JP2002503317A

JP2002503317A - 回転空気軸受及びその製造方法

Info

Publication number: JP2002503317A
Application number: JP54430798A
Authority: JP
Inventors: エイネパー，リチャード; エムゴードン，ケイス; エムランドリ，ジェイ; エイハーボトル，ウィリアム
Original assignee: Timken Co
Current assignee: Timken Co
Priority date: 1997-04-17
Filing date: 1998-04-16
Publication date: 2002-01-29
Also published as: CN1252857A; KR20010006425A; EP0991868A1; AU7127898A; WO1998046894A1; US6439774B1

Abstract

(57)【要約】図に示す回転空気軸受（Ａ）は、２つの外向きに対置されたテーパ面を備えたジャーナル（２）と、ハブ上のテーパ面に接着され小さなエアギャップ（ｇ）によってジャーナルのテーパ面から隔てられたテーパ面を備えた低摩擦ライナ（６）とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】回転空気軸受及びその製造方法発明の背景本発明は軸受に関し、より詳細には回転空気軸受及びその製造方法に関する。非常に高速度で、しかも高精度の回転を行うロータを有する機器がある。例えば、コンピュータのディスクドライブ中のディスクは、情報の高速保存及び検索を行うために高速で回転するが、その際、ディスクは軸方向及び半径方向の両方に正確に動く必要がある。実際に、そのようなディスクには、非反復的な振れや動きのずれ（ぐらつき）は許されず、ディスク上のトラックが正確に同じ位置にあり、且つヘッドがディスクを擦ることを防ぐようにしなければならない。同様に、光学スキャナも高速度且つ高精度で回転するものであり、ジャイロスコープについても同じである。上記のような要件を満たすものとして玉軸受（ボールベアリング）がある。しかし、上記のような機器の動作の速度及び精度が高くなるにつれ、玉軸受の上記の要件を満たす能力は低下する。回転用の典型的な玉軸受は、内部レースと外部レースとを有し、そのレースの間に球状の転動体を備える。一方のレースが他方のレースに対して回転すると、球体は２つのレース上のレース路を転動する。この転動接触の摩擦は最低限に抑えられる。しかし、球体とレース路中の幾何学的な誤差が、回転の途中で起こる非常に不規則な動きにかわり、補償ができなくなってしまう。このことは、機器に悪影響を及ぼす。また、それ自体が問題である振動をも起こす。更に、玉軸受は潤滑油を必要とし、他の部位に付着した場合、機器の動作に悪影響を及ぼす。いわゆる空気軸受は、高速度且つ高精度の動作も可能で、玉軸受の主な欠点を解消したものである。その意味では、空気軸受は、ディスクドライブや光学スキャナなどの高速機器に適している。しかし、空気軸受は、その製造の際、非常に小さい許容差しか許されないことと、そうした許容差を小さく保つためにコストがかかることから、製造者の支持を受けていない。典型的な空気軸受は、ジャーナルとハブを有し、そのうち一方が他方の周囲を回転する。この回転のために、小型の電気モータがジャーナルやハブに組み込まれていることもある。ジャーナルとハブは合致する面を有しており、これらの合致する面は、軸受の動作の間、薄い空気の層によって分離される。従って、合致する面は互いに接触することはなく、回転を妨げるような摩擦は基本的に生じない。層を形成する空気は、外部から来る場合（静水力学的）と回転そのものから生じる場合（流体力学的）とがある。後者の原理で動作する軸受は通常、対向するスラスト型の面の間のエアギャップに圧力をかけるための溝を有する。このような軸受は、自動軸受と呼ばれる。上記の構成の一例として、端部から中央部に向かって細くなっているスラスト型の面を有する自動空気軸受がある。先細りしたテーパ部分はジャーナルをハブに固定するが、これには製造上の問題がある。ジャーナルのテーパ部分は通常、個別に製造されており、ハブ内で組み合わせられる。これら２つのテーパ部分は同軸に機械加工されていないため、軸が正確には一致しない可能性がある。これが動きに誤差をもたらす原因となる。加えて、ジャーナルとハブの一致するテーパ面の丸みや、テーパ面間の調和を維持する際の、既知の問題もあり、５０〜１００マイクロインチの均等なエアギャップの維持も言うまでもなく問題となる。これらの要件は、精密な整合及び研磨作業、更にラップ作業まで必要とし、軸受の価格が、従来の玉軸受に比べてかなり高価なものになってしまう。従って、ほとんどの高速機器では、従来の玉軸受が使用されている。本発明は、相対するテーパ面を有し、その一方が、他方の面に沿ってモールディングされるが少しだけ離されている物質に沿って位置する、空気軸受に関する。本発明はまた、軸受の製造方法に関する。この方法は、どちらかひとつがテーパ面を有する内部部材と外部部材とを形成する工程と、このテーパ面を利用して、前記２つの部材の間にどちらか一方の部材に接着して位置するライナのテーパ面を形成する工程とを有する。実際に、このライナは、内部部材と外部部材との間に注入する流動状のライナ材から形成される。しかし、流動状のライナ材を注入する前に、一方の部材のテーパ面を、軸方向に変位するように圧迫する。この変位は、一方の部材をその弾性限界内で圧縮するか、テーパ面にコーティングを施すかによって得られる。ライナ材が凝固すると、この変位は解消し、一方の部材のテーパ面とライナのテーパ面との間に微小なエアギャップを形成する。このテーパ面を有する部材及びこのテーパ面に沿ったライナは、エアギャップをほぼ均一に維持するように空気を送り込む溝を有する。本発明はまた、以下に記載し権利を請求する範囲の部分使用，応用使用、及び併合使用を含むものである。図面の簡単な説明本明細書に添付の図面は、明細書を補完するものであり、同様の数字や文字は同様の構成要素を表す。以下、図中において、図１は、本発明に基づいて構成された空気軸受の部分断面斜視図であり、図２は、軸受のジャーナルの立面図であり、図３は、軸受のハブの断面図であり、図４は、ジャーナルが破断する領域の拡大部分立面図であり、図５は、ライナを形成するための樹脂が間に注入された状態のハブとジャーナルの断面図であり、図６は、空気軸受の変形例の部分断面斜視図であり、図７は、軸受の変形例のハブ及びライナの縦断面図であり、図８は、軸受の変形例において、テーパ面が覆われた状態にあるジャーナルの立面図であり、図９は、軸受の変形例において、テーパ面のコーティングがフォトレジスト及びマスクに覆われた状態にあるジャーナルの立面図であり、図１０は、軸受の変形例において、下層のコーティングの特定の領域を露出させるためにフォトレジストが溶解され、下層のコーティングの露出された領域に更にコーティングを塗布した状態にあるジャーナルの立面図であり、図１１は、軸受の変形例において、ライナを形成するために間に樹脂を注入された状態にあるハブ及びジャーナルの断面図である。以上の図面において、共通する番号が複数の図において使用されている。発明の最適な態様図からわかるように、自動空気軸受Ａ（図１）は固定ジャーナル２及び回転ハブ４を有し、この回転ハブはジャーナル２の周囲に位置し、ジャーナル２はハブ４との共通軸である回転軸Ｘに対して回転する。ジャーナル２は、軸受Ａの内部要素を成し、ハブ４は外部要素を成す。ハブ４には、低摩擦ライナ６が取り付けられており、このライナ６は、小さいエアギャップｇがライナ６とジャーナル２との間にできるように、ジャーナル２に向かって内側に形成されている。軸受Ａはまた、電気モータ８を含み、この電気モータ８は、通電されるとトルクをハブ４に対して発生し、これによりハブ４は軸Ｘの周りを高速度で回転する。この回転の間、エアギャップｇ内の空気が圧縮され、固定ジャーナル２を一方に、回転ハブ４とライナ６とをもう一方に引き離し、軸受Ａ内に摩擦が存在しないようにする。この空気の層を維持するために必要な空気は、回転そのものから生じる。つまり、軸受Ａは、エアギャップｇに空気を送り込むポンプの役割を果たしている。空気は、非常に粘度が低く、最も薄いオイルよりも更に粘度が低いため、ハブ４の自由な回転を促す。軸受Ａは、軸Ｘから半径方向及び軸方向にわずかにずれるだけで、高精度で動作する。したがって、その精度は玉軸受で得られる精度を超えるものである。ハブ４は、ディスクや多面鏡などのペイロードを積載する。ジャーナル２は、４４０Ｃなどの硬化可能なスチールから成り、ボルトまたは小ねじ１４（図２）によって固持されている２つのセクション１０、１２に分かれて存在する。このセクション１０、１２は基本的に同一であり、分割線または破断線１６に沿うように接している。セクション１０、１２はそれぞれ円錐面１８を有し、この円錐面１８は破断線１６に向かって下向きに細くなっており、その円錐包絡線は、好ましくは軸Ｘと共通点をそれぞれ有する２つの面１８により形成されている。２つのセクション１０、１２の円錐面１８は、円筒介在面２０によって分離されている。この円錐介在面２０から、溝２２がセクション１０の円錐面１８に近在して開けている。破断線１６はこの溝２２の内側に存在する。その反対側または太い方の端部において、セクション１０、１２は円筒状のスピンドル２４を有する。この円筒状のスピンドル２４は、円錐面１８を軸方向に越えて位置する。ジャーナル２はまた、貫通穴２６（図２）を含み、この貫通穴は、２つのスピンドル２４の間を半径方向に延び、ジャーナル２の端部のスピンドル２４の部分で実際に開口している。この穴２６も軸Ｘと一致する軸を有し、セクション１０、１２を固持するねじ１４を収容する。破断線１６上において、４個の放射線状の穴２８が穴２６と溝２２の間を通って円周上に等間隔で存在する。この穴２８は、破断線１６の形成、及び破断線１６に角度的に存在するセクション１０、１２の配列を容易にするものである。更に、２つのスピンドル２４は、その端面を半径方向に延びるスロット３０などの位置決め手段を有する。このスロット３０はまた、互いに角度的に位置する２つのセクション１０、１２を正しく配列する役割を持つ。更に、ジャーナル２はねじれ溝３２を有する。このねじれ溝３２は、円錐面１８から延び、深さ１００〜３００マイクロインチというかなり浅いものである。溝３２は、円錐面１８の大きい側の端部を貫通して延びるが、小さい側の端部には届いていないため、溝３２の端部と円筒介在面２０との間に円錐面１８上に、連続的かつ滑らかな円錐台３４が存在することとなる。溝３２は、ハブ４とライナ６とがジャーナル２の周りを回転すると、特に台３４の周囲の領域で、エアギャップｇ内の空気を圧縮する役割を持つ。ハブ４は、アルミニウムのような軽くて耐久性のある物質から形成され、適切な締付け具で共に保持されている２つの半径方向に配列されたセクション３６、３８（図３）に分かれている。ハブ４は、軸Ｘに向かって内側に形成され、介在孔４２に向かって下方に細くなっている円錐面４０を有する。この介在孔４２は、セクション３６、３８の間に位置し、この２つのセクション３６、３８が分離されると、確認できる。この孔４２は、モータ８を収容する。両方の端部において、円錐面４０は、短い端部穴４４を備える。つまり、ハブ４の両方の端部に穴４４を備える。円錐面４０は、多少大きくはあるが、テーパに関しては、ジャーナル２の円錐面１８に一致している。実際に、ハブ４の円錐面４０は０．０２５〜０．０５０インチ、好ましくは約０．０３０インチであり、ジャーナル２の円錐面１８の大きさを上回る。これは、エアギャップｇの大きさをはるかに超えるものである。円錐面４０はハブ４内に機械加工されているが、この機械加工は多少の精度を要するのみで、従来の空気軸受で表面を一致させるのに必要であったような高い精度は必要としない。低摩擦ライナ６（図１）は、ハブ４の円錐面４０に接着されており、円錐面４０とジャーナル２の円錐面１８の間のほとんどの空間を占めている。この低摩擦ライナ６も円錐面４６を有する。この円錐面４６は、ジャーナル２の円錐面１８にテーパが一致しているが、面１８よりもわずかに上にある。従って、小さな空隙がライナ６の円錐面４６とジャーナル２の円錐面１８との間に存在することになる。これらの空隙がエアギャップｇを形成しており、半径方向に３０〜１００マイクロインチ、より好ましくは約５０マイクロインチという大きさである。ライナ６は、塑性状態でも流動状態でも使用可能なレプリカントからできている。このようなレプリカントの典型がエポキシ樹脂である。エポキシ樹脂は、ハブ４の材料に固着することが可能であるし、更に、注入または流延されたあらゆる表面について忠実に複写または複製することができる。また、エポキシ樹脂は、最低限の収縮量で硬化できる。一度硬化すると、滑らかなスチールの表面などに対する摩擦係数が低く、特にジャーナル２の円錐面１８に対する摩擦係数は低い。ライナ６に適し、好ましい特性を有する樹脂は、ドイツ国のメンヒェングラットバッハ（Moenchengladbach）のDiamant Metallplastic GmbH社の樹脂（登録商標MOGLICE）である。モータ８は、ブラシレス直流モータでもよく、ジャーナル２の介在面２０上、およびハブ４の孔４２内に取り付けられている。モータ８に電気エネルギーを供給するための導線は、ジャーナル２の穴２６を通っている。通電されると、モータ８はトルクをハブ４に対して発生し、それによってハブ４はジャーナル２の周りを回転する。まず、モータ８が通電されると、樹脂ライナ６の円錐面４６はジャーナル２の円錐面１８に対して移動するが、この摺動による摩擦は樹脂の低摩擦特性によって解消される。ハブ４が加速すると、ギャップｇ内の空気、特にライナ６の円錐面４６とジャーナル２の円錐面上の円錐台３４との間の領域の空気が圧縮される。こうして次第にギャップｇの周全体にわたって空気の層が発達し、ハブ４及びライナ６はギャップｇ内の空気のクッション上に浮くことになる。相対する円錐面４６と１８が空気によって引き離された状態で、ハブ４とジャーナル２の間に実質的に摩擦は存在せず、空気も非常に粘着度が低いため、回転を妨げることはほとんどない。従って、ハブ４は自由に回転できる。ジャーナル２を製造するには、すべて単一の機械装備により、棒材を回転させジャーナル２の出来上がりの形状にする。これによって、円錐面１８、介在面２０、溝２２、スピンドル２４が、すべて単一のまたは統合された構造（図２）として形成される。更に、回転させることで、好ましくは鋭角のＶ字型の小さい溝や刻み目４８（図４）を、ジャーナル２の溝２２の両側から真中あたりのベース部分につけることができる。この刻み目４８は、ジャーナル２の最も細い断面に、応力ライザを形成する。次に、中央貫通孔２６及び放射線状の穴２８をあける。こうして、機械加工されたジャーナル２に熱処理を行い、硬化させ非常にもろい状態にする。ハブ４も同様に機械加工されるか、アルミニウム合金などの適切な物質から最終的な形状（図３）が形成される。その後、端面及び外表面を研磨する。ハブ４の円錐面４０は、ライナ６の樹脂との強い接着性を得るために、粗い表面仕上げが必要である。機械加工と熱処理の後のジャーナル２は、単一の形態で、明らかにハブ４にはフィットしない。そこで、最終の形態として、ねじ１４に共に保持された２つのセクション１０、１２に分ける。このセクション１０、１２に分離されて、ハブ４の相対する端部にフィットし、ハブ４の内側に沿って接して、分離前のような形状が保たれる。この分離は、ジャーナル２に軸方向に張力を印加する工具細工によって行われる。この張力印加は簡単な張力試験器で行うことができる。この張力は、ジャーナル２を最も弱い断面、つまり溝２２の刻み目４８で破断する。この破断によって、ジャーナル２の全周囲の溝２２上に伸びる破断線１６が形成される。実際に、破断線１６は、２つのセクション１０、１２が完全に合う位置での介在面としての役割を持つ。破断によって生じた不要な粒子を除去するために、破断線１６の在る表面に強い送風を行う。熱処理によってスチールに与えられたもろさによって、破断が起こっても、破断線１６の部分におけるジャーナル２の最小限の塑性変形だけですむ。従って、２つのセクション１０、１２が破断線１６で合わせられると、ジャーナル２は単一体だった時と実質的に同様の形状を取り戻す。機械加工及び硬化処理されたジャーナル２が破断された後、２つのセクション１０、１２は軸方向に角度的に配列され、合わせられる。この時、スピンドル２４の端部にあるスロット３０は、破断線１６に沿って存在する放射状の穴２８と同様、角度的配列を容易にするための基準指標としての役割を果たす。ねじ１４は、孔２６に挿入され、目立った弾性変形を生じることなくセクション１０、１２を固持するように締められる。この状態で、２つのセクション１０、１２のテーパ面１８は、完全に丸くなるように研磨される。具体的には、１０マイクロインチより大きい凸凹が円錐面１８に残らないように研磨することが必要である。また、研磨することで、２つの円錐面１８が同軸であることが保証できる。更に、２つのセクション１０、１２の円錐面１８に、剥離剤が塗布される。この物質は、ライナ６の材料である樹脂が、面１８においてジャーナル２に粘着することを防ぐ。ここで再び２つのセクション１０、１２は分離され、ハブ４の相対する端部に挿入される。ハブ４内では、２つのセクション１０、１２は軸方向に配列され、スピンドル２４の放射状スロット３０によって、更に角度的に配列される。セクション１０、１２を合わせて保持するために、ねじ１４を孔２６に再び挿入し、２つのセクション１０、１２がハブ４内に共に納まるように、２つのスピンドル２４の端部に対して締付力を与えるようにねじ１４を締める。この締付力は、外部装置によって与えられるものであってもよい。ここでの締付力は強く、ジャーナル２をその弾性域内で締めつけて、セクション１０の円錐面１８がセクション１２の円錐面１８に近づき、できれば２つの円錐面１８が半径方向に少し広がるように、ジャーナル２を変形させる。ジャーナル２を更に、工具細工によってハブ４に対して中心に位置させ、ジャーナル２の円錐面１８とハブ４の円錐面４０とが同心であるようにする。この際、比較的大きな放射線状の空隙が、相対する円錐面１８、４０の間に存在する。ジャーナル２は強く締め付けられた一方で、ライナ６の流動状の樹脂が、相対する円錐面１８、４０によって形成された環状の空間に注入される（図５）。この流動状の樹脂は空間を埋め、硬化するよう放置される。こうして、流動状の樹脂が硬化しハブ４の円錐面４０に密着し、ライナ６がハブ４に対して固定位置を得るようにする。樹脂が硬化すると、締付力は解除され、ジャーナル２は軸方向に広がる。この広がりによって、ジャーナル２の円錐面１８はライナ６から離れ、ライナ６には同一の面ができる。これが円錐面４６である。この面４６は、面１８を忠実に複製したものである。剥離剤によって、ライナ６がジャーナル２の円錐面１８に密着することを防ぐことができる。この円錐面１８の後退は、ジャーナル２の円錐面１８とライナ６の円錐面４６との間にエアギャップｇを形成する。ここで、締付けねじ１４は、ジャーナル２から完全に引き抜かれ、２つのセクション１０、１２は、ハブ４のそれぞれの端部から引き抜かれ再び分離される。ねじれ溝３２は、２つのセクション１０、１２のそれぞれの円錐面１８に、レーザミリングやエッチングなど従来の平面削り加工で形成される。その後、モータ８の回転部分がハブ４に装備され、ジャーナル２のセクション１２がハブ４及びモータ８の固定部分に取り付けられる。こうして２つのセクション１０、１２がハブ４の内部で再び合わせられる（図１）。スロット３０も、正確な角度配列を行うために再び使用される。ねじ１４は、孔２６から挿入され、セクション１０、１２を固持するために十分ではあるが、あまり圧迫し過ぎないような締付力を発生する。その結果、ジャーナル２の円錐面１８はライナ６の円錐面４６から少し空間を置いて位置することになる。この空間がエアギャップｇである、軸受Ａの動作に重要な役割を果たす。このエアギャップｇを作り出す歪みは、ジャーナルの軸方向の締付けからではなく、ライナ６を形成するために流動状の樹脂がその間に注入される２つの円錐面のどちらか一方に塗布された一時的なコーティングによって得られるものであってもよい。また、エアギャップｇ内の空気を圧迫するためのねじれ溝３２は、ジャーナル上にある必要はなく、ハブに粘着するライナに位置してもよい。これらの変形例は、以下に述べる自動空気軸受Ｂ（図６）及びその製造方法において実現される。空気軸受Ｂ（図６、７）は、ジャーナル７２及びハブ７４を備え、ハブ７４に接着されるライナ７６も有する。また、ハブ７４を回転させるモータ７８も備える。これらは全て軸受Ａとほぼ同様である。しかし、ねじれ溝３２が、ジャーナル７２のセクション１０、１２ではなく、ライナ７６内に位置する。円錐台３４についても同様で、ライナ７６の面４６に位置する。実際に、溝３２はライナ７６の大きい方の端部へ延び、円錐台３４はライナ７６の細くなった部分の近くに位置する。一方、ジャーナル７２のセクション１０、１２の円錐面１８は全体にわたって滑らかである。エアギャップｇは、このジャーナル７２の滑らかな円錐面１８とライナ７６の溝の付いた円錐面４６の間に存在する。モータ７８は、通電されるとトルクをハブ７４に対して発生し、ハブ７４を回転させる。まず、ハブ７４を、ライナ７６の円錐面４６がジャーナル７２の円錐面に対向するように、ジャーナル７２に設置する。数回の回転の後、ライナ７６より延びる溝３２が、円錐面１８、４６の間に空気を送り込み、これらの円錐面を完全に引き離し、エアギャップｇを均一な厚さにする。この結果、ハブ７４は、空気のクッションの上を回転することになり、ほとんど摩擦もなく、風圧抵抗も低いジャーナル７２は、悪化を伴うことなく、後に行われる処理に耐え得る物資よりなる棒材から回転形成される。ほとんどの場合、ステンレススチールが使用できる。回転形成により、単一の機械装備で、望ましい形状のジャーナル７２が単一の個体として製造される。しかしここでは、円錐面１８は研磨されて表面仕上げを行われることはない。その代わり、ジャーナル７２はここで、環状溝２２の部分で破断される。その結果、２つのセクション１０、１２を分離する破断線１６が形成される。こうした工程は、ジャーナル２について説明した工程と基本的に同じである。ジャーナル７２が破断された後、２つのセクション１０、１２は配列され、ジャーナル７２の孔２６を延びる小ねじ１４で共に保持される。ねじ１４のナットは２つのセクション１０、１２を固く保持するために破断線１６で強く締められるが、ジャーナル７２に明らかな圧迫変形をもたらすほど強くは締められない。この状態で、ジャーナル７２は円錐面１８において研磨または回転され、円錐面１８を好ましい大きさにしたりテーパを付けたりして、軸Ｘを中心に円形になるようにする。ジャーナル７２の円錐面１８の表面仕上げ加工が終わると、今度は一時的に接着するコーティング８０（図８）を施す。このコーティング８０は、厚さが均一であり、完成した軸受Ｂに望ましいエアギャップｇの厚さに等しい。半径方向には、３０〜１００マイクロインチの範囲である。コーティング８０は、ジャーナル２の場合の軸方向の圧迫と同様に、円錐面１８を軸方向に押し付け、互いを寄せ合わせる。このコーティング８０は無電解ニッケルなどでよく、浸漬処理によって形成される。これは、電気めっき法に対して、化学めっき法と呼ばれている。無電解ニッケルとその塗布方法は、既知のものである。次に、ジャーナル７２の円錐面１８の薄いコーティング８０はそれぞれ均一で薄いフォトレジストの層８２で覆われる（図９）。それから、このフォトレジストは焼き固められる。こうして硬化したフォトレジスト層８２は次に不透明のマスク８４で覆われる（図９）。実際には、円錐面１８上のマスク８４は、フォトレジスト層８２の全ての表面を覆うわけではなく、円錐面１８の大きい方の端部のある領域８６を覆わずに残す。この領域８６は、大きさと面積において、ライナ７６が最終的に大きい方の端部で含むことになるねじれ溝３２に対応するものである。フォトレジスト層８２とマスク８４の塗布はどちらも光の無い場所で行われるか、少なくともフォトレジスト層８２に化学変化を起こすことのできる波長や強度を持つ光の存在しない場所で行われる。その後、ジャーナル７２を、フォトレジスト層８２のフォトレジストが反応する波長と強度を持つ光にさらす。覆われていない露出された領域８６は、一般的に現像液として知られている化学薬品に可溶性を持つようになる化学変化を起こす。露光の後、マスク８４は除去され、フォトレジストが溶解される。こうして、光にさらされた領域８６のフォトレジスト層８２が除去され、残りの部分はそのまま残る。このようにして、フォトレジスト層８２は、最終的にライナ７６に形成されることになるねじれ溝３２に面積及び位置が対応する、ストライプ状のむき出しの領域８６を含むことになる。ここで更なるコーティング８８（図１０）がジャーナル７２の円錐面のコーティング８０の上から塗布される。このコーティング８８はコーティング８０と同じものでもよい。無電解ニッケルの場合は、ジャーナル７２を、コーティング８８が堆積可能な溶液に再び浸漬する。しかし、コーティング８８は、フォトレジスト層８２によって覆われていない領域８６のみでしか、下層のコーティング８０に接着せず、フォトレジスト層８２そのものには接着しない。この浸漬処理は、第２のコーティング８８の厚さがライナ７６の溝３２の好ましい深さに対応する厚さになるまで続けられる。その好ましい厚さとは、７５〜３００マイクロインチの範囲である。第２のコーティング８８が所定の厚さになると、フォトレジスト層８２の残りの部分をすべて露光して溶解することによって除去する。こうして、下層のコーティング８０が現れる。第２のコーティング８８は、下層のコーティング８０から立設されるリブ９０（図１１）の形をとり、最終的にライナ７６に含まれる溝３２と逆の形状となる。ジャーナル７２の円錐面１８を覆うコーティング８０、８８には剥離剤が塗布される。それから小ねじ１４がジャーナル７２から除去され、２つのセクション１０、１２は破断線１６において分離される。そして、セクション１０、１２がハブ７４の相対する端部から挿入され、ジャーナル７２がハブ７４に組み込まれる。その後、セクション１０，１２は配列され、ジャーナル７２の孔２６に再び挿入された小ねじ１４によって締付け固定される。ねじ１４のナットは２つのセクション１０、１２を固持するため再び閉められ、ここでナットに加わるトルクは、破断の後及び表面仕上げの前に加えられるトルクと実質的に同じである。この時、ジャーナル７２はハブ７４内の中心に位置し、ハブ７４とジャーナル７２は、ジャーナル７２の円錐面上のコーティング８０とハブ７４の円錐面４６との間の環状の空間がジャーナル７２全体の周囲で常に一定の幅であるように、互いに対して固持されている。次に、この環状の空間に、レプリカントの作成に適した流動状の樹脂が注入される。この樹脂は空間で凝固し、ハブ７４の円錐面４６に接着する。ここで、ジャーナル７２のコーティング８０、８８上の剥離剤が、樹脂のコーティング８０、８８への接着を防いでいる。この樹脂が凝固してライナ７６を形成する。樹脂が固まると、小ねじ１４がジャーナル７２から除去され、２つのセクション１０、１２が、ハブ７４及びそのハブ７４に固着しているライナ７６とから引き抜かれる。ハブ７４の円錐面１８を覆うコーティング８０、８８に対して形成されているため、ライナ７６はそれに合致した円錐面４６を有することになる。実際に、コーティング８０に対して形成された領域の円錐面４６は円錐台３４を有し、第２のコーティング８８の上から形成された領域では溝３２を含む。ハブ７４内のライナ７６から引き抜かれた後、ジャーナル７２はエッチング液に浸される。このエッチング液は、コーティング８０、８８は簡単に侵食するが、ジャーナル７２を構成するステンレススチールは侵食しない。コーティング８０、８８が無電解ニッケルである場合は、エッチング液として硝酸が適している。エッチング液のもとにコーティング８０、８８は消滅し、ジャーナル７２の機械加工された円錐面１８が再び表面に現れる。従って、ジャーナル７２は、円錐面１８の表面仕上げ加工の直後の状態に戻る。コーティング８０、８８が除去された後、セクション１０、１２は、ライナ７６内のそれぞれの領域に収まるように気を付けながら、ハブ７４の相対する端部から挿入される。セクション１０，１２がは配列されると、小ねじ１４が孔２６に挿入され、セクション１０、１２を固定するために締着されているナットに嵌合する。このナットに加えられるトルクは、ジャーナル７２とハブ７４との間の環状の空間に樹脂が注入された時及び円錐面１８が仕上げ加工された時にナットを保持していたトルクに等しい。しかし、ジャーナル７２は、ライナ７６に完全には合致しなくなる。コーティング８０が除去されたことで、エアギャップｇを形成する小さな空隙が作られる。一方、第２のコーティング８８が除去されたことにより、ジャーナル７２がライナ７６から完全に引き離され、ハブ７４とライナ７６は単一の構成部としてジャーナル７２の周囲を自由に回転できるようになる。上記の２つの実施例及び方法には変形例が考えられる。例えば、ハブが固定で、ジャーナルが回動する構成であってもよい。樹脂レプリカントは、ハブの円錐面４６の代わりにジャーナルの円錐面１８に接着されてもよい。この場合、円錐面４６に表面仕上げ加工を施すか、円錐面４６を非常に高い精度で形成して、円錐面１８を低い精度で形成しなければならない。ねじれ溝３２を、円錐面１８または４６の小径側の端部に形成し、円錐台３４を大径側の端部に形成してもよい。この場合、溝３２は、放射状の穴２８から供給される空気を、介在面２０に向かってではなく、介在面２０から軸方向に離れて送るよう形成されなければならない。もしもレプリカントが硬化の際に収縮する場合は、２つのセクション１０、１２を寄せ合わせるようジャーナルを圧迫する必要もないし、エアギャップｇを形成するためにコーティング８０を塗布する必要もない。樹脂レプリカントが収縮する場合は、ねじれ溝３２を樹脂が密着する円錐面上に形成し、樹脂が収縮したら、溝３２がライナ６内で自身を複製する構成にしてもよい。軸受ＡまたはＢは、モータ無しでもよく、モータは別の構成部として、ジャーナル及びハブの一方の端部の外側に位置してもよい。この場合、ハブはセクションに分かれている必要はなく、孔４２は省略することができる。本発明の範囲から逸脱することなく多くの変更を上述の構成に実施することは可能であり、以上の記載及び添付の図面に含まれている全ての実施形態は、説明上のものであって、本発明をこれに限定するものではない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者ランドリ，ジェイエムアメリカ合衆国ニューハンプシャー 03431 ケーントロウブリッジ・ロード 19 (72)発明者ハーボトル，ウィリアムエイアメリカ合衆国オハイオ 44709 ノース・キャントンサウスウエストブルックヴュ・ドライヴ 231

Claims

【特許請求の範囲】１．軸周りの回転を容易にする空気軸受において、前記軸を囲む第１の部材と、前記軸を囲み、第１の部材に向けて形成されたテーパ面を有し、第１の部材の相対する端部から挿入したり分離する際には引き抜いたりできるように分離線に接する部分を有する第２の部材と、前記第１の部材に取り付けられ、前記第２の部材のテーパ面にほぼ一致するテーパ面を有するライナとを備え、前記ライナは、第２の部材のテーパ面とライナのテーパ面との間に小さなエアギャップができるように、第２の部材のテーパ面から少し離れて位置しており、第１の部材に設けられる時点では流動状であるが、後に凝固して形成されることを特徴とする空気軸受。２．前記ライナがなくても第２の部材が第１の部材のテーパ面に干渉し、軸方向及び半径方向のどちらにも捕捉された状態となるように第１の部材が形成されていることを特徴とする請求項１記載の空気軸受。３．前記第１の部材が、第２の部材のテーパ面に対向して形成されたテーパ面を有し、前記ライナが、第１の部材のテーパ面に沿って取り付けられていることを特徴とする請求項２記載の空気軸受。４．前記第２の部材が、第１の部材内に位置し、第１の部材に囲まれていることを特徴とする請求項３記載の空気軸受。５．前記第２の部材の各テーパ面が溝及び該溝を越えて位置する台部を有し、前記溝は台部に向けて空気を送り込むように形成されていることを特徴とする請求項３記載の空気軸受。６．前記ライナの各テーパ面が溝及び該溝を越えて位置する台部を有し、前記溝は台部に向けて空気を送り込むように形成されていることを特徴とする請求項３記載の空気軸受。７．前記第２の部材のセクションを分離線で保持する手段を更に備えることを特徴とする請求項３記載の空気軸受。８．軸周りの回転を容易にする空気軸受の製造方法において、軸と、ほぼ軸方向に延びて軸を囲む軸方向に延びる面とを有する第１の部材を形成する工程と、軸と、それを囲むテーパ面とを有する第２の部材を形成する工程と、それぞれがテーパ面をひとつずつ有するように、前記第２の部材を２つのセクションに分離する工程と、第２の部材が第１の部材に沿って接し、第１の部材とほぼ同軸となり、第２の部材のテーパ面が第１の部材の軸方向の面に半径方向に隙間をおいて面し、第２の部材のテーパ面と第１の部材の軸方向の面との間に環状の孔が存在するように、第２の部材の２つのセクションを第１の部材の相対する端部からそれぞれ挿入する工程と、テーパ面が、通常位置から変位位置へ、軸方向に互いに向けて寄せ付けられるように、第２の部材を圧迫する工程と、第２の部材のテーパ面が変位位置にある間に、第２の部材のテーパ面に一致するようなテーパ面がライナに形成されるように、流動状のライナ材を環状の孔に注入し、第２の部材のテーパ面に対して凝固させ、第１の部材の軸方向の面に接着させる工程と、第２の部材のテーパ面とライナのテーパ面との間に微細なエアギャップが形成されるように、第２の部材のテーパ面を通常の位置に戻す工程とを含むことを特徴とする方法。９．前記第２の部材を圧迫する工程が、第２の部材のテーパ面を互いの方向に寄せるために第２の部材の弾性限度内の軸方向の圧縮力を第２の部材に加える工程を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。１０．流動状のライナ材を注入し凝固させた後、前記第２の部材をセクションに分離して第１の部材から引き抜く工程と、第２の部材のテーパ面に溝を機械加工で形成する工程と、各セクションが分離線に接して、テーパ面が固形のライナ材のテーパ面に沿うように、第１の部材の相対する端部から第２の部材の２つのセクションを挿入する工程とを更に含むことを特徴とする請求項９記載の方法。１１．前記第２の部材が第１の部材内に位置することを特徴とする請求項１０記載の方法。１２．前記第２の部材を圧迫する工程が、第２の部材のテーパ面に第１のコーティングを施す工程を含み、前記第２の部材のテーパ面を通常位置に戻す工程が、第１のコーティングを除去する工程を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。１３．環状の孔に流動状のライナ材が注入される前に、前記第１のコーティングの上にリブ形状の第２のコーティングを施す工程を更に含み、前記リブが固体化したライナ材に溝を形成し、該溝はライナ材にによって形成されるテーパ面から延びることを特徴とする請求項１２記載の方法。１４．前記第２のコーティングを施す工程が、第２の部材のテーパ面上の第１のコーティングの上にフォトレジストを塗布する工程と、リブの存在しない領域を覆うためにフォトレジストにマスクを施す工程と、マスクされたフォトレジストを光にさらす工程と、マスクされていない領域のフォトレジストを溶解して除去する工程とを含み、フォトレジストが除去された領域の第１のコーティングに第２のコーティングを接着することを特徴とする請求項１３記載の方法。１５．前記第１のコーティング除去の工程が、第１のコーティングをエッチング液に浸漬することを含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。１６．前記第１のコーティングが無電解ニッケルであることを特徴とする請求項１２に記載の方法。１７．前記第２の部材が単一の構成部として形成され、前記第２の部材をセクションに分離する工程が、テーパ面の間を破断する工程を含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。１８．回転空気軸受を製造する方法において、軸に向かって内側に形成された２つのテーパ面を有する外部部材を形成する工程と、軸から外に向かって形成された２つのテーパ面を有する内部部材を形成する工程と、テーパによって互いに軸方向に固定され、テーパ面の間に環状の孔ができるようにテーパ面の間をあけるようにして、内部部材を外部部材に取り付ける工程と、流動状のライナ材を環状の孔に注入し凝固させ、どちらか一方の部材に接着させて、他方の部材のテーパ面に対向して形成されたテーパ面を有するライナを形成する工程とを含む方法。１９．前記内部部材を外部部材に取り付ける際に、分離可能なセクションを形成するためにどちらか一方の部材のテーパ面の間を破断し、互いに固定されて形成された前記セクションを破断部分で合わせられることを特徴とする請求項１８記載の方法。２０．前記流動状のライナ材を凝固させる際に、破断された部材を圧縮し、圧縮力が取り除かれると、破断された部材が広かり、エアギャップがライナのテーパ面に沿って現れるようにする工程を更に含むことを特徴とする請求項１９記載の方法。２１．前記流動状のライナ材を環状の孔に注入する前に、内部部材のテーパ面をコーティングで覆う工程と、ライナ材が固体化して内部部材のテーパ面とライナとの間にエアギャップを形成した後に、前記コーティングを除去する工程とを更に含むことを特徴とする請求項１９記載の方法。