JP2002503317A - 回転空気軸受及びその製造方法 - Google Patents
回転空気軸受及びその製造方法Info
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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、50〜1
00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1
8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、1
2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2
0、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2
4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、1
2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1
8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7
6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1
6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1
8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8
8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8
0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、75〜30
0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7
4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8
0、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7
6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。
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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,I
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,CF,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,
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,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL
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D,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL
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SL,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,US,U
Z,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 (1)
- 【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。
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