JP2002036004A - 流体軸受の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 設計自由度の高い動圧軸受または静
圧軸受の部品を簡略化した工程で加工する。 【解決手段】 工作物である軸受スリーブ１または
軸を取り付けて回転する主軸２の回転角度に同期して工
具切り込み量を高速に変化させることによって、軸受ス
リーブ１または軸の表面に動圧発生用溝を旋削加工す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内孔に動圧発生用
の溝をもつ軸受スリーブまたは表面に動圧発生用の溝を
もつ回転軸において、幾何学的設計自由度の高い溝形状
を製造する方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】情報記録用ハードディスク装置など高速
度かつ高精度で回転することが要求される回転軸受に動
圧効果を発生させる溝形状を形成する方法としては、あ
らかじめ溝の断面を形成した輪環要素を積層する用法
（たとえば特開平１０−３１８２５０号、特開平８−３
２６７４９号参照。）が知られている。

【０００３】さらに、スリーブまたは軸に加工を施す方
法、具体的には、溝のパターンにエッチングを用いる方
法（たとえば特開平６−１０１４８号、特開平１０−１
０３３４２号参照。）、型加工による方法（たとえば特
開平１０−２４９４６４号公報参照。）、切れ刃または
ボールなどそれに類するものを周上に配置した軸を回転
させながらスリーブに挿入することによって切削加工ま
たは塑性加工によって螺旋状の溝をスリーブ内面に形成
する方法（たとえば特開平７−２９９５２４号、特開平
８−２８１３３９号、特開平１０−１１３８３２号、特
開平２０００−４２６７２号参照）などが知られてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前者の方法では溝形状
を、予めいかに作成しておくかという加工上の問題があ
る。また、後者の方法として知られているこれらいずれ
の方法によっても、形成される溝形状は加工法上制限さ
れる。すなわち、エッチングでは溝の投影形状には自由
度があるが、断面が矩形状の一定の深さの溝しか得られ
ない。また、切れ刃ないしボールを螺旋運動させ、スリ
ーブに加工を行う方法では、溝の投影形状は幅が一定の
螺旋に限られるし、溝の断面形状は移動する切れ刃ない
しボールの形状の包絡面の転写にしかならず、得られる
溝形状には制限がある。

【０００５】本発明の上記従来の技術の問題点を解決す
ることを目的とするものであり、従来の方法では得られ
ない、設計自由度の高い溝形状を作成する方法を提供す
る。それによって、従来の方法では得られない高性能な
動圧軸受の製作を可能にする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、工作物である軸受スリーブまたは軸を取り
付けて回転する主軸の回転角度に同期して工具切り込み
量を高速に変化させることによって、軸受スリーブまた
は軸の表面に動圧発生用溝を旋削加工することを特徴と
する流体軸受の製造方法を提供する。

【０００７】本発明は上記課題を解決するために、工作
物である軸受スリーブまたは軸を取り付けて回転する主
軸と、該主軸の軸方向に移動可能な工具送り機構と、該
工具送り機構に配設され工具の切り込み量を制御する切
り込み量制御機構とを備えた流体軸受の製造装置であっ
て、上記切り込み量制御機構は、上記主軸の回転角度に
同期して工具切り込み量を高速に変化させることによっ
て、上記軸受スリーブまたは軸の表面に動圧発生用溝を
旋削加工することを特徴とする流体軸受の製造装置を提
供する。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明に係る流体軸受の製造方法
及び製造装置の実施の形態を実施例に基づいて図面を参
照して説明する。

【０００９】図１は、本発明に係る流体軸受の製造方法
及び製造装置の原理を示す図である。加工対象であるス
リーブ１は回転する主軸２に取り付けられる。工具３は
主軸２の軸方向に移動し、スリーブ１の内面を切削す
る。このとき、工具３は、主軸２の回転速度よりも十分
高速に主軸２の軸方向と直角方向（切り込み方向）に微
細に運動するように構成する。切り込み方向の微細な運
動を、あらかじめ決められたデータに従って、主軸２の
回転角の進行と同期させて制御し、スリーブ１の内面を
切削することによって、スリーブ１の内面には円筒状内
面と溝形状の両方が同時に形成される。

【００１０】図２は、本発明に係る流体軸受の製造装置
４の全体の構成を示す図である。主軸２の回転角は、主
軸２に取り付けられた主軸回転角度検出器５によって得
られる。主軸回転角度検出器５としては、例えば、ロー
タリーエンコーダなどが使用できる。主軸回転角度検出
器５の出力である主軸回転角度信号６は、切り込み量制
御装置７に入力される。切り込み量制御装置７は主軸回
転角度信号６が入力されるごとに、予め、切り込み量制
御データ記憶装置８に記憶されている切り込み量制御デ
ータ８’を参照し、切り込み量制御信号７’を出力す
る。

【００１１】切り込み量制御信号は、工具送り機構９に
付設された切り込み量制御機構１０に入力され、切り込
み量の変化を工具３に与える。切り込み量制御データ
は、工具３がスリーブ１の内面を走査する図３に示すよ
うな螺旋状の工具３の軌跡１１（スリーブ内面に対する
工具３の相対的な軌跡）に沿った切り込み量の値を格納
している。

【００１２】切り込み量制御データについてさらに詳細
に説明する。図４は、スリーブ１の内面を展開した図を
示す。スリーブ１の内面に図５（ｂ）に示すような溝１
２を形成しようとするとき、溝１２が形成されない円筒
状内面に相当する部分では、工具３の先端が切れ込む切
り込み量は一定に保たれ、溝１２の部分では切り込み量
がそれより溝１２の深さだけ増すように切り込み量が制
御される。

【００１３】そのためには、主軸回転角度信号６が出力
される主軸回転角度位置１３と工具３の軌跡１１とが交
差する各点（制御点）１４、１５における切り込み量の
指令値を切り込み量制御データに格納しておく。この場
合、溝１２の無い部分に該当する制御点（白丸で図示）
１４に対してはある一定の切り込み量を、溝１２のある
部分に該当する制御点（黒丸で図示）１５に対してはそ
れより溝の深さだけ大きな切り込み量を格納しておく。

【００１４】切り込み量制御機構１０としては、工作機
械の移動テーブル、油圧サーボ機構、圧電アクチュエー
タ機構などが用いられる。回転するのはスリーブではな
く、工具３であってもかまわない。

【００１５】また、加工される溝１２は、流体軸受けの
設計に基づいて決められるものであり、必ずしも一定の
深さとは限らない。円周方向または軸方向に沿って、深
さが変化するものもある。本発明に係る流体軸受の製造
方法及び装置４は、上記のような構成であるから、溝２
１の深さや幅などの形状について柔軟に対応できる。要
するに、本発明に係る流体軸受の製造方法及び装置４に
よれば、流体軸受の溝１２の設計自由度がきわめて大き
い。

【００１６】また、図５（ａ）に示す溝１２の投影形状
（スリーブ一端正面から見た形状）は自由に設計でき
る。図６に示すように、溝１２と円筒内面とが明確に区
別されないように、溝１２を円筒内面が連成されている
形状に形成することもできる。さらに、動圧軸受用の溝
１２だけでなく、図７に示すように、長手方向の端部が
スリーブ１の端面に開口していない閉じた静圧軸受用の
溝１６を加工することもできる。

【００１７】本発明に係る流体軸受の製造方法及び製造
装置は、スリーブ１の内面だけでなく、図８に示すよう
に、円筒軸１７、円錐軸１８または球面１９などの形状
の表面に溝加工を施すためにも適用できる。 図８
（ｂ）と（ｃ）に示す例では、溝以外の基本的な形状は
旋盤の数値制御装置による２軸同時運動によって創成さ
れる。

【００１８】（実施例）以下さらに、本発明に係る流体
軸受の製造方法及び製造装置の具体的な実施例について
説明する。図９は、本発明に係る流体軸受の製造方法及
び製造装置をＮＣ旋盤２０に適用した例である。加工対
象であるスリーブ１は回転する主軸２に取り付けられて
いる。主軸２の回転角度はロータリーエンコーダ２１に
よって検出され、主軸２がある角度、たとえば１／１０
２４回転するごとにパルスを発生する。このパルスは主
軸回転角度信号として切り込み量制御装置７へ入力され
る。

【００１９】旋盤の直交する２つの直動ステージの上に
切り込み量制御機構である工具サーボ２２が設置されて
いる。切削工具３は、直動ステージ２３によって軸方向
に一定の送りがかけられながら、工具サーボ２２によっ
て切り込み方向に微小に変位される。

【００２０】図１０は、工具サーボ２２の具体的な構成
例を示すものであり、工具３を駆動するアクチュエータ
として圧電アクチュエータ２４を用いている。この工具
サーボ２２によれば、圧電アクチュエータ２４に印加さ
れる電圧にほぼ比例した変位で、工具が駆動される。工
具サーボ２２ではさらに、制御の精密さと振動減衰性を
増すために、内蔵した変位計２８から得られる変位信号
を印加電圧にフィードバックしている。

【００２１】図１１は、切り込み量制御装置７の構成を
示す。切り込み量制御データは、切り込み量制御データ
記憶装置８内にファイルとして記憶され、工具３の軌跡
に沿った上記制御点１４、１５ごとの切り込み量設定値
が順次格納されている。主軸回転角度信号６のパルスが
ひとつ入力されるたびに次の制御点に対応する切り込み
量設定値に従ってＤ／Ａ変換器２５の出力値を更新す
る。Ｄ／Ａ変換器２５の出力は高電圧増幅器２６に入力
され、高電圧増幅器２６は圧電アクチュエータ２７の印
加電圧を発生する。

【００２２】ＮＣ旋盤の制御機能によって、スリーブ１
の内面の旋削を行うように動作する。このとき、主軸２
の回転数は、工具３サーボの応答速度に見合うように十
分低速に設定される。切削加工の進行にともなって、工
具サーボ２２の運動によって工具３は切り込み方向に高
速かつ微細に変位し、結果としてスリーブ１の内面には
溝形状を含む凹凸が形成される。

【００２３】以上、本発明に係る実施の形態を実施例に
基づいて説明したが、本発明は、特にこのような実施例
に限定されるものではなく、特許請求の範囲記載の技術
的事項の範囲内でその他いろいろな実施例があることは
言うまでもない。

【００２４】例えば、スリーブの内面だけでなく、円筒
軸面または円錐軸面または球面などの形状の上に溝加工
を施すためにも適用できる。円筒軸面の場合は、スリー
ブ内面と同様に軸方向に旋削を行えばよい。円錐軸面ま
たは球面の場合はＮＣ旋盤の基本機能によって円錐面ま
たは球面を切削加工する運動をさせ、その過程で工具３
サーボによって切り込み量を高速かつ微細に変化させ、
溝形状を含む凹凸を形成する。

【００２５】

【発明の効果】本発明に係る流体軸受の製造方法及び製
造装置は以上のような構成であるから、設計自由度の高
い動圧軸受または静圧軸受の部品が加工できる。これに
よって従来に無い高性能な軸受が作成できる。又、円筒
内面と溝が同時に加工されるので、工程が簡略化でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る流体軸受の製造装置及び製造方法
における切削による加工の原理図である。

【図２】本発明に係る流体軸受の製造装置の構成図であ
る。

【図３】本発明に係る流体軸受の製造装置の工具の軌跡
の形を表す図

【図４】本発明に係る流体軸受の製造装置の工具３の切
り込み量制御データの内容を表す図である。

【図５】本発明に係る流体軸受の製造装置により加工可
能な溝形状の例を示す図である。

【図６】本発明に係る流体軸受の製造装置により加工可
能な溝形状の例を示す図であり、円筒内面の無い溝形状
の例を示す図である。

【図７】本発明に係る流体軸受の製造装置により加工可
能な静圧軸受用溝形状の例である。

【図８】本発明に係る流体軸受の製造装置により、円筒
内面以外へ適用した溝加工の例を示す図である。

【図９】本発明に係る流体軸受の製造装置実施例の構成
を示す図である。

【図１０】本発明に係る流体軸受の製造装置の切り込み
量制御機構の具体例を示す図である。

【図１１】本発明に係る流体軸受の製造装置切り込み量
制御装置７の例を示す図である。

【符号の説明】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作物である軸受スリーブまたは軸を
   取り付けて回転する主軸の回転角度に同期して工具切り
   込み量を高速に変化させることによって、軸受スリーブ
   または軸の表面に動圧発生用溝を旋削加工することを特
   徴とする流体軸受の製造方法。
2. 【請求項２】 工作物である軸受スリーブまたは軸を
   取り付けて回転する主軸と、該主軸の軸方向に移動可能
   な工具送り機構と、該工具送り機構に配設され工具の切
   り込み量を制御する切り込み量制御機構とを備えた流体
   軸受の製造装置であって、 上記切り込み量制御機構は、上記主軸の回転角度に同期
   して工具切り込み量を高速に変化させることによって、
   上記軸受スリーブまたは軸の表面に動圧発生用溝を旋削
   加工することを特徴とする流体軸受の製造装置。