, das unter dem Handelsnamen "Ceramica" von Nippan Kenkyusho bekannt ist.
Das mit dem oben erwähnten anorganischen Beschichtungsmaterial beschichtete Achsenkernteil wurde für 20 Minuten auf 150ºC in einem Elektroofen erwärmt, wodurch das anorganische Beschichtungsmaterial gehärtet und somit die Welle fertiggestellt wurde.
Die Temperatur und Zeit der Erwärmung des anorganischen Beschichtungsmaterials sind allgemein im Bereich von 60ºC bis 150ºC und 10 Minuten bis 24 Stunden, in Abhängigkeit von der Art des organischen Beschichtungsmaterials.
Die oben erwähnte Keramiktinte und das keramische Beschichtungsmaterial, die verschleißmindernde Eigenschaften, Wärmebeständigkeit und chemische Widerstandsfähigkeit haben, können eine in diesen Eigenschaften ausgezeichnete Achse liefern.
Neben dem oben erwähnten Elektroofen kann auch ein im fernen Infrarot arbeitender Ofen oder ein Elektronenstrahlofen eingesetzt werden, je nach der Art des Oberflächenbeschichtungsmaterials.
Die oben erläuterte Ausführungsform kann die folgenden Vorteile erbringen:
Sie erlaubt es, die Gestalt der den dynamischen Druck erzeugenden Rillen nach Bedarf zu wählen und hochpräzise Rillen zu bilden, deren Querschnittsgestalt und -fläche an jeder Stelle der Längsrichtung der Rillen konstant ist.
Weiterhin kann die Tiefe der Rillen durch Einstellen der Dicke des verschleißmindernden Oberflächenbeschichtungsmaterials bei dessen Aufdrucken nach Bedarf gewählt werden. Somit erleichtert die vorliegende Ausführungsform die Herstellung der Achse und führt zu einer Kostenreduzierung.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform für die vierte Aufgabe erläutert.
Fig. 12 ist eine teilweise schematische Draufsicht einer Achse mit Rillen zur Erzeugung des dynamischen Drucks gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Zuerst wird ein Achsenkernteil 41a mit einem Radius hergestellt, der sich durch Subtraktion der Dicke eines anti-abrasiven Oberflächenbeschichtungsmaterial 42 vom Radius der Achse 40 ergibt. Das anti-abrasive Oberflächenmaterial wird auf die gekrümmte Oberfläche des Achsenkernteils 41a mit Ausnahme der Flächen aufgetragen, wo die Rillen 43 zur Erzeugung des dynamischen Drucks gebildet werden sollen, und das Oberflächenbeschichtungsmaterial 42 wird dann zur Bildung der Rillen 43 gehärtet, wodurch die Achse 40 zur Erzeugung dynamischen Drucks fertiggestellt wird.
Bei einer anderen Ausführungsform - wie in den Figuren 13 und 14 gezeigt, wird ein Achsenkernteil 41a mit einem Radius vorbereitet, der sich durch Subtraktion der Tiefe der den dynamischen Druck erzeugenden Rillen 43 vom Radius der Achse 41 ergibt, und dann wird ein Resist 44 zur Verhinderung des Abscheidens einer Plattierungsschicht auf das Achsenkernteil 41a mit einer Dicke aufgetragen, die mindestens gleich der Tiefe der Rillen in den Gebieten ist, wo die Rillen gebildet werden sollen.
Nachdem der Resist 44 durch Backen gehärtet wurde, wird ein Plattieren ausgeführt, um eine Plattierungsschicht 46 zu bilden, wie in Fig. 14 gezeigt. Nachdem die Plattierungsschicht 46 mit einer Dicke gebildet worden ist, die der Tiefe der Rillen entspricht, wird der Resist 44 entfernt, wobei die Plattierungsschicht 46 zurückbleibt und die Achse 40 somit fertiggestellt ist.
Nachfolgend wird das Verfahren zum Aufdrucken des Resists der vorliegenden Ausführungsform erläutert.
Fig. 15 ist eine schematische Darstellung einer Tiefdruckmaschine, die bei der vorliegenden Ausführungsform eingesetzt wird.
Der Resist wird in eine Zuführeinheit 54 gefüllt. Eine Druckwalze 52 mit Ausnehmungsabschnitten 52a in Form der gewünschten Rillen ist über der Einheit 54 angeordnet. Wenn die Druckwalze 52 in die durch einen Pfeil bezeichnete Richtung gedreht wird, wird der Resist aus der Zufuhreinheit 54 der Druckwalze 52 zugeführt. Nachdem er durch eine Abstreifklinge 53 gleichmäßig in die Ausnehmungen 52a hineingedrückt wurde, wird der Resist auf die gekrümmte Oberfläche des Achsenkernteils 51 übertragen, das mittels einer Andruckeinheit 50 - welche später erläutert wird - mit einem vorbestimmten Druck angedrückt wird.
Die Andruckeinheit 50 ist wie folgt aufgebaut.
Ein Joch 59 ist mit mehreren Führungsstangen 57 versehen, deren freie Enden in (nicht gezeigte) Führungsbohrungen eines Bearbeitungs-Tragelements 58 eingepaßt sind, und sie sind an den Enden mit bekannten Anschlägen ausgestattet. Das Bearbeitungs-Tragelement 58 trägt drehbar ein Paar Andruckwalzen 55, und mehrere Federn 56, die zwischen dem Joch 59 und dem Arbeits-Tragelement 58 vorgesehen sind, spannen das Arbeits-Tragelement 58 konstant zur Druckwalze 52 hin vor. Damit wird das Achsenkernteil 51, das zwischen dem Paar Andruckrollen 55 der Andruckeinheit 50 und der Druckwalze 52 angeordnet ist, vermittels der Federkraft der Federn 56 unter einem vorbestimmten, konstanten Druck an die Druckwalze 52 angedrückt. Der Druck kann durch Änderung des Drucks der Federn 56 auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.
Wenn die Druckwalze 52 gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird - wie durch einen Pfeil angegeben - dreht sich das Achsenkernteil 51 im Uhrzeigersinn, und das Paar Andruckrollen 55 drückt das Achsenkernteil 51 elastisch an die Druckwalze 52 an, während sie entgegen dem Uhrzeigersinn rotieren. Somit verschieben sich, wenn die Achse der Druckwalze 52 schwingt, das Bearbeitungs-Tragelement 58 und das Paar Andruckrollen 55 entsprechend der Achsenschwingung und gegen die Federkraft der Federn 56, wodurch das Achsenkernteil 51 mit konstantem Druck gegen die Druckwalze 52 angedrückt wird. Folglich wird der in den Ausnehmungen 52a enthaltenen Resist mit gleichmäßiger Dicke auf die gekrümmte Oberfläche des Achsenkernteils 51 übertragen.
In dem Fall, daß die Druckwalze 52 aus einem relativ leicht verformbaren Material, wie etwa Silikongummi, besteht, erzeugen die Ausnehmungen 52a infolge der Verformung unter dem oben erwähnten Druck einen Fehler. In einem solchen Fall ist die Gestalt der Ausnehmungen 52a so gebildet, daß der aus der Verformung unter dem Druck resultierende Fehler berücksichtigt ist, so daß die auf das Achsenkernteil 51 übertragenen Rillen mit der gewünschten Genauigkeit erhalten werden können.

[Beispiel 1]

Ein Achsenkernteil wurde durch Bearbeitung einer Edelstahlstange auf einen Durchmesser von 3,99 mm hergestellt.
Das Achsenkernteil wurde einer alkalischen Entfettung und einer Oberflächenaktivierung mit Salzsäure unterworfen, und dann wurde ein anorganisches Beschichtungsmaterial, das aus einem Metallalkoxid bestand, mittels des oben erläuterten Druckverfahrens unter Aussparung der Gebiete, wo die den dynamischen Druck erzeugenden Rillen gebildet werden sollten, mit einer Dicke von 5 ± 0,5 um auf die gekrümmte Oberfläche des Achsenkernteils aufgedruckt.
Das anorganische Beschichtungsmaterial war beispielsweise Keramiktinte, die unter dem Handelsnamen "Printon PI Series" von Nippan Kenkyusho bekannt ist, oder keramisches Beschichtungsmaterial, das unter dem Handelsnamen "Ceramica" von Nippan Kenkynsho bekannt ist.
Das Achsenkernteil mit dem aufgedruckten anorganischen Beschichtungsmaterial wurde für 20 Minuten bei etwa 150ºC in einem Elektroofen erwärmt, wodurch das anorganische Beschichtungsmaterial gehärtet wurde.
Die Temperatur und Zeit des Aufheizens des organischen Beschichtungsmaterials sind allgemein im Bereich von 60ºC bis 150ºC bzw. von 10 Minuten bis 24 Stunden - in Abhängigkeit von der Art des anorganischen Beschichtungsmaterials.
Die Keramiktinte oder das keramische Beschichtungsmaterial, die oben erwähnt sind, können eine in den Verschleißeigenschaften, der Wärmebeständigkeit und der chemischen Widerstandsfähigkeit ausgezeichnete Achse liefern.
Neben dem oben erwähnten Elektroofen können ein im fernen Infrarot arbeitender Ofen oder ein Elektronenstrahlofen - geeignet gewählt entsprechend der Art des Oberflächenbeschichtungsmaterials - eingesetzt werden.

[Beispiel 2]

Ein Achsenkernteil aus Edelstahl mit einem Durchmesser von 3,99 mm wurde hergestellt und mit einer alkalischen Lösung entfettet und dann wurde ein Resist mit einer Dicke von 5 um oder größer in den Gebieten der gekrümmten Oberfläche des Achsenkernteils aufgedruckt, wo die Rillen gebildet werden sollten.
Im Hinblick auf die Druckfähigkeit, die Widerstandsfähigkeit gegenüber Säuren und Basen, das Haftvermögen am Achsenkernteil und die Leichtigkeit der Entfernung nach dem Plattieren war der Resist bevorzugt eine Epoxidharztinte oder eine Keramiktinte, die unter dem Handelsnamen "Printon PI Series" von Nippan Kenkyusho bekannt ist.
Nachdem der aufgedruckte Resist durch Backen (während 20 Minuten bei 150ºC) gehärtet worden war, wurde das Achsenkernteil den Schritten eines alkalischen Waschens, einer Oberflächenaktivierung mit Salzsäure und einer Vernickelung unterzogen, und es wurde ein verschleißminderndes, stromloses Hartplattieren mit einer Kobalt-Phosphor-Legierung (pH-Wert 9,2, 90ºC) während 50 Minuten ausgeführt, um eine Plattierungsschicht mit einer Dicke von 5 ± 0,5 um zu erhalten.
Die Vernickelung wurde bei diesem Beispiel ausggeführt, weil das Achsenkernteil aus Edelstahl gefertigt war, sie ist aber nicht erforderlich, wenn das Achsenkernteil aus Kohlenstoffstahl o.ä. hergestellt ist.
Weitere bevorzugte Beispiele der verschleißmindernden Stromlosen Hartplattierung sind eine Nickel-Wolfram-Bor-Legierung (pH-Wert 6,5, 65ºC, 60 Minuten) oder eine Nickel-Bor-Legierung (pH-Wert 6,5, 65ºC, 45 Minuten). Es kann auch eine Nickel-Phosphor-Legierung (pH-Wert 4, 5, 90ºC, 15 Minuten) oder eine Tetrafluorethylen-haltige Nickel-Phosphor-Legierung (pH-Wert 5,1, 90ºC, 30 Minuten) verwendet werden.
Die vorliegende Ausführungsform kann die folgenden Vorteile erbringen:
Sie erlaubt es, die Gestalt der den dynamischen Druck erzeugenden Rillen nach Bedarf zu wählen und hochpräzise Rillen auszubilden, deren Querschnittsgestalt und -fläche an jeder Stelle der Längserstreckung der Rillen konstant ist.
Diese Vorteile werden auch erzielt, wenn die Druckwalze aus einern verformbaren Material hergestellt ist.

Claims

1. Verfahren zum Bilden von Rillen für ein dynamisches Druckfluidlager, mit den Schritten des

- Druckens eines antiabrasiven Oberflächenbeschichtungsmaterials (32) auf eine gekrümmte Oberfläche eines Achsenkernteils (30a) mit Ausnahme der Gebiete, wo die Rillen (33) für das dynamische Druckfluidlager gebildet werden sollen, und

- Härten des Oberflächenbeschichtungsmaterials (32), wodurch die Rillen (33) gebildet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

wobei das antiabrasive Oberflächenbeschichtungsmaterial (32) ein aus einem Metall-Alkoxid gebildetes anorganisches Beschichtungsmaterial ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1,

wobei beim Drucken des Beschichtungsmaterials (32) zum Bilden der Rillen (33) das Achsenkernteil (30a) unter einem vorbestimmten Druck an einer Offsetwalze (34) angedrückt wird, auf die das Beschichtungsmaterial (32) in dem definierten Muster aufgebracht wird.