JP2002066848A - 動圧流体軸受の加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動圧型流体軸受の内径加工における加工精度
を向上させ信頼性を確保することを目的とする。 【解決手段】 仕上げローラの外径をステージの位置と
移動方向により可変にすることにより、溝加工後の内径
形状精度が向上し、動圧型流体軸受の信頼性が向上す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】近年、事務機器や民生機器に
使われている各種モータは、小型化、高速化、高精度化
等が要求されており、圧力発生溝を有する動圧流体軸受
の必要性が高まっている。本発明は、この動圧流体軸受
を高精度に加工するのに最適な動圧流体軸受の加工装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】以下図面を参照しながら、上述した従来
の動圧流体軸受の加工装置の一例について説明する。図
４は従来の動圧流体軸受の加工装置の主要部説明図であ
る。図４において、２１は動圧流体軸受の素材である被
加工物２２を保持するチャックで、図示しない回転スピ
ンドルにより矢印θ方向へ回転可能に設けてある。２３
はＸ、Ｙ方向に移動可能に設けたステージで、このステ
ージ２３の上には被加工物２２の内径を加工する刃物２
４と、加工された内径に動圧溝を加工する溝加工ツール
２５と、前記動圧溝加工後の内径の表面仕上げをする仕
上げツール２７を有しており、これらは通常市販のＮＣ
旋盤上に構成される。

【０００３】以上のように構成された従来の動圧流体軸
受の加工装置について、以下その動作を説明する。図４
において、チャック２１により保持された被加工物２２
を＋θ方向へ回転させながら、刃物２４が固定されたス
テージ２３をＹ方向へ移動、芯出ししたのち、被加工物
２２に接近する＋Ｘ方向へ移動させることによって被加
工物２２に動圧溝加工前の内径を加工する。以降説明を
容易にするためにこの切削工程を第１の切削工程と記
す。なおこの時点では図４に示す動圧溝であるＶ字形の
溝２９は未だ加工されていない。

【０００４】次の工程は動圧流体軸受の軸受部にＶ字型
の溝２９を加工する工程で、以下にボール転造による溝
加工例で説明する。ボール転造の場合、溝加工ツール２
５には複数の転造ボール２６が設けられ、その外径は第
１の切削工程の仕上がり内径より略１０ミクロン程度大
きく設定してある。この溝加工ツール２５をまず被加工
物２２の回転中心位置までステージ２３でＹ方向へ移
動、芯出し後、被加工物２２を＋θ方向へ回転しながら
溝加工ツール２５を＋Ｘ方向へ移動させ、被加工物２２
へ挿入して行く。Ｖ字形の溝２９のＶ中心部から先は被
加工物２２を−θ方向へ回転させながら更に溝加工ツー
ル２５を＋Ｘ方向へ挿入していくことで塑性加工により
Ｖ字形の溝２９が加工される。溝加工ツール２５を引き
抜くときはこれと同じ軌跡を通るようステージ２３の移
動方向と被加工物２２の回転方向を変えればよい。

【０００５】この溝加工工程は上記したように塑性加工
であるため、必然的に溝近傍部の盛り上がりが発生する
が、この盛り上がりを除去するのが第２の切削工程であ
る。具体的な動作は、上記した第１の切削工程と全く同
じ様な動作により、刃物２４で盛り上がりを削除すれば
よい。

【０００６】最後の工程は第２の切削工程で生じる表面
粗さを、仕上げツール２７で押しつぶし鏡面に仕上げる
工程で、市販されているローラバニッシュ工具を用いる
ことができる。すなわち仕上げツール２７には、複数の
仕上げローラ２８が、その最外径が第２の切削工程で得
られる内径より数ミクロン大きく設けてある。よって被
加工物２２を＋θ方向へ回転させた状態で仕上げツール
２７を＋Ｘ方向へ挿入すれば、仕上げローラ２８で内径
表面が押しつぶされ、結果鏡面の仕上げ面が得られるこ
ととなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、以下に示すような問題点があった。

【０００８】まず第１の問題点は、仕上げローラ２８の
外径が一定のまま被加工物２２の内径を仕上げると、仕
上げローラ２８による加工圧力で軸受部両端に応力集中
が発生し、結果図５に示すように軸受端部の内径が中央
部より数ミクロン大きく仕上がってしまう点にある。こ
のような内径が均一に仕上がらない現象は、被加工物２
２の外周肉厚が大きく違う場合にも顕著に現れる。この
理由は仕上げローラ２８による応力が加わる時に、薄肉
部が弾性変形を起こし仕上げローラ２８が通過した後に
復帰するので、厚肉部の径が大きく薄肉部は小さく仕上
がってしまう。いずれの原因で発生するかは別にして、
このような形状精度の悪い動圧流体軸受をモータに用い
ると焼き付く可能性がある。

【０００９】また、このような仕上げローラ２８の外径
を固定した仕上げ加工では、仕上げ加工完了後、仕上げ
ツール２７を−Ｘ方向へ引き抜く時に更に別の問題も引
き起こす。仕上げツール２８の引き抜き動作は通常＋Ｘ
方向の仕上げ動作に比べ極めて速い速度とすることで加
工タクトの短縮を図るが、一方で仕上げローラ２８の外
径は仕上がり後の内径より数ミクロン大きい状態が継続
されている。この結果、−Ｘ方向の早い引き抜き動作と
被加工物２２の＋θ方向の回転と相まって螺旋状のキズ
が発生することがある。このキズが付いた動圧流体軸受
をモータに用いても軸受部で焼き付く可能性がある。

【００１０】第２の問題は、仕上げローラ２８の摩耗に
より、仕上がり内径がミクロンオーダーで変化すること
である。仕上げローラ２８の摩耗は即表面粗さの悪化に
つながるので、このような形状の動圧流体軸受をモータ
に用いると軸受部で焼き付きにつながる。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の第１の発明は、仕上げツールにその外径を変
更可能とする可変機構とこれを制御する制御装置を設け
たものであり、ステージのＸ方向の位置とその移動方向
により前記仕上げツールの外径を変更可能とすることが
できるので、形状精度が高くキズの無い動圧流体軸受の
内径加工が可能となる。また本発明の第２の発明は、被
加工物の加工完了後の内径を測る計測手段を付加したも
のであり、この計測手段による内径の測定結果で仕上げ
ツールの外径を微調整する構成としているので、内径変
動の少ないかつ良好な鏡面が確保できる動圧流体軸受の
内径加工が可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下本発明の第１の実施形態につ
いて図１を参照しながら説明する。図１は本実施形態に
おける動圧流体軸受の加工装置の主要部説明図である。
図１において、１は動圧流体軸受の素材となる被加工物
２を保持するチャックで、図示しない回転スピンドルに
より矢印θ方向へ回転可能に設けてある。３はＸ、Ｙ方
向に移動可能に設けたステージで、この上には被加工物
２の内径を加工する刃物４と、加工された内径に動圧溝
を加工する溝加工ツール５を、従来の動圧流体軸受の加
工装置と同様に備えている。従来構成と異なるのは、第
２の切削工程後の内径表面仕上げをする仕上げツール７
の有する仕上げローラ８が形成する最外形寸法を可変と
する可変機構９とその制御装置１０を有している点にあ
り、その詳細を図２で説明する。図２において、仕上げ
ツール７は、円周上におかれた複数個の仕上げローラ８
と、この仕上げローラ８の脱落を防止するホルダ１１
と、仕上げローラ８を内径側で支持するテーパ状の先端
を有し、かつ後端部にホルダ１１のネジと噛み合うネジ
部１２を有するシャフト１３と、ホルダ１１に図示しな
い方法で固定され、連結片１４でシャフト１３に結合さ
れるモータ１５で構成される。なおこれらは制御装置１
０を除き、通常市販のＮＣ旋盤上に構成できる。

【００１３】以上のように構成された動圧流体軸受の加
工装置について、以下その動作を説明する。図１におい
て従来例と同様、チャック１により保持された被加工物
２を＋θ方向へ回転させ、刃物４が固定されたステージ
３をＹ方向へ移動、刃物４と被加工物２とを芯出しした
のちにステージ３を＋Ｘ方向へ移動させることによっ
て、被加工物２に溝加工前の第１の切削工程が実施され
る。なおこの時点では図１に示すＶ字形の溝１７は加工
されていない。

【００１４】次の動圧流体軸受の軸受部にＶ字型の溝１
７を加工する工程も従来例と同じで、溝加工ツール５に
複数の転造ボール６が設けられ、その外径は第１の切削
工程の仕上がり径より略１０ミクロン以上大きく設定し
てある。この溝加工ツール５をまず被加工物２２の回転
中心位置までステージ３でＹ方向へ移動、芯出し後、被
加工物２を＋θ方向へ回転しながら溝加工ツール５を＋
Ｘ方向へ移動させ、被加工物２２に挿入して行く。Ｖ字
形の溝１７のＶ中心部から先は被加工物２を−θ方向へ
回転させながら更に溝加工ツール５を＋Ｘ方向へ挿入し
ていくことで塑性加工によりＶ字形の溝１７が加工され
る。溝加工ツール５を引き抜くときはこれと同じ軌跡を
通るよう回転方向を変えればよい。

【００１５】また溝加工工程で必然的に溝近傍部に発生
する盛り上がりは、従来例同様第２の切削工程におい
て、第１の切削工程と全く同じ様に刃物４で盛り上がり
を削除すればよい。

【００１６】従来例と異なるのは最後の仕上げ工程で、
第２の切削工程で生じる表面粗さを押しつぶし鏡面に仕
上げると同時に、図５に示す軸受部両端の仕上がり径増
大を防止することにあり、図２を用いて以下に説明す
る。これらの問題の原因は既に従来例で説明したよう
に、仕上げローラ８による加工圧力と、被加工物２の形
状の相互作用で発生する。逆に被加工物２の軸受部の中
央部と端部との加工圧力による径差を無くしたり、被加
工物２に薄肉部と厚肉部がある場合でも内径を同一径に
仕上げるためには、仕上げローラ８の被加工物２との当
接位置すなわちステージ３のＸ方向の位置と移動方向に
合わせて仕上げローラ８が形成する最外径を変化させれ
ばよい。具体的には、まず仕上げローラ８の被加工物２
との当接位置信号をもとに、制御装置１０でモータ１５
を回転させ、連結部１４を介してシャフト１３を回転さ
せる。この回転運動でシャフト１３はホルダ１１と噛み
合うネジ部１２の作用で前方向へ動くよう構成しておく
ことで、シャフト１３の先端に設けられたテーパ部が仕
上げローラ８を径方向外方へ広げ、結果、仕上げローラ
８が形成する最外径を大きくできることとなる。なお、
仕上げローラ８の径を小さくするときは、シャフト１３
が後方向へ動くようモータ１５を回転させておけば、仕
上げローラ８の最外径は被加工物２の反力で必然的に小
さくできる。

【００１７】また、ステージ３の−Ｘ方向の移動を検出
したときは、制御装置１０を介してモータ１５をシャフ
ト１３が後ろへ動くよう回転させることで、仕上げロー
ラ８が形成する最外径を被加工物２の仕上げ内径より十
分小さくすることができる。

【００１８】以上の説明から明らかなように本実施形態
では、従来例で示した図５に示す軸受部両端の仕上がり
径増大部の発生に対応するステージ３の＋Ｘ方向位置
で、仕上げローラ８が形成する最外径を小さく制御でき
るので、軸受両端部の内径増大を防止できる。同様に被
加工物２の薄肉部がある場合でも、薄肉部に対応するＸ
方向座標位置において仕上げローラ８の最外径を大きく
制御することができるので、均一な内径が得られる。ま
た仕上げ加工終了後の、仕上げローラ８の−Ｘ方向の早
送り時に発生する螺旋状のキズも、ステージ３の−Ｘ方
向の移動を検出し、制御装置１０、モータ１５、シャフ
ト１３を経由して、仕上げローラ８が形成する最外径を
仕上げ内径より十分小さくすることができるので、仕上
げ加工終了後に仕上げローラ８で発生する螺旋状のキズ
の発生を防ぐことができる。

【００１９】以下本発明の第２の実施形態について説明
する。第２の実施形態は、内径を測る計測手段を付加
し、これで前記動圧流体軸受の仕上げ加工後の内径を計
測し、その結果で仕上げローラ８の形成する最外径にオ
フセットを加えるもので、第１の実施形態に追加される
相違点のみを図３で説明する。図３において、２’は溝
加工、仕上げ加工完了後の被加工物で、その仕上がり内
径は、チャック１に保持した状態のまま、もしくは取り
外し後に、計測手段１６で測定され、結果を制御装置１
０を介して仕上げローラ８が構成する最外径を制御する
ために用いるよう構成されている。なお、具体的計測手
段としては、市販の電気マイクロや渦電流センサなどを
用いることができる。

【００２０】以上のように構成された第２の実施形態の
動作について、図３を用いて説明する。計測手段１６で
計測された仕上げ加工完了後の被加工物２’の内径測定
結果は、制御装置１０へ仕上げローラ８が形成する最外
径のオフセットとして入力される。すなわち、例えば仕
上がり径が目標仕上がり径に対し０．５ミクロン小さく
計測された場合、仕上げローラ８が形成する最外径が
０．５ミクロン摩耗したと考えられる。よって仕上げロ
ーラ８の最外径を０．５ミクロン大きくなるよう、モー
タ１５を回転させ、シャフト１３を前進させれば良いこ
とになる。

【００２１】以上の説明から明らかなように第２の実施
形態では、仕上げローラ８の摩耗状況を計測手段１６で
測定し、この結果で仕上げローラ８の外径を摩耗量だけ
オフセットできるので、常に安定した表面粗さが確保で
きることになる。

【００２２】

【発明の効果】以上のように本発明の第１の発明では、
仕上げツールにその最外径を変える可変機構とこれを制
御する制御装置を設け、ステージのＸ方向の位置と移動
方向により仕上げツールの外径を調整できるので、形状
精度が高くキズの無い動圧流体軸受の加工が可能とな
る。

【００２３】また本発明の第２の発明では、内径を測る
計測手段を付加し、これで仕上げ加工後の内径を計測し
た結果で仕上げツールの外径の調整が可能となるので、
仕上げローラの摩耗が発生しても内径変動の少ないかつ
良好な鏡面が確保できる動圧流体軸受の内径加工が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態における動圧流体軸受
けの加工装置の主要部説明図

【図２】仕上げツールの詳細を示した説明図

【図３】本発明の第２の実施形態における動圧流体軸受
けの加工装置の主要部説明図

【図４】従来の動圧流体軸受けの加工装置における主要
部の説明図

【図５】従来の動圧流体軸受けの加工例の説明図

【符号の説明】

１ チャック ２ 被加工物 ３ ステージ ４ 刃物 ５ 溝加工ツール ７ 仕上げツール ８ 仕上げローラ ９ 可変機構 １０ 制御装置 １６ 計測手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森本 正人 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 3C036 AA02 BB13 3J011 BA02 CA02 DA02 KA02

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 動圧流体軸受の素材である被加工物を保
   持する回転スピンドルに設けられたチャックと、前記被
   加工物の回転軸と平行なＸ方向と、前記Ｘ方向に直交す
   るＹ方向に移動可能なステージと、このステージに設け
   られ、前記被加工物の内径を加工する刃物と、加工され
   た内径に動圧溝を加工する溝加工ツールと、複数の仕上
   げローラを有し、前記動圧溝加工後の内径の表面仕上げ
   をする仕上げツールと、前記仕上げローラを前記被加工
   物の径方向に出し入れすることによりこの仕上げツール
   の外径を変更可能とする可変機構と、前記ステージのＸ
   方向位置とその移動方向により前記可変機構を駆動する
   制御装置とで構成され、前記仕上げツールによる前記内
   径の表面仕上げ加工時に、前記ステージが前記被加工物
   に接近するＸ方向に移動する時はこのステージの位置に
   より前記制御装置で前記可変機構を駆動することによ
   り、前記仕上げツールの外径を変更調整し、前記ステー
   ジが前記被加工物から離間するＸ方向に移動する時に
   は、前記制御装置で前記可変機構を駆動することによ
   り、前記仕上げツールの外径を小さくし前記仕上げツー
   ルを前記被加工物から離脱後表せしめることを特徴とし
   た動圧流体軸受の加工装置。
2. 【請求項２】 動圧流体軸受の素材である被加工物を保
   持する回転スピンドルに設けられたチャックと、前記被
   加工物の回転軸と平行なＸ方向と、前記Ｘ方向に直交す
   るＹ方向に移動可能なステージと、このステージに設け
   られ、前記被加工物の内径を加工する刃物と、加工され
   た内径に動圧溝を加工する溝加工ツールと、複数の仕上
   げローラを有し、前記動圧溝加工後の内径の表面仕上げ
   をする仕上げツールと、前記仕上げローラを前記被加工
   物の径方向に出し入れすることによりこの仕上げツール
   の外径を変更可能とする可変機構と、前記ステージのＸ
   方向位置とその移動方向により前記可変機構を駆動する
   制御装置と前記被加工物の内径を測る計測手段とより構
   成され、前記被加工物の仕上げ加工後内径を前記計測手
   段で計測し、前記仕上げツールの外径をオフセットさせ
   る構成としたことを特徴とした動圧流体軸受の加工装
   置。