JP2006250346A - 動圧軸受の製造方法及び型 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で、様々な形状および材料からなる被加工物に対して、高精度、低コストに動圧発生溝を形成する。
【解決手段】 中心孔をもつ被加工物１００’を用意し、被加工物１００’の中心孔に型２００を挿入する。空洞２０３に気体もしくは液体によって加圧し、型２００を膨張させて、被加工物１００’の中心孔と型２００を密着させる。エッチャント（図示略）が、図中のＡ方向から図中のＢ方向へ溝２０２を流動し、流出口２０２ｂから流出する。このとき、前記エッチャントは、溝２０２部分において被加工物１００’と接触してエッチングをおこない、溝２０２に沿った形状に動圧発生溝１０２を形成する。ステップＳ３０４では、空洞２０３への加圧を止めて型２００を抜き取る。
【選択図】 図３

Description

この発明は、動圧軸受の製造方法及び動圧軸受形成用の型に関する。特に、動圧軸受の主要な構造である動圧発生溝の製造方法及び型に関する。

オイルや空気などの潤滑流体の動圧を利用した動圧軸受は、それを構成するシャフトやスリーブの表面に動圧発生溝を有している。動圧発生溝は、幅、深さともに数μｍから数十μｍ程度の微細な溝であり、これを高精度かつ簡便に加工することが求められている。

従来、この動圧発生溝の加工には、転造加工、エッチング加工、電解加工などの技術が用いられてきた。

例えば、転造加工においては、特許文献１に示すように、スリーブ内周面にボール状工具を転動させて転造する方法が挙げられる。

また、エッチング加工においては、特許文献２に示すように、感光性樹脂（フォトレジスト）を用いたフォトリソグラフィーによる方法が挙げられる。

また、電解加工においては、特許文献３に示すように、被加工物と電極工具の間にマスキング部材を配し、マスキング部材にもうけられた形状を被加工物に転写する方法が挙げられる。
特開平１１−３４２４４１号公報 図８（ｃ） 特開平２−３４７９６号公報 特開２００３−３９２５０号公報

特許文献１に示した従来手法による動圧発生溝の加工においては、肉逃げによって動圧発生溝近傍に盛り上がりが生じる。盛り上がりの除去には切削加工を用いるのが一般的であるが、工程数が増えるため、製造コストが上昇してしまう。

特許文献２に示した従来手法による動圧発生溝の加工においては、感光性樹脂の塗布、露光、現像をおこなった後、被加工物のエッチングをおこない、感光性樹脂の除去をおこなう。これは動圧発生溝の形状を高精度にコントロール出来る手法であるが、工程数が多く、製造コストが上昇してしまう。

特許文献３に示した従来手法による動圧発生溝の加工においては、比較的簡便な手法で高精度な加工を実現しているが、円柱もしくは円筒表面への動圧発生溝の加工は困難である。また、電解加工を用いているため、被加工物が導電体である必要があり、材料が制限される。また、マスキング部材と加工電極を被加工物に対してそれぞれ位置決めする必要があり、より簡便な手法が求められる。

以上説明したように、簡単な構成で、様々な形状および材料からなる被加工物に対して、高精度、低コストに動圧発生溝を製造する手法が求められている。

上記課題を解決するために、本発明では、動圧軸受に用いられるシャフトまたはスリーブの素材である被加工物と溝を有する型とを、被加工物表面が溝を覆うように密着させ、溝と被加工物に囲まれた空間に被加工物をエッチングするエッチャントを流動させることにより、溝の形状を被加工物に転写する。

また本発明では、型の内部に、型が被加工物と密着しない面と溝とを連通する連通孔を設けてもよい。

また本発明では、型が円柱形状を有し、被加工物が円筒形状を有し、型が被加工物に挿入されることにより、型と被加工物とを密着させることができる。

また本発明では、型の内部に、前記型が前記被加工物と密着しない面へ開口する空洞を設けてもよい。

また本発明では、上記の空洞を気体または液体を用いて加圧することで、型を膨張させることができる。

また本発明では、上記の空洞内を減圧することで、型を縮小させることができる。

また本発明では、型が円筒形状を有し、被加工物が円柱形状を有し、被加工物が型に挿入されることにより、型と被加工物とを密着させることができる。

また本発明では、型が樹脂製としてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、型に設けられた溝とほぼ同幅の動圧発生溝を容易に形成することができ、型を高精度に作製することで、動圧発生溝の幅を高精度に制御することができる。

また、動圧発生溝を少ない工程数で加工できるため、低コストに動圧軸受を製造することができる。

また、連通孔を設けることにより、エッチャントが被加工物をエッチングしながら流動する距離を短くすることができ、エッチャントの劣化を小さくすることができる。これにより、加工精度を向上させることができる。さらには、エッチングの流動および濃度が比較的自由に制御できるようになるため、加工の自由度が向上し、より高性能な動圧発生溝を製造することができる。

また、空洞への加圧によって型を膨張させることにより、型と被加工物の密着性を向上させることができる。これにより、動圧発生溝の幅を高精度に制御することができる。

また、空洞内の減圧によって型を縮小させることにより、型と被加工物の離型性を向上させることができる。これにより、効率よく動圧軸受を製造することができる。

また、型は再使用することができるため、低コストに動圧発生溝および動圧軸受を製造することができる。

また、型は樹脂製であるため、元型からの転写加工で容易に複製を作ることができる。これにより、低コストに動圧発生溝および動圧軸受を製造することができる。

以下に、この発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１にかかわる動圧軸受のスリーブ１００の構成を示す図である。図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は正面からの断面図である。

スリーブ１００は円筒形状を有し、その中心孔にはシャフト（図示略）が回転自在に挿入されて、動圧軸受を構成する。スリーブ１００は例えばステンレスや銅などの材料で構成されている。中心孔を有するスリーブ１００の内周面１０１には動圧発生溝１０２が複数本、それぞれ等間隔に配設されている。動圧発生溝１０２はいわゆるヘリングボーン形状を有している。図１で示した動圧発生溝１０２は、ヘリングボーン形状の溝２対を直線上の溝で接続した形状を有している。

図２は本発明の実施の形態１にかかわる型２００の構成を示す図である。図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は正面図である。

型２００は円筒形状を有し、スリーブ１００の内周面１０１とほぼ同一な径を持つため、型２００はスリーブ１００の中心孔に挿入できるようになっている。型２００は例えばＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）などの樹脂で構成されている。型２００は外周面２０１を有し、外周面２０１上には溝２０２が複数本、それぞれ等間隔に配設されている。溝２０２は動圧発生溝１０２に対応した形状を有している。また、溝２０２は型２００の一端に流入口２０２ａを有し、その反対の一端に流出口２０２ｂを有する。型２００の内部には、型２００の上部と連通する空洞２０３が形成されている。

OLE_LINK1図３は本発明の実施の形態１にかかわる動圧軸受のスリーブ１００の製造方法を示すステップ図である。OLE_LINK1本図では解説の便のため、スリーブ１００および型２００の一部分を切り出して示している。

図３のステップＳ３０１では、溝２０２を有する型２００の一部分を示している。ステップＳ３０２では、中心孔をもつ被加工物１００’を用意し、被加工物１００’の中心孔に型２００を挿入する。被加工物１００’の中心孔の径と、型２００の径はほぼ同一であるため、被加工物１００’の中心孔と型２００は密着して配置される。さらに、空洞２０３に気体もしくは液体によって加圧し、型２００を膨張させて、被加工物１００’の中心孔と型２００をさらに密着させる。ステップＳ３０３では、流入口２０２ａから流入したエッチャント（図示略）が、図中のＡ方向から図中のＢ方向へ溝２０２を流動し、流出口２０２ｂから流出する。このとき、前記エッチャントは、溝２０２部分において被加工物１００’と接触してエッチングをおこない、溝２０２に沿った形状に動圧発生溝１０２を形成する。ステップＳ３０４では、空洞２０３への加圧を止めて型２００を抜き取る。これら一連のステップによって、スリーブ１００の内周面１０１に動圧発生溝１０２を形成することができる。

本実施の形態では、型２００に設けられた溝２０２とほぼ同幅の動圧発生溝１０２を容易に形成することができ、型２００を高精度に作製することで、動圧発生溝１０２の幅を高精度に制御することができる。

また、本実施の形態によると、動圧発生溝１０２を少ない工程数で加工できるため、低コストに動圧軸受を製造することができる。

また、型２００は再使用することができるため、低コストに動圧発生溝１０２および動圧軸受を製造することができる。

また、型２００は樹脂製であるため、元型からの転写加工で容易に複製を作ることができる。これにより、低コストに動圧発生溝１０２および動圧軸受を製造することができる。

また、また空洞２０３への加圧によって型２００を膨張させることにより、型２００と被加工物１００’の密着性を向上させることができる。これにより、動圧発生溝１０２の幅を高精度に制御することができる。
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２にかかわる型４００の構成を示す図である。図４（ａ）は断面図、図３（ｂ）は正面図、図３（ｃ）は下面図である。

本実施の形態は、実施の形態１において説明した製造方法とほぼ同様であるが、型の構成が異なる。

型４００は円柱形状を有し、その外周面４０１上には溝４０２が複数本、それぞれ等間隔に配設されている。溝４０２はヘリングボーン型動圧発生溝に対応した形状を有している。溝４０２は型４００の上下端それぞれに流出口４０２ａ、４０２ｂを有する。また、溝４０２上の流出口４０２ａと４０２ｂと等距離の箇所を、ヘリングボーン形状を有する溝４０２の頂点４０２ｃとする。型４００の下面には貫通しない孔である流入孔４０３が形成されている。また型４００は、頂点４０２ｃと流入口４０３とを結ぶ連通孔４０４を有する。連通孔４０４は複数本の溝４０２に対応して複数個設けられている。流入孔４０３から流入したエッチャント（図示略）は、連通孔４０４を通って、溝４０２上の頂点４０２ｃに到達する。さらに前記エッチャントは溝４０２を通って、流出口４０２ａと４０２ｂにそれぞれ到達して、排出される。前記エッチャントが溝４０２を流動している間、型４００の外周面に接した被加工物（図示略）をエッチングする点は、実施の形態１と同様である。

本実施の形態においても、実施の形態１に記載した効果を有する。

また、本実施の形態によると、エッチャントは溝４０２上の頂点４０２ｃから溝４０２に流入し、流出口４０２ａ、４０２ｂからそれぞれ流出するため、エッチャントが被加工物をエッチングしながら流動する距離を短くすることができ、エッチャントの劣化を小さくすることができる。これにより、加工精度を向上させることができる。
（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３にかかわる動圧軸受のスリーブ５００の製造方法を示す図である。

本実施の形態は、実施の形態１において説明した製造方法とほぼ同様であるが、型の構成が異なる。なお、本実施の形態において実施形態１と同一の構成については、同一の符号を付しその説明を省略する。

型２００は溝２０２に連通する濃度調整孔５０１を有する。濃度調整孔５０１は型２００の外部と接続されている。図５（ａ）は、実施の形態１における図３中のステップＳ３０２に相当する図である。被加工物１００’と型２００は密着して配置され、流入口（図示略）から導入されたエッチャント（図示略）が、溝２０２中を流動する。このとき、濃度調整孔５０１からはエッチャントの濃度を調整する濃度調整液が導入され、濃度調整孔５０１と溝２０２の接続部近傍から下流におけるエッチャント濃度が変化している。
例えば濃度調整液として水を用いると、エッチャント濃度を低下させることができる。また、濃度調整液としてエッチャントを用いることで、流動中のエッチャントの劣化を抑えることができる。図５（ｂ）は、実施の形態１における図３中のステップＳ３０３に相当する図である。前記エッチャントは、溝２０２部分において被加工物１００’と接触してエッチングを行い、溝２０２に沿った形状に動圧発生溝５０２を形成する。濃度調整孔５０１と溝２０２の接続部近傍では、エッチャントの濃度が変化しているため、エッチングの速度が変化しており、動圧発生溝５０２の深さに変化を生じさせることができる。

図６のように、濃度調整孔５０１を複数設けることで、溝２０２内のエッチャントの濃度勾配を比較的自由に調整することができる。これにより形成された動圧発生溝６０２はその深さに勾配を持たせることができる。

図５および図６において、濃度調整孔５０１は被加工物１００‘に対して垂直に設けられているが、水平に設けても良い。

本実施の形態においても、実施の形態１に記載した効果を有する。さらに本実施の形態により製造した動圧発生溝５０１もしくは動圧発生溝６０１は、その深さを自由に調整できる。さらに、これらを有するスリーブ５００もしくはスリーブ６００を用いた動圧軸受は、理想的な動圧発生状態で動作させることができるため、始動特性、消費電力、耐衝撃性等に優れる。

本発明の実施の形態１にかかわる動圧軸受のスリーブ１００の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかわる型２００の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかわる動圧軸受のスリーブ１００の製造方法を示すステップ図である。 本発明の実施の形態２にかかわる型４００の構成を示す図である。 本発明の実施の形態３にかかわる動圧軸受のスリーブ５００の製造方法を示す図である。 本発明の実施の形態３にかかわる動圧軸受のスリーブ６００の製造方法を示す図である。

符号の説明

１００ スリーブ
１０１ 内周面
１０２ 動圧発生溝
２００ 型
２０１ 外周面
２０２ 溝
２０２ａ 流入口
２０２ｂ 流出口
４００ 型
４０１ 外周面
４０２ 溝
４０２ａ、４０２ｂ 流出口
４０２ｃ 頂点
４０３ 流入孔
４０４ 連通孔
５００ スリーブ
５０１ 濃度調整孔
５０２ 動圧発生溝
６００ スリーブ
６０２ 動圧発生溝

Claims (10)

1. 動圧軸受に用いられるシャフトまたはスリーブの素材を被加工物とする動圧軸受の製造方法であって、
   溝を有する型を作製する型作製工程と、前記型と前記被加工物を前記被加工物表面が前記溝を覆うように密着させる型密着工程と、前記溝と前記被加工物に囲まれた空間に前記被加工物をエッチングするエッチャントを流動させることにより、前記溝の形状を前記被加工物に転写する転写工程を含むことを特徴とする動圧軸受の製造方法。
2. 前記型密着工程は、円柱形状を有する前記型が、円筒形状を有する前記被加工物に挿入される挿入工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の動圧軸受の製造方法。
3. 前記型密着工程は、前記挿入工程の後に、前記型に設けた空洞を気体または液体を用いて加圧することで前記型を膨張させる膨張工程が行われることを特徴とする請求項２に記載の動圧軸受の製造方法。
4. 前記型に設けた空洞内を減圧することで、前記型を縮小させる工程を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の動圧軸受の製造方法。
5. 前記型密着工程は、円柱形状を有する前記被加工物が、円筒形状を有する前記型に挿入される挿入工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の動圧軸受の製造方法。
6. 前記転写工程は、前記空間に接続する連通孔から導入される濃度調整液を用いて前記エッチャントの濃度を調整する濃度調整工程を有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の動圧軸受の製造方法。
7. 動圧軸受に用いられるシャフトまたはスリーブの素材を被加工物とし、前記被加工物を加工するために用いる動圧軸受形成用の型であって、
   表面に溝を有し、前記被加工物に密着することで前記溝と前記被加工物に囲まれた空間を有することを特徴とする型。
8. 内部に、前記被加工物と密着しない面と前記溝とが連通する連通孔を少なくとも１つ有することを特徴とする請求項７に記載の型。
9. 内部に、前記被加工物と密着しない面へ開口する空洞を有することを特徴とする請求項７または８に記載の型。
10. 樹脂製であることを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の型。

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