JP2002210606A - 動圧発生用溝加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 硬さの高い素材で構成されたスリーブに対し
ても、流体軸受の動圧発生用溝を効率的に、しかも精度
よく加工することができる動圧発生用溝加工装置を提供
する。 【解決手段】 被加工物であるスリーブ２が取り付けら
れる主軸１と、主軸１と同軸をなし、スリーブ２の内径
面２ａに流体軸受の動圧発生用溝３を加工する刃具１０
と、を備えていて、主軸１及び刃具１０の少なくとも一
方は軸心を中心に正転及び逆転が可能で、且つ主軸１と
刃具１０とが軸方向に相対移動可能となっているととも
に、刃具１０が備える複数の刃１１の先端を通る円の直
径ｒを、スリーブ２の内径よりも大とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、情報機器，音響・
映像機器，事務機等に使用される流体軸受の動圧発生用
溝を加工する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の動圧発生用溝加工装置の構造を、
図３の縦断面図を参照しながら説明する。固定用治具２
０に、被加工物であるスリーブ２１が固定されている。
一方、前記動圧発生用溝加工装置（図示せず）には支持
部４０が固定用治具２０と同軸に取り付けられていて、
この支持部４０は軸心を中心に正転及び逆転が可能で、
且つ軸方向に移動可能となっている。

【０００３】また、支持部４０の固定用治具側先端部に
はボール転造治具３０が取り付けられていて、支持部４
０が回転（正転及び逆転）及び軸方向の移動をすること
により、ボール転造治具３０が回転及び軸方向の移動を
するようになっている。ボール転造治具３０は、軸方向
に伸びる円柱状のコアピン３２と、コアピン３２に径方
向のすきまを介して嵌合する外筒３１と、外筒３１の固
定用治具側先端部近傍に周方向に等間隔に設けられた複
数個の穴３４に転動自在に配設されたボール３５と、で
構成されている。なお、コアピン３２の支持部側の端部
には、抜け止めのためのフランジ部３３が設けられてい
る。

【０００４】そして、コアピン３２に接触した複数のボ
ール３５の径方向外端を通りコアピン３２の軸心を中心
とする円の直径は、スリーブ２１の内径より所定寸法だ
け大径とされている。次に、上記のような動圧発生用溝
加工装置により、スリーブ２１に溝加工を行う方法につ
いて説明する。

【０００５】ボール転造治具３０（支持部４０）を正転
させたうえ、スリーブ２１に向かって軸方向に移動させ
て、外筒３１の先端をスリーブ２１の内側に挿入する。
そうすると、スリーブ２１の内径面２１ａにボール３５
が圧接されることとなるが、そのまま外筒３１を軸方向
に移動し続ける。外筒３１及びボール３５はスリーブ２
１に対して相対的にらせん運動することとなるので、内
径面２１ａにらせん状の溝２２Ａがボール転造による塑
性加工によって形成される。

【０００６】次に、ボール転造治具３０を逆転させたう
え、スリーブ２１に向かって軸方向に移動すると、外筒
３１及びボール３５はスリーブ２１に対して上記とは逆
方向に相対的にらせん運動することとなる。その結果、
上記とは逆方向のらせん状の溝２２Ｂがボール転造によ
る塑性加工によって形成される。このような操作により
スリーブ２１の内径面２１ａにヘリングボーン状の動圧
発生用溝２２を加工した後に、スリーブ２１の内径面２
１ａにリーマ加工を施すことにより、動圧発生用溝２２
の周辺に形成される盛り上がり部分を切削除去して、ス
リーブ２１の内径面２１ａに仕上げ加工を施していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年、磁気ディスク装
置（以降はＨＤＤと記す）は記録密度の向上が求められ
ていて、情報を記録するためのトラックの幅が狭くなっ
ているため、回転精度の高い流体軸受の採用が検討され
ている。一方、最近のノート型パソコン用のＨＤＤ等に
おいては、電池寿命を長くするため低消費電力であるこ
とが求められている。そのため、ＨＤＤが動作しないと
きはスピンドルモータをこまめに停止させて、データを
読み書きするときのみスピンドルモータを回転させるよ
うな方式になってきている。

【０００８】したがって、最近のＨＤＤ用スピンドルモ
ータには、優れた起動停止耐久性が要求されるようにな
ってきている。そのため、スピンドルモータを構成する
スリーブには、硬さの高い素材を採用することが検討さ
れている。しかしながら、ボール転造による溝加工はそ
の加工力が非常に大きいので、前述のような装置を用い
たボール転造によって硬さの高い素材で構成されたスリ
ーブに溝加工しようとすると、ボール３５とコアピン３
２との接触部の面圧が高くなって、ボール３５が破損し
たり、コアピン３２のボール３５との接触面がボール３
５の転動により剥離したりするおそれがあるという問題
があった。このように、硬さの高い素材に対してボール
転造によって動圧発生用溝２２を加工することは容易で
はなく、また、量産性にも問題があった。

【０００９】また、従来の動圧発生用溝加工装置で使用
していたボール転造治具３０におけるボール３５の個数
は、スリーブ２１の内径寸法, ボール３５の直径, ボー
ル３５を支持するコアピン３２の寸法，外筒３１の寸法
などによって制約を受ける。よって、スリーブ２１に加
工したい溝の本数が８本以上と多い場合は、ボール転造
治具３０をスリーブ２１に対して１往復移動させただけ
では全ての溝を加工することができないので、複数回往
復させる必要があり、溝加工のためのサイクルタイム
（加工時間）が長くなる一因となっていた。

【００１０】つまり、溝ピッチのずれを防ぐために、ボ
ール転造はボール転造治具３０をスリーブ２１に押し込
む時のみに行い、ボール転造治具３０の引き戻しは加工
済みの溝を通して行うため、通常は、１往復の加工では
保持するボール３５の数と同じ本数の溝しか加工できな
い。したがって、ＨＤＤ用のスリーブの場合はスリーブ
の内径寸法は４．５ｍｍ以下であるので、寸法制約上、
ボール転造治具３０のボール３５の個数は４個となり、
溝を８本加工したい場合は２回、１６本の場合は４回、
ボール転造治具３０を往復させる必要があり、溝加工の
ためのサイクルタイムが長くなるという問題があった。

【００１１】一方、ＨＤＤ用の流体軸受では、高さの制
約からラジアル軸受幅は狭くせざるを得ず、溝本数は少
なくとも８本以上、好ましくは１２本以上、さらに好ま
しくは１６本以上を必要としている。このため、ボール
転造においては、溝加工のためのサイクルタイムの短縮
が重要課題となっていた。また、リーマ加工は、スリー
ブ２１の内径面２１ａに沿ってリーマを押し込むという
ものであるため、スリーブ２１の内径面２１ａと外径面
との同軸度がリーマ加工によって悪化するおそれがあっ
た。したがって、高精度を要求されるＨＤＤ用スピンド
ルモータの動圧発生用溝の加工にリーマ加工を用いるこ
とは、必ずしも適当ではなかった。

【００１２】そこで本発明は、上記のような従来の動圧
発生用溝加工装置が有する問題点を解決し、硬さの高い
素材で構成されたスリーブに対しても動圧発生用溝を効
率的に、しかも精度よく加工することができる動圧発生
用溝加工装置を提供することを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発
明に係る請求項１の動圧発生用溝加工装置は、被加工物
であるスリーブが取り付けられる主軸と、前記主軸と同
軸をなし、前記スリーブの内径面に流体軸受の動圧発生
用溝を加工する刃具と、を備えていて、前記主軸及び前
記刃具の少なくとも一方は軸心を中心に正転及び逆転が
可能で、且つ前記主軸と前記刃具とが軸方向に相対移動
可能となっているとともに、前記刃具が備える複数の刃
の先端を通る円の直径を、前記スリーブの内径よりも大
としたことを特徴とする。

【００１４】このような構成であれば、硬さの高い素材
で構成されたスリーブに対しても、容易に且つ高精度に
動圧発生用溝を加工することが可能である。また、ボー
ル転造の場合のように、ボールの破損やコアピンの表面
の剥離が生じて加工が困難となるおそれが小さいので、
量産性に優れる。また、溝加工用の前記刃具を仕上げ加
工用刃具に交換すれば、前記動圧発生用溝加工装置を用
いて、動圧発生用溝の周辺に形成される盛り上がり部分
を除去する仕上げ加工を行うことができるので、前述の
リーマ加工とは異なり、前記スリーブの内径面と外径面
との同軸度を高精度に加工することが可能である。

【００１５】また、本発明に係る請求項２の動圧発生用
溝加工装置は、請求項１記載の動圧発生用溝加工装置に
おいて、前記刃の数を８個以上としたことを特徴とす
る。このような構成であれば、前記スリーブの内径面に
８本以上の動圧発生用溝を加工する場合でも、短いサイ
クルタイムで溝加工を行うことができる。したがって、
通常８本以上の動圧発生用溝が必要であるＨＤＤ用の流
体軸受の加工に、特に好ましく適用できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明に係る動圧発生用溝加工装
置の実施の形態を、図１の縦断面図を参照しつつ詳細に
説明する。なお、本発明は本実施形態に限定されるもの
ではない。動圧発生用溝加工装置は、加工を行う旋盤及
び該旋盤の動きを制御する制御装置を備えるＮＣ旋盤で
構成されている。このＮＣ旋盤は、軸心を中心に正転及
び逆転が可能でθ方向に制御可能な主軸１と、軸方向に
移動可能な刃物台に取り付けられた支持部材１５と、を
備えていて、支持部材１５には動圧発生用溝を加工する
刃具１０が取り付けられていている。

【００１７】また、刃具１０は、棒状部材１２と複数の
刃１１とで構成されていて、刃１１は棒状部材１２の先
端に径方向外方に向けて突設されている。そして、複数
の刃１１の先端を通り軸心を中心とする円の直径ｒは、
被加工物であるスリーブ２の内径よりも大径となってい
る。なお、刃１１の先端の断面形状は、エッジ部分を面
取りした略台形状や半円状が好ましい。また、刃１１の
先端は、欠損防止のために軸方向長さが０．０５ｍｍ以
下で逃げ角がほぼ０°のランドを有し、また、加工した
動圧発生用溝との干渉を防ぐため、前記ランドの後方に
は１５°以上、好ましくは２０°以上の逃げ角を設けて
ある（図２参照）。

【００１８】このような動圧発生用溝加工装置の主軸１
にスリーブ２を固定し、主軸１を正転及び逆転させなが
ら刃具１０を軸方向に移動させることにより、スリーブ
２の内径面２ａにヘリングボーン状やスパイラル状等の
動圧発生用溝３を加工することができる。動圧発生用溝
３を加工する方法をさらに詳述する。溝加工を行う際の
主軸１及び刃具１０の動きは、前記制御装置によって制
御される。例えば、ヘリングボーン状の動圧発生用溝３
を加工する場合は、まず初めに、主軸１を正転させたう
え、刃具１０を主軸１に向かって軸方向に移動させて、
刃具１０をスリーブ２に挿入する。前述の直径ｒはスリ
ーブ２の内径よりも大径であるので、スリーブ２の内径
面２ａに刃１１の先端が接触するが、そのまま刃具１０
を軸方向に移動し続ける。

【００１９】そうすると、刃１１の先端はスリーブ２に
対して相対的にらせん運動することとなるので、らせん
状の溝３Ａが内径面２ａに形成される。次に、主軸１を
逆転させたうえ、刃具１０を主軸１に向かって軸方向に
移動すると、刃１１の先端はスリーブ２に対して上記と
は逆方向に相対的にらせん運動することとなる。その結
果、上記とは逆方向のらせん状の溝３Ｂが内径面２ａに
形成される。

【００２０】この溝加工の際の主要工程は従来の通り、
内径荒加工，溝加工，内径仕上げ加工（動圧発生用溝３
の周辺に形成される盛り上がり部分を切削除去する加
工）であり、内径仕上げ加工のときの取り代を２〜２０
μｍ程度に設定すると、溝加工工程での切削は非常に軽
切削となり、被加工物であるスリーブ２に与える変形の
影響を抑えることができるとともに、刃１１の摩耗を小
さくすることができ、刃具１０の寿命を延長することが
できる。なお、必要に応じて、内径仕上げ加工後に、ボ
ール通しやブラッシングによる溝周辺の残留バリ取りを
行うことが好ましい。

【００２１】また、この刃具１０は、加工したい溝本数
と同数の刃１１を設けることができるので、スリーブ２
に加工したい溝本数が８本以上など多い場合でも、溝加
工のための刃具１０と主軸１との軸方向の相対移動を、
スリーブ２に対して１回往復させるだけで溝加工を完了
することができる。すなわち、刃具１０をスリーブ２に
押し込む時に溝を切削し、刃具１０を引き戻す時は加工
済みの溝を通して行う。このため、溝の本数にかかわら
ず刃具１０を１往復させるだけで溝加工を行うことがで
きるので、溝加工に要するサイクルタイムを従来よりも
大幅に短縮することができる。

【００２２】ＨＤＤ用の流体軸受にスリーブ２を使用す
る場合には、刃１１の数を８個以上とすると、流体軸受
の性能を確保しながら溝加工に要するサイクルタイムの
短縮を図ることができる。一方、流体軸受の起動停止耐
久性を向上させる目的で、スリーブ２の素材を従来の快
削黄銅（ビッカース硬さＨｖ約１５０）に比べて硬さが
高い高力黄銅，ベリリウム銅（ビッカース硬さＨｖ２５
０〜４５０），ステンレス鋼（ビッカース硬さＨｖ２５
０〜３００）等とした場合には、従来のようなボール転
造によって動圧発生用溝を加工しようとすると、ボール
の破損やボールを支持するコアピンの表面の剥離が生じ
るおそれがあった。

【００２３】しかし、本実施形態の動圧発生用溝加工装
置、例えば主軸１にθ方向制御機能を備えたＮＣ旋盤を
用いれば、硬さの高い素材で構成されたスリーブに対し
ても容易に且つ精度よく動圧発生用溝を加工することが
できる。また、ボール転造の場合のように、加工治具が
破損して（ボールの破損やコアピンの表面の剥離が生じ
て）加工が困難となるおそれが小さいので、量産性に優
れる。

【００２４】また、溝加工用の刃具１０を仕上げ加工用
刃具に交換すれば、該動圧発生用溝加工装置を用いて、
動圧発生用溝３の周辺に形成される盛り上がり部分を切
削除去する仕上げ加工を行うことができる。ＮＣ旋盤の
場合は、刃物台に溝加工用の刃具１０と仕上げ加工用刃
具との両方を搭載しておき、その刃物台を移動させるこ
とによって刃具を交換する。なお、スリーブ２の素材が
鉄系以外の場合、例えば銅合金の場合は、単石又は天然
ダイヤモンドバイトからなる仕上げ加工用刃具を用いる
ことが好ましい。

【００２５】このように、溝加工及び仕上げ加工を同一
の装置上で行うことができるので、効率的に加工が行え
るという利点がある。また、仕上げ加工を精密なＮＣ旋
盤上で行うことができるので、リーマ加工とは異なり、
スリーブ２の内径面２ａと外径面との同軸度を高精度に
加工することが可能である。なお、動圧発生用溝３の溝
深さを均一にするためには、刃具１０を固定する支持部
材１５には、フローティングホルダーなどの求芯用のチ
ャッキング治具を用いるとよい。

【００２６】また、前記ＮＣ旋盤の主軸１の正逆回転
と、刃具１０を取り付けた支持部材１５の軸方向への移
動とは、制御装置で制御しながら行ってもよいが、手動
で行ってもよい。さらに、本実施形態の動圧発生用溝加
工装置は、主軸１が正転及び逆転可能とされていたが、
刃具１０を取り付けた支持部材１５を正転及び逆転可能
としてもよい。さらにまた、本実施形態においては、刃
具１０が軸方向に移動可能とされていたが、主軸１を軸
方向に移動可能としてもよいし、主軸１と刃具１０との
双方を軸方向に移動可能としてもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、本発明の動圧発生用溝加
工装置は、硬さの高い素材で構成されたスリーブに対し
ても動圧発生用溝を効率的に、しかも精度よく加工する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の動圧発生用溝加工装置の一実施形態を
示す縦断面図である。

【図２】図１の動圧発生用溝加工装置に備えられた刃具
の刃の先端形状を説明する図である。

【図３】従来の動圧発生用溝加工装置の構造を示す縦断
面図である。

【符号の説明】

１ 主軸 ２ スリーブ ２ａ 内径面 ３ 動圧発生用溝 １０ 刃具 １１ 刃 ｒ 刃の先端を通る円の直径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C036 AA11 AA12 3C045 CA30 DA03 EA04 3J011 AA20 BA02 CA03 DA01 DA02 JA02 KA02 MA21 RA03 SB01 SB02 SB03

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物であるスリーブが取り付けられ
   る主軸と、前記主軸と同軸をなし、前記スリーブの内径
   面に流体軸受の動圧発生用溝を加工する刃具と、を備え
   ていて、前記主軸及び前記刃具の少なくとも一方は軸心
   を中心に正転及び逆転が可能で、且つ前記主軸と前記刃
   具とが軸方向に相対移動可能となっているとともに、前
   記刃具が備える複数の刃の先端を通る円の直径を、前記
   スリーブの内径よりも大としたことを特徴とする動圧発
   生用溝加工装置。
2. 【請求項２】 前記刃の数を８個以上としたことを特徴
   とする請求項１記載の動圧発生用溝加工装置。